Открыт метод проверки конденсаторов на микротрещины

И медицинские импланты, и космическое оборудование может внезапно выйти из строя, причем по одной той же причине — из-за трещин в керамических конденсаторов.

Конденсаторы хранят электрический заряд в электронных микросхемах. Трещины, сначала невидимые, могут начать проводить электричество, сокращая заряд батарей и срок службы электроники.

И вот теперь, спустя годы усилий производителей и исследователей, эксперты из Национального института стандартов и технологий продемонстрировали безопасный подход для обнаружения трещин в керамических конденсаторах, прежде чем они выйдут из строя.

В исследовании метод прототипирования привел к отказу более чем 90% типовых конденсаторов с видимыми трещинами. Как только новый метод подтвердят дальнейшие исследования, с его помощью удастся предотвращать поломки медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, а также избегать поломки электроники в спутниках и другом космическом оборудовании.

Предотвратить, пока не поздно

Эксперты сосредоточили усилия на повышении надежности многослойных керамических конденсаторов для электроники с тем, чтобы без проблем решать ответственные задачи.

Многослойные керамические конденсаторы благодаря высокой зарядной емкости при незначительных габаритах широко применяются, а денежный ежегодный оборот на соответствующем рынке превышает миллиарды долларов. Однако их частые выходы из строя уже давно считаются проблемой.

Исследование отмечает, что конденсаторы раскалываются в ходе производства, поскольку керамика хрупкая, и устройства подвергаются нагреву и механическому напряжению. К сожалению, технический контроль не обнаруживает субповерхностные микротрещины.

Отказ конденсатора ценою в жизнь

Выяснилось, что за период с 1992 по 2002 годы отказал каждый 150-й кардиостимулятор и дефибриллятор, причем в четверти случаев виной тому стал выход из строя керамического конденсатора. Из-за сбоев жизненно важных медицинских устройств погиб 61 человек.

Новый метод основан на акустических измерениях в намного более высоких частотах, чем способен услышать человек. Исследователи коротко воздействуют электрическим полем на электроды конденсатора, что развивает вибрацию с определенной частотой. Затем ученые исследуют затухание сигнала. Полученные данные анализируют для определения временных сдвигов в частоте и величине вибрации. При наличии трещин сдвиги больше. Подход особенно полезен, поскольку на него не влияют незначительные изменения размера конденсаторов.

В ходе эксперимента ученые нагревали до 189 градусов по Цельсию 41 многослойный конденсатор из титаната бария, а затем охлаждали конденсаторы в воде со льдом. Новый подход помог выявить трещины в 27 конденсаторах. Ученые убеждены в том, что данный подход является весьма перспективным.