區(qū)分電容的方法很多，可以從容值進(jìn)行區(qū)分，可以從電介質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，但不論如何分類，這類基礎(chǔ)的被動(dòng)元器件，總的來看其作用無外乎是濾波、吸收和諧振。而正是這些基礎(chǔ)功能，在電子電路中發(fā)揮著重要作用。

為了不斷提高電容的性能，電容的兩極材料一直都在創(chuàng)新改進(jìn)，無機(jī)電容、有機(jī)電容還有電解電容各有特色，陰極材料像電解液、二氧化錳、有機(jī)半導(dǎo)體、高分子聚合物也有獨(dú)特的性能。


電解電容的聚合物陰極改進(jìn)

電解電容是耳熟能詳?shù)碾娙蓊悇e，在所有的電容品類里有著接近40%的占比，因其容量大而備受關(guān)注。電解電容即用鋁、鉭、鈮、鈦等金屬表面采用陽極氧化法生成一層氧化物作為介質(zhì)層，以電解質(zhì)作為陰極構(gòu)成的電容器，當(dāng)前常見的以鋁電解電容和鉭電解電容為主。

鋁電解電容主打低成本高容量，產(chǎn)量大可應(yīng)用范圍廣，目前我國(guó)鋁電解電容器生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)量過億只的生產(chǎn)廠商大約有70多家，絕對(duì)的世界第一。鉭電解電容產(chǎn)量小成本高，但容值大性能好，在高端應(yīng)用領(lǐng)域用得很固定。

電解電容這么多年一直也在進(jìn)行技術(shù)升級(jí)來解決一些應(yīng)用困擾，如鋁材料因?yàn)槠湮锢硖匦匀菀壮霈F(xiàn)受熱膨脹，進(jìn)而易引發(fā)電容漏液等危險(xiǎn)現(xiàn)象，而鉭材料作為一種資源性材料，產(chǎn)量小成本又高。為了解決這些限制，聚合物電解電容被開發(fā)了出來。

聚合物電容以高分子導(dǎo)電固體聚合物材料取代了傳統(tǒng)電解電容的電解液，陰極材料的改變，給電解電容帶來了很多性能上的改變。這些陰極材料被稱為PEDT，是具有導(dǎo)電性的一類聚合材料，可以是本身具有導(dǎo)電功能或摻雜其他材料后也具有導(dǎo)電功能的一種聚合物材料，也可以通過填充復(fù)合材料，表面混合或?qū)訅浩胀ň酆衔锊牧虾透鞣N導(dǎo)電材料獲得導(dǎo)電性。

不同于液態(tài)電解質(zhì)是離子導(dǎo)電，聚合物是電子導(dǎo)電模式，電子可以在分子上快速移動(dòng)，傳導(dǎo)性指數(shù)遠(yuǎn)高于液體電解質(zhì)。聚合物的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性方面均有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以說是目前可選用的綜合性能最好的固體電解質(zhì)。

尤其在現(xiàn)在電路板向小型化發(fā)展的趨勢(shì)下，聚合物電容的替代可以在不增加電容數(shù)量的前提下保證容值，解決了不少板上空間問題。


電容的工作原理

電容是電子學(xué)中一個(gè)非常基本且重要的元件，它可以存儲(chǔ)電荷，并在需要時(shí)釋放電荷。電容在各種電子設(shè)備中，如電視、電腦和手機(jī)等設(shè)備中，都有廣泛的應(yīng)用

電容是一種由兩個(gè)金屬板組成的電子元件，這兩個(gè)金屬板被稱為極板。當(dāng)在兩個(gè)極板之間施加電壓時(shí)，電荷會(huì)分布在極板的表面。這是因?yàn)殡姾蓵?huì)從高電壓極板流向低電壓極板。當(dāng)沒有電壓時(shí)，兩個(gè)極板之間沒有電荷分布。因此，可以說電容是一個(gè)可以存儲(chǔ)電荷的元件。當(dāng)電壓施加在電容上時(shí)，電荷的吸引力導(dǎo)致極板上的電荷數(shù)量增加。隨著電荷的增加，電場(chǎng)強(qiáng)度也增加，直到達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。此時(shí)，電容被充電了。當(dāng)需要放電時(shí)，電荷會(huì)從高電壓極板流向低電壓極板，直到兩個(gè)極板之間的電壓為零。

電容根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以大致分為兩種類型：平板電容和圓柱電容。平板電容是最常見的一種電容，它的兩個(gè)極板是平行的，而圓柱電容的兩個(gè)極板則圍繞著一個(gè)圓柱體。除了結(jié)構(gòu)上的差異外，電容還有其他一些分類方式，如按材料分、按封裝方式分等。封裝方式的不同也會(huì)影響電容的性能和應(yīng)用。


電容的發(fā)展歷程

電容的發(fā)展可以追溯到19世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)法拉第首先發(fā)現(xiàn)了電容器這一電子元件。在之后的幾十年中，科學(xué)家們對(duì)電容進(jìn)行了廣泛的研究和改進(jìn)，以適應(yīng)不同領(lǐng)域的需求。1900年左右，人們開始研究如何制造更加可靠和高效的電容，以用于無線電、電視和電話等新興領(lǐng)域。隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電容在20世紀(jì)中期開始廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)和新能源等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)電容的要求也越來越高。因此，研究者們不斷探索新型的電容材料和制造工藝，以提高電容的性能和穩(wěn)定性。例如，采用碳納米管、石墨烯等新型材料制造的電容具有更高的電荷存儲(chǔ)密度和更快的充放電速度。此外，隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步，小型化、集成化的電容也得到了廣泛應(yīng)用。


固態(tài)電容的興起

2002年，一家主板企業(yè)突然爆出大量產(chǎn)品電容破裂，導(dǎo)致主板故障。這個(gè)問題隨后迅速發(fā)酵，即使在互聯(lián)網(wǎng)不太發(fā)達(dá)的時(shí)代，這個(gè)消息也迅速傳播開來。越來越多的用戶發(fā)現(xiàn)自己的主板漏水，點(diǎn)不亮，涉及18個(gè)主板。

消息如雨后春筍般飛向事件中心——主板廠，事實(shí)證明其這批主板的電解電容有大面積的漏液?jiǎn)栴}，隨后這一現(xiàn)象也被稱為爆漿。電容器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，如果電容質(zhì)量不好，達(dá)不到額定值，就有可能出現(xiàn)電解液受熱至沸騰，最終導(dǎo)致電容殼體破裂。

那時(shí)候，爆炸電容的問題幾乎都是來自臺(tái)系 GSC、 OST、 Jackcon等電容品牌，所以業(yè)界很快就開始對(duì)臺(tái)系電容感興趣。該工廠更是以5億7千萬元為代價(jià)，并從此陷入困境。

在同一時(shí)期內(nèi)，計(jì)算機(jī)行業(yè)又發(fā)生了一次嚴(yán)重的電容事故，一家顯卡品牌為追求超頻性能，選擇了一種低延時(shí)高速顯存顆粒，該顯存在更大的超頻容量，但卻是一款高性能的顯卡。驅(qū)動(dòng)顯卡時(shí)，廠家用普通的電解電容沒問題，但是隨著溫度的下降，電容 ESR開始急劇增加，顯卡大面積花屏。

而且廠商技術(shù)人員一直沒有把原因搞清楚，只是簡(jiǎn)單地認(rèn)為 ESR還不夠低，并選擇高價(jià) CVEX混合電容，結(jié)果也沒有最終解決問題，直到陰差陽錯(cuò)地用了固態(tài)電容。

為了讓主板和顯卡更加穩(wěn)定、壽命更長(zhǎng) ，固態(tài)電容開始逐漸普及。而固態(tài)電容，顧名思義就是采用了高分子固態(tài)材料的作為介電材料，而固態(tài)材料自然也就不會(huì)有受熱膨脹導(dǎo)致爆漿的情況，而且耐溫高達(dá)260℃以上，穩(wěn)定性和使用壽命大幅增加，而且還具備環(huán)保、低阻抗、高低溫穩(wěn)定、耐高紋波及高信賴度等優(yōu)越特性，適用于低電壓、高電流的應(yīng)用，所以近年來被電腦板卡產(chǎn)品廣泛使用，而電解電容往往用在主板上負(fù)荷較小的區(qū)域，例如網(wǎng)卡和聲卡的部分。

當(dāng)然，電解電容和固態(tài)電容的區(qū)分也非常簡(jiǎn)單，電解電容通常有花花綠綠的塑料外皮，上面標(biāo)識(shí)有各種參數(shù)，而固態(tài)電容往往就是直接鋁殼裸露，沒有塑料外皮。不過有些電解電容也是沒有塑料外皮的直接裸露鋁殼的，所以最直接的判斷方式就是，電解電容器外殼的頂部設(shè)計(jì)有十字或者K字的凹槽或者凸起，這主要是為了讓高溫高壓電解液能從這里將外殼頂破流出，最大限度避免電容爆炸，而固態(tài)電容頂部是沒有任何的開槽設(shè)計(jì)，整個(gè)外殼就是個(gè)整體。


陶瓷電容才是大哥大

陶瓷電容在整個(gè)全球電容器市場(chǎng)中規(guī)模最大，占比最高。2019年全球陶瓷電容、鋁電解電容、鉭電解電容 和薄膜電容的市場(chǎng)規(guī)模分別將達(dá)到114億美元、72億美元、16億美元和18億美元。陶瓷電容市場(chǎng)規(guī)模占比 達(dá)52%，為電子行業(yè)市場(chǎng)空間最大、最主要的電容元器件。

1900年意大利L.隆巴迪發(fā)明陶瓷介質(zhì)電容器。30年代末人們發(fā)現(xiàn)在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常數(shù)成倍增長(zhǎng),因而制造出較便宜的瓷介質(zhì)電容器。

1940年前后人們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在的陶瓷電容器的主要原材料BaTiO3(鈦酸鋇)具有絕緣性后，開始將陶瓷電容器使用于對(duì)既小型、精度要求又極高的軍事用電子設(shè)備當(dāng)中。

而陶瓷疊片電容器于1960年左右作為商品開始開發(fā)。到了1970年，隨著混合IC、計(jì)算機(jī)、以及便攜電子設(shè)備的進(jìn)步也隨之迅速的發(fā)展起來，成為電子設(shè)備中不可缺少的零部件。現(xiàn)在的陶瓷介質(zhì)電容器的全部數(shù)量約占電容器市場(chǎng)的70%左右。

陶瓷介質(zhì)電容器的絕緣體材料主要使用陶瓷，其基本構(gòu)造是將陶瓷和內(nèi)部電極交相重疊。

陶瓷材料有幾個(gè)種類，自從考慮電子產(chǎn)品無害化特別是無鉛化后，高介電系數(shù)的PB（鉛）退出陶瓷電容器領(lǐng)域，現(xiàn)在主要使用TiO2(二氧化鈦)、BaTiO3,CaZrO3(鋯酸鈣)等。和其它的電容器相比具有體積小、容量大、耐熱性好、適合批量生產(chǎn)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

由于原材料豐富，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，而且電容量范圍較寬（一般有幾個(gè)PF到上百μF），損耗較小，電容量溫度系數(shù)可根據(jù)要求在很大范圍內(nèi)調(diào)整。

陶瓷電容器品種繁多，外形尺寸相差甚大從0402（約1×0.5mm）封裝的貼片電容器到大型的功率陶瓷電容器。

按使用的介質(zhì)材料特性可分為Ⅰ型、Ⅱ型和半導(dǎo)體陶瓷電容器；按無功功率大小可分為低功率、高功率陶瓷電容器；按工作電壓可分為低壓和高壓陶瓷電容器；按結(jié)構(gòu)形狀可分為圓片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、疊片、獨(dú)石、塊狀、支柱式、穿心式等。

隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的小型化，陶瓷電容市場(chǎng)規(guī)模占電容市場(chǎng)整體規(guī)模的比重從2006年不到40%上升至2017年的50%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)107億美元，占比超50%。其中，陶瓷電容可分為單層陶瓷電容、多層陶瓷電容器。因?yàn)槎鄬犹沾呻娙萜骶哂心透邏骸⒏邷兀w積小，容量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用較單層陶瓷電容廣，占據(jù)了陶瓷電容器93%的市場(chǎng)規(guī)模。

隨著科技時(shí)代的到來，PC行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，是對(duì)多層陶瓷電容器用量最大的時(shí)候。在2013年以前，智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品的普及，對(duì) 器的需求快速增長(zhǎng)。到2013年之后，消費(fèi)電子發(fā)展成熟，對(duì)多層陶瓷電容器的需求有所緩解。數(shù)據(jù)顯示，2016年，手機(jī)、PC和視音頻設(shè)備的多層陶瓷電容器需求分別占到整體需求的24%、18%和28%，占比達(dá)到70%。