Перейти к содержанию

Старение керамических конденсаторов

Ёмкость керамического конденсатора класса II уменьшается, даже если он просто лежит на складе. Падение идёт по логарифму времени, поэтому производители задают его в процентах на декаду часов.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Старение керамического конденсатора (capacitance aging) — постепенное уменьшение ёмкости керамики класса II (X5R, X7R и родственных) со временем, даже без нагрузки. Murata описывает его как почти прямую линию на графике с логарифмической шкалой времени; у термокомпенсирующей керамики C0G старения нет (KEMET указывает для C0G 0 %). Это свойство материала, общее для всех производителей.

Почему это происходит

Основа керамики высокой проницаемости — титанат бария, сегнетоэлектрик. Выше точки Кюри (около 125 °C) его решётка кубическая и спонтанной поляризации нет. При остывании решётка вытягивается вдоль одной оси, появляется спонтанная поляризация и множество мелких доменов, которые легко переворачиваются слабым полем, — отсюда высокая ёмкость. Пока конденсатор лежит ниже точки Кюри, домены укрупняются и перестраиваются в энергетически устойчивое положение, а пространственный заряд на границах зёрен мешает им переворачиваться. Переворачиваемых доменов становится меньше, и ёмкость падает (Murata, FAQ char/0006). Это тот же материал и та же поляризация, что и в эффекте DC bias.

Как задают в даташитах

Скорость старения задают в процентах потери ёмкости на декаду часов: за время от 1 до 10 часов, от 10 до 100, от 100 до 1000 ёмкость теряет примерно одинаковую долю. У KEMET X5R — не больше 5 % на декаду. Чтобы номинал и допуск имели смысл, KEMET привязывает их к контрольному времени — 48 или 1000 часов.

ИнтервалДекадПотеря при 5 %/декаду
1000 → 10 000 ч (≈ 1,1 года)1до 5 %
1000 → 100 000 ч (≈ 11,4 года)2до 10 %

Расчёт по декадам — наш, по пределу KEMET. Поскольку шкала логарифмическая, больше всего ёмкость теряется в первые часы и дни после изготовления или пайки, а потом падение сильно замедляется.

Нагрев перезапускает старение

Если нагреть конденсатор выше точки Кюри — например, при пайке оплавлением, — доменная структура разрушается, и ёмкость возвращается к исходной. После остывания старение начинается сначала (Murata). Поэтому конденсатор, долго пролежавший на складе, при входном контроле может показать заниженную ёмкость, а после пайки она восстановится (наш вывод из описания Murata).

Что учитывать

  • Для времязадающих цепей и фильтров с керамикой класса II Murata советует проверять поведение в реальных условиях; надёжнее взять C0G или плёнку — см. класс диэлектрика.
  • В развязке питания старение обычно некритично, но складывается с допуском, температурным уходом и DC bias. Все эти эффекты сравниваются в статье «Конденсаторы».

Не путать со старением алюминиевых электролитических конденсаторов: там ёмкость падает и растёт тангенс угла потерь из-за ухода электролита через уплотнение, и скорость определяет температура, а не время в логарифмическом масштабе, — см. ресурс электролитического конденсатора.

Частые вопросы

Почему ёмкость керамического конденсатора уменьшается со временем?

Керамика X5R и X7R — сегнетоэлектрик на титанате бария. После остывания ниже точки Кюри в ней много мелких доменов, поляризация которых легко переворачивается, — ёмкость высокая. Со временем домены перестраиваются в более устойчивое состояние, а заряды на границах зёрен мешают переворачиваться остальным, и проницаемость падает (Murata, FAQ char/0006).

Сколько ёмкости теряет X5R за 10 лет?

KEMET для X5R задаёт старение не больше 5 % на декаду часов, а ёмкость с допуском отсчитывает от контрольного времени 48 или 1000 часов. От 1000 до 100 000 часов (около 11,4 года) — две декады, то есть ещё до 10 % сверх допуска (наш расчёт).

Можно ли вернуть ёмкость после старения?

Да, по Murata ёмкость восстанавливается, если нагреть конденсатор выше точки Кюри (около 125 °C) — например, при пайке. Но после остывания старение начинается заново, так что это не лечение, а «перезапуск часов».

Источники

  1. Murata. FAQ char/0006: Please tell us whether the capacitance of the ceramic capacitors changes with time — ёмкость керамики высокой проницаемости (X5R, X7R) уменьшается со временем почти линейно в логарифмическом масштабе времени; у термокомпенсирующих конденсаторов старения нет; явление общее для всех производителей; нагрев выше точки Кюри (около 125 °C), например при пайке, восстанавливает ёмкость, после охлаждения старение начинается заново; механизм — перестройка доменов BaTiO3 в устойчивое состояние и пространственный заряд на границах зёрен; для времязадающих цепей проверять реальные условия
  2. KEMET (YAGEO Group). Surface Mount MLCC X5R, C1006 (2026-09-07), серийный даташит C0805C475K8PACTU; C0G COTS, C1026 (2/25/2025) — C1006, с. 3: Aging Rate (Maximum % Capacitance Loss/Decade Hour) — 5,0 %; ёмкость, включая допуск, привязана к контрольному времени 48 или 1000 ч; C1026, с. 2: у C0G — 0 %

Нашли ошибку?

Смотрите также