JP2003273288A

JP2003273288A - 耐衝撃強度評価方法及び評価装置と半導体装置

Info

Publication number: JP2003273288A
Application number: JP2002069452A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Morita; 俊章守田; Ryoichi Kajiwara; 良一梶原; Hironori Kodama; 弘則児玉; Isao Ueno; 勲上野; Satoru Okabe; 悟岡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-26
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: JP3888193B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品や電子素子の接続部の耐衝撃性評価を
定量的に行い、長期信頼性を損なう事のない適切な材料
選定，接合条件の特定が行える評価方法と、その評価装
置を提供する。【解決手段】半導体装置の接合部強度評価法であって、
衝撃的な力を前記半導体装置の所定の位置に与えて接合
部を破壊させ、破壊に要した時間を前記半導体装置の接
合部の耐衝撃強度指標とする半導体実装部耐衝撃強度評
価方法及びその評価装置とすることにより達成される。
半導体装置の接合部強度評価法であって、半導体装置の
はんだボール搭載部に加速度運動を行う治具を衝撃的に
衝突させて前記はんだボールを接合部から破壊させ、前
記治具に加わる最大加速度値から前記はんだボールの接
合部破壊に要した力を前記はんだボールの接合部破壊に
要した耐衝撃強度とする半導体実装部耐衝撃強度評価方
法及びその評価装置とすることにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
に搭載された接続用金属突起物（バンプ）の接合部，配
線基板に搭載された半導体パッケージ，半導体素子，受
動素子部品等の接合部に対する衝撃的な強度測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板への電子部品や電子素子
の実装，電線と端子との接続等のために、従来よりはん
だが用いられている。従来のはんだはＳｎ−Ｐｂ共晶は
んだ（以下ＳｎＰｂ系と記す）が一般的であったが、近
年では環境汚染の問題からＰｂの全廃が推進されてい
る。従来のＳｎＰｂ系に代わる材料として、Ｓｎをベー
スに数種類の金属を添加したＰｂフリーはんだが各種提
案されている。例えば、Ｐｂの代わりにＡｇを含有させ
たＳｎＡｇ系，Ｂｉを含有させたＳｎＢｉ系，Ｚｎを含
有させたＳｎＺｎ系の各Ｐｂフリーはんだが代表的であ
る。

【０００３】ところで、ＢＧＡ(ボールグリッドアレ
イ）パッケージやＣＳＰ(チップサイズパッケージ）等
の半導体パッケージに搭載されたはんだボール（はんだ
バンプとも言う）の接合強度，プリント配線基板のよう
な配線基板上に形成された導体パターンに搭載された電
子部品の接合強度の大小は、搭載する電子部品の接続信
頼性を評価する上で極めて重要である。半導体部品に搭
載された配線基板との接続用はんだボール接続部，はん
だを介して搭載された電子部品の接合部、あるいはワイ
ヤボンディング部等の微小な接合部の接合強度を評価す
る方法として、引張試験，せん断試験等が従来より用い
られている。せん断試験の例は特開２０００−３２１１
９６に開示されている。図１３はその概略を示したもの
で、接触ツール３００で測定物（例えばはんだボール）
３０１をせん断破壊させ、破壊に要した最大荷重をせん
断破壊強度として測定する。この従来装置のせん断スピ
ードは、一般には数１０〜数１００μｍ／sec 程度で用
いられることが多い。速くても４mm／sec 程度であっ
た。

【０００４】次に、引張試験方法の１例を図１４に示
す。測定物３０１を引張治具４００で挟んで上方に引張
り、はんだ部を破壊させる。破壊に要した最大荷重を引
張破壊強度として測定する。図１５は引張り試験のもう
一つの例を示したものである。測定プローブ５００を加
熱して測定物３０１を最溶融させ、その後冷却して測定
物を凝固させる。次に測定プローブ５００を上方に引張
り、はんだ部を破壊させる。破壊に要した最大荷重を引
張破壊強度として測定する。引張り速度は数１０μｍ／
sec 程度で用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Ｐｂフリ
ーはんだ材を適用した場合、その接続部に対する信頼性
確保のための課題が山積されているのが現状である。特
に、機器の小型化・携帯化に伴い落下などの衝撃ではん
だ接続部が破壊するケースが増えている。このため、Ｐ
ｂフリーはんだ材料を選定する上で接続部の耐衝撃性向
上対策が重要になってきている。

【０００６】はんだ接続部の一般的な衝撃性評価は、Ｂ
ＧＡ，ＣＳＰ等のパッケージ単品を所定のトレー，ケー
スなどに固定し、所定の高さから床面に落下させ、落下
回数に対するはんだボール脱落数をカウントするか、あ
るいは所定の基板にＢＧＡ，ＣＳＰ等のパッケージを搭
載して所定の高さから床面に落下させてパッケージ脱落
有無を確認するといった定性的な方法のみで行われてい
た。図１０は単品BGAパッケージに対して行った、リフ
ロー回数に対するボール脱落個数の関係を示したもので
ある。リフロー回数に対してボール脱落数が増えていく
傾向があることが確認できる。しかし、同一リフロー条
件で同様のサンプルに対する試験結果（図１１）に示す
ように、リフロー回数に対してボール脱落数が増えてい
く傾向は確認できるけれども、その軌跡は図１０と一致
しない。これはトレーの落下状態が一定ではないためで
ある。つまり、ある落下時にはトレーが床面に平行に落
下、別のある落下時にはトレーの端部が床面に激突、と
いうように、その落下状態が一定にはならない。これで
は許容できるリフロー回数を正確に設定することができ
ない。

【０００７】さらに、従来の落下試験法では所定の位置
に所定の力を正確に付与することは不可能である。従っ
てパッケージの構造に起因するはんだボール接合性優劣
の評価は行えない。

【０００８】このように、上記落下試験方法は定量的に
物理量を正確に測定する評価方法ではないため、信頼性
確保のための境界を設けることができなかった。また、
従来から行われているせん断破壊強度試験や引張破壊強
度試験による評価では、はんだボール衝撃性評価が充分
に評価できない問題もあった。図１２は上記と同様のパ
ッケージ、及びリフロー条件を用い、リフロー回数に対
するせん断破壊強度変化を示したもので、リフロー回数
に対するはんだボール脱落数も併せて示した。せん断速
度は４mm／ｓである。これによるとはんだボール脱落数
が増え、明らかに耐衝撃性が低下しているにもかかわら
ず、せん断破壊強度はほとんど変化していないことが判
る。せん断速度が遅いため、はんだバルクでの破断が支
配的になっている。このため接合部界面の衝撃的な破壊
現象が再現されない。この傾向は引張試験についても同
様である。従って、従来から用いられている接合強度評
価方法では衝撃破壊の優劣を評価することは困難であ
る。

【０００９】このように従来から行われている衝撃性評
価や接合強度評価方法では、適切な耐衝撃性評価とその
接合信頼性向上対策が行えない大きな問題点を抱えてい
た。

【００１０】本発明の目的は、電子部品や電子素子の接
続部の耐衝撃性評価を定量的に行い、長期信頼性を損な
うことのない適切な材料選定，接合条件の特定が行える
評価方法と、その評価装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題は、半導体装置
の所定の位置に１０mm／ｓ以上の衝撃的なせん断力を与
えて接合部を破壊させ、その破壊に要した時間を測定す
ることにより達成される。

【００１２】例えば半導体装置のはんだボール搭載部に
一定の加速度運動を行う治具を衝突させて前記はんだボ
ールを接合部から破壊させ、その際、時間に対する前記
治具の速度変化を測定し、破断に要した時間、或いはは
んだボールの弾性、塑性変形に要した時間を測定し、前
記はんだボール接合部の耐衝撃強度とする半導体実装部
耐衝撃強度評価方法及びその評価装置とすることにより
達成される。

【００１３】他方、例えば半導体装置のはんだボール搭
載部に加速度運動を行う治具を衝撃的に衝突させて前記
はんだボールを接合部から破壊させ、前記治具に加わる
加速度の時間に対する変化から前記はんだボールの接合
部破壊に要した最大化速度値を割り出し、前記はんだボ
ール搭載部の接合部の耐衝撃強度とする半導体実装部耐
衝撃強度評価方法及びその評価装置とすることにより達
成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施例１）以下に本発明の実施
例を図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明の実施例の一つの構成を示し
たもので光学式速度測定器をもつ接合部耐衝撃強度評価
装置１００の側面図である。図２は図１の左側方向から
見た側面図である。耐衝撃強度評価装置は主にベース板
１と、ベース板１に固定された支柱２と、支柱２の上部
に設置された軸受け３（図２に図示）と、その軸受け３
に対応する回転軸を有するアーム４と、アーム４の先端
に取り付けられた重り５と、測定サンプル６を載せる台
７と、軸受け３に対応する回転軸と同一回転軸に装備さ
れたアーム４の振り上げ角度を測定するための円板８
と、アーム４を一時的に固定する固定解放装置９と、レ
ーザー光を利用したアーム４の先端に取り付けられた重
り５の運動を調べるための回折パターン認識装置１０
と、その回折パターン認識装置１０からの信号を処理し
て重り５の速度を求める解析装置１１と、その解析結果
を表示する表示器１２と、アーム４の振り上げ角度を測
定する角度測定器１３と、アーム４の振り上げ角度を表
示する表示器１４とから構成される。１５ははんだボー
ル、２０は速度解析装置１１からの信号に対して高速に
サンプリングできる装置である。

【００１６】なお、本実施例の装置は、アーム系（アー
ム４を含めた軸受け３の中心から重り５の先端までを指
す）の弾性変形エネルギーは無視できうる構造として作
製されている。

【００１７】図２において、１６は軸受け３に対応する
回転軸と同一回転軸を有し、アーム４を所定の角度にま
で振り上げるためのモーターである。

【００１８】次にレーザー光を利用した速度測定の原理
を説明する。

【００１９】レーザー光を粗面（拡散反射をする面；こ
こでは重りの側面）に当てるとスペックルパターンと呼
ばれる干渉縞を生じる。これはレーザー光が粗面に当る
時に微妙に粗面との距離に差ができることにより拡散光
に位相差ができる。この位相差によって光の干渉が起
き、明と暗の干渉縞となる。この干渉縞は粗面の状態に
より変化する。粗面が静止していれば干渉縞も静止して
いる。粗面が移動すればこの干渉縞も移動し、粗面が移
動することにより粗面の状態も変化する。よって干渉縞
の縞模様も変化する。この干渉縞が変化し移動する状態
をイメージセンサーで捉える。干渉縞は粗面の材質に影
響を受けずに発生するけれども、センサーへの感度向上
のため、白黒のスリット模様の入ったシールを粗面に貼
り付けることが望ましい。

【００２０】レーザー光を粗面に当てると反射光が干渉
してスペックルパターンとなり、粗面が移動するとパタ
ーンも移動するが、この移動量は以下のように測定す
る。回折パターン認識装置１０の受光素子は１次元のイ
メージセンサーを使用している。イメージセンサーはち
ょうど受光素子が一定の間隔に並んでいるような形状を
している。例えば、リセット値がＯＮの時に図３（１）
のスペックルパターンがイメージセンサーに入光された
とする。リセット入力がＯＦＦして図３（２）のパター
ンにイメージセンサーの入光が変化してプラス方向にイ
メージセンサー１個分（例えば２０μｍ）移動したとす
ると、２０μｍの移動量を検出する。ＯＮ→ＯＦＦ→Ｏ
Ｎの一定時間間隔より速度が換算され、速度値が表示さ
れる。

【００２１】次に以上の構成による耐衝撃強度評価装置
の動作を説明する。

【００２２】図１において、回折パターン認識装置１０
から放射されるレーザー光を遮るように、重り５が通過
するように高さ方向において調整されている。

【００２３】まず衝撃試験を行う前の準備から説明す
る。アーム４を鉛直方向に垂らした状態で測定サンプル
を載せる台７に測定サンプル６を載せる。このとき測定
サンプル６上のはんだボールが、重り５の先端部のすぐ
横でかつ重り５の軌跡上に位置するように位置調整す
る。このとき角度測定器１３でアーム４と重り５が鉛直
方向にあることを確認しておく。

【００２４】次に、角度測定器１３と角度測定円板８を
用いて所定の振り上げ角を設定し、所定の振り上げ角に
までアーム４を振り上げ、固定解放装置９で一時固定す
る。その後固定を解除するとアーム４は回転運動を開始
し、最下点に達したときに測定サンプル上のはんだボー
ルに重り５の先端が衝突し、はんだボール接合部を衝撃
的に破壊させる。このとき、重り５のはんだボールに衝
突する直前からボール破壊までの時間に対する速度変化
を、速度解析装置からの信号に対して高速にサンプリン
グできるサンプリング装置２０により測定する。測定値
はパーソナルコンピュータに取り込み、データの管理と
解析を行う。測定には重りの重量２０グラム、重りの衝
突直前の速度は約１７００mm／ｓとした。

【００２５】図４はサンプリング装置２０によってサン
プリングした速度データを時間に対して示したものであ
る。図４中のｋ点はアーム４の先端の重り５の先端がは
んだボールに衝突する直前の速度、図４中のｌ点はアー
ム４の先端の重り５の先端がはんだボール接合部を衝撃
破壊した直後の速度である。ｋ点からｌ点までに要した
時間ｔ０を測定し、はんだボール接合部の耐衝撃強度指
標とする。

【００２６】また、図４中のα領域は、重り５の先端が
はんだボールに衝突してからはんだボールの弾性変形、
及びはんだボールの塑性変形時の速度変化に対応する
（時間ｔ１の領域）。図４中のβ領域ははんだボール接
合部を破壊するのに要した速度変化に対応する（時間ｔ
２の領域）。時間ｔ１、或いはｔ２を測定することによ
り、本実施例装置でははんだボールの弾性塑性変形部、
界面破断部とを分離して評価することも可能であるた
め、純粋にはんだボール接合部の衝撃性に対する接合エ
ネルギーを評価することが可能である。例えば図４中の
α領域において、速度の積分値ははんだボールの変形に
要した最大ひずみ吸収量に相当する。このひずみ量はは
んだボール物性に依存するものである。この値の大小と
接合部破断に要した全エネルギーとの関係を考慮するこ
とにより、はんだ材の物性が加味できる、より高度な耐
衝撃性評価を行うことができる。

【００２７】また、時間に対する速度変化からパーソナ
ルコンピュータソフトなどを用いて加速度変化に変換す
ることが可能である。このときの加速度の絶対値の最大
値から衝撃破壊に要した最大荷重を算出することが可能
である。この最大荷重を耐衝撃強度評価とすることも可
能である。

【００２８】なお、本実施例において、ＢＧＡ，ＣＳＰ
等のパッケージに搭載されたはんだボールの他、配線基
板上に形成したはんだボール，フリップチップ接続に用
いる半導体素子上に形成した金属突起物（バンプ）等の
接合部信頼性評価に対しても有効である。

【００２９】（実施例２）図５は本発明の実施例の一つ
の構成を示したもので速度測定器をもつ耐衝撃強度評価
装置１００の側面図である。耐衝撃強度評価装置は主に
ベース板１と、ベース板１に固定された支柱２と、支柱
２の上部に設置された軸受け（図示せず）と、その軸受
けに対応する回転軸を有するアーム４と、アーム４の先
端に取り付けられた重り５と、測定サンプル４０を載せ
る台７と、軸受けに対応する回転軸と同一回転軸に装備
されたアーム４の振り上げ角度を測定するための円板８
と、アーム４を一時的に固定する固定解放装置９と、レ
ーザー光を利用したアーム４の先端に取り付けられた重
り５の運動を調べるための回折パターン認識装置１０
と、その回折パターン認識装置１０からの信号を処理し
て重り５の速度を求める解析装置１１と、その解析結果
を表示する表示器１２と、アーム４の振り上げ角度を測
定する角度測定器１３と、アーム４の振り上げ角度を表
示する表示器１４とから構成される。２０は速度解析装
置１１からの信号に対して高速にサンプリングできる装
置である。測定サンプル４０はＢＧＡパッケージであ
る。

【００３０】次に以上の構成による耐衝撃強度評価装置
の動作を説明する。

【００３１】図５において、回折パターン認識装置１０
から放射されるレーザー光を遮るように、重り５が通過
するように高さ方向において調整されている。

【００３２】まず衝撃試験を行う前の準備から説明す
る。アーム４を鉛直方向に垂らした状態で測定サンプル
を載せる台７に測定サンプル６を載せる。このとき測定
サンプル４０の側面が、重り５の先端部のすぐ横でかつ
重り５の軌跡上に位置するように位置調整する。このと
き角度測定器１３でアーム４と重り５が鉛直方向にある
ことを確認しておく。次に、角度測定器１３と角度測定
円板８を用いて所定の振り上げ角を設定し、所定の振り
上げ角にまでアーム４を振り上げ、固定解放装置９で一
時固定する。その後固定を解除するとアーム４は回転運
動を開始し、最下点に達したときに測定サンプル４０の
側面に重り５の先端が衝突し、測定サンプル４０を衝撃
的に破壊させる。

【００３３】このとき、重り５のはんだボールに衝突す
る直前からボール破壊までの時間に対する速度変化を、
速度解析装置からの信号に対して高速にサンプリングで
きるサンプリング装置２０により測定する。測定値はパ
ーソナルコンピュータに取り込み、データの管理と解析
を行う。

【００３４】なお、本実施例において、測定サンプル４
０はＢＧＡ，ＣＳＰ等のパッケージ部品の他、フリップ
チップ接合、あるいはダイボンディングされた半導体素
子のような能動素子、または図６に示すようなチップ抵
抗，コンデンサ，ソレノイドコイル等のディスクリート
部品６０と呼ばれる受動素子のはんだ接合部に対しても
有効である。特に図６に示したディスクリート部品６０
に対しては、図６中の矢印方向に衝撃的な力を与えるよ
りも図６中の●部に垂直方向に与えたほうが効果的であ
る。なお、図６において、６１は電極、６２ははんだ、
６３は配線基板である。

【００３５】（実施例３）図７は本発明の実施例の一つ
の構成を示したもので加速度センサーをもつ耐衝撃強度
評価装置１００の側面図である。耐衝撃強度評価装置は
主にベース板１と、ベース板１に固定された支柱２と、
支柱２の上部に設置された軸受け３（図２に図示と同
一）と、その軸受け３に対応する回転軸を有するアーム
４と、アーム４の先端に取り付けられた加速度センサー
が装備された重り５と、測定サンプル６を載せる台７
と、軸受け３に対応する回転軸と同一回転軸に装備され
たアーム４の振り上げ角度を測定するための円板８と、
アーム４を一時的に固定する固定解放装置９と、レーザ
ー光を利用したアーム４の先端に取り付けられた重り５
の運動を調べるための回折パターン認識装置１０と、そ
の回折パターン認識装置１０からの信号を処理して重り
５の速度を求める解析装置１１と、その解析結果を表示
する表示器１２と、アーム４の振り上げ角度を測定する
角度測定器１３と、アーム４の振り上げ角度を表示する
表示器１４とから構成される。１５ははんだボール、２
０は速度解析装置１１からの信号に対して高速にサンプ
リングできる装置である。

【００３６】次に以上の構成の耐衝撃強度評価装置によ
るサンプリング方法を説明する。

【００３７】図７において、回折パターン認識装置１０
から放射されるレーザー光を遮るように、重り５が通過
するように高さ方向において調整されている。

【００３８】まず衝撃試験を行う前の準備から説明す
る。アーム４を鉛直方向に垂らした状態で測定サンプル
を載せる台７に測定サンプル６を載せる。このとき測定
サンプル６上のはんだボールが、重り５の先端部のすぐ
横でかつ加速度センサーを装備した重り５の軌跡上に位
置するように位置調整する。このとき角度測定器１３で
アーム４と重り５が鉛直方向にあることを確認してお
く。

【００３９】次に、角度測定器１３と角度測定円板８を
用いて所定の振り上げ角を設定し、所定の振り上げ角に
までアーム４を振り上げ、固定解放装置９で一時固定す
る。その後固定を解除するとアーム４は回転運動を開始
し、最下点に達したときに測定サンプル上のはんだボー
ルに重り５の先端が衝突し、はんだボール接合部を衝撃
的に破壊させる。このとき、重り５のはんだボールに衝
突する直前からボール破壊までの時間に対する加速度変
化を、速度解析装置からの信号に対して高速にサンプリ
ングできるサンプリング装置２０により測定する。測定
値はパーソナルコンピュータに取り込み、データの管理
と解析を行う。測定には重りの重量２０グラム、重りの
衝突直前の速度は約１７００mm／ｓとした。

【００４０】図８は加速度センサーつき重り５が感知し
た、ボールに衝突してから破壊させるまでの時間に対す
る加速度の変化を示したものである。図８において、加
速度の最大値をａ、本実施例における振り子系の質量を
ｍとすると、破壊に要した力Ｆは、Ｆ＝ｍａで与えられ
る。破壊に要した時間ｔ５、或いは衝突開始から最大化
速度に達するまでの時間ｔ６は衝撃破壊強度指標とする
ことができる。また、この加速度曲線の時間に対する積
分値から耐衝撃性を評価することもできる。例えば、最
大加速度値が小さいため耐衝撃性が小さく判定された場
合でも、上記ｔ５、或いはｔ６が長ければ時間、或いは
積分値として比較した結果は同等と評価することができ
ることもある。はんだ材料自体の耐衝撃性に優れるか否
かの判断をする場合には、最大加速度値比較よりも、破
壊に要した時間比較、或いは積分値比較が適切な場合も
ある。

【００４１】また、上記積分値をはんだボールの変形抵
抗（ひずみ速度が増大すると降伏応力が増大して変形し
づらくなる現象）として評価することもできる。

【００４２】なお本実施例において、ＢＧＡ，ＣＳＰ等
のパッケージに搭載されたはんだボールの他、配線基板
上に形成したはんだボール，フリップチップ接続に用い
る半導体素子上に形成した金属突起物（バンプ）等の接
合部信頼性評価に対しても有効である。

【００４３】さらに、ＢＧＡ，ＣＳＰ等のパッケージ部
品、フリップチップ接合、あるいはダイボンディングさ
れた半導体素子のような能動素子，チップ抵抗，コンデ
ンサ，ソレノイドコイル等のディスクリート部品と呼ば
れる受動素子のはんだ接合部に対しても本実施例は有効
である。

【００４４】（実施例４）本実施例は図１を用いて説明
する。

【００４５】図１において、重りの重さ、及び衝突直前
の重りの速度を、あらかじめ所定の値になるように設定
しておく。つまり、はんだボールに衝突する直前の振子
系の慣性力を所定の値に設定しておく。この慣性力を用
いてはんだボールに重りを衝突させ、ボールが破断した
か否かを確かめる。耐衝撃性の評価は、例えば所定の数
のはんだボールに対して試験した結果、破断したボール
数で比較することで評価する。本実施例は、ＢＧＡ，Ｃ
ＳＰ等のパッケージに搭載されたはんだボールの他、配
線基板上に形成したはんだボール，フリップチップ接続
に用いる半導体素子上に形成した金属突起物（バンプ）
等の接合部信頼性評価に対しても適用できる。さらに、
ＢＧＡ，ＣＳＰ等のパッケージ部品，フリップチップ接
合、あるいはダイボンディングされた半導体素子のよう
な能動素子，チップ抵抗，コンデンサ，ソレノイドコイ
ル等のディスクリート部品と呼ばれる受動素子のはんだ
接合部に対しても有効である。

【００４６】以上までに、本発明の実施例について説明
した。本発明における耐衝撃強度評価装置１００は、実
施例記載の範囲に限定されるものではない。

【００４７】また、測定箇所は金属同志の接合部に限定
されるものではない。

【００４８】なお、本発明においては、はんだボール破
壊用治具（例えば図１における重り５）の速度を１０mm
／ｓ、あるいはそれ以上に速く設定することが望まし
い。図９ははんだボール接合部の耐衝撃強度をエネルギ
ーで評価した結果を示したもので、衝突させる重りの速
度をパラメータとした結果である。横軸は測定サンプル
ＢＧＡのリフロー回数で、一般にリフロー回数が増える
と接合部の耐衝撃性は劣化する。図９の結果から、１０
mm／ｓ以上になると劣化状態がはっきり判別できるよう
になっていることが判る。重りの衝突速度を高速に設定
することによって接合部の劣化状態が敏感に測定結果に
反映される。また、速度が１００mm／ｓになると耐衝撃
エネルギー劣化の度合いが大きくなっていることが判
る。軟らかい材料のはんだボールを対象とする場合に
は、はんだボール変形の影響を少なくし、接合部界面の
耐衝撃強度をより明確にするため、１００mm／ｓ以上と
することが望ましい。

【００４９】

【発明の効果】本発明の接合部耐衝撃強度評価方法によ
れば、従来のせん断破壊強度試験法，引張破壊強度試験
法や落下試験等では評価が困難であった定量的な接合部
耐衝撃強度評価が可能である。環境保全のためのＰｂフ
リーはんだを用いたパッケージや電子基板搭載部品に対
はんだボール接合部の定量的な耐衝撃性評価が行え、長
期的なはんだボールの接合信頼性評価や接合信頼性して
特に有効である。環境保全のためのＰｂフリーはんだを
用いたパッケージや電子基板搭載部品に対して特に有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一つの構成を示したもので速
度測定器をもつ耐衝撃強度評価装置の側面図である。

【図２】図１の左側方向から見た側面図である。

【図３】イメージセンサーに入光されたスペックルパタ
ーンの例である。

【図４】図１の装置によってサンプリングした速度デー
タを時間に対して示したものである。

【図５】本発明の実施例の一つの構成を示したものであ
る。

【図６】配線基板上に搭載したディスクリート部品であ
る。

【図７】本発明の実施例の一つの構成を示したもので加
速度センサーをもつ耐衝撃強度評価装置の側面図であ
る。

【図８】図７のはんだボール破壊用治具が感知した、ボ
ールに衝突してから破壊させるまでの時間に対する加速
度の変化を示したものである。

【図９】はんだボール接合部の耐衝撃強度をエネルギー
で評価した結果を示したもので、重りの速度をパラメー
タとした。

【図１０】単品ＢＧＡパッケージに対して行った、リフ
ロー回数に対するボール脱落個数の関係を示したもので
ある。

【図１１】リフロー回数に対するはんだボール脱落数を
示したものである。

【図１２】リフロー回数に対するせん断破壊強度変化を
示したもので、リフロー回数に対するはんだボール脱落
数も併せて示した。

【図１３】従来のせん断試験方法の概略を示したもので
ある。

【図１４】従来の常温式引張試験方法の概略を示したも
のである。

【図１５】従来の溶融式引張試験方法の概略を示したも
のである。

【符号の説明】

１…ベース板、２…支柱、３…軸受け、４…アーム、５
…重り、６，４０…測定サンプル、７…測定サンプルを
載せる台、８…角度測定円板、９…アーム固定解放装
置、１０…回折パターン認識装置、１１…速度解析装
置、１２…速度表示器、１３…角度測定器、１４…角度
表示器、１５…はんだボール、１６…モーター、１７…
高さ測定器、２０…サンプリング装置、３０…丸棒、３
１…はんだボール接合部破壊用治具、３２…解析装置、
４１…測定サンプル接合部破壊用治具、５０…半導体チ
ップ、５１…電極パッド、５２…Ａｕバンプ、５３…レ
ジスト、６０…ディスクリート部品、６１…電極、６２
…はんだ、６３…配線基板、７０…測定面、１００…耐
衝撃強度評価装置。

フロントページの続き (72)発明者児玉弘則茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者上野勲茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岡部悟茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１０mm／ｓ以上の速度で運動する治具によ
り、構造体の所定の部位にせん断力を加え、前記構造体
の所定の部位を破壊させて前記部位の耐衝撃強度を評価
する耐衝撃強度評価方法。
【請求項２】１０mm／ｓ以上の速度で運動する治具によ
り、構造体の所定の部位にせん断力を加え、前記構造体
の所定の接合部を破壊させて前記接合部の耐衝撃強度を
評価する耐衝撃強度評価方法。
【請求項３】請求項１乃至２において、前記治具が角速
度運動を行うことを特徴とする耐衝撃強度評価方法。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記破壊に要し
た時間を耐衝撃強度指標とする耐衝撃強度評価方法。
【請求項５】請求項１乃至３において、前記破壊に要し
た前記治具の加速度の絶対値の最大値、あるいは前記加
速度の絶対値の最大値と前記治具の質量との積、または
加速度の積分値を耐衝撃強度指標とする耐衝撃強度評価
方法。
【請求項６】請求項１乃至３において、前記破壊に要し
た前記治具の加速度値が０のときから前記加速度の絶対
値が最大となったときまでの時間を測定し、これを耐衝
撃強度指標とする耐衝撃強度評価方法。
【請求項７】請求項６において、前記加速度値が０のと
きから前記加速度の絶対値が減少する領域の所定の加速
度値までの時間を測定し、これを耐衝撃強度指標とする
耐衝撃強度評価方法。
【請求項８】請求項１乃至３において、前記構造体の所
定の部位、または所定の接合部を破壊させる際の破壊部
のひずみを測定し、前記ひずみを耐衝撃強度指標とする
耐衝撃強度評価方法。
【請求項９】請求項１乃至３において、構造体の所定の
部位に所定の運動エネルギーを持った治具をせん断方向
に加え、前記構造体の所定の部位、または所定の接合部
の破壊有無を耐衝撃強度指標とする耐衝撃強度評価方
法。
【請求項１０】請求項９において、運動エネルギーを持
った治具が、角速度運動を行う所定の重量の治具である
ことを特徴とした耐衝撃強度評価方法。
【請求項１１】請求項１乃至３において、破壊に要した
前記治具の時間に対する速度、または加速度を測定し、
その変化を解析することによって耐衝撃強度指標を得る
耐衝撃強度評価方法。
【請求項１２】請求項１乃至１１において、前記治具の
速度が１００mm／ｓ以上であることを特徴とする耐衝撃
強度評価方法。
【請求項１３】半導体素子、あるいは半導体パッケージ
上に形成した球状はんだ接合部の強度、或いは強度指標
を測定する請求項１乃至１２に記載の耐衝撃強度評価方
法。
【請求項１４】配線基板に搭載された半導体素子，半導
体パッケージ，半導体モジュール，受動部品の接合部の
耐衝撃強度、或いは耐衝撃強度指標を測定する請求項１
乃至１２に記載の耐衝撃強度評価方法。
【請求項１５】配線基板に搭載された半導体素子，半導
体パッケージ，半導体モジュール，受動部品の耐衝撃強
度、或いは耐衝撃強度指標を測定する請求項１乃至１２
に記載の耐衝撃強度評価方法。
【請求項１６】請求項１乃至１２のいずれかに記載の耐
衝撃強度評価方法を利用して、構造体の所定の部位、ま
たは構造体の所定の接合部の耐衝撃強度、あるいは耐衝
撃強度指標を測定する耐衝撃強度評価装置。
【請求項１７】構造体の耐衝撃強度評価装置であって、
少なくとも前記構造体を固定する機構、前記構造体の所
定の部位に１０mm／ｓ以上の速度で運動する治具により
せん断力を付与する機構、及び前記せん断力を付与する
治具の時間に対する速度、或いは加速度を計測する機構
を装備した耐衝撃強度評価装置。
【請求項１８】請求項１６において、さらに前記せん断
力を付与する治具の速度、或いは加速度を演算する機構
を装備した耐衝撃強度評価装置。
【請求項１９】請求項１乃至１５のいずれかに記載の耐
衝撃強度評価方法により得られた強度、あるいは強度指
標を用いて、耐衝撃性を保証、もしくは耐衝撃性の指標
とした構造体。
【請求項２０】請求項１乃至１５のいずれかに記載の耐
衝撃強度評価方法により得られた強度、あるいは強度指
標を用いて、耐衝撃性を保証、もしくは耐衝撃性の指標
とした半導体装置。