(57)【要約】【課題】専用検査器を必要とせず、コンデンサ１個当たりに要する検査時間を短縮してＤＣバイアス−容量特性を計測する。【解決手段】計測装置１は、素子接続部４、制限抵抗３、ＤＣバイアス源２、電流測定器５、および演算部６を備える。素子接続部４はセラミックコンデンサ５０が接続される。制限抵抗３は既知の抵抗値であり、セラミックコンデンサ５０に直列に接続される。ＤＣバイアス源２は、制限抵抗３とセラミックコンデンサ５０とからなる直列回路７に既知のＤＣ電圧を印加する。電流測定器５は、直列回路７の電流瞬時値を測定する。演算部６は、電流瞬時値を既知の時間間隔で取得し、電流瞬時値に基づいてセラミックコンデンサ５０の容量瞬時値を導出し、ＤＣ電圧と抵抗値と電流瞬時値とに基づいてセラミックコンデンサ５０に印加される電圧瞬時値を導出し、電圧瞬時値および容量瞬時値によりＤＣ電圧値に対応した被測定素子の容量値を求める。【選択図】図２
2011185884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定素子を接続した既知の抵抗値の直列回路に既知のＤＣ電圧を印加し、前記直列回路の電流瞬時値を、既知の間隔を経た２時点でそれぞれ測定するステップと、
前記抵抗値と前記電流瞬時値とに基づいて前記被測定素子の容量瞬時値を導出するステップと、
前記ＤＣ電圧と前記抵抗値と前記電流瞬時値とに基づいて前記被測定素子に印加される電圧瞬時値を導出するステップと、
前記電圧瞬時値および前記容量瞬時値によりＤＣ電圧値に対応した被測定素子の容量値を求めるステップと、を有するＤＣバイアス−容量特性の計測方法。
【請求項２】
前記ＤＣ電圧値に対応した被測定素子の容量値を求めた後、さらに絶縁抵抗導出用の電流瞬時値を測定するステップと、
前記ＤＣ電圧と前記抵抗値と前記絶縁抵抗導出用の電流瞬時値とに基づいて、前記被測定素子に印加される絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値を導出するステップと、
前記絶縁抵抗導出用の電流瞬時値と前記絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値とに基づいて前記被測定素子の絶縁抵抗を導出するステップと、をさらに有する、請求項１に記載のＤＣバイアス−容量特性の計測方法。
【請求項３】
前記ＤＣ電圧値に対応した被測定素子の容量値を求めた後、さらに絶縁抵抗導出用の電流瞬時値を測定するステップと、
前記絶縁抵抗導出用の電流瞬時値と前記ＤＣ電圧値とに基づいて前記被測定素子の絶縁抵抗を導出するステップと、をさらに有する、請求項１に記載のＤＣバイアス−容量特性の計測方法。
【請求項４】
被測定素子を接続する素子接続部、
前記被測定素子に直列に接続される既知の抵抗値の制限抵抗、
前記制限抵抗と前記被測定素子とからなる直列回路に既知のＤＣ電圧を印加するＤＣバイアス印加回路、
前記直列回路の電流瞬時値を測定する電流検出部、および、
前記電流瞬時値を既知の間隔を経た２時点でそれぞれ取得し、前記電流瞬時値に基づいて前記被測定素子の容量瞬時値を導出し、前記ＤＣ電圧と前記抵抗値と前記電流瞬時値とに基づいて前記被測定素子に印加される電圧瞬時値を導出する演算部、
を備えるＤＣバイアス−容量特性の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＤＣバイアスに応じて変動するキャパシタンスを有する素子に対してＤＣバイアス−容量特性を計測する計測方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体を用いたセラミックコンデンサのようなある種の素子はＤＣバイアスによってキャパシタンスが変動する性質があり、製造時に、ＤＣバイアス−容量特性が全品検査されることがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
図１は、従来のコンデンサに対するＤＣバイアス−容量特性の測定方法を説明する図である。専用検査装置１０１は４つの測定端子Hcur，Hpot，Lcur，Lpotを備える。被測定素子１５０は、専用検査装置１０１の測定端子Hcur，Hpotと測定端子Lcur，Lpotとの間にカップリング用コンデンサ１０２，１０３を介して接続され、ＤＣバイアス印加回路１０４が並列に接続される。ＤＣバイアス印加回路１０４は、被測定素子１５０にＤＣバイアスを印加し、専用検査装置１０１は、ＤＣバイアスに重畳して被測定素子１５０に容量測定用のＡＣ信号を印加し被測定素子１５０の容量を測定する。この測定をＤＣバイアス電圧を変更しながら繰り返し、被測定素子１５０のＤＣバイアス−容量特性が検査される。ＤＣバイアス−容量特性の検査を行うことで、セラミックコンデンサの実効容量、例えば１／２定格電圧での容量値が規格範囲に収まることを保証することが可能になる。
【０００４】
また、コンデンサに要求される特性性能には絶縁抵抗もあり、各コンデンサは、耐圧試験後にコンデンサに所定のＤＣ電圧を印加した状態での漏れ電流が計測され、絶縁抵抗が検査される（例えば、特許文献１参照。）。この絶縁抵抗の検査は、上記ＤＣバイアス−容量特性の専用検査装置とは異なる専用検査器を要する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】インピーダンス測定ハンドブック，２−４−２，ＤＣバイアス（アジレントテクノロジー）
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０２０３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、ＤＣバイアス−容量特性の検査に専用検査器とバイアス印加回路とが必要であった。この専用検査器は高価で検査コスト低減の妨げとなっていた。
【０００８】
また、ＤＣバイアスを印加した直後は、被測定素子１５０の両端の容量変動が収束して安定するまでに時間がかかり、被測定素子１５０の静電容量10μFの場合で１個当たり、1s以上の時間を容量測定に要していた。したがって、多数のコンデンサに対してＤＣバイアス−容量特性を検査すると仕掛かり品が増加するため、多数の専用検査器で並列に検査を行う等の対策が必要となり、やはり検査コスト低減の妨げとなっていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、専用検査器を必要とせず、コンデンサ１個当たりに要する検査時間を短縮してＤＣバイアス−容量特性を計測できる計測方法および計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のＤＣバイアス−容量特性の計測方法は、既知の抵抗値の制限抵抗と被測定素子とを接続した直列回路に既知のＤＣ電圧を印加し、前記直列回路の電流瞬時値、既知の間隔を経た２時点でそれぞれ測定するステップと、前記抵抗値と前記電流瞬時値とに基づいて前記被測定素子の容量瞬時値を導出するステップと、前記ＤＣ電圧と前記抵抗値と前記電流瞬時値とに基づいて前記被測定素子に印加される電圧瞬時値を導出するステップと、前記電圧瞬時値および前記容量瞬時値によりDC電圧値に対応した被測定素子の容量値を求めるステップと、を有する。
【００１１】
この計測方法は、ＤＣ電圧の印加直後に変化する被測定素子の電流瞬時値を測定し、演算等によってＤＣバイアス−容量特性を計測するものであり、専用検査器を用いずにデジタルマルチメータのような汎用の電流測定器と汎用の演算装置とを用いて実施できる。また、ＤＣ電圧の印加直後からリアルタイムにＤＣバイアス−容量特性を導出していくことができ、ＤＣバイアス−容量特性の計測範囲上限電圧に被測定素子の電圧瞬時値が到達する瞬間に、電流瞬時値の測定を終えることができる。したがって従来のように、被測定素子の電圧瞬時値や容量瞬時値の変動が収束するまで待機してから容量測定を開始する必要がなく、被測定素子１個当たりの検査時間を短縮できる。
【００１２】
この発明のＤＣバイアス−容量特性の計測方法は、前記直列回路の電流瞬時値を測定するステップの後、さらに絶縁抵抗導出用の電流瞬時値を測定するステップと、前記ＤＣ電圧と前記抵抗値と前記絶縁抵抗導出用の電流瞬時値とに基づいて、前記被測定素子に印加される絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値を導出するステップと、前記絶縁抵抗導出用の電流瞬時値と前記絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値とに基づいて前記被測定素子の絶縁抵抗を導出するステップ、をさらに有すると好適である。
【００１３】
ＤＣバイアス−容量特性の計測を終了した後に、充電電流が減少して漏れ電流が支配的になるまで待機すると、電流瞬時値と電圧瞬時値とに基づいて絶縁抵抗値を計測できる。従来は、被測定素子の絶縁抵抗の検査とＤＣバイアス−容量特性の検査とは、製造・検査ライン上の異なる場所でそれぞれの専用測定器を用いて実施されていたが、本発明によれば、製造・検査ライン上の同一の場所で汎用の測定器と汎用の演算装置を用いて同時に実施することができ、搬送設備と検査時間の大幅な短縮が可能になる。
【００１４】
この発明のＤＣバイアス−容量特性の計測装置は、素子接続部、制限抵抗、ＤＣバイアス印加回路、電流検出部、および演算部を備える。素子接続部は被測定素子を接続する。制限抵抗は既知の抵抗値であり、被測定素子に直列に接続される。ＤＣバイアス印加回路は、制限抵抗と被測定素子とからなる直列回路に既知のＤＣ電圧を印加する。電流検出部は、前記直列回路の電流瞬時値を測定する。演算部は、電流瞬時値を既知の間隔を経た２時点でそれぞれ取得し、抵抗値と電流瞬時値とに基づいて被測定素子の容量瞬時値を導出し、ＤＣ電圧と抵抗値と電流瞬時値とに基づいて被測定素子に印加される電圧瞬時値を導出する。
【００１５】
この装置は、電流検出部および演算部に汎用の装置を用いることで低コスト化でき、被測定素子のＤＣバイアス−容量特性の検査時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ＤＣ電圧の印加直後に変化する被測定素子の電流瞬時値を測定し、演算等によってＤＣバイアス−容量特性を計測し、専用測定器を用いずにデジタルマルチメータのような汎用の電流計測器と汎用の演算装置とを用いて、被測定素子のＤＣバイアス−容量特性を計測できる。また、ＤＣ電圧の印加直後からリアルタイムにＤＣバイアス−容量特性を導出していくことができ、ＤＣバイアス−容量特性の計測範囲上限電圧に被測定素子の電圧瞬時値が到達する瞬間に、電流瞬時値の測定を終えることができる。したがって従来のように、被測定素子の電圧瞬時値や容量瞬時値の変動が収束するまで待機してから測定を開始する必要がなく、被測定素子１個当たりの測定時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のＤＣバイアス−容量特性の専用検査器の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＤＣバイアス−容量特性の計測装置の構成を説明する図である。
【図３】本実施形態で測定する電流瞬時値と導出する容量瞬時値との時間軸変化を例示する図である。
【図４】本実施形態で導出する容量瞬時値と電圧瞬時値の時間軸変化を例示する図である。
【図５】本実施形態の計測装置と従来の専用検査器とで得られるＤＣバイアス−容量特性を例示する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る絶縁抵抗の導出過程を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る絶縁抵抗の導出フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態に係るＤＣバイアス−容量特性の計測方法および計測装置について説明する。以下の説明では被測定素子としてセラミックコンデンサを用いる例を示すが、被測定素子としてその他のコンデンサや、トランジスタ・ＦＥＴ等の結合容量を持つ素子、ケーブル等の浮遊容量を持つ素子などを用いても良い。
【００１９】
図２は、本実施形態に係るＤＣバイアス−容量特性の計測装置の構成と計測フローとを説明する図である。計測装置１は、ＤＣバイアス源２、制限抵抗３、素子接続部４、電流測定器５、演算部６を備え、セラミックコンデンサの製造・検査ラインにて用いられる。
【００２０】
素子接続部４は、被測定素子であるセラミックコンデンサ５０を接続する。ここではセラミックコンデンサ５０はB特性、定格容量10μFのものとする。制限抵抗３は既知の抵抗値を持つ固定抵抗や、抵抗値を可変できる可変抵抗、時定数を持つ抵抗値のダイオードやバリスタなど、抵抗値を特定可能な構成であり、セラミックコンデンサ５０に直列に接続して直列回路７を構成し、直列回路７における突入電流を制限する。ＤＣバイアス源２は定電圧源または定電流源であり、直列回路７にＤＣ電圧を印加する。電流測定器５は所望の測定精度・コストを満足するデジタルマルチメータや高抵抗測定器、微少電流測定器など汎用品であり、直列回路７に直列に接続されて電流瞬時値を検出する。
【００２１】
演算部６は、計測装置１をＯＮすることで直列回路７に流れ出す電流瞬時値i(t)を極めて短い周期でサンプリングする（Ｓ１）。
ここで電流瞬時値i(t)は、時刻t、制限抵抗３の抵抗値R、ＤＣバイアス源２のＤＣ電圧V、セラミックコンデンサ５０の容量瞬時値C(t)、セラミックコンデンサ５０の両端電圧の瞬時値Vc(t)を用いた次式の関係を満たす。
【００２２】
【数１】
2011185884.tif 000003
【００２３】
ここで、時刻t1と時刻t2が極めて近しい場合に、次式の関係が成り立つと見なす。
【００２４】
【数２】
2011185884.tif 000004
【００２５】
【数３】
2011185884.tif 000005
【００２６】
すると、次式が成り立つ。
【００２７】
【数４】
2011185884.tif 000006
【００２８】
【数５】
2011185884.tif 000007
【００２９】
数式４と数式５の商を取ると次式が成り立つ。
【００３０】
【数６】
2011185884.tif 000008
【００３１】
したがって、次式が成り立つ。
【００３２】
【数７】
2011185884.tif 000009
【００３３】
この関係に基づき演算部６は、極めて短い時間隔（t1〜t2）で電流瞬時値i(t)をサンプリングしつつ、セラミックコンデンサ５０の容量瞬時値C(t)を演算により導出する（Ｓ２）。図３は、電流測定器５で測定する電流瞬時値i(t)と、演算部６で導出する容量瞬時値C(t)との関係を例示する図である。ここでは、時刻0.01秒以降の容量瞬時値C(t)は演算・表示していない。これは、この時刻以降には容量瞬時値C(t)に誘電吸収成分が重畳されて、現実の容量瞬時値から乖離するためである。最終的に必要となる容量瞬時値はＤＣバイアスの印加開始時から0.01秒まであれば十分である。
【００３４】
また、電圧瞬時値Vc(t)は次式の関係を満たす。
【００３５】
【数８】
2011185884.tif 000010
【００３６】
この関係に基づき演算部６は、電流瞬時値i(t)をサンプリングしつつ、セラミックコンデンサ５０両端の電圧瞬時値Vc(t)を演算により導出する（Ｓ３）。図４は、前述の容量瞬時値C(t)と、演算部６で導出する電圧瞬時値Vc(t)との関係を例示する図である。
【００３７】
そして演算部６は、容量瞬時値C(t)を電圧瞬時値Vc(t)の変化軸上にリサンプリングしてセラミックコンデンサ５０のＤＣバイアス−容量特性を導出し、メモリ等に対応関係を記録する（Ｓ４→Ｓ５）。ここでは、セラミックコンデンサ５０の１／２定格電圧での容量瞬時値C(t)を記録して、規格適合の判定を行うと好適である。リサンプリングの方法としては、電圧瞬時値Vc(t)が特定の離散値となるタイミングで容量瞬時値C(t)を記録したり、サンプリングの度に電圧瞬時値Vc(t)と容量瞬時値C(t)とを記録したりしてもよい。図５は、演算部６が導出するセラミックコンデンサ５０のＤＣバイアス−容量特性を例示する図であり、実施例として演算部６が導出するＤＣバイアス−容量特性を、比較例として従来の専用検査器を用いて測定したＤＣバイアス−容量特性を表示している。図示するように、実施例で導出するＤＣバイアス−容量特性は、比較例で測定するＤＣバイアス−容量特性と近似する曲線を描き、実施例でもある程度の精度でＤＣバイアス−容量特性を導出できることがわかる。
【００３８】
なお、上述の数式１〜８では、ＤＣバイアス源２のＤＣ電圧V、および制限抵抗３の抵抗値Rを一定としたが、電圧Vや抵抗値Rが一定になる前に変動してもよく、一定になる時刻をスタート時刻として電圧Vの初期値および抵抗値Rの初期値を取れば、上述の数式１〜８は成立する。また、電圧Vや抵抗値Rが時間軸上で変動する場合でも、演算の瞬間において電圧Vや抵抗値Rが既知となり、サンプリング周期が十分に短ければ、やはり上述の数式１〜８は成立する。例えば、制限抵抗としてダイオードを用いても、ダイオードの電流−電圧特性が既知であれば、電流瞬時値を用いて電圧Vを特定でき、抵抗値Rを既知として取り扱える。
【００３９】
上記演算部６での演算を汎用の演算装置でのプログラム処理とし、汎用の電流測定器を用いれば、ＤＣバイアス−容量特性を検査する専用装置が不要となり、計測装置１を低コストに構成でき好適である。また、ＤＣバイアスの印加直後により変動する被測定素子の容量瞬時値と電圧瞬時値とを電流瞬時値から導出するため、容量や電圧が安定する前の電流瞬時値の測定に同期してＤＣバイアス−容量特性の導出を進めることができ、検査時間を短縮できる。
【００４０】
なお、第１の実施形態では、ＤＣバイアス−容量特性を時間隔（ｔ１〜ｔ２）のサンプリングデータを取得することにより導出したが、本発明におけるＤＣバイアス−容量特性を求めるには必ずしも時間隔（ｔ１〜ｔ２）のサンプリングデータを全て取得する必要はない。予め時間ｔ１、ｔ２を定めておいて、その２時点の測定値をもとに容量瞬時値Ｃ（ｔ）、電流瞬時値ｉ（ｔ）、電圧瞬時値ｖ（ｔ）を求めてもよいし、また、電流値ｉ（ｔ）をモニタしておいて所定の電流値ｉ１となったときの測定値をもとに求めても良い。
【００４１】
予め時間ｔ１、ｔ２を決めておく方法は、被測定素子の特性バラツキが比較的小さい場合に適用できる。平均的な特性の被測定素子を用意し、予め、本実施例の測定方法を用いて測定し、電圧瞬時値Ｖｃ（ｔ）の値がバイアス特性を測定したい電圧と一致するように時間ｔ１、ｔ２を定める。上記で定めた時間ｔ１、ｔ２における電流瞬時値ｉ（ｔ１）、ｉ（ｔ２）のみを測定し、数式７、数式８を用ることにより、容量瞬時値Ｃ（ｔ）、電圧瞬時値Ｖｃ（ｔ）を求めることが出来る。この容量瞬時値Ｃ（ｔ）、電圧瞬時値Ｖｃ（ｔ）にそれぞれ良品範囲を設けることで、被測定素子を特性選別することができる。もちろん、予め数式７、数式８から逆算しておくことで、ｉ（ｔ１）、ｉ（ｔ２）、ｉ（ｔ１）／ｉ（ｔ２）に良品範囲を設けて特性選別してもよい。
【００４２】
また、電流値ｉ（ｔ）をモニタしておく方法は、数式８から逆算し、予め、電圧瞬時値Ｖｃ（ｔ）の値がバイアス特性を測定したい電圧と一致するように電流値ｉ（ｔ）を定める。この際の電流値ｉ（ｔ）をｉ（ｔ１）と置く。このケースでは時間ｔ１を特定する必要はなく、電流値ｉ（ｔ）の測定値のみモニタし、電流値ｉ＝ｉ（ｔ１）となった瞬間を検出する。ここから所定時間経過した後の電流値ｉ（ｔ）を測定し、ｉ（ｔ２）と置く。このとき、経過した所定時間をｔ２−ｔ１として設定する必要はあるが、ｔ２の絶対値を特定する必要はない。設定値のｔ２−ｔ１、ｉ（ｔ１）および測定値のｉ（ｔ２）から、数式７を用いてＣ（ｔ）を求めることが出来る。もちろん、予め数式７から逆算しておくことで、ｉ（ｔ２）のみでも良品範囲を設けて特性選別できる。
【００４３】
以下、本発明の第２の実施形態に係るＤＣバイアス−容量特性の計測方法および計測装置について説明する。
【００４４】
本実施形態では、セラミックコンデンサの製造・検査ラインにて、ＤＣバイアス−容量特性の計測と絶縁抵抗の計測を実施する。ＤＣバイアス−容量特性の計測は第１の実施形態と同様の方法・装置にて実施し、同装置にてそのまま絶縁抵抗の検査を実施する。
【００４５】
図６は、本実施形態に係る絶縁抵抗の導出過程を説明する図であり、ＤＣバイアス−容量特性の計測と絶縁抵抗の検査を実施するタイミングを示している。
【００４６】
絶縁抵抗の検査では、セラミックコンデンサにＤＣ電圧を印加して規定時間後の抵抗値を計測し、閾値と比較して良否の判別を行う。ＤＣバイアス−容量特性は充電期間中に電流測定を行って導出し、絶縁抵抗は充電期間後の所定時刻の電流値と電圧値とに基づいて導出する。
【００４７】
図７は、本実施形態に係る絶縁抵抗の導出フローを示すフローチャートである。
【００４８】
具体的には、第1の実施形態と同様にしてＤＣ電圧値に対応した被測定素子の容量値を求め（Ｓ１１）、その後、絶縁抵抗を導出するために絶縁抵抗導出用の電流瞬時値を測定する（Ｓ１２）。次に、印加したＤＣ電圧と制限抵抗３の抵抗値と絶縁抵抗導出用の電流瞬時値とに基づいてセラミックコンデンサに印加される電圧瞬時値（以下、絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値と呼ぶ）を導出する（Ｓ１３）。そして、絶縁抵抗導出用の電流瞬時値と絶縁抵抗導出用の電圧瞬時値とに基づいてセラミックコンデンサの絶縁抵抗を導出する（Ｓ１４）。なお、上記実施例では電圧瞬時値を用いたが、数１０ｍｓ前後の電圧印加時間では電圧瞬時値は印加電圧値とほぼ等しいので、印加電圧値と電流瞬時値を用いて絶縁抵抗を導出してもよい。
【００４９】
このように、絶縁抵抗の検査とＤＣバイアス−容量特性の計測を同装置で同期して行えば、専用検査器の間を搬送する従来の搬送設備が必要なく、設備コストの低減と検査時間の短縮とを進展させられる
上述した各実施形態での計測方法や計測装置の構成は仕様に応じたものであり、本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、本発明の範囲には特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１…計測装置
２…ＤＣバイアス源
３…制限抵抗
４…素子接続部
５…電流測定器
６…演算部
７…直列回路
５０…セラミックコンデンサ
【図１】
2011185884.tif 000011
【図２】
2011185884.tif 000012
【図３】
2011185884.tif 000013
【図４】
2011185884.tif 000014
【図５】
2011185884.tif 000015
【図６】
2011185884.tif 000016
【図７】
2011185884.tif 000017