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» 2021年01月28日 11時00分 公開

セラミックキャパシター(7) ―― 使用上の注意点とディレーティング中堅技術者に贈る電子部品“徹底”活用講座(51)(4/4 ページ)

[加藤博二(Sifoen),EDN Japan]
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信頼性設計

 MIL-HDBK-217Fのセラミックキャパシター(CK形式)を参考に次のような条件で故障率を推定します。

基本故障率λB=0.00099(1/106Hr)

要因 温度ファクタπT 容量ファクタπC 電圧ファクタπV 品質ファクタπQ 環境ファクタπE
4式 5式 6式 (2文字形) GB
条件 温度60℃ 0.1μF 70% 信頼性未確認 地上、温和
係数 4.2 0.81 2.6 3 1
表3:使用条件一覧
4式5式6式

 総合故障率λは7式で求まります。

  λ=λB×πT×πC×πV×πQ×πE                    …7式

 したがって、表3の各値を代入すると総合故障率λは
  λ=0.00099×4.2×0.81×2.6×3×1=0.0263
となります。また積層セラミックキャパシター(MLCC)では基本故障率λBが、
λB=0.0020とほぼ2倍になりますのでMLCCでは同条件でλ=0.0526となります。

 この値は次のJEITAの市場実測データ

  • 0.026(一般品)
  • 0.053(チップ)

と合致していると言えるでしょう。

 上記の故障率は電圧ディレーティング70%、使用温度60℃で算出しました。電圧ディレーテングを標準的な80%まで許容すれば使用温度は53℃以下で使用することになり、これらのディレーテイング率が現実的な値と考えられます(年間平均機器周囲温度Ta=25℃時、機器内温度上昇ΔTa<28deg)。

 次回はキャパシターのシリーズ最終回として電気二重層キャパシターについて説明したいと思います。


【参考文献】
1)村田製作所 キャパシターのFAQ セラミックキャパシターの静電容量は経時変化するのですか?
2)電子機器用固定磁器キャパシターの安全アプリケーションガイド RCR-2335B
3)TDKテックノートソリューションガイド 高信頼性MLCCのたわみクラック対策
4)Wikipedia Ceramic Capacitor (2020/12/27)
5)TDKテックノートソリューションガイド 高信頼性MLCCのはんだクラック対策
6)東レリサーチセンターThe TRC News No.119(Jun.2014)電子材料(5)積層セラミックキャパシターの各種分析事例


執筆者プロフィール

加藤 博二(かとう ひろじ)

1951年生まれ。1972年に松下電器産業(現パナソニック)に入社し、電子部品の市場品質担当を経た後、電源装置の開発・設計業務を担当。1979年からSPICEを独力で習得し、後日その経験を生かして、SPICE、有限要素法、熱流体解析ツールなどの数値解析ツールを活用した電源装置の設計手法の開発・導入に従事した。現在は、CAEコンサルタントSifoenのプロジェクト代表として、NPO法人「CAE懇話会」の解析塾のSPICEコースを担当するとともに、Webサイト「Sifoen」において、在職中の経験を基に、電子部品の構造とその使用方法、SPICE用モデルのモデリング手法、電源装置の設計手法、熱設計入門、有限要素法のキーポイントなどを、“分かって設計する”シリーズとして公開している。


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