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- 「ICの電源ピンの近くに0.1μFを置け」と言われるけど、なぜ？
- パスコンを置かなかったらどうなるの？
- 「近くに置け」の「近く」って、具体的にどのくらい？
- なぜセラミックコンデンサなの？電解コンデンサじゃダメなの？
- 配線のインダクタンスが問題って言われたけど、意味がわからない…
- ICがスイッチングの瞬間に「大電流を一瞬で要求する」メカニズム
- 配線のインダクタンスが電流の急変を邪魔する物理的な理由
- パスコンが「ICの横に置いた小さな電池」として機能する仕組み
- 「近くに置かないとダメ」な理由を V = L × dI/dt で完全に納得できる
- 容量・種類・配置の実務的な選び方
ICの横にセラミックコンデンサ（パスコン）を置くのは、ICがスイッチングの瞬間に吸い込む大きな電流を、すぐ近くから供給するためです。電源からの配線が長いと、配線のインダクタンスLによって V = L × dI/dt の電圧の揺れが起き、ICが誤動作します。高い周波数までよく効く小さなセラミックコンデンサを、電源ピンの直近に置くのが基本です。
基板設計の世界には、呪文のようなルールがいくつかあります。
「ICの電源ピンの直近に、0.1μFのセラミックコンデンサを置け。」
初めてこのルールを聞いたとき、多くの人がこう思うはずです。「なぜ？電源があるのに、わざわざコンデンサを追加するの？」と。
この疑問に「おまじないだから」「先輩がそう言ったから」で済ませていると、いつか必ず痛い目に遭います。パスコンを忘れたり、離れた場所に置いたりした結果、ICが誤動作したり、ノイズが止まらなかったり、最悪の場合ICが壊れたりします。
この記事では、パスコンが必要な理由を物理法則（V = L × dI/dt）から徹底的に解説します。「なぜ必要か」「なぜ近くでないとダメか」「なぜセラミックか」──すべての「なぜ」に、明確な答えを出します。
ICの中で何が起きているのか？
デジタルICは「スイッチの塊」である
まず、ICの中で何が起きているかを知りましょう。
デジタルICの中身は、数百〜数十億個のトランジスタです。そして、トランジスタの仕事は「ON/OFFを高速で切り替えること」。つまり、ICの中身は超高速で動くスイッチの塊です。
ここで重要なのは、スイッチがON/OFFを切り替える瞬間、ICは電源から一瞬だけ大きな電流を吸い込むということです。
たとえるなら、シャワーの蛇口です。蛇口をゆっくり開ければ、水道管の水は穏やかに流れます。しかし、蛇口を一気にバン！と全開にしたら？水道管に「ゴン！」という衝撃音がしますよね。これがウォーターハンマーです。
ICがスイッチングするたびに、電源ラインに同じことが起きています。「電流をくれ！」という急激な要求（過渡電流）が、電源ラインに衝撃波のように伝わるのです。
ICの過渡電流はどのくらい速い？
具体的な数字を見てみましょう。
| ICの種類 | スイッチング速度 | 過渡電流の変化速度 |
|---|---|---|
| 汎用ロジックIC | 数ns〜数十ns | 数十mA / ns |
| マイコン（MCU） | 数ns | 数百mA / ns |
| FPGA / 高速プロセッサ | 1ns以下 | 数A / ns |
1ナノ秒（ns）は10億分の1秒です。人間がまばたきする間（約300ms）に、ICは3億回もスイッチングしています。そのたびに「電流をくれ！」と叫んでいる。これがICの日常です。
問題の本質は「電流の量」ではなく「電流の変化の速さ（dI/dt）」です。100mAという電流自体は大したことありませんが、それが1nsで立ち上がるなら、dI/dt = 100mA / 1ns = 108 A/s。とてつもない変化速度です。
配線のインダクタンスが「壁」になる
なぜ電源は「すぐに」電流を届けられないのか
「電源が基板上にあるんだから、ICが電流を要求したら即座に届くんじゃないの？」
残念ながら、そうはなりません。その原因が配線のインダクタンスです。
基板上の銅パターンは、見た目はただの「線」です。しかし、電気的に見ると、すべての配線はわずかなインダクタンス（L）を持っています。
インダクタンスとは、「電流の変化を嫌がる性質」です。コイルが電流の急変に抵抗するのと同じ原理で、ただの配線でも電流が急激に変化しようとすると「ちょっと待って！」とブレーキをかけます。
基板パターンのインダクタンス ≒ 約1nH/mm
つまり、電源からICまで10mmの配線があれば、約10nHのインダクタンスが存在する。
「たった10nH」と思うかもしれないが、dI/dtが巨大なICの世界では、これが致命的な問題を引き起こす。
V = L × dI/dt ── この式がすべてを説明する
ここで、パスコンの「なぜ」を理解するための最重要の式を紹介します。
V = L × dI/dt
V：配線で生じる電圧降下（ノイズ）[V]
L：配線のインダクタンス [H]
dI/dt：電流の変化速度 [A/s]
この式が言っていることはシンプルです。「配線にインダクタンスがあると、電流が急変したとき、配線の両端に電圧が発生する」ということ。
具体的に計算してみましょう。
条件：
・ICの過渡電流：100mA が 1ns で立ち上がる（dI/dt = 108 A/s）
・電源からICまでの配線長：20mm（L ≒ 20nH = 20 × 10-9 H）
計算：
V = L × dI/dt
V = 20 × 10-9 × 108
V = 2.0V
ICの電源電圧が3.3Vだとすると、スイッチングの瞬間に2.0Vも電圧が落ちる。
3.3V → 1.3V。これではICが正常に動作できない。最悪、リセットがかかったり、出力が化けたりする。
たった20mmの配線で、電源電圧が60%も落ちる。これが「配線のインダクタンス」の破壊力です。
この電圧降下はDCの抵抗分（R × I）ではありません。配線抵抗による電圧降下はμVオーダーで無視できる小ささです。問題はあくまでインダクタンス成分 L × dI/dt。高速スイッチングの世界では、RではなくLが支配的になります。
【完全図解】配線インダクタンスとサージの関係｜L×dI/dtがすべてを決める →
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パスコンの正体｜「ICの横に置いた小さな電池」
パスコンが解決する仕組み
ここまでの問題を整理しましょう。
大電流を要求
電流供給を遅らせる
ガクッと落ちる
解決策は明快です。ICの「すぐ横」に、あらかじめ電荷を蓄えたコンデンサを置いておく。
ICが「電流をくれ！」と叫んだ瞬間、遠くの電源が応答するのを待つ必要はありません。すぐ横のコンデンサが即座に電荷を放出して、ICの要求に応えます。
これがパスコン（バイパスコンデンサ）の役割です。「bypass」とは「迂回する」という意味。電源からの長い配線を迂回（バイパス）して、最短経路でICに電流を届ける。だから「バイパスコンデンサ」なのです。
電源からの電流でパスコンが充電される。パスコンは「満タンの小さな電池」になって待機している。
ICが急に電流を要求 → パスコンが蓄えていた電荷を即座に放出 → ICの電源電圧が安定に保たれる。
遠くの電源からゆっくり電流が到着 → パスコンを再び充電 → 次のスイッチングに備える。
つまりパスコンは、ICのすぐ横に設置された「緊急用の蓄電池」です。遠くの電源（本体の電源回路）が「長距離トラック」だとすれば、パスコンはICの隣にあるコンビニの在庫。急な需要にはコンビニの在庫で対応し、トラックが到着したら在庫を補充する。この繰り返しです。
パスコンの本質は「電流の供給源をICの近くに用意すること」です。コンデンサ自体がノイズを「吸収」しているわけではありません（結果的にノイズが減りますが）。あくまで「電流の供給経路を短くすること」がパスコンの仕事です。
パターン幅と許容電流をIPC-2221で計算
なぜ「近く」に置かないとダメなのか？
パスコンが遠いと「パスコン自体の配線」がインダクタンスになる
ここが最も重要なポイントです。
「パスコンを付ければいいんでしょ？」と思って、基板の空いた場所に適当に配置する。これはまったく意味がありません。
なぜなら、パスコンとICの間にも配線があるからです。その配線にもインダクタンスがある。もしパスコンがICから10mm離れていたら、パスコン〜IC間の配線に約10nHのインダクタンスが生まれ、せっかくのパスコンの効果が大幅に減少します。
パスコンの効果は「パスコン〜IC間のインダクタンスの小ささ」で決まる。容量が十分でも、配線が長ければ無意味。距離が近ければ近いほど、インダクタンスが小さくなり、効果が大きくなる。
先ほどの計算をもう一度やってみましょう。今度は「パスコンあり」の場合です。
条件：dI/dt = 108 A/s（同じ）
| パスコンの位置 | 配線長 | L（≒1nH/mm） | 電圧降下 V | 判定 |
|---|---|---|---|---|
| パスコンなし | 20mm | 20nH | 2.0V | × IC動作不可 |
| ICから10mm | 10mm | 10nH | 1.0V | まだ厳しい |
| ICから3mm | 3mm | 3nH | 0.3V | ○ 許容範囲 |
| ICの直近（1mm） | 1mm | 1nH | 0.1V | ○ 理想的 |
距離が20mm → 1mm に縮まると、電圧降下は 2.0V → 0.1V と20分の1になります。距離に完全に比例する効果です。
パスコンはICの電源ピンから3mm以内に配置するのが基本です。高速ICでは1mm以内が理想。ビアを使う場合はビアのインダクタンス（約0.5〜1nH/個）も加算されるため、可能であればパスコンはICと同じ面に配置しましょう。
【図解】ノイズを減らすパターン設計｜電流ループ面積を最小化する配置の全手順 →
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なぜ「セラミックコンデンサ」なのか？
パスコンには「瞬発力」が求められる
パスコンの仕事は「一瞬で電流を供給する」こと。つまり必要なのは、大容量ではなく高速な応答性です。
コンデンサの応答速度を決めるのがESR（等価直列抵抗）とESL（等価直列インダクタンス）です。
| 種類 | ESR | ESL | 瞬発力 | パスコン適性 |
|---|---|---|---|---|
| 積層セラミック（MLCC） | 極めて低い | 極めて低い | 最速 | ◎ 最適 |
| 電解コンデンサ | 高い | 高い | 遅い | △ 不向き |
| フィルムコンデンサ | 低い | 中程度 | 中程度 | ○ 場合による |
電解コンデンサは容量が大きい反面、ESRとESLが大きいため、高速な電流変化に追従できません。パスコンとしては「身体が大きいけど足が遅いスプリンター」のようなもの。
一方、積層セラミックコンデンサ（MLCC）は、ESRもESLも極めて低く、ナノ秒オーダーの要求に即座に応答できます。小さくて、安くて、速い。パスコンの最適解です。
容量は「0.1μF」で本当にいいの？
「0.1μF」は長年の経験則から定着した値ですが、これには物理的な裏付けがあります。
0.1μFのセラミックコンデンサの自己共振周波数は、0603〜0805サイズで約20〜50MHzあたりです。これは一般的なデジタルICのスイッチングノイズの周波数帯域をカバーしています。
ただし、高速なICや電源ICでは、0.1μFだけでは不十分な場合があります。
基本構成：ICの電源ピンの直近に0.1μF（100nF）のMLCCを1個。これが最低限。
高速IC・電源IC：0.1μFに加えて、1μF〜10μFのMLCCを併設。低周波の電源変動もカバーする。
FPGAなど：データシートの推奨パスコン構成に必ず従う。容量・個数・配置すべてが指定されている場合が多い。
【ノイズ対策の要】GNDパターンの正しい引き方｜パワーGNDと信号GNDの分離・1点アース →
パスコン配置の実務チェックリスト
基板レビューで確認すべき5つのポイント
| No. | チェック項目 | 詳細と理由 |
|---|---|---|
| 1 | ICの電源ピンから3mm以内か | 距離が遠いと配線インダクタンスでパスコンの効果が激減。高速ICは1mm以内が目標 |
| 2 | VDDとGNDの両方が短いか | パスコンの「行き」と「帰り」の両方が短くないと意味がない。VDD側だけ近くてもGND側が遠ければ効果半減 |
| 3 | 電流ループ面積が最小か | パスコン → ICのVDD → IC内部 → ICのGND → パスコンのGND。このループ面積が大きいとアンテナになりEMI放射の原因になる |
| 4 | ビアの数を最小限にしているか | ビア1個あたり約0.5〜1nHのインダクタンスが加算される。可能な限りICと同じ面にパスコンを配置 |
| 5 | 電源ピンごとにパスコンがあるか | ICにVDDピンが複数ある場合、各ピンの直近にパスコンが必要。1個のパスコンを複数ピンで共有するのはNG |
まとめ｜パスコンは「おまじない」ではなく「物理的な必然」
この記事の内容を、ストーリーで振り返りましょう。
ICは高速スイッチングのたびに、一瞬で大電流を要求する（dI/dtが巨大）
配線にはインダクタンス（L）があり、V = L × dI/dt の電圧降下が発生。ICの電源電圧がガクッと落ちる
ICの直近にセラミックコンデンサ（パスコン）を配置。電荷を蓄えて即座に電流を供給する
パスコンの効果は距離で決まる。離れるとパスコン自身の配線がインダクタンスになり効果が消える。3mm以内、できれば1mm以内が目標
この記事の重要ポイント総まとめ
| テーマ | 覚えるべきポイント |
|---|---|
| ICの動作 | スイッチングのたびに一瞬で大電流を要求する（dI/dtが巨大） |
| 配線の問題 | 配線のインダクタンスL が V = L×dI/dt の電圧降下を生む（≒1nH/mm） |
| パスコンの役割 | ICの横に置いた「小さな電池」。電源の長い配線を迂回して即座に電流を供給 |
| なぜ近く？ | パスコン自体の配線もインダクタンスになる。距離が遠い＝効果ゼロ |
| なぜセラミック？ | ESR・ESLが極めて低く、nsオーダーの要求に即応答できる唯一の種類 |
| 基本構成 | 0.1μF MLCC を電源ピン直近に。高速ICは1μF〜10μFを併設。VDDピンごとに1個ずつ |
パスコンのルールを「おまじない」として暗記するのと、V = L × dI/dt の物理を理解した上で設計するのとでは、トラブル発生時の対応力がまるで違います。基板でノイズが出たとき、「なぜこの位置にパスコンを置くのか」「なぜこの容量なのか」を自分の言葉で説明できるエンジニアは、確実に一目置かれます。
パスコンが抑えている電源の揺れは、回路のノイズの一種です。ノイズの全体像は次の記事で。
メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
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ここまでで、ICの横にセラミックコンデンサを置く理由が、配線のインダクタンスとICの電流の変化にあることがわかりました。次は、コンデンサの選び方と、配置で効き方が変わる理由を見ていきましょう。
テーマ別に、もっと深く学ぶ
気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて学ぶ人向けにやさしく書いています。
