CN115480118A

CN115480118A - Mlcc器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质

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Publication number: CN115480118A
Application number: CN202211148862.XA
Authority: CN
Inventors: 毕道广; 张蕾; 付振晓; 曹秀华; 于淑会; 胡春元; 孙蓉
Original assignee: Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd; Shenzhen Institute of Advanced Electronic Materials
Current assignee: Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd; Shenzhen Institute of Advanced Electronic Materials
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2022-12-16

Abstract

本发明涉及陶瓷电容器检测技术领域，尤其涉及一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质，包括：将待测器件并联安装于测试夹具上；将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同的直流电压下，以预设的直流电压方式向待测器件施加电压；在不同的变温箱预设温度下，依次测试并记录待测器件在各直流电压下的漏电流；根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒；根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。本发明通过检测不同变温箱温度、不同直流电压下的漏电流，并计算得到待测器件的肖特基势垒，从而评价MLCC器件的电学性能和可靠性，大大缩短了测试周期，且功耗低。

Description

MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及陶瓷电容器检测技术领域，尤其涉及一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质。

背景技术

片式多层陶瓷电容器(MLCC)是陶瓷电容器的一种，主要用于消费电子、汽车电子、通信以及工业自动化、航空航天等领域，由于汽车电子和电动车的快速发展，带动车载用多层陶瓷电容器(MLCC)等高端MLCC的需求持续增长，高端MLCC产品的可靠性是重要参考指标之一。目前，MLCC失效类型主要为短路失效和开路失效两大类，其中，短路失效占绝大多数，短路失效是指在高温和电场的持续负载下，MLCC器件会出现绝缘电阻劣化和漏电流增加的现象，并最终导致器件击穿。

近年来，工业生产中对MLCC可靠性检测主要是进行高温老化实验，具体的操作是将制备好的MLCC器件放在较高温度的烘箱里并加载直流电压，然后测量器件在高温高压下的电阻变化，在规定的时间内，若器件的绝缘电阻下降一个数量级即可认定该器件为不合格品，但是这种方法高温老化的实验周期较长，一般最少为168h甚至更长时间，大大限制了MLCC的生产效率。

发明内容

本发明提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质，解决的技术问题是，现有的MLCC可靠性检测需要进行高温老化实验，导致检测周期长，大大降低了MLCC的生产效率。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质。

第一方面，本发明提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法，所述方法包括以下步骤：

将待测器件并联安装于测试夹具上；

将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同的直流电压下，以预设的直流电压方式向待测器件施加电压；

在不同的变温箱预设温度下，依次测试并记录待测器件在各直流电压下的漏电流；

根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒；

根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

在进一步的实施方案中，所述直流电压设为待测器件额定电压的1.0～1.5倍，待测器件施加电压的时间为1000～1500s。

在进一步的实施方案中，所述预设的直流电压方式包括设置直流电压的输出方式为步进电压，直流电压步长为0.1～0.5V，每步停留时间为2～5s，直流电压下限为0V，直流电压上限为待测器件额定电压的2～3倍。

在进一步的实施方案中，所述变温箱预设温度为85～230℃。

在进一步的实施方案中，待测器件的肖特基势垒的计算公式为：

式中，J表示漏电流；A表示有效理查德参数；T表示绝对温度；q表示电子电荷量；φ_b表示肖特基势垒；k表示玻尔兹曼常数。

在进一步的实施方案中，所述根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品的步骤包括：

在不同变温箱预设温度下，对待测器件的肖特基势垒进行数值拟合，得到待测器件的直流电压-肖特基势垒拟合曲线；

根据待测器件的直流电压-肖特基势垒拟合曲线，得到肖特基势垒偏差值；

根据所有变温箱预设温度下的肖特基势垒偏差值和预设的肖特基势垒偏差范围，判断待测器件是否为合格品。

在进一步的实施方案中，所述肖特基势垒偏差范围为1.10～1.21eV。

第二方面，本发明提供了一种MLCC器件可靠性快速评估系统，所述系统包括：

器件设置模块，用于将待测器件并联安装于测试夹具上；

器件调整模块，用于将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同的直流电压下，以预设的直流电压方式向待测器件施加电压；

测试模块，用于在不同的变温箱预设温度下，依次测试并记录待测器件在各直流电压下的漏电流；

评估模块，用于根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒；根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相连，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述计算机设备执行实现上述方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质，所述方法将待测器件并联安装于测试夹具上，并测试待测器件在不同变温箱预设温度、不同直流电压下的漏电流，计算出不同器件的肖特基势垒，从而评估MLCC器件的电学性能和可靠性。与传统的高温老化实验方法相比，该方法不仅能够快速、有效地评估MLCC的电学性能，大大缩短了测试所用的时间，提高了工作效率，而且降低了高温老化实验中的功耗，节约了能源。

附图说明

图1是本发明实施例提供的MLCC器件可靠性快速评估方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的测试装置示意图；

图3是本发明实施例提供的样品1在不同温度下的漏电流曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的样品2在不同温度下的漏电流曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的样品1和样品2的肖特基势垒计算结果示意图；

图6是本发明实施例提供的高温老化测试曲线示意图；

图7是本发明实施例提供的MLCC器件可靠性快速评估系统框图；

图8是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

参考图1，本发明实施例提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1.将待测器件并联安装于测试夹具上；需要说明的是，本实施例采用并联的连接方式不仅可以一次性测量多个同一类型的器件，而且可以保证每个器件的测量互不影响。

S2.将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同的直流电压下，以预设的直流电压方式向待测器件施加电压；在本实施例中，所述变温箱为包含加热台和测温系统的密封的自制腔体，能在保证腔体的温度维持在设定范围，并且变温箱还包含机械泵等制冷装置，可以实现变温箱的快速降温。

在本实施例中，所述直流电压设为待测器件额定电压的1.0～1.5倍，待测器件施加电压的时间为1000～1500s；所述预设的直流电压方式包括设置直流电压的输出方式为步进电压，直流电压步长为0.1～0.5V，每步停留时间为2～5s，直流电压下限为0V，直流电压上限为待测器件额定电压的2～3倍。

具体地，如图2所示，本实施例需要先准备所需要的准备材料，具体包括：MLCC器件1，测试夹具2，变温箱3，高阻计4和直流电源5，并将待测器件并联安装于测试夹具上；然后将安装好待测器件的测试夹具2放入到变温箱3中，通过直流电源5给待测器件加上直流电压，具体电压视不同型号的待测器件而定，其中，MLCC常见的额定电压是：2.5V、4V、6.3V、10V、25V、50V、100V、1000V、2000V等；在本实施例中，所述高阻计为用于测量微小电流的仪器

S3.在不同的变温箱预设温度下，依次测试并记录待测器件在各直流电压下的漏电流。

在一个实施例中，所述变温箱预设温度为85～230℃。

S4.根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒。

MLCC的出现绝缘电阻劣化一般认为是碳酸钡晶体中的氧空位缺陷迁移造成，在电场和温度的影响下，氧空位首先在钛酸钡晶体内部迁移，随后氧空位会聚集在晶界出，由于温度和电场的持续影响，氧空位的迁移能力会逐渐增大并越过晶界并最终在负极处聚集，由于氧空位在负极处聚集，电极里的电子会向负极处介质层迁移以补偿电荷，从而形成n型半导区，同时，正极附近的氧空位浓度减少，其负电荷会由BT晶体中的被空穴所补偿形成p型半导区，最终，由于离子的迁移和电荷的补偿，在介质层中形成p-n节，从而降低MLCC器件的绝缘电阻使得器件失效，影响介质层中电子迁移和氧空位迁移主要有晶内电阻、晶界电阻和界面电阻，其中，界面电阻的对MLCC器件的绝缘电阻影响最大，而MLCC器件中电极层和介质层的界面电阻主要受肖特基势垒的大小影响，当MLCC器件中的导电行为符合热离子激发效应时，MLCC器件的漏电流与温度满足待测器件的肖特基势垒的计算公式，其中，待测器件的肖特基势垒的计算公式为：

式中，J表示漏电流；A表示有效理查德(Richardson)参数；T表示绝对温度；q表示电子电荷量；φ_b表示肖特基势垒；k表示玻尔兹曼常数。

S5.根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

在一个实施例中，所述根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品的步骤包括：

根据所有变温箱预设温度下的肖特基势垒偏差值和预设的肖特基势垒偏差范围，判断待测器件是否为合格品；其中，所述肖特基势垒偏差范围为1.10～1.21eV。

本实施例在判断到所有变温箱预设温度下的肖特基势垒偏差值均在预设的肖特基势垒偏差范围内时，判定待测器件为合格品，即，合格的待测器件在变温箱预设温度85～230℃内，每个温度下的肖特基势垒偏差值都应该位于1.10～1.21eV肖特基势垒偏差范围内。

需要说明的是，由于半导体材料的电阻值变化主要归于肖特基势垒的变化，这是电容材料电阻变化的根本原因，因此，本实施例采用肖特基势垒的大小来衡量器件的可靠性更准确，并且根据本实施例提供的实验结果可知，测量肖特基势垒所用的时间比测量电阻的变化所用时间更低。

在另一实施例中，在不同变温箱预设温度下，对待测器件的肖特基势垒进行数值拟合，得到待测器件的直流电压-肖特基势垒拟合曲线；

以直流电压-肖特基势垒拟合曲线中肖特基势垒增长为未施加直流电压的待测器件肖特基势垒特定百分比时所对应的直流电压作为可靠性评判依据，并根据预设的直流电压偏差范围，判断待测器件是否为合格品。

具体地，本实施例以一款电容温度系数为X5R，额定电压为6.3V的MLCC待测器件为例，将多个MLCC待测器件安装到测试夹具2中，将安装好的待测器件的测试夹具放入变温箱3中，并用直流电源5给待测器件加上直流电压，直流电压的大小为6.3～10V，加压时间1000～1500s；优选地，所述直流电压大小为6.3V，加压时间为1000s；同时设置直流电压的输出方式为步进电压，电压为步长0.1～0.5V，每步停留时间为2～5s，电压下限为0V，电压上限为12～20V；优选地，所述电压步长为0.5V，每步停留时间为5s，电压上限为15V，变温箱预设温度优先选取125～200℃。

本实施例记录在不同变温箱预设温度、不同直流电压下待测器件的漏电流大小，测试结果如图3、4所示；同时，根据测试得到的漏电流计算待测器件的肖特基势垒，并根据待测器件的肖特基势垒评价待测器件的电学性能。

本实施例以上述方法分别测试样品1和样品2，如图5所示，样品1的肖特基势垒为0.68eV，样品2的肖特基势垒为1.09eV，样品2的肖特基势垒近似在理论值的1.10～1.21eV，因此，可判定样品2为合格品，样品1为不合格品，样品2的可靠性更好。

为了进一步验证本实施例提供的方法的有效性，现提供传统的高温老化实验结果作为对比说明，如图6所示，将样品1和样品2分别在180℃，直流电压为9.5V下进行高温老化测试，从图6中可以看出，样品2的测试时间是4.2h，然后器件开始失效；样品1的失效时间是0.2h，对应于图5计算出肖特基势垒，样品2和样品1的大小分别是1.09eV和0.68eV，说明肖特基势垒越大，器件的失效时间越长，测量肖特基势垒的时间是在实验过程中实际所得的，即，样品2的电阻劣化所需要的时间明显高于样品1，说明样品2的可靠性更好，这与采用本实施例的测试方法得到的结果相同，进一步验证了本实施例提供的可靠性评估方法的准确性，且经过实验可知，传统的高温老化实验至少需要168h甚至更长时间，而本发明是实力提供的方法测试一批产品需要的时间仅为30min左右。

本实施例提供了一种MLCC器件可靠性快速评估方法，该方法将待测器件并联安装于测试夹具上，将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同变温箱温度、不同直流电压下，有效地检测出MLCC待测器件的漏电流，以根据漏电流计算待测器件的肖特基势垒，从而根据肖特基势垒评估MLCC器件的可靠性。在测试相同数量MLCC器件的情况下，传统的高温老化实验至少需要168h或者更长的测试周期，而本申请的测试方法仅需要30min左右，与现有的高温老化测试方法相比，该方法快速、便捷，无需进行高温老化实验，大大减少了测试时间，缩短了测试周期，极大地提高了测试效率，且采用的测试装置简单、功耗低，实用性更强。

需要说明的是，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在一个实施例中，如图7所示，本发明实施例提供了一种MLCC器件可靠性快速评估系统，所述系统包括：

器件设置模块101，用于将待测器件并联安装于测试夹具上；

器件调整模块102，用于将安装好待测器件的测试夹具放入变温箱，并在不同的直流电压下，以预设的直流电压方式向待测器件施加电压；

测试模块103，用于在不同的变温箱预设温度下，依次测试并记录待测器件在各直流电压下的漏电流；

评估模块104，用于根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒；根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

关于一种MLCC器件可靠性快速评估系统的具体限定可以参见上述对于一种MLCC器件可靠性快速评估方法的限定，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请所公开的实施例描述的各个模块和步骤，能够以硬件、软件或者两者结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本发明实施例提供了一种MLCC器件可靠性快速评估系统，所述系统通过计算得到的待测器件在不同变温箱温度、不同电压下的肖特基势垒，评估MLCC器件的电学性能和可靠性。与现有技术相比，本申请提供的MLCC器件可靠性快速评估系统在保证高准确性的情况下，大大缩短了测试所用的时间，提高了检测效率，同时降低了高温老化实验中的功耗，节约了能源。

图8是本发明实施例提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器和收发器，它们之间通过总线连接；存储器用于存储一组计算机程序指令和数据，并可以将存储的数据传输给处理器，处理器可以执行存储器存储的程序指令，以执行上述方法的步骤。

其中，存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者；处理器可以是中央处理器、微处理器、特定应用集成电路、可编程逻辑器件或其组合。通过示例性但不是限制性说明，上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件、现场可编程逻辑门阵列、通用阵列逻辑或其任意组合。

另外，存储器可以是物理上独立的单元，也可以与处理器集成在一起。

本领域普通技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有相同的部件布置。

在一个实施例中，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明实施例提供的一种MLCC器件可靠性快速评估方法、系统、设备及介质，其一种MLCC器件可靠性快速评估方法不仅可以实现高精准度的MLCC器件可靠性评估，而且实现了高效率的MLCC器件可靠性检测，操作简单，大大减少了测试时间，具有结构简单、功耗低、方便有效、可靠性高等优点，确保了MLCC器件使用的可靠性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如SSD)等。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待测器件并联安装于测试夹具上；

根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

2.如权利要求1所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于：所述直流电压设为待测器件额定电压的1.0～1.5倍，待测器件施加电压的时间为1000～1500s。

3.如权利要求1所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于：所述预设的直流电压方式包括设置直流电压的输出方式为步进电压，直流电压步长为0.1～0.5V，每步停留时间为2～5s，直流电压下限为0V，直流电压上限为待测器件额定电压的2～3倍。

4.如权利要求1所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于：所述变温箱预设温度为85～230℃。

5.如权利要求1所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于，待测器件的肖特基势垒的计算公式为：

6.如权利要求1所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于，所述根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品的步骤包括：

7.如权利要求6所述的一种MLCC器件可靠性快速评估方法，其特征在于：所述肖特基势垒偏差范围为1.10～1.21eV。

8.一种MLCC器件可靠性快速评估系统，其特征在于，所述系统包括：

器件设置模块，用于将待测器件并联安装于测试夹具上；

评估模块，用于根据不同变温箱预设温度下各直流电压对应的漏电流，计算得到待测器件的肖特基势垒；还用于根据待测器件的肖特基势垒，判断待测器件是否为合格品。

9.一种计算机设备，其特征在于：包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相连，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述计算机设备执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，实现如权利要求1至7任一项所述的方法。