Quali sono i rischi nascosti dell'invecchiamento dei condensatori ceramici?

D: I condensatori ceramici sono soggetti a fenomeni di invecchiamento

I condensatori ceramici sono affetti da fenomeni di invecchiamento associati a cambiamenti nella struttura cristallina dielettrica, che si manifestano come cambiamenti nella capacità e nel fattore di dissipazione dopo la cottura iniziale del materiale dielettrico.Coerentemente con i modelli consolidati, i materiali dielettrici EIA di Classe I sono minimamente colpiti e sono ampiamente riconosciuti come resistenti all’invecchiamento, mentre i materiali dielettrici EIA di Classe II sono moderatamente colpiti e i materiali EIA di Classe III tendono ad essere colpiti in modo piuttosto grave.Questo processo di invecchiamento può essere ripristinato (o “ringiovanimento” del dispositivo) mediante esposizione a temperature superiori alla temperatura di Curie del dielettrico per un periodo di tempo sufficientemente lungo da consentire la riformazione della struttura cristallina;maggiore è la temperatura, minore è il tempo necessario.Poiché la temperatura di Curie di molti dielettrici ceramici è inferiore a quella riscontrata in molti processi di saldatura, è probabile che il dispositivo venga almeno parzialmente invecchiato durante l'assemblaggio.

Questo comportamento di invecchiamento di un componente viene solitamente espresso come variazione percentuale della capacità per decennio di ore, rispetto alla capacità misurata durante l'"ultimo riscaldamento", l'ultima volta che il componente è stato riscaldato al di sopra della temperatura di Curie per un tempo sufficiente a cambiare completamente il suo cristallo. struttura.In altre parole, un condensatore con un tasso di invecchiamento del (-)5%, misurato a 100uF nello stato “fresco di forno”, dovrebbe misurare circa 95,90 e 85uF dopo 1, 10 e 100 ore fuori dal forno , rispettivamente.

Ovviamente, ciò solleva la questione di quale dovrebbe essere la capacità nominale del componente e, se tale valore cambia costantemente, il componente verrà utilizzato sullo scaffale anche se non è stato utilizzato nella sua confezione originale.Gli standard industriali EIA-521 e IEC-384-9 affrontano questo problema, affermando sostanzialmente che il componente dovrebbe raggiungere il valore di tolleranza specificato 1000 ore (circa 42 giorni) dopo l'ultimo riscaldamento.Il limite dei prossimi dieci anni (10.000 e 100.000 ore) si traduce rispettivamente in poco più di 1 anno e poco più di 11 anni.A complicare ulteriormente le cose, il processo di invecchiamento avviene a una velocità dipendente dalla temperatura;fino alla temperatura di Curie del dielettrico, un aumento della temperatura del dispositivo accelera tipicamente il processo di invecchiamento.

Poiché i fenomeni di invecchiamento possono far sì che i dispositivi appaiano al di fuori delle tolleranze specificate, i progettisti dei prodotti e i tester della produzione devono essere consapevoli di questo fatto;i test sui componenti appena rifusi dovrebbero prevedere valori di capacità leggermente più elevati e il progetto dovrebbe avere un margine sufficiente per consentire il normale funzionamento del dispositivo con l'invecchiamento.I circuiti di conversione di potenza sono un buon esempio di dove questo effetto può rappresentare un serio pericolo, poiché i condensatori ceramici di solito finiscono per influenzare fortemente i circuiti di controllo di tali circuiti, sia come componenti della rete di compensazione che come elementi filtranti.I sistemi che appaiono stabili sotto l'influenza dell'invecchiamento dei condensatori durante l'assemblaggio possono diventare meno stabili nel tempo, poiché la perdita di capacità dovuta all'invecchiamento influisce sulla dinamica del circuito di controllo.Soprattutto, se sono importanti valori di capacità stabili nel tempo, evitare di utilizzare condensatori visibilmente invecchiati.

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