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Title:
CAPACITOR INSPECTION APPARATUS AND INSPECTION METHOD USING THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/101801
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a capacitor inspection apparatus, which is to be connected to configure a four-terminal network at a signal inputting section and a signal outputting section where signals are inputted and outputted through a coaxial cable to which two terminals of a microstrip line (4) and a ground (5) are connected between an input port and an output port of a network analyzer. The capacitor inspection apparatus has pin-like measuring terminals (7) for inputting and outputting the signals to and from the microstrip line (4) and the ground (5) by abutting to each of the four terminals (46a, 47a) arranged on a lower surface of a capacitor (2). Thus, impedance can be accurately measured in an extremely short time.

Inventors:
KURITA, Junichi (())
栗田淳一 (())
KAWAHITO, Kazuo (())
川人一雄 (())
Application Number:
JP2009/000547
Publication Date:
August 20, 2009
Filing Date:
February 12, 2009
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORPORATION (1006, Oaza Kadoma Kadoma-sh, Osaka 01, 57185, JP)
パナソニック株式会社 (〒01 大阪府門真市大字門真1006番地 Osaka, 57185, JP)
KURITA, Junichi (())
栗田淳一 (())
KAWAHITO, Kazuo (())
International Classes:
H01G13/00; G01R27/02
Attorney, Agent or Firm:
IWAHASHI, Fumio et al. (1006 Oaza Kadoma,Kadoma-sh, Osaka 01, 57185, JP)
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Claims:
実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する2箇所に露呈する4つの端子を備えた4端子構造のチップ形固体電解コンデンサの電気特性を検査する検査装置であって、信号ラインとしてのマイクロストリップラインとグランドを形成した基板と、前記基板上に被検査体となるコンデンサを載置して位置決め保持する測定部と、ネットワークアナライザからの信号を前記ネットワークアナライザの入力ポートおよび出力ポートとの間でマイクロストリップラインとグランドの2端子が接続される同軸ケーブルを経由して入出力する信号入力部および信号出力部とからなり、前記信号入力部および前記信号出力部で4端子回路網を構成するように接続され、前記測定部内の前記マイクロストリップラインおよび前記グランドに前記コンデンサの下面に設けられた前記4つの端子と夫々当接して信号を入出力するためのピン状の測定端子を植設したコンデンサの検査装置。
前記測定端子の前記コンデンサの端子との当接部を円錐状にした請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記測定端子が、前記コンデンサの各端子に対して2本以上植設したものである請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記測定部の前記基板上に、前記被検査体となるコンデンサを載置して位置決め保持するガイド板を配設した請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記測定部の前記基板上に載置された前記被検査体となるコンデンサを、前記基板に押し付けるように付勢する加圧部を設けた請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記測定部の前記基板上に前記被検査体となるコンデンサを搬入して載置し、または、前記被検査体となるコンデンサを前記基板上から取り出しを行う供給部を設けた請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記ネットワークアナライザから信号を付加した際に、前記ネットワークアナライザの前記入力ポートおよび前記出力ポートへの入射波と反射波の比により算出されるSパラメータを用いて演算を行って前記被検査体であるコンデンサのインピーダンスまたはインピーダンスに関連した情報を算出する演算部を設けた請求項1に記載のコンデンサの検査装置。
前記演算部により算出されたインピーダンスまたはインピーダンスに関連した情報を表示する表示部を設けた請求項7に記載のコンデンサの検査装置。
前記演算部により算出されたインピーダンス、または前記演算部により算出されたインピーダンスに関連した情報に基づいて前記加圧部または前記供給部の制御を行う制御部を設けた請求項7に記載のコンデンサの検査装置。
前記演算部により算出されたインピーダンス、または前記演算部により算出されたインピーダンスに関連した情報を記録する記録部を設け、前記記録部での統計を元に、前記被検査体であるコンデンサの検査および特性等の管理を制御部で行う請求項9に記載のコンデンサの検査装置。
ネットワークアナライザに接続されて4端子回路網を構成するように形成された基板に信号ラインとしてのマイクロストリップラインとグランドを形成し、前記マイクロストリップラインと前記グランドにピン状の測定端子を植設し、前記マイクロストリップラインの前記測定端子に被検査体であるコンデンサの第1の端子を接続し、前記グランドの前記測定端子に前記コンデンサの第2の端子を接続することにより、前記コンデンサを前記マイクロストリップラインとグランド間に接続してインピーダンスを測定するコンデンサの検査方法。
Description:
コンデンサの検査装置およびこ を用いた検査方法

 本発明は各種電子機器に使用されるコン ンサの中で、特に、実装面となる下面に陽 端子と陰極端子が夫々対向する2箇所に露呈 するように構成された4端子構造のチップ形 体電解コンデンサの等価直列インダクタン 等の諸特性を検査するのに適した、コンデ サの検査装置およびこれを用いた検査方法 関するものである。

 電子機器の高周波化に伴って電子部品の つであるコンデンサにも従来よりも高周波 域でのインピーダンス特性に優れたコンデ サが求められてきている。このような要求 応えるために電気伝導度の高い導電性高分 を固体電解質に用いた固体電解コンデンサ 種々検討されている。

 また、近年、パーソナルコンピュータのC PU周り等に使用される固体電解コンデンサに 小型大容量化が強く望まれている。更に、 周波化に対応して低ESR(等価直列抵抗)化の ならず、ノイズ除去や過渡応答性に優れた 低ESL(等価直列インダクタンス)化が強く要求 されている。このような要求に応えるために 種々の検討がなされている。

 図10A~図10Eはこの種の固体電解コンデンサ の中で、下面に端子を配置することにより面 実装対応とした、4端子構造のチップ形固体 解コンデンサの構成を示した平面断面図と 面断面図と側面断面図と底面断面図と底面 である。

 図10A~図10Eにおいて、コンデンサ素子40は 表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成 れた弁作用金属からなる陽極体の所定の位 に図示しない絶縁部を設けて陽極電極部41 陰極形成部(図示せず)に分離されている。こ の陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性 高分子からなる固体電解質層、カーボン層と 銀ペースト層からなる陰極層(全て図示せず) 順次積層形成することにより陰極電極部42 形成されている。

 素子積層体43は、上記コンデンサ素子40を 複数枚積層して構成される。素子積層体43は ンデンサ素子40の陽極電極部41が交互に相反 する方向に配設されるように複数枚を積層す ることにより構成されたものである。

 陽極コムフレーム44は、素子積層体43の陽 極電極部41を一体に接合して構成される。陰 コムフレーム45は、同じく素子積層体43の陰 極電極部42を一体に接合して構成される。

 陽極端子46は、陽極コムフレーム44が上面 に接合されている。陽極端子46には幅方向の 端を折り曲げることにより形成された段部4 6bが設けられている。段部46bを除く中央部分 実装時の陽極端子部46aとなる。陽極端子46 一部を上面視、後述する外装樹脂から突出 るように延長し、この延長部分を外装樹脂 側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部46 cが形成されている。

 陰極端子47は陰極コムフレーム45が上面に 接合されている。陰極端子47は幅方向の中央 に薄肉部47bが設けられている。薄肉部47bを く両端部分が実装時の陰極端子部47aとなる 陰極端子47の一部を上面視、後述する外装 脂から突出するように延長し、この延長部 を外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げ 折り曲げ部47cが形成されている。

 絶縁性の外装樹脂48は、素子積層体43、陽 極コムフレーム44、陰極コムフレーム45、陽 端子46、陰極端子47を一体に被覆している。 極端子46に設けた段部46b、陰極端子47に設け た薄肉部47bもこの外装樹脂48により一体に被 されている。チップ形固体電解コンデンサ 実装面となる下面は陽極端子部46aと陰極端 部47aが夫々対向する2箇所に露呈した4端子 造を構成している。

 このように構成されたチップ形固体電解 ンデンサは、実装面となる下面に陽極端子 46aと陰極端子部47aが夫々対向する2箇所に露 呈した4端子構造である。したがって、各端 間に流れる電流によって発生する磁束をお いに打ち消し合い、ESLを大きく低減するこ ができる。更に各端子間距離を可能な限り 付けて電流のループ面積を小さくすること より、更なる低ESL化を図ることが可能にな (特許文献1)。

 そして、このように構成されたチップ形 体電解コンデンサは、特に高周波領域にお る低いインピーダンス特性が要求される電 回路やデジタル回路等の用途に使用される そのため、より精度の高いインピーダンス 定を行うことを目的として、以下のような 定装置を用いてインピーダンスを測定する とが提案されている。

 図11はこのような従来の固体電解コンデ サのインピーダンス測定装置を示した概念 である。図11において、点線で囲まれた部分 は簡易的に示したインピーダンス測定器50で る。インピーダンス測定器50は、交流電源51 、電流制限抵抗52、電流検出器53、および電 検出器55で構成される。電流検出器53は、コ デンサ54に流れる電流を検出する。電圧検 器55は、電流端子56、57と電圧端子58、59を備 ている。

 電流接触子60、61を被測定物であるコンデ ンサ54の電極端子に接触させてインピーダン を測定する。また、電圧接触子62、63をコン デンサ54の電極に接触させてインピーダンス 測定する。さらに、電流接触子60と他端64と の間に抵抗体65が接続されている。電圧接触 62と他端66の間にも抵抗体67が接続されてい 。またさらに、他端64と他端66の間に検出抵 抗68が接続されている。

 もう一方の電流接触子61と電圧接触子63も 同じように、電流接触子61と他端69との間に 抗体70が接続されている。電圧接触子63と他 71の間にも抵抗体72が接続されている。他端 69と他端71の間に検出抵抗73が接続されている 。検出抵抗68および73は測定接触子の接触抵 よりも十分大きな値(10ω~100ω)のものを使用 ることが好ましいが、検出抵抗が無くても わない。

 図12は図11のインピーダンス測定装置の電 気等価回路図であり、図中の点線で囲まれた 部分は簡易的に示したインピーダンス測定器 50である。コンデンサ54には、静電容量54aと 価直列抵抗54bが存在する。また、電流接触 60と他端64の間には、抵抗体65を介して固有 抗65aと誘導成分74が存在する。同様に電流接 触子61と他端69の間に抵抗体70を介して固有抵 抗70aと誘導成分75が存在する。更に、電圧接 子62と他端66の間に抵抗体67を介して固有抵 67aと誘導成分76が存在する。電圧接触子63と 他端71の間に抵抗体72を介して固有抵抗72aと 導成分77が存在する。

 この状態でのコンデンサ54のインピーダ ス測定は、次のように行う。まず、コンデ サ54を配置しない状態でオープン補正および ショート補正を行う。その後、コンデンサ54 両端の電極端子に電流接触子60および61と電 圧接触子62および63を接触させる。これによ 、電流接触子60、61に電流が流れてコンデン 54の両端に電圧が発生したのを、電圧接触 62、63で検出する。このときの電流(I)と電圧( V)を、電圧検出器55および電流検出器53で検出 して、インピーダンスをZ=V/Iの計算式から算 することにより求められる。

 ここでは、電流接触子60、61と電圧接触子 62、63はコンデンサ54の電極端子に接触されて いる。そのため、それぞれの測定接触子に存 在する固有抵抗65a、70a、67a、72aおよび誘導成 分74、75、76、77は補正されて電気等価回路上0 (ゼロ)となり、何ら問題なく正確にインピー ンスを測定することができる(特許文献2)。

 しかしながら上記従来の固体電解コンデン のインピーダンス測定装置では、オンライ 上で被測定物であるコンデンサ54のインピ ダンスを極めて短時間で測定することを目 としたものである。そのために、この測定 果を利用してコンデンサのESLを求めること 可能であるものの、その測定精度が悪く、 いESLが要望される固体電解コンデンサの測 を行うためには精度の高い検査装置が必要 あるという課題があった。

特開2007-5760号公報

特開2001-35759号公報

 本発明は、このような従来の課題を解決 、チップ形固体電解コンデンサのESL特性を めて短時間で、かつ、精度良く測定するこ ができるコンデンサの検査装置およびこれ 用いた検査方法を提供するものである。

 本発明は、実装面となる下面に陽極端子 陰極端子が夫々対向する2箇所に露呈する4 の端子を備えた4端子構造のチップ形固体電 コンデンサの電気特性を検査する検査装置 ある。検査装置は、信号ラインとしてのマ クロストリップラインとグランドを形成し 基板と、基板上に被検査体となるコンデン を載置して位置決め保持する測定部と、ネ トワークアナライザからの信号をネットワ クアナライザの入力ポートおよび出力ポー との間でマイクロストリップラインとグラ ドの2端子が接続される同軸ケーブルを経由 して入出力する信号入力部および信号出力部 とからなり、信号入力部および信号出力部で 4端子回路網を構成するように接続される。 査装置は、さらに、測定部内の前記マイク ストリップラインおよびグランドにコンデ サの下面に設けられた4つの端子と夫々当接 て信号を入出力するためのピン状の測定端 を植設した構成を有する。

 かかる構成により、本発明は、簡単な構 で不要な抵抗等のインピーダンスが発生す ことがなく、極めて短時間で、かつ、精度 くチップ形固体電解コンデンサのESLを測定 ることができる。

図1は、本発明の一実施の形態によるコ ンデンサの検査装置の構成を示す概念図であ る。 図2Aは、同検査装置の測定部を示す分 斜視図である。 図2Bは、同検査装置の外観斜視図であ 。 図2Cは、コンデンサを載置した同検査 置を示す外観斜視図である。 図3Aは、同検査装置の測定部を構成す 基板を示す斜視図である。 図3Bは、同検査装置の測定部を構成す 基板を示す平面図である。 図3Cは、同検査装置の測定部を構成す 基板を示す裏面図である。 図4は、同検査装置の検査方法を示す回 路図である。 図5は、同実施の形態においてコンデン サのESLを測定する原理を模式的に示す回路図 である。 図6は、同実施の形態においてコンデン サを基板上に実装した状態を示す平面図であ る。 図7は、同実施の形態におけるコンデン サの仮定等価回路図である。 図8は、同実施の形態におけるコンデン サのインピーダンス特性を示した特性図であ る。 図9は、同実施の形態におけるコンデン サのESL特性を示した特性図である。 図10Aは、従来のチップ形固体電解コ デンサを示す平面断面図である。 図10Bは、同正面断面図である。 図10Cは、同側面断面図である。 図10Dは、同底面断面図である。 図10Eは、同底面図である。 図11は、従来の固体電解コンデンサの 定装置の構成を示す概念図である。 図12は、図11に示す測定装置の電気等 回路図である。

符号の説明

 1  測定部
 2  コンデンサ
 3  基板
 4  マイクロストリップライン
 5  グランド
 6  絶縁部
 7  測定端子
 8  ガイド板
 9  固定台
 10  入力側同軸コネクタ
 11  出力側同軸コネクタ
 12  ネットワークアナライザ
 12a  第1ポート
 12b  第2ポート
 13  第1ポート側同軸ケーブル
 14  第2ポート側同軸ケーブル
 15  パソコン
 16  制御部
 17  演算部
 18  表示部
 19  記録部
 20  供給部
 21  加圧部
 22  入出力負荷
 23  信号源
 24  第1の入射波
 25  第1の反射波
 26  第2の入射波
 27  第2の反射波
 28  第1のインピーダンス素子
 29  第2のインピーダンス素子
 30  第3のインピーダンス素子
 46a  陽極端子
 47a  陰極端子

 (実施の形態)
 以下、本発明の実施の形態を図面を用いて 明する。図1は本発明の一実施の形態による コンデンサの検査装置の構成を示した概念図 である。図2Aおよび図2Bは、同検査装置の測 部を示したそれぞれ分解斜視図および外観 視図である。図2Cは同検査装置に被検査体で あるコンデンサを載置した状態の外観斜視図 である。図3A~図3Cは同測定部を構成する基板 示したそれぞれ斜視図と平面図と裏面図で る。

 図1~図3Cにおいて、被検査体としてのコン デンサ2は、測定部1上に載置されて測定され 。コンデンサ2は図10を用いて説明したチッ 形固体電解コンデンサと同じものである。 なわち、実装面となる下面に陽極端子46aと 極端子47aが夫々対向する2箇所に露呈するよ うに構成された4端子構造の面実装型である

 基板3は、測定部1を構成する主要部材で り、絶縁性の材料で構成されている。基板3 表面側の略中央の長手方向に亘って、50ωの マイクロストリップライン4と、グランド5と めっき処理により形成されている。マイク ストリップライン4は、コンデンサ2の陽極 子(第1の端子)46aに信号を入力するための信 ラインとなる。グランド5は、コンデンサ2の 陰極端子(第2の端子)47aと接触するための陰極 電極となる。なお、マイクロストリップライ ン4とグランド5間にはめっきを施さず、絶縁 6が設けられている。更に、基板3の裏面に 同様のめっき処理が施され、複数の貫通孔( 述する測定端子7が植設される孔となる)に って表裏面が導通され、マイクロストリッ ライン4とグランド5が絶縁部6を介して独立 て形成された構成になっている。

 測定端子7は、基板3のマイクロストリッ ライン4とグランド5の所定の位置に設けられ た複数の貫通孔に夫々植設されることによっ て一端が基板3の表面側に突出するように設 られている。測定端子7は基板3の表面側に突 出した部分の先端が円錐状に形成されている 。円錐状の先端部分が被検査体であるコンデ ンサ2の底面の対向する2箇所に夫々設けられ 陽極端子46aと陰極端子47a(合計で4つの端子) 当接するように設けられている。測定端子7 は、コンデンサ2の各端子に対して2本ずつ、 計で8本、設けられている。

 また、陽極端子46a、陰極端子47aの各々に して設けられる2本の測定端子7は、各端子46 a、47aの両端に近い位置に夫々設けることに り、隣接する陽極/陰極間の距離を短くして 要な抵抗を可能な限り低減するようにして る。

 絶縁材料製のガイド板8によりコンデンサ 2を測定部1内の所定の位置に位置決めして正 な測定を行う。金属製の固定台9上に基板3 らびにガイド板8を結合する。

 入力側同軸コネクタ10は基板3に設けられ マイクロストリップライン4に信号を入力す る。出力側同軸コネクタ11はマイクロストリ プライン4からの信号を取り出す。

 ネットワークアナライザ12は、第1ポート1 2aと第2ポート12bを有している。第1ポート側 軸ケーブル13を介して第1ポート12aと入力側 軸コネクタ10が接続されている。第2ポート 同軸ケーブル14を介して第2ポート12bと出力 同軸コネクタ11が接続されている。第1ポー 12aより入力信号を一定電力で周波数挿引さ て入力した場合の第1ポート12aおよび第2ポー ト12bへの入射波と反射波の比により、測定部 1のインピーダンスを求める。

 パーソナルコンピュータ(以下、パソコン と呼ぶ)15は、制御部16と演算部17と表示部18と 記録部19とを備えている。供給部20は、測定 1上にコンデンサ2を搬入して載置し、また、 取り出して搬出する。加圧部21は、測定部1上 に載置されたコンデンサ2を測定部1に押し付 るように付勢する。制御部16は、供給部20や 加圧部21の制御も同時に行う。

 次に、このように構成された本実施の形 によるコンデンサの検査装置を用いてESLを 定する方法を具体的に説明する。図4は本実 施の形態における被検査体としてのコンデン サ2の接続パターンによる検査方法を示した 路図である。2ポート方式を用いた測定の中 一般にシャント・スルー測定法と呼ばれて る。この測定方法は、4端子回路網で、各ポ ート12a、12bの信号端子間と各ポート12a、12bの グランド端子間を接続し、かつ、接続した信 号端子間の中央付近とグランド間にコンデン サ2を接続する。

 図5は図4に示した測定方法を用いてコン ンサ2のESLを測定する原理を模式的に示した 路図である。一定入出力負荷22に並列接続 れたコンデンサ2に一定電力で周波数を信号 23より挿引させた信号を付加する。このと のネットワークアナライザ12の第1ポート12a の第1の入射波a1(24)と第1の反射波b1(25)、およ び第2ポート12bへの第2の入射波a2(26)と第2の反 射波b2(27)の比により算出される(数1)で表され るSパラメータを用いて演算を行う。このこ によりコンデンサ2のESLを算出して求める。 お、入射波a1、a2と反射波b1、b2とSパラメー の関係は(数2)で表される。

 図6は、図4に示した接続方法により、コ デンサ2を実際に基板3上に実装した状態を示 した平面図である。第1のインピーダンス素 28、第2のインピーダンス素子29、第3のイン ーダンス素子30により図7に示すような回路 構成されていると仮定すると、コンデンサ2 第2のインピーダンス素子29であると考えら る。これは一般にT型回路と呼ばれている。 (数3)で表されるZパラメータの第1行第2列のZ12 とT型回路に対応したZパラメータの第1行第2 のインピーダンスZ2が等しい。このことから (数4)が成り立ち、(数5)のSパラメータとZ12の 係を用いてコンデンサ2のインピーダンスZ2 求め、そこからコンデンサ2のESL(等価直列イ ンダクタンス)を算出することができる。

 なお、図8と図9は、このように測定して めたコンデンサ2のインピーダンス特性とESL 性を参考として示した特性図である。

 上述した演算は、パソコン15の演算部17で 行われる。すなわち、制御部16の指示により ネットワークアナライザ12から測定結果が ソコン15に取り入れられる。これにより、パ ソコン15の演算部17で数式5で示す演算が行わ 、その結果が表示部18に表示される。また 演算部17での演算結果は記録部19に記録され 記録部19での統計を元に、制御部16の指示に よって被検体であるコンデンサの検査および 特性の管理に用いられる。また、制御部16は 供給部20に指示をして、測定開始前に、被 体であるコンデンサ2を測定部1に搬入して載 置する。測定終了後は被検体であるコンデン サ2を測定部1から取り出す。制御部16は、例 ば、測定実施の際、管理規格値から外れた ンデンサ2を測定部1から取り出し、不良品と して区分する。測定を開始したにもかかわら ず、測定結果が得られない場合は、供給部20 指示をして、被検体であるコンデンサ2を加 圧して、コンデンサ2の各端子46a、47aが測定 子7に確実に接触するようにする。

 このように本実施の形態によるコンデン の検査装置およびこれを用いた検査方法は 簡単な構成で不要な抵抗等のインピーダン が発生することがなく、極めて短時間で、 つ、精度良くコンデンサのESLを測定するこ ができる。しかも、測定部1にコンデンサ2 下面に設けられた4つの端子46a、47aと、夫々 接して信号を入出力するためのピン状の測 端子7を植設した構成を有している。これに より、コンデンサ2の端子46a、47aと測定端子7 接触状態を大きく向上させることができる そのために、更なる測定精度の向上を図る とができる。

 なお、本実施の形態では、コンデンサの ンピーダンスに関連した情報としてのESLを 定することについて説明したが、この他、 ンピーダンスに関連した情報としてESR(等価 直列抵抗)を測定する場合、あるいはコンデ サの容量を測定する場合にも本発明は適用 きる。

 本発明は、インピーダンスの測定を短時 で高精度に行うことができるので、特に、 周波化に対応した低ESLの固体電解コンデン 等の検査用として有用である。