🔋 MLCC / 積層セラミックコンデンサ
Multi-Layer Ceramic Capacitors
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📑 目次 / Table of Contents
- 概要 / Overview
- 構造イメージ / Structure Image
- 特性と課題 / Characteristics & Issues
- デカップリング設計 / Decoupling Design
- 直流バイアス特性 / DC Bias Effects
- 等価回路モデル / Equivalent Circuit Model
- 実装・レイアウト考慮 / Layout Considerations
- 信頼性と試験 / Reliability & Testing
- 国際規格 / Standards
- チェックリスト / Checklist
- 関連リンク / Related Links
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🏗 概要 / Overview
MLCC（Multi-Layer Ceramic Capacitor, 積層セラミックコンデンサ）は、電源デカップリング・フィルタ・高周波回路で最も多用される受動部品です。
MLCCs are the most widely used passive components for decoupling, filtering, and RF circuits.
- サイズ範囲：0201 (0.6×0.3 mm) ～ 1210 (3.2×2.5 mm)
- 誘電体クラス：高誘電率系（X5R/X7R） vs 安定系（C0G/NPO）
- DCバイアス・温度特性により容量は実効値が大きく変動
🧱 構造イメージ / Structure Image
MLCCはセラミック誘電体と内部電極を交互に積層して構成されます。
graph TD
A[外部電極<br/>External Electrode]
B[誘電体層<br/>Dielectric Layer]
C[内部電極<br/>Internal Electrode]
A---B
B---C
C---B
B---A
📊 特性と課題 / Characteristics & Issues
| 分類 | 温度係数 / Temp Coefficient | 特徴 / Characteristics | 課題 / Issues |
|---|---|---|---|
| C0G / NP0 | ±30 ppm/°C | 高安定・低損失・RF用途 | 容量小（pF〜nF） |
| X7R | ±15% (-55〜125°C) | 広く使用、容量密度大 | DCバイアスで容量劣化 |
| X5R | ±15% (-55〜85°C) | 小型化に適す | 温度範囲狭い |
| Y5V | -82〜+22% | 超大容量MLCC | 温度/電圧安定性悪い |
⚡ デカップリング設計 / Decoupling Design
複数容量の並列配置で広帯域ノイズ除去を実現します。
- 低周波域 → 大容量（10–100 µF）
- 中周波域 → 中容量（1–4.7 µF）
- 高周波域 → 小容量（0.01–0.1 µF, C0G系推奨）
📉 直流バイアス特性 / DC Bias Effects
- 公称 10 µF (X5R, 6.3 V) → Vdd=3.3 V で実効 3–4 µF
- 高電圧定格品を選ぶことで劣化を緩和可能
- メーカー提供の Capacitance vs DC Bias 曲線参照必須
🔌 等価回路モデル / Equivalent Circuit Model
MLCCは理想キャパシタではなく、ESR・ESLを含むRLCモデルで表現されます。
\[Z(f) \approx \sqrt{(ESR)^2 + \left(2\pi f L - \frac{1}{2\pi f C}\right)^2 }\]- ESR: 損失による直列抵抗
- ESL: 配線・端子による寄生インダクタンス
実効インピーダンスは「V字カーブ」を描き、自己共振周波数 (SRF) で最小化。
🛠 実装・レイアウト考慮 / Layout Considerations
- IC電源ピン直近に配置（ループ最小化）
- 複数の GND via 接続で ESL低減
- サイズ混在で広帯域カバー（0402＋0201 など）
- BGA下配置は有効だがリワーク性に注意
🧪 信頼性と試験 / Reliability & Testing
| 試験 / Test | 条件 / Condition | 主な不具合 / Failure Mode |
|---|---|---|
| 熱衝撃 / Thermal shock | -55 ↔ +125 °C, 1000 cycles | クラック発生 |
| 曲げ試験 / Bending | 基板たわみ 2 mm | 端部クラック |
| 高湿バイアス / 85/85 | 85 °C / 85 %RH, 1000 h | 絶縁抵抗劣化 |
| 寿命推定 / Lifetime | Arrhenius式 | 温度加速劣化のモデル化 |
📏 国際規格 / Standards
- IEC 60384-1: 固定コンデンサ一般規格
- EIA-198: MLCCサイズコード（0201, 0402, 0603…）
- JEITA RC-5325: セラミックコンデンサ特性分類
- AEC-Q200: 自動車用途信頼性規格
- ISO 16750-3: 車載用耐環境試験規格
✅ チェックリスト / Checklist
- DCバイアスを加味した実効容量を選定したか？
- 高周波特性に合わせたサイズ混在を検討したか？
- 熱衝撃・基板応力への対策を行ったか？
- 車載用途では AEC-Q200/ISO規格を確認したか？
- BGA下配置時のリワーク性を考慮したか？
📎 付録資料 / Appendix
| 項目 / Item | 説明 / Description | Links |
|---|---|---|
| 📊 Appendix-MLCC | 周波数特性・容量変化率・誘電体別特性 Impedance, capacitance variation, and dielectric-specific characteristics |
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🔗 関連リンク / Related Links
| 項目 / Item | 説明 / Description | Links |
|---|---|---|
| 📘 Resistors | 抵抗器の種類と特性 Types and characteristics of resistors |
|
| 🌀 Inductor | インダクタ設計と損失要因 Inductor design and loss mechanisms |
|
| ⚡ Capacitors | アルミ/タンタル/フィルム Aluminum/Tantalum/Film capacitors |
|
| 🛠 Passive Design | 受動部品設計ガイドライン Design guidelines for passive components |
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