JP2002323528A

JP2002323528A - 試験方法及び試験用治具

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Publication number: JP2002323528A
Application number: JP2001130689A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kawasaki; 信幸川崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡易な構造でありながら、確実にウイ
スカ発生状況の判定を行える試験方法及び試験用治具を
提供すること。【解決手段】基板６上に表面実装型のチップ部品２を
鉛フリーはんだ１７で接続固定した後、基板６に対する
チップ部品２のはんだ付け部１７に治具８の固定用クラ
ンパ９と可動式クランパ１０との組み合せにより曲げス
トレスを加え、この状態で加速試験に供するようにした
試験方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばウイスカの
発生状況の判定に好適な試験方法及び試験用治具に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図５に示すような表面実装型の電
気部品（チップ部品）５２においては電極５３と配線基
板５６上の配線パターン（ランド）５５との接続に、鉛
ースズ系はんだに代えて錫（Ｓｎ）を主体とした合金か
らなる鉛フリー（無鉛）はんだ５４を用いることがあ
る。このようなＳｎ系はんだは、鉛を用いないために環
境面で有利であって導電性、接合性も良好である。しか
し、このＳｎ系はんだは、図６に示すように、その表面
から針状に成長した錫の結晶（即ち、ウイスカ）５７が
生じ易く、ウイスカの発生によって上記した配線パタ−
ン５５−５５間が短絡するおそれがあった。そのため
に、このウイスカ５７が発生し難いことが電気部品に要
求される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ウイスカは、図６に示
すように、太さ十数μｍ程度、長さ数μｍからｍｍに及
ぶ針状及び亀の子結晶状の単結晶である。Ｓｎめっきを
中心に発生するＳｎウイスカ５７の特徴としては、Ｓｎ
の単結晶であること、他の周辺金属の収縮により成長す
ること、薄いめっき層から成長すること、光沢Ｓｎでは
無光沢Ｓｎめっきより発生しやすいこと、光沢剤は成長
を早めること等が知られているが、その発生メカニズム
は十分に解明されておらず、また、発生を評価する方法
も未確立の状態にある。

【０００４】現在、無鉛はんだ導入目標を達成する為に
部品の無鉛化が進められているが、部品の電極又は端子
めっきから鉛を除くと、錫ウイスカが発生し、トラブル
が想定される。特に表面実装型の電気部品では、錫ウイ
スカの有効な判定方法はこれまで知られてはいない。

【０００５】本発明は、上記のような従来の実情に鑑み
てなされたものであって、その目的は、表面実装型の電
気部品について、比較的簡易な構造でありながら、確実
にウイスカ発生状況の判定を行える試験方法及び試験用
治具を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意検討を重
ねた結果、これまで実現できなかった表面実装型電気部
品についてのウイスカの発生状況を極めて効果的な手法
により、容易かつ正確に判定できること見出し、本発明
に到達した。

【０００７】即ち、本発明は、配線基板上に表面実装型
の電気部品を接続固定した後、前記配線基板に対する前
記電気部品の接続固定部に曲げストレスを加え、この状
態で加速試験に供するようにした試験方法に係わるもの
である。

【０００８】本発明は又、表面実装型の電気部品を接続
固定した配線基板の一端側を固定する固定手段と；この
固定状態で前記配線基板の他端側を変形させる変形手段
と；を有する試験用治具に係わるものである。

【０００９】本発明によれば、表面実装型の電気部品を
実装した配線基板の接続固定部に曲げストレスを与えた
状態で配線基板を固定した試験用治具を用いて加速試験
を行えるために、前記接続固定部でのウイスカの発生を
加速し、比較的簡易且つ確実にウイスカの発生状況の評
価を行え、且つ試験時間を短縮できる。

【００１０】又、本発明においては、一端側が固定され
た配線基板の他端側を変形させる手段を有するから、前
記加速試験のために必要な配線基板の変形を比較的容易
かつ確実に行え、更に表面実装型の電気部品の接続固定
部に損傷を与えずに曲げストレスをかけることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明においては、前記曲げスト
レスを容易に生じさせるために、前記電気部品を接続固
定した前記配線基板の一端側を固定し、その他端側を変
形させて前記曲げストレスを発生させるのが好ましい。

【００１２】又、はんだの無鉛化のために、前記電気部
品を鉛フリーはんだにより前記配線基板に接続固定する
のが好ましい。

【００１３】又、前記配線基板の固定及び変形のため
に、前記配線基板の前記一端側を固定する固定用クラン
パと、前記配線基板の前記他端側を押圧して変形させる
可動式クランパとを有するのが好ましい。

【００１４】又、試験時間短縮のために、前記電気部品
を接続固定し、前記変形した状態の前記配線基板を保持
したまま加速試験槽に入れるのが好ましい。

【００１５】以下に、本発明の好ましい実施の形態を図
面の参照下に詳しく説明する。

【００１６】先ず、図３について、表面実装型電気部品
（ＳＭＤ：Surface Mount Device）２をプリント基板６
に実装する工程を説明する。

【００１７】最初に、図３の（１）に示すように、基板
６上に導電材を設け、その後にこの導電材をパターニン
グすることによって電極（ランド）５及びこれに連設し
た配線を形成する。

【００１８】次に、図３の（２）に示すように、電極３
を具備したチップ部品２を、電極３がランド５の上面に
接触するようにプリント基板６上に載置する。

【００１９】次に、ランド５の上面及び部品の電極３が
覆われるように無鉛はんだ４によってはんだ付けを行
い、はんだ付け部１７によってランド５とチップ部品２
とを電気的に接続する。

【００２０】このようにして表面実装型電気部品を実装
した基板１を作成する（但し、これは試験に供する基板
である）。

【００２１】次に、本実施の形態における試験用治具に
ついて説明する。

【００２２】本実施の形態における試験用治具８は、図
１及び図２に示すように、例えば四角形のベース１２上
の２個所の角付近に、表面実装型電気部品２を実装した
基板１の端部を例えば二つの楕円柱状の固定部１１によ
って挟んで固定する固定用クランパ９がそれぞれ設けら
れている。

【００２３】更に、他の２個所の角を含む辺付近には、
ベース１２上に逆Ｌ字型のアーム部１３が固定されてい
る。そして、このアーム部１３の上面両端付近にはねじ
切られた穴１８があり、ここを、表面実装型電気部品２
を実装した基板１への接触部１４が先端に設けられたね
じボルト状の可動式クランパ１０が回転しつつ上下に移
動する。

【００２４】そして、曲げストレス付与の際には、一端
側を固定用クランパ９の固定部１１によって固定され、
表面実装型電気部品２を実装した基板１の他端側を、可
動式クランパ１０に設けられかつ表面実装型電気部品２
を実装した基板１の他端側の上面に接合する接触部（ク
ランプ部）１４を介して可動式クランパ１０のねじ込み
により下方へ移動させ、破線の如くに任意の距離押し下
げることによって、表面実装型電気部品２を実装した基
板１のはんだ付け部１７に機械的な曲げストレスを加
え、その状態で固定する。

【００２５】次に、図４に示すように、この状態のまま
試験用治具８を例えば恒温恒湿槽１６や熱衝撃槽等の内
部に保存し、所定の時間が経過した後に取り出してはん
だ付け部１７の表面を観察し、ウイスカの長さ等の発生
状況を測定する。

【００２６】ここで、上記の基板において用いられるは
んだの種類は、例えばＳｎめっき、Ｓｎ−Ｃｕめっ
き、Ｓｎ−Ｂｉめっき等のように、主にＳｎ（錫）を
主成分とする合金であれば任意であってよい。

【００２７】さて、本実施の形態における曲げストレス
発生時の条件については、下記のように行うことができ
る。

【００２８】図１に示すように、試験用治具８において
表面実装型電気部品を実装した基板１への可動式クラン
パ１０による押え距離（表面実装型電気部品を実装した
基板１の変形量）をＢ（単位：ｍｍ）とし、表面実装型
電気部品を実装した基板１の長さをＡ（単位：ｍｍ）と
すると、ＡとＢとの比率は（５０：１〜１０：１）とす
る。例えば、Ａの値が９０ｍｍから１００ｍｍの場合に
は、Ｂの値は数ｍｍ程度が好ましいと考えられる。

【００２９】実際に、Ａ：Ｂを例えば３０：１に設定
し、Ａの値を９０ｍｍにすると、Ｂの値は３ｍｍにな
り、三角関数を用いた概算によると、表面実装型電気部
品を実装した基板１の端部は約２度下に向けて曲がるこ
とになる。これらのＡ及びＢのそれぞれの値は、曲げス
トレスが生じる同等の効果があれば自由に変えてよい。

【００３０】次に、表面実装型電気部品を実装した基板
を用いてウイスカ発生状況を判定するための各種試験に
ついて説明する。

【００３１】まず、ウイスカ発生の要因には次の３つが
挙げられる。即ち、冷熱サイクル応力による発生、酸化
（高温、高湿）による応力による発生、機械的応力（曲
げ部に内在）による発生等である。

【００３２】さらに、ウイスカは、温度及び湿度による
ストレス、熱衝撃によるストレス、機械的なストレス等
が重なることにより、成長が加速されるが、例えば試験
用治具を用いることによって生じる機械的なストレス
と、温度及び湿度によるストレス（恒温恒湿槽内で発
生）、又は熱衝撃（熱衝撃槽内で発生）等によるストレ
スとの組み合わせにより、成長がさらに加速される。

【００３３】そして、実際に恒温恒湿槽や熱衝撃槽に入
れて試験する標準的な時間は、例えば５００時間とする
ことができる。しかし、本実施の形態により機械的曲げ
ストレスを加えて加速することによって、５００時間か
かる試験が例えば１００時間で完了するなどの効果が期
待される。ただし、所定の効果があれば、標準的な時間
を５００時間以外にしてもよい。

【００３４】更に、具体的な試験条件を下記のように定
めてもよい。

【００３５】例えば冷熱試験においては、温度が−３５
℃で３０ｍｉｎ〜１０５℃で３０ｍｉｎのサイクルを１
サイクルとして、冷却と加熱を繰り返してもよい。その
ΔＴ（温度差）は１４０℃である。又、温度が−３５℃
で３０ｍｉｎ〜１２５℃で３０ｍｉｎのサイクルを１サ
イクルとして、冷却と加熱を繰り返すこともできる。そ
のΔＴ（温度差）は１６０℃である。そして、上記条件
で１５０、５００及び１０００サイクル後に観察しても
よい。ただし、所定の効果があれば、上記以外の温度や
サイクル条件で試験を行なってもよい。

【００３６】又、恒温恒湿試験においては、例えば、温
度が８５℃、湿度が８５％であってよい。さらに上記条
件で１５０、５００時間観察してもよい。ただし、所定
の効果があれば、温度や湿度の観察時間等の条件を変え
ることができる。

【００３７】又、恒温保持試験は、５５℃で行ってよ
い。さらに、１５０、５００時間観察してもよい。ただ
し、所定の効果があれば、温度や観察時間等の条件を変
えてもよい。

【００３８】さらに、本実施の形態の試験用治具におい
ては、下記のことを考慮してよい。

【００３９】例えば、ベース部１３の幅、長さ、高さ、
形状、取付け個数、取付け位置、取付け方法等は、所定
の効果があれば、自由に変えてよい。

【００４０】又、アーム部１３におけるねじ穴１８の直
径、取付け個数、取付け位置等は、所定の効果があれ
ば、自由に変えてよい。

【００４１】又、固定用クランパ９及び可動式クランパ
１０はねじボルト状の形状であれば、幅、長さ、高さ、
形状、取付け個数等は、所定の効果があれば、自由に変
えてよい。

【００４２】又、接触部１４の幅、長さ、高さ、形状、
個数等は所定の効果があれば、自由に変えてよい。

【００４３】又、固定部１１の幅、長さ、高さ、形状、
取付け個数、取付け位置、取付け方法等は、所定の効果
があれば、自由に変えてよい。固定部１１におけるねじ
穴１８の直径、取付け個数、取付け位置等は、所定の効
果があれば、自由に変えてよい。

【００４４】本実施の形態における試験用治具を使用す
る加速試験においては、配線基板の接続固定部（はんだ
付け部）に曲げストレスを与えた状態で固定した試験用
治具を用い、この試験用治具をそのまま試験槽内に入れ
て加速試験を行なえるために、加速試験の工程を比較的
簡易にでき、加速試験の評価を確実に行え、かつ試験時
間を短縮できる。

【００４５】又、本実施の形態における試験用治具にお
いては、一端側が固定された配線基板の他端側を変形さ
せる手段を有するために、配線基板の変形を比較的容易
にかつ確実に行え、更に配線基板に対する電気部品の接
続固定部に損傷を与えずに曲げストレスをかけることが
できる。

【００４６】又、表面実装型電気部品を錫主成分のはん
だ付けで接続固定した状態で、配線基板を曲げ、はんだ
付け部に対する曲げストレスを生じさせることができる
ために、各種試験後に、基板のはんだ付け部に生じる針
状等のウイスカの発生状況を容易かつ正確に判定するこ
とができる。

【００４７】そして、各種試験によって得られた電気部
品の接続固定部に生じるウイスカの発生状況に関するデ
ータに基づいて、ウイスカの発生しにくい鉛フリーはん
だの組成を見出す可能性に道を開くものと考えられる。

【００４８】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
これは本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能で
ある。

【００４９】例えば、基板の一方の自由端部から他の方
の固定端部に向けて外部から押圧力を加えることによっ
て基板を撓ませ、この状態のまま固定する治具等によっ
て曲げストレスを生じさせることができる。

【００５０】また、基板の一方の自由端部と他方の自由
端部とを互いに引き寄せて基板を撓ませ、この状態のま
ま固定する治具等によって曲げストレスを生じさせるこ
とができる。

【００５１】また、材質の違った素材のはんだ付け部を
有する基板を同時に同じ試験槽内で試験してもよい。

【００５２】また、上記の試験用治具を１個だけでな
く、複数個用いて同時に同じ試験槽内で試験してもよ
い。

【００５３】また、恒温恒湿試験、冷熱試験、恒温保持
試験等の他に、所定の効果を見出せば、他の種類の試験
を行なってもよい。

【００５４】なお、上述の例では、部品の電極３をスト
レスのかけ易いメタライズタイプのものとしたが、これ
に代えてリードタイプ等としてもよい。

【００５５】

【発明の作用効果】本発明によれば、表面実装型の電気
部品を実装した配線基板の接続固定部に曲げストレスを
与えた状態で配線基板を固定した試験用治具を用いて加
速試験を行なえるために、前記接続固定部でのウイスカ
の発生を加速し、比較的簡易かつ確実にウイスカの発生
状況の評価を行え、かつ試験時間を短縮できる。

【００５６】又、本発明においては、一端側が固定され
た配線基板の他端側を変形させる手段を有するから、前
記加速試験のために必要な配線基板の変形を比較的容易
かつ確実に行え、更に表面実装型の電気部品の接続固定
部に損傷を与えずに曲げストレスをかけることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における試験用治具の正面
図である。

【図２】同、試験用治具の平面図である。

【図３】同、表面実装型電気部品を実装するプロセスを
順次示す断面図である。

【図４】同、恒温恒湿槽内の試験用治具の正面図であ
る。

【図５】従来例における表面実装型電気部品を実装した
基板を示す断面図である。

【図６】同、ウイスカの模式図である。

【符号の説明】

１…表面実装型電気部品を実装した基板、２…チップ部
品、３…電極、４…はんだ、５…ランド、６…基板、８
…試験用治具、９…固定用クランパ、１０…可動式クラ
ンパ、１１…固定部、１２…ベース、１３…アーム部、
１４…接触部（クランプ部）、１６…恒温恒湿槽、１７
…はんだ付け部、１８…ねじ穴、５７…ウイスカ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板上に表面実装型の電気部品を接
続固定した後、前記配線基板に対する前記電気部品の接
続固定部に曲げストレスを加え、この状態で加速試験に
供するようにした試験方法。
【請求項２】前記電気部品を接続固定した前記配線基
板の一端側を固定し、その他端側を変形させて前記曲げ
ストレスを発生する、請求項１に記載の試験方法。
【請求項３】前記電気部品を鉛フリーはんだにより前
記配線基板に接続固定する、請求項１に記載の試験方
法。
【請求項４】表面実装型の電気部品を接続固定した配
線基板の一端側を固定する固定手段と；この固定状態で
前記配線基板の他端側を変形させる変形手段と；を有す
る試験用治具。
【請求項５】前記配線基板の前記一端側を固定する固
定用クランパと、前記配線基板の前記他端側を押圧して
変形させる可動式クランパとを有する、請求項４に記載
の試験用治具。
【請求項６】前記電気部品を接続固定し、前記変形し
た状態の前記配線基板を保持したまま加速試験槽に入れ
る、請求項４に記載の試験用治具。
【請求項７】前記電気部品が前記配線基板に対し鉛フ
リーはんだにより接続固定される、請求項４に記載の試
験用治具。