CN100585764C - 电子零件的试验方法及试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明电子零件试验方法及装置要解决的课题是对具有负电阻温度特性的电子零件，能够边使其自身发热温度保持一定边对电子零件施加规定负荷量。该方法是设定由老化温度、老化电压以及老化时间决定的规定的负荷量，加上与负荷量等量的负荷对电子零件进行老化的方法，包含将具有负电阻温度特性的电子零件放置在低于老化温度的规定温度下，使电子零件的温度为规定温度的第1步骤、对电子零件通以恒定电流并控制其温度使其从规定温度升到老化温度的第2步骤、及在老化温度下比较电子零件上的实际外加电压与老化电压，根据该比较修正老化时间并求出修正老化时间，基于该修正老化时间对电子零件通以恒定电流的第3步骤。
Description
技术领域
本发明涉采用高介电常数陶瓷的层叠陶瓷电容以及具有负电阻温度特性的其他电子零件的试验方法以及试验装置。
背景技术
这样的电子零件，在作为产品出厂前进行各种试验。试验中包含老化试验。众所周知，这种老化试验是在额定以上的一定温度(老化温度)下设定额定以上的一定电压(老化电压)以及由规定的短时间(老化时间)决定的规定的负荷量，加上与所述负荷量等量的负荷对电子零件进行老化之后，测量其内部的绝缘电阻，其绝缘电阻降低到规定以下的电子零件作为不合格品从合格品中排除出去。
在这样把电子零件放置于老化温度环境中的状态下对电子零件施加老化电压时，由于电子零件自身因负荷电流而自行发热，实际上不能达到在恒温槽内设定的老化温度。此外，每个电子零件的自行发热温度也有差异。
为使电子零件的自行发热温度保持一定，进行正确的老化，作为以往实施的老化试验，有外加恒定功率的方法。参考例如，特开平6-102312号(第4页，图3)。
发明内容
发明所要解决的课题
然而，上述已有的老化试验方法，虽然能够适用于通过外部控制信号可以正确调整其消耗功率的电子零件，但是不能适用于诸如电容那样只采用外部控制信号并不能对消耗功率进行调整的电子零件。
因此，本发明将相对于只采用外部控制信号并不能对消耗功率进行调整的电子零件中诸如电容那样具有负电阻温度特性的零件，提供能够一边保持自行发热温度为一定值一边对电子零件施加规定的负荷量的方法作为要解决的课题。
(1)本发明的电子零件试验方法，是一种设定由老化温度、老化电压以及老化时间决定的规定的负荷量，加上与所述负荷量等量的负荷对电子零件进行老化的电子零件试验方法；其特征在于，该方法包含将具有负电阻温度特性的电子零件放置在低于老化温度的规定温度下，使所述电子零件的温度为所述规定温度的第1步骤、对电子零件通以恒定电流，并控制使电子零件的温度从所述规定温度上升为所述老化温度的第2步骤、以及在所述老化温度下，将加在电子零件上的实际外加电压与所述老化电压进行比较，根据该比较修正所述老化时间并求出修正的老化时间，基于该修正的老化时间对电子零件通以恒定电流的第3步骤。
采用本发明的电子零件试验方法，在第1步骤中采用例如加热等方法使电子零件达到规定的温度。这种情况下，由于没有对电子零件通以恒定电流，电子零件没有因其恒定电流而自行发热。而在第2步骤中，对电子零件通以恒定电流并将电子零件的温度从规定温度提高到老化温度。因此，电子零件在第2步骤中通过恒定电流而自行发热，因其温度被控制在老化温度，所以可以正确设定老化温度。而且，这种情况下，由于在第3步骤中根据当时的实际外加电压、老化电压与老化时间控制实际老化时间，对应于所期望的老化条件控制负荷总量。因此，对电子零件施加了老化所必要的负荷，能够在同等老化条件下对任何电子零件实施老化，并且能够对电子零件实施正确的老化试验。
本发明的电子零件的试验方法，最好是在所述第2步骤监视在恒定电流流入所述电子零件的状态下该电子零件的外加电压，依据该监视结果决定老化时间。这种情况下，依据监视是否恒定电流流入电子零件时得到的电压值决定老化时间，因此兼用老化所必要的老化电压测量与恒定电流值测量，结构变得简单。
本发明的电子零件试验方法，最好是，所述第1步骤包含预先利用升温装置将所述电子零件的温度升温至比常温更接近所述老化温度的温度的工序。在这种情况下，比通过对电子零件通以恒定电流的方法，能够更快从常温升到老化温度，因此能够缩短试验所花费的间歇时间，能有效地进行试验。
(2)本发明的电子零件试验装置是设定由老化温度、老化电压以及老化时间决定的规定的负荷量，加上与所述负荷量等量的负荷对电子零件进行老化的电子零件试验装置，其特征在于，具有使恒定电流流入所述电子零件的恒定电流源部与控制所述恒定电流源部的动作的老化控制部，所述老化控制部至少实施以下所述的两个步骤，即通过驱动所述恒定电流源部对所述电子零件外加恒定电流，将电子零件的温度从规定温度升温至老化温度的升温控制步骤、以及在老化温度中将加在电子零件上的实际外加电压与老化电压进行比较，并依据其比较结果进行老化时间修正运算，然后按照该修正时间，在所述老化温度中对所述电子零件进行老化的老化控制步骤。
这里，恒定电流源部是对作为老化的对象的电子零件通以恒定电流的电路和装置，不包含通以恒定电流用的控制手段。对该恒定电流进行控制的是老化控制部。
采用本发明的电子零件试验装置，利用恒定电流源部对电子零件施加恒定电流，以此可使电子零件的温度从规定的温度上升至老化温度。亦即，虽然电子零件是由于恒定电流流过而自行发热，但其温度能够通过老化控制部正确设定。于是，由于根据那时实际施加的电压、老化电压、老化时间，对老化时间进行修正控制，能够对应于所希望的老化条件控制负荷总量。因而对电子零件施加了老化所必要的负荷，对任何电子零件都能在同等老化条件下实施老化，能够对电子零件实施正确的老化试验。
本发明的电子零件试验装置，最好是具有在使恒定电流从所述恒定电流源部流入所述电子零件之前，使所述零件的温度从常温升温至规定温度的升温装置。在这种情况下，比对电子零件通以恒定电流的方法，能够更快从常温升到老化温度，能够缩短试验上所花费的间歇时间，进行高效的试验。
本发明的电子零件的试验装置，最好是所述老化控制部具有能够对流入所述电子零件的实际电流值与设定电流值进行比较，缩小该两个值之差的负反馈控制部。
本发明的电子零件的试验装置，最好是所述老化控制部具有对流入所述电子零件的实际电流值进行测量，根据其测量结果计算能够使所述实际电流值修正为设定电流值的修正量，并且根据该计算结果修正所述实际电流值的修正装置。
本发明的电子零件的试验装置，最好是具备能够同时分别对多个电子零件通以恒定电流的所述恒定电流源部。在这种情况下能够对多个电子零件实施老化，所以能够高效率地发现并排除不合格品。
如果采用本发明，利用通以恒定电流，使进行老化的电子零件的温度上升幅度为一定值，能够容易地掌握电压给试样带来的负荷的变化，所以也能够很好地对老化时间进行调整，所以能够对每个电子零件施加一定的负荷。因此，能够进行可靠性高的老化。
附图说明
图1是本发明实施形态的电子零件试验方法实施用的老化试验装置概略结构图。
图2是图1的老化试验装置的恒定电流源部的主要部分的概略结构图。
图3是老化试验工序的流程图。
图4是图1的老化试验装置造成的电子零件的温度变化的曲线图。
图5是在电子零件上施加恒定电压时零件温度随时间的变化曲线。
图6是对电子零件通以恒定电流时零件温度随时间变化的曲线图。
符号说明
1 老化装置
2 加热·恒温部(升温装置)
5 恒定电流源部
6 老化控制部
W 试样(电子零件)
具体实施形态
下面参考图1至图3对本发明的实施形态的电子零件试验方法以及试验装置进行说明。图1是所述试验方法的实施用的试验装置的概略结构图，图2是图1的试验装置的重要部分的概略结构图，图3是采用图1的试验装置的试验方法的流程图。
显示老化装置1是本发明的电子零件的试验装置。在该老化装置1中，对作为电子零件的一个例子的高介电常数的层叠陶瓷电容(以下称为试样)实施老化。图例的老化装置1包含由对试样W时而加热，时而维持其一定温度的恒温槽构成的加热·恒温部2、对该加热·恒温部2进行试样放入、取出的取入取出装置3、为了对试样W通以负荷电流或施加负荷电压而进行电气连接的测试(probing)装置4、对试样W通以恒定电流的恒定电流源部5、对老化试验进行控制的老化控制部6。
取入取出装置3是时而将试验前的试样W搬入加热·恒温部2，时而在该加热·恒温部2中形成使电气端子(探头)7、7能够接触(测试)试样W的电极a、a的状态，再在老化完成后将被试验试样从加热·恒温部2中取出的装置。取入取出装置3也可以采用操纵器(manipulator)。又，取入取出装置3也可以采用转台以及环带(endless belt)等。
加热·恒温部2构成将搬入的试样W升温至某个规定的温度T0(例如60℃)，维持该温度的升温装置。也就是说，加热·恒温部2具有将试样W容纳安置在规定的老化位置的内部空间，具备适合加热·恒温的外壳结构且具备对安置在内部的试样W进行加热·恒温的装置的结构。实际上，由于不能对试样W的自身直接进行加热，通过对试样W吹送热风或者使试样与电热盘等热源相接触使试样W的温度上升。而且，这里所说的作为目标的温度T0与准备进行老化的老化温度T1(例如，115℃)不同，是比该老化温度T1低的温度。
试样W的测试装置4是使电气端子7、7分别与试样W的电极a、a接触的装置。电气端子7、7与恒定电流源部5相连接。
恒定电流源部5通过电气端子7、7对试样W通以一定的电流I(A)。因此，假如试样W的电阻值作为R(Ω)，即产生I2R(W)的功率，因而试样W的温度上升。试样W的温度在试样W的功率I2R产生的发热量与向外部的热外流量在平衡点达到稳定。然而，在高介电常数的陶瓷电容中，通常一旦温度上升，则电阻值R将大幅度降低，如果电流I(A)是一定的，产生的功率I2R(W)将减小而带有负反馈，试样的初期电阻值即使有波动，结果是无论采用何种试样将在大致一定的温度下保持稳定。预先设定通以电流前的试样W的温度T0、电流I，使该温度大致达到准备进行老化的温度T1。
根据以上的说明可以知道，本发明对于相对于温度T的上升，其电阻值减小的所谓负电阻温度特性的材料是有效的。而且，在本实施形态中，虽然试样采用高介电常数层叠陶瓷电容，但此外也能适用于其他具有负电阻温度特性的热敏电阻(thermistor)等的试验。
以下对有关恒定电流源部5等的具体例进行说明。恒定电流源部5能够通过例如图2所示的电路结构实现。它是将直流电源9作为外加电压源，流经试样W的电流I在经过电流控制用晶体管Tr·电阻R流向GND时，利用运算放大器OP将电阻R上产生的电压IR与设定电压值Vref作比较，在电流I过大的情况下，降低Tr的基极电压，在电流I过小的情况下，提高Tr的基极电压这样的负反馈，总是对试样W通以一定的电流I的恒定电流电路。图2中，作为晶体管Tr采用的是双极型晶体管，但更理想的是采用场效应晶体管(FET)替代双极型晶体管，这样将减少栅电流产生的电流值的误差。而且，恒电流电路的很多结构是已知的，如果不采用此例，也可以采用各种结构的恒电流电路。
以下对老化控制部6进行说明。老化控制部6控制老化装置1的各个部分，取入试样W，使端子与试样W相接触并等待试样W达到期望的温度T0。再实施通以恒定电流的老化，然后取出试样W的控制。
老化控制部6除了进行对试样W的测试等控制之外，还监视通以恒定电流的导通状态的试样W上施加的电压，相应该电压的大小决定相对于试验对象W的施加时间，以使任何试样上都施加所期望的负荷。又，在所希望的施加时间经过时，指示恒定电流源部5停止对试验对象试样W通以恒定电流。
老化控制部6具有在通以恒定电流实施老化时测量外加在试样W上的电压的电压测量装置8。该电压测量装置8具体地说是数字式万用表那样的测量仪器。该电压测量装置8只要与连接于试样W的电气端子7、7等电气连接就可以进行测量。
在通以恒定电流的状态下，利用试样W的电阻值调高或调低外加电压。开始通以恒定电流亦即开始进行老化的老化控制部6利用电压测量装置8对外加在试样W上的电压进行检测和监视。对应于该电压测量装置8检测出的电压值对老化时间进行调整，使加在试样W上的负荷保持一定而与试样W无关。该调整的内容是如果其检测出的电压比标准条件高，则缩短施加时间，如果检测出的电压比标准条件低则延长施加时间。如何调整施加时间，由相对于电压赋予试样W的负荷如何变化决定。例如，电压变得比标准条件高的结果，是在被赋予2倍负荷的情况下，采取将施加时间调整到一半的方法，使整体负荷保持一定。
具体地说，以上对采用负荷与电压的平方成正比，在115℃·100V条件下进行10分钟老化，就能够确保可靠性的试样W的例子进行说明。假设检查测试装置4的热阻时是200(℃/W)。老化控制部6控制取入取出装置3，将试样W搬入加热·恒温部2，使电端子7、7与试样电极a、a接触。加热·恒温部2的温度设定在60℃。
有必要预先研究通过电端子7、7对试样W外加怎样的电流值，60℃的试样W才能够大约上升到115℃。例如设该值为0.8mA。估计试样W在60℃左右时，老化控制部6开始使恒定电流源部5通以0.8mA的电流。这样，试样W的温度将上升并大致达到115℃。虽然由于试样W的差异，达到温度会有波动，但是如果通以恒定电流，其波动将较小，通常在±数℃范围。进而，老化控制部6测量施加在试样W上的电压，假设该电压为140V。这时，将每单位时间所赋予试样的负荷与原来100V时的负荷作比较，得出1402/1002＝1.96倍。因此，对试样施加与原来条件相同程度的负荷的时间是10分/1.96＝约306秒，因此老化控制部6在实施开始起306秒之后使恒定电流源部5停止，并控制取入取出部2使其取出试样W。而且，老化条件(本例中为115℃·100V·10分钟)以及负荷与电压之间的关系是通过预先将负荷施加时间、外加电压、温度条件等作为参数，计算只在初期故障可能发生的负荷量而得出的。
下面依据图3对所述老化试验的工序进行简单说明。
首先，在步骤n1从(未图示的)老化条件设定部对老化控制部6设定并输入对于试样W的老化条件。本实施形态中，为了便于说明，假定规定的老化温度为115℃、老化电压为100V、老化时间为10分钟(600秒)、老化电流为0.8mA。
在步骤n2，利用取入取出装置3将试样W安置在加热·恒温部2的规定的老化位置。
在步骤n3，老化控制部6控制加热·恒温部2，并相对所述老化条件，把试样W朝老化温度以下的规定的60℃温度方向进行升温控制。
在步骤n4，老化控制部6判断试样W的周围温度是否达到规定的60℃温度，同时一旦在步骤n4判定为YES，即向步骤n5转移。
在步骤n5，老化控制部6对于加热·恒温部2，要求其停止加热动作，同时控制其转移为恒温动作。到此为止的工序与第1步骤相当。
在步骤n6，老化控制部6驱动恒定电流源部5，对试样W通以0.8mA的恒定电源。由于通以恒定电源，试样W将发热，试样W的温度在测试装置4的热阻为200(℃/W)，恒定电流为0.8mA的条件下，温度将升高55℃。该试样W的温度上升情况示于图4。图4中，横坐标表示时间，纵坐标表示温度，时段Tr表示试样W的温度从60℃上升55℃的时间。而且，时段Tm表示以后所述的修正老化时间。如图4所示，一旦对试样W施加恒定电流I并使自己发热，试样W的温度将稳定在一定的温度亦即老化温度115℃。
其结果是，在利用加热·恒温部2使试样W从常温升温达到60℃的状态下，加上通以恒定电流产生的55℃温升，将试样W的老化温度置于115℃。
这样，试样W被正确置于包含自身发热的老化温度下。
这种情况下，在步骤n7，老化控制部6一旦判定温度达到115℃，就在步骤n8以后向作为老化条件的电流以及时间的设定步骤转移。步骤n6以及步骤n7相当于第2步骤，同时相当于升温控制步骤。
在步骤n8，老化控制部6从恒定电流源部5或者直接利用电压测量装置8测量对试样W施加的电压(实际外加电压)。这种情况下，由于负荷与电压的平方成正比，在步骤n9中，老化控制部6将该测得的外加电压Vm与规定老化电压Vb进行比较，根据该比较对所述规定老化时间Tb，按照以下公式(1)对老化时间进行修正演算。
Tm＝(Vb2/Vm2)×Tb …(1)
这里，Tm是修正老化时间，Vm是实际外加电压，Vb是规定老化电压，Tb是规定老化时间。
然后，在步骤n10开始对修正老化时间Tm进行计时，在步骤n11，通以恒定电流直到该时间Tm的计时结束为止。一旦修正老化时间Tm的计时结束，就在步骤n12停止通以恒定电流并结束老化。这里，从步骤n8到n11为止的工序与第3步骤相当，同时与老化控制步骤相当。
在所述例子中，只示出一个试样W的处理方法，但实际上可以选择同时对多个试样W进行老化处理的设备，能够提高每单位时间的处理个数。
又，通以恒定电流开始后对试样施加的实际电压是随试样W的电阻的变化而变动的。因此，实际上在短时间间隔之内测量试样电压，在施加于试样的负荷的总量达到所期望的量(例如，相当于115℃·100V·10分钟的负荷的总量)的时刻停止进行老化。此外，在所述例子中显示从开始通以恒定电流的瞬间之后试样W的温度将达到所期望的温度(115℃)，但是实际上温度上升需要花一些时间。老化还需要这些时间来实现。另外，也可以根据温度上升曲线(大致指数函数)求得这段时间所施加的负荷并控制时间，使由于老化而施加于试样的负荷的总量达到期望的值。
这样，无论每个试样W中的个别特性的差异如何，通常能够以一定的温度实施老化并能够确保可靠性。那是因为无论试样W的特性如何，由于对试样施加一定的电流，在试样上所产生的热也大致一定，由于将它保持在热阻已知的测试装置4中，因此通电产生的试样W的温度上升幅度也是一定的。
又，在本发明中，根据试样将不同的电压施加于各个试样上，在这一点上，电压容易测量，由于也可以知道利用电压施加于试样的负荷变化到何种程度，利用调整对试样进行老化的时间的方法，可以对于任何试样都施加一定的负荷。因此，能够进行可靠性高的老化。
有关其他的实施形态，将在以下说明。
在上述实施形态中，示出在利用恒温槽等作为升温装置的加热·恒温部进行老化的情况，但也可以从常温状态开始对电子零件的试样通以恒定电流，升温到所期望的老化温度为止。这种情况下，不需要加热·恒温部。由于恒温槽等通常是大型的，且价格昂贵，因此可以谋求设备小型化以及价格低廉化。
由于即使没有恒温槽等环境气氛受到控制的封闭空间也能够将试样加热到所期望的温度进行老化，所以可以采用不是一次处理多个试样的批量处理，而是能够对试样进行连续处理的在线处理设备，在这种情况下，能够更加迅速地进行处理，同时可以谋求设备小型化、价格低廉化。
下面进一步对其他实施形态进行说明。
施加恒定电流的手段采用能够控制输出电压的电源装置，用测定试样的电流的测定器实现的方法。总之，老化控制部对电源进行控制以对试样施加某一电压，测量此时流入试样的电流值，在该被测量的电流值比所期望的恒定电流值大时降低电压，比所期望的恒定电流值小时升高电压，以这样的控制方法，使流入试样的电流值为一定值。这时，作为使恒定电流源部输出恒定电流的老化控制部的控制，也可以利用载有微电脑的控制手段替代由电路结构进行控制，形成通过软件进行控制的结构。
根据本发明的发明人进行试验的结果，下面说明在通过外加恒定电压进行老化的情况以及在本发明的通以恒定电流进行老化的情况。对作为检查对象而被选定的层叠陶瓷电容外加125V的恒定电压，在将温度升高幅度选择为到大约130℃的情况，以及通以2mA的恒定电流将温度升高幅度定为达到更高的大约190℃温度的情况(不采用加热手段要实现在高温下的老化的情况)的，施加开始后的试样温度变化用辐射温度计测量得到的结果示于图5、图6中。而且，在图5、图6中，多个试样的测量结果重叠显示。
外加恒定电压时，可以看出试样的温度在110℃～170℃的范围内波动，而且观测时间结束后温度继续上升。这是由于试样的温度增高致使试样的电阻值下降，从而进一步陷入发热量增大的循环中。这样将不可能进行所期望的老化。
另一方面，在通以恒定电流的试样中，任何试样都稳定在190℃～200℃的温度范围内，不管是否上升到更高的温度，也可以通过外加恒定电压减小温度的波动。而且温度趋于稳定，将不会继续上升。总之，这表示能够以稳定的温度实现可靠性高的老化。该实测数据同时显示出即使不采用恒温槽等加热·恒温装置，也能进行恒温老化。
还有，在图6中，存在在约2.8E+04ms时，试样温度下降的试样，这表示不能够耐受因通以恒定电流所引起的应力而引起短路的不良情况的不合格品的温度变化。还有，试样温度开始下降的时间点是发生短路的不良情况的时间点。
Claims (8)
1.一种电子零件的试验方法，是设定由老化温度、老化电压以及老化时间决定的规定的负荷量，加上与所述负荷量等量的负荷对电子零件进行老化的电子零件的试验方法，其特征在于，包含
将具有负电阻温度特性的电子零件放置在低于老化温度的规定温度下，使所述电子零件的温度为所述规定温度的第1步骤、
对电子零件通以恒定电流，控制电子零件的温度从所述规定温度上升到老化温度的第2步骤、以及
在所述老化温度中，把外加在电子零件上的实际外加电压与所述老化电压进行比较，根据该比较由下式(1)修正所述老化时间并求出修正老化时间，基于该修正老化时间对电子零件通以恒定电流的第3步骤；
Tm＝(Vb/Vm)2×Tb …(1)
这里，Tm是修正老化时间，Vm是实际外加电压，Vb是规定老化电压，Tb是规定老化时间。
2.根据权利要求1记载的电子零件的试验方法，其特征在于，
监视在所述第2步骤对所述电子零件通以恒定电流的状态下对该电子零件施加的电压，依据该监视结果决定老化时间，使整体负荷保持一定。
3.根据权利要求1或2记载的电子零件的试验方法，其特征在于，
所述第1步骤包含预先利用升温装置将所述电子零件的温度升温到比常温更接近所述老化温度的温度的工序。
4.一种电子零件的试验装置，该试验装置设定由老化温度、老化电压以及老化时间决定的规定的负荷量，加上与所述负荷量等量的负荷对电子零件进行老化，其特征在于，
具有对所述电子零件通以恒定电流的恒定电流源部与控制所述恒定电流源部动作的老化控制部，
所述老化控制部是至少实施
通过驱动所述恒定电流源部对所述电子零件通以恒定电流，将电子零件的温度从规定温度升温至老化温度的升温控制步骤、以及
在老化温度下将加在电子零件上的实际外加电压与老化电压进行比较，依据其比较结果由下式(1)对老化时间进行修正运算，然后按照该修正老化时间，在所述老化温度下对所述电子零件进行老化的老化控制步骤的老化控制部；
Tm＝(Vb/Vm)2×Tb …(1)
这里，Tm是修正老化时间，Vm是实际外加电压，Vb是规定老化电压，Tb是规定老化时间。
5.根据权利要求4中记载的电子零件的试验装置，其特征在于，
具有在所述恒定电流源部对所述电子零件通以恒定电流之前，将所述电子零件的温度从常温升温至规定的温度的升温装置。
6.根据权利要求4或5记载的电子零件的试验装置，其特征在于，
所述老化控制部具有将流入所述电子零件的实际电流值与设定电流值进行比较，使该两值之差缩小的负反馈控制部。
7.根据权利要求4或5记载的电子零件的试验装置，其特征在于，
所述老化控制部具备测量流入所述电子零件的实际电流值并依据该测量结果计算把所述实际电流值修正为设定电流值的修正量，然后根据该运算结果修正所述实际电流值的修正装置。
8.根据权利要求4或5记载的电子零件的试验装置，其特征在于，
具备能够对多个电子零件同时分别通以恒定电流的所述恒定电流源部。
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