Pag-unawa sa Mga Kapasitor ng Pelikula sa Isang Artikulo: Pangunahing Kaalaman mula sa Mga Materyales hanggang sa Istraktura

I. Pangunahing Kagamitan: Dielectric Thin Film

Ang dielectric film ay ang “puso” ng a kapasitor ng pelikula , direktang tinutukoy ang itaas na limitasyon ng pangunahing pagganap ng kapasitor. Pangunahing nahahati sila sa dalawang kategorya:

1. Mga Tradisyonal (Non-Polar) Manipis na Pelikula

Polypropylene (PP, BOPP):

• Mga katangian ng pagganap: Napakababa ng pagkawala (DF ~ 0.02%), matatag na dielectric na pare-pareho, mahusay na temperatura at dalas na mga katangian, at mataas na paglaban sa pagkakabukod. Ito ang kasalukuyang materyal na manipis na pelikula na may pangkalahatang pagganap at ang pinakamalawak na hanay ng mga aplikasyon.
• Mga Application: High-frequency, high-pulse, at high-current na mga application, gaya ng mga inverter, switching power supply, resonant circuit, at high-end na audio crossover.

Polyester (PET):

• Mga katangian ng pagganap: Mataas na dielectric na pare-pareho (~3.3), mababang gastos, at magandang mekanikal na lakas. Gayunpaman, mayroon itong medyo mataas na pagkalugi (DF ~0.5%) at mahinang temperatura at dalas na mga katangian.
• Mga Application: DC at mga low-frequency na application kung saan may mga kinakailangan para sa capacity-to-volume ratio ngunit hindi matataas na kinakailangan para sa pagkawala at katatagan, gaya ng consumer electronics, pangkalahatang DC blocking, at bypass.

Polyphenylene Sulfide (PPS):

• Mga katangian ng pagganap: Mataas na paglaban sa temperatura (hanggang sa 125°C pataas), dimensional na katatagan, at mas mababang pagkawala kaysa sa PET. Gayunpaman, ang gastos ay mas mataas.
• Mga Application: Automotive electronics, high-temperature surface mount device (SMD), mga precision na filter.

Polyimide (PI):

• Mga katangian ng pagganap: Ang hari ng mataas na temperatura na pagtutol (hanggang sa 250°C o mas mataas), ngunit ito ay mahal at mahirap iproseso.
• Mga Application: Aerospace, militar, mga kapaligirang may mataas na temperatura.

2. Mga Umuusbong (Polar) Manipis na Pelikula - Kumakatawan sa Mataas na Temperatura at Mataas na Densidad ng Enerhiya

Polyethylene Naphthalate (PEN):

• Ang pagganap nito ay nasa pagitan ng PET at PPS, at ang paglaban nito sa init ay mas mahusay kaysa sa PET.

Polybenzoxazole (PBO):

• Sa napakataas na paglaban sa init at napakataas na dielectric na lakas, ito ay isang potensyal na materyal para sa hinaharap na electric vehicle drive film capacitors.

Mga Fluoropolymer (tulad ng PTFE, FEP):

• Ito ay may mataas na dalas na mga katangian at napakababang pagkawala, ngunit ito ay mahirap iproseso at may mataas na gastos, kaya ito ay ginagamit sa mga espesyal na high-frequency na microwave circuit.

Mga Pangunahing Trade-off sa Pagpili ng Materyal:

• Dielectric Constant (εr): Nakakaapekto sa volumetric na kahusayan (ang dami na kinakailangan upang makamit ang parehong kapasidad).
• Loss Tangent (tanδ/DF): Nakakaapekto sa kahusayan, pagbuo ng init, at halaga ng Q.
• Lakas ng Dielectric: Nakakaapekto sa pagtiis ng boltahe.
• Mga Katangian ng Temperatura: Makakaapekto sa hanay ng temperatura ng pagpapatakbo at katatagan ng kapasidad.
• Gastos at Kakayahang Maproseso: Epekto sa komersyalisasyon.

II. Core Istruktura: Metallization Technology at Electrodes

Ang kakanyahan ng mga thin-film capacitor ay nakasalalay sa kung paano bumuo ng mga electrodes sa manipis na mga pelikula, at mula dito, ang mga produkto na may iba't ibang mga katangian ay maaaring makuha.

1. Uri ng Electrode

Metal Foil Electrode:

• Istruktura: Ang metal foil (karaniwan ay aluminyo o zinc) ay direktang nakalamina at nasugatan ng isang plastic film.
• Mga kalamangan: Malakas na kakayahang magdala ng mataas na kasalukuyang (mababang electrode resistance), magandang overvoltage/overcurrent tolerance.
• Mga disadvantages: Malaking sukat, walang kakayahan sa pagpapagaling sa sarili.

Mga Metallized Electrodes (Mainstream Technology):

• Istruktura: Sa ilalim ng mataas na vacuum, ang metal (aluminum, zinc, o ang kanilang mga haluang metal) ay sinisingaw sa ibabaw ng isang manipis na pelikula sa atomic form upang bumuo ng isang napakanipis na layer ng metal na may kapal na sampu-sampung nanometer lamang.
• Mga kalamangan: Maliit sa laki at mataas sa partikular na volume, ang kakayahan nitong "pagpapagaling sa sarili". Kapag ang isang dielectric na materyal ay bahagyang nasira, ang biglaang mataas na kasalukuyang nabuo sa breakdown point ay nagiging sanhi ng nakapalibot na manipis na layer ng metal na mag-vaporize at mag-evaporate, sa gayon ay ihiwalay ang depekto at ibalik ang pagganap ng kapasitor.

2. Mga Pangunahing Teknolohiya para sa Metallized Electrodes (Pagpapahusay ng Pagkakaaasahan)

Pag-alis ng Gilid at Pagpapakapal ng Gilid:

• Edge Leaving: Sa panahon ng vapor deposition, isang blangko na lugar ang naiwan sa gilid ng pelikula upang maiwasan ang dalawang electrodes mula sa short-circuiting dahil sa pagdikit sa gilid pagkatapos ng paikot-ikot.
• Mga Makapal na Gilid (Kasalukuyang Fuse Technology): Ang metal layer sa contact surface (gold-plated surface) ng electrode ay pinalapot, habang ang metal layer sa central active area ay nananatiling lubhang manipis. Tinitiyak nito ang mababang contact resistance sa contact surface at nagreresulta sa mas kaunting enerhiya na kinakailangan para sa self-healing, na ginagawa itong mas ligtas at mas maaasahan.

Split Electrode Technology:

• Mesh/Striped Segmentation: Paghahati ng vapor-deposited electrode sa maramihang maliliit, magkahiwalay na lugar (tulad ng fishing net o stripes).
• Mga kalamangan: Ini-localize nito ang potensyal na pagpapagaling sa sarili, lubos na nililimitahan ang enerhiya at lugar ng pagpapagaling sa sarili, pinipigilan ang pagkawala ng kapasidad na dulot ng pagpapagaling sa sarili ng malaking lugar, at makabuluhang pagpapabuti ng tibay at kaligtasan ng mga capacitor. Ito ay isang karaniwang teknolohiya para sa mga high-voltage, high-power capacitor.

III. Structural Design: Paikot-ikot at Lamination

1. Uri ng Paikot-ikot

Proseso: Dalawa o higit pang mga layer ng metallized thin films ay nasugatan sa isang cylindrical core tulad ng isang roll.

Mga uri:

• Inductive Winding: Ang mga electrodes ay pinalabas mula sa magkabilang dulo ng core, na nagreresulta sa isang medyo malaking inductance.
• Non-Inductive Winding: Ang mga electrodes ay umaabot mula sa buong dulo ng mukha ng core (ang metal na dulo ng mukha ay nabuo sa pamamagitan ng isang proseso ng pag-spray ng ginto). Ang kasalukuyang landas ay parallel, at ang inductance ay napakababa, na ginagawang angkop para sa mga high-frequency, high-pulse na mga aplikasyon.

Mga kalamangan:

• Mature na teknolohiya, malawak na hanay ng kapasidad, at madaling gawin.

Mga disadvantages:

• Hindi isang patag na hugis, na maaaring magresulta sa mababang kahusayan sa espasyo sa ilang mga layout ng PCB.

2. Laminated Type (Single-Piece Type)

Proseso: Ang mga manipis na pelikula na may mga pre-deposited na electrodes ay nakasalansan nang magkatulad, at pagkatapos ay ang mga electrodes ay halili na pinalabas sa pamamagitan ng isang proseso ng koneksyon upang bumuo ng isang "sandwich" na multilayer na istraktura.

Mga kalamangan:

• Napakababa ng inductance (minimum na ESL), na angkop para sa mga ultra-high frequency na application.
• Regular na hugis (parihaba/parihaba), angkop para sa high-density na paglalagay ng SMT.
• Mas mahusay na pag-aalis ng init.

Mga disadvantages:

• Ang proseso ay kumplikado, at mahirap makamit ang malaking kapasidad/mataas na boltahe, at ang gastos ay medyo mataas.

Mga Application:

• High-frequency radio frequency circuits, decoupling, microwave applications.

IV. Konklusyon: Synergistic Effects ng Materials and Structures

Ang pagganap ng mga capacitor ng pelikula ay ang resulta ng isang tumpak na synergy sa pagitan ng kanilang mga materyal na katangian at disenyo ng istruktura.

Mga Trend sa Pag-unlad sa Hinaharap:

Mga Materyal na Innovation: Bumuo ng mga novel polymer film na may mas mataas na temperatura (>150°C) at mas mataas na densidad ng imbakan ng enerhiya (mataas na εr, mataas na Eb).

Pinong Istraktura: Ang mas tumpak na kontrol sa mga pattern ng vapor deposition (nanoscale segmentation) ay nagbibigay-daan sa mas mahusay na self-healing control at performance.

Pagsasama at Modularisasyon: Pagsasama ng maraming capacitor na may mga inductors, resistors, atbp., sa isang module para magbigay ng holistic na solusyon para sa mga power electronic system.