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アルミニウム電解コンデンサ
アルミニウム電解コンデンサ®

1 アルミニウム電解コンデンサの概要
1-1 コンデンサの原理
コンデンサの原理は図1-1のような原理図で表わす事ができます。 誘電体の両面に金属電極を対向させ, この両極間に電圧を印加すると電圧に比例した電荷が蓄えられます。
Q ＝ C・V
Q : 電気量（C）
V : 電 圧（V）
C : 静電容量（F）

アルミニウム酸化皮膜の比誘電率は7〜8であり，より大きな静電容量を得るためには電極面積Sを大きくするか，tを小さくすれば良いことになります。アルミニウム電解コンデンサが小形ながら大きな静電容量が得られるのは，電気化学エッチングによって電極を粗面化し，電極面積を大きくすることが可能で, かつ誘電体の厚さが非常に薄いためです。
アルミニウム電解コンデンサの構造図を図1-2に示します。
電解液の含浸されたセパレータ紙
陽極箔

陰極箔
（実は陰極引出用電極）

tS

陽極酸化皮膜
自然空気酸化皮膜
真の陰極

図1-1

, 電極Cをコンデンサの静電容量と呼び, Cは電極面積（S[m2]）間距離（t[m]）, 誘電体の比誘電率（ε）
により次式で表わされます。
S
C[F]＝ε0・ε・̶t

図1-21-2 等価回路
アルミニウム電解コンデンサを等価回路によって表わすと,下記のようになります。

ε0 : 真空の誘電率（＝8.85×10 F/m）
−12D1

表1-1にコンデンサに良く用いられる誘電体の比誘電率を示します。 なお, コンデンサの名前は主に誘電体の材料によって決められる場合が多く, 例えばアルミニウム電解コンデン
サ, タンタルコンデンサ等です。
表（1-1）

誘電体

比誘電率

誘電体

比誘電率

アルミニウム酸化皮膜

7〜8磁器（セラミック）

10〜120

マイラー

3.2

ポリスチレン2.5マ イカ

6〜8タンタル酸化皮膜

10〜20• 改良のため，予告なく仕様・寸法等を変更する場合があります。
• ご使用及びご注文の際には, 当社「納入仕様書」をご要求いただき，それらに基づきご購入ご使用くださるようお願いします。

R1C1R3C2L1R2

R1 : 端子, 電極の抵抗
R2 : 陽極酸化皮膜の欠損による絶縁抵抗
R3 : 陽極酸化皮膜と電解液の抵抗D1 : 陽極箔の酸化物半導体
C1 : 陽極箔の容量
C2 : 陰極箔の容量
L1 : 端子, 電極等により生じるインダクタンス

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2 寿命推定について

弊社での実験より①周囲温度・リプルによる温度上昇を考慮した寿命推定式（1）
式を変換して2-1 寿命推定の考え方
2-1-1 リプル電流を含まない場合の寿命推定（リプル電流が十分小さい場合）
一般にアルミニウム電解コンデンサの寿命は使用される周囲温度と深い関係があり，アレニウス則に近似します。
T0ーT10

L ＝ L0・2アルミニウム電解コンデンサ………（1）
L ：温度 T における寿命
L0 ：温度 T0 における寿命

2-1-2 リプル電流を含む場合の寿命推定
リプル電流が流れる事により，コンデンサの内部損失（ESR）で発熱するため寿命に影響します。
この発生する熱量は
P ＝Ⅰ2・R・・・・（2）となり Ⅰ ：リプル電流（A・rms）
R ：ESR（W）
このときのコンデンサの温度上昇は
2
•R
̶
………
ΔT ＝ Ⅰ（3）
A •H∆T ：コンデンサ中心部の温度上昇（deg）
Ⅰ ：リプル電流（A・rms）
R ：ESR（W）
A ：コンデンサの表面積（cm2）
H ：放熱係数（約 1.5 ～ 2.0 × 10-3W/cm2・̊C）（3）
式はコンデンサの温度上昇について，印加リプル電流の 2 乗，ESR に比例し，表面積に反比例する事を示します。
従って，リプル電流の大小により発熱量が決まり，寿命に影響します。
∆T の値はコンデンサの種類，ご使用条件等により異りますが，一般的には，∆T<5℃とするのが望ましい使い方です。
リプルによる温度上昇の測定箇所を下図に示します。
測定箇所

コンデンサの温度上昇から，中心部の温度上昇を実際に測定することは困難のため下表に表面温度上昇による換算表を示します。

L ＝ Ld・2T0ーT̶
10・KーΔT̶
10 ………

（4）

Ld ：カテゴリ上限温度における DC ライフでの寿命（h）
K ：リプル加速係数（許容リプル電流以下：2）
T0 ：カテゴリ上限温度（̊C）
T ：使用時の周囲温度（̊C）∆T ：コンデンサの中心部温度上昇（deg）②保証寿命（カテゴリ上限温度における定格リプル電流重畳時）を基にした寿命推定式（4）式を変換して
T0ーΔT
T0ーT
Δ
̶
̶
1010………
・K（5）
L ＝ Lr・ 2
Lr ：保証寿命（カテゴリ上限温度における定格リプル電流印加での寿命）［h］∆T0：カテゴリ上限温度における定格リプル電流印加時のコンデンサの中心部温度上昇（deg）③周囲温度・リプル電流を考慮した寿命推定式
式（3）を使って，式（5）をⅠ，Ⅰ0，∆T0 の式に変換すると下記式が得られます。

Ⅰ 2
ΔT0T0ーT̶
1ー ̶ ・ ̶
Ⅰ010 …
10L ＝ Lr・2・K（6）
Ⅰ0 ：カテゴリ上限温度における定格リプル電流（A・rms）
Ⅰ ：印加リプル電流（A・rms）
式（5）または（6）を用いて推定寿命を計算する場合，各保証温度毎の ∆T0 は下記の値を使用します。
アルミニウム
電解コンデンサ： 10deg
85℃品
105〜135℃品 ： 5deg
： 3deg150℃品

導電性高分子ハイブリッド
アルミニウム電解コンデンサ

105℃品
125℃品
135℃品
150℃品

： 15deg： 10deg： 10deg： 5deg寿命推定式は，原則として周囲温度が＋ 40℃からカテゴリ上限温度までの温度範囲に適用されます。
（+40℃以下の温度条件は一律 +40℃扱いとします。）
推定寿命時間は，封口材の劣化面から，15 年程度を上限の目安とします。
また上記式
（4）
（5）
（6）
で算出される計算結果は保証値ではありませんのでご注意ください。

（表 2-1，換算表）
ケースφ～ 1012.5 ～ 16

18

中心 / 表面1.1

1.21.25• 改良のため，予告なく仕様・寸法等を変更する場合があります。
• ご使用及びご注文の際には, 当社「納入仕様書」をご要求いただき，それらに基づきご購入ご使用くださるようお願いします。

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2-2 寿命推定の実際例［考え方］（6）式の寿命推定式によってコンデンサの保証時間 Lr （カテゴリ上限温度 T0、定格リプル電流Ⅰ0）を、実使用条件下（温度 T、リプル電流Ⅰ）での動作時間 L に換算することができます。

アルミニウム電解コンデンサ［Condition3］
T0=135℃ , Ⅰ0=3.82Arms, Lr =2000h、∆T0=5degC を使ってL3（40℃ , 0.00Arms）を算出するとあるコンデンサが実使用を想定したミッションプロファイル（温度、電流、動作時間が複数条件組み合わせたもの）に適用できるかどうか検討する際には、（6）式を用いて各プロファイル条件ごとに L を算出し、L の合計値に対する実動作時間 Lc の合計値の割合（寿命消費率 Let）が 100% 以内であればそのコンデンサはプロファイル条件に適用可能と推定できます。
（計算結果は保証値ではありませんので、プロファイル適用に関しては充分にテストの上ご判断願います。）［計算例］
RKC シリーズ 80V1600μF（データ A）がミッションプロファイル（データ B）に適用可能であるか計算します。

L3 = 2000×[2= 2048000[h]{(135-40)/10}{1-(0.00/3.82)2}×(5/10)

×2]

L3 に対する実動作時間 Lc3=123400h の寿命消費率 Let3 はLet3 = 100×( Lc3/ L3 ) = 100×(123400/2048000)= 6.03[％]
よって各プロファイルの寿命消費率の合計値 Let_all はLet̲all = Let1+ Let2+ Let3 = 4.30[％]+46.4[％]+6.03[％]= 56.8[％]となり100% 以内なので RKC シリーズ 80V1600μF は左記のミッションプロファイルが適用可能と推定されます。

データ A（試料及び基本データ）
品名: 80V 1600μFφ18 x 40L RKC シリーズ
T0＝ 135°
C＝ 5deg∆T0＝ 3.82Arms at 135°
C，100kHz
Ⅰ0
Lr＝ 2000 時間 at 135°
C（保証時間）データ B（ミッションプロファイル）
リプル電流Ⅰ（100kHz） 動作時間 Lc2.00Arms
5000h

Condition1

周囲温度 T
80°C

Condition2

120°C

3.00Arms

3000h

Condition3

40°C0.00Arms

123400h［Condition1］
T0=135℃ , Ⅰ0=3.82Arms, Lr =2000h、∆T0=5degC を使ってL1（80℃ , 2.00Arms）を算出すると

L1 = 2000×[2{1-(2.00/3.82)2}×(5/10){(135-80)/10}×2]= 116400[h]L1 に対する実動作時間 Lc1=5000h の寿命消費率 Let1 はLet1 = 100×(Lc1/ L1 ) = 100×(5000/116400) = 4.30[％]［Condition2］
T0=135℃ , Ⅰ0=3.82Arms, Lr =2000h、∆T0=5degC を使ってL2（120℃ , 3.00Arms）を算出すると

L2 = 2000×[2{(135-120)/10}] = 6461[h]{1-(3.00/3.82)2}×(5/10)

×2

L2 に対する実動作時間 Lc2=3000h の寿命消費率 Let2 はLet2 = 100×( Lc2/ L2 ) = 100×(3000/6461) = 46.4[％]• 改良のため，予告なく仕様・寸法等を変更する場合があります。
• ご使用及びご注文の際には, 当社「納入仕様書」をご要求いただき，それらに基づきご購入ご使用くださるようお願いします。

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3 直列接続時の分圧抵抗の求め方

4 再起電圧についてコンデンサを2ヶ以 上 直 列に接 続するときは，電 圧バランスを考慮してコンデンサと並列に分圧抵抗器を挿入します。
分圧抵抗の値を求める方法を説明致します。

アルミニウム電解コンデンサを充電し放電後更に端子間を短絡させた後，解放しておくと，しばらくして両方の端子間の電圧が再び上昇する現象が生じます。この場合の電圧を再起電圧といいます。 この 現 象が 生じるメカニズムは，次 のとおりです。
誘電体に電圧が印加されると，誘電作用によって誘電体の内部に電気的変化が生じ，誘電体表面に印加された電圧と正負反対に帯電します。この現象を分極作用といいます。
この分極作用により，電圧を印加した後，端子電圧が0になるまで放電し，端子間を開放しておくと，端子間に電位が現れて再起電圧を生じます。
再起電圧は，両端子開放後約10〜20日位がピークになりそれ以降徐々に低下します。再起電圧は，大形品（基板自立形）ほど大きくなる傾向にあります。
再起電圧が発生後，両端子間を短絡させるとスパークのため，組立ラインで作業する人に恐怖感を与えたり，回路の低電圧駆動素子（CPU，メモリ一等）が破壊される危険があります。その防止方法は，ご使用前に100〜1kΩ程度の抵抗器で放電していただくか，製 造 側でアルミニウム箔 等を端 子 間にかぶせる等により端 子 間を短 絡 状 態にして出 荷することが考えられます。 対応につきましては，ご相談ください。

3-1 回路の展開

コンデンサ2個（C1, C2）を直列接続する場合の回路と等価回路は下図のように示すことが出来ます。

C1RBRB

R1V1V

C2RB

R2RB

V2R B ＝分圧抵抗とし，次の内容を回路の前提条件とします。
① V2 を定格電圧（＝ V0）とします。
（V1 < V2）
② Vは、V0×2のa倍とします。
V＝2aV0（a < 1）③ R2＝R1×bとします。
（b > 1） （1）

3-2「RB」を求める計算式の誘導

3-2-1 平 衡 状 態 と い う こ と よ り 次 の 式 が 得 ら れ ます。

1 ＋ 1
R1RB

V1＝ V2

1 ＋ 1R2RB

3-2-2 前提条件から次の式が得られます。

V2 ≦ V 0
V1 ＝ V − V 2＝ 2aV0 − V2（2）
（3）
（4）

（4 ）
3-2-3 式（2）に、式（1）,（3），（4 ）を代入して整理します。

R1 ＋ R B
bR1 ＋ RB
（2・a・V0−V2）＝ V2
R1 ・ RBbR1 ・ RB
＝V2{b（R1＋RB）＋bR1＋RB}
2abV（R01＋R B）
2ab（R1＋RB）≦2bR1＋（1＋b）RB従いまして，分圧抵抗 RB は，次式となります。

（1−a）
R B≦2bR 1（2a−1）• b−1
3-3 計算例

400V470µF（LC規格値：1.88mA）の2個直列接続の場合の分圧抵抗の抵抗値を求めます。

R1 ＝400（V）＝ 213（kΩ）
1.88（mA）

a＝0.8とすると400（V）×2×0.8＝640（V）印可となります。
b＝2 とするとR 2＝bR 1＝426（kΩ），LC＝0.94（mA）となります。
分圧抵抗RBは，（1−0.8）RB ≦ 2×2×213（kΩ）＝852（kΩ）（2×0.8−1）
×2−1となります。

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5 高信頼化の設計・開発ポイント

5-1 陰極箔の自然腐食抑制
高信頼性品は陰極箔の自然腐食を抑制するために不活性化処理を施しました。図3-1は，その効果をFRA（注）による交流インピーダンス法で分極抵抗を調査した結果であり，従来品に比べ腐食抑制されている事が分かります。
（注）
FRA：周波数特性分析器

5-4 電解液の長期安定性
電解液の温度に対する長期安定性は，電解コンデンサのESRの長期安定性を左右する重要な因子です。図3-4は，電解液の比抵抗について従来例との比較を示したものです。高信頼性品の電解液が非常に長期安定性に優れている事が分かります。
; 高信頼性品（Ω）
51041010; 従来品

200
比抵抗指数

1031002

高信頼性品

図3-10従来品

20001000時間（h）

交流インピーダンス法での抵抗成分

図3-4 比抵抗指数5-2 電解液の溶媒のドライアップ性
溶媒の透過性についてコンデンサの重量変化でみると，図3-2のようになります。
高信頼性品は高温度長寿命を達成するため，低比抵抗を得やすいが非常に透過しやすいアミド系溶媒の代りに，透過しにくいラクトン系溶媒を主成分として使用しています。

5-5 陽極箔の誘電体形成電圧
高信頼性品はコンデンサ内部のガス発生を抑制して長寿命化を図るため，電極箔の誘電体形成電圧を，図3-5のように従来品より高くとり1.5〜2倍にしております。

100; 高信頼性品

重量変化指数; ラクトン系

漏れ電流指数; アミド系

100101010.11121.52.5

図3-5 電圧比
010002000時間（h）

図3-2 電解液の重量変化

5-3 封口材の気密性
高信頼性品は封口材の気密性を向上させるため，架橋密度の最適化を検討し，図3-3に示すように従来材質より大幅に透過量を低減した改良材質を選択し，ドライアップの抑制を図っています。

5-6 極箔の低ESR化
電解コンデンサのESRの低減を図るため陽極箔の化成技術改良を加え，図3-6に示すように，従来に比べ低ESRの電極箔を開発しました。

; 高信頼性品

100透過10; 高信頼性品1ESR指数; 従来品; 従来品

0.5

量01205080105

図3-6 陽極箔のESR指数01000
時

2000間（h）

図3-3 封口材の気密性• 改良のため，予告なく仕様・寸法等を変更する場合があります。
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