關(guān)于電容器老化的問題解答

有關(guān)老化及其對電容影響的常見問題。

問題1：什么是“老化”？

老化通常被稱為電容隨時間的減少EIA II類電容器。在用作介電材料的所有鐵電配方中都會發(fā)生這種自然且不可避免的現(xiàn)象。老化是可逆的，并且由于電介質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度和時間的變化而發(fā)生。老化通常報告為每十年時間的電容損失百分比。由于老化本質(zhì)上是對數(shù)的，因此在前10個小時內(nèi)電容的損失最大。

圖1：電容老化特性。

注意：耗散因數(shù)也會老化，比電容快幾倍。此外，EIA III類和IV類也具有老化特性。行業(yè)“官方”老化定義可以在EIA-521和IEC-384-9中找到。

問題2：I類電容和II類電容有什么區(qū)別？

I類電容器 1 （C0G，C0H，C0K等）由對溫度變化不敏感的陶瓷材料制成，因此在低溫下測量電容器的電容值（例如-25°C）與在較高溫度（例如75°C）下測量的相同電容器相比不會有顯著差異。 EIA將這些稱為“溫度補償”，并以ppm/°C為單位進行測量。這些電容器通常具有低電容值，因為用于制造它們的陶瓷材料，但無論其溫度如何，它們都表現(xiàn)出幾乎完美的電容穩(wěn)定性，使其成為需要頻率控制的應(yīng)用的最佳選擇，例如無線電或電視調(diào)諧器。下面是一個例子：

在-55°C至+ 85°C的溫度范圍內(nèi)，C0G =±30 PPM

II類電容器 2 （X5R，X6S，X7R）由陶瓷材料制成，這些陶瓷材料來自對溫度敏感的鈦酸鋇基。因此，各種溫度分類表明在給定溫度范圍內(nèi)靈敏度的程度。這些電容器可在小型表面貼裝封裝中實現(xiàn)更大的電容值。

II類溫度特征 3 的例子如下：

X5R =±15％以上溫度范圍為-55°C至+ 85°C

X6S =±22％，溫度范圍為-55°C至+ 105°C

X7R =±15在-55°C至+ 125°C的溫度范圍內(nèi)的％

另外，由鈦酸鋇堿（II，III和IV類）制成的電容器是鐵電的，因此容易受到“ “老化”，其中如果電容器保持電容的能力將在未加熱和/或不帶電狀態(tài)下隨時間降低。 I類電容器不是鐵電體，因此不會老化。

問題3：鈦酸鋇電容器為何以及如何老化？

隨著時間的推移，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化方法，以創(chuàng)建電偶極子的對齊方式。這種對齊產(chǎn)生的分子結(jié)構(gòu)可以比分子處于完全隨機狀態(tài)時保持更少的電荷，例如在印刷電路板上加熱或安裝（焊接）時。 4

圖2：電偶極子的排列。

問題4：什么是去衰老？

去老化是一種用于重置老化現(xiàn)象的熱處理。簡單地說，它重新開始老化過程，但它并沒有阻止它。將電容器加熱到其居里溫度以上會導致晶體結(jié)構(gòu)恢復到其最佳未對準配置，從而產(chǎn)生最大電容。 TDK建議150°C/1小時進行去老化。注意：記錄未來電容測量的最后加熱時間（TOLH）或去老化時間非常重要。

問題5：“老化”只是TDK現(xiàn)象嗎？

沒有。所觀察到的“老化”對于所有II類，III類和IV類陶瓷電容器制造商來說都很常見。由于老化取決于配方，老化率因制造商而異。

問題6：電容器制造商如何補償老化？

由于BaTiO3基電容器的電容隨著時間的推移，老化對元件制造商來說是一個獨特的問題 - 也就是說，'這個電容的電容是多少？'

像電壓和頻率測試條件一樣，業(yè)界早已認識到老化問題，并且確定了應(yīng)測量所有電容器的標準：IEC-384-9。簡單地說，電容必須在1000小時（或TOLH）的指定容差范圍內(nèi)。 5

電容器制造商使用材料的已知老化率并在數(shù)學上確定電容容差限值在去除衰老后的任何時間點（見下圖3和4）。這些組件在老化速率和TOLH方面100％電氣分選。例如，如果介電材料的老化率為3％，則+/- 10％容差部分可以被分類為+ 13/-7％。利用這種技術(shù)，制造商可以保證所有電容器在1000小時內(nèi)達到容差范圍，基于TOLH。

圖3：I類分類限值示例材料，K Tolerance。

圖4：II類材料的排序限制，K公差。

注意：因為老化隨著時間的推移導致電容減小，電容可能在TOLH小于1000小時的時間內(nèi)高于容許上限，并且在TOLH小于1000小時的時間內(nèi)小于容差下限。

問題7：電容器用戶應(yīng)該如何補償老化？

電容器用戶應(yīng)該期望II級，III級和IV級電容器在TOLH的6周（1000小時）內(nèi)容差范圍內(nèi)，從制造商到用戶的大多數(shù)組件的大致提前期。在焊料，膠水固化或任何其他高溫過程（電容器因此會老化）之后，電容器用戶不應(yīng)期望II級，III級或IV級元件立即在帽容差范圍內(nèi)。

在預測老化/去老化行為時，可能需要加寬電路測試系統(tǒng)以允許電容器老化。