電子線路板上最多卻最不起眼的器件--電容，你了解多少？

區分電容的方法很多，可以從容值進行區分，可以從電介質進行區分，但不論如何分類，這類基礎的被動元器件，總的來看其作用無外乎是濾波、吸收和諧振。而正是這些基礎功能，在電子電路中發揮著重要作用。

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


電解電容的聚合物陰極改進

電解電容是耳熟能詳的電容類別，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層，以電解質作為陰極構成的電容器，當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，產量大可應用范圍廣，目前我國鋁電解電容器生產企業年產量過億只的生產廠商大約有70多家，絕對的世界第一。鉭電解電容產量小成本高，但容值大性能好，在高端應用領域用得很固定。

電解電容這么多年一直也在進行技術升級來解決一些應用困擾，如鋁材料因為其物理特性容易出現受熱膨脹，進而易引發電容漏液等危險現象，而鉭材料作為一種資源性材料，產量小成本又高。為了解決這些限制，聚合物電解電容被開發了出來。

聚合物電容以高分子導電固體聚合物材料取代了傳統電解電容的電解液，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，是具有導電性的一類聚合材料，可以是本身具有導電功能或摻雜其他材料后也具有導電功能的一種聚合物材料，也可以通過填充復合材料，表面混合或層壓普通聚合物材料和各種導電材料獲得導電性。

不同于液態電解質是離子導電，聚合物是電子導電模式，電子可以在分子上快速移動，傳導性指數遠高于液體電解質。聚合物的導電性、熱穩定性以及化學穩定性方面均有明顯的優勢，可以說是目前可選用的綜合性能最好的固體電解質。

尤其在現在電路板向小型化發展的趨勢下，聚合物電容的替代可以在不增加電容數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

電容是電子學中一個非常基本且重要的元件，它可以存儲電荷，并在需要時釋放電荷。電容在各種電子設備中，如電視、電腦和手機等設備中，都有廣泛的應用

電容是一種由兩個金屬板組成的電子元件，這兩個金屬板被稱為極板。當在兩個極板之間施加電壓時，電荷會分布在極板的表面。這是因為電荷會從高電壓極板流向低電壓極板。當沒有電壓時，兩個極板之間沒有電荷分布。因此，可以說電容是一個可以存儲電荷的元件。當電壓施加在電容上時，電荷的吸引力導致極板上的電荷數量增加。隨著電荷的增加，電場強度也增加，直到達到一個平衡狀態。此時，電容被充電了。當需要放電時，電荷會從高電壓極板流向低電壓極板，直到兩個極板之間的電壓為零。

電容根據其結構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，它的兩個極板是平行的，而圓柱電容的兩個極板則圍繞著一個圓柱體。除了結構上的差異外，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影響電容的性能和應用。


電容的發展歷程

電容的發展可以追溯到19世紀初，當時法拉第首先發現了電容器這一電子元件。在之后的幾十年中，科學家們對電容進行了廣泛的研究和改進，以適應不同領域的需求。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域。隨著電子工業的快速發展，電容在20世紀中期開始廣泛應用于各種電子產品中。

進入21世紀后，隨著納米技術、生物技術和新能源等領域的迅猛發展，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，隨著封裝技術的進步，小型化、集成化的電容也得到了廣泛應用。


固態電容的興起

2002年，一家主板企業突然爆出大量產品電容破裂，導致主板故障。這個問題隨后迅速發酵，即使在互聯網不太發達的時代，這個消息也迅速傳播開來。越來越多的用戶發現自己的主板漏水，點不亮，涉及18個主板。

消息如雨后春筍般飛向事件中心——主板廠，事實證明其這批主板的電解電容有大面積的漏液問題，隨后這一現象也被稱為爆漿。電容器在工作時會產生高溫，如果電容質量不好，達不到額定值，就有可能出現電解液受熱至沸騰，最終導致電容殼體破裂。

那時候，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，并從此陷入困境。

在同一時期內，計算機行業又發生了一次嚴重的電容事故，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。驅動顯卡時，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。

而且廠商技術人員一直沒有把原因搞清楚，只是簡單地認為 ESR還不夠低，并選擇高價 CVEX混合電容，結果也沒有最終解決問題，直到陰差陽錯地用了固態電容。

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

當然，電解電容和固態電容的區分也非常簡單，電解電容通常有花花綠綠的塑料外皮，上面標識有各種參數，而固態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計有十字或者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，而固態電容頂部是沒有任何的開槽設計，整個外殼就是個整體。


陶瓷電容才是大哥大

陶瓷電容在整個全球電容器市場中規模最大，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模分別將達到114億美元、72億美元、16億美元和18億美元。陶瓷電容市場規模占比 達52%，為電子行業市場空間最大、最主要的電容元器件。

1900年意大利L.隆巴迪發明陶瓷介質電容器。30年代末人們發現在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常數成倍增長,因而制造出較便宜的瓷介質電容器。

1940年前后人們發現了現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備當中。

而陶瓷疊片電容器于1960年左右作為商品開始開發。到了1970年，隨著混合IC、計算機、以及便攜電子設備的進步也隨之迅速的發展起來，成為電子設備中不可缺少的零部件。現在的陶瓷介質電容器的全部數量約占電容器市場的70%左右。

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

陶瓷材料有幾個種類，自從考慮電子產品無害化特別是無鉛化后，高介電系數的PB（鉛）退出陶瓷電容器領域，現在主要使用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、價格低等優點。

由于原材料豐富，結構簡單，價格低廉，而且電容量范圍較寬（一般有幾個PF到上百μF），損耗較小，電容量溫度系數可根據要求在很大范圍內調整。

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。

按使用的介質材料特性可分為Ⅰ型、Ⅱ型和半導體陶瓷電容器；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；按結構形狀可分為圓片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、疊片、獨石、塊狀、支柱式、穿心式等。

隨著消費電子產品的小型化，陶瓷電容市場規模占電容市場整體規模的比重從2006年不到40%上升至2017年的50%，市場規模達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。因為多層陶瓷電容器具有耐高壓、高溫，體積小，容量范圍寬等優點，所以應用較單層陶瓷電容廣，占據了陶瓷電容器93%的市場規模。

隨著科技時代的到來，PC行業的穩步發展，是對多層陶瓷電容器用量最大的時候。在2013年以前，智能手機等消費電子產品的普及，對 器的需求快速增長。到2013年之后，消費電子發展成熟，對多層陶瓷電容器的需求有所緩解。數據顯示，2016年，手機、PC和視音頻設備的多層陶瓷電容器需求分別占到整體需求的24%、18%和28%，占比達到70%。