NO830659L - Fremgangsmaate for testing av kondensatorer - Google Patents
Fremgangsmaate for testing av kondensatorerInfo
- Publication number
- NO830659L NO830659L NO830659A NO830659A NO830659L NO 830659 L NO830659 L NO 830659L NO 830659 A NO830659 A NO 830659A NO 830659 A NO830659 A NO 830659A NO 830659 L NO830659 L NO 830659L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- component
- capacitor
- capacitors
- flowing
- solution
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 57
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 15
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 claims description 14
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 12
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 claims description 6
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 4
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 claims 1
- ZYBWTEQKHIADDQ-UHFFFAOYSA-N ethanol;methanol Chemical compound OC.CCO ZYBWTEQKHIADDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 6
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 6
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 6
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- PPWHTZKZQNXVAE-UHFFFAOYSA-N Tetracaine hydrochloride Chemical compound Cl.CCCCNC1=CC=C(C(=O)OCCN(C)C)C=C1 PPWHTZKZQNXVAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 125000005233 alkylalcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/20—Investigating the presence of flaws
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/18—Subjecting similar articles in turn to test, e.g. go/no-go tests in mass production
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
- H01G4/306—Stacked capacitors made by thin film techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte samt et apparat for å teste en elektrisk komponent med henblikk på å oppdage struktuelle brist i komponenten, og således en teknikk for å bedre kvalitetskontrollen av slike komponenter.
Et vesentlig problem under produksjon av elektriske komponenter som omfatter et isolasjonsmateriale, er deteksjon av struktuelle brist i materialet. Slike brist kan ved produksjons-tidspunktet være mikroskopiske, og derfor vanskelig å oppdage,
men kan senere forårsake en feiloperasjon av komponenten. Det ville derfor være en betydelig fordel dersom en begynnende isolasjonsfeil allerede på produksjonsstadiet kunne detekteres ved en ikke-destruktiv testprosedyre.
F.eks. har keramiske, dielektriske kondensatorer, og da
særlig flerlags keramiske kondensatorer, funnet en vidstrakt anvendelse i elektronisk industri, da de er relativt billige og har en høy kapasitans pr. volumenhet. Det er vanlig å benytte en flerlags struktur når man fabrikerer keramiske kondensatorer,
slik at lagene med keramikk er adskilt av mellomliggende metal-liske elektrodelag på en slik måte at det fremkommer en komponent med to elektroder som hver består av en flerfolie sandwich-struktur som griper inn i motsvarende flerfolie sandwich-struktur og gir en komponent med høy kapasitansverdi. Mange ulike metoder er benyttet til å fremstille de keramiske lagene, og ofte blir disse "arkene" dannet fra en blanding av finfordelt, pulverisert keramisk materiale, samt et organisk bindingsstoff i et løsnings-system. I en typisk tidligere kjent prosess blir f.eks. en blanding av keramikk og bindingsmateriale i en løsning belagt på polyetylenstrimler v.hj.a. en båndtrekkingsprosess. Etter tørking av båndene skrelles filmen, som består av keramikk og bindings-stof f, av polyetylenstrimlene, og v.hj.a. silketrykk belegges elektrodene med et blekk som er dannet av et fint metallpulver i et organisk bindingsstoff. Flere slike "ark" stables på hverandre og presses sammen, oppvarmes for å fjerne bindingsstoffet og brennes ved høye temperaturer. Tilkoblingsklemmer og tråder kan festes i henhold til kjent teknikk, og slike prosesser som er beskrevet overfor er velkjente under fremstilling av flerlags keramiske kondensatorer. Utviklingstendensen går for tiden i
retning av å minske tykkelsen på dielektrikumet, noe som har ført til at jevnheten og kontinuiteten i den dielektriske filmen er blitt svært betydningsfull. Det er ønskelig å minske kondensator-størrelsen av flere grunner, bl.a. for å gjøre kondensatorene lett forenlige med mikroelektronikken og generelle material-økonomiske aspekter.
Et problem som har vist seg ved nylig fremstilte keramiske kondensatorer, er at det leilighetsvis kan oppstå brist i dielektrikumet under produksjonsprosessen. Slike små brist skaper forutsetninger for en iboende og senere utviklet gjennomslagsvei mellom kondensatorens elektroder eller mellom en elektrode og endeavslutningen med motsatt polaritet, og kan føre til en feil under driften på et senere tidspunkt. Mekanismene som ligger til grunn for slike feil er ikke fullstendig forstått, men det antas at de involverer elektrokjemisk nedbrytning og migrering av det innvendige elektrodemateriale eller av materialene i endeavslutningene, noe som resulterer i dannelse av gjennomslagsveier med lav resistivitet. Denne migreringen antas å finne sted i de regioner hvor brist er oppstått under produksjonsprosessen, og særlig der hvor atmosfæren har adgang til komponentens elementer.
I de fleste tilfeller kan ikke slike mikrobrist i dielektrikummet detekteres ved visuell inspeksjon, og feilen blir bare åpenbar etter at kondensatoren har vært i bruk i en relativt lang tid. Det er klart ønskelig å redusere slike feil etter en viss driftstid til et minimum.
Ytterligere problemer oppstår i forbindelse med komponenter med høy pakningsgrad, f.eks. innkapslet i plastmaterialer. Her er det også ønskelig å detektere brist som måtte forekomme i de enkelte pakker for å eliminere risikoen for påfølgende driftsfeil.
Tidligere forsøk på å detektere struktuelle brist har stort sett gått på ulike former av elektrisk destruktiv testing av en pulje komponenter. Slike tester kan ikke utføres slik at man oppnår en 100% fjerning av feilaktige komponenter. Videre er slik,testing relativt uegnet, fordi den vanligvis omfatter anvendelse av relativt kostbart utstyr og kostbare foranstaltninger.
Det foreligger for tiden flere ulike teknikker for å foreta en bortsiling av feilaktige komponenter. Én er basert på den antagelse at de feilaktige komponentene har én eller annen fysi-kalsk defekt, og at deteksjon og fjerning av slike feilaktige komponenter vil eliminere lavspenningsfeil og generelt sett bedre påliteligheten ved alle spenninger. De mest vanlige og utprøvede teknikker av denne typen er ultrasonisk avsøking, samt sprekk-detektering v.hj.a. akustisk emisjon, og begge disse metoder benyttes på kondensatorer som inngår i integrerte kretser. Elektrisk testing basert på utladningsteknikker er også forsøkt
for både innkapslede komponenter og integrerte kretser. En annen måte å nærme seg problemet på, er å sile ut potensielle feil ved aksellererte levetidsprøver, f.eks. i likhet med den relativt ferske MIL-C-123 prosedyre, som spesifiserer en test i 35% relativ fuktighet ved 85°C med 1,5 V likestrøm tilkoblet. I en artikkel i "Proceedings of The International Symposium for Testing and Failure Analysis", 1981, av Murata m.fl., er det benyttet de
samme omgivelsesbetingelser, men med spenningspulser på 1,5 V og varighet på 1 sek. Disse fuktighetsavhengige testene er utledet fra arbeidet til "Sato m.fl. i "Proceedings of The International .— - Symposium for Testing and Failure Analysis, 1980, som beskriver
en test som omfatter måling av isolasjonsmotstanden til kondensatorer i integrerte kretser før og etter langvarig koking i vann. Disse testene er tidkrevende, og de vil trolig bli begrenset til kvalitetsovervåkning på prø<y>etakningsbasis.
Uttrykket komponent som er brukt i denne saken, er ikke begrenset til å angå kondensatorer, men omfatter også andre elektriske komponenter og utstyr som bl.a. innbefatter integrerte kretser, ledninger og kabler. Uttrykket komponent omfatter således også produkter som keramiske pakker for integrerte kretser, keramiske substrater for tynnfilm- og tykkfilm-kretser, samt trykte kretsplatér.
Formålet med foreliggende oppfinnelse er å minisere eller unngå ulempene ved tidligere kjente teknikker ved å tilveiebringe en ny deteksjonsmetode for struktuell brist, hvilken metode er billig, pålitelig og ikke-destruktiv.
Dette oppnås ved å benytte en fremgangsmåte eller et appara-tur i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.
Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan
med fordel benyttes i "on-line" testing eller sortering av kondensatorer, det være seg kondensatorer av keramikk- eller glimmer-typen. Testen kan utføres ved produksjonstrinnet for å detektere dielektriske feil og/eller ved ferdige produserte komponenter for
å detektere feil under innkapslingen. Vi har også på fordelaktig måte utprøvet teknikken til testing av keramiske pakker for integrerte kretser.
Under forsøkene er det funnet at behandlingen med en isolator med en flyktig og lett-flytende ioniserende løsning, f.eks. en lavere ordens alkyl-alkohol, medfører en effektiv og ikke-destruktiv metode for feildetektering. Den elektriske lekkasjestrømmen til isolatoren måles før behandlingen med løsningen og måles deretter også etter behandlingen. De to målingene sammenlignes deretter. Alternativt kan en enkelt måling utføres etter behandling med løsningsmiddelet og sammenlignes med en referanseverdi. En betydelig økning i lekkasjen er en indikasjon på nærvær av én eller flere potensielle aktive feil.
Ulike typer av løsninger kan benyttes for denne prosessen. Vanligvis er løsningen av en type som frembringer en økning i lekkasjestrømmen når den påføres en kondensator som har en brist - i dielektrikummet eller en defekt i innkapslingen.
For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse, vises til nedenstående detaljerte beskrivelse og til de led-sagende ^tegninger, hvor: - fig. 1 viser et skjematisk diagram for et måle- og test-apparat for kondensatorer, og - fig. 2 viser tverrsnittetvav en flerlags kondensator, hvor typiske dielektriske feil er antydet.
I fig. 1 er kondensatorene 11, som skal testes, montert på en transportør 12 og føres gjennom en første teststasjon 13, hvor den elektriske lekkasjen, eller en annen elektrisk parameter til hver kondensator 11 måles, og resultatet lagres i en hukommelse 14. Kondensatorene føres deretter via en behandlingsstasjon 15, hvor de dykkes ned i eller sprøytes med et flyktig og lett-flytende ioniserende løsningsmiddel, videre til en tørkestasjon 16, hvor overflødig løsningsmiddel fjernes. Typisk kan tørkingen utføres i en luftstrøm ved omgivelsestemperatur. I enkelte anvendelser kan kondensatorene bli oppvarmet på forhånd, f.eks. til 100°C før neddykning for å lette inntrengningen av løsningsmiddelet.
De behandlede kondensatorer føres fra tørkestasjonen 16 til en annen teststasjon 17. Den elektriske lekkasjestrømmen, eller en annen elektrisk betinget parameter for komponenten, måles på ny for hver kondensator, og sammenlignes v.hj.a. komparator 18 med målingen for den samme kondensator som gjenkalles fra hu-kommelsen 14. Dersom lekkasjestrømmen ved den andre måling er betydelig høyere enn ved den første, dvs. hvis forskjellen- mellom målingene overskrider en forutbestemt størrelse, styres den aktuelle kondensator til en utsorteringsbinge. På denne måten kan keramiske kondensatorer, og da særlig flerlags keramiske kondensatorer, sorteres for å fjerne de hvis dielektrikum inneholder uregelmessigheter.
I en ytterligere foretrukken utførelse utelates den første teststasjon 13, og lekkasjestrømmen til hver kondensator etter at den er behandlet med løsningen, sammenlignes med en referanseverdi som tilsvarer lekkasjestrømmen til en ubehandlet kondensator som er i orden. De kondensatorer hvis lekkasjestrøm er vesentlig større enn referansespenningen, blir nå utsortert og forkastet.
I enkelte anvendelser kan en ytterligere utsortering av kondensatorer ved samme-teknikk utføres etter innkapsling* Defekter i innkapslingen tillater inntrengning av løsning i kondensatorkjernen, og dette medfører en påfølgende stigning i lekkasjestrømmen. Også i dette tilfelle er testingen ikke-destruktiv, og kan således utføres på alle kondensatorene som fremstilles.
Keramiske kondensatorer er selvfølgelig ikke de eneste komponenter som kan testes på denne måten. Vi har med hell benyttet teknikken til ikke-destruktiv testing av glimmer-kondensatorer og av keramiske pakker for integrerte kretser.
I en typisk testprosess ble en pulje med 0,1 mikro-farad flerlags kondensatorer fremstilt av ét X7R dielektrikum testet med henblikk på elektrisk lekkasjestrøm ved 10 V. I hvert til--9
felle var lekassjestrømmen mindre enn eller lik 10 amp. Kondensatorene ble deretter dykket ned i metanol i 10 min., lufttørket og målt på ny hva lekkasjestrømmen angikk. Hoveddelen av kondensatorene opprettholdt en lekkasjestrøm på nær 10 -9 amp., men noen få av dem viste en økning i lekkasjestrøm til 5 x 10 -9 amp. eller endog mer. Disse sistnevnte kondensatorer viste seg, når de senere ble åpnet og undersøkt med mikroskop, å oppvise dielektrisk nedbrytning. Kondensatorer som hadde passert testen viste ingen tegn på di-elektrisk brist.
Flere ulike løsninger ble benyttet under utprøving av teknikken. I de fleste forsøkene ble det benyttet metanol, men etanol, isopropyl-alkohoi, industriell metylsprit eller blandinger av noen av disse løsninger kan tydeligvis også brukes. Endog vann inneholdende et fuktemiddel kan benyttes, skjønt dette har vist seg mindre fordelaktig, og i enkelte anvendelser kan bruket
av et fuktemiddel være uønsket. Denne listen av løsninger er for øvrig bare ment som et eksempel, og må ikke betraktes som be-grensende. Fortrinnsvis bør løsningen være lett-flytende, dvs.
den må ha en lav viscositet og en lav overflatespenning for å tillate hurtig inntrengning. Løsningen bør også være polar og av ioniserende type.
Når metanol benyttes, foretrekkes det at vanninnholdet er mindre enn 0,1 %, og ledningsevnen er ca. 2 mikro-ohm. En liten forekomst av vann er selvsagt nødvendig for å gi den nødvendige konduktivitet, men man har funnet at alle tilgjengelige merker av metanol inneholder tilstrekkelig vann som en urenhet.- .-
I enkelte anvendelser kan effektiviteten til løsningen - bedres ved tilsetning av en liten mengde, f.eks. 0,01 % av et ionogen eller blandinger av slike. Materialer av denne type,
slik som trietylamin, forbedrer dannelse av ioner i løsningen og øker således den elektriske ledningsevne.
Det foretrekkes, selv om det ikke er avgjørende, at det valgte ionogen er relativt flyktig, slik at en senere fjerning av materialet fra komponenten lett kan utføres.
Den foretrukne væske for testing av keramiske dielektrika er metanol, da den har en høyere ledningsevne enn de andre alko-holer, og en egnet lav viscositet. Den relative følsomhet for de ovennevnte væsker kan demonstreres ved følgende eksempel. En multilags keramisk integrert kondensator hadde en referanseverdi på isolasjonsmotstanden lik 10"^ ohm målt 10 sek. etter at 10 V likespenning ble tilført. Når komponenten ble målt på ny etter 15 minutters neddykking i metanol, fulgt av en påfølgende over-flatetørking, hadde den en isolasjonsmotstand på 10 g ohm, noe som indikerte forekomsten av en brist mellom to eller flere elektroder som hadde en kontaktvei til de ytre omgivelser. De tilsvarende verdier på isolasjonsmotstanden etter neddykking i
8 9
etanol og isopropyl-alkohoi var hhv. 5 x 10 ohm og 5 x 10 ohm. For testing av glimmer-kondensatorer eller for store bristdannelser i keramiske kondensatorer foretrekkes bruk av etylalkohol, isopropyl-alkohoi eller blandinger av disse, da metanol for disse spesielle formål kan være overfølsom.
Tilsetning av et ionogen, f.eks. trietylamin med en konsentra-sjon på 0,01 vekt-%, kan øke konduktiviteten til løsningen betydelig og kan derved forbedre følsomheten til teknikken i henhold til foreliggende oppfinnelse. Bruken av et ionogen er imidlertid ikke avgjørende, og vi har benyttet metoden med hell ved anvendelse av ubehandlede løsninger.
Virkemåten for foreliggende oppfinnelse er ganske enkelt å danne en shunt mellom elektrodene som blir forbundet via en brist eller en annen svakhet, idet shunten dannes av den inntrengende væsken som forblir i sprekken eller bristen etter at overflatevæsken har fordampet. Den hurtige fordampning av overflatevæsken er nødvendig for å hindre maskering av virkningen på grunn av overflatekonduktivitet.
Man har funnet at det er mulig å differensiere mellom ulike defekter i flerlags keramiske kondensatorer, avhengig av den relative oppførsel til isolasjonsmotstanden etter neddykking og-, referanseverdien. Disse ulike defekter er vist i fig. 2. En enkelt brist 21 mellom to motsatt anbrakte interne elektroder 22 vil ha en virkning som beskrevet i eksemplet ovenfor. Isolasjonsmotstanden går langsomt tilbake mot referanseverdien etter hvert som væsken fordamper fra bristen. Tiden som medgår før fullstendig gjenvinning av referanseverdi oppnås, er avhengig av dimensjonene til bristen, men er vanligvis av størrelsesorden minutter.
Dersom defekten som danner, en bro mellom elektrodene har en fin porøsitet 25, noe som ofte er tilfelle i et Z5U dielektrikum, vil gjenvinningstiden bli svært lang, og i ekstreme tilfeller kan det ikke være noen merkbar tilbakevending mot normal tilstand selv etter flere timer.
En annen type defekter, som kan kalles sammenvoksningsfeil 23, kan også påvises. Dette er i virkeligheten en manglende laminering av på-hverandre-følgende dielektriske lag, og kan sees som en brist som brer seg ut av fra en endeavslutning 24 på komponenten til en intern elektrode med motsatt polaritet. Da materialet i endeavslutningen (vanligvis sølv) normalt avviker fra materialet i de innvendige elektroder, vil resultatet av testen bli polari-tetsavhengig. Hvis f.eks. endeavslutningen (sølv) er positiv, mens den interne elektroden, f.eks. palladium/sølv, er negativ, kan sølvmigrering lett finne sted i nærvær av metanol langs sprekkdannelsen fra endetermineringen, og en sølvdendritt kan gro ut fra den interne elektroden til endeavslutningen. Dette resulterer i en isolasjonsmotstand som avtar med tiden. Dersom polari-teten reverseres, finner ikke denne hurtige migreringen sted, og oppførselen under testingen er den samme som for en enkel brist mellom interne elektroder.
Forekomsten av slike defekter i kondensatorer med ovennevnte testresultater er blitt stadfestet ved destruktive, fysiske ana-lyser. Det viktige med denne testen med henblikk på flerlags keramiske kondensatorer er dens bruk som f.eks. som en sorterings-teknikk for potensielle lavspenningsfeil. Denne feilmodus antas å være skyld i elektrokjemiske oppløsningsprosesser og migrering av elektrodematerialer under påføring av et likespent elektrisk felt i nærvær av atmosfærisk fuktighet og ulike urenheter. Som et viktig trekk for forekomsten av denne feiltypen vil det da være en brist som forbinder to eller flere motstående elektroder— og en vei til omgivelsene utenfor fra denne bristen. Prosedyren ovenfor vil kunne detektere en slik brist.
Den følgende testprosedyr er en enkel, manuell implementering som er funnet egnet for 100 nF, 100 V keramiske kondensatorer. 1. 10 V likespenning føres til kondensatoren, og strømmen (1^) måles etter 10 sek. 2. Kondensatoren forvarmes til 85°C og neddykkes i metanol ved romtemperatur i 15 min. Denne neddykningstiden er ikke kritisk og kan utstrekkes betydelig. Imidlertid vil ned-dykkingstider på mindre enn ett minutt kunne vise seg å være utilstrekkelig for å tillate at metanol trenger seg tilstrekkelig inn i fine rifter eller porøsiteter. 3. Kondensatoren fjernes fra metanolen og tørkes på et teppe e.l. og blåsetørkes med luft ved romtemperatur inntil alle spor av metanol er fjernet fra overflaten. Den totale tørketiden bør være så kort som mulig, og ikke overskride ett minutt, da metanolen også kan fordampe fra store sprekker på meget kort tid. 4. Trinn 1 gjentas umiddelbart etter tørking, og strømmen (I2) måles.
. En kondensator forkastes etter testing dersom I2overskrider I, betydelig. I praksis vil, dersom en betydelig —8 defekt foreligger, strømmen 1^vanligvis være større enn 10 amp., og for-
holdet I2/Ii^an na en størrelse på flere tierpotenser. Vanligvis vil kondensatorer med lavere nominell verdi gi høyere forhold for defekter med lignende størrelse. Det er derfor mulig når det gjelder kondensatorer med lave nominelle verdier og med trange toleranser på isolasjonsmotstanden, å utelate trinn 1 og benytte én forutbestemt referanseverdi som feilkriterium.
Tabell 1 viser resultatene ved en test på 2600 timer fore-tatt ved relativ fuktighet på 97% og ved 85°C på kondensatorer som inngår i integrerte kretser med 4,5 V likespenning over komponenten, hver med 100 kilo-ohm. Komponentene er typiske eksempler, representative for vanlige produksjonsserier, men er dog valgt ut slik at de inneholder et relativt stort antall med ikke-godkjente komponenter. Før testingen ble kondensatorene utsatt for en 20 timers "innbrenning" ved nominell spenning og ved 85°C. De kondensatorer som fikk feil under innbrenningen, bedømt etter hvorvidt innbrenningen ga et større fall; i isolasjonsmotstanden enn 50%, ble ikke utsatt for ytterligere leve-tidstesting og er heller ikke innbefattet i antallet for forkastede ved sorteringen eller ved levetidsprøvene. Isolasjonsmotstanden til hver kondensator ble overvåket under hele testen, og feilkriteriet ble satt til 500 megohm. Den ene feilen som ikke ble forkastet ved sortering, ble testet igjen etter at den var fjernet fra levetidstesten, og ble da funnet å ha utviklet en defekt under levetidstesten.
Feilkarakteristikkene til kondensatorer i aksellerende om-givelsesprøver ligner de som oppstår ved virkelig tidsprøvning, idet de fremviser både transient og permanent lav isolasjonsmotstand.
Tabell II gir en oversikt over resultatene fra en levetids-prøve utført ifølge MIL-C-123 test, som spesifiserer 85°C, 85% relativ fuktighet, 1,5 V likespenning tilført via en 100 kohm seriemotstand til hver kondensator, utført på to puljer av kondensatorer dyppet i harpiks. Testen strakte seg utover 1200 timer. Kondensatorene ble sortert v.hj.a. testen som er beskrevet i foreliggende patentsak både ved det produksjonstrinn hvor de foreligger i chip-form og etter at de er dyppet i epoxy. De kondensatorer som inngikk i levetidsprøven var spesielt utvalgt til å inneholde et stort antall forkastede komponenter fra chip-sorteringen. Resultatene av sorteringen vist i tabell II hen-viser til testingen på chip-nivå. Ingen elementer ble forkastet etter innkapslingen, noe som indikerer at testen sannsynligvis ikke vil kunne detektere en feilaktig chip dersom innkapslingen mekanisk sett var i orden.
I denne gruppen ble kondensatorene sortert før innbrenningen fant sted, og skjønt det ikke er bevist at sorteringen vil detektere normale belastningstestfeil, er det verd å merke seg at de fleste av innbrenningsfeilene allerede var blitt forkastet ved chip-sorteringen. Alle innbrenningsfeilene ble trukket tilbake fra levetidsprøven ved innbrenningstrinnet, og er ikke inkludert i feilene som er angitt som feil under levetidsprøven, tabell II.
Sluttgruppen, for hvilken det er vist detaljer i tabell III, ble utsatt for den sykliske MIL-STD-810C metanol 507,1 prosedyre 1 fuktighetsmotstandsmåling med IV likespenning påtrykt. Kondensatorene, som var innstøpte X7R komponenter, ble målt ved 5V likespenning 24 timer etter at de var fjernet fra testomgivelsene.
På grunn av lekkasje i den trykte kretsen, ble bare strømmer som oversteg 10 nA tatt i betraktning som en feiltilstand. Komponentene i denne testen avviker fra de som inngår i de tidligere grupper ved at de er hentet fra normalt innkjøpte produksjonsserier, og chipene selv har høy kvalitet. To av disse serier hadde en termoplast innkapsling, mens de øvrige hadde en mer vanlig termoherdende innkapsling. Feilene som ble detektert ved denne testen og som stort sett forekom i kondensatorer med termoplast innkapsling, skyldes fuktighet innfanget, ved den_keramiske/ inn-kapslings grensesnitt.gjennom hvilket en ionisk strøm passerer, gjennom endeavslutningene og gir opphav til vekst av sølvdendritt.
Disse eksemplene viser mulighetene som foreligger ved hjelp av teknikken som er Beskrevet for ikke-destruktiv behandling av keramiske kondensatorer før de tas i bruk.
Som tidligere nevnt kan sorteringsprøver i henhold til foreliggende sak utvides til innkapslede kondensatorer og andre komponenter. Når det gjelder innkapslede komponenter, angir en positiv test en indikasjon på at det foreligger en feil i selve innkapslingen som tillater at omgivelsene utenfor får adgang til en indre defekt som danner en bro mellom to eller flere av de motsatte elektroder som er koblet til kretsen. Den brodannende defekt behøver ikke være inne i selve komponentens legeme, men kan foreligge på tvers av overflaten langs en vei dannet f.eks. ved forekomst av hulrom mellom innkapslingen og overflaten til komponenten. Denne feiltypen er særlig viktig i innkapslede, flerlags keramiske -kondensatorer med endeavslutninger av sølv.,, da . en migrering av sølvet lett kan forekomme i en fuktig omgivelse, noe som resulterer i vekst av en kortsluttende sølvdendritt mellom endeavslutningene til den keramiske overflaten. Dersom kretsimpedansen er tilstrekkelig lav, kan varmen som genereres når dendritten kortslutter endeavslutningen, endog forårsake at innkapslingen forkulles og tar fyr.
Claims (9)
1. Fremgangsmåte for å teste en elektrisk komponent med henblikk på å oppdage struktuelle brist i komponenten, karakterisert ved at komponenten utsettes for en lettflytende og fortrinnsvis flyktig og ioniserende løsning, gjennomføring av måling av en parameter som er avhengig av komponentens elektriske tilstand, f.eks. komponentens elektriske lekkasjestrøm, og sammenligning av den målte parameterverdi med en referanseverdi, idet resultatet av sammenligningen utgjør en indikasjon på forekomst av en struktuell brist i komponenten.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at referanseverdien som den målte parameterverdi sammenlignes med, tilsvarer eller er den samme parameterverdi målt på den samme eller en tilsvarende komponent før den fuktes med den lettf lytende væske.....
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at løsningen er en lavordens alifatisk alkohol, alternativt metanol-etanol, isopropylen-alkohol eller blandinger av disse.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, og hvor parameteren som måles er komponentens lekkasjestrøm, karakterisert ved at fremgangsmåten benyttes, til å måle de elektriske feil og/eller isolasjonsfeil i en kondensator.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at kondensatoren er en monolittisk enhet som er innkapslet, idet fremgangsmåten omfatter en gjennomfukting av kondensatoren med den lettflytende og fortrinnsvis flyktige, ioniserende løsning så vel før som etter innkapslingsprosessen.
6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, og hvor komponenten er en flerlags keramisk kondensator eller en flerlags glimmerkondensator, karakterisert ved at den lettflytende, ioniserende løsning er metanol, eller isopropyl-alkohoi, etyl-alkohol eller blandinger av disse.
7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den lettflytende, ioniserende løsning inneholder minst ett ionogen, eventuelt blandinger av flere slike.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at ionogenet er trietylamin.
9. Apparat for måling og testing av isolasjonsfeil i komponenter, særlig for å oppdage struktuelle brist i komponentene, karakterisert ved at apparatet omfatter gjennom-fuktingsutstyr for tilføring av en lettflytende, ioniserende løsning til komponenten slik at løsningen gjennomtrenger enhver diskontinuitet som måtte foreligge i komponentens isolasjon, måleutstyr for måling av en parameter som avhenger av komponentens elektriske tilstand mens komponenten er gjennomfuktet av
.den ioniserende løsning, samt en sammenligningskrets som sammen-ligner den målte parameterverdi med en forhåndsbestemt referanseverdi som tilsvarer den samme parameterverdi for en ubehandlet komponent som er i aksepterbar stand.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB08206030A GB2115937A (en) | 1982-03-02 | 1982-03-02 | Testing for dielectric faults |
| GB08217105A GB2116729A (en) | 1982-03-02 | 1982-06-11 | Electrical testing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO830659L true NO830659L (no) | 1983-09-05 |
Family
ID=26282123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO830659A NO830659L (no) | 1982-03-02 | 1983-02-25 | Fremgangsmaate for testing av kondensatorer |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4583038A (no) |
| EP (1) | EP0096950B1 (no) |
| JP (1) | JPS59500288A (no) |
| DE (1) | DE3363353D1 (no) |
| DK (1) | DK98483A (no) |
| ES (1) | ES520238A0 (no) |
| NO (1) | NO830659L (no) |
| WO (1) | WO1983003143A1 (no) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4644259A (en) * | 1984-10-31 | 1987-02-17 | North American Philips Corporation | Nondestructive testing of multilayer ceramic capacitors |
| US5349869A (en) * | 1993-04-05 | 1994-09-27 | General Electric Company | Welded nickel alloy double-cantilever beam crack growth sensor and method for its fabrication |
| US6469517B1 (en) * | 1998-11-25 | 2002-10-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Sorting method of monolithic ceramic capacitors based on insulation resistance |
| JP3620636B2 (ja) * | 1998-11-25 | 2005-02-16 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミックコンデンサの選別方法 |
| US10381166B2 (en) * | 2016-05-25 | 2019-08-13 | Vishay Sprague, Inc. | High performance and reliability solid electrolytic tantalum capacitors and screening method |
| US11016047B2 (en) * | 2017-08-25 | 2021-05-25 | 3M Innovative Properties Company | Temperature-corrected control data for verifying of structural integrity of materials |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1880917A (en) * | 1929-10-17 | 1932-10-04 | Western Electric Co | Method of and apparatus for testing coating materials |
| US2742541A (en) * | 1953-06-02 | 1956-04-17 | Albert L Bunting | Moisture sensitive resistor |
| US2942181A (en) * | 1957-06-04 | 1960-06-21 | United States Steel Corp | Apparatus for testing cable |
| US4400663A (en) * | 1981-10-28 | 1983-08-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Shunt fault tester for multiconductor cable |
-
1983
- 1983-02-25 NO NO830659A patent/NO830659L/no unknown
- 1983-02-28 DK DK98483A patent/DK98483A/da not_active Application Discontinuation
- 1983-03-01 US US06/471,115 patent/US4583038A/en not_active Expired - Fee Related
- 1983-03-02 WO PCT/GB1983/000063 patent/WO1983003143A1/en not_active Ceased
- 1983-03-02 ES ES520238A patent/ES520238A0/es active Granted
- 1983-03-02 JP JP58501297A patent/JPS59500288A/ja active Pending
- 1983-03-02 EP EP83301113A patent/EP0096950B1/en not_active Expired
- 1983-03-02 DE DE8383301113T patent/DE3363353D1/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES8403624A1 (es) | 1984-03-16 |
| WO1983003143A1 (en) | 1983-09-15 |
| DE3363353D1 (en) | 1986-06-12 |
| EP0096950B1 (en) | 1986-05-07 |
| DK98483D0 (da) | 1983-02-28 |
| DK98483A (da) | 1983-09-03 |
| EP0096950A1 (en) | 1983-12-28 |
| ES520238A0 (es) | 1984-03-16 |
| JPS59500288A (ja) | 1984-02-23 |
| US4583038A (en) | 1986-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6348304B2 (no) | ||
| CN110554268A (zh) | 一种基于吸湿量的复合绝缘子芯棒老化状态测试方法及装置 | |
| NO830659L (no) | Fremgangsmaate for testing av kondensatorer | |
| JP2000228338A (ja) | 積層セラミックコンデンサのスクリーニング方法 | |
| Coleman et al. | Silver migration in thick film conductors and chip attachment resins | |
| CA1199969A (en) | Electrical testing | |
| DE4208947C2 (de) | Verfahren zum Feststellen von Fehlern in Keramikkörpern | |
| Chittick et al. | Nondestructive screening for low voltage failure in multilayer ceramic capacitors | |
| KR100562621B1 (ko) | 플렉서블 배선판의 검사 방법 | |
| GB2116729A (en) | Electrical testing | |
| Teverovsky | Effect of moisture on characteristics of surface mount solid tantalum capacitors | |
| McLean | Metallized paper for capacitors | |
| Munikoti et al. | Low-voltage failures in multilayer ceramic capacitors: a new accelerated stress screen | |
| Malrieu et al. | Influence of space charge on the breakdown of multilayered epoxy: A study by the thermal step method | |
| JP3107114B2 (ja) | 電解コンデンサの検査装置 | |
| Li et al. | A Study on Evaluation of the Copper Ion Electrochemical Migration Inner the Multilayer Flexible Circuit Board | |
| Qazi | An overview of failure analysis of tantalum capacitors | |
| JP2005159250A (ja) | 積層セラミックコンデンサの洗浄方法 | |
| JP2969666B2 (ja) | 積層セラミックコンデンサの製造方法 | |
| Mann | Failure analysis of passive devices | |
| JPH0351968Y2 (no) | ||
| Virkki et al. | Testing the effects of seacoast atmosphere on tantalum capacitors | |
| JP2005057243A (ja) | 積層型圧電体素子の検査方法 | |
| Chan et al. | Failure analysis mechanisms of miniaturized multilayer ceramic capacitors under normal service conditions | |
| Krasucki et al. | The detection of ionic impurities in insulation |