高容量电容器放置时间久了，容量会下降的原因是什么？

近期我们收到客户反馈一个X5R材质的产品在其检验过程中实测容量偏低。其实一直以来，II类材质实测容值低于标准值要求的情况屡见不鲜，尤其是X5R材质的高容，此类现象表现尤为突出。那么是什么原因导致这类现象的发生？遇到此类现象我们又应该如何处理呢？

自然老化现象

对于所有II类（X7R、X5R等），都存在电容量随着时间的推移会以恒定速率变化的现象。这种效应被称为自然老化现象，本期的文章主要解决以下问题：

（1）什么是老化？

（2）老化的原因是什么？

（3）老化是可逆的吗？

老化不是电容器可靠性的特性，也与电容实际应用中的总寿命无关。老化是一种电容随时间变化的现象，也是设计师在使用陶瓷电容器时需要考虑的一个重要因素。电容器不管是任何制造商，所有II类电容包括X7R、X5R、Y5V等均会发生老化，它与电介质的材料性能有关。

老化的原因是什么？

老化特性和温度特性以及高介电常数一样都是由陶瓷介质的晶体结构决定的。II类陶瓷电容的介质是钛酸钡BaTiO3为主要成分的陶瓷材料。BaTiO3具有钙钛矿形的晶体结构，这种晶体结构随温度变化有三种形态：在居里温度点以上时，是立方晶体结构，Ba2 离子位于顶点，O2-离子位于表面中心，Ti4 离子位于立方体中心的位置；在居里温度以下时，晶体结构为一个轴伸长、其他轴略微缩短的正方晶系晶体结构。此时，由于Ti4 离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的原因而导致极化，不过，这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生，因此，称为自发极化，像这样具有自发极化，而且可以根据外部电场转变自发极化朝向的特性，称为铁电特性。

如上图所示，BaTiO3陶瓷介质的晶体结构随温度变化存在从立方晶体->正方晶体->斜方晶体->菱面体晶体的晶体结构变化。而且变化是可逆的，当将BaTiO3加热到居里温度以上时，晶体结构将从正方晶体向立方晶体进行相转移。

BaTiO3在立方晶体结构时，晶体结构对称，没有自发极化，也没有电畴，为顺电特性，介电常数为较小值。正方晶体存在自发极化，表现铁电特性，晶粒中存在多个微小的畴，这些畴方向各异，形成不同的极化电场，在外电场作用下畴可以发生极化变化，这种外电场与内部极化电场的相互作用，与铁磁体在外磁场下的作用类似。与铁磁体表现出很大的相对磁导率一样，铁电材料也表现出较大的介电常数。II类陶瓷电容正是利用这个特性在很小的体积内做出很大的电容量。

然而这种极化状态是不稳定的，在居里温度以下时，BaTiO3陶瓷介质的晶体结构，随着时间的推移，在自发极化应力的作用下，会向着能量更趋稳定的形态逐渐进行再排列，从而释放由于晶体的变形而带来的压力。而随着应力释放，电畴所具有的应变能力也降低，介电常数也随之降低，电容的容量也会降低。这就是陶瓷介质的老化现象。

老化的计算