Pengertian Kapasitor Film dalam Satu Artikel: Pengetahuan Inti dari Material hingga Struktur

I. Bahan Inti: Film Tipis Dielektrik

Film dielektrik adalah "hati" dari a kapasitor film , secara langsung menentukan batas atas kinerja dasar kapasitor. Mereka terutama dibagi menjadi dua kategori:

1. Film Tipis Tradisional (Non-Polar).

Polipropilena (PP, BOPP):

• Karakteristik kinerja: Kehilangan sangat rendah (DF ~0,02%), konstanta dielektrik yang stabil, karakteristik suhu dan frekuensi yang baik, dan ketahanan isolasi yang tinggi. Saat ini bahan film tipis dengan kinerja keseluruhan dan jangkauan aplikasi terluas.
• Aplikasi: Aplikasi frekuensi tinggi, pulsa tinggi, dan arus tinggi, seperti inverter, catu daya switching, sirkuit resonansi, dan crossover audio kelas atas.

Poliester (PET):

• Karakteristik kinerja: Konstanta dielektrik tinggi (~3,3), biaya rendah, dan kekuatan mekanik yang baik. Namun, ia memiliki kerugian yang relatif tinggi (DF ~0,5%) dan karakteristik suhu dan frekuensi yang buruk.
• Aplikasi: Aplikasi DC dan frekuensi rendah yang memerlukan rasio kapasitas terhadap volume tetapi tidak memerlukan persyaratan tinggi untuk kehilangan dan stabilitas, seperti elektronik konsumen, pemblokiran DC umum, dan bypass.

Polifenilen Sulfida (PPS):

• Karakteristik kinerja: Ketahanan suhu tinggi (hingga 125°C ke atas), stabilitas dimensi, dan kehilangan lebih rendah dibandingkan PET. Namun, biayanya lebih tinggi.
• Aplikasi: Elektronik otomotif, perangkat pemasangan permukaan suhu tinggi (SMD), filter presisi.

Polimida (PI):

• Karakteristik kinerja: Rajanya tahan suhu tinggi (hingga 250°C atau lebih tinggi), tetapi mahal dan sulit diproses.
• Aplikasi: Dirgantara, militer, lingkungan bersuhu tinggi.

2. Film Tipis Muncul (Kutub) - Mewakili Suhu Tinggi dan Kepadatan Energi Tinggi

Polietilen Naftalat (PEN):

• Kinerjanya berada di antara PET dan PPS, dan ketahanan panasnya lebih baik dibandingkan PET.

Polibenzoksazol (PBO):

• Dengan ketahanan panas yang sangat tinggi dan kekuatan dielektrik yang sangat tinggi, ini merupakan bahan potensial untuk kapasitor film penggerak kendaraan listrik di masa depan.

Fluoropolimer (seperti PTFE, FEP):

• Ia memiliki karakteristik frekuensi tinggi dan kehilangan yang sangat rendah, tetapi sulit untuk diproses dan berbiaya tinggi, sehingga digunakan dalam rangkaian gelombang mikro frekuensi tinggi khusus.

Pengorbanan Inti dalam Pemilihan Material:

• Konstanta Dielektrik (εr): Mempengaruhi efisiensi volumetrik (volume yang diperlukan untuk mencapai kapasitansi yang sama).
• Tangen Rugi (tanδ/DF): Mempengaruhi efisiensi, pembangkitan panas, dan nilai Q.
• Kekuatan Dielektrik: Mempengaruhi tegangan tahan.
• Karakteristik Suhu: Mempengaruhi kisaran suhu pengoperasian dan stabilitas kapasitas.
• Biaya dan Kemampuan Proses: Dampak terhadap komersialisasi.

II. Struktur Inti: Teknologi Metalisasi dan Elektroda

Inti dari kapasitor film tipis terletak pada cara membuat elektroda pada film tipis, dan dari sini, produk dengan karakteristik berbeda dapat diturunkan.

1. Jenis Elektroda

Elektroda Foil Logam:

• Struktur: Foil logam (biasanya aluminium atau seng) langsung dilaminasi dan digulung dengan film plastik.
• Keuntungan: Kemampuan yang kuat untuk membawa arus tinggi (resistansi elektroda rendah), toleransi tegangan lebih/arus lebih baik.
• Kekurangan: Ukurannya besar, tidak ada kemampuan penyembuhan diri.

Elektroda Logam (Teknologi Arus Utama):

• Struktur: Di bawah vakum tinggi, logam (aluminium, seng, atau paduannya) diuapkan ke permukaan film tipis dalam bentuk atom untuk membentuk lapisan logam yang sangat tipis dengan ketebalan hanya puluhan nanometer.
• Keuntungan: Berukuran kecil dan volume spesifiknya tinggi, kemampuan “penyembuhan diri”. Ketika sebagian bahan dielektrik rusak, arus tinggi seketika yang dihasilkan pada titik kerusakan menyebabkan lapisan logam tipis di sekitarnya menguap dan menguap, sehingga mengisolasi cacat dan memulihkan kinerja kapasitor.

2. Teknologi Utama untuk Elektroda Logam (Meningkatkan Keandalan)

Meninggalkan Tepi dan Menebalkan Tepi:

• Meninggalkan Tepi: Selama pengendapan uap, area kosong dibiarkan di tepi film untuk mencegah korsleting kedua elektroda akibat kontak di tepi setelah belitan.
• Tepi yang menebal (teknologi sekering saat ini): Lapisan logam pada permukaan kontak (permukaan berlapis emas) elektroda menebal, sedangkan lapisan logam di area aktif pusat tetap sangat tipis. Hal ini memastikan resistensi kontak yang rendah pada permukaan kontak dan menghasilkan lebih sedikit energi yang diperlukan untuk penyembuhan diri, sehingga lebih aman dan andal.

Teknologi Elektroda Terpisah:

• Segmentasi Jala/Bergaris: Membagi elektroda yang diendapkan uap menjadi beberapa area kecil yang saling terisolasi (seperti jaring atau garis ikan).
• Keuntungan: Ini melokalisasi potensi penyembuhan diri, sangat membatasi energi dan area penyembuhan diri, mencegah hilangnya kapasitansi yang disebabkan oleh penyembuhan diri di area luas, dan secara signifikan meningkatkan daya tahan dan keamanan kapasitor. Ini adalah teknologi standar untuk kapasitor bertegangan tinggi dan berdaya tinggi.

AKU AKU AKU. Desain Struktural: Penggulungan dan Laminasi

1. Jenis Berliku

Proses: Dua atau lebih lapisan film tipis metalisasi digulung menjadi inti silinder seperti gulungan.

Jenis:

• Belitan Induktif: Elektroda dikeluarkan dari kedua ujung inti, menghasilkan induktansi yang relatif besar.
• Belitan Non-Induktif: Elektroda memanjang dari seluruh permukaan ujung inti (permukaan ujung logam dibentuk melalui proses penyemprotan emas). Jalur arusnya paralel, dan induktansinya sangat rendah, sehingga cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi dan pulsa tinggi.

Keuntungan:

• Teknologi matang, rentang kapasitas luas, dan mudah diproduksi.

Kekurangan:

• Bentuknya tidak datar, yang dapat mengakibatkan rendahnya efisiensi ruang di beberapa tata letak PCB.

2. Tipe Laminasi (Tipe Satu Bagian)

Proses: Film tipis dengan elektroda yang telah diendapkan sebelumnya ditumpuk secara paralel, dan kemudian elektroda secara bergantian dikeluarkan melalui proses penyambungan untuk membentuk struktur multilapis “sandwich”.

Keuntungan:

• Induktansi sangat rendah (ESL minimum), cocok untuk aplikasi frekuensi ultra-tinggi.
• Bentuk biasa (persegi/persegi panjang), cocok untuk penempatan SMT kepadatan tinggi.
• Pembuangan panas yang lebih baik.

Kekurangan:

• Prosesnya rumit, sulit mencapai kapasitas besar/tegangan tinggi, dan biayanya relatif tinggi.

Aplikasi:

• Sirkuit frekuensi radio frekuensi tinggi, decoupling, aplikasi gelombang mikro.

IV. Kesimpulan: Pengaruh Sinergis Bahan dan Struktur

Kinerja kapasitor film adalah hasil sinergi yang tepat antara sifat material dan desain strukturalnya.

Tren Perkembangan Masa Depan:

Inovasi Bahan: Mengembangkan film polimer baru dengan suhu lebih tinggi (>150°C) dan kepadatan penyimpanan energi lebih tinggi (εr tinggi, Eb tinggi).

Struktur Halus: Kontrol pola pengendapan uap yang lebih presisi (segmentasi skala nano) memungkinkan kontrol dan kinerja penyembuhan mandiri yang lebih baik.

Integrasi dan Modularisasi: Mengintegrasikan beberapa kapasitor dengan induktor, resistor, dll., ke dalam satu modul untuk memberikan solusi holistik untuk sistem elektronika daya.