JP2000074966A

JP2000074966A - 接触物理量測定装置

Info

Publication number: JP2000074966A
Application number: JP10247536A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Yoshida; 貴彦吉田; Masahiro Shiozawa; 方浩塩澤; Atsushi Hashikawa; 淳橋川; Yasuyoshi Hirai; 平井　　康義
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】光学部材の外壁の一部としての反射壁に透明
導電膜を設ける構成を有効に活用して、被測定物体の接
触面積及び接触抵抗の双方を測定するようにした接触物
理量測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】測定素子３０として、直角プリズム３０
ａの反射壁３３にその外面から透明導電膜３０ｂを成膜
する構成を採用することで、ロードセル６０による加圧
のもと、被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触抵
抗を電流計９０及び電圧計１００により測定するととも
に、被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触面積を
ＣＣＤカメラ７０及び画像処理装置８０により測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧接型半導体装置等
の被測定物体の接触抵抗及び接触面積を測定するに適し
た接触物理量測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧接した状態で電気的な導通を得
る装置、例えば、圧接型半導体装置は、一般に、半導体
素子を、当該半導体素子と導通する上下主電極面にて電
極ブロックにより圧接することで、挟持し、電気的導通
を得るものである。この際、半導体素子と圧接電極との
接触界面抵抗が半導体装置の性能を左右する主要因の一
つとなるため、詳細なデータの採取が必要となる。

【０００３】このため、従来は、圧接荷重（圧接力）と
被測定物体である半導体素子との間の接触抵抗の相関関
係を多数採り、この多数の相関関係から必要な接触抵抗
が得られる圧接力を算出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な方法だけでは、半導体素子と圧接電極との間における
接触面の状態と接触抵抗との間の関係を直接得ることが
できない。このため、被測定物体である半導体素子の材
料の種類（素子表面電極材や電極ブロック材）の他、表
面粗さ、形状、硬さ等が変更されると、新たに、接触荷
重と接触抵抗との相関関係について詳細な測定を行わな
ければならない。

【０００５】従って、作業効率を上げて接触信頼性を評
価するには、接触メカニズムを明らかにすることが必要
とされている。具体的には、接触抵抗に最も関与してい
る接触面積と接触抵抗との間の関係を定量的に把握する
ことが要望されている。このため、例えば、「曽田・河
野による理化学研究所報告第５２巻第２号、１９７６
年」では、圧接接触させている２つの材料を圧接後に分
離し、各々の接触面にプリズムを当てて接触面積を測定
する方法が示されている。

【０００６】具体的には、この方法は、プリズムの反射
面に被測定物体が接触していると、この被測定物体の接
触部分は光を全反射することができないという性質を利
用したもので、接触部分では黒い像が得られ、非接触部
分では白い像が得られる。そこで、このような反射像の
黒色部分の面積をプリズムと被測定物体との間の接触力
をパラメータとして測定するものである。

【０００７】しかし、このような方法では、プリズムの
表面が不導体であるため、接触面積と接触抵抗とを共に
測定することが不可能である。従って、接触面積はプリ
ズムと被測定物体間で評価し、一方、接触抵抗は被測定
物体により評価することとなる。この場合、接触面積及
び接触抵抗を測定している各材料が相互に異なるため、
材料表面における弾性変形状態や塑性変形状態が異なる
こととなる。その結果、接触面積と接触抵抗との間の相
関性が定量的には得られないという不具合が生ずる。

【０００８】なお、接触面の状態を観察する他の従来技
術としては、特開平９−１８４７９６号公報により開示
されたものもあるが、これは、単に、圧接摺動材の接触
面（摺動面）における磨耗状態や温度分布状態を評価す
るにすぎず、これによっては、接触面積と接触抵抗との
間の関係を直接測定することはできない。そこで、本発
明は、以上のようなことに対処するため、光学部材の外
壁の一部である反射壁に透明導電膜を設ける構成を有効
に活用して、被測定物体の接触面積及び接触抵抗の双方
を測定するようにした接触物理量測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項１に記載の発明によれば、外壁の一部を反射
壁（３３）として有する光学部材（３０ａ）と、上記反
射壁にその外面から密着させた透明導電膜（３０ｂ）と
を備えて、光源（４０）から光を入射されて上記反射壁
により反射して出射するようにした測定素子（３０）
と、この測定素子をその透明導電膜にて被測定物体（２
０）を介しステージ（１０）上に載置した状態におい
て、光学部材をその反射壁にて透明導電膜及び被測定物
体を介してステージ上に圧接させるように光学部材に荷
重を供給する荷重供給手段（５０、６０）と、被測定物
体の透明導電膜との接触抵抗を測定する接触抵抗測定手
段（９０、１００）と、被測定物体の透明導電膜との接
触面積を測定する接触面積測定手段（７０、８０）とを
備える接触物理量測定装置が提供される。

【００１０】このように、測定素子として、光学部材の
反射壁にその外面から透明導電膜を密着させる構成を採
用することで、荷重供給手段による荷重の供給のもと、
被測定物体の透明導電膜との接触抵抗及び接触面積の双
方を測定できる。このことは、被測定物体の接触抵抗に
最も関与している接触面積を、被測定物体の透明導電膜
との接触状態を利用して、被測定物体の接触抵抗と共に
測定できることを意味する。これにより、被測定物体の
接触メカニズムの解明や接触信頼性の評価の上での重要
なデータを得ることができる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１に記載の発明において、接触抵抗測定手段は、透
明導電膜を介して被測定物体に係る電圧及び透明導電膜
を介して被測定物体に流れる電流に基づき上記接触抵抗
を４端子法により測定する４端子法測定手段（９０、１
００）であり、また、接触面積測定手段は、被測定物体
の透明導電膜との接触状態を光学的画像データとして発
生する画像データ発生手段（７０）と、上記画像データ
を画像処理して被測定物体の透明導電膜との接触面積を
算出する画像処理手段（８０）とを備える。

【００１２】これにより、請求項１に記載の発明の作用
効果をより一層向上できる。また、請求項３に記載の発
明のように、請求項１又は２に記載の発明において、透
明導電膜は、酸化物半導体からなっていてもよい。ま
た、請求項４に記載の発明のように、請求項１又は２に
記載の発明において、透明導電膜は、透明性を有する金
属膜であってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る接触物理量測
定装置の一実施形態を図１乃至図３に基づいて説明す
る。当該接触物理量測定装置は、図１にて示すごとく、
適宜な静止面上に固定されるステージ１０を備えてお
り、このステージ１０の水平状の上面１１には、板状被
測定物体２０が水平状に載置されるようになっている。

【００１４】測定素子３０は、被測定物体２０を介しス
テージ１０の上面１１上に載置されるもので、この測定
素子３０は、三角柱状直角プリズム３０ａと、透明導電
膜３０ｂとにより構成されている。直角プリズム３０ａ
は断面二等辺三角形状を有するもので、この直角プリズ
ム３０ａでは、９０°の頂角を挟む両壁のうち一方が入
射壁３１とし他方が出射壁３２として用いられる。ま
た、この直角プリズム３０ａでは、上記頂角に対向する
底壁が反射壁３３として用いられる。

【００１５】透明導電膜３０ｂは、直角プリズム３０ａ
の反射壁３３にその外面から酸化物半導体であるＩＴＯ
を用いてスパッタリング等により成膜されている。この
ことは、透明導電膜３０ｂは直角プリズム３０ａの反射
壁３３にその外面から一様に密着して、光学的には、反
射壁３３と一体の構成部材として機能することを意味す
る。

【００１６】このように構成した測定素子３０において
は、直角プリズム３０ａは、その反射壁３３にて、透明
導電膜３０ｂを介し被測定物体２０上に水平状に載置さ
れる。そして、光源４０からの光が直角プリズム３０ａ
内にその入射壁３１を通して入射されると、この入射光
は、直角プリズム３０ａ内にて反射壁３３及び透明導電
膜３０ｂにより反射されて出射壁３２から出射するよう
になっている。

【００１７】但し、入射壁３１に対する光源４０の光の
入射角は９０°である。従って、透明導電膜３０ｂに対
し被測定物体２０が非接触状態にあるとき、直角プリズ
ム３０ａの反射壁３３及び透明導電膜３０ｂはその全面
に亘り全反射作用を発揮する。圧接ブロック５０は、そ
のＶ字状溝部５１（９０°の開口角を有する）にて、上
壁５２を水平状に位置させるように、直角プリズム３０
ａの頂部３４に図１にて図示上方から着座する。

【００１８】加圧装置の円板状ロードセル６０は、その
底壁にて、圧接ブロック５０の上壁５２上に載置される
もので、このロードセル６０は、その上壁６１にて、上
記加圧装置により図示矢印Ｒ方向に加圧されて荷重を圧
接ブロック５０に付与する。ＣＣＤカメラ７０は、その
受光面にて、直角プリズム３０ａの出射壁３２からの出
射光を受光し画像データとして画像処理装置８０に出力
する。ここで、上記画像データでは、被測定物体２０の
透明導電膜３０ｂとの接触部分及び非接触部分が、それ
ぞれ、黒色像部分及び白色像部分として特定される。

【００１９】画像処理装置８０は、ＣＣＤカメラ７０か
らの画像データを画像処理して当該画像データのうちの
黒色像部分に基づき被測定物体２０の接触面積を算出す
る。電流計９０は、その一端にて、透明導電膜３０ｂの
端部から延出するリード端子に電気的に接続されてお
り、この電流計９０は、その他端にて、バッテリＢを介
し被測定物体２０の端部から延出するリード端子に着脱
可能に電気的に接続される。これにより、電流計９０
は、バッテリＢからの定電流に基づき透明導電膜３０ｂ
を介して被測定物体２０に流れる電流を測定する。

【００２０】また、電圧計１００は、その一端にて、透
明導電膜３０ｂの端部から延出するリード端子に電気的
に接続されており、この電圧計１００は、その他端に
て、被測定物体２０の端部から延出するリード端子に着
脱可能に電気的に接続される。これにより、電圧計１０
０は、透明導電膜３０ｂを介して被測定物体２０にかか
る電圧を測定する。

【００２１】このように構成した本実施形態において、
被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触面積及び接
触抵抗は次のようにして測定される。まず、被測定物体
２０をステージ１０の上面１１上に載置する。ついで、
測定素子３０を、その透明導電膜３０ｂにて、被測定物
体２０上に載置する。その後、上記加圧装置の圧接ブロ
ック５０を、その溝部５１にて直角プリズム３０ａの頂
部３４に水平状に着座させるとともに、ロードセル６０
を圧接ブロック５０の上面５２上に載置する。

【００２２】このような状態にて、上記加圧装置により
ロードセル６０に矢印Ｒ方向に加圧すると、ロードセル
６０は、所要の荷重を発生し圧接ブロック５０、測定素
子３０及び被測定物体２０を介しステージ１０上に付与
する。これに伴い、被測定物体２０はロードセル６０か
らの荷重によりステージ１０上に圧接される。このと
き、上記荷重に基づく圧接力が、直角プリズム３０ａの
透明導電膜３０ｂと被測定物体２０との間に付与され
る。

【００２３】このような状態において、電流計９０及び
電圧計１００を、その他端にて、上述のごとく、被測定
物体２０の端部の各リード端子に接続する。これに伴
い、電流計９０によって、ロードセル６０による上記荷
重のもと、被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触
抵抗に基づく電流が測定され、また、電圧計１００によ
って、当該接触抵抗のもと透明導電膜３０ｂを介して被
測定物体２０にかかる電圧が測定される。そして、これ
ら測定電流及び測定電圧に基づき４端子法を用いて被測
定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触抵抗を測定す
る。

【００２４】また、上述のような圧接状態において、光
源４０から直角プリズム３０ａ内にその入射壁３１から
光を入射すると、この入射光は、直角プリズム３０ａの
反射壁３３及び透明導電膜３０ｂにより反射されて出射
壁３２からＣＣＤカメラ７０の受光面に向けて出射す
る。なお、被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触
部分では、反射壁３３は全反射せず、また、被測定物体
２０の透明導電膜３０ｂとの非接触部分では、反射壁３
３は全反射作用を発揮する。

【００２５】上述のように直角プリズム３０ａからＣＣ
Ｄカメラ７０に向けて出射されると、このＣＣＤカメラ
７０は直角プリズム３０ａからの出射光に基づき画像デ
ータを発生し画像処理装置８０に出力する。このとき、
当該画像データにおいては、被測定物体２０の透明導電
膜３０ｂとの接触部分が黒色画像部分にて特定され、被
測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの非接触部分が白色
画像部分にて特定される。

【００２６】上述のようにＣＣＤカメラ７０が画像処理
装置８０に画像データを出力すると、この画像データ
は、画像処理装置８０により画像処理されて、当該画像
データのうちの黒色像部分に基づき被測定物体２０の接
触面積が算出される。以上説明したように、本実施形態
では、測定素子３０として、直角プリズム３０ａの反射
壁３３にその外面から透明導電膜３０ｂを成膜する構成
を採用することで、ロードセル６０による加圧のもと、
被測定物体２０の透明導電膜３０ｂとの接触抵抗及び接
触面積の双方を測定できる。

【００２７】このことは、被測定物体２０の接触抵抗に
最も関与している接触面積を、被測定物体２０の透明導
電膜３０ｂとの接触状態を利用して、被測定物体２０の
接触抵抗と共に測定できることを意味する。これによ
り、被測定物体２０の接触メカニズムの解明や接触信頼
性の評価の上での重要なデータを得ることができる。ち
なみに、被測定物体２０として１０ｍｍの厚さを有する
四角状の銅板を用いた場合の接触面積及び接触抵抗を測
定したところ、図２及び図３にて各グラフＰ、Ｑにより
示す測定結果が得られた。

【００２８】これによれば、図２のグラフＰにて示すご
とく、ロードセル６０による圧接力を１０ｋｇｆ／ｃｍ
²から１００ｋｇｆ／ｃｍ²へと増加させるに伴い、上
記銅板の接触面積が０．１３ｃｍ²から０．５２ｃｍ²
へと増加することが分かる。また、これに伴い、図３の
グラフＱにて示すごとく、接触抵抗は、圧接力が増加す
るに伴い減少し、圧接力１００ｋｇｆ／ｃｍ²では圧接
力１０ｋｇｆ／ｃｍ²に対し７５Ωに減少することが分
かる。

【００２９】従って、上記銅板の接触抵抗及び接触面積
の双方を測定でき、しかも、接触面積の変化量に対する
接触抵抗の変化量をも定量的に把握できることが分か
る。なお、本発明の実施にあたり、透明導電膜３０ｂ
は、ＩＴＯに限ることなく、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₃、Ｃ
ｄ₂ＳｎＯ₄、ＣｄＯ、ＺｎＯ等の酸化物半導体を用い
て成膜するようにしてもよい。これによっても、上記実
施形態と同様の作用効果を達成できる。

【００３０】また、本発明の実施にあたり、透明導電膜
３０ｂとしては、ＩＴＯ膜に代えて、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、ＣｒＲｈ等の金属膜を採用して
もよい。これによっても、上記実施形態と同様の作用効
果を達成できる。但し、金属膜の膜厚は、当該金属膜が
その吸収率と反射率の減少によりかなりの透明性を有す
るようになる０．０２μｍ程度以下とすることが望まし
い。

【００３１】また、本発明の実施にあたり、測定素子３
０のプリズムは直角プリズム３０ａに限ることなく、例
えば、底壁或いは上壁等の外壁の一部を反射壁とする台
形柱状、円柱状或いは球状等のプリズムであってもよ
く、これによっても、上記実施形態と同様の作用効果を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接触物理量測定装置の一実施形態
を示す分解斜視図である。

【図２】被測定物体２０として銅板を用いた場合の接触
面積とロードセル６０による圧接力との関係を示すグラ
フである。

【図３】被測定物体２０として銅板を用いた場合の接触
抵抗とロードセル６０による圧接力との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０…ステージ、２０…被測定物体、３０…測定素子、
３０ａ…直角プリズム、３０ｂ…透明導電膜、４０…光
源、５０…圧接ブロック、６０…ロードセル、７０…Ｃ
ＣＤカメラ、８０…画像処理装置、９０…電流計、１０
０…電圧計。

フロントページの続き (72)発明者塩澤方浩愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者橋川淳愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者平井康義愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 2F065 AA58 BB01 CC25 DD06 FF01 FF04 FF63 JJ03 JJ26 LL12 PP11 QQ31 2G028 AA03 CG04 DH03 FK01 FK02 HN11 HN13 MS03 2G060 AA09 AE40 AF02 AF07 AG08 AG11 EB07 HA01 HC10 HE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外壁の一部を反射壁（３３）として有す
る光学部材（３０ａ）と、前記反射壁にその外面から密
着させた透明導電膜（３０ｂ）とを備えて、光源（４
０）から光を入射されて前記反射壁により反射して出射
するようにした測定素子（３０）と、この測定素子をその透明導電膜にて被測定物体（２０）
を介しステージ（１０）上に載置した状態において、前
記光学部材をその反射壁にて前記透明導電膜及び被測定
物体を介して前記ステージ上に圧接させるように前記光
学部材に荷重を供給する荷重供給手段（５０、６０）
と、前記被測定物体の前記透明導電膜との接触抵抗を測定す
る接触抵抗測定手段（９０、１００）と、前記被測定物体の前記透明導電膜との接触面積を測定す
る接触面積測定手段（７０、８０）とを備える接触物理
量測定装置。
【請求項２】前記接触抵抗測定手段は、前記透明導電
膜を介して前記被測定物体に係る電圧及び前記透明導電
膜を介して前記被測定物体に流れる電流に基づき前記接
触抵抗を４端子法により測定する４端子法測定手段（９
０、１００）であり、また、前記接触面積測定手段は、前記被測定物体の前記透明導電膜との接触状態を光学的
画像データとして発生する画像データ発生手段（７０）
と、前記画像データを画像処理して前記被測定物体の前記透
明導電膜との接触面積を算出する画像処理手段（８０）
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の接触物理
量測定装置。
【請求項３】前記透明導電膜は、酸化物半導体からな
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触物理量
測定装置。
【請求項４】前記透明導電膜は、透明性を有する金属
膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触
物理量測定装置。