Способ контроля керамических конденсаторов
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов. Цель изобретения - сокращение времени контроля электрической прочности конденсаторов без снижения его эффективности - достигается тем, что в процессе контроля, заключающемся в подаче на конденсатор испытательного напряжения с последующей регистрацией наличия электрического пробоя , испытательное напряжение подают в виде одиночного импульса с крутым передним фронтом длительностью 0,1-10 мкс, с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напряжения конденсатора, и плоской вершиной длительностью 0.1 -0,5 с. Способ контроля может быть реализован при проектировании высокопроизводительного контрольно-измерительного оборудования . 3 табл., 1 ил. СП с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4893255/21 {22) 25.12.90 (46) 07.09.92. Бюл. ¹ 33 (71) Научно-исследовательский институт "Гириконд" с заводом (72) B.Ä. Тимофеев, Б.А. Кулик, В.П. Пышков и Р.В. Чайкина (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1504630, кл. G 01 R 31/02, 1987. Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Энергия, 1969, с. 124 — 127. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ {57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов. Цель изобреИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано как при разработке, так и в массовом производстве керамических конденсаторов в качестве метода технологического контроля. Резкий рост объемов производства конденсаторов при снижении трудозатрат обеспечивается применением автоматизированных высокопроизводительных линий сборки. При этом контрольно-измерительное оборудование должно являться неотьемлемой частью этих линий и по производительности не уступать другим элементам линий, Однако большая длительность испытаний при проверке электропрочности, установленная ГОСТом 21315.4-75 (10 с), создает большие трудности при разработке надежных высокопроизводительных контрольных агрегатов, Поэтому задача снижеÄÄ5UÄÄ 1760478 А1 тения — сокращение времени контроля электрической прочности конденсаторов без снижения его эффективности — достигается тем, что в процессе контроля. заключающемся в подаче на конденсатор испытательного напряжения с последующей регистрацией наличия электрического пробоя, испытательное напряжение подают в виде одиночного импульса с крутым передним фронтом длительностью 0,1-10 мкс, с амплитудой, равной 3-5-кратной величине номинального напряжения конденсатора, и плоской вершиной длительностью 0.1-0,5 с. Способ контроля может быть реализован при проектировании высокопроизводительного контрольно-измерительного оборудования. 3 табл., 1 ил. ния времени технологического контроля является весьма актуальной. Одним из новых, недавно разработанных методов контроля электрической прочности является метод, основанный на обнаруженной корреляции электрического пробоя и частичных разрядов в титанато-бариевой керамике (Shin B„Kim Н. Dielectric breakdow and partial discharge in ВаТ!Оз ceramics: Effect of роге size distributionFerroeiectrics, 1989, v. 89, р. 81-86). Однако данный метод не пригоден для использования в высокопроизводительных агрегатах технологического контроля, поскольку для его реализации необходимо подавать на конденсатор постоянное напряжение, близкое к напряжению пробоя диэлектрика. что уже само по себе приводит к частичному ухудшению качества конденсаторов, Кроме того, в связи с явлением 1760478 15 25 40 55 статистического запаздывания частичные разряды могут появляться лишь через некоторое время после подачи напряжения, поэтому необходима значительная выдержка . под напряжением. И, .наконец, требуется 5 дополнительная статистическая обработка полученных распределений частичных разрядов для установления корреляции между ними и электрической прочностью конденсатора, Поскольку электрическая прочность керамических конденсаторов определяется в основном наличием в керамике различных дефектов, то другими методами определения электрической прочности являются методы, позволяющие регистрировать наличие пор и трещин в керамическом диэлектрике. Одним из них является метод, основанный на использовании лазерного акустического микроскопа SLAM (Kessler L., Емче! 6, High-freguепсу ultrasonic attenuation of ceramic capacitors as an indicator of quality — 36-th Electronic Components Conf.— 1986, р= 668 — 670). Метод предполагает возбуждение акустических колебаний при помощи лазерного луча, который сканирует по поверхности конденсатора. Ультразвуковые свойства конденсаторов связываются с наличием в них дефектов. Данный метод требуе" уникального оборудования и достаточно длителен по времени, поскольку необходимы специальная подготовка конденсатора (a частности, требуется шлифовка одной поверхности конденсатора для надежного контакта с пьезодатчиков) и сложная обработка получаемого акустического сигнала. Поэтому данный метод тоже может быть использован в высокопроизводительных автоматах контроля при массовом производстве конденсаторовв, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту с предлагаемым методом является метод, описанный в книге Ренне В,Т. Электрические конденсаторы. Энергия, 1969, 32, с, 124-127. В этом методе конденсатор испытывается под испытательным напряжением Uvcn,, близким к максимальному напряжению пробоя в течение 10 с. Конденсатор считается выдержавшим испытание на электрическую прочность, если в течение всего времени испытания не на-. ступил электрический пробой. В настоящее время этот метод является основным методом технологического контроля, используемым на заводах-изготовителях керамических конденсаторов. При этом в зависимости от типа конденсатора используется Ои = 5 — 10 О»м (U»M — номинальное напряжение конденсатора). Длительность времени выдержки под О с равная 10 с, существенно превышает время контроля других электропараметров (таких как емкость и тангенс угла потерь). что делает практически невозможным создание высокопроизводительных надежных автоматов выходного контроля. Прямое сокращение времени испытаний неизбежно ведет к резкому снижению эффективности метода, так как введение относительно большого времени контроля в данном методе было обусловлено стремлением снизить влияние статистического запаздывания пробоя, а использование значительных испытательных напряжений (до 10 О»м) снижает эксплуатационную надежность испытанных конденсаторов. Целью изобретения является сокращение времени контроля без снижения его эффективности. Цель достигается тем, что контроль электрической прочности конденсаторов проводят при подаче на конденсатор испытательного напряжения в виде одиночного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс. амплитудой, равной 3 — 5кратной величине номинального напряжения, и плоской вершиной длительностью 0,1 — 0,5 с. Отбраковывают конденсаторы, у которых в процессе проверки, как и в способепрототипе, имеет место электрический пробой. Доказательством существенности отличий заявляемого способа является факт использования испытательного импульса с очень коротким передним фронтом, не превышающим 10 мкс, Впервые установлено, что использование в качестве испытательного импульсного напряжения со значительной крутизной переднего фронта (- -) существенно повышаdU ет эффективность методики контроля электропрочности, Выявлено, что у керамических конденсаторов электрические пробои в подавляющем большинстве случае происходя по трещинам и дефектам межэлектродных промежутков, т. е. имеет место поверхностный газовый разряд. Известно, что время статистического запаздывания газового разряда становится тем меньше, чем больше величина прилагаемого напряжения по сравнению со средним значением пробивного напряжения, которое уменьшается с увеличением (-®-) . 1760478 40 50 Таким образом, повышение крутизны переднего фронта позволяет при снижении значения 0«л. существенно сократить общую длительноСть испытательного импульса. На чертеже представлена функциональная электрическая схема измерительной установки. Генератор 1 обеспечивает формирование прямоугольного импульса испытательного напряжения нужной амплитуды и длительности. В качестве индикатора брака может быть использован запоминающий осциллограф 2, Rt u Rg — зарядный и разрядный резисторы (Rl = 10 Ом, R2 = 5 кОм), Cx— проверяемый конденсатор, S — переключатель. В качестве конкретного примера реализации заявляемого решения может быть приведена схема с использованием генератора ГИ-1 и запоминающего осциллографа С8-1, Перед испытанием конденсатор должен быть разряжен, С помощью переключателя S конденсатор подключается к генератору 1 и на него подается одиночный импульс испь1тательного напряжения. По окончании испытаний конденсатор с помощью переключателя S отключается от источника напряжения и разряжается через резистор Rz. При этом отбраковывэются 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. 0исп. = 3 — 50ном. При U«o. > 50 в конденсаторах наблюдались остаточные явления, которые проявлялись в том, что при повторных испытаниях по гостировэнной методике приемосдаточных .испытаний имел место повышенный уровень отказов. При 0«п. < 30ном методика является недостаточно эффективной, и в годную продукцию попадают дефектные конденсаторы. 2. Длительность переднего фронта г = = 0,1 — 10 мкс. х < 0,1 мкс технически трудно реализовано; при г > 10 мкс резко снижается эффективность методики и при указанных в формуле изобретения значениях U«o. положительный эффект не достигается, что подтверждается результатами, приведенными в табл. 1, которая иллюстрирует зависимость величины пробивного напряжения Unpo6от времени нарастания испытательного напряжения для различных типов конденсаторов, Из табл, видно, что достичь существенного снижения пробивного напряжения возможно лйшь при длительности переднеr0 фронта испытательного импульса т; не превышающей 10 мкс, и соответственно лишь при таких значениях т возможно снижение величины 0«п 3. Длительность плоской вершины импульса выбирается из диапазона 0,1-0,5 с с таким расчетом, чтобы при выбранной величине испытательного напряжения и длительности переднего фронта количество отказов при повторных испытаниях по гостовской методике приемо-сдаточных испытаний не превышало количество отказов для конденсаторов, первоначально прошедших технологические испытания по этой же методике, Было испытано 22 партии конденсаторов К10-7В номинала 0,047 мкФ х 50 В общим количеством 60000 шт. Каждая партия была разделена на 3 равные части. Первая часть. была проверена импульсами длительностью 0,1 с, -вторая — 0,5 с, третья — для сравнения 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 контроля оставалась на прежнем уровне. При длительности импульса, равной 0,5 с, уровень отказов при повторных испытаниях составляет 0%. поэтому увеличивать длительность импульса более 0,5 с не имеет смысла. Длительность плоской вершины прямоугольного импульса определяет практически полное время контроля качества конденсаторов, так как длительность переднего фронта составляет менее 001% от длительности плоской вершины. Следовательно, время испытаний составляет 0,1-0,5 с. что более чем на порядок быстрее, чем при существующей методике контроля. Последнее обстоятельство особенно существенно в массовом производстве керамических конденсаторов, когда количество испытуемых конденсаторов исчисляется миллионами штук, 1760478 Таблица1 Таблица2 «а элект 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, Формула изобретения Способ контроля керамических конденсаторов, заключающийся в подаче на конденсатор испытательного напряжения с 5 последующей регистрацией наличия электрическогопробоя, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени контроля без снижения его эффективности, испытательное напряжение подают в виде одиноч10 ного импульса с длительностью переднего фронта 0,1-10 мкс с амплитудой, равной 3 — 5-кратной величине номинального напряжения, и плоской вершиной длительностью 0,1 — 0,5 с. 1760478 10 а Л Табли Контрольный режим испытаний ГОСТ 21315 ° 4-75 Технологический режим испытания Количество испытанных конденсаторов У" сопроводительного листа уровень пробоев, шт. Уровень пробоев, шт.. Импульсный (пред лагаемый режим) Контрольная группа (известный режим) 1 . 55/181 0 Составитель В . Тимофеев Техред М.Моргентал Корректор А Долинич Редактор Т.Иванова Заказ 3185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 311 490-1 42-2 292 442/2 292/2 344/1 42-1 401/2 443 404/1 483/1 492/2 38/1 486/2 443/1 4.43/2 443 492/1 e/м Всего 2272 2031 1973 1658 1916 1942 1992 1597 1889 1731 1864. I 931 943 932 992 921 38249 4 6 4 1 5 9 7 8 6 92/20144 3 3 3 7 2 2 3 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 05 8 0 0 0 0 0 0 0 0 а
