JP2009008486A - 積層コンデンサの検査装置および検査方法 - Google Patents

積層コンデンサの検査装置および検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】連続的に多数の積層コンデンサの内部不良を検査することができる、検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】制御部は、赤外光が照射された積層コンデンサからの反射光を取得するステップ(S100)と、分析対象データを平均化処理するステップ(S500)と、最大波長側から小さい波長の反射率の極大値をカウントするステップ(S600)と、反射率が極大値である波長を特定するステップ(S700)と、反射率の極大値の差が最大の波長を特定するステップ(S1000)と、特定された極大値に関するデータに基づいて不良品であるか否かを判定するステップ(S1200)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図4

Description

本発明は、電子部品の検査技術に関し、特に、積層コンデンサの内部不良を検査する技術に関する。
積層セラミックコンデンサのような電子部品の良否を判定するため、電子部品を検査することが行なわれている。検査としての一例として外観検査がある。この外観検査を行なうことによって、部品本体の外表面上に形成される電極に関して、その面積の不足または過多、不所望領域への付与、変色、さらには、部品本体に関して、変色や割れ、欠け、等が生じている部品が除去される。
上述のような外観検査は、主として、作業者の目視に頼っているのが現状である。したがって、画像処理技術を応用して、この検査を自動化することは、省力化を図る上から重要なことである。特開平10−103931号公報(特許文献1)は、電子部品の一例としてのチップ状積層セラミックコンデンサの外観検査方法を開示する。この外観検査方法は、電子部品の外観を画像処理によって検査する方法であって、電子部品の外観の特徴を良好に抽出することのできる特定波長の光を選び、特定波長の光に基づき、電子部品の外観から得られる画像データを処理する、各工程を備える。画像データを処理する工程は、特定波長の光に基づく濃度ヒストグラムを作成する工程と、良品の濃度ヒストグラムと被検査品の濃度ヒストグラムとを比較する工程とを備える。
この外観検査装置によると、電子部品の外観の特徴を良好に抽出できる特定波長の光を選択し、この特定波長の光に基づき、電子部品の外観から得られる画像データを処理するようにしているので、モノクロ画像による白黒2値化処理する方法とは異なり、外観上の微妙な色差の抽出が可能になるとともに、カラー画像処理技術を用いて検査する方法とは異なり、赤、緑および青の3色を処理する必要がないため、検査装置が高価になることはなく、また、照明変動による輝度レベルの変動が抑えられるので、検査結果の精度および安定性をより優れたものとすることができる。また、この発明において、画像データを処理するにあたり、特定波長の光に基づく濃度ヒストグラムを作成するようにすれば、この濃度ヒストグラムにより、電極の面積の不足または過多、不所望領域への付与、変色、さらには、部品本体の割れや欠け、等の欠陥発生の有無に関する情報を大局的に表現することができる。また、この画像データを処理する工程において、良品の濃度ヒストグラムと被検査品の濃度ヒストグラムとを比較することを行なえば、被検査品の外観良否の判定を能率的かつ迅速に行なうことができる。
特開平10−103931号公報
ところで、積層セラミックコンデンサは、小型、大容量、高信頼性の電子部品として広く利用されており、1台の電子機器の中で使用される個数も多数にのぼる。近年、機器の小型・高性能化にともない、積層セラミックコンデンサに対する更なる小型化、大容量化、低価格化、高信頼性化への要求はますます厳しくなっている。このような背景から、積層セラミックコンデンサにおいては、誘電体層を薄くするとともに多層化することが試みられている。しかし、誘電体層を薄くすると、直流電圧を印加したときに誘電体層に加わる電界強度が大きくなる。そのため、電圧印加状態において絶縁抵抗の経時劣化が生じやすくなる。また、直流電圧の印加により、比誘電率が経時的に低下し、容量の経時劣化が生じるという問題も生じる。また、低価格化に対応するためには、内部電極層にNi等の卑金属を使用することが試みられている。しかし、内部電極層に卑金属を用いる場合、大気中で焼成を行なうと内部電極層が酸化してしまうため、誘電体層と内部電極層との同時焼成を、還元性雰囲気中で行なう必要がある。しかし、還元性雰囲気中で焼成すると、誘電体層が還元されて、比抵抗が低くなってしまう。このため、非還元性の誘電体材料が開発されている。しかし、非還元性の誘電体材料を用いた積層セラミックコンデンサは、電界の印加によるIR(絶縁抵抗)の劣化が著しく、すなわちIR寿命が短く、信頼性が低いという問題がある。
このように、積層セラミックコンデンサでは、誘電体層の薄型化が進み、また、内部電極層に卑金属を使用するようになってきているので、上述したような特性劣化に対して耐性のある誘電体材料の開発が重要であり、また、特性劣化を製品出荷前に判定する検査技術、および信頼性を保証する検査技術も、極めて重要になってきている。
しかしながら、特許文献1に開示された検査方法は、チップ状積層セラミックコンデンサの外観を検査するに過ぎない。すなわち、特許文献1に開示された検査方法では、電極とセラミックとの間に空洞が発生している不良、内部電極が崩れている不良、外部電極部分が剥離している不良等の外観からは判断できない不良を検出することができない。
なお、積層セラミックコンデンサの電気特性を検出して上述した内部不良を検出する方法では、オンライン連続検査(たとえば、製造ラインに接続された検査ラインやストッカに連結されたパーツフィーダから搬送されてくる検査ラインで、1分間に1000個程度のコンデンサを検査する)が困難である。さらに、非破壊型の検査でなければならない点も連続検査を実現する阻害要因となっている。すなわち、破壊型の検査とは、絶縁劣化検査などのように、検査によりその製品が破壊または劣化してしまうような検査である。たとえば絶縁劣化検査において、絶縁劣化を生じるまでの時間を測定する検査であると、製品が劣化するまで電圧をかけ続けることになり、検査終了後、製品として使用することは不可能となるとともに、長い検査時間が必要になる。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、連続的に多数の積層コンデンサの内部不良を検査することができる、検査装置および検査方法を提供することである。
第1の発明に係る検査装置は、特定の波長帯域の赤外光を積層コンデンサに照射するための照射手段と、積層コンデンサからの反射光を受光するための受光手段と、赤外分光法を用いて、反射波の極大値に基づいて、積層コンデンサの内部不良の有無を判定するための判定手段とを含む。第6の発明に係る検査方法は、第1の発明に係る検査装置と同様の要件を備える。
第1または第6の発明によると、積層コンデンサの表面および/または裏面に対して特定波長帯域(たとえば、2μm〜15μm程度)の赤外光が照射されて、反射光が受光される。受光された反射光は赤外分光法を用いて分析されて、極大値が算出される。この極大値を用いて、たとえば、(1)波長と極大値の数との関係、(2)反射極大値と波長との関係、(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係を用いて積層コンデンサの内部不良の有無を判定する。これにより、非破壊型かつ非接触型の積層セラミックコンデンサの内部不良を検出することができる。その結果、連続的に多数の積層コンデンサの内部不良を検査することができる、検査装置および検査方法を提供することができる。
第2の発明に係る検査装置においては、第1の発明の構成に加えて、判定手段は、反射波の極大値を発生させる波長に対して設定されたしきい値に基づいて、内部不良の有無を判定するための手段を含む。第7の発明に係る検査方法は、第2の発明に係る検査装置と同様の要件を備える。
第2または第7の発明によると、反射波の極大値を発生させる波長が、たとえば、より大きい波長であると良品であると判定して、より小さい波長であると不良品であると判定することができる。
第3の発明に係る検査装置においては、第1の発明の構成に加えて、判定手段は、反射波の極大値に対応して設定されたしきい値に基づいて、内部不良の有無を判定するための手段を含む。第8の発明に係る検査方法は、第3の発明に係る検査装置と同様の要件を備える。
第3または第8の発明によると、反射波の特定の波長帯域において、反射極大値が、たとえば、より大きい反射率であると不良品であると判定して、より小さい反射率であると不良品であると判定することができる。
第4の発明に係る検査装置においては、第1の発明の構成に加えて、判定手段は、反射波の極大値と極小値との差分に対応して設定された反射率に対するしきい値に基づいて、内部不良の有無を判定するための手段を含む。第9の発明に係る検査方法は、第4の発明に係る検査装置と同様の要件を備える。
第4または第9の発明によると、反射波の特定の波長帯域において、たとえば、反射光の極大値と極小値の差分値が、より大きい反射率であると不良品であると判定して、より小さい反射率であると良品であると判定することができる。
第5の発明に係る検査装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、判定手段は、9.5〜10.5μmの反射波長帯域において、内部不良の有無を判定するための手段を含む。第10の発明に係る検査方法は、第5の発明に係る検査装置と同様の要件を備える。
第5または第10の発明によると、良品と不良品との反射波の差異が明確な、9.5〜10.5μmの反射波長帯域で判定するので、正確に判定することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に本実施の形態に係る検査装置の対象である積層セラミックコンデンサの構成例を、断面図として示す。
図1に示す積層セラミックコンデンサ100は、誘電体層200と内部電極層300とが交互に積層された構成のコンデンサチップ体を形成する。このコンデンサチップ体の表面に、内部電極層300と導通する外部電極400を有する。コンデンサチップ体の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、(0.6〜5.6mm)×(0.3〜5.0mm)×(0.3〜1.9mm)程度である。内部電極層300は、その端面がコンデンサチップ体の対向する2表面に交互に露出するように積層され、外部電極400は、コンデンサチップ体の対向する2表面に形成され、所定のコンデンサ回路を構成する。
なお、以下の説明においては、プレート上面1000をA面と、プレート下面2000をC面と記載する。また、プレート上面1000から最も上に形成された内部電極層300まで距離をD(1)、プレート下面2000から最も下に形成された内部電極層300まで距離をD(2)とする。
図2に、積層セラミックコンデンサ100の断面斜視図を示す。図1に示したように、積層セラミックコンデンサ100のプレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)の双方に、赤外光を照射して、その反射光を計測する。この照射および反射光計測には、たとえば公知のフーリエ変換赤外分光光度計が用いられる。このフーリエ変換赤外分光光度計における測定基準は、アルミプレートからの反射を基本反射(100%の反射率)で設定(較正)して、積層セラミックコンデンサ100からの反射光を計測する。なお、プレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)の中で、赤外線分光の振幅の幅がより大きい面が、良品/不良品判定に用いられる。
図3を参照して、本実施の形態に係る検査装置の機能ブロック図について説明する。図3に示すように、この検査装置は、2μm〜15μm程度の波長の赤外光を積層セラミックコンデンサ100に照射する赤外照射部10000と、積層セラミックコンデンサ100からの反射光を受光する受光部11000と、この検査装置を制御する制御部20000と、メモリやハードディスクで構成された記憶部30000と、マンマシンインターフェイスを形成する入出力部40000とを含む。なお、赤外照射部10000、受光部11000、記憶部30000および入出力部40000は、制御部20000に通信線で接続され、制御信号やデータ信号の送受信が可能である。
赤外照射部10000は、制御部20000からの制御信号に基づいて、2μm〜15μm程度の波長の赤外光を、積層セラミックコンデンサ100のプレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)に照射する。受光部11000は、赤外照射部10000から積層セラミックコンデンサ100に照射され、積層セラミックコンデンサ100から反射された光を受光する。受光部11000は、受光した反射光のデータ信号を制御部20000へ送信する。記憶部30000は、受光部11000から受信した反射光のデータ信号を一旦記憶したり、しきい値を記憶する。入出力部40000は、マンマシンインターフェイスを形成するとともに、たとえば、この検査装置で不良品と判定された積層セラミックコンデンサ100を排出する、この検査装置に後続する、不良排出器に排出指令信号を出力することもできる。
図3に示す機能ブロックにおける検査装置における制御部20000は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、制御部20000に含まれるCPU(Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアで検査装置の制御部20000における良品/不良品の判定ロジックを実現した場合を説明する。
図4を参照して、本実施の形態に係る検査装置の判定処理を実現するために、制御部20000(より詳しくは制御部20000に含まれる判定用CPU)が実行する、プログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、サブルーチンであって、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。さらに、このフローチャートは、判定処理のみに限定して記載したものであって、たとえば本実施の形態に係る検査装置がオンライン検査装置として製造ラインに組込まれていた場合であって、検査対象である積層セラミックコンデンサ100が到達したことをセンサで検出して、入出力部40000にそのセンサからの信号が入力されて、制御部20000が赤外照射部10000に対して検査開始指令信号を出力する処理については記載されていない。また、同様に判定処理以降の不良品排出処理についても記載されていない。
ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、制御部20000は、プレート面(プレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面))に垂直に照射された赤外光についての、プレート上面1000(A面)からの反射光データおよびプレート下面2000(C面)からの反射光データを取得する。このとき、制御部20000は、受光部11000からのデータ信号を受信することにより、反射光データを取得する。
S200にて、制御部20000は、反射光の振幅幅がより大きいのは、プレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)のうちのプレート上面1000(A面)からの反射光であるか否かを判断する。振幅幅がより大きい方が、より正確に後述する判定処理を実行できるためである。プレート上面1000(A面)からの反射光の方がより振幅幅が大きいと判断されると(S200にてYES)、処理はS300へ移される。もしそうでないと(S200にてNO)、処理はS400へ移される。
S300にて、制御部20000は、プレート上面1000(A面)からの反射光データを分析対象データとして選択して、たとえば記憶部30000に一旦格納する。その後、処理はS500へ移される。
S400にて、制御部20000は、プレート下面2000(C面)からの反射光データを分析対象データとして選択して、たとえば記憶部30000に一旦格納する。その後、処理はS500へ移される。
S500にて、制御部20000は、分析対象データを平均化する。これは、反射率の検出時の誤差を判定処理に影響を及ぼすことを回避するために、分析対象データを平均化して滑らかにする。
S600にて、制御部20000は、平均化処理された分析対象データについて、最大波長(ここでは15μm)から波長の小さい方に向かって反射率の極大数をカウントする。なお、この処理は、後述する「(1)波長と極大値の数との関係」に対応するものである。
S700にて、制御部20000は、反射率の極大位置に対応する波長を特定する。なお、この処理は、後述する「(2)反射極大値と波長との関係」に対応するものである。
S1000にて、制御部20000は、反射率の極大値の差が最大になる波長を特定する。なお、この処理は、後述する「(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係」に対応するものである。
S1100にて、制御部20000は、(1)波長と極大値の数との関係、(2)反射極大値と波長との関係、(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係における良品しきい値を記憶部30000から読出す。なお、この良品しきい値の読出し処理は、このプログラム(サブルーチン)が実行される毎に実行するのではなく、検査開始時に1回だけ実行するようにしても構わない。また、検査対象の積層セラミックコンデンサ100の品種ごとに良品しきい値を記憶部30000に記憶しておいて、検査対象を判別して(たとえば、上位コンピュータから品種データを受信するようにして判別して)、品種毎に異なるしきい値データを記憶部30000から読出すようにしても構わない。
S1200にて、制御部20000は、分析対象データが上述した(1)〜(3)のいずれかで不良品範囲内にあるか否かを判定する。すなわち、分析対象データが良品しきい値よりも不良品側にあるか否かが判定される。分析対象データが上述した(1)〜(3)のいずれかで不良品範囲内にあると判定されると(S1200にてYES)、処理はS1400へ移される。もしそうでないと(S1200にてNO)、処理はS1300へ移される。
S1300にて、制御部20000は、分析対象データの積層セラミックコンデンサ100は、正常品であると判定する。その後、この処理は終了する。
S1400にて、制御部20000は、分析対象データの積層セラミックコンデンサ100は、不良品であると判定する。その後、この処理は終了する。
なお、分析対象データが上述した(1)〜(3)の2つ以上で不良品範囲内にあるか否かを判定するようにしても構わない。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る検査装置の動作について、図5〜図9を参照して説明する。
積層セラミックコンデンサ100がこの検査装置に到達すると、赤外照射部10000から、プレート面(プレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面))に垂直に赤外光(2〜15μm)が照射される。この赤外光の反射光が受光部11000で受光され、制御部20000にデータ信号として送信されることにより、制御部20000は、反射光データを取得する(S100)。
たとえば、図5に示すように、反射光の振幅幅がより大きいのは、プレート上面1000(A面)である場合には(S200にてYES)、プレート上面1000(A面)からの反射光データが分析対象データとして選択されて、記憶部30000に一旦格納される(S300)。なお、プレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)で、このような差が発生するのは、図1に示した距離D(1)とD(2)との差に起因するものと考えられる。
反射光の測定時の誤差を回避するために、分析対象データが平均化処理される(S500)。最大波長(ここでは15μm)から波長の小さい方に向かって反射率の極大数をカウントされて、「(1)波長と極大値の数との関係」が算出される(S600)。ついで、反射率の極大位置に対応する波長が特定されて、「(2)反射極大値と波長との関係」が算出される(S700)。
ついで、反射率の極大値の差が最大になる波長が特定されて、「(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係」が算出される(S1000)。
図6に示すように、一例としてあげれば(品種により異なるので一例でしかない)、良品の平均極大位置と分析対象データの極大位置とのずれが最大になる波長帯域は、9.5〜10.5μmである。この波長帯域において良品と不良品とをより正確に判定できることになる。
(1)波長と極大値の数との関係、(2)反射極大値と波長との関係、(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係における良品しきい値が記憶部30000から読出される。
(1)波長と極大値の数との関係を図7に、(2)反射極大値と波長との関係を図8に、(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係を図9に、それぞれ示す。図7〜図9に示す点線がしきい値に対応している。なお、以下に示すしきい値は一例でしかない。さらに、図7〜図9に示すように、良品群と不良品群とを区別するしきい値であれば、以下のしきい値に限定されるものではない。
(1)波長と極大値の数との関係について
図7に示すように、極大値の数をたとえば7個に設定した場合、その極大値の数が7個の波長が、10.15μmよりも大きな(あるいは10.15μm以上の)波長であると良品であると判定され、10.15μm以下の(あるいは10.15μm未満の)波長であると不良品であると判定されることになる。
(2)反射極大値と波長との関係について
図8に示すように、9.90〜10.40μmの波長帯域において、反射極大値が、28%(反射率の単位として%を用いている)よりも大きな(あるいは28%以上の)反射率であると不良品であると判定され、28%以下の(あるいは28%未満の)反射率であると不良品であると判定されることになる。
さらに、図8に示すように、反射極大値を発生する波長が、10.15μmよりも大きな(あるいは10.15μm以上の)波長であると良品であると判定され、10.15μm以下の(あるいは10.15μm未満の)波長であると不良品であると判定されることも可能である。
(3)極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係
図9に示すように、9.90〜10.50μmの波長帯域において、反射光の極大値と極小値の差分値が、24%(反射率の単位として%を用いている)よりも大きな(あるいは24%以上の)反射率であると不良品であると判定され、24%以下の(あるいは24%未満の)反射率であると良品であると判定されることになる。
以上のようにして、本実施の形態に係る検査装置によると、積層セラミックコンデンサに赤外光を照射して、その反射光を赤外分光光度計で処理して、電極とセラミックとの間に空洞が発生している不良、内部電極が崩れている不良、外部電極部分が剥離している不良等の外観からは判断できない不良を検出することができる。これにより、非破壊型かつ非接触型の積層セラミックコンデンサの内部不良を検出することができる。その結果、連続的に多数の積層コンデンサの内部不良を検査することができる。
なお、上述した実施の形態においては、積層セラミックコンデンサ100のプレート上面1000(A面)およびプレート下面2000(C面)の双方に、赤外光を照射しているが、いずれか一方であっても構わない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態に係る検査装置の検査対象である積層セラミックコンデンサの断面図である。 図1に示した積層セラミックコンデンサの断面斜視図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置の機能ブロック図である。 図3の制御部で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 受光した反射光全体の波長について反射率を示す図である。 反射率特性を示す図である。 波長と極大値の数との関係を示す図である。 反射極大値と波長との関係を示す図である。 極大値と極小値の反射率差分(反射振幅)と波長との関係を示す図である。
符号の説明
100 積層セラミックコンデンサ、200 誘電体層、300 内部電極層、400 外部電極。

Claims (10)

  1. 特定の波長帯域の赤外光を積層コンデンサに照射するための照射手段と、
    前記積層コンデンサからの反射光を受光するための受光手段と、
    赤外分光法を用いて、前記反射波の極大値に基づいて、前記積層コンデンサの内部不良の有無を判定するための判定手段とを含む、積層コンデンサの検査装置。
  2. 前記判定手段は、前記反射波の極大値を発生させる波長に対して設定されたしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するための手段を含む、請求項1に記載の積層コンデンサの検査装置。
  3. 前記判定手段は、前記反射波の極大値に対応して設定されたしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するための手段を含む、請求項1に記載の積層コンデンサの検査装置。
  4. 前記判定手段は、前記反射波の極大値と極小値との差分に対応して設定された反射率に対するしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するための手段を含む、請求項1に記載の積層コンデンサの検査装置。
  5. 前記判定手段は、9.5〜10.5μmの反射波長帯域において、前記内部不良の有無を判定するための手段を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の積層コンデンサの検査装置。
  6. 特定の波長帯域の赤外光を積層コンデンサに照射する照射ステップと、
    前記積層コンデンサからの反射光を受光する受光ステップと、
    赤外分光法を用いて、前記反射波の極大値に基づいて、前記積層コンデンサの内部不良の有無を判定する判定ステップとを含む、積層コンデンサの検査方法。
  7. 前記判定ステップは、前記反射波の極大値を発生させる波長に対して設定されたしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するステップを含む、請求項6に記載の積層コンデンサの検査方法。
  8. 前記判定ステップは、前記反射波の極大値に対応して設定されたしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するステップを含む、請求項6に記載の積層コンデンサの検査方法。
  9. 前記判定ステップは、前記反射波の極大値と極小値との差分に対応して設定された反射率に対するしきい値に基づいて、前記内部不良の有無を判定するステップを含む、請求項6に記載の積層コンデンサの検査方法。
  10. 前記判定ステップは、9.5〜10.5μmの反射波長帯域において、前記内部不良の有無を判定するステップを含む、請求項6〜9のいずれかに記載の積層コンデンサの検査方法。
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