所有铁电材料电容都会老化，我们的电路还能相信它们吗？

当陶瓷电容器变坏时——老化。

电容器老化适用于所有 2 类陶瓷电容器，因为它们由铁电材料制成。C0G 类型(1 类)不会表现出这种老化效应，但是，它们是由非铁电介电材料制成的。

所有铁电材料都会老化，是的，甚至基于铁氧体的磁性部件也会老化，X7R 和其他高密度电容器类型也是如此。

无论部件是在使用中还是只是放在某个地方的垃圾箱中，都会发生这种老化。随着时间的推移，所有 2 类电容器都会失去电容。

这种老化是由于结构中的磁偶极子随时间变得不那么随机，从而改变了材料的介电常数;这是一个可逆的过程。当电容器介电材料的居里温度高于约 125 o C 时，材料再次变得无规则，电容器恢复到其原始值。这称为重整或去老化。改造后，老化过程重新开始。甚至回流焊接也可能将电容器加热到足以使它们重新形成，如我们之前所述，其中指出：“在焊接过程之后，电容器基本上已经过老化。”尽管专家建议，如果您有意对电路板上的电容器进行老化，请将它们置于 150 o C 老化 1.5 小时，以确保所有电容器至少达到居里温度。

X7R 类型的电容老化率标称为重整后每 10 小时 2.5% 至 3%。

这意味着：制造后，自电容器材料最后一次处于材料的居里温度后，电容器每十年损失约 3%。

电子产品中使用的下一个最常见的 2 类电介质 X5R 通常被赋予 3% 到 7% 的老化率，具体取决于制造商，尽管大多数制造商引用更大的 5% 到 7% 的值。这表明，仅指定几个不同制造商的“X5R 类型”并期望得到相似的结果，可能会导致非常不同的老化性能。

典型的电容器老化图，类似于某些制造商的数据表中的那种。上面的曲线用于 C0G。它是扁平的，因为这些类型没有表现出老化现象。中间曲线适用于典型的 X7R，其老化速度约为每十年小时 -3%。较低的曲线适用于 X5R，据报道，根据您查看的数据表，该 X5R 的老化率从 -3% 到 -7% 每 10 小时不等。事实证明，当电容器被偏置时，这些曲线是不准确的，并且在电路中。

如果 X7R 电容器类型的电容变化率为 3%/十倍小时。与 10 小时的基准点相比，净电容损耗将为：

· 在 100 小时，电容器将为 -3%

· 在 1000 小时它将是 -9%

· 在 10,000 小时它将是 -12%

· 在 100,000 小时或 11 年时，名义上的变化为 -15%

这种老化与对电容器施加直流偏置具有相同的基本效果。更多的直流偏置(场强)会导致材料中更多的磁偶极子排列，从而导致材料的介电常数降低。

其他因素呢?

人们一直认为直流偏置变化和老化电容变化是独立发生的，只是相加的。

然而，最近 Vishay [2] 证明，向 X7R 电容器添加直流偏置可以显着提高老化率。Vishay 计算得出，他们的电容器在偏置到 100% 额定电压时具有非线性老化率，并且他们报告说，他们的一些竞争对手在直流偏置下的老化率可能更高。

显示了 50V 电容器在 100% 额定工作电压下偏置的一些结果。Vishay 在他们的报告中还测量了 40% 偏置电压下的一些 50V 电容器。在那里，老化率更加线性，但是，他们报告说，一些电容器在前 1000 小时内仍然表现出明显的老化。

Vishay 的文章还研究了去除直流偏压后的老化恢复情况，发现这至少会在一定程度上使电容器老化，并且它们至少部分地从损失的电容中恢复。同样，根据 Vishay 的说法，结果高度依赖于测试的制造商。

Vishay 研究没有提供任何超过 1000 小时的数据。

现在您可能会问：“如果我有 DC 偏压并且工作温度高于 25 o C，那么老化的影响会怎样?”

这是一个很好的问题，对于 X7R 类型，直流偏置的影响。并且，随着工作温度的升高，再次产生增加的非线性老化率。然而，好消息是，与 10 小时基准相比，这一老化率似乎稳定在 10,000 到 100,000 小时范围内，最大损失约为 -25%。

这些非线性老化率随着时间的推移而触底，从材料的角度来看是有意义的。随着电压或时间施加到 2 类电容器，材料的磁偶极子变得不那么随机。但是有一点，所有偶极子都是 100% 对齐的，无论是通过施加电压还是时间老化，仍然会有一些电容，因为材料仍然有一些介电常数，尽管已经大大降低了。

您通过应用直流偏置和/或提高工作温度所做的只是加速老化过程。

Vishay 研究使用经典的 0.1µF、50V 额定值、0603 尺寸、X7R 电容器进行测试。目前尚不清楚更新的 2.2µF、10V 额定值、0603 尺寸的 X7R 电容器在进行类似测试时的性能如何。这些更新的、额定电压更低、电容更高的电容器是我们电路设计人员都在使用更多的电容器，似乎需要做更多的工作才能让我们有信心处理 10,000 到 100,000-小时电容限制实际上可能存在于实际用例中。