Đo tụ MLCC bằng IM3536 cần cài tần số và DC bias thế nào?

Khi đo tụ gốm nhiều lớp MLCC, chỉ đọc giá trị điện dung hiển thị trên máy LCR là chưa đủ. Cùng một linh kiện nhưng kết quả có thể thay đổi khi điều chỉnh tần số, mức điện áp AC hoặc điện áp DC bias. Nếu điều kiện đo không đồng nhất với datasheet, người kiểm tra có thể kết luận nhầm rằng tụ không đạt hoặc bỏ sót tình trạng điện dung suy giảm trong quá trình sử dụng thực tế.

Với dải tần từ DC, 4 Hz đến 8 MHz, thiết bị đo LCR Hioki IM3536 phù hợp cho cả kiểm tra thông số danh định và đánh giá đặc tính của tụ MLCC. Tuy nhiên, để kết quả có ý nghĩa, người dùng cần hiểu rõ vai trò của tần số và DC bias trước khi thiết lập phép đo.

IM3536 có phù hợp để đo tụ MLCC không?

Hioki IM3536 hỗ trợ nhiều thông số cần thiết khi kiểm tra tụ điện như Cs, Cp, D/tanδ, ESR, Z, θ và Rdc. Máy có dải tần đo từ 4 Hz đến 8 MHz, thời gian đo nhanh nhất 1 ms và độ chính xác trở kháng cơ bản đại diện ±0,05% giá trị đọc. Những đặc điểm này cho phép thiết bị đáp ứng cả đo trong phòng nghiên cứu lẫn kiểm tra linh kiện trên dây chuyền sản xuất.

Đối với tụ MLCC, IM3536 có thể được sử dụng cho các công việc như:

• Kiểm tra điện dung và hệ số tổn hao D.
• Đối chiếu linh kiện với thông số trong datasheet.
• Phân loại tụ theo giới hạn PASS/FAIL hoặc BIN.
• Đánh giá sự thay đổi điện dung theo tần số.
• Kiểm tra điện dung khi có điện áp DC tác động.
• Kiểm tra tiếp xúc và phát hiện tình trạng kết nối không ổn định.

Máy cũng hỗ trợ điện áp đo AC từ 10 mV đến 5 Vrms trong dải từ 4 Hz đến 1 MHz. Từ trên 1 MHz đến 8 MHz, mức điện áp đo tối đa là 1 Vrms. Khi cài đặt, người dùng phải đồng thời kiểm tra tần số và điện áp AC yêu cầu trong datasheet, không nên chỉ chọn đúng tần số.

Vì sao tần số ảnh hưởng đến kết quả đo MLCC?

Tụ MLCC không phải là một điện dung lý tưởng. Linh kiện thực tế còn có điện trở nối tiếp tương đương ESR, điện cảm ký sinh ESL và tổn hao điện môi. Vì vậy, trở kháng cũng như giá trị điện dung đo được có thể thay đổi theo tần số.

Nếu hai phép đo sử dụng hai tần số khác nhau, kết quả không thể được so sánh trực tiếp. Điều này đặc biệt quan trọng khi kiểm tra đầu vào, đánh giá nhà cung cấp hoặc thiết lập ngưỡng PASS/FAIL trên dây chuyền.

Tài liệu hướng dẫn chính thức của Hioki đưa ra một số điều kiện tham khảo theo IEC và JIS:

Đây là các điều kiện tham khảo, không phải thiết lập mặc định cho mọi tụ MLCC. Hioki lưu ý điều kiện tối ưu phụ thuộc vào linh kiện cần đo. Do đó, datasheet của nhà sản xuất và tiêu chuẩn áp dụng cho sản phẩm vẫn là căn cứ ưu tiên.

Ví dụ, nếu nhà sản xuất công bố tụ 10 µF tại 1 kHz và 1 Vrms, người kiểm tra nên cài đúng hai điều kiện này. Đo cùng linh kiện tại 100 kHz hoặc với mức tín hiệu AC khác có thể tạo ra kết quả không tương đương với giá trị công bố.

Nên chọn Cs hay Cp khi đo tụ MLCC?

IM3536 cho phép hiển thị điện dung theo mô hình nối tiếp Cs hoặc mô hình song song Cp. Việc chọn sai mô hình có thể làm kết quả chênh lệch, nhất là khi hệ số tổn hao của linh kiện không nhỏ.

Theo hướng dẫn của Hioki:

• Tụ có trở kháng thấp, thường là tụ điện dung lớn, phù hợp với mô hình nối tiếp Cs.
• Tụ có trở kháng cao, thường là tụ điện dung nhỏ, phù hợp với mô hình song song Cp.
• Trong vùng trở kháng trung gian, cần lựa chọn theo datasheet hoặc phương pháp đo đã được quy định.

Hioki đưa ra mốc tham khảo: linh kiện có trở kháng khoảng 100 Ω trở xuống thường dùng mô hình nối tiếp; linh kiện có trở kháng khoảng 10 kΩ trở lên thường dùng mô hình song song.

Vì vậy, có thể bắt đầu với Cs-D cho tụ điện dung lớn và Cp-D cho tụ điện dung nhỏ, nhưng không nên coi đây là quy tắc tuyệt đối.

DC bias ảnh hưởng đến điện dung MLCC thế nào?

DC bias là điện áp một chiều được đặt lên tụ trong khi thực hiện phép đo AC. Đây là điều kiện rất quan trọng đối với MLCC điện môi cao, đặc biệt là các dòng Class 2 như X5R và X7R.

Hioki cho biết các MLCC điện dung lớn, kích thước nhỏ thường sử dụng vật liệu điện môi có hằng số điện môi cao như barium titanate. Điện dung của loại tụ này có thể thay đổi theo nhiệt độ và điện áp DC được đặt lên linh kiện.

Một tụ có điện dung danh định 10 µF không có nghĩa là nó luôn duy trì đủ 10 µF trong mạch. Khi đặt điện áp làm việc, điện dung hiệu dụng có thể giảm. Mức giảm cụ thể phụ thuộc vào cấu trúc, kích thước, điện áp định mức và đặc tính của từng mã linh kiện.

Ảnh hưởng này đặc biệt đáng chú ý khi MLCC được sử dụng làm tụ bypass, tụ lọc nguồn hoặc tụ đầu ra của bộ chuyển đổi DC-DC. Trong các ứng dụng đó, giá trị cần quan tâm không chỉ là điện dung tại 0 VDC mà còn là điện dung còn lại tại điện áp làm việc thực tế.

Ngược lại, các tụ Class 1 bù nhiệt thường có độ ổn định điện dung tốt hơn. Tuy nhiên, mọi kết luận vẫn cần dựa trên datasheet của đúng mã sản phẩm.

DC bias tích hợp trên IM3536 có đủ không?

Ở chế độ đo thông thường, IM3536 có thể tạo DC bias nội từ 0 đến 2,50 VDC, điều chỉnh theo bước 10 mV. Trong chế độ Low-Z có độ lặp lại cao, phạm vi DC bias nội là từ 0 đến 1 VDC.

Mức bias tích hợp phù hợp để kiểm tra linh kiện ở điện áp thấp hoặc khảo sát nhanh sự thay đổi điện dung. Tuy nhiên, nếu cần đánh giá MLCC tại 5 V, 12 V, 24 V hoặc mức điện áp cao hơn, DC bias nội của máy không đáp ứng đủ.

Trong trường hợp này, có thể kết hợp IM3536 với bộ DC Bias Voltage Unit 9268-10 và nguồn DC ngoài. Theo Hioki, 9268-10 hỗ trợ tần số từ 40 Hz đến 8 MHz và điện áp DC đặt vào tối đa ±40 V. Cần lưu ý 9268-10 không tự tạo điện áp bias; hệ thống vẫn phải sử dụng nguồn điện áp hoặc nguồn dòng ngoài.

Quy trình đo đặc tính DC bias bằng IM3536

Một quy trình tham khảo có thể thực hiện như sau:

1. Xác định tần số và điện áp AC từ datasheet của MLCC.
2. Chọn thông số Cs-D hoặc Cp-D phù hợp.
3. Thực hiện bù hở mạch và ngắn mạch cho fixture.
4. Đo điện dung C(0) khi DC bias bằng 0 V.
5. Tăng điện áp DC theo từng bước đến điện áp làm việc cần đánh giá.
6. Ghi lại điện dung và hệ số D tại mỗi mức điện áp.
7. Tính tỷ lệ duy trì điện dung theo công thức:

Tỷ lệ điện dung còn lại (%)=C(V)/C(0)x 100

Trong đó, C(V) là điện dung tại điện áp DC đang kiểm tra và C(0) là điện dung tại 0 VDC.

Khi thực hiện phép đo, không được vượt quá điện áp định mức của MLCC hoặc giới hạn của fixture và bộ DC bias. Thời gian ổn định trước khi đọc kết quả cũng cần được thống nhất giữa các mẫu.

Hioki cung cấp giải pháp Sequence Maker để điều khiển IM3536, nguồn DC ngoài và 9268-10, đồng thời thu thập, vẽ đồ thị và so sánh dữ liệu DC bias. Giải pháp này phù hợp khi cần khảo sát nhiều mức điện áp hoặc lập báo cáo đặc tính linh kiện.

Những lỗi thường gặp khi đo tụ MLCC

Các sai sót phổ biến gồm đo không đúng tần số trong datasheet, bỏ qua điện áp AC, so sánh kết quả Cs với Cp hoặc dùng giá trị tại 0 V để đại diện cho điện dung trong mạch thực tế.

Ở tần số cao, ảnh hưởng của fixture, dây dẫn và tiếp xúc cũng tăng lên. Người dùng nên chọn đầu đo phù hợp với kích thước MLCC, thực hiện bù open/short sau khi lắp fixture và giữ vị trí linh kiện ổn định.

Khi trở kháng giữa các mẫu thay đổi lớn, chế độ CV của IM3536 có thể hữu ích vì máy kiểm soát điện áp tại linh kiện. Trong chế độ điện áp thông thường, điện áp thực tế trên mẫu có thể khác điện áp hở mạch do trở kháng đầu ra của máy và trở kháng của chính linh kiện.

Kết luận

Khi dùng IM3536 đo tụ MLCC, tần số quyết định điều kiện đánh giá trở kháng và điện dung, còn DC bias giúp xác định điện dung hiệu dụng khi linh kiện làm việc dưới điện áp một chiều. Hai yếu tố này cần được thiết lập và ghi nhận độc lập.

Nếu mục tiêu là kiểm tra thông số danh định, hãy sử dụng đúng tần số, điện áp AC và mô hình Cs/Cp do nhà sản xuất quy định. Nếu mục tiêu là đánh giá khả năng hoạt động trong mạch, cần đo thêm đặc tính điện dung theo điện áp DC thực tế.

Với dải tần đến 8 MHz, nhiều thông số đo và khả năng kết hợp hệ thống DC bias ngoài, IM3536 là lựa chọn phù hợp cho kiểm tra MLCC trong R&D, kiểm soát chất lượng và sản xuất. Người dùng có thể tham khảo thêm bài IM3536 8 MHz – máy LCR tần số cao, nội dung so sánh IM3533 và IM3536 hoặc danh mục thiết bị đo trở kháng để lựa chọn thiết bị phù hợp.

HIOKI VIỆT NAM – Phân phối bởi: CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT WETECH VIỆT
Hotline: Mr Lâm – 0901.940.968