Detection of cracks: Acoustic experiments on multilayer ceramic capacitors

Abstract

In this thesis, it is shown that damaged Multilayer Ceramic Capacitors (MLCCs) can be acoustically identified in a non-destructive manner. This is done by utilizing the piezoelectric behavior of the ceramic dielectric, which causes the capacitor to physically deform when voltage is applied. An acoustic response is obtained by driving an MLCC with pulse wave sweep over a wide frequency range, and measuring mechanical vibrations directly from the capacitor using a piezoelectric point contact sensor. Structural damage in the MLCC causes characteristic changes in the acoustic response, which can be algorithmically detected. An algorithm is introduced, in which an acoustic envelope is obtained from an MLCC and compared with a statistical reference envelope obtained from a sample of intact MLCCs. The results show that a damaged MLCC can be identified based on its acoustic emission.

Tässä työssä osoitetaan, että vialliset monikerroksiset keraamiset kondensaattorit (Multilayer Ceramic Capacitor, MLCC) voidaan tunnistaa akustisesti kondensaattoria vahingoittamatta. Tämä tapahtuu hyödyntämällä kondensaattorin keraamisen väliaineen pietsosähköisyyttä, joka aiheuttaa kondensaattorin rungon deformoitumisen kun jännite kytketään komponentin yli. Kondensaattorista mitataan akustinen vaste syöttämällä komponenttiin pulssimuotoista jännitettä. Jännitteen taajuutta nostetaan lineaarisesti laajan taajuusalueen yli, mitaten samalla kondensaattorin rungon mekaanisia värähtelyjä pietsosähköisellä pintakontaktianturilla. Kondensaattorissa olevat mekaaniset vauriot aiheuttavat komponentin akustiseen vasteeseen muutoksia, jotka voidaan havaita tarkoitukseen kehitetyllä algortmilla. Työssä esitellään algoritmi, joka laskee kondensaattorin akustisesta vasteesta verhokäytän, ja vertaa sitä ehjien kondensaattorien vasteista muodostettuun referenssiverhokäyrään. Tulokset osoittavat, että vikaantunut kondensaattori voidaan tunnistaa akustisien emissioiden perusteella.