用于多层陶瓷电容器测试的多点、多参数数据采集

摘要

一种用于测试例如多层陶瓷电容器等至少一个部件的方法，其包括：在一段预定时期内相对于编程电压对至少一个部件进行充电、保持和/或放电，且在待测试的每一部件被充电、保持和放电时周期性地测量对应于所述每一部件的质量的至少一个值。所述至少一个值可选自由以下各项组成的群组：电压值、电流值、泄漏电流值、电容值、耗散因数值和其任何组合。可根据在相对于所述编程电压对每一部件进行充电、保持和放电时所收集到的所述周期性测量的值来对曲线进行数字化。

说明书

技术领域

本发明涉及多层陶瓷电容器测试期间的数据采集，且具体来说，涉及多层陶瓷电容器测试期间的多点、多参数数据采集。

背景技术

多层陶瓷电容器制造商使用测试系统以在将产品出售给客户之前确定大量产品的质量。测试系统执行若干测试，其提供关于电容、耗散因数和绝缘电阻的数据。所述数据接着可用于根据容限将部件分类，且找出存在缺陷的那些部件。

按序列执行测试。所述序列将依据个别制造商的要求而变化。举例来说，可使用以下序列。参看图1和图2，部件可首先在使用电容计的一个台处经受电容和耗散因数的测量。参看图1，说明正被测试电容器上的电压对时间的理论曲线图，其中在t₀处，部件处于零伏特。在t₁处，部件开始充电。在t₂处，部件已达到编程值。在t₃处，所有测量均完成，且部件可开始放电。在t₄处，将部件放电到零伏特。现在参看图2，说明穿过正被测试的电容器的电流对时间的理论曲线图，其中在t₀处，部件处于零伏特，且因此没有电流流过部件。在t₁处，部件开始充电。使用恒定电流源将部件充电。在t₂处，部件被充电到不再接受电流。此图表假定理想的电容器且忽略例如泄漏电流和介电吸收等寄生现象。在t₃处，部件开始放电，因此电流在反方向上流动，直到部件在t₄处达到零伏特。部件可接着移动到另一台，其中可通过可编程电压和电流源将部件充电到编程电压。可接着将部件保持在编程电压并持续某一段时期，称作“浸泡时间(soak time)”。此段时期后，可通过高电阻计执行绝缘电阻测量。此测量返回以电流或电阻为单位的单一值。所测量的电流是当施加电压V时穿过电容器的泄漏电流，且通过V除以泄漏电流而计算出电阻R，其中V为输入参数。现在参看图3，说明穿过正被测试的电容器的泄漏电流对时间的理论曲线图。在t₀处，部件处于零伏特，因此不可能有任何电流流动。在t₁处，部件开始充电。泄漏电流值通常在微微安培到微安培的范围中，因此，此测量必定非常灵敏。因此，在充电周期期间，电流(毫安培)大于测量范围，因此输出达到最大值。在t₂处，继续向被测试的电容器施加电压。因为电介质变得越来越极化，所以泄漏电流将开始减小。这部分归因于被称为介电吸收的效应，且所述效应的量值将根据不同的电介质而变化。如果时间轴延长到若干分钟或小时，则此曲线将继续呈指数方式减小，直到其达到标称值。在t₂与t₃之间的某点处，执行绝缘电阻或泄漏电流测量。这取得泄漏电流在那个时间处的快照。一旦在t₃处完成该测试，就将部件放电。再次，高放电电流将致使所感知的泄漏在另一方向上处于最大。在t₄处，部件返回到零伏特。一旦完成此测量，就可将部件放电，且准备基于收集到的值进行分类或准备重复测试。

随着陶瓷电容器变得更小且电容变得更高，介电和寄生元件的效应变得更加显著且更加复杂。理想上，将观察电容器的电特性并持续较长时期，以使寄生现象的效应最小化。然而，从制造角度来看这是不可行的，因为测试数百万装置将花费非常长的时间。因此，业界仅依赖于对此时间的短暂快照以确定部件的状态。保证数据的准确度和可靠性是关键的，因为其直接影响客户的产量和所交付产品的质量。

用于测量穿过电容器的泄漏电流的业界标准是使用安捷伦(Agilent)4349B高电阻计与可编程电压和电流源的组合。安捷伦4349B是高精度仪器，其使用积分电流到电压转换器，以及10、30、100和400毫秒的可选择积分时间。使用较长的积分时间提供较高的信噪比，当测量极小的电流时，这是有用的。在完成此积分周期后，所述高电阻计的输出是单一电流读数。因此，用户依赖于一个测量值来确定给定电容器是否合格。用户可在另一台处重复此测试以获得更多数据，但这样做增加了机器成本和复杂性。用户通常想要尽可能准确的测量值，且希望使用可能的最长的积分时间以使信噪比最大化。然而，用户必须考虑用户进行此测量可承受的时间量对测量的准确度。电压源和电流源可为任何可编程的计算机控制的装置，例如电子科学工业(Electro Scientific Industries)的54XX电源。将此装置与安捷伦测量装置同步，因为启动充电与开始测量之间的时序必须受到非常良好的控制。

发明内容

一种用于测试至少一个多层陶瓷电容器部件的方法包括：(例如)将所述至少一个部件充电到编程电压并持续一段预定时期；以及在所述至少一个部件被充电时，周期性地测量所述至少一个部件的电压值和电流值。一种用于测试至少一个多层陶瓷电容器部件的方法可包括：在一段预定时期内将至少一个部件从编程电压放电；以及在所述至少一个部件被放电时，周期性地测量所述至少一个部件的电压值和电流值。一种用于测试至少一个多层陶瓷电容器部件的方法可包括：保持所述至少一个部件上的编程电压并持续一段预定时期；以及当在所述至少一个部件上保持所述编程电压时，周期性地测量所述至少一个部件的电压值和泄漏电流值。

当结合附图阅读以下描述时，所属领域的技术人员将明白本发明的此应用和其它应用的细节。

附图说明

本文中的描述参考附图，附图中，在所有若干视图中，相同的参考标号是指相同的部件，且其中：

图1是正被测试的电容器上的电压对时间的理论曲线图；

图2是穿过正被测试的电容器的电流对时间的理论曲线图；

图3是说明对穿过正被测试的电容器的泄漏电流的测试的单一样本点的泄漏电流对时间的理论曲线图；

图4是根据本发明的一实施例正被测试的电容器上的电压对时间的曲线图，其中使用多个样本点来数字化波形；

图5是根据本发明的一实施例穿过正被测试的电容器的电流对时间的曲线图，其中使用多个样本点来数字化波形；以及

图6是根据本发明的一实施例穿过正被测试的电容器的泄漏电流对时间的曲线图，其中使用多个样本点来数字化波形。

具体实施方式

现在参看图4到图6，业界依赖于在较短时期期间收集的数据来确定部件是否为满意的或有缺陷的。本发明寻求使可在此时间期间搜集的信息最大化，以作出更有根据和准确的确定。术语“绝缘电阻测量”被更适当地描述为泄漏电流的测量，因为绝缘电阻等于所施加的电压除以泄漏电流。不再在将电容器充电后的某一时间点处取得一个电压、电流和/或泄漏电流值读数，而是在将部件充电、保持和放电期间，可多次地、周期性地取得这些测量值。这允许电压、电流和泄漏电流曲线的完全数字化，如图4到图6中所说明。

可如图4中针对电压对时间的曲线、图5中针对电流对时间的曲线及图6中针对泄漏电流对时间的曲线所示将这些曲线完全数字化。部件可在使用电容计的一个台处经受电容和耗散因数测量。参看图4，其说明根据本发明的一实施例正被测试的电容器上的电压对时间的曲线图，其中使用多个样本点来将波形数字化，其中在t₀处，部件处于零伏特。在t₁处，部件开始充电。在t₂处，部件已达到编程值。在t₃处，充电完成，且部件可开始放电。在t₄处，将部件放电到零伏特。在测试的每一阶段(即，充电、保持编程值和放电)期间，进行周期性的测量以将电压对时间的曲线数字化。

现在参看图5，说明根据本发明的一实施例穿过正被测试的电容器的电流对时间的曲线图，其中使用多个样本点来将波形数字化，其中在t₀处，部件处于零伏特，且因此没有电流流过部件。在t₁处，部件开始充电。使用恒定电流源将部件充电。在t₂处，部件被充电到不再接受电流。此图表假定理想的电容器且忽略例如泄漏电流和介电吸收等寄生现象。在t₃处，部件开始放电，因此电流在反方向上流动，直到部件在t₄处达到零伏特。在测试的每一阶段(即，充电、保持编程值和放电)期间，进行周期性的测量以将电压对时间的曲线数字化。此数据可与电压波形对时间的数字化曲线和/或泄漏电流波形的数字化曲线加以组合，且被保存到一文件以供进一步处理。工程师可使用所述数据来更好地了解电容器、过程和故障模式。所述数据还可用于使测试优化，此接着可导致处理量的增加，且如果可缩短测试或可完全跳过测试，则甚至导致机器成本的降低。

为增加数字化波形中任一者(即，电压对时间(图4)、电流对时间(图5)和/或泄漏电流对时间(图6))的准确度，可在硬件和/或软件中采用过取样、平均化和数字滤波。过取样在减少测量中的白噪声的效应方面是有用的。本质上，每一数据点随后将为许多样本的平均值，而不是一个输入值。数字滤波可用于移除可干扰数据的非所要频率。优于现有方法的主要优点在于，可分析多个绝缘电阻数据点，而不是安捷伦4349B计提供的单一绝缘电阻数据读数。因为业界使用“预测性”方法来测试电容器以便节省时间并增加处理量，所以通过分析线来作出确定好于通过分析单一点来作出确定。

本发明还可允许采集两个其它参数：电容器电压和电容器电流。电容器电流不同于泄漏电流，因为其意在测量充电和放电电流，所述充电和放电电流大得多(毫安培)。这些参数当前未用于业界中，因为未在所使用的装备上提供该能力。因此，未确切地知道可从电压和电流曲线提取何种信息。然而，能够采集所述数据并对其进行处理作为研究工具将非常有用，以帮助识别曲线中所存在的信息。将这些参数与泄漏电流测量值进行组合将向用户提供更多信息以用于验证正被测试的电容器、过程，且还帮助确定故障模式。

现在参看图6，说明根据本发明的一实施例穿过正被测试的电容器的泄漏电流对时间的曲线图，其中使用多个样本点来将波形数字化。在t₀处，部件处于零伏特，因此不可能有任何电流流动。在t₁处，部件开始充电。泄漏电流值通常在微微安培到微安培的范围中，因此，此测量必定非常灵敏。因此，在充电周期期间，电流(毫安培)大于测量范围，因此输出达到最大值。在t₂处，继续向被测试的电容器施加电压。因为电介质变得越来越极化，所以泄漏电流将开始减小。这部分归因于被称为介电吸收的效应，且所述效应的量值将随着不同的电介质而变化。假如时间轴延长到若干分钟或小时，则此曲线将会继续以指数方式减小，直到其达到标称值。在t₀与t₄之间的周期性时间点处，执行绝缘电阻或泄漏电流测量。这取得对应于那个时期期间的泄漏电流的波形的曲线图。一旦在t₄处完成该测试，就将部件放电。再次，高放电电流将致使所感知的泄漏在另一方向上处于最大。在t₄处，部件返回到零伏特。可不数字化整个波形，但可以这么做。作为替代，可将波形中泄漏电流受到关注的一部分数字化，以产生一曲线而非单一点。具有若干个点允许用户产生趋势线，且能够寻找数据中的模式。

虽然已结合目前被视为最实用和优选的实施例描述了本发明，但应了解，本发明并不限于所揭示的实施例，而是相反，本发明希望涵盖所附权利要求书的范围内所包括的各种修改和等效布置，将赋予此范围最广泛的诠释以涵盖法律所许可的所有此类修改和等效结构。