KR100459812B1

KR100459812B1 - 커패시터의 양부 판정 방법

Info

Publication number: KR100459812B1
Application number: KR10-2002-0063503A
Authority: KR
Inventors: 가미타니가쿠; 고지마미츠히로
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-12-03
Also published as: CN1412795A; KR20030032874A; JP3890951B2; JP2003121487A; CN1290128C; TWI223082B

Abstract

본 발명은 검사 시간의 단축을 도모하여 제조 시간의 단축과 제조 비용의 삭감을 행하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 충전시의 커패시터에 발생하는 전류(i_all)를, 시간 경과에 따른 전류 변화가 서로 다른 복수의 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)으로 분리하여 그 시간 변화를 나타내는 근사식(近似式;approximate expression)을 작성한다. 다음으로, 커패시터의 양부 판정의 기준이 되는 판정 기준 전류 성분(i_leak)을 상기 복수의 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)으로부터 추출하여 그 양부 판정 조건을 상기 근사식에 기초하여 설정한다. 다음으로, 측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전시 전류중에 포함되는 판정 기준 전류 성분(i_leak)을 상기 양부 판정 조건에 조합함으로써, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정한다.

Description

커패시터의 양부 판정 방법{Method for determining pass or failure of capacitor}

본 발명은 커패시터, 특히, 고유전율 자기를 사용한 대용량 세라믹 커패시터에 대하여 가장 적합하게 실시할 수 있는 양부 판정 방법에 관한 것이다.

커패시터에 있어서는, 직류 전압의 인가에 의해 충전이 진행되고 있는 동안은 큰 충전시 전류가 흐른다. 이상적인 커패시터에서는, 충전이 완료되면 전류는 전혀 흐르지 않게 된다. 그러나, 현실의 커패시터에서는, 충전이 완료되더라도 전류가 계속 흐른다. 이는, 현실의 커패시터의 절연 저항이 유한값이기 때문에 발생하는 현상이다. 이와 같은 현상은 *절연 저항을 흐르는 전류에 의해 열이 발생한다는, *전력의 헛된 소비가 된다는 등의 이유에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 절연 저항이 낮은 커패시터에 있어서는, 장래적으로 보아 단락(短絡) 등의 고장을 일으키기 쉬워진다는 등, 계속 사용할 때에 있어서 위험성을 수반하는 것조차 있다.

이상의 관점에 기초하여 세라믹 커패시터의 양부를 판정하는 방법으로서, 절연 저항 시험이 있다. 이 시험은 다음과 같이 실시된다.

제조한 커패시터에 대하여, 소정의 충전기간, 직류 전압을 인가함으로써 충전한다. 충전 완료 후, 또한 전압 인가를 유지한 상태에서 커패시터의 누설 전류 성분을 측정한다. 그리고, 인가 전압 E(V), 누설 전류 성분 I(A)으로부터, 절연 저항 R(Ω)＝E/I를 구한다.

그리고, 산출한 절연 저항 R(Ω)을 소정의 문턱값과 비교하여, 절연 저항쪽이 높은 경우에 그 커패시터를 양품으로 판정하고, 낮은 경우에 불량품으로 판정한다. 상기 문턱값은 커패시터의 종류마다 JIS 규격 등에 의해 미리 규정되어 있다.

최근의 적층 커패시터의 대용량화에 따라, 커패시터의 충전 시간이 장시간화되고 있다. 그 때문에, 커패시터에 직류 전압을 인가하고나서 실제로 절연 저항을 측정 가능하게 될때까지에 긴 시간을 필요로 하여, 결과적으로 단위 시간당 검사할 수 있는 커패시터의 수가 적었다.

이에 반하여 JIS 규격 등에 있어서는, 단위 시간당의 검사수의 감소를 억제하기 위하여 다음과 같은 처리를 인정하고 있다. 충전용 직류 전압을 인가한 후 60초 경과한 시점에 있어서의 충전시 전류를 측정하고, 측정 전류값에 기초하여 상술한 절연 저항 R(Ω)을 예측하는 것을 JIS 규격 등은 허가하고 있다.

그러나, 이와 같은 처리를 행한다 하더라도, 1개의 커패시터의 검사 시간에60초라는 제조 라인상에 있어서는 장시간이라고 하지 않을 수 없는 시간을 필요로 하며, 이 것이 커패시터의 제조 시간의 단축이나 제조 비용의 삭감을 행하는데 애로가 되고 있었다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 검사 시간의 단축화를 도모함으로써, 제조 시간의 단축 및 제조 비용의 삭감을 행할 수 있는 커패시터의 양부 판정 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 커패시터의 충전 특성의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.

도 2는 인가 전압(V)과 전류 상승률(RI)의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 3은 가상 문턱값 커패시터에 정격 전압(V_std)을 인가한 상태에서의 충전 특성의 시뮬레이션 결과와, 가상 문턱값 커패시터에 대하여 인가 전압(V_a)을 인가한 상태에서의 충전 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4는 실시형태 2에 있어서의 가상 양품 커패시터 및 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 양부 판정 방법을 실현한 양부 판정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

i_all: 전류 i_cap: 전류 성분

i_line: 전류 성분 i_leak: 누설 전류 성분

t_cap: 제 1 시간 영역 t_line: 제 2 시간 영역

t_leak: 제 3 시간 영역 V : 인가 전압

RI : 전류 상승률 V_std: 정격 전압

V_max: 실질적인 최대 인가 가능 전압

A_std, A_a: 제 2－제 3 시간 영역 변환점

S : 문턱값

상술한 목적을 달성하기 위해서는, 본 발명의 커패시터의 양부 판정 방법은 다음의 구성을 갖고 있다.

본 발명은 충전시의 커패시터에 발생하는 전기 특성을 시간 경과에 따른 특성 변화가 서로 다른 복수의 특성 성분으로 분리한 후에, 각 특성 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식(近似式;approximate expression)을 작성하는 근사식 작성 스텝과; 커패시터의 양부 판정의 기준이 되는 판정 기준 특성 성분을 상기 복수의 특성 성분으로부터 추출하고, 그 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 양부 판정 조건 설정 스텝과; 측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전시 전기 특성중에 포함되는 판정 기준 특성 성분을 상기 양부 판정 조건에 조합함으로써, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 판정 스텝;을 포함하고 있다.

이와 같은 구성을 갖음으로써, 다음과 같은 작용을 갖는다. 즉, 미리, 양부 판정에 사용하는 전기 특성의 시간 변화를 고정밀도로 예측할 수 있으며, 이에 따라, 커패시터의 양부 판정에 있어서 최적이며 또한 최속의 조건을 구할 수 있게 된다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 전기 특성으로서 전류를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분의 판정 문턱값(threshold value)을 상기 양부 판정 조건으로서 설정하는 스텝이고, 상기 판정 스텝은 상기 판정 대상 커패시터의 측정에 의해 얻어지는 상기 전기 특성으로부터 추출하는 판정 기준 특성 성분과 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 근사식 작성 스텝은 충전시의 커패시터에 발생하는 충전시 전류를, 시간 경과에 따른 전류 변화가 서로 다르며, 또한 그 하나로서 커패시터의 누설 전류 성분을 포함하는 복수의 전류 성분으로 분리한 후에, 각 전류 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식을 작성하는 스텝이고, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분으로서 상기 누설 전류 성분을 추출한 후에, 상기 누설 전류 성분의 상기 판정 문턱값을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 스텝이며, 상기 판정 스텝은 측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전시 전류중에 포함되는 누설 전류 성분과 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것이 바람직하다. 이는, 커패시터의 양부 판정 기준으로서, 누설 전류 성분이 적합하기 때문이다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 근사식 작성 스텝은 충전시의 커패시터에 발생하는 충전시 전류를, 시간 경과에 따른 전류 변화가 서로 다르며, 또한 그 하나로서 커패시터의 누설 전류 성분을 포함하는 복수의 전류 성분으로 분리한 후에, 각 전류 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식을 작성하는 스텝이고, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분으로서, 커패시터의 제품 양부에 기인하여 발생하는 상기 누설 전류 성분의 변동의 영향을 받아 그 값이 변화하는 충전 전류를 추정한 후에, 이 충전 전류의 추정값의 상기 판정 문턱값을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 스텝이며, 상기 판정 스텝은 측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전 전류와 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 누설 전류 시간에 기초하는 판정에 필요로 하는 시간보다도, 판정에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 근사식 작성 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서의 상기 근사식을 작성하는 스텝이고, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서의 상기 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 설정하는 스텝이며, 상기 판정 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서 측정 대상 커패시터의 전기 특성을 측정하는 스텝인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 또한 판정에 필요로 하는 시간을 더욱 짧게 할 수 있다.

또한, 본 발명과 같이, 상기 근사식 작성 스텝은 측정 대상 커패시터에 인가 가능한 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에 있어서의 상기 근사식을 작성하는 스텝이고, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 측정 대상 커패시터에 상기 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에 있어서의 상기 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 설정하는 스텝이며, 상기 판정 스텝은 측정 대상 커패시터에 상기 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에서 그 전기 특성을 측정하는 스텝인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 다음과 같은 작용을 발휘할 수 있다. 즉, 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에 있어서는, 충전에 필요로 하는 시간이 실질적으로 최단이 된다. 본 발명에서는, 그 상태에 있어서의 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 설정함으로써, 양부 판정에 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있다.

<발명의 실시형태>

(실시형태 1)

우선, 본 실시형태에 있어서 착안한 커패시터의 충전 특성에 대하여 설명한다. 충전 특성이란, 전압을 인가함으로써 커패시터에 흐르는 전류량의 시간 변화를 나타내며, 이하, 이 시간 변화를 측정하는 것을 충전 특성의 측정이라고 한다.

본원 발명자는 커패시터의 충전 과정의 상세한 검토에 기초하여, 커패시터를 충전할 때에 흐르는 전류(이하, 충전시 전류라고 한다)(i_all)가 전류 성분(i_cap), 전류 성분(i_line) 및 누설 전류 성분(i_leak)이라는 복수의 전류 성분의 조합에 의해 구성되어 있는 것을 발견함과 동시에, 충전시 전류(i_all)가 다음의 (1)식에 의해 구해지는 것을 발견하였다.

i_all＝i_cap＋i_line＋i_leak…(1)

또한, 전류 성분(i_cap)은 진용량(眞容量) 성분에 기초하여 커패시터에 흐르는 전류 성분이고, 전류 성분(i_line)은 커패시터를 구성하는 유전체에 대하여 충전될 때에 흐르는 전류 성분이며, 누설 전류 성분(i_leak)은 커패시터의 구조상의 문제 등에 의해 발생하는 누설 전류 성분이다.

또한, 전류 성분(i_cap, i_line및 i_leak)은 다음의 (2)∼(4)식에 나타내는 근사식에 의해 구해지는 것도 발견하였다.

i_cap＝ae^-bt…(2)

i_line＝ct^-f…(3)

i_leak＝g…(4)

t : 전류 인가 개시후의 경과 시간

e : 자연대수의 밑수(≒2.71828)

a, b, c, f, g : 각 커패시터의 제특성에 의해 결정되는 정수

정수 a, b, c, f, g는 다수의 샘플(커패시터)의 충전 특성을 10ms이하의 짧은 시간 간격으로 측정한 후에, 그 데이터를, 최적화법 등을 사용하여 컴퓨터로 반복하여 연산함으로써 산정할 수 있다.

본 실시형태에서는 이와 같은 착안점에 기초하여, 우선, 측정 대상 커패시터의 충전 특성에 대하여, 그 충전 특성을 구성하는 각 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)의근사식을 작성한다.

각 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)의 근사식을 작성한 충전시 전류(i_all)의 시간 변화를 구상화한 그래프를 도 1에 나타낸다. 도 1은 일정한 온도 환경(예를 들면, 실온)중에 있어서 일정 전압(예를 들면, 16V)을 인가한 커패시터의 충전 특성(충전 시 전류(i_all)의 시간 변화)을 나타내고 있으며, 도면중, 횡축은 시간(대수(對數)값)(t)을 나타내고, 종축은 전류(대수값)를 나타내고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 커패시터의 충전 특성에 있어서는, 제 1 시간 영역(t_cap)과, 제 2 시간 영역(t_ilne)과, 제 3 시간 영역(t_leak)이 존재한다. 이들 시간 영역에 있어서는, 제 1 시간 영역(t_cap)이 시간적으로 가장 빠르고, 이어서, 제 2 시간 영역(t_line)이 잇따르며, 마지막으로 제 3 시간 영역(t_leak)이 잇따르는 위치 관계로 되어 있다.

제 1 시간 영역(t_cap)은 전류 성분(i_cap)이 다른 전류 성분과 비교하여 가장 많이 출현하는 시간 영역으로, 이 시간 영역(t_cap)에 있어서의 충전시 전류(i_all)(대수)는 시간(대수)의 경과에 따른 전류 성분(i_cap)의 양적 변화(상술한 (2)식 참조)에 따라 실질적으로 방물선을 그리며 감소한다.

제 2 시간 영역(t_line)은 전류 성분(i_cap)이 가급적으로 제로(zero)로 구속되며, 대신해서 전류 성분(i_line)이 다른 전류 성분과 비교하여 가장 많이 출현하는 시간 영역으로, 이 시간 영역(t_line)에 있어서의 충전시 전류(i_all)(대수)는 시간(대수)의 경과에 따른 전류 성분(i_line)의 양적 변화(상술한 (3)식 참조)에 따라 실질적으로 직선적으로 감소한다.

제 3 시간 영역(t_leak)은 전류 성분(i_line)이 가급적으로 제로로 구속되며, 대신해서 누설 전류 성분(i_leak)이 다른 전류 성분과 비교하여 가장 많이 출현하는 시간 영역으로, 이 시간 영역(t_leak)에 있어서의 충전시 전류(i_all)(대수)는 시간의 경과에 관계없이 그 커패시터 특유의 누설 전류 성분(i_leak)이 흐르기(상술한 (4)식 참조) 때문에, 전류값은 항시 실질적으로 일정하게 된다.

여기에서, 누설 전류 성분(i_leak)은 상술한 바와 같이, 충전시에 발생하는 전류 성분(i_cap)이나 전류 성분(i_line)이 가급적으로 제로로 구속된 후의 시간 영역인 제 3 시간 영역(t_leak)이 되어서야 비로소 전류의 주성분을 구성한다. 그 때문에, 종래의 양부 판정 방법에서는, 제 3 시간 영역(t_leak)이 되는 것을 기다려 전류를 계측함으로써 누설 전류 성분(i_leak)을 측정하고 있어, 그 때문에, 판정 기준 특성 성분인 누설 전류 성분(i_leak)의 측정(절연 저항의 산정)에 비교적 긴 시간을 필요로 하고 있었다.

이와 같은 충전 특성을 갖는 커패시터에 있어서, 본원 발명자는 상술한 (1)∼(4)의 식을 상세히 검토함으로써, 커패시터의 충전 특성에는 다음에 설명하는 제 1 및 제 2 특징이 존재하는 것을 발견하였다.

우선, 제 1 특징을 설명한다. 인가 전압(V)을 동일하게 한다는 조건에서 가상 양품 커패시터 및 가상 불량품 커패시터의 충전 특성을 상기 (1)∼(4)의 식에 기초하여 시뮬레이션하는 경우에는, 양자(양품/불량품)의 충전 특성 사이에는 누설 전류 성분(i_leak)의 값에 차이가 발생하지만, 전류 성분(i_cap)이나 전류 성분(i_line)의 값에 차이는 발생하지 않는다.

이와 같은 제 1 특징에 기초하여 커패시터의 충전 특성을 검토해 보면, 다음과 같은 것을 알 수 있다. 양부 판정의 문턱값이 되는 누설 전류 성분(i_leak)의 값이 정해지면, 임의의 인가 전압(V)을 인가할 때에 있어서의 양부 판정의 문턱값이 되는 커패시터(이하, 가상 문턱값 커패시터라고 한다)의 충전 특성은 상기 (1)∼(4)의 식에 기초하여 시뮬레이션할 수 있다.

다음으로, 제 2 특징을 설명한다. 본원 발명자는 각 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)과 인가 전압(V)의 관계를 최소이승법(最小二乘法) 등의 방법에 의해 근사식으로 나타냄으로써, 커패시터에 있어서는, 인가 전압(V)을 크게 하면, 충전시 전류는 증대하며, 그 때에 있어서 전압에 대한 각 전류 성분(i_cap, i_line, i_leak)의 전류 상승률(RI)은 서로 크게 다르다는 것을 발견하였다.

다시 말하면, 전류 성분(i_line)의 전류 상승률(RI[i_line])과 누설 전류성분(i_leak)의 전류 상승률(RI[i_leak])을 비교하면, RI[i_line]보다 RI[i_leak] 쪽이 현저히 크다(RI[i_line]＜RI[i_leak]).

또한, 근사식으로서는, 지수(Aexp[BV])의 관계)나 누승(累乘)(AV^B의 관계)이나 다항식(A＋BV²＋CV³＋…)을 사용하여 산정할 수 있으나, 다른 식이어도 되며, 계수의 도출은 전용의 컴퓨터 프로그램에 의해 산정해도, 표계산 소프트웨어 등의 근사식 도출 기능을 사용하여 산정해도 된다.

이와 같은 제 2 특징에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 도 2의 그래프는 인가 전압(V)과 전류 상승률(RI)의 관계의 일례를 나타내고 있다. 도 2는 정격 전압(여기에서는, 16V)의 적층 세라믹 커패시터에 있어서의 양품에 대하여, 일정한 환경 온도(예를 들면, 실온)에서 각종의 인가 전압(16V, 32V, 48V, 64V,…)을 인가하면서 충전했을 때에 있어서의 충전 특성을 측정함으로써 얻은 전류 성분(i_line) 및 누설 전류 성분(i_leak)의 전류 1초값의 변화를 나타내고 있다. 도 2에서는, 횡축을 인가 전압으로 하고, 종축을 전류의 1초값(대수값)으로 하고 있다.

도 2에 있어서의 데이터를 누승 근사식으로 나타내면 다음과 같이 된다. 전류 성분(i_line)에 있어서의 전류 1초값을 y라고 하고, 인가 전압(V)을 x라고 한 경우에는, 이들 사이에는 다음의 (5)식이 누승 근사한다.

y＝6. 1E-11x^3.5E＋00…(5)

마찬가지로, 누설 전류 성분(i_leak)에 있어서의 전류 1초값을 y라고 하고, 인가 전압(V)을 x라고 한 경우에는, 이들 사이에는 다음의 (6)식이 누승 근사한다.

y＝2. 4E-15x^5.5E＋00…(6)

이와 같이, 상술한 (5) 및 (6)의 식에 x의 값(인가 전압(V))을 대입함으로써, 인가 전압(V)을 인가했을 때에 있어서의 전류 성분(i_line) 및 누설 전류 성분(i_leak)의 값을 근사적으로 구할 수 있다. 다시 말하면, 상술한 (5) 및 (6)의 식을 사용하면, 각 인가 전압(V)에 대한 전류 성분(i_line)이나 누설 전류 성분(i_leak)을, 근사적으로 시뮬레이션하는 것이 가능해진다.

도 2의 그래프 및 상술한 (5) 및 (6)의 식으로부터 알 수 있듯이, 전류 성분(i_line)의 전류 상승률(RI[i_line])에 비하여 누설 전류 성분(i_leak)의 전류 상승률(RI[i_leak])이 크다. 또한, 도 2에서는, 각 전류 성분(i_line, i_leak)의 특성 곡선에 있어서의 경사(직선으로 간주한 경우의 방향 계수)가 전류 상승률(RI)을 나타내고 있다.

이와 같은 제 2 특징에 기초하여 커패시터의 충전 특성을 검토해 보면, 커패시터의 양부 판정에 있어서는, 인가 전압(V)을 상승시킴으로써, 판정 시간의 단축화가 도모되는 것을 알 수 있다. 이하, 그 이유를 상세히 설명한다.

인가 전압(V)을 다양하게 변화시킨 상태에서, 그 전압에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성을, 상술한 제 1 특징에 기초하여 시뮬레이션한 결과의 일례를 도 3에 나타낸다. 이 시뮬레이션은 다음과 같이 실시한다. JIS 등의 규격에 있어서는, 정격 전압(V_std)에 있어서의 절연 저항으로서 양부 판정의 문턱값이 규정되어 있다. 우선, 그 문턱값(절연 저항)으로부터 정격 전압(V_std)에 있어서의 누설 전류 성분(i_leak)의 문턱값(S_std)을 산정하고, 산정한 문턱값(S_std)을 상술한 (4)의 식에 있어서의 변수(g)에 대입한다. 또한, 정격 전압(V_std)에 있어서의 (1)∼(3)식의 변수(a, b, c, f)를 구한다. 이에 따라, 정격 전압(V_std)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성을 시뮬레이션한다.

다음으로, 인가 전압(V)을 정격 전압(V_std)으로부터 임의의 양만큼 상승시킨 전압(이하, 전압(V_a)이라고 한다)을 설정함과 동시에, 측정과 해석에 의해 측정 대상 커패시터에 있어서의 상기 (5) 및 (6)식을 미리 작성해 둔다. 그 후에, 작성한 (5)식에 전압(V_a)을 대입함으로써, 전압(V_a)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 전류 성분(i_line(a))을 시뮬레이션한다.

다음으로, 작성한 (6)식에 전압(V_a)을 대입함으로써, 전압(V_a)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 누설 전류 성분(i_leak(a))을 산정한다. 누설 전류 성분(i_leak(a))은 전압(V_a)에 있어서의 양부 판정용의 문턱값(S_a), 즉, 양부 판정 조건으로서 기능한다.

가상 문턱값 커패시터의 누설 전류 성분(i_leak(a))은 예를 들면 다음과 같이 하여 산정한다. 여기에서는, 누설 전류 성분(i_leak)과 전류 성분(i_line) 사이에 있어서, 전압/전류 1초값의 특성에 도 2에 나타내는 관계를 갖는 커패시터를 예로 하여, 전압(V_a)을 80V로 한 경우에 있어서의 누설 전류 성분(i_leak(a))의 산정 방법을 설명한다.

커패시터의 양부 판정 기준으로서 규격화되어 있는 절연 저항 시험에 있어서는, 정격 전압(V_std)(＝16V)에서는 절연 저항값 1.6GΩ가 양부를 판정하는 문턱값이 된다. 이에 따르면, 정격 전압(V_std)에 있어서의 문턱값(S_std)을 나타내는 가상 문턱값 커패시터의 누설 전류 성분(i_leak(std))은 10nA가 된다.

한편, 도 2에 나타내는 특성을 갖는 커패시터에 있어서는, 누설 전류 성분(i_leak)의 1초값(y)과 인가 전압(V) 사이에는, 상술한 (6)의 식에 나타내는 관계가 있다. 이 (6)식에 따르면, 누설 전류 성분(i_leak)은 인가 전압(V)의 5.5승에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서, 전압(V_a)을 80V로 한 경우에 있어서의 누설 전류 성분(i_leak(a))은

i_leak(a)＝10nA×(80/16)^5.5＝69.9㎂

라고 산정할 수 있다. 단, 전류 측정기의 측정 정밀도를 감안하면, 누설 전류성분(i_leak(a))은 69㎂라고 설정하는 것이 타당하다.

이와 같이 하여 전압(V_a)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 전류 성분(i_line(a)) 및 누설 전류 성분(i_leak(a))(양부 판정 조건)을 산정한 후, 이들 전류 성분을 합성함으로써, 전압(V_a)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성을 시뮬레이션한다. 또한, 전류 성분(i_cap(a))에 대해서는, 양부 판정에 사용하지 않기 때문에 산정할 필요는 없다.

도 3에서는, 정격 전압(V_std)이 16V인 적층 세라믹 커패시터에 있어서 상정한 가상 문턱값 커패시터에 대하여 정격 전압(V_std)(＝16V)을 인가한 상태에서의 충전 특성의 시뮬레이션 결과를 나타냄과 동시에, 동일한 가상 문턱값 커패시터에 대하여 인가 전압(V_a)을 80V로 설정한 상태에서의 충전 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.

도 3에서, 점(A_std)은 정격 전압(V_std)(＝16V) 인가시의 충전 특성에 있어서 제 2 시간 영역(t_line)으로부터 제 3 시간 영역(t_leak)으로 바뀌는 변환점(이하, 제 2－제 3 시간 영역 변환점이라고 한다)을 나타내고 있으며, 점(A_a)은 전압(V_a)(＝80V) 인가시의 충전 특성에 있어서의 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A)을 나타내고 있다.

도 3의 그래프를 상세히 검토해 보면 다음과 같은 것을 이해할 수 있다. 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_std, A_a)의 시간적 위치를 비교하면, 변환점(A_std)보다 변환점(A_a) 쪽이 시간적으로 빠르게 되어 있다(즉, 전압 인가 개시 시점에 가까움).

이는, 다음과 같은 이유에 의한다. 상술한 제 2 특징에서 설명한 바와 같이 전류 상승률(RI)에서는, RI[i_line]＜RI[i_leak]이기 때문에, 인가 전압(V)을 상승시키면, 제 2 시간 영역(t_line)에 있어서의 전류의 상승 정도보다 제 3 시간 영역(t_leak)에 있어서의 전류 상승 정도 쪽이 커진다. 그 때문에, 인가 전압(V)을 상승시키면, 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A)이 전압 인가 개시 시점측으로 밀려난다. 그 결과, 변환점(A_a)이 변환점(A_std)보다 시간적으로 빨라진다.

이상 설명한 스텝을 거친 후, 본 실시형태에서는, 다음과 같이 하여 양부 판정함으로써, 그 판정에 필요로 하는 시간을 단축화하고 있다. 즉, 측정 대상 커패시터에 대하여 인가 전압(V_a)을 인가한 상태에서, 변환점(A_a) 경과 직후의 전류를 측정함으로써, 누설 전류 성분(i_leak(a))을 측정한다. 그리고, 측정한 누설 전류 성분(i_leak(a))을 문턱값(S_a)과 비교함으로써, 측정 대상 커패시터의 양부를 판정한다. 여기에서, 누설 전류 성분(i_leak(a))이 문턱값(S_a)보다 작은 경우에는 양품으로 판정하고, 반대로 큰 경우에는 불량품으로 판정한다.

이 경우, 상술한 바와 같이, 변환점(A_a)이 변환점(A_std)보다 시간적으로 빨라지는 만큼, 측정 대상 커패시터의 누설 전류 성분(i_leak)을 측정하는 시간이 단축되어, 양품 판정에 필요로 하는 시간이 단축화된다. 또한, 변환점(A_a)은 시뮬레이션한 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성으로부터 알아낼 수 있으며, 계산에 의해 산정할 수도 있다.

측정 대상 커패시터의 누설 전류 성분(i_leak)을 측정하는 시간은 인가 전압(V_a)을 상승시키면 상승시킬수록 짧게 할 수 있다. 그러나, 인가 전압(V_a)이 측정 대상 커패시터의 항복 전압 이상이 되면 커패시터가 손상될 위험성이 있다. 그 때문에, 인가 전압(V_a)은 측정 대상 커패시터의 항복 전압 이하로 커패시터가 손상되지 않을 정도의 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 양부를 판정하면, 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_a)이 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_std)보다 시간적으로 빨라지는 만큼, 각 측정 대상 커패시터의 양부 판정에 필요로 하는 시간을 단축화할 수 있다.

(실시형태 2)

실시형태 1에서는, 인가 전압(V_a)을 가능한 한 높게 설정함으로써, 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_a)을 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_std)보다 시간적으로 빠르게 하며, 이에 따라 양부 판정에 필요로 하는 시간을 단축화하고 있었다. 그러나, 실시형태 1의 방법에 있어서는, 누설 전류 성분(i_leak(a))과 문턱값(S_a)의 비교에 기초하여 커패시터의 양부를 판정하고 있어, 시간적으로 누설 전류 성분(i_leak(a))이 측정 가능하게 될때까지 양부를 판정할 수 없다.

그러나, 커패시터에 있어서는, 누설 전류 성분(i_leak)이 상승하면, 충전 전류가 누설 전류 성분(i_leak)의 상승을 받아 제 2 시간 영역(t_line)의 후반 기간에 있어서의 전류 성분(i_line)보다도 약간이지만 상승한다. 그 때문에, 불량품 커패시터의 충전 특성은 양품 커패시터의 충전 특성에 대하여 제 2 시간 영역(t_line)의 후반 기간부터 서서히 괴리해 간다.

본 실시형태에서는 이러한 것에 착안하여, 제 2 시간 영역(t_line)의 후반 기간에 있어서의 전류 성분(i_line)의 상승을 검출함으로써 양부 판정을 실시하고 있으며, 이에 따라 판정 시간의 단축화를 도모하고 있다.

이하, 본 실시형태의 양부 판정 방법을 상세히 설명한다. 우선, 미리 설정한 인가 전압(V_b)을 인가한 상태에서의 가상 양품 커패시터의 충전 특성을 시뮬레이션함과 동시에, 상기 인가 전압(V_b)을 인가한 상태에서 누설 전류 성분(i_leak(b))이 양부 판정의 문턱값(S_b)을 나타내는 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성을 시뮬레이션한다. 인가 전압(V_b)에 있어서의 문턱값(S_b)의 설정, 문턱값(S_b)을 나타내는 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성의 시뮬레이션법, 및 가상 양품 커패시터의 충전 특성의시뮬레이션법은 실시형태 1에 있어서, 가상 문턱값 커패시터의 인가 전압(V_a)의 설정 및 충전 특성의 시뮬레이션법으로서 설명한 것과 동일하므로, 여기에서는 그 설명은 생략한다.

가상 양품 커패시터 및 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4는 인가 전압(V_b)과 문턱값(S_b)을, V_b＝80V, 문턱값(S_b)＝69㎂로 한 정격 전압(16V)의 적층 세라믹 커패시터의 충전 특성이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성에는 제 2 시간 영역(t_line)의 후반 기간에 있어서, 가상 양품 커패시터의 충전 특성과의 사이에, 상술한 특성 괴리에 기초하는 전류값 상승이 이미 발생하고 있다. 본 실시형태에서는, 이 전류값 상승을 측정함으로써 양부를 판정한다.

이와 같은 양부 판정 방법에 있어서는, 가상 양품 커패시터의 충전 특성과 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성 사이에 어느 만큼의 전류 상위량(相違量)이 발생하면 불량이라고 판정할 수 있는지가 문제가 된다. 이 문제는 전류 측정기의 측정 오차를 기준으로 하여 해결할 수 있다. 본 실시형태에서는, 이와 같은 견지에 기초하여, 가상 양품 커패시터의 충전 특성(전류값)에 대하여, 가상 문턱값 커패시터의 충전 특성(전류값)이 10%이상 상위한 시점에서 양부 판정 가능하게 하고 있다 그러나, 전류 측정기의 측정 오차에 따라서는, 그것 이외의 전류 상위량이 상위한 시점을 양부 판정 가능 시점으로 해도 된다는 것은 말할 것도 없다.

도 4의 가상 양품/가상 문턱값 커패시터의 충전 특성에 있어서 양 커패시터의 충전 특성에 10%의 상위가 발생하는 시점을 시점(B)이라고 하고, 또한, 시점(B)에 있어서의 가상 문턱값 커패시터가 나타내는 전류값을 본 실시형태에 있어서의 문턱값(S_c)으로 한다. 그렇게 하면, 시점(B)은 가상 문턱값 커패시터의 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A_c)보다 시간적으로 빠른 시점이 된다.

시점(B)과 문턱값(S_c)을 특정한 후, 각 측정 샘플의 충전 특성을 측정함으로써 양부 판정을 실시한다. 그 때, 시점(B)에 있어서의 전류값을 측정하고, 그 측정 전류값이 문턱값(S_c)이하이면, 그 샘플을 양품으로 판정하고, 반대로 문턱값(S_c)이상이면, 그 샘플을 불량품으로 판정한다.

또한, 본 실시형태에 있어서의 인가 전압(V_b)을, 실시형태 1과 마찬가지로 가능한 한 높게 설정하면, 실시형태 1에 있어서의 양부 판정에 필요로 하는 시간의 단축화와 더불어 또한 양부 판정에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

이상 설명한 실시형태 1 및 2의 양부 판정 방법은 도 5에 나타내는 양부 판정 장치에 의해 장치화할 수 있다. 이 양부 판정 장치는 커패시터로 이루어지는 샘플(U)을 측정시에 파지(把持)하는 샘플 파지부(1)와, 샘플(U)에 인가 전압(V)을 인가하는 전압 인가부(2)와, 인가 전압(V)을 인가했을 때에 있어서의 샘플(U)의 전류를 측정하는 전류 측정부(3)와, 전압 인가부(2)와 전류 측정부(3)의 동작을 제어하는 제어부(4)와, 전류 측정부(3)가 측정한 측정 전류에 기초하여 양부를 판정하는 판정부(5)를 구비하고 있다.

이 양부 판정 장치는 판정부(5)에 있어서, 실시형태 1 내지 실시형태 2의 양부 판정 방법에 기초하여 샘플(U)의 양부를 판정한다.

그런데, 상술한 실시형태 1 및 2에서는, 충전 특성의 조정을 위하여, 인가 전압(V)을 변동시키고 있었다. 그러나, 충전시의 환경 온도의 조정에 의해서도 충전 특성을 조정할 수 있다. 그 때문에, 환경 온도를 조정함(구체적으로 승온함)으로써, 제 2－제 3 시간 영역 변환점(A)을 시간적으로 빠르게 할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 최단의 시간으로 양부를 판정할 수 있게 된다. 또한, 최단의 시간으로 양부를 판정할 수 있는 각종 조건을 비교적 간단하게 설정할 수도 있게 된다. 이에 따라, 예를 들면, 제품 로트마다 최적의 양부 판정 조건을 설정할 수도 있다. 또한, 설정한 판정 조건을 양부 판정 장치에 제공함으로써 양부 판정 장치의 운전 조건을 자동적으로 설정하는 것도 가능해진다.

Claims

충전시의 커패시터에 발생하는 전기 특성을, 시간 경과에 따른 특성 변화가 서로 다른 복수의 특성 성분으로 분리한 후에, 각 특성 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식(近似式;approximate expression)을 작성하는 근사식 작성 스텝과;

커패시터의 양부 판정의 기준이 되는 판정 기준 특성 성분을 상기 복수의 특성 성분으로부터 추출하고, 그 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 양부 판정 조건 설정 스텝과;

측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전시 전기 특성중에 포함되는 판정 기준 특성 성분을 상기 양부 판정 조건에 조합함으로써, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 판정 스텝;을 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 특성으로서 전류를 사용하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분의 판정 문턱값(threshold value)을 상기 양부 판정 조건으로서 설정하는 스텝이고,

상기 판정 스텝은 상기 판정 대상 커패시터의 측정에 의해 얻어지는 상기 전기 특성으로부터 추출하는 판정 기준 특성 성분과 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 근사식 작성 스텝은 충전시의 커패시터에 발생하는 충전시 전류를, 시간 경과에 따른 전류 변화가 서로 다르며, 또한 그 하나로서 커패시터의 누설 전류 성분을 포함하는 복수의 전류 성분으로 분리한 후에, 각 전류 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식을 작성하는 스텝이고,

상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분으로서 상기 누설 전류 성분을 추출한 후에, 상기 누설 전류 성분의 상기 판정 문턱값을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 스텝이며,

상기 판정 스텝은 측정에 의해 얻은 판정 대상 커패시터의 충전시 전류중에 포함되는 누설 전류 성분과 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 근사식 작성 스텝은 충전시의 커패시터에 발생하는 충전시 전류를, 시간 경과에 따른 전류 변화가 서로 다르며, 또한 그 하나로서 커패시터의 누설 전류 성분을 포함하는 복수의 전류 성분으로 분리한 후에, 각 전류 성분의 시간 변화를 나타내는 근사식을 작성하는 스텝이고,

상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 상기 판정 기준 특성 성분으로서, 커패시터의 제품 양부에 기인하여 발생하는 상기 누설 전류 성분의 변동의 영향을 받아 그 값이 변화하는 충전 전류를 추정한 후에, 이 충전 전류의 추정값의 상기 판정 문턱값을 상기 근사식에 기초하여 설정하는 스텝이며,

상기 판정 스텝은 측정에 의해 얻는 판정 대상 커패시터의 충전 전류와 상기 판정 문턱값의 비교에 기초하여, 판정 대상 커패시터의 양부를 판정하는 스텝인 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 근사식 작성 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서의 상기 근사식을 작성하는 스텝이고,

상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서의 상기 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 설정하는 스텝이며,

상기 판정 스텝은 양부 판정 시간을 가급적으로 단축할 수 있는 조건에 있어서 측정 대상 커패시터의 전기 특성을 측정하는 스텝인 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 근사식 작성 스텝은 측정 대상 커패시터에 인가 가능한 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에 있어서의 상기 근사식을 작성하는 스텝이고,

상기 양부 판정 조건 설정 스텝은 측정 대상 커패시터에 상기 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에 있어서의 상기 판정 기준 특성 성분의 양부 판정 조건을 설정하는 스텝이며,

상기 판정 스텝은 측정 대상 커패시터에 상기 실질적인 최대 전압을 인가한 상태에서 그 전기 특성을 측정하는 스텝인 것을 특징으로 하는 커패시터의 양부 판정 방법.