JP2010199465A - セラミックコンデンサの選別方法および選別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極間で確実にサージ放電が生じるコンデンサを、絶縁抵抗の測定を行うことなく選別することができるセラミックコンデンサの選別方法および選別装置を提供する。
【解決手段】選別装置１は、概略、パルス供給回路２と、表面リーク電流検出端子２２と、沿面放電電流値測定回路２４と、判定回路２６と、を備えている。パルス供給回路２は、パルス状直流高電圧を被選別セラミックコンデンサ４０の一対の外部電極間に印加するものである。表面リーク電流検出端子２２は、被選別コンデンサ４０のセラミック素体４２の上面中央部（一対の外部電極４４，４６間の中央部）に接触される。沿面放電電流値測定回路２４は、表面リーク電流検出端子２２にて検出した沿面放電電流の電流値を測定する。判定回路２６は、沿面放電電流値測定回路２４で測定した沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達したか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、耐サージ性能についてのセラミックコンデンサの選別方法および選別装置に関する。

従来、サージ電流による積層セラミックコンデンサの絶縁破壊を防止するために、バリスタやサージアブソーバなどのサージ吸収用部品が用いられていた。しかしながら、近年、電子機器の軽薄短小化に伴い、実装基板上に占める実装面積を削減することが強く求められている。そのため、積層セラミックコンデンサ自体に耐サージ機能を付加することにより、サージ吸収用部品を省略することが提案されている。例えば、特許文献１には、放電ギャップ付き積層セラミックコンデンサが開示されている。この積層セラミックコンデンサは、コンデンサ本体上面に形成された一対の放電用電極間の距離が短くなっている。これにより、サージ流入時には放電用電極間で放電を発生させて、コンデンサ内部にサージが流入することを防止し、コンデンサの破壊を防ぐ。

ところで、特許文献１に記載された積層セラミックコンデンサは、コンデンサの外部で確実にサージ放電を起こすために放電用電極が設けられているが、要するにコンデンサの破壊電圧よりも外部電極間のサージ放電開始電圧が低ければ、あえて放電用電極を設けなくても、コンデンサの外部で（つまり、外部電極間で）サージ放電は生じる。この場合、コンデンサの外部で確実にサージ放電が生じるコンデンサと、そうでないコンデンサと、を選別することが必要となる。しかし、従来の選別装置では、その選別を行うことが不可能であった。例えば、特許文献２に記載されている選別装置では、コンデンサの定格電圧値以上のパルス電圧をコンデンサに供給し、そのときのコンデンサに印加されるパルス電圧値をモニターし、モニターされたパルス電圧値に基づいてコンデンサ内部の異常を検出できるとしている。

特開平６−２５１９８１号公報 特開平７−３２０９９３号公報

しかしながら、特許文献２の選別装置でモニターされたパルス電圧値の異常の原因としては、外部電極間のサージ放電（コンデンサの外部で起きるサージ放電）による場合と、内部破壊によるショートによる場合と、の二つの場合が考えられ、真の原因を特定するためには再度絶縁抵抗の測定を、毎回行わなければならないという不具合があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、外部電極間で確実にサージ放電が生じるコンデンサを、絶縁抵抗の測定を行うことなく選別することができるセラミックコンデンサの選別方法および選別装置を提供することである。

この発明は、セラミック素体と、セラミック素体の外表面上に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、セラミック素体の内部に設けられ、第１外部電極と接合している第１内部電極および第２外部電極と接合している第２内部電極と、を有するセラミックコンデンサの選別方法であって、第１外部電極と第２外部電極との間に、セラミックコンデンサの定格電圧値より大きい略パルス状直流高電圧を印加して、セラミック素体の表面中央部に接触させた表面リーク電流検出端子にて、略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流値を検出し、沿面放電電流値に基づいてセラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を判断してセラミックコンデンサを選別すること、を特徴とする、セラミックコンデンサの選別方法である。

この発明では、セラミック素体の表面中央部に接触させた表面リーク電流検出端子にて、略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流値を検出することにより、セラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を容易かつ確実に判断できる。すなわち、コンデンサの定格に応じて、このコンデンサの定格電圧値より大きい略パルス状直流高電圧を印加することにより、コンデンサの外部で確実にサージ放電が生じるコンデンサ（耐サージ性能において良品であるコンデンサ）である場合には、表面リーク電流検出端子にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値以上となる。一方、コンデンサの外部でサージ放電が生じないコンデンサ（耐サージ性能において不良品であるコンデンサ）である場合には、表面リーク電流検出端子にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値未満となる。従って、表面リーク電流検出端子にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達しているか否かに基づいて、セラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を容易かつ確実に判断できる。

また、この発明は、略パルス状直流高電圧をセラミックコンデンサの一対の外部電極間に印加するパルス供給回路と、セラミックコンデンサのセラミック素体の表面中央部に接触させて、略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流を検出する表面リーク電流検出端子と、表面リーク電流検出端子にて検出した沿面放電電流の電流値を測定する沿面放電電流値測定回路と、沿面放電電流値測定回路で測定した沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達したか否かを判定する判定回路と、判定回路の判定結果に基づいてセラミックコンデンサの選別動作の指示する制御部と、を備えたことを特徴とする、セラミックコンデンサの選別装置である。

この発明によれば、簡素な回路構成の選別装置で、セラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を容易かつ確実に判断できる。

この発明によれば、セラミック素体の表面中央部に接触させた表面リーク電流検出端子にて、略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流値を検出することにより、セラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を容易かつ確実に判断できる。この結果、外部電極間で確実にサージ放電が生じるコンデンサを、絶縁抵抗の測定を行うことなく選別することができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係るセラミックコンデンサの選別装置の一実施形態を説明するための電気ブロック図である。 図１に示した選別装置から供給される略パルス状直流高電圧の波形図である。 本発明に係るセラミックコンデンサの選別方法を説明するための模式図である。

図１は積層セラミックコンデンサの選別装置１を説明するための電気ブロック図である。選別装置１は、概略、パルス供給回路２と、表面リーク電流検出端子２２と、沿面放電電流値測定回路２４と、判定回路２６と、を備えている。さらに、この選別装置１は、コンデンサの静電容量、誘電正接および絶縁抵抗を測定する電気特性選別回路３０も備えている。なお、図１において、符号Ｃは被選別セラミックコンデンサ４０の静電容量成分であり、符号Ｒｃは被選別セラミックコンデンサ４０の外部電極４４−セラミック素体４２表面−外部電極４６（後述）の抵抗成分である。

パルス供給回路２は、パルス状直流高電圧を被選別セラミックコンデンサ４０の一対の外部電極４４，４６間に印加するものである。パルス供給回路２には、直流高圧電源１０を制御して、規定のパルス印加条件でコンデンサ４０にパルス状直流高電圧を印加させるＣＰＵ（制御装置）４が備わっている。ＣＰＵ４と直流高圧電源１０との間には、ＣＰＵ４からの制御信号をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換器６、およびアナログ変換した制御信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）８が電気的に接続されている。さらに、直流高圧電源１０の出力端子と高電圧印加端子２１ａ，２１ｂとの間には、充電用スイッチ１２を介して、充電抵抗１４とエネルギ蓄積コンデンサ１６と放電抵抗１８とで構成されたＴ字形回路、および放電用スイッチ２０が電気的に接続されている。

パルス供給回路２は、充電用スイッチ１２がＯＮ状態で、かつ、放電用スイッチ２０がＯＦＦ状態のときに、エネルギ蓄積コンデンサ１６に直流高電圧を印加し、エネルギ蓄積コンデンサ１６を充電する。エネルギ蓄積コンデンサ１６の充電が十分行われると、充電用スイッチ１２がＯＦＦ状態に、かつ、放電用スイッチ２０がＯＮ状態に切り変わり、図２に示すようなパルス波形を有するパルス状直流高電圧を発生させる。

一方、表面リーク電流検出端子２２は、表面リーク電流検出端子２２にて検出した沿面放電電流の電流値を測定する沿面放電電流値測定回路２４、沿面放電電流値測定回路２４で測定した沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達したか否かを判定する判定回路２６、および、判定回路２６からの制御信号をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換器２８を介して、パルス供給回路２のＣＰＵ４に電気的に接続されている。ＣＰＵ４は、直流高圧電源１０の制御機能と共に、判定回路２６の判定結果に基づいてコンデンサ４０の選別動作を指示する機能も有している。

なお、判定回路２６において予め設定されている所定の電流閾値は、後述の実施例で説明する方法によって得られる「適正な電流閾値」を利用している。このとき、表面リーク電流検出端子２２をセラミック素体４２の上面中央部に接触させると、外部電極４４，４６間の距離と比較して、外部電極４４、４６とリーク電流検出端子２２との間の距離が短くなるため、サージ開始電圧が下がる。そこで、別途、表面リーク電流検出端子２２を用いないでパルス印加試験とその後の絶縁抵抗測定を実施し、そこで得られた結果と同じになるように、電流閾値を設定している。

次に、この選別装置１を用いてコンデンサ４０を選別する方法について説明する。図３に示すように、被選別コンデンサ４０を選別装置１にセットした後、高電圧印加端子２１ａ，２１ｂをそれぞれ、被選別コンデンサ４０の一対の外部電極４４，４６に接触させる。さらに、被選別コンデンサ４０のセラミック素体４２の上面中央部（一対の外部電極４４，４６間の中央部）に表面リーク電流検出端子２２を接触させる。表面リーク電流検出端子２２は先端部が針状になっている。そして、パルス供給回路２に発生したパルス状直流高電圧を、高電圧印加端子２１ａ，２１ｂを介して、被選別コンデンサ４０の一対の外部電極４４，４６に印加する。パルス状直流高電圧はコンデンサ４０の定格電圧値より大きく、印加時間は１０ｎｓ以下である。

パルス状直流高電圧がコンデンサ４０に印加されると、コンデンサ４０のセラミック素体４２表面で発生した沿面放電電流を、表面リーク電流検出端子２２によって検出する。検出された沿面放電電流は、所定の電流閾値に到達したか否かを判定回路２６によって判定される。判定結果は、Ｄ／Ａ変換器２８を介して、パルス供給回路２のＣＰＵ４に送信される。ＣＰＵ４は、所定の電流閾値に到達しなかったコンデンサ４０については、耐サージ性能において不良品（沿面放電が発生しなかったコンデンサ）と判断して、排除動作指令を送信して排除する。一方、所定の電流閾値に到達したコンデンサ４０については、耐サージ性能において良品（沿面放電が発生したコンデンサ）と判断する。

耐サージ性能において良品と判断されたコンデンサ４０は、さらに、電気特性選別回路３０にて静電容量、誘電正接および絶縁抵抗を測定することにより、仮に耐サージ性能選別で良品と判断されながらも、破壊されたコンデンサ４０が生じた場合、これを排除することができる。

以上の選別方法によれば、セラミック素体４２の上面中央部に接触させた表面リーク電流検出端子２２にて、パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流値を検出することにより、コンデンサの外部で確実にサージ放電が生じるコンデンサ（耐サージ性能において良品であるコンデンサ）４０である場合には、表面リーク電流検出端子２２にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値以上となる。一方、コンデンサの外部でサージ放電が生じないコンデンサ（耐サージ性能において不良品であるコンデンサ）４０である場合には、表面リーク電流検出端子２２にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値未満となる。従って、表面リーク電流検出端子２２にて検出される沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達しているか否かに基づいて、セラミックコンデンサ４０の耐サージ性能の良否を容易かつ確実に判断できる。この結果、外部電極４４，４６間で確実にサージ放電が生じるコンデンサ（耐サージ性能において良品であるコンデンサ）４０を、従来の選別方法では必要であった絶縁抵抗の測定を行うことなく選別することができ、耐サージ性能についての全数良否選別が可能となる。

また、表面リーク電流値をモニターすることにより、耐サージ性能に与える設計構造以外の因子（セラミック素体４２の表面状態など）を明確にできる。さらに、この選別装置１による選別を製造工程中に導入することにより、耐サージ性能や耐サージ性能に与える設計構造以外の因子の変化を、迅速かつ感度良く捉えることができる。

なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

図１に示した選別装置１を用いて積層セラミックコンデンサの耐サージ性能良否選別を実施した。耐サージ性能選別の有用性を検証するため、予め電気特性選別（コンデンサの静電容量および絶縁抵抗）を実施して、元々内在しているショート不良などの不良品を除去しているコンデンサを被選別対象とした。このときの絶縁抵抗測定装置は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製、４３４９Ｂ ４チャネル ハイレジスタンスメータを使用し、絶縁抵抗選別条件は、１００Ｖｒｍｓの電圧を５ｓｅｃ印加し、絶縁抵抗が６．５ＭΩ未満のものを不良品とする選別基準を採用した。また、静電容量測定装置は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製、４２６８Ａ ＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲを使用し、静電容量選別条件は、印加電圧が１ｋＶｒｍｓ、測定周波数が１ｋＨｚの条件下で、静電容量が５．５ｐＦ未満のものを不良品とする選別基準を採用した。

コンデンサには、定格電圧が１００Ｖで、２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ×０．８５ｍｍのサイズものを使用し、全て同一ロットのものでる。パルス供給回路２のパルス状直流高電圧は１５ｋＶに設定した。サンプル数は１００００個とした。判定回路２６に予め設定する電流閾値は、３種類のパターンとした。すなわち、パターン（１）は、５．００Ａ未満（不良品Ｉ）と、５．００Ａ以上２０．００Ａ未満（不良品ＩＩ）と、２０．００Ａ以上
（良品）の閾値の設定とした。パターン（２）は、５．００Ａ未満（不良品Ｉ）と、５．００Ａ以上４０．００Ａ未満（不良品ＩＩ）と、４０．００Ａ以上（良品）の閾値の設定とした。パターン（３）は、５．００Ａ未満（不良品Ｉ）と、５．００Ａ以上６０．００Ａ未満（不良品ＩＩ）と、６０．００Ａ以上（良品）の閾値の設定とした。

この３種類のパターンで選別した結果を表１に示す。不良品Ｉのコンデンサの発生数については、３種類のパターンの閾値の設定が同じであるため、パターン間に殆んど差異がない。しかし、不良品ＩＩのコンデンサの発生数については、３種類のパターン間で差異が認められた。

表２は３種類のパターンのそれぞれの、不良品中のショート数および良品中のショート数を示すグラフである。予め電気特性選別（コンデンサの静電容量および絶縁抵抗）を実施して、元々内在しているショート不良などの不良品を除いていることから、これらのショートしたコンデンサは、パルス供給回路２のパルス状直流高電圧を印加したことにより発生したものである。なお、耐サージ性能の良否選別後のコンデンサがショートしているか否かは、前記電気特性選別を同じ条件で再度実施して確認した。

不良品Ｉのコンデンサは全てショートしていた。これら不良品Ｉのコンデンサは沿面放電が生じなかったか、もしくは極めて生じ難かったために、ショートしたと考えられる。パターン（１）の場合、不良品ＩＩのコンデンサのショート数が最も低いが、良品のコンデンサのショート発生率は高かった。これは、判定回路２６の設定電流閾値が低過ぎたた
めに、十分な値の沿面表面電流が流れていなかったにもかかわらず、良品と判定されたと考えられる。一方、パターン（３）の場合、不良品ＩＩのコンデンサのショート数が最も高かったが、不良品ＩＩのコンデンサのショート発生率はパターン（２）の場合とほぼ同
等であった。これは、判定回路２６の設定電流閾値が高過ぎたために、十分な値の沿面表
面電流が流れたにもかかわらず、不良品ＩＩと判定されたと考えられる。そして、パターン（２）の場合、不良品ＩＩのコンデンサは全てショートしており、かつ、良品のコンデンサのショート発生率はゼロであった。このことは、パターン（２）の設定が適正であり、この「適正な電流閾値」を利用すれば、耐サージ性能についての良否判定が可能であることを実証している。

１ 選別装置
２ パルス供給回路
４ ＣＰＵ（制御装置）
２２ 表面リーク電流検出端子
２４ 沿面放電電流値測定回路
２６ 判定回路

Claims (2)

1. セラミック素体と、前記セラミック素体の外表面上に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記セラミック素体の内部に設けられ、前記第１外部電極と接合している第１内部電極および前記第２外部電極と接合している第２内部電極と、を有するセラミックコンデンサの選別方法であって、
   前記第１外部電極と前記第２外部電極との間に、前記セラミックコンデンサの定格電圧値より大きい略パルス状直流高電圧を印加して、前記セラミック素体の表面中央部に接触させた表面リーク電流検出端子にて、前記略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流値を検出し、前記沿面放電電流値に基づいて前記セラミックコンデンサの耐サージ性能の良否を判断して前記セラミックコンデンサを選別すること、を特徴とする、セラミックコンデンサの選別方法。
2. 略パルス状直流高電圧をセラミックコンデンサの一対の外部電極間に印加するパルス供給回路と、
   前記セラミックコンデンサのセラミック素体の表面中央部に接触させて、前記略パルス状直流高電圧を印加したときに発生する沿面放電電流を検出する表面リーク電流検出端子と、
   前記表面リーク電流検出端子にて検出した沿面放電電流の電流値を測定する沿面放電電流値測定回路と、
   前記沿面放電電流値測定回路で測定した沿面放電電流値が、所定の電流閾値に到達したか否かを判定する判定回路と、
   前記判定回路の判定結果に基づいて前記セラミックコンデンサの選別動作の指示する制御部と、
   を備えたことを特徴とする、セラミックコンデンサの選別装置。

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