- 締切済み
コンデンサの圧電効果とは？温度による影響を知りたい
- セラミックコンデンサの圧電効果について知りたいのですが、温度の上昇により圧電効果が起きる事は有りますでしょうか？振動やショックで起きる事は知っていますが温度の変化により起きるか知りたいです。
- また、温度が上がり基板の反りが原因で圧電効果が起こる可能性があるか教えて頂けると助かります。
- コンデンサの圧電（ピエゾ）効果について詳しい説明があるWebページを参考にしたいです。
- 電子部品・基板部品
- 回答数3
- ありがとう数1
- みんなの回答 （3）
- 専門家の回答
みんなの回答
下の件、一部間違っていました。 ＞・誘電分極／容量＝ピエゾ効果による電圧 誘電分極の単位は[pC/mm2]となるのでコンデンサ電極の有効面積をかける必要があります。 有効面積はチップコンデンサの層数がわからないと計算できませんが、BaTiO3の比誘電率とチップコンデンサの形状から考えて数十層程度ではないかと推測されます。 従って、下記の計算結果は数百mVオーダとなるでしょう。 （極端に厳しめの計算です。実際にはもっと小さいはずです。） 振動・衝撃等の条件によっては問題になるかもしれませんが、温度変化によるこれらの現象は振動・衝撃に較べてはるかに時定数が長く、通常の用途では問題にならないのではないか（温度変化による容量変化分とオーダは変わらない）と思います。 ・・・たとえば、PowerONリセット回路、LPF回路のような用途の場合、CR時定数の方がはるかに短いため 影響は確認できないと思います。 気にするとすれば基板の長手方向と部品の実装位置を考えるなどの対策をとっても良いかもしれません。（直接は関係ありませんが、参考URL参照）
丁度別件で表題の件を調べていたところなので、回答になっていないかもしれませんが現状の調査結果を書きます。 積層セラミックコンデンサの内、高誘電率系（0.47uF程度：温度特性はBやW5Rなどが多い様です）に分類されるコンデンサの誘電体としてチタン酸バリウムという物質が使用されています。 この物質は圧電物質としても超有名で圧電係数（どの位の応力でどの位の電荷を発生するか）が他の物質に較べて大きいものです。（参考URLを見てください） 温度の上昇によって発生するかについては基板／コンデンサの線膨張係数とそれによる発生応力に対し圧電係数を乗じた値[pC]をコンデンサ自身の容量[uF]を使って電圧に直してみると答えが出ると思います。 ちなみにコンデンサの線膨張係数はほぼチタン酸バリウムの線膨張と考えてよく、1112×10^-6/℃程度(メーカの方に教えてもらいました)で、基板は繊維方向だと多分約20×10^-6/℃(こちらはあまり自信が無い)です。 ・両者の差分×温度差＝ひずみ ・ひずみ×ヤング率＝応力 ・応力×圧電係数＝発生する誘電分極 ・誘電分極／容量＝ピエゾ効果による電圧 で計算できないか検討中です。 （まじめにやろうとするとテンソルとかでてきてしまうため、一次元でオーダを当たっています。） 但し、上記の簡易計算では温度差10℃に対し約12mV も発生してしまう計算となり（0.1uF、圧電係数100pC/Nと仮定、ヤング率1.2×10＾4kgf/mm2）、どこで考え違いをしているか(もしくはその位本当に発生するのか)誰かコメントを欲しいと思います。
温度によって基板が膨張や、反ったりする場合、素子に応力が掛かれば圧電効果が発生しているかもしれません。
お礼
ｔｕｒｕ41さん2回回答頂きありがとうございます。 両方共分かりやすかったので大変助かりました。 お礼が遅くなり申し訳有りません。