[ Home > 電気製品の EMC／安全適合性 > EMC+Compliance Journal より ]
翻訳: T. Sato
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| Figure 1 |
何故、大量に使われている積層チップ・コンデンサ (MLC) と比較して、 貫通セラミック・コンデンサは特有の問題を生じるのだろうか？ いくつかの理由がある： MLC は小さく、ソリッドな金属部品に半田付けされず、 そして通常は自動的に位置決めされて半田付けされる。 対照的に、貫通フィルタは比較的大きく (より大きな温度勾配が生じ得る)、 ソリッドな金属部品に半田付けされたセラミック・コンデンサを含み、 そして手作業で組み立てられて半田付けされる。
貫通フィルタの多くの問題がユーザーによる不注意な取り扱いによって生じる；
その他のものは、
完全な動作仕様をフィルタ製造業者に開示しないユーザーによって引き起こされる；
その他のものは、
その仕様が意味するものを理解し損ねた製造業者によって引き起こされる；
そして最後に、いくらかは、
製造上の欠陥や良くない組み立て基準によって引き起こされる。
まず、コンデンサの種類について。
セラミック貫通コンデンサ技術においては３つの形状を見掛ける。 円筒形、円板形、そして平面アレイ形。 半田付けの熱などに関するコメントの多くは同程度に有効であるものの、 多芯コネクタのフィルタのために用いられる最後のものは、 ここでは特に扱わない。
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| Figure 2 | Figure 3 |
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| Figure 4 | Figure 5 |
構造の種類をざっと網羅したので、 次は貫通フィルタに関する問題の結果を述べることができるだろう。
それは、それが不注意なユーザーが最初に遭遇するものだからである ―― 誤った取り扱いや、その他のものの結果。
セラミック・コンデンサが故障した時、あるいは故障し始めた時に ほとんど常に観察される電気的な結果は、 接地と内部の電極のあいだの絶縁抵抗の低下である。 良い部品では、絶縁抵抗は 1GΩ 以上、通常は 40GΩ 以上となることだろう。 部分的な欠陥を持つ部品では、これは 数 100MΩ まで低下する ―― 大抵は問題ではないが、 最終的には完全に駄目になった部分での短絡という結果となる、 将来のさらなる劣化を物語る。
上記のことは、円板形と円筒形の双方に適用される。 円筒形のものにおける電気的な結果の１つはセラミックの円筒に酷いクラックが入った時に生じ、 一方のコンデンサが接地接続を失い、π フィルタの容量が半分になる。 そのセラミックが見える場合には 貫通型半田付け部品の損傷の視覚的な兆候があるかも知れないが、 そうでない場合、 例えばフィルタがエポキシ樹脂で封止されている場合には目に見える兆候はないかも知れない。
問題そのものについては以下で議論する。
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| Figure 6 |
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| Figure 7 |
対処方法： 製造業者の半田付け推奨条件に従う。
これは、通常は、温度の低い鏝を長い時間使うのではなく、
温度の高い鏝を可能な限り短時間使用することとなるだろう。
リードの半田付けされる部分とフィルタ本体のあいだに放熱クリップを付けることは
良い考えのように思えるかも知れないものの、
現実にはそれらのフィルタには僅かな余地しかない。
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| Figure 8 |
そのようには扱わないこと！
もしフィルタを締め過ぎると、その取り付けフランジのすぐ下
――本体の壁面が非常に薄くなることがある――
でフィルタの本体をねじ切る可能性が高い。
さらに、円筒形コンデンサを用いたものの場合は
そのセラミックにクラック ――将来の絶縁抵抗問題を、また容量低下を伴う――
を入れる可能性が高い。
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| Figure 9 |
このスタイルのフィルタは、六角形の本体と組み立て工具のための余裕が不要であるために、
より大きな実装密度の点で「ボルト形」に対する利点を持つ。
その欠点は、それをシャーシに半田付けするためには、シャーシとフィルタを半田付け温度、
実際上は 200℃ 以上にまで熱さねばならないことである。
制御された着実な温度上昇を、
そして同様に制御された温度低下を与える加熱方法を選択するべきである。
温度衝撃は、いかなるコストを払っても避けるべきである。
半田付けに続いて、フィルタはクラックの兆候を確認されるべきである。
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| Figure 10 |
安価な「民生用」のフィルタの一部は伝統的な半田を使用しているようである。 より高価な部品は、220℃ から 300℃ で融ける高融点半田を使用している。
最後に、多数の部品を一度に半田付けする場合について。
おそらくは例えば航空関係のプロジェクトにおいて、多数の線がフィルタされる、
フィルタの大きな「アレイ」を設計することは誘惑的である。
組み立て中にフィルタにクラックを入れる可能性が少し (例えば 500個に 1個) あるならば、
90個のフィルタのアレイを無事に組み立てられる可能性は、
10個のフィルタのアレイの場合よりも明らかに低くなる。
貫通フィルタに特に影響するものは、以下のものを含む：
過渡電圧： 電源仕様は、例えば雷誘導波形に起因する過渡電圧を含むかも知れない。 フィルタ製造業者がこれを知っており、 部品がその過渡現象に耐えられることを示せることが重要である。 これは円筒形と円板形の部品の双方に適用され、 おそらくは後者の方がよりそうである。
電圧定格： その定常的な充電/放電サイクルに伴い、 交流電圧は直流電圧よりも高いストレスを与える。 同様に、交流 400Hz は 50/60Hz よりもストレスが高い。 もし製造業者が部品の定格を 50/60Hz で与えているならば、 その部品が 400Hz で使用できると仮定することはできない。
温度サイクル要求： コンポーネント製造業者はその部品が限界温度範囲 (例えば -55℃ から 125℃) の 10〜20回のサイクルに耐えることを求められるであろう。 航空関係の製造業者の機器は、離陸/着陸ストレスのシミュレートのために より多くのサイクルを経る必要があるかも知れない。 これは通常は問題とはならないだろうが、 エポキシが金属の本体よりも遥かに大きな膨張率を持つ エポキシ樹脂封止フィルタでは課題となり得る。 エポキシ樹脂と金属の本体のあいだにクラックが発生し、湿気の侵入を許し得る。
挿入損失の規定： 挿入損失は、往々にして室温で、印加電圧ゼロ、負荷電流ゼロで規定される。 これらのパラメータ全ては挿入損失に影響し得る。 もし機器が広い温度範囲で動作するならば、 Z5U 特性よりも遥かに安定な X7R 温度特性を指定することが重要かも知れない。 印加電圧も誘電率を低下させ、従って静電容量と挿入損失を低下させる。 印加電流はフェライト・ビーズ・インダクタを飽和させ、 これも挿入損失を低下させる。
貫通フィルタ内の先天的な障害を検出する非常に有効なテクニックが１つある ―― バーン・イン。 これは、24〜168時間のあいだ、 直流電圧 (DC 100V) を印加しながら部品を高温 (125℃) に保つことによる。 製造業者によってはこの効果を認めており、100% バーン・インを行なっている。 その他のものは、それを要求に応じて提供している； いずれにしても、関連する追加の作業のために多く支払うこととなるだろう。 もしあなたの用途が「高信頼」であれば、バーン・イン要求を考慮すること。 MIL-F-28861 のような軍用フィルタ仕様は、100% バーン・インを要求している。
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2004-07-19