KR100349084B1 - 커패시터의 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커패시터에 직류 전압을 인가할 때에 충전 특성으로부터 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 커패시터의 검사 방법을 제공한다. 이 검사 방법에서, 커패시터의 유전 분극성분의 임계 전류치 I₀를 미리 결정하고; 커패시터의 측정 충전 전류치 m(t)와 상기 임계 전류치 I₀와의 차이의 로그값(logarithmic value), 또는 이들 각각의 로그값들간의 차이를 토대로하여 평가 함수 n(t)를 구하며; 상기 평가 함수 n(t)를 2차 곡선으로 근사한다. 2차 근사 방정식의 2차 계수가 플러스 부호를 가지고 있는 경우에는 커패시터를 불량품으로 판정하고, 2차 계수가 마이너스 부호를 가지고 있는 경우에는 커패시터를 양품으로 판정한다.

Description

커패시터의 검사 방법{Method for Inspecting Capacitors}

본 발명은 커패시터의 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세히하면, 커패시터에 직류 전압을 인가할 때의 충전 특성을 토대로하여 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하기 위해서, 측정용의 직류 전압을 커패시터에 인가하고 이 커패시터를 충분하게 충전시킨 후에, 커패시터의 누설 전류(충전 전류)를 측정하는 방법으로, 커패시터의 절연 저항을 측정하는 방법이 인지되어 있다. 일반적으로, 양품 커패시터에는 누설 전류가 거의 나타나지 않는다.

지금까지는, 이러한 충전 전류를 측정하는 방법으로서, JIS C 5102에서 규정된 측정 방식이 인지되어 있다. 이 방식에서는, 커패시터를 충분하게 충전시킨 조건하에서 전류치를 측정하는 것이 요구되기 때문에, 약 60초의 측정 시간이 필요하였다. 그러나, 전자 기구의 비용 절감 및 신뢰성의 향상이 필요함에 따라서, 커패시터 등의 전자 부품의 생산 능력의 향상과 품질 향상이 요구된다. 그러므로, 커패시터 1개에 대해서 이렇게 장시간의 측정 시간이 필요한 종래의 측정 방법은 결국 이러한 요구를 만족시킬 수 없다.

그러므로, 종래에는, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 검사하는 간단한 방법으로서, 커패시터에 직류 전압을 인가한 후에 일정 시간 후에 전류치를 측정하고, 이 측정 전류치를 임계치와 비교함으로써, 커패시터의 양호 여부를 판별하였다. 그러나, 이러한 검사 방법에서는, 측정 전류치가 임계치의 이하인지 또는 아닌지로 판별하기 때문에, 측정 전류치가 임계치를 초과할 때까지 전압을 인가해야 하므로, 수 초∼수십 초 정도의 장시간을 필요로 하였다.

본 발명의 목적은 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 짧은 시간 안에 판별할 수 있는 커패시터의 검사 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 커패시터에 직류 전압을 인가할 때에 충전 전류에 의해 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 커패시터의 검사 방법을 제공한다. 이 검사 방법은 커패시터의 임계 전류치 I₀를 설정하는 단계; 커패시터의 유전 분극성분의 측정 전류치 m(t)와 상기 임계 전류치 I₀와의 차이의 로그값(logarithmic value), 또는 이들 각각의 로그값들간의 차이를 사용하여 평가 함수 n(t)를 공식화 하는 단계; 및 상기 평가 함수 n(t)가 로그 시간의 변화에 대해서 위를 향하고 있는 곡선인지 또는 아래를 향하고 있는 곡선인지의 결과를 토대로하여, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 그 외의 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 하기의 기술로부터 확실해 질 것이다.

도 1은 양품 커패시터와 불량품 커패시터의 충전 전류의 변화를 도시한다.

도 2는 커패시터의 등가회로를 도시한다.

도 3은 양품 커패시터와 불량품 커패시터의 측정 전류치의 시간 의존성을 도시한다.

도 4는 양품 커패시터와 불량품 커패시터의 측정 전류치와 임계 전류치간의 차이의 시간 의존성을 도시한다.

도 5는 전류 측정 장치의 한 예의 회로도이다.

도 6은 본 발명에 따른 검사 방법의 한 예의 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

m(t) 측정 전류치

I_O임계 전류치

n(t) 평가 함수

본 발명에 따르면, 커패시터에 직류 전압을 인가할 때에, 시간과 함께 전류치의 변화를 로그 전류와 로그 시간의 좌표계에서 좌표 위치를 나타내면, 도 1에서 실선으로 도시한 바와 같은 특성을 얻는다는 것을 발견하였다. 즉, 충전 초기의 단기간 ① 동안 거의 일정한 대전류가 흐르더라도, 이 전류치는 다음의 과도기 ②에서 급격하게 저하되고, 그 다음에 전류치는 한층 더 저하되어, 선형의 충전 특성 ③을 보여준다. 이 선형의 충전 특성 ③은 충전 개시 이후에 1분∼2분 후까지 지속된다.

상기 특성을 보다 깊게 조사하면, 다음의 사항이 확실해 진다. 즉, 커패시터의 등가 회로는 도 2에 도시된 바와 같이 용량 C₀, 내부 저항 r, 절연 저항 R₀및 유전 분극성분 D로 구성되어 있다. 초기의 충전 특성 ①이 용량 C₀의 충전 영역에 대응하더라도, 선형의 충전 특성 ③은 유전 분극성분 D의 충전 영역을 나타낸다는 것을 발견하였다.

물론, 양품 커패시터의 경우에는 도 1에서 선형의 충전 특성 ③과 거의 일치하는 충전 특성을 가지고 있다. 이에 반하여, 불량품 커패시터의 경우에는 도 1에서 파선으로 도시된 바와 같이 충전의 초기 기간에는 선형의 충전 특성 ③과 거의 일치하는 충전 특성을 가지고 있지만, 시간의 경과 후에는 전류치의 저하 속도가 낮다. 일반적으로, 커패시터의 양품과 불량품의 차이가 명확해 지는 것은, 전압 인가로부터 수초가 지난 후이다. 그러나, 이 차이는 전압 인가로부터 수십 밀리세컨드(milliseconds) 후에도 확실하게 나타난다. 즉, 불량품 커패시터의 측정 전류치와 양품 커패시터의 측정 전류치와의 차이를 추출하면, 정(positive) 방향으로 광범위한 경향을 서서히 보인다.

따라서, 본 발명에 따르면, 도 1에서 이점쇄선으로 도시한 바와 같이, 임계전류치 I₀를 미리 설정하고, 측정용 커패시터의 유전 분극성분의 측정 전류치 m(t)와 상기 임계 전류치 I₀와의 차이의 로그값, 또는 이들 각각의 로그값들간의 차이를 사용하여 평가 함수 n(t)를 공식화한다.

즉,

n(t) = log{m(t) - I₀} (1)

n(t) = log m(t) - log I₀(2)

또한, 로그는 상용 로그 또는 자연 로그를 사용할 수 있고, 그 외의 다른 로그를 사용할 수도 있다. 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부는, 평가 함수 n(t)가 로그 시간 log t의 변화에 대해서 위를 향하고 있는 곡선을 그리는지 또는 아래를 향하고 있는 곡선을 그리느지에 따라서 판별한다. 즉, 위를 향하고 있는 곡선은 평가 함수 n(t)가 로그 시간의 경과에 따라서 급격하게 저하되는 것을 의미하기 때문에, 이 커패시터는 양품으로 판정하고; 아래를 향하고 있는 곡선은 평가 함수 n(t)가 로그 시간의 경과에 따라서 급격하게 변화하지 않는다는 것을 의미하게 때문에, 이 커패시터는 불량품으로 판정한다.

이러한 검사 방법을 사용하는 경우에, 커패시터의 양품과 불량품의 차이가 명확하게 나타나기 이전에 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 신속하게 판별할 수 있다. 종래에는, 커패시터의 측정 전류치가 한계치 I₀를 초과하는지 또는 하지 않는지를 토대로하여, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하였기 때문에,측정 전류치와 임계치 I₀가 서로 교차하는 시점 t₀(도 1 참조) 이전에는 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별할 수 없었지만, 본 발명에서는 커패시터의 측정 전류치와 임계치 I₀가 교차하는 시점 t₀이전에(예를 들면, 전압 인가로부터 수백 밀리세컨드의 시점에서), 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별할 수 있다.

평가 함수 n(t)가 위를 향하고 있는 곡선을 그리는지 또는 아래를 향하고 있는 곡선을 그리는지를 판별하기 위해서는, 예를 들면 평가 함수 n(t)를 2차 곡선으로 근사하고, 2차 근사 방정식의 2차 계수가 플러스 또는 마이너스 부호인지를 판별하는 것으로, 간단하다.

즉, logt = x 및 n(t) = y로 치환한다.

그러면, 평가 함수 n(t)는 y = dx²+ ex + f의 근사 방정식으로 근사된다. 2차 근사 방정식의 2차 계수 d가 플러스 부호를 나타내는 경우에는, 얻어진 곡선이 아래를 향하고 있는 곡선을 의미하므로, 이 커패시터를 불량품으로 판정한다. 반대로, 2차 근사 방정식의 2차 계수 d가 마이너스 부호를 나타내는 경우에는, 얻어진 곡선이 위를 향하고 있는 곡선을 의미하므로, 이 커패시터를 양품으로 판정한다. 또한, 2차 근사법을 사용하여, 평가 함수 n(t)의 값에 일시적으로 변동이 있더라도, 전체적인 경향을 알 수 있으므로, 커패시터의 양품 또는 불량품을 안정하게 판별하는 것이 가능하다.

임계 전류치 I₀는 커패시터의 품종에 의해 결정되는 임계치 R₀(예를 들면,10㏁) 및 인가 전압에 의해 결정될 수 있다. 임계 전류치 I₀는 다음과 같다:

I₀= 인가 전압/R₀

임계치 R₀는, 예를 들면 JIS C 6429-1996에서 커패시터의 규격(100ΩF 이상)에 의해 결정된다. 예를 들면, 용량이 10㎌인 경우에, 절연 저항은 10㏁ 이상이 필요하고, 따라서 R₀는 10㏁이 된다.

도 3에서, 양품 커패시터와 불량품 커패시터의 실제 충전 전류치 m(t)의 시간 의존성을 로그 모눈종이에 도시한다.

도 4에서, 도 3의 특성을 가지고 있는 커패시터를 사용하여 얻어진 전류치 m(t)와 임계 전류치 I₀와의 차이 m(t) - I₀의 시간 의존성을 로그 좌표계에 도시한다. 여기에서, I₀= 126×10^－9(A) 이다.

도 4로부터, 불량품의 커패시터에서는 평가 함수 n(t) = log{m(t)-I₀}가 아래를 향하고 있는 곡선을 그리고 있고, 반대로 양품의 커패시터에서는 평가 함수 n(t)가 위를 향하고 있는 곡선을 그리고 있다는 것을 확실하게 알 수 있다. 또한, 양자의 차이는 대략 0.05초에서 벌써 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 한 구현예로서 전류 측정장치의 한 예를 도시한다. 이 측정장치는 직류 측정전원 10, 스위치 11, 측정 물체로서의 커패시터 12, 제한 저항 13, 대수 증폭기(logarithmic amplifier) 14, 계측 증폭기(instrumentation amplifier) 15, 아놀로그-디지탈 변환기(analog-to-digital converter) 16 및 18, 중앙 처리장치(central processing unit: CPU) 17로 구성되어 있다. 충전의 초기 단계에서는, 계측 증폭기 15에 의해 전류치를 측정하고, 상기 증폭기는 소정의 임계치에서 대수 증폭기 14로 대체되고, 그 이후에는 대수 증폭기 14에 의해 전류치를 측정한다. 커패시터 12의 충전 전류가 광범위한 범위에서 변하더라도, 이 측정장치는 정확하게 전류를 측정할 수 있고, 종래의 측정 장치로는 측정이 어려웠던 충전 초기에서부터 충전 말기까지의 전류치를 도 3에 도시된 바와 같이 연속적으로 측정할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 본 발명에서, 도 5에 도시된 측정 장치를 반드시 사용할 필요는 없으며, 또 다른 측정 장치를 사용하여도 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 검사 방법의 총 순서를 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 절연저항 R₀를 커패시터의 품종에 따라서 일정치(예를 들면, 10㏁)로 설정한다(단계 S1).

다음으로, 충전의 초기 단계(예를 들면 0.1∼1초)에서 실제 전류치 m(t)를 측정한다(단계 S2).

다음으로, 실제적인 측정 전류치 m(t)와 임계 전류치 I₀(= 인가 전압/R₀)와의 차이의 로그를 토대로하여 평가 함수 n(t)를 구한다(단계 S3).

다음으로, 평가 함수 n(t)를 2차 곡선으로 근사한다(단계 S4). 즉, log t = x, n(t) = y로 치환하여, y = dx²+ ex + f의 근사 방정식으로 평가 함수 n(t)를 근사한다.

다음으로, 2차 근사 방정식 y = dx²+ ex + f의 2차 계수 d가 플러스 또는 마이너스 부호를 가지고 있는지를 판별한다(단계 S5).

d가 플러스 부호를 가지고 있는 경우에는, 커패시터를 불량품으로 판정한다(단계 S6).

그리고, d가 마이너스 부호를 가지고 있는 경우에는, 커패시터를 양품으로 판정한다(단계 S7).

상기 설명에서는, 평가 함수 n(t)를 측정 전류치 m(t)와 임계 전류치 I₀와의 차이의 로그값으로 설정하였지만, n(t)를 이들 각각의 로그값의 차이로 설정하여도 된다. 즉, 평가 함수 n(t) = log m(t) - log I₀이다. 따라서, 이 n(t)를 2차 곡선으로 근사하여, 동일한 결과를 얻게 된다.

또한, 본 발명에 따라서 양호 여부의 검사가 가능한 커패시터로는, 세라믹 커패시터, 전해 커패시터, 필름 커패시터 등의 유전 분극성분을 가지고 있는 어떠한 커패시터도 가능하다.

상기 기술로부터 확실해진 바와 같이, 본 발명에 따르면, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부는 커패시터의 유전 분극성분(dielectric polarization component)의 측정 전류치와 임계 전류치와의 차이의 로그값, 또는 이들 각각의 로그값의 차이를 토대로하여 평가 함수를 공식화하는 방법으로 판별하고, 시간 의존성의 평가 함수가 위를 향하고 있는 곡선을 그리는지 또는 아래를 향하고 있는 곡선을 그리느지에 따라서 판별한다. 따라서, 이 판별 방법은 전압 인가 후의 수초간을 기다리지 않고도 수백 밀리세컨드의 상당히 짧은 시간 안에 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별할 수 있다. 그러므로, 종래 방법과 비교하여 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 처리 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 평가 함수를 2차 곡선으로 근사하고, 2차 근사 방정식의 2차 계수의 플러스 또는 마이너스 부호에 의해 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별할 때에는, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 매우 간단하게 판별할 수 있다. 게다가, 2차 근사법을 사용하면, 전체적인 경향을 알 수 있고, 일시적인 노이즈(noise)에 영향을 받지 않고, 양품 커패시터를 안정하게 판별할 수 있다.

이제까지, 본 발명은 바람직한 구현예들을 참조하여 특정하게 도시하고 기술하였지만, 당업계에 있는 사람이라면 본 발명이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 변형 이외에도 또 다른 형태로의 변형 및 변화가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (3)

1. (a) 커패시터의 임계 전류치 I₀를 설정하는 단계;

   (b) 상기 커패시터에 직류 전압을 인가하는 단계;

   (c) 상기 커패시터의 초기 충전 단계에서 충전 전류치 m(t)를 측정하는 단계;

   (d) 상기 측정 전류치 m(t)와 상기 임계 전류치 I₀와의 차이의 로그값(logarithmic value), 또는 이들 각각의 로그값들간의 차이를 사용하여 평가 함수 n(t)를 공식화 하는 단계; 및

   (e) 상기 평가 함수 n(t)가 로그 시간의 변화에 대해서 위를 향하고 있는 곡선을 그리는지 또는 아래를 향하고 있는 곡선을 그리는지를 토대로하여, 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 양품 또는 불량품의 여부를 판별하는 커패시터의 검사 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)는 상기 평가 함수 n(t)를 2차 곡선으로 근사하고, 2차 근사 방정식의 2차 계수가 플러스 부호를 가지고 있는지 또는 마이너스 부호를 가지고 있는지를 판별하는 과정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 커패시터의 검사 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 임계 전류치 I₀는 커패시터의 품종에 따른 절연 저항에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 커패시터의 검사 방법.