JPS6358242A - 熱拡散率測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、無限平板の熱拡散率測定方法およびその装置
に関する。

（従来の技術） 従来より、厚み一定の平板試料の熱拡散率を測定する方
法として、レーザーフラッシュ法が知られている。

この方法では、厚み一定の平板試料に−様なレーザー光
を瞬時照射して、試料背面の温度上昇曲線を測定するこ
とにより試料の熱拡散率が求められる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のレーザーフラッシュ法
では、ｉさ素形状が変化したり、熱拡散率が大きい試料
の場合には、測定値のバラツキが大きくなるという問題
があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、レーザーフラッシュ法による熱拡散率の測定に際し
て、厚さや形状が変化しても、また熱拡散率が大きい試
料でもバラツキなく熱拡散率を測定する方法およびその
装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）本発明の熱拡散
率測定方法は、高エネルギー線を光学系、例えば集光レ
ンズを用いて小径に絞り試料に瞬時照射して、試料の背
面の高エネルギー線の中心より所定の距離離れた位置の
温度上昇曲線を測定することを特徴としている。

また本発明の熱拡散率測定装置は、高エネルギー線照射
装置と、試料を高エネルギー線照ｆＡ装置の照射軸と直
交させて保持する試料保持装置と、高エネルギー線照射
装置と試料保持装置間の高エネルギー線通路上に配置さ
れた集光レンズと、試料保持装置の背面に向けて配置さ
れた非接触感熱センサーと、高エネルギー線照ｆＡ装置
または非接触感熱センサーを高エネルギー線通路と直交
する面内で移動させる移動装置とを有することを特徴と
している。

本発明における熱拡散率測定方法の原理は、第１図に示
すように、厚ざぶのかなり大きい平板試料１の一部に、
−様なエネルギーを持ったフラッシュ光３を集光レンズ
２を用いて半径ｒｏに絞り瞬時照射してこの試料１を加
熱した場合、フラッシュ光３の中心から距離ｒだけ離れ
たフラッシュ光照射と反対側の試料面上の温度上昇曲線
θは、試料から外部への熱損失と試料外形の影響を無視
して、２次元熱拡散方程式を解けば、 で表わされる。

ここでＱは単位面積当りのエネルギー、ρは密度、ＣＰ
は熱容量、ぶは厚み、αは熱拡散率、ｔはフラッシュ光
が照射されてからの経過時間を表す。

ここで（Ｉ＞式において、Ｇ＝１とおけば従来のレーザ
ーフラッシュ法と同一の式になる。関数Ｇは、フラッシ
ュ光の中心より放射方向の熱拡散に対応しており、関数
Ｇ内のαはこの１５！ｌ射方向の熱拡散率を表す。試料
の厚みが薄い場合にはごく短時間に（Ｉ＞式の（）内は
１となり、（Ｉ＞式は となる。ｒ／　ｒ　ｏ　＝　１．５．２．２．５のとき
４αｉ／ｒｏ２に対するＧの関係を第３図に示す。

ここでｒ、　　ｒｏ等が正確に求められれば、実測した
温度上昇曲線θと（ＩＩＩ＞式より熱拡散率αが求めら
れる。

また本発明の熱拡散率測定装置においては、高エネルギ
ー線照射装置または非接触感熱センサーを高エネルギー
線通路と直交する面内で移動さぜる移動装置を備えてい
るため、厚さや形状か変化しても、また熱拡散率が大き
い試料でもバラツキのない熱拡散率の測定値が得られる
。ざらに高エネルギー線を、集光レンズを用いて所定の
径に絞りこんでいるので、出力を落すことなく試料に照
射でき、熱拡散率の低い試料でも問題なく測定すること
ができる。

（実施例） 次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第２図に示すように、この実施例の熱拡散率測定装置は
、レーザー照射装置８と、そのレーザー照射装置に順に
配置された、集光レンズ７と、平板状試料５を照射軸と
直交させて保持する試料保持装置６と、照射軸に直交す
る方向に移動可能な非接触感熱センサー９と、非接触感
熱センナ−９をレーザー光の光軸と直交する面内で移動
させる図示を省略した移動装置とから構成されている。

なお、移動装置は非接触感熱センサー９を移動させずに
、し、−グー光の光軸を平行移動させるようにＩＲ成し
てもよい。

この熱拡散率測定装置を用いて平板状試料の熱拡散率を
測定する場合には、試料５に照射されるレーザー光の径
が所定の径となるように集光レンズ７を設置し、また試
料５上のレーザー光の照射位置と非接触感熱センサー９
の測定位置とを所定の距離だけ離しておき、レーザー照
射装置８から瞬時試料５ヘレーザー光を照射する。そし
てこの照射箇所から所定の距離だけ離れた位置の試料５
の背面の表面湿度の熱履歴曲線を非接触感熱センサー９
により測定して前述した方法により熱拡散率を求めれば
よい。

次にこの実施例の熱拡散率測定装置を用いて熱拡散率を
測定した例について説明する。

試料として厚さ０．５ｍ７１１の５ｔＪＳ３０４を用い
て、集光レンズ７により試料５上の照射径か３，５開と
なるように設定し、レーザー光の中心から５ｍｍ１れた
位置にあける温度履歴曲線を測定した。その結果を第４
図に示す。この試料を標準試料（熱拡散率０．０３４ｃ
イ／′Ｓ）としてＳ　ｉウェハーの熱拡散率を測定した
結果は０．７９ｃイ／Ｓとなった。

また、試験片の厚さを０．５〜１ｍ’ｉｉｌの範囲で代
えて測定を行なったか、試第３１の厚さによる差は認ら
　　゛れなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の熱拡散率測定方法および
その装置によれば、試料の厚さ、形状が変化したり、熱
拡散率が小さいものや大きいものでもバラツキのない熱
拡散率の測定値が得られる。

したがって試料の圧延または絞りの具合をチェックした
り、試料内の亀裂の有無、熱処理条件の設定などに有用
な知見を得ることが可能であり、品質管理、工程管理等
に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱拡散率測定方法の原理図、第２図は
本発明の一実施例を概略的に示す斜視図、第３図はレー
ザー照射位置と測定位置との距離を変えたときの２次元
熱拡散方程式の関数間の関係の変化を示すグラフ、第４
図は本発明の実施例の装置を使用して測定した試料の温
度履歴曲線を示すグラフである。 １．５・・・・・・平板状試料 ２．７・・・・・・集光レンズ ３・・・・・・・・・・・・フラッシュ光４・・・・・
・・・・・・・温度センナ−６・・・・・・・・・・・
・試料保持装置８・・・・・・・・・・・・レーザー照
射装置９・・・・・・・・・・・・非接触感熱セン°り
一出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１　図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高エネルギー線を光学系を用いて小径に絞り試料
   に瞬時照射して、前記試料の背面の前記高エネルギー線
   の中心より所定の距離離れた位置の温度上昇曲線を測定
   することを特徴とする熱拡散率測定方法。
2. （２）高エネルギー線照射装置と、試料を前記高エネル
   ギー線照射装置の照射軸と直交させて保持する試料保持
   装置と、前記高エネルギー線照射装置と前記試料保持装
   置間の高エネルギー線通路に配置された集光レンズと、
   前記試料保持装置の背面に向けて配置された非接触感熱
   センサーと、前記高エネルギー線照射装置または非接触
   感熱センサーを前記高エネルギー線通路と直交する面内
   で移動させる移動装置とを有することを特徴とする熱拡
   散率測定装置。