Способ контроля керамических конденсаторов Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов в качестве метода технологического контроля.

Резкий рост объемов производства конденсаторов при снижении трудозатрат обеспечивается применением автоматизированных высокопроизводительных линий сборки. При этом контрольно-измерительное оборудование должно являться неотъемлемой частью этих линий и по производительности не уступать другим элементам линий.

Однако большая длительность испытаний при проверке электропрочности, установленная ГОСТом 21315.4-75 (10 с), создает большие трудности при разработке надежных высокопроизводительных контрольных агрегатов. Поэтому задача снижения времени технологического контроля является весьма актуальной.

Одним из новых, недавно разработанных методов контроля электрической прочности является метод, основанный на обнаруженной корреляции электрического пробоя и частичных разрядов в титанато-ба- риевой керамике (Shin В., Kim H. Dielectric breakdow and partial discharge In ВаТЮз ceramics: Effect of pore size distribution- Ferroelectrics, 1989. v. 89, p. 81-86).

Однако данный метод не пригоден для использования в высокопроизводительных агрегатах технологического контроля, поскольку для его реализации необходимо подавать на конденсатор постоянное напряжение, близкое к напряжению пробоя диэлектрика, что уже само по себе приводит к частичному ухудшению качества конденсаторов. Кроме того, в связи с явлением

VI Os

g

VI

со

статистического запаздывания частичные разряды могут появляться лишь через некоторое время после подачи напряжения, поэтому необходима значительная выдержка под напряжением. И, наконец, требуется дополнительная статистическая обработка полученных распределений частичных разрядов для установления корреляции между ними и электрической прочностью конденсатора.

Поскольку электрическая прочность керамических конденсаторов определяется в основном наличием в керамике различных дефектов, то другими методами определения электрической прочности являются ме- тоды, позволяющие регистрировать наличие пор и трещин в керамическом диэлектрике. Одним из них является метод, основанный на использовании лазерного акустического микроскопа SLAM (Kesster L, EweJ G. High-freguency ultrasonic attenuation of ceramic capacitors as an indicator of quality - 36-th Electronic Components Conf.- 1986, p 668-670).

Метод предполагает возбуждение аку- стических колебаний при помощи лазерного луча, который сканирует по поверхности конденсатора. Ультразвуковые свойства конденсаторов связываются с наличием в них дефектов.

Данный Метод требуег уникального оборудования и достаточно длителен по времени, поскольку необходимы специальная подготовка конденсатора (в частности, требуется шлифовка одной поверхности конденсатора для надежного контакта с пьезодатчиков) и сложная обработка получаемого акустического сигнала Поэтому данный метод тоже может быть использован в высокопроизводительных автоматах контроля при массовом производстве конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту с предлагаемым методом является метод, описанный в книге Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Энергий, 1969, 32, с. 124-127. В этом методе конденсатор испытывается под испытательным напряжением Uncn , близким к максимальному на- пряжению пробоя в течение 10 с. Конденсатор считается выдержавшим испытание на электрическую прочность, если в течение всего времени испытания не наступил электрический пробой.

В настоящее время этот метод является основным методом технологического контроля, используемым на заводах-изготовителях керамических конденсаторов. При этом в зависимости от типа конденсатора

используется 11исп 5-10 UHOM (Уном - номинальное напряжение конденсатора) Длительность времени выдержки под Кисп равная 10 с, существенно превышает время контроля других электропараметров (таких как емкость и тангенс угла потерь), что делает практически невозможным создание высокопроизводительных надежных автоматов выходного контроля Прямое сокращение времени испытаний неизбежно ведет к резкому снижению эффективности метода, так как введение относительно большого времени контроля в данном методе было обусловлено стремлением снизить влияние статистического запаздывания пробоя, а использование значительных испытательных напряжений (до 10 UHOM) снижает эксплуатационную надежность испытанных конденсаторов.

Целью изобретения является сокращение времени контроля без снижения его эффективности.

Цель достигается тем, что контроль электрической прочности конденсаторов проводят при подаче на конденсатор испытательного напряжения в виде одиночного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс. амплитудой, равной 3-5- кратной величине номинального напряжения, и плоской вершиной длительностью 0,1-0,5 с.

Отбраковывают конденсаторы, у которых в процессе проверки, как и в способе- прототипе, имеет место электрический пробой.

Доказательством существенности отличий заявляемого способа является факт использования испытательного импульса с очень коротким передним фронтом, не превышающим 10 мкс.

Впервые установлено, что использование в качестве испытательного импульсного напряжения со значительной крутизной переднего фронта (-рк-) существенно повышает эффективность методики контроля электропрочности. Выявлено, что у керамических конденсаторов электрические пробои в подавляющем большинстве случае происходя по трещинам и дефектам межэлектродных промежутков, т. е. имеет место поверхностный газовый разряд.

Известно, что время статистического запаздывания газового разряда становится тем меньше, чем больше величина прилагаемого напряжения по сравнению со средним значением пробивного напряжения,

которое уменьшается с увеличением () .

Таким образом, повышение крутизны переднего фронта позволяет при снижении значения Uncn. существенно сократить общую длительность испытательного импульса.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема измерительной установки.

Генератор 1 обеспечивает формирование прямоугольного импульса испытательного напряжения нужной амплитуды и длительности. В качестве индикатора брака может быть использован запоминающий осциллограф 2, RI и R2 - зарядный и разрядный резисторы (Ri 10 Ом, R2 5 кОм), Сх - проверяемый конденсатор, S - переключатель. В качестве конкретного примера реализации заявляемого решения может быть приведена схема с использованием генератора ГЙ-1 и запоминающего осциллографа С8-1.

Перед испытанием конденсатор должен быть разряжен, С помощью переключателя S конденсатор подключается к генератору 1 и на него подается одиночный импульс испытательного напряжения. По окончании испытаний конденсатор с помощью переключателя S отключается от источника напряжения и разряжается через резистор R2. При этом отбраковываются конденсаторы, у которых при помощи осциллографа зарегистрирован электрический пробой.

В результате статистической обработки результатов испытаний около 1 млн. шт. конденсаторов отработаны параметры испытательного импульса.

1. Uncn 3 51JHOM

При Уисп. 51)ном в конденсаторах наблюдались остаточные явления, которые проявлялись в том, что при повторных испытаниях по тестированной методике приемосдаточных испытаний имел место повышенный уровень отказов. При Ui/tcn. 31JHOM методика является недостаточно эффективной, и в годную продукцию попадают дефектные конденсаторы.

2. Длительность переднего фронта т 0,1-10 мкс.

г 0,1 мкс технически трудно реализовано; при t 10 мкс резко снижается эффективность методики и при указанных в формуле изобретения значениях Uncn. положительный эффект не достигается, что подтверждается результатами, приведенными в табл, 1, которая иллюстрирует зависимость величины пробивного напряжения Упроб от времени нарастания испытательного напряжения для различных типов конденсаторов.

Из табл. видно, что достичь существенного снижения пробивного напряжения

возможно лишь при длительности переднего фронта испытательного импульса г, не превышающей 10 мкс, и соответственно лишь при таких значениях г возможно снижение величины 1)исл.

3. Длительность плоской вершины импульса выбирается из диапазона 0,1-0,5 с с таким расчетом, чтобы при выбранной величине испытательного напряжения и длительности переднего фронта количество отказов при повторных испытаниях по гос- товской методике приемо-сдаточных испытаний не превышало количество отказов для конденсаторов, первоначально прошедших

технологические испытания по этой же методике.

Было испытано 22 партии конденсаторов К10-7В номинала 0,047 мкФ х 50 В общим количеством 60000 шт. Каждая партия

была разделена на 3 равные части. Первая часть была проверена импульсами длительностью 0,1 с. вторая - 0,5 с, третья - для сравнения по методике приемо-сдаточных испытаний: 150 В, 10 с.

В табл. 2 приведены данные об уровне пробоев этих конденсаторов при их последующем испытании на электропрочность по гостовской методике приемо-сдаточных испытаний.

Из табл. 2 видно, что длительность испытательного импульса должна быть по крайней мере 0,1 с с тем. чтобы эффективность контроля оставалась на прежнем уровне. При длительности импульса, равной

0,5 с, уровень отказов при повторных испытаниях составляет 0%, поэтому увеличивать длительность импульса более 0,5 с не имеет смысла.

Длительность плоской вершины прямоугольного импульса определяет практически полное время контроля качества конденсаторов, так как длительность переднего фронта составляет менее 0,01% от длительности плоской вершины. Следовательно, время испытаний составляет 0,1-0,5 с, что более чем на порядок быстрее, чем при существующей методике контроля.

Последнее обстоятельство особенно су- щественно в массовом производстве керамических конденсаторов, когда количество испытуемых конденсаторов исчисляется миллионами штук.

О достаточной эффективности предлагаемого метода свидетельствуют следующие данные. У партии конденсаторов типа К10-7В. 0,047 мкФ количеством 38249 шт. часть изделий (20144 конденсаторов) проведена по существующей методике, остальные (18105 конденсаторов) - предлагаемым импульсным методом. Результаты испытаний приведены в табл. 3. При последующей проверке по контрольной методике в соответствии с ГОСТ 21315.4-75 у первой половины имели место 8 пробоев, у второй - ни одного, что свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа.

0

Формула изобретения Способ контроля керамических конденсаторов, заключающийся в подаче на конденсатор испытательного напряжения с последующей регистрацией наличия электрического пробоя, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени контроля без снижения его эффективности, испытательное напряжение подают в виде одиночного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напряжения, и плоской вершиной длительностью 0,1-0,5 с.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов. Цель изобретения - сокращение времени контроля электрической прочности конденсаторов без снижения его эффективности - достигается тем, что в процессе контроля, заключающемся в подаче на конденсатор испытательного напряжения с последующей регистрацией наличия электрического пробоя, испытательное напряжение подают в виде одиночного импульса с крутым передним фронтом длительностью 0,1-10 мкс, с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напряжения конденсатора, и плоской вершиной длительностью 0.1 -0,5 с. Способ контроля может быть реализован при проектировании высокопроизводительного контрольно-измерительного оборудования. 3 табл., 1 ил. СП с

Таблица 1

Таблица2