JP2000214160A - 基板はんだ接合部の劣化検出方法 - Google Patents
基板はんだ接合部の劣化検出方法Info
- Publication number
- JP2000214160A JP2000214160A JP11015064A JP1506499A JP2000214160A JP 2000214160 A JP2000214160 A JP 2000214160A JP 11015064 A JP11015064 A JP 11015064A JP 1506499 A JP1506499 A JP 1506499A JP 2000214160 A JP2000214160 A JP 2000214160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder joint
- deterioration
- detecting
- substrate
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 実製品を分解・調査せずに、製品の劣化を事
前に検出することが可能な基板はんだ接合部の劣化検出
方法を提供する。 【解決手段】 実製品基板１に、新たに、はんだ接合部
の劣化を検出するため実製品基板１と同様なはんだ接合
部３を有する劣化検出用サンプル基板２を付加する。定
期的に劣化検出用サンプル基板２のサンプル片を切り取
り、引っ張り強度の劣化を検出する。また、劣化検出用
サンプル基板２により、クリープ強度の劣化、熱疲労等
を検出してはんだ接合部の劣化を検出することもでき
る。
前に検出することが可能な基板はんだ接合部の劣化検出
方法を提供する。 【解決手段】 実製品基板１に、新たに、はんだ接合部
の劣化を検出するため実製品基板１と同様なはんだ接合
部３を有する劣化検出用サンプル基板２を付加する。定
期的に劣化検出用サンプル基板２のサンプル片を切り取
り、引っ張り強度の劣化を検出する。また、劣化検出用
サンプル基板２により、クリープ強度の劣化、熱疲労等
を検出してはんだ接合部の劣化を検出することもでき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板はんだ接合部
の劣化検出方法に関する。
の劣化検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、はんだ接合部は経年的に劣化
し、き裂や剥離等が発生する。そのき裂や剥離は、熱ス
トレス、振動、クリープ荷重等が負荷されると更に加速
され、本来製品が持っている寿命と異なったものになっ
てくる。
し、き裂や剥離等が発生する。そのき裂や剥離は、熱ス
トレス、振動、クリープ荷重等が負荷されると更に加速
され、本来製品が持っている寿命と異なったものになっ
てくる。
【０００３】その劣化を不具合発生以前に検出すること
は困難である。現在のはんだ接合部は、はんだの成分を
調整し、従来の共晶はんだにＡｇ等を添加して寿命をの
ばしたり、はんだ接合部の寿命試験を行い、製品寿命を
推定していた。製品寿命試験には、一般にヒートサイク
ル試験や振動試験等を、現地使用環境を想定して行って
いる。
は困難である。現在のはんだ接合部は、はんだの成分を
調整し、従来の共晶はんだにＡｇ等を添加して寿命をの
ばしたり、はんだ接合部の寿命試験を行い、製品寿命を
推定していた。製品寿命試験には、一般にヒートサイク
ル試験や振動試験等を、現地使用環境を想定して行って
いる。
【０００４】このため、使用条件や環境の変化により、
想定した寿命よりも短い時間でき裂が生じたり、初期的
な製造不良が原因で使用中にき裂や破壊が発生してしま
うことがあった。しかし、従来の基板はんだ接合部に、
これらの原因によりはんだにき裂が生じトラブルが発生
する事態が生じても、これを事前に検出することはでき
ない。
想定した寿命よりも短い時間でき裂が生じたり、初期的
な製造不良が原因で使用中にき裂や破壊が発生してしま
うことがあった。しかし、従来の基板はんだ接合部に、
これらの原因によりはんだにき裂が生じトラブルが発生
する事態が生じても、これを事前に検出することはでき
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
基板はんだ接合部においては、使用条件や環境の変化に
より想定した寿命よりも短い時間でき裂が生じたり、初
期的な製造不良が原因で使用中にき裂や破壊が発生して
しまうことがあった。
基板はんだ接合部においては、使用条件や環境の変化に
より想定した寿命よりも短い時間でき裂が生じたり、初
期的な製造不良が原因で使用中にき裂や破壊が発生して
しまうことがあった。
【０００６】しかし、従来の基板はんだ接合部には、こ
れらを予測する手段は特になく、定期点検時に引き取り
調査を行い、現状の劣化度合いを把握している。そのた
めには製品として機能しているものをいったん引き取
り、分解・調査した上で専門知識をもった人が判断して
いた。また、引き取り基板の変わりに新たな基板を調整
し納品しなければならなかった。
れらを予測する手段は特になく、定期点検時に引き取り
調査を行い、現状の劣化度合いを把握している。そのた
めには製品として機能しているものをいったん引き取
り、分解・調査した上で専門知識をもった人が判断して
いた。また、引き取り基板の変わりに新たな基板を調整
し納品しなければならなかった。
【０００７】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたものであり、実製品を分解・調査せずに、製品の劣
化を事前に検出することが可能な基板はんだ接合部の劣
化検出方法を提供することを目的とする。
れたものであり、実製品を分解・調査せずに、製品の劣
化を事前に検出することが可能な基板はんだ接合部の劣
化検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明に係る基板はんだ接合部の
劣化検出方法は、はんだ接合部の経年劣化を検出するた
めに、基板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有す
るサンプル基板を設け、このサンプル基板のはんだ接合
部の状態を検知することによりはんだ接合部の劣化を検
出することを特徴とする。
め、請求項１に記載の本発明に係る基板はんだ接合部の
劣化検出方法は、はんだ接合部の経年劣化を検出するた
めに、基板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有す
るサンプル基板を設け、このサンプル基板のはんだ接合
部の状態を検知することによりはんだ接合部の劣化を検
出することを特徴とする。
【０００９】また、請求項２に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の引っ張
り強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部の強度を定期的に測定し、強度が低下し
た時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断することを特
徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の引っ張
り強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部の強度を定期的に測定し、強度が低下し
た時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断することを特
徴とする。
【００１０】また、請求項３に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部のクリー
プ強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部に荷重を負荷し、サンプル基板に取りつ
けられた部品のはんだ接合部の強度を定期的に測定し、
強度が低下した時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断
することを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部のクリー
プ強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部に荷重を負荷し、サンプル基板に取りつ
けられた部品のはんだ接合部の強度を定期的に測定し、
強度が低下した時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断
することを特徴とする。
【００１１】また、請求項４に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部のクリー
プ強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部に荷重を負荷し、荷重が負荷されたはん
だ接合部の部品の変位量を測定するためのセンサーを設
け、このセンサーにより部品の変位量をモニターし、部
品に所定の変位が発生した時点を捉えてはんだ接合部の
劣化と判断することを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部のクリー
プ強度低下の検出により経年劣化を検出するために、基
板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有するサンプ
ル基板を設け、このサンプル基板に取りつけられた部品
のはんだ接合部に荷重を負荷し、荷重が負荷されたはん
だ接合部の部品の変位量を測定するためのセンサーを設
け、このセンサーにより部品の変位量をモニターし、部
品に所定の変位が発生した時点を捉えてはんだ接合部の
劣化と判断することを特徴とする。
【００１２】また、請求項５に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、このサンプ
ル基板の接合部の組織の状態を検知することによりはん
だ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、このサンプ
ル基板の接合部の組織の状態を検知することによりはん
だ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
【００１３】また、請求項６に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、このサンプ
ル基板のはんだ接合部の組織粗大化状態を観察して熱疲
労を検出することによりはんだ接合部の劣化を検出する
ことを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、このサンプ
ル基板のはんだ接合部の組織粗大化状態を観察して熱疲
労を検出することによりはんだ接合部の劣化を検出する
ことを特徴とする。
【００１４】また、請求項７に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、はんだ接合
部の表面の初期の形状を測定しておき、定期的にその形
状を測定し、その形状状態から熱疲労を検出することに
よりはんだ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の熱疲労
の検出により経年劣化を検出するために、発熱を受ける
はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、はんだ接合
部の表面の初期の形状を測定しておき、定期的にその形
状を測定し、その形状状態から熱疲労を検出することに
よりはんだ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
【００１５】また、請求項８に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の抵抗値
を測定して経年劣化を検出するために、はんだ接合部を
有するサンプル基板に抵抗測定用の回路を設け、はんだ
接合部の抵抗値をモニターし、前記抵抗値の増加により
はんだ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の抵抗値
を測定して経年劣化を検出するために、はんだ接合部を
有するサンプル基板に抵抗測定用の回路を設け、はんだ
接合部の抵抗値をモニターし、前記抵抗値の増加により
はんだ接合部の劣化を検出することを特徴とする。
【００１６】また、請求項９に記載の本発明に係る基板
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の経年劣
化を検出するために、はんだ接合部を有するサンプル基
板を設け、このサンプル基板のはんだ接合部とＣｕパタ
ーンとの境界部分に生成した金属間化合物の厚さを定期
的に観察し、その厚さを比較して剥離強度の低下を検出
することによりはんだ接合部の劣化を検出することを特
徴とする。
はんだ接合部の劣化検出方法は、はんだ接合部の経年劣
化を検出するために、はんだ接合部を有するサンプル基
板を設け、このサンプル基板のはんだ接合部とＣｕパタ
ーンとの境界部分に生成した金属間化合物の厚さを定期
的に観察し、その厚さを比較して剥離強度の低下を検出
することによりはんだ接合部の劣化を検出することを特
徴とする。
【００１７】また、請求項１０に記載の本発明は、請求
項９に記載の基板はんだ接合部の劣化検出方法におい
て、はんだ接合部とＣｕパターンとの境界部分に生成し
た金属間化合物の厚さが初期の厚さの６倍以上になった
時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断することを特徴
とする。
項９に記載の基板はんだ接合部の劣化検出方法におい
て、はんだ接合部とＣｕパターンとの境界部分に生成し
た金属間化合物の厚さが初期の厚さの６倍以上になった
時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断することを特徴
とする。
【００１８】上記のような各方法によって、実製品を分
解・調査することなく製品の劣化、不具合などを事前に
把握・検出することができ、信頼性の高い製品を提供で
きる。
解・調査することなく製品の劣化、不具合などを事前に
把握・検出することができ、信頼性の高い製品を提供で
きる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。
施形態について詳細に説明する。
【００２０】（第１の実施形態）まず、本発明方法の第
１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。即
ち、この第１の実施形態においては、図１（ａ）に示す
ように、基板１００は、はんだ付け部品が搭載された実
製品基板１に、新たに、はんだ接合部の劣化を検出する
ための劣化検出用サンプル基板２を付加した基板から構
成されている。
１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。即
ち、この第１の実施形態においては、図１（ａ）に示す
ように、基板１００は、はんだ付け部品が搭載された実
製品基板１に、新たに、はんだ接合部の劣化を検出する
ための劣化検出用サンプル基板２を付加した基板から構
成されている。
【００２１】劣化検出用サンプル基板２は、例えば、は
んだ接合部３を有する複数のサンプル片からなり、各サ
ンプル片相互間、及び劣化検出用サンプル基板２と実製
品基板１との間には、サンプル片を切り取りやすくする
ため、Ｖ字形スリット４が設けられている。
んだ接合部３を有する複数のサンプル片からなり、各サ
ンプル片相互間、及び劣化検出用サンプル基板２と実製
品基板１との間には、サンプル片を切り取りやすくする
ため、Ｖ字形スリット４が設けられている。
【００２２】図１（ｂ）は、同図（ａ）のはんだ接合部
３の部分を拡大して示すもので、５はリード、６はサン
プル片の基板である。例えば、はんだ接合部３の引っ張
り強度の劣化を検出するには、定期的に（例えば年単位
の間隔をおいて定期的に）、一つずつサンプル片を切り
取り、サンプル片の基板６を固定し、リード５を引っ張
ることにより、はんだ接合部４がせん断されるときの強
度を測定する。
３の部分を拡大して示すもので、５はリード、６はサン
プル片の基板である。例えば、はんだ接合部３の引っ張
り強度の劣化を検出するには、定期的に（例えば年単位
の間隔をおいて定期的に）、一つずつサンプル片を切り
取り、サンプル片の基板６を固定し、リード５を引っ張
ることにより、はんだ接合部４がせん断されるときの強
度を測定する。
【００２３】また、はんだ接合部３のクリープ強度の劣
化を検出するには、図２に示すようにサンプル片のリー
ド７の下に荷重８をつけておき、引っ張り強度の劣化検
出の場合と同様にして、はんだ接合部３がせん断される
ときの強度を測定する。
化を検出するには、図２に示すようにサンプル片のリー
ド７の下に荷重８をつけておき、引っ張り強度の劣化検
出の場合と同様にして、はんだ接合部３がせん断される
ときの強度を測定する。
【００２４】なお、図２において、９ははんだ、１０は
Ｃｕパターン、１１は基板である。このようにして、は
んだ接合部の引っ張り強度、またはクリープ強度を定期
的に測定し、はんだ接合部の引っ張り強度、またはクリ
ープ強度の低下からはんだ接合部の劣化を判断すること
ができる。
Ｃｕパターン、１１は基板である。このようにして、は
んだ接合部の引っ張り強度、またはクリープ強度を定期
的に測定し、はんだ接合部の引っ張り強度、またはクリ
ープ強度の低下からはんだ接合部の劣化を判断すること
ができる。
【００２５】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。図
３はこの実施形態におけるサンプル片のはんだ接合部を
示すもので、同図において、１２はリード、１３は荷
重、１４はレーザ変位計、１５ははんだ、１６はＣｕパ
ターン、１７は基板である。
実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。図
３はこの実施形態におけるサンプル片のはんだ接合部を
示すもので、同図において、１２はリード、１３は荷
重、１４はレーザ変位計、１５ははんだ、１６はＣｕパ
ターン、１７は基板である。
【００２６】この実施形態においても、第１の実施形態
の場合と同様に、基板としては、はんだ付け部品が搭載
された実製品基板に、新たに、はんだ接合部の劣化を検
出するための劣化検出用サンプル基板を付加した基板で
構成する。
の場合と同様に、基板としては、はんだ付け部品が搭載
された実製品基板に、新たに、はんだ接合部の劣化を検
出するための劣化検出用サンプル基板を付加した基板で
構成する。
【００２７】そして、クリープ強度測定のため、サンプ
ル基板のはんだ接合部に製品に使用されている部品と同
一またはそれ以上の重量を負荷させ、それぞれに変位計
を取付け、変位量を測定しモニターしておく。
ル基板のはんだ接合部に製品に使用されている部品と同
一またはそれ以上の重量を負荷させ、それぞれに変位計
を取付け、変位量を測定しモニターしておく。
【００２８】即ち、図３に示すように、リード１２の下
部に荷重１３を負荷し、リード１２の上部にレーザ変位
計１４を設け、レーザ光１８により変位量を測定する。
荷重１３としては、複数のサンプル片のそれぞれに、例
えば、１ｇ、１０ｇ、３０ｇというように異なる重量の
ものを取付けるとよい。
部に荷重１３を負荷し、リード１２の上部にレーザ変位
計１４を設け、レーザ光１８により変位量を測定する。
荷重１３としては、複数のサンプル片のそれぞれに、例
えば、１ｇ、１０ｇ、３０ｇというように異なる重量の
ものを取付けるとよい。
【００２９】クリープ強度が低下すると、変位量や組織
に変化が現れるため、実製品のクリープ強度が低下する
時期が、このサンプルにより事前に把握できる。図４
は、クリープ荷重と変位量との関係を示すもので、同図
において、曲線Ａは初期のクリープ荷重と変位量との関
係を、曲線Ｂは５００時間後のクリープ荷重と変位量と
の関係を、そして曲線Ｃは１０００時間後のクリープ荷
重と変位量との関係を示す。このような関係から変位量
を測定することにより、劣化状態を判断することができ
る。またクリープ時間が長くなるとはんだ組織が粗くな
るので、このはんだ組織の変化を観察することにより、
劣化状態を判断することができる。
に変化が現れるため、実製品のクリープ強度が低下する
時期が、このサンプルにより事前に把握できる。図４
は、クリープ荷重と変位量との関係を示すもので、同図
において、曲線Ａは初期のクリープ荷重と変位量との関
係を、曲線Ｂは５００時間後のクリープ荷重と変位量と
の関係を、そして曲線Ｃは１０００時間後のクリープ荷
重と変位量との関係を示す。このような関係から変位量
を測定することにより、劣化状態を判断することができ
る。またクリープ時間が長くなるとはんだ組織が粗くな
るので、このはんだ組織の変化を観察することにより、
劣化状態を判断することができる。
【００３０】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。こ
の実施形態においては、定期的に劣化検出用のサンプル
基板のサンプル片を切り取り、熱疲労の検出によりはん
だ接合部の劣化を検出するものである。
実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。こ
の実施形態においては、定期的に劣化検出用のサンプル
基板のサンプル片を切り取り、熱疲労の検出によりはん
だ接合部の劣化を検出するものである。
【００３１】図５はこの実施形態におけるサンプル片の
はんだ接合部を示すもので、同図において、２１ははん
だ、２２はＣｕパターン、２３はリード、２４は基板で
ある。また、図６（ａ）は図５のＡの部分の初期のはん
だ組織の状態を、同図（ｂ）は図５のＡの部分の熱疲労
後のはんだ組織の状態を示す。
はんだ接合部を示すもので、同図において、２１ははん
だ、２２はＣｕパターン、２３はリード、２４は基板で
ある。また、図６（ａ）は図５のＡの部分の初期のはん
だ組織の状態を、同図（ｂ）は図５のＡの部分の熱疲労
後のはんだ組織の状態を示す。
【００３２】熱疲労の場合は、主に稼動時に、はんだ２
１と接合部の材料例えばリード２３あるいはＣｕパター
ン２２との熱膨張係数の差によりその境界部分、例えば
図５のＡの部分において、図６（ｂ）のような組織の粗
大化が生じる。そのため、実製品回路上で最も発熱する
部品と同一の回路構成を持つ構造の劣化検出用サンプル
基板を設けておき、定期的に調査することにより熱疲労
検出によるはんだ接合部の劣化を検出することができ
る。
１と接合部の材料例えばリード２３あるいはＣｕパター
ン２２との熱膨張係数の差によりその境界部分、例えば
図５のＡの部分において、図６（ｂ）のような組織の粗
大化が生じる。そのため、実製品回路上で最も発熱する
部品と同一の回路構成を持つ構造の劣化検出用サンプル
基板を設けておき、定期的に調査することにより熱疲労
検出によるはんだ接合部の劣化を検出することができ
る。
【００３３】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態について、図７乃至図９を用いて説明する。こ
の実施形態においても発熱を受けるはんだ接合部の熱に
よる結晶粒や表面形状の違いにより熱疲労を検出しては
んだ接合部の劣化を検出するものである。
実施形態について、図７乃至図９を用いて説明する。こ
の実施形態においても発熱を受けるはんだ接合部の熱に
よる結晶粒や表面形状の違いにより熱疲労を検出しては
んだ接合部の劣化を検出するものである。
【００３４】図７はこの実施形態におけるサンプル片の
はんだ接合部を示すもので、同図において、２５はリー
ド、２６ははんだ接合部、２７はき裂である。図７
（ａ）ははんだ接合部２６の初期状態を、同図（ｂ）は
はんだ接合部２６の劣化状態を示す。
はんだ接合部を示すもので、同図において、２５はリー
ド、２６ははんだ接合部、２７はき裂である。図７
（ａ）ははんだ接合部２６の初期状態を、同図（ｂ）は
はんだ接合部２６の劣化状態を示す。
【００３５】また、図８（ａ）は図７の表面粗さ測定箇
所２８における初期の表面粗さ測定結果を、同図（ｂ）
は図７の表面粗さ測定箇所２８における熱疲労後の表面
粗さ測定結果を示す。
所２８における初期の表面粗さ測定結果を、同図（ｂ）
は図７の表面粗さ測定箇所２８における熱疲労後の表面
粗さ測定結果を示す。
【００３６】更に図９は、はんだ接合部のき裂開口量と
き裂深さとの関係を示すもので、点Ａはヒートサイクル
が３００サイクル、点Ｂは１０００サイクル、そして点
Ｃは１００００サイクルのはんだ接合部熱疲労後のき裂
である。
き裂深さとの関係を示すもので、点Ａはヒートサイクル
が３００サイクル、点Ｂは１０００サイクル、そして点
Ｃは１００００サイクルのはんだ接合部熱疲労後のき裂
である。
【００３７】熱疲労の場合、図７に示すように、はんだ
接合部２６の劣化が進むと表面に亀甲状の無数のしわが
発生しそれが進むとその部分にき裂２７が生じ、やがて
開口して導通不良に至る。この経年的な表面の状態を捕
らえることによりはんだ接合部の劣化を判断することが
できる。
接合部２６の劣化が進むと表面に亀甲状の無数のしわが
発生しそれが進むとその部分にき裂２７が生じ、やがて
開口して導通不良に至る。この経年的な表面の状態を捕
らえることによりはんだ接合部の劣化を判断することが
できる。
【００３８】また、熱疲労による表面形状の変化を測定
するには、表面粗さ計（例えばレーザー等を利用した非
接触タイプの表面形状測定装置）等を用いて、初期の値
を測定し、定期的にその形状を測定し、その粗さをモニ
ターして劣化をみる。更に表面粗さでは、図８（ｂ）の
ように幅ｂを観察することにより、き裂２７の状態、開
口量が把握できる。この開口量が把握できると、図９か
らき裂深さが推定できるため基板貫通までの時間が算出
でき導通不良を事前に把握し、トラブルを未然に防止す
ることができる。このことからも表面形状を測定する手
法は非常に重要である。
するには、表面粗さ計（例えばレーザー等を利用した非
接触タイプの表面形状測定装置）等を用いて、初期の値
を測定し、定期的にその形状を測定し、その粗さをモニ
ターして劣化をみる。更に表面粗さでは、図８（ｂ）の
ように幅ｂを観察することにより、き裂２７の状態、開
口量が把握できる。この開口量が把握できると、図９か
らき裂深さが推定できるため基板貫通までの時間が算出
でき導通不良を事前に把握し、トラブルを未然に防止す
ることができる。このことからも表面形状を測定する手
法は非常に重要である。
【００３９】（第５の実施形態）次に、本発明の第５の
実施形態について説明する。この実施形態においては、
発熱に関して、実製品と同一回路・同一負荷のものと無
負荷のはんだ付け接合部とをサンプル基板に取り付けて
おき、定期的にサンプル基板からその部分を取り出しは
んだの状態を観察し、両者の粗大化・き裂状態を比較し
て実製品の劣化状態を把握する。これにより引き取り調
査を行わずに実製品の劣化状態を把握することができる
ため、この手法も非常に有効である。
実施形態について説明する。この実施形態においては、
発熱に関して、実製品と同一回路・同一負荷のものと無
負荷のはんだ付け接合部とをサンプル基板に取り付けて
おき、定期的にサンプル基板からその部分を取り出しは
んだの状態を観察し、両者の粗大化・き裂状態を比較し
て実製品の劣化状態を把握する。これにより引き取り調
査を行わずに実製品の劣化状態を把握することができる
ため、この手法も非常に有効である。
【００４０】（第６の実施形態）次に、本発明の第６の
実施形態について、図１０及び図１１を用いて説明す
る。
実施形態について、図１０及び図１１を用いて説明す
る。
【００４１】この実施形態においては、抵抗値の増加を
捕らえるために、実製品と同一回路・同一負荷をもつサ
ンプル基板のはんだ接合部に抵抗測定用の回路（例えば
４端子法のようなもの）を設けている。
捕らえるために、実製品と同一回路・同一負荷をもつサ
ンプル基板のはんだ接合部に抵抗測定用の回路（例えば
４端子法のようなもの）を設けている。
【００４２】即ち、図１０に示すように、電流を測定す
る２つの電流端子２９、３０と、電圧を測定する２つの
電圧端子３１、３２を設けて、これら端子間の電流と電
圧を測定することによりはんだ接合部の抵抗値を測定す
ることができる。なお、図１０において、３３ははん
だ、３４は基板、３５はリード、そして３６はコネクタ
ピンである。
る２つの電流端子２９、３０と、電圧を測定する２つの
電圧端子３１、３２を設けて、これら端子間の電流と電
圧を測定することによりはんだ接合部の抵抗値を測定す
ることができる。なお、図１０において、３３ははん
だ、３４は基板、３５はリード、そして３６はコネクタ
ピンである。
【００４３】また、図１１は、ヒートサイクル数と抵抗
値との関係を示すもので、点Ａが抵抗増加点である。図
１０に示す回路により初期からサンプル基板のはんだ接
合部の定期的に抵抗値を測定し、抵抗値をモニターし
て、図１１の点Ａに示すように抵抗値の増加が生じた場
合に、はんだ接合部にき裂が発生したことになり劣化を
検出できる。その抵抗値の増加の発生を外部に表示ある
いは伝達することにより、早期にはんだ接合部の劣化を
検出することができるため、この手法も有効である。
値との関係を示すもので、点Ａが抵抗増加点である。図
１０に示す回路により初期からサンプル基板のはんだ接
合部の定期的に抵抗値を測定し、抵抗値をモニターし
て、図１１の点Ａに示すように抵抗値の増加が生じた場
合に、はんだ接合部にき裂が発生したことになり劣化を
検出できる。その抵抗値の増加の発生を外部に表示ある
いは伝達することにより、早期にはんだ接合部の劣化を
検出することができるため、この手法も有効である。
【００４４】（第７の実施形態）次に、本発明の第７の
実施形態について、図１２及び図１３を用いて説明す
る。
実施形態について、図１２及び図１３を用いて説明す
る。
【００４５】この実施形態の方法は、定期的に劣化検出
用のサンプル基板のサンプル片を切り取り、はんだ接合
部とＣｕパターンとの界面に生成される金属間化合物を
観察することにより劣化を検出するものである。
用のサンプル基板のサンプル片を切り取り、はんだ接合
部とＣｕパターンとの界面に生成される金属間化合物を
観察することにより劣化を検出するものである。
【００４６】図１２（ａ）ははんだ接合部とＣｕパター
ンとの界面に生成される金属間化合物状態を示すもの
で、同図（ｂ）はその金属間化合物の部分を拡大して示
したものである。
ンとの界面に生成される金属間化合物状態を示すもの
で、同図（ｂ）はその金属間化合物の部分を拡大して示
したものである。
【００４７】図１２において、３７ははんだ、３８は金
属間化合物、３９はＣｕパターン、４０は基板、そして
４１はリードである。即ち、はんだ接合部のはんだ３７
とＣｕパターン３８との界面には、図１２のような銅と
錫の金属間化合物３８が生成される。この金属間化合物
３８は環境によって成長速度が異なっており、温度が高
い場合は比較的成長速度も速くなる。この金属間化合物
３８は非常に脆いために厚くなると接合部分の強度が低
下し剥離が生じる可能性がある。そこでサンプリング時
にこの金属間化合物３８のの層の厚さを測定し劣化を把
握することができる。
属間化合物、３９はＣｕパターン、４０は基板、そして
４１はリードである。即ち、はんだ接合部のはんだ３７
とＣｕパターン３８との界面には、図１２のような銅と
錫の金属間化合物３８が生成される。この金属間化合物
３８は環境によって成長速度が異なっており、温度が高
い場合は比較的成長速度も速くなる。この金属間化合物
３８は非常に脆いために厚くなると接合部分の強度が低
下し剥離が生じる可能性がある。そこでサンプリング時
にこの金属間化合物３８のの層の厚さを測定し劣化を把
握することができる。
【００４８】図１３は、供試料数が２０個の場合の実験
による、金属間化合物層の厚さと剥離した供試料数との
関係を示すものである。初期の金属間化合物層の厚さ
０．５μｍの場合は、剥離した供試料数はゼロである
が、化合物層の厚さが３μｍになると剥離した供試料数
が１個となっている。
による、金属間化合物層の厚さと剥離した供試料数との
関係を示すものである。初期の金属間化合物層の厚さ
０．５μｍの場合は、剥離した供試料数はゼロである
が、化合物層の厚さが３μｍになると剥離した供試料数
が１個となっている。
【００４９】図１３の実験からも明らかなように、化合
物層の厚さが初期の厚さの約６倍以上になった場合には
剥離が発生する傾向にあることから、初期の化合物層の
厚さの６倍を基準にすることも劣化を判断する上で重要
である。
物層の厚さが初期の厚さの約６倍以上になった場合には
剥離が発生する傾向にあることから、初期の化合物層の
厚さの６倍を基準にすることも劣化を判断する上で重要
である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のはんだ接
合部の劣化検出方法によれば、実製品の引き取り、分解
を行うことなく、はんだ接合部の劣化強度低下や劣化度
合いをあらかじめ設けたサンプル基板を用いて評価、把
握することができる。
合部の劣化検出方法によれば、実製品の引き取り、分解
を行うことなく、はんだ接合部の劣化強度低下や劣化度
合いをあらかじめ設けたサンプル基板を用いて評価、把
握することができる。
【図１】 第１の実施形態における基板の構成を示す斜
視図。
視図。
【図２】 第１の実施形態におけるクリープ強度測定用
のサンプル基板の断面図。
のサンプル基板の断面図。
【図３】 第２の実施形態における変位計による変位量
測定概念図。
測定概念図。
【図４】 第２の実施形態におけるクリープ荷重と変位
量との関係を示す図。
量との関係を示す図。
【図５】 第３の実施形態におけるはんだ接合部の断面
図。
図。
【図６】 第３の実施形態における熱疲労前後のはんだ
組織の状態を示す模式図。
組織の状態を示す模式図。
【図７】 第４の実施形態における熱疲労前後のはんだ
接合部の表面状態を示す模式図。
接合部の表面状態を示す模式図。
【図８】 第４の実施形態における熱疲労前後のはんだ
接合部の表面粗さの測定結果を示す図。
接合部の表面粗さの測定結果を示す図。
【図９】 第４の実施形態におけるはんだ接合部のき裂
開口量とき裂深さとの関係を示す図。
開口量とき裂深さとの関係を示す図。
【図１０】第６の実施形態における抵抗測定用の回路を
設けたはんだ接合部の断面図。
設けたはんだ接合部の断面図。
【図１１】第６の実施形態におけるヒートサイクル数と
抵抗値との関係を示す図。
抵抗値との関係を示す図。
【図１２】第６の実施形態における金属間化合物層の模
式図。
式図。
【図１３】第６の実施形態における金属間化合物層の厚
さと剥離した供試料数との関係を示す図。
さと剥離した供試料数との関係を示す図。
１００…基板 １…実製品基板 ２…劣化検出用サンプル基板 ３、２６…はんだ接合部 ４…Ｖ字形スリット ５、７、１２、２３、２５、３５、４１…リード ６、１１、１７、２４、３４、４０…基板 ８、１３…荷重 ９、１５、２１、３３、３７…はんだ １０、１６、２２、３９…Ｃｕパターン １４…レーザ変位計 １８…レーザ光 ２７…き裂 ２８…表面粗さ測定箇所 ２９、３０…電流端子 ３１、３２…電圧端子 ３６…コネクタピン ３８…金属間化合物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤堂 洋子 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 2G050 AA01 AA07 BA10 BA12 DA03 EB01 EB02 EC05 2G055 AA08 BA11 CA06 DA24 FA01 FA05 FA06 2G060 AA10 AA20 AE28 AF07 HC06 HC10 HC18 5E319 AC20 CC22 CD51 CD52
Claims (10)
- 【請求項１】はんだ接合部の経年劣化を検出するため
に、基板のはんだ接合部と同様なはんだ接合部を有する
サンプル基板を設け、このサンプル基板のはんだ接合部
の状態を検知することによりはんだ接合部の劣化を検出
することを特徴とする基板はんだ接合部の劣化検出方
法。 - 【請求項２】はんだ接合部の引っ張り強度低下の検出に
より経年劣化を検出するために、基板のはんだ接合部と
同様なはんだ接合部を有するサンプル基板を設け、この
サンプル基板に取りつけられた部品のはんだ接合部の強
度を定期的に測定し、前記強度が低下した時点を捉えて
はんだ接合部の劣化と判断することを特徴とする基板は
んだ接合部の劣化検出方法。 - 【請求項３】はんだ接合部のクリープ強度低下の検出に
より経年劣化を検出するために、基板のはんだ接合部と
同様なはんだ接合部を有するサンプル基板を設け、この
サンプル基板に取りつけられた部品のはんだ接合部に荷
重を負荷し、前記サンプル基板に取りつけられた部品の
はんだ接合部の強度を定期的に測定し、前記強度が低下
した時点を捉えてはんだ接合部の劣化と判断することを
特徴とする基板はんだ接合部の劣化検出方法。 - 【請求項４】はんだ接合部のクリープ強度低下の検出に
より経年劣化を検出するために、基板のはんだ接合部と
同様なはんだ接合部を有するサンプル基板を設け、この
サンプル基板に取りつけられた部品のはんだ接合部に荷
重を負荷し、前記荷重が負荷されたはんだ接合部の部品
の変位量を測定するためのセンサーを設け、このセンサ
ーにより前記部品の変位量をモニターし、前記部品に所
定の変位が発生した時点を捉えてはんだ接合部の劣化と
判断することを特徴とする基板はんだ接合部の劣化検出
方法。 - 【請求項５】はんだ接合部の熱疲労の検出により経年劣
化を検出するために、発熱を受けるはんだ接合部を有す
るサンプル基板を設け、このサンプル基板の前記接合部
の組織の状態を検知することによりはんだ接合部の劣化
を検出することを特徴とする基板はんだ接合部の劣化検
出方法。 - 【請求項６】はんだ接合部の熱疲労の検出により経年劣
化を検出するために、発熱を受けるはんだ接合部を有す
るサンプル基板を設け、このサンプル基板の前記はんだ
接合部の組織粗大化状態を観察して熱疲労を検出するこ
とによりはんだ接合部の劣化を検出することを特徴とす
る基板はんだ接合部の劣化検出方法。 - 【請求項７】はんだ接合部の熱疲労の検出により経年劣
化を検出するために、発熱を受けるはんだ接合部を有す
るサンプル基板を設け、前記はんだ接合部の表面の初期
の形状を測定しておき、定期的にその形状を測定し、そ
の形状状態から熱疲労を検出することによりはんだ接合
部の劣化を検出することを特徴とする基板はんだ接合部
の劣化検出方法。 - 【請求項８】はんだ接合部の抵抗値を測定して経年劣化
を検出するために、はんだ接合部を有するサンプル基板
に抵抗測定用の回路を設け、前記はんだ接合部の抵抗値
をモニターし、前記抵抗値の増加によりはんだ接合部の
劣化を検出することを特徴とする基板はんだ接合部の劣
化検出方法。 - 【請求項９】はんだ接合部の経年劣化を検出するため
に、はんだ接合部を有するサンプル基板を設け、このサ
ンプル基板の前記はんだ接合部とＣｕパターンとの境界
部分に生成した金属間化合物の厚さを定期的に観察し、
その厚さを比較して剥離強度の低下を検出することによ
りはんだ接合部の劣化を検出することを特徴とする基板
はんだ接合部の劣化検出方法。 - 【請求項１０】請求項９に記載の基板はんだ接合部の劣
化検出方法において、前記はんだ接合部とＣｕパターン
との境界部分に生成した金属間化合物の厚さが初期の厚
さの６倍以上になった時点を捉えてはんだ接合部の劣化
と判断することを特徴とする基板はんだ接合部の劣化検
出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11015064A JP2000214160A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 基板はんだ接合部の劣化検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11015064A JP2000214160A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 基板はんだ接合部の劣化検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214160A true JP2000214160A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11878424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11015064A Pending JP2000214160A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 基板はんだ接合部の劣化検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000214160A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010184257A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鋼材の品質保証方法および疲労強度推定方法 |
| WO2018116611A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | 三菱電機株式会社 | 故障予測素子及びこれを用いた回路基板 |
-
1999
- 1999-01-25 JP JP11015064A patent/JP2000214160A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010184257A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鋼材の品質保証方法および疲労強度推定方法 |
| WO2018116611A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | 三菱電機株式会社 | 故障予測素子及びこれを用いた回路基板 |
| JPWO2018116611A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2019-04-04 | 三菱電機株式会社 | 故障予測素子及びこれを用いた回路基板 |
| CN110089203A (zh) * | 2016-12-20 | 2019-08-02 | 三菱电机株式会社 | 故障预测元件及使用该故障预测元件的电路基板 |
| US10837997B2 (en) | 2016-12-20 | 2020-11-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Failure prediction device and circuit board using the same |
| CN110089203B (zh) * | 2016-12-20 | 2022-03-29 | 三菱电机株式会社 | 故障预测元件及使用该故障预测元件的电路基板 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Frear | Thermomechanical fatigue of solder joints: A new comprehensive test method | |
| US5533398A (en) | Method and apparatus for testing lead connections of electronic components | |
| Pan et al. | A study of solder joint failure criteria | |
| Pecht et al. | In-situ measurements of surface mount IC package deformations during reflow soldering | |
| JPH095175A (ja) | 応力測定センサ | |
| JP2791174B2 (ja) | 電子部品はんだ接続寿命評価法 | |
| Moore et al. | The impact of delamination on stress-induced and contamination-related failure in surface mount ICs | |
| JP2000214160A (ja) | 基板はんだ接合部の劣化検出方法 | |
| Kwon et al. | Detection of solder joint degradation using RF impedance analysis | |
| Putaala et al. | Detection of thermal cycling-induced failures in RF/microwave BGA assemblies | |
| CN108857132B (zh) | 一种评估无铅焊点可靠性方法 | |
| JP3853260B2 (ja) | 評価用素子を含む半導体装置及び該評価用素子を用いた故障解析方法 | |
| JP2000131363A (ja) | 電子装置の寿命診断方法及び装置 | |
| DerMarderosian et al. | The Effects of Entrapped Bubbles in Solder Used for the Attachment of Leadless Ceramic Chip Carriers | |
| JP2004045343A (ja) | はんだ接合部の寿命診断方法及び装置 | |
| JP4168090B2 (ja) | はんだ接合部の疲労評価方法 | |
| Seyyedi et al. | Wearout evaluation of soldered interconnections for surface mounted leadless and leaded components | |
| Ready et al. | A comparison of hourly versus daily testing methods for evaluating the reliability of water soluble fluxes | |
| JP2616880B2 (ja) | 電気部品接続部の検査方法 | |
| Hu et al. | On the thermoelectric effect of interface imperfections | |
| Kwon et al. | Detection of solder joint failure precursors on tin-lead and lead-free assemblies using RF impedance analysis | |
| JP2616881B2 (ja) | 電気部品接続状態の検査方法及び装置 | |
| Dusek et al. | Crack detection methods for lead-free solder joints. | |
| JPH10221240A (ja) | 界面強度測定装置 | |
| Pandher et al. | Identification of Brittle Solder Joints using High Strain Rate Testing of BGA Solder Joints |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050414 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050606 |