Ирвус.ру
121351, г. Москва, ул. Коцюбинского, д. 4
Телефон: +7 (495) 825-4-825
E-mail: info@irvus.ru

   
  главная о компании программа поставок сертификация производители заказать контакты    
Сертификаты
Производители
Контакты
Поиск электронных компонентов
Процесс старения многослойных керамических конденсаторов MURATA

Процесс старения многослойных керамических конденсаторов MURATA

Раздел:  контроль качества. Группа - полупроводниковый керамический многослойный конденсатор. FUKUI MURATA MFG.CO., LTD.

Процесс старения многослойного керамического конденсатора.

1. Схема старения.


     Керамические конденсаторы с высокой диэлектрической постоянной, в основном состоят из Титаната Бария (BaTiO3). При нагревании конденсаторов выше их точки Кюри, с течением времени, постепенно теряют свою электрическую емкость. Этот процесс известен как старение.

     Старение - особое (специфическое) явление для керамических конденсаторов с высокой диэлектрической постоянной, которые выделяют спонтанную поляризацию. Когда конденсаторы будут нагреты до Точки Кюри (температура, при которой изменяется кристаллическая структура наряду с исчезновением спонтанной поляризации) и сверх (выше), а затем выдержаны без прикладной (приложенной) нагрузки при температуре, ниже  их Точки Кюри, спонтанная поляризация медленно теряет свою способность инверсии. Это явление наблюдается, как и снижение емкости со временем.

     Это явление замечено не только у нашей продукции, но и у всех керамических конденсаторов, с высокой диэлектрической постоянной, в составе которых содержится BaTiO3. Объяснение процесса старения также есть в IEC384-9 Приложение A (керамические конденсаторы), Приложение IEC384-10 B (многослойные керамические конденсаторы), и т.д.

     Когда у керамического конденсатора уменьшается емкость с течением времени, его можно нагреть до точки Кюри - это восстановит его первоначальную емкость. Когда конденсатор будет выдержан при нормальной температуре - у него заново начнется процесс старения.

     

2. Спонтанные поляризационные и сегнетоэлектрические свойства керамического конденсатора BaTiO3

          У керамического BaTiO3 есть кристаллическая структура перовскита как показано на рис.1. Выше его температуры Кюри его строение является кубическим, с атомом Ba в вершине, O в центре кристаллической решетки и Ti в центре корпуса.

     Кристаллическая структура BaTiO3 керамического конденсатора.

Рис. 1. Кристаллическая структура BaTiO3 керамического конденсатора.

     При комнатной температуре, которая ниже Точки Кюри, одна ось (ось С) растягивается примерно до 1%, и другие оси сокращаются немного, приводя к четырехугольному строению (рис.2). Это 0.12A заставляет ион Ti 4 + перемещаться далеко от центра и к O2--иону вдоль растянутой оси. Следующий дисбаланс между положительными и отрицательными электрическими зарядами следует при поляризации. Поляризация вызвана асимметрией кристаллической структуры, и существует даже под отсутствием внешнего электрического поля или давления. Следовательно, такую поляризацию называют спонтанной поляризацией.

    Изменение кристаллической структуры и диэлектрической постоянной с температурой (в случае керамики BaTiO3 без примесей). 

                                                                    Температура [ °C ]

Рис. 2 Изменение кристаллической структуры и диэлектрической постоянной с температурой (в случае керамики BaTiO3 без примесей).

          Для многослойного керамического конденсатора, имеющего в своем составе BaTiO3, можно полностью изменить направление спонтанной поляризации (положение Ti4 + иона), воздействуя из вне. Эта способность полностью изменять спонтанную поляризацию, воздействием электрического поля, названа сегнетоэлектричеством BaTiO3 - типичная сегнетоэлектрическая керамика.

     

3. Механизм старения.

         Состав керамического BaTiO3 является совокупностью, составленной из микрокристаллов от 1 до 20 миллиметрового в диаметре как показано на рис. 3.

 Структура BaTiO3

Рис. 3. Структура BaTiO3

     Этот микрокристалл называют частицей, и состоит из кристаллической структуры, которая показана на рис. 1 и 2. Частица разделена на много доменов при температуре ниже Точки Кюри. Кристаллические оси выровнены в одном направлении в пределах домена, таким образом, как и спонтанная поляризация. При нагревании до Точки Кюри и выше кристаллическая структура BaTiO3 изменяется от четырехугольной до кубической. Тогда, спонтанные поляризационные и доменные стены исчезают (пропадают).

     Когда BaTiO3 находится в охлажденном состоянии (ниже Точки Кюри), ее кристаллическая структура поворачивается от кубической до четырехугольной, отрезки примерно до 1 % вдоль оси C и вдоль других осей – сокращаются. Тогда появляются спонтанные поляризационные и доменные стены. В то же время от воздействия «из вне» частицы искажаются. В этой стадии генерируются много мелких доменных стен, и направление спонтанной поляризации в каждом домене легко полностью изменить, даже малыми (низкими) электрическими полями. Так как диэлектрическая постоянная - пропорциональна сумме инверсии спонтанной поляризации к единице объема, наблюдается большая емкость.

     Когда конденсаторы хранятся (применяются) без нагрузки при температурах ниже Точки Кюри размер беспорядочно ориентированных доменов становится большим, и они (домены) постепенно сдвигаются к устойчивому энергетическому состоянию (Рис. 3, 90 ° доменов). Это также облегчает сбор остаточного напряжения  при кристаллическом искажении.

     Кроме того перемещение пространственных зарядов (ионы с низкой подвижностью, свободные точки кристаллической решетки и т.д.) в пределах доменной стены приводит к поляризации пространственного заряда. Эта поляризация пространственного заряда неблагоприятно воздействует на спонтанную поляризацию, преграждая ее инверсию.

     Другими словами, временный переход от генерации спонтанной поляризации (спонтанная поляризация постепенно перестраивается к более устойчивому состоянию) к инверсии  затруднена появлением поляризации пространственного заряда. В этом состоянии более высокое электрическое поле необходимо, чтобы полностью изменить спонтанную поляризацию в доменах, которые в свою очередь могут быть полностью изменены низким уменьшением электрического поля и снижениями емкости. Это, как полагают и есть механизм старения.

     Однако, микротекстура кристаллической решетки возвращается в исходное состояние при нагревании до температуры выше Точки Кюри, в которой старение решетки начинается снова и снова.

     

4. Старение керамического конденсатора MURATA.

     Вообще емкость многослойного керамического конденсатора с высокой диэлектрической постоянной уменьшается приблизительно линейно в логарифмическом масштабе времени – в течение 24 часов после термической обработки выше 125°C. Пожалуйста, обратитесь к прикрепленным типовым данным старения нашей продукции и номинальной емкости конденсаторов. Емкость, которая уменьшилась в результате естественного старения, имеет свойство восстанавливаться при нагревании конденсаторов до Точки Кюри и выше.

     Ожидаемая емкость многослойного керамического конденсатора будет в его номинале, когда эти условия установлены на оборудовании. Мы выбираем свою амплитуду емкости, основанную на предшествующем предположении. Кстати, температура, компенсирующая значения типовых конденсаторов, не проявляют явление старения.

     

5. Ценные рекомендации перед использованием.

          Как упомянуто выше, явление старения многослойных керамических конденсаторов с высокой диэлектрической постоянной - одно из основных свойств керамического материала (BaTiO3). Изменение емкости со старением зависит от керамического материала. Актуально. Когда применяется напряжение смещения (DC), коэффициент старения может измениться согласно величине напряжения смещения DC.

     Следовательно, когда используются многослойные керамические конденсаторы с высокой диэлектрической постоянной нужно обращать внимание на показатели емкости по отношению к старению. Особенно, для применения в аппаратуре, которая требует стабильности емкости. Пожалуйста, проверьте, удовлетворяют ли они Вашим техническим условиям или нет, проверяя их на исправном оборудовании.

 

Дополнительные данные

1. Изменение Емкости согласно Старению

Изменение Емкости согласно Старению

2.Изменение Емкости согласно Старению

Изменение Емкости согласно Старению 

 

Температура, при которой исчезает спонтанная поляризация (т.е. собственный дипольный момент) и происходит перестройка кристаллической структуры, носит название температуры (точки) Кюри (ещё одна аналогия с ферромагнетиками); переход через точку Кюри означает фазовый переход, а соответствующие фазы обозначаются как полярная (сегнетоэлектрик) и неполяная.

Спонтанная поляризация в сегнетоэлектриках в точке Кюри меняется либо непрерывно (переход второго рода, сегнетова соль), либо скачком (переход первого рода, титанат бария). Другие характеристики сегнетоэлектриков, такие как диэлектрическая проницаемость, могут достигать в точке Кюри очень больших значений (104 и выше).

Точка Кюри, или температура Кюри, — температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной — в ферромагнетиках, электрической — в сегнетоэлектриках, кристаллохимической — в упорядоченных сплавах). Назван по имени П. Кюри, подробно изучившего этот переход у ферромагнетиков. При температуре T ниже точки Кюри Q ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью и определённой магнитно-кристаллической симметрией. В точке Кюри (T = Q) интенсивность теплового движения атомов ферромагнетика оказывается достаточной для разрушения его самопроизвольной намагниченности («магнитного порядка») и изменения симметрии, в результате ферромагнетик становится парамагнетиком. Аналогично у антиферромагнетиков при T = Q (в так называемой антиферромагнитной точки Кюри или точке Нееля) происходит разрушение характерной для них магнитной структуры (магнитных подрешёток), и антиферромагнетики становятся парамагнетиками. В сегнетоэлектриках и антисегнетоэлектриках при T = Q тепловое движение атомов сводит к нулю самопроизвольную упорядоченную ориентацию электрических диполей элементарных ячеек кристаллической решётки. В упорядоченных сплавах в точке Кюри (её называют в случае сплавов также точкой Курнакова) степень дальнего порядка в расположении атомов (ионов) компонентов сплава становится равной нулю.

Таким образом, во всех случаях фазовых переходов II рода (типа точки Кюри) при T = Q в веществе происходит исчезновение того или иного вида атомного «порядка» (упорядоченной ориентации магнитных или электрических моментов, дальнего порядка в распределении атомов по узлам кристаллической решётки в сплавах и т. п.). Вблизи точки Кюри в веществе происходят специфические изменения многих физических свойств (например, теплоёмкости, магнитной восприимчивости и др.), достигающие максимума при T = Q, что обычно и используется для точного определения температуры фазового перехода.

     Численные значения температуры Кюри приводятся в специальных справочниках.

          

     Перовскит — сравнительно редкий для поверхности Земли минерал с химической формулой CaTiO3 (титанат кальция). Хотя перовскит не имеет практического применения, он весьма известен благодаря своей кристаллической структуре. Атомы титана в перовските расположены в узлах моноклинной решётки, очень близкой к кубической, так как угол в вершине ромба всего на 40' отличается от 90°. В центрах псевдокубов располагаются атомы кальция. Атомы кислорода образуют практически правильные октаэдры вокруг атомов титана. Структуру перовскита имеют многие керамики, в частности знаменитые высокотемпературные сверхпроводники, а также многие магнитные и сегнетоэлектрические (Сегнетоэлектрики — твёрдые диэлектрики (некоторые ионные кристаллы и пьезоэлектрики), обладающие в определённом интервале температур собственным электрическим дипольным моментом, который может быть переориентирован за счёт приложения внешнего электрического поля.) материалы.

Новости
Процесс старения многослойных керамических конденсаторов MURATA
Бессвинцовая пайка: подробности, альтернативы, особенности монтажа