概要

積層セラミック コンデンサ (MLCC) は、通常、小さな値の静電容量が必要なアプリケーションに最適なコンデンサです。これらは、オペアンプ回路、フィルターなどでバイパス コンデンサとして使用されます。

MLCC の利点は次のとおりです。

寄生インダクタンスが小さいため、アルミ電解コンデンサに比べて高周波性能が向上します。

温度係数に応じて、温度に対する安定性が向上します。

短所

特にクラス 1 誘電体 (NO/COG) の場合、体積あたりの静電容量が小さい。

DC バイアスの不安定性。

工事

MLCC は、下の図 1 に示すように、金属電極と誘電体セラミックの交互層でできています。

図 1: 積層セラミック チップ コンデンサ (MLCC) の構造、1 = 金属電極、2 = 誘電体セラミック、3 = 接続端子

画像ソース: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File:MLCC-Principle.svg

重要なデータシート パラメータ

2 つの非常に重要なデータシート パラメータは、温度係数と定格電圧です。

温度係数

クラス 1 のセラミック材料 (NPO、COG など) は温度係数が非常に小さいため、温度による静電容量の変化はほとんどありません。また、誘電率が低いため、クラス 1 の材料で構築されたコンデンサは、体積あたりの静電容量が非常に小さくなります。NPO と COG は非常に一般的なクラス 1 の温度係数であり、温度係数は 0 で許容誤差は +/-30 ppm です。

クラス 2 (X、Y、Z) のセラミック材料は、温度に対する安定性が低くなりますが、誘電率が高くなります。つまり、同じ体積でより多くの静電容量を持つコンデンサを使用できます。X7R は非常に一般的なクラス 2 の温度係数であり、X7R コンデンサの公差は通常 5%、10%、および 20% です。

表 1 は、クラス 2 MLCC の温度係数を解読するのに役立ちます。以下に例を示します。

表 1: IEC/EN 60384-9/22 の温度範囲および温度による静電容量変化のコード システム

画像ソース: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

例は次のとおりです。

X7R は、-55 C ～ +125 C で動作するように定格されており、温度範囲全体で静電容量が +/-15% 変化します。

X5R は、-55 C ～ +85 C で動作するように定格されており、温度範囲全体で静電容量が +/-15% 変化します。

Y5V の定格は -30 C ～ +85 C で、温度範囲全体で静電容量が +22/-82% 変化します。

より広い温度範囲とより安定した温度特性を持つコンデンサは、より高価になる傾向があります。

定格電圧

電圧定格は、コンデンサに印加できる最大安全電圧を示します。実際には、信頼性を確保するために、設計者は予想される実際の電圧よりも高い電圧定格を持つコンデンサを使用する必要があります。アルミ電解コンデンサとは異なり、MLCC は無極性であるため、どちらの方向から回路に挿入しても爆発することはありません。

周波数応答

図 3 は MLCC の回路モデルです。MLCCには寄生ESL（等価直列インダクタンス）とESR（等価直列抵抗）があります。これらは、共振周波数 f=1/(2π√LC) で、最小インピーダンスが ESR に等しい共振回路を形成します。ここで、L は ESL、C はキャパシタンスです。寄生はパッケージ サイズに関連しています。SMT パッケージは、スルーホール パッケージよりも ESL が低くなります。

図 3: 実際のコンデンサの回路モデル

コンデンサのインピーダンスは、式 Z=1/jωC に従って、共振周波数まで減少します。その時点でのコンデンサのインピーダンスは ESR です。周波数が高くなると、インピーダンスは等価直列抵抗によって支配され、誘導性のように見えるため、インピーダンスが増加します。図 4 は、コンデンサのインピーダンス対周波数のプロットで、この動作を示しています。

図 4:MLCC インピーダンス対周波数の SpiCap プロット

画像ソース: AVX SpiCap 3.0 ツールのスクリーン キャプチャ。SpiCap はhttp://www.avx.com/spiapps/#spicapからダウンロードできます。

値とパッケージが異なるいくつかのコンデンサを並列に使用して、広い周波数にわたって低インピーダンスを提供できます。

DCバイアスドリフト

X7R コンデンサに DC バイアスをかけると、静電容量がわずかに変化します。図 5 は、2 つの 0.010 uF 0805 X7R コンデンサのプロットです。1 つのコンデンサの両端には 50 V がかかります。共振周波数が 10 ～ 20 MHz シフトすることがわかります。

図 5: DC バイアスにより静電容量が変化する

実際的な考慮事項

フィードバック ループには、温度が安定していて許容誤差が厳しいコンデンサを使用する必要があります。

バイパスコンデンサの要件はそれほど厳しくありません。

マージンを確保するために、電圧定格の高いコンデンサを選択してください。

静電容量の許容誤差に注意してください。

温度係数に注意してください。

高周波アプリケーションの ESL に注意してください。

高リップル電流のアプリケーションでは ESR に注意してください。

広い周波数範囲を提供するための並列の異なる値。

結論

このホワイト ペーパーでは、多層セラミック コンデンサ (MLCC) の概要、その構造、および温度係数、周波数応答、DC バイアスの問題に重点を置いた重要なデータシート パラメータについて説明します。

ソース:RKER.IO