セラミックコンデンサのFAQ

特性

チップ積層セラミックコンデンサについて絶縁抵抗値の規定と単位を教えてください。

積層セラミックコンデンサの絶縁抵抗は、コンデンサの端子間にリップルのない直流電圧を加えて、一定時間経過 (たとえば60秒間) 後の印加電圧と漏れ電流の比を表します。コンデンサの絶縁抵抗は、理論的には無限大になりますが、実際のコンデンサは絶縁されている電極間に僅かな電流が流れているため、有限の抵抗値が存在します。その抵抗値のことを「絶縁抵抗」と呼び、[MΩ]または[Ω・F],[MΩ・μF]単位で表します。

絶縁抵抗値の挙動

実際のコンデンサに直流電圧を印加した場合、図1に示すように直流電圧を印加した直後は、充電電流と呼ばれる突入電流が流れますが、徐々にコンデンサに電荷が充電されてくると流れる電流は指数関数的に減少していきます。


図1

時間t経過後に流れる電流i (t) は、以下の (式1) にあるように3種類の電流に分けられ、Ic (t) を充電電流、Ia (t) を吸収電流、Irを漏れ電流と呼びます。

I (t) =Ic (t) +Ia (t) +Ir ・・・ (式1)

充電電流は、理想コンデンサに流れる電流を示し、吸収電流は、充電電流よりも遅れて流れ、低周波での誘電損失、高誘電率系 (強誘電体) における分極反転、セラミックスと金属電極界面に出来るショットキー障壁に伴う電流になります。

漏れ電流は、吸収電流の影響が少なくなった一定時間後に流れる一定の電流です。

したがって、コンデンサへの電圧を印加する時間によってその流れる電流値は変化するため、コンデンサの絶縁抵抗値は電圧印加後に測定する時間を規定しないと一義的には決められないことになります。

絶縁抵抗値の規定と単位

絶縁抵抗値の単位は、[MΩ]または[Ω・F] ,[MΩ・μF]単位で表します。 その規格値は、対象とする静電容量値によって異なっており、公称静電容量値と絶縁抵抗の積 (CR積) で規定しています。

絶縁抵抗値保証

性能 性能(1) 性能(2)
規格値 静電容量 C≦0.047µF: 10000MΩ以上
C>0.047µF: 500ΩF以上
50ΩF以上
試験条件 測定電圧: 定格電圧
充電時間: 2分間
測定温度: 常温
充放電電流: 50mA以下
測定電圧: 定格電圧
充電時間: 1分間
測定温度: 常温
充放電電流: 50mA以下

計算式の例
1µFの場合
性能(1)の絶縁抵抗値
"=500ΩF/1*10 -6 F"
"=500Ω/1*10 -6 "
"=500Ω*10 6 "
" =500MΩ以上"
性能(2)の絶縁抵抗値
"=50ΩF/1*10 -6 F"
"=50Ω/1*10 -6 "
"=50Ω*10 6 "
" =50MΩ以上 "

代表容量値 性能(1)
絶縁抵抗値
性能(2)
絶縁抵抗値
1μF 500MΩ以上 50MΩ以上
2.2μF 227MΩ以上 22.7MΩ以上
4.7μF 106MΩ以上 10.6MΩ以上
10μF 50MΩ以上 5MΩ以上
22μF - 2.27MΩ以上
47μF - 1.06MΩ以上
100μF - 0.5MΩ以上

上記より、静電容量値が大きくなるほど、その絶縁抵抗は小さくなることを示していますが、その理由を以下に示します。 絶縁抵抗は積層セラミックコンデンサを導体と見たときの印加電圧、電流のオームの法則の関係で考えることが出来ます。

導体の長さをL、断面積をS、比抵抗をρとすると、抵抗値Rは(式2)で表されます。
R=ρ・L/S ・・・ (式2)


また同じように積層セラミックコンデンサの電極間距離 (素子厚) をL、内部電極面積をS、誘電率をεとすると、静電容量Cは (式3) で表されます。
C∝ε・S/L ・・・ (式3)
(式2) と (式3) より、 (式4) が導き出され、これらの関係よりRとCは反比例の関係にあります。
R∝ρ・ε/C ・・・ (式4)

絶縁抵抗が大きいということは、直流電圧下における漏れ電流が小さいことを示すため、一般的に回路上において、絶縁抵抗値は高い方が、性能が良いとされています。
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