JP2016090451A - 電子部品の異常個所検出装置、及び電子部品の異常個所検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間で検出できるようにする。【解決手段】所定のパルス幅Δｔ１で積層セラミックコンデンサの劣化品２にパルス電圧Ｖ１を印加する電圧印加手段３と、パルス電圧Ｖ１の印加中に劣化品２から発生する磁場強度を取り込む磁場強度取込装置４と、磁場強度取込装置によって取り込まれた磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて劣化品の異常個所を検出する演算処理部１４とを備えている。そして、所定のパルス幅Δｔ１で劣化品２にパルス電圧Ｖ１を印加し、パルス電圧Ｖ１の印加中に劣化品２の磁場強度を取り込み、磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて劣化品２の異常個所を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は電子部品の異常個所検出装置、及び電子部品の異常個所検出方法に関し、より詳しくは積層セラミックコンデンサやリチウムイオンキャパシタ等の各種電子部品の内部に生じた異常個所を検出する電子部品の異常個所検出装置、及び電子部品の異常個所検出方法に関する。

近年、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の通信端末機器の小型化・記録媒体の大容量化に伴い、電子部品のより一層の小型化や微細化が求められている。

一方、製造工程や使用時に動作不良が生じた電子部品では、上述したように電子部品が小型化・微細化してくると、異常発生個所を特定するのが困難となる。特に電子部品の内部に異常が生じた場合は、その異常個所を適切に検出するのは極めて難しい。

例えば、電子部品を表面研磨して故障予想箇所を露出させ、露出部分を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等で表面観察し、これにより故障個所の検出を行うことは可能である。しかしながら、このような破壊検査では、故障箇所を研磨してしまうことも多く、故障個所を精度よく高効率で検出するのは困難である。

また、Ｘ線ＣＴ等の非破壊検査では、電子部品の亀裂等、構造的な不具合個所を検出するのには適しているが、電子部品の断線や短絡等、電気的な動作不良に起因した異常個所の検出には適していない。

そこで、非特許文献１には、電磁場再構成法と走査型のトンネル磁気抵抗効果顕微鏡を使用し、電子部品内部の電流経路を可視化しようとした検査技術が提案されている。

この非特許文献１では、図１３に示すように、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistance）効果顕微鏡（以下、「ＴＭＲセンサ」という。）１０１を被測定物１０２のＸＹ平面上で走査させ、Ｚ軸成分の磁場強度を検出し、これにより被測定物１０２の電流経路の可視化を可能にしている。すなわち、非特許文献１では、被測定物１０２から適切かつ安定した漏れ磁場を発生させるために、該被測定物１０２に所定電圧を印加して定電流制御により一定電流を流し、ＴＭＲセンサ１０１の走査により、被測定物１０２から発生する磁場強度を検出している。具体的には、ＴＭＲセンサ１０１は、定電流制御下、矢印ａに示すように、ＸＹ平面上を測定領域の一方の端部から他方の端部まで走査し、次いでＴＭＲセンサ１０１を矢印ｂ方向に移動させ、他方の端部から一定距離だけＹ軸方向に変位させ、再びＴＭＲセンサ１０１を矢印ａ方向に走査している。

このように非特許文献１では、被測定物１０２を定電流制御しながらＴＭＲセンサ１０１で測定領域を走査し、被測定物１０２からの距離が異なる２つのＺ軸位置について、被測定物１０２から漏れ出した磁場強度を検出し、これにより２つの磁場ベクトルＺ成分の二次元磁場データマトリックスを得ている。そして、この非特許文献１では、上記二次元磁場データマトリックスに基づいて被測定物１０２内部の磁場分布を再構成し、任意高さの磁場分布を取得し、パソコン上で前記磁場分布に基づいた電流経路の可視化を行っている。

このように非特許文献１では、電子部品内部の電流経路を可視化することにより、電子部品の破壊を伴うこともなく、電子部品内部の短絡箇所等、異常個所の検出が可能と考えられる。

木村建次郎等、「電磁場再構成法と走査型トンネル磁気抵抗効果顕微鏡の開発〜電子部品内部の非破壊検査への応用〜」、エレクトロニクス実装技術 Electro Packaging Technology、Gichoビジネスコミュニケーションズ株式会社、２０１２年１月、vol.２８、No．２、pp.１６−２０

非特許文献１では、プリント基板の短絡品のような場合は、上述したように電圧を印加することにより大きな電流を流し続けることができることから、適切かつ安定した磁場強度を検出することが可能である。

しかしながら、電圧を印加しても十分に大きな電流を流すことができない電子部品の不良品や劣化品の場合は、漏れ出す磁場が非常に小さいことから、適切かつ安定した磁場強度を検出するのは困難である。

例えば、電子部品として積層セラミックコンデンサを被測定物とした場合、良品では１０¹⁰〜１０¹¹Ω程度の絶縁抵抗を有しているが、絶縁抵抗が１０^７Ω程度に低抵抗化すると動作不良が生じ、このため未出荷の場合は検査段階で不良品と判断され、使用中の場合は劣化品と判断される。

したがって、このような積層セラミックコンデンサの不良品や劣化品を被測定物とした場合、被測定物の絶縁抵抗が大きいことから被測定物に直流電圧を印加し定電流制御したとしても、例えば、４Ｖの電圧を印加しても１０ｎＡ程度の微弱な電流しか流れず、このため適切かつ安定した磁場強度を取り込むのは困難である。

この場合、積層セラミックコンデンサに数百Ｖ程度の高電圧を印加して一定電流を流し続けることにより、積層セラミックコンデンサから磁場を発生させ、ＴＭＲセンサで磁場強度を取り込むことは可能である。

しかしながら、積層セラミックコンデンサに高電圧を印加すると、異常個所を検出する前に積層セラミックコンデンサが発熱して絶縁破壊を起こすおそれがある。

このように非特許文献１では、不良品や劣化品を被測定物とした場合、電子部品を破壊することなく、異常個所を検出するのは困難である。

しかも、非特許文献１では、Ｚ軸方向の距離が異なる２つの位置で磁場ベクトルを取得し、これらの磁場ベクトルに基づいて磁場分布を再構成し、任意の高さの磁場分布を得ていることから、磁場強度の取り込みから磁場分布の再構成までの一連のプロセスが煩雑である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間で検出できる電子部品の異常個所検出装置、及び電子部品の異常個所検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電子部品の異常個所検出装置は、所定のパルス幅で電子部品にパルス電圧を印加する電圧印加手段と、前記パルス電圧の印加中に前記電子部品から発生する磁場強度を取り込む磁場強度取込手段と、該磁場強度取込手段によって取り込まれた磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて前記電子部品の異常個所を検出する検出手段とを備えていることを特徴としている。

すなわち、電子部品にパルス電圧を印加すると、異常個所には大きな電流が流れることから、パルス電圧印加中に磁場強度を取り込むことができる。したがって、定常状態では大きな電流が流れない積層セラミックコンデンサの不良品や劣化品であっても、磁場強度を取り込めることから、斯かる磁場強度に基づいて作成された磁場分布から電流経路が分かり、これにより電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間で検出することが可能となる。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記電圧印加手段が、前記パルス幅を制御するパルス幅制御手段を備えているのが好ましい。

これにより所望のパルス幅でパルス電圧を印加することができる。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記パルス幅が、時間に換算して０．１〜１００ｍsecであるのが好ましい。

これにより電圧印加後の大きな電流が流れる期間に磁場強度を取り込むことが可能となり、しかも充電が過度に進むこともない。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記磁場強度取込手段が、三次元空間を移動する移動機構を有し、前記移動機構は、前記三次元空間をＸＹＺ直交座標系で表したときのＸＹ平面上で測定点が順次移動するように構成されると共に、前記磁場強度取込手段は、前記各測定点におけるＺ成分の磁場強度を取り込むのが好ましい。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記磁場強度取込手段が、絶縁層と該絶縁層の両主面に形成された強磁性体とを有する磁気センサを備えているのが好ましく、さらに前記磁気センサが、ＴＭＲセンサであるのが好ましい。

これにより外部磁場により磁化方向が変化しない強磁性体と、外部磁場により磁化方向が変化する強磁性体とが絶縁層を介して対向していることから、二つの強磁性体で磁化方向が平行な場合と、反平行な場合とで電気抵抗に差異が生じ、磁気センサは斯かる抵抗変化を磁場強度として取り込むことができる。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、抵抗体が、前記電子部品と並列に接続されているのが好ましい。

これによりパルス電圧の印加後に電子部品内部に電荷が残存していても、電圧非印加時には電子部品と抵抗体との間が閉ループになることから、前記電荷は熱となって抵抗体を介して放出される。したがって、測定点を移動させた場合でも０Ｖ電位を基準電位にパルス電圧を印加して電流を流すことにより、適切かつ安定した磁場強度を取り込むことができる。

すなわち、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記電圧印加手段が、０Ｖ電位を基準電位として前記パルス電圧を印加するのが好ましい。

この場合、前記電子部品は、内部電極を有する積層型セラミック電子部品に好適である。

また、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記電圧印加手段が、前記電子部品の有する電位状態を基準電位として前記パルス電圧を印加するのが好ましい。

これにより、通常、電荷（充電電流）が残存した状態で充電過程に移行する電子部品、例えば、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ポリアセンキャパシタ等の電子部品であっても、充電過程での磁場分布を測定することが可能となり、斯かる磁場分布から異常個所を容易に検出することが可能となる。

すなわち、本発明の電子部品の異常個所検出装置は、前記電子部品が、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、及びポリアセンキャパシタの場合にも好適である。

また、本発明に係る電子部品の異常個所検出方法は、所定のパルス幅で電子部品にパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の印加中に前記電子部品の磁場強度を取り込み、前記磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて前記電子部品の異常個所を検出することを特徴としている。

これにより上述したように異常個所には大きな電流が流れることから、パルス電圧印加中に磁場強度を取り込むことができる。したがって、定常状態では大きな電流が流れない積層セラミックコンデンサの不良品や劣化品であっても、磁場強度を取り込めることから、斯かる磁場強度に基づいて作成された磁場分布から電流経路が分かり、これにより電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易に検出することが可能となる。

また、本発明の電子部品の異常個所検出方法は、前記パルス幅を時間に換算して０．１〜１００ｍsecの間で制御するのが好ましい。

また、本発明の電子部品の異常個所検出方法は、三次元空間をＸＹＺ直交座標系で表したときのＸＹ平面上で測定点が順次移動し、前記各測定点におけるＺ成分の磁場強度を取り込むのが好ましい。

さらに、本発明の電子部品の異常個所検出方法は、前記パルス電圧が、０Ｖ電位を基準電位として印加するのが好ましい。

また、本発明の電子部品の異常個所検出方法は、前記パルス電圧が、前記電子部品の有する電位状態を基準電位として印加するのも好ましい。

上記電子部品の異常個所検出装置、及び電子部品の異常個所検出方法によれば、異常個所には大きな電流が流れることから、パルス電圧印加中に磁場強度を取り込むことができる。したがって、定常状態では大きな電流が流れない積層セラミックコンデンサの不良品や劣化品であっても、磁場強度を取り込めることから、斯かる磁場強度に基づいて作成された磁場分布から電流経路が分かり、これにより電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間で検出することが可能となる。

本発明に係る電子部品の異常個所検出装置の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示すシステム構成図である。 ＴＭＲセンサの詳細を示す模式図である。 電子部品としての積層セラミックコンデンサとＴＭＲセンサの測定箇所の位置関系の一例を示す図である。 第１の実施の形態におけるトリガー信号、パルス電圧、及び磁場強度の関係を示すタイムチャートである。 本発明に係る電子部品の異常個所検出装置の第２の実施の形態を模式的に示すシステム構成図である。 本発明に係る電子部品の異常個所検出装置の第３の実施の形態を模式的に示すシステム構成図である。 第３の実施の形態におけるトリガー信号、パルス電圧、及び磁場強度の関係を示すタイムチャートである。 実施例試料の断面図である。 トリガー信号Ｔ、電子負荷装置に流れる電流Ｉ、及び磁場強度Ｈｚの出力状態の一例を示すオシロスコープ図である。 実施例試料の電圧非印加時の磁場分布を画像処理した図である。 実施例試料で電圧印加時の磁場分布を画像処理した図である。 実施例試料の異常個所を示す図である。 非特許文献１で示された従来の磁場分布の測定方法を説明する図である。

次に、本発明の実施の形態を詳説する。

図１は、本発明に係る電子部品の異常個所検出装置の一実施の形態（第１の実施の形態）を模式的に示すシステム構成図である。

本実施の形態では、製造時の検査段階で動作不良が生じた不良品或いは使用中に動作不良となった劣化品（以下、これら不良品及び劣化品を単に「劣化品」と記す。）の積層セラミックコンデンサ（電子部品）を被測定物としている。

この異常個所検出装置は、台座１に載置された劣化品２に所定のパルス幅Δｔ１でパルス電圧を印加する電圧印加手段３と、パルス電圧の印加時に劣化品２から発生する磁場強度を取り込む磁場強度取込装置（磁場強度取込手段）４と、該磁場強度取込装置４によって取り込まれた磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて前記電子部品の異常個所を検出する制御部（検出手段）５とを主要部として構成されている。

制御部５にはデータ入力を行うキーボードやマウス等の入力部６と、検出結果を画像データとして出力するディスプレイ等の出力部７が接続されている。

制御部５と磁場強度取込装置４との間にはモータドライバ８が介在され、該モータドライバ８により磁場強度取込装置４の駆動が制御される。

電圧印加手段３は、パルス電圧のパルス幅Δｔ１を制御する電子負荷装置（パルス幅制御手段）９と、該電子負荷装置９で制御されたパルス幅Δｔ１でもって劣化品２に電圧Ｖ１を印加する直流電源装置１０とを備えている。電子負荷装置９は、トランジスタ等のアクティブ素子が内蔵されており、該アクティブ素子を負荷（電子負荷）として作用させることにより、直流電源装置１０から一定電圧が印加されていてもパルス幅Δｔ１を所望幅に制御することができ、これにより劣化品２に流れる充電電流を生じさせている。

また、電圧印加手段３と劣化品２との間には劣化品２と並列に抵抗体１１が接続されている。

すなわち、本実施の形態では、１つの測定点に対しでパルス電圧を１回印加し、このパルス電圧の印加中に劣化品２から発生する磁場強度を磁場強度取込装置４に取り込み、その後、後述するようにマトリックス状に設けられた測定点を順次移動して同様の処理を行っている。したがって、パルス電圧の印加が終了した後にも劣化品２には電荷が残存するおそれがある。このような状態で、次測定点でパルス電圧を印加すると、電荷が残存した状態でパルス電圧が印加されることから、正確な磁場強度を検出できなくなるおそれがある。

そこで、本実施の形態では、劣化品２と並列に抵抗体１１を接続することにより、劣化品２へのパルス電圧の印加が終了して非印加状態になった場合、劣化品２と抵抗体１１との間で閉ループを形成するようにし、これにより劣化品２に残存している電荷を熱として抵抗体１１から放出し、次測定点においても、０Ｖ電位を基準電位としてパルス電圧が印加されるように構成されている。

制御部５は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、モータドライバ８にパルス列信号を出力するモーションコントローラ１３と、システム全体の制御を司る演算処理部１４とを有している。また、この演算処理部１４は、所定の演算プログラムや自動運転プログラム等が格納されたＲＯＭ１４ａと、磁場強度取込装置４で取り込まれた磁場強度や演算結果を一時的に記憶したりワークエリアとして使用されるＲＡＭ１４ｂと、各種演算処理を行うＣＰＵ１４ｃとを備えている。

磁場強度取込装置４は、劣化品２から発生する漏れ磁場を検出するＴＭＲセンサ１５と、ＴＭＲセンサ１５に装着されると共に可変抵抗を備えたブリッジ回路や差動アンプが内蔵されたプリアンプ１６と、ＴＭＲセンサ１５を三次元空間で移動可能とする移動機構１７と、該移動機構１７とプリアンプ１６とを接続するアーム部１８とを備えている。

移動機構１７は、具体的にはＴＭＲセンサ１５をＸ軸方向（図中、水平方向）に移動させる第１のステッピングモータを備えたＸ軸ステージ部１７ａと、ＴＭＲセンサ１５をＹ軸方向（図中、紙面に垂直方向）に移動させる第２のステッピングモータを備えたＹ軸ステージ部１７ｂと、ＴＭＲセンサ１５をＺ軸方向（図中、上下方向）に移動させる第３のステッピングモータを備えたＺ軸ステージ部１７ｃとを有している。これらＸ軸ステージ部１７ａ、Ｙ軸ステージ部１７ｂ、及びＺ軸ステージ部１７ｃは、モータドライバ８に接続され、モーションコントローラ１３から出力されるパルス列信号がモータドライバ８を介して移動機構１７に送信され、移動機構１７の動作が制御される。

ＴＭＲセンサ１５は、図２に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３やＭｇＯ等からなる絶縁層１９の一方の主面にＦｅ等の強磁性体金属からなるピン層２０ａが形成されると共に、他方の主面にはピン層２０ａと同様、Ｆｅ等の強磁性体金属からなるソフト層２０ｂが形成されている。そして、これらピン層２０ａ、絶縁層１９、及びソフト層２０ｂで積層体２１を構成し、該積層体２１は基板２２上に形成されると共に、該基板２２はプリアンプ１６に装着されている。ピン層２０ａは、外部磁場により磁化の方向が変化しない固定層を形成し、ソフト層２０ｂは前記外部磁場によって磁化の方向が変化する自由層を形成する。そして、劣化品２に電流を流すと、外部に磁気が放出されソフト層２０ｂの磁区に影響を与えることから、ピン層２０ａとソフト層２０ｂとの間に電圧を印加するとトンネル効果により電流が流れる。この場合、矢印Ａ及び矢印Ｂに示すように、ソフト層２０ｂの磁化の方向がピン層２０ａの磁化の方向と平行の場合は抵抗が低くなる。一方、矢印Ａ及び矢印Ｃに示すように、ソフト層２０ｂの磁化の方向がピン層２０ａの磁化の方向と反平行の場合は抵抗が高くなる。

このようにＴＭＲセンサ１５では、ピン層２０ａとソフト層２０ｂの磁化方向の相対的な向きの相違によって抵抗値が変化することから、これら抵抗変化を磁場強度として検出している。

このように構成された異常個所検出装置では、所定のパルス幅で劣化品２にパルス電圧Ｖ１を印加し、パルス電圧Ｖ１の印加中に磁場強度を取り込み、磁場強度から磁場分布を作成し、磁場分布に基づいて劣化品２の異常個所を検出し、これにより破壊を伴いことなく劣化品２の異常個所を容易かつ短時間で検出している。

以下、劣化品２の異常個所検出方法を詳述する。

図３は、劣化品２と磁場強度の測定点との関係を示している。

劣化品２である積層セラミックコンデンサは、内部電極（不図示）が埋設されたセラミック素体２３の両端部に一対の外部電極２４ａ、２４ｂが形成されている。

磁場強度の測定領域は、劣化品２の長さＬ及び幅Ｗで規定される平面寸法（Ｌ×Ｗ）よりも若干大きく設定されており、Ｘ軸方向にｍ個（Ｎ₁₁〜Ｎ_1ｍ）、Ｙ軸方向にｎ個（Ｎ₁₁〜Ｎ_n1）の総計ｍ×ｎ個の測定点が、マトリックス状に等分割に設けられている。そして、ＸＹ平面上の各測定点でＺ方向成分の磁場強度ＨｚをＴＭＲセンサ１５で検出する。

すなわち、まず、ＴＭＲセンサ１５と対向するように劣化品２を台座１に載置する。そして、モータドライバ８を介してＺ軸ステージ部１７ｃの第３のステッピングモータを駆動させ、ＴＭＲセンサ１５の先端を劣化品２に近接させる。ＴＭＲセンサ１５の先端と劣化品２との間隔ΔＺは、最近接させるのが好ましく、入力部６に設けられたジョグ送りボタンを操作し、目視でＺ軸方向の位置調整を行う。具体的には、前記ジョグ送りボタンを操作してモーションコントローラ１３からパルス列信号を発生させる。該パルス列信号を受信したモータドライバ８は前記第３のステッピングモータを駆動させ、ＴＭＲセンサ１５の先端と劣化品２とを最近接させ、例えば間隔ΔＺを０〜０．５ｍｍに設定する。

また、Ｚ軸方向の位置設定と同様、ジョグ送りボタンを操作し、ＴＭＲセンサ１５の先端が劣化品２の中心部分に位置するようにＴＭＲセンサ１５をＸＹ平面上で移動させ、この位置を測定開始位置とする。

その後、ＲＯＭ１４ａに格納された自動運転プログラムに従い、以下のようにしてＴＭＲセンサ１５を走査し、磁場分布を測定する。

具体的には、まず、モーションコントローラ１３からの指示に基づき、モータドライバ８を介してＸ軸ステージ部１７ａ及びＹ軸ステージ部１７ｂに内蔵されている第１及び第２のステッピングモータを駆動させ、ＴＭＲセンサ１５がＸＹ平面上の測定点Ｎ₁₁の位置となるようにセットする。

次に、演算処理部１４は、Ａ／Ｄ変換器１２を介してトリガー信号Ｔを電子負荷装置９に送信する。電子負荷装置９は直流電源装置１０より出力された一定電圧をパルス幅の電圧に制御し、劣化品２にパルス電圧を印加する。これにより劣化品２には適切かつ安定した磁場が発生する程度の大きな電流が流れることから、ＴＭＲセンサ１５でパルス電圧印加中の磁場強度Ｈｚを取り込む。

図４は、ＴＭＲセンサ１５による磁場強度の取込時のタイムチャートを示している。

ＴＭＲセンサ１５が測定点Ｎ₁₁にセットされると、図４（ａ）に示すように、制御部１４から電子負荷装置９にはＡ／Ｄ変換器１２を介してトリガー信号Ｔが入力される。トリガー信号Ｔを受信した電子負荷装置９は演算処理部１４からの指令に基づき所定のパルス幅Δｔ１で劣化品２にパルス電圧Ｖ１を印加する。これにより図４（ｂ）に示すように、劣化品２には前記トリガー信号Ｔの後、所定時間Δｔ２経過後にパルス幅Δｔ１のパルス電圧Ｖ１が印加される。

そして、ＴＭＲセンサ１５は、図４（ｃ）に示すように、パルス電圧Ｖ１の印加後、所定時間Δｔ３が経過した後、パルス電圧Ｖ１の印加が終了するまでの所定時間Δｔ４の間に、Ｚ方向成分の磁場強度Ｈｚを取り込む。

すなわち、数式（１）が成立するようにパルス電圧Ｖ１が印加されるパルス幅Δｔ１中、所定のサンプリング周波数毎にＴＭＲセンサ１５で検出される抵抗変化を磁場強度Ｈｚとして取り込む。抵抗変化はプリアンプ１６で電圧に変換されてＡ／Ｄ変換器１２に送信され、磁場強度の平均値がＲＡＭ１４ｂに格納される。

Δｔ１＞Δｔ３＋Δｔ４ ...（１）

このように本実施の形態では、定常状態では大きな電流が流れない劣化品２であっても電圧印加時には大量の電流が流れることから、極短時間のパルス電圧を印加し、パルス電圧Ｖ１の印加中に磁場強度を取り込んでいる。

ここで、パルス電圧Ｖ１のパルス幅Δｔ１は、特に限定されるものではないが、時間に換算して０．１〜１００ｍsec程度が好ましい。パルス幅Δｔ１は、適切かつ安定した磁場強度を検出するためには０．１ｍsec程度は必要である。一方、パルス幅Δｔ１が１００ｍsecを超えて長くなると劣化品２に蓄積される電荷が低下し、適切で安定した磁場強度を取り込めなくなるおそれがある。

その後、上述と同様の操作により、Ｘ軸ステージ部１７ａ及びＹ軸ステージ部１７ｂを駆動させ、ＴＭＲセンサ１５を次測定点Ｎ₁₂にセットし、トリガー信号Ｔを電子負荷装置９に入力し、上述した一連の動作を繰り返し、取り込まれた磁場強度の平均値がＲＡＭ１４ｂに格納される。

このようにして演算処理部１４のＲＡＭ１４ｂにはｎ×ｍ個の磁場強度（平均値）が格納され、ＣＰＵ１４ｃは、斯かる磁場強度に基づいて磁場分布を作成し、検出結果を画像処理して出力部７に出力する。そして、後述する実施例から明らかなように、劣化品２の異常個所に流れる電流に由来して磁場分布が得られ、アンペールの法則により電流経路を検出することができる。

すなわち、異常個所以外の部分は電圧を印加しても電流は流れず、磁場は生じない。これに対し異常個所には電圧印加によって流れる電流に由来した磁場分布が形成され、磁場の極性が反転する箇所を繋ぐことにより漏れ電流の電流経路が得られ、劣化品２の異常個所（漏れ電流の発生個所、短絡箇所）を検出することができる。

このように本実施の形態によれば、所定のパルス幅で劣化品２にパルス電圧Ｖ１を印加し、パルス電圧Ｖ１の印加中に磁場強度Ｈｚを取り込み、磁場強度Ｈｚから磁場分布を作成し、磁場分布に基づいて劣化品２の異常個所を検出しているので、劣化品２へのパルス電圧Ｖ１の印加により、異常個所には大きな電流が流れることから、パルス電圧Ｖ１の印加中に磁場強度を取り込むことができる。したがって、定常状態では大きな電流が流れない劣化品２であっても、磁場強度Ｈｚを取り込めることから、斯かる磁場強度Ｈｚに基づいて作成された磁場分布により電流経路が分かり、これにより電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間で検出することが可能となる。

図５は、電子部品の異常個所検出装置の第２の実施の形態を模式的に示すシステム構成図である。

上記第１の実施の形態では、電圧印加手段３を、電子負荷装置９と直流電源装置１０で構成しているが、本第２の実施の形態では、直流電源装置１０のみで電圧印加手段３を構成している。

すなわち、電子負荷装置９を使用せずに直流電源装置１０のオン・オフ制御のみで磁場強度が取り込めるような大電流を所定時間（例えば、１００ｍsec）流し、該所定時間に対応したパルス幅Δｔ１のパルス電圧Ｖ１を印加するようにしてもよい。

図６は、電子部品の異常個所検出装置の第３の実施の形態を模式的に示すシステム構成図である。

上記第１の実施の形態では、抵抗体１１を劣化品２と並列に接続し、これによりパルス電圧印加後に劣化品２に残存している電荷を放電しているが、本第３の実施の形態では、抵抗体１１が設けられていない。

この第３の実施の形態は、電荷が完全に放電されずに、若干の電荷（充電電流）が残存した状態で充電過程に移行する電子部品、例えばリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ポリアセンキャパシタ等に好適である。

すなわち、通常、若干の電荷が残存した状態で充電過程に移行する電子部品の場合は、電子部品の有する電位を基準電位としてパルス電圧を印加し、劣化品２に電流を流すことにより、充電途中における磁場強度を取り込むのが好ましい。

図７は、第３の実施の形態の磁場強度の取込時のタイムチャートを示している。

ＴＭＲセンサ１５が測定点Ｎ₁₁にセットされると、第１の実施の形態と同様、図７（ａ）に示すように、演算処理部１４から電子負荷装置９にはＡ／Ｄ変換器１２を介してトリガー信号Ｔが入力される。トリガー信号Ｔを受信した電子負荷装置９は、図７（ｂ）に示すように、所定のパルス幅Δｔ１で劣化品２の電位Ｖ２を基準電位として電圧パルス電圧Ｖ１を印加する。

その後は第１の実施の形態と同様、ＴＭＲセンサ１５は、図７（ｃ）に示すように、パルス電圧Ｖ１の印加後所定時間Δｔ３が経過した後、パルス電圧の印加が終了するまでの所定時間Δｔ４の間に、Ｚ方向成分の磁場強度Ｈｚを取り込む。

このように第３の実施の形態では、電荷が残存した状態で劣化品２の有する電位Ｖ２を基準電位としてパルス電圧Ｖ１を印加することにより、充電過程における劣化品２の磁場分布を得ることができ、斯かる磁場分布に基づいて劣化品２の異常個所を検出することが可能となる。

尚、本第３の実施の形態は、上述したようにリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ポリアセンキャパシタ等の若干の電荷が残存した状態で充電過程に移行する電子部品に好適であるが、第１の実施の形態のような積層セラミックコンデンサ等の積層型セラミック電子部品にも適用可能である。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、磁気センサにＴＭＲセンサを使用しているが、磁場強度を精度良く取り込める良好な感度を有するものであればよく、ＴＭＲセンサに限定されるものではない。

また、第１の実施の形態では、積層セラミックコンデンサの劣化品を被測定物としたが、積層型圧電部品等の他の積層型セラミック電子部品にも広く適用できるのはいうまでもない。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

積層セラミックコンデンサの劣化品を使用し、図１に示す異常個所検出装置を使用して異常個所の検出を確認した。

ここで、ＴＭＲセンサにはマイクロマグネティックス社製ＳＴＪ０２０、Ａ／Ｄ変換器にはインターフェース社製ＰＥＸ−３２０７２４、モーションコントローラにはインターフェース社製ＰＥＸ−Ｈ７４１４Ｖをそれぞれ使用した。

電子負荷装置には菊水電子工業社製ＰＬＺ１６４Ｗを使用し、直流電源装置には菊水電子工業社製ＰＭＰ２５−２ＴＲを使用した。また、劣化品に並列接続される抵抗体の抵抗値は、２ｋΩとした。

次に、長さ１．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの１００５サイズの積層セラミックコンデンサを用意した。

図８は、積層セラミックコンデンサの断面斜視図であり、セラミック素体５１に内部電極５２が埋設されると共に、前記セラミック素体５１の両端部にはＮｉからなる外部電極５３ａ、５３ｂが形成されている。

この積層セラミックコンデンサに室温で９０Ｖの直流電圧を長時間連続的に印加して該積層セラミックコンデンサを加速劣化させた。そして、４Ｖの直流電圧を印加したときに漏れ電流が２．３×１０^-7Ａの劣化品を作製した。この劣化品の外部電極５３ａ、５３ｂを研磨処理して除去し、内部電極が埋設された状態にして両端部に消磁処理を施し、試験体試料を作製した。

また、図４において、試験体試料に印加されるパルス電圧Ｖ１が１０Ｖ、パルス幅Δｔ１が３ｍsec、パルス電圧Ｖ１の印加から磁場強度Ｈｚの取込開始までの時間Δｔ３が６０μsec、磁場強度Ｈｚを取り込む所定時間Δｔ４が１ｍsecとなるようにプログラム設定を行った。

そして、台座に試験体試料を載置し、ＸＹＺの各ステージ部を操作し、ＴＭＲセンサが所定位置にセットし、電子負荷装置にトリガー信号Ｔを入力した。次いで、所定時間後に３ｍsecのパルス幅で１０Ｖのパルス電圧Ｖ１を試験体試料に印加し、該試験体試料に電流を流した。次いで、パルス電圧Ｖ１の印加後、６０μsecが経過してから１ｍsecの間、１．５３６ＭＨｚのサンプリング周波数で２０４８個の磁場強度をＴＭＲセンサで取り込み、平均値をＲＡＭに格納した。

図９は、トリガー信号Ｔ、電子負荷装置に流れる電流Ｉ、及び磁場強度Ｈｚの出力状態の一例を示すオシロスコープである。

この図９に示すように、トリガー信号Ｔが入力された後、電子負荷装置から電流Ｉが試験体試料に流れ、この電流Ｉに呼応し、Ｚ方向成分の磁場強度Ｈｚが生じていることが分かる。

このようにして全ての測定点で磁場強度を取り込み、各測定点の平均値に基づいて磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて画像処理し、出力した。

図１０は、パルス電圧Ｖ１の非印加時における試験体試料を画像処理した図であり、図１１はパルス電圧Ｖ１の印加時における試験体試料を画像処理した図である。

すなわち、パルス電圧Ｖ１の非印加時は、図１０に示すように、外部電極５３ａ、５３ｂを形成するＮｉの残留磁場の影響を受け、外部電極５３ａ、５３ｂの輪郭が観察されたが、パルス電圧Ｖ１の非印加時は試験体試料に電流が流れないことから、磁場分布は観察されなかった。

一方、パルス電圧Ｖ１を印加した場合は、図１１に示すように、内部電極に流れた電流によって磁場分布が得られ、アンペールの法則により電流経路が得られることが分かった。

すなわち、試験体試料では、１０Ｖのパルス電圧Ｖ１の印加により、電流は内部電極５２を媒体として外部電極５３ｂから外部電極５３ｂに流れ、内部電極の全長に一定強度の磁場が発生する。そして、セラミック素体５２の表面から離れた深い位置で磁場の極性が反転しており、斯かる反転しているところを辿ることにより、電流経路が得られる。

図１２は、試験体試料の漏れ電流の発生個所を示す図である。

すなわち、この図１２に示すように、磁場の極性が反転しているセラミック素体５２の表面から離れた深い位置にある内部電極であって外部電極５３ｂに近い箇所で漏れ電流が発生し（図中、Ｒで示す。）、内部電極間が短絡していることが分かった。

電子部品の破壊を伴うことなく、動作不良等の電子部品内部の電気的な異常箇所を容易かつ短時間に検出できる。

２ 劣化品（電子部品）
３ 電圧印加手段
４ 磁場強度取込装置（磁場強度取込手段）
５ 制御部（検出手段）
９ 電子負荷装置（パルス幅制御手段）
１０ 直流電源装置
１１ 抵抗体
１５ 磁気センサ
１７ 移動機構
１９ 絶縁層
２０ａ、２０ｂ 強磁性体

Claims (16)

1. 所定のパルス幅で電子部品にパルス電圧を印加する電圧印加手段と、前記パルス電圧の印加中に前記電子部品から発生する磁場強度を取り込む磁場強度取込手段と、該磁場強度取込手段によって取り込まれた磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて前記電子部品の異常個所を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする電子部品の異常個所検出装置。
2. 前記電圧印加手段は、前記パルス幅を制御するパルス幅制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の電子部品の異常個所検出装置。
3. 前記パルス幅は、時間に換算して０．１〜１００ｍsecであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子部品の異常個所検出装置。
4. 前記磁場強度取込手段は、三次元空間を移動する移動機構を有し、
   前記移動機構は、前記三次元空間をＸＹＺ直交座標系で表したときのＸＹ平面上で測定点が順次移動するように構成されると共に、
   前記磁場強度取込手段は、前記各測定点におけるＺ成分の磁場強度を取り込むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
5. 前記磁場強度取込手段は、絶縁層と該絶縁層の両主面に形成された強磁性体とを有する磁気センサを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
6. 前記磁気センサは、トンネル磁気抵抗効果センサであることを特徴とする請求項５記載の電子部品の異常個所検出装置。
7. 抵抗体が、前記電子部品と並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
8. 前記電圧印加手段は、０Ｖ電位を基準電位として前記パルス電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
9. 前記電子部品は、内部電極を有する積層型セラミック電子部品であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
10. 前記電圧印加手段は、前記電子部品の有する電位を基準電位として前記パルス電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
11. 前記電子部品は、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、及びポリアセンキャパシタを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６又は請求項１０のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出装置。
12. 所定のパルス幅で電子部品にパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の印加中に前記電子部品の磁場強度を取り込み、前記磁場強度から磁場分布を作成し、該磁場分布に基づいて前記電子部品の異常個所を検出することを特徴とする電子部品の異常個所検出方法。
13. 前記パルス幅を時間に換算して０．１〜１００ｍsecの間で制御することを特徴とする請求項１２記載の電子部品の異常個所検出方法。
14. 三次元空間をＸＹＺ直交座標系で表したときのＸＹ平面上で測定点が順次移動し、前記各測定点におけるＺ成分の磁場強度を取り込むことを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の電子部品の異常個所検出方法。
15. 前記パルス電圧は、０Ｖ電位を基準電位として印加することを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出方法。
16. 前記パルス電圧は、前記電子部品の有する電位を基準電位として印加することを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の電子部品の異常個所検出方法。

Images