Estrutura Universal do Capacitor
Todos os capacitores compartilham um princípio: dois condutores separados por um dielétrico. A fabricação varia radicalmente pelo tipo de dielétrico — isso determina densidade de capacitância, tensão nominal, resposta em frequência e custo.
Principais Tipos de Capacitores e Processos de Fabricação
1. Capacitores Cerâmicos Multicamada (MLCC) — Maior Volume
- Preparação do pó: BaTiO₃ (X7R/X5R) ou CaZrO₃ (C0G/NP0) pó cerâmico + aglutinantes
- Fundição de fita (tape casting): Suspensão → folhas cerâmicas finas (2–20µm) em filme suporte
- Impressão de eletrodos: Serigrafia de pasta de eletrodo Ni ou Cu (camadas alternadas)
- Empilhamento: Pick-and-place automatizado alinha camadas (100–1000+ camadas)
- Laminação: Calor/pressão funde pilha em barra monolítica
- Dicagem: Serra/riscagem em chips individuais (tamanhos 0201 a 2220)
- Queima (sinterização): 1200–1400°C — queima orgânicos, densifica cerâmica, sinteriza eletrodos
- Terminação: Cu/Ni/Sn ou Ag/Pd mergulhado/sputtering nas margens das extremidades
- Teste: 100% C, DF, IR em alta velocidade
2. Eletrolíticos de Alumínio — Alta Capacitância, Polarizados
- Folha do ânodo: Al alta pureza (99,99%) → ataque eletroquímico (×100 área superficial) → anodização (forma Al₂O₃ dielétrico)
- Folha do cátodo: Al atacado (sem anodização ou óxido fino)
- Separador: Papel kraft / espaçador polímero (retém eletrólito, evita curto)
- Enrolamento: Ânodo-separador-cátodo-separador → rolo apertado
- Impregnação: Preenchido a vácuo com eletrólito (glicol/borato/solvente + sais condutivos)
- Encaixotamento: Inserido em lata de Al; vedado com tampa de borracha/baquelite + válvula de segurança
- Envelhecimento (formação): Tensão aplicada reforma dielétrico, cura defeitos
- Manga e marcação: Manga PVC/PET com especificações
3. Capacitores de Filme — Precisão, Alta Tensão, Alta Corrente
- Extrusão do filme: PP, PET, PEN, PPS fundidos a 1–20µm espessura
- Metalização: Deposição a vácuo de Al/Zn/Al-Zn (0,02–0,05µm) — auto-curativo!
- Corte: Filme largo cortado na largura de enrolamento
- Enrolamento: Dois filmes deslocados → contatos de folha estendida nas extremidades
- Schoopage: Pulverização metálica (Zn/Al) nos contatos finais → conecta todas as camadas
- Fixação de terminais: Terminais soldados/estanhados nas extremidades schoopadas
- Encapsulamento: Imersão em epóxi, caixa plástica (UL94 V-0), ou lata metálica hermética
- Enchimento com óleo (alta tensão): Óleo mineral / éster sintético para >10kV
4. Eletrolíticos de Tântalo — Alta Eficiência Volumétrica
- Pó: Pó de Ta (alto CV/g) prensado em pelota
- Sinterização: 1500–2000°C vácuo → ânodo poroso
- Anodização: Ta₂O₅ dielétrico formado eletroquimicamente
- Cátodo: MnO₂ (sólido) ou polímero condutivo (baixo ESR)
- Montagem: Fio do ânodo soldado, mergulhado no cátodo, revestimento grafite/prata
- Moldagem: Moldagem por transferência de epóxi (SMD) ou vedação hermética (axial)
5. Supercapacitores (EDLC) — Armazenamento de Energia
- Eletrodo: Carvão ativado revestido em folha de Al coletor de corrente
- Separador: Isolador poroso (papel, não-tecido)
- Eletrólito: Orgânico (acetonitrila) ou aquoso (H₂SO₄)
- Montagem da célula: Enrolado ou empilhado → lata de Al ou pouch
- Balanceamento: Células em série precisam gestão de tensão
Resumo dos Materiais-Chave
| Dielétrico | εr | Máx V | Faixa Temp. | Característica Principal |
|---|
| Cerâmica C0G/NP0 | ~30 | 10kV | -55 a +125°C | Ultra-estável, sem piezoelétrico |
| Cerâmica X7R | 3000–5000 | 3kV | -55 a +125°C | Alto-K, coeficiente de tensão |
| Al₂O₃ (Al eletrolítico) | 8–10 | 600V | -55 a +105°C | Polarizado, alto C/V |
| Ta₂O₅ (Ta eletrolítico) | 27 | 125V | -55 a +125°C | Maior C/V, modo de falha |
| Polipropileno (PP) | 2,2 | 2000V | -55 a +105°C | Baixa perda, auto-curativo |
| Poliéster (PET) | 3,3 | 630V | -55 a +125°C | Uso geral |
Qualidade e Confiabilidade
- Teste elétrico 100%: C, DF/ESR, IR/DCL, tensão de suport
- Burn-in/envelhecimento: Tensão + temperatura (eletrolíticos)
- Amostragem de lote: Teste de vida (1000h–10kh), umidade, vibração, calor de solda
- Rastreabilidade: Código de data, código de lote, ID do fabricante
Resumo
A fabricação de capacitores é uma vitrine da ciência dos materiais: de camadas dielétricas nanométricas em MLCCs a capacitores de filme de alta tensão enrolados à mão. A escolha do dielétrico dita todo o fluxo do processo. Entender a construção explica o desempenho: MLCCs para desacoplamento, filme para sinal/potência, eletrolítico para granel, tântalo para densidade, supercaps para energia. Sempre combine a física do capacitor aos requisitos do circuito.
