セラミックコンデンサ

クラス1のセラミックコンデンサ

クラス1のセラミックコンデンサは、精度の高い温度補償用のコンデンサである。電圧、温度、そしてある程度は周波数に対しても、最も安定している。損失が最も小さいため、安定性が不可欠な共振回路や、回路の温度による影響を補償する場合など、温度係数を精密に定める必要がある用途にとくに適している。クラス1のセラミックコンデンサの基本材料は、二酸化チタン（TiO₂）などの常誘電性材料を細かく粉砕した粒子の混合物で、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、マグネシウム、タンタル、コバルト、ストロンチウムの添加物で改質されている。これらの添加物は、コンデンサに求められる直線的な特性を得るために必要である^[11][12]。

クラス1のコンデンサの静電容量の温度特性は、TiO₂などの基本となる常誘電性材料によって大まかに決まる。化学組成への添加物は、求める温度特性を精密に調整するために使われる。

クラス1のセラミックコンデンサは、セラミックコンデンサの中で体積効率が最も低い。これは、常誘電性材料の誘電率が比較的低い（6から200）ためである。そのため、クラス1のコンデンサの静電容量は小さい範囲にとどまる。

クラス1のコンデンサの温度係数は、典型的には温度に対してほぼ直線的である。これらのコンデンサの電気的な損失はきわめて小さく、誘電正接は約0.15%である。目立ったエージング（経時変化）はなく、静電容量は印加電圧にほとんど左右されない。こうした特性から、高いQ値が必要なフィルタ、共振回路、発振器（位相同期回路など）に使われる。

EIA RS-198規格では、クラス1のセラミックコンデンサを、温度係数を表す3文字の記号で表す。1文字目は、温度に対する静電容量の変化（温度係数α）の有効数字をppm/Kで表す。2文字目は温度係数の乗数を表す。3文字目は、その値からの最大許容差をppm/Kで表す。いずれも25 °Cから85 °Cの範囲での値である。

クラス1のセラミックコンデンサの静電容量の温度係数は、EIAの記号のほか、「NP0」「N220」などのセラミックスの名称で表すことも一般的である。これらの名称には温度係数（α）が含まれている。IEC/EN 60384-8/21規格では、温度係数と許容差を2文字の文字記号で表し（表を参照）、対応するEIAの記号を併記している。

たとえば、EIA記号が「C0G」の「NP0」コンデンサは、温度係数が0で許容差が±30 ppm/Kであり、記号が「P3K」の「N1500」は、温度係数が−1500 ppm/Kで最大許容差が±250 ppm/Kである。なお、IECとEIAのコンデンサの記号は業界のコンデンサの記号であり、軍用のコンデンサの記号とは異なる。

クラス1のコンデンサには、さまざまな温度係数αのものがある。とくに、αが±0×10⁻⁶/K、αの許容差が30 ppmのNP0/CG/C0Gのコンデンサは、技術的にきわめて重要である。これらのコンデンサの静電容量の変化dC/Cは、−55 °Cから+125 °Cの温度範囲で±0.54%である。これにより、広い温度範囲で正確な周波数特性が得られる（共振回路など）。特有の温度特性をもつほかの材料は、発振回路のコイルなど、並列に接続された部品の逆向きの温度変化を補償するために使われる。クラス1のコンデンサは、定格静電容量の許容差もきわめて小さい。

• さまざまなクラス1のセラミックコンデンサの理想化した特性曲線と、温度係数αの許容範囲の表し方
• 
  さまざまなクラス1のセラミックコンデンサの理想化した特性曲線
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  温度係数αの許容範囲の表し方

クラス2のセラミックコンデンサ

クラス2のセラミックコンデンサは、誘電率の高い誘電体をもつため、クラス1のコンデンサより体積効率が高いが、精度と安定性は低い。セラミック誘電体は、温度範囲にわたって静電容量が非線形に変化するのが特徴である。静電容量は印加電圧にも左右される。損失の小ささや静電容量の安定性がそれほど重要でない、バイパス、カップリング、デカップリングの用途や、周波数弁別回路に適している。典型的にはマイクロフォニック効果を示す。

クラス2のコンデンサは、チタン酸バリウム（BaTiO₃）などの強誘電性材料^[13]に、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、酸化アルミニウムなどの適切な添加物を加えて作られる^[14]。これらのセラミックスは誘電率がきわめて高く（200から14,000）、非常に強い電界、ひいては大きな静電容量を比較的小さなパッケージに収められる。クラス2のコンデンサは、同等のクラス1のコンデンサよりかなり小さい。しかし、誘電率は電界強度に対して非線形であり、端子間の電圧が上がると静電容量が大きく変化する。クラス2のコンデンサは温度安定性も低く、時間とともにエージングする^[11]。

こうした性質から、クラス2のコンデンサは、電源の入出力の緩衝・フィルタリングや電気信号のカップリングなど、正確な値ではなく最低限の静電容量があればよい用途に一般に使われる。

クラス2のコンデンサは、温度範囲にわたる静電容量の変化によって表示される。最も広く使われている分類はEIA RS-198規格に基づくもので、3文字の記号を使う。1文字目のアルファベットは最も低い動作温度（英語版）、2文字目の数字は最も高い温度、3文字目のアルファベットは、定められた温度範囲全体で許される静電容量の最大変化を表す。

たとえば、Z5Uのコンデンサは+10 °Cから+85 °Cで動作し、静電容量の変化は最大で+22%から−56%である。X7Rのコンデンサは−55 °Cから+125 °Cで動作し、静電容量の変化は最大で±15%である。

よく使われるクラス2のセラミックコンデンサの材料を次に挙げる。

• X8R（−55/+150 °C、ΔC/C₀ = ±15%）
• X7R（−55/+125 °C、ΔC/C₀ = ±15%）
• X6R（−55/+105 °C、ΔC/C₀ = ±15%）
• X5R（−55/+85 °C、ΔC/C₀ = ±15%）
• X7S（−55/+125 °C、ΔC/C₀ = ±22%）
• Z5U（+10/+85 °C、ΔC/C₀ = +22/−56%）
• Y5V（−30/+85 °C、ΔC/C₀ = +22/−82%）

IEC/EN 60384-9/22規格では、別の2文字の記号を使う。

ほとんどの場合、EIAの記号をIEC/ENの記号に読み替えることができる。わずかな読み替えの誤差は生じるが、通常は許容できる範囲である。

• X7Rは2X1に相当する
• Z5Uは2E6に相当する
• Y5Vは2F4に近い。ただしΔC/C₀が+30/−82%ではなく+30/−80%である点が異なる
• X7Sは2C1に近い。ただしΔC/C₀が±22%ではなく±20%である点が異なる
• X8Rに対応するIEC/ENの記号はない

クラス2のセラミックコンデンサは静電容量の精度と安定性が低いため、許容差は大きくなる。

軍用のクラス2の誘電体では、温度特性（TC）は定められているが、温度電圧特性（TVC）は定められていない。軍用のBX形は、X7Rと同様に温度による変化が15%を超えてはならず、さらに最大定格電圧で+15%/−25%以内でなければならない。BR形のTVCの限度は+15%/−40%である。

クラス3のセラミックコンデンサ

クラス3のセラミックコンデンサ（バリア層コンデンサ、半導体セラミックコンデンサ）は、誘電率が最大50,000ときわめて高く、クラス2のコンデンサより体積効率が高い。しかし、精度や安定性が低いなど、電気的特性は劣る。誘電体は、温度範囲にわたって静電容量がきわめて大きく非線形に変化するのが特徴である。静電容量はさらに印加電圧にも左右される。損失もきわめて大きく、時間とともにエージングする。

バリア層セラミックコンデンサは、チタン酸バリウム（BaTiO₃）などのドーピングした強誘電性材料で作られる。このセラミックス技術が1980年代半ばに進歩すると、バリア層コンデンサは最大100 μFの静電容量のものが入手できるようになり、当時は小型の電解コンデンサに代わりうると考えられた。

この材料では積層コンデンサを作ることができないため、市場にはリード付きの単層形しかない^[16][17]。

より小さなパッケージで優れた性能を実現する積層セラミックコンデンサの進歩により、バリア層コンデンサは技術として時代遅れとみなされ、IECでも標準化されなくなった。

積層セラミックコンデンサ（MLCC）

製造

• 積層セラミックチップコンデンサ
• 
  積層セラミックチップコンデンサ（MLCC）の詳細な構造。1 = 誘電体セラミックス、2 = セラミックスまたはラッカーの被覆、3 = 金属化した電極、4 = 接続端子
• 
  積層セラミックチップコンデンサの例

MLCCは、単層のコンデンサを多数積み重ねて1つのパッケージにしたものと考えることができる。すべてのMLCCチップの出発原料は、常誘電性または強誘電性の原料を細かく粉砕した粒子の混合物で、正確に定めた添加物で改質されている^[18][19]。混合物の組成と、10 nmほどの小さな粉末粒子の大きさに、メーカーの専門技術が表れる。

粉末を適切なバインダとともに懸濁させたものから、薄いセラミックスのシートを成形する。シートのロールを同じ大きさのシートに切り分け、電極となる金属ペーストの層をスクリーン印刷する。自動化された工程で、これらのシートを必要な層数だけ積み重ね、圧力をかけて固める。静電容量は、比誘電率のほか、層の大きさと層数によって決まる。電極は、隣の層からわずかにずらして交互に積み重ねられ、ずれた側（片方は左、もう片方は右）でそれぞれ後から接続できるようになっている。積層体を加圧したのち、個々の部品に切断する。たとえば「0201」サイズ（0.6 mm × 0.3 mm）で500層以上を積み重ねるには、高い機械的精度が必要である。

切断後、積層体からバインダを焼き飛ばす。続いて1200 °Cから1450 °Cの温度で焼結し、主に結晶質の最終的な構造にする。この焼成工程によって、求める誘電特性が生まれる。焼成の後は洗浄し、両端面を金属化する。この金属化によって、端部と内部の電極が並列に接続され、コンデンサの端子ができる。最後に、各コンデンサの電気的な検査を行って機能と性能を確かめ、テープリール包装にされる。

小型化

MLCCの静電容量Cは、平行平板コンデンサの式を層数で拡張した次の式で表される。

${\displaystyle C=\varepsilon \cdot {{n\cdot A} \over {d}}}$

ここで、εは誘電体の誘電率、Aは電極の面積、nは層数、dは電極間の距離である。

誘電体を薄くするか電極の面積を大きくすると、静電容量は大きくなる。誘電率の高い誘電体材料を使っても同様である。

ここ数十年でデジタル電子機器の小型化が進むとともに、集積論理回路の周辺部品も小さくなってきた。MLCCを小さくするには、誘電体を薄くし、層数を増やす必要がある。どちらにも多大な努力と高度な専門技術が必要である。

1995年には、誘電体の最小の厚さは4 μmであった。2005年までに、層の厚さが1 μmのMLCCチップを生産するメーカーも現れた。2010年時点で、最小の厚さは約0.5 μmである^[1]。誘電体の中の電界強度は35 V/μmにまで高まった^[20]。

これらのコンデンサの小型化は、セラミックスの層を薄くするための前提として、粉末の粒径を小さくすることで実現された。さらに、製造工程がより精密に制御されるようになり、より多くの層を積み重ねられるようになった。

1995年から2005年にかけて、1206サイズのY5VのMLCCの静電容量は4.7 μFから100 μFに増えた^[21]。その後（2013年時点）、多くのメーカーが、0805のチップサイズで静電容量100 μFのクラス2のMLCCを供給できるようになっている^[22]。

MLCCのケースサイズ

MLCCにはリードがないため、リード付きの同等品より一般に小さい。基板に実装するためのスルーホールを必要とせず、人ではなく機械で扱うように設計されている。そのため、MLCCのような表面実装部品は一般に安価である。

MLCCは、同じように扱えるよう、標準化された形状と寸法で製造されている。初期の標準化はアメリカのEIAの規格が主導したため、MLCCチップの寸法はEIAによってインチ単位で標準化された。長さ0.06インチ、幅0.03インチの直方体のチップは「0603」と表される。この記号は国際的に通用し、広く使われている。JEDEC（IEC/EN）は、メートル法による2つ目の記号を考案した。一般的な積層セラミックチップコンデンサのサイズについて、EIAの記号、それに相当するメートル法の記号、ミリメートル単位の寸法を次の表に示す。表には高さ「H」がない。MLCCチップの高さは層数、ひいては静電容量によって変わるため、一般には記載されない。ただし通常、高さHは幅Wを超えない。

MLCCチップコンデンサの寸法記号と対応する寸法

図	EIA インチ記号	寸法 L × W インチ × インチ	IEC/EN メートル記号	寸法 L × W mm × mm		EIA インチ記号	寸法 L × W インチ × インチ	IEC/EN メートル記号	寸法 L × W mm × mm
	01005	0.016 × 0.0079	0402	0.4 × 0.2		1806	0.18 × 0.063	4516	4.5 × 1.6
	015015	0.016 × 0.016	0404	0.4 × 0.4		1808	0.18 × 0.079	4520	4.5 × 2.0
	0201	0.024 × 0.012	0603	0.6 × 0.3		1812	0.18 × 0.13	4532	4.5 × 3.2
	0202	0.02 × 0.02	0505	0.5 × 0.5		1825	0.18 × 0.25	4564	4.5 × 6.4
	0302	0.03 × 0.02	0805	0.8 × 0.5		2010	0.20 × 0.098	5025	5.0 × 2.5
	0303	0.03 × 0.03	0808	0.8 × 0.8		2020	0.20 × 0.20	5050	5.08 × 5.08
	0504	0.05 × 0.04	1310	1.3 × 1.0		2220	0.225 × 0.197	5750	5.7 × 5.0
	0402	0.039 × 0.020	1005	1.0 × 0.5		2225	0.225 × 0.25	5664/5764	5.7 × 6.4
	0603	0.063 × 0.031	1608	1.6 × 0.8		2512	0.25 × 0.13	6432	6.4 × 3.2
	0805	0.079 × 0.049	2012	2.0 × 1.25		2520	0.25 × 0.197	6450	6.4 × 5.0
	1008	0.098 × 0.079	2520	2.5 × 2.0		2920	0.29 × 0.197	7450	7.4 × 5.0
	1111	0.11 × 0.11	2828	2.8 × 2.8		3333	0.33 × 0.33	8484	8.38 × 8.38
	1206	0.126 × 0.063	3216	3.2 × 1.6		3640	0.36 × 0.40	9210	9.2 × 10.16
	1210	0.126 × 0.10	3225	3.2 × 2.5		4040	0.4 × 0.4	100100	10.2 × 10.2
	1410	0.14 × 0.10	3625	3.6 × 2.5		5550	0.55 × 0.5	140127	14.0 × 12.7
	1515	0.15 × 0.15	3838	3.81 × 3.81		8060	0.8 × 0.6	203153	20.3 × 15.3

MLCCの静電容量の範囲

MLCCチップの静電容量は、誘電体、サイズ、必要な電圧（定格電圧）によって決まる。静電容量は約1 pFからある。最大の静電容量は製造技術によって決まり、X7Rでは47 μF、Y5Vでは100 μFである。

右の図は、クラス1とクラス2の積層セラミックチップコンデンサの最大の静電容量を示している。次の2つの表は、NP0/C0GとX7Rのセラミックスそれぞれについて、一般的なケースサイズごとに、主要メーカー（村田製作所、TDK、KEMET、AVX）から入手できる最大の静電容量と定格電圧を示したものである（2017年4月時点）。

クラス1のNP0/C0GのMLCCチップの最大静電容量

定格 電圧	ケースサイズ（EIA記号）
	01005	0201	0402	0603	0805	1206	1210	1812	2220
	寸法（mm）
	0.4×0.2	0.6×0.3	1.0×0.5	1.6×0.8	2.0×1.25	3.2×1.6	3.2×2.5	4.5×3.2	5.7×5.0
	最大静電容量
6.3 V	220 pF	–	–	33 nF	–	–	–	–	–
10 V	220 pF	–	4.7 nF	33 nF	100 nF	100 nF	220 nF	–	–
16 V	220 pF	–	2.2 nF	15 nF	47 nF	120 nF	220 nF	–	–
25 V	220 pF	1.0 nF	2.2 nF	47 nF	47 nF	120 nF	220 nF	–	–
50 V	100 pF	220 pF	1.5 nF	10 nF	47 nF	100 nF	150 nF	220 nF	470 nF
100 V	–	100 pF	1.0 nF	4.7 nF	22 nF	100 nF	100 nF	150 nF	330 nF
250 V	–	–	330 pF	2.2 nF	8.2 nF	22 nF	47 nF	100 nF	–
500 V	–	–	–	–	820 pF	4.7 nF	10 nF	22 nF	47 nF
630 V	–	–	–	–	1.2 nF	4.7 nF	15 nF	22 nF	47 nF
1000 V	–	–	–	–	270 pF	1.0 nF	2.7 nF	5.6 nF	12 nF
2000 V	–	–	–	–	–	270 pF	680 pF	1.5 nF	3.9 nF
3000 V	–	–	–	–	–	–	–	390 pF	1.0 nF

クラス2のX7RのMLCCチップの最大静電容量

定格 電圧	ケースサイズ（EIA記号）
	01005	0201	0402	0603	0805	1206	1210	1812	2220
	寸法（mm）
	0.4×0.2	0.6×0.3	1.0×0.5	1.6×0.8	2.0×1.25	3.2×1.6	3.2×2.5	4.5×3.2	5.7×5.0
	最大静電容量
4 V	–	–	2.2 μF	22 μF	22 μF	100 μF	100 μF	–	–
6.3 V	–	0.1 μF	2.2 μF	10 μF	22 μF	47 μF	100 μF	–	–
10 V	1.0 nF	0.1 μF	2.2 μF	10 μF	22 μF	22 μF	47 μF	–	–
16 V	1.0 nF	0.1 μF	2.2 μF	4.7 μF	10 μF	22 μF	22 μF	–	–
25 V	–	10 nF	0.1 μF	2.2 μF	10 μF	10 μF	22 μF	–	22 μF
50 V	–	1.5 nF	0.1 μF	0.47 μF	4.7 μF	4.7 μF	10 μF	–	10 μF
100 V	–	–	4.7 nF	0.1 μF	0.1 μF	4.7 μF	10 μF	3.3 μF	10 μF
200 V	–	–	–	10 nF	56 nF	0.15 μF	0.22 μF	1.0 μF	1.0 μF
250 V	–	–	–	2.2 nF	22 nF	0.1 μF	0.22 μF	0.47 μF	1.0 μF
500 V	–	–	–	3.9 nF	22 nF	68 nF	0.1 μF	0.22 μF	0.47 μF
630 V	–	–	–	1.5 nF	12 nF	33 nF	0.1 μF	0.15 μF	0.33 μF
1000 V	–	–	–	1.0 nF	4.7 nF	22 nF	68 nF	0.1 μF	0.12 μF
2000 V	–	–	–	–	–	2.2 nF	6.8 nF	10 nF	22 nF
3000 V	–	–	–	–	–	–	–	1.2 nF	15 nF

電力用セラミックコンデンサ

• パワーエレクトロニクス用のさまざまな形状のセラミックコンデンサ
• 
  ドアノブ形の高電圧セラミックコンデンサ
• 
  円板形の電力用セラミックコンデンサ
• 
  円筒形またはポット形の電力用セラミックコンデンサ

大型の電力用セラミックコンデンサに使われる材料は、ほとんどが小型のものに使われる材料とよく似ている。しかし、電力系統、送信機、電気設備の用途向けの、大電力・高電圧から超大電力・超高電圧の定格をもつセラミックコンデンサは、歴史的な理由から別に分類されることが多い。小電力用のセラミックコンデンサの標準化は、電子機器に使う部品としての電気的・機械的なパラメータを中心にしている。これに対して電力用コンデンサの標準化は、各地の規制当局が定める、人と機器の保護に強く重点を置いている。

現代の電子機器が、かつては「電力」部品だけが扱っていた電力の水準を扱えるようになるにつれ、「電子」と「電力」の定格の区別はあいまいになっている。かつてはこの2つの系統の境界はおおむね無効電力200ボルトアンペアであったが、現代のパワーエレクトロニクスはさらに大きな電力を扱えるようになっている。

電力用セラミックコンデンサは、ほとんどが200ボルトアンペアをはるかに超える仕様である。セラミックスの原料の高い可塑性とセラミックスの高い絶縁耐力によって、多くの用途に対応でき、電力用セラミックコンデンサにはきわめて多様な形状がある。これらの電力用コンデンサは数十年前から市販されている。要求に応じて、安定性が高く損失が小さいクラス1の電力用セラミックコンデンサ、または体積効率が高いクラス2の電力用セラミックコンデンサとして生産される。

クラス1の電力用セラミックコンデンサは、送信所の共振回路の用途に使われる。クラス2の電力用セラミックコンデンサは、遮断器、配電線、レーザー用の高電圧電源、誘導炉（英語版）、倍電圧回路に使われる。電力用セラミックコンデンサは、2 kVから100 kVの範囲の高い定格電圧のものを供給できる^[47]。

これらの電力用セラミックコンデンサの寸法はきわめて大きくなることがある。大電力の用途では、コンデンサの損失によって多くの熱が発生することがある。そのため、電力用セラミックコンデンサの特殊な形状のものには、水冷用のパイプを備えたものがある。

直列等価回路

セラミックコンデンサの電気的特性はすべて、理想的な静電容量と、コンデンサのあらゆる損失と誘導性のパラメータを表す追加の電気部品とからなる直列等価回路によって定義し、規定することができる。この直列等価回路では、コンデンサの電気的特性は次のもので定義される。

• C：コンデンサの静電容量
• R_insul：誘電体の絶縁抵抗。外装の絶縁とは別のものである
• R_ESR：等価直列抵抗（英語版）。コンデンサのすべての抵抗損失をまとめたもので、通常「ESR」と略される
• L_ESL：等価直列インダクタンス（英語版）。コンデンサの実効的な自己インダクタンスで、通常「ESL」と略される

並列等価回路ではなく直列等価回路を使うことは、IEC/EN 60384-1で定められている。

静電容量の標準値と許容差

「定格静電容量」C_Rまたは「公称静電容量」C_Nは、コンデンサが設計された静電容量の値である。実際の静電容量は、測定周波数と周囲温度によって変わる。標準化された測定条件は、温度20 °Cにおいて、次の周波数の低電圧の交流で測定するものである。

• クラス1のセラミックコンデンサ
  • C_R ≤ 100 pF：1 MHz、測定電圧5 V
  • C_R > 100 pF：1 kHz、測定電圧5 V
• クラス2のセラミックコンデンサ
  • C_R ≤ 100 pF：1 MHz、測定電圧1 V
  • 100 pF < C_R ≤ 10 μF：1 kHz、測定電圧1 V
  • C_R > 10 μF：100/120 Hz、測定電圧0.5 V

コンデンサには、IEC/EN 60063に定められたE系列の規格に従い、等比級数的に増える標準値のものがある。1桁あたりの値の数によって、E3、E6、E12、E24などの系列と呼ばれる。コンデンサの値の単位には、ピコファラド（pF）、ナノファラド（nF）、マイクロファラド（μF）、ファラド（F）が使われる。

定格値からの静電容量の許容されるずれの割合を、静電容量の許容差という。実際の静電容量は許容差の範囲内になければならず、範囲外であれば仕様外となる。狭い場所での略記用に、IEC/EN 60062で許容差ごとの文字記号が定められている。

必要な静電容量の許容差は、用途によって決まる。E24からE96の狭い許容差は、高精度の発振器やタイマーなどの回路に使う高品質のクラス1のコンデンサに用いられる。精度を問わないフィルタやカップリングの回路などの用途では、クラス2のコンデンサにはE12からE3の許容差の系列で十分である。

静電容量の温度依存性

セラミックコンデンサの静電容量は温度によって変化する。多くの種類のコンデンサの誘電体は、温度依存性に大きな違いがある。温度係数は、クラス1のセラミックコンデンサでは摂氏1度あたりのppmで、クラス2のコンデンサでは温度範囲全体での百分率（%）で表される。

静電容量の周波数依存性

ディスクリートのコンデンサの多くは、周波数が高くなるにつれて静電容量が多かれ少なかれ変化する。クラス2のセラミックスやプラスチックフィルムの誘電率は、周波数が上がると低下する。そのため、周波数が高くなるにつれて静電容量は減少する。この現象は誘電緩和に関係しており、電気双極子の時定数が誘電率の周波数依存性の原因となっている。右の図は、クラス2とクラス1のコンデンサの典型的な周波数特性を示している。

静電容量の電圧依存性

セラミックコンデンサの静電容量は、印加電圧によっても変化することがある。この効果はクラス2のセラミックコンデンサでより顕著である。強誘電性材料の性質は印加電圧によって変わる^[48][49]。印加電圧が高いほど誘電率は低くなる。高い電圧で測定または使用したときの静電容量は、標準の測定電圧（0.5 Vまたは1.0 V）で測定した値より最大で80%低い値まで下がることがある。この性質は、低ひずみのフィルタなどのアナログ用途で、わずかな非線形性の原因となる。オーディオ用途では、高調波ひずみの原因になることがある。

• さまざまなクラス2のセラミックコンデンサの静電容量の電圧依存性
• 
  定格25 Vのコンデンサについて、セラミックスの種類ごとに、印加電圧に対する静電容量の変化を簡略化して示した図
• 
  X7Rのセラミックスについて、定格電圧ごとに、印加電圧に対する静電容量の変化を簡略化して示した図

上の2つの図に示した静電容量の電圧依存性は、NMEの金属化を施したセラミックコンデンサの曲線である。BMEの金属化を施したコンデンサでは、静電容量の電圧依存性はかなり大きくなった^{[50][51][52][53]}。

耐電圧

ほとんどのコンデンサでは、誘電体の材料と厚さごとに、物理的に決まる絶縁耐力や破壊電圧を通常は規定できる。セラミックコンデンサではこれができない。セラミック誘電体層の破壊電圧は、電極の材料とセラミックスの焼結条件によって、最大で10倍も変わることがある。今日のきわめて薄いセラミックスの層では、電気的特性のばらつきを定められた範囲内に収めるために、工程パラメータの高い精度と管理が必要である。

セラミックコンデンサの耐電圧は、定格電圧（U_R）として規定される。これは、上限温度までコンデンサに連続して加えてよい最大の直流電圧である。この保証された耐電圧は、隣の表に示す電圧で試験される。

さらに、定期的な寿命試験（耐久試験）では、構造の安全性を確かめるために、高めた試験電圧（U_Rの120%から150%）でセラミックコンデンサの耐電圧を試験する。

インピーダンス

コンデンサの周波数に依存する交流抵抗をインピーダンス ${\displaystyle Z}$ という。これは交流回路における電圧と電流の複素数の比である。インピーダンスはオームの法則の概念を交流回路に拡張したもので、大きさしかもたない抵抗とは異なり、特定の周波数で大きさと位相の両方をもつ。

インピーダンスは、コンデンサが交流を通す能力の尺度である。この意味で、インピーダンスはオームの法則と同じように

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {AC} }}{I_{\mathrm {AC} }}}.}$

として、電流または電圧の波高値や実効値の計算に使うことができる。

コンデンサの直列等価回路に示したように、実際の部品には理想的なコンデンサ ${\displaystyle C}$、インダクタンス ${\displaystyle L}$、抵抗 ${\displaystyle R}$ が含まれる。

インピーダンス ${\displaystyle Z}$ を計算するには、抵抗と2つのリアクタンスを幾何学的に足し合わせる。

${\displaystyle Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}}$

ここで、容量性リアクタンス（静電容量）は

${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$

誘導性リアクタンス（インダクタンス）は

${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$

である。 2つのリアクタンスが同じ値になる（${\displaystyle X_{C}=X_{L}}$）共振の特別な場合には、インピーダンスは ${\displaystyle {ESR}}$ だけで決まる。

セラミックコンデンサのデータシートには、インピーダンスの大きさ ${\displaystyle Z}$ だけが記載される。典型的なインピーダンスの曲線を見ると、周波数が高くなるにつれてインピーダンスは最小値まで下がる。インピーダンスが低いほど、交流はコンデンサを通りやすい。曲線の最小点、つまりX_CとX_Lが同じ値になる共振点で、コンデンサのインピーダンスは最も低くなる。ここでは抵抗成分のESRだけがインピーダンスを決める。共振より高い周波数では、ESLのためにインピーダンスは再び上がる。

ESR、誘電正接、Q値

セラミックコンデンサの損失の合計は、抵抗による交流損失である。直流損失は「漏れ電流」または「絶縁抵抗」として規定され、交流の仕様では無視できる。これらの交流損失は非線形で、周波数、温度、経過時間、一部の特殊な種類では湿度に左右されることがある。損失は2つの物理的な要因から生じる。

• 内部の配線抵抗、電極の接触抵抗、電極の配線抵抗による配線損失
• 誘電分極による誘電損失

大きなコンデンサでは、これらの損失のうち最も大きな割合を占めるのは、通常、周波数に依存する誘電損失である。IEC 60384-1規格では、コンデンサの抵抗損失は、静電容量の測定と同じ周波数で測定する。その周波数は次のとおりである。

• C_R ≤ 1 nFのセラミックコンデンサ：100 kHz、1 MHz（推奨）、または10 MHz
• 1 nF < C_R ≤ 10 μFのセラミックコンデンサ：1 kHzまたは10 kHz
• C_R > 10 μFのセラミックコンデンサ：50/60 Hzまたは100/120 Hz

コンデンサの抵抗損失をまとめた結果は、用途の要求に応じて、等価直列抵抗（英語版）（ESR）、誘電正接（DF、tan δ）、Q値（Q）のいずれかで規定される。

クラス2のコンデンサは、多くの場合、誘電正接tan δで規定される。誘電正接は、リアクタンス ${\displaystyle X_{C}-X_{L}}$ とESRとの比（正接）で決まり、前述のベクトル図で虚軸とインピーダンスの軸のなす角δとして示すことができる（「インピーダンス」の節を参照）。

インダクタンス ${\displaystyle ESL}$ が小さい場合、誘電正接は次のように近似できる。

${\displaystyle \tan \delta =ESR\cdot \omega C}$

損失がきわめて小さいクラス1のコンデンサは、誘電正接で規定され、多くの場合Q値（Q）でも規定される。Q値は誘電正接の逆数として定義される。

${\displaystyle Q={\frac {1}{\tan \delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\ }$

Q値は電気抵抗の影響を表し、共振器の中心周波数（共振周波数）${\displaystyle f_{0}}$ に対する帯域幅 ${\displaystyle B}$ を特徴づける。Q値が高いことは、共振回路の共振の質が高いことを示す。

IEC 60384-8/-21/-9/-22によると、セラミックコンデンサの誘電正接は次の値を超えてはならない。

セラミックコンデンサの抵抗損失は、周波数、温度、電圧に依存する。さらに、クラス2のコンデンサの測定値はエージングによって変化する。セラミックス材料によって、温度範囲や動作周波数に対する損失は異なる。クラス1のコンデンサの変化は1桁のパーセントの範囲にとどまるが、クラス2のコンデンサの変化ははるかに大きい。

高周波での使用、インダクタンス（ESL）、自己共振周波数

セラミックコンデンサでは、コンデンサのインピーダンスとアドミタンスの虚数部が打ち消し合う特定の共振周波数で、電気的共振が起こる。 X_CとX_Lが等しくなるこの周波数を自己共振周波数といい、次の式で計算できる。

${\displaystyle \omega ={\frac {1}{\sqrt {LC}}}}$

ここで、ω = 2πfであり、fはヘルツ単位の共振周波数、Lはヘンリー単位のインダクタンス、Cはファラド単位の静電容量である。

静電容量CとインダクタンスLが小さいほど、共振周波数は高くなる。 自己共振周波数は、インピーダンスが最小値を通る最も低い周波数である。交流の用途では、自己共振周波数は、コンデンサを容量性の部品として使える最も高い周波数である。共振より高い周波数では、ESLのためにインピーダンスが再び上がる。コンデンサは、ESLに等しいインダクタンスと、その周波数でのESRに等しい抵抗をもつインダクタとしてふるまう。

市販のコンデンサのESLは、主に、電極を外部とつなぐリードと内部の接続によって生じる。大きなコンデンサは、電極までの距離が長く、1ミリメートルごとにインダクタンスが増えるため、小さなものよりESLが大きくなる傾向がある。

セラミックコンデンサにはきわめて小さな静電容量（pF台以上）のものがあり、静電容量が小さいことから、それだけで数百MHzまでの高い周波数に適している（上の式を参照）。 MLCCチップはリードがなく、電極が近いため、たとえばリード付きのものに比べて寄生インダクタンスがかなり小さく、より高い周波数の用途に適している。チップの短辺側ではなく長辺側で電極に接続することで、寄生インダクタンスはさらに小さくなる。

NP0/C0GとX7Rのセラミックコンデンサの、ある製品群の自己共振周波数の例を次に示す^[54]。

X7RはC0Gより周波数特性が良いことに注意されたい。ただしこれは、クラス2のコンデンサはクラス1よりはるかに小さく、寄生インダクタンスも小さくなるはずであることから、理にかなっている。

エージング

強誘電性のクラス2のセラミックコンデンサでは、静電容量が時間とともに減少する。この性質を「エージング」という。エージングは、誘電体の分極ドメインが全体の分極に寄与する強誘電性の誘電体で起こる。誘電体の中の分極ドメインが劣化すると、誘電率が時間とともに低下し、部品の経年とともにクラス2のセラミックコンデンサの静電容量が減少する^[55][56]。

エージングは対数法則に従う。この法則は、定められた温度で、はんだ付け後の回復時間を経た後の時間の1桁（ディケード）あたりの静電容量の減少を百分率で表す。たとえば20 °Cで1時間から10時間までの期間である。法則が対数的であるため、静電容量の減少率は、1時間から100時間までで2倍、1時間から1000時間までで3倍というようになる。そのため、エージングは初期に最も速く進み、静電容量の値は時間とともに実質的に安定する。

クラス2のコンデンサのエージングの速さは、主に使われる材料によって決まる。経験則では、セラミックスの温度依存性が大きいほど、エージングの割合も大きい。X7Rのセラミックコンデンサの典型的なエージングは、1ディケードあたり約2.5%である^[57]。Z5Uのセラミックコンデンサのエージングの速さはかなり大きく、1ディケードあたり最大7%に達することがある。

クラス2のコンデンサのエージングは、部品をキュリー点より高い温度に加熱することで元に戻すことができる^[2]。

クラス1のコンデンサは、クラス2のような強誘電性のエージングを起こさない。しかし、高温、高湿度、機械的な応力などの環境の影響によって、長い期間のうちに静電容量がわずかに不可逆的に低下することがあり、これもエージングと呼ばれることがある。P100とN470のクラス1のコンデンサの静電容量の変化は1%未満、N750からN1500のセラミックスのコンデンサでは2%以下である。

絶縁抵抗と自己放電時定数

誘電体の抵抗は決して無限大ではなく、ある程度の直流の「漏れ電流」が生じ、これが自己放電の原因となる。セラミックコンデンサでは、コンデンサの直列等価回路でコンデンサと並列に置かれるこの抵抗を「絶縁抵抗R_ins」という。この絶縁抵抗を、周囲に対する外装の絶縁と混同してはならない。

コンデンサの電圧が下がっていく自己放電の速さは、次の式に従う。

${\displaystyle u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},}$

ここで、${\displaystyle U_{0}}$ は蓄えられた直流電圧、自己放電時定数は

${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }=R_{\mathrm {ins} }\cdot C}$

である。 すなわち、時間 ${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }}$ が経過すると、コンデンサの電圧は初期値 ${\displaystyle U_{0}}$ の37%まで下がる。

MΩ（10⁶オーム）単位で表される絶縁抵抗と、秒単位の自己放電時定数は、誘電体の絶縁の品質を示す重要なパラメータである。これらの時間の値は、たとえばコンデンサをリレーのタイミング部品として使う場合や、サンプル・アンド・ホールド回路（英語版）やオペアンプのように電圧の値を保持する場合に重要である。

該当する規格によると、クラス1のセラミックコンデンサは、C_R ≤ 10 nFでR_ins ≥ 10,000 MΩ、C_R > 10 nFでτ_s ≥ 100 sである。クラス2のセラミックコンデンサは、C_R ≤ 25 nFでR_ins ≥ 4,000 MΩ、C_R > 25 nFでτ_s ≥ 100 sである。

絶縁抵抗、ひいては自己放電の速さは温度に依存し、温度が上がると60 °Cあたり約1 MΩ低下する。

誘電吸収

誘電吸収とは、長時間充電されたコンデンサが、放電しても完全には放電しきらない効果をいう。理想的なコンデンサは放電後に0ボルトのままであるが、実際のコンデンサでは、時間遅れの双極子の放電によって小さな電圧が生じる。この現象は誘電緩和、「ソーケージ」、「バッテリー作用」とも呼ばれる。

コンデンサの多くの用途では誘電吸収は問題にならない。しかし、時定数の長い積分器、サンプル・アンド・ホールド回路（英語版）、スイッチトキャパシタ方式のA/D変換器、きわめて低ひずみのフィルタなどの用途では、完全に放電した後にコンデンサが残留電荷を回復しないことが重要であり、誘電吸収の小さいコンデンサが指定される。誘電吸収によって端子間に生じる電圧は、場合によっては電子回路の動作に問題を起こしたり、人にとって安全上の危険となったりすることがある。感電を防ぐため、電力用コンデンサのようなきわめて大きなコンデンサの多くは、端子を短絡する線を付けて出荷され、使用前に外される^[58]。

マイクロフォニック効果

強誘電性セラミックスを使うクラス2のセラミックコンデンサはすべて圧電性を示し、マイクロフォニックス（英語版）（マイクロフォニー、マイクロフォニック効果）、オーディオ用途では「鳴き」と呼ばれる圧電効果をもつ^[59]。マイクロフォニック効果とは、電子部品が機械的な振動を電気信号に変える現象であり、多くの場合、望ましくないノイズとなる^[60]。感度の高い電子プリアンプでは、この効果を避けるため、一般にクラス1のセラミックコンデンサやフィルムコンデンサが使われる^[60]。

逆マイクロフォニック効果では、コンデンサの電極間で変化する電界が物理的な力を及ぼし、電極をスピーカーのように動かす^[60]。大電流のパルス負荷や大きなリップル電流によって、コンデンサから耳に聞こえる音が出ることがあるが、これはコンデンサを放電させ、誘電体に負担をかける^[61][62][63]。

はんだ付け

セラミックコンデンサは、はんだ付けによる負荷で電気的パラメータが変化することがある。はんだ槽の熱によって、とくに表面実装形では、端子と電極の間の接触抵抗が変化することがある。強誘電性のクラス2のセラミックコンデンサでは、はんだ付けの温度がキュリー点を超える。誘電体の分極ドメインが元に戻り、クラス2のセラミックコンデンサのエージングの過程が再び始まる^[2]。

そのため、はんだ付けの後には約24時間の回復時間が必要である。回復後、静電容量、ESR、漏れ電流などの一部の電気的パラメータは不可逆的に変化する。その変化は、コンデンサの形状によって数パーセント程度の範囲である。

標準化

すべての電気・電子部品とその関連技術の標準化は、非営利の非政府の国際的な標準化団体である国際電気標準会議（IEC）が定める規則に従っている^[64][65][66]。

電子機器に使うコンデンサの特性の定義と試験方法の手順は、次の共通仕様に定められている。

• IEC 60384-1, Fixed capacitors for use in electronic equipment – Part 1: Generic specification

電子機器に使うセラミックコンデンサが標準品として認定されるために満たすべき試験と要求事項は、次の品種別仕様に定められている。

• IEC 60384-8, Fixed capacitors of ceramic dielectric, Class 1
• IEC 60384-9, Fixed capacitors of ceramic dielectric, Class 2
• IEC 60384-21, Fixed surface mount multilayer capacitors of ceramic dielectric, Class 1
• IEC 60384-22, Fixed surface mount multilayer capacitors of ceramic dielectric, Class 2

タンタルコンデンサの代替

積層セラミックコンデンサは、コスト、信頼性、サイズで競争力をもつようになったため、バイパスや高周波のスイッチング電源などの用途で、タンタルコンデンサ（英語版）や小容量のアルミニウム電解コンデンサの代わりに使われることが増えている。多くの用途では、ESRが低いことから、より小さな公称静電容量のものを使うことができる^{[67][68][69][70][71]}。

セラミックコンデンサの特徴と欠点

セラミックコンデンサの特徴と欠点については、コンデンサの種類（英語版）の「種類の比較」の節を参照。

印字による表示

セラミックコンデンサは、ほかの多くの電子部品と同様に、スペースが許せば、メーカー、型式、電気的・熱的特性、製造年月日を示す表示が印字される。理想的には、十分な大きさがあれば、コンデンサには次の事項が表示される。

• メーカー名または商標
• メーカーの型式名
• 定格静電容量
• 定格静電容量の許容差
• 定格電圧と電源の種類（交流または直流）
• 気候カテゴリまたは定格温度
• 製造年と月（または週）
• 安全規格の認証マーク（安全規格品のEMI/RFI抑制用コンデンサの場合）

小さなコンデンサでは、限られたスペースに必要な情報をすべて表示するため、省略表記を使う。最もよく使われる形式は「XYZ J/K/M VOLTS V」であり、XYZは静電容量（XY × 10^Z pFとして計算する）、J、K、Mの文字は許容差（それぞれ±5%、±10%、±20%）、VOLTS Vは使用電圧を表す。

色による表示

現代のコンデンサには、詳細な色による表示（カラーコード（英語版））はない。