基本介紹
- 中文名：固態電容
- 用途： 電子元器件
簡述,電容優點,電容分類,簡析固態電容的利與弊,
簡述
鑒於液態電解電容的諸多問題，固態鋁電解電容應運而生。20世紀90年代以來，鋁電解電容採用固態導電高分子材料取代電解液作為陰極，取得了革新性發展。導電高分子材料的導電能力通常要比電解液高2～3個數量級，套用於鋁電解電容可以大大降低ESR、改善溫度頻率特性；並且由於高分子材料的可加工性能良好，易於包封，極大地促進了鋁電解電容的片式化發展。目前商品化的固態鋁電解電容主要有兩類：有機半導體鋁電解電容(OS-CON)和聚合物導體鋁電解電容(PC-CON)。
有機半導體鋁電解電容的結構與液態鋁電解電容相似，多採用直插立式封裝方式。不同之處在於固態鋁聚合物電解電容的陰極材料用固態的有機半導體浸膏替代電解液，在提高各項電氣性能的同時有效解決了電解液蒸發、泄漏、易燃等難題。
固態鋁聚合物貼片電容則是結合了鋁電解電容和鉭電容的特點而形成的一種獨特結構。同液態鋁電解電容一樣，固態鋁聚合物多採用貼片形式。高導電率的聚合物電極薄膜沉積在氧化鋁上，作為陰極，炭和銀為陰極的引出電極，這一點與固態鉭電解電容結構相似。
電容優點
1.高穩定性
固體鋁電解電容可以持續在高溫環境中穩定工作，使用固態鋁電解電容可以直接提升主機板性能。同時，由於其寬溫度範圍的穩定阻抗，適於電源濾波。它可以有效地提供穩定充沛的電源，在超頻中尤為重要。
固態電容在高溫環境中仍然能正常工作，保持各種電氣性能。其電容量在全溫度範圍變化不超過15%，明顯優於液態電解電容。同時固態電解電容的電容量與其工作電壓基本無關，從而保證其在電壓波動環境中穩定工作。
2.壽命長
固態鋁電解電容具有極長的使用壽命(使用壽命超過50年)。與液態鋁電解電容相比，可以算作“長命百歲”了。它不會被擊穿，也不必擔心液態電解質乾涸以及外泄影響主機板穩定性。由於沒有液態電解質諸多問題的困擾，固態鋁電解電容使主機板更加穩定可靠。
固態的電解質在高熱環境下不會像液態電解質那樣蒸發膨脹，甚至燃燒。即使電容的溫度超過其耐受極限，固態電解質僅僅是熔化，這樣不會引發電容金屬外殼爆裂，因而十分安全。
工作溫度直接影響到電解電容的壽命，固態電解電容與液態電解電容在不同溫度環境下壽命明顯較長。
3.低ESR和高額定紋波電流
ESR(EquivalentSeriesResistance)指串聯等效電阻，是電容非常重要的指標。ESR越低，電容充放電的速度越快，這個性能直接影響到微處理器供電電路的退藕性能，在高頻電路中固態電解電容的低ESR特性的優勢更加明顯。可以說，高頻下低ESR特性是固態電解電容與液態電容性能差別的分水嶺。固態鋁電解電容的ESR非常低，同時具有非常小的能量耗散。在高溫、高頻和高功率工作條件下固態電容的極低ESR特性可以充分吸收電路中電源線間產生的高幅值電壓，防止其對系統的干擾。
目前CPU的功耗非常大，主頻已遠遠超出1GHz，同時CPU的峰值電流達到80A或更多，輸出濾波電容已經接近工作臨界點。另一方面，CPU採用多種工作模式，大部分時間處於工作模式的轉換過程。當CPU由低功耗狀態轉為全負荷狀態時,這種CPU的瞬間(一般小於5毫秒)切換需要的大量能量均來自CPU供電電路中的電容，此時固態電容高速充放電特性可以在瞬間輸出高峰值電流，保證充足的電源供應，確保CPU穩定工作。
電容分類
電容的種類首先要按照介質種類來分。按介質可分為無機介質電容器、有機介質電容器和電解電容器三大類。
1、無機介質電容器：包括人們熟悉的陶瓷電容以及雲母電容，在CPU上我們會經常看到陶瓷電容。陶瓷電容的綜合性能很好，可以套用GHz級別的超高頻器件上，比如CPU/GPU。當然，它的價格也很貴。
2、有機介質電容器：例如薄膜電容器，這類電容經常用在音箱上，其特性是比較精密、耐高溫高壓。
3、電解電容器：人們所熟知的鋁電容，鋁電容其實都是電解電容。如果說電容是電子元器件中最重要和不可取代的元件的話，那么電解電容器又在整個電容產業中占據了半壁江山。我國電解電容年產量300億隻，且年平均增長率高達30%，占全球電解電容產量的1/3以上。
電解電容的分類，傳統的方法都是按陽極材質，比如說鋁、鉭或者鈮。但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經過時了，目前決定電解電容性能的關鍵並不在於陽極，而在於電解質，也就是陰極。
按照陰極材料分類，電解電容器可分為電解液、二氧化錳、TCNQ有機半導體、固體聚合物導體等。
右側是一個簡單的、並不完整的電容分類表，主要列舉了一些在板卡設備上最常見的電容類型，通過這個直觀的樹型表可以對電容的分類、命名方式有一個直觀的認識。常用的電容有電解液電容、固態電容和鉭電容。
在很多用戶的眼中，主機板，顯示卡，工業控制板等產品是否使用固態電容，決定了該板卡是否處於較高的檔次。固態電容這兩年在國內技術發展迅速，由原來的SANYO一枝獨秀，到現在眾多國內，國外品牌爭鋒天下。固態電容已經走下了神壇，很多普通的電子，數碼產品都大量使用這類產品，圖示固態電容類似於常見的鋁電解電容，部分可替換，另外有一種固態電容，片狀，用於替換普通鉭電容。
簡析固態電容的利與弊
液體電解電容的電介質為液態電解液，液態粒子在高溫下十分活躍，對電容內部產生壓力，它的沸點不是很高，因此可能會出現爆漿的情況，固態電容採用了高分子電介質，固態粒子在高溫下，無論是粒子澎漲或是活躍性均較液態電解液低，它的沸點也高達攝氏350度，因此幾乎不可能出現爆漿的可能性。 從理論上來說，固態電容幾乎不可能爆漿。
固態電容在等效串聯阻抗表現上相比傳統電解電容有更優異的表現，據測試顯示，固態電容在高頻運作時等效串聯電阻極為微小，而且導電性頻率特佳，具有降低電阻抗和更低熱輸出的特色，在100KHz至10MHz之間表現最為明顯。 而傳統電解電容比較容易受使用環境的溫度和濕度影響，在高低溫穩定性方面稍差。即使是在零下攝氏55度至105度，固態電容的ESR（等效串聯電阻）阻抗可以低達0.004～0.005歐姆，但電解電容則會因溫度而改變。 在電容值方面，液態電容在攝氏20度以下，將會比其標示的電容值為低，溫度越低電容值也會隨之而下降，在攝氏零下20度下電容量下降約13%、攝氏零下55度下電容量更達至37%。 當然，這對普通用戶來說沒有什麼影響，但對於採用液態氮作終極超頻的玩家來說，固態電容可保證不會因溫度降低而使電容容量上受到影響，從而導致超頻穩定性大打折扣，因為固態電容在零下55度其電容值只會下降不足5%。 固態電容確實有很多優點，但它並不是任何時候都適用。
固態電容的低頻回響不如電解電容，如果用於涉及到音效的部分會得不到最佳的音質效果。也就是說，一款主機板採用全固態電容並不一定是最合理的！不管是固態電容還是電解電容，它們的主要作用是濾除雜波，因此電容只要容量達到一定的數值要求即可，只要其元件質量過關，也能確保主機板的穩定運行。而這一點，電解電容也完全能做到！
固態電容在105攝氏度的時候，它和電解電容的壽命同樣為2000小時，在溫度降低後，它們的壽命會增加，但是固態電容壽命增加的幅度更大，一般情況下電容的工作溫度在70度或更低，這個時候固態電容的壽命可能會達到23年，幾乎是電解電容的6倍多！但是……你的主機板在23年後還會繼續使用嗎？而且這個23年是指全天候24小時開機，即使電容有那么長的壽命，其它元器件恐怕也不能挺23年！
固態電容與電解電容相比，同體積同電壓下，電解電容的容量遠大於固態電容，目前電腦主機板CPU電源部分大都採用固態電容，雖避免了爆漿問題，但由於體積限制，容量冗餘很少；再者因容量問題，不得不提高CPU供電部分開關的頻率。固態電容和電解電容在使用過程中都會出現容量衰減問題，而採用固態電容的電路板，容量稍有波動，就會使電源出現波紋，造成CPU不能正常工作。因此，理論上固態電容的壽命很高，但採用固態電容的板子壽命就未必高。
採用固態電容電腦板的維修：由於CPU供電部分常常是多個電容並聯，因固態電容不會出現變形、爆漿、漏液等的現象，目測是基本沒有辦法可以判斷是哪一隻出現故障，所以在維修中常採取拆除其中一隻（無論好壞），換一隻大容量的電容（很多時候可以用電解電容），這種辦法一般能快速解決問題。
理論上固態電容的壽命很高，但是在實際使用過程中仍然會出現很多故障，筆者在維修過程中曾多次遇到電容失效問題，
目前看來，不少廠商推出的以超頻為賣點的主機板大都會使用固態電容，“固態電容的主機板更能超”這個說法只能說勉強正確，對超頻起決定作用的並不是電容。線路的設計、BIOS的研發，CPU本身體質的好壞以及散熱措施都可能決定超頻的成敗。所以不存在說“將主機板上的普通電解電容更換為全固態電容就能提升主機板的超頻性能”，這種說法完全錯誤！如果真的要說固態電容對超頻的影響的話，那就是由於它擁有更高的耐壓和耐溫能力，因此對超頻後的系統穩定性提供了一定的保障。
