セラミックコンデンサが規格外のように見えても、そうではない理由

セラミックコンデンサ(MLCCとも呼ばれ、マルチレイヤ・セラミックコンデンサの略)の場合、「許容差」という用語は、製造工程でのばらつきによって引き起こされる公称値からのデバイスの静電容量の偏差を指し、この1つの要因だけを指しています。セラミックコンデンサは、特定のデバイスの測定された容量値から他の要因の影響を排除するように特別に設計されている厳密に定義されたテスト条件の下で測定されます。

「許容差」を包括的な意味で解釈し、測定条件に関わらず、測定値が公称値の許容範囲内に収まることを期待するのはよくある誤解です。多くの製品は、この特異性が見落とされがちなほど特性が安定していますが、セラミックコンデンサはその中には含まれていません。(クラス1の誘電体は例外で、誘電体クラスの説明は こちらの資料を参照してください。)

残念ながら、クラス2および3の誘電体をベースにした多くのセラミックコンデンサは、静電容量特性が非常に不安定であるため、通常の測定では、公称値からの「許容値」を超える静電容量値が示されることがよくあります。 これは、製品に欠陥がある、または規格外であることを意味するのではなく、単にテクノロジの性質と特性にすぎません。

セラミックコンデンサの静電容量に影響を与える3つの重要な要因は、3つのTと覚えておいてください。テスト信号(Test signal)、温度(Temperature)、そして時間(Time)です。

テスト信号: 以下の表は、 CL31A106KAHNNNE 特性シートから抜粋したもので、DC バイアスと AC テスト信号の振幅が観測された静電容量に与える影響の一例です。この場合、使用するACテスト信号の振幅を変化させるだけで、観測された静電容量が-15%から+10%の範囲で変化することがあります。DC バイアスの影響はさらに悪く、定格電圧のわずか 4 分の 1 の電圧印加で、デバイスの静電容量は半分に減少します。これは、記載されている+/-10%の許容値にすべての変動分が含まれていると考えている人にとっては、非常に残念な驚きとなるでしょう。

cap-test signal

この大きさのばらつきは非常に一般的であり、例として選ばれた部品は、この点では同等の製品よりも明らかに優れているとも劣っているとも言えないことに注意してください。しかし、この製品の製造者は、特定のデバイスの特性を特性評価シートの形で簡単にアクセスできるようにするという素晴らしい仕事をしてきました。

温度: 以下の表は、温度特性の異なるいくつかのコンデンサシリーズの温度による静電容量の変化の例を示しています。クラス 1 誘電体(C0G) デバイスを除いて、10% の変動は、動作温度の大幅な変化を示すアプリケーションで期待すべき最小値です。これは温度の影響のみを示していることに注意してください:他の要因は、観測された静電容量の変動をさらに大きくする傾向があります。ここでも、これは、リストされた「許容差」にすべての変動分が含まれていると想定している人にとっては、歓迎されない驚きとなる可能性があります。

temp characteristics

時間: 最後に、セラミックコンデンサ(クラス1の誘電体を除く)は、経時変化現象の対象となります。これは、最後に材料固有の温度に加熱した時から時間の経過とともにゆっくりと静電容量が失われていく現象で、この過熱は、初期の製造時や、場合によっては組み立て時にも起こります。この影響の大きさは材料に依存しており、累積的であり、多くの場合、10倍時間(以前の測定から10倍の時間)経過ごとに数パーセントにもなります。 この記事 では、この影響について詳しく説明しています。状況によっては、経時変化は観察された静電容量に他の影響を追加したり、マスクしたりすることができますが、「許容差」がすべての偏差を包括する用語として誤って理解されている場合には、この経時変化のために静電容量が許容範囲外であるように見える原因となります。

要約すると:

  • 「許容差」 は、セラミックコンデンサの観測値に影響を与える要因を1つだけ記述したものであり、それらのすべてを組み合わせたものではありません。

  • これらの他の要因により、規定の許容差よりもはるかに大きな影響を及ぼすことがあります。これは、欠陥や製品仕様の不適合を意味するものではありません。

  • 使用されるテスト信号、デバイスの温度、およびデバイスの最後のディエージングからの時間は、セラミックコンデンサの観察された静電容量に影響を与えます。メーカーの仕様に準拠しているかどうかを判断するためには、実際の静電容量測定条件のすべてがメーカーの試験条件と一致していなければなりません。

  • 多くのマルチメータに搭載されている静電容量測定機能は、製品がメーカーの仕様を満たしているかどうかを判断するための有効なツールではありません。

  • 既知で安定した静電容量が必要な場合は、クラス1の誘電体(C0GやNP0が最も一般的)をベースにしたセラミックコンデンサ以外は検討しないでください。




オリジナル・ソース(英語)