JP2002076071A

JP2002076071A - 部品実装部の信頼性評価方法および信頼性評価装置

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Publication number: JP2002076071A
Application number: JP2000255130A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Ishimaru; 幸宏石丸; Tsutomu Mitani; 力三谷; Hiroteru Takezawa; 弘輝竹沢; Takashi Kitae; 孝史北江; Tetsuyoshi Ogura; 哲義小掠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の接続部分に対する信頼性評価を短
時間に行うことのできる部品実装部の信頼性評価方法お
よびその部品実装部の信頼性評価装置を提供する。【解決手段】電子部品を接続する接合部分の歪み量
を、被検査部である前記接合部分に温度変化及び／又は
機械的変形を与えて温度条件及び／又は機械的変形条件
の異なるもの同士を比較することで測定し、その測定値
に基づいて前記接合部分の寿命予測を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を実装す
るための例えばはんだ接合部分の部品実装部の信頼性評
価方法および信頼性評価装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体部品を中心とした電子部品
の開発は、市場の要求から、軽薄短小の言葉に代表され
るように、より一層の小型化、高密度実装を図る方向で
進めれられている。

【０００３】そのため、これらの要求にともない電子部
品が小型化されている中で、電子部品を接続するはんだ
接合部分等も小型化、狭ピッチ化されてきている。

【０００４】さらに、半導体集積回路に代表されるＩＣ
チップの実装方式として、従来のリードを用いた実装方
式だけでなく、ＢＧＡ（Ball Grid Array），ＣＳＰ（C
hipscale package）と呼ばれる２次元のアレイ状に配列
したパッドを介した実装方式も使用されてきている。

【０００５】このような、はんだ接合部分等の小型化や
実装方式の変化のため、はんだ接合部分等にかかるスト
レスは増大する傾向にあり、電子機器の信頼性を把握す
るために、はんだ接合部分等の信頼性を評価することが
ますます重要となってきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、その信頼性
評価の方法としては、従来から熱衝撃試験に代表される
加速試験が主に行われている。

【０００７】図２に、従来における部品実装部の信頼性
評価方法の一例を簡易なフローチャートで示す。

【０００８】ステップ２０１として、サンプルを作製す
る。次に、ステップ２０２として熱衝撃試験を行う。一
般的にはんだの摩耗故障による寿命予測を行うための熱
衝撃試験では、１サイクルに１時間の割合で温度負荷を
かける。これにより、はんだ自身の熱膨張率とはんだが
接合される部分の熱膨張率との違いからはんだに歪みが
生じ、ある程度以上の歪みがあると、はんだとその接合
される部分との間で破壊が生じる虞れがある。

【０００９】ステップ２０３として、その途中で導通試
験等を行うことによってサンプルの良否を判定する。つ
まり、熱衝撃試験ではんだとその接合される部分との間
で破壊が生じているか否かで良否の判定をする。

【００１０】ステップ２０４で試験を終了する。実使用
環境と熱衝撃試験の温度環境により、何サイクルまで評
価を行うべきかは異なるが、１０００サイクル程度まで
試験を行う場合が多い。

【００１１】上記の結果をもとにステップ２０５により
寿命予測を行うが、１０００時間の試験時間および良否
の判定試験等が必要となるため、一つの判定試験には２
ヶ月程度の時間が必要であった。

【００１２】このような加速試験は非常に有効な手段で
はあるが、近年のように開発期間の短縮が重要視される
なかで、評価に長い時間を有することが課題となってい
る。すなわち、各サイクルごとに導通試験を行い、熱衝
撃試験を繰り返さなければならないので、手間がかかる
とともに、製品開発競争が激化している今日においては
製品の良否を迅速に判定できる手段を採用することが望
ましい。

【００１３】そこで本発明は、電子部品の接続部分に対
する信頼性評価を短時間に行うことのできる部品実装部
の信頼性評価方法およびその部品実装部の信頼性評価装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の部品実装部の信頼性評価方法では、電子部
品を接続する接合部分の歪み量を、被検査部である前記
接合部分に温度変化及び／又は機械的変形を与えて温度
条件及び／又は機械的変形条件の異なるもの同士を比較
することで測定し、その測定で得た歪み量に基づいて前
記接合部分の寿命予測を行うことに特徴を有したもので
ある。

【００１５】これにより、温度条件及び／又は機械的変
形条件を数回異なる状態にして接続部分の歪み量を測定
することで、その歪み量の測定に要する時間も比較的短
時間で済むとともに、得られた歪み量から寿命を予測す
ることで、その寿命予測も短時間で済むことから、従来
のように熱衝撃試験と接合部分の良否判定とを多数回行
うことに代表される信頼性評価と比較して、きわめて迅
速に信頼性評価を行うことができる。

【００１６】また、本発明の部品実装部の信頼性評価装
置は、電子部品を接続する被検査部としての接続部分に
温度変化及び／又は機械的変形を与えるための環境条件
設定手段と、前記接続部分の拡大画像を得るための画像
入力装置と、前記画像入力装置により得られた拡大画像
を出力する画像出力装置とを備えることに特徴を有した
ものである。

【００１７】これにより、画像出力装置からの拡大画像
に基づいて被検査部の歪み量を測定できるようになると
ともに、その得られた歪み量と、そのときに被検査部に
かかった温度及び／又は機械的変形量とをもとに演算し
寿命を予測することで、被検査部の信頼性評価を短時間
に行うことができるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る部品実装
部の信頼性評価方法は、電子部品を接続する接合部分の
歪み量を、被検査部である前記接合部分に温度変化及び
／又は機械的変形を与えて温度条件及び／又は機械的変
形条件の異なるもの同士を比較することで測定し、その
測定で得た歪み量に基づいて前記接合部分の寿命予測を
行うとすることで、温度条件及び／又は機械的変形条件
の異なるもの同士で接合部分の歪み量を得ること、及び
その歪み量に基づく接合部分の寿命予測をすることはど
ちらも短時間で行えるから、その被検査部の接合部分の
信頼性評価がきわめて短時間で行えるという作用を有す
る。なお、温度条件のみ、機械的変形条件のみでなく、
温度条件と機械的変形条件とを組み合わせて歪み量を測
定するようにすれば、より精度良く前記被検査部にかか
る歪み量を求めることができ、寿命予測の精度を上げる
ことができる。

【００１９】本発明の請求項２に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項１に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記接合部分の歪み量を、該接合部分
の外形形状を比較して測定するとすることで、外形形状
の寸法上の変化を歪み量として測定できるので、その測
定も比較的行い易いものとなるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項３に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項２に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記接合部分を撮像して得られる前記
接合部分の画像を比較することによって前記歪み量を測
定するとすることで、画像同士を比較すれば接合部分の
外形形状の寸法的差異を簡易に測定でき、それに基づい
て簡単に歪み量の測定ができるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項４に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
部品実装部の信頼性評価方法であって、被検査部である
前記接合部分は、はんだ接合部分であるとすることで、
特にはんだ接合部分の信頼性評価ができて、電子部品の
実装でもっとも利用されるはんだ接合に対する信頼性評
価が迅速に行え、商品サイクルが短い電子機器の生産の
立ち上げを市場の要求に十分対応できるように行える等
という作用を有する。

【００２２】本発明の請求項５に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項４に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記被検査部であるはんだ接合部分の
断面部分の歪み量を測定し、その歪み量に基づいて前記
はんだ接合部分の寿命予測を行うとすることで、ＢＧＡ
やＣＳＰのように、はんだ接合部分が電子部品と実装部
との実装箇所において奥側にあってその歪み量の直接的
な測定が困難な場合でも、はんだ接合部分の断面が得ら
れるようにその接合部分箇所まで部品実装部を切断や、
切削等により露出させて、はんだ接合部分の断面部分の
歪み量を測定することによってそのはんだ接合部分の寿
命予測も行うことができるという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項６に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項３に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記被検査部の前記接合部分を画像入
力装置により拡大して拡大画像を得る工程と、前記拡大
画像を隣接する画像端同士がつながるように張り合わせ
て歪み量を測定できる測定用画像を得る工程と、異なる
温度変化及び／又は異なる機械的変形条件で得られる前
記測定用画像同士を比較することで歪み量を測定する工
程とが含まれているとすることで、画像によって歪み量
を直接的に測定することが困難な微小部分である接合部
分を小区画に分けてその小区画ごとに撮像して得た拡大
画像を張り合わせて歪み量の測定が可能な状態にできる
ので、単に拡大画像のみから歪み量の測定を行うものと
比較して、歪み量の測定の基準点を高解像度な画像から
抽出することができるので、その基準点を正しく設定で
き、精度の高い歪み量検出、ひいては精度の高い寿命予
測が行えるという作用を有する。

【００２４】本発明の請求項７に係る部品実装部の信頼
性評価方法は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の
部品実装部の信頼性評価方法であって、前記被検査部の
歪み量を測定する際の、前記被検査部に与えられる温度
変化及び／又は機械的変形の環境条件数を３以上とする
とすることで、温度等の条件と歪み量との関係が線形で
あるものに限らず、非線形であるものにも十分対応した
精度の高い寿命予測が可能となるという作用を有する。
具体的には、例えば温度を常温、摂氏−４０度、摂氏６
０度の３条件で常温を基準として得られる歪み量は単に
常温と他の温度条件との２条件のみで測定する歪み量よ
りも精度良く得ることができる。

【００２５】本発明の請求項８に係る部品実装部の信頼
性評価装置は、電子部品を接続する被検査部としての接
続部分に温度変化及び／又は機械的変形を与えるための
環境条件設定手段と、前記接続部分の拡大画像を得るた
めの画像入力装置と、前記画像入力装置により得られた
拡大画像を出力する画像出力装置とを備えるとすること
で、環境条件設定手段で接続部分に対して所望の異なる
温度条件及び／又は異なる機械的変形条件を与えて、そ
の異なる環境条件でそれぞれ接続部分の拡大画像を得る
とともに、その拡大画像を接続部分の歪み量測定に供す
ることができるよう画像出力装置から出力すれば、歪み
量測定、ひいては接続部分の寿命予測を行うことが容易
かつ迅速に行うことができるようになるという作用を有
する。なお、歪み量測定や、寿命予測は人為的に行って
も良いとともに、後述のように、歪み測定を自動的に行
う測定装置や、寿命予測を自動的に行う演算装置等で行
っても良い。

【００２６】本発明の請求項９に係る部品実装部の信頼
性評価装置は、請求項８に記載の部品実装部の信頼性評
価装置であって、前記接続部分は、はんだ接合部分であ
るとすることで、特にはんだ接合部分の信頼性評価をす
ることで、電子部品の実装でもっとも利用されるはんだ
接合に対する信頼性評価が迅速に行えるという作用を有
する。

【００２７】本発明の請求項１０に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項８又は９に記載の部品実装部の
信頼性評価装置であって、前記拡大画像を、前記接続部
分に対する温度条件及び／又は機械的変形条件の異なる
状態で得られる前記拡大画像同士を比較して前記接続部
分の歪み量を測定する測定手段を備えるとすることで、
各画像ごとに所定の寸法測定を行ってその寸法測定で得
られた値同士を比較するものに比べて、画像同士を直接
比較することで簡易かつ迅速な歪み量測定が行えるとい
う作用を有する。

【００２８】本発明の請求項１１に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項８乃至１０のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像入
力装置により得られた拡大画像を隣接する画像端同士が
つながるように張り合わせ、歪み量が測定できる測定用
画像を得る画像処理装置を備えるとするものである。被
検査部の歪み量を測定するために、前記被検査部を画像
入力装置により拡大するが、一般の画像入力装置では倍
率を上げた場合、視野が狭いままで歪み量の比較がしに
くいものになってしまう。歪み量を測定するためには、
前記被検査部の測定用画像あるいは歪み量が測定できる
範囲の画像が必要になる。そこで、本発明の請求項１１
に係る構成によれば、画像入力装置で得られた拡大した
画像を張り合わせることで、歪み量測定が有効に行うの
に必要とされる領域の画像を得ることができ、そこから
歪みを測定することができるという作用を有する。

【００２９】本発明の請求項１２に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項８乃至１１のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像入
力装置として、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用いる
とすることで、一般に汎用されている光学顕微鏡あるい
は電子顕微鏡を使用でき、特別な画像入力装置を別途用
意する必要がないという作用を有する。

【００３０】本発明の請求項１３に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項８乃至１２のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像出
力装置により出力される拡大画像に基づく測定用画像を
比較して歪み量を測定するための測定装置を備えるとす
ることで、測定装置は測定用画像を比較して自動的に歪
み量を測定できるので、歪み量が簡易に測定できること
になるという作用を有する。

【００３１】本発明の請求項１４に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項８に記載の部品実装部の信頼性
評価装置であって、得られた画像を２値化するための２
値化画像処理装置を備えるとすることで、歪み量の測定
に必要な領域をそうでない領域とを画像において被検査
部の境界線でコントラストを際だたせてその境界線位置
を明確なものにでき、その境界線位置に基づいて歪み量
測定を行うことでその測定が容易になるとともに、精度
の高い歪み量測定が行えるという作用を有する。

【００３２】本発明の請求項１５に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記拡大画像を張り合わせるため
に、前記拡大画像中の特徴となる点を認識し、前記点が
含まれるように次の画像を撮像するための画像認識装置
及び駆動装置を備えるとすることで、拡大画像の張り合
わせをその特徴となる点同士が重なるようにしていけば
良く、その張り合わせ作業が簡易迅速なものとなるとい
う作用を有する。

【００３３】本発明の請求項１６に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記拡大画像を張り合わせるため
に、被検査部を一定のステップを移動して撮像する駆動
装置を備えるとすることで、その一定のステップに対応
した一定の重ね合わせ幅で拡大画像を張り合わせていけ
ば測定用画像を得ることができるので、測定用画像が簡
易迅速に得られ、歪み量測定も迅速に行えるという作用
を有する。

【００３４】本発明の請求項１７に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記測定用画像を比較する際に、
前に得られた測定用画像の上に、新たに得られた測定用
画像を重ねて表示できる重ね合わせ画像処理装置を備え
るとすることで、歪み量を測定する作業者がその重ね合
わせ画像処理装置で表示された画像を比較することで簡
易に歪み量を測定できるという作用を有する。

【００３５】本発明の請求項１８に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１７に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、重ねて表示する際に、変形、拡
大、縮小、回転、移動のいずれかひとつ以上の画像処理
をさせることのできる調整用画像処理装置を備えるとす
ることで、得られた画像同士の比較を容易にするととも
に、画像をモニター等に表示して人がその画像を見て歪
み量の測定を行えるようにする上で人が見やすい状態に
できるという作用を有する。

【００３６】本発明の請求項１９に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、被検査部に温度変化及び／又は機
械的変形を与えた際に、被検査部と画像入力装置との位
置角度が一定になるように、被検査部あるいは画像入力
装置を移動させる駆動装置を備えるとすることで、拡大
画像を得る上で被検査部に温度変化及び／又は機械的変
形を与えて環境条件が異なるときに、撮像対象の位置的
な変化が幾分あってもその位置的変化分を修正して、基
準点の位置的変化を抑制し歪み量を測定する際の撮像画
像同士の比較時に不当な誤差が生じないように補正でき
るという作用を有する。

【００３７】本発明の請求項２０に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１３に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、測定した歪み量と、そのときに被
検査部に与えられた温度条件及び／又は機械的変形条件
をもとに演算し、寿命を予測するための演算装置を備え
るとすることで、その演算装置によって、迅速かつ自動
的な寿命予測ができるという作用を有する。

【００３８】本発明の請求項２１に係る部品実装部の信
頼性評価装置は、請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記測定用画像は、被検査部のう
ち、歪み量の測定に必要な範囲のみからなるとすること
で、歪み量の測定に不要な範囲まで測定用画像を作成し
なくても良いので、その作成時間が短時間で済むととも
に、歪み量の測定も迅速にできるという作用を有する。

【００３９】なお、測定用画像といっても、歪み量が測
定できればよいので、被検査部の全体を測定用画像とし
て得る必要はなく、また、画像全体が同じ倍率で撮像さ
れる必要はなく、歪み量を測定する際には使われない部
分については、歪み量を正確に測定できないような低倍
率であってもよい。

【００４０】なお、接続部分に温度条件及び／又は機械
的変形条件を加えるための環境条件設定手段、画像入力
装置と前記画像処理装置、歪みを測定する測長機能をも
つ前記測定装置は、必ずしも一つの機器になっている必
要はない。

【００４１】別々の機器であっても、温度条件及び／又
は機械的変形条件を加えた状態で被検査部を画像入力装
置で観察でき、画像処理装置により前記測定用画像を得
ることができ、測長機能により歪み量が測定できれば、
同様の効果を得られる。

【００４２】なお、前記の画像認識装置、各種画像処理
装置、駆動装置、演算装置は、必ずしも一つの機器にな
っている必要はない。同様の効果が得られれば、別々の
機器となっていても良い。

【００４３】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。（実施の形態１）図３は、本発明の実施の形態１におけ
る部品実装部の信頼性評価方法を段階的に示すフローチ
ャートである。所定の温度あるいは機械的変形もしくは
所定の温度と機械的変形とを加えて被検査部に歪みを発
生させて、その歪み量を測定し、前記歪み量よりはんだ
接合部分の寿命予測を行う部品実装部の信頼性評価方法
である。

【００４４】図３のステップ３０１として、評価すべき
電子部品実装体のサンプルを作製して用意する。観察す
るべき場所としては、故障がおこると予測されるはんだ
接合部分を被検査部とする。

【００４５】本実施の形態１では、図４ａおよび図４ｂ
に示す電子部品実装体４０１のＢＧＡ４０３のはんだ接
合部分４０４である被検査部４０５の歪み量４０８を測
定する。尚、図４ａは、電子部品実装体４０１の斜視図
であって、図４ｂは、図４ａにおいて実線の円で囲まれ
た被検査部４０５を拡大した縦断側面図である。図４ｂ
における実線は、常温でのはんだ接合部分４０４や、Ｂ
ＧＡ基板４０７の外形形状を示し、図４ｂにおける破線
は、常温とは異なる温度、例えば摂氏−４０度の温度環
境下でのはんだ接合部分４０４の輪郭を示す。

【００４６】尚、ＢＧＡ４０３のはんだ接合部分４０４
における内奥側に位置して被検査部が直接観察できない
場合、切断や切削などを行うことで、被検査部の断面を
露出させて観察する。

【００４７】ステップ３０２として、前記被検査部に、
所定の温度条件及び／又は機械的変形条件を加える。

【００４８】はんだ接合部分の故障する原因は、熱変化
による電子部品、基板などの各種材料の熱膨張係数の違
いによって応力が生じ、前記はんだ接合部分に歪みが発
生するためである。その歪みが繰り返し起こることで、
熱疲労破壊が起こる。

【００４９】歪みは被検査部の局所的な熱膨張差により
起こる歪み（ローカル歪み）と、電子部品実装体全体か
ら起こる応力から起因する歪み（グローバル歪み）とが
ある。前記ローカル歪みが歪み量の主な部分を占める場
合は、被検査部に所定の温度環境となるようにすること
のみでその歪み量を測定すればよい。

【００５０】また前記グローバル歪みが無視できない場
合は、所定の温度条件と機械的変形条件（例えば基板を
曲げたりする）を与える。そして、ステップ３０２にお
いて、複数の所定の温度条件及び／又は機械的変形条件
を加えることになる。

【００５１】ステップ３０３として、ステップ３０２で
の複数の所定の温度条件及び／又は機械的変形条件を加
えた前記被検査部同士の比較を行うことで歪み量を測定
する。

【００５２】ステップ３０４として、前記歪み量をもと
に寿命予測を行う。前記歪み量（Δε）と寿命予測（Ｎ
ｆ）との関係は、コフィン−マンソン（Coffin-Manso
n）則に従う寿命関係より求められる。

【００５３】すなわち、本発明の信頼性評価方法では前
記のように得られた歪み量（Δε_in）を、コフィン−マ
ンソン則（式1）に代入することで平均寿命を求めるこ
とができる。

【００５４】

【数１】式１のｎ、Δε₀はそれぞれ係数で、一般的にはｎ〜
２、Δε₀〜２の値が用いられる。係数は被検査部の構
造や接続材料により異なるため、その他の数値を用いて
もよい。実際に使用される場合の寿命を予測するため、
実使用の寿命と上記で得られた寿命との間の加速係数
（AF）を求める必要がある。これは、コフィン−マンソ
ン則（式２）により得られる。

【００５５】

【数２】 ΔＴＬ：加速試験の温度差 ΔＴＦ：実使用の温度差１．９：温度変化に対する定数ｆＦ：実使用での振動数ｆＬ：加速試験での振動数１／３：熱サイクル周波数に対する定数１４１４：共晶はんだでの活性化エネルギーから得られ
る定数ＴＦ：実使用での最高温度（Ｋ）ＴＬ：加速試験での最高温度（Ｋ）本発明では、ΔＴＬは被検査部を測定した温度と基準と
して常温との差となる。ｆＬとしては、被検査部がはん
だの場合にはクリープによるひずみが３０分程度で飽和
することから、１２ｃｙｃ／日とする。

【００５６】式２中の１．９，１／３，ｆL，１４１４
は、被検査部の構造や接続材料により異なるため、その
他の数値を用いてもよい。

【００５７】以上、上記の式１、式２を用いて、寿命予
測を行うことができる。

【００５８】また複数の点を用いて寿命予測を行う場
合、統計処理を行うことで、より精度よく求められる。

【００５９】なお、例えばはんだの組成成分の違い等の
条件によって、式（１）、（２）を修正した式が有り、
条件によってはその修正式に基づいて寿命予測をする。

【００６０】図５に、本発明の部品実装部の信頼性評価
装置の概略を示す。

【００６１】信頼性評価装置として、被検査部に所定の
温度条件及び／又は機械的変形条件を与えるための環境
条件設定手段（コントロールユニット５０１）、歪みを
観察するための画像入力装置５０２、得られた拡大画像
を図示しないモニターやプリンタ等に出力するための画
像出力装置５０３を備える。

【００６２】図６は図３のステップ３０３を詳しく段階
的に示すフローチャートである。

【００６３】上記の図５に示された信頼性評価装置によ
り得られる出力画像６０１を隣り合うもの同士が適正に
つながるように張り合わせて測定用画像を作製し６０
２、得られた測定用画像をもとに歪み量を測定する６０
３。

【００６４】図７に前記張り合わせて測定用画像を作製
する方法を示す。被検査部７０１の歪み量を測定すべき
部分を拡大して、拡大画像７０２を得る（図７において
は、破線で描かれ縦横に並べられた各矩形部分が拡大画
像７０２を示す）。この場合、縦横、６×９の部分を拡
大し、それらを張り合わせ測定用画像７０３を得る。異
なる温度条件及び／又は機械的変形条件を被検査部７０
１に与えて複数の測定用画像を得て、それらの測定用画
像を重ね合わせて、図４ｂのように比較することで歪み
量４０８が測定できる。

【００６５】尚、図７では、被検査部７０１の全体、す
なわち検査対象のはんだバンプの全体を測定用画像とし
て得たものを示しているが、そのはんだバンプの一側の
縁部近傍のみを測定用画像として得ても良い。

【００６６】図２に従来の熱衝撃試験による信頼性方法
の一例を示す。このように、従来においては２ヶ月程度
の時間がかかっていた。図１に本発明による部品実装部
の信頼性評価方法の一例を示す。本実施の形態１では図
４ａに示した電子部品実装体４０１の寿命を、図１に示
すように５点の温度条件及び／又は機械的変形条件を与
えて測定し、評価時間として１０時間程度で寿命予測を
行うことができる。

【００６７】（実施の形態２）図８に、本発明の実施の
形態２における部品実装部の信頼性評価装置の概略を示
す。

【００６８】信頼性評価装置として、被検査部に温度条
件及び／又は機械的変形条件を加えるための環境条件設
定手段（コントロールユニット８０１）、歪みを観察す
るための光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡から成る画像入
力装置８０４、この画像入力装置８０４により得られた
拡大画像を隣り合うもの同士が適正につながるように張
り合わせて測定用画像を得るための画像処理装置８０
７、必要に応じて得られた測定用画像を出力するための
画像出力装置８０８、前記測定用画像から歪み量を測定
する測定装置８１０、前記測定装置から得られた歪み量
から寿命を予測するために演算を行う演算装置８１１を
備える。

【００６９】さらに、前記画像入力装置８０４で得られ
た拡大画像中の特徴となる点を認識する画像認識装置８
０６、この画像認識装置８０６で認識された前記特徴と
なる点が含まれるように次の画像を撮像するべく画像入
力装置８０４の撮像手段を撮像対象を変えるため移動さ
せる駆動装置８０５を備える。

【００７０】図９は、前記画像入力装置８０４で得られ
た拡大画像中の特徴となる点を認識し、前記点が含まれ
るように次の画像を撮像するステップを詳しく段階的に
示すフローチャートを示す。図１０は、得られた拡大画
像の隣接するもの同士の接続を特徴点を介して行う様子
を示す。つまり、拡大画像の隣接するもの同士の端部近
くに位置する共通する特徴点同士（特徴点は２点以上必
要）を重ね合わせることによって拡大画像同士が不連続
な画像とならないように貼り付けられていく。

【００７１】上記の図９のステップ９０１として前記画
像入力装置８０４により拡大画像９０５を得る。

【００７２】ステップ９０２として、図１０に示すよう
に、前記拡大画像９０５中の特徴となる点９０６を前記
画像認識装置８０６により認識する。

【００７３】ステップ９０３として、前記点９０６が含
まれるように、次の画像９０７を撮像するように前記画
像入力装置８０４の撮像手段を前記駆動装置８０５によ
り駆動する。

【００７４】ステップ９０４として、前記次の画像９０
７を撮像する。

【００７５】以下、ステップ９０１より繰り返すこと
で、被検査部の撮像を行う。

【００７６】なお、前記特徴となる点９０６を認識する
ために、前記拡大画像を２値化する手段を備えている
と、拡大画像が明暗２つの値のみで表示されることで接
合部分の外形箇所と背景とのコントラストを高くする効
果があり、特徴となる点９０６を簡易に識別できる場合
がある。

【００７７】なお、前記次の画像９０７を撮像するため
に画像入力装置８０４の撮像手段を移動させるための駆
動装置として駆動装置８０５を用いたが、駆動装置８０
２を用いて被検査部の方を移動させても良い。

【００７８】なお、本実施例では測定用画像を得るため
に、図９に示すように特徴となる点を認識して次の画像
の撮像を行ったが、図１１及び図１２に示すように、駆
動装置８０２あるいは駆動装置８０５を用いて被検査部
を一定のステップで移動させて撮像しても良い。以下に
簡単に説明する。

【００７９】ステップ１００１として前記画像入力装置
８０４により拡大画像１００４を得る。

【００８０】ステップ１００２として次の画像１００５
を撮像するように、ステップ駆動装置８０２あるいはス
テップ駆動装置８０５により、被検査部あるいは画像入
力装置８０４の撮像手段を一定ピッチ移動する。

【００８１】ステップ１００３として次の画像１００５
を撮像し、測定用画像を得るよう、ステップ１００１よ
り繰り返す。

【００８２】被検査部に特徴となる点がある場合は、図
９に示す方法で撮像した方が拡大画像を正確に張り合わ
せ、測定用画像を得ることができるが、特徴となる点が
認識しにくい場合は、図１０に示すように、一定ステッ
プで撮像することで測定用画像を得ることができる。

【００８３】常温のときと常温でない所定の温度条件及
び／又は機械的変形条件とを被検査部に与えたときの測
定用画像を前記のようにして得て、それぞれの測定用画
像を重ね合わせ画像処理装置８０９ａによって重ねて表
示し、測定装置８１０にて歪み量を測定する。具体的に
は、常温、摂氏６０度、摂氏１００度、摂氏−２０度、
摂氏−４０度等の５点の温度条件で測定する。

【００８４】なお、歪み量を測定する際に測定用画像を
図示しない２値化画像処理装置によって明暗で２値化す
ると、画像処理を簡易に行えるとともに、境界部分のコ
ントラストが際立つため、歪み量の測定が明確に行える
などの効果がある。

【００８５】さらに、前記測定用画像を重ねて表示する
際に、変形、拡大、縮小、回転、移動のいずれか一つ以
上の画像処理を調整用画像処理装置８０９ｂにて行うこ
とで、微調整ができるので、より正確に画像を重ねるこ
とができ、歪み量の測定精度も高くなる利点がある。

【００８６】さらに、被検査部に温度及び／又は機械的
変形を加えた場合、前記被検査部８０３と画像入力装置
８０５との位置角度が変わり、歪みを測定するための画
像が得られなくなるのとを防ぐために、駆動装置８０２
あるいは駆動装置８０５によりそれらの位置角度が一定
になるように制御する。これによって、より精度の高い
歪み量の測定が行えることになる。この場合、位置変化
の無い点や線を基準点や基準線、すなわち測定用画像と
して得られたはんだ接合部分と基板との接合端箇所を基
準点としたり、測定用画像として得られた基板上面をな
す直線を基準線としたりして、測定用画像を重ね合わせ
て歪み量を測定できるようにする。

【００８７】測定装置８１０にて得られた歪み量をもと
に、演算装置８１１によって前述のコフィン−マンソン
（Coffin-M anson）則に基づいて自動的に寿命予測を行
う。

【００８８】なお、複数の測定を統計的に処理して寿命
予測を行うと、より正確に寿命予測を行うことができ
る。なお、実施の形態では電子部品実装体としてＢＧＡ
が実装された基板のはんだ接合部分を被検査部として説
明したが、本発明ではチップ抵抗、リード部品や挿入部
品のはんだ接合部分やベアＩＣチップやその他の電子部
品にも適応できることは言うまでもない。

【００８９】なお、上記（実施の形態１）で説明したよ
うに、図７に示すように、被検査部７０１の全体、すな
わち検査対象のはんだバンプの全体を測定用画像として
得る画像処理装置に限定されるのでなく、そのはんだバ
ンプの一側の縁部近傍のみを測定用画像として得る画像
処理装置を備え、その得られた測定用画像から歪み量を
測定する測定手段を備えても良い。

【００９０】なお、本実施例で用いた各種画像処理装置
や駆動装置は、すべてを同時に用いるよう備える必要は
なく、必要な装置を備えればよい。

【００９１】なお、接合部分の歪み量を測定するのに、
上記実施の形態では、接合部分の画像から歪み量を得る
ものを説明したが、画像を得るのでなく、レーザー光を
接合部分に倣うように照射しその反射光からその接合部
分の外形形状情報を得て、その外形形状情報の比較結果
に基づいて接合部分の歪み量を測定するものでも良い。

【００９２】さらに、歪み量の測定を接合部分の外形形
状を検出して行うものでなく、接合部分に例えば導通し
て得られる抵抗値の変化等に基づいて行うようにしても
良い。

【００９３】

【発明の効果】上記実施の形態より明らかなように本発
明によれば、電子部品を接続する接合部分の歪み量を、
被検査部である接合部分、例えばはんだ接合部分にかか
る温度条件及び／又は機械的変形条件を異なるもので得
られた歪み量測定用情報同士を比較することで測定し、
その測定結果に基づいて接合部分の寿命予測を行うこと
で、短時間に接続部分の信頼性評価ができる。また部品
実装部の信頼性評価装置として、本発明に係る部品実装
部の信頼性評価装置を用いることで、短時間に寿命予測
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による部品実装部の信頼性評価方法を
示すフローチャート

【図２】従来の部品実装部の信頼性評価方法を示すフ
ローチャート

【図３】本発明の部品実装部の信頼性評価方法を示す
フローチャート

【図４】本発明の実施の形態１における電子部品実装
体の斜視図（ａ）と、本発明の実施の形態１における被
検査部の拡大側面図（ｂ）

【図５】本発明の実施の形態１における部品実装部の
信頼性評価装置の概略図

【図６】本発明の図３のステップ３０３を詳しく段階
的に示すフローチャート

【図７】本発明の張り合わせて測定用画像を作製する
方法を示すフローチャート

【図８】本発明の実施の形態２における部品実装部の
信頼性評価装置の概略図

【図９】本発明の繰り返して拡大画像を撮像するステ
ップを段階的に示すフローチャート

【図１０】図９に示されるフローチャートに基づく測
定用画像の作成について示す概略説明図

【図１１】本発明の繰り返して拡大画像を撮像するス
テップを段階的に示すフローチャート

【図１２】図１１に示されるフローチャートに基づく
測定用画像の作成について示す概略説明図

【符号の説明】

４０１電子部品実装体４０２基板４０３ＢＧＡ４０４はんだ接合部分４０５，５０４，７０１，８０３，９０８，１００６
被検査部４０７ＢＧＡ基板４０８歪み量５０１，８０１コントロールユニット（環境条件設定
手段）５０２，８０４画像入力装置５０３，８０８画像出力装置７０２，９０５，１００４拡大画像７０３測定用画像８０２，８０５駆動装置８０６画像認識装置８０７画像処理装置８０９ａ重ね合わせ画像処理装置８０９ｂ調整用画像処理装置８１０測定装置８１１演算装置９０６特徴となる点９０７，１００５次の画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹沢弘輝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者北江孝史大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小掠哲義大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA65 BB05 CC26 CC28 DD06 FF04 JJ03 JJ19 JJ26 QQ04 QQ25 QQ31 2G051 AA62 AB14 AB20 CA04 DA05 EA12 ED12 ED15 5B057 AA03 DA03 DC02 DC32 5E319 AA03 AB05 BB04 CD52 5F044 KK01 LL01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品を接続する接合部分の歪み量
を、被検査部である前記接合部分に温度変化及び／又は
機械的変形を与えて温度条件及び／又は機械的変形条件
の異なるもの同士を比較することで測定し、その測定で得た歪み量に基づいて前記接合部分の寿命予
測を行うことを特徴とする部品実装部の信頼性評価方
法。
【請求項２】請求項１に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記接合部分の歪み量を、該接合部分の外形形状を比較
して測定することを特徴とする部品実装部の信頼性評価
方法。
【請求項３】請求項２に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記接合部分を撮像して得られる前記接合部分の画像を
比較することによって前記歪み量を測定することを特徴
とする部品実装部の信頼性評価方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
部品実装部の信頼性評価方法であって、被検査部である前記接合部分は、はんだ接合部分である
ことを特徴とする部品実装部の信頼性評価方法。
【請求項５】請求項４に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記被検査部であるはんだ接合部分の断面部分の歪み量
を測定し、その歪み量に基づいて前記はんだ接合部分の
寿命予測を行うことを特徴とする部品実装部の信頼性評
価方法。
【請求項６】請求項３に記載の部品実装部の信頼性評
価方法であって、前記被検査部の前記接合部分を画像入力装置により拡大
して拡大画像を得る工程と、前記拡大画像を隣接する画像端同士がつながるように張
り合わせて歪み量を測定できる測定用画像を得る工程
と、異なる温度条件及び／又は異なる機械的変形条件条件で
得られる前記測定用画像同士を比較することで歪み量を
測定する工程とが含まれていることを特徴とする部品実
装部の信頼性評価方法。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一項に記載の
部品実装部の信頼性評価方法であって、前記被検査部の歪み量を測定する際の、前記被検査部に
与えられる温度変化及び／又は機械的変形の環境条件数
を３以上とすることを特徴とする部品実装部の信頼性評
価方法。
【請求項８】電子部品を接続する被検査部としての接
続部分に温度変化及び／又は機械的変形を与えるための
環境条件設定手段と、前記接続部分の拡大画像を得るための画像入力装置と、前記画像入力装置により得られた拡大画像を出力する画
像出力装置とを備えることを特徴とする部品実装部の信
頼性評価装置。
【請求項９】請求項８に記載の部品実装部の信頼性評
価装置であって、前記接続部分は、はんだ接合部分であることを特徴とす
る部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１０】請求項８又は９に記載の部品実装部の
信頼性評価装置であって、前記拡大画像を、前記接続部分に対する温度条件及び／
又は機械的変形条件の異なる状態で得られる前記拡大画
像同士を比較して前記接続部分の歪み量を測定する測定
手段を備えることを特徴とする部品実装部の信頼性評価
装置。
【請求項１１】請求項８乃至１０のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像入力装置により得られた拡大画像を隣接する画
像端同士がつながるように張り合わせ、歪み量が測定で
きる測定用画像を得る画像処理装置を備えることを特徴
とする部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１２】請求項８乃至１１のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像入力装置として、光学顕微鏡あるいは電子顕微
鏡を用いることを特徴とする部品実装部の信頼性評価装
置。
【請求項１３】請求項８乃至１２のいずれか一項に記
載の部品実装部の信頼性評価装置であって、前記画像出力装置により出力される拡大画像に基づく測
定用画像を比較して歪み量を測定するための測定装置を
備えることを特徴とする部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１４】請求項８に記載の部品実装部の信頼性
評価装置であって、得られた画像を２値化するための２値化画像処理装置を
備えることを特徴とする部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１５】請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記拡大画像を張り合わせるために、前記拡大画像中の
特徴となる点を認識し、前記点が含まれるように次の画
像を撮像するための画像認識装置及び駆動装置を備える
ことを特徴とする部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１６】請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記拡大画像を張り合わせるために、被検査部を一定の
ステップを移動して撮像する駆動装置を備えることを特
徴とする部品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１７】請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記測定用画像を比較する際に、前に得られた測定用画
像の上に、新たに得られた測定用画像を重ねて表示でき
る重ね合わせ画像処理装置を備えることを特徴とする部
品実装部の信頼性評価装置。
【請求項１８】請求項１７に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、重ねて表示する際に、変形、拡大、縮小、回転、移動の
いずれかひとつ以上の画像処理をさせることのできる調
整用画像処理装置を備えることを特徴とする部品実装部
の信頼性評価装置。
【請求項１９】請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、被検査部に温度変化及び／又は機械的変形を与えた際
に、被検査部と画像入力装置との位置角度が一定になる
ように、被検査部あるいは画像入力装置を移動させる駆
動装置を備えることを特徴とする部品実装部の信頼性評
価装置。
【請求項２０】請求項１３に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、測定した歪み量と、そのときに被検査部に与えられた温
度条件及び／又は機械的変形条件をもとに演算し、寿命
を予測するための演算装置を備えることを特徴とする部
品実装部の信頼性評価装置。
【請求項２１】請求項１１に記載の部品実装部の信頼
性評価装置であって、前記測定用画像は、被検査部のうち、歪み量の測定に必
要な範囲のみからなることを特徴とする部品実装部の信
頼性評価装置。