JP2003101215A - ハンダ接合部余命予測装置およびハンダ接合部余命予測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の使用状況に応じて精度よくエリアアレ
イ接合パッケージ部品のハンダ接合部の余命を予測する
こと。 【解決手段】 アレイ状のハンダボールによってプリン
ト基板１０１にハンダ接合されるＣＳＰ部品１０５のハ
ンダ接合部の余命を予測するためのセンサボード１０７
であって、プリント基板１０１との接合に用いるアレイ
状のハンダボールと、自センサボードとプリント基板１
０１との間のハンダ接合部の導通不良を検出する導通セ
ンサと、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＳＰ（Chip S
ize Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）等、エリア
アレイ接合パッケージのハンダ接合部の余命を予測する
ためのハンダ接合部余命予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリント基板上には、図７に示
すように、さまざまな部品がハンダ接合される。プリン
ト基板の熱膨張と部品の熱膨張とがミスマッチする場
合、温度変化によって、部品とプリント基板との間のハ
ンダ接合部に応力が繰り返しかかり、疲労破壊が発生す
る。特に、ＣＳＰやＢＧＡ等、アレイ状のハンダボール
によってプリント基板にハンダ接合されるエリアアレイ
接合パッケージでは、微小なハンダ接合部に応力がダイ
レクトにかかるため、疲労破壊が発生しやすい。図８
は、歪量と疲労破壊による不良発生サイクルとの関係を
示す図である。Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ則によれ
ば、繰り返される歪量が小さいほど、疲労破壊による不
良発生までのサイクル数は大きくなる。

【０００３】ところで、近年、環境保護や省資源に対す
る要求が高まり、製品に用いられるプリント基板の再利
用が求められている。この再利用を行うためには、プリ
ント基板にハンダ接合された部品の余命を知る必要があ
る。また、再利用以外でも、部品の余命を予測すること
は重要である。特に、エリアアレイ接合パッケージで
は、ハンダ接合部の余命が部品の余命に大きく影響す
る。従来は、製品設計段階で保証年数を想定した信頼性
試験を行い、所定の年数を保証して製品を市場に投入し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術によれば、エリアアレイ接合パッケージ部品を実
装した製品の使用状況（温度等の使用環境や使用頻度な
ど）はさまざまであり、エリアアレイ接合パッケージ部
品のハンダ接合部の余命も使用状況によってさまざまで
あるにも関わらず、実際の使用状況に応じた余命予測を
行わないため、精度のよい部品の余命予測を行うことが
できないという問題点があった。

【０００５】この発明は上記に鑑みてなされたものであ
って、実際の使用状況に応じて精度よくエリアアレイ接
合パッケージ部品のハンダ接合部の余命を予測すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるハンダ接合部余命予測装置は、
アレイ状のハンダボールによってプリント基板にハンダ
接合されるエリアアレイ接合パッケージ部品のハンダ接
合部の余命を予測するためのハンダ接合部余命予測装置
であって、前記プリント基板との接合に用いるアレイ状
のハンダボールと、自装置と前記プリント基板との間の
ハンダ接合部の導通不良を検出する導通センサと、を具
備するものである。

【０００７】この請求項１のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、アレイ状のハンダボールによってプリント
基板と接合し、導通センサが、自装置と前記プリント基
板との間のハンダ接合部の導通不良を検出する。これに
より、ハンダ接合部余命予測装置を予測対象のエリアア
レイ接合パッケージ部品と同様の使用状況に置いて予測
を行うことができる。

【０００８】また、請求項２にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１に記載のハンダ接合部余命予測装
置において、自装置と前記プリント基板との熱膨張係数
差が、前記エリアアレイ接合パッケージ部品と前記プリ
ント基板との熱膨張係数差と同等あるいは該熱膨張係数
差以上となる材料によって構成されたものである。

【０００９】この請求項２のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、自装置とプリント基板との熱膨張係数差
が、エリアアレイ接合パッケージ部品とプリント基板と
の熱膨張係数差以上となる材料によって構成する場合、
エリアアレイ接合パッケージ部品に比して早く疲労破壊
が発生する。

【００１０】また、請求項３にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１または２に記載のハンダ接合部余
命予測装置において、前記エリアアレイ接合パッケージ
部品の接合部と同じ形状であり、前記エリアアレイ接合
パッケージ部品の接合部と同じ材料によって構成される
接合部を具備するものである。

【００１１】この請求項３のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、接続部が、エリアアレイ接合パッケージ部
品の接合部と同じ形状であり、エリアアレイ接合パッケ
ージ部品の接合部と同じ材料によって構成されることに
よって、予測対象のエリアアレイ接合パッケージ部品と
同条件で検出を行うことができる。

【００１２】また、請求項４にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１，２または３に記載のハンダ接合
部余命予測装置において、前記導通センサが、前記各ハ
ンダ接合部の導通不良を個別に検出するものである。

【００１３】この請求項４のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、導通センサが、各ハンダ接合部の導通不良
を個別に検出することによって、歪量が異なる接続点で
段階的に疲労破壊を検出することができる。

【００１４】また、請求項５にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載のハン
ダ接合部余命予測装置において、さらに、温度を検出す
る温度センサを具備するものである。

【００１５】この請求項５のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、温度センサが温度を検出することによっ
て、温度変化をモニタすることが可能となる。

【００１６】また、請求項６にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載のハン
ダ接合部余命予測装置において、さらに、自装置の歪を
検出する歪センサを具備するものである。

【００１７】この請求項６のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、歪サンサが、自装置の歪を検出することに
よって、ハンダ接合部余命予測装置の歪変化をモニタす
ることが可能となる。

【００１８】また、請求項７にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載のハン
ダ接合部余命予測装置において、前記エリアアレイ接合
パッケージ部品の動作と同期して発熱する発熱手段を具
備するものである。

【００１９】この請求項７のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、発熱手段が、エリアアレイ接合パッケージ
部品の動作と同期して発熱することによって、エリアア
レイ接合パッケージ部品の動作による発熱の影響を含め
て予命予測を行うことができる。

【００２０】また、請求項８にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１〜７のいずれか一つに記載のハン
ダ接合部余命予測装置において、さらに、前記各センサ
の検出データを記録するデータ記録手段を具備するもの
である。

【００２１】この請求項８のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、データ記録手段が、各センサの検出データ
を記録することによって、外部との信号の入出力を行う
必要がなくなり、また、外部に制御機能を持たせる必要
がなくなる。

【００２２】また、請求項９にかかるハンダ接合部余命
予測装置は、請求項１〜８のいずれか一つに記載のハン
ダ接合部余命予測装置において、さらに、前記各センサ
の検出データを外部に出力する出力手段を具備するもの
である。

【００２３】この請求項９のハンダ接合部余命予測装置
にあっては、出力手段が、前記各センサの検出データを
外部に出力することによって、外部の記録媒体を用いる
ことが可能となり、読み書きが容易となり、また、大量
のデータを扱うことが可能となる。

【００２４】また、請求項１０にかかるハンダ接合部余
命予測装置は、請求項９に記載のハンダ接合部余命予測
装置において、前記前記出力手段は、自装置の略中央に
配置された端子であるものである。

【００２５】この請求項１０のハンダ接合部余命予測装
置にあっては、自装置の略中央に配置された端子を出力
手段として用いる。これにより、出力手段の接合状態を
周辺部に比して長く保つことができる。

【００２６】また、請求項１１にかかるハンダ接合部余
命予測システムは、請求項９または１０に記載のハンダ
接合部余命予測装置と、前記ハンダ接合部余命予測装置
からの前記検出データに基づいて前記ハンダ接合部の余
命を予測する予測手段と、前記予測結果が所定の条件を
満たす場合に警告信号を発する警告手段と、を具備する
ものである。

【００２７】この請求項１１のハンダ接合部余命予測シ
ステムにあっては、ハンダ接合部余命予測装置が、検出
データを出力し、予測手段が、ハンダ接合部余命予測装
置からの検出データに基づいてハンダ接合部の余命を予
測し、警告手段が、予測結果が所定の条件を満たす場合
に警告信号を発する。これにより、疲労破壊発生のおそ
れを事前に予知することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態
を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この
実施の形態によってこの発明が限定されるものではな
い。図１は、この発明の一実施の形態にかかるプリント
基板の概略構成を示す説明図である。図１に示すよう
に、この実施の形態のプリント基板１０１には、挿入部
品１０２，チップ部品１０３，ＱＦＰ部品１０４および
ＣＳＰ部品１０５等、種々の部品がハンダ接合される。
また、これらの部品とともに、この発明の要部であるセ
ンサボード１０７がハンダ接合される。

【００２９】センサボード１０７は、ＣＳＰ部品１０５
のハンダ接合部の予命予測に用いられる。センサボード
１０７を予測対象のＣＳＰ部品１０５と同一のプリント
基板１０１に実装することによって、センサボード１０
７は、ＣＳＰ部品１０５と略同じ使用状況に置かれるこ
ととなる。なお、センサボード１０７の予測対象である
部品は、他の形状のエリアアレイ接合パッケージ部品で
あってもよいし、複数のエリアアレイ接合パッケージ部
品であってもよい。

【００３０】図２は、図１に示したセンサボード１０７
の概略内部構成を示す説明図である。センサボード１０
７は、自センサボードの温度を検出する温度センサ２０
１と、自センサボードとプリンタ基板１０１との間のハ
ンダ接合部の導通不良を検出する導通センサ２０２と、
自センサボードの歪を検出する歪センサ２０３と、これ
ら各センサの検出データを記録するデータ記録部２０４
と、予測対象のエリアアレイ接合パッケージ部品の動作
と同期して発熱するヒータ２０５と、を備える。温度セ
ンサ２０１は、自センサボードの温度を検出し、検出デ
ータを出力する。導通センサ２０２は、自センサボード
とプリンタ基板１０１との間のハンダ接合部の導通不良
を検出し、検出データを出力する。歪センサ２０３は、
自センサボードの歪を検出し、検出データを出力する。

【００３１】データ記録部２０４は、半導体メモリ等の
記録媒体を有し、これらの検出データを入力し、破壊履
歴，温度履歴および歪履歴を記録する。また、データ記
録部２０４は、自センサボードの中央付近の端子に接続
されており、記録したデータを、この端子を介して外部
に出力する。ヒータ２０５は、予測対象のエリアアレイ
接合パッケージ部品の動作熱に応じた熱を発生させる発
熱体を有し、予測対象のエリアアレイ接合パッケージ部
品の動作と同期して発熱する。これにより、予測対象の
エリアアレイ接合パッケージ部品の動作環境履歴も同時
に記録することができる。

【００３２】図３は、この実施の形態にかかるハンダ接
合部余命予測システムの概略構成を示す説明図である。
このハンダ接合部余命予測システムは、センサボード１
０７と、センサボード１０７からの検出データを入力し
て処理する外部処理装置３０２と、を備えている。図３
に示すように、センサボード１０７は、アレイ状のハン
ダボール３０１を有し、これらのハンダボール３０１に
よってプリント基板１０１にハンダ接合される。外部処
理装置３０２は、センサボード１０７から出力される検
出データに基づいてセンサボード１０７のハンダ接合部
の余命を予測する予測部３０３と、予測部３０３の予測
結果が所定の条件を満たす場合に警告信号を発する警告
部３０４と、を備えている。

【００３３】予測部３０３による予測では、予測対象の
エリアアレイ接合パッケージ部品とセンサボード１０７
との耐環境信頼性における相関を予め得て、この相関に
基づいて検出データと予命との関係を得ておく。この関
係を用いて予命予測を行うことができる。たとえば、セ
ンサボード１０７が、疲労破壊を検出した場合、予測対
象のエリアアレイ接合パッケージ部品の予命があとどれ
だけあるかを知ることができる。ここで、プリント基板
１０１に接続する接合部にかかる応力および歪は、接合
部の形状および材質によって大きく変化する。

【００３４】センサボード１０７の接合部は、予測対象
のエリアアレイ接合パッケージ部品の接合部と同じ形状
であり、該エリアアレイ接合パッケージ部品の接合部と
同じ材料よって構成される。これより、エリアアレイ接
合パッケージ部品と同条件で検出を行うことができる。
あるいは、センサボード１０７とプリント基板１０１と
の熱膨張係数差が予測対象のエリアアレイ接合パッケー
ジ部品とプリント基板１０１との熱膨張係数差と同等あ
るいは該熱膨張係数差以上となる材料によってセンサボ
ード１０７の接合部を構成してもよい。なお、センサボ
ード１０７は、この発明のハンダ接合部余命予測装置に
対応し、検出データを出力する入出力端子は、この発明
の出力手段に対応する。

【００３５】以上の構成において、この実施の形態の動
作について説明する。エリアアレイ接合においては、エ
リアアレイ接合部品の熱膨張とプリント基板１０１の熱
膨張とのミスマッチによる応力は、膨張中心から遠い接
合点ほど大きくなる。図４に示すように、導通センサ２
０２は、センサボード１０７の各ハンダ接合部３０１−
１〜３０１−５の抵抗値をそれぞれ個別に計測する。こ
れにより、加わる応力の大きさ別に段階的に予命を予測
できる。すなわち、異なるエリアアレイ接合パッケージ
部品に対する予測を同時に行うことができる。たとえ
ば、各ハンダ接合部３０１−１〜３０１−５に対して独
立に電圧Ｖを印加しておき、各ハンダ接合部３０１−１
〜３０１−５における電圧降下を検出することで導通不
良を検出する。

【００３６】図５は、この実施の形態にかかる温度履歴
および歪履歴の記録について説明する説明図である。図
５に示すように、データ記録部２０４は、温度履歴や歪
履歴を記録する。たとえば、予測部３０３は、データ記
録部２０４からのデータを入力し、温度変化の積分値や
歪変化の積分値を算出する。警告部３０４は、予測部３
０３の算出値と所定の基準値とを比較し、この算出値が
基準値を超えた場合に警告を発する。また、プリント基
板１０１の再利用の際に、データ記録部２０４のデータ
を読み出し、このデータに基づいて予命を判断すること
もできる。

【００３７】なお、前述した例では、データ記録部２０
４を設け、データをセンサボード１０７内に蓄積してい
たが、図６に示すセンサボード６０１のように、各セン
サ２０１〜２０３と入出力端子とを接続し、検出データ
をそのまま外部に出力してもよい。これにより、外部の
記録媒体を用いることが可能となり、読み書きが容易と
なり、また、大量のデータを扱うことが可能となる。

【００３８】前述した様に、この実施の形態のセンサボ
ード１０７では、アレイ状のハンダボールによってプリ
ント基板１０１と接合し、導通センサ２０２が、センサ
ボード１０７とプリント基板１０１との間のハンダ接合
部の導通不良を検出する。これにより、そのプリント基
板１０１にハンダ接合されたＣＳＰ部品１０５のハンダ
接合部の余命を判断することができるため、ＣＳＰ部品
１０５のハンダ接合部の余命を、実際の使用状況に応じ
て精度よく予測することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のハンダ
接合部余命予測装置（請求項１）は、アレイ状のハンダ
ボールによってプリント基板と接合し、導通センサが、
自装置と前記プリント基板との間のハンダ接合部の導通
不良を検出する。これにより、ハンダ接合部余命予測装
置を予測対象のエリアアレイ接合パッケージ部品と同様
の使用状況に置いて予測を行うことができるため、エリ
アアレイ接合パッケージ部品のハンダ接合部の余命を、
実際の使用状況に応じて精度よく予測することができ
る。

【００４０】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項２）では、自装置とプリント基板との熱膨張
係数差が、エリアアレイ接合パッケージ部品とプリント
基板との熱膨張係数差以上となる材料によって構成する
場合、エリアアレイ接合パッケージ部品に比して早く疲
労破壊が発生するため、エリアアレイ接合パッケージ部
品のハンダ接合部の不良発生を事前に予知することがで
きる。

【００４１】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項３）は、接続部が、エリアアレイ接合パッケ
ージ部品の接合部と同じ形状であり、エリアアレイ接合
パッケージ部品の接合部と同じ材料によって構成される
ことによって、予測対象のエリアアレイ接合パッケージ
部品と同条件で検出を行うことができるため、予測精度
を向上させることができる。

【００４２】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項４）は、導通センサが、各ハンダ接合部の導
通不良を個別に検出することによって、歪量が異なる接
続点で段階的に疲労破壊を検出することができるため、
予測精度を向上させる、あるいは複数のエリアアレイ接
合パッケージ部品に対する予測を行うことができる。

【００４３】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項５）は、温度センサが温度を検出することに
よって、温度変化をモニタすることが可能となるため、
温度変化に基づいてハンダ接合部の予命を予測すること
ができる。

【００４４】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項６）は、歪サンサが、自装置の歪を検出する
ことによって、ハンダ接合部余命予測装置の歪変化をモ
ニタすることが可能となるため、歪変化に基づいてハン
ダ接合部の予命を予測することができる。

【００４５】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項７）は、発熱手段が、エリアアレイ接合パッ
ケージ部品の動作と同期して発熱することによって、エ
リアアレイ接合パッケージ部品の動作による発熱の影響
を含めて予命予測を行うことができるため、予測精度を
向上させることができる。

【００４６】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項８）は、データ記録手段が、各センサの検出
データを記録するため、外部との信号の入出力を行う必
要がなくなり、また、外部に制御機能を持たせる必要が
なくなる。

【００４７】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項９）は、出力手段が、前記各センサの検出デ
ータを外部に出力することによって、外部の記録媒体を
用いることが可能となり、読み書きが容易となり、ま
た、大量のデータを扱うことが可能となるため、検出デ
ータの解析その他の処理が容易となる。

【００４８】また、この発明のハンダ接合部余命予測装
置（請求項１０）は、自装置の略中央に配置された端子
を出力手段として用いる。これにより、出力手段の接合
状態を周辺部に比して長く保つことができるため、ハン
ダ接合部余命予測装置の使用可能期間を延ばすことがで
きる。

【００４９】また、この発明のハンダ接合部余命予測シ
ステム（請求項１１）は、ハンダ接合部余命予測装置
が、検出データを出力し、予測手段が、ハンダ接合部余
命予測装置からの検出データに基づいてハンダ接合部の
余命を予測し、警告手段が、予測結果が所定の条件を満
たす場合に警告信号を発する。これにより、疲労破壊発
生のおそれを事前に予知することができるため、製品ト
ラブルを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態にかかるプリント基板
の概略構成を示す説明図である。

【図２】図１に示したセンサボードの概略内部構成を示
す説明図である。

【図３】この実施の形態にかかるハンダ接合部余命予測
システムの概略構成を示す説明図である。

【図４】この実施の形態にかかる各ハンダ接合部の導通
不良を個別に検出する動作について説明する説明図であ
る。

【図５】この実施の形態にかかる温度履歴および歪履歴
の記録について説明する説明図である。

【図６】この実施の形態にかかるセンサボードの他の構
成を示す説明図である。

【図７】従来のさまざまな部品がハンダ接合された基板
の一例を示す説明図である。

【図８】歪量と疲労破壊による不良発生サイクルとの関
係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ プリント基板 １０５ ＣＳＰ １０７，６０１ センサボード ２０１ 温度センサ ２０２ 導通センサ ２０３ 歪センサ ２０４ データ記録部 ２０５ ヒータ ３０１ ハンダボール ３０２ 外部処理装置 ３０３ 予測部 ３０４ 警告部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大倉 秀章 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2G060 AA09 AA10 AE28 AF07 EA05 EB07 HC10 HD03 KA15 5E319 AA03 AB05 AC01 CC22 CD52 GG03 GG15

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アレイ状のハンダボールによってプリン
   ト基板にハンダ接合されるエリアアレイ接合パッケージ
   部品のハンダ接合部の余命を予測するためのハンダ接合
   部余命予測装置であって、 前記プリント基板との接合に用いるアレイ状のハンダボ
   ールと、 自装置と前記プリント基板との間のハンダ接合部の導通
   不良を検出する導通センサと、 を具備することを特徴とするハンダ接合部余命予測装
   置。
2. 【請求項２】 自装置と前記プリント基板との熱膨張係
   数差が、前記エリアアレイ接合パッケージ部品と前記プ
   リント基板との熱膨張係数差と同等あるいは該熱膨張係
   数差以上となる材料によって構成されたことを特徴とす
   る請求項１に記載のハンダ接合部余命予測装置。
3. 【請求項３】 前記エリアアレイ接合パッケージ部品の
   接合部と同じ形状であり、前記エリアアレイ接合パッケ
   ージ部品の接合部と同じ材料によって構成される接合部
   を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の
   ハンダ接合部余命予測装置。
4. 【請求項４】 前記導通センサは、前記各ハンダ接合部
   の導通不良を個別に検出することを特徴とする請求項
   １，２または３に記載のハンダ接合部余命予測装置。
5. 【請求項５】 さらに、温度を検出する温度センサを具
   備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに
   記載のハンダ接合部余命予測装置。
6. 【請求項６】 さらに、自装置の歪を検出する歪センサ
   を具備することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一
   つに記載のハンダ接合部余命予測装置。
7. 【請求項７】 さらに、前記エリアアレイ接合パッケー
   ジ部品の動作と同期して発熱する発熱手段を具備するこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のハ
   ンダ接合部余命予測装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記各センサの検出データを記
   録するデータ記録手段を具備することを特徴とする請求
   項１〜７のいずれか一つに記載のハンダ接合部余命予測
   装置。
9. 【請求項９】 さらに、前記各センサの検出データを外
   部に出力する出力手段を具備することを特徴とする請求
   項１〜８のいずれか一つに記載のハンダ接合部余命予測
   装置。
10. 【請求項１０】 前記出力手段は、自装置の略中央に配
    置された端子であることを特徴とする請求項９に記載の
    ハンダ接合部余命予測装置。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載のハンダ接
    合部余命予測装置と、 前記ハンダ接合部余命予測装置からの前記検出データに
    基づいて前記ハンダ接合部の余命を予測する予測手段
    と、 前記予測結果が所定の条件を満たす場合に警告信号を発
    する警告手段と、 を具備することを特徴とするハンダ接合部余命予測シス
    テム。