Skip to main content

チップ抵抗器が電気的ストレスで壊れるわけ 故障メカニズムと対策

Panasonic INDUSTRY
0

背景

 近年、電子機器の小型化が急速に進んだことで、そこに用いるチップ抵抗器のサイズも小型化しています(下図参照)。

チップ抵抗器サイズの世代交代図1 チップ抵抗器サイズの世代交代

その一方で電子機器の高機能化・高性能化も進展しているので、これらチップ抵抗には、一層過酷な電気的ストレスにさらされる傾向にあります。
 一般的にこの「抵抗サイズの小型化」と「ストレス耐性」は、トレードオフの関係にあたり、両立が難しいと言われています。つまり小型化を推し進めるためには、その機器のどこでどの様な電気的ストレスが掛かるのかを正しく把握し、それぞれに適切な抵抗器を選択することが重要になってきています。

電気的ストレスでチップ抵抗器が壊れるメカニズム

チップ抵抗器は電気的ストレスでどの様に壊れるのでしょうか?壊れ方は抵抗体の種類により変わってきます。薄膜タイプはアルミナ基板に薄く均一な抵抗体をスパッタリングで形成した抵抗で、抵抗値の精度が良く温度係数も小さいのが特長です。厚膜タイプは導電性粒子とガラスからなる抵抗体をアルミナ基板に塗布して作ります。耐久性が高く値段も安いのが特長です。

電気的ストレスでは、次にあげる2種類の故障が発生します。
① 抵抗体損傷
 故障の症状:抵抗値Up、オープン(断線)
 抵抗体タイプ:薄膜、厚膜
 メカニズム:電気的ストレスにより抵抗体が発熱し破壊される
② 抵抗体劣化
 故障の症状:抵抗値Down
 抵抗体タイプ:厚膜 
 メカニズム:電気的ストレスにより抵抗体のガラス(絶縁部)が破壊される

詳しくは、チップ抵抗器の使用環境による故障事象と故障モードについて記載したこちらのページをご参照ください。

チップ抵抗器の構造図図2 チップ抵抗器の構造図

 

電気的ストレスが重要となる場所と対策

それでは、電気的ストレスが問題になる場所はどの様な個所でしょうか?大まかに次のような場所が有ります。

1. 外部端子やスイッチ周辺回路
外部端子やスイッチの周辺回路ではプルアップ抵抗やダンピング抵抗、終端抵抗など様々な目的で抵抗器が使われています。これらの回路では人が触る事による静電気の被害を受けやすく、その結果として抵抗器が壊れてしまうことがあります。短時間だけど非常に高い電圧(数kV)が加わるこのような破壊をESD破壊と呼びます。特に抵抗値が約100Ω~約100kΩの範囲で特に破壊されやすい傾向にあるので要注意です。後ほどご提案する耐ESD性能が高い抵抗を使う事が対策になります。また、ESD対策部品(ESDサプレッサ、バリスタ等)を使う事も対策になります。ESD対策部品については、こちらの記事も参考にして下さい。

2. DCDCコンバータ、インバータやドライバなどのスナバ回路
DCDCコンバータ、インバータやモータドライバ、リレードライバの内部では、トランジスタで繰り返しOn/Offしながら電流をコイルやコンデンサに流しています。このときにスパイク状の高電圧や大電流が発生しますので、それを吸収して周辺回路を保護する目的でスナバ回路を設けます。このスナバ回路中の抵抗器に定格の数倍の電力がパルス状に繰り返し掛かると、やがて抵抗器は劣化してゆき破損します。後ほどご提案する耐パルス性能が高い抵抗を使うことが対策になります。

3. 電流検出回路など大電流が流れる場所
モーターやバッテリーの電流検出回路やLED等のバラスト回路などでは、抵抗器に定常的に大電流が流れます。そのような回路で長い期間の間、定格電力を超える過負荷の状態で抵抗を用いると、やがて抵抗は損傷してしまいます。後ほど紹介する電力保証の高い抵抗を使うことが対策になります。また、電流検出用の抵抗の場合は抵抗値を下げる事も過負荷対策になります。なぜなら、抵抗値を低くする事で発熱が抑えられるためです。詳しくはこちらのページをご参照ください。

図

機器小型化への応用

以上で述べた通り、機器の小型化には電気的ストレスに気を付けながら適切な抵抗器を選択することが重要で。こういった「機器の小型化・軽量化 設計」に、高電力抵抗が使えます。下図のように汎用タイプの抵抗より4割~7割小型で同じ電力を扱えるため、コンパクトに基板に実装することが出来ます。小型化にお悩みの際はぜひ検討してみて下さい。

高電力抵抗を使った機器の小型化図3 高電力抵抗を使った機器の小型化

パナソニックの抵抗器のラインナップ

パナソニックは豊富な小型高電力チップ抵抗ラインナップを取り揃えております。耐硫化と耐サージを兼ね備えたERJUPシリーズや耐サージタイプのERJPシリーズ、耐パルスタイプのERJTシリーズ、長辺電極で基板を通じた放熱を向上したERJA/Bシリーズがございます。用途に合わせてご活用ください。

シミュレータのご紹介

こちらの抵抗器シミュレータを使うと簡単に選ぶ事が出来ます。このシミュレータに必要電力と使用温度を入力すると、パナソニックの豊富なラインナップから最適な抵抗器をお勧めします。ぜひご活用ください。

関連記事

パナソニックの小型高電力チップ抵抗器の特長

電気的ストレス以外にもさまざまな原因で抵抗器が故障します。主な原因と故障した際の症状についてまとめた記事はこちら

▼商品カタログはこちら

いかがでしたでしょうか、皆さまの回路設計の耐久性向上や小型化にお役に立てれば幸いです。

Panasonic Industrial Company contributes towards a new future and a richer society by providing various high quality and reliable industrial products. On DesignSpark we will introduce new products and provide technical information. パナソニック インダストリー社は、新しい未来と豊かな社会に貢献する会社を目指し、高い性能、信頼性を実現した商品を多数扱っております。DesignSparkでは弊社商品や技術記事についてご紹介いたします。

Recommended Articles

DesignSpark Electrical Logolinkedin