(57)【要約】【課題】金属接合部の良否判定を非破壊で行える検査装置および検査方法を提供すること。【解決手段】接合部に接触した検査プローブ２先端に備えたダイオード１１に加熱電流を印加してダイオード１１を発熱させ、接合部を加熱する。加熱終了後、接合部に接触したダイオード１１に温度測定電流を印加して、ダイオード１１の順方向電圧を測定し、演算により接合部の熱抵抗値を算出する。算出した熱抵抗値を基準値と比較し、接合部の良否判定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの金属の接合部に接触して熱を加える加熱部および前記接合部に接触して温度を測定する温度測定部を有する検査プローブと、
前記接合部への加熱停止後の温度変化を計測し、基準となる温度変化と比較して前記接合部の良否判定を行う処理部と、を備え、
前記加熱部および前記温度測定部は、１つのダイオードで構成され、
前記加熱部と前記温度測定部とは、共通の接触面で前記接合部に接触する、
接合検査装置。
【請求項２】
前記ダイオードは、１００ｍＡ程度の電流を流した場合に前記加熱部として機能し、１ｍＡ程度の電流を流した場合に前記温度測定部として機能する、
請求項１に記載の接合検査装置。
【請求項３】
前記ダイオードと前記接触面とを結ぶ電極リードを通った前記接触面までの熱抵抗は、前記ダイオードから前記ダイオードを封止する樹脂表面までに達する他の経路よりも低い、
請求項１または２に記載の接合検査装置。
【請求項４】
前記接触面は湾曲面を備える、
請求項１から３いずれか１項に記載の接合検査装置。
【請求項５】
接合された２つの金属の接合部に検査プローブを接触させるステップと、
前記検査プローブの加熱部から前記接合部へ熱を加えるステップと、
前記加熱部による加熱停止後に前記接合部の温度を前記検査プローブの温度測定部で測定するステップと、
前記温度測定部の出力から熱抵抗と熱容量からなる構造関数を算出するステップと、
算出された前記接合部における構造関数と基準となる構造関数とを比較して前記接合部の良否判定を行うステップと、を有する、
接合検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ接合などの金属接合部の検査装置および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属の接合部を検査するものとしては、ＩＣリードの接合部検査装置がある（例えば、特許文献１参照）。この接合検査装置は、電子回路のはんだ接合部にレーザを照射し、はんだ接合部から放射される赤外線を撮像して得られた温度分布画像により電子部品のリードと回路基板の導電パターンとのはんだ接合部の温度分布状況を求め、この分布に基づいてはんだ接合部の良否を画像判定するものである。しかし、この接合検査装置を用いた検査方法は、温度分布と接合状態の相関性検査の難易度も高く、コスト高となる等の多くの問題があるため、実際には切断面の観察、ピールテスト、プルテスト、シェアテスト等の破壊検査による物理強度測定が必要な場合が多い。
【０００３】
また、接合部の温度変化と接合状態との相関性を、接合部面積に関連付けられた係数として算出し、これにより接合部状態の良否判定を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図６に従来技術により構成された接合検査方法の例を示す。レーザ３０の照射によって金属１９が熱せられた結果、加熱点１９ａから周囲に向けて赤外線が放射されるとともに、金属１９内部では接合相手の金属２０に向かって熱が伝導していく。接合面積が十分な場合は金属１９から接合部２１を介して金属２０に向かって多くの熱が伝導して逃げるため、加熱点１９ａの温度は低めになり、接合は良好な状態となる。これに対して、接合面積が不十分な場合は、金属１９から金属２０へ伝導される熱が少ないため、加熱点１９ａの温度が高めになり、接合は不良な状態となる場合がある。この加熱点１９ａの温度測定を赤外線センサ３１で行い、与えた熱量と温度変化の比を求める。この比は熱容量の次元をもつため接合部面積と相関を有することになる。従来の接合検査方法では、この値を基準と比較することで接合状態の良否を判定している。
【０００５】
また、加熱後の温度測定を、赤外線センサではなく、温度センサを接触させて温度の経時変化を基準と比較して良否判定するものがある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平０７−１２４４号公報
【特許文献２】特開２００９−６９００９号公報
【特許文献３】特開２００７−６４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の金属接合検査において、レーザ照射などで熱を与える場合は、金属表面での反射などによりレーザ照射で与えた熱量がそのまま金属に吸収されないため、与えた熱量と実際に吸収され加熱する熱量とは一致していないという問題がある。また、赤外線センサを用いて温度を計測する場合は、対象物からの熱の輻射量を基準にするため、金属からの熱の輻射量が少ない可能性があって金属接合部の温度変化を十分に補足することが困難という問題がある。また、接触して温度測定を行う場合は、接触部の接触熱抵抗の影響を受けるため、より正確な判定を行うことが困難という問題がある。
【０００８】
本発明は、これら従来の課題を解決するもので、検査部の表面状態によらず温度変化を補足でき、また接触熱抵抗の影響によらず、接合部の接合状態を確実に判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の接合検査装置は、２つの金属の接合部に接触して熱を加える加熱部および前記接合部に接触して温度を測定する温度測定部を有する検査プローブと、前記接合部への加熱停止後の温度変化を計測し、基準となる温度変化と比較して前記接合部の良否判定を行う処理部と、を備え、前記加熱部および前記温度測定部は、１つのダイオードで構成され、前記加熱部と前記温度測定部とは、共通の接触面で前記接合部に接触することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明の接合検査方法は、接合された２つの金属の接合部に検査プローブを接触させるステップと、前記検査プローブの加熱部から前記接合部へ熱を加えるステップと、前記加熱部による加熱停止後に前記接合部の温度を前記検査プローブの温度測定部で測定するステップと、前記温度測定部の出力から熱抵抗と熱容量からなる構造関数を算出するステップと、算出された前記接合部における構造関数と基準となる構造関数とを比較して前記接合部の良否判定を行うステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、接合部の温度測定を表面状態によらず行うことができ、また接触熱抵抗による影響を受けることなく金属接合部の接合部状態の良否判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における接合検査装置を示す構成図
【図２】（ａ）、（ｂ）本実施の形態１における接合検査装置のプローブ先端の断面図
【図３】本実施の形態１における接合検査方法を示すフローチャート
【図４】熱の構造関数を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における接合検査装置のプローブ先端の断面図
【図６】従来技術により構成された接合検査方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における接合検査装置１を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態１における接合検査装置のプローブ先端が被検査対象に接触している状態の断面図である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）と直交する方向からの断面図である。
【００１５】
図１に基づき、接合検査装置１についての構成について説明する。検査プローブ２の先端に設けられた接触子３は、ダイオード１１を面４ｂ側に内蔵している。面４ｂは、接触子３において、接触面４ａと対向する面である。ダイオード１１は、接触面４ａに熱量を与える加熱部と、接触面４ａの温度を測定する温度測定部としての機能を有する。そのため、接触面４ａは、加熱部および温度測定部の共通の接触面である。接合検査装置１は、検査プローブ２、検査プローブ２と被検査部との接触荷重を制御する荷重制御部７、接触子３に内蔵している加熱部と温度測定部への電流供給とこれを制御する電源部８、温度測定部の出力から熱抵抗と熱容量を算出する処理部９、処理部９の結果を表示する表示部１０で構成されている。
【００１６】
図２（ａ）に接触子３の構成を示す。接触子３の内部において、ダイオード１１は、一方の面が電極リード１３とはんだ１２ではんだ接続され、他方の面が電極リード１４とはんだ１５ではんだ接続されている。ダイオード１１と電極リード１３、１４は、接触面４ａが露出するように樹脂１６で封止されている。
【００１７】
本実施の形態の接触子３は、この構成により、ダイオード１１と電極リード１３を通った接触面４ａまでの熱抵抗が、接触子３のダイオード１１から樹脂１６表面までに達する他の経路よりも低くなり、ダイオード１１と接触面４ａまでが伝熱の主たる経路となる。その結果、接触子３は、ダイオード１１周囲からの熱の影響を受けず、接触面４ａからの熱をダイオード１１へ確実に伝えることができる。この接触子３により検査対象である金属１９と金属２０の接合部２１の接合検査を行うため、接触面４ａは、金属１９と接触する。
【００１８】
電極リード１３、１４は、検査プローブ２の中の配線１７、１８を通して電源部８と接続されている。ダイオード１１は、電源部８からの電流値に従い加熱部または温度測定部として機能する。例えば、電源部８から１００ｍＡ程度の電流（加熱電流）を流した場合、ダイオード１１自身が発熱し、ダイオード１１は加熱部として機能する。また、例えば、電源部８から１ｍＡ程度の電流（温度測定電流）を流した場合、ダイオード１１自身の発熱は無視できる程度となるため、ダイオード１１の順方向電圧を測定することで、ダイオード１１の順方向電圧の温度特性からダイオード１１の温度が測定できることから、温度測定部として機能する。加熱部として機能する際の電流は、温度測定部として機能する際の電流の５０倍以上かつ５００倍以下となることが望ましい。ダイオード１１自身の特性や検査対象物の種類に応じて、この範囲の値になるように予め設定しておくことが望ましい。
【００１９】
また、加熱部と温度測定部を１つのダイオード１１で構成することで、微小な領域への接触を容易に行うことができ、加熱点と測定点が同一となるため、位置ずれによる誤差の影響を受けることなく測定が行える。
【００２０】
図２（ｂ）に別の方向からの断面図を示す。本実施の形態の接触子３の接触面４ａは内側に湾曲した表面形状を有しており、この表面形状により接触する金属１９との接触面積を大きくして接触抵抗を低減している。接触する金属１９が円柱状のアルミワイヤであれば、アルミワイヤの１〜２倍の曲率半径をもたせることが望ましい。このような表面形状とすることで、検査プローブ２への荷重により金属１９の形状に沿うように接触子３を接触させることができる。
【００２１】
図３に、本実施の形態の接合検査装置１を用いた検査方法のフローチャートを示す。
【００２２】
まず、検査プローブ２を検査対象の部位に接触させ（ステップＳ１）、接触面４ａから受ける荷重が予め実験により得ていた所定の荷重となるように荷重制御部７で調整してセットする（ステップＳ２）。そして、電源部８より加熱電流を印加し（ステップＳ３）、予め実験により得た熱平衡までの時間と検査のタクト時間から設定した時間経過後に、電流の印加を停止する（ステップＳ４）。その後、電源部８より温度測定電流を印加し（ステップＳ５）、所定のサンプリング時間、回数の順方向電圧を測定し（ステップＳ６）、温度測定電流を停止する（ステップＳ７）。
【００２３】
なお、前述のように、一つのダイオード１１で加熱と温度測定を行う場合は、同時に加熱と温度測定が行えないため、加熱後に測定を行うことになる。加熱と温度測定が２つのダイオードで行うなど分離できる場合はステップＳ３からステップＳ４とステップＳ５からステップＳ７を並列して行うことも可能である。
【００２４】
次に、予め取得していた温度補正係数を基に順方向電圧から測定温度を算出するとともに、与えた熱量と温度の変化量に基づいて、熱の構造関数（熱抵抗と熱容量）を算出する（ステップＳ８）。熱の構造関数から接合部に相当する箇所について予め取得している基準値と比較し（ステップＳ９）、基準値の熱抵抗値以下の場合は良とし、基準値を超える場合は不良として判定する（ステップＳ１０）。最後に、検査プローブ２を検査対象の部位から引離す（ステップＳ１１）。これで一つの接合部の接合検査が終了する。
【００２５】
続いて、熱の構造関数に関して、図４を用いて説明する。
【００２６】
図４は、横軸に熱抵抗、縦軸に熱容量を示し、加熱部から大気までの熱抵抗−熱容量特性を示している。図４のグラフの横軸の左側のグラフ起点から、グラフ右端の熱容量が急激に上に伸びていくまでの間が、検査対象も含めた測定系における総熱抵抗を表す。また、グラフには傾きの変化がいくつか見られるが、これは熱の経路の熱特性変化、すなわち検査対象も含めた測定系を構成する部材毎の熱抵抗、熱容量の変化を示しており、これが測定系の熱的な構造を表すこととなる。
【００２７】
さらに、実線で示された基準グラフを用いて、詳細に説明する。グラフ左端の起点Ａからグラフが立ち上がり、変化点Ｂで一旦傾きが緩くなって変化点Ｃで再度立ち上がり、変化点Ｄまでの領域が、検査プローブ２内部の構造における関係を示している。これは、図２（ａ）に示す検査プローブ２先端の接触子３内部を構成するダイオード１１、はんだ１２、電極リード１３において、各部材の境界で熱抵抗、熱容量が変化していることと対応付けられる。変化点Ｄからグラフの傾きが緩くなり変化点Ｅまでの領域が、図２（ａ）における接触面４ａを示しており、接触子３と金属１９の接触状態によって接触熱抵抗がばらつく領域である。変化点Ｅからグラフが立ち上がりまた傾きが緩くなる変化点Ｆを経て、変化点Ｇで再度立ち上がりグラフ右端Ｈまでの領域が、検査対象となる接合部を含む判定領域となる。判定領域には、金属１９、接合部２１、金属２０と大気までの構造における関係が示される。検査対象を含む測定系の構造を把握した上で、算出した構造関数の変化点に着目し、これがどの部材に対応するかを読み取っていくことで、構造の分離が可能となり、これにより検査対象となる接合部の熱抵抗と熱容量が算出できる。この構造関数の算出する処理が、図３のステップＳ８に相当する。
【００２８】
なお、接触方式では、接触熱抵抗が存在するために、測定においてはこの影響を排除する必要がある。そこで、検査プローブ２が検査対象と接触するときに、ある程度の荷重を加えることで、検査毎の接触熱抵抗の影響をある程度軽減することは可能である。さらに、本実施の形態の接合検査装置１では、熱の構造関数を算出することで、この接触熱抵抗自体がどの程度の大きさであるかを検出できるため、この接触熱抵抗を除いた状態で接合部の熱抵抗を比較することが可能となる。例えば基準点で、予め取得していた判定の基準グラフと検査対象グラフを一致させることで、接触熱抵抗の影響を受けることなく、処理部９において良否判定が行える。
【００２９】
本発明の接合検査装置１を用いることで、このように、接合部の温度測定を表面状態によらず行うことができ、また接触熱抵抗による影響を受けることなく金属接合部の接合部状態の良否判定を行うことが可能な接合検査を行うことができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による検査プローブ２の構成を示す図である。本実施の形態の検査プローブ２は、実施の形態１の接触子３に代えて接触子２７を有すること以外は前述の実施の形態１と同様であるため、接触子２７の構成以外の説明は省略する。
【００３１】
接触子２７において、ダイオード１１の電極は一方にまとめて基板２３にはんだ２４ではんだ接続される。基板２３の他の面から電極２５、２６が検査プローブ２内の配線１７、１８と接続される。またダイオード１１の他の面には熱伝導率の良い保護材料、例えばグラファイトゴム２２が密着している。ダイオード１１と基板２３は接着面４を露出するように樹脂１６で封止される。
【００３２】
本実施の形態２の検査プローブ２は、所定の荷重でこの検査プローブ２を被検査部と接触させることで、接触熱抵抗の影響を抑えることができ、ダイオード１１と被検査部との間におかれる部材が少なくなり、温度測定の感度が向上する。これにより接合検査の判定精度も向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の接合検査装置は、非破壊で精度よく金属接合部の状態の良否判定検査を行うことが可能となるため、全数検査が必要となるような信頼性を要求される部品の接合部検査に有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１    接合検査装置
２    検査プローブ
３、２７    接触子
４ａ    接触面
４ｂ    面
７    荷重制御部
８    電源部
９    処理部
１０    表示部
１１    ダイオード
１２、１５、２４    はんだ
１３、１４    電極リード
１６    樹脂
１７、１８    配線
１９、２０    金属
１９ａ    加熱点
２１    接合部
２２    グラファイトゴム
２３    基板
２５、２６    電極
３０    レーザ
３１    赤外線センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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