একটি প্রবন্ধে ফিল্ম ক্যাপাসিটর বোঝা: উপাদান থেকে কাঠামোর মূল জ্ঞান

I. মূল উপাদান: অস্তরক পাতলা ফিল্ম

অস্তরক ফিল্ম হল "হৃদয়" এর a ফিল্ম ক্যাপাসিটর , সরাসরি ক্যাপাসিটরের মৌলিক কর্মক্ষমতার উপরের সীমা নির্ধারণ করে। তারা প্রধানত দুটি বিভাগে বিভক্ত:

1. ঐতিহ্যগত (অ-পোলার) পাতলা ছায়াছবি

পলিপ্রোপিলিন (পিপি, বিওপিপি):

• কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য: অত্যন্ত কম ক্ষতি (DF ~0.02%), স্থিতিশীল অস্তরক ধ্রুবক, ভাল তাপমাত্রা এবং ফ্রিকোয়েন্সি বৈশিষ্ট্য, এবং উচ্চ নিরোধক প্রতিরোধের। এটি বর্তমানে সামগ্রিক কর্মক্ষমতা এবং অ্যাপ্লিকেশনের বিস্তৃত পরিসর সহ পাতলা ফিল্ম উপাদান।
• অ্যাপ্লিকেশন: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-পালস, এবং উচ্চ-কারেন্ট অ্যাপ্লিকেশন, যেমন ইনভার্টার, স্যুইচিং পাওয়ার সাপ্লাই, রেজোন্যান্ট সার্কিট এবং হাই-এন্ড অডিও ক্রসওভার।

পলিয়েস্টার (PET):

• কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য: উচ্চ অস্তরক ধ্রুবক (~3.3), কম খরচ, এবং ভাল যান্ত্রিক শক্তি। যাইহোক, এটির তুলনামূলকভাবে উচ্চ ক্ষতি (DF ~0.5%) এবং নিম্ন তাপমাত্রা এবং ফ্রিকোয়েন্সি বৈশিষ্ট্য রয়েছে।
• অ্যাপ্লিকেশন: DC এবং কম ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশন যেখানে ক্ষমতা-থেকে-ভলিউম অনুপাতের জন্য প্রয়োজনীয়তা রয়েছে কিন্তু ক্ষতি এবং স্থিতিশীলতার জন্য উচ্চ প্রয়োজনীয়তা নেই, যেমন ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স, সাধারণ ডিসি ব্লকিং এবং বাইপাস।

পলিফেনিলিন সালফাইড (পিপিএস):

• কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য: উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের (125 ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং তার উপরে), মাত্রিক স্থিতিশীলতা এবং পিইটি থেকে কম ক্ষতি। তবে খরচ বেশি।
• অ্যাপ্লিকেশন: স্বয়ংচালিত ইলেকট্রনিক্স, উচ্চ-তাপমাত্রা পৃষ্ঠ মাউন্ট ডিভাইস (এসএমডি), নির্ভুল ফিল্টার।

পলিমাইড (PI):

• কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য: উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধের রাজা (250 ডিগ্রি সেলসিয়াস বা উচ্চতর পর্যন্ত), তবে এটি ব্যয়বহুল এবং প্রক্রিয়া করা কঠিন।
• অ্যাপ্লিকেশন: মহাকাশ, সামরিক, উচ্চ-তাপমাত্রা পরিবেশ।

2. উদীয়মান (পোলার) পাতলা ছায়াছবি - উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ শক্তির ঘনত্বের প্রতিনিধিত্ব করে

পলিথিন ন্যাপথালেট (PEN):

• এর পারফরম্যান্স PET এবং PPS-এর মধ্যে এবং এর তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা PET-এর চেয়ে ভাল।

পলিবেনজক্সাজোল (PBO):

• অতি-উচ্চ তাপ প্রতিরোধের এবং অতি-উচ্চ অস্তরক শক্তি সহ, এটি ভবিষ্যতের বৈদ্যুতিক যানবাহন ড্রাইভ ফিল্ম ক্যাপাসিটারগুলির জন্য একটি সম্ভাব্য উপাদান।

ফ্লুরোপলিমার (যেমন PTFE, FEP):

• এটির উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বৈশিষ্ট্য এবং অত্যন্ত কম ক্ষতি রয়েছে, তবে এটি প্রক্রিয়া করা কঠিন এবং উচ্চ খরচ রয়েছে, তাই এটি বিশেষ উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি মাইক্রোওয়েভ সার্কিটে ব্যবহৃত হয়।

উপাদান নির্বাচনের মূল ট্রেড-অফ:

• অস্তরক ধ্রুবক (εr): ভলিউম্যাট্রিক দক্ষতাকে প্রভাবিত করে (একই ক্যাপাসিট্যান্স অর্জনের জন্য প্রয়োজনীয় ভলিউম)।
• ক্ষতি স্পর্শক (tanδ/DF): কার্যক্ষমতা, তাপ উৎপাদন এবং Q মানকে প্রভাবিত করে।
• অস্তরক শক্তি: ভোল্টেজ সহ্য করতে প্রভাবিত করে।
• তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য: অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা এবং ক্ষমতা স্থিতিশীলতা প্রভাবিত.
• খরচ এবং প্রক্রিয়াযোগ্যতা: বাণিজ্যিকীকরণের উপর প্রভাব।

২. মূল কাঠামো: ধাতবকরণ প্রযুক্তি এবং ইলেকট্রোড

পাতলা ফিল্ম ক্যাপাসিটারগুলির সারমর্ম কীভাবে পাতলা ফিল্মগুলিতে ইলেক্ট্রোড তৈরি করা যায় তার মধ্যে রয়েছে এবং এটি থেকে বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যযুক্ত পণ্যগুলি তৈরি করা যেতে পারে।

1. ইলেকট্রোড টাইপ

মেটাল ফয়েল ইলেকট্রোড:

• গঠন: ধাতব ফয়েল (সাধারণত অ্যালুমিনিয়াম বা দস্তা) সরাসরি স্তরিত হয় এবং একটি প্লাস্টিকের ফিল্ম দিয়ে ক্ষত হয়।
• সুবিধা: উচ্চ কারেন্ট বহন করার শক্তিশালী ক্ষমতা (কম ইলেক্ট্রোড প্রতিরোধ), ভাল ওভারভোল্টেজ/ওভারকারেন্ট সহনশীলতা।
• অসুবিধা: বড় আকার, কোন স্ব-নিরাময় ক্ষমতা.

ধাতব ইলেকট্রোড (মূলধারার প্রযুক্তি):

• গঠন: উচ্চ ভ্যাকুয়ামের অধীনে, ধাতু (অ্যালুমিনিয়াম, দস্তা বা তাদের সংকর ধাতুগুলি) পারমাণবিক আকারে একটি পাতলা ফিল্মের পৃষ্ঠের উপর বাষ্পীভূত হয় যাতে একটি অত্যন্ত পাতলা ধাতব স্তর তৈরি হয় যার পুরুত্ব মাত্র দশ ন্যানোমিটার।
• সুবিধা: আকারে ছোট এবং নির্দিষ্ট আয়তনে উচ্চ, এর "স্ব-নিরাময়" ক্ষমতা। যখন একটি অস্তরক উপাদান আংশিকভাবে ভেঙ্গে যায়, তখন ব্রেকডাউন পয়েন্টে উৎপন্ন তাৎক্ষণিক উচ্চ কারেন্ট আশেপাশের পাতলা ধাতব স্তরকে বাষ্পীভূত করে এবং বাষ্পীভূত করে, যার ফলে ত্রুটিটি বিচ্ছিন্ন হয় এবং ক্যাপাসিটরের কর্মক্ষমতা পুনরুদ্ধার করে।

2. মেটালাইজড ইলেকট্রোডের জন্য মূল প্রযুক্তি (নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করা)

প্রান্তটি ছেড়ে যাওয়া এবং প্রান্তটি ঘন করা:

• প্রান্ত ছেড়ে যাওয়া: বাষ্প জমার সময়, ফিল্মের প্রান্তে একটি ফাঁকা জায়গা রেখে দেওয়া হয় যাতে ঘুরার পরে প্রান্তে যোগাযোগের কারণে দুটি ইলেক্ট্রোড শর্ট-সার্কিট থেকে বিরত থাকে।
• ঘন প্রান্ত (বর্তমান ফিউজ প্রযুক্তি): ইলেক্ট্রোডের যোগাযোগের পৃষ্ঠে (সোনার ধাতুপট্টাবৃত পৃষ্ঠ) ধাতব স্তরটি ঘন হয়, যখন কেন্দ্রীয় সক্রিয় এলাকায় ধাতব স্তরটি অত্যন্ত পাতলা থাকে। এটি যোগাযোগের পৃষ্ঠে কম যোগাযোগ প্রতিরোধ নিশ্চিত করে এবং এর ফলে স্ব-নিরাময়ের জন্য কম শক্তির প্রয়োজন হয়, এটিকে নিরাপদ এবং আরও নির্ভরযোগ্য করে তোলে।

বিভক্ত ইলেক্ট্রোড প্রযুক্তি:

• মেশ/স্ট্রিপড সেগমেন্টেশন: বাষ্প-জমা ইলেক্ট্রোডকে একাধিক ছোট, পারস্পরিকভাবে উত্তাপযুক্ত এলাকায় (যেমন মাছ ধরার জাল বা ফিতে) ভাগ করা।
• সুবিধা: এটি সম্ভাব্য স্ব-নিরাময় স্থানীয়করণ করে, স্ব-নিরাময় শক্তি এবং এলাকাকে ব্যাপকভাবে সীমিত করে, বৃহৎ-অঞ্চলের স্ব-নিরাময় দ্বারা সৃষ্ট ক্যাপাসিট্যান্স ক্ষতি প্রতিরোধ করে এবং ক্যাপাসিটারগুলির স্থায়িত্ব এবং নিরাপত্তা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে। এটি উচ্চ-ভোল্টেজ, উচ্চ-শক্তি ক্যাপাসিটারগুলির জন্য একটি আদর্শ প্রযুক্তি।

III. স্ট্রাকচারাল ডিজাইন: উইন্ডিং এবং ল্যামিনেশন

1. ঘুর টাইপ

প্রক্রিয়া: ধাতব পাতলা ফিল্মের দুই বা ততোধিক স্তর একটি রোলের মতো নলাকার কোরে ক্ষতবিক্ষত হয়।

প্রকার:

• ইন্ডাকটিভ উইন্ডিং: ইলেক্ট্রোডগুলি কোরের উভয় প্রান্ত থেকে বের হয়, যার ফলে তুলনামূলকভাবে বড় আবেশ হয়।
• নন-ইন্ডাকটিভ উইন্ডিং: ইলেক্ট্রোডগুলি মূলের সম্পূর্ণ প্রান্তের মুখ থেকে প্রসারিত হয় (ধাতুর শেষ মুখটি সোনার স্প্রে করার প্রক্রিয়া দ্বারা গঠিত হয়)। বর্তমান পথটি সমান্তরাল, এবং আবেশ অত্যন্ত কম, এটি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-পালস অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

সুবিধা:

• পরিপক্ক প্রযুক্তি, ব্যাপক ক্ষমতা পরিসীমা, এবং উত্পাদন সহজ.

অসুবিধা:

• সমতল আকৃতি নয়, যার ফলে কিছু PCB লেআউটে কম স্থান দক্ষতা হতে পারে।

2. লেমিনেটেড টাইপ (একক-পিস টাইপ)

প্রক্রিয়া: পূর্বে জমা করা ইলেক্ট্রোড সহ পাতলা ফিল্মগুলি সমান্তরালভাবে স্ট্যাক করা হয় এবং তারপরে ইলেক্ট্রোডগুলিকে একটি সংযোগ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি "স্যান্ডউইচ" মাল্টিলেয়ার কাঠামো তৈরি করার জন্য পর্যায়ক্রমে বাইরে নিয়ে যাওয়া হয়।

সুবিধা:

• অত্যন্ত কম ইন্ডাকট্যান্স (ন্যূনতম ESL), অতি-উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত।
• নিয়মিত আকৃতি (বর্গাকার/আয়তক্ষেত্রাকার), উচ্চ-ঘনত্ব SMT বসানোর জন্য উপযুক্ত।
• ভাল তাপ অপচয়.

অসুবিধা:

• প্রক্রিয়াটি জটিল, এবং বড় ক্ষমতা/উচ্চ ভোল্টেজ অর্জন করা কঠিন এবং খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি।

অ্যাপ্লিকেশন:

• উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি সার্কিট, ডিকপলিং, মাইক্রোওয়েভ অ্যাপ্লিকেশন।

IV উপসংহার: উপাদান এবং কাঠামোর সিনারজিস্টিক প্রভাব

ফিল্ম ক্যাপাসিটারগুলির কর্মক্ষমতা তাদের উপাদান বৈশিষ্ট্য এবং কাঠামোগত নকশার মধ্যে একটি সুনির্দিষ্ট সমন্বয়ের ফলাফল।

ভবিষ্যত উন্নয়ন প্রবণতা:

উপকরণ উদ্ভাবন: উচ্চ তাপমাত্রা (>150°C) এবং উচ্চ শক্তি সঞ্চয় ঘনত্ব (উচ্চ εr, উচ্চ Eb) সহ অভিনব পলিমার ফিল্ম তৈরি করুন।

পরিমার্জিত কাঠামো: বাষ্প জমার নিদর্শনগুলির আরও সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ (ন্যানোস্কেল সেগমেন্টেশন) আরও ভাল স্ব-নিরাময় নিয়ন্ত্রণ এবং কার্যকারিতা সক্ষম করে।

ইন্টিগ্রেশন এবং মডুলারাইজেশন: পাওয়ার ইলেকট্রনিক সিস্টেমের জন্য একটি সামগ্রিক সমাধান প্রদানের জন্য ইন্ডাক্টর, রেজিস্টর ইত্যাদির সাথে একাধিক ক্যাপাসিটরকে একক মডিউলে একত্রিত করা।