為應用選擇合適的電容技術

在國防、航太、醫療技術、關鍵能源基礎設施或快速電動車充電器等電源供應器等應用中，選擇合適的電容可顯著提高產品的效能、可靠性和效率。

電容是許多電子電路中的重要組件，可儲存和釋放電能、濾除不需要的訊號並執行其他功能。然而，並非所有電容都相同，不同類型的電容有不同的特性、優點、限制。

產品設計必須選擇合適的電容類型。三種常見的選擇包含積層陶瓷電容 (MLCC)、薄膜電容、鋁電解電容，各有其優缺點，且每個類別都有無數的變款。選擇合適的類型可確保最終產品有足夠的儲存能量、適合可用空間，並且能可靠達到其預期用途。

積層陶瓷電容實例

積層陶瓷電容由交替的陶瓷介電層和金屬電極層組成，相互堆疊並燒結在一起，形成緊湊的封裝。積層陶瓷電容廣泛運用於許多電子裝置中，具有小尺寸、高電容值、低等效串聯電阻 (ESR)、低漏電流、高頻響應、良好的溫度穩定性等特點。

積層陶瓷電容適用於需要高功率密度、高效率、低雜訊、高可靠性的應用。然而，此一類別內存在一些差異，這會對產品開發成功與否造成影響：

• 高可靠性積層陶瓷電容：在惡劣條件下提供高可靠性、低失效率、長壽命、高效能。這些特性對於滿足航太和國防等產業的嚴格要求 (包括 MIL-PRF-55681、MIL-PRF-123、MIL-PRF-49470、MIL-PRF-39014 規範) 以及醫療應用非常重要。
• 高壓積層陶瓷電容：工作電壓高於 500 V，最高可達 12 kV。專為需要高壓隔離的應用所設計，例如電源供應器、脈衝產生器、X 光設備。具有高電容量、低等效串聯電阻、低耗散因數、高崩潰電壓。
• 高溫積層陶瓷電容：工作溫度高於 +125°C，最高可達 +250°C。專為需要高溫穩定性的應用所設計，例如潛孔鑽鑿、汽車、工業。具有高電容量、低等效串聯電阻、低溫度係數、高耐熱衝擊性。

薄膜電容的優點

薄膜電容適用於需要高功率、大電流、高電壓、高頻的應用，例如功率轉換、濾波、緩衝、耦合。這些電容將介電材料薄膜 (例如聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚苯硫醚) 夾在兩個金屬電極之間組成，捲繞成圓柱狀或堆疊成扁平狀。

薄膜電容通常比積層陶瓷電容更大且更昂貴，但可提供高電容值、高額定電壓、低等效串聯電阻、低耗散因數、高頻響應、長壽命。此技術的優點包括更高的額定電壓、隨電壓和溫度變化的線性電容改變、無壓電雜訊、自行修復能力、長壽命。

薄膜電容有多種類別，適合不同的應用：

• 金屬化聚酯薄膜電容在聚酯薄膜上沉積薄金屬層 (例如鋁或鋅) 作為電極。具有高電容量、低等效串聯電阻、低成本、良好的自行修復特性。可滿足旁路、耦合、解耦等一般用途應用的需求。
• 金屬化聚丙烯薄膜電容使用聚丙烯薄膜作為電極，並帶有一層薄薄的金屬，例如鋁或鋅。具有高電容量、低等效串聯電阻、低耗散因數、高頻響應、高穩定性的特性。適用於高效能應用，例如功率因數校正、濾波、緩衝。
• 聚碳酸酯薄膜電容使用聚碳酸酯薄膜作為介電材料。具有高電容量、高額定電壓、低溫度係數、高可靠性。適用於需要高溫穩定性的應用，例如計時、感測、精密電路。
• 聚苯硫醚薄膜電容使用聚苯硫醚薄膜作為介電材料。具有高電容量、高額定溫度、低等效串聯電阻、低耗散因數、高頻響應。適合需要高溫效能的應用，例如汽車、工業、電信。
• 金屬化紙膜電容以金屬化紙膜作為介電材料。具有高電容量、高額定電壓、低等效串聯電阻、低耗散因數、高自行修復特性。適用於需要高壓隔離的應用，例如電源供應器、脈衝產生器、X 光設備。

鋁電解電容

鋁電解電容適用於需要高電容量、高電壓、低頻的應用，如平滑、濾波、儲能等。

鋁電解電容的尺寸能夠儲存大量電能，適用於電子裝置中的平滑電源供應器。其使用壽命可能比積層陶瓷電容和薄膜替代品短，而且由於是用正極和負極端子極化，如果裝反了可能會造成損壞。還可能持續洩漏少量電流，並且與替代品相比，在高頻下較不穩定。

鋁電解電容有多種電解質類型，例如液態、固態、混合電解質，具有不同的效能、穩定性、可靠度特性：

• 液態鋁電解電容使用液態電解質溶液作為陰極。具有高電容量、高額定電壓、低成本。不過，也具有高等效串聯電阻、高漏電流、高耗散因數、有限壽命。適用於一般用途應用，例如平滑、濾波、能量儲存。
• 固態鋁電解電容的陰極採用固態電解質材料，例如二氧化錳或導電聚合物。具有低等效串聯電阻、低漏電流、低耗散因數、長使用壽命。不過，也比液態電解電容具有更低的電容量、更低的額定電壓和更高的成本。適用於高效能應用，例如切換式電源供應器、LED 驅動器和音訊放大器。
• 混合鋁電解電容使用液態和固態電解質的組合作為陰極。提供電容量、額定電壓、等效串聯電阻、漏電流、耗散因數、壽命的平衡。適用於需要高功率密度、高可靠性、高溫效能的應用，例如汽車、工業和電信。

供應商的收購擴大電容產品組合

Knowles 和 Cornell Dubilier Electronics (CDE) 是兩家領先的電容製造商，提供廣泛的電容技術和產品。Knowles 於 2023 年收購了 CDE，結合兩家公司的優勢互補，包括 CDE 的薄膜電容和鋁電解電容，以及 Knowles Precision Devices 的薄膜和積層陶瓷電容。

Knowles 提供全面的積層陶瓷電容產品組合，採用標準表面黏著和帶狀或徑向引線封裝，範圍從低於 pF 到數百µF，額定電壓從 6.3 V 到 12 kV。Knowles 的積層陶瓷電容提供具有不同溫度係數、介電常數、老化率的各種介電材料。

Knowles 的 FlexiCap™ 以一種自行研發的撓性環氧樹脂聚合物端接材料製成，將此材料用於一般鎳屏障塗層下，能傳統電容適應更大幅度的電路板彎曲。在電路板空間非常寶貴的情況下，其 StackiCap™ 系列以等效電容值大幅縮減 PCB 空間；例如，8060 尺寸外殼的標準 150 nF 晶片可採用小許多的 3640 尺寸外殼。

Knowles Syfer 的 2220Y5000564KXT (圖 1) 是 FlexiCap 表面黏著積層陶瓷電容，可儲存 0.56 μF 的電荷 (容差為 ±10%)，設計用於處理高達 500 V 的電壓。其屬於直流額定積層陶瓷電容產品系列，介於 0.2 pF 到 22 µF，外殼尺寸從 0402 至 8060。

圖 1：Knowles Syfer 2220Y5000564KXT 的示意圖。(圖片來源：Knowles)

Knowles Syfer 的 2220Y6300105KETWS2 (圖 2) 是 StackiCap 積層陶瓷電容，可儲存 1 µF 電荷，容差為 ±10%，額定電壓為 630 V。

圖 2：Knowles Sifer 的 2220Y6300105KETWS2 和類似積層陶瓷電容的 StackiCap 封裝圖。(圖片來源：Knowles)

Knowles CDE 提供多種標準和客製化螺絲端子、扣入式和板式安裝電容。適用於關鍵應用，從去顫器和醫療造影，到雷達系統和大型資料系統的 UPS 電源備援。

CDE 的 477XMPL002MG19R 屬於 XMPL 聚合物晶片電容系列，適用於具有更高電壓和／或電容量要求的應用。由於具備低等效串聯電阻和強大的漣波電流額定值，其效能優於更大尺寸的表面黏著電解電容，並具有更長的使用壽命、更高的溫度變化穩定性以及在更高頻率下更低的等效串聯電阻。此系列標準電容值範圍現在為 6.8 µF 至 470 µF，最大工作電壓為 35 V_DC，採用尺寸為 7.3 mm x 4.3 mm x 1.9 mm 的模製封裝。

在種類繁多的薄膜電容中，CDE 的 Type FCA 丙烯酸薄膜電容 (如 FCA0805C104M-J2) 在標準表面黏著外殼中提供高電容值。此系列提供 0.10 µF 至 1.0 µF 的電容量範圍。可作為音訊電路的耦合電容，產生無失真的聲音和高頻濾波。

結論

電容是重要的電子元件，選擇合適的電容對於產品設計非常重要。Knowles 和 Cornell Dubilier Electronics 提供大量常見類型的電容，具有多種變款，以及為特定應用設計的特殊類型電容。