JP2004271376A

JP2004271376A - 被熱処理物の検査方法

Info

Publication number: JP2004271376A
Application number: JP2003063514A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Otsuka; 大輔大塚; Hideo Ito; 英雄伊藤; Shigeru Akimoto; 茂秋本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP3994891B2

Abstract

【課題】例えば電子部品など、熱処理中における被熱処理物の膨張収縮等の検知をきわめて高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】被熱処理物１の表面に形態変化検知用の導電性膜９を成膜する成膜工程と、前記導電性膜９が成膜された被熱処理物１に対して所望の熱処理を行なう熱処理工程と、前記熱処理工程中において、前記導電性膜９における少なくとも２点間の電気抵抗を測定する測定工程と、を含む被熱処理物の検査方法。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック成形体等の被熱処理物が熱処理中に膨張収縮したときその表面の挙動検査に供する被熱処理物の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサのような電子部品など熱処理工程を経て作製される被熱処理物では一般に製品の信頼性を確保するために熱処理中における膨張収縮の状態やクラックの発生などを検査する。従来の検査方法に実施されるものとして示差熱分析装置（ＴＭＡ：Ｔｈｅｒｍｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｚｅｒ）がある。示差熱分析装置は、被熱処理物に検査に必要な荷重を与え、その荷重による被熱処理物の膨張収縮に伴う寸法変化を機械機構により増幅検知する（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平８−３０６８５号（全頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような示差熱分析装置を用いた従来の検査方法の場合、その膨張収縮の検知可能な精度は、その機械的構造の点から１μｍ程度が限界であるため、小型化が著しいチップコンデンサなどのようにそれよりも小さいクラックの発生するおそれのある被熱処理物の検査はきわめて困難なものとなっていた。
【０００５】
また、従来の検査方法の場合、クラックの発生など不連続な寸法変化を検知することができるものの、被熱処理物の熱処理中の連続的な寸法変化などを捉えることが難しく、例えば熱処理の温度制御プロファイルを設定するために電子部品の膨張収縮に関する詳細なデータを得るものとしては不十分であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る被熱処理物の検査方法は、被熱処理物の表面に導電性膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程後の被熱処理物に対して熱処理を行なう熱処理工程と、前記熱処理工程中に前記導電性膜の少なくとも２点間の電気抵抗を測定する測定工程とを含む。
【０００７】
請求項１に係る被熱処理物の検査方法によれば、被熱処理物の表面における形態変化を検知する対象部位に導電性膜を成膜し、その被熱処理物に対して所望の熱処理を行い、その熱処理の際に、導電性膜の電気抵抗を測定することから、被熱処理物の膨張収縮に伴う形態変化が被熱処理物の表面における面方向での寸法変化となり、その表面変化を導電性膜の抵抗変化として測定することになるので、確実性高く、かつ高精度に検知することができる。また、被熱処理物の表面の形態変化として微小なクラックが発生した場合もそのクラックの発生に伴う導電性膜の破断による測定抵抗値の急な増加により確実に検知することができる。
【０００８】
なお、導電性膜の膜厚は、被熱処理物の膨張収縮に伴う被熱処理物表面の形態変化の影響を受けて抵抗値も簡易に変わるものとする必要から、極力薄いものであることが望ましい。また、その膜厚の程度も被熱処理物の大きさに応じて適宜設定される。
【０００９】
本発明に係る被熱処理物の検査方法は、好ましくは、前記導電性膜を、検知対象となる被熱処理物の表面の互いに離間した複数部位に形成し、各部位の導電性膜に対して前記測定を行う。この場合、例えばクラックが発生し、そのクラックが拡がっていく過程が複数部位に形成した導電性膜のそれぞれの時間的な抵抗変化を追跡することによって具体的に判明するのであり、従来微小クラックの発生を十分検知できなかったものに比較して、クラック発生のメカニズムの検証が行なえるなどの利点がある。
【００１０】
本発明に係る被熱処理物の検査方法は、好ましくは、前記被熱処理物はセラミック成形体である。この場合、熱処理に伴う膨張収縮状態が検知しにくいセラミック成形体についても精度良くその検知を行なうことができる。
【００１１】
本発明に係る被熱処理物の検査方法は、好ましくは、導電体薄膜は、白金、金、カーボンの少なくともいずれかで構成されている。この場合、白金、金においては酸化しにくいものであるので、雰囲気ガスとの酸化反応により電気抵抗値が変化するというおそれが小さいものであり、酸化反応が生じ易い雰囲気中での熱処理においても電気抵抗の測定を精度良く行なうことができる。カーボンについては、比較的低温での導電性膜形成が可能となっており、導電性膜の形成による被熱処理物に対する熱的影響が抑制されたものにできる。
【００１２】
本発明に係る被熱処理物の検査方法は、好ましくは、前記被熱処理物はバインダを含む成形体であり、前記熱処理工程は熱処理により前記被熱処理物からバインダ成分を離脱させる脱脂を行なう工程である。この場合、バインダ成分を被熱処理物から離脱させることから、クラックなどの発生しやすい脱脂工程において、精度良くそのクラック発生や被熱処理物の膨張収縮状態が検知できる。
【００１３】
本発明に係る被熱処理物の検査方法は、好ましくは、前記測定工程は、被熱処理物の熱処理時における温度検知と、前記抵抗測定とを対応させて行なう。この場合、被熱処理物の温度と測定された抵抗値との関係から膨張収縮に伴う被熱処理物の寸法変化が熱処理時の温度と対応させられることになって、被熱処理物が熱処理時の温度に対応してどのように表面が挙動するかが判明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１ないし図６に、本発明の実施形態に係る被熱処理物の一例としての電子部品の熱処理中における検査方法の実施の形態を示す。図１は、被熱処理物としてのセラミック成形体の検査装置の概略構成図、図２（ａ）はセラミック成形体の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の側面図、図３、図４は、本実施形態の検査方法によるセラミック成形体の検査結果を示す図、図５は、従来の検査方法によるセラミック成形体の検査結果を示す図、図６は、本発明の検査方法による測定の際、ワークにクラックが発生した状態を示す図である。
【００１６】
図１を参照して検査装置の構成を説明すると、２はワーク１としてのセラミック成形体（積層セラミックコンデンサ）を一定姿勢に保持した状態で装着可能な基板２を示す。その基板２の表面には、所定長さのギャップをおく状態で直線上に沿った一対の電極３，４がストリップラインとして設けられている。この一対の電極３，４は、電気信号の送受が可能に電気抵抗測定装置５に接続されている。基板２は、温度制御可能な加熱炉６の炉内に配備される。加熱炉６は、不図示のヒータにより炉内の加熱が行われるとともに、ヒータの運転制御は制御装置７によって行われる。加熱炉６の炉内には、温度センサ８が設けられており、この温度センサ８の検知結果に基づいて炉内温度の制御が行われる。
【００１７】
図２を参照してセラミック成形体１の具体構成を説明すると、セラミック成形体１は、積層セラミックコンデンサ用であって、有機バインダによりセラミック粉末を結合してなる直方体状の成形体である。ワーク１の側面には、その長手方向中央個所に白金（Ｐｔ）による一つの導電性膜９がスパッタリングで所定幅に成膜されている。ここで、ワーク１の上下方向は積層セラミックコンデンサの積層方向に対応している。以下の説明においては、ワーク１の長手方向に沿う辺をＬ辺とし、上下方向に沿う辺をＴ辺とし、Ｌ辺とＴ辺とに直交する辺をＷ辺とするとともに、例えばＬ辺とＴ辺とでなる側面をＬＴ面と呼ぶ。したがって、導電性膜９はワークの一つのＬＴ面にＴ方向に沿うように形成されている。３，４は電極、５は電気抵抗測定装置を示す。
【００１８】
図１に戻って、ワーク１は、導電性膜９を成膜したＬＴ面を下面にして、その導電性膜９の両端のそれぞれが一対の電極３，４のそれぞれの対向する端部に接触する状態で基板２上に装着される。そして、導電性膜９と電極３，４とが電気的に接続されるよう互いに接触する状態にしておく。例えば、導電性膜９と電極３，４とを導電性接着剤により接着すればよい。なお、一対の電極３，４におけるワーク１との接触部位には、ワーク１の導電性膜９に対して確実性高く接触ができるよう、基板１表面より幾分盛り上がる状態で突起が形成されていてもよい。
【００１９】
電気抵抗測定装置５は、導電性膜９の電気抵抗を高精度に測定できるものであって、その精度は、±０．２Ωである。
【００２０】
上記検出装置の構成において、ワーク１の熱処理中における検査方法について以下に説明する。
【００２１】
まず、成膜工程において、検査対象のワーク１に対してスパッタリングにより白金の上記導電性膜９を成膜する。その導電性膜９が成膜されたワーク１は、基板２に装着される。このとき、基板２における一対の電極３，４のそれぞれの接触端がワーク１の導電性膜９の両端部にそれぞれ接触するようにワーク１が装着される。基板２は、加熱炉６の炉内に収納される。この電気抵抗測定を行なうときの加熱炉における雰囲気としては大気雰囲気としたり、あるいは窒素雰囲気としたりしてその熱処理対象に対応させた所望の雰囲気に設定される。
【００２２】
次いで、加熱炉６内を常温から単位時間当たり所定の上昇温度となる温度制御により加熱していく。本発明の熱処理工程は、ワーク１から有機バインダを揮発させる脱脂工程であるから、３００℃近くまでを上限として温度制御を行なう。そして、その加熱していく過程において適宜な温度間隔ごとあるいは時間間隔ごとに導電性膜９の電気抵抗を電気抵抗測定装置５によって測定する。その測定結果は、制御装置７などに備える記憶装置１０に記憶する。あるいは、加熱炉６の炉内温度と、導電性膜９の電気抵抗の測定結果とを共に表示装置１１に表示できるようにして、作業者がその測定結果などを記録できるようにしてもよい。その測定結果に基づいて、例えば、ワーク１に関する熱処理工程について温度制御プロファイルの設定や、ワーク１の熱処理における評価などを行なう。
【００２３】
次に、被熱処理物としてセラミック成形体１について、本発明者が脱脂工程中に本発明に係る上記実施の形態の検査方法により抵抗測定を行なった実施例について説明する。
【００２４】
実施例においては加熱炉６内部を大気雰囲気とした状態でその炉内温度の温度上昇速度を、毎分０．５℃、毎分１℃、毎分４℃の３種類にそれぞれ設定して常温から２７０℃まで昇温させた試験を行なった。また、この実施例に対する比較例として、ワーク１に付設していない白金の導電性膜９についてのみの電気抵抗を炉内温度を毎分４℃で昇温させた場合についても測定した。それぞれの測定結果を図３および図４に示す。図３および図４において、横軸は加熱炉６の炉内温度（℃）に対応し、縦軸は測定された導電性膜９の電気抵抗（Ω）に対応する。また、温度上昇速度を上記と同じ３種類の条件にした状態で従来の示差熱分析装置による測定も行った。この場合の測定結果を図５に示す。図５において、横軸は加熱炉６の炉内温度（℃）に対応し、縦軸はワーク１の膨張率（％）に対応する。
【００２５】
上記測定の結果、本発明の検査方法により、温度上昇速度を毎分０．５℃とした場合には、常温から約１８０℃までの間は導電性膜９の電気抵抗が低下していき、１８０℃から高温側では、ほぼ温度と電気抵抗とが線形的に対応して、電気抵抗が温度上昇に伴って上昇していることがわかる。この電気抵抗の上昇は、ワーク１の膨張に伴って、導電性膜９が伸びたことによると考えられる。よって、ワーク１が約１８０℃から膨張する状態となっていることが判明する。なお、常温から１８０℃までの間は、スパッタされた白金の粒間結合が温度上昇に伴って進行することにより電気抵抗の低下が生じていると考えられる。比較例の場合、２７０℃までさらに電気抵抗の低下が生じている。
【００２６】
また、本発明の検査方法により、温度上昇速度を毎分１℃とした場合、２４０℃近くにおいてワーク１にクラックが発生したことで導電性膜９が切断されて電気抵抗が急に増大したものである。また、本発明の検査方法により、温度上昇速度を毎分４℃とした場合、２６０℃近くにおいてワーク１にクラックが発生しさらにそれによりワーク１を２分割する割れが生じたことで導電性膜９が切断されて電気抵抗が急に増大したものである。なお、本発明の検査方法による測定の際、ワーク１にクラックＣが発生した状態を図６に示している。
【００２７】
一方、従来の検査方法による場合、図５に示すように、温度上昇速度が毎分０．５℃および１℃の場合、常温から２７０℃近くまでワークの膨張率に変化がなく、温度上昇速度が毎分４℃の場合のみ２４０℃近くにおいて突然膨張率が０．４％と大きくなることが判明するのみであって、ワークの膨張収縮について連続的に測定できるものではない。
【００２８】
次に、本発明に係る検査方法の別の実施の形態について示す。なお、上記実施の形態と同様の構成については説明を省略し、同一符号を付す。
【００２９】
図７及び図８を参照して、基板２の表面には、所定長さのギャップをおく状態で直線上に沿った三対の電極３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃがストリップラインとして設けられている。なお、各対において電極３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃのギャップ長さは同一に設定している。この三対の電極３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃは、電気信号の送受が可能に電気抵抗測定装置５にそれぞれ接続されている。基板２は、温度制御可能な加熱炉６の炉内に配備される。この加熱炉６は、図示しないヒータにより炉内の加熱が行われるとともに、ヒータの運転制御は制御装置７によって行われる。加熱炉６の炉内には、温度センサ８が設けられており、この温度センサ８の検知結果に基づいて炉内温度の制御が行われる。
【００３０】
図８に示すように、ワーク１はセラミック成形体であって、有機バインダによりセラミック粉末を結合して成形体としたものであり、その形状は直方体状となっている。そのワーク１における一つの側面には、その長手方向での左右両端および中央個所に所定幅の白金（Ｐｔ）による三つの導電性膜９ａ〜９ｃがスパッタリングで成膜されている。その導電性膜９ａ〜９ｃは、ワーク１の長手方向に沿う上下の各辺間にわたって所定幅に成膜されている。
【００３１】
ワーク１の基板２への装着固定は上記実施の形態と同様導電性接着剤による各導電性膜９ａ〜９ｃと対応する各電極３ａ〜３ｃ，４ａ〜４ｃとの接触により行なわれる。
【００３２】
成膜工程により、上記各導電性膜９ａ〜９ｃをワーク１のＬＴ面に成膜する。そのワーク１を基板２に装着し、その基板２を加熱炉６に収納する。加熱炉６の炉内温度制御を所定の温度上昇速度で行なって、そのときの温度などに対応させて各導電性膜９ａ〜９ｃの電気抵抗を測定する。この測定結果は、例えばクラックがワークに発生する場合、各導電性膜９ａ〜９ｃでの電気抵抗の急な増大を時間的に追うことによって、ワークのどの箇所でクラックが生じ、どのような過程を経てそのクラックが拡大していくのか判明できる。
【００３３】
次に、被熱処理物として積層コンデンサのチップ部品となるセラミック成形体について、本発明者が脱脂工程中に本発明に係る上記別の実施の形態の検査方法により抵抗測定を行なった実施例について説明する。
【００３４】
図７を参照して、大気雰囲気とした状態で加熱炉６の炉内温度の温度上昇速度を、毎分１℃に設定して常温から２７０℃まで昇温させた試験を行なった。そのときの各導電性膜９ａ〜９ｃの測定された電気抵抗と温度との関係を図９にグラフとして示す。図９において、横軸は加熱炉の炉内温度に対応し、縦軸は測定された電気抵抗に対応する。
【００３５】
この場合、脱脂後のワークについてクラックが観察された。そして、図９のグラフから分かるように、ワーク長手方向一端側の導電性膜９ａではほぼ２３５℃、中央の導電性膜９ｂではほぼ２４０℃、他端側の導電性膜９ｃではほぼ２４３℃で電気抵抗が急激に増大しているものである。これにより、このワークにおけるクラックは、ワーク長手方向一端側の導電性膜９ａ個所から先に発生し、次いでワークの長手方向中央箇所にクラックが生じた状態になり、最後にワーク長手方向他端側の導電性膜９ｃ箇所にクラックが生じた状態となっていることが判明する。
【００３６】
本発明の上記実施の形態などに限定されるものでなく、例えば次のような変形例や応用例が考えられる。
【００３７】
（１）図９（ａ），（ｂ）に示すように、一つの導電性膜９を、被熱処理物であるワーク１の側面（この場合、ＬＴ面）において、長手方向一端から他端まで上下方向でジグザグ状に付設向きを変えて連続するように形成してもよい。その導電性膜９の電気抵抗は、例えば図９（ａ）に示すように、長手方向両端間で測定する。なお、図９において、３，４はそれぞれ測定用の電極、５は電気抵抗測定装置である。
【００３８】
（２）図１０に示すように、一つの導電性膜９を、被熱処理物であるワーク１の一つの辺を共通とする二つの側面（この場合、ＬＴ面とＬＷ面）にわたって形成してもよい。
【００３９】
（３）本発明において、被熱処理物としては、セラミック成形体以外に、樹脂や金属などを用いることができる。また、本発明において、セラミック成形体の表面の全体あるいは一部に金属材が例えば膜状に形成されているものを被熱処理物として用いることができる。
【００４０】
（４）表面に金属を含む部位が備えられた被熱処理物２０を熱処理する場合のその表面挙動を検知する場合には、図１１に示すように、表面が金属部分となっている部位の絶縁を図るため、検知対照となる所望の表面部位に予め絶縁薄膜２１を薄膜形成しておき、その絶縁薄膜２１の表面に導電性膜９を成膜してもよい。この場合、絶縁薄膜２１を被熱処理物２０の表面と導電性膜９との間に介するものとなるが測定対象物の熱処理に伴う表面挙動が絶縁層で制限されるほどのものでない限り、精度良くその表面挙動を検知することが可能である。
【００４１】
（５）本発明は、被熱処理物の表面に成膜した導電性膜に、電気抵抗測定装置に接続された一対の針状のプローブを接触させて、導電性膜の電気抵抗を測定するものとしてもよい。なお、針状のプローブを導電性膜に接触した状態で保持するには、そのプローブと導電性膜とを導電性接着材で接着させることが好ましい。
【００４２】
（６）本発明は、被熱処理物の表面に成膜した導電性膜に電気抵抗測定用の端子を３つ以上接触させ、適宜選択された各端子間の電気抵抗を測定可能に構成してもよい。
【００４３】
（７）導電性膜を被熱処理物の一つの側面の全面に形成してもよい。また、被熱処理物の複数の側面にわたって導電性膜を形成してもよい。
【００４４】
（８）導電性膜としては、被熱処理物の表面の形態変化に伴う応力を受けて電気的な歪抵抗値が変化するものでもよい。
【００４５】
（９）導電性膜と電気抵抗測定用の電極とを導電性接着剤で接触させるものでは、基板に接着したワークを除去する作業が面倒であることから、ワークと電極との着脱が簡易に行なえるよう、電極を設けた基板のワーク装着箇所にワークを真空吸着により着脱自在に位置保持する機構を設けてもよい。
【００４６】
（１０）導電性膜の電気抵抗の測定を行なうのに、電気抵抗測定を専用に行なう電気抵抗測定装置を用いてよいとともに、電流計や電圧計などにより導電性膜に流れる電流や印加電圧を測定し、測定結果の電流値および電圧値に基づいて抵抗値を求めるものでもよい。
【００４７】
（１１）本発明において、導電性膜の厚みは数ｎｍが好ましい。表面の微小な伸縮を観察するためには、導電性膜は薄いほうが好ましい。
【００４８】
（１２）導電性膜はスパッタリングによる成膜に限定されるものでなく、蒸着法など各種成膜技術を採用することができる。また、導電性膜は薄膜形成によるものに限られず、例えば、金属箔を被熱処理物の表面に貼り付けることにより形成しても良い。
【００４９】
（１３）被熱処理物の表面に成膜される導電性膜としては、白金のほかに金などの耐酸化性金属を採用することができる。また、導電性膜としては、カーボンを採用してもよい。カーボンの場合導電性膜として低温で成膜可能である。
【００５０】
（１４）本発明は、例えばセラミック電子部品の製造工程中における熱処理時に、その製造工程における熱処理炉中にサンプルとされる電子部品についてその表面に成膜された導電性膜の電気抵抗を測定するようにし、その測定結果に基づいて製造工程における温度制御などを行なうことにも利用できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、被熱処理物の膨張収縮に伴う形態変化が被熱処理物の表面における面方向での寸法変化となり、その表面変化を導電性膜の抵抗変化として測定することになるので、確実性高く、かつ高精度に検知することができる。また、被熱処理物の表面の形態変化として微小なクラックが発生した場合もそのクラックの発生に伴う導電性膜の破断による測定抵抗値の急な増加により確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査方法の実施に供する検査装置の概略構成図
【図２】（ａ）図１のワークの斜視図、（ｂ）図１のワークの側面
【図３】本発明に係る検査方法によるワークの測定結果の一例を示すグラフ
【図４】本発明に係る検査方法によるワークの測定結果の一例を示すグラフ
【図５】従来の検査方法によるワークの測定結果の一例を示すグラフ
【図６】ワークにクラックが発生している様子を示す斜視図
【図７】本発明に係る検査方法の別の実施の形態によるワークの表面挙動を検知する様子を示す概略図（ａ）と、この（ａ）におけるワークの要部側面図
【図８】図７の検知を行なう装置等を示す概略図
【図９】本発明に係る検査方法の一変形例におけるワークの表面挙動を検知する様子を示す概略図（ａ）と、この（ａ）におけるワークの要部側面図
【図１０】本発明に係る検査方法の別の変形例におけるワークの表面挙動を検知する様子を示す概略図
【図１１】本発明に係る検査方法のさらに別の変形例におけるワークの表面挙動を検知する様子を示す概略図
【符号の説明】
１ワーク（被熱処理物）
９導電性膜

Claims

被熱処理物の表面に導電性膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程後の被熱処理物に対して熱処理を行なう熱処理工程と、
前記熱処理工程中に前記導電性膜の少なくとも２点間の電気抵抗を測定する測定工程と、
を含むことを特徴とする被熱処理物の検査方法。
請求項１に記載の被熱処理物の検査方法において、前記導電性膜を、検知対象となる被熱処理物の表面の互いに離間した複数部位に形成し、各部位の導電性膜に対して前記測定を行う、ことを特徴とする被熱処理物の検査方法。
請求項１または２に記載の被熱処理物の検査方法において、前記被熱処理物をセラミック成形体とする、ことを特徴とする被熱処理物の検査方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の被熱処理物の検査方法において、前記導電体薄膜を、白金、金、カーボンの少なくともいずれかで構成する、ことを特徴とする被熱処理物の検査方法。
請求項１ないし４のいずれかに記載の被熱処理物の検査方法において、前記被熱処理物をバインダを含む成形体とし、前記熱処理工程が熱処理により前記被熱処理物からバインダ成分を離脱させる脱脂工程である、ことを特徴とする被熱処理物の検査方法。
請求項１ないし５のいずれかに記載の被熱処理物の検査方法において、前記測定工程が、被熱処理物の熱処理時における温度検知と、前記抵抗測定とを対応させて行なう工程である、ことを特徴とする被熱処理物の検査方法。