JPH09218173A - 電歪現象をもつ物体の内部欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電歪の現象を有する材料を用いたコンデンサ
などの物体について、内部欠陥を、破壊することなく、
容易かつ確実、迅速に検査する、自動化測定可能な方法
を提供する。 【解決手段】 本方法は、電場をかけたときに歪みが生
じる物体に、直流バイアスを印加するためのステップ
と、この直流バイアスが印加されている前記物体のリア
クタンスを、周波数を変化して測定するためのステップ
と、この測定された周波数対リアクタンスのデータを変
換して、周波数対微分係数のデータを得るためのステッ
プと、この変換された周波数対微分係数のデータと、前
記ステップと同様にして予め変換された、内部欠陥の無
い前記物体に関する周波数対微分係数のデータとを比較
するためのステップと、これらデータの比較によって、
前記測定された前記物体が、内部欠陥を有するか否かを
検査するためのステップとを用いて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電場をかけたときに歪
みが生じる物体について、物体を破壊することなく、内
部に欠陥があるか否かを検査するための方法に関する。
本発明は、具体的には、電歪現象をもつセラミック・コ
ンデンサなどの物体の内部に、欠陥があるか否かを、破
壊せずに検査するための方法に関する。

【０００２】さらに具体的には、本発明は、大量に生産
されている小型チップ形状の積層セラミック・コンデン
サの内部に、欠陥、たとえば、層間剥離であるデラミネ
ーションや、クラックがあるか否かを、破壊することな
く検査するための方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】非破壊検査法、とくに小形の積層セラミ
ック・コンデンサの非破壊検査法としては、約１１年前
の１９８４年１０月３１日に米国出願され、１９８７年
２月１７日に特許された米国特許第４，６４４，２５９
号がある。なお、この米国特許第４，６４４，２５９号
は、発明の名称が、「多層セラミックコンデンサの非破
壊検査法」である。その要旨とするところは、多層セラ
ミックコンデンサに、定格電圧の１倍から２．５倍のバ
イアス電圧を印加しつつ、このコンデンサのインピーダ
ンスを、電気振動である周波数の関数として測定する。
共振周波数において、測定されたインピーダンスの値
が、期待されるインピーダンス値よりも低い場合、この
多層セラミックコンデンサを、欠陥コンデンサとして判
断する検査方法であった。

【０００４】このあと、日本出願されたものとしては、
「積層セラミックコンデンサの検査方法」に関する特開
平６−１８４６２がある。この発明は、積層セラミック
コンデンサのインピーダンスを、周波数の関数として測
定することは、上記の米国特許と同じであるが、高次の
周波数において現われる特性曲線のピークの半値幅、す
なわち高次における共振周波数の半値幅を求めて、その
値により欠陥コンデンサを検知する検査方法であった。

【０００５】その後に日本出願されたものとしては、
「電子部品の内部クラック検出方法」に関する特開平７
−１７４８０２がある。この発明の要旨は、内部クラッ
クが無い電子部品と内部クラックが有る電子部品とに、
それぞれ電圧を印加してそれぞれの共振特性を測定し、
これらの共振特性を比較することによって、ピーク周波
数の相違や共振のピークの大きさから、内部クラックの
有無を検出する方法であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の携帯用電
子機器などの普及によっても明らかなように、電子機器
の小型化が急速に進められいる。その結果、より小形の
セラミック・コンデンサが、大量に求められている。製
造される同じ形状、同じサイズのセラミック・コンデン
サの数は、数百万個、数千万個におよび、セラミック・
コンデンサの製造工程においては、これら大量のセラミ
ック・コンデンサの電気的特性が、全個数について検知
される必要がある。この検知工程において、セラミック
・コンデンサ内部の欠陥有無を検査する測定が含まれて
いる。

【０００７】この内部欠陥の検出に関しては、前述した
ように幾つかの提案がなされている。これらの提案され
た方法はいずれも、電気振動である周波数を変化して、
セラミック・コンデンサのインピーダンスを測定するこ
とによって、内部の欠陥を検知している。

【０００８】セラミック・コンデンサの場合、製造され
る個数が多いため、インピーダンス測定の回数が、非常
に多くなる。したがって、インピーダンスを測定するた
めの測定端子の先端は、連続する多数回のインピーダン
ス測定によって磨耗し、端子先端の形状が変化すること
になる。超小形のセラミック・コンデンサの外部電極に
接触する、インピーダンス測定端子の先端形状が変わっ
てしまうため、この形状変化により、測定時の接触抵抗
が変化することになる。加えて、インピーダンス測定端
子の接触状態も、測定時のたびに異なり、必ずしも一定
でない。このため、測定端子の接触状態の変化に応じ
て、インピーダンス測定時の接触抵抗が変化することに
なる。

【０００９】上述のように、接触抵抗が変化すると、イ
ンピーダンス測定されている小形セラミック・コンデン
サの抵抗値が変化し、結果として、測定されたインピー
ダンスの値が変化することになる。言い換えると、測定
されたインピーダンス値の抵抗部分が、接触抵抗によっ
て、測定のたびに変化することになる。したがって、測
定されたインピーダンスの値は、抵抗部分とリアクタン
ス部分とに分けて表現できるが、抵抗部分は、セラミッ
ク・コンデンサ内部の欠陥検査には採用できないことに
なる。すなわち、セラミック・コンデンサの全体形状に
固有な共振周波数が、このコンデンサ固有の欠陥によら
ず、インピーダンスの測定条件の相違によって、セラミ
ック・コンデンサの良否が検査される恐れがあることに
なる。

【００１０】他方、前述したように、セラミック・コン
デンサの測定検査される個数が、非常に多いため、あら
ゆる測定検査を自動化できるようにすることは、もっと
も重要であることは勿論である。

【００１１】本発明は、これらの問題を解消する目的か
ら開発されたものである。すなわち、本発明の目的は、
電気ひずみである電歪の現象を有する材料を用いたコン
デンサなどの物体の、共振特性を利用して、デラミネー
ション（層間剥離）、クラックなどの内部欠陥を、破壊
することなく、容易かつ確実に、しかも速やかに検査す
ると共に、自動化測定を可能にする方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の内部欠陥検査方
法は、電場をかけたときに歪みが生じる物体に、直流バ
イアスを印加するためのステップと、この直流バイアス
が印加されている前記物体のリアクタンスを、周波数に
関連して測定するためのステップと、この測定された周
波数対リアクタンスのデータと、前記と同様にして予め
測定された、内部欠陥の無い前記物体に関する周波数対
リアクタンスの基準データとを、比較するためのステッ
プと、これらデータの比較の結果、比較された前記物体
が、内部欠陥を有するか否かを検査するためのステップ
と、を備えている。

【００１３】さらに本発明の別の内部欠陥検査方法は、
前記測定された周波数対リアクタンスのデータを変換し
て、周波数対微分係数のデータを得るためのステップ
と、この変換された周波数対微分係数のデータと、前記
と同様にして予め変換された、内部欠陥の無い前記物体
に関する周波数対微分係数の基準データとを、比較する
ためのステップと、これらデータの比較の結果、比較さ
れた前記物体が内部欠陥を有するか否かを検査するため
のステップと、を備えている。

【００１４】なお、本発明は、前記周波数の変化の範囲
が、前記物体の共振周波数の基本波を含む周波数範囲で
あることを特徴としている。

【００１５】また、本発明は、前記物体が、セラミック
・コンデンサであることを特徴としている。

【００１６】加えて、本発明は、前記物体が、積層セラ
ミック・コンデンサであることを特徴としている。

【００１７】

【作用】したがって、本発明の方法によると、外形が同
一形状、同一サイズの物体について、周波数対リアクタ
ンスのデータを、それぞれ測定して比較することによ
り、物体内部の欠陥を検知できることになり、さらに、
上記の周波数対リアクタンスのデータから得られる特性
曲線の傾き（周波数対微分係数）を比較検討すると、簡
単、明瞭に、物体内部の欠陥を検知できることになる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を、その実施例について、添付
の図面を参照して説明する。なお、図１は、本発明の検
査方法による一実施例の要部を示すグラフ図で、このグ
ラフ図は、内部に欠陥を含んでいない積層セラミック・
コンデンサを測定したデータ結果を示している。図１の
グラフＡは、横軸に周波数Ｆを取り、縦軸にリアクタン
スＸを取った特性曲線１１を示し、図１のグラフＢは、
この特性曲線１１から得られる微分係数△Ｘ／ΔＦと周
波数Ｆとの微分曲線１２を示している。

【００１９】また、図２も、本発明の検査方法による一
実施例の要部を示すグラフ図で、このグラフ図は、内部
に欠陥を含んでいる積層セラミック・コンデンサを測定
したデータ結果を示している。図２のグラフＣは、縦軸
に周波数Ｆを取り、縦軸にリアクタンスＸを取った特性
曲線２１を示し、図２のグラフＤは、この特性曲線２１
から得られる微分係数△Ｘ／ΔＦと周波数Ｆとの微分曲
線２２を示している。

【００２０】ここで、本発明の実施例を述べる前に、若
干の説明を行なっておく。まず、電場をかけたときに歪
みが生じる、いわゆる電歪現象を有する材料としては、
セラミックスなどの誘電体が知られている。この電歪現
象をもつ物体に、電圧を印加すると共に電気振動を加え
ると、特定の周波数によって、この物体に電気・機械的
な共振が引き起こされる。このときの共振周波数や共振
の大きさは、物体全体の形状、大きさ、ならびに物体固
有の性質によって決定される。したがって、外形が同じ
形状、同じサイズの物体の場合、物体内部に欠陥がある
と、共振周波数や共振の大きさに変化が現われることに
なる。言い換えると、内部欠陥を含んでいるセラミック
・コンデンサと、内部欠陥を含んでいないセラミック・
コンデンサとでは、外形が同一の形状、同一のサイズで
あっても、共振周波数ならびに共振の大きさが異なって
いることになる。

【００２１】本発明の検査方法による一実施例を説明す
るために、まず、電歪現象をもつ強誘電体のセラミック
ス材料で形成された、同じ形状、同じ大きさの積層コン
デンサ（図示省略）を、複数個用意する。すなわち、内
部に欠陥を含んでいる積層コンデンサと、内部に欠陥を
含んでいない積層コンデンサとを用意する。

【００２２】つぎに、ステップ１として、最初に、内部
欠陥の無い積層コンデンサを測定するために、直流バイ
アスすなわちＤＣバイアスを印加しておく。

【００２３】ステップ２として、直流バイアスの印加さ
れた内部欠陥の無い積層コンデンサに、さらに電気振動
である周波数Ｆを変化しつつ加えて、この積層コンデン
サのインピーダンスＺ（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）を測定する。す
なわち、内部欠陥の無い積層コンデンサのインピーダン
スＺを構成する、抵抗ＲならびにリアクタンスＸの測定
を行なう。ステップ２の測定手段としては、たとえば、
インピーダンス・アナライザ（図示略）が使用されてい
る。なお、先に述べた様に、電歪現象を有する材料を用
いた物体に、直流電圧を印加しておくと、この電歪現象
によって、特定の周波数がある場合、この物体に電気・
機械的な共振が引き起こされることになる。このときの
共振周波数は、物体全体の形状により決定されることに
なる。すなわち、電歪現象と特定の周波数とによって引
き起こされる電気・機械的な共振特性は、物体全体の形
状によって決定され、この物体は、基本波、第三高調波
などの周波数で共振することになる。

【００２４】また、ステップ２の測定は、積層コンデン
サ全体の形状に依存する共振周波数を考慮して行なわれ
ると共に、この共振周波数の基本波を含む周波数範囲を
考慮して行なわれる。電歪効果を有する材料を用いたコ
ンデンサであって、内部欠陥を有する不良のコンデンサ
と良品のコンデンサとの共振−反共振の共振特性はその
コンデンサの形状が同一の場合において、基本波に最も
異なる特徴が発生することが、種々の実験、検討の結果
判明したからである。

【００２５】ステップ２の測定結果から得られたデータ
にもとづいて、周波数Ｆ対リアクタンスＸの特性曲線１
１が、グラフＡに示されている。言い換えると、グラフ
Ａは、内部欠陥を含んでいない積層コンデンサに関す
る、直流バイアス印加時の、周波数Ｆ対リアクタンスＸ
の特性曲線１１を示している。なお、この特性曲線１１
は、コンデンサ成分に関係するリアクタンスＸのみであ
り、測定端子と積層コンデンサとの接触抵抗等の影響を
受ける抵抗Ｒは含まれていない。したがって、積層コン
デンサの正確な検査が可能になる。

【００２６】ステップ３として、測定データ値の変換を
行なう。グラフＡに示されるように、この周波数Ｆ対リ
アクタンスＸの特性曲線１１が、ある傾きをもつことを
使用する。特性曲線１１の傾きである微分係数△Ｘ／△
Ｆの成分を、測定された周波数Ｆならびにリアクタンス
Ｘの各データから計算して、周波数Ｆ対微分係数△Ｘ／
△Ｆのデータに変換する。これらの変換は全てコンピュ
ーターで処理される。変換したデータ結果が、ほぼ傾き
を持たない係数曲線１２（図１のグラフＢを参照）に示
される。前にも述べた様に、外形が同じでも、物体内部
に欠陥を有する場合、言い換えると、物体内部の形状が
異なる場合、その影響によって、共振周波数に変化があ
らわれることになる。

【００２７】図２は、内部に欠陥を含んでいる積層セラ
ミック・コンデンサを測定したデータ結果を示してい
る。前述した、内部欠陥の無い積層コンデンサの測定の
場合と同様にして、内部欠陥をもつ積層コンデンサを測
定した。この測定したデータ結果から得られる周波数Ｆ
対リアクタンスＸの特性曲線２１を、図２のグラフＣに
示し、また周波数Ｆ対微分係数△Ｘ／△Ｆの係数曲線２
２を、図２のグラフＤに示している。

【００２８】ここで、図１、図２のグラフについて説明
を追加する。図１のグラフＡは、正常な積層コンデンサ
の周波数Ｆ対リアクタンスＸの特性曲線１１であり、図
２のグラフＣは、内部欠陥をもつ積層コンデンサの周波
数Ｆ対リアクタンスＸの特性曲線２１である。

【００２９】特性曲線１１と特性曲線２１とをみると、
これらの曲線は基本的には、リアクタンスＸが周波数Ｆ
の増加にともなって徐々に変化しており、６０００００
Ｈｚ、１００００００Ｈｚ、１１０００００Ｈｚの付近
に、それぞれ共振ピーク１３、１４、１５、２３、２
４、２５が観測されている。特性曲線２１には、さら
に、１０７００００Ｈｚの付近に、グラフＡには見られ
ない共振ピーク３０が存在していることが確認できる。

【００３０】この様に、積層コンデンサの周波数Ｆ対リ
アクタンスＸの各特性曲線１１、２１を比較することに
よって、その相違、たとえば共振ピーク３０により、内
部欠陥をもつ積層コンデンサを検知できることになる。

【００３１】しかしながら、図から、共振ピーク３０を
検知することが困難である様に、特性曲線１１、１２の
差異が小さいため、自動的に検知するには大がかりな設
備が必要になり、また測定の自動化という観点からも問
題があることになる。

【００３２】そこで本実施例ではさらに、これらの特性
曲線１１、２１の変化の違いを明確にするために、微分
係数で示す曲線に変換した。それらが、グラフＢに示さ
れる係数曲線１２、ならびに、グラフＤに示される係数
曲線２２である。係数曲線１２、２２を比較すると、こ
れらの波形は基本的には、変化する周波数Ｆに対して、
ほぼ一定に変化し、前述の特性曲線１１、２１の共振ピ
ーク１３、１４、１５、２３、２４、２５、３０に対応
する波形は、それぞれ下向きに深く切り込んだピーク１
６、１７、１８、２６、２７、２８、３３となって現わ
れ、差異が明確になっている。

【００３３】図から明らかな様に、これら係数曲線１
２、２２の差異は、切り込みピーク１６、１７、１８、
２６、２７、２８、３３の本数が異なることと、これら
切り込みピーク１６、１７、１８、２６、２７、２８、
３３がある周波数の違いであることになる。したがっ
て、係数曲線１２、２２の場合、差異が明確になり、デ
ータをコンピュータに入力する等すると、係数曲線１
２、２２の相違を自動的に容易に判別することできる。

【００３４】さらに、係数曲線１２、２２を、或るレベ
ルでカットする様にすると、カットされた切り込みピー
ク１６、１７、１８、２６、２７、２８、３３の本数が
明確になり、たとえば、機械的に或る本数以上あるもの
を、異常と判断できることになる。さらには、カットさ
れた切り込みピーク１６、１７、１８、２６、２７、２
８、３３がある周波数の相違を、機械的に認識すること
ができて、異常を判断できることになる。

【００３５】

【発明の効果】以上の様になる本発明によると、電歪の
現象を有する材料を用いたコンデンサなどの物体の、共
振特性を利用して、デラミネーション（層間剥離）、ク
ラックなどの内部欠陥を、破壊することなく、容易かつ
確実に、しかも速やかに検査することができ、とくに、
測定時の接触抵抗などを顧慮する必要がないため、内部
欠陥の検知精度を大幅に向上できるという効果が得ら
れ、加えて、測定データを加工するため、内部欠陥の検
知をデジタル化できることになり、結果として、コンピ
ュータを使用する自動化測定を、可能にするという大き
な効果が得られる。

【００３６】具体的に述べると、本発明の検査方法は、
図２に示され様に、インピーダンスを構成するリアクタ
ンスＸ特性の微分係数曲線、すなわち、周波数Ｆ対△Ｘ
／△Ｆをとり、そのピーク数の相違になって判定しょう
とする方法であるから、誤差なく正確に判定できるとい
う大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査方法による一実施例の要部を示す
グラフ図で、このグラフ図は、内部に欠陥を含んでいな
い積層セラミック・コンデンサを測定したデータ結果を
示している。図中のグラフＡは、横軸に周波数Ｆを取
り、縦軸にリアクタンスＸを取った特性曲線１１を示
し、図１のグラフＢは、この特性曲線１１から得られる
微分係数△Ｘ／ΔＦと周波数Ｆとの微分曲線１２を示し
ている。

【図２】本発明の検査方法による一実施例の要部を示す
グラフ図で、このグラフ図は、内部に欠陥を含んでいる
積層セラミック・コンデンサを測定したデータ結果を示
している。図中のグラフＣは、横軸に周波数Ｆを取り、
縦軸にリアクタンスＸを取った特性曲線２１を示し、図
２のグラフＤは、この特性曲線２１から得られる微分係
数△Ｘ／ΔＦと周波数Ｆとの微分曲線２２を示してい
る。

【符号の説明】

１１、２１：特性曲線 １２、２２：係数曲線 １３、１４、１５、２３、２４、２５、３０：共振ピー
ク １６、１７、１８、２６、２７、２８、３３：切り込み
ピーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電場をかけたときに歪みが生じる物体
   に、直流バイアスを印加するためのステップと、 この直流バイアスが印加されている前記物体のリアクタ
   ンスを、周波数を変化して測定するためのステップと、 この測定された周波数対リアクタンスのデータと、前記
   ステップと同様にして予め測定された、内部欠陥の無い
   前記物体に関する周波数対リアクタンスのデータとを、
   比較するためのステップと、 これらデータの比較によって、前記測定された前記物体
   が、内部欠陥を有するか否かを検査するためのステップ
   と、を備えている電歪現象をもつ物体の内部欠陥検査方
   法。
2. 【請求項２】 電場をかけたときに歪みが生じる物体
   に、直流バイアスを印加するためのステップと、 この直流バイアスが印加されている前記物体のリアクタ
   ンスを、周波数を変化して測定するためのステップと、 この測定された周波数対リアクタンスのデータを変換し
   て、周波数対微分係数のデータを得るためのステップ
   と、 この変換された周波数対微分係数のデータと、前記ステ
   ップと同様にして予め変換された、内部欠陥の無い前記
   物体に関する周波数対微分係数のデータとを、比較する
   ためのステップと、 これらデータの比較によって、前記測定された前記物体
   が、内部欠陥を有するか否かを検査するためのステップ
   と、を備えている電歪現象をもつ物体の内部欠陥検査方
   法。
3. 【請求項３】 前記周波数の変化の範囲が、前記物体の
   共振周波数の基本波を含む周波数範囲であることを特徴
   とした請求項１あるいは請求項２に記載の内部欠陥検査
   方法。
4. 【請求項４】 前記物体が、セラミック・コンデンサで
   あることを特徴とした請求項１、請求項２、あるいは請
   求項３のいずれかに記載の内部欠陥検査方法。
5. 【請求項５】 前記物体が、積層セラミック・コンデン
   サであることを特徴とした請求項１、請求項２、請求項
   ３、あるいは請求項４のいずれかに記載の内部欠陥検査
   方法。