コンデンサとは
コンデンサは、電荷を蓄えたり、直流信号を遮断し、交流信号を通す機能を持った電子部品で、電子回路を構成する上で重要な役割を果たしています。
バックアップ(電池)用途、デカップリング(ノイズ除去)用途、カップリング(直流バイアス電圧除去)用途等で使用されます。
今日では、スマートフォン、ウェアブル端末、データセンター、基地局、産業機器、車載機器等、あらゆるアプリケーションに使用されており、コンデンサは、抵抗器やインダクタ(コイル)と並んで代表的な受動部品の一つです。
また、日本ではコンデンサ(Condenser)、海外ではキャパシタ(Capacitor)と呼ばれることが多いようです。
各種コンデンサの構造・特徴
コンデンサには色々な種類がありますが、基本的な構造は、絶縁体(誘電体)を電極で挟んだ構造となっており、電圧を印加することにより電荷が蓄えられます。
実際の製品においては、単板型、トレンチ型、積層型、電解型、巻回型などがあります。
また、コンデンサに使用される誘電体や電極の材料により、以下のような特徴があります。
極性の有無、小型・大型・薄型・低背、使用温度範囲、静電容量の大きさ、定格電圧の範囲、高周波特性、静電容量の安定性、圧電効果による音鳴りの有無など。
コンデンサを選定する際は、各種コンデンサの特徴を理解する必要があります。
【コンデンサの種類と特徴】
※横にスクロールできます
シリコンキャパシタ | 積層セラミックコンデンサ | タンタルコンデンサ | アルミ電解コンデンサ | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
製品外観 | ||||||||
電極① | ドープシリコン | ニッケル | タンタル (陽極) |
アルミ (陽極) |
||||
誘電体 | 酸化シリコンまたは 窒化シリコン |
温度補償用 セラミック |
高誘電率系 セラミック |
五酸化タンタル | 酸化アルミニウム | |||
電極② | ドープシリコン | ニッケル | 二酸化マンガン (陰極) |
導電性高分子 (陰極) |
電解液 (陰極) |
導電性高分子 (陰極) |
||
極性 | なし | なし | 有り | 有り | ||||
小型 | ◎ | ◎ | ◎ | 〇 | 〇 | × | × | |
薄型・低背 | ◎ | 〇 | 〇 | △ | △ | × | × | |
使用温度範囲 | ◎ | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | △ | 〇 | |
大静電容量 | △ | × | 〇 | 〇 | 〇 | ◎ | ◎ | |
高定格電圧 | 〇 | ◎ | ◎ | 〇 | 〇 | ◎ | △ | |
高絶縁抵抗 (低リーク電流) |
◎ | ◎ | ◎ | 〇 | △ | 〇 | △ | |
高周波特性 | ◎ | 〇 | 〇 | × | △ | × | △ | |
容量の 安定性 |
DC バイアス |
◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
温度 | ◎ | ◎ | × | 〇 | 〇 | × | 〇 | |
高信頼性 | ◎ | 〇 | 〇 | × | △ | × | △ | |
音鳴り | なし | 有り | なし | なし | ||||
長所 | 低背・小型 高周波特性がよい 使用可能温度が高い 容量の安定性が高い 高信頼性 高ESD耐量 (TVS保護素子内蔵可能) 圧電効果が無く、音鳴り無し |
小型 高周波特性がよい 容量の安定性が高い |
小型 高周波特性がよい |
小型大容量 容量の安定性が高い |
小型大容量 容量の安定性が高い 二酸化マンガン品より低ESRで、高許容リプル電流 |
大容量 ラインアップが豊富 |
大容量 容量の安定性が高い 電解液品より低ESRで、高許容リプル電流 |
|
短所 | 静電容量が小さい ラインアップが少ない |
静電容量が小さい 圧電効果により音鳴りが発生 基板分割や温度変化時に、クラックが発生しやすい |
容量の安定性が低い 圧電効果により音鳴りが発生 基板分割や温度変化時に、 クラックが発生しやすい |
ショートモードで故障 有極性 |
ショートモードで故障 有極性 |
製品サイズが大きい 液漏れにより寿命が短い 有極性 |
製品サイズが大きい 有極性 |
◎:大変優れている 〇:優れている △:ふつう ×:劣る
静電容量について
静電容量は、コンデンサの代表的な電気特性です。
一般的に以下の式で表されます。
静電容量=εr×ε0×S/d
(εr:誘電体の比誘電率, ε0:真空の誘電率=8.9×10-12[F/m], S:電極の表面積, d:誘電体の厚み)
この式が示すように、静電容量は、電極の表面積および誘電体の比誘電率に比例し、誘電体の厚みに反比例します。
比誘電率は、使用する誘電体材料の固有の値になります。
静電容量の単位はF(ファラッド)で、実際には、pF(ピコファラッド)、nF(ナノファラッド)、μF(マイクロファラッド)、mF(ミリファラッド)などが使われます。
( 10-12[F]=1pF, 10-9[F]=1nF, 10-6[F]=1[μF], 10-3[F]=1[mF] )