顯卡電容用料解析2

1、 電解液（鋁-電解液電容）電解液是最傳統(tǒng)的電解質(zhì)，電解液是由GAMMA丁內(nèi)酯有機(jī)溶劑加弱酸鹽電容質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱得到的。我們所見(jiàn)到的普通意義上的鋁電解電容的陰極，都是這種電解液。曾經(jīng)名噪一時(shí)的高端鋁電解液電容紅寶石MCZ使用電解液做陰極有不少好處。首先在于液體與介質(zhì)的接觸面積較大，這樣對(duì)提升電容量有幫助（動(dòng)輒1500f）。其次是使用電解液耐高溫能力不錯(cuò)，可使用SMT工藝，同時(shí)耐壓性也比較強(qiáng)。此外，使用電解液做陰極的電解電容，當(dāng)介質(zhì)被擊穿之后，只要擊穿電流不持續(xù)，那么電容能夠自愈（金屬氧化物可以自動(dòng)生成）。但電解液電容也有其不足之處。首先是在高溫環(huán)境下容易揮發(fā)、滲漏，對(duì)壽命和穩(wěn)定性影響很大，在高溫高壓

2、下電解液還有可能瞬間汽化，體積增大引起爆炸（就是我們常說(shuō)的爆漿）；其次是電解液所采用的離子導(dǎo)電法其導(dǎo)電率很低，只有0.01S/CM（電導(dǎo)率，歐姆的倒數(shù)），這造成電容的ESR值（等效串聯(lián)電阻，阻抗）特別高。陽(yáng)極為鋁、陰極為電解液的電容，其正式名稱是鋁電解液電容，因?yàn)橛幸后w存在，所以被稱為“液態(tài)”電容，因?yàn)樘^(guò)常見(jiàn)所以被稱為“普通”電解電容。接下來(lái)的電容就不“普通”了，也全都是“固態(tài)”電容。 二氧化錳（鉭-二氧化錳電解電容）二氧化錳通常是鉭電容所使用的陰極材料，所以那些黑條或者黃豆?fàn)钽g電容的正式名稱是“鉭-二氧化錳電解電容”，它不存在電解液，當(dāng)然屬于“固態(tài)”電容。固體二氧化錳的傳導(dǎo)方式為電子導(dǎo)電，

3、導(dǎo)電率是電解液離子導(dǎo)電的十倍（0.1S/CM），所以ESR比電解液低。一般來(lái)說(shuō)鉭-二氧化錳電解電容比鋁電解液電容好得多，同時(shí)固體電解質(zhì)也沒(méi)有泄露或爆漿的危險(xiǎn)。此外二氧化錳的耐高溫特性也比較好，能耐的瞬間溫度在500度左右。所有電解電容都不容許將極性接反 二氧化錳的缺點(diǎn)在于在極性接反的情況下容易產(chǎn)生高溫，在高溫環(huán)境下釋放出氧氣，同時(shí)五氧化二鉭介質(zhì)層發(fā)生晶質(zhì)變化，變脆產(chǎn)生裂縫，氧氣沿著裂縫和鉭粉混合發(fā)生劇烈爆炸！另外二氧化錳陰極材料的價(jià)格也比較貴。傳統(tǒng)上認(rèn)為鉭電容比鋁電容性能好 主要是由于鉭加上二氧化錳陰極助威后才有明顯好于鋁電解液電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液電容的陰極更換為二氧化錳，那么它的性能其

4、實(shí)也能提升不少。鉭-二氧化錳電解電容按照特性來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用方式介于陶瓷電容和直立電容之間，因?yàn)樗捏w積只是略大于陶瓷電容，但容量卻要大很多幾乎快趕上直立鋁電解電容了，因此在一些必須使用大電容、但卻體積有限的地方，一般都會(huì)使用鉭電容。比如板卡PCB背面、散熱器下面都不允許使用直立電容，而鉭電容則正好合適。 TCNQ（鋁-有機(jī)半導(dǎo)體電解電容）TCNQ（四氰基對(duì)醌二甲烷）是一種有機(jī)半導(dǎo)體，它和金屬結(jié)合后能生成金屬有機(jī)絡(luò)合鹽。TCNQ的用途非常廣泛，在電容方面的應(yīng)用，是在90年代中后期才出現(xiàn)的，它的出現(xiàn)代表著電解電容技術(shù)革命的開(kāi)始。四顆紫皮電容就是鋁-TCNQ電解電容 TCNQ是一種有機(jī)半導(dǎo)體，因此使用

5、TCNQ的電容也叫做有機(jī)半導(dǎo)體電容，例如早期的三洋OSCON產(chǎn)品。TCNQ的出現(xiàn)，使電解電容的性能可以直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)陶瓷電容霸占的很多領(lǐng)域，電解電容的工作頻率由以前的20KHz直接上升到了1MHz。TCNQ的出現(xiàn)，使過(guò)去按照陽(yáng)極劃分電解電容性能的方法也過(guò)時(shí)了。因?yàn)榧词故顷?yáng)極為鋁的鋁電解電容，如果使用了TCNQ作為陰極材質(zhì)的話，其性能足以和傳統(tǒng)鉭-二氧化錳電容相提并論。TCNQ的導(dǎo)電方式也是電子導(dǎo)電，其導(dǎo)電率為1S/CM，是電解液的100倍，二氧化錳的10倍。使用TCNQ作為陰極的有機(jī)半導(dǎo)體電容，其性能很穩(wěn)定，成本相對(duì)較低。不過(guò)它的熱阻性能不好，其熔解溫度只有230-240攝氏度，所以有機(jī)半導(dǎo)體電

6、容一般很少用SMT貼片工藝制造，因?yàn)闊o(wú)法通過(guò)高溫波峰焊工藝，所以我們看到的有機(jī)半導(dǎo)體電容基本都是插件式安裝的。TCNQ還有一個(gè)不足之處就是對(duì)環(huán)境的污染。由于TCNQ是一種氰化物，在高溫時(shí)容易揮發(fā)出劇毒的氰氣，因此在生產(chǎn)和使用中會(huì)有限制?？偟膩?lái)說(shuō)，TCNQ讓傳統(tǒng)鋁電解電容重獲新生，性能、穩(wěn)定性都獲得提高，也讓大家意識(shí)到在直立電容當(dāng)中，“固體”電容就是比“液體”電容好。但由于TCNQ有毒而且無(wú)法使用SMT全自動(dòng)焊接工藝，因此使用率越來(lái)越低，被性能更好的固體聚合物所代替！如果說(shuō)TCNQ是電解電容革命的開(kāi)始，那么革命成功的主角當(dāng)屬PPY（聚吡咯）以及PEDT這類固體聚合物導(dǎo)體。 固體聚合物導(dǎo)體（鋁-固

7、體聚合物導(dǎo)體電容）70年代末人們發(fā)現(xiàn)，使用攙雜法可以獲得優(yōu)良的導(dǎo)電聚合物材料，從而引發(fā)了一場(chǎng)聚合物導(dǎo)體的技術(shù)革命。1985年，日本首次開(kāi)發(fā)了聚吡咯膜（PPY），如果使用復(fù)合法的話，可以使其導(dǎo)電率達(dá)到銅和銀的水平，但它又不是金屬而相當(dāng)于工程塑料，附著性比金屬好，同時(shí)價(jià)格也比銅和銀低很多，此外，在受力情況下，其導(dǎo)電率還會(huì)產(chǎn)生變化（其特性很像人的神經(jīng)系統(tǒng)）。這無(wú)疑是電容研發(fā)者夢(mèng)寐以求的陰極材質(zhì)。2000年，兩位美國(guó)科學(xué)家和一位日本科學(xué)家因?yàn)榘l(fā)明了大規(guī)模制造PPY聚吡咯膜的方法，從而分享了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，固體聚合物導(dǎo)體的重要性可見(jiàn)一斑！聚吡咯的用途非常廣泛，從隱形戰(zhàn)斗機(jī)到人工手，以及顯示器和電池、

8、電容等等。聚吡咯的研發(fā)實(shí)力，可以反映出一個(gè)國(guó)家的化工水平，我國(guó)西安交通大學(xué)和成都電子科技大學(xué)在這方面比較突出。8800GTS上一排整齊的三洋SVP鋁-固體聚合物導(dǎo)體電容 當(dāng)然，電容陰極只是聚吡咯很小的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，但它卻讓電解電容的性能得到再次飛躍式提升！使用PPY（聚吡咯）和PEDT（聚3,4-乙烯二氧噻吩）做為陰極材料的電容，叫做固體聚合物導(dǎo)體電容。其電導(dǎo)率可以達(dá)到100S/CM，這是TCNQ鹽的100倍、二氧化錳的1000倍、電解液的10000倍！而且固體聚合物導(dǎo)體沒(méi)有污染，可以忍耐300度以上的高溫，因此可以使用SMT貼片工藝安裝，也適合大規(guī)模生產(chǎn)。三洋CVEX 固體聚合物導(dǎo)體+電解液

9、混合電容 注意防爆槽 固體聚合物導(dǎo)體電容的安全性較好，當(dāng)遇到高溫的時(shí)候，電解質(zhì)只是熔化而不會(huì)產(chǎn)生爆炸，因此它不像普通鋁電解液電容那樣開(kāi)有防爆槽（三洋有一種CVEX電容，陰極為固體聚合物導(dǎo)體加電解液的混合型，因此也有防爆槽）。固體聚合物導(dǎo)體電容的缺陷在于其成本昂貴，同時(shí)耐電壓性能不強(qiáng)。8800Ultra顯卡，使用了陶瓷電容、鉭電容和固體聚合物電容紫色為三洋、紅色富士通，都是鋁-固體聚合物導(dǎo)體電解電容 在NVIDIA最強(qiáng)的8800Ultra顯卡上，就使用了三洋和富士通的16V 180uf的固體聚合物導(dǎo)體電容?？赡芎芏唷案呤帧睂?duì)此不屑一顧，說(shuō)16V算什么？可憐的180uf容量又算什么？和動(dòng)輒1500

10、uf的鋁電解液電容如何比？16V 180uf這個(gè)參數(shù)確實(shí)不算什么，但是在16V的電壓下，其超低ESR性能不是一般電解液電容所能達(dá)到的，因此固體聚合物電容才被應(yīng)用到8800Ultra這種超大功率的頂級(jí)顯卡上！ 電容的陰/陽(yáng)極可以隨便組合！通過(guò)前面的介紹可以發(fā)現(xiàn)，電解電容之間的區(qū)別主要在陽(yáng)極和陰極上面，理論上來(lái)說(shuō)，使用不同的陽(yáng)極和陰極材料可以組合成多種規(guī)格的電解電容。比如通常所說(shuō)的鉭電容的陰極一般是二氧化錳，不過(guò)新型的鉭電容也能夠在陰極使用PPY和PEDT這類固體聚合物導(dǎo)體，因此性能進(jìn)步很多，也沒(méi)有以往二氧化錳陰極易爆炸的危險(xiǎn)。如今最好的鉭-聚合物電容的ESR可以達(dá)到5毫歐姆。這類性能高、體積小的

11、鉭聚合物電容一般使用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等一些對(duì)體積要求較高的設(shè)備上。經(jīng)常有文章介紹產(chǎn)品時(shí)會(huì)指出，某某顯卡全部使用了高檔的貼片電容、豪華供電、做工一流，而中低端顯卡則大量使用普通的直插電容。那么貼片電容和插件電容的區(qū)別是什么呢？ 貼片和插件的根本區(qū)別在于安裝工藝無(wú)論是插件式還是貼片式的安裝工藝，電容本身都是直立于PCB的，根本的區(qū)別方式是SMT（Surface Mount Technology，表面貼裝技術(shù)，俗稱貼片工藝）安裝的電容，有黑色的橡膠底座： 貼片電容為什么要安裝橡膠底座呢？因?yàn)檫@樣表面焊接的電容引腳和PCB結(jié)合會(huì)更加穩(wěn)固。另外，從SMT的字面意思就可以理解，表面焊接的焊點(diǎn)在PCB正面，

12、引腳不會(huì)穿透PCB；而插件電容的引腳要穿透PCB，焊點(diǎn)在PCB的背面。由上圖可以看出，貼片電容也可以改裝成直插電容使用，為什么要改裝呢？這是因?yàn)楹芏郉IY玩家喜歡自己改造主板或者顯卡，直插電容可以用電烙鐵手工焊接，而貼片電容只能使用昂貴的貼片機(jī)進(jìn)行焊接。這個(gè)道理對(duì)于工廠同樣適用，有實(shí)力的大型代工廠為了提高產(chǎn)能，必然會(huì)購(gòu)置多臺(tái)SMT貼片機(jī)擴(kuò)充生產(chǎn)線，因此其顯卡多采用貼片電容進(jìn)行全自動(dòng)安裝。而小廠無(wú)力購(gòu)買貼片機(jī)或者貼片機(jī)數(shù)量有限，只用于安裝必不可少的貼片小電阻小電容之類的，所以其電容多為直插式。另外必須要了解的是，歐美工廠的機(jī)械成本低而人工比較貴，所以大部分傾向于SMT貼片制造。而國(guó)內(nèi)工廠的人工很

13、便宜，所以廠商更愿意使用插件式安裝。當(dāng)然插件式多用于中低端顯卡，高端顯卡為了保證質(zhì)量會(huì)盡量避免人工焊接！ 貼片和插件的優(yōu)缺點(diǎn)通過(guò)上面的介紹大家可以很容易了解到，插件的優(yōu)勢(shì)就是設(shè)備要求不高，人力成本低；而貼片的優(yōu)勢(shì)就是全自動(dòng)化流水線作業(yè)，產(chǎn)能高、精度高，而且貼片電容在 運(yùn)輸途中不像插件式那樣容易受損。電容貼片式插件式底座有無(wú)焊點(diǎn)正面反面引腳表面接觸穿透 PCB焊接溫度高低自動(dòng)化貼片機(jī)手工成本高低但兩者都有局限性：插件電容的引腳要穿透PCB，而一些多層PCB集成度特別高，可能PCB背面也要安裝一些貼片元件，而且考慮到干擾問(wèn)題，一般8層以上的PCB很少使用插件電容，所以必須使用貼片電容。而貼片的局限性就在于溫度，貼片工藝需要經(jīng)過(guò)波峰焊接處理，一些電容經(jīng)過(guò)高溫之后可能會(huì)影響性能，尤其是陰極采用電解液的電容，經(jīng)過(guò)高溫后電解液可能會(huì)干枯。所以，廉價(jià)的液態(tài)電容不可能使用貼片安裝，部分特殊材料的固態(tài)電容也只能