СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОКСИДНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ Российский патент 1996 года по МПК H01G9/00 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при разработке и производстве оксидно-полупроводниковых конденсаторов (ОПК).

В настоящее время известен ряд способов отбраковки, оценки качества и надежности ОПК. Так, широко встречается способ контроля качества оксидных конденсаторов путем измерения тока утечки после их изготовления (1, 2). На конденсатор подают постоянное напряжение прямой полярности (положительный потенциал на аноде), равное по величине номинальному напряжению, и через заданное время, определенное конкретными техническими условиями, (1 5 мин), измеряют ток утечки. Конденсатор считают годным, если величина измеренного тока меньше величины, нормированной техническими условиями для данного типономинала конденсатора. Считают, что чем меньше ток утечки, тем конденсатор более надежен в эксплуатации. Поэтому для особо ответственной аппаратуры делают выборку с минимальным уровнем токов утечки. На практике, однако, в ряде случаев удовлетворяющие этому условию конденсаторы при эксплуатации быстро выходят из строя. Измерения тока утечки по данному способу, как показывают проведенные эксперименты, не позволяют классифицировать конденсаторы по надежности при обратном и знакопеременном напряжении.

Известен способ оценки качества ОПК по величине флуктуаций тока утечки (3).

Наряду с отбраковкой явно дефектных конденсаторов указанным способом выявляются изделия, потенциально ненадежные в работе.

Однако для реализации этого способа необходима специальная, сложная и дорогая аппаратура.

В качестве прототипа выбран способ оценки качества ОПК по величине тока утечки (4).

Недостатком прототипа является то, что при нормальной влажности не все локальные дефекты структуры проявляют свои аномальные свойства в виде повышенного тока утечки, что не позволяет производить точный контроль ОПК.

Не учитывалось также особое значение для оценки числа локальных дефектов формы вольт-амперной характеристики.

Предполагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения точности и достоверности контроля качества ОПК. Осуществление изобретения позволяет с высокой степенью достоверности выявить и отбраковать потенциально ненадежные изделия негерметизированного исполнения, а также произвести диагностический анализ и откорректировать своевременно технологический процесс производства как негерметизированных конденсаторов, так и герметизированных конденсаторов до операции герметизации.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе контроля качества оксидно-полупроводниковых конденсаторов, включающем приложение напряжения и измерение тока утечки, негерметизированные и герметизированные конденсаторы до операции герметизации выдерживают в атмосфере 95 99% -ной влажности при температуре 80 90^oС в течение 1 2 часов, прикладывают напряжение, составляющее 10 15% от номинального, измеряют величину тока утечки I₁, после чего повышают напряжение до номинального и производят измерение величины тока утечки I₂, определяют отношение I₂/I₁, по величине которого судят о качестве конденсатора путем сравнения с допустимой нормой.

Предлагаемый способ контроля ОПК, включающий воздействие повышенной влажности при повышенной температуре и измерение тока утечки при двух уровнях напряжения, позволяет определить коэффициент нелинейности М I₂/I₁ и оценить качество конденсаторов.

При воздействии на конденсатор паров влаги в местах сосредоточения локальных дефектов происходит резкое повышение величины коэффициента нелинейности вольт-амперной характеристики конденсатора.

Анализ научно-технической и патентной документации показал, что в настоящее время неизвестны способы усиления и оценки вклада локальных дефектов структуры оксидного диэлектрика с такой эффективностью. Поэтому предлагаемый способ контроля качества ОПК отвечает критерию "Новизна".

Соответствие критерию "Изобретательский уровень" доказывается тем, что ранее не использовалось для оценки качества ОПК сочетание одновременного воздействия двух факторов окружения (влажность и температура) с измерением такого нестандартного параметра, как коэффициент нелинейности, который определяется как отношение токов утечки, при номинальном и пониженном напряжениях.

При этом оптимальные величины температуры, влажности и времени выдержки при их воздействии установлены экспериментально с учетом предельных условий эксплуатации. Так, выбор пределов изменения относительной влажности обусловлен необходимостью максимального заполнения дефектных областей диэлектрика молекулами воды; температура и время воздействия влаги необходимы для повышения эффекта изменения электрических параметров, причем верхний предел температуры ограничен температурой эксплуатации конденсаторов, а время выдержки выбрано, исходя из условий насыщения объемно-пористого функционального ядра конденсаторов.

Выбор интервала напряжения (0,1 0,15) U_н для измерения тока утечки обусловлен тем, что он является граничным для перехода от омической к нелинейной области вольт-амперной характеристики конденсаторов, что обеспечивает возможность измерения наибольшего коэффициента нелинейности в указанных условиях.

Указанные диапазоны относительной влажности, температуры, времени выдержки и приложенного напряжения обеспечивают точность определения коэффициента нелинейности в пределах ±3,5% и достаточную надежность предлагаемого способа контроля.

Пример.

ОПК типа К53-50 номинала 10 В, 15 мкФ до покрытия влагозащитной оболочкой подвергают воздействию 98% влажности при 85^oC в течение 1,5 ч и измерению тока утечки при напряжении величиной 0,15 U_н и после повышения напряжения до номинального значения.

Далее ОПК герметизируют и испытывают на влагостойкость в стандартном режиме (96% О.В. и 40^oC без электронагрузки) в течение 21 суток. После испытаний измеряют ток утечки в номинальном режиме (при U_н).

Корреляционная зависимость коэффициента нелинейности тока утечки M I₂/I₁, где I₁ ток утечки при напряжении (0,1 - 0,5)U_н, I₂ ток утечки при U_н, для конденсаторов после воздействия влаги (до их герметизации) и током утечки I_ут после испытаний на влагостойкость.

Уравнение регрессии имеет вид:
M A + B _ут,
где A 31,8 и B 1,18, а коэффициент регрессии равен 0,926.

Анализ зависимости M f(I_ут) показывает следующее: если нормированное в соответствии с техническими условиями значение тока утечки после испытаний на влагостойкость не должно превышать 22,5 мкА (значение, заданное формулой I_ут K C_нU_н), то при коэффициенте нелинейности M менее 55 можно с высокой степенью достоверности гарантировать годность конденсаторов.

В таблице представлены результаты реализации заявляемого способа контроля качества ОПК и способа-прототипа.

Как следует из данных, представленных в таблице, из трех взятых для примера образцов удовлетворяют требованиям нормативных документов образцы N 1 и 2.

Вместе с тем, значение коэффициента нелинейности образца N 1 выше допустимой нормы, что согласуется с отрицательным результатом длительных испытаний их на влагостойкость. Для образца N 3 значение коэффициента M не превышает допустимое, что определяет положительные результаты испытаний ОПК на влагостойкость и гарантированный уровень качества конденсаторов.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности и достоверности контроля качества ОПК по сравнению с прототипом, позволяет произвести отбраковку потенциально ненадежных конденсаторов и внести коррективы в технологический процесс изготовления ОПК, обеспечив тем самым высокое качество и эксплуатационную надежность конденсаторов.

Использование: радиоэлектронная техника. Сущность изобретения: негерметизированные и герметизированные конденсаторы до герметизации увлажняют при температуре 80 - 90^oC в течение 1 - 2 час в атмосфере 95 - 99% влажности, прикладывают напряжение, составляющее 10 - 15% от номинального, измеряют величину тока утечки, повышают напряжение до номинального, повторно измеряют величину тока утечки и сравнивают отношение величин тока утечки при номинальном и пониженном напряжениях с допустимой нормой. Это обеспечивает точность и достоверность контроля. 1 табл.

Способ контроля качества оксидно-полупроводниковых конденсаторов, включающий приложение напряжения и измерение тока утечки, отличающийся тем, что негерметизированные конденсаторы и герметизированные конденсаторы до операции герметизации выдерживают в атмосфере 95 99% влажности при температуре 80 90^oС в течение 1 2 ч, прикладывают напряжение равное 10 15% от номинального, измеряют величину тока утечки, после чего повышают напряжение до номинального, измеряют величину тока утечки и по отношению величин тока утечки при номинальном напряжении и тока утечки при пониженном напряжении судят о качестве конденсатора путем сравнения с допустимой нормой.