JP3121455B2 - セラミックコンデンサの応力評価方法 - Google Patents

セラミックコンデンサの応力評価方法

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JP3121455B2 JP04282287A JP28228792A JP3121455B2 JP 3121455 B2 JP3121455 B2 JP 3121455B2 JP 04282287 A JP04282287 A JP 04282287A JP 28228792 A JP28228792 A JP 28228792A JP 3121455 B2 JP3121455 B2 JP 3121455B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックコンデンサ
の応力評価方法に関するものである。セラミックコンデ
ンサの応力評価方法は、回路基板上にセラミックコンデ
ンサが実装される際のランド電極の形状、大きさ、ある
いははんだ量を決定するのに利用される。すなわち、回
路基板上に実装されるセラミックコンデンサは、ランド
電極の形状、大きさ、あるいははんだ量によって応力の
かかり方が異なるため、セラミックコンデンサにかかる
応力を小さくするような取り付け方が良い条件となる。
なお、本明細書において、「セラミックコンデンサ」と
は、圧電性を示す誘電体から構成されているコンデンサ
を意味するものとする。
【0002】
【従来の技術】図4(イ)および(ロ)は従来例におけ
るセラミックコンデンサの応力評価方法を説明するため
の図である。回路基板41上には、ランド電極42、お
よび42′が形成されている。そして、応力を評価する
セラミックコンデンサ1は、その電極2、2′が図示さ
れていないはんだによって前記ランド電極42、42′
上に取り付けられている。
【0003】今、回路基板41の両端を固定した状態
で、図4(ロ)に示すように、回路基板41の中央部に
「F」という応力を与える。このようにセラミックコン
デンサ1が実装されている回路基板41に応力を与え、
回路基板41を撓まし、回路基板41上のセラミックコ
ンデンサ1が破壊されるまでの撓み量を測定していた。
そして、セラミックコンデンサ1が破壊されるまでの撓
み量が大きい時の取り付け条件は、セラミックコンデン
サ1の良い取り付け状態であると評価していた。
【0004】また、図4(イ)に示すセラミックコンデ
ンサ1が取り付けられた回路基板41を常温に保った
後、いきなり高温雰囲気内に挿入する熱衝撃試験を行な
って、セラミックコンデンサ1の応力評価をしていた。
この熱衝撃試験の場合、セラミックコンデンサ1とセラ
ミックコンデンサ1が取り付けられている回路基板41
との熱収縮率の差で発生する歪みによって回路基板41
上に取り付けられているセラミックコンデンサ1が破壊
されるまでの温度差を測定していた。そして、セラミッ
クコンデンサ1は、破壊されるまでの温度差が大きい
程、セラミックコンデンサ1と回路基板41との取り付
け条件が良好であると評価されていた。
【0005】図5(イ)ないし(ハ)は従来例における
セラミックコンデンサの応力評価方法で、ランド電極の
形状によるセラミックコンデンサの応力が異なることを
説明するための図である。図5(イ)はセラミックコン
デンサの上面図、(ロ)および(ハ)はランド電極の上
面図である。図5(ロ)に示す形状のランド電極42、
42′上にセラミックコンデンサ1をその電極2、2′
の部分ではんだ付けしたものに対して、図5(ハ)に示
す形状のランド電極52、52′上にセラミックコンデ
ンサ1を同様にはんだ付けしたものを比較する。この場
合、図4(ロ)と同じように応力「F」が加えられたと
する。上記ランド電極42、42′の形状の場合は、ラ
ンド電極52、52′の形状の場合より大きい撓み量の
時破壊された。すなわち、図5(ロ)に示す形状のラン
ド電極42、42′を採用した方が図5(ハ)に示すラ
ンド電極52、52′より良いことが判る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記撓み量や熱衝撃を
与えるセラミックコンデンサの応力評価方法は、セラミ
ックコンデンサが破壊されることによって、初めて評価
することができる。しかし、実際に起こり得る回路基板
の撓みや熱衝撃は、セラミックコンデンサが破壊された
時の撓み量や熱衝撃の温度差に比べて小さいことが予測
される。ところが、実際に使用される状態におけるセラ
ミックコンデンサの応力は、測定する方法が無いため不
明であった。
【0007】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、セラミックコンデンサを破壊することな
く、実際の使用環境にあった条件で、応力を評価するセ
ラミックコンデンサの応力評価方法を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のセラミックコンデンサの応力評価方法は、
回路基板(図1の11)上に形成されたランド電極(図
1の12、12′)間にセラミックコンデンサ(図1の
1)を取り付け、上記回路基板(11)に応力を加えた
際に、セラミックコンデンサ(1)に直流電圧を印加
し、セラミックコンデンサ(1)に加えられている応力
に応じて変化する電流の積分値を基にして評価すること
を特徴とする。
【0009】
【作 用】回路基板上に形成されたランド電極間に取
り付けられたセラミックコンデンサに直流電圧を印加す
ると、セラミックコンデンサ内において、電流は、電荷
がたまる一瞬間流れるがその後、漏れ電流を除いて流れ
ない。一方、セラミックコンデンサは、電極間に誘電体
が挟まれており、この部分に直流電圧が印加されると圧
電性を示す。したがって、セラミックコンデンサの誘電
体に加わる応力に応じて瞬間的に電荷が発生し、電流の
変化として観測される。本発明におけるセラミックコン
デンサの応力評価方法は、この誘電体に加わる応力の変
化に応じて変化する電流量を測定するものである。以上
のように、本発明におけるセラミックコンデンサの応力
評価方法は、セラミックコンデンサの誘電体が圧電性を
有することに着目し、セラミックコンデンサを破壊する
ことなく、実際の使用環境における応力を評価すること
ができる。
【0010】
【実 施 例】図1は本発明の一実施例で、セラミック
コンデンサの誘電体に流れる電流を測定するための概念
図である。図1において、セラミックコンデンサ1は、
電極2および2′の間に誘電体3が挟持されている。そ
して、上記セラミックコンデンサ1は、回路基板11に
形成されたランド電極12、12′上に、図示されてい
ないはんだによって取り付けられる。また、セラミック
コンデンサ1の電流を測定する装置は、ランド電極1
2、12′に図示されていないプローブによって直流電
圧を印加する直流電源13と、当該直流電源13の電圧
を制御する電圧制御装置14と、直流電源13の電圧を
モニターする電圧計15と、直流電源13とランド電極
12、12′間に挿入されて誘電体3に瞬間的に流れる
電流を測定する電流計を含む測定装置16と、当該測定
装置16によって測定された電流の全量を積算する積分
回路17と、誘電体3の材料、形状、あるいは大きさ、
セラミックコンデンサ1にかかる応力等によってそれぞ
れ変わる電流値が記述されているテーブルを記憶してい
るデータべース18と、応力を評価する誘電体3の材
料、形状、あるいは大きさによって決まるデータべース
18からの値と前記測定装置16によって測定された測
定値とを比較する比較回路19と、比較回路19によっ
て比較された結果を判定する判定回路20とから構成さ
れる。また、前記積分回路17と、データべース18
と、比較回路19と、判定回路20とは、たとえばパー
ソナルコンピュータ21によって構成することができ
る。さらに、直流電源13、電圧計15、電流計とは、
たとえば絶縁計によって構成することができる。
【0011】図1に示すように、セラミックコンデンサ
1の誘電体3に直流電源13から直流電圧を印加する。
直流電源13からセラミックコンデンサ1に印加される
電圧は、電圧計15によってモニターされる。そして、
誘電体3に印加された電圧は、誘電体3の圧電性によっ
て、応力の変化に応じて、静電容量が変化する。すなわ
ち、誘電体3に応力が加わると誘電体3の静電容量は減
少する。そして、静電容量が減少する分の電荷は、電圧
の印加方向と反対方向に流れる。その後、静電容量が減
少する分の電荷が全部誘電体3から流れ出すと、電流
は、再び元に戻る。この時、測定装置16によって測定
された電流は、積分回路17によってその総量が得られ
る。この電流の総量は、測定される誘電体3の材質、形
状、大きさによって異なるため、予め応力評価が行なわ
れている被測定誘電体に関するデータべース18内の値
と比較される。そして、比較結果は、判定回路20で判
定される。すなわち、判定回路20の結果によって、誘
電体3に加わっている応力の程度を判定することができ
る。
【0012】図2は誘電体の厚さを一定にし、撓み量を
変えることによって、誘電体を流れる電流と撓み開始時
間との関係を説明するための図である。たとえば、大き
さ3.2×1.6mm、厚さ1.0mm、容量0.1μ
Fのセラミックコンデンサ1を回路基板上に実装した。
そして、図2に示すように、回路基板の撓み量を0.5
mm、1.0mm、1.5mmと変化させた。また、セ
ラミックコンデンサ1に印加する電圧は、直流200V
とした。図2は、上記のような条件において、撓み量か
多い程、撓み開始時間(符号21ないし23)の早いこ
とが判る。また、図2は、撓み量が多い程、電圧印加と
逆方向の電荷が流れ、その電流の絶対値が大きく、その
総量も多いことが判る。
【0013】図3は撓み量を一定にし、誘電体の厚さを
変えることによって、誘電体を流れる電流と撓み開始時
間との関係を説明するための図である。たとえば、大き
さ3.2×1.6mm、容量0.1μFのセラミックコ
ンデンサを回路基板上に実装した。そして、図3に示す
ように、回路基板の撓み量を0.5mmと一定にし、誘
電体の厚さを1.6mm、1.0mm、0.7mmと変
化させた。また、前記同様にセラミックコンデンサ1に
印加する電圧は、直流200Vとした。図3は、上記の
ような条件において、誘電体の厚さが厚い程、撓み開始
時間(符号31ないし33)の早いことが判る。また、
図3は、誘電体の厚さが薄い程、電圧印加と逆方向の電
荷が流れ、その電流の絶対値が大きく、その総量も多い
ことが判る。
【0014】以上のように、図2および図3から、誘電
体3の撓み量および厚さによって、流れる電流と時間が
変わるため、これらの値を前記データべース18に格納
して、実際に測定装置16で測定された値と比較するこ
とによって、セラミックコンデンサを破壊することなく
その応力を評価することができる。
【0015】以上、本実施例を詳述したが、本発明は、
前記実施例に限定されるものではない。そして、特許請
求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなけれ
ば、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえ
ば、本実施例は、セラミックコンデンサで説明したが、
圧電性を示す誘電体を使用した電子部品であれば、どの
ような電子部品でも破壊することなく、その応力を評価
することができる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、誘電体からなるセラミ
ックコンデンサの予め測定されている電流特性と実際に
測定された電流とを比較することによって、セラミック
コンデンサを破壊することなく、セラミックコンデンサ
の応力を評価することができる。したがって、セラミッ
クコンデンサを回路基板に取り付ける際に、一番応力の
かからないランド電極の形状、大きさ、あるいははんだ
の量等を見つけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例で、セラミックコンデンサの
誘電体に流れる電流を測定するための概念図である。
【図2】誘電体の厚さを一定にし、撓み量を変えること
によって、誘電体を流れる電流と撓み開始時間との関係
を説明するための図である。
【図3】撓み量を一定にし、誘電体の厚さを変えること
によって、誘電体を流れる電流と撓み開始時間との関係
を説明するための図である。
【図4】(イ)および(ロ)は従来例におけるセラミッ
クコンデンサの応力評価方法を説明するための図であ
る。
【図5】(イ)ないし(ハ)は従来例におけるセラミッ
クコンデンサの応力評価方法で、ランド電極の形状によ
るセラミックコンデンサの応力が異なることを説明する
ための図である。
【符号の説明】
1・・・セラミックコンデンサ 18・・・データ
べース 2、2′・・・電極 19・・・比較回
路 3・・・誘電体 20・・・判定回
路 11・・・回路基板 21・・・パーソ
ナルコンピュータ 12、12′・・・ランド電極 13・・・直流電源 14・・・電圧制御装置 15・・・電圧計 16・・・測定装置 17・・・積分回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板上に形成されたランド電極間に
    セラミックコンデンサを取り付け、上記回路基板に応力
    を加えた際に、セラミックコンデンサに加わる応力を測
    定するセラミックコンデンサの応力評価方法において、 セラミックコンデンサに直流電圧を印加し、セラミック
    コンデンサに加えられている応力に応じて変化する電流
    の積分値を基にして評価することを特徴とするセラミッ
    クコンデンサの応力評価方法。
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