关于电容器老化的问题解答

有关老化及其对电容影响的常见问题。

问题1：什么是“老化”？

老化通常被称为电容随时间的减少EIA II类电容器。在用作介电材料的所有铁电配方中都会发生这种自然且不可避免的现象。老化是可逆的，并且由于电介质的晶体结构随温度和时间的变化而发生。老化通常报告为每十年时间的电容损失百分比。由于老化本质上是对数的，因此在前10个小时内电容的损失最大。

图1：电容老化特性。

注意：耗散因数也会老化，比电容快几倍。此外，EIA III类和IV类也具有老化特性。行业“官方”老化定义可以在EIA-521和IEC-384-9中找到。

问题2：I类电容和II类电容有什么区别？

I类电容器 1 （C0G，C0H，C0K等）由对温度变化不敏感的陶瓷材料制成，因此在低温下测量电容器的电容值（例如-25°C）与在较高温度（例如75°C）下测量的相同电容器相比不会有显着差异。 EIA将这些称为“温度补偿”，并以ppm/°C为单位进行测量。这些电容器通常具有低电容值，因为用于制造它们的陶瓷材料，但无论其温度如何，它们都表现出几乎完美的电容稳定性，使其成为需要频率控制的应用的最佳选择，例如无线电或电视调谐器。下面是一个例子：

在-55°C至+ 85°C的温度范围内，C0G =±30 PPM

II类电容器 2 （X5R，X6S，X7R）由陶瓷材料制成，这些陶瓷材料来自对温度敏感的钛酸钡基。因此，各种温度分类表明在给定温度范围内灵敏度的程度。这些电容器可在小型表面贴装封装中实现更大的电容值。

II类温度特征 3 的例子如下：

X5R =±15％以上温度范围为-55°C至+ 85°C

X6S =±22％，温度范围为-55°C至+ 105°C

X7R =±15在-55°C至+ 125°C的温度范围内的％

另外，由钛酸钡碱（II，III和IV类）制成的电容器是铁电的，因此容易受到“ “老化”，其中如果电容器保持电容的能力将在未加热和/或不带电状态下随时间降低。 I类电容器不是铁电体，因此不会老化。

问题3：钛酸钡电容器为何以及如何老化？

随着时间的推移，内部分子结构发生变化方法，以创建电偶极子的对齐方式。这种对齐产生的分子结构可以比分子处于完全随机状态时保持更少的电荷，例如在印刷电路板上加热或安装（焊接）时。 4

图2：电偶极子的排列。

问题4：什么是去衰老？

去老化是一种用于重置老化现象的热处理。简单地说，它重新开始老化过程，但它并没有阻止它。将电容器加热到其居里温度以上会导致晶体结构恢复到其最佳未对准配置，从而产生最大电容。 TDK建议150°C/1小时进行去老化。注意：记录未来电容测量的最后加热时间（TOLH）或去老化时间非常重要。

问题5：“老化”只是TDK现象吗？

没有。所观察到的“老化”对于所有II类，III类和IV类陶瓷电容器制造商来说都很常见。由于老化取决于配方，老化率因制造商而异。

问题6：电容器制造商如何补偿老化？

由于BaTiO3基电容器的电容随着时间的推移，老化对元件制造商来说是一个独特的问题 - 也就是说，'这个电容的电容是多少？'

像电压和频率测试条件一样，业界早已认识到老化问题，并且确定了应测量所有电容器的标准：IEC-384-9。简单地说，电容必须在1000小时（或TOLH）的指定容差范围内。 5

电容器制造商使用材料的已知老化率并在数学上确定电容容差限值在去除衰老后的任何时间点（见下图3和4）。这些组件在老化速率和TOLH方面100％电气分选。例如，如果介电材料的老化率为3％，则+/- 10％容差部分可以被分类为+ 13/-7％。利用这种技术，制造商可以保证所有电容器在1000小时内达到容差范围，基于TOLH。

图3：I类分类限值示例材料，K Tolerance。

图4：II类材料的排序限制，K公差。

注意：因为老化随着时间的推移导致电容减小，电容可能在TOLH小于1000小时的时间内高于容许上限，并且在TOLH小于1000小时的时间内小于容差下限。

问题7：电容器用户应该如何补偿老化？

电容器用户应该期望II级，III级和IV级电容器在TOLH的6周（1000小时）内容差范围内，从制造商到用户的大多数组件的大致提前期。在焊料，胶水固化或任何其他高温过程（电容器因此会老化）之后，电容器用户不应期望II级，III级或IV级元件立即在帽容差范围内。

在预测老化/去老化行为时，可能需要加宽电路测试系统以允许电容器老化。