JP5338084B2 - Capacitor inspection device and inspection method using the same - Google Patents
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Description
本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、特に、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する2箇所に露呈するように構成された4端子構造のチップ形固体電解コンデンサの等価直列インダクタンス等の諸特性を検査するのに適した、コンデンサの検査装置及びこれを用いた検査方法に関するものである。 The present invention is a chip-type solid electrolytic capacitor having a four-terminal structure in which capacitors are used in various electronic devices, and in particular, the anode terminal and the cathode terminal are exposed at two locations opposite to each other on the lower surface serving as a mounting surface. The present invention relates to a capacitor inspection apparatus suitable for inspecting various characteristics such as an equivalent series inductance of a capacitor, and an inspection method using the same.
電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れたコンデンサが求められてきており、このような要求に応えるために電気伝導度の高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。 Along with the increase in frequency of electronic equipment, capacitors that are one of the electronic components have been required to have better impedance characteristics in the high frequency range than before. Various solid electrolytic capacitors using a highly conductive polymer as a solid electrolyte have been studied.
また、近年、パーソナルコンピュータのCPU周り等に使用される固体電解コンデンサには小型大容量化が強く望まれており、更に、高周波化に対応して低ESR(等価直列抵抗)化のみならず、ノイズ除去や過渡応答性に優れた、低ESL(等価直列インダクタンス)化が強く要求されており、このような要求に応えるために種々の検討がなされている。 In recent years, a solid electrolytic capacitor used around a CPU of a personal computer has been strongly demanded to be small in size and large in capacity. Further, in addition to low ESR (equivalent series resistance) corresponding to high frequency, There is a strong demand for low ESL (equivalent series inductance) excellent in noise removal and transient response, and various studies have been made to meet such a demand.
図10(a)〜(e)はこの種の固体電解コンデンサの中で、下面に端子を配置することにより面実装対応とした、4端子構造のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図と正面断面図と側面断面図と底面断面図と底面図である。 FIGS. 10A to 10E are plan sectional views showing the structure of a chip-type solid electrolytic capacitor having a four-terminal structure, in which a surface is mounted by arranging terminals on the lower surface among these types of solid electrolytic capacitors. It is a figure, front sectional view, side sectional view, bottom sectional view, and bottom view.
図10において、40はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子40は、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極電極部41と陰極形成部(図示せず)に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボン層と銀ペースト層からなる陰極層(全て図示せず)を順次積層形成することにより陰極電極部42を形成して構成されたものである。 In FIG. 10, reference numeral 40 denotes a capacitor element. The capacitor element 40 is provided with an insulating portion (not shown) at a predetermined position of an anode body made of a valve metal having a roughened surface and a dielectric oxide film layer formed thereon. Are separated into an anode electrode portion 41 and a cathode forming portion (not shown), and a solid electrolyte layer made of a conductive polymer, a cathode layer made of a carbon layer and a silver paste layer on the dielectric oxide film layer of the cathode forming portion. The cathode electrode portion 42 is formed by sequentially laminating (all not shown).
43は上記コンデンサ素子40を複数枚積層した素子積層体であり、この素子積層体43はコンデンサ素子40の陽極電極部41が交互に相反する方向に配設されるように複数枚を積層することにより構成されたものである。 43 is an element laminate in which a plurality of the capacitor elements 40 are laminated, and the element laminate 43 is laminated in such a manner that the anode electrode portions 41 of the capacitor elements 40 are alternately arranged in opposite directions. It is comprised by.
44は上記素子積層体43の陽極電極部41を一体に接合した陽極コムフレーム、45は同じく素子積層体43の陰極電極部42を一体に接合した陰極コムフレームである。 44 is an anode comb frame integrally joined with the anode electrode portion 41 of the element laminate 43, and 45 is a cathode comb frame integrally joined with the cathode electrode portion 42 of the element laminate 43.
46は上記陽極コムフレーム44を上面に接合した陽極端子であり、この陽極端子46は幅方向の両端を折り曲げることにより形成された段部46bが設けられ、この段部46bを除く中央部分が実装時の陽極端子部46aとなるものである。46cはこの陽極端子46の一部を上面視、後述する外装樹脂から突出するように延長し、この延長部分を外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部である。
46 is an anode terminal in which the anode comb frame 44 is joined to the upper surface. The anode terminal 46 is provided with a
47は上記陰極コムフレーム45を上面に接合した陰極端子であり、この陰極端子47は幅方向の中央部に薄肉部47bが設けられ、この薄肉部47bを除く両端部分が実装時の陰極端子部47aとなるものである。47cはこの陰極端子47の一部を上面視、後述する外装樹脂から突出するように延長し、この延長部分を外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部である。 47 is a cathode terminal obtained by bonding the cathode comb frame 45 to the upper surface. The cathode terminal 47 is provided with a thin portion 47b at the center in the width direction, and both end portions excluding the thin portion 47b are cathode terminal portions when mounted. 47a. Reference numeral 47c denotes a bent portion obtained by extending a part of the cathode terminal 47 so as to protrude from an exterior resin to be described later when viewed from the top, and bending the extended portion upward along the side surface of the exterior resin.
48は上記素子積層体43、陽極コムフレーム44、陰極コムフレーム45、陽極端子46、陰極端子47を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、上記陽極端子46に設けた段部46b、陰極端子47に設けた薄肉部47bもこの外装樹脂48により一体に被覆され、チップ形固体電解コンデンサの実装面となる下面には陽極端子部46aと陰極端子部47aが夫々対向する2箇所に露呈した4端子構造を構成しているものである。
Reference numeral 48 denotes an insulating exterior resin integrally covering the element laminate 43, the anode comb frame 44, the cathode comb frame 45, the anode terminal 46, and the cathode terminal 47. The
このように構成されたチップ形固体電解コンデンサは、実装面となる下面に陽極端子部46aと陰極端子部47aが夫々対向する2箇所に露呈した4端子構造とした構成により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合い、ESLを大きく低減することができるようになり、更に各端子間距離を可能な限り近付けて電流のループ面積を小さくすることにより、更なる低ESL化を図ることが可能になるものである(特許文献1)。
The thus configured chip-type solid electrolytic capacitor has a four-terminal structure in which the anode terminal portion 46a and the
そして、このように構成されたチップ形固体電解コンデンサは、特に高周波領域における低いインピーダンス特性が要求される電源回路やデジタル回路等の用途に使用されるものであるために、より精度の高いインピーダンス測定を行うことを目的として、以下のような測定装置を用いてインピーダンスを測定することが提案されているものであった。 The chip-type solid electrolytic capacitor configured in this way is used for applications such as power supply circuits and digital circuits that require low impedance characteristics particularly in the high-frequency region, so that impedance measurement with higher accuracy is possible. For the purpose of performing the measurement, it has been proposed to measure the impedance using the following measuring device.
図11はこのような従来の固体電解コンデンサのインピーダンス測定装置を示した概念図であり、図11において点線で囲まれた部分50は簡易的に示したインピーダンス測定器であり、51は交流電源、52は電流制限抵抗、53はコンデンサ54に流れる電流を検出する電流検出器、55は電圧検出器であり、電流端子56および57と電圧端子58および59を備えて構成されている。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing such a conventional solid electrolytic capacitor impedance measuring apparatus. In FIG. 11, a
60および61は被測定物であるコンデンサ54の電極端子に接触させてインピーダンスを測定する際の電流接触子、62および63はコンデンサ54の電極に接触させてインピーダンスを測定する際の電圧接触子である。また、電流接触子60と他端64との間に抵抗体65を介し、電圧接触子62と他端66の間にも抵抗体67を介して他端64と他端66の間に検出抵抗68が接続されている。
もう一方の電流接触子61と電圧接触子63も同じように電流接触子61と他端69との間に抵抗体70を介し、電圧接触子63と他端71の間にも抵抗体72を介して他端69と他端71の間に検出抵抗73が接続されている。検出抵抗68および73は測定接触子の接触抵抗よりも十分大きな値(10Ω〜100Ω)のものを使用することが好ましいが、検出抵抗が無くても構わない。
Similarly, the other current contact 61 and the voltage contact 63 are provided with a
図12は上記図11のインピーダンス測定装置の電気等価回路図であり、図中の点線で囲まれた部分50は簡易的に示したインピーダンス測定器、54はコンデンサで、静電容量54aと等価直列抵抗54bが存在する。また、電流接触子60と他端64の間に抵抗体65を介して固有抵抗65aと誘電成分74が存在し、同様に電流接触子61と他端69の間に抵抗体70を介して固有抵抗70aと誘導成分75が存在している。更に、電圧接触子62と他端66の間に抵抗体67を介して固有抵抗67aと誘導成分76が存在し、電圧接触子63と他端71の間に抵抗体72を介して固有抵抗72aと誘導成分77が存在している。
FIG. 12 is an electrical equivalent circuit diagram of the impedance measuring apparatus shown in FIG. 11. In FIG. 12, a
この状態でのコンデンサ54のインピーダンス測定は、コンデンサ54を配置しない状態でオープン補正およびショート補正を行った後、コンデンサ54の両端の電極端子に電流接触子60および61と電圧接触子62および63を接触させて、電流接触子60および61に電流が流れてコンデンサ54の両端に電圧が発生したのを電圧接触子62および63で検出する。このときの電流(I)と電圧(V)を、電圧検出器55および電流検出器53で検出して、インピーダンスをZ=V/Iの計算式から算出することにより求められる。
In this state, the impedance of the
ここでは電流接触子60および61と電圧接触子62および63はコンデンサ54の電極端子に接触されているため、それぞれの測定接触子に存在する固有抵抗65a、70a、67a、72aおよび誘導成分74、75、76、77は補正されて電気等価回路上0(ゼロ)となり、何ら問題なく正確にインピーダンスを測定することができるというものであった(特許文献2)。
しかしながら上記従来の固体電解コンデンサのインピーダンス測定装置では、オンライン上で被測定物であるコンデンサ54のインピーダンスを極めて短時間で測定することを目的としたものであるために、この測定結果を利用してコンデンサのESLを求めることは可能であるものの、その測定精度が悪く、低いESLが要望される固体電解コンデンサの測定を行うためには精度の高い検査装置が必要であるという課題があった。
However, since the conventional impedance measuring apparatus for a solid electrolytic capacitor is intended to measure the impedance of the
本発明はこのような従来の課題を解決し、チップ形固体電解コンデンサのESL特性を極めて短時間で、かつ、精度良く測定することができるコンデンサの検査装置及びこれを用いた検査方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves such a conventional problem and provides a capacitor inspection apparatus and an inspection method using the same that can accurately measure the ESL characteristics of a chip-type solid electrolytic capacitor in a very short time. It is for the purpose.
上記課題を解決するために本発明は、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する2箇所に露呈するように構成された4端子構造のコンデンサの電気特性を検査する検査装置であって、信号ラインとしてのマイクロストリップラインとグランドをそれぞれ表面に形成した基板と、この基板上に被検査体となるコンデンサを載置して位置決め保持する測定部と、ネットワークアナライザからの信号をネットワークアナライザの入力ポート及び出力ポートとの間でマイクロストリップラインとグランドの2端子で接続される同軸ケーブルを経由して入出力する信号入力部ならびに信号出力部からなり、上記信号入力部ならびに信号出力部で4端子回路網を構成するように接続されたコンデンサの検査装置において、前記マイクロストリップラインは、前記マイクロストリップラインの両端の一方が前記信号入力部に接続され、前記両端の他方が前記信号出力部に接続され、前記基板に形成されたグランドは、前記マイクロストリップラインの両側に形成され、上記測定部内のマイクロストリップラインならびにグランドに上記コンデンサの下面に設けられた4つの端子と夫々当接して信号を入出力するための4つの測定端子を設け、前記測定端子の2つが前記マイクロストリップラインの表面に設けられた構成のものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is an inspection apparatus for inspecting the electrical characteristics of a capacitor having a four-terminal structure configured such that an anode terminal and a cathode terminal are exposed at two locations opposite to each other on a lower surface serving as a mounting surface. In addition, a substrate on which microstrip lines and grounds as signal lines are formed on the surface, a measuring unit for positioning and holding a capacitor to be inspected on this substrate, and a signal from a network analyzer are networked It consists of a signal input unit and a signal output unit that input and output via a coaxial cable connected between the input port and output port of the analyzer via two terminals of a microstrip line and a ground. in 4 in the testing apparatus of the connected capacitors to constitute a terminal circuit network, said microstrip Spline, said one ends of the microstrip line is connected to the signal input portion, the other ends are connected to the signal output unit, the ground formed on the substrate, formed on both sides of the microstrip line There are provided four measurement terminals for inputting / outputting signals by contacting the microstrip line in the measurement unit and the four terminals provided on the lower surface of the capacitor with the ground, and two of the measurement terminals are connected to the microstrip line. The structure is provided on the surface of the stripline .
以上のように本発明によるコンデンサの検査装置は、簡単な構成で不要な抵抗等のインピーダンスが発生することがなく、極めて短時間で、かつ、精度良くチップ形固体電解コンデンサのESLを測定することができるという効果が得られるものである。 As described above, the capacitor inspection apparatus according to the present invention measures the ESL of a chip-type solid electrolytic capacitor with a simple configuration without generating unnecessary impedances such as unnecessary resistors and in a very short time and with high accuracy. The effect of being able to be obtained is obtained.
(実施の形態)
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the invention described in the entire claims of the present invention will be described by using embodiments.
図1は本発明の一実施の形態によるコンデンサの検査装置の構成を示した概念図、図2(a)〜(c)は同検査装置の測定部を示した分解斜視図と外観斜視図と被検査体であるコンデンサを載置した状態の外観斜視図、図3(a)〜(c)は同測定部を構成する基板を示した斜視図と平面図と裏面図であり、図1〜図3において、1は測定部、2はこの測定部1上に載置されて測定される被検査体としてのコンデンサを示し、このコンデンサ2は上記背景技術の項で図10を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサと同じものであり、実装面となる下面に陽極端子46aと陰極端子47aが夫々対向する2箇所に露呈するように構成された4端子構造の面実装型のものである。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a capacitor inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are an exploded perspective view and an external perspective view showing a measuring unit of the inspection apparatus. FIG. 3A to FIG. 3C are a perspective view, a plan view, and a rear view showing a substrate constituting the measurement unit, respectively, in a state in which a capacitor as a test object is placed. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a measuring unit, 2 denotes a capacitor as an object to be measured which is placed on the measuring unit 1 and measured. This
3は上記測定部1を構成する主要部材である基板であり、この基板3は絶縁性の材料で構成され、表面側の略中央の長手方向に亘って、上記コンデンサ2の陽極端子46aに信号を入力するための信号ラインとなる50Ωのマイクロストリップライン4と、コンデンサ2の陰極端子47aと接触するための陰極電極となるグランド5がめっき処理により形成されている。なお、上記マイクロストリップライン4とグランド5間にはめっきを施さず、絶縁部6が設けられており、更に、基板3の裏面にも同様のめっき処理が施され、複数の貫通孔(後述する測定端子7が植設される孔となる)によって表裏面が導通され、マイクロストリップライン4とグランド5が絶縁部6を介して独立して形成された構成になっているものである。
Reference numeral 3 denotes a substrate which is a main member constituting the measurement unit 1, and the substrate 3 is made of an insulating material, and a signal is sent to the anode terminal 46 a of the
7は上記基板3のマイクロストリップライン4とグランド5の所定の位置に設けられた複数の貫通孔に夫々植設されることによって一端が基板3の表面側に突出するように設けられた測定端子であり、この測定端子7は基板3の表面側に突出した部分の先端が円錐状に形成され、この円錐状の先端部分が被検査体であるコンデンサ2の底面の対向する2箇所に夫々設けられた陽極端子46aと陰極端子47a(合計で4つの端子)と当接するようにしたものであり、上記コンデンサ2の各端子に対して2本ずつ(合計で8本)の測定端子7が設けられたものである。
7 is a measurement terminal provided so that one end protrudes to the surface side of the substrate 3 by being implanted in a plurality of through holes provided at predetermined positions of the microstrip line 4 and the ground 5 of the substrate 3. The measurement terminal 7 has a conical tip formed on the surface 3 of the substrate 3, and the conical tip is provided at two opposing locations on the bottom surface of the
また、上記各端子に対して2本ずつ設けられる測定端子7は、各端子の両端に近い位置に夫々設けることにより、隣接する陽極/陰極間の距離を短くして不要な抵抗を可能な限り低減するようにしているものである。 In addition, two measuring terminals 7 provided for each terminal are provided at positions close to both ends of each terminal, thereby reducing the distance between adjacent anodes / cathodes and reducing unnecessary resistance as much as possible. It is intended to reduce.
8は絶縁材料製のガイド板であり、このガイド板8により上記コンデンサ2を測定部1内の所定の位置に位置決めして正確な測定を行うものである。9は金属製の固定台であり、この固定台9上に上記基板3ならびにガイド板8を結合するようにしたものである。
Reference numeral 8 denotes a guide plate made of an insulating material. The guide plate 8 positions the
10は上記基板3に設けられたマイクロストリップライン4に信号を入力するための入力側同軸コネクタ、11はマイクロストリップライン4からの信号を取り出すための出力側同軸コネクタである。
12はネットワークアナライザ、12aと12bはこのネットワークアナライザ12の第1ポートと第2ポートであり、この第1ポート12aより入力信号を一定電力で周波数挿引させて入力した場合の第1ポート12a及び第2ポート12bへの入射波と反射波の比により測定部1のインピーダンスを求めるよう、第1ポート側同軸ケーブル13を介して第1ポート12aと入力側同軸コネクタ10、第2ポート側同軸ケーブル14を介して第2ポート12bと出力側同軸コネクタ11を接続するように構成されているものである。
12 is a network analyzer, and 12a and 12b are a first port and a second port of the
15はパーソナルコンピュータ(以下、パソコン15と呼ぶ)であり、このパソコン15は制御部16と演算部17と表示部18と記録部19を備えて構成されているものであり、また、制御部16は、測定部1上にコンデンサ2を搬入して載置し、また、取り出して搬出する供給部20や、測定部1上に載置されたコンデンサ2を測定部1に押し付けるように付勢する加圧部21の制御も同時に行うように構成されているものである。
次に、このように構成された本実施の形態によるコンデンサの検査装置を用いてESLを測定する方法を具体的に説明する。図4は本実施の形態における被検査体としてのコンデンサ2の接続パターンによる検査方法を示した回路図であり、2ポート方式を用いた測定の中で一般にシャント・スルー測定法と呼ばれており、前述の4端子回路網で、各ポートの信号端子間と各ポートのグランド端子間を接続し、かつ、接続した信号端子間の中央付近とグランド間にコンデンサ2を接続したものである。
Next, a specific description will be given of a method for measuring ESL using the thus configured capacitor inspection apparatus according to the present embodiment. FIG. 4 is a circuit diagram showing an inspection method using a connection pattern of a
図5は上記図4に示した測定方法を用いてコンデンサ2のESLを測定する原理を模式的に示した回路図であり、このように一定入出力負荷22に並列接続されたコンデンサ2に一定電力で周波数を信号源23より挿引させた信号を付加した時のネットワークアナライザ12の第1ポート12aへの第1の入射波a1(24)と第1の反射波b1(25)、及び第2ポート12bへの第2の入射波a2(26)と第2の反射波b2(27)の比により算出される(数1)で表されるSパラメータを用いて演算を行うことによりコンデンサ2のESLを算出して求めるものである。なお、入射波a1、a2と反射波b1、b2とSパラメータの関係は(数2)で表される。
FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing the principle of measuring the ESL of the
図6は、上記図4に示した接続方法により、コンデンサ2を実際に基板3上に実装した状態を示した平面図であり、これは一般にT型と呼ばれ、インピーダンスZ1、Z2、Z3で表される第1のインピーダンス素子28、第2のインピーダンス素子29、第3のインピーダンス素子30により図7に示すような回路が構成されていると仮定すると、コンデンサ2が第2のインピーダンス素子29であると考えられる。(数3)で表されるZパラメータの第1行第2列のZ12とT型回路に対応したZパラメータの第1行第2列のインピーダンスZ2が等しいことから(数4)が成り立ち、(数5)のSパラメータとZ12の関係を用いてコンデンサ2のインピーダンスZ2を求め、そこからコンデンサ2のESLを算出することができるものである。
FIG. 6 is a plan view showing a state in which the
なお、図8と図9は、このように測定して求めたコンデンサ2のインピーダンス特性とESL特性を参考として示した特性図である。
8 and 9 are characteristic diagrams showing the impedance characteristic and ESL characteristic of the
このように本実施の形態によるコンデンサの検査装置及びこれを用いた検査方法は、簡単な構成で不要な抵抗等のインピーダンスが発生することがなく、極めて短時間で、かつ、精度良くコンデンサのESLを測定することができ、しかも、測定部にコンデンサの下面に設けられた4つの端子と夫々当接して信号を入出力するためのピン状の測定端子を植設した構成により、コンデンサの端子と測定端子の接触状態を大きく向上させることができるようになるために、更なる測定精度の向上を図ることができるという格別の効果を奏するものである。 As described above, the capacitor inspection apparatus and the inspection method using the capacitor according to the present embodiment do not generate unnecessary impedances such as unnecessary resistors with a simple configuration, and the capacitor ESL can be accurately performed in a very short time. In addition, with the configuration in which pin-shaped measurement terminals for inputting / outputting signals in contact with the four terminals provided on the lower surface of the capacitor are implanted in the measurement section, the capacitor terminals and Since the contact state of the measurement terminal can be greatly improved, it is possible to further improve the measurement accuracy.
本発明によるコンデンサの検査装置及びこれを用いた検査方法は、インピーダンスの測定を短時間で高精度に行うことができるという効果を有し、特に、高周波化に対応した低ESLの固体電解コンデンサ等の検査用として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The capacitor inspection apparatus and the inspection method using the same according to the present invention have an effect that impedance measurement can be performed with high accuracy in a short time, and in particular, a low ESL solid electrolytic capacitor corresponding to higher frequencies It is useful for inspection.
1 測定部
2 コンデンサ
3 基板
4 マイクロストリップライン
5 グランド
6 絶縁部
7 測定端子
8 ガイド板
9 固定台
10 入力側同軸コネクタ
11 出力側同軸コネクタ
12 ネットワークアナライザ
12a 第1ポート
12b 第2ポート
13 第1ポート側同軸ケーブル
14 第2ポート側同軸ケーブル
15 パソコン
16 制御部
17 演算部
18 表示部
19 記録部
20 供給部
21 加圧部
22 入出力負荷
23 信号源
24 第1の入射波
25 第1の反射波
26 第2の入射波
27 第2の反射波
28 第1のインピーダンス素子
29 第2のインピーダンス素子
30 第3のインピーダンス素子
46a 陽極端子
47a 陰極端子
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