RU2069405C1

RU2069405C1 - Method for quality control of oxide semiconductor capacitors

Info

Publication number: RU2069405C1
Application number: RU93036491A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Гвильман; Ю.М. Павлов; В.Б. Рабинович; С.Д. Ханин
Original assignee: Конденсаторный завод "Мезон"
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: radio electronic engineering. SUBSTANCE: nonencapsulated and encapsulated capacitors are moistened before encapsulating them at 80-90 C for 1 or 2 h in atmosphere whose humidity is 95-99%, voltage making up 10-15% of rated value is applied, leakage current is measured, voltage us raised to rated value, and leakage current is measured again; these currents measured at rated and reduced voltages are compared with specified value. EFFECT: improved accuracy and validity of quality control. 1 tbl

Description

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при разработке и производстве оксидно-полупроводниковых конденсаторов (ОПК). The invention relates to electronic equipment and can be used in the development and production of oxide semiconductor capacitors (OPK).

В настоящее время известен ряд способов отбраковки, оценки качества и надежности ОПК. Так, широко встречается способ контроля качества оксидных конденсаторов путем измерения тока утечки после их изготовления (1, 2). На конденсатор подают постоянное напряжение прямой полярности (положительный потенциал на аноде), равное по величине номинальному напряжению, и через заданное время, определенное конкретными техническими условиями, (1 5 мин), измеряют ток утечки. Конденсатор считают годным, если величина измеренного тока меньше величины, нормированной техническими условиями для данного типономинала конденсатора. Считают, что чем меньше ток утечки, тем конденсатор более надежен в эксплуатации. Поэтому для особо ответственной аппаратуры делают выборку с минимальным уровнем токов утечки. На практике, однако, в ряде случаев удовлетворяющие этому условию конденсаторы при эксплуатации быстро выходят из строя. Измерения тока утечки по данному способу, как показывают проведенные эксперименты, не позволяют классифицировать конденсаторы по надежности при обратном и знакопеременном напряжении. Currently, there are a number of ways to reject, assess the quality and reliability of the defense industry. So, there is a widespread method for monitoring the quality of oxide capacitors by measuring the leakage current after their manufacture (1, 2). A direct voltage of direct polarity (positive potential at the anode) equal to the nominal voltage is applied to the capacitor, and after a predetermined time determined by the specific technical conditions (1 5 min), the leakage current is measured. A capacitor is considered suitable if the value of the measured current is less than the value normalized by the technical conditions for a given type of capacitor. It is believed that the smaller the leakage current, the more reliable the capacitor in operation. Therefore, for especially critical equipment, a sample is made with a minimum level of leakage currents. In practice, however, in some cases, capacitors that satisfy this condition during operation quickly fail. Measurements of the leakage current according to this method, as shown by the experiments, do not allow to classify capacitors by reliability at reverse and alternating voltage.

Известен способ оценки качества ОПК по величине флуктуаций тока утечки (3). A known method for assessing the quality of the DCF by the magnitude of the fluctuations of the leakage current (3).

Наряду с отбраковкой явно дефектных конденсаторов указанным способом выявляются изделия, потенциально ненадежные в работе. Along with the rejection of clearly defective capacitors in this way, products that are potentially unreliable in operation are identified.

Однако для реализации этого способа необходима специальная, сложная и дорогая аппаратура. However, to implement this method requires special, complex and expensive equipment.

В качестве прототипа выбран способ оценки качества ОПК по величине тока утечки (4). As a prototype, a method for assessing the quality of the DIC by the value of the leakage current (4) was chosen.

Недостатком прототипа является то, что при нормальной влажности не все локальные дефекты структуры проявляют свои аномальные свойства в виде повышенного тока утечки, что не позволяет производить точный контроль ОПК. The disadvantage of the prototype is that at normal humidity, not all local structural defects exhibit their anomalous properties in the form of an increased leakage current, which does not allow for accurate control of the OPK.

Не учитывалось также особое значение для оценки числа локальных дефектов формы вольт-амперной характеристики. The special significance for estimating the number of local defects in the shape of the current – voltage characteristic was also not taken into account.

Предполагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения точности и достоверности контроля качества ОПК. Осуществление изобретения позволяет с высокой степенью достоверности выявить и отбраковать потенциально ненадежные изделия негерметизированного исполнения, а также произвести диагностический анализ и откорректировать своевременно технологический процесс производства как негерметизированных конденсаторов, так и герметизированных конденсаторов до операции герметизации. The alleged invention is aimed at solving the problem of improving the accuracy and reliability of quality control of the defense industry. The implementation of the invention allows with a high degree of reliability to identify and reject potentially unreliable products of unsealed performance, as well as to carry out a diagnostic analysis and timely adjust the manufacturing process of both unsealed capacitors and sealed capacitors before the sealing operation.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе контроля качества оксидно-полупроводниковых конденсаторов, включающем приложение напряжения и измерение тока утечки, негерметизированные и герметизированные конденсаторы до операции герметизации выдерживают в атмосфере 95 99% -ной влажности при температуре 80 90^oС в течение 1 2 часов, прикладывают напряжение, составляющее 10 15% от номинального, измеряют величину тока утечки I₁, после чего повышают напряжение до номинального и производят измерение величины тока утечки I₂, определяют отношение I₂/I₁, по величине которого судят о качестве конденсатора путем сравнения с допустимой нормой.In order to achieve the technical result provided by the invention in a method for controlling the quality of oxide semiconductor capacitors, including applying voltage and measuring the leakage current, unsealed and sealed capacitors are kept in an atmosphere of 95 99% humidity at a temperature of 80 90 ^° C for 1 2 hours before the sealing operation , apply a voltage of 10 to 15% of the nominal, measure the leakage current I ₁ , then increase the voltage to the nominal and measure the current leakage I ₂ determine the ratio of I ₂ / I ₁ , the value of which is judged on the quality of the capacitor by comparison with an acceptable norm.

Предлагаемый способ контроля ОПК, включающий воздействие повышенной влажности при повышенной температуре и измерение тока утечки при двух уровнях напряжения, позволяет определить коэффициент нелинейности М I₂/I₁ и оценить качество конденсаторов.The proposed method for monitoring the DPC, including exposure to high humidity at elevated temperature and measuring the leakage current at two voltage levels, allows you to determine the nonlinearity coefficient M I ₂ / I ₁ and evaluate the quality of the capacitors.

При воздействии на конденсатор паров влаги в местах сосредоточения локальных дефектов происходит резкое повышение величины коэффициента нелинейности вольт-амперной характеристики конденсатора. When a moisture vapor is exposed to a condenser in places where local defects are concentrated, a sharp increase in the nonlinearity coefficient of the current-voltage characteristic of the capacitor occurs.

Анализ научно-технической и патентной документации показал, что в настоящее время неизвестны способы усиления и оценки вклада локальных дефектов структуры оксидного диэлектрика с такой эффективностью. Поэтому предлагаемый способ контроля качества ОПК отвечает критерию "Новизна". The analysis of scientific, technical and patent documentation showed that currently there are no known methods for enhancing and evaluating the contribution of local defects in the structure of an oxide dielectric with such efficiency. Therefore, the proposed method of quality control of the defense industry meets the criterion of "Novelty."

Соответствие критерию "Изобретательский уровень" доказывается тем, что ранее не использовалось для оценки качества ОПК сочетание одновременного воздействия двух факторов окружения (влажность и температура) с измерением такого нестандартного параметра, как коэффициент нелинейности, который определяется как отношение токов утечки, при номинальном и пониженном напряжениях. Compliance with the criterion of "Inventive step" is proved by the fact that the combination of the simultaneous influence of two environmental factors (humidity and temperature) with the measurement of such a non-standard parameter as the coefficient of non-linearity, which is defined as the ratio of leakage currents at nominal and reduced voltages, has not been previously used to assess the quality of the IPC .

При этом оптимальные величины температуры, влажности и времени выдержки при их воздействии установлены экспериментально с учетом предельных условий эксплуатации. Так, выбор пределов изменения относительной влажности обусловлен необходимостью максимального заполнения дефектных областей диэлектрика молекулами воды; температура и время воздействия влаги необходимы для повышения эффекта изменения электрических параметров, причем верхний предел температуры ограничен температурой эксплуатации конденсаторов, а время выдержки выбрано, исходя из условий насыщения объемно-пористого функционального ядра конденсаторов. In this case, the optimal values of temperature, humidity and exposure time during their exposure are established experimentally, taking into account the limiting operating conditions. So, the choice of the limits of change in relative humidity is due to the need to maximize the filling of the defective regions of the dielectric with water molecules; the temperature and time of exposure to moisture are necessary to increase the effect of changes in electrical parameters, the upper temperature limit being limited by the operating temperature of the capacitors, and the holding time is selected based on saturation conditions of the volume-porous functional core of the capacitors.

Выбор интервала напряжения (0,1 0,15) U_н для измерения тока утечки обусловлен тем, что он является граничным для перехода от омической к нелинейной области вольт-амперной характеристики конденсаторов, что обеспечивает возможность измерения наибольшего коэффициента нелинейности в указанных условиях.The choice of the voltage interval (0.1 0.15) U _n for measuring the leakage current is due to the fact that it is the boundary for the transition from the ohmic to the nonlinear region of the current-voltage characteristics of capacitors, which makes it possible to measure the highest non-linearity coefficient under these conditions.

Указанные диапазоны относительной влажности, температуры, времени выдержки и приложенного напряжения обеспечивают точность определения коэффициента нелинейности в пределах ±3,5% и достаточную надежность предлагаемого способа контроля. The indicated ranges of relative humidity, temperature, holding time and applied voltage provide the accuracy of determining the non-linearity coefficient within ± 3.5% and sufficient reliability of the proposed control method.

Пример. Example.

ОПК типа К53-50 номинала 10 В, 15 мкФ до покрытия влагозащитной оболочкой подвергают воздействию 98% влажности при 85^oC в течение 1,5 ч и измерению тока утечки при напряжении величиной 0,15 U_н и после повышения напряжения до номинального значения.An OPK of type K53-50 with a nominal value of 10 V, 15 μF is exposed to 98% humidity at 85 ^° C for 1.5 hours before being covered with a moisture barrier and to measure the leakage current at a voltage of 0.15 U _n and after increasing the voltage to the nominal value.

Далее ОПК герметизируют и испытывают на влагостойкость в стандартном режиме (96% О.В. и 40^oC без электронагрузки) в течение 21 суток. После испытаний измеряют ток утечки в номинальном режиме (при U_н).Next, the OPK is sealed and tested for moisture resistance in the standard mode (96% OV and 40 ^o C without electrical load) for 21 days. After the tests, the leakage current is measured in the nominal mode (at U _n ).

Корреляционная зависимость коэффициента нелинейности тока утечки M I₂/I₁, где I₁ ток утечки при напряжении (0,1 - 0,5)U_н, I₂ ток утечки при U_н, для конденсаторов после воздействия влаги (до их герметизации) и током утечки I_ут после испытаний на влагостойкость.The correlation dependence of the nonlinearity coefficient of the leakage current MI ₂ / I ₁ , where I ₁ leakage current at a voltage of (0.1 - 0.5) U _n , I ₂ leakage current at U _n , for capacitors after exposure to moisture (before sealing) and leakage current I _ut after moisture resistance tests.

Уравнение регрессии имеет вид:
M A + B _ут,
где A 31,8 и B 1,18, а коэффициент регрессии равен 0,926.The regression equation has the form:
MA + B _ut
where A is 31.8 and B is 1.18, and the regression coefficient is 0.926.

Анализ зависимости M f(I_ут) показывает следующее: если нормированное в соответствии с техническими условиями значение тока утечки после испытаний на влагостойкость не должно превышать 22,5 мкА (значение, заданное формулой I_ут K C_нU_н), то при коэффициенте нелинейности M менее 55 можно с высокой степенью достоверности гарантировать годность конденсаторов.An analysis of the dependence M f (I _ut ) shows the following: if the leakage current normalized in accordance with the technical specifications after moisture resistance tests should not exceed 22.5 μA (the value specified by the formula I _ut KC _n U _n ), then with the nonlinearity coefficient M less than 55, the validity of capacitors can be guaranteed with a high degree of certainty.

В таблице представлены результаты реализации заявляемого способа контроля качества ОПК и способа-прототипа. The table shows the results of the implementation of the proposed method of quality control of the defense industry and the prototype method.

Как следует из данных, представленных в таблице, из трех взятых для примера образцов удовлетворяют требованиям нормативных документов образцы N 1 и 2. As follows from the data presented in the table, of the three samples taken as an example, samples N 1 and 2 satisfy the requirements of regulatory documents.

Вместе с тем, значение коэффициента нелинейности образца N 1 выше допустимой нормы, что согласуется с отрицательным результатом длительных испытаний их на влагостойкость. Для образца N 3 значение коэффициента M не превышает допустимое, что определяет положительные результаты испытаний ОПК на влагостойкость и гарантированный уровень качества конденсаторов. At the same time, the value of the coefficient of nonlinearity of the sample N 1 is higher than the permissible norm, which is consistent with the negative result of lengthy tests for their moisture resistance. For sample No. 3, the value of the coefficient M does not exceed the permissible value, which determines the positive results of the OPK tests for moisture resistance and the guaranteed quality level of capacitors.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности и достоверности контроля качества ОПК по сравнению с прототипом, позволяет произвести отбраковку потенциально ненадежных конденсаторов и внести коррективы в технологический процесс изготовления ОПК, обеспечив тем самым высокое качество и эксплуатационную надежность конденсаторов. Thus, the invention provides improved accuracy and reliability of quality control of the OPK in comparison with the prototype, allows the rejection of potentially unreliable capacitors and makes adjustments to the manufacturing process of the manufacturing complex, thereby ensuring high quality and operational reliability of the capacitors.

Claims

A method of controlling the quality of oxide semiconductor capacitors, including applying voltage and measuring the leakage current, characterized in that the unpressurized capacitors and sealed capacitors are kept in an atmosphere of 95 99% humidity at a temperature of 80 90 ^o C for 1 2 hours before applying the sealing operation, applying a voltage equal to 10 15% of the nominal, measure the magnitude of the leakage current, then increase the voltage to the nominal, measure the magnitude of the leakage current and the ratio of the leakage current at the rated voltage leakage current at low voltage capacitor as judged by comparison with the allowed rate.