JP5319057B2

JP5319057B2 - 帯電電位分布測定システムと帯電電位分布測定装置

Info

Publication number: JP5319057B2
Application number: JP2006255477A
Authority: JP
Inventors: 正寿川田; 靖郎堀
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008076213A

Description

本発明は取り扱われる物体、特に電子部品の表面に発生する静電気を微小範囲で測定し、測定した表面上の帯電電位分布を視覚的に表示する技術に関する。

電子部品の搬送は、いわゆる電子包材と呼ばれるキャリアテープやトレーといったものに収納されて行われる。そして、この搬送途中に電子包材との接触・摩擦等により電子部品は帯電する。電子包材は、導電化や帯電防止処理を施してあるので、アースを取ることにより帯電電荷は見かけ上消失するが、絶縁物で覆われている電子部品の帯電電荷は無くならない。そして、この表面に帯電した電荷により、電子部品の破壊や実装不良といった問題が引き起こされる。

また、搬送中以外に、電子部品の製造工程や実装工程においても、周囲のなんらかの物体との接触・摩擦等により、同様に電子部品は帯電する。この電子部品の帯電の原因や影響を調べるためには、電子部品の帯電の大きさや表面の帯電分布を測定することが重要である。

電子部品表面の帯電分布を測定する方法については、既に提案されている（例えば特許文献１）。

特開平９−２４３６９２号公報

しかし、特許文献１では帯電電位を測定するプローブについての言及は無く、また市販の帯電電位測定プローブの最小測定領域は、たかだか直径１ｍｍの円内の領域である。一方、電子部品のサイズは、年々小さくなってきており、これらの電子部品の帯電分布を、より精密に測定するためには、より微小領域の帯電電位を測定することができる帯電電位測定プローブが必要となる。

また、特許文献１では、二次元での電位測定はステップで行っているので、より精度を高く、即ちステップを小さくすると、それに応じて測定時間が大変長くなる問題がある。

本発明は、上記の問題を解消するためになされたもので、電子部品といった測定対象の電位分布をより精細に、より高速で且つ視覚的に得ることにより、帯電の影響を容易に評価できる帯電分布測定システムを提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１にかかるものは、帯電電位測定プローブを測定対象上に二次元に走査し帯電分布を視覚的に表示する帯電電位分布測定システムであって、
前記帯電電位測定プローブの帯電電位検出部分が直径０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍであり、
前記帯電電位測定プローブと測定対象との距離を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとし、
前記帯電電位測定プローブが、前記帯電電位測定プローブで測定した帯電電位を増幅する増幅回路を備え、前記増幅回路が、初段に容量が１０ｐＦ〜１０００ｐＦのコンデンサを備えた入力バイアス電流が小さいオペアンプ及び入力抵抗が１ＴΩ〜２ＴΩの抵抗を用いたボルテージフォロワ回路を有し、次段に前記入力バイアス電流が前記抵抗とで作る電圧降下を打ち消すためにＤＡ変換ボードからの電圧で引き算消去するための回路を有し、
前記増幅回路の時定数が一方向の走査時間の１００倍以上であり、
一方向の走査後に必ず基準電位部の測定を行い、基準電位からのずれを次の走査でＤＡ変換ボードからの入力で補正することを特徴とする帯電電位分布測定システムである。
本発明のうち請求項２にかかるものは、上記請求項１に記載の帯電電位測定システムによることを特徴とする帯電電位測定分布装置である。

本発明によれば、帯電電位を測定するプローブとして直径が０．５ｍｍ以下のプローブを用い、該プローブの検出部及び回路を最適化することにより、より微小領域の帯電電位を測定することができ、そしてこのプローブを二次元に走査することにより、高分解能の帯電電位分布を短時間で測定することができるという利点がある。

図１は本発明にかかる帯電電位分布測定システムの構成を例示する概念図である。また、図２は本発明の帯電電位分布測定システムによる帯電電位分布測定装置の構成を例示する模式図である。

金属など導電性の材料で形成された試料ホルダー２は接地されており、その上に電子部品を固定する。帯電電位測定プローブ１はＺ軸に固定されることによって電子部品と所定の間隔が保たれる。電子部品の種類によってその厚さは様々であるので、Ｚ軸方向の調整を行うことで、帯電電位測定プローブ１と電子部品との間隔を任意に設定することができる。

試料ホルダー２は、テーブル移動ドライバ４によって制御されて、ＸＹ平面を移動する。従って、帯電電位測定プローブ１と電子部品との間に所定の間隔が保たれつつ、相対的には帯電電位測定プローブ１の測定領域が電子部品の上を走査することができる。ＸＹ軸のテーブル移動ドライバ４の制御はパーソナルコンピュータ７によって行われ、試料ホルダー２の移動量等の制御指令が処理される。

帯電電位測定プローブ１はＡＤ変換ボード５を介してパーソナルコンピュータ７に接続されており、走査中の電位の測定結果がパーソナルコンピュータ７に送られる。パーソナルコンピュータ７は試料ホルダー２の移動量と電位の測定結果に基づいて、電子部品表面の電位分布をパーソナルコンピュータ７のディスプレイ上へ視覚的に表示する処理を行う。

この際、帯電電位測定プローブ１と試料ホルダー２に固定された電子部品との相対的な移動が直線で走査され、連続的に電位測定が行われる。またこの際、一方向の走査後に必ず基準電位部の測定を行い、基準電位からのずれを次の走査でＤＡ変換ボード６からの入力で補正する。ここでいう基準電位部とは、具体的には接地した試料ホルダー２上を走査する部分のことを示す。

図３に帯電電位測定プローブ１の概観と構成を示す。電位の検出部は、プローブ１先端の銅線８部分がビニール９で被覆されている。この銅線８に入ってくる電気力線の量の測定を行う。より微小領域の測定を行うためには、検出部面積、即ち銅線８の断面積が小さい方が良い。しかし、検出部面積が小さ過ぎると測定感度が小さくなる。従って、銅線８の直径は０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０８〜０．５ｍｍが良く、更に好ましくは０．１２〜０．２ｍｍが良い。

また、より微小領域の測定を行うためには、帯電電位測定プローブ１と測定対象物である電子部品との間隔を小さくすることも有効である。しかし、間隔を小さくしすぎると、電子部品表面の静電気が、帯電分布測定プローブ１へ放電が生じてしまうため、帯電電位が測定できない。また、電子部品の表面の凹凸や平滑度も影響する。従って、帯電電位測定プローブ１と電子部品との間隔は０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．５ｍｍが良い。

図４に帯電電位測定プローブ１の帯電電位検出のための増幅回路を示す。増幅回路は、初段のボルテージフォロワ回路には、入力バイアス電流が小さいオペアンプを用い、入力抵抗には大きな抵抗を用いて時定数を大きくすることにより、連続電位測定が可能となり、大幅に測定時間を短縮することができる。

ボルテージフォロア回路内のコンデンサ１０の容量は、より微小な電圧を測定するためには小さい方が良い。しかし、容量が小さすぎると電位検出部の浮遊容量の変化の影響を受ける。従って、コンデンサ１０の容量は好ましくは１０〜１０００ｐＦが良く、更に好ましくは５０〜２００ｐＦが良い。

帯電電位測定の操作中の誤差を低減するために、測定時間に対して時定数は十分大きく取る必要がある。時定数はコンデンサ５との組み合わせによって決まるが、抵抗１１は好ましくは１ＴΩ〜２ＴΩが良く、時定数は一方向の走査時間の１００倍以上が良い。

一段目の入力バイアス電流が抵抗１１とで作る電圧降下を打ち消すために、次段でＤＡ変換ボード６からの電圧で引き算消去する回路をつけている。また、同時に一方向の走査中のドリフト等の変動も、走査後に必ず基準電位部の測定を行うことにより、この回路で補正することができる。

図５は、電子包材の一種であるキャリアテープ１２に電子部品であるＬＥＤ１３が収納されている様子を示す模式図であり、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は断面図である。図５に示すように、キャリアテープ１２のポケット部にＬＥＤ１３が収納されている。運搬時には、キャリアテープ１２の上にふたの役割を果たすカバーテープがシールされる。図５はカバーテープを剥離した後の状態である。

［実施例］
図５に示す、ＬＥＤ（測定面の大きさ１．６×０．８ｍｍ）１３がキャリアテープに収納された状態のものを、本発明の帯電電位分布測定システムによる装置で測定した。この時、検出部の銅線８の直径は０．１６ｍｍであり、帯電電位測定プローブ１とＬＥＤ１３との距離は０．２ｍｍである。増幅回路内のコンデンサ１０は１００ｐＦ、抵抗１１は１．５ＴΩであり、この時の時定数は１５０秒である。試料ホルダー２の走査の速度は、一方向への距離は５ｍｍに対して時間１．５秒である。得られた結果を図６の等高線グラフに示した。等高線は、負極性を実線で正極性を点線で示している。等高線を色分けすることにより視覚的に表示でき、帯電分布状態がわかりやすい。

測定したＬＥＤ１３の測定面の大きさは１．６ｍｍ×０．８ｍｍであるが、帯電電位分布測定結果は、ＬＥＤ１３の形を反映した四角形となり、ＬＥＤ１３表面の帯電に分布があることが見てとれる。

従って、ＬＥＤ１３が搬送中にカバーテープと接触・摩擦することにより、帯電していることを確認することができた。

［比較例］
比較として市販の電位計（トレック社製モデル５４１、検出部直径１ｍｍ）を用いて実施例で測定したＬＥＤ１３より大きいＬＥＤ（測定面の大きさ３．２ｍｍ×１．６ｍｍ）について、帯電電位測定プローブ１とＬＥＤ１３との距離を０．５ｍｍとして測定した。結果を図７に示した。測定結果は、帯電電位分布が円状であり、ＬＥＤ１３の形が反映されていない。これは、市販の電位計の測定領域がＬＥＤ１３の大きさと同等以上であるためであり、この結果ではＬＥＤ１３表面の帯電電位分布を精度良く測定しているとは言えない。

本発明により、電子部品等の表面に発生する静電気を微小範囲で測定でき、測定結果を数値だけではなく、色分け表示や３次元グラフのように視覚的に表示できるので、帯電電位分布から電子部品等の帯電の状態が分かり、静電気によるトラブルの解析が容易となる。

本発明の帯電電位分布測定システムの概念図である。本発明の帯電電位分布測定装置の概念図である。本発明の帯電電位測定プローブの概念図である。本発明の帯電電位測定プローブの増幅回路図である。ＬＥＤが収納されたキャリアテープの概念図である。本発明の帯電電位測定システムを用いた測定結果の等高線図である。市販の帯電電位測定システムを用いた測定結果の等高線図である。

符号の説明

１帯電電位測定プローブ
２試料ホルダー
３テーブル移動ドライバ
４テーブル移動ドライバ
５ＡＤ変換ボード
６ＤＡ変換ボード
７パーソナルコンピュータ
８銅線
９ビニール
１０コンデンサ
１１抵抗
１２キャリアテープ
１３ＬＥＤ

Claims

帯電電位測定プローブを測定対象上に二次元に走査し帯電分布を視覚的に表示する帯電電位分布測定システムであって、
前記帯電電位測定プローブの帯電電位検出部分が直径０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍであり、
前記帯電電位測定プローブと測定対象との距離を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとし、
前記帯電電位測定プローブが、前記帯電電位測定プローブで測定した帯電電位を増幅する増幅回路を備え、前記増幅回路が、初段に容量が１０ｐＦ〜１０００ｐＦのコンデンサを備えた入力バイアス電流が小さいオペアンプ及び入力抵抗が１ＴΩ〜２ＴΩの抵抗を用いたボルテージフォロワ回路を有し、次段に前記入力バイアス電流が前記抵抗とで作る電圧降下を打ち消すためにＤＡ変換ボードからの電圧で引き算消去するための回路を有し、
前記増幅回路の時定数が一方向の走査時間の１００倍以上であり、
一方向の走査後に必ず基準電位部の測定を行い、基準電位からのずれを次の走査でＤＡ変換ボードからの入力で補正することを特徴とする帯電電位分布測定システム。
請求項１に記載の帯電電位測定システムによることを特徴とする帯電電位測定分布装置。