JP4925904B2 - リーク検査方法およびリーク検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光デバイス、高周波デバイス、キャパシタ等における被検査部品のリークを評価する検査方法および検査装置に関するものである。

電子デバイスなどの気密封止部品の比較的な大きなリークの検査は、例えば、ＪＩＳ規格のJIS-C60068-2-17「環境試験方法−電気・電子−封止（気密性）試験方法」に記されたＱｃ試験がある。この試験方法では、気密封止部品などの被検査部品を試験用液体に浸漬させて、被検査部品から放出される気泡に基づいてリークの有無を検査する。この気泡を放出させるためには、被検査部品内部のガス圧力を外部より高くする必要がある。その方法は、次の３つの方法が知られている。

１つ目の方法（以下、「方法１」）は、上述したＱｃ試験方法や、特許文献１に記載されており、被検査部品を試験用液体に浸漬し、被検査部品外部の圧力をほぼ０気圧にまで減圧した容器の中で試験する方法である。２つ目の方法（以下、「方法２」）は、高い温度の液体に浸す方法である。３つ目の方法（以下、「方法３」）は、沸点が試験用液体より低い含浸液を被検査部品に含浸した後に、その被検査部品を高い温度の試験用液体に浸漬する方法である。なお、「方法１」は、ＭＩＬ規格においても記載されている。

特開平１０−２８１９１６号公報

これらの方法はそれぞれ一長一短がある。「方法１」では、被検査部品外部の圧力をほぼ０気圧に減圧するため、リークがある場合に、被検査部品内部と外部との圧力差を、初期圧に係わらずほぼ１気圧にすることができる。そのため、リーク検出の感度が「方法２」と比べてよいという長所がある。しかし、減圧すると液体に溶け込んでいた空気が気泡となって成長する。そうすると、試験用液体に溶け込んでいたこの気泡（以下、溶解気泡と呼ぶ）と、被検査部品から放出され、リークを検査するための上述した気泡（以下、リーク気泡とよぶ）とを区別できなくなる。そのため、試験用液体として予めガス抜きした液体を準備する必要があり、このガス抜きに時間がかかるという短所がある。

「方法２」は、温度を上げた液体に浸すだけであり、他の２つの方法に比べて短時間で簡単に評価することができるという長所がある。しかし、他の２つの方法に比べて、リーク検出の感度が低いという短所がある。

「方法３」は、被検査部品内部の圧力を、含浸液を試験用液体の温度における蒸気圧まで上げることができるため、他の２つの方法に比べて、最も感度がよいという長所がある。しかし、含浸液を含浸させるため、他の２つの方法に比べて、時間と手間がかかるという問題がある。

つまり、リーク検出の感度は「方法３」、「方法１」、「方法２」の順番でよく、簡便さは「方法２」、「方法１」、「方法３」の順でよい。このように、従来のリーク検査は、感度と簡便さがトレードオフの関係があるという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡便さを適度に維持しつつ、リーク検出の感度を上げることを目的とする。

請求項１に係るリーク検査方法は、（ａ）加熱された試験用液体に被検査部品を浸漬する工程と、（ｂ）前記試験用液体にかかる圧力を変化させる工程とを備える。前記工程（ｂ）において、前記圧力は、所定の基準圧力がかかった基準圧力状態と、前記所定の基準圧力から減圧した圧力がかかった減圧状態とを繰り返し、前記減圧状態の時間は、前記基準圧力状態の時間よりも短い。

本発明のリーク検査方法によれば、簡便さを適度に維持しつつ、リーク検出の感度を上げることができる。

＜実施の形態１＞
従来のリーク検査方法は、３つの方法が知られている。１つ目の方法（以下、「方法１」）は、被検査部品を試験用液体に浸漬し、被検査部品外部の圧力をほぼ０気圧にまで減圧した容器の中で試験する方法である。２つ目の方法（以下、「方法２」）は、高い温度の液体に浸す方法である。３つ目の方法（以下、「方法３」）は、沸点が試験用液体より低い含浸液を被検査部品に含浸した後に、その被検査部品を高い温度の試験用液体に浸漬する方法である。本実施の形態に係るリーク検査方法およびリーク検査装置について説明する前に、「方法１」〜「方法３」において、リーク検出の感度が下がる要因を考察する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、被検査部品４を試験用液体２に浸漬したときに、被検査部品４の内部の気体が、気泡（以下、リーク気泡１２）として、リークパス１１を介して被検査部品４の外部へ放出される様子を時系列的に表したものである。

リークパス１１の開口部の形状が円形であると仮定すると、リーク気泡１２の形状は、リークパス１１から放出されるまで、図２（ａ）に示すように、表面張力により一部が球形状となる。このとき、表面張力は、リーク気泡１２のサイズを小さくしようとする。この表面張力による圧力は、気泡半径をｒ、表面張力をσとすると、２σ／ｒとなる。

図２（ｂ）の段階を超えて、リーク気泡１２が膨らみだした図２（ｃ）の段階になると、圧力上昇は急激に小さくなる。そのため、表面張力の圧力が最大になるのは、図２（ｂ）に示されるように、リーク気泡１２が半球状となる場合である。つまり、リーク気泡１２の放出は、図２（ｂ）の状態がネックとなっている。

図２（ｂ）の段階にあるとき、気泡半径ｒの２倍は、リークパス１１の開口径Ｄに一致し、表面張力による圧力は４σ／Ｄとなる。この圧力が、被検査部品４の内部と外部の圧力差以上となると、リーク気泡１２は成長せず放出されないため、リークを検出することができない。

例えば、２５℃の室温から、試験用液体２として、１２５℃に加熱されたフルオロカーボンに浸漬した「方法２」の場合、温度上昇による圧力増加量は、３５０００Ｐａ（≒１０１３００×（（１２５＋２７３）／（２５＋２７３）−１））となる。一方、フルオロカーボンの表面張力を１０ｍＮ／ｍとすると、表面張力による気泡収縮の圧力が温度上昇により生じる圧力と同じ大きさになるリークパス１１の開口径は１．１μｍとなる。つまり、この例では、リークパス１１の開口径が１．１μｍ以下の場合、リーク気泡１２が成長せず、リークを検出することができない。

また、被検査部品４からリーク気泡１２が一度放出されると、被検査部品４の内圧は低下するため、その後、リーク気泡１２は放出されにくくなる。その一方で、被検査部品４を試験用液体２に浸漬した直後は、リーク気泡１２以外の気泡を巻き込む。そのため、リークパス１１の開口径が１．１μｍよりも大きい場合であっても、被検査部品４を試験用液体２に浸漬した直後にリーク気泡１２が発生すると、リークの検出が困難となる。

以上の考察により、リーク検出の感度を上げるには、表面張力の小さい液体を用いるか、表面張力に打ち勝つだけの被検査部品４内部と外部間の圧力差を与えることが考えられる。

しかし、フルオロカーボンの表面張力はすでに小さいため、試験用液体２の材料変更による検出感度の大きな改善は困難である。また、表面張力に打ち勝つだけの被検査部品４内部と外部との圧力差を得るために、外部を真空に引いたままでいると、「方法１」と同様に、試験用液体２を脱気する工程が必要になり時間がかかるという問題がある。

そこで、この問題を解決する本実施の形態に係るリーク検査方法について説明する。図１は、本実施の形態に係るリーク検査方法を実現するためのリーク検査装置を示す図である。本実施の形態に係るリーク検査装置は、透明容器１と蓋５で構成される容器と、試験用液体２と、支持体３と、被検査部品４と、ピストン６とモーター８とベルト９とローラー１０で構成される加圧機構と、コントローラー７とを備える。

透明容器１と蓋５で構成される容器は、内部に空間を有し、加熱された試験用液体２と、試験用液体２に浸漬された被検査部品４とをその空間内に密閉可能である。以下、この空間を密閉空間と呼ぶ。

試験用液体２には、例えば、フルオロカーボンが用いられる。試験用液体２は、例えば１２５℃となるように加熱される。透明容器１は、試験用液体２の温度を一定に維持するため、温度調節機能を備えていることが望ましい。

被検査部品４は、例えば、気密封止部品であり、その数は、単数であってもよく、複数であってもよい。蓋５には、シリンダーと、シリンダー内部において図１の上下方向に変位可能なピストン６が設けられている。

ピストン６とモーター８とベルト９とローラー１０とから構成される加圧機構は、容器内の上部空き空間の空気に圧力を印加して、試験用液体２に圧力を印加する。ピストン６が密閉空間の体積を大きくする方向、つまり、図１の上向きに変位する場合には、容器内の空気に印加される圧力は低下し、試験用液体２に印加される圧力も低下する。

本実施の形態では、コントローラー７は、予め指定されたシーケンスに基づいて、モーター８の回転する制御を行う。そして、モーター８が回転する動力は、ベルト９とローラー１０を介してピストン６に伝えられる。ピストン６は、モーター８の回転に応じて、図１の上下方向の変位が制御される。このように、コントローラー７は、加圧機構が印加する圧力を変化させる制御を行う。

シーケンスには、モーター８を回転させる回転角度、および、タイミング、および、周期が予め指定されている。このシーケンスに基づいて、コントローラー７は、加圧機構が印加する圧力が、所定の基準圧力がかかった基準圧力状態と、所定の基準圧力から減圧した圧力がかかった減圧状態とを繰り返し、減圧状態の時間が、基準圧力状態の時間よりも短くなる制御を行う。

このようなコントローラー７の制御により、容器内の空気の圧力は、図３のように変化する。基準圧力状態Ｐ１の圧力は、大気圧以上であり、減圧状態Ｐ２の圧力は、大気圧よりも小さくする。本実施の形態では、基準圧力状態Ｐ１の圧力を１気圧、基準圧力状態Ｐ１の時間を１００ｍｓｅｃとし、減圧状態Ｐ２の圧力を０．７気圧、減圧状態Ｐ２の時間を１ｓｅｃとする。

以上のように構成されるリーク検査装置のリーク検査方法を説明する。図１に示すように、リーク検査装置は、被検査部品４を支持体３に載せ、加熱された試験用液体２に被検査部品４を浸漬する。

リーク検査装置は、試験用液体２と、試験用液体２に浸漬された被検査部品４とを、透明容器１と蓋５で構成される容器に収容する。そして、ピストン６とモーター８とベルト９とローラー１０とから構成される加圧機構により、容器内の上部空き空間の空気に圧力を印加して、試験用液体２に圧力を印加する。

コントローラー７は、加圧機構が容器内の上部空き空間の空気に印加する圧力を、図３のように変化させる制御を行う。加圧機構は、容器内の上部空き空間の空気に圧力を印加して、試験用液体２に圧力を印加する。そのため、リーク検査装置は、加圧機構と、コントローラー７により、試験用液体２にかかる圧力を、図３のように変化させる。

リーク気泡１２が放出される工程に再度着目してみると、上述したように、表面張力の圧力が最大となるのは、リーク気泡１２の径がリークパス１１の開口部と同一になる図２（ｂ）の段階である。

この段階において、試験用液体２に印加する圧力を、基準圧力状態Ｐ１から減圧状態Ｐ２に減圧すると、被検査部品４内部と外部の圧力差は、図２（ｂ）の前後の段階にあるリーク気泡１２の表面張力の圧力を超えるようになる。そのため、リークパス１１の開口径が小さくても、リーク気泡１２は放出されるようになる。

リーク気泡１２が放出されるのに要する時間は、図２（ｂ）前後の状態を超えるのに要する時間であり、瞬間的な時間でよい。例えば、試験用液体２に印加される圧力が、１気圧から０．７気圧に減圧する場合、０．７気圧を印加する時間が少なくとも１００ｍｓｅｃ程度であれば、リーク気泡１２は放出される。

一方、試験用液体２を減圧すると、試験用液体２に溶け込んでいる空気は、被検査部品４の表面や透明容器１内面に付着した塵、埃等を核とする気泡（以下、溶解気泡）として成長する。この溶解気泡が成長する早さは、試験用液体２に印加される圧力の減圧度、試験用液体２の空気の溶解度係数、試験用液体２の空気の拡散係数等に依存する。具体的には、溶解気泡の成長は、減圧度が大きいほど、空気の溶解度係数が大きいほど、空気の拡散係数が大きいほど早くなる。

上記の例のように、試験用液体２に印加する圧力を、１気圧から０．７気圧に減圧した場合にも、溶解気泡は発生する。しかし、試験用液体２に０．７気圧の圧力を印加する時間が、１ｓｅｃより短い場合には、そのサイズはあまりにも小さいため目で確認できない。

つまり、試験用液体２に印加する圧力が０．７気圧である場合において、目で確認できる気泡をリーク気泡１２のみにするためには、０．７気圧で印加している時間を、リーク気泡１２が放出される時間（１００ｍｓｅｃ）以上、かつ、溶解気泡が目で確認できるサイズの気泡に成長する時間（１ｓｅｃ）より短い範囲に設定すればよい。そのため、本実施の形態では、減圧状態Ｐ２の圧力を０．７気圧とし、減圧状態Ｐ２の時間を１００ｍｓｅｃとした。

次に、リーク検査装置は、試験用液体２に印加する圧力を再び基準圧力状態Ｐ１に戻す。そうすると、目で確認できないサイズの溶解気泡が、再び試験用液体２中に溶け込む。溶解気泡が、再び試験用液体２中に溶け込むのに要する時間は、成長した溶解気泡のサイズが大きいほど長くかかる。

ここで仮に、基準圧力状態Ｐ１の時間が短いと、次に減圧状態Ｐ２にしたときに、溶解気泡が目に見えるサイズまで成長してしまう。そのため、基準圧力状態Ｐ１の時間は、溶解気泡が、再び試験用液体２中に溶け込むのに要する時間よりも十分長くする必要がある。そこで、リーク検査装置は、基準圧力状態Ｐ１の時間を、減圧状態Ｐ２の時間よりも長くする。本実施の形態では、基準圧力状態Ｐ１の圧力を１気圧とし、基準圧力状態Ｐ１の時間１ｓｅｃとして、減圧状態Ｐ２の時間１００ｍｓｅｃより長くした。そのため、圧力が再び減圧状態Ｐ２となっても、溶解気泡は発生しない。

以上のような本実施の形態に係るリーク検査装置およびリーク検査方法によれば、試験用液体２から溶解気泡は発生せず、発生する気泡はリーク気泡１２のみである。そのため、溶解気泡をリーク気泡１２と誤認することなく、確実にリーク気泡１２を確認することができる。こうして、予め試験用液体２を脱気することなく簡便さを「方法２」と同程度に維持しつつ、リーク検出の感度を上げることができる。

また、容器内の上部空き空間の空気に印加する圧力を変化させることにより、試験用液体２にかかる圧力を容易に変化させることができる。

なお、本実施の形態では、基準圧力状態Ｐ１の圧力を１気圧とした。しかし、これに限ったものではなく、被検査部品４内の圧力よりも低くする限りにおいて、基準圧力状態Ｐ１の圧力をさらに大きくしてもよい。この場合、基準圧力状態Ｐ１の時間をさらに短くすることができる。

また、容器内の空気に圧力を印加する加圧機構は、本実施の形態で示した機構に限ったものではなく、上下方向に変形可能な膜を備えるダイヤフラムポンプ（膜ポンプ）、あるいは、歯車ポンプやターボ型ポンプ等のようなポンプを備える機構であってもよい。それらの場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１のリーク検査方法は、従来と同様、リーク気泡１２の有無によってリークの有無を判定していた。つまり、イチゼロ判定により、被検査部品４の気密性を評価した。本実施の形態では、実施の形態１と異なる方法で、被検査部品４の気密性を評価する。以下、新たに説明する構成、および、工程以外は、実施の形態１と同様である。

図４は、透明容器１と蓋５で構成される容器内の空気の圧力を示したものである。本実施の形態では、図４に示すように、コントローラー７は、基準圧力状態Ｐ１の後、繰り返しの各減圧状態Ｐ２〜Ｐ４における減圧度を、減圧状態Ｐ２、減圧状態Ｐ３、減圧状態Ｐ４の順に時間とともに大きくする。ここで、基準圧力状態Ｐ１の圧力は、例えば、１気圧である。

リークパス１１の開口径が小さい場合に、リーク気泡１２を発生させるためには、減圧状態Ｐ２〜Ｐ４の減圧度を大きくする必要がある。そこで、以上のような本実施の形態に係るリーク検査装置およびリーク検査方法では、時間とともに減圧度を大きくした。そのため、リーク気泡１２が発生した圧力の指標Ｐ１〜Ｐ４を、例えば、記録することにより、被検査部品４のリークパス１１の開口径を指標Ｐ１〜Ｐ４で定量化し、評価することができる。つまり、被検査部品４の気密性を、指標Ｐ１〜Ｐ４に分類することにより、被検査部品４の製品管理を綿密にすることができる。なお、本実施の形態では、指標Ｐ１〜Ｐ４に分類したが、その数は少なくても多くてもよい。

上述したリーク検査装置およびリーク検査方法では、図４に示したように、圧力が各減圧状態Ｐ２〜Ｐ４を１回ずつとるごとに、減圧状態Ｐ２〜Ｐ４における減圧度を大きくした。しかし、これに限ったものではなく、図５に示されているように、コントローラー７は、同じ減圧度で減圧状態Ｐ２〜Ｐ４を複数回繰り返してもよい。

このように、同じ減圧度で減圧状態Ｐ２〜Ｐ４を複数回繰り返すことにより、リーク気泡１２を確認しやすくなり、見落としを少なくすることができる。

なお、実施の形態１においても、同じ減圧度で減圧状態Ｐ２を複数回繰り返し行うことにより、リーク気泡１２を確認しやすくなり、見落としを少なくすることができる。

＜実施の形態３＞
以上の実施の形態では、コントローラー７は、予め指定されたシーケンスに基づいて、上述した加圧機構が印加する圧力を変化させる制御を行っていた。本実施の形態では、以上の実施の形態と異なり、シーケンスを用いずに、簡便さを「方法２」と同程度に維持しつつ、リーク検出の感度を上げる。以下、新たに説明する構成、および、工程以外は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、加圧機構が印加する圧力は、図６に示すように、時間に対して正弦波的または余弦波的に変化する。具体的には、図１において、モーター８が回転する動力により、ベルト９を介して、ローラー１０が矢印の一方向に継続して回転する。そして、ローラー１０がピストン６を図１の上下方向に変位することによって行う。ここで、その圧力の最小値は、大気圧よりも小さく、その圧力の時間平均は、大気圧以上である。

以上のような本実施の形態に係るリーク検査方法およびリーク検査装置によれば、試験用液体２から溶解気泡は発生せず、発生する気泡はリーク気泡１２のみである。そのため、溶解気泡をリーク気泡１２と誤認することなく、確実にリーク気泡１２を確認することができる。こうして、簡便さを適度に維持しつつ、リーク検出の感度を上げることができる。また、本実施の形態では、コントローラー７による複雑なシーケンス制御を行わなくても、モーター８を検査開始時にオンし、検査終了後にオフするだけでよい。このように、回転速度だけを制御すればよいので、実施の形態１よりも簡易な機構でリーク検査装置を実現することができる。

実施の形態１に係るリーク検査装置を示す模式図である。 実施の形態１に係るリーク検査方法を示す図である。 実施の形態１に係るリーク検査方法を示す図である。 実施の形態２に係るリーク検査方法を示す図である。 実施の形態２に係るリーク検査方法を示す図である。 実施の形態３に係るリーク検査方法を示す図である。

符号の説明

１ 透明容器、２ 試験用液体、３ 支持体、４ 被検査部品、５ 蓋、６ ピストン、７ コントローラー、８ モーター、９ ベルト、１０ ローラー、１１ リークパス、１２ リーク気泡。

Claims (9)

1. （ａ）加熱された試験用液体に被検査部品を浸漬する工程と、
   （ｂ）前記試験用液体にかかる圧力を変化させる工程とを備え、
   前記工程（ｂ）において、
   前記圧力は、所定の基準圧力がかかった基準圧力状態と、前記所定の基準圧力から減圧した圧力がかかった減圧状態とを繰り返し、
   前記減圧状態の時間は、前記基準圧力状態の時間よりも短い、
   リーク検査方法。
2. 前記工程（ｂ）において、
   繰り返しの各前記減圧状態における減圧度を時間とともに大きくする、
   請求項１に記載のリーク検査方法。
3. 前記工程（ｂ）において、
   同じ減圧度で前記減圧状態を複数回繰り返す、
   請求項１または請求項２に記載のリーク検査方法。
4. （ａ）加熱された試験用液体に被検査部品を浸漬する工程と、
   （ｂ）前記試験用液体にかかる圧力を変化させる工程とを備え、
   前記工程（ｂ）において、
   前記圧力は、時間に対して正弦波形的または余弦波形的に変化し、前記圧力の最小値は大気圧よりも小さく、前記圧力の時間平均は、大気圧以上である、
   リーク検査方法。
5. 前記工程（ｂ）において、前記試験用液体が収容された容器内の上部空き空間の空気に前記圧力を印加して、前記試験用液体に前記圧力を印加する、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のリーク検査方法。
6. 内部に空間を有し、加熱された試験用液体と、前記試験用液体に浸漬された被検査部品とを前記空間内に密閉可能な容器と、
   前記容器内の上部空き空間の空気に圧力を印加して、前記試験用液体に前記圧力を印加する加圧機構と、
   前記加圧機構が印加する前記圧力を変化させる制御を行うコントローラーとを備え、
   前記コントローラーは、
   前記加圧機構が印加する前記圧力が、所定の基準圧力がかかった基準圧力状態と、前記所定の基準圧力から減圧した圧力がかかった減圧状態とを繰り返し、前記減圧状態の時間が、前記基準圧力状態の時間よりも短くなる制御を行う、
   リーク検査装置。
7. 前記コントローラーは、
   繰り返しの各前記減圧状態における減圧度を時間とともに大きくする、
   請求項６に記載のリーク検査装置。
8. 前記コントローラーは、
   同じ減圧度で前記減圧状態を複数回繰り返す、
   請求項６または請求項７に記載のリーク検査装置。
9. 内部に空間を有し、加熱された試験用液体と、前記試験用液体に浸漬された被検査部品とを前記空間内に密閉可能な容器と、
   前記容器内の上部空き空間の空気に圧力を印加して、前記試験用液体に前記圧力を印加する加圧機構とを備え、
   前記加圧機構が印加する前記圧力は、時間に対して正弦波形的または余弦波形的に変化し、前記圧力の最小値は、大気圧よりも小さく、前記圧力の時間平均は、大気圧以上である、
   リーク検査装置。

Images