JP2004045343A

JP2004045343A - はんだ接合部の寿命診断方法及び装置

Info

Publication number: JP2004045343A
Application number: JP2002206297A
Authority: JP
Inventors: Yuuji Kuri; 久里　裕二; Masamitsu Kato; 加藤　正満; Kazuto Kawakami; 川上　和人
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】非破壊で、はんだ接合部の破断寿命を正確且つ迅速に算出する。
【解決手段】部品と基板との間を接合する　はんだ接合部が　き裂発生から破断するまでの破断寿命Ｎ_ｆを診断するための　はんだ接合部の寿命診断装置２０であって、予め各部品と、電極構造と、き裂進展速度ｄとが関連付けて記憶されると共に、予め基板上の各部品の配置が記憶されるメモリ部２１と、基板に実装された各部品の温度を測定するための温度測定部２２と、温度測定部２２による測定結果に基づき、メモリ部２１を参照して最大の温度ストレスを受ける部品を特定し、この特定した部品に関し、メモリ部２１を参照して対応する　き裂進展速度ｋを設定し、このき裂進展速度ｋに基づいて、破断寿命Ｎ_ｆを算出するデータ処理部２３とを備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ接合部の寿命を診断するはんだ接合部の寿命診断方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子回路は、プリント配線が形成された基板上に電子部品が搭載され、電子部品が基板にはんだ接合されて形成されている。
しかしながら、はんだ接合部は経年的に劣化し、主に熱ストレスや機械的ストレス等に応じて、き裂や剥離を発生させる性質をもつ。また、この種のき裂や剥離は、負荷の大小に応じて電子部品の寿命よりも電子回路の寿命を短くさせる。
【０００３】
これに対し、はんだ成分を調整して長寿命化を図る方式が知られている。例えば共晶はんだにＡｇなどを添加する方式や、環境に影響があるとされる鉛の無いはんだ（鉛フリーはんだ）を用いる方式などである。
【０００４】
しかしながら、長寿命化にも限界がある。このため、はんだ接合部の劣化・き裂の発生によるトラブルを無くす観点から、係る劣化・き裂等を検出してメンテナンスの時期を把握するための、はんだ接合部の寿命診断方法が検討されている。
【０００５】
係る　はんだ接合部の寿命診断方法は、電子部品の材料毎の材料定数、環境因子としての温度、繰り返し数など、といった膨大な材料データをコンピュータにより解析し、き裂の発生までのき裂発生寿命や、き裂の進展による破断までの破断寿命を推定するものである。
【０００６】
例えば、特開平３−１２８４３１号公報に記載された寿命診断では、はんだ接合部に一般的に用いられるコフィン・マンソン（Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ）則により、共晶はんだのき裂発生までの繰り返し数Ｎ_ｆ’（以下、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’ともいう）を（１）式で算出するものである。
【０００７】
Ｎ_ｆ’＝△ε^２　　　…（１）
但し、△ε^２：相当塑性歪み振幅（温度サイクルに発生する最高温度と最低温度の繰返し時の歪み）。
【０００８】
詳しくは、この従来方式では、一般にＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析を実施し、相当塑性歪み振幅△ε^２を求め、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’を算出している。
【０００９】
しかしながら、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’により、き裂が発生するまでのサイクル数を理解しても、き裂が発生した段階では実際の製品稼動に影響が無い場合が多い。一方、はんだ接合部にき裂が発生・進展し破断するまでの寿命をＦＥＭ解析で求める事は非常に膨大な時間を要する。
【００１０】
また、この寿命診断に伴い、実基板を用いて現地環境を模擬した冷熱サイクル試験や恒温放置試験等の加速試験というように、はんだ接合部を長期間、使用環境に暴露する暴露試験が行われている。
【００１１】
さらに、はんだ接合部の電気特性の劣化状態や寿命を診断する際には、その電子部品の一部又は全部を回収して破壊試験が行なわれる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の寿命診断方法では、膨大な材料データの解析と、長期間の暴露試験とを要するため、寿命の算出までに膨大な時間を必要とする。一方、適宜、処理を省略すると、正確性を低下させる可能性がある。また、電子部品の破壊試験を行なうと、その電子回路が使用不可となってしまう。
【００１３】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、非破壊の手法により、はんだ接合部の破断寿命を正確且つ迅速に算出し得る　はんだ接合部の寿命診断方法及び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】
第１の発明は、部品と基板との間を接合する　はんだ接合部が　き裂発生から破断するまでの破断寿命Ｎ_ｆを診断するための　はんだ接合部の寿命診断方法であって、予め前記電極構造毎に、前記算出に用いる算出パラメータが記憶される工程と、前記部品の電極構造に対応する前記算出パラメータに基づいて、前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する工程を備えた　はんだ接合部の寿命診断方法である。
【００１５】
従って、第１の発明は、本発明者の知見により、破断寿命に大きく影響する電極構造という因子に基づいて、破断寿命を求めるので、非破壊の手法により、はんだ接合部の破断寿命を正確且つ迅速に算出することができる。
【００１６】
第２の発明は、部品と基板との間を接合する　はんだ接合部が　き裂発生から破断するまでの破断寿命Ｎ_ｆを診断するための　はんだ接合部の寿命診断装置であって、予め各部品と、電極構造と、き裂進展速度ｄとが関連付けて記憶される第１記憶手段と、予め前記基板上の各部品の配置が記憶される第２記憶手段と、前記基板に実装された各部品の温度を測定するための温度測定手段と、前記温度測定手段による測定結果に基づき、前記第１及び第２記憶手段を参照して最大の温度ストレスを受ける部品を特定する部品特定手段と、前記部品特定手段により特定された部品に関し、前記第１記憶手段を参照して対応する　き裂進展速度ｋを設定し、このき裂進展速度ｋに基づいて、前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する寿命算出手段と、を備えた　はんだ接合部の寿命診断装置である。
【００１７】
これにより、第２の発明は、第１の発明の作用に加え、部品を実装済の機器製品基板を寿命診断の対象とすることにより、機器製品トラブルを事前に察知でき、更にメンテナンス周期を決定することができる。また、サンプルを非破壊で劣化診断できることから、短時間で低コストの寿命診断を行なうことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明するが、その前に本発明に係るはんだ接合部の寿命診断方法の概要を述べる。
この寿命診断方法は、本発明者の実験により得られた「はんだ接合部のき裂進展速度が電極構造により異なる」旨の知見に基づき、はんだ接合部の寿命診断の正確性の向上を図るものである。
【００１９】
ここで、本発明者の実験は、はんだ接合部に生じた　き裂の進展速度が、電極構造・部品形状により異なる値となることを見出したものである。詳しくは、き裂が、電極構造・部品形状に従い、はんだ接合部の内部を進展する場合と、電極とはんだ接合部との界面を進展する場合とで進展速度が異なることが見出されている。
【００２０】
以下に、本発明者による実験について説明する。
（準備）
電極構造の代表例として、電子部品に使用される一般的な３種類の構造を用いた。具体的には、角型電極構造、打曲げ電極構造及びガルウィング電極構造の３種類を用いた。
【００２１】
角型電極構造は、チップコンデンサ等に使用され、図１０に示すように、角型電極１が誘電体２を上下で囲み、上下の電極１の長さが互いにほぼ等しいものである。
【００２２】
打曲げ電極構造は、電力型チップ抵抗器等に使用され、図１１に示すように、打曲げ電極３の上下のリード３ａ，３ｂの長さが異なり、上部のリード３ａが樹脂モールド４内部で固定されたものである。
【００２３】
ガルウイング電極構造は、ＩＣ等に使用され、図１２に示すように、樹脂モールド６から出たガルウィング電極５の下側の部分が内曲げとは逆の外曲げ形状に形成されたものである。
また、以上の電極構造をもつ各々の部品を実装したプリント基板を用意した。
【００２４】
（実験）
実験としては、準備工程で用意したプリント基板に対し、冷熱サイクル試験機により冷熱サイクルを供給し、各部品のはんだ接合部を加速劣化させて断面を観察した。ここで、冷熱サイクル試験機は、−４０℃⇔＋１２５℃各３０分を１回の冷熱サイクルとし、最大３０００回の冷熱サイクルをプリント基板に供給した。
【００２５】
図１３は冷熱サイクル供給後の各電極構造の断面を写真撮影して示す断面図であり、図１４乃至図１６は各断面の模式図である。各図１４〜図１６中、１０は電子部品（角型電極構造）、１１は角型電極、１２は　はんだ接合部、１３は　き裂、１４はランド、１５はプリント基板、１６は電子部品（打曲げ電極構造）、１７は打曲げ電極、１８は電子部品（ガルウィング電極構造）、１９はガルウィング電極、Ｌは　はんだ接合長さＬを夫々表している。
【００２６】
図示するように、電極構造毎にき裂１３の長さが異なる。例えば角型電極構造は、図１３（ａ）及び図１４に示すように、き裂１３の長さが三者の中で最も長い。また、打曲げ電極構造は、図１３（ｂ）及び図１５に示すように、き裂１３の長さが三者の中で最も短い。ガルウィング電極構造は、図１３（ｃ）及び図１６に示すように、き裂１３の長さが三者の中間である。ここで、き裂１３の長さは、き裂進展速度に比例し、き裂発生までの繰り返し数に反比例すると考えられる。
【００２７】
また、き裂１３の進展経路は、はんだ接合部を経由して電極１１，１７，１９と、はんだ接合部１２との界面を進むことが分かる。
以上の結果から得られた　き裂発生までの繰り返し数Ｎ_ｆ’と、き裂進展速度ｋを表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
ここで、き裂発生までの繰返し数Ｎ_ｆ’は、実験を円滑に進める観点から、次に示すような従来方式により、予め推測してもよい。この従来方式は、はんだ接合部に一般的に用いられるコフィン・マンソン（Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ）則により、共晶はんだのき裂発生までの繰り返し数Ｎ_ｆ’（以下、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’ともいう）を（１）式で算出するものである。
【００３０】
Ｎ_ｆ’＝△ε^２　　　…（１）
但し、△ε^２：相当塑性歪み振幅（温度サイクルに発生する最高温度と最低温度の繰返し時の歪み）。
【００３１】
詳しくは、この従来方式では、一般にＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析を実施し、相当塑性歪み振幅△ε^２を求め、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’を算出している。
【００３２】
しかしながら、き裂発生寿命Ｎ_ｆ’により、き裂が発生するまでのサイクル数を理解しても、き裂が発生した段階では実際の製品稼動に影響が無い場合が多い。一方、はんだ接合部にき裂が発生・進展し破断するまでの寿命をＦＥＭ解析で求める事は非常に膨大な時間を要する。
【００３３】
従って、本発明者は上述した実験に基づき、各電極構造に応じて破断までの繰返し数Ｎ_ｆ（以下、破断寿命Ｎ_ｆともいう）を算出する技術を提案する。
【００３４】
（破断寿命の算出）
始めに、き裂進展速度ｋを加速する加速係数Ａ_Ｌを（２）式により算出する。
【００３５】
Ａ_Ｌ＝（△ｔ／△ｔ_ｒ）^２　　　…（２）
但し、△ｔ：試験時の温度差、△ｔ_ｒ：実使用環境の温度差。
【００３６】
破断寿命Ｎ_ｆは、はんだ接合部の長さをＬとしたとき、（３）式に示される。
【００３７】
Ｎ_ｆ＝Ｌ／（ｋ／Ａ_Ｌ）［サイクル］　　…（３）
ここで、表１中の各き裂進展速度ｋを（３）式に代入すると、角型電極構造の破断寿命Ｎ_ｆを示す（４）式、打曲げ電極構造の破断寿命Ｎ_ｆを示す（５）式、及びガルウィング電極構造の破断寿命Ｎ_ｆを示す（６）式が得られる。
【００３８】
Ｎ_ｆ＝Ｌ／（１．５２×１０^−６／Ａ_Ｌ）　…（４）
Ｎ_ｆ＝Ｌ／（０．１３×１０^−６／Ａ_Ｌ）　…（５）
Ｎ_ｆ＝Ｌ／（０．３×１０^−６／Ａ_Ｌ）　　…（６）
以下、角型電極構造を例にとり、試験温度が＋１２５℃〜−５５℃の間で、温度差△ｔ＝１６５℃と、実使用環境が＋８５℃〜０℃で温度差△ｔ_ｒ＝８５℃の場合で破断寿命Ｎ_ｆを算出する。まず、加速係数Ａ_Ｌは、（２）式から次のようになる。
【００３９】
Ａ_Ｌ＝（△ｔ／△ｔ_ｒ）^２
＝（１６５／８５）^２＝４．２５
ここで、はんだ接合部の長さＬ＝１ｍｍとすると、（４）式から破断寿命Ｎ_ｆが得られる。
【００４０】

この破断寿命Ｎ_ｆは、仮に１日に１回の温度サイクルとしてき裂が発生した後、破断するまでに７．６年（＝２７９６サイクル／３６５日）かかることを示している。
【００４１】
なお、内曲げ電極構造及びガルウイング電極構造についても、同様に破断寿命Ｎ_ｆを算出可能となっている。
【００４２】
以上が、はんだ接合部の寿命診断方法の概要である。続いて、このような寿命診断方法を適用した実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るはんだ接合部の寿命診断装置の構成を示す模式図である。この寿命診断装置２０は、メモリ部２１、温度測定部２２、データ処理部２３及び通信装置２４を備えている。
【００４３】
ここで、メモリ部２１は、予め特性テーブル２１ａ、部品テーブル２１ｂ及び基板配置図２１ｃがデータ処理部２３から読出可能に記憶されたものである。
【００４４】
特性テーブル２１ａは、図２に一例を示すように、電極構造毎に、き裂進展速度ｋを示すものである。
【００４５】
部品テーブル２１ｂは、図３に一例を示すように、寿命診断対象となる部品を識別するための部品番号毎に、部品サイズ、電極構造（部品形状）、及びはんだ接合部の長さ（ランドサイズ）を示すものである。
【００４６】
基板配置図２１ｃは、図４にその一部の一例を示すように、プリント基板上における部品の実際の位置を当該部品の部品番号により示すものである。
【００４７】
なお、部品テーブル２１ｂ及び基板配置図２１ｃは、電子部品の部品番号から電極構造を特定するためのものであるので、操作者により電極構造が入力される場合には省略してもよい。同様に他のデータ項目（部品サイズ、はんだ接合部の長さＬ）も操作者により入力される場合には省略してもよい。
【００４８】
温度測定部２２は、プリント基板上のはんだ接合部の温度を測定し、測定結果をデータ処理部２３に送出するものである。
【００４９】
データ処理部２３は、メモリ部２１を参照しつつ、温度測定部２２から受けた測定結果及び前述した（２）式及び（３）式に基づいて、図５のフローチャートに示すように破断寿命Ｎ_ｆを算出し、算出結果を通信装置２４に出力するものである。なお、出力先は、通信装置２４に限らず、記憶装置又は表示装置といった他の任意の装置に変更してもよい。
【００５０】
通信装置２４は、データ処理部２３から受けた算出結果をオンライン監視用の表示装置等（図示せず）に送信するものである。
【００５１】
次に、以上のように構成された　はんだ接合部の寿命診断装置による寿命診断方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
いま、各電極構造をもつ各電子部品が実装されたプリント基板が用意され、各電子部品におけるはんだ接合部の寿命診断を開始するとする。
【００５２】
このとき、寿命診断装置２０においては、温度測定部２２がプリント基板上のはんだ接合部の温度を測定し、測定結果をデータ処理部２３に送出する。
【００５３】
データ処理部２３は、操作者の操作により、部品番号又は電極構造が入力されると（ＳＴ１０）、メモリ部２１を参照して電極構造に対応する　き裂進展速度ｋを前述した（３）式に設定する（ＳＴ２０）。
【００５４】
しかる後、データ処理部２３は、温度測定部２２から受けた測定結果に基づいて、実際の使用環境における（最高温度と最低温度との）温度差Δｔ_ｒを算出し（ＳＴ３０）、この実温度差Δｔ_ｒを前述した（２）式に設定して加算係数Ａ_Ｌを算出する（ＳＴ４０）。なお、（２）式中、試験時の温度差Δｔは予め設定済である。
【００５５】
次に、データ処理部２３は、得られた加算係数Ａ_Ｌを（３）式に設定し、破断寿命Ｎ_ｆを算出する（ＳＴ５０）。
【００５６】
なお、（３）式中、はんだ接合部の長さＬは、予めデフォルト値が設定済であり、ステップＳＴ１０で部品番号が入力された際には、メモリ部２１を参照して部品番号に対応する値Ｌがデフォルト値に代えて設定されるものとする。
【００５７】
ステップＳＴ５０の完了後、データ処理部２３は、算出結果を通信装置２４に出力する。通信装置２４は、この算出結果をオンライン監視用の表示装置等（図示せず）に送信する。
【００５８】
上述したように本実施形態によれば、電極構造に対応する　き裂進展速度ｋに基づいて、破断寿命Ｎ_ｆを求めるので、非破壊の手法により、はんだ接合部の破断寿命を正確且つ迅速に算出することができる。
【００５９】
また、部品を実装済の機器製品基板を寿命診断の対象とすることにより、機器製品トラブルを事前に察知でき、更にメンテナンス周期を決定することができる。また、サンプルを非破壊で劣化診断できることから、短時間で低コストの寿命診断を行なうことができる。
【００６０】
以上に加え、本実施形態は、破断寿命Ｎ_ｆの算出式が実使用環境の温度差Δｔ_ｒを含むので、環境因子の値が変わっても、解析をし直す必要がないという利点をも有する。
【００６１】
すなわち、従来の寿命診断方法は、電子部品の自己発熱や実使用環境温度の変化により、環境因子の値が変わると、その都度、解析をし直す必要があるという欠点がある。一方、本実施形態は、係る欠点が解消されている。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る　はんだ接合部の寿命診断方法について、前述した図１乃至図４を援用して説明する。なお、以下の各実施形態も同様に、図１乃至図４に示す装置を用いている。
【００６３】
すなわち、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、「電子部品の大きさによっても　き裂進展速度ｋが異なる」旨の本発明者の別の知見に基づき、寿命診断の正確性の向上を図るものである。
【００６４】
本発明者の実験によれば、き裂進展速度ｋは、例えば図６及び表２に示すように、チップコンデンサのチップ長Ｌ_ｃに比例して増大する。
【００６５】
【表２】

【００６６】
このとき、き裂進展速度ｋは、（７）式のように示される。
【００６７】
ｋ＝０．２８５３Ｌ_ｃ−０．３８９　［μｍ／サイクル］　…（７）
なお、この（７）式は角型電極構造の式であり、補足すると、前述した表１のｋ＝１．５２は、チップ長Ｌ_ｃ＝６．７［ｍｍ］のときの値である。また、（７）式は角型電極構造の式であるが、他の電極構造の式も同様（数値は別）に示される。
【００６８】
一方、破断寿命Ｎ_ｆは、（８）式のように示される。
【００６９】
Ｎ_ｆ＝Ｌ／ｋ　［サイクル］　　　…（８）
従って、このような知見に基づき、本実施形態における寿命診断方法は図７のフローチャートに示すように行われる。なお、データ処理部２３の処理は図７の内容に変更されている。
【００７０】
始めに、ステップＳＴ１０の電極構造の入力までは、前述した通りに実行される。
次に、データ処理部２３は、操作者の操作により、チップコンデンサの部品サイズＬ_ｃが入力されると、上記（７）式に基づいて、き裂進展速度ｋを算出する（ＳＴ２０ｂ）。
【００７１】
続いて、データ処理部２３は、この算出結果と上記（８）式とに基づいて、破断寿命Ｎ_ｆを算出し（ＳＴ５０ａ）、前述同様に、算出結果を通信装置２４に出力する。
【００７２】
上述したように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、電子部品の大きさによっても、破断寿命Ｎ_ｆを算出することができる。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る　はんだ接合部の寿命診断方法について説明する。
本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、寿命診断の効率化を図る観点から、個々の電子部品の寿命診断をするのでは無く、プリント基板上で最初に破断寿命Ｎ_ｆに至る部品について寿命診断を行なうものである。
【００７４】
具体的には、プリント基板上の電子部品のうち、最も劣化し易いはんだ接合部をもつ電子部品を特定する機能をデータ処理部２３に設けている。
【００７５】
例えば、はんだ接合部の劣化は、最も温度が高い電子部品や、温度の繰返しが多い電子部品（オンオフの繰返しなど）に比較的生じやすい傾向にある。よって、本実施形態では、電子部品で最も熱ストレスが発生する電子部品を特定する機能をデータ処理部２３に設けた。この機能は、実温度差Δｔ_ｒと、温度サイクル数（最高温度と最低温度の繰り返し数）ｆとの積が最大となる電子部品を判定する内容となっている。
【００７６】
次に、以上のように構成された　はんだ接合部の寿命診断装置による寿命診断方法について図８のフローチャートを用いて説明する。なお、データ処理部２３の処理は、図８のＳＴ２〜ＳＴ６及び図５のＳＴ２０〜ＳＴ５０の内容に変更されている。
【００７７】
始めに、温度測定部２２は、プリント基板上のはんだ接合部の温度を測定し、測定結果をデータ処理部２３に送出する（ＳＴ１）。この場合、例えばプリント基板全体の温度分布を測定し、基板配置図２１ｃにより、各部品を識別可能としてもよい。
【００７８】
データ処理部２３は、この測定結果に基づいて、各部品毎に実温度差Δｔ_ｒを算出すると共に（ＳＴ２）、各部品毎に温度サイクル数ｆを計測し（ＳＴ３）、両者の積をストレス状態値Ｓとして（９）式に示すように、各部品毎に算出する（ＳＴ４）。
【００７９】
Ｓ＝ｆ・Δｔ_ｒ　［温度・サイクル数］　　…（９）
しかる後、データ処理部２３は、各部品のうち、最大のストレス状態値Ｓを持つ部品を特定し（ＳＴ５）、この特定した部品の電極構造をメモリ部２１から読み出す（ＳＴ６）。
【００８０】
以下、前述同様にステップＳＴ２０以降の処理が実行され、最大のストレス状態値Ｓをもつ部品について、対応する　き裂進展速度ｋを用いた寿命診断が実行される。
上述したように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、プリント基板上の各部品のうち、最も温度ストレスを受ける部品について寿命診断を行ない、得られた破断寿命Ｎ_ｆを基板全体の破断寿命と解釈できるので、プリント基板上の全ての部品を寿命診断する場合に比べ、寿命診断の効率を大幅に向上させることができる。
【００８１】
また、メモリ部２１から読出した電極構造を基に　き裂進展速度ｋを設定できるので、電極構造の入力を不要として、操作性を向上させることができる。
【００８２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る　はんだ接合部の寿命診断方法について説明する。
本実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、寿命診断の正確性の向上を図る観点から、最初に破断寿命Ｎ_ｆに至る部品を特定する際に、電極構造に対応した　き裂進展速度ｋの違いを考慮するものである。
【００８３】
具体的には、前述したストレス状態値Ｓに対し、電極構造に対応する　き裂進展速度ｋを乗じたストレス修正値Ｓ’を算出し、このストレス修正値Ｓ’に基づいて、最初に破断寿命Ｎ_ｆに至る部品を特定する機能をデータ処理部２３に設けている。
【００８４】
例えば、実温度差Δｔ_ｒと、温度サイクル数ｆとは、破断寿命Ｎ_ｆを決める重要な因子であるが、両者の積が最高値を示す電子部品が必ずしも最初に破断寿命Ｎ_ｆになるとは限らないことによる。
【００８５】
例えば、ｆ・Δｔ_ｒの積が最高値を示す電子部品が打曲げ電極構造の場合（き裂進展速度ｋ＝０．１３）と、ｆ・Δｔ_ｒの積が２番目に高い電子部品が角型電極構造（き裂進展速度ｋ＝１．５２）の場合とでは、角型電極構造の方が最初に破断寿命Ｎ_ｆに至る可能性がある。
【００８６】
よって、本実施形態では、ストレス状態値Ｓにき裂進展速度ｋを乗じたストレス修正値Ｓ’に基づいて、最初に破断寿命Ｎ_ｆに至る部品を特定する機能をデータ処理部２３に設けている。
【００８７】
次に、以上のように構成された　はんだ接合部の寿命診断装置による寿命診断方法について図９のフローチャートを用いて説明する。なお、データ処理部２３の処理は、図９のＳＴ２〜ＳＴ１０ａ及び図５のＳＴ２０〜ＳＴ５０の内容に変更されている。
【００８８】
始めに、ステップＳＴ４のストレス状態値Ｓの算出までは、前述した通りに実行される。
続いて、データ処理部２３は、各部品のうち、例えば上位１位〜３位のストレス状態値Ｓを持つ部品を特定し（ＳＴ５ａ）、この特定した部品毎に、電極構造に対応する　き裂進展速度ｋを（１０）式に設定して（ＳＴ６ａ）、各部品毎に、ストレス修正値Ｓ’を算出する（ＳＴ７）。
【００８９】
Ｓ’＝ｋ・Ｓ　　…（１０）
しかる後、データ処理部２３は、最大のストレス修正値Ｓ’を持つ部品を特定し（ＳＴ８）、この特定した部品の電極構造を設定する（ＳＴ１０ａ）。
【００９０】
以下、前述同様にステップＳＴ２０以降の処理が実行され、最大のストレス修正値Ｓ’をもつ部品について、対応する　き裂進展速度ｋを用いた寿命診断が実行される。
上述したように本実施形態によれば、第３の実施形態の効果に加え、き裂進展速度ｋにも基づいて、最大の温度ストレスを受ける部品を判定するので、より一層、寿命診断の正確性を向上させることができる。
【００９１】
なお、き裂進展速度ｋによるストレス修正値Ｓ’に代えて、はんだ接合長さＬを用いたストレス修正値Ｓ”を用いてもよい。この場合、はんだ接合長さＬに比例して破断寿命Ｎ_ｆが延びることから、ストレス修正値Ｓ”を（１１）式又は（１２）式に示すように求めればよい。
【００９２】
Ｓ”＝Ｓ／Ｌ　　　…（１１）
Ｓ”＝Ｓ’／Ｌ　　…（１２）
また同様に、破断寿命Ｎ_ｆを延ばす要因を分母にし、破断寿命Ｎ_ｆを縮める要因を分子にして、所望のストレス修正値を求める様に変形してもよい。
【００９３】
なお、上記各実施形態に記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。
【００９４】
また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
【００９５】
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
【００９６】
さらに、本発明における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【００９７】
また、記憶媒体は１つに限らず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。
【００９８】
尚、本発明におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。
【００９９】
また、本発明におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
【０１００】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【０１０１】
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、非破壊の手法により、はんだ接合部の破断寿命を正確且つ迅速に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る　はんだ接合部の寿命診断装置の構成を示す模式図
【図２】同実施形態における特性テーブルの一例を示す模式図
【図３】同実施形態における部品テーブルの一例を示す模式図
【図４】同実施形態における基板配置図の一例を示す模式図
【図５】同実施形態における寿命診断方法を説明するためのフローチャート
【図６】本発明の第２の実施形態に係る寿命診断方法に関する　き裂進展速度のチップ長さ依存性を示す図
【図７】同実施形態における寿命診断方法を説明するためのフローチャート
【図８】本発明の第３の実施形態に係る寿命診断方法を説明するためのフローチャート
【図９】本発明の第４の実施形態に係る寿命診断方法を説明するためのフローチャート
【図１０】本発明者の実験における角形電極構造を説明するための模式図
【図１１】同実験における内曲げ電極構造を説明するための模式図
【図１２】同実験におけるガルウイング電極構造を説明するための模式図
【図１３】同実験における各電極構造の断面を写真撮影して示す断面図
【図１４】図１３の角形電極構造の断面を示す模式図
【図１５】図１３の内曲げ電極構造の断面を示す模式図
【図１６】図１３のガルウイング電極構造の断面を示す模式図
【符号の説明】
１，１１…角型電極
２…誘電体
３，１７…内曲げ電極
３ａ，３ｂ…リード
４，６…樹脂モールド
５，１９…ガルウイング電極
７…角型電極接合部
８…内曲げ電極接合部
９…ガルウイング電極接合部
１０，１６，１８…電子部品
１２…はんだ接合部
１３…き裂
１４…ランド
１５…基板
Ｌ…はんだ接合部長さ
２０…寿命診断装置
２１…メモリ部
２２…温度測定部
２３…データ処理部
２４…通信装置

Claims

部品と基板との間を接合する　はんだ接合部が　き裂発生から破断するまでの破断寿命Ｎ_ｆを診断するための　はんだ接合部の寿命診断方法であって、
予め前記電極構造毎に、前記算出に用いる算出パラメータが記憶される工程と、
前記部品の電極構造に対応する前記算出パラメータに基づいて、前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する工程を備えたことを特徴とするはんだ接合部の寿命診断方法。
請求項１に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記算出パラメータは、き裂進展速度ｋであることを特徴とするはんだ接合部の寿命診断方法。
請求項２に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記き裂進展速度を準備するための実験時の温度差Δｔと、前記はんだ接合部の使用環境における実温度差Δｔ_ｒとの比に基づいて加速係数Ａ_Ｌを算出する工程を備え、
前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する工程は、
前記加速係数Ａ_Ｌに比例するように、前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する工程を含んでいることを特徴とするはんだ接合部の寿命診断方法。
請求項２に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記部品のサイズ又は前記はんだ接合部のランドサイズに基づいて、前記き裂進展速度ｋを算出する工程、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の寿命診断方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記各部品のはんだ接合部の温度を測定する工程と、
この測定結果に基づいて、温度ストレスが最大の部品を特定する工程と、
この特定された部品に関し、前記破断寿命を算出する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の寿命診断方法。
請求項５に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記温度ストレスが最大の部品を特定する工程は、
前記各部品毎に使用環境における実温度差Δｔ_ｒを測定する工程と、
前記温度差Δｔ_ｒが繰返し生じた回数ｆを計数する工程と、
前記回数ｆと実温度差Δｔ_ｒとの積ｆ・Δｔ_ｒを算出する工程と、
この積ｆ・Δｔ_ｒに比例して温度ストレスの大きさを評価する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の診断方法。
請求項６に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
前記積ｆ・Δｔ_ｒを算出する工程及び前記積ｆ・Δｔ_ｒに比例して評価する工程に代えて、
予め部品、電極構造及び　き裂進展速度ｋを互いに関連付けてメモリに記憶する工程と、
前記各部品の電極構造に基づいて、　き裂進展速度ｋを読出す工程と、
この　き裂進展速度ｋと前記回数ｆと実温度差Δｔ_ｒとの積ｋ・ｆ・Δｔ_ｒを算出する工程と、
この積ｋ・ｆ・Δｔ_ｒに比例して温度ストレスの大きさを評価する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の診断方法。
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のはんだ接合部の寿命診断方法において、
予め部品毎に、電極構造をメモリに記憶する工程と、
前記温度ストレスが最大の部品が特定されたとき、この部品の電極構造を前記メモリから読出す工程と、
この読出した電極構造に基づいて、前記算出パラメータを設定する工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の診断方法。
部品と基板との間を接合する　はんだ接合部が　き裂発生から破断するまでの破断寿命Ｎ_ｆを診断するための　はんだ接合部の寿命診断装置であって、
予め各部品と、電極構造と、き裂進展速度ｄとが関連付けて記憶される第１記憶手段と、
予め前記基板上の各部品の配置が記憶される第２記憶手段と、
前記基板に実装された各部品の温度を測定するための温度測定手段と、
前記温度測定手段による測定結果に基づき、前記第１及び第２記憶手段を参照して最大の温度ストレスを受ける部品を特定する部品特定手段と、
前記部品特定手段により特定された部品に関し、前記第１記憶手段を参照して対応する　き裂進展速度ｋを設定し、このき裂進展速度ｋに基づいて、前記破断寿命Ｎ_ｆを算出する寿命算出手段と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合部の寿命診断装置。
請求項９に記載のはんだ接合部の寿命診断装置において、前記寿命算出手段による算出結果をオンラインで通信するための通信装置を備えたことを特徴とするはんだ接合部の寿命診断装置。