電容在主板電路中廣泛使用，打開機(jī)箱觀察主板，可以看到星羅棋布、數(shù)量眾多的電解電容。它是計算機(jī)系統(tǒng)供電電路中不可或缺的重要元件，主板上的各類板卡、 芯片組需要使用多種類型電壓的電源，如+12、-12、+5、-5 伏等，要保證主板及板卡的穩(wěn)定運(yùn)行需要采用電容器用于過濾電源，確保電壓穩(wěn)定。當(dāng)然在 CPU 供電電路中，電容更是起到提高電源質(zhì)量的關(guān)鍵作用。計算機(jī)主板和顯卡等板卡上主要使用兩類電解電容：鋁電
電容在主板電路中廣泛使用，打開機(jī)箱觀察主板，可以看到星羅棋布、數(shù)量眾多的電解電容。它是計算機(jī)系統(tǒng)供電電路中不可或缺的重要元件，主板上的各類板卡、 芯片組需要使用多種類型電壓的電源，如+12、-12、+5、-5 伏等，要保證主板及板卡的穩(wěn)定運(yùn)行需要采用電容器用于過濾電源，確保電壓穩(wěn)定。當(dāng)然在 CPU 供電電路中，電容更是起到提高電源質(zhì)量的關(guān)鍵作用。
計算機(jī)主板和顯卡等板卡上主要使用兩類電解電容：鋁電解電容和鉭 電解電容。鋁電解電容價廉且容量較大，主要用于電源濾波部分。鉭電解電容各項(xiàng)性能均優(yōu)于鋁電解電容，但價格較高。一直以來，諸如系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，花屏、無法開機(jī)，超頻后易死機(jī)以及主板的諸多問題都與液態(tài)電解電容有著千絲萬縷的聯(lián)系。而液態(tài)鋁電解電容的漏液、壽命短等缺陷也為電腦玩家所詬病。要想使主板穩(wěn) 定、高效運(yùn)行，采用固態(tài)鋁電解電容通常起著關(guān)鍵作用，對于一些先天不足的主板更是可以起到大補(bǔ)功效。
在各類電容中，唯有鋁 電解電容存在壽命問題。在確保電容質(zhì)量的前提下，高溫、超壓是導(dǎo)致液態(tài)電解電容失效的重要因素。液態(tài)電解電容的工作溫度每上升十?dāng)z氏度其使用壽命就會縮短 一半以上。電容的熱量一方面來自主板和其他板卡散熱排出的熱量，這是工作環(huán)境造成的，可以通過改善散熱措施減少這種熱量傳遞。另一方面則是因電容的電解質(zhì) 存在電阻，電流流過電容時在其內(nèi)部產(chǎn)生的，要減少這種情況引起的發(fā)熱只有通過電解質(zhì)的技術(shù)創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。
那么主板上電容接受的熱量究竟從何而來的呢？主板上的許多部件在工作中都會發(fā)熱，但發(fā)熱量最大的有三個部分：CPU、北橋芯片、場效應(yīng)管。
通常CPU 和北橋芯片都會使用專用的散熱裝置降低溫度，但是用于CPU 供電的場效應(yīng)管卻沒有任何的散熱措施。PWM(脈寬調(diào)制)電路是CPU 電源供給電路中的核心組成部分，其核心器件MOSFET 在工作中會釋放大量熱能，而這區(qū)域也是電子器件最為密集的部分。通常情況下，MOSFET 緊貼主板裝配，借助主 板進(jìn)行散熱，從而直接將熱量傳遞給其周圍的電容(圖1)。
圖1 備受“煎熬”的電容
CPU 電壓調(diào)節(jié)模塊的電路位于CPU 附近，由于CPU 工作中消耗的能源并不恒定，導(dǎo)致電壓發(fā)生波動，從而需要電容來穩(wěn)定電壓。由于CPU 的頻率越來越高，更多的 電腦玩家樂于超頻，電腦長時間連續(xù)工作，這些都直接導(dǎo)致整個主板發(fā)熱量直線上升，如果散熱措施不到位，熱量在電容周圍積聚從而導(dǎo)致液態(tài)電解電容漏液和提前失效。
鑒于液態(tài)電解電容的諸多問題，固態(tài)鋁電解 電容應(yīng)運(yùn)而生。20 世紀(jì)90 年代以來，鋁電解電容采用固態(tài)導(dǎo)電高分子材料取代電解液作為陰極，取得了革新性發(fā)展。導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電能力通常要比電解液 高2～3 個數(shù)量級，應(yīng)用于鋁電解電容可以大大降低ESR、改善溫度頻率特性；并且由于高分子材料的可加工性能良好，易于包封，極大地促進(jìn)了鋁電解電容的片 式化發(fā)展。目前商品化的固態(tài)鋁電解電容主要有兩類：有機(jī)半導(dǎo)體鋁電解電容(OS-CON)和聚合物導(dǎo)體鋁電解電容(PC-CON)。
有機(jī)半導(dǎo)體鋁電解電容的結(jié)構(gòu)與液態(tài)鋁電解電容相似，多采用直插立式封裝方式(圖2)。不同之處在于固態(tài)鋁聚合物電解電容的陰極材料用固態(tài)的有機(jī)半導(dǎo)體浸膏替代電解液，在提高各項(xiàng)電氣性能的同時有效解決了電解液蒸發(fā)、泄漏、易燃等難題。
圖2 有機(jī)半導(dǎo)體鋁電解電容構(gòu)造圖
固態(tài)鋁聚合物貼片電容則是結(jié)合了鋁電解電容和鉭電容的特點(diǎn)而形成的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)。同液態(tài)鋁電解電容一樣，固態(tài)鋁聚合物多采用貼片形式。高導(dǎo)電率的聚合物電極薄膜沉積在氧化鋁上，作為陰極，炭和銀為陰極的引出電極，這一點(diǎn)與固態(tài)鉭電解電容結(jié)構(gòu)相似(圖3)。
圖3 鉭電容的構(gòu)造
真是主板的“治病良藥”？—固態(tài)電解電容特性詳解
由于采用了新型的固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解電容具有液態(tài)電解電容無法企及的優(yōu)良特性。這些電氣性能對于提高計算機(jī)系統(tǒng)中以高頻為特征的應(yīng)用顯得尤為重要。固態(tài)電解電容的多種優(yōu)良特性可以為主板提供進(jìn)補(bǔ)療效，固態(tài)電解電容比液態(tài)電解電容的優(yōu)勢主要有三點(diǎn)。
1.高穩(wěn)定性:
固體鋁電解電容可以持續(xù)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作，使用固態(tài)鋁電解電容可以直接提升主板性能。同時，由于其寬溫度范圍的穩(wěn)定阻抗，適于電源濾波。它可以有效地提供穩(wěn)定充沛的電源，在超頻中尤為重要。
固態(tài)電容在高溫環(huán)境中仍然能正常工作，保持各種電氣性能。其電容量在全溫度范圍變化不超過15％，明顯優(yōu)于液態(tài)電解電容。同時固態(tài)電解電容的電容量與其工作電壓基本無關(guān)，從而保證其在電壓波動環(huán)境中穩(wěn)定工作。
2.壽命長:
固態(tài)鋁電解電容具有極長的使用壽命(使用壽命超過50 年)。與液態(tài)鋁電解電容相比，可以算作“長命百歲”了。它不會被擊穿，也不必?fù)?dān)心液態(tài)電解質(zhì)干涸以及外泄影響主板穩(wěn)定性。由于沒有液態(tài)電解質(zhì)諸多問題的困擾，固態(tài)鋁電解電容使主板更加穩(wěn)定可靠。
固態(tài)的電解質(zhì)在高熱環(huán)境下不會像液態(tài)電解質(zhì)那樣蒸發(fā)膨脹，甚至燃燒。即使電容的溫度超過其耐受極限，固態(tài)電解質(zhì)僅僅是熔化，這樣不會引發(fā)電容金屬外殼爆裂，因而十分安全。
工作溫度直接影響到電解電容的壽命，固態(tài)電解電容與液態(tài)電解電容在不同溫度環(huán)境下壽命明顯較長。
3.低ESR 和高額定紋波電流:
ESR(Equivalent Series Resistance)指串聯(lián)等效電阻，是電容非常重要的指標(biāo)。ESR 越低，電容充放電的速度越快，這個性能直接影響到微處理器供電電路的退藕性能，在高 頻電路中固態(tài)電解電容的低ESR 特性的優(yōu)勢更加明顯?？梢哉f，高頻下低ESR 特性是固態(tài)電解電容與液態(tài)電容性能差別的分水嶺。固態(tài)鋁電解電容的ESR 非常 低，同時具有非常小的能量耗散。在高溫、高頻和高功率工作條件下固態(tài)電容的極低ESR 特性可以充分吸收電路中電源線間產(chǎn)生的高幅值電壓，防止其對系統(tǒng)的干擾。
目前CPU 的功耗非常大，主頻已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出1GHz，同時CPU 的峰值電流達(dá)到80A 或更多，輸出濾波電容已經(jīng)接近工作 臨界點(diǎn)。另一方面，CPU 采用多種工作模式，大部分時間處于工作模式的轉(zhuǎn)換過程。當(dāng)CPU 由低功耗狀態(tài)轉(zhuǎn)為全負(fù)荷狀態(tài)時,這種CPU 的瞬間(一般小于5 毫 秒)切換需要的大量能量均來自CPU 供電電路中的電容，此時固態(tài)電容高速充放電特性可以在瞬間輸出高峰值電流，保證充足的電源供應(yīng)，確保CPU 穩(wěn)定工作。
圖4 固態(tài)電解電容與液態(tài)電解電容綜合對比圖
固態(tài)電解電容的鑒別指南
由于各固態(tài)電容廠家采用各自的產(chǎn)品標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，所用要鑒別電解電容需要根據(jù)具體的生產(chǎn)廠家提供產(chǎn)品手冊進(jìn)行查閱。對于國產(chǎn)電容，其產(chǎn)品標(biāo)識一般由四部分組 成，第一部分為產(chǎn)品名稱用字母C 表示電容。第二部分一般用于標(biāo)識材料，鉭材料為A，鋁材料為D。后面則標(biāo)識容量和耐壓值，如容量47μF，電容耐壓 25V。
區(qū)分固態(tài)電解電容和液態(tài)電解電容直觀的方法是查看電容頂部是否有“K”或“十”字形的防爆凹槽，固態(tài)電解電容頂部平整，沒有防爆凹槽。還有一種固態(tài)和液態(tài)混合型的電解電容，其頂部的防爆凹槽較淺。另外，液態(tài)電解電容一般有各種顏色的塑料外皮。
那么如何分辨電容的外形呢？電解電容采用兩種封裝形式。
常見的是直插式封裝，其外形為圓柱形，下方有兩根金屬引線作為電極，垂直安裝在電路板上(圖5)。
圖5 SMT 貼片式(Surface MounT)電容，一種是矩形顆粒平貼主板焊接
另外一種采取帶橡膠底座的垂直主板安裝方式(圖6)，這種SMT 貼片式電容方便使用貼片機(jī)大規(guī)模、高密度生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高效快速焊接，同時在主板上占用的面積很小。區(qū)分SMT 貼片式與直插式電容的主要依據(jù)是電容下端的塑料底座(圖7)。
圖6 帶橡膠底座的電容
圖7 我們可以通過電容下端的底座來分辨SMT 貼片式與直插式電容
液態(tài)電容一般均采取立式封裝方式，但是電解電容的封裝形式與電容種類并無絕對聯(lián)系，所以不能僅從封裝外形來判斷電解電容的類型。液態(tài)和固態(tài)鋁電解電容都有SMT 貼片式的產(chǎn)品，鉭電容和鋁電容都能做成貼片式顆粒狀的產(chǎn)品。
更換電容，請慎重考慮！
了解了固態(tài)電解電容的種種優(yōu)良特性后，你可能已經(jīng)迫不及待地想給主板進(jìn)行“大補(bǔ)”了吧？不過，在此我們要特別提醒：如果你有板卡焊接經(jīng)驗(yàn)，懂得挑選電子元 器件的方法，同時又是超頻DIY 的鐵桿發(fā)燒友，那么為你的主板更換固態(tài)電容的確是主板進(jìn)補(bǔ)的不二之選；但是如果你沒有電子制作的經(jīng)歷，最好不要動自己更換 電容的念頭，還是選用使用固態(tài)電容的成品主板較為穩(wěn)妥。
由于更換電容將直接在主板上“動刀”，對主板安全有著很大影響，在 此之前應(yīng)確保主板的“健康狀況”。如果你的主板已經(jīng)發(fā)生故障或處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)，首先應(yīng)排除其他故障隱患再更換固態(tài)電容。在發(fā)生了電容漏液、失效的情況 時，首先應(yīng)該修復(fù)電路中導(dǎo)致電容失效的器件才能更換電容，否則并不能徹底解決問題。在更換電容前應(yīng)排除：開關(guān)電路是否短路，開關(guān)管是否損壞，機(jī)箱電源輸入 的電源質(zhì)量是否穩(wěn)定，主板是否散熱不良等。在確定了的確是由于電容自身品質(zhì)或者電容老化導(dǎo)致的漏液后，更換電容才有實(shí)際的意義。
在進(jìn)行替換前，必須先確定替換電容的相關(guān)參數(shù)，否則無法保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常功能，甚至?xí)?dǎo)致主板損壞！
直徑：應(yīng)確保替換品與原液態(tài)電解電容直徑相同，這樣才能確保電容引腳與電路板上原引腳孔一一對應(yīng)。替換品尺寸過大，不但無法安裝，同時會因元件過密導(dǎo)致散 熱性能下降，影響器件性能。替換品尺寸過小，電容引腳在插入元件孔焊接時發(fā)生彎曲，無法正常焊接或虛焊，導(dǎo)致電路運(yùn)行不穩(wěn)定(圖8)。
極性：電解電容均有極性，如果在焊接時接錯極性，會在使用時增加漏電流而縮短壽命。因此在替換時應(yīng)按照電路板上標(biāo)示的極性安裝電容。
確認(rèn)額定性能：在選擇替換固態(tài)電容時應(yīng)嚴(yán)格依照被替換的電解電容的額定性能。如應(yīng)用的環(huán)境溫度應(yīng)一致，包括最高溫度和最低溫度；不能超過額定紋波電流，否則電容內(nèi)部將因ESR 上的電流過大而過度發(fā)熱。
故障處理：如果不合理焊接導(dǎo)致電容發(fā)生短路故障，電容內(nèi)部會急劇發(fā)熱，當(dāng)短路電流過大，電容內(nèi)部的陰極物質(zhì)會熔融并產(chǎn)生大量氣體，內(nèi)部壓力升高，密封的橡 膠或塑料材料將發(fā)生卷曲，此時如果有氣味或電解液外溢，切勿觸摸。
圖8 錯誤的安裝方式
如果發(fā)生氣體進(jìn)入眼睛或吸入口中應(yīng)及時用清水沖洗。
最后需要強(qiáng)調(diào)的是，不能僅從電容來判斷主板質(zhì)量的優(yōu)劣，如果廠商沒有良好的設(shè)計和試驗(yàn)環(huán)境，最終產(chǎn)品沒有做老化檢驗(yàn)，元件也沒有做搭配測試，即使選用的全是名牌元件，也不能確保拼湊出來的產(chǎn)品的性能。
前瞻
液態(tài)鋁電解電容由于自身的特性，面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)．必定要退出歷史舞臺。新技術(shù)、新材料的發(fā)展，在創(chuàng)造出固態(tài)電解電容的同時，也為鋁電解電容的 創(chuàng)新突破打開希望之門。將有機(jī)半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電高分子材料用作鋁電解電容陰極的嘗試，得到的頻率特性、溫度特性可以和片式陶瓷電容媲美，甚至高出固態(tài)鋁電 解電容，比如松下公司2006 年推出的TS-EE 系列鋁電解電容具有400～450V 的額定電壓范圍，將額定紋波電流增加了大約1.5 倍，有效控制了自身 發(fā)熱，同時體積卻縮小了三分之一，壽命可達(dá)到10 年，而價格卻很低。
