コンピュータの専門家から絶賛される無敵のコンデンサ固体コンについて

電源でもマザーボードでもその使用率が高いほど専門家から良心的な製品であると高い評価をされる部品の一つに固体コンデンサがありますが、すべてが固体コンデンサのM/Bはすべてが通常の電解コンデンサ搭載M/Bと比べて何倍程度の長寿命なのかだいたいのところを教えてください。

No.2 回答者： Yorisin 回答日時： 2010/01/27 12:04

[個体コンデンサ]にも種類があります。

古くからあるセラミックコンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサや、最近ブームの導電性高分子アルミ個体電解コンデンサなど。
寿命の考え方はどの種類かで変わります。

セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサには事実上の寿命はありません。
これらは内部での化学変化を利用したケミカルコンデンサではなく、故障の原因の多くは偶発故障か設計ミスによるスペックオーバー、または部品そのものの破損がほとんどです。


おそらく質問者が気にしているのは通常のアルミ電解コンデンサの代替として多く使われてきた導電性高分子アルミ個体電解コンデンサと思われますので、それについて解説します。
(以降はアルミ電解コンデンサと固体電解コンデンサと言い分けます)


事前情報として、
電解コンデンサの寿命はアレニウス則という化学変化の速度を推定する計算式が使われます。
計算式の細かいパラメータは各社で多少異なりますが、
最も基本となる計算式は下記の通りです。
・アルミ電解コンデンサ：Lx=Lo*2^((To-Tx)/10)
・　固体電解コンデンサ：Lx=Lo*10^((To-Tx)/20)
* Lx=算出する推定寿命
　Lo=カテゴリ最大温度の寿命仕様値 (1000時間から10000時間程度)
　To=カテゴリ最大温度 (一般には105℃ないしは85℃)
　Tx=実使用時のコンデンサ周囲温度

Lo,Toは部品の仕様値なので、電解コンデンサの寿命は使用時の温度で変わります。
数学が得意であればすぐにわかるかもしれませんが、
アルミ電解コンデンサは使用時の温度が10℃変わると寿命が2倍、
固体電解コンデンサの場合は使用時の温度が20℃変わると寿命が10倍変わる事が分かります。
固体電解コンデンサの長寿命の秘訣は、この温度に対する寿命の変化率によります。

ざっくり105℃,3000時間品のコンデンサで2種類計算すると、
下記のようになります。
温度アルミ電解固体電解寿命比(固体電解/アルミ電解)
105℃3000時間3000時間1.0倍
95℃6000時間9487時間1.6倍
85℃12000時間30000時間2.5倍
75℃24000時間94868時間4.0倍
65℃48000時間300000時間6.3倍
55℃96000時間948683時間9.9倍
45℃192000時間3000000時間15.6倍


つまり、同条件の場合では固体電解コンデンサはアルミ電解コンデンサよりも
寿命が長く、その差は温度が下がるごとに加速度的に有利になる
という事が分かります。

上記は同じ条件での差を考えましたが、例えば75℃の環境で使用する場合には
アルミ電解コンデンサの105℃/8000時間品と
固体電解コンデンサの105℃/2000時間品は
同じ寿命と言えます。




また、上記以外に固体電解コンデンサが有利な点は
ESR(抵抗値)が低いことが挙げられます。
コンデンサは電気を溜める部品なので、充電/放電という動作が発生し、
どちらの方向でも電流が流れます。
電流が流れると言うことは抵抗値に比例して電力を消費し、
消費した電力に応じてジュール熱が発生して発熱します。
よって、同じ電流が流れるなら抵抗値は低い方が発熱しにくいのです。
アルミ電解コンデンサはESRが比較的高く、温度が上がりやすいため
あまり大きな電流は流せません。
対して固体電解コンデンサはESRが低いのでアルミ電解コンデンサよりも
大きな電流が流せます。
言い方を変えると、同じ電流が流れるとすると
固体電解コンデンサはアルミ電解コンデンサよりも温度が上がりにくい
と言えます。

上述の通り、寿命は温度で変わるので温度が上がりにくいということは
寿命を長くすることが出来ます。
温度が低くなればなるほど寿命が延び、また温度が上がりにくい事が
固体電解コンデンサが長寿命と言われる理由です。




これだけ差がある主な理由は
アルミ電解コンデンサの場合は液体を使用しているため
温度が上がった場合に液が劣化し、また温度上昇による蒸発が発生する
という事と
固体電解コンデンサが液体を使用しないことにより
電解質の劣化が少なく、また蒸発しない
という電解質が液体か固体かの差が挙げられます。



コンデンサの寿命計算については、コンデンサメーカーの技術資料が詳しいです。
いくつか挙げておきますので、興味があればどうぞ。

日本ケミコン
* テクニカルノート (アルミ電解コンデンサの上手な使い方)
http://www.chemi-con.co.jp/catalog/pdf/al-j/al-s …
* 導電性高分子アルミ固体電解コンデンサの用途や使用例
http://www.chemi-con.co.jp/catalog/pdf/Applicati …

ニチコン
* アルミ電解コンデンサ テクニカルノート
http://www.nichicon.co.jp/lib/aluminum.pdf

ルビコン
* アルミニウム電解コンデンサの寿命について
http://www.rubycon.co.jp/products/alumi/pdf/Life …

三洋
* OSコン (基礎編)
http://www.edc.sanyo.com/pdf/j_oscon/J_oscon_bas …
* OSコン (応用編)
http://www.edc.sanyo.com/pdf/j_oscon/J_oscon_app …

OSコンは三洋のアルミ固体電解コンデンサ



以上、だらだらと長文になりましたが、
ハード関連の仕事をしているので熱くなってしまいました。

No.1 回答者： Neginebu 回答日時： 2010/01/27 12:01

参考：

http://ascii.jp/elem/000/000/184/184818/index-2. …
個体コンデンサも製品によってばらつきがあるので一概には言えませんが
一般的なアルミ電解コンデンサに比べ約10倍長持ちするようです。

ですが、コンデンサの寿命＝マザーの寿命では無いので、マザー自体は10倍も長持ちしないかもしれません