JP4069052B2 - 電子部品の気密性の検査方法とこれに用いる装置、及び電子部品の製造方法 - Google Patents

電子部品の気密性の検査方法とこれに用いる装置、及び電子部品の製造方法 Download PDF

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本発明は中空部を有する電子部品の気密性を検査する方法とこれに用いる装置、及びこのような電子部品の製造方法に関し、より詳細には小型薄型の電子部品の気密性を検査する方法とこれに用いる装置、及びこのような電子部品の製造方法に関する。
CDプレイヤーや携帯電話などに使用される電子部品のうち、例えばSAW(表面弾性波)デバイスに使用される素子などは、その表面が湿気にふれると電気的な機能特性が変化してしまうことがある。そこでこのような素子は、基板上に配置された後に、素子及び基板の表面を蓋部材で覆うと共に蓋部材と素子、及び基板との間に生じる中空部に窒素などの不活性ガスなどを充填し、蓋部材を基板に対して半田付けして気密封止し素子が湿気にふれないように工夫されている。ここで、電子部品の性能維持の点から、中空部の気密性、つまり蓋部材と基板が隙間なく接合されていることが重要となる。
電子部品の気密性を検査する従来の方法としては、例えば特許文献1に示す方法がある。すなわち、真空容器内に完成した電子部品を配置し、ポンプで真空容器内を真空状態にする。このとき、蓋部材と基板との間に隙間がある不良品は、中空部に充填した不活性ガスが真空容器内の空気と共に排出される。
次に、真空容器内にヘリウムガスを注入する。このとき、不良品の場合は中空部にヘリウムガスが流入する。そして最後に、真空容器内からヘリウムガスを排出する。そして定めた真空度内で、ヘリウムガスカウンタと呼ばれる検出器を用いてヘリウムガスを検出する。不良品の場合には中空部にヘリウムガスが残存しているので、ヘリウムガスが検出される。これにより、電子部品の良品、不良品を検査する。
特開2000−236046号公報
ところが、近年の集積技術の向上に伴って電子部品が小型薄型化するにつれて、このような従来の検査方法では気密性の検査が困難となってきた。すなわち、検査対象である電子部品が小型薄型化するにつれて中空部の空間容積も小さくなるので、中空部に流入可能なヘリウムガスの量が少なくなってしまう。これにより、真空容器内からヘリウムガスを排出する際に中空部に流入したヘリウムガスが全て一緒に流出してしまい、中空部内のヘリウムガスを検出できないという問題があった。またはヘリウムガスが流出しなかった場合でも、ヘリウムガスカウンタがヘリウムガスに反応するためには一定量以上のガス量が必要であることから、中空部の空間容積が小さい場合には中空部に流入したヘリウムガスの量ではヘリウムガスカウンタが反応しないという問題があった。また、このヘリウムガス検出の困難性の問題に伴い、従来の検査方法では中空部の空間容積が小さい場合には電子部品を一つずつ真空容器内に配置して検査する必要があるので、結果的に検査コストが高くなっていた。
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、小型薄型の電子部品の気密性の検査が可能な検査方法とこれに用いる装置、及び電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため本発明は、素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する方法であって、上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、密封可能な容器内に上記電子部品を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に気体状態の検査媒体を注入し、該検査媒体が液化する温度まで電子部品の温度を低下させ、上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記電子部品の中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記電子部品の温度を上記検査媒体が液化する温度まで低下させた後、上記容器内の気体を空気または窒素に置換することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記容器内の気体を空気または窒素に置換した後、上記電子部品の外部表面を加熱し乾燥させることを特徴として構成されている。
また本発明は、素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する方法であって、上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、密封可能な容器内に上記電子部品を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に液体状態の検査媒体を注入して上記電子部品を上記検査媒体に浸してから上記容器内の検査媒体を排出し、上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記電子部品の中空部における上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記容器内から上記検査媒体を排出するときに、上記容器内を空気または窒素に置換することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記容器内を空気または窒素に置換した後、上記電子部品の外部表面を加熱し乾燥させることを特徴として構成されている。
また本発明は、上記検査媒体の主成分が炭化水素類、アルコール、フッ素系媒体、有機塩素系媒体のいずれかであることを特徴として構成されている。
また本発明は、素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の製造方法であって、上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、基板上に素子を配置し、または基板上に素子を配置し該素子に蓋部材を被せることで中空部を形成し、該中空部を不活性ガスで満たし気密封止して被検査体とし、密封可能な容器内に上記被検査体を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に気体状態の検査媒体を注入し、該検査媒体が液化する温度まで被検査体の温度を低下させ、上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記被検査体の中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査し、良検査のものを完成した電子部品とすることを特徴として構成されている。
また本発明は、素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する検査装置であって、上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、密封可能であると共に温度調節が可能であり内部に上記電子部品を配置可能な容器と、該容器に接続されたポンプと、上記容器に接続され容器内に気体状態の検査媒体を供給する検査媒体供給部と、上記電子部品の素子の機能特性を測定する測定部と、上記容器内の温度、気圧を測定・制御すると共に上記ポンプ、検査媒体供給部、及び測定部を制御する制御部を有し、上記制御部は、上記容器内に上記電子部品が配置された状態で、上記ポンプを作動させて上記容器内の気体を排出して気圧を低下させ、上記容器内が所定の気圧になった後に上記検査媒体供給部を作動させて検査媒体を上記容器内に注入し、上記容器内の温度を上記検査媒体が液化する温度まで低下させ、上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記測定部を作動させて上記電子部品の素子の機能特性を測定し、中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる上記素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記制御部は上記容器外において上記測定部により上記電子部品の素子の機能特性を測定することを特徴として構成されている。
また本発明は、上記制御部は上記容器内において上記測定部により上記電子部品の素子の機能特性を測定することを特徴として構成されている。
本発明によれば、中空部の空間容積が小さい小型薄型の電子部品であっても液体状態の検査媒体が確実に中空部内に残存するので、確実に気密性の検査を行うことが可能となる。また、中空部内に残存した検査媒体が少量であっても、検査媒体が素子に付着すれば確実に機能特性に影響を与えるので、確実に気密性の検査を行うことが可能となる。さらに、電子部品の機能特性を測定することにより気密性を検査するので、複数の電子部品を一度に検査することが可能となる。
また本発明によれば、検査媒体を液化した後に容器内の気体を空気に置換するので、電子部品の表面を乾燥させることができ、電子部品の気密性の検査を正確に行うことができる。
また本発明によれば、電子部品を加熱乾燥するので外部表面が確実に乾き、より正確に電子部品の気密性の検査を行うことができる。
また本発明によれば、検査媒体として炭化水素類などを使用することにより、電子部品の表面や端子に影響を与えることなく気密性の検査を行うことができる。また、浸透性がよいので中空部に流入しやすい。さらに、常温常圧下で安定して液状であるので気密性の検査を常温常圧下で行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず第一の実施形態について説明する。図1は本発明の第一の実施形態における検査装置の概略図、図2は本発明の第一の実施形態における電子部品の概略断面図である。
電子部品3の気密性の検査に使用する検査装置1は図1に示すように、密封可能で内部に電子部品3を配置可能な容器たるチャンバ11を有する。このチャンバ11はヒータ、クーラなどの加熱・冷却手段を有する。またこのチャンバ11にはバルブ12aを介してポンプ12が接続されている。さらに、チャンバ11にはバルブ13aを介して混合器13が接続され、この混合器13にはそれぞれバルブ14a、15aを介して検査媒体ボンベ14及び安定ガスボンベ15が接続されている。混合器13はファンなどの混合手段、及びヒータなどの加熱手段を有するものとする。また検査装置1は図示しない測定器を検査装置1の外部に有するものとする。測定器は電子部品3の電気的な機能特性を測定するものである。
検査媒体ボンベ14内には、電気部品2の気密性の検査に使用する検査媒体が液体の状態で納められている。この検査媒体に望まれる性質としては、1.電子部品3の外部表面、及び端子に影響を与えないこと、2.浸透性が良く検査温度、気圧(望ましくは常温常圧)で安定して液体の状態であること、3.気化温度が検査温度(望ましくは常温)以上であり、また半田の溶解温度(おおよそ200〜250℃前後)以下であること、等が挙げられる。この性質を満たす具体的な媒体としては、トルエンなどの炭化水素類、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、フッ化水素などのフッ素系液体、有機塩素系液体などが主成分である媒体が挙げられる。より具体的にはフッ素系不活性液体であるフロリナートなどが挙げられる。なお、検査媒体は気体の状態で検査媒体ボンベ14に納めてもよい。
一方、安定ガスボンベ15内には、例えば窒素などの不活性の安定ガスが納められている。
この検査装置1で気密性の検査を行う電子部品3は、例えばSAWデバイスなど、素子の表面が湿気にふれると電気的な機能特性が変化してしまうものである。電子部品3は図2に示すように、基板21上に素子22を配置し、さらにこの素子22を覆うようにして蓋部材23を基板21に取付けることにより構成される。そしてこの蓋部材23と基板21及び素子22との間にできた中空部24に窒素などの不活性ガスを充填すると共に、蓋部材23を基板21に半田付けして中空部24を気密封止する。これは素子22を湿気に触れさせないようにするためである。そして検査装置1においては、この中空部24の気密性、すなわち蓋部材23が基板21に対して隙間なく取付けられているかを検査する。隙間を有するものは気密性が保たれておらず不良品となる。この電子部品3の気密性の基準としては、1×10-8〜5×10-8atm・cc/sec程度の気密性が保たれていればよい。
なお、ここでは電子部品3の製造段階において、中空部24に不活性ガスを充填することとしたが、不活性ガスで満たされた空間内において基板21に蓋部材23を取付けることにより、中空部24を不活性ガスで満たすことができ、これにより充填の行程が必要なくなる。
また、検査対象となる電子部品3はこのような構成のものに限られず、例えば基板と素子との間に気密状の中空部を有するものなど、気密状の中空部を有する電子部品であればどのような構成のものでも検査対象となりうる。
次に、検査装置1を用いた電子部品3の気密性の検査方法について説明する。まず、チャンバ11内に被検査体である電子部品3を配置する。そしてバルブ12aを開放すると共にポンプ12を作動させ、チャンバ11内の空気を排出する。このとき、電子部品3の基板21と蓋部材23との間に隙間があり、中空部24の気密性が保たれていなければ、中空部24に充填されている不活性ガスが一緒に排出される。
チャンバ11内の空気を排出して十分にチャンバ11内の気圧が低下した後、ポンプ12を停止させてバルブ12aを閉めて、検査媒体ボンベ14及び安定ガスボンベ15のバルブ14a、15aを開放し、混合器13を作動させる。混合器13内においては流入する検査媒体及び安定ガスを加熱しながら混合し、混合気を作り出す。このとき、検査媒体を加熱することにより気化させ、また、検査媒体が安定ガスに対して飽和量となるよう、バルブ14a、15aにおいて検査媒体及び安定ガスの流量を調節する。このようにして安定ガスに検査媒体が飽和した混合気を生成する。
そして、バルブ13aを開放して生成した混合気をチャンバ11内に流入させる。このとき、チャンバ11内に配置した電子部品3の基板21と蓋部材23との間に隙間があり、中空部24の気密性が保たれていなければ、不活性ガスが排出された中空部24に混合気が流入する。この中空部24への混合気の流入は、混合気に圧力や熱を加えると更に確実なものとなる。
チャンバ11内に混合気を流入させた後、チャンバ11内の温度を検査媒体が液化する温度まで低下させる。これにより、もし電子部品3の中空部24に混合気が流入している場合には、素子22に液化した検査媒体が付着する。
チャンバ11内の温度を所定の温度まで低下させたら、検査媒体ボンベ14のバルブ14aを閉め、チャンバ11内の混合気を徐々に安定ガスに置換する。あるいはポンプ12を作動させて混合気を徐々に空気に置換する。これによりチャンバ11内の気圧を大気圧に戻すと共に、電子部品3の外部表面を乾燥させることができる。また、チャンバ11内の気体の置換が終了した後、電子部品3の外部表面に液化した検査媒体がまだ付着していれば、電子部品3を短時間加熱して外部表面を乾燥させる。
そしてチャンバ11内の気体の置換が終了したら、電子部品3をチャンバ11から取り出し、測定器によって電子部品3の素子22の電気的な機能特性を測定する。測定する機能特性は電子部品3によって異なる。例えばSAWデバイスの場合には共振周波数が測定項目となる。電子部品3の中空部24の気密性が保たれておらず、液化した検査媒体が素子22の表面に付着している場合には、検査媒体の影響で素子22の抵抗値、容量、共振周波数などが変化する。このことから、気密性が保たれている電子部品3の測定項目の代表値と、検査対象となっている電子部品3の測定項目の値を比較することで、中空部24の気密性が保たれていない電子部品3を発見することができる。
このような検査方法によれば、中空部24の空間容積が小さい小型薄型の電子部品であっても、検査媒体が確実に中空部24内に残存するので、確実に気密性の検査を行うことが可能となる。また、中空部24内に残存した検査媒体が少量であっても、検査媒体が素子22に付着すれば確実に機能特性に影響を与えるので、確実に気密性の検査を行うことが可能となる。さらに、電子部品3の機能特性を測定することにより気密性を検査するので、複数の電子部品3を一度に検査することが可能となる。
なお、本実施形態においては窒素などの安定ガスに対して検査媒体を混合させて混合気を生成することとしたが、空気と検査媒体を混合させ検査媒体を空気に飽和させることにより混合気を生成するようにしてもよい。あるいは、安定ガスと混合させずに純粋な検査媒体のみをチャンバ11に流入させるようにしてもよい。
また、本実施形態においては混合器13内で検査媒体を気化させることとしたが、チャンバ11内において液体状の検査媒体を熱して気化させるようにしてもよい。さらに、ここでは各操作を人間が行うことを前提に説明したが、検査装置1に制御部を設け、チャンバ11内の温度、気圧を測定、制御させると共に、ポンプ12や混合器13、各ボンベ14、15、測定器を制御させ、各操作を自動化してもよい。さらにまた、ここでは検査装置1はチャンバ11の外部に測定器を有することとしたが、測定器をチャンバ11の中に有する構成として、この測定器の上に電子部品3を配置し、チャンバ11内で電子部品3の機能特性を測定するようにしてもよい。
以上、本発明の第一の実施形態について説明した。上記第一の実施形態においては、検査媒体を気化させて使用した。しかし、液体状の検査媒体によっても電子部品の気密性の検査は可能である。以下、液体状の検査媒体を使用する第二の実施形態について説明する。図3は本発明の第二の実施形態における検査装置の概略図である。
本実施形態で使用する検査装置2は図3に示すように、第一の実施形態で使用した検査装置2と概略の構成は略同様である。ただし、本実施形態においては検査媒体と安定ガスを混合させる必要がないため、混合器13、及び安定ガスボンベ15は検査装置2の構成に含まれていない。そして液体状の検査媒体が納められた検査媒体ボンベ14がチャンバ11に直結されている。
なお、検査対象である電子部品3は上記第一の実施形態と同様であるので説明は省略する。
以下、本実施形態における電子部品3の気密性の検査方法について説明する。まず、チャンバ11内に完成した電子部品3を配置する。そしてバルブ12aを開放すると共にポンプ12を作動させ、チャンバ11内の空気を排出する。このとき、電子部品3の基板21と蓋部材23との間に隙間があれば、中空部24に充填されている不活性ガスが一緒に排出される。
チャンバ11内の空気を排出して十分にチャンバ11内の気圧が低下した後、ポンプ12を停止させてバルブ12aを閉め、検査媒体ボンベ14のバルブ14aを開放し、液体状態の検査媒体をチャンバ11内に注入する。検査媒体は電子部品3が完全に浸るまで注入する。このとき、電子部品3の基板21と蓋部材23との間に隙間があれば、不活性ガスが排出された中空部24に検査媒体が流入する。この中空部24への検査媒体の流入は、検査媒体に圧力や熱を加えると更に確実なものとなる。
次に、チャンバ11内の検査媒体を排出し、徐々に空気に置換し、チャンバ11内を大気圧に戻す。チャンバ11内の検査媒体を排出し終わった後、もし電子部品3の外部表面が検査媒体で濡れていれば、電子部品3を短時間加熱して外部表面を乾燥させる。
そしてチャンバ11内を空気に置換し終えたら、上記第一の実施形態と同様に測定器によって電子部品3の素子22の電気的な機能特性を測定する。電子部品3の中空部24の気密性が保たれておらず、検査媒体が中空部24に流入して素子22の表面に付着している場合には、検査媒体の影響で素子22の抵抗値、容量、共振周波数などが変化する。このことから、気密性が保たれている電子部品3の測定項目の代表値と、検査対象となっている電子部品3の測定項目の値を比較することで、中空部24の気密性が保たれていない電子部品3を発見することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述した電子部品3の検査は通常、電子部品3の製造の最終段階の工程として行われるものである。
本発明の第一の実施形態における検査装置の概略図である。 本発明の第一の実施形態における電子部品の概略断面図である。 本発明の第二の実施形態における検査装置の概略図である。
符号の説明
1 検査装置
2 検査装置
3 電子部品
11 チャンバ
12 ポンプ
13 混合器
14 検査媒体ボンベ
15 安定ガスボンベ
21 基板
22 素子
23 蓋部材
24 中空部

Claims (11)

  1. 素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する方法であって、
    上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、
    密封可能な容器内に上記電子部品を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に気体状態の検査媒体を注入し、該検査媒体が液化する温度まで電子部品の温度を低下させ、
    上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記電子部品の中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴とする電子部品の気密性検査方法。
  2. 上記電子部品の温度を上記検査媒体が液化する温度まで低下させた後、上記容器内の気体を空気または窒素に置換することを特徴とする請求項記載の電子部品の気密性検査方法。
  3. 上記容器内の気体を空気または窒素に置換した後、上記電子部品の外部表面を加熱し乾燥させることを特徴とする請求項記載の電子部品の気密性検査方法。
  4. 素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する方法であって、
    上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、
    密封可能な容器内に上記電子部品を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に液体状態の検査媒体を注入して上記電子部品を上記検査媒体に浸してから上記容器内の検査媒体を排出し、
    上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記電子部品の中空部における上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴とする電子部品の気密性検査方法。
  5. 上記容器内から上記検査媒体を排出するときに、上記容器内を空気または窒素に置換することを特徴とする請求項記載の電子部品の気密性検査方法。
  6. 上記容器内を空気または窒素に置換した後、上記電子部品の外部表面を加熱し乾燥させることを特徴とする請求項記載の電子部品の気密性検査方法。
  7. 上記検査媒体の主成分が炭化水素類、アルコール、フッ素系媒体、有機塩素系媒体のいずれかであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の電子部品の気密性検査方法。
  8. 素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の製造方法であって、
    上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、
    基板上に素子を配置し、または基板上に素子を配置し該素子に蓋部材を被せることで中空部を形成し、該中空部を不活性ガスで満たし気密封止して被検査体とし、
    密封可能な容器内に上記被検査体を配置し上記容器内の気体を排出して気圧を低下させた後、該容器内に気体状態の検査媒体を注入し、該検査媒体が液化する温度まで被検査体の温度を低下させ、
    上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記被検査体の中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査し、良検査のものを完成した電子部品とすることを特徴とする電子部品の製造方法。
  9. 素子の周りに微小な中空部を有する電子部品の気密性を検査する検査装置であって、
    上記電子部品の素子は液体状態の上記検査媒体が付着しているか否かにより抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数に相違が生じるものであり、
    密封可能であると共に温度調節が可能であり内部に上記電子部品を配置可能な容器と、該容器に接続されたポンプと、上記容器に接続され容器内に気体状態の検査媒体を供給する検査媒体供給部と、上記電子部品の素子の機能特性を測定する測定部と、上記容器内の温度、気圧を測定・制御すると共に上記ポンプ、検査媒体供給部、及び測定部を制御する制御部を有し、
    上記制御部は、上記容器内に上記電子部品が配置された状態で、上記ポンプを作動させて上記容器内の気体を排出して気圧を低下させ、上記容器内が所定の気圧になった後に上記検査媒体供給部を作動させて検査媒体を上記容器内に注入し、上記容器内の温度を上記検査媒体が液化する温度まで低下させ、上記容器内の気圧を大気圧に戻した後に、上記測定部を作動させて上記電子部品の素子の機能特性を測定し、中空部における液体状態の上記検査媒体の有無から生ずる上記素子の抵抗値あるいは容量あるいは共振周波数の相違から生ずる機能特性の相違により気密性を検査することを特徴とする検査装置。
  10. 上記制御部は上記容器外において上記測定部により上記電子部品の素子の機能特性を測定することを特徴とする請求項記載の検査装置。
  11. 上記制御部は上記容器内において上記測定部により上記電子部品の素子の機能特性を測定することを特徴とする請求項記載の検査装置。
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