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为什么MLCC的容量会发生变化?

为什么MLCC的容量会发生变化?

  • 分类:新闻
  • 发布时间:2023-04-06 10:01
  • 访问量:

【概要描述】为什么MLCC的容量会发生变化?

为什么MLCC的容量会发生变化?

【概要描述】为什么MLCC的容量会发生变化?

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1 关于 1 类和 2 类 MLCC 的概述?

基本上,可以区分两种类型的 MLCCS:电容器,由 1 类或 2 类陶瓷制成。如表 1 所示,它们在几个方面有所不同。

1:Würth Elektronik eiSos 陶瓷的当前技术状况概览

不同陶瓷等级的特性和公差由 IEC 或 EIA 编码定义。根据应用的不同,必须提供一定量的电容才能在滤波器等应用中实现所需的性能。因此,比较各个组件的属性以确保在应用程序中使用时具有所需的行为非常重要。还应该提到的是,对于高电容 MLCC,高电容仅具有老化增加的缺点,因此由于温度和电压导致的电容损失更大。

2 老化的定义

老化是某些特性随时间发生变化的过程。钛酸钡等铁电材料也适用于这一过程。电介质(在本例中为钛酸钡)的晶体结构随温度和时间而变化。这被认为是老化,因为容量会发生变化,或者更准确地说,容量会因此事件而减少。老化的另一个结果是损耗因子的增加,它变得越来越大。老化通常用每十年时间的电容损失百分比来描述。X5R 陶瓷在 1000 小时后约为 6%,X7R 陶瓷在 1000 小时后约为 2.5%(1-10、10-100、100-1000,...)。在重新排列晶格后(例如,通过可以根据需要重复进行的温度过程),老化会导致电容损失,如图 1 所示。老化过程是对数的并且随时间递减。尽管在使用对数刻度时它在图表上看起来是线性的。

1:容量损失与运行时间

3 为什么钛酸钡会老化?

钛酸钡的介电常数由材料的极化率定义。进一步的铁电畴通过老化形成。自发极化方向的变化方式使得并非所有偶极子都可以“很好”地极化。两个相邻域的偶极子不再指向同一方向。结果是电容减小。解决办法:改造材料。老化的影响受时间、温度和电压的影响。由于钛酸钡是一种铁电材料,并且与铁氧体一样,具有电畴,这些电畴随时间因子分开,从而降低电容,请参见图 2。

图二:内部结构变化

通过回火,即所谓的预热过程(将材料加热到居里温度以上),现有区域溶解。在居里温度以下,材料会再次形成新的大畴,从而产生高容量。退火过程引起的晶格热运动会阻止偶极子在施加电场时完全对齐,从而达到一种饱和状态。

4 如何阻止衰老?

2 类 MLCC 中使用的电介质具有铁电特性。当超过居里温度时,这些材料特性会发生变化(与铁磁材料一样)。在此温度以上,电介质具有高度对称的立方晶体结构,而在居里温度以下;晶体结构具有不太对称的(四方)结构。从不同相(立方晶系到四方晶系等)的转变总是导致在此温度范围内的介电常数最大值。为了达到稳定状态,晶格中的原子在热振动的影响下长时间移动,甚至在电介质冷却到居里温度以下(越来越多的畴形成)之后也是如此。但是,当电容器被加热到居里温度以上时,就会发生老化,即由于老化而损失的容量会重新获得,并且从电容器再次冷却下来的那一点开始再次老化。对于钛酸钡,该温度约为 125°C。根据超过居里温度的时间长短,这会导致设置的电容值。根据数据表,建议在 150°C 下预热 1 小时。通过这种热处理,可以恢复组件最大 100% 的容量。

5 老化对应用的影响

在包含电压并在特定环境温度下运行的实际应用中,使用 MLCC 时通常必须预见到容量会随时间减少。这是不可避免的,是由用于 2 类陶瓷的基材造成的。现在由电容器的设计来补偿这种电容损失。制造后进行 100% 测试,以确保满足所有公差。根据存储时间和存储条件,这些值可能会随时间发生变化。由于焊接过程的热影响,老化过程被重置(参见附录,日期代码为 2014 的 MLCC 的示例测量和回流焊接过程)。在需要稳定电容值的应用中,必须考虑老化或必须使用 1 类 MLCC。如果电容器用作输出电容器(例如 在开关稳压器中),可以最好地补偿老化的影响,因为在这种情况下,电容波动处于较低的个位数范围内,因此对电路的功能没有负面影响。图 3 显示了具有所有相关性的 22 µF X7R MLCC 等产生的电容。

3:考虑所有依赖关系的实际容量

六,结论

老化是在室温(约 20 °C)和施加电压为 ~0 V 时记录的。在室温和 ~0 V 陶瓷电容器几乎没有可能影响老化的温度、直流偏置和频率影响。在居里温度以下和施加电压后,现有的铁电特性以定义的方式使分子极化。立方结构变为四方结构,导致介电常数降低,从而导致容量降低。现在是什么导致衰老?如果陶瓷的晶体结构在室温下无负载放置,则会形成随机取向的畴,进而形成无方向的偶极子,这会对介电常数产生负面影响。这些随机定向的域起初“生长”得更快,然后发展得更慢。所以,容量损失以对数形式显示。当施加电压并升高温度时,随机取向域的形成会减慢,因为偶极子通过电场以定义的方式排列。实际上,这意味着如图 1 所示的老化是“最坏情况”的数字。由于直流偏置和温度导致的容量下降明显高于预期的老化,因此假定这是一个固定值。

来源:element

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