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，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問題，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系 GSC、 OST、 Jackcon等電容品牌，所以業(yè)界很快就開始對臺系電容感興趣。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 ，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)分也非常簡單，電解電容通常有花花綠綠的塑料外皮，上面標(biāo)識有各種參數(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。陶瓷電容市場規(guī)模占比 達(dá)52%，為電子行業(yè)市場空間最大、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,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，陶瓷電容市場規(guī)模占電容市場整體規(guī)模的比重從2006年不到40%上升至2017年的50%，市場規(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 器的需求快速增長。到2013年之后，消費(fèi)電子發(fā)展成熟，對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%。