陶瓷電容器的老化特性原理，拿走不謝

陶瓷電容器中，尤其是高誘電率系列電容器(B/X5R、R/X7R特性)，具有靜電容量隨時間延長而降低的特性。

當(dāng)在時鐘電路等中使用時，應(yīng)充分考慮此特性，并在實際使用條件及實際使用設(shè)備上進(jìn)行確認(rèn)。

例如，如下圖所示，經(jīng)過的時間越長，其實效靜電容量越低。(在對數(shù)時間圖上基本呈直線線性降低)

＊下圖橫軸表示電容器的工作時間(Hr)，縱軸表示的是相對于初始值的靜電容量的變化率的圖表。

如圖中所示，靜電容量隨著時間延長而降低的特性稱為靜電容量的經(jīng)時變化(老化)。

此外，對于老化特性，不僅僅限于村田的產(chǎn)品，在所有高誘電率型電容器中都有此現(xiàn)象，在溫度補償用電容器中沒有老化特性。

另外，因老化而導(dǎo)致靜電容量變小的電容器，當(dāng)由于工序中的焊接作業(yè)等使溫度再次被加熱到居里溫度(約125°C)以上時，靜電容量將得到恢復(fù)。

而且，當(dāng)電容器溫度降至居里溫度以下時，將再一次開始老化。

關(guān)于老化特性的原理

陶瓷電容器中的高誘電率系列電容器，現(xiàn)在主要使用以BaTiO3(鈦酸鋇)作為主要成分的電介質(zhì)。BaTiO3具有如下圖所示的鈣鈦礦(perovskite)形的晶體結(jié)構(gòu)，在居里溫度以上時，為立方晶體(cubic)，Ba2+離子位于頂點，O2-離子位于表面中心，Ti4+離子位于立方體中心的位置。

上圖是在居里溫度(約125℃)以上時的立方體(cubic)的晶體結(jié)構(gòu)，在此溫度以下的常溫領(lǐng)域，為一個軸(C軸)伸長，其他軸略微縮短的正方晶系(tetragonal)晶體結(jié)構(gòu)。

此時，作為Ti4+離子在結(jié)晶單位的延長方向上發(fā)生了偏移的結(jié)果，產(chǎn)生極化，不過，這個極化即使在沒有外部電場或電壓的情況下也會產(chǎn)生，因此，稱為自發(fā)極化(spontaneous polarization)。

像這樣，具有自發(fā)極化，而且可以根據(jù)外部電場轉(zhuǎn)變自發(fā)極化的朝向的特性，被特稱為強誘電型。

（有時將菱面體晶系稱為三方晶系，把斜方晶系稱為單斜晶系。）

另外，當(dāng)將BaTiO3加熱到居里溫度以上時，晶體結(jié)構(gòu)將從正方晶體向立方晶體進(jìn)行相轉(zhuǎn)移。伴隨此變化自發(fā)極化將消失，并且疇也將不存在。

當(dāng)將其冷卻到居里溫度以下時，在居里溫度附近，從立方晶體向正方晶體發(fā)生相轉(zhuǎn)移，并且C軸方向?qū)⒀娱L約1%，其他軸將略微縮短，自發(fā)極化及疇將生成。同時晶粒將受到因變形而產(chǎn)生的壓力。

在此時，晶粒內(nèi)生成多個微小的疇，各個疇所具有的自發(fā)極化處于即使在低電場的情況下也很容易發(fā)生相轉(zhuǎn)變的狀態(tài)。

如果在居里溫度以下，以無負(fù)載的狀態(tài)放置，隨著時間的延長，朝著隨機方向生成的疇將具有更大的尺寸，并且向著能量更趨穩(wěn)定的形態(tài)(圖90°domain)逐漸進(jìn)行再配列，從而釋放由于晶體的變形而帶來的壓力。

除此之外，晶界層的空間電荷(移動緩慢的離子及空隙點等)將發(fā)生移動，并產(chǎn)生空間電荷的極化?？臻g電荷的極化將對自發(fā)極化產(chǎn)生作用，阻礙自發(fā)極化的相轉(zhuǎn)變。

所以，自發(fā)極化從生成開始隨著時間的延長，逐漸向著自發(fā)極化趨于穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行再配列，與此同時，在晶界層產(chǎn)生空間電荷極化，并使自發(fā)極化的相轉(zhuǎn)變受到阻礙。

在這種狀態(tài)下，為了使各疇所具有的自發(fā)極化發(fā)生相轉(zhuǎn)變，必需要有更強的電場。與單位體積內(nèi)的自發(fā)極化的相轉(zhuǎn)變相同的是電容率，因此如果減少在弱電場下發(fā)生相轉(zhuǎn)變的疇，靜電容量將降低。