
セラミックコンデンサは、セラミック材料が誘電体として機能する固定容量コンデンサです。2層以上のセラミック層と電極として機能する金属層が交互に積層されています。セラミック材料の組成によって電気的挙動が決まり、用途も異なります。セラミックコンデンサは、以下の2つの用途クラスに分類されます。
セラミックコンデンサ、特に積層セラミックコンデンサ(MLCC)は、電子機器に最も多く生産され、使用されているコンデンサであり、年間約1兆個(10の12乗)が使用されています。 [ 1 ]
特殊な形状とスタイルのセラミック コンデンサは、 RFI/EMI抑制用のコンデンサ、フィードスルー コンデンサとして、またより大きな寸法のものは送信機用の電力コンデンサとして使用されます。

電気の研究が始まって以来、ガラス、磁器、紙、雲母といった非導電性材料が絶縁体として使用されてきました。これらの材料は数十年後には、最初のコンデンサの 誘電体としても適したものとなりました。
マルコーニの無線送信装置の初期においてさえ、送信機の高電圧・高周波用途には磁器コンデンサが使用されていました。受信機側では、共振回路に小型のマイカコンデンサが使用されていました。マイカ誘電体コンデンサは1909年にウィリアム・デュビリエによって発明されました。第二次世界大戦以前は、アメリカ合衆国においてコンデンサの誘電体としてマイカが最も一般的でした。[ 1 ]
雲母は天然素材であり、無制限に入手できるわけではありません。そのため、1920年代半ば、ドイツにおける雲母の不足と特殊な種類のセラミックである磁器の経験により、ドイツでセラミックを誘電体として使用した最初のコンデンサが開発され、新しいセラミックコンデンサファミリーが誕生しました。常誘電体二酸化チタン(ルチル) は、共振回路の温度補償のための容量の温度依存性が直線的であり、雲母コンデンサを置き換えることができるため、最初のセラミック誘電体として使用されました。1926年にこれらのセラミックコンデンサが少量生産され、1940年代に生産量が増加しました。これらの初期のセラミックのスタイルは、両面に金属化が施され、錫メッキ線で接続されたディスクでした。このスタイルはトランジスタよりも古く、1930年頃から1950年代にかけて真空管機器 (ラジオ受信機など) に広く使用されていました。
しかし、この常誘電体は誘電率が比較的低かったため、実現できる静電容量はわずかでした。1930年代から1940年代にかけてラジオ市場が拡大したことで、高周波デカップリング用途において、電解コンデンサよりも低い容量値でありながらより高い静電容量が求められるようになりました。1921年に発見された強誘電体セラミック材料であるチタン酸バリウムは、誘電率が1,000程度で、二酸化チタンや雲母の約10倍にも達し、電子機器用途においてより大きな役割を果たすようになりました。[ 1 ] [ 2 ]
誘電率が高いため静電容量は大幅に増加しましたが、電気特性が比較的不安定でした。そのため、これらのセラミックコンデンサは、安定性がそれほど重要でない用途において、一般的に使用されているマイカコンデンサの代替としてのみ利用されました。マイカコンデンサに比べて小型であること、製造コストが低いこと、そしてマイカの入手性に依存しないことが、セラミックコンデンサの普及を加速させました。

第二次世界大戦後、放送産業は急速に発展し、セラミック材料の結晶学、相転移、そして化学的・機械的最適化に関する理解が深まりました。様々な基本材料を複雑に混合することで、セラミックコンデンサの電気特性を精密に調整することが可能になりました。セラミックコンデンサの電気特性を区別するために、標準化によって複数のアプリケーションクラス(クラス1、クラス2、クラス3)が定義されました。注目すべきは、戦時中および戦後の米国と欧州市場における個別の発展により、これらのクラスがそれぞれ異なる定義(EIA vs IEC)に至ったことです。そして、ごく最近(2010年以降)になってようやく、IEC規格への世界的な整合が図られました。
戦後1950年代から1970年代にかけてのラジオ用途において、ディスクの下に埋め込まれたセラミックコンデンサ(当時はコンデンサと呼ばれていました)の典型的な構造は、内外両面に錫または銀をコーティングしたセラミックチューブでした。このチューブには比較的長い端子が備わっており、抵抗器などの部品と共に、開回路配線の絡み合いを形成していました。
成形しやすいセラミック材料により、高電圧、高周波 (RF)、電力用途向けの特殊で大型のセラミック コンデンサの開発が容易になりました。

1950年代の半導体技術の発展に伴い、ドープされた強誘電体セラミックを用いたバリア層コンデンサ(IECクラス3/EIAクラスIVコンデンサ)が開発されました。このドープ材料は多層構造の製造に適していなかったため、数十年後にはY5Vクラス2コンデンサに置き換えられました。
初期のセラミックディスクコンデンサは、1950年代から1970年代にかけて一般的だったセラミックチューブコンデンサよりも安価に製造できました。 1961年に打ち上げられたアポロ計画の真っ最中、あるアメリカ企業が複数のディスクを積み重ねてモノリシックブロックを形成するという先駆的な技術を開発しました。この「多層セラミックコンデンサ」(MLCC)はコンパクトで、高容量のコンデンサを提供しました。[ 3 ]テープキャスティングとセラミック電極同時焼成プロセスを用いたこれらのコンデンサの製造は、製造上の大きな課題でした。MLCCは、より小型のケースでより大きな容量値を必要とする用途へと用途範囲を拡大しました。これらのセラミックチップコンデンサは、1980年代に電子機器をスルーホール実装から表面実装技術へと転換させる原動力となりました。極性電解コンデンサは無極性セラミックコンデンサに置き換えられ、実装が簡素化されました。
1993年、TDK株式会社は、パラジウム含有電極をはるかに安価なニッケル電極に置き換えることに成功し、製造コストを大幅に削減してMLCCの大量生産を可能にしました。[ 4 ]この技術向上により、2000年のパラジウム価格上昇を受けて価格に基づいたパラジウムの代替が可能になりました[ 5 ] 。メーカーが市場から購入するのではなく在庫を使用したことと、ドットコムバブル中の電子機器需要の低迷が相まって、2001年の電子機器におけるパラジウムの需要は前年の3分の1(216万~70万オンストン)にまで落ち込みました。[ 6 ] 2025年現在、需要は2000年以前のレベルに回復していません。
2012年現在、 MLCCは年間10個以上製造されています。[ 1 ]セラミックチップコンデンサに加え、セラミックディスクコンデンサは電磁干渉抑制用途の安全コンデンサとしてよく使用されます。さらに、高電圧または高周波送信用途向けの大型セラミックパワーコンデンサも存在します。
セラミック材料の新たな開発として、反強誘電セラミックスが挙げられます。この材料は非線形の反強誘電/強誘電相変化を示し、より高い体積効率でより多くのエネルギーを貯蔵できます。これらはエネルギー貯蔵(例えば起爆装置)に使用されます。[ 7 ]
セラミックコンデンサに使用されるセラミック材料(常誘電体セラミックまたは強誘電体セラミック)は、コンデンサの電気特性に影響を与えます。二酸化チタンをベースとする常誘電体の混合物を使用すると、規定の温度範囲内で静電容量が非常に安定し、直線的に変化し、高周波での損失も低くなります。しかし、これらの混合物は誘電率が比較的低いため、コンデンサの静電容量は比較的小さくなります。
セラミックコンデンサの静電容量は、チタン酸バリウムなどの強誘電体材料と特定の酸化物を混合することで高めることができます。これらの誘電体材料は誘電率が非常に高い一方で、静電容量は温度範囲全体にわたって非線形性を示し、高周波での損失は大幅に大きくなります。セラミックコンデンサのこれらの異なる電気的特性により、コンデンサは「アプリケーションクラス」に分類されます。アプリケーションクラスの定義は標準化によって定められています。2013年時点では、国際電気標準会議(IEC)と米国電子工業会(EIA)の2つの規格が使用されていました。
2つの規格におけるアプリケーションクラスの定義は異なります。以下の表は、セラミックコンデンサのアプリケーションクラスの異なる定義を示しています。
| IEC/EN 60384-1およびIEC/EN 60384-8/9/21/22に関する定義 | EIA RS-198 に関する定義 |
|---|---|
| クラス 1セラミック コンデンサは、共振回路アプリケーションに高い安定性と低い損失を提供します。 | クラスI(または書面によるクラス1)セラミックコンデンサは、共振回路アプリケーションにおいて高い安定性と低い損失を提供します。 |
| クラス2セラミックコンデンサは、平滑化、バイパス、カップリング、デカップリングの用途において高い体積効率を提供します。 | クラスII(または書面によるクラス2)セラミックコンデンサは、平滑化、バイパス、カップリング、デカップリングの用途において、 静電容量の変化が-15%~+15%未満で、温度範囲が-55°C~+125°Cを超える高い体積効率を提供します。 |
| クラス3セラミックコンデンサは、もはや標準化されていないバリア層コンデンサです。 | クラスIII(または書面によるクラス3)セラミックコンデンサは、EIAクラスIIよりも高い体積効率を示し、10℃~55℃の低温範囲で静電容量が-22%~+56%変化します。EIAクラス2のY5U/Y5VまたはZ5U/Z5Vコンデンサに置き換えることができます。 |
| – | クラスIV(またはクラス4と表記)セラミックコンデンサは、もはや標準化されていないバリア層コンデンサです。 |
メーカー、特に米国では、米国電子工業会(EIA)規格が好まれました。多くの点でIEC規格と非常に類似しているEIA RS-198は、セラミックコンデンサの4つのアプリケーションクラスを定義しています。[ 8 ]
両規格内の異なるクラス番号は、多くのメーカーのデータシートに記載されているクラスの説明を解釈する際に多くの誤解を生む原因となっている。[ 9 ] [ 10 ] EIAは2011年2月11日に業務を停止したが、以前の部門は引き続き国際標準化機構にサービスを提供している。
以下では、IEC 規格の定義を優先し、重要な場合には EIA 規格の定義と比較します。
クラス1セラミックコンデンサは、高精度の温度補償コンデンサです。電圧、温度、そしてある程度の周波数に対して最も安定した特性を示します。損失が最も低いため、安定性が不可欠な共振回路や、例えば回路の温度影響を補償する場合など、正確に定義された温度係数が求められる共振回路用途に特に適しています。クラス1セラミックコンデンサの基本材料は、二酸化チタン(TiO)などの常誘電体材料を細かく粉砕した粒子の混合物で構成されています。2)は、コンデンサの所望の線形特性を達成するために必要な、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、マグネシウム、タンタル、コバルト、ストロンチウムの添加剤によって改質される。 [ 11 ] [ 12 ]
クラス1コンデンサの一般的な静電容量温度挙動は、 TiOなどの基本的な常誘電体材料に依存する。2化学組成の添加剤は、所望の温度特性を正確に調整するために使用されます。クラス1セラミックコンデンサは、セラミックコンデンサの中で最も体積効率が低いです。これは、常誘電体材料の誘電率が比較的低い(6~200)ためです。そのため、クラス1コンデンサの静電容量は低い範囲にあります。
| 化学式 | 比誘電率 ε | 温度係数 α /ppm·K −1 |
|---|---|---|
| マグネシウムニオブ2お6 | 21 | −70 |
| 亜鉛ニオブ2お6 | 25 | −56 |
| マグネシウムタングステン2お6 | 28 | 18 |
| ZnTa2お6 | 38 | 9 |
| (ZnMg)TiO3 | 32 | 5 |
| (ZrSn)TiO4 | 37 | 0 |
| バ2ティ9お20 | 40 | 2 |
クラス1コンデンサの温度係数は、通常、温度に対してほぼ直線的です。これらのコンデンサは電気損失が非常に低く、誘電正接は約0.15%です。経年変化がほとんどなく、静電容量値は印加電圧にほぼ依存しません。これらの特性により、高Qフィルタ、共振回路、発振器(例えば位相同期回路)への応用が可能です。
EIA RS-198規格では、セラミッククラス1コンデンサを温度係数を示す3文字のコードでコード化しています。最初の文字は、温度による静電容量の変化(温度係数α)の有効数字をppm/K単位で示します。2番目の文字は温度係数の乗数を示します。3番目の文字は、温度係数からの最大許容範囲をppm/K単位で示します。すべての定格は25~85℃です。
| 温度係数 α /ppm·K −1文字コード | 乗数コード | 許容範囲/ppm·K −1文字コード |
|---|---|---|
| C: 0.0 | 0: −1 | G: ±30 |
| B: 0.3 | 1: −10 | 高さ: ±60 |
| L: 0.8 | 2: −100 | J: ±120 |
| 答え:0.9 | 3: −1000 | K: ±250 |
| 男性: 1.0 | 5: +1 | L: ±500 |
| P: 1.5 | 6: +10 | メートル: ±1000 |
| 確率: 2.2 | 7: +100 | N: ±2500 |
| S: 3.3 | 8: +1000 | |
| T: 4.7 | ||
| V: 5.6 | ||
| U: 7.5 |
クラス1セラミックコンデンサの静電容量依存性の温度係数は、EIAコードに加えて、「NP0」、「N220」などのセラミック名で一般的に表されます。これらの名称には温度係数(α)が含まれています。IEC/EN 60384-8/21規格では、温度係数と許容差は2桁の文字コード(表を参照)に置き換えられ、対応するEIAコードが付加されています。
| 陶器の名前 | 温度係数 α /ppm·K −1 | 許容範囲/ppm·K −1 | サブクラス | IEC/EN文字コード | EIA英数字コード |
|---|---|---|---|---|---|
| P100 | 100 | ±30 | 1B | AG | M7G |
| NP0 | 0 | ±30 | 1B | CG | 重心G |
| N33 | −33 | ±30 | 1B | HG | H2G |
| N75 | −75 | ±30 | 1B | LG | L2G |
| N150 | −150 | ±60 | 1B | PH | P2H |
| N220 | −220 | ±60 | 1B | RH | R2H |
| N330 | −330 | ±60 | 1B | SH | S2H |
| N470 | −470 | ±60 | 1B | TH | T2H |
| N750 | −750 | ±120 | 1B | UJ | U2J |
| N1000 | −1000 | ±250 | 1階 | QK | Q3K |
| N1500 | −1500 | ±250 | 1階 | VK | P3K |
例えば、EIAコード「C0G」の「NP0」コンデンサはドリフトが0で、許容誤差は±30 ppm/Kです。一方、「P3K」の「N1500」コンデンサはドリフトが-1500 ppm/Kで、最大許容誤差は±250 ppm/Kです。IECおよびEIAコンデンサコードは産業用コンデンサコードであり、軍用コンデンサコードとは異なることにご注意ください。
クラス1コンデンサには、温度係数αが異なるコンデンサが含まれます。特に、αが±0•10 −6 /Kでα許容差が30 ppmのNP0/CG/C0Gコンデンサは技術的に大きな注目を集めています。これらのコンデンサは、-55~+125 °Cの温度範囲で静電容量変化dC/Cが±0.54%です。これにより、広い温度範囲(例えば共振回路)で正確な周波数応答が得られます。特殊な温度特性を持つその他の材料は、発振回路のコイルなど、並列接続された部品の逆温度特性を補償するために使用されます。クラス1コンデンサは、定格静電容量の許容差が非常に小さいです。

クラス2セラミックコンデンサは、高誘電率の誘電体を使用しているため、クラス1コンデンサよりも体積効率は優れていますが、精度と安定性は低くなります。セラミック誘電体は、温度範囲全体にわたって静電容量が非線形に変化することを特徴としています。静電容量値は印加電圧にも依存します。バイパス、カップリング、デカップリング用途、または低損失と静電容量の高安定性がそれほど重要でない周波数弁別回路に適しています。通常、マイクロフォニー現象が発生します。
クラス2コンデンサは、チタン酸バリウム(BaTiO3)[ 13 ]および適切な添加剤としてケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。[ 14 ]これらのセラミックは非常に高い誘電率(200~14,000)を持ち、非常に高い電界と、それゆえ比較的小型のパッケージ内での静電容量を可能にする。クラス2コンデンサは、同等のクラス1コンデンサよりも大幅に小型である。しかし、誘電率は電界強度に対して非線形であるため、端子間の電圧が増加すると静電容量が大きく変化する。また、クラス2コンデンサは温度安定性が低く、経年劣化しやすい。[ 11 ]
これらの特性のため、クラス 2 コンデンサは通常、電源の入力と出力のバッファリング/フィルタリングや電気信号の結合など、正確な値ではなく最小値の静電容量のみが要求されるアプリケーションで使用されます。
クラス2コンデンサは、温度範囲における静電容量の変化に応じて分類されます。最も広く使用されている分類は、EIA RS-198規格に基づく3桁のコードです。最初の文字はアルファベットで、最低動作温度を表します。2番目の文字は数字で、最高動作温度を表します。3番目の文字は、コンデンサの規定温度範囲全体における最大許容静電容量変化を表します。
| 文字コード低温 | 数値コード上限温度 | 温度範囲にわたる 静電容量の変化を示す文字コード |
|---|---|---|
| X = −55 °C (−67 °F) | 4 = +65℃(+149℉) | P = ±10% |
| Y = −30 °C (−22 °F) | 5 = +85 °C(+185 °F) | R = ±15% |
| Z = +10 °C (+50 °F) | 6 = +105℃(+221℉) | L = ±15%、125℃以上では+15/-40% [ 15 ] |
| 7 = +125℃(+257°F) | S = ±22% | |
| 8 = +150 °C(+302 °F) | T = +22/−33% | |
| 9 = +200 °C(+392 °F) | U = +22/−56% | |
| V = +22/−82% |
例えば、Z5Uコンデンサは+10℃~+85℃で動作し、静電容量の変化は最大+22%~-56%です。X7Rコンデンサは-55℃~+125℃で動作し、静電容量の変化は最大±15%です。
一般的に使用されるクラス 2 セラミック コンデンサの材料を以下に示します。
IEC/EN 60384 -9/22 規格では、別の 2 桁のコードが使用されます。
| 静電容量変化のコード | U = 0での最大静電容量変化ΔC/C 0 | U = U Nでの最大静電容量変化ΔC/C 0 | 温度範囲のコード | 温度範囲 |
|---|---|---|---|---|
| 2B | ±10% | +10/−15% | 1 | −55 ... +125 °C |
| 2C | ±20% | +20/−30% | 2 | −55 ... +85 °C |
| 2D | +20/−30% | +20/−40% | 3 | −40 ... +85 °C |
| 2E | +22/−56% | +22/−70% | 4 | −25 ... +85 °C |
| 2階 | +30/−80% | +30/−90% | 5 | (−10 ... +70) °C |
| 2R | ±15% | − | 6 | +10 ... +85 °C |
| 2倍 | ±15% | +15/−25% | – | – |
ほとんどの場合、EIAコードをIEC/ENコードに変換することは可能です。多少の変換誤差は発生しますが、通常は許容範囲内です。
クラス 2 セラミック コンデンサは静電容量の精度と安定性が低いため、より高い許容範囲が必要です。
軍用タイプのクラス2誘電体は温度特性(TC)は規定されていますが、温度電圧特性(TVC)は規定されていません。X7Rと同様に、軍用タイプBXは温度変化に対して15%を超える変動は許されず、さらに最大定格電圧において+15%/-25%以内に収まる必要があります。タイプBRのTVC制限は+15%/-40%です。
クラス3のバリア層コンデンサまたは半導体セラミックコンデンサは、誘電率が最大50,000と非常に高いため、クラス2のコンデンサよりも体積効率に優れています。しかし、これらのコンデンサは、精度や安定性が低いなど、電気特性が劣ります。誘電体の特性として、温度範囲全体にわたって静電容量の非線形変化が非常に大きいことが挙げられます。また、静電容量値は印加電圧にも依存します。さらに、損失が非常に大きく、経年劣化も進行します。
バリア層セラミックコンデンサは、チタン酸バリウム(BaTiO3)。1980年代半ばにこのセラミック技術が進歩するにつれ、バリア層コンデンサは最大100μFの値で利用できるようになり、当時はより小型の電解コンデンサの代わりに使用できると思われました。

この材料では積層コンデンサを作ることができないため、市場にはリード付きの単層タイプのみが提供されています。 [ 16 ] [ 17 ]
積層セラミックコンデンサの進歩により、より小型のパッケージで優れた性能を実現できるようになったため、バリア層コンデンサという技術は現在では時代遅れとみなされ、IEC による標準化は行われなくなりました。
セラミックコンデンサは、常誘電体または強誘電体材料の微粉砕された顆粒の混合物で構成され、所望の特性を得るために他の材料と適切に混合されます。これらの粉末混合物から、セラミックは高温で焼結されます。セラミックは誘電体を形成し、金属電極のキャリアとして機能します。誘電体層の最小厚さは、現在(2013年)の低電圧コンデンサでは0.5マイクロメートル[ 3 ]程度ですが、セラミック粉末の粒径によって下限が制限されます。高電圧コンデンサの誘電体の厚さは、目的のコンデンサの 絶縁耐力によって決まります。
コンデンサの電極は、セラミック層上にメタライズ処理によって堆積されています。MLCCでは、メタライズされたセラミック層が交互に積層されています。本体の両側にある電極の優れたメタライズ処理は、接続端子に接続されています。ラッカーまたはセラミックコーティングは、コンデンサを湿気やその他の周囲環境の影響から保護します。
セラミックコンデンサには様々な形状と種類があります。最も一般的なものは以下のとおりです。
MLCCは、多数の単層コンデンサを積み重ねて1つのパッケージに収めたものと考えることができます。すべてのMLCCチップの原料は、常誘電体または強誘電体原料の細かく粉砕された顆粒の混合物であり、正確に決定された添加剤によって調整されています。[ 18 ] [ 19 ]混合物の組成と粉末粒子のサイズ(最小10nm)は、製造業者の専門知識を反映しています。
適切なバインダーを含む粉末懸濁液から薄いセラミック箔を鋳造します。箔のロールを均一な大きさのシートに切断し、金属ペースト層をスクリーン印刷して電極を形成します。自動化されたプロセスで、これらのシートは必要な層数に積み重ねられ、圧力によって固められます。比誘電率に加えて、層のサイズと層数は、後の静電容量値を決定します。電極は、隣接する層からわずかにオフセットした状態で交互に積み重ねられます。これは、後でオフセット側(左と右)で接続できるようにするためです。積層された電極はプレス加工され、個々の部品に切断されます。例えば、サイズ「0201」(0.5 mm × 0.3 mm)の500層以上の積層を製造するには、高い機械精度が求められます。
切断後、積層体からバインダーが焼き尽くされます。その後、1,200~1,450℃(2,190~2,640℉)の温度で焼結され、主に結晶構造を呈する最終的な構造が形成されます。この焼成工程により、所望の誘電特性が得られます。焼成後、洗浄を行い、両端面のメタライゼーションを行います。メタライゼーションにより、両端電極と内部電極が並列に接続され、コンデンサに端子が接続されます。最後に、各コンデンサは電気的に試験され、機能性と適切な性能が確保された後、テープリールに梱包されます。

MLCC コンデンサの静電容量式 ( C ) は、層数を考慮したプレート コンデンサの式に基づいています。 ここで、 εは誘電率、 Aは電極表面積、 n は層数、d は電極間の距離を表します。

誘電体が薄くなるか電極面積が大きくなると、誘電率の高い誘電体材料の場合と同様に、 静電容量値が増加します。
近年、デジタルエレクトロニクスの小型化が進むにつれ、集積ロジック回路の周辺部品も小型化が進んでいます。MLCCの小型化には、誘電体の厚さを薄くし、層数を増やすことが必要です。どちらの方法も多大な労力と専門知識を必要とします。
1995年には誘電体の最小厚さは4μmでした。2005年までに、一部のメーカーは層厚1μmのMLCCチップを製造しました。2010年現在、最小厚さは約0.5μmです。[ 1 ]誘電体内の電界強度は35V/μmに増加しました。[ 20 ]
これらのコンデンサの小型化は、粉末の粒径を小さくすることで実現され、セラミック層を薄くすることが可能になりました。さらに、製造プロセスがより精密に制御されるようになり、より多くの層を積層することが可能になりました。
1995年から2005年の間に、1206サイズのY5V MLCCコンデンサの静電容量は4.7μFから100μFに増加しました。[ 21 ]一方、(2013年)多くのメーカーが、チップサイズ0805で100μFの静電容量値を持つクラス2 MLCCコンデンサを供給できるようになりました。[ 22 ]
MLCCにはリード線がないため、リード線付きの部品よりも小型化される傾向があります。実装にPCBのスルーホールを必要とせず、人ではなく機械で取り扱うように設計されています。そのため、MLCCのような表面実装部品は一般的に安価です。
MLCCは、取り扱いやすさを考慮して標準化された形状とサイズで製造されています。初期の標準化は米国のEIA規格が主流であったため、MLCCチップの寸法はEIAによってインチ単位で標準化されました。長さ0.06インチ、幅0.03インチの長方形チップは、「0603」とコード化されます。このコードは国際的に広く使用されています。JEDEC (IEC/EN)は、2つ目のメートル法コードを考案しました。積層セラミックチップコンデンサの一般的なサイズに対応するEIAコードとメートル法コード、およびmm単位の寸法を以下の表に示します。表には高さ「H」の寸法が記載されていません。MLCCチップの高さは層数、ひいては静電容量に依存するため、通常は記載されません。ただし、通常、高さHは幅Wを超えることはありません。
当初、MLCCの電極は銀やパラジウムなどの貴金属で作られており、1,200~1,400℃(2,190~2,550℉)という高温の焼結にも容易に酸化されずに耐えることができます。これらの貴金属電極(NME)コンデンサは非常に優れた電気特性を備えていました。
しかし、1990年代後半の貴金属価格の高騰により製造コストが大幅に上昇し、銅やニッケルなどのより安価な金属を使用したコンデンサが開発されました。[ 23 ]これらの卑金属電極(BME)コンデンサは電気特性が悪く、高電圧で静電容量の縮小が大きく、損失係数が増加しました。
BMEの欠点は、主に電源などの精度が重要でない低コストの用途で使用されるクラス2コンデンサでは許容範囲内とみなされました。NMEは、仕様への適合性が重要でコストがそれほど問題にならないクラス1コンデンサでも依然として使用されています。

MLCCチップの静電容量は、誘電体、サイズ、および必要な電圧(定格電圧)によって異なります。静電容量は約1pFから始まります。最大静電容量は製造技術によって決まります。X7Rの場合は47μF、Y5Vの場合は100μFです。
右の図は、クラス1およびクラス2の積層セラミックチップコンデンサの最大静電容量を示しています。次の2つの表は、それぞれNP0/C0GおよびX7Rセラミックについて、主要メーカーである村田製作所、TDK、KEMET、AVXが一般的なケースサイズごとに提供している最大静電容量と定格電圧を示しています。(2017年4月時点)
| 定格電圧 | ケースサイズ、EIAコード | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 01005 | 0201 | 0402 | 0603 | 0805 | 1206 | 1210 | 1812 | 2220 | |
| 寸法(mm) | |||||||||
| 0.4×0.2 | 0.6×0.3 | 1.0×0.5 | 1.6×0.8 | 2.0×1.25 | 3.2×1.6 | 3.2×2.5 | 4.5×3.2 | 5.7×5.0 | |
| 最大静電容量 | |||||||||
| 6.3V | 220 pF | – | – | 33nF | – | – | – | – | – |
| 10V | 220 pF | – | 4.7nF | 33nF | 100nF | 100nF | 220nF | – | – |
| 16V | 220 pF | – | 2.2 nF | 15nF | 47nF | 120nF | 220nF | – | – |
| 25V | 220 pF | 1.0nF | 2.2 nF | 47nF | 47nF | 120nF | 220nF | – | – |
| 50V | 100 pF | 220 pF | 1.5nF | 10nF | 47nF | 100nF | 150nF | 220nF | 470nF |
| 100V | – | 100 pF | 1.0nF | 4.7nF | 22nF | 100nF | 100nF | 150nF | 330 nF |
| 250V | – | – | 330 pF | 2.2 nF | 8.2 nF | 22nF | 47nF | 100nF | – |
| 500V | – | – | – | – | 820 pF | 4.7nF | 10nF | 22nF | 47nF |
| 630V | – | – | – | – | 1.2 nF | 4.7nF | 15nF | 22nF | 47nF |
| 1000V | – | – | – | – | 270 pF | 1.0nF | 2.7nF | 5.6 nF | 12nF |
| 2000V | – | – | – | – | – | 270 pf | 680 pF | 1.5nF | 3.9 nF |
| 3000V | – | – | – | – | – | – | – | 390 pF | 1.0nF |
| 定格電圧 | ケースサイズ、EIAコード | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 01005 | 0201 | 0402 | 0603 | 0805 | 1206 | 1210 | 1812 | 2220 | |
| 寸法(mm) | |||||||||
| 0.4×0.2 | 0.6×0.3 | 1.0×0.5 | 1.6×0.8 | 2.0×1.25 | 3.2×1.6 | 3.2×2.5 | 4.5×3.2 | 5.7×5.0 | |
| 最大静電容量 | |||||||||
| 4V | – | – | 2.2μF | 22μF | 22μF | 100μF | 100μF | – | – |
| 6.3V | – | 0.1μF | 2.2μF | 10μF | 22μF | 47μF | 100μF | – | – |
| 10V | 1.0nF | 0.1μF | 2.2μF | 10μF | 22μF | 22μF | 47μF | – | – |
| 16V | 1.0nF | 0.1μF | 2.2μF | 4.7μF | 10μF | 22μF | 22μF | – | – |
| 25V | – | 10nF | 0.1μF | 2.2μF | 10μF | 10μF | 22μF | – | 22μF |
| 50V | – | 1.5nF | 0.1μF | 0.47μF | 4.7μF | 4.7μF | 10μF | – | 10μF |
| 100V | – | – | 4.7nF | 0.1μF | 0.1μF | 4.7μF | 10μF | 3.3μF | 10μF |
| 200V | – | – | – | 10nF | 56nF | 0.15μF | 0.22μF | 1.0μF | 1.0μF |
| 250V | – | – | – | 2.2 nF | 22nF | 0.1μF | 0.22μF | 0.47μF | 1.0μF |
| 500V | – | – | – | 3.9 nF | 22nF | 68nF | 0.1μF | 0.22μF | 0.47μF |
| 630V | – | – | – | 1.5nF | 12nF | 33nF | 0.1μF | 0.15μF | 0.33μF |
| 1000V | – | – | – | 1.0nF | 4.7nF | 22nF | 68nF | 0.1μF | 0.12μF |
| 2000V | – | – | – | – | – | 2.2 nF | 6.8 nF | 10nF | 22nF |
| 3000V | – | – | – | – | – | – | – | 1.2 nF | 15nF |
コンデンサは、共振周波数の領域において、ノイズや電磁干渉に対する最適なデカップリング特性を示します。コンデンサの共振周波数は、部品のインダクタンスによって決まります。コンデンサの誘導性成分は、等価直列インダクタンス(ESL)にまとめられます(Lはインダクタンスの電気記号です)。インダクタンスが小さいほど、共振周波数は高くなります。
特にデジタル信号処理においては、スイッチング周波数の上昇が続いているため、高周波デカップリングコンデンサやフィルタコンデンサの需要が高まっています。簡単な設計変更で、MLCCチップのESLを低減できます。そのため、積層電極は長手方向で接続端子に接続されます。これにより、電荷キャリアが電極上を流れる距離が短縮され、部品のインダクタンスが低下します。[ 24 ]
例えば、0805パッケージの0.1μF X7R MLCCは16MHzで共振します。同じコンデンサで長辺にリード線があるタイプ(つまり0508)は、共振周波数が22MHzです。
もう一つの可能性は、デバイスをコンデンサアレイとして構成することです。この場合、複数のコンデンサが共通のハウジングに内蔵されます。これらを並列に接続することで、部品のESL値とESR値が低減されます。
標準的な多層セラミックコンデンサは、内部に多数の対向電極層が積層され、それぞれが2つの外部端子で接続されています。一方、X2Yセラミックチップコンデンサは4端子チップデバイスです。標準的な2端子MLCCと同様に、積層されたセラミック層で構成され、チップには3つ目のシールド電極が追加されています。これらのシールド電極は、コンデンサプレートのスタック内の各電極を囲み、コンデンサ端子に隣接する2つの追加の側面端子と低抵抗で接続されています。X2Y構造は、ライン間およびライン対グランド間のフィルタリングを同時に提供する3ノード容量回路を形成します。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
X2Yセラミックコンデンサは、2個以上の従来型デバイスを置き換えることができ、デジタル回路の電源電圧の高周波フィルタリングやノイズ抑制に最適であり、DCモータ、自動車、オーディオ、センサーなどのアプリケーションにおける厳しいEMC要求を満たすのに非常に役立ちます。[ 28 ] [ 29 ]
X2Yフットプリントにより、実装インダクタンスが低くなります。[ 30 ]これは、クロック速度が数百MHz以上の高速デジタル回路での使用に特に重要です。これらの回路では、電源ラインの寄生インダクタンスのために、回路基板上で個々の電源電圧を分離することが困難です。従来のセラミックコンデンサを使用した標準的なソリューションでは、異なる静電容量値を持つ従来のMLCCチップを多数並列に使用する必要があります。この点で、X2YコンデンサはPCB上で最大5個の同一サイズのセラミックコンデンサを置き換えることができます。[ 31 ]ただし、この特定のタイプのセラミックコンデンサは特許取得済みであるため、これらのコンポーネントはまだ比較的高価です。
X2Yコンデンサの代替として、3端子コンデンサも使用できます。[ 32 ]
セラミックは脆く、回路基板に表面実装はんだ付けされたMLCCチップは、リード線付きスルーホール部品よりも、熱膨張やデパネル化などの機械的ストレスによるクラックが発生しやすい傾向があります。クラックは、自動機械組立ラインや回路内の高電流によって発生する可能性があります。
回路基板上の振動や衝撃は、多かれ少なかれ減衰されずにMLCCとそのはんだ接合部に伝達されます。過度の力はコンデンサにひび割れ(曲げクラック)を引き起こす可能性があります。接合部に過剰なはんだが付着すると、コンデンサが受ける力が増大する可能性があるため、望ましくありません。[ 33 ] [ 34 ]
MLCCチップの機械的ストレス耐性は、いわゆる基板曲げ試験によって試験されます。この試験では、はんだ付けされたMLCCが取り付けられたPCBをパンチで1~3mm曲げます。MLCCが短絡したり、静電容量が大きく変化したりすると、故障が発生します。
MLCCチップの曲げ強度は、セラミック材料、チップサイズ、コンデンサの物理的構造によって異なります。特別な対策を講じない場合、NP0/C0Gクラス1セラミックMLCCチップの標準的な曲げ強度は2mmですが、X7RやY5Vクラス2といった大型のセラミックチップでは約1mmにしか達しません。0402サイズなどの小型チップでは、すべてのセラミックタイプにおいてより大きな曲げ強度が得られます。
特に電極と端子部分の特別な設計により、曲げ強度を向上させることができます。例えば、2つの異極性電極が接触すると内部短絡が発生します。これは、端子部付近のセラミックが破断することで発生します。これは、電極の重なり面積を減らすことで防止できます。これは例えば「オープンモード設計」(OMD)によって実現されます。この場合、端子部付近の破断は静電容量をわずかに低下させるだけです(AVX、KEMET)。
同様の構造を持つ「フローティング電極設計」(FED)または「多層直列コンデンサ」(MLSC)では、コンデンサ本体の一部が破損した場合でも、静電容量の減少のみが起こります。この構造は、端子への導電接続のないフローティング電極で機能します。破損しても短絡は発生せず、静電容量の減少のみが起こります。ただし、どちらの構造も、同じ静電容量値の標準的なMLCCと比較して、設計サイズが大きくなります。
標準的なMLCCと同等の体積は、電極と端子の間に導電性ポリマーの柔軟な中間層(「フレキシブル端子」(FT-Cap)または「ソフト端子」と呼ばれる)を導入することで実現されています。この構造では、剛性の高い金属はんだ接続部が柔軟なポリマー層に対して可動するため、セラミックの破損を招くことなく曲げ力を吸収することができます。[ 36 ]一部の車載用コンデンサは、 AEC-Q200および/またはVW 80808 に準拠するように規定されています。
抑制コンデンサは、周波数の上昇とともに電気インピーダンスが低下するため、干渉を低減する効果的な部品です。そのため、高周波数では、高周波電気ノイズや線間、またはグランド間の過渡現象に対して短絡回路として機能します。そのため、機器や機械(モーター、インバータ、電子バラスト、ソリッドステートリレースナバ、スパーククエンチャーなど)が、線間(Xコンデンサ)および線対グランド(Yコンデンサ)接続における電磁干渉や無線周波数干渉、過渡現象の送受信を防ぎます。Xコンデンサは、対称干渉、平衡干渉、または差動干渉を効果的に吸収します。Yコンデンサは、線路位相とゼロ電位点の間のラインバイパスに接続され、非対称干渉、不平衡干渉、またはコモンモード干渉を吸収します。[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]
EMI/RFI抑制コンデンサは、残留する干渉や電気ノイズがEMC指令EN 50081の制限を超えないように設計されています。[ 40 ]抑制部品は10年から20年以上主電源電圧に直接接続されるため、損傷を引き起こす可能性のある過電圧や過渡現象にさらされます。このため、抑制コンデンサは、次のような国際安全規格の安全性と不燃性の要件に準拠する必要があります。
規定のすべての要件を満たすRFIコンデンサには、各国の安全規格機関の認証マークが刻印されています。電力線用途では、コーティングの不燃性、およびコンデンサ本体に含浸またはコーティングされているエポキシ樹脂に特別な要件が課せられます。安全認証を取得するには、XおよびY電力線定格コンデンサは、破壊点まで破壊試験を受けます。これらの安全定格コンデンサは、大きな過電圧サージにさらされた場合でも、人や財産に危険を及ぼさない フェイルセーフ方式で故障しなければなりません。
2012年現在、EMI/RFI抑制用に使用されるセラミックコンデンサのほとんどは、PCBへのスルーホール実装用のリード線付きコンデンサであったが[ 41 ] [ 42 ]、表面実装技術の重要性はますます高まっている。そのため、近年では、様々なメーカーのEMI/RFI抑制用MLCCチップが認証を取得し、適用規格のすべての要件を満たしている。[ 41 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]
大型電力用セラミックコンデンサに使用される材料は、小型のセラミックコンデンサに使用される材料とほとんど同じですが、電力システム、送信機、電気設備などに用いられる高~超高電力または高電圧定格のセラミックコンデンサは、歴史的理由から別々に分類されることがよくあります。低電力用セラミックコンデンサの標準化は、電子機器用部品としての電気的および機械的パラメータに重点を置いています。一方、電力用コンデンサの標準化は、地域の規制当局が定める人および機器の保護に重点を置いています。

現代の電子機器が、かつては「電力」部品の独占領域であった電力レベルに対応できるようになったため、「電子」と「電気」の電力定格の区別は曖昧になってきました。かつては、これら2つのグループの境界は、無効電力が約200ボルトアンペアでしたが、現代のパワーエレクトロニクスは、ますます多くの電力を処理できるようになりました。
パワーセラミックコンデンサは、ほとんどの場合、200ボルトアンペアをはるかに超える定格電流で使用されます。セラミック原料の優れた可塑性と高い誘電強度は、多くの用途に対応するソリューションを提供し、パワーセラミックコンデンサファミリーに多様なスタイルが存在する理由となっています。これらのパワーコンデンサは数十年にわたり市場に出回っており、高安定性と低損失を備えたクラス1パワーセラミックコンデンサ、または高体積効率を備えたクラス2パワーセラミックコンデンサとして、それぞれの要件に応じて製造されています。
クラス1のパワーセラミックコンデンサは、送信所の共振回路に使用されます。クラス2のパワーセラミックコンデンサは、回路遮断器、配電線、レーザー用途の高電圧電源、誘導炉、電圧倍増回路に使用されます。パワーセラミックコンデンサは、2 kVから100 kVまでの範囲の高定格電圧で供給できます。[ 47 ]
これらのパワーセラミックコンデンサは非常に大きくなることがあります。高出力用途では、これらのコンデンサの損失により大量の熱が発生する可能性があります。そのため、一部の特殊なパワーセラミックコンデンサには、水冷用のパイプが備えられています。

セラミックコンデンサの全ての電気的特性は、理想的な静電容量と追加の電気部品から構成される直列等価回路によって定義および規定できます。この直列等価回路は、コンデンサの全ての損失と誘導性パラメータをモデル化します。この直列等価回路において、コンデンサの電気的特性は次のように定義されます。
並列等価回路の代わりに直列等価回路を使用することは、IEC/EN 60384-1 で定義されています。
「定格静電容量」C Rまたは「公称静電容量」C Nは、コンデンサの設計値です。実際の静電容量は測定周波数と周囲温度に依存します。コンデンサの標準測定条件は、温度20℃、周波数10Hz、低電圧交流測定法です。
コンデンサは、IEC/EN 60063に規定されたEシリーズ規格で規定されているように、幾何学的に増加する様々な推奨値で提供されています。10進数あたりの値の数に応じて、E3、E6、E12、E24などのシリーズと呼ばれます。コンデンサの値を指定するために使用される単位には、ピコファラッド(pF)、ナノファラッド(nF)、マイクロファラッド(μF)、ファラッド(F)などがあります。
定格値からの静電容量の許容偏差のパーセンテージを静電容量許容差と呼びます。実際の静電容量値は許容差内に収まらなければならず、そうでなければコンデンサは仕様外となります。狭いスペースでの略称表示については、各許容差に対応する文字コードがIEC/EN 60062で規定されています。
| Eシリーズ | 許容範囲 | |||
|---|---|---|---|---|
| CR > 10 pF | 文字コード | CR < 10 pF | 文字コード | |
| E96 | 1% | F | 0.1 pF | B |
| E48 | 2% | G | 0.25 pF | C |
| E24 | 5% | J | 0.5 pF | D |
| E12 | 10% | K | 1 pF | F |
| E6 | 20% | M | 2 pF | G |
| E3 | −20/+50% | S | - | - |
| −20/+80% | Z | - | - | |
必要な静電容量許容差は、特定の用途によって決まります。高精度発振器やタイマーなどの回路では、E24からE96という狭い許容差を持つ高品質クラス1コンデンサが使用されます。一方、それほど重要でないフィルタリング回路やカップリング回路などの用途では、クラス2コンデンサの許容差はE12からE3で十分です。
セラミックコンデンサの静電容量は温度によって変化します。多くのコンデンサの種類では、誘電体の種類によって温度依存性が大きく異なります。温度係数は、クラス1のセラミックコンデンサの場合は1℃あたりのppm(百万分率)で、クラス2のコンデンサの場合は全温度範囲におけるパーセント(%)で表されます。
| コンデンサの種類、誘電体材料 | 温度係数C/C 0 | 適用温度範囲 |
|---|---|---|
| セラミックコンデンサ クラス1 常誘電体NP0 | ±30 ppm/K (±0.5%) | −55...+125 °C |
| セラミックコンデンサ クラス2、 強誘電体X7R | ±15% | −55...+125 °C |
| セラミックコンデンサ クラス2、強誘電体Y5V | +22% / −82% | −30...+85 °C |

ほとんどのディスクリートコンデンサは、周波数の上昇に伴い静電容量が大きくまたは小さくなります。クラス2のセラミックおよびプラスチックフィルムの絶縁耐力は周波数の上昇とともに低下します。そのため、周波数の上昇に伴い静電容量も減少します。この現象は誘電緩和と関連しており、電気双極子の時定数が誘電率の周波数依存性の原因となっています。右側のグラフは、クラス2コンデンサとクラス1コンデンサの典型的な周波数特性を示しています。
セラミックコンデンサの静電容量は印加電圧によっても変化する可能性があります。この影響はクラス2セラミックコンデンサでより顕著です。強誘電体材料は印加電圧に依存します。[ 48 ] [ 49 ]印加電圧が高いほど、誘電率は低くなります。測定された静電容量、またはより高い電圧が印加された静電容量は、0.5 Vまたは1.0 Vの標準化された測定電圧で測定された値の-80%まで低下する可能性があります。この動作は、低歪みフィルタやその他のアナログアプリケーションにおいて、非線形性の小さな原因となります。オーディオアプリケーションでは、これが高調波歪みの原因となる可能性があります。
上の2つの図における静電容量の電圧依存性は、NMEメタライゼーションを施したセラミックコンデンサの曲線を示しています。BMEメタライゼーションを施したコンデンサでは、静電容量の電圧依存性が大幅に増加しました。[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]
ほとんどのコンデンサでは、物理的に調整された絶縁耐力または破壊電圧は、通常、誘電体材料と厚さごとに規定できます。しかし、セラミックコンデンサではこれが不可能です。セラミック誘電体層の破壊電圧は、電極材料とセラミックの焼結条件によって最大10倍も変化する可能性があります。今日の非常に薄いセラミック層における電気特性のばらつきを規定範囲内に抑えるには、プロセスパラメータを高精度に制御する必要があります。
セラミックコンデンサの耐電圧は定格電圧(UR)として規定されます。これは、コンデンサに上限温度まで連続的に印加できる最大の直流電圧です。この保証耐電圧は、隣の表に示す電圧に従って試験されます。
さらに、定期的な寿命試験(耐久試験)では、安全な構造を確保するために、試験電圧を上げて(U Rの 120 ~ 150% )、セラミックコンデンサの耐電圧を試験します。
| スタイル | 定格電圧 | 試験電圧 |
|---|---|---|
| セラミック積層チップコンデンサ(MLCC) | U R ≤ 100 V | 2.5 U R |
| 100 V < U R ≤ 200 V | 1.5 U R + 100 V | |
| 200 V < U R ≤ 500 V | 1.3 U R + 100 V | |
| 500 V < U R | 1.3 U R | |
| 単層セラミックコンデンサ | U R ≤ 500 V | 2.5 U R |
| U R > 500 V | 1.5 U R + 500 V |

周波数に依存するコンデンサの交流抵抗はインピーダンス と呼ばれ、交流回路における電圧と電流の複素比です。インピーダンスはオームの法則の概念を交流回路に拡張したもので、特定の周波数において大きさと位相の両方を持ちます。一方、大きさのみを持つ抵抗とは異なります。
インピーダンスは、コンデンサが交流電流を流す能力の尺度です。この意味では、インピーダンスはオームの法則のように用いられます。
電流または電圧のピーク値または実効値を計算します。
コンデンサの直列等価回路に示されているように、現実世界のコンポーネントには理想的なコンデンサ、インダクタンス、抵抗器が含まれます。
インピーダンスを計算するには、抵抗とリアクタンスの両方を幾何学的に加算する必要がある。
ここで、容量性リアクタンス(静電容量)は
誘導性リアクタンス(インダクタンス)は
共振の特殊なケースでは、両方のリアクタンス抵抗が同じ値()を持ち、インピーダンスは によってのみ決定されます。

セラミックコンデンサのデータシートには、インピーダンスの大きさのみが記載されています。一般的なインピーダンス曲線は、周波数が上昇するにつれてインピーダンスが減少し、最小値まで減少することを示しています。インピーダンスが低いほど、コンデンサを交流電流が通過しやすくなります。曲線の最小点、つまりX CとX Lが同じ値になる共振点では、コンデンサのインピーダンスは最低値を示します。ここでは、抵抗のESRのみがインピーダンスを決定します。共振周波数を超えると、ESLによってインピーダンスが再び増加します。
セラミックコンデンサにおける損失は、抵抗による交流損失です。直流損失は「漏れ電流」または「絶縁抵抗」として規定され、交流仕様では無視できます。これらの交流損失は非線形であり、周波数、温度、経年変化、そして一部の特殊なコンデンサでは湿度にも依存します。これらの損失は、以下の2つの物理的条件によって生じます。
大型コンデンサにおけるこれらの損失のうち、最も大きな割合を占めるのは通常、周波数に依存する誘電抵抗損失です。IEC 60384-1規格では、コンデンサの抵抗損失は静電容量の測定に使用される周波数と同じ周波数で測定されます。これらの損失は以下のとおりです。
コンデンサの要約された抵抗損失の結果は、アプリケーションの要件に応じて、 等価直列抵抗(ESR)、誘電正接(DF、tan δ)、または品質係数(Q) として指定できます。
クラス2コンデンサは、ほとんどの場合、誘電正接(tan δ)で規定されます。誘電正接はリアクタンスとESRの正接として決定され、上記のベクトル図における虚数軸とインピーダンス軸の間の角度δとして表されます(「インピーダンス」の項を参照)。
インダクタンスが小さい場合、損失係数は次のように近似できます。
損失が非常に低いクラス1コンデンサは、誘電正接(Difficulty)と、多くの場合は品質係数(Q)で規定されます。品質係数は、誘電正接の逆数として定義されます。
Q値は電気抵抗の影響を表し、共振器の中心周波数または共振周波数に対する共振器の帯域幅 を特徴づけます。高いQ値は、共振回路における共振の品質を示す指標です。
IEC 60384-8/-21/-9/-22 によれば、セラミック コンデンサは次の損失係数を超えてはなりません。
| セラミックの 温度係数 | 最大散逸係数 |
|---|---|
| 100 ≥ α > −750 | tan δ ≤ 15 • 10 −4 |
| −750 ≥ α > −1500 | tan δ ≤ 20 • 10 −4 |
| −1500 ≥ α > −3300 | tan δ ≤ 30 • 10 −4 |
| −3300 ≥ α > −5600 | tan δ ≤ 40 • 10 −4 |
| ≤ −5600 | tan δ ≤ 50 • 10 −4 |
| 静電容量値が50 pF未満の場合は、損失係数が大きくなる可能性がある。 | |
| コンデンサの 定格電圧 | 最大散逸係数 |
|---|---|
| ≥ 10V | tan δ ≤ 350 • 10 −4 |
| 静電容量値が50 pF未満の場合は、損失係数が大きくなる可能性がある。 | |
セラミックコンデンサの抵抗損失は、周波数、温度、電圧に依存します。さらに、クラス2コンデンサの測定値は経年変化によって変化します。セラミック材料によって、温度範囲と動作周波数における損失は異なります。クラス1コンデンサの変化は1桁台ですが、クラス2コンデンサでははるかに大きな変化が見られます。
セラミックコンデンサでは、特定の共振周波数において電気共振が発生します。この共振周波数では、コンデンサのインピーダンスとアドミタンスの虚数部が互いに打ち消し合います。X CがX Lと等しいこの周波数は自己共振周波数と呼ばれ、次式で計算できます。
ここで ω = 2π fであり、fはヘルツ単位の共振周波数、Lはヘンリー単位のインダクタンス、Cはファラッド単位の静電容量です。
静電容量CとインダクタンスLが小さいほど、共振周波数は高くなります。自己共振周波数とは、インピーダンスが最小値を通過する最低周波数です。あらゆるACアプリケーションにおいて、自己共振周波数は、コンデンサを容量性部品として使用できる最高周波数です。共振周波数を超えると、ESL(等価直列抵抗)によりインピーダンスは再び増加します。つまり、コンデンサは、所定の周波数において、インダクタンスがコンデンサのESLに等しく、抵抗がESRに等しいインダクタになります。
産業用コンデンサのESLは、主にプレートと外部を接続するリード線と内部接続によって発生します。大型コンデンサは小型コンデンサよりもESLが高くなる傾向があります。これは、プレートとの距離が長くなり、1ミリメートルごとにインダクタンスが増加するためです。
非常に小さな静電容量値(pF以上)で提供されるセラミックコンデンサは、数100MHzまでの高周波領域では既にその小さな静電容量値を超えています(上記の式を参照)。リード線がなく電極に近接しているため、MLCCチップは鉄リードタイプよりも寄生インダクタンスが大幅に低く、高周波アプリケーションに適しています。チップの側面ではなく長手方向に電極を配置することで、寄生インダクタンスをさらに低減できます。
NP0/C0GとX7Rセラミックコンデンサ1セットの自己共振周波数の例は次のとおりです。[ 54 ]
| 10 pF | 100 pF | 1nF | 10nF | 100nF | 1μF | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C0G(クラス1) | 1550MHz | 460MHz | 160MHz | 55MHz | ||
| X7R(クラス2) | 190MHz | 56MHz | 22MHz | 10MHz |
X7RはC0Gよりも周波数応答が優れていることに注意してください。これは当然のことですが、クラス2のコンデンサはクラス1よりもはるかに小さいため、寄生インダクタンスも低くなるはずです。

強誘電体クラス2セラミックコンデンサでは、静電容量は経年劣化によって減少します。この現象は「エージング」と呼ばれます。エージングは強誘電体において発生し、誘電体内の分極ドメインが全体の分極に寄与します。誘電体内の分極ドメインの劣化により誘電率は経年劣化とともに低下するため、クラス2セラミックコンデンサの静電容量は部品の経年劣化とともに減少します。[ 55 ] [ 56 ]
経年劣化は対数法則に従います。この法則は、規定の温度(例えば20℃で1時間から10時間)におけるはんだ付け回復時間後の10年間の静電容量の減少率をパーセンテージで定義します。この法則は対数であるため、静電容量の減少率は1時間から100時間の間では2倍、1時間から1000時間の間では3倍になります。つまり、経年劣化は初期段階で最も速く進行し、静電容量値は時間の経過とともに安定します。
クラス2コンデンサの劣化速度は、主に使用されている材料に依存します。経験則として、セラミックの温度依存性が高いほど、劣化率も高くなります。X7Rセラミックコンデンサの典型的な劣化率は10年あたり約2.5%です[ 57 ]。Z5Uセラミックコンデンサの劣化率は大幅に高く、10年あたり最大7%に達することもあります。
クラス2コンデンサの劣化プロセスは、部品をキュリー点以上に加熱することで元に戻すことができます。[ 2 ]
クラス1コンデンサは、クラス2コンデンサのような強誘電体の経年劣化は発生しません。しかし、高温、高湿度、機械的ストレスなどの環境要因により、長期間にわたって、静電容量がわずかに不可逆的に低下することがあります。これは経年劣化とも呼ばれます。クラス1のP100およびN470コンデンサの静電容量変化は1%未満ですが、N750~N1500セラミックコンデンサでは2%以下です。
誘電体の抵抗は無限大にはならないため、ある程度の直流「漏れ電流」が発生し、これが自己放電の原因となります。セラミックコンデンサの場合、この抵抗はコンデンサの直列等価回路においてコンデンサと並列に配置され、「絶縁抵抗R ins」と呼ばれます。絶縁抵抗は、環境に対する外部絶縁と混同してはなりません。
コンデンサ電圧の低下に伴う自己放電率は次の式に従います。
蓄えられたDC電圧と自己放電定数
つまり、コンデンサの電圧が初期値の 37% まで低下したことになります。
MΩ(10 6オーム)単位で表される絶縁抵抗と、秒単位で表される自己放電定数は、誘電体絶縁の品質を示す重要なパラメータです。これらの時間値は、例えば、コンデンサをリレーのタイミング部品として使用したり、サンプルホールド回路やオペアンプなどで電圧値を記憶したりする場合に重要です。
適用規格に従い、クラス1セラミックコンデンサは、 C R ≤ 10 nFのコンデンサではR ins ≥ 10,000 MΩ、C R > 10 nFのコンデンサではτ s ≥ 100 sとなります。クラス2セラミックコンデンサは、C R ≤ 25 nFのコンデンサではR ins ≥ 4,000 MΩ 、C R > 25 nFのコンデンサではτ s ≥ 100 sとなります。
絶縁抵抗と自己放電時間率は温度に依存し、温度上昇とともに 60 °C あたり約 1 MΩ 減少します。
誘電吸収とは、長時間充電されたコンデンサが不完全にしか放電しない現象を指します。理想的なコンデンサは放電後もゼロボルトのままですが、実際のコンデンサは時間遅延双極子放電によって小さな電圧を発生します。この現象は誘電緩和、ソーキング、または「電池作用」とも呼ばれます。
| コンデンサの種類 | 誘電吸収 |
|---|---|
| クラス1セラミックコンデンサ、NP0 | 0.3~0.6% |
| クラス2セラミックコンデンサ、X7R | 2.0~2.5% |
コンデンサの多くの用途では誘電吸収は問題にならないが、長時間定数の積分器、サンプルホールド回路、スイッチドキャパシタ型アナログ-デジタルコンバータ、超低歪みフィルタなどの一部の用途では、コンデンサが完全放電後に残留電荷を回復しないことが重要であり、低吸収のコンデンサが求められる。誘電吸収によって端子に発生する電圧は、場合によっては電子回路の機能に問題を引き起こしたり、人体への安全上のリスクとなる可能性がある。感電を防ぐため、電力用コンデンサなどの大型コンデンサのほとんどは、使用前に取り外される短絡線が付属して出荷される。[ 58 ]
強誘電体セラミックを使用したクラス2セラミックコンデンサはすべて圧電性を示し、マイクロフォニック、マイクロフォニー、またはオーディオアプリケーションではキーキー音と呼ばれる圧電効果があります。 [ 59 ]マイクロフォニーとは、電子部品が機械的振動を電気信号に変換する現象のことで、多くの場合、望ましくないノイズになります。[ 60 ]高感度の電子プリアンプでは、この影響を避けるために、通常、クラス1セラミックコンデンサとフィルムコンデンサが使用されます。[ 60 ]
逆マイクロフォニック効果では、コンデンサプレート間の変化する電界が物理的な力を発揮し、コンデンサプレートをスピーカーのように動かします。[ 60 ]高電流インパルス負荷または高リップル電流は、コンデンサから可聴音を発生させますが、コンデンサを放電し、誘電体にストレスを与えます。[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]
セラミックコンデンサは、はんだ付け時のストレスにより電気的特性が変化する可能性があります。特にSMDタイプのはんだ槽の熱は、端子と電極間の接触抵抗に変化を引き起こす可能性があります。強誘電体であるクラス2セラミックコンデンサの場合、はんだ付け温度はキュリー点を超えます。誘電体内の分極ドメインが元に戻り、クラス2セラミックコンデンサの劣化プロセスが再び始まります。[ 2 ]
そのため、はんだ付け後は約24時間の回復時間が必要です。回復後、静電容量、ESR、リーク電流などの電気パラメータは不可逆的に変化します。変化の程度はコンデンサの種類によって異なりますが、パーセンテージの低い範囲となります。
すべての電気・電子部品および関連技術の標準化は、非営利・非政府の国際標準化機構である国際電気標準会議(IEC)[ 64 ]によって定められた規則に従っています。[ 65 ] [ 66 ]
電子機器に使用されるコンデンサの特性の定義と試験方法の手順は、一般仕様書に規定されています。
電子機器に使用されるセラミックコンデンサが標準タイプとして認定されるためには、次のセクション仕様で規定されているテストと要件を満たす必要があります。
積層セラミックコンデンサは、コスト、信頼性、サイズ面での競争力が増すにつれ、バイパスコンデンサや高周波スイッチング電源などの用途において、タンタルコンデンサや低容量アルミ電解コンデンサの代替としてますます多く使用されています。多くの用途において、低ESR特性により、より低い公称容量値での使用が可能です。[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]
セラミックコンデンサの特徴と欠点については、メイン記事「コンデンサの種類#種類の比較」を参照してください。

スペースに余裕があれば、セラミックコンデンサには、他のほとんどの電子部品と同様に、メーカー、種類、電気的特性、熱的特性、製造日を示す刻印があります。理想的なケースでは、コンデンサが十分に大きい場合、以下の刻印があります。
小型コンデンサでは、限られたスペースにすべての関連情報を表示するために、略記法が用いられます。最も一般的な形式は「XYZ J/K/M VOLTS V」です。ここで、XYZは静電容量(XY × 10 Z pFとして計算)、J、K、Mは許容誤差(それぞれ±5%、±10%、±20%)、VOLTS Vは動作電圧を表します。
静電容量、許容差、製造日は、IEC/EN 60062に準拠したショートコードで識別できます。定格静電容量(マイクロファラッド)のショートコード表示の例:
製造日は国際基準に従って印刷されることが多いです。
年コード: "R" = 2003、"S" = 2004、"T" = 2005、"U" = 2006、"V" = 2007、"W" = 2008、"X" = 2009、"A" = 2010、"B" = 2011、"C" = 2012、"D" = 2013 など。
月コード:「1」~「9」=1月~9月、「O」=10月、「N」=11月、「D」=12月
「X5」は「2009年5月」
MLCCチップのような非常に小型のコンデンサにはマーキングが不可能です。この場合、メーカーのトレーサビリティによってのみ、種類の識別が可能になります。
現代のコンデンサの識別には詳細な色分けはありません。