CN101164129B - 固体电解电容器的检查装置及检查方法 - Google Patents

Abstract

一种电容器的检查装置，包括：由绝缘材料构成的基板、设置在所述基板上的第一导电部和第二导电部、安装在基板上的信号输入部与信号输出部、网络分析器和加压部。网络分析器具有与信号输入部连接的输入端口和与信号输出部连接的输出端口。第一、第二导电部分别与电容器的阳极、阴极接触，加压部将电容器的阳极按压到第一导电部并将阴极按压到第二导电部。

Description

固体电解电容器的检查装置及检查方法

技术领域

本发明涉及固体电解电容器的检查装置和使用此检查装置的检查方法，所述固体电解电容器的检查装置主要适于测定各种电子设备中所使用的固体电解电容器的各特性中的等效串联电感。

背景技术

随着电子设备的高频化趋势，人们寻求优于现有的在高频率范围内具有优良阻抗特性的电容器。为了符合此要求，已开发出了将高导电率的导电高分子材料用作固体电解质的固体电解电容器。

此外，近年来，人们强烈要求用于个人电脑的微处理器(CPU)的周边等的固体电解电容器体积小且容量大。并且，为了适应高频化，人们除了强烈要求降低等效串联电阻(ESR)之外，还要求降低等效串联电感(ESL)。此外，人们希望电容器能降低噪声且瞬态响应性优良。为了满足所述要求，已进行了各种研究。

固体电解电容器特别是用在电源电路和数字电路等电路中，这些电路要求高频范围内的阻抗较低。为了检查所述固体电解电容器，并更精确地测定阻抗，已提出使用如下所述的检查装置。

图13是表示用来测定固体电解电容器的阻抗的现有检查装置的概念图。由虚线包围的部分是简化表示的阻抗测量器50。阻抗测量器50包括交流电源51、限流电阻器52、对流入电容器54的电流进行检测的电流检测器53、电压检测器55、电流端子56、57、和电压端子58、59。

当测定阻抗时，使电流探头60、61和电压探头62、63与作为被测定物的电容器54的电极接触，以测定电容器54的阻抗。在从电流端子56导出的引线端64与电流探头60之间连接着电阻器65，在从电压端子58导出的引线端66与电压探头62之间连接着电阻器67。在引线端64与引线端66之间连接着检测电阻器68。同样，在电流探头61与引线端69之间连接着电阻器70，在电压探头63与引线端71之间连接着电阻器72，在引线端69与引线端71之间连接着检测电阻器73。优选检测电阻器68、73的电阻值(10Ω～100Ω)为充分大于探头60～63的接触电阻的值，但也可以省去检测电阻器68、73。

图14是图13的阻抗检查装置的等效电路图，图中由虚线所包围的部分是简化表示的阻抗测量器50。电容器54具有静电电容54A和等效串联电阻54B。另外，固有电阻65A和电感元件74通过电阻器65存在于电流探头60与引线端64之间。同样，固有电阻70A与电感元件75通过电阻器70存在于电流探头61与引线端69之间。固有电阻67A和电感元件76通过电阻器67存在于电压探头62与引线端66之间。固有电阻72A和电感元件77通过电阻器72存在于电压探头63与引线端71之间。

在所述状态下，以如下方式测定电容器54的阻抗。首先，在尚未配置电容器54的状态下进行断路校正和短路校正。之后，使电流探头60、61和电压探头62、63与电容器54两端的电极接触，使电流从交流电源51流入到电流探头60、61之间。接着，通过电压探头62、63，用电压检测器55来检测在电容器54两端产生的电压。利用电压检测器55和电流检测器53来检测此时的电流(I)与电压(V)，并根据公式Z＝V/I来计算阻抗Z。

电流探头60、61和电压探头62、63与电容器54的电极接触。因此，在等效电路上，各探头60～63中存在的固有电阻65A、70A、67A、72A及电感元件74、75、76、77被校正而成为0。由此，阻抗测量器50可以准确地测定阻抗。此种阻抗检查装置例如在日本专利特开2001-35759号公报中被公开。

所述现有检查装置的目的在于，在极短的时间内，对生产线上的作为被测定物的电容器54的阻抗进行测定。因此，可以利用此测定结果来求出电容器的ESL。然而，其测定的精度低，不适于测定预期ESL较低的固体电解电容器的阻抗。

发明内容

本发明提供可以在极短时间内精确地测定固体电解电容器的ESL特性的固体电解电容器的检查装置以及使用此检查装置的检查方法。本发明的电容器的检查装置包括：由绝缘材料构成的基板、第一导电部与第二导电部、网络分析器、信号输入部、信号输出部、和加压部。第一导电部与第二导电部按照导电图案设置在基板上。第一导电部与电容器的阳极接触，第二导电部与电容器的阴极接触。网络分析器具有输入端口与输出端口。信号输入部安装在基板上并与输入端口连接。信号输出部安装在基板上并与输出端口连接。加压部将电容器的阳极按压到第一导电部，并将电容器的阴极按压到第二导电部。本发明的固体电解电容器的检查装置的结构简单，可以在极短时间内精确地测定固体电解电容器的ESL，而不会产生不必要的电阻等阻抗。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式中的固体电解电容器的检查装置的结构的结构图。

图2A是表示图1的检查装置中的测定部的分解透视图。

图2B是表示图1的检查装置中的测定部的外观透视图。

图2C是表示将被检查体配置在图1的检查装置中的测定部上的状态的外观透视图。

图3是表示本发明第一实施方式中的固体电解电容器的检查装置的其他测定部的外观透视图。

图4A是表示本发明第一实施方式中的电容器的连接方法的电路图。

图4B是表示本发明第二实施方式中的电容器的连接方法的电路图。

图4C是表示本发明第三实施方式中的电容器的连接方法的电路图。

图5是表示本发明第一实施方式的电容器的ESL测定方法的电路图。

图6是表示本发明第一实施方式中的电容器的连接方法的俯视图。

图7是表示本发明第一实施方式中的测定部的等效电路图。

图8是表示本发明第二实施方式中的电容器的连接方法的俯视图。

图9是本发明第二实施方式中的测定部的等效电路图。

图10是表示本发明第三实施方式中的电容器的连接方法的俯视图。

图11是本发明第三实施方式中的测定部的等效电路图。

图12是表示本发明第四实施方式中的检查装置的测定部的外观透视图。

图13是表示现有的固体电解电容器的检查装置的结构的概念图。

图14是图13所示的检查装置的等效电路图。

附图标记

1测定部

2固体电解电容器

3基板

4、41、43微带线(第一导电部)

42微带线(第二导电部)

4A第一微带线(第一导电部)

4B第二微带线(第一导电部)

5、5C阴极电极(第二导电部)

5A第一阴极电极(第二导电部)

5B第二阴极电极(第二导电部)

6通孔电极

7固定台

8输入侧同轴连接器(信号输入部)

9输出侧同轴连接器(信号输出部)

10导电薄板

11定位板

12网络分析器

12A输入端口

12B输出端口

13、14同轴电缆

15个人电脑

16控制部

17运算部

18显示部

19存储部

20供给部

21加压部

22凸出部

23信号源

24A、24B输入输出负载

25第一入射波

26第一反射波

27第二入射波

28第二反射波

29、32第一阻抗元件

30、33第二阻抗元件

31、34第三阻抗元件

35阻抗元件

121A、121B信号线

122A、122B接地线

122接地

50阻抗测量器

51交流电源

52限流电阻器

53电流检测器

54电容器

54A静电电容

54B等效串联电阻

55电压检测器

56、57电流端子

58、59电压端子

60、61电流探头

62、63电压探头

64、66、69、71引线端

65、67、70、72电阻器

65A、67A、70A、72A固有电阻

68、73检测电阻器

74、75、76、77电感元件

80电容器

81、82端子

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示本发明第一实施方式中的固体电解电容器的检查装置的结构的概念图，图2A～图2C分别是同一检查装置的测定部的分解透视图、外观透视图、和配置了被检查体的外观透视图。将作为被检查体的固体电解电容器(以下，简称电容器)2配置在测定部1上，并被测定。

由绝缘性材料构成的基板3是构成测定部1的主要部分。作为第一导电部的50Ω的微带线4和作为第二导电部的阴极电极5利用电镀而形成在基板3的第一面上。微带线4与电容器2的阳极接触并输出信号。阴极电极5与电容器2的阴极连接。此外，在与基板3的第一面相对的第二面的整个面上形成有电镀部(未图示)。第二面的电镀部经由多个通孔电极6与第一面的阴极电极5电导通，所述通孔电极6设置在阴极电极5上并贯穿基板3。基板3连接在金属制的固定台7上。由此，固定台7作为与电容器2的阴极连接的接地。

作为信号输入部的输入侧同轴连接器(以下，简称连接器)8，将信号输入到设置在基板3上的微带线4。作为信号输出部的输出侧同轴连接器(以下，简称连接器)9取得来自微带线4的信号。即，连接器8、9的芯线与微带线4连接，连接器8、9的接地侧经由固定台7与阴极电极5连接。连接器8、9安装在基板3上。

具有弹性的导电薄板10以与阴极电极5大致相同的尺寸，配置在基板3的第一面。另外，与导电薄板10材料相同且尺寸与电容器2的阳极的尺寸大致相同的导电薄板，介于微带线4与电容器2的阳极之间。即，优选将具有弹性的导电薄板分别配置到微带线4与阴极电极5上。由此，可以提高阴极电极5与电容器2的阴极、微带线4与电容器2的阳极的接触稳定性。另外，图中仅表示了导电薄板10。

由绝缘材料制成的定位板11将电容器2定位在规定位置。通过使用定位板11，可以正确地测定电容器2的阻抗。

网络分析器12上设置有输入端口(以下，简称端口)12A与输出端口(以下，简称端口)12B。端口12A经由同轴电缆13与连接器8连接，端口12B经由同轴电缆14与连接器9连接。端口12A由作为输入信号线的信号线121A和作为输入侧接地线的接地线122A构成。端口12B由作为输出信号线的信号线121B和作为输出侧接地线的接地线122B构成。在所述构成中，以一定功率将被扫频的输入信号从端口12A输入，可以利用到达端口12A的入射波和到达端口12B的反射波的比，求出测定部1的阻抗。

个人电脑15包括控制部16、运算部17、显示部18和存储部19。运算部17利用后述方法来计算电容器2的阻抗。显示部18显示由运算部17计算出的阻抗或者与阻抗相关的信息。存储部19存储由运算部17计算出的阻抗或者与阻抗相关的信息。用户可以根据存储部19中的统计，使用控制部16来检查电容器2或管理电容器2的特性等。另外，控制部16、运算部17、显示部18和存储部19除了用个人电脑构成15以外，也可以分别用单独的硬件构成，还可以将2个以上构成为一体。

控制部16控制运算部17、显示部18、存储部19，且也控制供给部20和加压部21。供给部20将电容器2送入并放置在测定部1上，或将电容器2取出并送出测定部1。可以使用众所周知的零件供给装置构成供给部20。

加压部21将被放置在测定部1上的电容器2按压到测定部1上。即，加压部21将电容器2的阳极按压到微带线4上，将阴极按压到阴极电极5上。加压部21例如可以由电磁阀和活塞构成，所述电磁阀控制压缩空气的供给，所述活塞由经由所述电磁阀供给的压缩空气驱动。

另外，如图3所示，可以利用电镀等，将凸出部22分别设置在微带线4与阴极电极5上。由此，提高电容器2与测定部1的接触稳定性。

接着，具体说明使用以上述方式构成的本实施方式的固体电解电容器的检查装置来测定ESL的方法。图4A是表示作为本实施方式中的被检查体的电容器2的连接图案的测定方法的电路图。在使用二端口方式的测定方法中，一般将本实施方式中的测定方法称作串联分路式测定法(series-shuntmethod)。在该电路图的四端子电路网中，端口12A的信号线121A与端口12B的信号线121B连接，端口12A的接地线122A与端口12B的接地线122B连接。并且，在已连接的信号线121A、122A间的中央附近与接地122之间连接有电容器2。信号源23包含在网络分析器12中，并经由一定的输入输出负载24A、信号线121A与电容器2连接。

图5是表示使用图4A所示的电路来测定电容器2的ESL的原理的示意电路图。如此，以一定功率将被扫频的信号从信号源23施加到电容器2，此电容器2并联连接到输入输出负载24B。而且，利用网络分析器12来分别测定到达网络分析器12的端口12A的第一入射波25的强度a1与第一反射波26的强度b1、和到达端口12B的第二入射波27的强度a2与第二反射波28的强度b2。根据所述强度来求出S参数。由(式1)表示S参数的各分量S11、S12、S21、S22与各强度的关系。

$\left(\begin{array}{c}b1\\ b2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}S11& S21\\ S21& S22\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a1\\ a2\end{array}\right)$ ···(式1)

图6是从正上方观察利用图4A所示的连接方法将电容器2实际安装到基板3上的图。图7是相当于图6的结构且一般被称作T型的电路图。由阻抗Z1所表示的第一阻抗元件29表示输入侧的电路阻抗。由阻抗Z2所表示的第二阻抗元件30相当于电容器2。由阻抗Z3所表示的第三阻抗元件31表示输出侧的电路阻抗。

另一方面，由(式2)表示Z参数，此Z参数是二端口网络的断路阻抗参数。此处，因为Z参数的第一行第二列的Z12与T型电路所对应的Z参数的第一行第二列的阻抗Z2相等，所以(式3)成立。

$\left(Z\right)=\left(\begin{array}{cc}Z11& Z12\\ Z21& Z22\end{array}\right)$ ···(式2)

$\left(Z\right)=\left(\begin{array}{cc}Z11& Z12\\ Z21& Z22\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}Z1+Z2& Z2\\ Z2& Z2+Z3\end{array}\right)$ ···(式3)

因为(式4)所示的关系在S参数与Z12之间成立，所以可以利用(式4)来求出电容器2的阻抗Z2。由此，可以计算出电容器2的ESL。

$Z2=Z12=\frac{2S21}{(1-S11)(1-S22)-S12\×S21}$ ···(式4)

如上所述，本实施方式的检查装置使用网络分析器12，并根据S参数来测定电容器2的阻抗。另外，设置有将电容器2按压到测定部1上的加压部21。由此，可以高速且精确地求出电容器2的ESL。一般，在使用网络分析器12并根据S参数来测定电子零件的阻抗时，将电子零件焊接在基板上进行测定，以避免接触电阻的影响。然而，可以如本实施方式所述，设置加压部21，将电容器2按压到测定部1上，由此精确地测定电容器2的阻抗。

(第二实施方式)

图4B是表示作为本发明第二实施方式中的被检查体的电容器2的连接图案的测定方法的电路图。在使用二端口方式的测定方法中，一般将本实施方式的测定方法称作串联贯穿式测定法(series-through method)。

该电路中，在由端口12A的信号线121A与接地线122A、以及端口12B的信号线121B与接地线122B组合而成的四端子电路网中，电容器2串联连接在信号线121A、121B之间。而且，接地线122A与接地线122B连接。如此，作为被检查体的电容器2的连接方法与第一实施方式不同。除此以外的结构与第一实施方式相同。但是，基板3上的导电图案与图1中的不同，所述导电图案与电容器2的连接方式也与图1中的不同。接着说明所述不同之处。

图8是本实施方式的固体电解电容器的检查装置的连接的示意图，且表示从正上方观察利用图4B所示的连接方法将电容器2实际安装到基板3上的安装状态。本实施方式中，未设置阴极电极5，连接器8的芯线与作为第一导电部的微带线41连接，连接器9的芯线与作为第二导电部的微带线42连接。

图9是相当于图8的结构且一般被称作π型的电路图。该电路包括由阻抗Z4所表示的第一阻抗元件32、由阻抗Z5所表示的第二阻抗元件33、和由阻抗Z6所表示的第三阻抗元件34。第二阻抗元件33相当于电容器2。

在该构成中，可以通过求出π型电路的S参数，并利用Z参数与Z5的关系，来求出电容器2的阻抗Z5。由此，可以计算出电容器2的ESL。

如此，本实施方式的检查装置也利用网络分析器12并根据S参数来测定电容器2的阻抗。另外，在本实施方式的检查装置中设置有将电容器2按压到测定部1上的加压部21。由此，可以高速且精确地求出电容器2的ESL。

(第三实施方式)

图4C是表示作为本发明第三实施方式中的被检查体的电容器2的连接图案的测定方法的电路图。在单端口方式的测定中所使用的连接方法中，一般将本实施方式的连接方法称作反射式测定法。

该电路中，端口12A的信号线121A和接地线122A分别与电容器2连接。如此，作为被检查体的电容器2的连接方法与第一实施方式不同。除此以外的结构与第一实施方式相同。但是，基板3上的导电图案与图1中的不同，所述导电图案与电容器2的连接方式也与图1中的不同。接着说明所述不同之处。

图10是本实施方式的固体电解电容器的检查装置的连接示意图，且表示从正上方观察利用图4C所示的连接方法将电容器2实际安装到基板3上的安装状态。本实施方式中，未设置连接器9，连接器8的芯线与作为第一导电部的微带线43连接，连接器8的接地侧与作为第二导电部的阴极电极5C连接。即，无需图1中的端口12B，而端口12A可以兼用作输入端口与输出端口。另外，连接器8可以兼用作信号输入部和信号输出部。

图11是相当于图10的结构的电路图。由阻抗Z7所示的阻抗元件35是电容器2。该结构中，也可以使用网络分析器12来测定电容器2的阻抗，从而计算出电容器2的ESL。所述结构较为简单，但是测定精度低于第一实施方式、第二实施方式的测定精度。然而即使如此，因为设置有将电容器2按压到测定部1上的加压部21，所以可以高速且精确地求出电容器2的ESL。

(第四实施方式)

图12是表示本发明第四实施方式的检查装置的测定部的外观透视图。本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在基板3上设置有作为第一导电部的第一微带线4A与第二微带线4B、以及作为第二导电部的第一阴极电极5A与第二阴极电极5B。第一微带线4A经由连接器8与图1所示的网络分析器12的输入信号线121A连接。第二微带线4B经由连接器9与网络分析器12的输出信号线121B连接。第一阴极电极5A和第二阴极电极5B以与第一实施方式的阴极电极5同样的方式经由通孔电极6与固体台7连接，并经由连接器8、9与网络分析器12的输入信号侧接地线122A和输出信号侧接地线122B连接。除此以外的结构与第一实施方式相同。

本实施方式的检查装置适用于贯通式电容器80。在电容器80的一组相向的面上分别设置有一种极性的端子81，在另一对相向的面上分别设置有另一种极性的端子82。而且，以各自与端子81、82相对应的方式，设置有第一微带线4A、第二微带线4B、第一阴极电极5A、和第二阴极电极5B。另外，以互不导通的方式独立地设置有第一微带线4A与第二微带线4B。由此，可以高速且精确地测定贯通式电容器80的阻抗。另外，如图12所示，优选分别在第一微带线4A、第二微带线4B、第一阴极电极5A、和第二阴极电极5B上设置凸出部22。由此提高接触稳定性。

工业利用可能性

本发明的固体电解电容器的检查装置的结构简单，且通过使用所述检查装置的检查方法，可以测定出电容器的输入输出，而不会产生不必要的电阻等阻抗。因此，可以在极短的时间内精确地测定固体电解电容器的ESL。该装置主要适于检测各种电子设备中所使用的固体电解电容器的各特性中的等效串联电感，从而，本发明的检查装置可以用作固体电解电容器的检查装置。

Claims (14)

1.一种电容器的检查装置，包括：

基板，其由绝缘材料构成；

与电容器的阳极电接触的第一导电部以及与所述电容器的阴极电接触的第二导电部，所述第一导电部以及所述第二导电部按照导电图案设置在所述基板上；

网络分析器，其具有输入端口和输出端口；

信号输入部，其安装在所述基板上并与所述输入端口连接；

信号输出部，其安装在所述基板上并与所述输出端口连接；和

加压部，其将所述电容器的所述阳极按压到所述第一导电部，并且将所述电容器的所述阴极按压到所述第二导电部。

2.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

具有弹性的导电薄板分别配置在所述第一导电部和所述第二导电部上。

3.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

凸出部分别设置在所述第一导电部和所述第二导电部上。

4.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

定位板配置在所述基板上，所述定位板用于确定放置所述电容器的位置。

5.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

所述输入端口由输入信号线与输入侧接地线构成，所述输出端口由输出信号线与输出侧接地线构成，所述输入信号线和所述输出信号线与所述第一导电部连接，所述输入侧接地线和所述输出侧接地线与所述第二导电部连接。

6.根据权利要求5所述的电容器的检查装置，还包括：

由金属材料制成的固定台，其用于保持所述基板；和

设置在所述第二导电部上的通孔电极，其贯穿所述基板，并与所述固定台电连接；其中，

所述输入侧接地线和所述输出侧接地线与所述固定台连接。

7.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

所述输入端口由输入信号线与输入侧接地线构成，所述输出端口由输出信号线与输出侧接地线构成，

所述输入信号线与所述第一导电部连接，所述输出信号线与所述第二导电部连接，所述输入侧接地线与所述输出侧接地线彼此连接。

8.根据权利要求7所述的电容器的检查装置，还包括：

由金属材料制成的固定台，其用于保持所述基板；其中

所述输入侧接地线和所述输出侧接地线与所述固定台电连接。

9.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

所述输入端口兼用作所述输出端口，所述输入端口由输入信号线与输入侧接地线构成，

所述输入信号线与所述第一导电部连接，所述输入侧接地线与所述第二导电部连接。

10.根据权利要求9所述的电容器的检查装置，还包括：

由金属材料制成的固定台，其用于保持所述基板；和

设置在所述第二导电部上的通孔电极，其贯穿所述基板，并与所述固定台电连接；其中，

所述输入侧接地线与所述固定台连接。

11.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，其中，

所述输入端口由输入信号线与输入侧接地线构成，所述输出端口由输出信号线与输出侧接地线构成，

所述第一导电部由第一微带线与第二微带线构成，所述第二微带线是独立于所述第一微带线而设置的，所述第二导电部由第一阴极电极与第二阴极电极构成，

所述输入信号线与所述第一微带线连接，所述输出信号线与所述第二微带线连接，所述输入侧接地线和所述输出侧接地线与第一阴极电极和第二阴极电极连接。

12.根据权利要求1所述的电容器的检查装置，还包括：

运算部，使用S参数来计算所述电容器的阻抗，所述S参数是根据所述网络分析器施加信号时到达所述输入端口的入射波和到达所述输出端口的反射波的比率而算出的。

13.一种电容器的检查方法，包括如下步骤：

将电容器放置在由绝缘材料构成的基板上，以使所述电容器的阳极与按照导电图案设置在所述基板上的第一导电部接触，且使所述电容器的阴极与按照导电图案设置在所述基板上的第二导电部接触；

将所述电容器按压到所述第一导电部和所述第二导电部上；

经由安装在所述基板上的信号输入部，将信号从具有输入端口与输出端口的网络分析器的所述输入端口施加到所述电容器的所述阳极；

根据经由安装在所述基板上的信号输出部输出到所述输出端口的输出、和经由所述信号输入部输出到所述输入端口的输出，计算所述电容器的阻抗。

14.根据权利要求13所述的电容器的检查方法，还包括以下步骤：

将具有弹性的导电薄板分别配置在所述第一导电部和所述第二导电部上；

经由该导电薄板将所述电容器的所述阳极按压到所述第一导电部，并且将所述电容器的所述阴极按压到所述第二导电部。

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