2 电容知识大全——专家超详细讲解

万鹏原创：最强最深入的电容讲座·实战篇字体: 小中大| 上一篇| 下一篇发布: 01-18 09:39 作者: 万鹏来源: 泡泡网查看: 1718次本文作者万鹏简介：95年开始接触显卡，97年开始在《电脑报》、《微型计算机》上发表文章，99年进入耕宇公司，目前任职耕宇公司市场部，PCPOP技术顾问。

曾用笔名：ECLIPSE、INTENSE、万大善人。

假如您还没阅读过本文的上篇，那么我们强烈推荐您先阅读一遍：会攒机不叫DIY，迄今为止最深入的电容剖析。

第1页：铝电解液电容的制造过程小地：万鹏你好，在上次的文章当中，我们了解了电容的构造、原理、阴极和阳极的分类，并且对如今性能最优秀的电解电容——固体聚合物导体电容进行了详尽的剖析。

而这次，我们要谈些什么呢？万鹏：假如说上次我们所讲的内容，都是以理论为主的话，那么这次我们要谈的则更加的实际——这包括电容的制造过程、电容的寿命以及不同品牌、不同型号电容的性能特点。

在本章节我们首先讲一讲贴片铝电解液电容的制造方法，贴片铝电解液电容是如今的显卡上最常见的电容之一。

大家看完本章后，就能明白这种电容是如何从原材料变成现在的模样了。

事实上其它种类的贴片电解电容，例如铝固体聚合物电容的制造方法也和它类似，只是阴极采用的材料不是电解液，而是固体聚合物等等。

贴片铝电解液电容是显卡上最常见的电容贴片铝电解液电容的制造过程包括九个步骤，我们就按顺序逐一为大家讲解：第一步：铝箔的腐蚀。

假如拆开一个铝电解液电容的外壳，你会看到里面是若干层铝箔和若干层电解纸，铝箔和电解纸贴附在一起，卷绕成筒状的结构，这样每两层铝箔中间就是一层吸附了电解液的电解纸了。

因此首先我们谈谈铝箔的制造方法。

为了增大铝箔和电解质的接触面积，电容中的铝箔的表面并不是光滑的，而是经过电化腐蚀法，使其表面形成凹凸不平的形状，这样能够增大7~8倍的表面积。

普通铝箔一平方米的价格在10元人民币左右，而经过这道工艺之后，它的价格将升到40~50元/平米。

电化腐蚀的工艺是比较复杂的，其中涉及到腐蚀液的种类、浓度、铝箔的表面状态、腐蚀的速度、电压的动态平衡等等。

我们国家目前在这方面的制造工艺还不够成熟，因此用于制造电容的经过电化腐蚀的铝箔目前还主要依赖进口。

第二步：氧化膜形成工艺。

铝箔经过电化腐蚀后，就要使用化学办法，将其表面氧化成三氧化二铝——也就是铝电解电容的介质。

在氧化之后，要仔细检查三氧化二铝的表面，看是否有斑点或者龟裂，将不合格的排除在外。

第三步：铝箔的切割。

这个步骤很容易理解。

就是把一整块铝箔，切割成若干小块，使其适合电容制造的需要。

第四步：引线的铆接。

电容外部的引脚并不是直接连到电容内部，而是通过内引线与电容内部连接的。

因此，在这一步当中我们就需要将阳极和阴极的内引线，与电容的外引线通过超声波键合法连接在一起。

外引线通常采用镀铜的铁线或者氧化铜线以减少电阻，而内引线则直接采用铝线与铝箔直接相连。

大家注意这些小小的步骤无一不对精密加工要求很高。

第五步：电解纸的卷绕。

电容中的电解液并非直接灌进电容，呈液态浸泡住铝箔，而是通过吸附了电解液的电解纸与铝箔层层贴合。

这当中，选用的电解纸与普通纸张的配方有些不同，是呈微孔状的，纸的表面不能有杂质，否则将影响电解液的成分与性能。

而这一步，就是将没有吸附电解液的电解纸，和铝箔贴在一块，然后卷进电容外壳，使铝箔和电解纸形成类似“101010”的间隔状态。

第六步：电解液的浸渍。

当电解纸卷绕完毕之后，就将电解液灌进去，使电解液浸渍到电解纸上。

随着电解液配方的改进以及电解纸制造技术的提升，如今铝电解液电容的ESR值也逐渐得以提升，变成以前的若干分之一。

第七步：装配。

这一步就是将电容外面的铝壳装配上，同时连接外引线，电容到这时已经基本成型了。

第八步：卷边。

如果是那种“包皮”电容，就需要经过这一步，将电容外面包覆的PVC膜套在电容铝壳外面。

不过如今使用PVC膜的电容已经越来越少，主要原因在于这种材料并不符合环保的趋势，而和性能表现没有太大关系。

第九步：组合装配。

如果是直插封装，就不需要经过这步这是贴片铝电解电容制造的最后一步。

这一步就是将SMT贴片封装工艺所需要的黑色塑料底板元件装在电容底部。

对元件的要求，首先是密封效果要好；第二是耐热性能要好；第三还要具备耐化学性，不能和电容内部的电解液一类物质产生化学反应。

这块小塑料板叫做“端子板”，其制造精度要求是非常高，因为一旦大小不合适，要么影响电容的密封性（过小），或者阻挡PCB上电容附近其它元件的装配（过大）。

钽二氧化锰电容的制造过程万鹏：显卡上除了常见的贴片铝电解液电容外，偶尔还会出现比其更加高档的钽二氧化锰电容，也就是我们熟悉的钽电容。

钽二氧化锰电容的外观呈立方体，体积较小，与体积相对偏大，且外观为圆筒状的铝电解液电容截然不同。

不仅是外观，钽二氧化锰电容的内部结构也和铝电解液电容不一样。

那么，这种电容又是如何制造出来的呢？钽电容是“高档的象征”可以说将二氧化锰作为阴极的钽二氧化锰电容的制造过程，比将固体聚合物作为阴极的电容还要复杂。

因为PPY和PEDT这类固体聚合物，只需要直接放置入电容内部，而钽二氧化锰电容内部的二氧化锰，由于溶解性较差，熔点较高，无法预先紧密贴合，所以只能用硝酸锰热分解生成。

制造钽电容首先需要高纯度的钽粉。

其纯度至少应该在99.9%以上，目前这方面能达到的最高工艺是99.9999%。

首先，将钽粉和有机溶剂掺杂在一起，按照一定的形状加压成形，同时埋入钽引线。

然后，在2000度以上的真空高温环境下，将掺杂有机溶剂的钽粉在真空中进行烧结变成类似于海绵的状态，同时和引线真正地融合在一起。

（一定要保证真空环境，杜绝氧气，因为钽的熔点非常高，低于2000度无法熔化，而在2000度时，钽会和氧气发生剧烈反应，也就是爆炸所以一定不能有氧气混入）接下来就要把烧结以后的海绵状的钽进行氧化而得到介质——五氧化二钽。

这一步是将海绵状的钽，泡在磷酸溶液里面电解，氧化后表面即生成五氧化二钽。

五氧化二钽的介电常数非常高，在27左右，性能高于铝电解电容的三氧化二铝介质（介电常数7左右）。

然后就是阴极材质——二氧化锰的生成。

这一环节，是将液态的硝酸锰加入钽块，然后将其在水蒸汽（催化剂）环境中进行热分解，分别成二氧化锰与二氧化氮。

为了使氧化膜能够真正完全黏附在二氧化锰上，这道工序要进行好几次（掺入，分解，再掺入……）。

硝酸锰吸附性好，生成的二氧化锰可以完全吸附在海面状钽块内部的无数个小孔当中。

假如这里直接使用固体的二氧化锰，就无法达到这种效果，这就是为什么二氧化锰只能在制造过程中得到的原因。

假如使用PPY/PEDT等固体聚合物，因其溶点很低，就可以直接将其熔解然后放进去。

最后要将银粉和石墨涂在二氧化锰的表面上，减少它的ESR，增强它的导电性。

这一步骤看似简单，但实际也非常重要。

尤其是涂层的厚薄要均匀，密度要大，否则对降低ESR帮助不大。

另外使用PPY/PEDT做阴极的时候，也同样要施行这一道工序。

此过程也要反复进行好多遍才可以如此这般，钽二氧化锰电容内部的那颗“芯”就已经制作完成了。

对于一些LOW ESR的高档钽二氧化锰/钽固体聚合物电容而言，厂商往往会先做好几个“芯”，然后将其并联在一起，封装成一个电容，这样其ESR值会很低，性能更加出色，当然价格也不便宜。

最后就是一些安装的工序。

首先加入外引线，然后用环氧树脂进行封装。

钽电容从外观上看一般有黄色和黑色两种，而它们都是环氧树脂。

环氧树脂的绝缘性、机械强度、耐湿性很好，比使用铝作为外壳的失效性更低。

不过铝电容也可以使用环氧树脂封装，这种铝电容的外观和钽电容是差不多的，这我们在上一篇文章里已经提到过，因此大家不能单凭外观来判断电容的阳极材质。

陶瓷电容经常出现在CPU、GPU等高频设备上有一些朋友分不清钽电容和陶瓷电容有什么区别。

其实很简单，钽电容的外壳，采用的是不导电的环氧树脂，而陶瓷电容的外壳采用的则是导电的金属。

电子设备中看似最简单的电容，竟然也有那么多道工序，而且制造工艺那么考究，真是让人惊叹。

大家以后可不要小看了电容。

衡量电容性能的几个重要性能参数在熟知电容的制造全过程，了解了电容的基本构造和原理之后，我们就将面临一个新的问题——如何从参数上判断电容品质的好坏？只有掌握了这一方法，我们才能以不变应万变，即使对电容的种类和品牌本身不了解，也能通过几个参数迅速判断出其性能档次。

关于电容的参数，我们将其分为“看得到的”和“看不到的”。

所谓“看得到的”，就是印在电容表面的一些基本参数，这些参数在我们看到一颗电容之后往往可以直接得知。

例如电容的容量（比如“470μF”等等）、容量偏差范围、耐温范围、电压值（比如“16V”）。

所谓“看不到的”参数，就是我们需要根据电容的型号来查询的参数。

例如我们常说的ESR 值，如今已成为区别电容性能的重要参数，而我们在电容上是看不到这个参数的，我们得去相关的网站通过电容的型号来查询。

类似的参数还有不少，其中包括如下一些：1.ESR值；2.能够耐受的涟波电流值；3.温度特性；4.损耗角的正切（TAN），相当于无功功率和有功功率的比值，这个值跟电容的品质以及发热量有关系，这个值越小电容性能越好。

5.漏电流值：无论绝缘体多大，总是会有细微的电流漏过电容，这个值则代表具体漏过的多少。

此外，ESL特性也是电容的性能指标之一。

但是随着电容技术的发展，现在的高档电解电容，其ESL特性一般都很好，到10MHz、20MHz以上的时候往往才能体现出区别，因此也就失去了比较的意义。

电容ESR的意义 ESR缘何重要？首先来说ESR。

ESR是高频电解电容里面最重要的性能参数，很多电子元器件都强调“LOW ESR”这一性能特征，也就是ESR值很小的意思。

那么，我们如何正确理解LOW ESR 的实际意义呢？由于现在电子技术的发展，供应给硬件的电压正呈现越来越低的趋势，例如INTEL、AMD的最新款CPU，电压均小于2V，相比以前动辄3、4V的电压要低得多。

但是，另一方面这些芯片由于晶体管和频率爆增，需求的功耗却是有增无减，因此按P=UI的公式来计算，这些设备对电流的要求就越来越高了。

例如两颗功耗同样是70W的CPU，前者电压是3.3V，后者电压是1.8V。

那么，前者的电流就是I=P/U=70W/3.3V大约在21.2A左右。

而后者的电流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，达到了前者的近一倍。

在通过电容的电流越来越高的情况下，假如电容的ESR值不能保持在一个较小的范围，那么就会产生比以往更高的涟波电压（理想的输出直流电压应该是一条水平线，而涟波电压则是水平线上的波峰和波谷）。

此外，即使是相同的涟波电压，对低电压电路的影响也要比在高电压情况下更大。