セラミックコンデンサとは何ですか? セラミックコンデンサは、信頼性が高く、コストが低いため、ほとんどの電気機器で使用される最も一般的なタイプのコンデンサの 1 つです。この形式では、セラミックまたは磁器のディスクが無極性コンデンサの製造に使用され、さまざまな産業で使用されます。セラミック材料は導電性が低いため、優れた 誘電体となるだけでなく、静電界を効果的にサポートします。

セラミックコンデンサの基礎

セラミックコンデンサは、誘電体としてセラミック材料で作られた固定値のコンデンサです。これは、2 つ以上のセラミック層と電極として機能する金属層で構成されています 。セラミック材料の電気的挙動、したがってその用途は、セラミック材料の組成によって決まります。セラミックは、無機、非金属、結晶質の酸化物、窒化物、または炭素やシリコンなどの炭化物化合物です。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、今日最も一般的な電気部品の 1 つです。

セラミックコンデンサの静電容量範囲は通常、10 pF ～ 0.1 μF です。

次の図は、セラミック コンデンサの記号を示しています。

セラミックコンデンサの記号（参考：elprocus.com）

101、102、103 などの 3 桁のセラミック コンデンサは、ピコ ファラッドで測定されることを示します。ただし、同じコンデンサに数字の代わりにアルファベットが使用されている場合、その値は AB x 10C ピコファラッドになります。

セラミックコンデンサの種類

セラミック コンデンサには主に 4 つのタイプがあります。

クラス 1 セラミックコンデンサ

これらのコンデンサは安定性が高く、共振回路での損失が低くなります。損失が低いため、発振器やフィルターに使用できます。温度係数が安定しているため、高耐性コンデンサに適しています。

クラス2セラミックコンデンサ

印加された電圧に基づいて、コンデンサは特定の静電容量を持ちます。クラス 2 誘電体の温度係数は非線形です。これらのコンデンサの用途には、カップリングとデカップリングが含まれます。

クラス3セラミックコンデンサ

クラス 3 の誘電体は、クラス 2 の誘電体よりも最大 50,000 倍大きい誘電率値を持っています。コンデンサは電圧に依存し、損失が高くなります。

クラス 4 セラミックコンデンサ

クラス 4 コンデンサはバリア層コンデンサとも呼ばれます。

セラミックコンデンサの極性 

コンデンサの極性は、電気回路にコンデンサを接続する際に最も重要な考慮事項の 1 つです。極性に基づいて、コンデンサは 2 つのグループに分類できます。

極性コンデンサ 

分極コンデンサには、アノードとカソードとして知られる 2 つの端子があります。

無極性コンデンサ 

有極性コンデンサとは異なり、無極性コンデンサには端子があるため、どちらの方向でも使用できます。無極性デバイスとは、コンデンサに極性がないことを指します。

セラミックコンデンサの構造

 セラミック コンデンサは、常誘電体または強誘電体材料 の顆粒で構成されており、これらの材料を他の材料と組み合わせて、目的の動作を実現します。高温で、これらの粉末混合物は焼結されてセラミックになります。誘電セラミックは、金属電極のキャリアとして機能するために使用されます。セラミック粉末の粒径によって、誘電体層の最小厚さが決まります。より高い電圧のコンデンサの場合、コンデンサの絶縁耐力によって誘電体の厚さが決まります。

積層後に高温を加えて材料を焼結すると、目的の特性を備えたセラミック材料が得られます。その結果、多数の小さなコンデンサが並列接続されてコンデンサが形成され、静電容量が増加します。

セラミック コンデンサには 3 つの基本的な形式がありますが、他の形式も存在します。

リード付きディスクセラミックコンデンサ 

スルーホール実装用に樹脂コーティングが施されています。セラミックディスクの両面は銀の接点でコーティングされています。ディスク コンデンサの静電容量値は 10pF ～ 100μF で、定格電圧は 16V ～ 15KV です。デバイスは、より高い静電容量を得るために複数の層で構成できます。

ディスク タイプのセラミック コンデンサは、セラミック絶縁体の両側にある 2 つの導電性ディスクで構成されます。これらのプレートは防水性のあるセラミック組成物でコーティングされており、リード線が取り付けられています。このタイプのセラミック コンデンサは、最大 0.01 F の値で入手できます。750 ボルトの DC 電圧と 350 ボルトの AC 電圧に耐えることができます。

リード付きディスクセラミックコンデンサ（参考：electronics-notes.com）

積層セラミックコンデンサ(MLCC) 

MLCC は、金属接点で層状に重ねられた常誘電体コンポーネントと強誘電体コンポーネントの混合物で構成され、表面実装用に設計された長方形のブロックです。MLCC には 500 を超える層が存在し、最小層の厚さは約 0.5 ミクロンです。同じ体積内の静電容量を増加させながら、層の厚さを減少させることは技術的に可能です。

積層セラミックコンデンサの構造（参考：passive-components.eu）

MLCCコンデンサは、層数を増やしたプレートコンデンサ式を使用した静電容量(C)を持ちます。

上の式で、ε は誘電率を表します。A は電極表面積を表します。n は層の数、d は電極間の距離を示します。

鉛レスディスクセラミックコンデンサ

特別に設計されたマイクロ波セラミック コンデンサは、PCB のスロットにフィットします。

セラミック誘電体の種類 

タンタル コンデンサや電解コンデンサとは異なり、セラミック コンデンサはさまざまな誘電体材料から作ることができます。異なる誘電体は、コンデンサに非常に異なる特性を与えます。したがって、セラミック コンデンサの選択とは別に、どのタイプの誘電体を使用するかについて 2 番目の決定も必要になる場合があります。C0G、NP0、X7R、Y5V、Z5U など、多くのセラミック コンデンサ誘電体が販売代理店のリストに記載されています。ただし、最適なタイプについてはさらなる調査が必要です。

セラミックコンデンサの用途 

セラミックコンデンサには、次のようなさまざまな用途があります。

• 共振回路内の送信局内
• 高電圧レーザー電源において
• 誘導炉
• 電力回路ブレーカー
• プリント基板
• 高密度アプリケーション
• これらのコンデンサは、汎用コンデンサとして、また RF ノイズを低減するための DC モータのブラシとしても使用できます。

セラミックコンデンサのメリット

セラミックコンデンサには次のような利点があります。

• 信頼性が高く、より高い周波数で動作する場合でも優れた周波数応答特性を備えています。
• 最大 100 ボルトの高電圧に耐えることができます。
• 他のコンデンサよりも軽量です。
• これらのアイテムのコストは低くなっています。
• さまざまな形状とサイズをご用意しています。
• 他のコンデンサと比較して、ESR (実効直列抵抗) と ESL (実効直列インダクタンス) が低くなります。

セラミックコンデンサのデメリット 

以下にセラミックコンデンサの欠点をいくつか示します。

• その設計では、より高い値のコンデンサを構築することはできません。最大静電容量値は 150 µF です。
• 上記と同様の構造のセラミック コンデンサは、より高い電圧では使用できません。パワーセラミックコンデンサは、より大きな形状とサイズで作られています。2 kV ～ 100 kV の電圧に対応できます。
• より高い温度係数を持っています。
• セラミックコンデンサの許容値はより高くなります。
• 一部の電源回路では、出力コンデンサとしてセラミックコンデンサを使用すると問題が発生する可能性があります。
• 大きなユニットは PCB が曲がると亀裂が入るため、一連の小さなコンデンサが並列に使用されます。

出典: リンクイップ