MLCC よくある質問コンデンサの測定コンデンサの電気的パラメータの測定に関するよくある質問摘要この資料では、コンデンサの電気的特性（静電容量、誘電正接、品質係数、絶縁抵抗）を測定する基本的技術についてご紹介します。コンデンサはどのように測定したらよいですか？はじめに: この資料では、静電容量、誘電正接、品質係数、絶縁抵抗の測定の基本を紹介します。 Q1. 静電容量と誘電正接はどのように測定するとよいですか？ A1. 静電容量と誘電正接を正しく測定するポイントは計器設定にあります（表 1）。クラス静電容量周波数 1,000pF 以下 1MHz ±10% 1,000pF 超 1kHz ±10% 1,0uF 以下 1kHz ±10% 10uF 超 120Hz ±10% Class I Class II 電圧 1.0 ± 0.2 Vrms 1.0 ± 0.2 Vrms 0.5 ± 0.2 Vrms 表 1: 静電容量範囲別とクラス別の周波数および電圧の設定値電圧設定値は高容量コンデンサにとって非常に重要です。容量計によっては、試験部品への印加電圧が十分でないため、静電容量の測定値が低くなります。値によって異なる周波数点で標準を設定します（表 1）。 10uF を超える静電容量は、タンタルコンデンサの範囲内で検討されました。そのため、セラミックコンデンサの容量範囲がタンタルコンデンサの容量範囲にまで増加するのに伴い、業界ではセラミックコンデンサにタンタル測定の周波数基準を取り入れました。印加電圧もコンデンサの静電容量によって決まります。一般に、10uF 以下の場合、印加電圧は 1.0 ± 0.2 Vrms です。ただし、10uF を超えると、印加電圧は 0.5 ± 0.2 Vrms です。高静電容量コンデンサのインピーダンスは非常に低いので、測定するために十分な電流を供給するには、電源に 1.0 ± 0.2 Vrms で供給したときより多くの電流が必要です。したがって、印加電圧を下げれば、電源から高静電容量コンデンサを正確に測定するために十分な電流を供給できるようになります 3。 Q3. 容量計は静電容量を Cp または Cs として測定します。違いは何ですか？ A3. インピーダンス計で測定できるのは、並列静電容量 Cp と直列静電容量 Cs のどちらかです 4。回路モデルはコンデンサの静電容量の値によって決まります（図 1）。周波数の設定値も重要です。静電容量は周波数によって変わるので、工業規格では試験周波数を 1MHz、 1kHz、120Hz のいずれかに定めています（表 1）。 EIA Class Ⅱコンデンサの経時変化についての認識も重要です。Class Ⅱ材料の場合、静電容量は経時的に減少します 1 。したがって、静電容量は最後の加熱時（TOLH）2 から 1000 時間後に交差内とする業界慣例が受け入れられています。 Q2. 試験周波数/電圧を変えて静電容量を測定する必要があるのはなぜですか？ A2. 容量計の周波数設定値は、主に部品の寄生成分によって決まります。部品の測定精度を高めるため、測定周波数を部品の SRF（Self-Resonant Frequency、自己共振周波数）から離します。業界ユーザは静電容量図１：インピーダンス等価回路 C が小さくインピーダンスが高いとき、C と Rp との並列インピーダンスは Rs より著しく高くなります。そのため、静電容量を測定する容量計の設定は Cp にしてください。C が大きくインピーダンスが低いとき、C と Rp との並列インピーダンスはさほど高くなりません。そのため、静電容量を測定する容量計の設定は Cs にしてください。インピーダンス設定を選択する場合の経験則として、コンデンサのインピーダンス値が 10kΩより高い場合は Cp、10Ωより低い場合は Cs を使用するとよいでしょう。 Q4. どのような機能が付いた容量計を選択するとよいでしょうか？ A4. 容量計の最も重要な機能は、印加電圧と測定周波数です。電圧と周波数の範囲が、表 1 に示す設定に対応していることを確認してください。1uF を超える MLCC の場合、容量計のインピーダンスが重大な問題となりうることに注意してください。高容量（1uF 超）コンデンサを測定する場合、内部インピーダンスを切り替えられる容量計が必要になることもあります 5。容量計によってはレベルモニタ機能を備えています。この機能は OSC レベルや DC バイアスの出力レベルを監視するものです。容量計の測定精度、速度、静電容量範囲も重要です。静電容量測定の場合、測定精度は 0.07%以内としてください。容量計でコンデンサを測定する場合、特に高速測定機器の場合は測定時間を十分にとってください。測定対象コンデンサの容量は、容量計の静電容量範囲内にしてください。 Q5. “浮遊容量”とは何ですか？ A5. 浮遊容量とは一種の測定誤差で、取り付け具やピンセットの先端の接点間の静電容量と定義されます。取り付け具が開いていると、コンデンサの測定値に浮遊容量が加わります。ただし、開放補正が正しく行われると、取り付け具によって生じる浮遊容量は正確に補正されます。 Q6. 補正とは何ですか？どうして必要なのですか？ A6. 補正とは、取り付け具やピンセットなどから生じる残留寄生振動など、測定中に加わる誤差を補償する方法です。コンデンサを測定する場合、電気接点を設けるために取り付け具やピンセットが必要とされます。ただし、取り付け具には寄生インピーダンスとアドミタンスがあり、望ましくないインピーダンスやアドミタンスが測定値に加わる可能性があります。したがって、寄生成分の補正が必要です。補正は一般に 3 つのステップ（開放、短絡、負荷）があります。開放補正を行うと、寄生アドミタンスが補正されます。短絡補正を行うと、寄生インピーダンスが補正されます。負荷補正によって 50・負荷測定の基準点が設定されます。他の測定エラーが表示値に著しく影響する可能性のある低静電容量（1000pF 未満）測定にとって、補正が最も重要であることは明らかです。 Q7. どうすれば Q 値を正確に測定できますか？ A7. Q 値（Quality Factor、品質係数）はコンデンサがどの程度、理論的に純粋なコンデンサのように動作するかを計る尺度です 6。Q 値は誘電正接（DF）の逆数です。通常は静電容量値が 330pF 以下の場合の Q 値が報告されます。正確な Q 値は、個別の静電容量範囲に対応する精密インダクタンスコイルを使用した Q メータから得られます。多くの場合、0.5～330pF の範囲で測定するには複数のコイルが必要です。静電容量が 330pF より大きい場合、Q 値は誘電正接の逆数です（式 1）。（式 1） Q8. コンデンサの絶縁抵抗はどのように測定するとよいでしょうか？ A8. IR（Insulation Resistance、絶縁抵抗）は、コンデンサの誘電体が漏れ電流にどの程度耐えられるかを示します。IR は誘電体そのものの抵抗です 6。IR は漏れ電流によって測定します。漏れ電流と印加電圧が分かれば、絶縁抵抗はオームの法則によって計算できます。漏れ電流の基本的な測定方法は 2 通りあります。1 つは電流計をコンデンサと電源に直列につなぐ方法です（図 2）。例: 定格電圧: 16V 公称静電容量: 100,000pF（または 0.1 uF） IR 限界 = 10,000MΩまたは 100MΩ uF/0.1uF のどちらか小さい方 = 10,000MΩまたは 1,000MΩのどちらか小さい方図 2: コンデンサと直列につないだ電流計もう 1 つは、まず電圧計を抵抗と並列につなぎ、次にコンデンサと電源に直列につなぐ方法です（図 3）。ゆえに、IR 限界 = 1,000MΩ 結論：コンデンサの寄生パラメータの測定は、想像以上に難しいものです。しかし適切な方法を使用し、業界標準を正しく理解すれば、静電容量、誘電正接、品質係数、絶縁抵抗は正確に測定できます。参考：図 3: 抵抗と並列、コンデンサと直列につないだ電圧計 1 つ目の方法は通常、1uF 未満のコンデンサに適用します。低容量コンデンサの漏れ電流は小さいので、低電流計で電流を正確に測定できます。漏れ電流が大きいと、帯電コンデンサの不安定さとノイズのために電流計は正確に測定できません。したがって、高容量コンデンサにはもう 1 つの方法を適用します 7。 Q9: MLCC の IR 限界はどのように計算するとよいですか？絶縁抵抗には部品の定格電圧に応じて 2 つの限界があります（表 3）。定格電圧 25V～50V 6.3V～16V IR の限界式 10,000MΩと 500MΩ・uF のどちらか小さい方 10,000MΩと 100MΩ・uF のどちらか小さい方表 3: IR の限界式 1. TDK MLCC よくある質問、「コンデンサの静電容量」、S. Maloy 、1999 年 2. IEC-384-9 (1988), Appendix A 3. TDK MLCC Application Notes, “MLCC Measurement Procedure for |Z| and ESR vs. Frequency”, M.Waldrip （1999） 4. HP 4291A RF Impedance/Material Analyzer Operating Manual Set, 1994, page 11-7 ～ 11-9 5. TDK MLCC よくある質問、「静電容量の測定: 高容量 MLCC 測定のヒント」、R. Tse、2000 年 6. “Glossary of Capacitor Terms”, Ray Ostlie （1989） 7. Keithley Switching Handbook, 3rd Edition, 1995, Page 4-12