當陶瓷電容器變壞時——老化。

電容器老化適用于所有 2 類陶瓷電容器，因為它們由鐵電材料制成。C0G 類型(1 類)不會表現(xiàn)出這種老化效應，但是，它們是由非鐵電介電材料制成的。

所有鐵電材料都會老化，是的，甚至基于鐵氧體的磁性部件也會老化，X7R 和其他高密度電容器類型也是如此。

無論部件是在使用中還是只是放在某個地方的垃圾箱中，都會發(fā)生這種老化。隨著時間的推移，所有 2 類電容器都會失去電容。

這種老化是由于結(jié)構(gòu)中的磁偶極子隨時間變得不那么隨機，從而改變了材料的介電常數(shù);這是一個可逆的過程。當電容器介電材料的居里溫度高于約 125 o C 時，材料再次變得無規(guī)則，電容器恢復到其原始值。這稱為重整或去老化。改造后，老化過程重新開始。甚至回流焊接也可能將電容器加熱到足以使它們重新形成，如我們之前所述，其中指出：“在焊接過程之后，電容器基本上已經(jīng)過老化?！北M管專家建議，如果您有意對電路板上的電容器進行老化，請將它們置于 150 o C 老化 1.5 小時，以確保所有電容器至少達到居里溫度。

X7R 類型的電容老化率標稱為重整后每 10 小時 2.5% 至 3%。

這意味著：制造后，自電容器材料最后一次處于材料的居里溫度后，電容器每十年損失約 3%。

電子產(chǎn)品中使用的下一個最常見的 2 類電介質(zhì) X5R 通常被賦予 3% 到 7% 的老化率，具體取決于制造商，盡管大多數(shù)制造商引用更大的 5% 到 7% 的值。這表明，僅指定幾個不同制造商的“X5R 類型”并期望得到相似的結(jié)果，可能會導致非常不同的老化性能。

典型的電容器老化圖，類似于某些制造商的數(shù)據(jù)表中的那種。上面的曲線用于 C0G。它是扁平的，因為這些類型沒有表現(xiàn)出老化現(xiàn)象。中間曲線適用于典型的 X7R，其老化速度約為每十年小時 -3%。較低的曲線適用于 X5R，據(jù)報道，根據(jù)您查看的數(shù)據(jù)表，該 X5R 的老化率從 -3% 到 -7% 每 10 小時不等。事實證明，當電容器被偏置時，這些曲線是不準確的，并且在電路中。

如果 X7R 電容器類型的電容變化率為 3%/十倍小時。與 10 小時的基準點相比，凈電容損耗將為：

· 在 100 小時，電容器將為 -3%

· 在 1000 小時它將是 -9%

· 在 10,000 小時它將是 -12%

· 在 100,000 小時或 11 年時，名義上的變化為 -15%

這種老化與對電容器施加直流偏置具有相同的基本效果。更多的直流偏置(場強)會導致材料中更多的磁偶極子排列，從而導致材料的介電常數(shù)降低。

其他因素呢?

人們一直認為直流偏置變化和老化電容變化是獨立發(fā)生的，只是相加的。

然而，最近 Vishay [2] 證明，向 X7R 電容器添加直流偏置可以顯著提高老化率。Vishay 計算得出，他們的電容器在偏置到 100% 額定電壓時具有非線性老化率，并且他們報告說，他們的一些競爭對手在直流偏置下的老化率可能更高。

顯示了 50V 電容器在 100% 額定工作電壓下偏置的一些結(jié)果。Vishay 在他們的報告中還測量了 40% 偏置電壓下的一些 50V 電容器。在那里，老化率更加線性，但是，他們報告說，一些電容器在前 1000 小時內(nèi)仍然表現(xiàn)出明顯的老化。

Vishay 的文章還研究了去除直流偏壓后的老化恢復情況，發(fā)現(xiàn)這至少會在一定程度上使電容器老化，并且它們至少部分地從損失的電容中恢復。同樣，根據(jù) Vishay 的說法，結(jié)果高度依賴于測試的制造商。

Vishay 研究沒有提供任何超過 1000 小時的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在您可能會問：“如果我有 DC 偏壓并且工作溫度高于 25 o C，那么老化的影響會怎樣?”

這是一個很好的問題，對于 X7R 類型，直流偏置的影響。并且，隨著工作溫度的升高，再次產(chǎn)生增加的非線性老化率。然而，好消息是，與 10 小時基準相比，這一老化率似乎穩(wěn)定在 10,000 到 100,000 小時范圍內(nèi)，最大損失約為 -25%。

這些非線性老化率隨著時間的推移而觸底，從材料的角度來看是有意義的。隨著電壓或時間施加到 2 類電容器，材料的磁偶極子變得不那么隨機。但是有一點，所有偶極子都是 100% 對齊的，無論是通過施加電壓還是時間老化，仍然會有一些電容，因為材料仍然有一些介電常數(shù)，盡管已經(jīng)大大降低了。

您通過應用直流偏置和/或提高工作溫度所做的只是加速老化過程。

Vishay 研究使用經(jīng)典的 0.1μF、50V 額定值、0603 尺寸、X7R 電容器進行測試。目前尚不清楚更新的 2.2μF、10V 額定值、0603 尺寸的 X7R 電容器在進行類似測試時的性能如何。這些更新的、額定電壓更低、電容更高的電容器是我們電路設計人員都在使用更多的電容器，似乎需要做更多的工作才能讓我們有信心處理 10,000 到 100,000-小時電容限制實際上可能存在于實際用例中。