SU1760478A1 - Способ контрол керамических конденсаторов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов. Цель изобретени  - сокращение времени контрол  электрической прочности конденсаторов без снижени  его эффективности - достигаетс  тем, что в процессе контрол , заключающемс  в подаче на конденсатор испытательного напр жени  с последующей регистрацией наличи  электрического пробо , испытательное напр жение подают в виде одиночного импульса с крутым передним фронтом длительностью 0,1-10 мкс, с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напр жени  конденсатора, и плоской вершиной длительностью 0.1 -0,5 с. Способ контрол  может быть реализован при проектировании высокопроизводительного контрольно-измерительного оборудовани . 3 табл., 1 ил. СП с

Description

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов в качестве метода технологического контрол .

Резкий рост объемов производства конденсаторов при снижении трудозатрат обеспечиваетс  применением автоматизированных высокопроизводительных линий сборки. При этом контрольно-измерительное оборудование должно  вл тьс  неотъемлемой частью этих линий и по производительности не уступать другим элементам линий.

Однако больша  длительность испытаний при проверке электропрочности, установленна  ГОСТом 21315.4-75 (10 с), создает большие трудности при разработке надежных высокопроизводительных контрольных агрегатов. Поэтому задача снижени  времени технологического контрол   вл етс  весьма актуальной.

Одним из новых, недавно разработанных методов контрол  электрической прочности  вл етс  метод, основанный на обнаруженной коррел ции электрического пробо  и частичных разр дов в титанато-ба- риевой керамике (Shin В., Kim H. Dielectric breakdow and partial discharge In ВаТЮз ceramics: Effect of pore size distribution- Ferroelectrics, 1989. v. 89, p. 81-86).

Однако данный метод не пригоден дл  использовани  в высокопроизводительных агрегатах технологического контрол , поскольку дл  его реализации необходимо подавать на конденсатор посто нное напр жение, близкое к напр жению пробо  диэлектрика, что уже само по себе приводит к частичному ухудшению качества конденсаторов . Кроме того, в св зи с  влением

VI Os

g

VI

со

статистического запаздывани  частичные разр ды могут по вл тьс  лишь через некоторое врем  после подачи напр жени , поэтому необходима значительна  выдержка под напр жением. И, наконец, требуетс  дополнительна  статистическа  обработка полученных распределений частичных разр дов дл  установлени  коррел ции между ними и электрической прочностью конденсатора .

Поскольку электрическа  прочность керамических конденсаторов определ етс  в основном наличием в керамике различных дефектов, то другими методами определени  электрической прочности  вл ютс  ме- тоды, позвол ющие регистрировать наличие пор и трещин в керамическом диэлектрике . Одним из них  вл етс  метод, основанный на использовании лазерного акустического микроскопа SLAM (Kesster L, EweJ G. High-freguency ultrasonic attenuation of ceramic capacitors as an indicator of quality - 36-th Electronic Components Conf.- 1986, p 668-670).

Метод предполагает возбуждение аку- стических колебаний при помощи лазерного луча, который сканирует по поверхности конденсатора. Ультразвуковые свойства конденсаторов св зываютс  с наличием в них дефектов.

Данный Метод требуег уникального оборудовани  и достаточно длителен по времени, поскольку необходимы специальна  подготовка конденсатора (в частности, требуетс  шлифовка одной поверхности конденсатора дл  надежного контакта с пьезодатчиков) и сложна  обработка получаемого акустического сигнала Поэтому данный метод тоже может быть использован в высокопроизводительных автоматах контрол  при массовом производстве конденсаторов .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту с предлагаемым методом  вл етс  метод, описанный в книге Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Энергий, 1969, 32, с. 124-127. В этом методе конденсатор испытываетс  под испытательным напр жением Uncn , близким к максимальному на- пр жению пробо  в течение 10 с. Конденсатор считаетс  выдержавшим испытание на электрическую прочность, если в течение всего времени испытани  не наступил электрический пробой.

В насто щее врем  этот метод  вл етс  основным методом технологического контрол , используемым на заводах-изготовител х керамических конденсаторов. При этом в зависимости от типа конденсатора

используетс  11исп 5-10 UHOM (Уном - номинальное напр жение конденсатора) Длительность времени выдержки под Кисп равна  10 с, существенно превышает врем  контрол  других электропараметров (таких как емкость и тангенс угла потерь), что делает практически невозможным создание высокопроизводительных надежных автоматов выходного контрол  Пр мое сокращение времени испытаний неизбежно ведет к резкому снижению эффективности метода, так как введение относительно большого времени контрол  в данном методе было обусловлено стремлением снизить вли ние статистического запаздывани  пробо , а использование значительных испытательных напр жений (до 10 UHOM) снижает эксплуатационную надежность испытанных конденсаторов.

Целью изобретени   вл етс  сокращение времени контрол  без снижени  его эффективности .

Цель достигаетс  тем, что контроль электрической прочности конденсаторов провод т при подаче на конденсатор испытательного напр жени  в виде одиночного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс. амплитудой, равной 3-5- кратной величине номинального напр жени , и плоской вершиной длительностью 0,1-0,5 с.

Отбраковывают конденсаторы, у которых в процессе проверки, как и в способе- прототипе, имеет место электрический пробой.

Доказательством существенности отличий за вл емого способа  вл етс  факт использовани  испытательного импульса с очень коротким передним фронтом, не превышающим 10 мкс.

Впервые установлено, что использование в качестве испытательного импульсного напр жени  со значительной крутизной переднего фронта (-рк-) существенно повышает эффективность методики контрол  электропрочности. Вы влено, что у керамических конденсаторов электрические пробои в подавл ющем большинстве случае происход  по трещинам и дефектам межэлектродных промежутков, т. е. имеет место поверхностный газовый разр д.

Известно, что врем  статистического запаздывани  газового разр да становитс  тем меньше, чем больше величина прилагаемого напр жени  по сравнению со средним значением пробивного напр жени ,

которое уменьшаетс  с увеличением () .

Таким образом, повышение крутизны переднего фронта позвол ет при снижении значени  Uncn. существенно сократить общую длительность испытательного импульса.

На чертеже представлена функциональна  электрическа  схема измерительной установки .

Генератор 1 обеспечивает формирование пр моугольного импульса испытательного напр жени  нужной амплитуды и длительности. В качестве индикатора брака может быть использован запоминающий осциллограф 2, RI и R2 - зар дный и разр дный резисторы (Ri 10 Ом, R2 5 кОм), Сх - провер емый конденсатор, S - переключатель . В качестве конкретного примера реализации за вл емого решени  может быть приведена схема с использованием генератора ГЙ-1 и запоминающего осциллографа С8-1.

Перед испытанием конденсатор должен быть разр жен, С помощью переключател  S конденсатор подключаетс  к генератору 1 и на него подаетс  одиночный импульс испытательного напр жени . По окончании испытаний конденсатор с помощью переключател  S отключаетс  от источника напр жени  и разр жаетс  через резистор R2. При этом отбраковываютс  конденсаторы, у которых при помощи осциллографа зарегистрирован электрический пробой.

В результате статистической обработки результатов испытаний около 1 млн. шт. конденсаторов отработаны параметры испытательного импульса.

1. Uncn 3 51JHOM

При Уисп. 51)ном в конденсаторах наблюдались остаточные  влени , которые про вл лись в том, что при повторных испытани х по тестированной методике приемосдаточных испытаний имел место повышенный уровень отказов. При Ui/tcn. 31JHOM методика  вл етс  недостаточно эффективной, и в годную продукцию попадают дефектные конденсаторы .

2. Длительность переднего фронта т 0,1-10 мкс.

г 0,1 мкс технически трудно реализовано; при t 10 мкс резко снижаетс  эффективность методики и при указанных в формуле изобретени  значени х Uncn. положительный эффект не достигаетс , что подтверждаетс  результатами, приведенными в табл, 1, котора  иллюстрирует зависимость величины пробивного напр жени  Упроб от времени нарастани  испытательного напр жени  дл  различных типов конденсаторов .

Из табл. видно, что достичь существенного снижени  пробивного напр жени 

возможно лишь при длительности переднего фронта испытательного импульса г, не превышающей 10 мкс, и соответственно лишь при таких значени х г возможно снижение величины 1)исл.

3. Длительность плоской вершины импульса выбираетс  из диапазона 0,1-0,5 с с таким расчетом, чтобы при выбранной величине испытательного напр жени  и длительности переднего фронта количество отказов при повторных испытани х по гос- товской методике приемо-сдаточных испытаний не превышало количество отказов дл  конденсаторов, первоначально прошедших

технологические испытани  по этой же методике .

Было испытано 22 партии конденсаторов К10-7В номинала 0,047 мкФ х 50 В общим количеством 60000 шт. Кажда  парти 

была разделена на 3 равные части. Перва  часть была проверена импульсами длительностью 0,1 с. втора  - 0,5 с, треть  - дл  сравнени  по методике приемо-сдаточных испытаний: 150 В, 10 с.

В табл. 2 приведены данные об уровне пробоев этих конденсаторов при их последующем испытании на электропрочность по гостовской методике приемо-сдаточных испытаний .

Из табл. 2 видно, что длительность испытательного импульса должна быть по крайней мере 0,1 с с тем. чтобы эффективность контрол  оставалась на прежнем уровне. При длительности импульса, равной

0,5 с, уровень отказов при повторных испытани х составл ет 0%, поэтому увеличивать длительность импульса более 0,5 с не имеет смысла.

Длительность плоской вершины пр моугольного импульса определ ет практически полное врем  контрол  качества конденсаторов, так как длительность переднего фронта составл ет менее 0,01% от длительности плоской вершины. Следовательно , врем  испытаний составл ет 0,1-0,5 с, что более чем на пор док быстрее, чем при существующей методике контрол .

Последнее обсто тельство особенно су- щественно в массовом производстве керамических конденсаторов, когда количество испытуемых конденсаторов исчисл етс  миллионами штук.

О достаточной эффективности предлагаемого метода свидетельствуют следующие данные. У партии конденсаторов типа К10-7В. 0,047 мкФ количеством 38249 шт. часть изделий (20144 конденсаторов) проведена по существующей методике, остальные (18105 конденсаторов) - предлагаемым импульсным методом. Результаты испытаний приведены в табл. 3. При последующей проверке по контрольной методике в соответствии с ГОСТ 21315.4-75 у первой половины имели место 8 пробоев, у второй - ни одного, что свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа.

0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ контрол  керамических конденсаторов , заключающийс  в подаче на конденсатор испытательного напр жени  с последующей регистрацией наличи  электрического пробо , отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени контрол  без снижени  его эффективности, испытательное напр жение подают в виде одиночного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напр жени , и плоской вершиной длительностью 0,1-0,5 с.

   Таблица 1

   Таблица2