Memahami Kapasitor Filem dalam Satu Artikel: Pengetahuan Teras daripada Bahan kepada Struktur

I. Bahan Teras: Filem Nipis Dielektrik

Filem dielektrik ialah “hati” daripada a kapasitor filem , secara langsung menentukan had atas prestasi asas kapasitor. Mereka terutamanya dibahagikan kepada dua kategori:

1. Filem Nipis Tradisional (Bukan Kutub).

Polipropilena (PP, BOPP):

• Ciri-ciri prestasi: Kerugian yang sangat rendah (DF ~ 0.02%), pemalar dielektrik yang stabil, ciri suhu dan frekuensi yang baik, dan rintangan penebat yang tinggi. Ia kini merupakan bahan filem nipis dengan prestasi keseluruhan dan julat aplikasi terluas.
• Permohonan: Aplikasi frekuensi tinggi, denyutan tinggi dan arus tinggi, seperti penyongsang, bekalan kuasa pensuisan, litar resonans dan silang audio mewah.

Poliester (PET):

• Ciri-ciri prestasi: Pemalar dielektrik tinggi (~3.3), kos rendah, dan kekuatan mekanikal yang baik. Walau bagaimanapun, ia mempunyai kerugian yang agak tinggi (DF ~0.5%) dan ciri suhu dan frekuensi yang lemah.
• Permohonan: DC dan aplikasi frekuensi rendah yang memerlukan nisbah kapasiti kepada volum tetapi bukan keperluan tinggi untuk kehilangan dan kestabilan, seperti elektronik pengguna, penyekatan DC am dan pintasan.

Polyphenylene Sulfide (PPS):

• Ciri-ciri prestasi: Rintangan suhu tinggi (sehingga 125°C dan ke atas), kestabilan dimensi, dan kehilangan yang lebih rendah daripada PET. Walau bagaimanapun, kosnya lebih tinggi.
• Permohonan: Elektronik automotif, peranti pelekap permukaan suhu tinggi (SMD), penapis ketepatan.

Polimida (PI):

• Ciri-ciri prestasi: Raja rintangan suhu tinggi (sehingga 250°C atau lebih tinggi), tetapi ia mahal dan sukar untuk diproses.
• Permohonan: Aeroangkasa, tentera, persekitaran suhu tinggi.

2. Filem Nipis (Polar) Muncul - Mewakili Suhu Tinggi dan Ketumpatan Tenaga Tinggi

Polietilena Naftalat (PEN):

• Prestasinya adalah antara PET dan PPS, dan rintangan habanya lebih baik daripada PET.

Polybenzoxazole (PBO):

• Dengan rintangan haba ultra-tinggi dan kekuatan dielektrik ultra-tinggi, ia merupakan bahan yang berpotensi untuk kapasitor filem pemacu kenderaan elektrik masa hadapan.

Fluoropolimer (seperti PTFE, FEP):

• Ia mempunyai ciri frekuensi tinggi dan kehilangan yang sangat rendah, tetapi ia sukar untuk diproses dan mempunyai kos yang tinggi, jadi ia digunakan dalam litar gelombang mikro frekuensi tinggi khas.

Pertukaran Teras dalam Pemilihan Bahan:

• Pemalar Dielektrik (εr): Mempengaruhi kecekapan isipadu (isipadu yang diperlukan untuk mencapai kapasiti yang sama).
• Tangen Kehilangan (tanδ/DF): Mempengaruhi kecekapan, penjanaan haba dan nilai Q.
• Kekuatan dielektrik: Menjejaskan voltan tahan.
• Ciri-ciri Suhu: Menjejaskan julat suhu operasi dan kestabilan kapasiti.
• Kos dan Kebolehprosesan: Kesan kepada pengkomersilan.

II. Struktur Teras: Teknologi Metalisasi dan Elektrod

Intipati kapasitor filem nipis terletak pada cara membina elektrod pada filem nipis, dan daripada ini, produk dengan ciri yang berbeza boleh diperolehi.

1. Jenis Elektrod

Elektrod Kerajang Logam:

• Struktur: Kerajang logam (biasanya aluminium atau zink) dilaminasi terus dan dililit dengan filem plastik.
• Kelebihan: Keupayaan kuat untuk membawa arus tinggi (rintangan elektrod rendah), toleransi voltan lampau/lebihan arus yang baik.
• Kelemahan: Saiz besar, tiada keupayaan penyembuhan diri.

Elektrod Berlogam (Teknologi Arus Perdana):

• Struktur: Di bawah vakum yang tinggi, logam (aluminium, zink, atau aloinya) diwap ke permukaan filem nipis dalam bentuk atom untuk membentuk lapisan logam yang sangat nipis dengan ketebalan hanya berpuluh-puluh nanometer.
• Kelebihan: Bersaiz kecil dan tinggi dalam jumlah tertentu, keupayaan "penyembuhan diri". Apabila bahan dielektrik sebahagiannya rosak, arus tinggi serta-merta yang dijana pada titik kerosakan menyebabkan lapisan logam nipis di sekeliling mengewap dan menyejat, dengan itu mengasingkan kecacatan dan memulihkan prestasi kapasitor.

2. Teknologi Utama untuk Elektrod Berlogam (Meningkatkan Kebolehpercayaan)

Tepi Meninggalkan dan Menebal Tepi:

• Keluar Tepi: Semasa pemendapan wap, kawasan kosong dibiarkan di pinggir filem untuk mengelakkan kedua-dua elektrod daripada litar pintas akibat sentuhan di tepi selepas penggulungan.
• Tepi Tebal (Teknologi Fius Semasa): Lapisan logam pada permukaan sentuhan (permukaan bersalut emas) elektrod menebal, manakala lapisan logam di kawasan aktif pusat kekal sangat nipis. Ini memastikan rintangan sentuhan yang rendah pada permukaan sentuhan dan mengakibatkan kurang tenaga diperlukan untuk penyembuhan diri, menjadikannya lebih selamat dan lebih dipercayai.

Teknologi Elektrod Split:

• Segmentasi Mesh/Berjalur: Membahagikan elektrod termendap wap kepada beberapa kawasan kecil yang saling berpenebat (seperti jaring atau jalur).
• Kelebihan: Ia menyetempatkan potensi penyembuhan diri, sangat mengehadkan tenaga dan kawasan penyembuhan diri, menghalang kehilangan kapasitans yang disebabkan oleh penyembuhan diri kawasan besar, dan meningkatkan ketahanan dan keselamatan kapasitor dengan ketara. Ini adalah teknologi standard untuk kapasitor voltan tinggi dan berkuasa tinggi.

III. Reka Bentuk Struktur: Penggulungan dan Laminasi

1. Jenis Penggulungan

Proses: Dua atau lebih lapisan filem nipis berlogam dililitkan menjadi teras silinder seperti gulungan.

Jenis:

• Penggulungan Induktif: Elektrod dibawa keluar dari kedua-dua hujung teras, menghasilkan kearuhan yang agak besar.
• Penggulungan Bukan Induktif: Elektrod memanjang dari seluruh muka hujung teras (muka hujung logam dibentuk oleh proses penyemburan emas). Laluan semasa adalah selari, dan induktansi adalah sangat rendah, menjadikannya sesuai untuk aplikasi frekuensi tinggi, denyutan tinggi.

Kelebihan:

• Teknologi matang, julat kapasiti yang luas, dan mudah untuk dihasilkan.

Kelemahan:

• Bukan bentuk rata, yang mungkin mengakibatkan kecekapan ruang yang rendah dalam beberapa susun atur PCB.

2. Jenis Berlapis (Jenis Sekeping Tunggal)

Proses: Filem nipis dengan elektrod pra-deposit disusun secara selari, dan kemudian elektrod dibawa keluar secara bergilir-gilir melalui proses sambungan untuk membentuk struktur berbilang lapisan "sandwic".

Kelebihan:

• Kearuhan yang sangat rendah (ESL minimum), sesuai untuk aplikasi frekuensi ultra tinggi.
• Bentuk biasa (segi empat tepat/segi empat tepat), sesuai untuk penempatan SMT berketumpatan tinggi.
• Pelesapan haba yang lebih baik.

Kelemahan:

• Prosesnya adalah kompleks, dan sukar untuk mencapai kapasiti besar/voltan tinggi, dan kosnya agak tinggi.

Permohonan:

• Litar frekuensi radio frekuensi tinggi, penyahgandingan, aplikasi gelombang mikro.

IV. Kesimpulan: Kesan Sinergis Bahan dan Struktur

Prestasi kapasitor filem adalah hasil daripada sinergi yang tepat antara sifat bahan dan reka bentuk strukturnya.

Trend Pembangunan Masa Depan:

Inovasi Bahan: Membangunkan filem polimer baru dengan suhu yang lebih tinggi (>150°C) dan ketumpatan simpanan tenaga yang lebih tinggi (εr tinggi, Eb tinggi).

Struktur Diperhalusi: Kawalan yang lebih tepat bagi corak pemendapan wap (segmen skala nano) membolehkan kawalan dan prestasi penyembuhan diri yang lebih baik.

Integrasi dan Modularisasi: Mengintegrasikan berbilang kapasitor dengan induktor, perintang, dsb., ke dalam satu modul untuk menyediakan penyelesaian holistik untuk sistem elektronik kuasa.