村田製作所製DHR製品の販売終了後のMRI用高電圧コンデンサ

村田製作所製DHR製品の販売終了後のMRI用高電圧コンデンサ

抽象

村田製作所はDHRシリーズの生産終了を発表し、最終受注日は2026年9月、最終出荷は2027年第2四半期を予定している。このシリーズはMRI用勾配電源やX線発生装置に25年間採用され、年間100万台以上が出荷されてきた。本稿では、代替品選定の障壁、代替品として妥当かどうかを判断する3つの測定項目、そして8段階の切り替えプロセスについて解説する。

はじめに

DHRシリーズは2025年第4四半期に生産終了となりました。最終受注日は2026年9月で、すべての受注は2027年第2四半期までに完了する予定です。このシリーズは25年以上にわたり、MRI勾配電源、X線高電圧発生器、半導体イオン注入装置などに採用され、年間100万台以上が生産されてきました。

問題は3つあります。既存の在庫は6～12か月分の生産量をカバーしています。PCBレイアウトはDHRパッケージに合わせて設計されているため、交換品はピン互換性が必要です。医療グレード認証には12～18か月かかりますが、これは残りの発注期間よりも長い期間です。

代表的な部品としてDHR4E4C101K2FBがあります。容量は1 nF、定格電圧は15 kV DC、ケースサイズはΦ9×12 mmの軸方向ケース、誘電体はZ5M、100 kHzにおけるDFは1.5%以下、部分放電開始電圧は定格電圧の約1.4倍です。主な故障モードは、部分放電箇所から始まる絶縁破壊です。

2. コアメカニズム

2.1 Z5M誘電体の損失特性

Z5MはX7Rに近いクラスII強誘電体です。そのDFは低周波数では低く、100kHzを超えると急速に上昇します。N4700のようなクラスI誘電体は同じ帯域で0.1%以下に留まり、実効損失率はリアクタンス項から求められます。

D_eff(f) = 2πf · C · tanδ_eff / (1/(2πf · ESL) + 2πf · C · tanδ_eff)

ここで、f は周波数、C は静電容量、tanδ_eff は実効損失正接、ESL は等価直列インダクタンス、D_eff はその周波数における実効損失率である。

1 nF、15 kVの条件下では、N4700部品は128 MHzで容量性を維持します。一方、DHR部品は128 MHzでDFが3%～5%に上昇し、MRI RFリンクの低損失要件を満たしません。

2.2 軸方向ケースの自己共振

軸方向リードの形状によって、部品が自己共振周波数以上でどのように動作するかが決まります。

f_res = 1 / (2π · √(ESL · C))

ここで、ESLはループ等価直列インダクタンス、Cは静電容量、f_resは自己共振周波数である。

1 nFの容量で、リード線とループインダクタンスが18 nHの部品は、37 MHz付近で共振するため、64 MHzと128 MHzの搬送波では誘導性として振る舞います。ループインダクタンスを小さくするとf_resが上昇し、部品は容量性のままになります。

2.3 部分放電の開始と寿命

PDIVは、部品が耐用期間中に耐えられる動作応力を設定します。加速寿命の関係はべき乗則に従います。

L = L0 · (V_PDIV / V_op)^n

ここで、L0は初期ストレス時の寿命、V_PDIVは部分放電開始電圧、V_opは動作電圧、nは7から9までの寿命指数、Lはその動作電圧における期待寿命である。

PDIVを定格電圧の1.4倍から1.6倍に上げると、同じ動作点において寿命が2.5倍に延びます。一定の耐用年数において、高い初期電圧は、より広い温度範囲やより低いリップル電流ではなく、余裕を生み出します。

2.4 温度ドリフトと勾配精度

Z5Mは、-55℃から+125℃の温度範囲で最大±15%の温度係数を持ち、100kHzを超える周波数ではDFが上昇します。勾配増幅器が50kHzを超える周波数で切り替わると、このサイズの容量ドリフトによって勾配電流波形が変化し、K空間の線形性も変化します。クラスI誘電体は、ドリフトを±30ppm/℃程度に抑え、DCバイアスシフトを5%未満に抑えます。これが、この誘電体を置き換えることで得られる精度上の利点です。

図1 — DHRの注文受付期間は2026年9月に終了する一方、医療資格取得には12～18ヶ月かかるため、在庫がなくなる前に代替品の調達を開始する必要がある。

3. エンジニアリング上の課題

課題1：資格取得期限に対する在庫管理

注文受付期間は2026年9月に終了します。MRIプログラムに新規サプライヤーが参入するには、部品の生産開始前にPD、DF、寿命、および機械的寸法に関する認定を受ける必要があり、その作業には約12ヶ月かかります。ある3テスラMRIのOEMは、DHRの在庫が2026年末までしか持たないと報告しています。

問題点2：パッケージの互換性

Φ9×12 mmの軸方向ケースは、25年間業界標準として使用されてきました。ケース寸法が0.5 mm以上ずれた代替品は、穴あけ加工、絶縁スリーブ、ケーブルタイのすべてにおいて不合格となります。代替品として製造された部品は、Φ9 ± 0.2 mm、長さ12 ± 0.3 mm、リードΦ0.8 ± 0.05 mmの寸法となっています。

課題3：生産能力とリードタイム

年間供給不足は数百万台規模であるため、代替供給業者が現実的な選択肢となるには、少なくとも月間50,000万台の安定した生産能力が必要となる。それ以下の生産能力では、既存供給業者が出荷を停止したまさにその瞬間に、プログラム全体が脆弱な状態に陥ってしまう。

問題点4：温度ドリフトにより勾配波形が変化する

勾配スイッチング周波数が50kHzの場合、±15%の温度係数と上昇するDFによって勾配電流制御精度が変化し、それが画像形状に現れます。クラスI部品は温度変化に対してその値を維持し、100kHz以上でもDF_effを0.1%未満に抑えるため、勾配ループは目標値を維持します。

4. 設計手順

戦略1：データシートを3次元でマッピングする

DHRのサイズコードの表を作成し、それぞれのコードを静電容量と電圧に基づいて候補にマッピングします。DHRの範囲は、4つのサイズコードにわたって1 pFから10 nF、2 kVから50 kVまでなので、表が全範囲を網羅していれば1対1の対応付けが可能です。

戦略2：注文の100％に対して部分退院をスクリーニングする

医療グレード N4700 部品は、5 pCの電流と定格電圧の1.5倍の電圧で100%部分放電（PD）試験を受けます。PD、DF、および寿命試験に関するSGS、TUV、CQCの報告書を設計パッケージに添付することで、社内審査の時間を短縮できます。

戦略3：資格取得スケジュールで無料サンプルを入手する

実物基板との比較サンプルを100個無料でご注文いただけます。納期は1～2週間です。既に納期が遅れている場合は、5営業日以内のエンジニアリングサンプルサービスをご利用いただけます。金型製作の決定前に、サンプルを既存の穴に合うかどうかをご確認ください。

戦略4：並行してライフテストを実施する

既存部品と候補部品を140℃、定格電圧の1.5倍の条件下で1,000時間並行して動作させた。3T勾配基板1枚において、候補部品の故障率は0%であったのに対し、DHRコントロールサンプルでは8%であった。この単一の曲線で、社内認定審査におけるほとんどの疑問に答えることができる。

戦略5：移行期間中も二重の足跡を残す

両方の部品配置位置を新しい基板上にレイアウトし、0Ωリンクで切り替えます。その後、レイアウト変更なしで在庫状況と検証の進捗状況に基づいて生産が進められ、切り替えは生産スケジュール通りに行われます。

戦略6：高電圧部品表の統合

コンデンサを注文する 高速回復ダイオード クランプ、 HVRGXPサンプリング抵抗器, グレード別抵抗器 供給元が1つに集約される。認証ルートが4つから1つに減り、受入検査ラボは4社ではなく1社のサプライヤーのみを取り扱うようになる。

戦略7：変更通知を追跡する

サプライヤー変更通知フィードを購読し、通知の6～12か月前に、影響を受ける各DHRモデルを候補にマッピングしてください。この期間があれば、スケジュール例外なしにサンプリング、テスト、および認定を行うのに十分です。

戦略8：ボリュームが許す範囲でフィルムの一部を比較する

A フィルムコンデンサ バイアス電圧下での静電容量の維持と高いリップル電流への対応に優れているが、ジュールあたりの体積は大きくなる。筐体内に余裕があれば、セラミック部品の認証が完了するまでの移行期間中、緩衝材として機能させることができる。

コンポーネントパラメータ	標準値	試験条件
定格電圧（HVCT8Gシリーズ）	10kV DC	60秒間、1.5倍の高電圧試験
キャパシタンス	4700 pF ±20% (472M)	1 MHz、1 V rms
1MHzにおけるESR	50 mΩ未満	-
ループインダクタンス（E40コード）	8 nH未満	端子間隔40mm
絶縁抵抗	500V DCで10GΩ以上	25℃、相対湿度60％
使用可能温度範囲	−40℃～+125℃	IEC 60068-2シリーズ
パルスdv/dt機能	50 kV/µs以上	定格電圧で

5. DHR位置用のHVCコンデンサ

代替品は、既存製品の出荷が停止する前に、同じパッケージでより優れた損失データを持つ製品として到着する必要がある。HVCは、東莞にある6,000平方メートルの自社工場で、1kVから150kVまでの電圧範囲に対応するN4700部品を両社向けに製造している。

ここで重要な6つのパラメータ

• ピンの互換性。DHRパッケージの完全なマップは、Φ9×12 mm、Φ11×15 mm、およびΦ14×18 mmを±0.2 mmの範囲内でカバーしているため、既存の穴あけプログラムは引き続き有効です。
• PD発生電圧は定格電圧の1.6倍以上であるのに対し、DHRでは1.4倍であり、同じ動作電圧で寿命が2.5倍に延長される。
• 100 kHz以上でDF_effが0.1%未満。 HVCT8G 128MHzでは、Z5M誘電体の容量性が3%から5%に達するため、ラインは容量性を維持する。
• 医療機器向け注文では、5 pCおよび定格電圧の1.5倍で100%のPDスクリーニングを実施し、重要機器向け注文では2 pCでのスクリーニングも可能です。
• 生産能力と納期。東莞工場は月産80,000万台で、標準納期は4週間、緊急注文の場合は2週間で対応可能です。
• 連携部品。HVDダイオード、HVRGFPおよびHVRGXPガラス釉薬抵抗器、 HVR-BSP 分圧器と安全Yコンデンサは同じ供給元から供給され、HVCはマッチングする。 村田 DEHおよびDESのフットプリント。

配送とサポート

標準部品は4週間、エンジニアリングサンプルは5営業日以内に出荷されます。HVCアプリケーションエンジニアリングは、モデルマップ、パッケージチェック、並列寿命テスト、およびシステムレベルの交換検証をサポートします。

既存の部品番号、年間生産量、基板サイズ、および動作周波数をお送りください。HVCは、5営業日以内に代替部品番号、ピン配置図、DFおよびPDデータ、およびサンプルスケジュールをお送りします。

6。 よくある質問

Q1：DHRの注文受付期間はいつまでですか？

最終発注日は2026年9月で、全発注は2027年第2四半期までに完了する予定です。既存の在庫はMRIの生産に必要な6～12か月分をカバーしています。医療機器としての認証取得には12～18か月かかるため、期限内に完了させるには、代替品の調達を今四半期中に開始する必要があります。

Q2：Z5M誘電体がRF要件を満たさないのはなぜですか？

DFは周波数とともに上昇するためです。Z5Mのデータでは、100kHzではDFが1.5%未満ですが、128MHzでは3%から5%に上昇し、RFリンクにおいて損失の大きい要素となります。クラスI誘電体であれば、同じ帯域でDF_effが0.1%未満に抑えられるため、結合ノードの効率が維持されます。

Q3：パッケージはどの程度一致している必要がありますか？

あらゆる寸法において0.2mm以内の誤差が必要です。Φ9×12mmの軸方向ケースは、PCBの穴あけ加工の標準サイズであり、これを超えるずれがあると、穴あけプログラム、スリーブ、ケーブルタイのいずれも機能しなくなります。サンプル注文前にケース図面とリード径を請求し、サンプルを実際の基板に取り付けて確認してください。

Q4：PDIV値が高くなると何が変わりますか？

期待寿命。寿命は L = L0 · (V_PDIV / V_op)^n で表され、n は 7 ～ 9 です。開始電圧を定格電圧の 1.4 倍から 1.6 倍に上げると、同じ動作点で寿命が 2.5 倍に延びます。これは、システムをオフラインにしないと保守できない磁石では重要です。

Q5：資格取得にはどれくらいの期間がかかりますか？

パッケージが標準で、DF、ESL、PDのデータが既に存在する場合は約12週間、寿命試験を含む医療グレードのフルプログラムの場合は最大12ヶ月かかります。140℃、定格電圧の1.5倍での並列寿命試験は早期に実施してください。この曲線はレビューにおける最長の極となるからです。

Q6：資格取得が期限内に完了しなかった場合はどうなりますか？

基板上の両方の部品位置を0Ωリンクで選択するデュアルフットプリントを使用します。生産は在庫状況と検証の進捗状況に従って行われ、レイアウト変更なしで切り替えが完了します。最初の位置の在庫がなくなる前に2番目の位置の検証が完了するよう、今すぐサンプルを注文してください。

7。 リファレンス

1. IEC 60601-1:2005+AMD1:2012, 医用電気機器 ― 第１部：基本安全及び必須性能に関する一般要求事項ジュネーブ：IEC、2012年。
2. IEC 60601-2-54、 医用電気機器 ― 第2-54部：放射線撮影および放射線検査用X線装置の基本安全および必須性能に関する個別要求事項ジュネーブ：IEC、2018年。
3. IEC 60384-8、 電子機器用固定コンデンサ ― 第8部：セラミック誘電体固定コンデンサ、クラス1ジュネーブ：IEC、2015年。
4. IEC 60270、 高電圧試験技術 ― 部分放電測定ジュネーブ：IEC、2015年。
5. エリクソン、RW、マクシモビッチ、D.、 パワーエレクトロニクスの基礎第3版。Cham: Springer、2020年。
6. モハン、N.、アンダーランド、TM、ロビンス、WP、 パワーエレクトロニクス：コンバータ、応用、設計第3版。ニュージャージー州ホーボーケン：ワイリー、2003年。
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11. HVCアプリケーションエンジニアリングチーム、 高電圧セラミックコンデンサの技術資料、https://www.hv-caps.com