
フィルムコンデンサ、プラスチックフィルムコンデンサ、フィルム誘電体コンデンサ、またはポリマーフィルムコンデンサは、一般的にフィルムキャップやパワーフィルムコンデンサとも呼ばれ、絶縁プラスチックフィルムを誘電体として使用し、電極のキャリアとして紙と組み合わせることもある電気コンデンサです。
誘電体フィルムは、所望の絶縁耐力に応じて、特殊なプロセスで極めて薄い厚さに引き伸ばされ、その後電極が設けられます。フィルムコンデンサの電極は、プラスチックフィルムの表面に直接塗布された金属化アルミニウムまたは亜鉛、あるいは別の金属箔である場合があります。これらの導電層のうち2つは円筒状に巻かれ、通常はプリント基板上の実装スペース要件を減らすために平らにされるか、複数の単層を積み重ねてコンデンサ本体を形成します。フィルムコンデンサは、セラミックコンデンサや電解コンデンサとともに、電子機器で使用される最も一般的なコンデンサの種類であり、多くの交流および直流マイクロエレクトロニクスおよび電子回路で使用されています。[ 1 ]
関連する部品タイプとして、電力(フィルム)コンデンサがあります。大型電力フィルムコンデンサに使用される材料と製造技術は、通常のフィルムコンデンサに使用されるものと非常によく似ていますが、電力システムや電気設備で使用される高~超高電力定格のコンデンサは、歴史的な理由から、しばしば別に分類されます。現代の電子機器が、以前は「電力」部品の専有領域であった電力レベルを処理できるようになったため、「電子」電力定格と「電気」電力定格の区別は曖昧になってきています。かつては、これら2つのファミリーの境界は、無効電力約200ボルトアンペアでしたが、現代のパワーエレクトロニクスは、より高い電力レベルを処理できます。
フィルムコンデンサは、金属電極で覆われた2枚のプラスチックフィルムを円筒状に巻き、端子を取り付けて封止したものです。一般的に、フィルムコンデンサは無極性であるため、2つの端子は互換性があります。プラスチックフィルムコンデンサには、電極構成が異なる2種類があります。
最新のフィルムコンデンサの内部構造における重要な利点は、巻線の両端の電極に直接接触できることです。この接触により、電極全体への電流経路が非常に短くなります。この構造は、多数の個々のコンデンサが並列接続されたように動作するため、内部抵抗損失(ESR)と寄生インダクタンス(ESL)が低減されます。フィルムコンデンサ構造の固有の形状により、抵抗損失と寄生インダクタンスが非常に低くなるため、サージ電流が非常に高い用途(スナバ回路)や交流電源用途、あるいは高周波用途に特に適しています。
フィルムコンデンサのもう一つの特徴は、誘電体層に異なるフィルム材料を選択できることで、安定性、広い温度範囲、非常に高い電圧に耐える能力など、望ましい電気特性を実現できます。ポリプロピレンフィルムコンデンサは、共振回路における安定性クラス1の用途において、セラミックコンデンサに匹敵する低電気損失と非常に広い周波数範囲にわたるほぼ線形な特性が特長です。シンプルな高周波フィルタ回路には、ポリエステルコンデンサが低コストで優れた長期安定性を提供し、高価なタンタル電解コンデンサの代替として利用できます。プラスチックフィルムコンデンサのフィルム/箔タイプは、特に高電流サージや非常に高い電流サージに対応できます。
電子機器に使用される小型フィルムコンデンサの典型的な静電容量値は、約100ピコファラッドから始まり、マイクロファラッドまで広がります。
特殊な形状のプラスチックフィルムや紙フィルムは、独自の機械的特性を備えているため、非常に大型のコンデンサに使用することができます。大型フィルムコンデンサは、電力設備や発電所において、非常に高い電力や印加電圧に耐えることができる電力コンデンサとして使用されます。これらのコンデンサの絶縁耐力は、4桁の電圧範囲に達することもあります。
板コンデンサの静電容量( C )の公式は次のとおりです。 (εは誘電率、 Aは電極表面積、dは電極間の距離を表す。)
この式によれば、誘電体が薄いか電極面積が大きいかのどちらかが静電容量値を増加させ、誘電率の高い誘電体材料も同様に静電容量値を増加させる。 [ 3 ]
以下の例は、巻線型金属化プラスチックフィルムコンデンサの典型的な製造工程の流れを示しています。

金属箔を金属化フィルムの代わりに用いた巻線型フィルム/金属箔コンデンサの製造方法は、非常によく似ている。
フィルムコンデンサの従来の巻線構造の代替として、「積層」構成で製造することもできます。このバージョンでは、電極を表す 2 つの金属化フィルムが、直径 1 m を超えるはるかに大きなコアに巻かれます。いわゆる多層コンデンサ (MLP、多層ポリマーコンデンサ) は、この大きな巻線を多数の小さな単一セグメントに切断することによって製造できます。[ 8 ] [ 9 ]切断により、コンデンサの並列側に欠陥が生じますが、製造プロセス中に後で焼損 (自己修復) されます。汎用用途向けの低コストの金属化プラスチックフィルムコンデンサは、この方法で製造されます。[ 10 ]この技術は、表面実装デバイス(SMD) パッケージ部品用のコンデンサ「ダイス」の製造にも使用されます。


金属化フィルムコンデンサは、フィルム/箔構成では得られない「自己修復」特性を備えています。[ 11 ]十分な電圧が印加されると、絶縁破壊点の誘電体プラスチック材料と絶縁破壊点周辺の金属化電極の両方が非常に薄い(約0.02~0.05μm )ため、金属化電極間の点欠陥短絡はアーク温度が高くなり蒸発します。短絡の原因となる点欠陥は焼却され、結果として生じる蒸気圧によってアークも吹き飛ばされます。このプロセスは10μs未満で完了し、多くの場合、影響を受けたコンデンサの有効な動作を中断することなく完了します。[ 12 ]
この自己修復特性により、欠陥に対する追加の保護なしに単層金属膜巻線を使用することが可能となり、それによって所定の性能仕様を達成するために必要な物理的スペースを削減できます。言い換えれば、コンデンサのいわゆる「体積効率」が向上します。
金属化フィルムの自己修復能力は、金属化フィルムコンデンサの製造工程において複数回利用されます。通常、金属化フィルムを所望の幅にスリットした後、巻線前に適切な電圧を印加することで、発生した欠陥を焼き切る(修復する)ことができます。同様の方法は、接点表面の金属化(「スクープ処理」)後にも用いられ、二次金属化工程によって生じたコンデンサの欠陥を除去します。
自己修復アークによって生じた金属化層の「ピンホール」は、コンデンサの静電容量をわずかに減少させます。しかし、この減少の大きさは非常に小さく、数千個の欠陥が焼却されたとしても、通常はコンデンサの全静電容量の1%よりもはるかに小さいです。[ 13 ]
スナバコンデンサなど、安定性と長寿命に関する非常に高い基準が求められる大型フィルムコンデンサの場合、特殊な故障分離パターンで金属配線を行うことができます。右側の図には、このような「T」字型に形成された金属配線が示されています。これらの「T」字型パターンはそれぞれ、導電性金属配線の断面積を意図的に狭めています。これらの制限は微細なヒューズのように機能し、電極間に点欠陥短絡が発生した場合、短絡による大電流は故障周辺のヒューズのみを焼き切ります。したがって、影響を受けた部分は制御された方法で切断および隔離され、大きな短絡アークの周囲で爆発が発生することはありません。そのため、影響を受ける領域は限定され、故障は穏やかに制御され、コンデンサの内部損傷が大幅に軽減され、コンデンサはわずかな静電容量の低下だけで使用を続けることができます。[ 14 ]
電力配電機器の現場設置では、コンデンサバンクの耐故障性を向上させるために、複数のコンデンサを並列に接続し、それぞれを内部または外部のヒューズで保護することがよくあります。個々のコンデンサで内部短絡が発生した場合、発生した故障電流(隣接するコンデンサからの容量放電によって増加)によってヒューズが溶断し、故障したコンデンサが残りの機器から切り離されます。この技術は、前述の「Tメタライゼーション」技術に類似していますが、より大きな物理的スケールで動作します。このより大きなスケールでは、個々のコンデンサの故障にもかかわらずサービスの継続性を確保するために、コンデンサバンクのより複雑な直列および並列構成も使用されます。[ 15 ]

異なるフィルム材料の定格電圧は、フィルムの厚さ、材料の品質(物理的欠陥や化学的不純物の有無)、周囲温度、動作周波数、および絶縁破壊電圧に対する安全マージン(絶縁耐力)などの要因に依存します。しかし、第一近似として、フィルムコンデンサの定格電圧は主にプラスチックフィルムの厚さに依存します。たとえば、ポリエステルフィルムコンデンサの最小フィルム厚(約0.7μm )では、定格電圧400VDCのコンデンサを製造することが可能です 。より高い電圧が必要な場合は、通常、より厚いプラスチックフィルムが使用されます。しかし、誘電体フィルムの絶縁破壊電圧は通常非線形です。厚さが約5ミル(約127μm)を超えると、絶縁破壊電圧はフィルム厚の平方根にほぼ比例して増加します。一方、静電容量はフィルム厚の増加に伴って直線的に減少します。入手可能性、保管、および既存の加工能力の観点から、既存のフィルム材料を使用しながら、より高い絶縁破壊電圧を達成することが望ましいです。これは、絶縁層の片面を部分的に金属化することで、コンデンサの内部直列接続を形成することによって実現できる。この直列接続技術を用いることで、コンデンサの全耐圧を任意の係数で増加させることができるが、同時に全静電容量も同じ係数で減少する。
片面部分金属化フィルムを使用することで絶縁破壊電圧を向上させることができ、両面金属化フィルムを使用することでコンデンサの絶縁破壊電圧を向上させることができる。両面金属化フィルムは、部分金属化によって内部直列接続コンデンサと組み合わせることもできる。これらの複数の技術を用いた設計は、特にポリプロピレンフィルムを用いた高信頼性用途に用いられる。
フィルムコンデンサの重要な特性の一つは、高ピーク電圧または高ピーク電流のサージパルスに耐える能力です。この能力は、フィルムコンデンサのすべての内部接続が、規定された最高温度までのピーク電流負荷に耐えられるかどうかに依存します。電極との接触層(スクープ)は、ピーク電流容量を制限する要因となる可能性があります。
電極層は互いにわずかにずらして巻かれており、巻線の両端面において「スクーページ」と呼ばれる面接触方式を用いて電極の端部同士を接触させることができる。この内部接続は最終的に電極端部の複数の点状接点によって行われ、多数の個々のコンデンサがすべて並列に接続されたものとしてモデル化できる。多数の個々の抵抗損失(ESR)とインダクタンス損失( ESL )が並列に接続されることで、これらの望ましくない寄生損失の総量が最小限に抑えられる。
しかし、コンデンサ全体の内部抵抗にとって重要なこれらの微細な接触点にピーク電流が流れると、オーム接触抵抗による発熱が発生します。電流が過剰になると、「ホットスポット」が発生し、接触部分が焼損する可能性があります。
電流容量の2つ目の制限は、電極自体のオーム抵抗によって引き起こされます。層の厚さが0.02~0.05μmの金属化フィルムコンデンサ[2]の場合、 電流容量はこれらの薄い層によって制限されます。

フィルムコンデンサのサージ電流定格は、さまざまな内部構成によって向上させることができます。電極を製造する最も安価な方法は金属化であるため、電極の形状を最適化することは、内部抵抗を最小限に抑え、電流容量を増やす方法の1つです。電極の接触面側の金属化層をわずかに厚くすると、金属化層の残りの部分全体で自己修復特性を失うことなく、全体の接触抵抗が低下し、サージ電流処理能力が向上します。[ 16 ]
フィルムコンデンサのサージ電流定格を向上させるもう一つの手法は、両面金属化です。これにより、ピーク電流定格を2倍にすることができます。この設計では、実質的に2つのインダクタが並列に接続されているため、コンデンサの自己インダクタンスが半分になり、より高速なパルスが妨げられずに通過できるようになります(いわゆる「dV/dt」定格が高くなります)。
両面金属化フィルムは、フィルムの両面に同じ電圧電位を持つ電極を備えているため、静電界がなく、コンデンサの総容量には寄与しません。そのため、このフィルムはより安価な別の材料で作ることができます。例えば、ポリエステルフィルムキャリア上に両面金属化を施したポリプロピレンフィルムコンデンサは、ポリエステル箔が薄いため体積効率が向上し、コンデンサが安価になるだけでなく小型化も実現します。両面金属化フィルムを備えたフィルムコンデンサは、実質的に電極が厚くなり、サージ電流に対する耐性が向上しますが、フィルム/箔コンデンサとは異なり、自己修復特性も維持されます。
電子機器に使用されるフィルムコンデンサは、アキシャル型、ラジアル型、SMD型といった一般的な業界標準のパッケージで提供されます。従来型のアキシャル型パッケージは現在ではあまり使用されていませんが、ポイントツーポイント配線や一部の従来型スルーホールプリント基板では依然として使用されています。最も一般的な形状はラジアル型(シングルエンド)で、コンデンサ本体の片側に両方の端子があります。自動挿入を 容易にするため、ラジアル型プラスチックフィルムコンデンサは、2.5 mmピッチから始まり2.5 mm刻みで増加する標準化された間隔で端子間隔が設けられています。ラジアル型コンデンサは、プラスチックケースに封入されているか、エポキシ樹脂に浸漬してコンデンサ本体を環境の影響から保護しています。リフローはんだ付け の過渡的な熱はプラスチックフィルム材料に大きなストレスを与えますが、このような温度に耐えられるフィルムコンデンサは、表面実装デバイス(SMD)パッケージで提供されています。

プラスチックフィルムが導入される前は、ワックスを含浸させた紙の帯を金属の帯で挟み、それを円筒状に丸めた紙コンデンサが一般的に使用されていました。その製造は1876年に始まり[ 17 ]、20世紀初頭から電気通信(電話)のデカップリングコンデンサとして使用されていました。
第二次世界大戦中に有機化学者によってプラスチック材料が開発されたことにより、コンデンサ業界は紙をより薄いポリマーフィルムに置き換え始めました。フィルムコンデンサの非常に初期の開発の1つは、1944年の英国特許587,953に記載されています。プラスチックフィルムコンデンサへのプラスチックの導入は、おおよそ次の歴史的な順序でした。 1949年にポリスチレン(PS)、 1951年にポリエチレンテレフタレート(PET/「ポリエステル」)と酢酸セルロース(CA)、 1953年にポリカーボネート(PC/Lexan) 、1954年にポリテトラフルオロエチレン(PTFE/テフロン)、1954年にポリパリレン、 1954年にポリプロピレン(PP)、1958年にポリエチレン(PE)、 1967年にポリフェニレンスルフィド(PPS)。[ 18 ] 1960年代半ばまでに、主にヨーロッパと米国の多くのメーカーからさまざまなプラスチックフィルムコンデンサが提供されていました。 WIMA、Roederstein、Siemens、Philipsなどのドイツのメーカーは、家電製品が牽引する世界市場において、トレンドセッターでありリーダーであった。[ 19 ]
コンデンサ製造におけるプラスチックフィルムの大きな利点の1つは、紙コンデンサに使用される紙シートに比べて欠陥が著しく少ないことです。これにより、プラスチックフィルムコンデンサは1層のプラスチックフィルムだけで製造できますが、紙コンデンサでは2層の紙が必要です。プラスチックフィルムコンデンサは、同等の紙コンデンサと同じ静電容量値と絶縁耐力を持ちながら、物理的なサイズが大幅に小さく(体積効率が優れている)、優れた性能を発揮しました。当時新しかったプラスチック材料は、紙と比較してさらに多くの利点を示しました。プラスチックは紙よりも吸湿性がはるかに低いため、不完全なシールによる悪影響を軽減できます。さらに、ほとんどのプラスチックは長期間にわたって化学変化を受けにくく、電気的特性の長期安定性を確保できます。1980年頃から、ほとんどの低電力DC電子機器用途において、紙コンデンサおよびメタライズドペーパーコンデンサ(MPコンデンサ)はPETフィルムコンデンサにほぼ完全に置き換えられました。現在、紙はRFI抑制コンデンサやモーター駆動コンデンサ、あるいは高電力用途向けの大型AC/DCコンデンサにおいてポリプロピレンフィルムと混合誘電体としてのみ使用されています。
初期の特殊なプラスチックフィルムコンデンサには、MKUコンデンサとも呼ばれる酢酸セルロースフィルムコンデンサがありました。極性絶縁誘電体である酢酸セルロースは、約3μmの塗膜厚まで金属化コンデンサ用に製造できる合成樹脂 でした。まず紙キャリアに酢酸セルロースの液層を塗布し、ワックスで覆い、乾燥させてから金属化しました。コンデンサ本体を巻く際に、金属化されたフィルムから紙を取り除きました。残った薄い酢酸セルロース層の絶縁破壊電圧は63Vで 、多くの汎用用途に十分でした。誘電体の厚さが非常に薄いため、当時の他のフィルムコンデンサと比較して、これらのコンデンサの全体的な寸法が小さくなりました。MKUフィルムコンデンサは、現在ではMKUタイプのニッチ市場であった小型サイズのポリエステルフィルムコンデンサが製造できるようになったため、製造されなくなりました。[ 20 ]
フィルムコンデンサは、技術開発当初から大幅に小型化されてきた。例えば、より薄いプラスチックフィルムの開発により、金属化ポリエステルフィルムコンデンサの寸法は約3~4分の1に縮小された。
フィルムコンデンサの最も重要な利点は、長期間にわたる電気的値の安定性、信頼性、そして同じ用途の他のタイプのコンデンサよりも低コストであることです。特に、電気システムにおいて高電流パルス負荷や高交流負荷が発生する用途向けには、数キロボルトの絶縁耐圧を持つ高耐久性フィルムコンデンサ(ここでは「パワーコンデンサ」と呼ぶ)が用意されています。
しかし、フィルムコンデンサの製造は、材料サプライチェーンに大きく依存している。世界中でフィルムコンデンサに使用されるプラスチックフィルム材料は、それぞれわずか2、3社の大手サプライヤーによって生産されている。その理由は、フィルムコンデンサの市場需要量が、一般的な化学メーカーの生産量に比べて非常に少ないためである。このため、コンデンサメーカーは、原材料供給元として比較的少数の化学メーカーに大きく依存することになる。例えば、2000年にバイエル社は、採算が取れないほどの販売量のため、ポリカーボネートフィルムの生産を中止した。ポリカーボネートフィルムコンデンサのメーカーのほとんどは、製品を別のタイプのコンデンサに迅速に切り替えざるを得ず、新しい設計には多くの高額な試験承認が必要となった。
2012年現在、コンデンサ業界でコンデンサ用フィルムとして広く使用されているプラスチック材料は、PET、PEN、PP、PPS、PTFEの5種類のみです。その他のプラスチック材料は、製造中止になったか、より優れた材料に置き換えられたため、もはや一般的に使用されていません。長年製造されてきたポリスチレン(PS)およびポリカーボネート(PC)フィルムコンデンサでさえ、前述のフィルムタイプにほぼ置き換えられていますが、少なくとも1つのPCコンデンサメーカーは、原料のポリカーボネートから独自のフィルムを製造する能力を保持しています。[ 21 ]あまり一般的ではないプラスチックフィルムは、古い設計でまだ見られ、一部のサプライヤーからまだ入手できるため、ここで簡単に説明します。
フィルムコンデンサは、シンプルな始まりから、非常に幅広く高度に専門化されたさまざまなタイプへと発展しました。20世紀末までに、ほとんどのフィルムコンデンサの大量生産は極東に移りました。ヨーロッパと米国では、電力および交流用途向けに高度に専門化されたフィルムコンデンサを生産している大企業がまだ少数存在します。[ 22 ]
以下の表は、フィルムコンデンサに最も一般的に使用される誘電体ポリマーを示しています。
また、異なるフィルム材料を混合することで、特定の特性を持つコンデンサを製造することも可能である。
最もよく使われるフィルム材料はポリプロピレンで、市場シェアは50%、次いでポリエステルが40%です。残りの10%は、ポリフェニレンスルフィドや紙などの他の誘電体材料で、それぞれ約3%です。[ 23 ] [ 24 ]
誘電体材料が入手できなくなったため、ポリカーボネートフィルムコンデンサはもはや製造されていません。[ 25 ]
フィルムコンデンサの電気的特性、温度特性、周波数特性は、コンデンサの誘電体を構成する材料の種類によって大きく左右されます。以下の表は、現在使用されている主要なプラスチックフィルム材料の最も重要な特性を示しています。混合フィルム材料の特性はここでは記載していません。
この表の数値は、産業用電子機器用途向けフィルムコンデンサのさまざまなメーカーが公開した仕様から抽出したものです。 [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
損失係数の値の範囲は広く、各メーカーのデータシートに記載されている標準値と最大値の両方が含まれています。電力コンデンサや大型交流コンデンサの標準電気値は、この表には含まれていません。

ポリプロピレンフィルムコンデンサは、熱可塑性で非極性の有機部分結晶性ポリマー材料であるポリプロピレン(PP)(商品名:Treofan)を誘電体として使用しています。ポリプロピレンフィルムコンデンサは、ポリオレフィンファミリーに属します。金属化巻線型、積層型、フィルム/箔型など、様々なタイプが製造されています。ポリプロピレンフィルムは、工業用コンデンサや電力用コンデンサで最も広く使用されている誘電体フィルムです。ポリプロピレンフィルムはポリエステルフィルムよりも吸湿性が低いため、コーティングやパッケージングを施していない「裸」設計にも適しています。ただし、最高使用温度が105 ℃であるため、PPフィルムをSMDパッケージで使用することは困難です。
ポリプロピレンフィルムコンデンサの電気的特性は、温度および周波数依存性が非常に小さい。ポリプロピレンフィルムコンデンサは、使用温度範囲において±2.5%の線形負温度係数 を示す。そのため、ポリプロピレンフィルムコンデンサは、クラス1周波数決定回路、フィルタ、発振回路、オーディオ回路、タイマーなどの用途に適している。また、高精度フィルタにおける誘導コイルの補償や、高周波用途にも有用である。
PPフィルムコンデンサのフィルム/箔タイプの用途クラス認定に加え、IEC/EN 60384-13規格では3つの「安定性クラス」が規定されています。これらの安定性クラスは、温度係数の許容範囲と、規定された試験後の静電容量の許容変化量を定めています。安定性クラスは、異なる温度係数グレード(α)に分類され、それぞれに許容範囲と、機械的試験、環境(湿度)試験、および寿命試験後の静電容量の許容変化量の推奨値が定められています。
この表は、50 pF未満の静電容量値には適用されません。
さらに、PPフィルムコンデンサは誘電吸収率が最も低いため、 VCOタイミングコンデンサ、サンプル&ホールド回路、オーディオ回路などの用途に適しています。これらの高精度用途向けに、非常に狭い容量許容差で提供されています。
PPフィルムコンデンサの誘電正接は、他のフィルムコンデンサよりも小さい。広い温度範囲および周波数範囲において、非常に高い周波数でも誘電正接が低く安定しており、650 V/μmという高い絶縁耐力を持つため、PPフィルムコンデンサは、メタライズドタイプとフィルム/箔タイプの両方で、CRTスキャン偏向回路などのパルス用途用コンデンサ、いわゆる「スナバ」コンデンサ、またはIGBT用途に使用できる。さらに、ポリプロピレンフィルムコンデンサは、モータ駆動コンデンサや力率改善(PFC)コンデンサなど、交流電源用途にも使用されている。
ポリプロピレンフィルムコンデンサは、電源主電源への直接接続を含め、 EMI抑制用途に広く使用されています。後者の用途では、安全性と不燃性に関する特別な試験および認証要件を満たす必要があります。
一般的に、電力用コンデンサ(製造されるコンデンサの中で最大サイズのもの)は、誘電体としてポリプロピレンフィルムを使用しています。PPフィルムコンデンサは、誘導加熱などの高周波・高出力用途、パルス電力放電用途、および配電用交流コンデンサとして使用されます。これらのコンデンサの交流電圧定格は最大400kVに達します 。
誘電率が2.2と比較的低いことは若干の欠点であり、PPフィルムコンデンサは他のフィルムコンデンサに比べて物理的にやや大きくなる傾向がある。
コンデンサグレードのフィルムは、 厚さ最大20μm、ロール幅最大140mmで製造されます 。ロールは、コンデンサの仕様に応じて、2本ずつ丁寧に真空パックされます。
ポリエステルフィルムコンデンサは、ポリエステルファミリーの熱可塑性極性ポリマー材料であるポリエチレンテレフタレート(PET)(商品名:HostaphanまたはMylar)を誘電体として使用したフィルムコンデンサです。これらは、金属化された巻線型と積層型、およびフィルム/箔型の両方で製造されています。ポリエステルフィルムは吸湿性が非常に低いため、追加のコーティングを必要としない「裸」設計に適しています。これらは、比較的小さな寸法で比較的高い静電容量値を持つ、現代の電子機器で大量生産される低コストのコンデンサです。PETコンデンサは主に、DCアプリケーション用の汎用コンデンサ、または動作温度が125 ℃までの準臨界回路に使用されます。125℃の最高温度定格により、PETフィルムを使用してSMDフィルムコンデンサを製造すること もできます。 [ 33 ]ポリエステルの低コストと比較的コンパクトな寸法が、現代の設計でPETフィルムコンデンサが広く使用されている主な理由です。
PETフィルムコンデンサの小型化は、3.3という高い比誘電率と比較的高い絶縁耐力によるもので、体積効率も比較的高くなっています。しかし、この小型化という利点にはいくつかの欠点があります。ポリエステルフィルムコンデンサの静電容量の温度依存性は、他のフィルムコンデンサと比較して、全温度範囲で±5%と比較的高い値を示します。また、ポリエステルフィルムコンデンサの静電容量の周波数依存性は、他のフィルムコンデンサと比較して、上限 100Hzから100kHzの範囲で-3%となっています。さらに、ポリエステルフィルムコンデンサは、他のフィルムコンデンサと比較して、損失係数の温度および周波数依存性も高くなっています。
ポリエステルフィルムコンデンサは、主に汎用用途や、動作温度が125 ℃までの準重要回路に使用されます。
ポリエチレンナフタレートフィルムコンデンサは、熱可塑性二軸ポリマー材料であるポリエチレンナフタレート(PEN)(商品名:Kaladex、Teonex)を誘電体として用いたフィルムコンデンサです。これらはメタライズドタイプのみが製造されています。PENはPETと同様にポリエステル系に属しますが、高温での安定性に優れています。そのため、PENフィルムコンデンサは高温用途やSMDパッケージングに適しています。
PENフィルムコンデンサの静電容量と誘電正接の温度および周波数依存性は、PETフィルムコンデンサと同様です。PENポリマーは比誘電率が小さく、絶縁耐力も低いため、同じ静電容量と定格電圧値の場合、PENフィルムコンデンサは物理的に大きくなります。しかしながら、コンデンサの動作中の周囲温度が常に125 ℃を超える場合は、PETよりもPENフィルムコンデンサの方が好まれます。特殊なPEN「高電圧」(HV)誘電体は、高電圧および高温(175℃ )での寿命試験において優れた電気特性を発揮します。PENコンデンサは、温度依存性が問題とならない電子回路において、主に重要度の低いフィルタリング、カップリング、デカップリングに使用されます。
ポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサは、熱可塑性有機部分結晶性ポリマー材料であるポリ(p-フェニレンスルフィド)(PPS、商品名:トレリナ)を誘電体とするフィルムコンデンサです。これらはメタライズドタイプのみが製造されています。
PPSフィルムコンデンサの静電容量の温度依存性は、全温度範囲において他のフィルムコンデンサと比較して非常に小さい(± 1.5%)。また、 100Hz~100kHzの周波数範囲におけるPPSフィルムコンデンサの静電容量の 周波数依存性も、他のフィルムコンデンサと比較して非常に小さい±0.5%である。PPSフィルムコンデンサの誘電正接は非常に小さく、広い範囲における誘電正接の温度および周波数依存性は非常に安定している。誘電正接が大きくなるのは、100℃を超える温度の場合のみである。誘電吸収性能は、PTFEおよびPS誘電体コンデンサに次ぐ優れた性能を示す。
ポリフェニレンスルフィド(PPS)フィルムコンデンサは、周波数決定回路や高温用途に最適です。優れた電気特性を持つため、PPSフィルムコンデンサは、2000年以降生産がほぼ中止されたポリカーボネートフィルムコンデンサの理想的な代替品となります。
PPSフィルムコンデンサは、優れた電気特性に加えて、フィルムの品質を損なうことなく270℃までの温度に耐えることができるため、表面実装デバイス(SMD)に適しており、 RoHS指令2002/95/EC で義務付けられている鉛フリーはんだ付けのためのリフローはんだ付け温度の上昇にも耐えることができます。
PPSフィルムコンデンサのコストは、PPフィルムコンデンサに比べて通常高くなります。[ 34 ]
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムコンデンサは、疎水性の固体フッ素系合成フッ素ポリマーであるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を誘電体として製造されます。これらは金属化タイプとフィルム/箔タイプの両方で製造されますが、フィルムへの密着性が低いため、金属化は困難です。PTFEは、デュポン社の商標であるテフロンとしてよく知られています。
ポリテトラフルオロエチレンフィルムコンデンサは、200 °C まで 、さらに 電圧ディレーティングをすれば 260 °C まで非常に高い耐熱性を備えています。損失係数 2 × 10 −4 は非常に小さいです。全温度範囲での静電容量の変化は +1% ~ -3% で、ポリプロピレンフィルムコンデンサよりもわずかに高くなっています。しかし、PTFE フィルムの最小フィルム厚は 5.5 μm [ 35 ]で、ポリプロピレンフィルムの厚さの約 2 倍であるため、PTFE フィルムコンデンサは PP フィルムコンデンサよりも物理的にかさばります。また、表面のフィルム厚は一定ではないため、テフロンフィルムの製造は困難であると付け加えられています。 [ 36 ] [ 37 ]そのため、PTFE フィルムコンデンサの製造業者の数は限られています。
PTFEフィルムコンデンサは、定格電圧100V ~630V DCで入手可能です 。軍事機器、航空宇宙、地質調査プローブ、バーンイン回路、高品質オーディオ回路で使用されています。PTFEフィルムコンデンサの主な製造元は米国にあります。[ 35 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
ポリスチレンフィルムコンデンサは、「スタイロフレックスコンデンサ」とも呼ばれ、長年にわたり、高い静電容量安定性、低い損失係数、低い漏れ電流が求められる汎用用途向けの安価なフィルムコンデンサとして広く知られていました。しかし、フィルムの厚さを10μmより薄くすることができず 、最高使用温度が85 ℃までしか達しなかったため、2012年以降、PSフィルムコンデンサはポリエステルフィルムコンデンサにほぼ置き換えられました。ただし、一部のメーカーは、倉庫に大量のポリスチレンフィルムを在庫しているため、生産プログラムでPSフィルムコンデンサを提供している場合があります。ポリスチレンコンデンサには重要な利点があります。温度係数がほぼゼロであるため、温度によるドリフトを避ける必要がある同調回路で役立ちます。
ポリカーボネートフィルムコンデンサは、炭酸と二価アルコールの重合エステルであるポリカーボネート(PC)を誘電体とするフィルムコンデンサであり、マクロフォールという商標名で販売されることもある。巻線型メタライズドタイプとフィルム/箔型の両方が製造されている。
これらのコンデンサは損失係数が低く、 全温度範囲で約±80 ppmという比較的温度に依存しない電気特性を持つため、厳しい環境条件のアプリケーションにおけるタイミング回路、高精度アナログ回路、信号フィルタなど、低損失で温度安定性が求められるアプリケーションに多く使用されていました。PCフィルムコンデンサは1950年代半ばから製造されていましたが、コンデンサ用ポリカーボネートフィルムの主要サプライヤーが2000年をもってフィルム状でのこのポリマーの生産を中止しました。その結果、世界中のポリカーボネートフィルムコンデンサメーカーのほとんどがPCフィルムコンデンサの生産を中止し、代わりにポリプロピレンフィルムコンデンサに切り替えざるを得ませんでした。[ 43 ]
歴史的に見ると、最初の「フィルム」型コンデンサは、フィルムと箔を組み合わせた紙コンデンサでした。これらはかなりかさばり、信頼性もそれほど高くありませんでした。2012年現在、紙は、EMI抑制用の自己修復特性を持つMPコンデンサに、金属化紙の形で使用されています。また、紙は、金属化層電極の絶縁性機械的キャリアとしても使用され、ポリプロピレン誘電体と組み合わせて、主に高電流交流および高電圧直流用途向けの電力コンデンサに用いられています。
電極の支持体として紙を用いると、コストが低く、金属配線がポリマーフィルムよりも紙にやや密着するという利点があります。しかし、コンデンサの誘電体として紙だけでは、現代の用途で求められる品質要件を満たすには不十分です。紙とポリプロピレンフィルム誘電体を組み合わせることで、コスト効率よく品質と性能を向上させることができます。紙への金属配線の密着性の向上は、特に高電流パルス負荷時に有利であり、ポリプロピレンフィルム誘電体は耐電圧を高めます。
しかし、金属化された紙の表面の粗さにより、誘電体と金属化層の間に多くの小さな気泡が発生し、コンデンサの絶縁破壊電圧が低下する可能性があります。このため、電極のキャリアとして紙を使用する大型フィルムコンデンサや電力コンデンサでは、絶縁油やガスが充填され、気泡が除去されて絶縁破壊電圧が高くなる傾向があります。[ 44 ]
しかし、ほぼすべての主要メーカーが独自の混合フィルム材料を使用したフィルムコンデンサを提供しているため、混合フィルムコンデンサの具体的な特性について普遍的かつ一般的な概要を示すことは困難である。
フィルムコンデンサの誘電体としては、上記以外のプラスチック材料も使用できる。[ 45 ]ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA、ナイロンまたはパーロンとしてよく知られている)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、シロキサン、ポリスルホン(PEx)、芳香族ポリエステル(FPE)などの熱可塑性ポリマーは、コンデンサの誘電体フィルムとして使用できる材料として技術文献に記載されている。コンデンサ用の新しいフィルム材料を検討する主な理由は、一般的に使用されている材料の誘電率が比較的低いことである。誘電率が高くなれば、フィルムコンデンサをさらに小型化でき、より小型の携帯電子機器の市場で有利になる。
1984年、真空蒸着電子ビーム架橋アクリレート材料を誘電体としてフィルムコンデンサに使用する新しいフィルムコンデンサ技術が特許として発表された。[ 46 ] [ 47 ]しかし、2012年現在、特定のアクリレートSMDフィルムコンデンサをX7R MLCCの代替品として販売しているメーカーは1社のみである。[ 48 ]
ポリイミド(PI)は、イミドモノマーの熱可塑性ポリマーであり、ポリイミドコンデンサ、PIコンデンサ、またはカプトンコンデンサと呼ばれるフィルムコンデンサに提案されています。[ 45 ] [ 49 ]カプトンは、デュポン社のポリイミドの商標です。この材料は、400 ℃までの高温耐性があるため注目されています。しかし、2012年現在、特定のPIコンデンサシリーズのフィルムコンデンサは発表されていません。「dhgate」で発表されたフィルムコンデンサ、Kapton CapacitorCL11は、「タイプ:ポリプロピレンフィルムコンデンサ」です。[ 50 ]中国のコンデンサメーカーであるYECでは、もう1つの非常に奇妙なカプトンコンデンサが見つかります。ここで発表された「カプトンコンデンサ」は、実際にはスーパーキャパシタであり、まったく異なる技術です。[ 51 ]おそらく、これらのスーパーキャパシタのカプトンフィルムは、この二重層コンデンサの電極間のセパレータとして使用されています。カプトンフィルムは、コンデンサパッケージの外側絶縁材として接着フィルムとしてよく利用される。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は18~20という非常に高い誘電率を持ち、小さな空間に大量のエネルギーを蓄えることができます(体積効率)。しかし、キュリー温度がわずか60℃であるため、その用途が制限されます。PVDFを用いたフィルムコンデンサは、携帯型除細動器 という非常に特殊な用途向けに説明されています。[ 52 ] [ 53 ]
2012年現在、PA、PVDF、シロキサン、PEx、FPEなど、上記で挙げたその他の材料については、これらのプラスチックフィルムを使用した特定のシリーズのフィルムコンデンサが商業的に生産されているという情報は知られていない。
すべての電気、電子部品および関連技術の標準化は、非営利の非政府国際標準化機関である国際電気標準会議(IEC)[ 54 ]によって定められた規則に従います。[ 55 ] [ 56 ] IEC規格は、欧州規格ENと調和しています。
電子機器用コンデンサの特性の定義および試験方法の手順は、一般仕様書に規定されている。
電子機器に使用されるフィルムコンデンサが標準品として承認されるために満たすべき試験および要件は、以下のセクション仕様書に規定されている。
電力コンデンサの標準化は、地方規制当局が定める人員および機器の安全に関する規則に重点を置いています。電力コンデンサの安全な使用を保証するための概念と定義は、以下の規格に記載されています。
上記の文章は、関連するIEC規格から直接抜粋したものであり、直流(DC)には「dc」、交流(AC)には「ac」という略語が使用されています。
フィルムコンデンサの開発初期段階において、一部の大手メーカーは様々なフィルム材料の名称を標準化しようと試みた。その結果、かつてドイツ規格(DIN 41 379)が制定されたが、現在は廃止されている。この規格では、各材料および構成タイプごとに略称が規定されていた。多くのメーカーは、現在も事実上の標準略称としてこれらの略称を使用している。
しかし、フィルムコンデンサを含む受動部品業界におけるマスマーケット事業の移転に伴い、極東の多くの新規メーカーは、従来確立されていた略語とは異なる独自の略語を使用している。
Wima、Vishay、TDK Epcosの各メーカーは、フィルムコンデンサの電気的特性を一般的な技術情報シートに記載しています。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

コンデンサの電気的特性は、国際規格IEC/EN 60384-1によって統一されています。この規格では、コンデンサの電気的特性は、フィルムコンデンサのすべてのオーム損失、容量性および誘導性パラメータをモデル化した電気部品を用いた理想化された直列等価回路によって記述されます。
2つのリアクタンス抵抗は、角周波数「ω」と以下の関係にある。
定格静電容量とは、コンデンサが設計された際の静電容量値です。フィルムコンデンサの実際の静電容量は、測定周波数と周囲温度によって変化します。フィルムコンデンサの標準的な測定条件は、測定周波数1kHz 、温度20 ℃です。定格値からの許容される静電容量の偏差率を静電容量許容差といいます。コンデンサの実際の静電容量値は許容範囲内である必要があり、そうでなければ仕様外となります。
フィルムコンデンサは、さまざまな許容誤差シリーズで提供されており、その値はIEC/EN 60063で規定されているEシリーズ規格で定められています。狭いスペースでの簡略表示のために、各許容誤差には文字コードがIEC/EN 60062で規定されています。
必要な静電容量許容誤差は、用途によって異なります。高精度発振器やタイマーなどの高品質回路には、E24~E96の狭い許容誤差が使用されます。一方、重要度の低いフィルタリング回路やカップリング回路などの一般的な用途には、E12またはE6の許容誤差シリーズで十分です。
異なるフィルム材料は、温度および周波数に依存した特性の違いを示します。以下のグラフは、異なるフィルム材料における静電容量の典型的な温度および周波数依存性を示しています。


定格直流電圧 V Rは、カテゴリ温度と定格温度の間の任意の温度でコンデンサに連続的に印加できる最大直流電圧、またはパルス電圧のピーク値、または印加直流電圧と重畳交流電圧のピーク値の合計です。[ 58 ]
フィルムコンデンサの耐圧は、温度の上昇とともに低下します。フィルムコンデンサを定格上限温度とカテゴリ上限温度の間の温度で使用する場合、許容されるカテゴリ電圧は温度ディレーティングされたVCのみです。ディレーティング係数は、直流電圧と交流電圧の両方に適用されます。メーカーによっては、右図に示す一般的な曲線とはかなり異なるディレーティング曲線を採用している場合があります。
重畳交流電圧の許容ピーク値(定格リップル電圧と呼ばれる)は周波数に依存します。適用規格では、誘電体膜の種類に関係なく、以下の条件を規定しています。[ 59 ]

フィルムコンデンサは無極性であり、交流電圧の取り扱いに適しています。定格交流電圧は実効値で規定されているため、公称交流電圧は定格直流電圧よりも小さくなければなりません。直流電圧とそれに対応する公称交流電圧の代表値を以下の表に示します。
交流電圧は交流電流(直流バイアスを印加すると「リップル電流」とも呼ばれる)を発生させ、コンデンサの周期的な充電と放電により誘電体中の電気双極子が振動します。これにより誘電損失が発生し、これがフィルムコンデンサのESRの主成分となり、交流電流から熱が発生します。コンデンサに連続的に印加できる(定格温度まで)特定の周波数における最大実効交流電圧は、定格交流電圧 U R ACと定義されます。定格交流電圧は通常、地域の主電源周波数(50 Hz または 60 Hz)で規定されます 。
定格交流電圧は一般的に、内部温度上昇が8~10Kとなるように計算され、 フィルムコンデンサの許容限界値となる。これらの損失は周波数の上昇とともに増加するため、メーカーは高周波数における最大許容交流電圧のディレーティング曲線を規定している。
フィルムタイプを含む、低周波 (50 または 60 Hz) の主電源電圧で連続動作するように設計されたコンデンサは、通常、干渉抑制のために線と中性線間または線と接地間に配置され、標準の安全定格を満たす必要があります。たとえば、X2 は 200〜240 VAC で線と中性線間で動作するように設計されており、Y2 は線と接地間で動作します。これらのタイプは信頼性を考慮して設計されており、故障の場合には安全に故障します (短絡ではなく開放)。[ 60 ]この用途における非壊滅的な故障モードはコロナ効果によるものです。巻線要素内に閉じ込められた空気がイオン化され、結果として導電性が高くなり、フィルムの金属化表面で部分放電が発生し、金属化が局所的に蒸発します。これは繰り返し発生し、1~2 年で静電容量が大幅に低下 (C 減衰) する可能性があります。国際規格IEC60384-14では、1,000試験時間(41日間の常時接続)あたり10%のC減衰を制限としています。[ 61 ]一部のコンデンサは、この影響を最小限に抑えるように設計されています。サイズとコストが増加するという代償を伴うものの、1つの方法は、200~240VACで動作するコンデンサを 、それぞれがイオン化を引き起こすのに不十分な100~120VACの電圧を持つ2つの部品を直列に接続して内部構成することです 。メーカーはまた、例えば密閉された空気を最小限に抑えるなど、直列接続されたセクションなしでコロナ効果を回避することを目的とした、より安価で小型の構造を採用しています。[ 61 ]
金属化フィルムコンデンサの場合、電極間の接触と電極自体の電流容量が限られているため、最大パルス電圧は制限されます。定格パルス電圧Vpは、定格温度および所定の周波数でコンデンサに連続的に印加できるパルス電圧のピーク値です。パルス電圧容量は、パルス電圧立ち上がり時間dV/dT(V/μs)で表され、最大パルス電流容量も意味します。パルス立ち上がり時間の値は定格電圧を基準としています。動作電圧が低い場合、許容パルス立ち上がり時間は短くなる可能性があります。フィルムコンデンサの許容パルス負荷容量は、一般的に、内部温度上昇が8~10K程度であれば 許容範囲となるように計算されます。
フィルムコンデンサの定格温度範囲内で使用可能な最大パルス立ち上がり時間は、関連するデータシートに記載されています。規定の最大パルス負荷を超えると、コンデンサが破損する可能性があります。
個々のアプリケーションごとにパルス負荷を計算する必要があります。フィルムコンデンサの内部構造の詳細に起因するベンダーごとの差異があるため、フィルムコンデンサの電力処理を計算するための一般的なルールはありません。したがって、一般的に適用可能な原則の例として、メーカーWIMAの計算手順が参照されます。[ 62 ]

インピーダンスこれは、特定の周波数における交流(AC)回路の電圧と電流の複素比です。
フィルムコンデンサのデータシートでは、インピーダンスの大きさ|Z|のみが指定され、「Z」とだけ表記されます。インピーダンスの位相は損失係数として指定されます。。
コンデンサの直列等価値がそしてそして周波数が分かっている場合、これらの値を使用してインピーダンスを計算できます。これは、実抵抗とリアクタンスの幾何級数(複素数)和の合計になります。
共振の特殊なケースでは、両方のリアクタンスがそして同じ値を持つ() の場合、インピーダンスは によってのみ決定されます。

インピーダンスは、コンデンサが交流電流を流す能力を示す指標です。インピーダンスが低いほど、交流電流はコンデンサを容易に流すことができます。フィルムコンデンサは、特に電解コンデンサと比較した場合、非常に小さなインピーダンス値と非常に高い共振周波数を特徴としています。
等価直列抵抗(ESR)は、コンデンサのすべての抵抗損失を総括したものです。これには、電源線抵抗、電極接点の接触抵抗、電極間の線路抵抗、および誘電体膜における誘電損失が含まれます。これらの損失のうち、通常は誘電体における散逸損失が最も大きな割合を占めます。
フィルムコンデンサの場合、関連するデータシートにはESRの代わりに損失係数tan δが記載されます。損失係数は、容量性リアクタンスX Cから誘導性リアクタンスX Lを引いた値とESRとの間の位相角の正接によって決定されます。
インダクタンスESLが小さい場合、損失係数は次のように近似できます。
ESRではなく損失係数を用いる理由は、フィルムコンデンサが元々主に周波数決定共振回路に用いられていたためである。損失係数の逆数は品質係数「Q」として定義される。共振回路において、Q値が高いほど共振の質が高いことを示す。
フィルム/箔コンデンサの誘電正接は、金属化フィルムコンデンサよりも低い。これは、金属化フィルム電極に比べて箔電極との接触抵抗が低いためである。
フィルムコンデンサの誘電正接は、周波数、温度、および時間に依存する。周波数依存性と温度依存性は物理法則から直接生じるものであるが、時間依存性は経年劣化や吸湿過程に関連している。

充電されたコンデンサは、内部絶縁抵抗 R isolを介して時間とともに放電します。絶縁抵抗とコンデンサの静電容量を掛け合わせると、時定数が得られます。これは「自己放電時定数」と呼ばれます (τ isol = R isol •C)。これは、絶縁特性に関する誘電体の品質の尺度であり、秒単位で表されます。フィルムコンデンサの一般的な値は、1000 秒から 1,000,000 秒までです。これらの時定数は、コンデンサが時間決定要素 (タイミング遅延など) として使用される場合、またはサンプルホールド 回路や積分器のように電圧値を記憶するために使用される場合に常に重要になります。
誘電吸収とは、長時間充電されたコンデンサが短時間放電された際に、完全に放電されない現象のことです。これはコンデンサ電圧におけるヒステリシスの一種です。理想的なコンデンサは放電後もゼロボルトのままですが、実際のコンデンサはわずかな残留電圧を生じます。この現象は「ソーク」とも呼ばれます。
次の表は、一般的なフィルム材料の誘電吸収の典型的な値を示しています[ 26 ] [ 27 ] [ 29 ] [ 30 ]
ポリプロピレンフィルムコンデンサは、誘電吸収によって発生する電圧値が最も低い。そのため、高精度アナログ回路、積分回路、サンプルホールド回路などに最適である。
フィルムコンデンサは、ごくわずかではあるものの測定可能な経年劣化プロセスを受けます。主な劣化プロセスは、プラスチックフィルムのわずかな収縮であり、これは主に半田付け工程中に発生しますが、高温環境下や高電流負荷下での動作時にも発生します。さらに、湿度の高い環境下での動作時には、コンデンサの巻線に水分が吸収される場合もあります。
例えば、はんだ付け工程中の熱応力によって、リード付きフィルムコンデンサの静電容量値は初期値から1~5%変化する可能性があります。表面実装型デバイスの場合、はんだ付け工程によって静電容量値が最大10%変化することもあります。フィルムコンデンサの誘電正接や絶縁抵抗も、上述の外部要因、特に高湿度環境における吸湿によって変化する可能性があります。
フィルムコンデンサの製造業者は、より優れた封止材を使用することで、吸湿による劣化プロセスを遅らせることができます。この製造工程のコストが高いことが、同じ基本ボディ設計のフィルムコンデンサが、パフォーマンスグレードと呼ばれる異なる寿命安定性定格で供給される理由の一つと考えられます。パフォーマンスグレード1のコンデンサは「長寿命」、パフォーマンスグレード2のコンデンサは「汎用」コンデンサです。これらのグレードの仕様は、関連規格であるIEC/EN 60384-x(規格を参照)で定義されています。
静電容量、誘電正接、絶縁抵抗の許容変化量はフィルム材料によって異なり、関連するデータシートに記載されています。時間の経過とともに規定値を超える変化が生じた場合は、劣化故障とみなされます。
フィルムコンデンサは一般的に非常に信頼性の高い部品であり、故障率が非常に低く、通常の条件下では数十年の寿命が予測されています。フィルムコンデンサの寿命は通常、印加電圧、電流負荷、温度の観点から規定されます。[ 63 ]
色分けされたフィルムコンデンサも製造されているが、より詳細な情報は本体に印刷するのが一般的である。IEC規格60384.1によれば、コンデンサには以下の情報が印字されていなければならない。
主電源電圧用RFI抑制コンデンサには、適切な安全機関の承認マークも表示されていなければなりません。
静電容量、許容誤差、製造年月日は、短いコードで表示できます。静電容量は、簡単に消せる小数点の代わりに、小数点以下の桁数を示す記号で表されることがよくあります。例:n47 = 0.47 nF、4n7 = 4.7 nF、47n = 47 nF

他の2つの主要なコンデンサ技術であるセラミックコンデンサと電解コンデンサと比較すると、フィルムコンデンサは電子機器の多くの汎用および産業用途に特に適した特性を備えています。 [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]
フィルムコンデンサの主な利点は、ESRとESLの値が非常に低いことです。フィルムコンデンサは、アルミ電解コンデンサ(e-cap)よりも物理的に大きく高価ですが、サージ負荷やパルス負荷に対する耐性がはるかに優れています。フィルムコンデンサは極性がないため、DCバイアスなしでAC電圧アプリケーションに使用でき、電気的特性も非常に安定しています。ポリプロピレンフィルムコンデンサは、静電容量と損失係数の温度依存性が比較的小さいため、周波数安定性が求められるクラス1アプリケーションに適用でき、クラス1セラミックコンデンサの代替として使用できます。
ポリプロピレンフィルムコンデンサは、安定性クラス1コンデンサの基準を満たしており、非常に広い温度および周波数範囲にわたって電気損失が低く、ほぼ線形な特性を示します。発振器や共振回路、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタなどの高Q値の電子フィルタ用途、チューニング回路、スピーカーのオーディオクロスオーバー、サンプル&ホールドA / Dコンバータ、ピーク電圧検出器などに使用されます。信号灯やパルス幅発生器など、モータの速度を制御するタイミング用途では、厳しい静電容量許容差が求められますが、PPフィルムコンデンサは漏れ電流が非常に低いため、このような用途にも適しています。
クラス1のPPフィルムコンデンサは、安定性クラス1のセラミックコンデンサよりも高い電流を扱うことができます。ポリプロピレンの正確な負温度特性により、PPコンデンサは他の部品の温度変化を補償するのに役立ちます。
高速なパルス立ち上がり時間、高い絶縁耐力(絶縁破壊電圧)、低い損失係数(高Q値)といった特性から、ポリプロピレンフィルムコンデンサは、旧型のCRT管テレビやディスプレイ機器のフライバックチューニングやS補正用途で広く使用されています。同様の理由から、PPフィルムコンデンサは、高ピーク電流に対応する特殊端子を備えたものが多く、パワーエレクトロニクス回路のスナバとしても優れた性能を発揮します。また、PPコンデンサはパルスサージ耐性が高いため、時間領域反射率計(TDR)によるケーブル故障位置特定、溶接機、除細動器、高出力パルスレーザー、高エネルギー光やX線フラッシュの生成など、高電流パルスが必要な用途にも適しています。
さらに、ポリプロピレンフィルムコンデンサは、蛍光灯のPFC用位相シフター[ 67 ]やモーター駆動コンデンサなど、多くのACアプリケーションで使用されています。
単純な高周波フィルタ回路、あるいは電圧レギュレータ回路や電圧ダブラー回路では、低コストのメタライズドポリエステルフィルムコンデンサが長期安定性を提供し、高価なタンタルコンデンサの代替として使用できます。コンデンサは交流信号を通過させ、直流信号を遮断するため、絶縁抵抗が高く自己インダクタンスが低いフィルムコンデンサは、高周波の信号結合コンデンサとして非常に適しています。同様の理由から、フィルムコンデンサはノイズや過渡現象を抑制するためのデカップリングコンデンサとしても広く使用されています。
低コストのプラスチックを使用したフィルムコンデンサは、平滑化や交流信号結合など、広い温度範囲で超安定特性を必要としない非重要用途に使用されます。現在では、入手が困難になったポリスチレンコンデンサ(KS)の代わりに、積層型のポリエステルフィルムコンデンサ(KT)がよく使用されています。
金属化フィルムコンデンサは自己修復特性を持ち、小さな欠陥があっても部品が破壊されることはない。そのため、これらのコンデンサは、感電や火炎伝播に対する故障保護を備えたRFI/EMI抑制コンデンサに適しているが、自己修復するコロナ放電が繰り返されると、容量が大幅に低下する可能性がある。[ 61 ]
PTFEフィルムコンデンサは、軍事機器、航空宇宙、地質調査プローブ、バーンイン回路など、極めて高い温度に耐える必要がある用途で使用されます。
電磁干渉(EMI)または無線周波数干渉(RFI)抑制フィルムコンデンサは、「ACラインフィルタ安全コンデンサ」または「安全コンデンサ」とも呼ばれ、電気機器や電子機器の動作によって発生する電気ノイズを低減または抑制する重要なコンポーネントとして使用され、同時に感電に対する限定的な保護も提供します。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]
サプレッションコンデンサは、周波数の増加に伴って電気インピーダンスが低下するため、干渉低減に効果的な部品です。高周波では、ライン間または接地への電気ノイズや過渡現象を短絡させます。そのため、機器や機械(モータ、インバータ、電子バラスト、ソリッドステートリレースナバ、スパーククエンチャなど)が、ライン間接続(X コンデンサ)およびライン・対・接地 接続(Yコンデンサ)において、電磁波や無線周波数干渉、過渡現象を送受信するのを防ぎます。X コンデンサは、対称、平衡、または差動干渉を効果的に吸収します。一方、Y コンデンサは、ライン相とゼロ電位点の間のラインバイパスに接続され、非対称、不平衡、またはコモンモード干渉を吸収します。
EMI/RFI抑制コンデンサは、残留干渉または電気ノイズがEMC指令EN 50081 [ 72 ]の制限を超えないように設計および設置されます。抑制部品は、10~20年以上半永久的に主電源電圧に直接接続されるため、コンデンサを損傷する可能性のある過電圧や過渡現象にさらされます。このため、抑制コンデンサは、次のような国際安全規格の安全性および難燃性要件に準拠する必要があります。
規定の要件をすべて満たすRFIコンデンサには、各国の安全規格機関の認証マークが刻印されています。送電線用途では、被覆材の難燃性、およびコンデンサ本体に含浸またはコーティングされるエポキシ樹脂に関して特別な要件が課せられます。安全認証を取得するために、XおよびY規格の送電線定格コンデンサは、破壊試験によって故障に至るまで試験されます。これらの安全規格コンデンサは、大きな過電圧サージにさらされた場合でも、人や財産を危険にさらさないフェイルセーフ方式で故障する必要があります。
ほとんどのEMI/RFI抑制フィルムコンデンサは、ポリエステル(PET)またはメタライズドポリプロピレン(PP)フィルムコンデンサです。しかし、メタライズドペーパーコンデンサ(MP)は、難燃性において依然としていくつかの利点があるため、この用途に今でも使用されています。[ 73 ]
一部の安全コンデンサには、コンデンサ放電抵抗が内蔵されています。

照明用安定器は、1つまたは複数の蛍光灯を点灯させるための適切な始動および動作電気条件を提供すると同時に、電流を制限する装置です。よく知られ、広く使用されている例としては、蛍光灯に使用される従来の誘導型安定器があります。これは、蛍光灯の負性抵抗特性により、電流が破壊的なレベルまで上昇するのを防ぐために、蛍光灯を流れる電流を制限するものです。誘導型安定器を使用する際の欠点は、電流が電圧と位相がずれるため、力率が低下することです。
現代の電子バラストは通常、標準的な主電源周波数である50 または 60 Hz から 40 kHz 以上 まで電源周波数を変更します。多くの場合、PFC を備えたスイッチング モード電源(SMPS) 回路トポロジーを使用します。まず、AC 入力電力を DC に整流し、次に高周波でチョッピングして力率を改善します。より高価なバラストでは、力率を補正するために、フィルム コンデンサがインダクタと組み合わせて使用されることがよくあります。右の図では、バラスト回路の中央にある平らな灰色の長方形の部品は、PFC に使用されるポリエステル フィルム コンデンサです。[ 74 ] [ 75 ]
スナバコンデンサは、過渡電圧に対する保護に必要な高ピーク電流動作に対応するように設計されています。このような電圧は、スイッチング電源エレクトロニクス用途で発生する高い「di/dt」電流スルーレートによって生じます。
スナバ回路は、スイッチが開いたときに回路のインダクタンスによって発生する電圧スパイクを除去するために使用されるエネルギー吸収回路です。スナバ回路の目的は、スイッチが急に開いたときに発生する電圧過渡現象を除去したり、スイッチ接点の火花放電(機械式遮断器を備えた自動車用点火コイルなど)を抑制したり、サイリスタ、GTOサイリスタ、IGBT、バイポーラトランジスタなどの半導体スイッチの電圧スルーレートを制限したりすることによって、電磁両立性(EMC)を向上させることです。スナバコンデンサ(または高出力の「ダンピングコンデンサ」)には、非常に低い自己インダクタンスと非常に低いESRを持つコンデンサ構造が必要です。また、スナバRC回路が故障すると、ほとんどの場合、パワー半導体が破壊されるため、これらのデバイスには高い信頼性が求められます。
スナバ回路は通常、フィルムコンデンサ、主にポリプロピレンフィルムコンデンサを使用します。この用途で最も重要な基準は、自己インダクタンスが低く、ESRが低く、ピーク電流容量が非常に高いことです。いわゆる「スナバ」コンデンサには、特別な構造上の特徴がいくつか追加されている場合があります。自己インダクタンスは、電極幅を狭くしたスリムな設計によって低減されます。電極を両面メタライゼーションまたはフィルム/箔構造にすることで、ESRも低減でき、ピーク電流容量が増加します。半導体パッケージの真下に直接取り付けることができる、特別に幅広の端子は、電流処理能力を高め、インダクタンスを低減するのに役立ちます。
最も一般的なシンプルなスナバ回路は、フィルムコンデンサと抵抗器を直列に接続し、半導体部品と並列に接続して、望ましくない電圧スパイクを抑制または減衰させるものです。[ 76 ]コンデンサは誘導性ターンオフピーク電流を一時的に吸収するため、結果として生じる電圧スパイクは制限されます。しかし、現代の半導体技術の傾向は、ピーク電流とスイッチング速度が増加する高電力アプリケーションに向かっています。この場合、標準的な電子フィルムコンデンサと電力コンデンサの境界は曖昧になり、より大きなスナバコンデンサは、電力システム、電気設備、プラントの領域に属することになります。
フィルムコンデンサとパワーコンデンサの重複するカテゴリーは、IGBTやサイリスタを用いた高出力電子機器の成長市場において、スナバコンデンサとして使用される際に明らかになります。パワーコンデンサは、小型のスナバフィルムコンデンサと同様にポリプロピレンフィルムを使用していますが、パワーコンデンサのファミリーに属し、「ダンピング」コンデンサと呼ばれています。


フィルムコンデンサは、比較的シンプルな巻線製造技術により、いわゆる「パワーコンデンサ」と呼ばれる高電力用途向けに非常に大型化することも可能です。パワーコンデンサの材料や構造は小型フィルムコンデンサとほぼ同じですが、歴史的な経緯から仕様や販売方法が異なっています。
「フィルムコンデンサ」は、20世紀半ばに成長した放送機器および電子機器技術市場とともに開発されました。これらのコンデンサは、IEC/EN 60384-1「電子機器用コンデンサ」の規則に基づいて標準化されており、異なる「フィルム材料」には、それぞれ独自のサブ規格であるIEC/EN 60384- nシリーズがあります。「電力コンデンサ」は、蛍光灯のバラストコンデンサのように、約200ボルトアンペアの電力処理能力から始まります 。電力コンデンサの標準化は、IEC/EN 61071およびIEC/EN 60143-1の規則に従っており、鉄道用途など、さまざまな用途向けに独自のサブ規格があります。
電力コンデンサは、極めて非正弦波な電圧やパルス電流が存在する場合でも、幅広い用途に使用できます。交流コンデンサと直流コンデンサの両方が利用可能です。交流コンデンサは、抵抗器と直列に接続するとダンピングコンデンサまたはスナバコンデンサとして機能し、パワー半導体のスイッチング時に発生するいわゆる電荷キャリア蓄積効果によって生じる不要な電圧スパイクの減衰にも使用されます。さらに、交流コンデンサは、低デチューンまたは近接同調フィルタ回路において、高調波のフィルタリングまたは吸収に使用されます。パルス放電コンデンサとしては、磁化装置など、電圧が反転する用途で有用です。
DCコンデンサの用途も同様に多岐にわたります。平滑コンデンサは、変動するDC電圧の交流成分を低減するため(ラジオやテレビ送信機の電源など)、また高電圧試験装置、DCコントローラ、計測制御技術、高DC電圧生成用カスケード回路などに使用されます。補助コンデンサ、DCフィルタ、バッファ回路用コンデンサは、多相駆動用周波数変換器、トランジスタおよびサイリスタ電力変換器など、中間DC回路におけるエネルギー蓄積に使用されます。これらのコンデンサは、短時間で非常に大きな電流を吸収および放出する能力が必要であり、電流のピーク値は実効値よりも大幅に大きくなります。
サージ(パルス)放電コンデンサは、極めて短時間の電流サージを供給または吸収する能力も備えています。これらは通常、レーザー技術や照明発生器など、非反転電圧で低繰り返し周波数の放電用途で使用されます。
電力用コンデンサは、かなり大きな寸法になることがあります。内部で個々のコンデンサが相互接続された長方形の筐体は、長さ×幅×高さが(350×200×1000) mm以上になることもあります。
この記事は、ドイツ語版ウィキペディアの「プラスチック箔コンデンサー」という記事(2012年3月12日版)を参考にしている。
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク){{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)