JP4449955B2 - 表面実装用電子部品のインピーダンス測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に使用される表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置に関するものである。

近年、コンピュータ等に用いられるＣＰＵ（中央演算処理装置）電源に、負荷変動時の電圧降下を防ぐために低ＥＳＲ（等価直列抵抗）、低ＥＳＬ（等価直列インピーダンス）の表面実装用コンデンサが用いられている。

この表面実装用コンデンサは、複数の外部端子を表面実装用コンデンサの下面と同一面に各外部端子を近接させて設ける構成によりコイル成分を低減し低ＥＳＬ（等価直列インピーダンス）化している。

精度が高く安定したＣＰＵ電源設計を行うための回路シミュレーションには精度が高いＥＳＲ、ＥＳＬ測定が必要であることから、低ＥＳＲ化および低ＥＳＬ化した表面実装用コンデンサの精度の高いインピーダンス測定装置の検討が行われている。

従来、インピーダンス測定装置として、例えば特許文献１には、表面実装用電子部品の外部端子と同軸ケーブルの測定端子との間に弾性を有する異方導電性シートを介在させ接続状態を安定にする測定技術が開示されている。

また、半導体パッケージとプリント回路基板との接続用ソケットや電気的コネクタの構成部品として、絶縁性のゴム弾性材に傾斜した導電線を貫通させた異方導電性シートを用いて、表面実装用電子部品を破壊しないように、安定して接続する技術が知られている（特許文献２）。
特開平８−１１０３６６号公報 特開平９−３５７８９号公報

しかし、従来のインピーダンス測定装置では、電子部品にかかった圧力が均一に異方導電性シートに作用するため、表面実装用コンデンサの外部端子、あるいはインピーダンス測定装置の測定端子の平坦性や表面形状にバラツキに追従するものでなく、接続状態を一定にすることができず、低いインピーダンスを精度良く測定することができないという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、低いインピーダンスを精度良く測定することができる表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、平衡ブリッジ型インピーダンスアナライザに接続される第１の測定端子を構成する第１の電流測定端子と第１の電圧測定端子及び第２の測定端子を構成する第２の電流測定端子と第２の電圧測定端子を用いて、同一面に露呈した第１、第２の外部端子を有する表面実装用電子部品のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法において、前記第１の測定端子の第１の電流測定端子と第２の測定端子の第２の電流測定端子及び第１の測定端子の第１の電圧測定端子と第２の測定端子の第２の電圧測定端子のそれぞれが対向するように同一面に固定台で保持し、前記第１の測定端子及び第２の測定端子と前記第１、第２の外部端子との間に絶縁性の弾性シート体を介在させ、前記弾性シート体が、貫通する複数の導電線を傾斜させた異方導電性シートからなり、この異方導電性シートの導電線の傾斜方向を前記各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向に配設させ、前記表面実装用電子部品を加圧体を介して押圧することにより、前記異方導電性シートの導電線が前記各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向にさらに傾斜させるようにしたことを特徴とする表面実装用電子部品のインピーダンス測定方法とするものである。

また、押圧された異方導電性シートの導電線は、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向、すなわち、各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向に傾斜してもよい。

また、導電線に異方導電性シート表面に突出する接点を設けてもよく、加圧体に凹部を設けこの凹部にて表面実装用電子部品を加圧してもよく、表面実装用電子部品を囲むシールド体を設けてもよい。

以上のように本発明のインピーダンス測定装置は、異方導電性シートの導電線が、前記異方導電性シートの厚み方向に貫通していることによって、高周波での損失を少なくすることができる。また押圧された異方導電性シートは、その弾性変形に追従して導電線の傾斜角を変えることによって、導電線が外部端子、測定端子の表面形状に追従することができる。これによって、外部端子と測定端子とが安定した状態で接続され、低いインピーダンスが精度良く測定できるという効果を奏するものである。

また、押圧された異方導電性シートの導電線が、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向、すなわち、各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向に傾斜することにより、大きい荷重が異方導電性シートに加わり導電線の傾斜が大きくなっても、導電線を介して測定端子が対応しない他の外部端子に電気的接続することを防ぐことができ、低いインピーダンスが精度良く測定をすることができるという効果を更に高めることができる。

また、導電線が、異方導電性シートの表面に突出する接点を設けたものとすることにより、異方導電性シートの導電線と、外部端子、測定端子との電気的接続を確実にすることができる。また加圧体を用いて表面実装用電子部品から測定端子への方向の押圧に、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向、すなわち、各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向の荷重を加えると、突出した接点に斜めに働く荷重が作用しやすくなり、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向に導電線を傾けることが確実にできる。これによって、外部端子と測定端子とが安定した状態で接続され、低いインピーダンスが精度良く測定ができるという効果を更に高めることができる。

また、加圧体が、表面実装用電子部品を凹状に囲んだものとすることにより、加圧体から表面実装用電子部品に作用する、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向、すなわち、各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向の荷重を大きくできるため、第１の測定端子と第２の測定端子を結ぶ方向と交差する方向に導電線を傾けることが確実にでき、低いインピーダンスが精度良く測定ができるという効果を更に高めることができる。

また、表面実装用電子部品を囲むシールド体を設けることにより、輻射ノイズが表面実装用電子部品に作用することを低減することができ、低いインピーダンスが精度良く測定ができるという効果を更に高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明をする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のインピーダンス測定装置の概略斜視図、図２は、測定される表面実装用電子部品の下面斜視図、図３はインピーダンス測定装置の要部斜視図である。

図１において、本発明のインピーダンス測定装置は、インピーダンスアナライザ１３に電気的に接続した第１の測定端子５ａ、第２の測定端子５ｂが、箱状の固定台４の上面に対向して内設され、第１、第２の測定端子５ａ、５ｂの上面全体を一体に被覆するように異方導電性シート６が備えられている。

異方導電性シート６上には、被測定体となる表面実装用電子部品１が、位置決め部材２の貫通孔に嵌め込まれ、載置される。

図２に示すように、この表面実装用電子部品１には、表面実装用電子部品本体７の下面に第１の外部端子８ａと第２の外部端子８ｂが設けられ、対向して配置されている。

表面実装用電子部品１は、加圧体３によって、表面実装用電子部品１から測定端子への方向（以下、方向Ｂと記す）に押圧され、異方導電性シート６を介して、第１の外部端子８ａと第１の測定端子５ａ、第２の外部端子８ｂと第２の測定端子５ｂに夫々対応して電気的に接続するものである。

図３に示すように、第１の測定端子５ａには、物理的に分離した第１の電流測定端子１０ａと第１の電圧測定端子１０ｂからなり、第２の測定端子５ｂには、物理的に分離した第２の電流測定端子１０ｃと第２の電圧測定端子１０ｄからなり、４端子測定端子を構成している。

第１、第２の電流測定端子１０ａ、１０ｃは、インピーダンスアナライザ１３の電流測定ｈｉｇｈ側、ｌｏｗ側に夫々接続され、第１、第２の電圧測定端子１０ｂ、１０ｄはインピーダンスアナライザ１３の電圧測定ｈｉｇｈ側、ｌｏｗ側に夫々接続されている。

また、測定端子１０ａ〜１０ｄは、ノイズに対するシールド作用を発揮するシールド材９で周囲が囲まれ、このシールド材９は、ガード端子１２と接続し、このガード端子１２は、第１、第２の測定端子５ａ、５ｂ間の浮遊インピーダンスを除去するために第１、第２の測定端子５ａ、５ｂ間に設けられている。

また、測定端子１０ａ〜１０ｄの先端は、異方導電性シート６と接続する接触面１１であり、シールド材９から上方に露出し、固定台４の上面の略同一面に設けられている。

さらに、シールド材９は、インピーダンスアナライザ１３のグランドに接続され、固定台４は、金属製とし、インピーダンスアナライザ１３のグランドと接続することで浮遊インピーダンスを削減している。

次に、異方導電性シートについて説明する。

図４（ａ）は、異方導電性シートの外観斜視図、図４（ｂ）は、同断面図（Ａ−Ａ’線での断面図）、図４（ｃ）は、同側面図（Ａ−Ａ’線方向から見た）であり、図４の異方導電性シートは荷重されていない状態を示している。

図４（ａ）に示すように、異方導電性シート６の表裏面には、突出した接点１６が整列して設けられている。

図４（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ’線での断面は、第１の測定端子５ａと第２の測定端子５ｂを結ぶ方向（以下、方向Ａと記す）と交差する方向、すなわち、各々電流測定端子（１０ａ、１０ｃ）と電圧測定端子（１０ｂ、１０ｄ）間を結ぶ方向に沿った面であり、導電線１５は、厚み方向に対し角度φで傾斜して、弾性シート体１４の厚み方向に貫通している。また導電線１５は剛性を有し、導電線１５の両端には接点１６が設けられている。

図４（ｃ）に示すように、導電線１５は、方向Ａと交差する方向、すなわち、各々電流測定端子（１０ａ、１０ｃ）と電圧測定端子（１０ｂ、１０ｄ）間を結ぶ方向から見て左右に傾きなく一定間隔で整列している。

以上のように導電線１５が角度φで傾斜したものとすることで、異方導電性シート６が厚み方向からの押圧に追従し弾性変形し易くなる。また図４に示したように、一定間隔で配置された導電線１５を一方向に傾斜したものとすることで、異方導電性シート６は一様な弾性と高い導電性が得られる。

導電線１５の傾斜角度φは０〜４５°が好ましく、これによって異方導電性シート６の等価直列インダクタンスの増加を抑えることができる。

弾性シート体１４は、絶縁体としてシリコンゴムなどが好ましい。また、弾性シート体１４の厚みは０．１〜３．０ｍｍが好ましい。

弾性シート体１４の厚みが３．０ｍｍより大きいと、異方導電性シート６の抵抗が増大し、厚みが０．１ｍｍより小さいと、異方導電性シート６が、表面実装用電子部品１の外部端子８ａ、８ｂおよび測定端子１０ａ〜１０ｄの接触面１１の表面形状に弾性変形して追従することが困難となる。

さらに、異方導電性シート６に付着した塵埃を粘着シートまたはエアーなどを用いて取り除きやすくするために、弾性シート体１４の表面にフッ素樹脂加工などの表面処理を行っておくことが好ましい。

また、導電線１５の材料としては、導電率の高い金属からなり、両端に固着する接点１６との接続抵抗、接続強度が良好になるものが好ましい。例えば白金、タングステン、銀、銅、銅合金、スズ合金を用いることができ、また無酸化金属などの抵抗成分が小さいものが好ましく、導電線１５として酸化により絶縁化しにくいスズ／ビスマスなどの鍍金を施したものを用いることもできる。

導電線１５の線径は、３０〜５００μｍとすることが好ましい。この線径は、異方導電性シート６が繰り返し弾性変形することによって導電線１５が断線、変形しないよう、導電線１５の金属の剛性に応じて適宜調整することができる。

また導電線１５の形状、配置間隔は、表面実装用電子部品１の第１、第２の外部端子８ａ、８ｂの大きさ、間隔に応じて変更できる。

接点１６は、異方導電性シート６から突出して導電線１５の両端に設けたものであり、接点１６が突出することにより、導電線１５との電気的接続を確実にできる。

また、接点１６は、ドーム形状、略半球形状であることが好ましく、異方導電性シート６の変形に応じて接点１６のいずれかの表面で、第１、第２の外部端子８ａ、８ｂ、第１、第２の測定端子５ａ、５ｂと接点１６と接触することができ、電気的接続が確実にできる。

また、接点１６は、最大外形幅３０〜５００μｍが好ましく、３０μｍより小さいと導電線１５との固着強度が得られず、５００μｍより大きいと、導電線１５の傾斜が大きくなる場合隣り合う接点１６同士で接触してしまい、異方導電性シート６が変形できなくなる。

また、接点１６は、耐磨耗性、低接触抵抗であることが好ましく、また導電線１５との接続抵抗、接続強度が良好に固着できるニッケル、白金などが好ましい。また酸化により絶縁化しにくいスズ／ビスマスの鍍金を施したものを用いることができる。

なお、接点１６として、導電線１５を用いてもよい。

位置決め部材２は、板状の絶縁材に貫通孔を設けたものであり、第１、第２の外部端子８ａ、８ｂと第１、第２の測定端子５ａ、５ｂとが対応して電気的接続するように表面実装用電子部品１の載置位置を規制し、加圧体３が押圧したときに表面実装用電子部品１の位置ズレを防止する。前記貫通孔は、切り欠きであってもよい。

次に、本実施の形態１のインピーダンス測定装置を用いた測定について説明する。

図５（ａ）は、本実施の形態１のインピーダンス測定装置の測定状態を示す要部断面図、図５（ｂ）は、同要部側面図である。

まず表面実装用電子部品１を、異方導電性シート６上に備えた位置決め部材２の貫通孔に収納し、異方導電性シート６上に表面実装用電子部品１を載置する。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、加圧体３を用いて、表面実装用電子部品１を方向Ｂに所定の圧力で押圧することで、異方導電性シート６が、弾性変形しながら第１、第２の外部端子８ａ、８ｂと測定端子１０ａ〜１０ｄの接触面１１に接触する。

図５（ａ）に示すように、異方導電性シート６の変形に追従して方向Ａに交差する方向、すなわち、各々電流測定端子（１０ａ、１０ｃ）と電圧測定端子（１０ｂ、１０ｄ）間を結ぶ方向に導電線１５が更に傾斜していき、一方、図５（ｂ）に示すように、導電線１５の方向Ａの方向の傾斜は、方向Ａに交差する方向の傾斜に比較して小さいものである。

また導電線１５は、接点１６を介して第１、第２の外部端子８ａ、８ｂは接触面１１と電気的に接続する。

異方導電性シート６は、厚み方向に貫通した導電線１５を用いていることから高周波での損失が少ないために、低いインピーダンスであっても表面実装用電子部品１のインピーダンス測定が精度よく行える。

また、押圧された異方導電性シート６が、異方導電性シート６の変形に追従して導電線１５が傾斜することによって、第１、第２の外部端子８ａ、８ｂの加工バラツキ、あるいは表面実装用電子部品１の傾きバラツキによって第１、第２の外部端子８ａ、８ｂの平坦性が悪くとも、測定端子１０ａ〜１０ｂに安定した状態で電気的に接続できる。

また、導電線１５が、方向Ａに対し方向Ａに交差する方向、すなわち、各々電流測定端子（１０ａ、１０ｃ）と電圧測定端子（１０ｂ、１０ｄ）間を結ぶ方向により傾斜することによって、第１、第２の測定端子５ａ、５ｂが、間隔が小さい近接した他の外部端子に電気的接続をしてしまうことを防ぐことができる。

表面実装用電子部品１として、例えば低ＥＳＲ化および低ＥＳＬ化した表面実装用固体電解コンデンサは、インピーダンスの共振点が１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で、数ｍΩとなる。このような表面実装用固体電解コンデンサのインピーダンス測定には、４端子の測定端子１０ａ〜１０ｄをシールドし、シールド同士を接続した測定端子および平衡ブリッジ型インピーダンスアナライザ１３を用いた本実施の形態１のインピーダンス測定装置を用いることが有用である。

（実施の形態２）
次に、本発明の表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置の実施の形態２について説明する。

実施の形態２は、加圧体の構成が、実施の形態１と異なるのみで、同作用を発揮する他の構成については実施の形態１の説明と同様であるので省略する。

図６は、本発明の実施の形態２におけるインピーダンス測定装置の要部断面図であり、方向Ａに交差する断面を示す。

図６に示すように、加圧体１７は、絶縁材料からなり、加圧体１７の形状は、表面実装用電子部品１の外形上部を囲むように凹状に構成したものである。

加圧体１７を凹状にすることによって、表面実装用電子部品１が押圧され載置位置がずれることを防止できる、また表面実装用電子部品１の側面、あるいは上面エッジから方向Ａと交差する方向に作用する荷重を生じさせることができるため、異方導電性シート６に方向Ａと交差する方向、すなわち、各々電流測定端子（１０ａ、１０ｃ）と電圧測定端子（１０ｂ、１０ｄ）間を結ぶ方向に荷重が作用し、方向Ａと交差する方向に導電線を傾けることが確実にでき、低いインピーダンスが精度良く測定ができるという効果を更に高めることができる。

さらに加圧体１７の凹状の内側に沿って、金属メッシュなどの導電性のシールド材１９と、シールド材１９の表面実装用電子部品１と当接する面には、弾性絶縁体１８が設けられている。

シールド材１９は、表面実装用電子部品１の周囲にある輻射ノイズを軽減し、インピーダンス測定精度を向上することができる。さらにインピーダンスアナライザ１３のグランドに接続することで浮遊インピーダンスを低減することができる。

弾性絶縁体１８は、加圧体１７が表面実装用電子部品１の上面から均一に押圧することができる。

また、加圧体１７は、導電性材料からなるものとすることができ、この場合は加圧体１７自体をシールド材とすることができる。

本発明による表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置は、各種電子機器に使用される表面実装用電子部品、特に、低インピーダンスの表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置として利用することができる。

本発明の実施の形態１における表面実装用電子部品のインピーダンス測定装置の概略斜視図 本発明の実施の形態１におけるインピーダンス測定装置で測定される表面実装用電子部品の下面斜視図 本発明の実施の形態１のインピーダンス測定装置の測定端子の要部斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１における異方導電性シートの外観斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における異方導電性シートの断面図（Ａ−Ａ’線での断面図）、（ｃ）本発明の実施の形態１における異方導電性シートの側面図（Ａ−Ａ’線方向） （ａ）本発明の実施の形態１におけるインピーダンス測定装置の測定状態を示す要部断面図（方向Ａに交差断面）、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるインピーダンス測定装置の測定状態を示す要部側面図（方向Ａに交差方向） 本発明の実施の形態２におけるインピーダンス測定装置の要部断面図

符号の説明

１ 表面実装用電子部品
２ 位置決め部材
３ 加圧体
４ 固定台
５ａ 第１の測定端子
５ｂ 第２の測定端子
６ 異方導電性シート
８ａ 表面実装用電子部品の第１の外部端子
８ｂ 表面実装用電子部品の第２の外部端子
９ シールド材
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 測定端子
１１ 接触面
１２ ガード端子
１３ 平衡ブリッジ型インピーダンスアナライザ
１４ 弾性シート体
１５ 導電線
１６ 接点
１８ 弾性絶縁体
１９ シールド材

Claims (1)

1. 平衡ブリッジ型インピーダンスアナライザに接続される第１の測定端子を構成する第１の電流測定端子と第１の電圧測定端子及び第２の測定端子を構成する第２の電流測定端子と第２の電圧測定端子を用いて、同一面に露呈した第１、第２の外部端子を有する表面実装用電子部品のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法において、
   前記第１の測定端子の第１の電流測定端子と第２の測定端子の第２の電流測定端子及び第１の測定端子の第１の電圧測定端子と第２の測定端子の第２の電圧測定端子のそれぞれが対向するように同一面に固定台で保持し、前記第１の測定端子及び第２の測定端子と前記第１、第２の外部端子との間に絶縁性の弾性シート体を介在させ、前記弾性シート体が、貫通する複数の導電線を傾斜させた異方導電性シートからなり、この異方導電性シートの導電線の傾斜方向を前記各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向に配設させ、前記表面実装用電子部品を加圧体を介して押圧することにより、前記異方導電性シートの導電線が前記各々電流測定端子と電圧測定端子間を結ぶ方向にさらに傾斜させるようにしたことを特徴とする表面実装用電子部品のインピーダンス測定方法。

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