主板显卡的电容知识
四颗紫皮电容就是铝-TCNQ电解电容
TCNQ是一种有机半导体,因此使用TCNQ的电容也叫做有机半导体电容,例如早期的三洋OSCON产品。TCNQ的出现,使电解电容的性能可以直接挑战传统陶瓷电容霸占的很多领域,电解电容的工作频率由以前的20KHz直接上升到了1MHz。TCNQ的出现,使过去按照阳极划分电解电容性能的方法也过时了。因为即使是阳极为铝的铝电解电容,如果使用了TCNQ作为阴极材质的话,其性能足以和传统钽-二氧化锰电容相提并论。TCNQ的导电方式也是电子导电,其导电率为1S/CM,是电解液的100倍,二氧化锰的10倍。
使用TCNQ作为阴极的有机半导体电容,其性能很稳定,成本相对较低。不过它的热阻性能不好,其熔解温度只有230-240摄氏度,所以有机半导体电容一般很少用SMT贴片工艺制造,因为无法通过高温波峰焊工艺,所以我们看到的有机半导体电容基本都是插件式安装的。TCNQ还有一个不足之处就是对环境的污染。由于TCNQ是一种氰化物,在高温时容易挥发出剧毒的氰气,因此在生产和使用中会有限制。
总的来说,TCNQ让传统铝电解电容重获新生,性能、稳定性都获得提高,也让大家意识到在直立电容当中,“固体”电容就是比“液体”电容好。但由于TCNQ有毒而且无法使用SMT全自动焊接工艺,因此使用率越来越低,被性能更好的固体聚合物所代替!
如果说TCNQ是电解电容革命的开始,那么革命成功的主角当属PPY(聚吡咯)以及PEDT这类固体聚合物导体。
●固体聚合物导体(铝-固体聚合物导体电容)
70年代末人们发现,使用搀杂法可以获得优良的导电聚合物材料,从而引发了一场聚合物导体的技术革命。1985年,日本首次开发了聚吡咯膜(PPY),如果使用复合法的话,可以使其导电率达到铜和银的水平,但它又不是金属而相当于工程塑料,附着性比金属好,同时价格也比铜和银低很多,此外,在受力情况下,其导电率还会产生变化(其特性很像人的神经系统)。这无疑是电容研发者梦寐以求的阴极材质。
2000年,两位美国科学家和一位日本科学家因为发明了大规模制造PPY聚吡咯膜的方法,从而分享了当年的诺贝尔化学奖,固体聚合物导体的重要性可见一斑!聚吡咯的用途非常广泛,从隐形战斗机到人工手,以及显示器和电池、电容等等。聚吡咯的研发实力,可以反映出一个国家的化工水平,我国西安交通大学和成都电子科技大学在这方面比较突出。
8800GTS上一排整齐的三洋SVP铝-固体聚合物导体电容
当然,电容阴极只是聚吡咯很小的一个应用领域,但它却让电解电容的性能得到再次飞跃式提升!使用PPY(聚吡咯)和PEDT(聚3,4-乙烯二氧噻吩)做为阴极材料的电容,叫做固体聚合物导体电容。其电导率可以达到100S/CM,这是TCNQ盐的100倍、二氧化锰的1000倍、电解液的10000倍!而且固体聚合物导体没有污染,可以忍耐300度以上的高温,因此可以使用SMT贴片工艺安装,也适合大规模生产。
三洋CVEX固体聚合物导体+电解液混合电容注意防爆槽
固体聚合物导体电容的安全性较好,当遇到高温的时候,电解质只是熔化而不会产生爆炸,因此它不像普通铝电解液电容那样开有防爆槽(三洋有一种CVEX电容,阴极为固体聚合物导体加电解液的混合型,因此也有防爆槽)。固体聚合物导体电容的缺陷在于其成本昂贵,同时耐电压性能不强。
8800Ultra显卡,使用了陶瓷电容、钽电容和固体聚合物电容
紫色为三洋、红色富士通,都是铝-固体聚合物导体电解电容
在NVIDIA最强的8800Ultra显卡上,就使用了三洋和富士通的16V180uf的固体聚合物导体电容。可能很多“高手”对此不屑一顾,说16V算什么?可怜的180uf容量又算什么?和动辄1500uf的铝电解液电容如何比?16V180uf这个参数确实不算什么,但是在16V的电压下,其超低ESR性能不是一般电解液电容所能达到的,因此固体聚合物电容才被应用到8800Ultra这种超大功率的顶级显卡上!
●电容的阴/阳极可以随便组合!
通过前面的介绍可以发现,电解电容之间的区别主要在阳极和阴极上面,理论上来说,使用不同的阳极和阴极材料可以组合成多种规格的电解电容。
比如通常所说的钽电容的阴极一般是二氧化锰,不过新型的钽电容也能够在阴极使用PPY和PEDT这类固体聚合物导体,因此性能进步很多,也没有以往二氧化锰阴极易爆炸的危险。如今最好的钽-聚合物电容的ESR可以达到5毫欧姆。这类性能高、体积小的钽聚合物电容一般使用在手机、数码相机等一些对体积要求较高的设备上。
经常有文章介绍产品时会指出,某某显卡全部使用了高档的贴片电容、豪华供电、做工一流,而中低端显卡则大量使用普通的直插电容。那么贴片电容和插件电容的区别是什么呢?
●贴片和插件的根本区别在于安装工艺
无论是插件式还是贴片式的安装工艺,电容本身都是直立于PCB的,根本的区别方式是SMT(SurfaceMountTechnology,表面贴装技术,俗称贴片工艺)安装的电容,有黑色的橡胶底座:
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