AN1011 アプリケーションノート STマイクロエレクトロニクスのNVRAMおよび リアルタイムクロック(RTC)製品で使用されているバッテリー技術 はじめに リチウムカーボンモノフッ化物 (LiCFx) バッテリーは、ST マイクロエレクトロニクスの ZEROPOWER®NVRAMおよびTIMEKEEPER® NVRAMの各デバイス、ならびにシリアルリアルタイ ムクロック(RTC)デバイスに使用されています。バッテリーからは、TIMEKEEPERおよびシリアル RTCデバイスのスタティックRAMアレイを保持して、オシレータの発振を続けるためのバックアップ 電源が供給されています。 放電率が低ければ、これらの非充電式リチウムバッテリーは、高い信頼性の電圧レベルを長年にわ たって維持可能です。したがって、リチウムバッテリーは、バッテリーによるバックアップを必要と する各種のアプリケーションに使用されており、数年間のメンテナンスを不要とします。 電子部品の中で使用するには、これらのセルは無毒で耐食性と非爆発性を備えた成分から作られてい ることも必要です。放電の前後と放電中には、化学的にも温度的にも安定でなければなりません。ST マイクロエレクトロニクスでは、48mAhのBR1225Xセルと120mAhのBR1632セルを使用しています。 これらのセルの電解液 (図 1 参照) は、従来のバッテリーの大半で用いられているアルカリ性や酸性の 腐食性溶液ではなく、有機溶媒をベースとしています。これによってセルの漏れ抵抗が大きく改善さ れており、漏れが引き起こす悪影響からも守られます。 図 1. セル断面図 (-) (+) ࢭࣝ⨁ࢣ࣮ࢫ ࢞ࢫࢣࢵࢺ ࣀ࣮ࢻ࢟ࣕࢵࣉ CFx࢝ࢯ࣮ࢻ 㟁ὶ࢝ࢯ࣮ࢻ ࣜࢳ࣒࢘ࣀ࣮ࢻ ࢭࣃ࣮ࣞࢱ㟁ゎᾮ AI02531 ２０１６ 年 1 月 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] 1/11 www.st.com AN1011 目次 目次 特性とモデリング . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 UL 1950/60950 認定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 NVRAM およびシリアル RTC に対するバッテリー状態 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 改版履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2/11 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] AN1011 特性とモデリング 特性とモデリング STマイクロエレクトロニクスでは、これらのセルに対して大規模な試験を行ってきていますが、その 多くは破壊試験です。さまざまな負荷、温度 (最大85°C)、その他の環境変動要因による影響を規定す るために、以下に挙げるバッテリー劣化のメカニズムの主要3項目がモデル化されています。 ? リチウムアノードが消費される結果としての、セルの有効耐用年数 ? 電解液が枯渇 (蒸発) する結果としての、セルの保存期間 (保管寿命) ? バッテリーの化学作用固有の微小な漏れ電流の結果としての、自己放電 重量の減少は、電解液の蒸発に対する有用な尺度であることがわかっています。自己放電については、 バッテリーメーカーによって年間0.3%未満であると規定されています。 そこで、電解液の減少速度とセルを封止することによって生まれる効果を予測するために、モデルが 開発されました。SNAPHATプロセスで使用されているエポキシ樹脂の中に封止されたセルを試験し たところ、電解液の蒸発量が大幅に減少しました。 図 2. (A) BR1225X放電率 ㈇Ⲵ≉ᛶ ᗘ:20°C 3.0 2.5 2.0 15kW 30kW 1.5 1.0 0 100kW 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 ㈇Ⲵ≉ᛶ 3.5 㟁ᅽ (V) 㟁ᅽ (V) 3.5 (B) BR1632放電率 ᗘ:20°C 3.0 2.5 2.0 15kW 1.5 1.0 0 1000 30kW 50kW 2000 3000 100kW 4000 ⤒㐣㛫 (hour) (B) ⤒㐣㛫 (hour) (A) 5000 6000 AI02519 図 3 は20°Cにおいて測定された負荷放電グラフです。ここに示されているように、どちらのセルも有 効寿命までの間は平坦な放電カーブで定格値の3 Vを出力しており、どちらも漏れ電流の少ない CMOS SRAMのバッテリーバックアップに適していることがわかります。 AN1012に記載されているとおり、ZEROPOWER、TIMEKEEPER、RTCのデバイス個々のバッテリー 寿命は、電流負荷と選択したバッテリーとシステムのデューティサイクルの関数となります。システ ムの寿命は100%のデューティーサイクルでも10年以上であり、それぞれのデバイスのデータシート に記載されています。 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] 3/11 10 UL 1950/60950認定 AN1011 UL 1950/60950認定 ZEROPOWER、TIMEKEEPER、RTC の各デバイスは、どれもUnderwriters Laboratory Inc. のUL 1950/60950規格の認定を受けています。この合格条件には、以下の内容が含まれています。 図 3. 1. デバイスは、使用者または訓練を受けた技術者がバッテリー交換を行える場合の部品として用い られるためのものであること。 2. デバイスは、絶縁された低電圧二次回路の部品として用いられるためのものであること。ここ で、ケース温度は100 °Cを超えず、いかなる端子の対地電圧もDC7 Vを超えないこと。 3. デバイスは、難燃性等級94 V-1以上のプリント配線板上に実装されるためのものであること。 4. デバイスには、適切な逆電流保護回路がチップ上に備わっていること。(回路図は図 3 参照) バッテリー制御回路 VCC P (VCC䛜䝇䜲䝑䝏䜸䞊䝞䞊㟁ᅽ ᮍ‶䛷䛒䜛ሙྜ䛻OFF)(2) VSO RA (1) RB (1) 䝞䝑䝔䝸䞊 ෆ㒊V CC P VSO (VCC䛜䝇䜲䝑䝏䜸䞊䝞䞊㟁ᅽ ᮍ‶䛷䛒䜛ሙྜ䛻ON)(2) AI02520 1. RAはESD保護抵抗、RBはULが要求するバッテリー保護抵抗である。. 2. デバイスにより、スイッチオーバーはバッテリー電圧の関数であるか、固定の基準値により設定される。 4/11 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] AN1011 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 表 1 および 2 に記載されたデバイスでは、バッテリーはICパッケージに内蔵されるか外付けとなるか のいずれかとなります。外付けの場合のバッテリーは、ユーザーが提供する場合と、図 6（6 ページ） に示したように、下にあるICにはめ込まれたSTのSNAPHATパッケージに内蔵されている場合とがあ ります。 図 4 は、ICにバッテリーが内蔵されているCAPHAT ICパッケージを示します。このパッケージでは、 バッテリーはデバイス内部に封止されています。 図 5 は、そのどれもがユーザーが提供する外付けバッテリーを用いる、いくつかのICパッケージの代 表例です。これらの種類のデバイスでは、ICパッケージの中にバッテリーが含まれていません。 図 6（6 ページ）は、SNAPHATバッテリートップにはめ込まれたSTのSNAPHAT SOH28 (SOIC) パッ ケージを示しています。このICパッケージにはバッテリーがありません。その代わりに、ICの上には 取り外しと交換が可能な分離したユニットが重ねられており、基板スペースが減少します。 図 4. CAPHAT ICパッケージ CAPHAT䛚䜘䜃 䝝䜲䝤䝸䝑䝗DIP: 䝕䝞䜲䝇䛾 䝟䝑䜿䞊䝆䛻 ᑒṆ䛥䜜䛯 ෆⶶ䝞䝑䝔䝸䞊 図 5. ユーザーの提供による外付けバッテリー 䝴䞊䝄䞊䛾ᥦ౪䛻䜘䜛 እ䛡䝞䝑䝔䝸䞊 䝅䝸䜰䝹RTC Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] 5/11 10 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 図 6. AN1011 SNAPHATバッテリトップの外付けバッテリー SNAPHAT 䝞䝑䝔䝸䞊䝖䝑䝥 RTC AM NVR 表 1. シリアルRTCのバッテリー状態 部品番号 M41ST84WMQ6E M41ST84WMQ6F M41ST85WMH6E パッケージ SO-16 バッテリー状態 ユーザーの提供による外付け SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け SOX28 (300 mil) ユーザーの提供による外付け SOX28 (300 mil) ユーザーの提供による外付け SSOP20 ユーザーの提供による外付け SOX28 (300 mil) ユーザーの提供による外付け SOX28 (300 mil) ユーザーの提供による外付け M41T00AUDD1F DFN16 ユーザーの提供による外付け M41T00CAPPC1 CAPHAT DIP-24 M41ST85WMH6F M41ST85WMX6 M41ST85WMX6TR M41ST87WMX6 M41ST87WMX6TR M41ST87WSS6F M41ST87YMX6 M41ST87YMX6TR M41ST95WMX6 M41ST95WMX6TR M41T00M6E M41T00M6F M41T00SM6E M41T00SM6F M41T11M6E M41T11M6F M41T11MH6E M41T11MH6F M41T56M6E M41T56M6F 6/11 SOH28 SNAPHAT SOIC 内蔵BR1632 SO-8 ユーザーの提供による外付け SO-8 ユーザーの提供による外付け SO-8 ユーザーの提供による外付け SOH28 (330 mil) SO-8 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] SNAPHATを外付け ユーザーの提供による外付け AN1011 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 表 1. シリアルRTCのバッテリー状態（続き） 部品番号 M41T81M6E M41T81M6F M41T81SM6E M41T81SM6F M41T81SMY6E M41T81SMY6F パッケージ バッテリー状態 SO-8 ユーザーの提供による外付け SO-8 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け SO-8 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け SOX18 (300 mil) ユーザーの提供による外付け QFN16 ユーザーの提供による外付け M41T82RM6E M41T82RM6F M41T82SM6E M41T82SM6F M41T82ZM6E M41T82ZM6F M41T83RMY6E M41T83RMY6F M41T83RQA6F M41T83SMY6E M41T83SMY6F M41T83SQA6F M41T83ZMY6E M41T83ZMY6F M41T83ZQA6F M41T93RMY6E M41T93RMY6F M41T93RQA6F M41T93SMY6E M41T93SMY6F M41T93SQA6F M41T93ZMY6E M41T93ZMY6F M41T93ZQA6F M41T94MH6E M41T94MH6F M41T94MQ6E M41T94MQ6F SOH28 (330 mil) SO-16 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] SNAPHATを外付け ユーザーの提供による外付け 7/11 10 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 表 2. AN1011 TIMEKEEPER NVRAMおよびZEROPOWER NVRAMに対するバッテリー状態 部品番号 パッケージ バッテリー状態 M40Z111MH6E M40Z111MH6F M40Z111WMH6E SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け M40Z111WMH6F M40Z300AVMQ6TR M40Z300WMH6E M40Z300WMH6F M40Z300WMQ6E M40Z300WMQ6F M48T02-150PC1 M48T02-70PC1 M48T08-100PC1 M48T08-150PC1 M48T08Y-10MH1E M48T08Y-10MH1F M48T12-150PC1 M48T12-70PC1 SO-16 SOH28 (330 mil) SO-16 ユーザーの提供による外付け SNAPHATを外付け ユーザーの提供による外付け CAPHAT DIP-24 内蔵BR1225 CAPHAT DIP-28 内蔵BR1225 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け CAPHAT DIP-24 内蔵BR1225 ハイブリッドDIP-32 内蔵BR1632 CAPHAT DIP-28 内蔵BR1632 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け CAPHAT DIP-28 内蔵BR1632 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け CAPHAT DIP28 内蔵BR1632 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け M48T128Y-70PM1 M48T129V-85PM1 M48T129Y-70PM1 M48T18-100PC1 M48T18-150PC1 M48T201V-85MH1E M48T201V-85MH1F M48T201Y-70MH1E M48T201Y-70MH1F M48T35-70PC1 M48T35Y-70PC1 M48T35AV-10MH1E M48T35AV-10MH1F M48T35AV-10PC1 M48T35Y-70MH1E M48T35Y-70MH1F 8/11 Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] AN1011 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態 表 2. TIMEKEEPER NVRAMおよびZEROPOWER NVRAMに対するバッテリー状態 （続き） 部品番号 パッケージ バッテリー状態 M48T37V-10MH1E M48T37V-10MH1F M48T37Y-70MH1E SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け M48T37Y-70MH1F M48T512Y-70PM1 M48T58-70PC1 M48T58Y-70PC1 M48T58Y-70MH1E M48T58Y-70MH1F M48Z02-150PC1 M48Z02-70PC1 M48Z08-100PC1 M48Z12-150PC1 M48Z12-70PC1 ハイブリッドDIP-32 内蔵BR1632 CAPHAP DIP-28 内蔵BR1225 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け CAPHAP DIP-28 内蔵BR1225 CAPHAP DIP-28 内蔵BR1632 CAPHAP DIP-28 内蔵BR1225 ハイブリッドDIP-32 内蔵BR1632 CAPHAP DIP-28 内蔵BR1632 M48Z128-70PM1 M48Z128Y-70PM1 M48Z128Y-85PM1 M48Z129V-85PM1 M48Z18-100PC1 M48Z2M1V-85PL1 M48Z2M1Y-70PL1 M48Z35-70PC1 M48Z35Y-70PC1 ハイブリッドDIP-36 内蔵BR1632 (2個) CAPHAP DIP-28 内蔵BR1225 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け M48Z35AV-10MH1E M48Z35Y-70MH1E M48Z35Y-70MH1F M48Z512A-70PM1 M48Z512AV-85PM1 M48Z512AY-70PM1 ハイブリッドDIP-32 内蔵BR1632 CAPHAP DIP-28 内蔵BR1225 SOH28 (330 mil) SNAPHATを外付け M48Z512BV-85PM1 M48Z58-70PC1 M48Z58Y-70PC1 M48Z58Y-70MH1E M48Z58Y-70MH1F Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] 9/11 10 AN1011 改版履歴 改版履歴 表 3. 文書改版履歴 日付 版 1998年12月 1 初版リリース 2007年12月28日 2 文書フォーマットを変更。UL 1950/60950 認定および技術サポートURLを更 新。 2009年11月2日 3 Introduction、特性とモデリング、図 3 を更新。文書フォーマットを変更。 2012年3月7日 4 NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態、図 4、5、6、表 1、2 を追加。データシートのタイトルを更新。文章を微修正。 表 4. 10/11 変更内容 日本語版改版履歴文書改版履歴 日付 版 2016年01月25日 1 変更内容 日本語版 初版リリース Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] AN1011 重要なお知らせ（よくお読み下さい） STMicroelectronics NV およびその子会社（以下、ST）は、ST製品及び本書の内容をいつでも予告なく変更、修正、改善、改定及び改良 する権利を留保します。購入される方は、発注前にST製品に関する最新の関連情報を必ず入手してください。ST 製品は、注文請書発行時 点で有効なST の販売条件に従って販売されます。 ST製品の選択並びに使用については購入される方が全ての責任を負うものとします。購入される方の製品上の操作や設計に関してST は一 切の責任を負いません。 明示又は黙示を問わず、STは本書においていかなる知的財産権の実施権も許諾致しません。 本書で説明されている情報とは異なる条件でST 製品が再販された場合、その製品についてSTが与えたいかなる保証も無効となります。 ST およびST ロゴはSTMicroelectronics の商標です。その他の製品またはサービスの名称は、それぞれの所有者に帰属します。 本書の情報は本書の以前のバージョンで提供された全ての情報に優先し、これに代わるものです。 © 2016 STMicroelectronics - All rights reserved Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4] 11/11 この資料は、STMicroelectronics NV 並びにその子会社 ( 以下 ST) が英文で記述した資料（以下、「正規英語版資料」）を、皆様のご理解の一助とし て頂くために ST マイクロエレクトロニクス㈱が英文から和文へ翻訳して作成したものです。この資料は現行の正規英語版資料の近時の更新に対応 していない場合があります。この資料は、あくまでも正規英語版資料をご理解頂くための補助的参考資料のみにご利用下さい。この資料で説明され る製品のご検討及びご採用にあたりましては、必ず最新の正規英語版資料を事前にご確認下さい。ST 及び ST マイクロエレクトロニクス㈱は、現 行の正規英語版資料の更新により製品に関する最新の情報を提供しているにも関わらず、当該英語版資料に対応した更新がなされていないこの資料 の情報に基づいて発生した問題や障害などにつきましては如何なる責任も負いません。 11