セラミックコンデンサタイプのガイド

これらの電子コンポーネントで使用されるセラミックの種類は、低エネルギー損失や合理的な程度の安定性など、いくつかの利点を提供します。ただし、これらの利点は、選択したセラミック材料によって異なる場合があります。セラミックコンデンサは、作成されたセラミック材料にちなんで命名されています。これらの材料は、適切な特性を得るために他の物質と混合して、細かく粉砕されたパラ電気粒子または強火粒子で構成されています。この記事では、セラミックコンデンサの詳細を説明し、ディスクセラミックコンデンサ、多層セラミックコンデンサ（MLCC）、およびそれぞれ特定の電子用途向けに設計されたフィードスルーコンデンサなどのさまざまなタイプについて説明します。また、セラミック誘電体がクラス1やクラス2などのグループに分類され、独自の機能、温度応答、静電容量の挙動を指摘する方法についても説明しています。この記事では、コンデンサテクノロジーがどのように進化したかについて説明し、パフォーマンスが向上し、高周波と正確な電子回路のニーズを満たしています。

カタログ

図1：セラミックコンデンサ

ディスクセラミックコンデンサ

ディスクセラミックコンデンサは、その丸い形状と強力なビルドによって簡単に認識できます。このコンデンサの主要な部分はセラミックディスクであり、作業する断熱材として機能します。コンデンサのパフォーマンスは、このディスクに電極がどのように適用されるかに大きく依存します。これらの電極は、良好な導電率を確保するために表面に慎重に配置されます。

電極が整ったら、リードが取り付けられます。これらのリードは、電気接続を確立するのに適しており、コンデンサを回路に効果的に統合できるようにします。ディスクセラミックコンデンサの特徴は、完全に覆う樹脂コーティングです。このコーティングは複数の役割を果たします。成分を物理的損傷から保護し、水分などの環境要因から保護し、汚染を防ぐことで電気性能を維持します。

デザインが強力なため、ディスクセラミックコンデンサは非常に信頼性が高く、長持ちしているため、家電、自動車システム、産業用具など、さまざまな業界で人気のある選択肢となっています。

図2：ディスクセラミックコンデンサ構造

図3：ディスクセラミックコンデンサ

MLCCコンデンサ

マルチ層セラミックコンデンサ（MLCC）は、最新の電子機器、特に表面に取り付けられたテクノロジー（SMT）の主要なコンポーネントです。このコンデンサは、コンパクトな形で静電容量を最大化するために積み重ねられたセラミック誘電材料の数層で構成されています。層状構造は、層の間に金属電極が配置された状態で慎重に設計されています。これらの電極は並列接続を作成し、コンデンサの効率を高めます。

図4：MLCCコンデンサ構造

MLCCは、高い静電容量と最小限の物理空間が必要なアプリケーションに適しています。Surface Mount構成では、MLCCの終了終端は精度で設計されており、印刷回路基板（PCB）で強力な機械的付着と優れた電気接続を確保しています。これらの終端は、銀やパラジウムなどの金属の組み合わせで作られており、ニッケルとスズでコーティングされています。このコーティングははんだき性を向上させ、酸化から保護します。

高K誘電体の使用や洗練された階層化技術を含むMLCCテクノロジーの進歩により、パフォーマンスが大幅に向上しました。その結果、多くの最新のデバイスで使用される高密度の電子回路では、MLCCが必要になりました。

図5：MLCCコンデンサ

フィードスルーコンデンサ

フィードスルーコンデンサは、ケーブルやワイヤーがシールドエリアを通過する状況で干渉をブロックするのに役立つため、高度な電子機器で重要です。これらのコンデンサは、無線周波数（RF）と電磁干渉（EMI）をフィルタリングすることにより、信号の完全性を維持するように設計されています。

セラミックコンデンサの開発は、フィードスルーコンデンサの進化に大きな影響を与えています。最新のフィードスルーデザインには、高度な誘電体材料が組み込まれており、RFおよびマイクロ波周波数で効果的に動作できるようにします。これらのコンデンサは、電圧の変動に耐え、さまざまな熱条件下で安定した性能を維持するように設計されています。

図6：フィードスルーコンデンサ構造

材料と製造技術の革新により、フィードスルーコンデンサのパフォーマンスが向上しただけでなく、大量生産に費用対効果が高くなりました。その結果、これらのコンデンサは、通信、航空宇宙、および防衛産業でますます使用されています。フィードスルーコンデンサの継続的な改善は、電子テクノロジーの進歩に必要であることを強調しています。

図7：フィードスルーコンデンサ

セラミック誘電体タイプ

セラミックコンデンサ 断熱材にはさまざまな種類の材料を使用し、各タイプにはC0G、NP0、X7R、Y5V、Z5Uなどのコードが付いています。これらのコードはランダムではなく、材料が温度と電圧の変化にどのように反応するかを示しています。人々が適切なコンデンサを選ぶのを助けるために、業界グループはセラミック誘電体のさまざまなカテゴリを作成しました。これらのカテゴリは、セラミックコンデンサで使用される方法に応じて使用される誘電体の種類を整理しています。

人々が適切なコンデンサを選ぶのを助けるために、業界グループはセラミック誘電体のさまざまなカテゴリを作成しました。これらのカテゴリは、セラミックコンデンサで使用される方法に応じて使用される誘電体の種類を整理しています。

クラス1セラミックコンデンサ誘電体

クラス1セラミックコンデンサは、クラス1の誘電体の使用により、優れた性能で知られています。これらの誘電体は、発振器やフィルターなどの精密なアプリケーションで良好な驚くべき安定性と最小限の損失を提供します。これらのコンデンサの信頼性は、幅広い環境条件にわたってパフォーマンスを維持する能力に由来しています。

クラス1の誘電体の例外的な性能は、それらの特定の構成に由来します。それらは細かく粉砕された二酸化チタン（TIO2）で構成され、その後、さまざまな添加物と混合して電気特性を強化します。添加物には、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、マグネシウム、タンタル、コバルト、ストロンチウムが含まれます。これらの各要素は、コンデンサの安定性と効率を改善する役割を果たします。近年、ネオジムやサマリウムなどの希土類酸化物の使用は、C0G（NP0）誘電体でより一般的になりました。これらの材料は、安定性を維持し、高精度回路での電気信号の完全性を維持するための信号損失を最小限に抑える能力に高く評価されています。

図8：クラス1セラミックコンデンサ誘電体

クラス1コンデンサコード

クラス1セラミックコンデンサのパフォーマンス特性は、標準化された3文字コードで明確に示されています。このコードは、温度の変動に応じて、コンデンサの動作に対する迅速かつ信頼できる参照を提供します。

コードの最初の文字は、摂氏が摂氏あたり100万あたりの部分（ppm/°C）で測定される温度で容量がどれだけ変化するかを示す文字です。

2番目の文字は、乗数として機能する数字であり、容量が温度でどのように変化するかについてさらに詳しく説明します。

3番目の文字は、摂氏あたりの容量変動の最大許容誤差を指定する別の文字です。

これらのコードを完全に理解するために、各仕様を分解して、詳細なテーブルがよく使用されます。

最初のキャラクター		2番目の文字		3番目の文字
手紙	シグイチジク	桁	乗数10x	手紙	許容範囲
c	0	0	-1	g	+/- 30
b	0.3	1	-10	h	+/- 60
l	0.8	2	-100	j	+/- 120
a	0.9	3	-1000	k	+/- 250
m	1	4	1	l	+/- 500
p	1.5	6	10	m	+/- 1000
r	2.2	7	100	n	+/- 2500
s	3.3	8	1000	-	-
t	4.7	-	-	-	-
v	5.6	-	-	-	-
u	7.5	-	-	-	-

クラス1コンデンサタイプ

NP0（負の陽性ゼロ）またはC0G

C0Gタイプは非常に安定しており、温度でほとんど変化しません。わずか±30ppm/°Cのエラーマージンがあるため、EIAクラス1セラミックカテゴリでは非常に信頼性の高い材料になっています。C0G（NP0）材料は、-55°Cと +125°Cの間の±0.3％の変動で、広い温度範囲でその静電容量をほぼ一定に保ちます。その静電容量の変化またはヒステリシスは±0.05％未満で最小限であり、これは一部のフィルムコンデンサで見られる最大±2％の変化よりもはるかに優れています。C0G（NP0）コンデンサは、多くの場合1000を超える「Q Q」係数が高く、最小限の損失で優れたパフォーマンスを示しています。この高い「Q」は、異なる周波数にわたって安定したままです。C0G（NP0）は、低吸収で知られているMICAと同様に、0.6％未満の誘電体吸収が非常に低くなっています。

図9：NP0（陰性陽性ゼロ）またはC0G

N33

N33コンデンサの温度係数は+33 ppm/°Cであり、温度が安定して予測可能な方法で上昇するにつれて、その静電容量がゆっくりと増加することを意味します。これにより、N33は温度による静電容量の変化が問題ない状況に適していますが、全体的な安定性が必要です。N33は温度補償回路にあります。ここでは、容量の変化が、回路の他の部分の温度関連の変化のバランスをとるのに役立ち、システム全体をうまく機能させ続けています。N33の静電容量は通常、いくつかのピコファラードから約1マイクロファラドまでの範囲であり、クラス1コンデンサの場合は正常です。N33を特別なものにしているのは、温度変化に対する予測可能な反応です。温度にわずかに依存していても、N33はエネルギー損失と高い安定性を維持し、高周波および精度の電子回路に信頼できるオプションになります。

P100、N150、N750、S2R

P100、N150、N750、S2Rなどの温度ラベルは、コンデンサのパフォーマンスが温度でどのように変化するかを教えてくれます。これらのラベルには、文字と数字の2つの部分があります。

文字は、電荷を保持するコンデンサの能力（容量）が温度で増加、減少、または変動するかどうかを示しています。

「P」とは、温度が上がると静電容量が増加することを意味します。

「N」とは、温度が上昇すると静電容量が減少することを意味します。

「S」は、温度の変化に応じて、静電容量が増加または減少する可能性があることを意味します。

この数は、摂氏1度あたりの容量がどれだけ変化するかを教えてくれます。たとえば、P100コンデンサは、摂氏が温度の上昇ごとに100パート（ppm）100パート（ppm）増加します。これらのコンデンサは、温度による静電容量の変化が問題ない状況に選択されます。フィルタリングやタイミングなどの少ないタスクに役立ちます。マイナーな変更が問題を引き起こさず、コストを節約することさえできます。対照的に、NP0/C0Gコンデンサは、温度が変化しないため、安定性が必要なタスクに使用されます。

クラス2セラミックコンデンサ誘電体

クラス2セラミックコンデンサは、チタン酸バリウム（BATIO3）などの強誘電性材料から作られています。これらの材料は、コンデンサに高誘電率を与えます。これは、クラス1のセラミックにあるものよりもはるかに高いです。このより高い誘電率は、クラス2のコンデンサがより少ないボリュームでより多くの電荷を保存できることを意味し、電源フィルターやエネルギー貯蔵システムなどのコンパクトなスペースで高い静電容量を必要とするアプリケーションに最適です。

ただし、クラス2の材料の高い誘電率もいくつかの課題をもたらします。これらのコンデンサの静電容量は、温度、電圧、および老化によって異なります。たとえば、それらの静電容量は異なる温度で一貫していないため、電圧が加えられると変化する可能性があります。クラス2の誘電体は、温度の変化でどれだけ安定しているかに基づいて、さらに分割されます。「安定したMid-K」セラミックは、600〜4000の間の誘電率を持ち、温度変動で最大±15％で静電容量を維持しています。一方、「High K」セラミックは4000〜18,000の間の誘電定数を持っていますが、温度があまり変動しない環境に使用を制限する温度変化により敏感です。

クラス2コンデンサコード

クラス2のセラミックコンデンサでは、3文字のコードを使用して、材料の動作を説明します。

最初の文字は、コンデンサが動作できる最低温度を示す文字です。

中間文字は、処理できる最高の温度を示す数字です。

最後の文字である別の文字は、温度範囲で静電容量がどれだけ変化するかを示します。これらのコードの意味は、それに付属のテーブルで説明されています。

最初のキャラクター		2番目の文字		3番目の文字
手紙	低温	桁	高温	手紙	変化
x	-55C（-67F）	2	+45c（+113f）	d	+/- 3.3％
y	-30C（-22F）	4	+65（+149F）	e	+/- 4.7％
z	+10c（+50f）	5	+85（+185f）	f	+/- 7.5％
-	-	6	+105（+221f）	p	+/- 10％
-	-	7	+125（+257F）	r	+/- 15％
-	-	-	-	s	+/- 22％
-	-	-	-	t	-0.6666667
-	-	-	-	u	-0.39285714
-	-	-	-	v	-0.26829268

クラス2コンデンサタイプ

X7Rコンデンサ -55°Cから +125°Cから +125°Cから広い温度範囲にわたってよく動作します。この範囲内では、それらの静電容量は約±15％しか変化しませんが、老化により時間とともに減少する可能性があります。これらのコンデンサは、電源、デカップリング、バイパス回路に役立ちます。それらは正確な静電容量を必要とするアプリケーションに最適ではないかもしれませんが、さまざまではないが極端な温度ではない環境での一般的な電子使用には信頼できます。

X5Rコンデンサ X7Rコンデンサに似ていますが、-55°Cから +85°Cから +85°Cからわずかに狭い温度範囲内で動作します。これは、高温環境にはそれほど理想的ではないことを意味します。ただし、温度の変化が中程度のモバイルデバイスやラップトップなどのコンシューマーエレクトロニクスで使用されています。X5Rコンデンサは、温度範囲全体で容量を±15％以内に安定させ、日常の屋内設定でのスムージングやデカップリングなどのタスクに適しています。

Y5Vコンデンサ -30°Cから +85°Cから +85°Cから限られた温度範囲内で作業し、それらの静電容量は +22％から-82％から大きく異なる場合があります。この大きなバリエーションのため、それらは正確な静電容量が必要ないアプリケーションに最適です。これらのコンデンサは、商業用電子機器の要求の少ない分野で見られます。それらは、環境条件が制御されるおもちゃや一般的な消費者製品でよく使用されます。

Z5Uコンデンサ +10°Cから +85°Cの狭い温度範囲で動作し、静電容量の変化は +22％から-56％の範囲です。それらは、コストが正確な安定性よりも重要である家電で使用されています。Z5Uコンデンサは環境ストレスの下ではそれほど信頼できませんが、安定した予測可能な条件では正常に動作します。通常、オーディオおよびビデオ機器、またはローエンドの消費者ガジェットで使用されます。

図10：Z5Uコンデンサ

クラス3セラミックコンデンサ誘電体

クラス3のセラミックコンデンサは、非常に高い誘電率で際立っており、クラス2のセラミックよりも50,000倍の値に達することがあります。これにより、非常に高い静電容量レベルを達成することができ、送電システムや高エネルギー物理実験など、実質的な容量を必要とする特殊なアプリケーションに適しています。

クラス3コンデンサには欠点があります。それらは、時間の経過とともに悪化する可能性のある非線形温度特性と高い損失であまり正確または安定していません。これらのコンデンサは、多層製造に使用することはできません。これにより、Surface Mount Technology（SMT）形式で作られていることから除外します。最新の電子デバイスが小型化とパフォーマンスの向上のためにSMTにますます依存しているため、クラス3セラミックの使用は減少しています。この傾向は、IECやEIAなどの主要な標準化機関がこれらのコンデンサを標準化しなくなっており、より信頼性が高く安定した技術への動きを指しているという事実にも反映されています。

クラス3コンデンサタイプ

コード	温度 範囲	キャパシタンス 変化	アプリケーション
z5p	+10°C〜 +85°C	+22％、-56％	家電および電源回路で使用されます。
Z5U	+10°C〜 +85°C	+22％、-82％	タイミングサーキットとフィルターに最適です。
y5p	-30°C〜 +85°C	+22％、-56％	特にDCブロッキングには、汎用使用に適しています。
Y5U	-30°C〜 +85°C	+22％、-82％	カップリングおよびバイパスコンデンサアプリケーションで使用されます。
Y5V	-30°C〜 +85°C	+22％、-82％	エネルギー貯蔵およびスムージングアプリケーションに使用されます。

クラス4セラミックコンデンサ誘電体

かつてバリア層コンデンサとして知られていたクラス4セラミックコンデンサは、クラス3コンデンサの誘電率と同様の高誘電率誘電体を使用しました。これらの材料は高い静電容量を提供しましたが、コンデンサ技術の進歩により徐々に段階的に廃止されました。

クラス4の誘電体からの移動は、電子コンポーネントがどのように進化し続けるかの兆候です。新しいコンデンサテクノロジーは、特定の物理的次元に適合するだけでなく、最新の電子回路の運用上の需要を満たすことにも焦点を当てています。このシフトは、業界の進化する基準とパフォーマンスの需要を満たすために作成された、新しいより効率的な誘電体が作成された電子材料の継続的な革新を強調しています。

セラミックコンデンサの利点

•セラミックコンデンサは生産に安価であり、日常のガジェットから産業機械まで、多くの電子機器に手頃な価格の選択肢となっています。

•セラミックコンデンサは、高周波状況で非常によく機能します。彼らは低い寄生性インダクタンスと耐性を持ち、高速で高速回路に最適です。

•セラミックコンデンサのESRは低く、エネルギー損失を減らすことで回路効率を高めます。これは、電圧調整と電源回路に役立ちます。

•セラミックコンデンサは非極性化されています。つまり、電解コンデンサとは異なり、AC回路や電圧方向が変化する可能性があることを意味します。

•セラミックコンデンサには、MLCCなどのリードおよびサーフェスマウントデバイス（SMD）フォームなど、さまざまなパッケージスタイルがあり、さまざまな電子設計で使いやすくなります。

•セラミックコンデンサは信頼性が高く耐久性があり、さまざまな環境条件下でうまく機能します。電解コンデンサとは異なり、それらは漏れや乾燥に耐性があります。

セラミックコンデンサの短所

•セラミックコンデンサは、電解コンデンサのような高い静電容量を提供しません。これにより、パワーフィルターやオーディオサーキットなど、大きな静電容量が必要な領域での使用が制限されます。

•セラミックコンデンサの静電容量は、温度とともに変化する可能性があります。たとえば、Y5Vコンデンサは大きなばらつきがあり、適切に管理されていないと回路性能に影響を与える可能性があります。

•セラミックコンデンサは、さまざまな条件下で有効性を低下させるDCバイアス効果として知られる異なる電圧レベルでの容量の変化を経験する場合があります。

•セラミックコンデンサは脆くなる可能性があります。多層セラミックコンデンサ（MLCC）は、回路基板の屈曲や大まかなハンドリングなど、物理的なストレスのために割れやすい傾向があります。

結論

セラミックコンデンサに関する議論は、電磁干渉を減らし、信号の品質を改善し、回路を安定させることにおける役割を強調しています。技術が進むにつれて、セラミックコンデンサが最新の電子機器の需要を満たすために材料と製造方法を改善し続けることが重要です。この記事では、セラミックコンデンサの技術的な詳細と種類を説明するだけでなく、今日のペースの速いテクノロジーの世界で電子デバイスをより効率的かつ信頼できるようにすることの重要性も強調しています。

よくある質問[FAQ]

1.セラミックコンデンサをどのように識別しますか？

セラミックコンデンサを識別するには、小さく、ディスク型または層状のコンポーネントを探します。電解コンデンサとは異なり、セラミックコンデンサには極性マーキングがありません。それらは、容量、電圧定格、または耐性を示すコードまたは数字を持っているかもしれません。これらのマーキングは、多くの場合、EIAのような標準形式です。マルチメーターセットを使用して、容量を測定して、セラミックコンデンサであるかどうかを確認できます。マルチメーターがない場合は、その外観を確認して、コードをコンデンサチャートまたはデータシートと比較して確認することもできます。

2. X7RはY5Vよりも優れていますか？

X7RとY5Vのコンデンサを決定することは、必要なものによって異なります。X7Rコンデンサは、容量のわずかな変化（±15％）のみで、広い温度範囲（-55°C〜 +125°C）にわたって安定した性能が必要な場合に優れています。一方、Y5Vコンデンサは、温度（ +22/-82％）の静電容量がはるかに大きく変化し、温度範囲（-30°C〜 +85°C）で動作します。したがって、X7Rは、安定性が重要なより厳しい条件に適した選択肢です。

3. X8RはX7Rよりも優れていますか？

X8Rは、標準のコンデンサ分類で一般的な指定ではありません。X7Rよりも広い温度範囲で動作するコンデンサを参照する場合、極端な温度が予想されるアプリケーションではより良いでしょう。ただし、X8Rは標準ではないため、X7Rは既知で安定した特性により、より信頼性が高く好ましい選択のままです。

4.セラミックコンデンサをより高いUFに交換できますか？

はい、電圧定格およびその他の動作パラメーターが回路要件と一致する限り、セラミックコンデンサをより高い静電容量（µF）の1つに置き換えることができます。これは、パフォーマンスの向上を実現したり、コンポーネントの可用性に対応するために行われます。ただし、これらが回路に影響を与える可能性があるため、物理サイズと周波数の特性がアプリケーションに適合することを確認してください。

5.セラミックコンデンサをフィルムコンデンサに置き換えることはできますか？

はい、セラミックコンデンサをフィルムコンデンサに置き換えることは実現可能です。フィルムコンデンサは、セラミックコンデンサと比較して、より良い耐性、低い損失、および時間と温度の安定性を高めます。電圧と容量の評価が互換性があることを確認してください。フィルムコンデンサはしばしば大きいので、デザインの物理的な空間を考慮してください。

6. 370Vの代わりに440Vコンデンサを使用できますか？

はい、低い電圧定格（440V）ではなく、より高い電圧定格（440V）を使用するコンデンサを使用することは、一般的に安全です。電圧定格が高いということは、コンデンサが故障のリスクなしにより高い潜在的な差を処理できることを意味します。容量やその他の仕様が回路の要件を満たしていることを常に確認してください。

7. 250Vコンデンサを450Vに交換できますか？

はい、250Vコンデンサを450Vコンデンサに置き換えることは安全です。電圧の高い定格は、コンデンサがより高い電圧に耐えることができるため、安全性のマージンを提供します。他の代替品と同様に、電子デバイスの機能と安全性を維持するために、容量、物理サイズ、およびその他の仕様がアプリケーションのニーズと一致することを確認してください。