根据电容公式，电容量的大小除了与电容的尺寸有关，与电介质的介电常数(Permittivity)有关。电介质的性能影响着电容的性能，不同的介质适用于不同的制造工艺。

常用介质的性能对比，可以参考 AVX 的一篇技术文档。

AVX Dielectric Comparison Chart

电容的制造工艺主要可以分为三大类：

Film Capacitor 在国内通常翻译为薄膜电容，但和 Thin Film 工艺是不一样的。为了区分，个人认为直接翻译为膜电容好点。

薄膜电容是通过将两片带有金属电极的塑料膜卷绕成一个圆柱形，最后封装成型；由于其介质通常是塑料材料，也称为塑料薄膜电容；其内部结构大致如下图所示：

薄膜电容根据其电极的制作工艺，可以分为两类：

金属箔薄膜电容，直接在塑料膜上加一层薄金属箔，通常是铝箔，作为电极；这种工艺较为简单，电极方便引出，可以应用于大电流场合。

金属化薄膜电容，通过真空沉积(Vacuum Deposited)工艺直接在塑料膜的表面形成一个很薄的金属表面，作为电极；由于电极厚度很薄，可以绕制成更大容量的电容；但由于电极厚度薄，只适用于小电流场合。

金属化薄膜电容就是具有自我修复的功能，即假如电容内部有击穿损坏点，会在损坏处产生雪崩效应，气化金属在损坏处将形成一个气化集合面，短路消失，损坏点被修复；因此，金属化薄膜电容可靠性非常高，不存在短路失效；

薄膜电容有两种卷绕方法：有感绕法在卷绕前，引线就已经和内部电极连在一起；无感绕法在绕制后，会采用镀金等工艺，将两个端面的内部电极连成一个面，这样可以获得较小的 ESL，应该高频性能较高；此外，还有一种叠层型的无感电容，结构与 MLCC 类似，性能较好，便于做成 SMD 封装。

最早的薄膜电容的介质材料是用纸浸注在油或石蜡中，英国人 D’斐茨杰拉德于 1876 年发明的；工作电压很高。现在多用塑料材料，也就是高分子聚合物，根据其介质材料的不同，主要有以下几种：

应用最多的薄膜电容是聚酯薄膜电容，比较便宜，由于其介电常数较高，尺寸可以做的较小；其次就是聚丙烯薄膜电容。其他材料还有聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等等。

薄膜电容的特点就是可以做到大容量，高耐压；但由于工艺原因，其尺寸很难做小，通常应用于强电电路，例如电力电子行业；基本上是长这个样子：

电解电容是用金属作为阳极(Anode)，并在表面形成一层金属氧化膜作为介质；然后湿式或固态的电解质和金属作为阴极(Cathode)。电解电容大都是有极性的，如果阴极侧的金属，也有一层氧化膜，就是无极性的电解电容。

根据使用的金属的不同，目前只要有三类电解电容：

铝电解电容应该是使用最广泛的电解电容，最便宜，其基本结构如下图所示：

铝电解电容的制作工艺大致有如下几步：

使用电解液的湿式铝电解电容应用最广；优点就是电容量大、额定电压高、便宜；缺点也很明显，就是寿命较短、温度特性不好、ESR 和 ESL 较大。对于硬件开发来说，需要避免过设计，在满足性能要求的情况下，便宜就是最大的优势。

下图是基美(Kemet)的铝电解电容产品，大致可以看出铝电解电容的特点。

铝电解电容也有使用二氧化锰、导电高分子聚合物等固态材料做电解质；聚合物铝电解电容的结构大致如下图所示：

聚合物铝电解电容的 ESR 较小，容值更稳定，瞬态响应好；由于是固态，抗冲击振动能力比湿式的要好；可以做出较小的 SMD 封装。当然，湿式的铝电解电容也可以做 SMD 封装，不过大都是长这样：

而聚合物铝电解电容的封装长这样：

引申阅读：

钽(拼音 tǎn)电解电容应用最多的应该是利用二氧化锰做固态电解质，主要长这样：

固态钽电解电容内部结构大致如下图所示：

钽电容与铝电解电容比，在于钽氧化物(五氧化二钽)的介电常数比铝氧化物(三氧化二铝)的高不少，这样相同的体积，钽电容容量要比铝电解电容的要大。钽电容寿命较长，电性能更加稳定。

钽电容也有利用导电高分子聚合物(Conductive Polymer)做电解质，结构与上图二氧化锰钽电容类似，就是将二氧化锰换成导电聚合物；导电聚合物的电导率比二氧化锰高，这样 ESR 就会更低。

另外还有湿式的钽电容，特点就是超大容量、高耐压、低直流漏电流，主要用于军事和航天领域。湿式的钽电容主要长这样：

引申阅读：

Guide for Tantalum Solid Electrolyte Chip Capacitors with Polymer Cathode

铌电解电容与钽电解电容类似，就是铌及其氧化物代替钽；铌氧化物(五氧化二铌)的介电常数比钽氧化物(五氧化二钽)更高；铌电容的性能更加稳定，可靠性更高。

AVX 有铌电容系列产品，二氧化锰钽电容外观是黄色，而铌电容外观是橙红色，大致长这样：

电解电容对比表，数据来源于维基百科，仅供参考。

陶瓷电容是以陶瓷材料作为介质材料，陶瓷材料有很多种，介电常数、稳定性都有不同，适用于不同的场合。

陶瓷电容，主要有以下几种：

瓷片电容的主要优点就是可以耐高压，通常用作安规电容，可以耐 250V 交流电压。其外观和结构如下图所示：

引申阅读：

Ceramic Capacitor

多层陶瓷电容，也就是 MLCC，片状(Chip)的多层陶瓷电容是目前世界上使用量最大的电容类型，其标准化封装，尺寸小，适用于自动化高密度贴片生产。

多层陶瓷电容的内部结构如下图所示：

多层陶瓷电容生产流程如下图所示：

由于多层陶瓷需要烧结瓷化，形成一体化结构，所以引线(Lead)封装的多层陶瓷电容，也叫独石(Monolithic)电容。

在谈谈电感 中也介绍过多层陶瓷工艺和 Thin Film 工艺。Thin Film 技术在性能或工艺控制方面都比较先进，可以精确的控制器件的电性能和物理性能。因此，Thin Film 电容性能比较好，最小容值可以做到 0.05pF，而容差可以做到 0.01pF；比通常 MLCC 要好很多，像 Murata 的 GJM 系列，最小容值是 0.1pF，容差通常都是 0.05pF；因此，Thin Film 电容可以用于要求比较高的 RF 领域，AVX 有 Accu-P®系列。

根据 EIA-198-1F-2002，陶瓷介质主要分为四类：

Class I：具有温度补偿特性的陶瓷介质，其介电常数大都较低，不超过 200。通常都是顺电性介质(Paraelectric)，温度、频率以及偏置电压下，介电常数比较稳定，变化较小。损耗也很低，耗散因数小于 0.01。

性质最稳定，应用最多的是 C0G 电容，也就是 NP0。NP0 是 IEC/EN 60384-1 标准中规定的代号，即 Negative Positive Zero，也就是用 N 和 P 来表示正负偏差。

由于介电常数低，C0G 电容的容值较小，最大可以做到 0.1uF，0402 封装通常最大只有 1000pF。

Class II，III：其中，温度特性 A-S 属于 Class II，介电常数几千左右。温度特性 T-V 属于 Class III，介电常数最高可以到 20000，可以看出 Class III 的性能更加不稳定。根据 IEC 的分类，Class II 和 III 都属于第二类，高介电常数介质。像 X5R 和 X7R 都是 Class II 电容，在电源去耦中应用较多，而 Y5V 属于 Class III 电容，性能不太稳定，个人觉得现在应用不多了。

由于 Class II 和 III 电容的容值最高可以做到几百 uF，但由于高介电常数介质，大都是铁电性介质(Ferroelectric)，温度稳定性差。此外，铁电性介质，在直流偏置电压下介电常数会下降。

对于铁电性介质存在电滞现象，当内部电场超过一定值时，会发生电饱和现象，导致介电常数下降。

因此，当 Class II 和 III 电容的直流偏置电压超过一定值时，电容会明显下降，如下图所示：

Class IV：制作工艺和通常的陶瓷材料不一样，内部陶瓷颗粒都是外面一层很薄的氧化层，而核心是导体。这种类型的电容容量很大，但击穿电压很小。由于此类电容的性能不稳定，损耗高，现在已经基本被淘汰了。

引申阅读：

还有一类超级电容，就是容量特别大，可以替代电池作为供电设备，也可以和电池配合使用。超级电容充电速度快，可以完全地充放电，而且可以充到任何想要的电压，只要不超过额定电压。现在应用也比较多，国内很多城市都有超级电容电动公交车；还有些电子产品上也有应用，例如一些行车记录仪上，可以持续供电几天。

原创文章，作者：sunev，如若转载，请注明出处：https://www.sunev.cn/hardware/1036.html