電子機器テスト基本ガイド～代表的な用途やテストの種類をご紹介

電子機器は、情報処理、通信、信号処理から、機器の開発・販売に至るまで、現代社会で大きな役割を果たしています。全ての人が何らかの形で電子機器を所有しています。

電子機器とそれを構成する部品は、私たちの生活に大きな影響を与えます。そのため、電子機器が生産され市場に投入される際には、機能、法的、安全性の観点から厳しいテストに合格しなければなりません。このことは、電子製品のライフサイクルにおいても同様で、時間の経過とともに徐々に劣化し、故障や性能低下、安全性の問題につながる可能性があります。

電子計測器は何に使われるのか？

電子計測器の代表的な用途としては、以下のようなものが挙げられます。

• 研究開発段階での回路の性能や不具合の検証
• 製造テスト時の部品レベルの不具合、不良回路、過負荷接続、高抵抗の特定
• 電子機器全体の性能を確認し、設計仕様と照らし合わせて検証する
• 電圧、電流、抵抗、コンダクタンス、キャパシタンスなどの基本的な電子パラメータの検証。これは設計段階と機器の定期メンテナンスの両方に適用できる（測定器の場合）。

電子機器のテストは、流通や使用前の段階に区分されます。これは、潜在的な問題をトラブルシューティングして排除し、製品が最適なレベルで動作するようにするために行われます。

何らかの電子機器を設計・製造する場合、製品のライフサイクルのさまざまな段階で、適切な電子機器試験手順を完了させる必要があります。

• コンセプト実証の研究開発テスト
• 設計 - 完成した設計を仕様に照らしてテストする
• 生産された各ユニットまたはそのサンプルの製造または生産テスト。
• 特殊な機器の設置および試運転テスト
• 定期的な校正 - 測定器の場合
• トラブルシューティング - 機器が故障したとき
• ハードウェアの定期的な安全性テスト

認証試験

それぞれの段階が正常に終了すると、DUT (Device Under Test) は使用に適した状態になります。しかし、電子機器は、製造者の仕様、法律、および規制ガイドラインに従って維持されなければならないことに留意することが重要です。

電子機器テストに必要な機器

電子機器のテストが必要な理由とタイミングはお分かりいただけたと思いますが、実際にテストを行うには電子機器のテスト方法と電子機器テストに使用される様々な種類の機器を知ることが重要です。このガイドでは、小規模な部品試験から大規模な生産試験まで、製品ライフサイクルのさまざまな段階で必要となる試験装置について説明します。

コンポーネントテスト

電子部品の試験は、製品に搭載される前に、回路が可能な限り安全に構築されていることを確認する必要があります。生産される莫大な数の電子部品を考慮すると、メーカーは生産ラインからすべての部品を包括的にテストすることはできません。統計的工程管理と無作為抽出により、4つの分野に焦点を当てながら、要求された仕様で部品が製造されていることを確認します。

• PCBアセンブリ（PCBA）に追加される前の製品寿命の早い段階で故障する部品は、高加速寿命試験（HALT）とストレススクリーニング（HASS）を通じて特定されます。これには、振動・衝撃試験、電気的ストレス試験、バーンイン試験などが含まれます。
• 電気テストは、PCBAが基本的な電気的要件を満たしていることを確認するだけでなく、コンポーネントが定格電気仕様を満たしていることを確認します。自動化された試験装置では、PCBとPCBAの電気的接続をチェックすることができます。設計者は、この段階を実施するために、メーカーにテストデータを指定する必要があります。
• PCBAとコンポーネントは、極端な機械的負荷や環境に耐えられるかどうかをテストする信頼性試験にかけられます。
• 機能テストは通常、プロトタイプが製作された時点でテストエンジニアが実施し、その時点でシステムを所定の性能要件に照らしてテストします。この場合、個々の部品は基板が故障した場合のみテストされ、根本的な原因を特定の部品に絞り込む必要があります。

試験装置

一般的な部品検査装置には、以下のようなものがあります。

• コンポーネント・ICテスタ - ICテスタは、電池、ダイオード、LED、SCR、トランジスタなどのコンポーネントのテストに最適な電池駆動のポータブルデバイスです。電圧、抵抗、静電容量、導通などのパラメータを測定することができます。
• ディケイド・ボックス - 回路の標準的な値の部品を代用するために使用されるディケイド・ボックスは、一連の抵抗、コンデンサ、インダクタで構成され、異なる電気値を再現する。使用前に試験装置の精度を確認したり、トラブルシューティングに使用されます。
• オーム計 - オーム計は、電気回路やその部品の電気抵抗と導通を測定するために使用されます。試料に微小電流を流し、電流が試料を通過する際に発生する電圧降下により抵抗値を測定することができます。

電子計測器

電子回路の総合試験には、対象製品の性質に応じて様々な数の試験装置が必要です。これは、DUTに十分な電力を供給し、代表的な信号を送り、出力を仕様に照らして評価するためです。また、テストエンジニアが回路のどの部分でも監視（および信号のデコードの可能性）できるようにすることで、回路全体の動作を理解できるようにするためでもあります。

これらの機器は、テストスクリプトによるリモートコントロールや操作が可能な場合が多く、高速な生産テストを容易に行うことができます。

設計の様々な段階で使用される一般的なテスト機器には、以下のようなものがあります。

EMC試験

電磁適合性試験（EMC）は、機器やシステムがその環境にある他のものに電磁妨害を与えることなく、機能することを確認するものです。また、これらの試験は、他の機器からの干渉や自然に発生する干渉源によって機器が悪影響を受けないことを保証するものです（イミュニティ試験）。

日本をはじめ欧州や英国、米国、中国、韓国、オーストラリア、ニュージーランドなど、ほとんどの市場でEMC試験は義務化されています。

試験対象となる製品や機器によって、EMC認証（適合宣言と呼ばれる）を取得するために必要な試験は異なりますが、これらに限定されるものではありません。

• アンテナ入力イミュニティ
• アンテナの遮蔽効果
• 伝導妨害波イミュニティ
• 伝導性エミッション（連続的および非連続的な干渉）
• 静電気放電（ESD）耐性
• 電気的ファストトランジェント/バーストイミュニティ
• 高調波電流の発生
• 放射妨害波に対するイミュニティ
• 誘導電圧に対するイミュニティ
• オンサイトEMCテスト
• 電力干渉
• パワーサプライコンディショニング
• 放射性物質
• 放射電磁界耐性
• 電圧変動・フリッカー
• 電圧サージ耐性
• 電圧ディップ/遮断耐性
• 磁界測定（EMF）
• 電界測定（EMF）
• 電磁界測定（EMF）
• 電界による誘導電流密度 (雷機器用EMF)

ESD試験

静電気放電 (ESD) 試験は EMC 関連に属しますが、おそらく最もよく知られた EMC 試験の 1 つで、さまざまな産業で使用されています。ESDは、帯電した2つの物体の間で突発的に電気が移動する現象で、直接接触、短絡、誘電破壊によって引き起こされることがあります。この放電や火花は、それ自体では致命的なものではありませんが、機器や装置を機能不全に陥れ、交換や修理を余儀なくされることがあります。

ESD は、電子機器に発生した場合、即座に故障に至るか、あるいは時間をかけてゆっくりと部品を損傷するため、 非常に有害です。徐々に進行する潜在的な損傷は最終的に部品の故障につながり、高価な部品の交換を引き起こし、より広いシステムでダウンタイムを引き起こす可能性もあります。

ESD 試験は、輸送中や操作中に発生しうるさまざまな静電気衝撃をシミュレートすることで、製品が ESD 保護領域や手順の要件に適合しているかどうかを判定するものです。これらの試験は、気中法または接触法の2つの方法のいずれかで実施することができます。

• 気中法では、帯電した発電機や放電体（ESD ガンなど）を被試験デバイスに向けて配置します。湿度や温度などの変動は ESD試験に影響を与え、ESDは低温・低湿度の環境下でより一般的に発生します。
• 接触試験では、気流式に影響する環境変動要因を排除することができます。この方法では、ESD 発生器が被試験デバイスに直接接触し、試験期間を通じて接触状態が維持されます。この試験方法は、異なる環境条件下でも一貫していますが、接触型ESDは自然にはほとんど発生しないため、結果は非現実的とみなされる可能性があります。

PAT試験

電子回路の試験は、主に仕様通りの動作に焦点を当てるが、製品全体（主電圧の電気回路を含む）がユーザーにとって安全であることを保証することも重要です。

設計は、製品が供給される国の関連する電気規格に適合していなければならず、適切な試験装置を用いて出荷前にこれらの規制に適合するよう試験する必要があります。これにはアースボンドテスター、絶縁テスターなどが含まれます。

機器が使用されているとき、雇用主や家主などの組織や個人は、安全な作業環境を作ることが法的に求められており、PATテストはリスクを軽減するための優れた方法です。

電子機器に関する適切な知識を有する者が、以下のような法律に準拠したPATテストを実施する必要があります。

• 1974年労働安全衛生法（Health and Safety at Work Act 1974）
• 1989年労働安全衛生規則（Electricity at Work Regulations 1989）
• 1998年労働安全衛生規則（Provision and Use of Work Equipment Regulations 1998）
• 1999年労働安全衛生管理規則（Management of Health and Safety at Work Regulations 1999）

テストする製品に適したPATテスト機器を使用する必要があります。適切な担当者がテストを完了し、製品が合格すると、適切な基準を満たし、製品が安全に使用できることを示すPAT証明書が発行されます。

PATテストに必要なものは？

PATテストが必要な家電製品は7種類に分類されています。

• 固定式家電
• 定置型家電
• IT家電
• 可動式家電
• ポータブル家電
• ケーブル・充電器
• ハンドヘルド機器

電気器具は主にクラス1、2、3に分類され、クラス1が安全でない場合に最も危険で、クラス3が安全でない場合に最も危険ですとされています。電気器具のクラスによって、安全に使用できるように、その器具に必要なPATテストのレベルが決まります。クラス1の機器は完全なPATテストが必要で、クラス2の機器はPAT絶縁テストが必要で、クラス3の機器はPATテストが全く必要ありません。

クラス1の電気製品は、通常、金属製で、3本のケーブル、金属製のアースピン、プラグ内のヒューズを備えています。電子レンジ、やかん、トースター、冷蔵庫、電子レンジなど、小型および大型の白物家電が含まれます。

クラス2の電化製品は、絶縁性が高いため、金属製のアースピンで保護する必要がなく、ヘアドライヤー、テレビ、コンピュータ、コピー機などがこれに該当します。しかし、製品のクラスを確認する最も安全な方法は、クラス2の電気器具のシンボルを探すことです。

最後に、クラス3は低電圧の電化製品で、ノートパソコン、携帯電話、低エネルギー電球など、最も安全な電化製品と考えられています。品目自体はPATテストを必要としないが、充電用のリード線とプラグのテストが必要な場合がある。

電子計測器の校正

電気校正とは、電圧、電流、抵抗、インダクタンス、静電容量、時間、周波数などの電気的パラメータを測定または試験する機器の性能を確認または調整する手段です。

電気校正は、これらの重要な特性の性能を評価する精密な装置を用いて、性能評価や校正調整を行うことができ、潜在的な誤差を特定したり、最小化したりすることが可能です。このような精密機器には、校正器／標準器と精密デジタル・マルチメーターという2つの大きなカテゴリーがあります。

• 校正器 - 校正器は通常、数マイクロボルトから最大約1キロボルトまでの電圧設定など、幅広い精密出力信号を提供することが可能です（ほとんどのモデルで）。最近の校正器は一般的に、電圧、抵抗、電流など様々な電気的機能の出力を備えています。
• 標準器 - 標準器は校正器よりもさらに高精度ですと考えられており、校正器の少なくとも4倍の性能を発揮しますが、これは通常、比較すると1つまたは少数の出力設定による電気機能に限定されます。
• 高精度デジタル・マルチメータ（DMM） - DMMは、電圧、電流、抵抗など様々な電気的パラメータを数値にわたって測定する優れた性能を備えています。周波数、静電容量、その他のパラメータも含めることができますが、DMMではあまり一般的ではありません。