(57)【要約】【課題】  絶縁性を示す試験体の電気的特性を高精度に検出する。【解決手段】  本発明に係る検出装置１は、試験体に、正弦波発信器５３によって周波数が徐々に変化する正弦波信号を試験体に印加すると共に、試験体からの出力信号をＦＦＴ５２によって検出し、正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号の複素インピーダンスを算出する。また、演算部２５によって、算出した複素インピーダンスに基づいて、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、互いに分離して検出する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出する電気的特性検出装置において、
上記試験体に、周波数が変化する正弦波信号を印加する正弦波印加手段と、
上記試験体からの上記正弦波信号に対する出力信号を検出し、上記正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号の複素インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
上記算出した各複素インピーダンスに基づいて、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、互いに分離して算出する算出手段とを備えることを特徴とする電気的特性検出装置。
【請求項２】
上記正弦波印加手段は、上記試験体に、上記正弦波信号を連続して印加し、
上記インピーダンス算出手段は、上記各出力信号の複素インピーダンスを連続して算出し、
上記算出手段は、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、連続して算出することを特徴とする請求項１に記載の電気的特性検出装置。
【請求項３】
上記液体分子は、水分子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気的特性検出装置。
【請求項４】
上記電気的特性として、試験体の誘電率および導電率を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項５】
所定の電気的特性の値を記憶する記憶手段と、
記憶された所定の電気的特性の値と検出した電気的特性の値との大小関係を判断する判定手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項６】
上記記憶手段が記憶する所定の電気的特性の値は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項５に記載の電気的特性検出装置。
【請求項７】
上記試験体の周囲の環境を、所定の環境条件に制御する環境制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項８】
上記環境制御手段は、上記試験体の周囲の環境を、結露を防止しながら制御することを特徴とする請求項７に記載の電気的特性検出装置。
【請求項９】
上記環境制御手段が制御する上記試験体の周囲の環境について、温度、湿度、加温時間、加湿時間のいずれかを任意に設定可能であることを特徴とする請求項７または８に記載の電気的特性検出装置。
【請求項１０】
上記正弦波印加手段が試験体に印加する正弦波信号の交流電圧振幅、上記正弦波信号の周波数、上記周波数の点数のいずれかを任意に設定可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項１１】
上記電気的特性を検出する時間間隔または検出時間を任意に設定可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項１２】
試験体を保持する保持手段を備え、
上記正弦波印加手段は、上記保持手段を介して、上記正弦波信号を印加することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気的特性検出装置。
【請求項１３】
絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出する電気的特性検出方法において、
上記試験体に、周波数が変化する正弦波信号を印加するステップと、
上記試験体からの上記正弦波信号に対する出力信号を検出するステップと、
上記検出した出力信号のうち、上記正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号の複素インピーダンスを算出するステップと、
上記算出した各複素インピーダンスに基づいて、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、互いに分離して算出するステップとを含むことを特徴とする電気的特性検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸水時の試験体の電気的特性を検出する電気的特性検出装置、および電気的特性検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子機器用のプリント配線板や半導体デバイスの封止用樹脂には各種エポキシ樹脂などの高分子材料が使用されている。ところが、これらの高分子材料は、吸水すると誘電率が増加してしまい、信号処理能力に悪影響を及ぼすという問題がある。特に、近年では、半導体デバイスの高速信号処理が要求されることから、実使用環境下での高分子材料の吸水による誘電率の増加が問題となっている。このため、吸水性の低い新たな材料が求められている。
【０００３】
吸水性の低い新たな材料を開発するためには、吸水率の変化に伴う高分子材料の電気的特性を精度良く、簡単に検査することができる電気的特性検査方法が求められている。
【０００４】
従来、高分子材料における吸水時の電気的特性の検出は、非特許文献１（JIS-C-6481（プリント配線板用銅張積層板試験方法）に基づく方法、および、特許文献１に開示されている方法で行われている。
【０００５】
これらの方法は、試験体を所定の温度および湿度環境下にある試験槽内に放置して吸水促進させた後、吸水した試験体の抵抗値や誘電率などの電気的特性、あるいは、吸水による重量変化を検出するものである。
【０００６】
また、特許文献２には、温湿度制御手段を備えたインピーダンス測定手段が、吸湿処理中の試験体にLCRメータを用いて１kHz〜１MHzの高周波交流のうち１つの（１点の）周波数信号を与えてその周波数における誘電正接（Tanδ）を測定し、測定した誘電正接の値から吸水性を判定する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、ＦＦＴ（フーリエ変換回路（Fast Fourier Transducer））処理によるインピーダンス計測手段を用いて、燃料電池内部の水分状態を検知する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１９３９３８号公報（平成８年７月３０日公開）
【特許文献２】特開２００３−２１５０８４号公報（平成１５年７月３０日公開）
【特許文献３】特開２００３−８６２２０号公報（平成１５年３月２０日公開）
【非特許文献１】日本規格協会編、「ＪＩＳ  ハンドブック  電子Ｉ  試験」、出版者  日本規格協会、２００４年３月発行、１１３０ｐ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１および特許文献１に開示されている方法では、試験体を試験槽（恒温恒湿試験槽）から取り出した状態で吸水率を検出するため、取り出し作業時に吸水分が乾燥して吸水率が変化し、実際の吸水状態を正確に検出できない可能性がある。また、試験体の温湿度環境を一定に保持した場合の吸水率または電気的特性の経時変化をリアルタイムに検出することが困難である。
【０００９】
また、特許文献２の技術では、１つの測定周波数のみを用いているので、吸水時に高分子材料に吸蔵された水分子と高分子との容量成分、抵抗成分などを正確に分離できず、試験体の真の電気的特性を評価できない。すなわち、試験体の構造的な間隙に吸湿された水分による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた水分子による電気的特性とをまとめた値（電気的特性）が測定されてしまう。
【００１０】
この２つの成分（電気的特性）を分離して検出できれば、試験体の構造的な問題と材料の分子構造的な問題とを判別可能となり、例えば、新規材料（低吸湿率材料）の開発に有効である。
【００１１】
また、特許文献３の技術は、燃料電池内の膜・電極接合体（ＭＥＡ）の水分状態を測定するものであり、吸湿した水分量とＭＥＡのプロトン伝導度とを合算した値を検出するため、本来の試験体の水分量を正確に測定することが困難である。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁性材料の電気的特性（誘電率，導電率）を、絶縁性材料の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性と、絶縁性材料自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性とを分離して、高精度に検出できる電気的特性検出装置、および電気的特性検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による電気的特性検出装置は、絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出する電気的特性検出装置において、上記試験体に、周波数が変化する正弦波信号を印加する正弦波印加手段と、上記試験体からの上記正弦波信号に対する出力信号を検出し、上記正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号の複素インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、上記算出した各複素インピーダンスに基づいて、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、互いに分離して算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、算出手段が、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性から分離して算出する。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性とを分離して検出できる。
【００１５】
また、本発明の電気的特性検出装置は、絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出するためのものである。
【００１６】
従って、試験体を構成する分子は電気伝導性を示さないため、試験体を構成する分子の電気伝導性による影響を受けずに、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を検出できる。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性、すなわち試験体の構造的問題による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性、すなわち材料の分子構造的な問題による電気的特性とを高精度に検出することができる。
【００１７】
また、上記正弦波印加手段は、上記試験体に、上記正弦波信号を連続して印加し、上記インピーダンス算出手段は、上記各出力信号の複素インピーダンスを連続して算出し、上記算出手段は、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、連続して算出してもよい。
【００１８】
上記構成によれば、上記正弦波印加手段は、連続して、例えば一定時間毎に上記試験体に、上記正弦波信号を印加する。また、インピーダンス算出手段は、連続して、例えば一定時間毎に上記各出力信号の複素インピーダンスを算出する。また、上記算出手段は、連続して、例えば一定時間毎に上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを算出する。
【００１９】
これにより、本発明の電気的特性検出装置は、試験体の電気的特性を、リアルタイムに連続して、例えば一定時間毎に検出できる。
【００２０】
また、上記液体分子は、水分子であってもよい。
【００２１】
上記構成により、試験体の構造的な間隙に吸湿された水分による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた水分子による電気的特性とを分離して、高精度に検出できる。また、試験体の水分状態を検出できる。
【００２２】
また、上記電気的特性検出装置は、上記電気的特性として、試験体の誘電率および導電率を検出してもよい。
【００２３】
上記構成により、誘電率および導電率を、高精度に検出できる。したがって、誘電率および導電率の変化が大きく信号処理能力に影響する半導体デバイスなどに用いられる材料などに対して利用可能である。
【００２４】
また、上記電気的特性検出装置は、所定の電気的特性の値を記憶する記憶手段と、検出した電気的特性の値と上記所定の電気的特性の値との、大小関係を判断する判定手段とを含んでいてもよい。
【００２５】
上記構成により、例えば、所定の電気的特性値として、試験体の使用可能な限界値を上記記憶手段に記憶させておくことにより、試験体が使用可能な範囲から逸脱したことを上記判定手段によって判定することができる。
【００２６】
また、上記記憶手段が記憶する所定の電気的特性の値は、任意に設定可能であることが好ましい。
【００２７】
上記構成により、例えば、異なる複数種類の試験体の電気的特性を検出する場合であっても、各試験体の試験体の使用可能な限界値に応じて、所定の電気的特性値として、試験体の使用可能な限界値を記憶できる。
【００２８】
また、上記試験体の周囲の環境を、所定の環境条件に制御する環境制御手段を備えることが好ましい。
【００２９】
これにより、所定の環境から取り出さずに所定の環境にさらしたままで、試験体の電気的特性を検出できる。よって、高精度に、試験体の電気的特性を検出できる。
【００３０】
また、上記環境制御手段は、上記試験体の周囲の環境を、結露を防止しながら制御することが好ましい。
【００３１】
上記構成により、結露による影響で試験体の吸水率が変化し、不正確な電気的特性の検出が行われることを防止できる。
【００３２】
また、上記環境制御手段が制御する試験体の周囲の環境について、温度、湿度、加温時間、加湿時間のいずれかを任意に設定可能であることが好ましい。
【００３３】
上記構成により、温度、湿度、加温時間、加湿時間のいずれかを任意に設定できる。よって、試験体の周囲の環境を変化させた場合に、環境の変化ごとに試験体を取り出すことなく、連続して電気的特性の経時変化を検出することができる。
【００３４】
また、上記正弦波印加手段が試験体に印加する正弦波信号の交流電圧振幅、上記正弦波信号の周波数、上記周波数の点数のいずれかを任意に設定可能であることが好ましい。
【００３５】
上記構成により、上記試験体に印加する正弦波信号の交流電圧振幅、上記正弦波信号の周波数、上記周波数の点数のいずれかを任意に設定できる。従って、試験体の種類、大きさ、吸水率に応じて、充分な大きさの出力信号が得られるようにでき、正確に電気的特性を検出可能である。
【００３６】
また、上記電気的特性を検出する時間間隔または検出時間を任意に設定可能であることが好ましい。
【００３７】
上記構成により、電気的特性を検出する時間間隔、検出時間の少なくとも一方を任意に設定でき、用途に応じた電気的特性の検出を行える。
【００３８】
また、本発明による電気的特性検出装置は、試験体を保持する保持手段を備え、上記正弦波印加手段は、上記保持手段を介して、上記正弦波信号を印加することが好ましい。
【００３９】
上記構成により、上記正弦波印加手段は、試験体を保持する保持手段を介して、信号を印加する。従って、保持手段が試験体を保持する面において密接に接着している場合は、確実にかつ正確に信号の印加を行うことができ、正確に電気的特性を検出できる。
【００４０】
本発明による電気的特性検出方法は、絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出する電気的特性検出方法において、上記試験体に、周波数が変化する正弦波信号を印加するステップと、上記試験体からの上記正弦波信号に対する出力信号を検出するステップと、上記検出した出力信号のうち、上記正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号の複素インピーダンスを算出するステップと、上記算出した各複素インピーダンスに基づいて、上記試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性と、上記試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性とを、互いに分離して算出するステップとを含むことを特徴とする。
【００４１】
上記の方法によれば、試験体に印加した正弦波信号における複数の周波数に対する試験体からの出力信号の複素インピーダンスに基づいて、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性から分離して算出する。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性とを分離して検出できる。
【００４２】
また、本発明の電気的特性検出方法は、絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出するためのものである。
【００４３】
従って、試験体を構成する分子は電気伝導性を示さないため、試験体を構成する分子の電気伝導性による影響を受けずに、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を検出できる。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性、すなわち試験体の構造的問題による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性、すなわち材料の分子構造的な問題による電気的特性とを高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る電気的特性検出装置は、以上のように、算出手段が、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる液体分子によって示される電気的特性から分離して算出する。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性とを分離して検出できる。
【００４５】
また、本発明の電気的特性検出装置は、絶縁性を示す試験体の電気的特性を検出するためのものである。
【００４６】
従って、試験体を構成する分子は電気伝導性を示さないため、試験体を構成する分子の電気伝導性による影響を受けずに、試験体を構成する固体分子と結合した液体分子によって示される電気的特性を検出できる。これにより、試験体の構造的な間隙に含まれる液体成分による電気的特性、すなわち試験体の構造的問題による電気的特性と、試験体自体の分子構造に結びついた液体分子による電気的特性、すなわち材料の分子構造的な問題による電気的特性とを高精度に検出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる検出装置（電気的特性検出装置）１の概略構成を示すブロック図である。
【００４８】
なお、検出装置１は、絶縁性を示す試験体について、吸水時の電気的特性（誘電率および導電率）を検出するものである。絶縁性を示す試験体には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびポリエチレン樹脂などの高分子材料からなる試験体が含まれる。
【００４９】
図１に示すように、検出装置１は、制御手段２、設定手段３、温湿度制御手段（環境制御手段）４、およびインピーダンス分析手段５を備えている。
【００５０】
温湿度制御手段４は、誘電率および導電率の評価対象物である試験体の周囲の環境条件（温度および湿度環境）を制御し、所定の吸水条件を実現するためのものであり、温湿度制御部４０、温湿度検出部４１、送風部４２、加熱部４３、加湿部４４、保持電極（保持手段）４５、および試験槽（図示せず）からなる。
【００５１】
試験槽は、当該試験槽内の環境を外部から遮断する。温湿度検出部４１は、試験槽内の温度および湿度を検出し、検出結果を温湿度制御部４０に伝達するものである。送風部４２は、試験槽内の環境が均一になるよう、試験槽内の空気を循環させるものである。加熱部４３は、試験槽内の温度が所定の温度になるよう、試験槽内を加熱する。加湿部４４は、試験槽内の湿度が所定の湿度になるよう、試験槽内を加湿する。温湿度制御部４０は、温湿度検出部４１の検出結果に基づいて、試験槽内の環境（試験体の周囲の環境）について、温度および湿度を維持するよう、送風部４２、加熱部４３、加湿部４４を制御する。保持電極４５は、試験槽内において試験体を保持するとともに、所定の交流信号（後述する正弦波発信器（正弦波印加手段）５３からの正弦波信号）を試験体に印加する。
【００５２】
図３（ａ）は、保持電極４５によって試験体を保持している状態を示す断面図である。
この図に示すように、保持電極４５は金属からなる２つの電極（金属電極）であり、２つの電極の間に試験体を挟むことにより試験体を保持する。すなわち、試験体が金属電極に均一に密着するように、金属電極間に試験体をサンドイッチ状に挟んで保持する。なお、保持電極４５を構成する上記２つの金属電極は、例えばガラスのような誘電率の小さい絶縁体によって、試験体に対して均一に密着するように支持（保持）されている。
【００５３】
また、保持電極４５は試験体に形成されてもよい。図３（ｂ）は、試験体上に形成した保持電極４５の一例を示す上面図および断面図である。より詳細には、図３（ｂ）は、プリント配線板の吸水性を評価するための保持電極４５の一例を示しており、試験体としてのプリント配線板の両面に、直径５ｍｍ以上の円形形状で形成されている。
【００５４】
また、保持電極４５の電極材料は特に限定されるものではなく、例えば、白金や、電子回路に一般的に用いられる銅などを用いてもよい。なお、保持電極４５のサイズの最適値については、後述する。
【００５５】
また、図１に示すように、保持電極４５における各金属電極には、保持電極４５を介して試験体に正弦波信号を印加するための配線材（図示しない）が接続されている。より詳細には、一方の金属電極とインピーダンス分析手段５における正弦波発信器５３とが接続され、他方の金属電極とインピーダンス分析手段５におけるＦＦＴ５２とが接続されている。なお、ＦＦＴ５２の入力部には電圧，電流検出部の二つの信号入力が設けてある。また、配線材の材質は特に限定されるものではないが、例えばアウトガス発生が少ないテフロン製のシールドケーブルであることが好ましい。アウトガスとは、有機材料から放出され、環境を汚染して正確に検出が行われることを阻害するものである。
【００５６】
インピーダンス分析手段５は、インピーダンス分析器５１，ＦＦＴ５２、および正弦波発信器５３を備え、後述する、インピーダンス分析を行う。なお、インピーダンス分析器５１とＦＦＴ５２とでインピーダンス算出手段を構成している。
【００５７】
正弦波発信器５３は、試験体に、周波数が徐々に変化する正弦波信号（異なる周波数を有する正弦波信号）を印加する。
【００５８】
ＦＦＴ５２は、正弦波信号を印加したときの試験体からの出力信号を検出し、検出した出力信号をＦＦＴ処理する。
【００５９】
インピーダンス分析器５１は、ＦＦＴ処理された出力信号のうち、印加した正弦波信号における複数の周波数に対する出力信号についてインピーダンス分析を行う。なお、試験体に印加した、周波数が徐々に変化する正弦波信号について、５点以上の周波数についてインピーダンス分析を行う（５点以上の周波数で掃引する）ことが好ましい。インピーダンス分析については、後述する。
【００６０】
なお、インピーダンス分析手段５としては、周知の周波数特性分析器（例えば、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製  Model（型名）５０２０など）を用いてもよい。
【００６１】
なお、検出装置１では、このようなインピーダンス分析を、設定手段３に入力された設定条件に基づいて、時間ｔの期間中、時間間隔Δｔで一定時間ごとに、連続して行う。
【００６２】
制御手段２は、後述する設定手段３に入力された種々の設定に基づいて、温湿度制御手段４およびインピーダンス分析手段５における各部の動作を制御するものであり、制御部２１、判定部（判定手段）２３、データ蓄積部（記憶手段）２４、および演算部（算出手段）２５を備える。
【００６３】
制御部２１は、検出装置１における各部の動作を制御するものであり、検出装置１の中枢部である。制御部２１は、例えば、設定手段３に入力された設定条件に基づいて各部の動作を制御し、試験槽内の温度および湿度、加熱時間、および加湿時間、試験体に印加する正弦波信号の信号レベル（直流信号（直流成分）を含まない交流電圧振幅）Ｖ、正弦波信号の周波数ｆ、および周波数の点数ｐ、インピーダンス分析を行う時間間隔Δｔおよび時間ｔ（電気的特性を検出する時間間隔および検出時間）、データ蓄積部２４に記憶させる判定基準値（所定の電気的特性（導電率および誘電率）の値）などを制御する。
【００６４】
演算部２５は、インピーダンス分析器５１による分析結果に基づいて、試験体の電気的特性を算出する。
【００６５】
判定部２３は、演算部２５が算出した溶媒の容量成分Ｃと判定基準値とを比較し、算出した値の良否（吸水性）を判定する。すなわち、判定部２３は、判定基準値と、演算部２５が算出した溶媒の容量成分Ｃとの大小関係を判断し、これによって吸水性の良否が判断される。
【００６６】
データ蓄積部２４は、演算部２５が算出した試験体の導電率および誘電率と、温湿度検出部４１によって検出された温度および湿度と、検出開始してからの経過時間とを記憶（保存）する。
【００６７】
表示部２２は、演算部２５が算出した導電率および誘電率の値、および判定部２３が判定した良否の結果を表示する。
【００６８】
設定手段３は、ユーザによる種々の設定や電気的特性検出の開始指示等に関する入力を受け付け、制御手段２に伝達するものである。なお、種々の設定とは、温湿度制御手段４が制御する試験槽内の環境についての温度および湿度、加熱時間、および加湿時間、インピーダンス分析手段５が試験体に印加する正弦波信号の信号レベル（直流信号（直流成分）を含まない交流電圧振幅）Ｖ、正弦波信号の周波数ｆ、および周波数の点数ｐ、インピーダンス分析を行う時間間隔Δｔおよび時間（期間）ｔ（電気的特性を検出する時間間隔および検出時間）、データ蓄積部２４が記憶する判定基準値（所定の電気的特性（導電率および誘電率）の値）などの設定である。これにより、ユーザは、上記した各条件を任意に設定することができるようになっている。なお、上記の各条件について全て任意に設定可能な構成としてもよく、あるいは、上記の各条件の一部のみを任意に設定可能な構成としてもよい。また、上記した以外の条件について任意に設定可能な構成としてもよい。
【００６９】
次に、検出装置１において導電率および誘電率を検出する手順について、図２を用いて説明する。図２は、検出装置１の導電率および誘電率を検出する手順について示したフローチャートである。
【００７０】
検出装置１では、検出処理を開始する際、まず、ユーザが、導電率および誘電率を検出する試験体を、保持電極４５間に扶持させて固定し、続いて、ユーザが、設定手段３に、上記した種々の設定を入力するようになっている。
【００７１】
そして、制御部２１は、まず、設定手段３を介して入力されたこれらの設定を受け付ける（Ｓ１）。
【００７２】
次に、制御部２１は、設定手段３に対するユーザからの導電率および誘電率の検出開始指示があった場合、温湿度制御部４０に、試験槽内の環境を設定された環境に制御するよう指示する。これにより、温湿度制御部４０は、試験槽内の環境を制御する。すなわち、温湿度制御部４０は、加熱部４３および加湿部４４にそれぞれ、加熱処理および加湿処理を開始させる（Ｓ２）。なお、加熱処理および加湿処理の際、温湿度制御部４０は、送風部４２を駆動させ、試験槽内の温度および湿度の均一化を図る。検出装置１では、これらの処理により、試験体表面での結露発生を防止し、試験体における吸水時の電気的特性を正確に測定できるようになっている。
【００７３】
なお、温湿度制御部４０は、温湿度検出部４１の測定結果に基づいて、温度および湿度（温湿度）が所定の温湿度で安定したか否かを判断する（Ｓ３）。そして、温湿度が安定していない場合（Ｓ３、Ｎｏ）、温度および湿度が所定の温度および湿度で安定するように、加熱部４３および加湿部４４に加熱処理および加湿処理を続行させる。また、加熱処理および加湿処理の際、制御部２１は、温湿度制御部４０を介して、温湿度検出部４１により測定された温度および湿度をデータ蓄積部２４に記憶させる。
【００７４】
温湿度制御部４０は、温度および湿度が安定したと判断すると（Ｓ３、Ｙｅｓ）、制御部２１に温度および湿度が安定したことを送信する。これにより、制御部２１は、インピーダンス分析手段５に試験体のインピーダンス分析を行うよう指示する。インピーダンス分析手段５は、Ｓ１で入力された設定に基づいて、時間ｔの間、時間間隔Δｔごとに、連続して試験体のインピーダンス分析を行い（Ｓ４）、周波数が除々に変化する正弦波信号を印加したときの試験体からの出力信号の検出結果に基づいて算出したインピーダンス値を演算部２５に送信する。
【００７５】
演算部２５は、インピーダンス値から試験体の誘電率及び導電率を算出する（Ｓ５）。続いて、判定部２３は、Ｓ１で入力された設定に基づいて、演算部２５が算出した誘電率および導電率の良否を判定する（Ｓ６）。
【００７６】
制御部２１は、演算部２５が算出した導電率および誘電率の値、および判定部２３が判定した良否の結果を表示部２２に表示し、算出した導電率および誘電率と、試験槽内の環境についての温度および湿度と、検出開始してからの経過時間とをデータ蓄積部２４に記憶（保存）させる（Ｓ７）。
【００７７】
また、設定手段３に入力された設定に基づいて、検出開始してから時間ｔが経過するまで制御部２１の指示により、導電率および誘電率の検出が行われる（Ｓ８、Ｎｏ）。検出
開始してから時間ｔが経過すれば、制御部２１の指示により、導電率および誘電率の検出が終了する（Ｓ８、Ｙｅｓ）。これにより、検出処理が終了する（ｅｎｄ）。
【００７８】
ここで、インピーダンス分析により、試験体の導電率および誘電率を算出する方法について、詳しく説明する。
【００７９】
まず、ＦＦＴ５２は、周波数が徐々に変化する正弦波信号（異なる周波数を有する正弦波信号）を試験体に印加した後に試験体から出力される出力信号を受信し、出力信号のＦＦＴ処理を行う。すなわち、ＦＦＴ５２は、試験体から検出した出力信号（電圧信号および電流信号）の時間的変化をフーリエ変換し、周波数信号に置き換える。続いて、インピーダンス分析器５１は、ＦＦＴ５２が算出した電圧および電流の周波数信号から複素インピーダンスを算出し（実数インピーダンスと虚数インピーダンスとに分離し）、後述する制御手段２に備えられる演算部２５に送信する。試験体に印加した正弦波信号における複数の周波数に対応する出力信号についての、インピーダンス分析器５１が算出する実数インピーダンスと虚数インピーダンスとを、複素平面上にプロットすると、半円形状の軌跡を描ける。図５において、Ｘ軸は実数インピーダンス、Ｙ軸は虚数インピーダンスを示す。半円形状の軌跡は、吸水率によって変化する試験体の電気的特性を示している。
【００８０】
なお、インピーダンス分析において半円形状の軌跡を求める方法としては、半円の軌跡のカーブフィッティングによる方法や、特許文献３に公開されている、ＦＦＴ処理した電圧信号をＦＦＴ処理した電流信号で除して距離ｒと位相角θとを算出する燃料電池システムの方法などを用いてもよい。
【００８１】
続いて、演算部２５は、インピーダンス分析器５１が算出した実数インピーダンスおよび虚数インピーダンスとによって得られた半円形状の軌跡から、溶媒の抵抗成分Ｒ２、溶媒の容量成分Ｃ、および溶液の抵抗成分Ｒ１を算出する。溶液の抵抗成分Ｒ１は、図４に示す試験体内の等価回路における、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる水分子による抵抗成分である。また、溶媒の抵抗成分Ｒ２は、試験体を構成する固体分子と結合した水分子による抵抗成分である。
【００８２】
溶媒の抵抗成分Ｒ２は、下記式（１）に基づいて、半円の直径Ｄから算出される。また、溶媒の容量成分Ｃは、下記式（２）に基づいて、半円の頂点の角周波数（ω＝ωｍａｘ）と溶媒の抵抗成分Ｒ２とから算出される。また、溶液の抵抗成分Ｒ１は、下記式（３）に基づいて、角周波数が無限大（ω＝ω∞）の時の実数インピーダンスａから算出される。
【００８３】
Ｒ２＝Ｄ                            （１）
Ｃ＝１／（ωｍａｘ×Ｒ２）            （２）
Ｒ１＝ａ                            （３）
続いて、演算部２５は、下記式（４）に基づいて、試験体の誘電率ε（Ｆ・ｍ−１）を、溶媒の容量成分Ｃ、試験体の厚み（電極間幅）ｄ（ｍ）、および電極面積（試験体と接触している部分の面積）Ｓ（ｍ２）から算出する。また、下記式（５）に基づいて、試験体の導電率σｂ（Ω−１ｍ−１）を、試験体の厚みｄ、溶媒の抵抗成分Ｒ２、および電極面積Ｓから算出する。また、下記式（６）に基づいて、溶液の導電率σａ（Ω−１ｍ−１）を、試験体の厚みｄ、溶液の抵抗成分Ｒ１、および電極面積Ｓから算出する。
【００８４】
ε＝Ｃ×ｄ／Ｓ                      （４）
σｂ＝ｄ／（Ｒ２×Ｓ）                （５）
σａ＝ｄ／（Ｒ１×Ｓ）                （６）
以上の方法により、試験体の誘電率ε、試験体の導電率σｂ、溶液の導電率σａを算出する。
【００８５】
次に、検出装置１において、上記の方法で行った、導電率および誘電率の検出・評価結果の一例について説明する。ここでは、紙フェノールプリント配線板を吸水させ、吸水開始からの複素インピーダンス、試験体の誘電率εおよび導電率σｂ、および溶液の導電率σａの経時変化を測定した評価結果について説明する。
【００８６】
なお、この測定では、試験槽内の環境について温度は８５℃、湿度は８５％とした。正弦波信号の交流電圧振幅Ｖは１００ｍＶ、周波数は１Ｈｚ〜２０ｋＨｚとした。保持電極４５は、ｍ＝２０ｍｍの角形とし、白金からなる電極とした。また、吸水開始から２、４、８、２４、５０時間後に、複素インピーダンスの測定を行った。さらに、周知の重量変化測定法により、吸水率の経時変化も測定した。
【００８７】
図６に、測定した複素インピーダンスの経時変化を複素平面図に示す。複素インピーダンスの実測値を点で、実測値から得られた半円の軌跡を実線で示した。図に示されるように、時間が経つに連れて、溶媒の抵抗成分Ｒ２が低下し半円が小さく変化する。
【００８８】
また、図７に、上記の評価における、吸水率と試験体の誘電率εとの関係を示した。横軸に吸水率、縦軸に試験体の誘電率εを示した。図に示されるように、試験体の誘電率εは吸水率の上昇に伴い、上昇する。
【００８９】
また、図８および図９に、それぞれ、上記の評価における吸水率と試験体の導電率σｂとの関係、および上記の評価における吸水率と溶液の導電率σａとの関係を示した。横軸に吸水率、縦軸に導電率を示した。図に示されるように、試験体の導電率σｂおよび溶液の導電率σａは吸水率の上昇に伴い、上昇する。
【００９０】
上記の結果より、吸水率の上昇に応じて抵抗成分Ｒ２（インピーダンス値）は低下し、試験体の誘電率εおよび試験体の導電率σｂは増大することがわかる。すなわち、試験体を構成する高分子の吸水量はインピーダンス値に強く依存する。さらに、試験体を構成する高分子と、高分子に吸蔵された水分子（溶液）とはそれぞれ分離して、電気的特性を検出される。すなわち、水分子と高分子との抵抗成分が分離可能なため、電気的特性を分離して検出できる。
【００９１】
次に、検出装置１を用いて、温度・湿度が４０℃・８５％、６０℃・８５％、８５℃・８５％である環境下で、それぞれ紙フェノールプリント配線板を吸水させ、溶媒の容量成分Ｃを測定した結果について説明する。
【００９２】
この測定において、正弦波信号の交流電圧振幅Ｖは１００ｍＶ、周波数は１Ｈｚ〜２０ｋＨｚとした。保持電極４５は、ｍ＝２０ｍｍの角柱とし、白金からなる電極とした。また、判定基準値を０．２ｎＦに設定し、判定時間（演算部２５が算出した溶媒の容量成分Ｃが判定基準値を超えるまでの時間）を測定した。すなわち、演算部２５が算出した溶媒の容量成分が０．２ｎＦ以上であれば、判定部２３がＮＧ（否）と判定するように判定基準値を設定した。
【００９３】
図１０に、この測定における、各環境における温度と判定時間との関係を示した。横軸に温度、縦軸に判定時間を示した。図に示されるように、温度が上昇するに連れて、判定時間が短くなる。すなわち、温度が高くなると、試験体が水分を吸蔵する速度が大きくなるため、溶媒の容量成分Ｃ（試験体の誘電率ε）が増大する速度が大きくなり、ＮＧと判断される時間が短くなる。この結果より、検出装置１において溶媒の容量成分Ｃが判定基準値を超えるまでの時間を測定することで、試験体が使用可能な範囲から逸脱したことをリアルタイムに、簡単に検出することができる。また、試験体の各種環境条件下における設計基準を超えるまでの、使用可能な温湿度環境と時間との関係を、検出装置１によって容易に検出できる。
【００９４】
以上のように、検出装置１は、試験体を構成する固体分子と結合した水分子によって示される電気的特性を、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる水分子によって示される電気的特性から分離して検出する。
【００９５】
従って、試験体を構成する固体分子の間隙に含まれる水分子の影響を受けずに、試験体を構成する固体分子と結合した水分子によって示される電気的特性を検出できる。
【００９６】
また、検出装置１は、絶縁性高分子樹脂の電気的特性を検出するためのものである。すなわち、検出装置１によって電気的特性を検出される試験体を構成する分子は絶縁性である。
【００９７】
従って、試験体を構成する分子は電気伝導性を示さないため、試験体を構成する分子の電気伝導性による影響を受けずに、試験体を構成する固体分子と結合した水分子によって示される電気的特性を検出できる。
【００９８】
これにより、試験体の電気的特性（導電率及び誘電率）を高精度に検出することができる。
【００９９】
また、検出装置１は、所定の電気的特性の値を記憶するデータ蓄積部２４と、検出した電気的特性の値と上記所定の電気的特性の値との、大小関係を判断する判定部２３とを含んでいる。
【０１００】
上記構成により、所定の電気的特性値として、例えば試験体の使用可能な限界値を記憶することにより、試験体が使用可能な範囲から逸脱したことを検出することができる。
【０１０１】
また、検出装置１は、上記試験体の周囲の環境を、試験体の電気的特性を検出するまで制御する環境制御手段を備える。
【０１０２】
これにより、試験体を所定の環境にさらした後に、所定の環境から取り出さずに所定の環境にさらしたままで、試験体の電気的特性を検出できる。よって、リアルタイムに連続して、高精度に、試験体の電気的特性を検出できる。
【０１０３】
ここで、印加する正弦波信号の信号レベルＶ、周波数ｆ、および保持電極４５のサイズについて、適正値を調査するための評価を行った結果について示す。なお、この評価において、試験体には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびポリエチレン樹脂を用いた。また、試験体の厚みは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとした。また、保持電極４５として、一般的なプリント配線板に用いられるエッチング処理によって得られる銅電極（エッチング処理した銅パターン）を用いた。また、保持電極４５として、試験体と接触する面が、一辺の長さ（電極サイズ）がｍの正方形である、角柱形状のものを用いた。
【０１０４】
表１は、各試験体についての、測定精度を得るための最適条件（正弦波信号の信号レベルＶ、および保持電極４５のサイズ（電極サイズ）の最適値）と、その場合の各試験体の吸水率である。
【０１０５】
【表１】
2006064537.tif 000003
【０１０６】
表１に示されるように、保持電極４５のサイズについては、ｍ≧５ｍｍの保持電極４５を用いた場合、各試験体において、測定感度（検出感度）が良く、正確に出力信号が得られる。
【０１０７】
なお、表１には示していないが、ｍが増大すると測定感度が上昇するものの、ｍ≧３０ｍｍの範囲では、保持電極４５の断面積が増大しても大きな測定感度の向上は見られなかった。さらに、角柱（角形）電極と円柱（円形）電極とは、試験体と接触する面における、正方形一辺の長さと円直径の長さとが同じ場合、同等な測定感度が得られた。
【０１０８】
ただし、保持電極４５の最適なサイズは、試験体の種類（試験体材料の種類）や厚みなどによって異なる。これは、試験体の種類と厚みとによって、試験体の吸湿率および吸湿時間（吸湿速度）が異なり、それに伴い保持電極４５の耐久性や、電気的特性検出に必要な正弦波信号の大きさが異なるためである。なお、試験体の厚み以外の形状は、保持電極４５のサイズと測定感度との関係に、ほとんど影響しない。
【０１０９】
また、表１に示されるように、正弦波信号の信号レベルＶについては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびポリエチレン樹脂においてそれぞれ、２００ｍＶ≦Ｖ、１０ｍＶ≦Ｖ、７０ｍＶ≦Ｖ、１００ｍＶ≦Ｖ、５００ｍＶ≦Ｖであれば、吸湿率が非常に小さく、出力信号が非常に小さい、絶縁性高分子樹脂で構成される試験体からも、インピーダンス測定するために充分な大きさの出力信号を受信できる。
【０１１０】
ただし、表１には示していないが、温度・湿度が８５℃・８５％である環境下で、５００ｍＶ＜Ｖである正弦波信号を印加して１００時間以上経過すると、保持電極４５として用いた銅電極が腐食し、精度良く検出できない。なお、保持電極４５として白金電極を用いた場合は、印加する正弦波信号の信号レベルの上限値は、特に限定されない。
【０１１１】
また、表１には示していないが、印加する正弦波信号の周波数ｆについては、ｆ≧１００ｋＨｚとすると、周囲の環境からの外部ノイズ成分（外来ノイズ成分）が大きくなり、十分な検出精度が得られない。
【０１１２】
また、ｆ≦１Ｈｚであれば、正弦波信号はほぼ直流信号とみなされるほど周波数が小さくなるため、保持電極４５として銅電極を用いる場合には、保持電極４５が腐食し易くなる。また、保持電極４５の腐食に伴って金属イオンの拡散が生じ、拡散による電気的特性が、試験体の電気的特性検出に影響する。なお、保持電極４５として白金電極を用いた場合は、印加する正弦波信号の周波数の下限値は、特に限定されない。
【０１１３】
なお、本実施形態においては、検出装置１が温湿度制御手段４を備えるものとした。すなわち、検出装置１における制御手段２に備えられた制御部２１が、温湿度制御手段４に備えられた温湿度制御部４０に試験槽内の環境を調整するよう指示を送るものとした。しかしながら、検出装置１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、温湿度制御手段４の代わりに周知の恒温恒湿槽（試験槽）を用い、検出装置１が、この恒温恒湿槽内に設置された試験体の電気的特性を検出するようにしてもよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、設定手段３が、ユーザによる種々の設定や電気的特性検出開始指示を受け付ける（入力される）構成とした。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、検出装置１に接続用のインターフェースを設け、このインターフェースを介して検出装置１に外部接続されたパソコン等の装置から種々の設定が送信される構成としてもよい。
【０１１５】
また、本実施形態では、検出装置１が、水分子が含まれる試験体の電気的特性を検出する構成について説明した。しかしながら、検出装置１は、これに限定されるものではなく、水分子を含まない試験体の電気的特性を検出する構成となっていてもよい。
【０１１６】
また、本実施形態では、検出装置１が、試験体の電気的特性として誘電率および導電率を検出する構成とした。しかしながら、検出装置１は、これに限定されるものではなく、例えば、試験体の抵抗成分や容量成分のみを検出する構成としてもよい。
【０１１７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の電気的特性検出装置は、例えば、電子機器用のプリント配線板や半導体デバイスの封止用樹脂などの電気的特性の検出に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、電気的特性検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電気的特性検出装置における、電気的特性の検出の手順を示すフローチャートである。
【図３】図１の電気的特性検出装置の備える保持手段の構成を示す図であり、（ａ）は試験体を挟み込んで保持する２つの電極からなる保持手段を示す断面図、（ｂ）はエッチング処理により試験体に形成されて試験体を保持する保持手段を示す上面図および断面図である。
【図４】図１の電気的特性検出装置の備える保持手段の電極間の等価回路を示すブロック図である。
【図５】図１の電気的特性検出装置において算出された複素インピーダンスをプロットした複素平面図である。
【図６】図１の電気的特性検出装置において算出された複素インピーダンスの経時変化をプロットした複素平面図である。
【図７】図１の電気的特性検出装置において検出された試験体の誘電率と、他の装置により測定された吸水率との関係を示した平面図である。
【図８】図１の電気的特性検出装置において検出された試験体の導電率と、他の装置により測定された吸水率との関係を示した平面図である。
【図９】図１の電気的特性検出装置において検出された溶液の導電率と、他の装置により測定された吸水率との関係を示した平面図である。
【図１０】図１の電気的特性検出装置において算出された、溶媒の容量成分が所定の電気的特性を越えるまでの時間と、試験体の周囲の環境における温度との関係を示した平面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１    検出装置（電気的特性検出装置）
２    制御手段
３    設定手段
４    温湿度制御手段（環境制御手段）
５    インピーダンス分析手段
２１  制御部（制御手段）
２２  表示部
２３  判定部（判定手段）
２４  データ蓄積部（記憶手段）
２５  演算部（算出手段）
４０  温湿度制御部
４１  温湿度検出部
４２  送風部
４３  加熱部
４４  加湿部
４５  保持電極（保持手段）
５１  インピーダンス分析器（インピーダンス算出手段）
５２  ＦＦＴ（インピーダンス算出手段）
５３  正弦波発信器（正弦波印加手段）
【図１】
2006064537.tif 000004
【図２】
2006064537.tif 000005
【図３】
2006064537.tif 000006
【図４】
2006064537.tif 000007
【図５】
2006064537.tif 000008
【図６】
2006064537.tif 000009
【図７】
2006064537.tif 000010
【図８】
2006064537.tif 000011
【図９】
2006064537.tif 000012
【図１０】
2006064537.tif 000013