JP2005337881A - 加速試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 再現性が高く、作業性が良好な加速試験装置の提供。
【解決手段】 表面にめっき膜を有する被処理物を上面に載置する下加圧端子と、ばねによって弾発力を得て下加圧端子上の被処理物を加圧する上加圧端子と、下加圧端子を支持するベース部と、正回転及び逆回転操作によって回転し、正回転によってばねを撓ませる加圧調整ボルトと、加圧調整ボルト及びばね並びに上加圧端子を支持する支持機構とを有し、下加圧端子上の被処理物を上加圧端子で挟むように設定した後は、支持機構は設定を解除するまで一定の加圧力で被処理物を加圧できる構成になり、加圧調整ボルトの中心軸の延長上に被処理物の加圧される領域の中心部が位置する加速試験装置。上加圧端子及びばねの回転を抑止する回転防止機構、ばねの撓み量を読み取るための撓み量測定機構を有する。ベース部には下加圧端子または加圧力を測定できるロードセルを収容する収容部が設けられている。下加圧端子の厚さはロードセルの厚さと同一寸法に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、めっき膜評価方法で使用する加速試験装置（ウィスカ発生加速試験装置）に係わり、特に、半導体装置の製造方法において、錫を主体とするめっき膜のウィスカ発生状況を加速試験によって評価できるめっき評価技術に適用して有効な技術に関する。

地球環境の汚染を進めないために有害物質の使用が制限され、それら有害物質に代えて地球環境を汚染しない物質の使用が進められている。欧州が制定した２００６年の特定有害物質使用制限指令（ＲｏＨＳ：Restriction of Hazardous Substances)では、鉛，水銀，カドミウムを含む６種類の物質の使用を、いくつかの例外を除いて禁止している。
電子装置には半導体装置を含む電子部品が多数実装されている。これら電子部品の実装基板への搭載には、接合材としてＳｎＰｂ半田が多用されている。

一方、鉛を使用しない接合材（以下鉛フリー半田と呼称）として、Ｓｎ，ＳｎＣｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＡｇ等の鉛フリー半田が使用されている。Ｓｎは自然環境下で針状結晶（ウィスカ）が成長することが知られている。そして、このウィスカによってショート不良が発生するおそれがある。そこで、ウィスカ発生が懸念されるＳｎめっきに対しては１００〜２００℃の高温での熱処理を施してウィスカの発生を抑制する方法がとられている。

他方、加速試験方法としては一般的に高温環境、高温高湿環境が採用されているが、ウィスカ発生に関しては高温環境にすることが発生の抑制効果を有している為に、室温程度の環境での長期保管しかないと結論付けられている（例えば、非特許文献１）。

また、実装後の電気部品（チップ部品）における錫ウィスカの発生状況の判定を行う試験方法及び試験用治具が知られている。この試験方法では、配線基板上に表面実装型の電気部品を鉛フリーはんだで接続固定した後、配線基板に対する電気部品のはんだ付け部に曲げストレスを加え、この状態で加速試験を行いウィスカの発生状況を判定する（例えば、特許文献１）。

P.Oberndorff,Intermetallic Formation in Relation to Tin Whiskers:International Conference on Lead Free Electronics,June,2003.pp171-pp178 特開２００２−３２３５２８号公報

半導体装置は、外観的には、封止体と、その封止体の内外に亘って突出（露出）する複数のリードとからなっている。リードの突出（露出）する部分は外部電極端子になる。封止体内には半導体チップ等を有する構造になっている。そして、このような半導体装置を電子装置に組み込む場合、電子装置の実装基板上に半導体装置を載置し、実装基板のランド上に接合材で外部電極端子（リード）を接続する。この接合材の使用に先立って、金属からなるリードの表面には接合材との濡れ性が良好なめっき膜が設けられる。

従来から実装材料（接合材）として、電子部品の端子メタライズはＳｎＰｂ合金（半田）が使用されてきているが、これは過去にＳｎめっきからのウィスカの対策として採用されたものである。即ち、Ｐｂを含有させるとＳｎのウィスカ成長が抑止できるということから採用されたものである。そして、それ以後、Ｓｎのウィスカ発生のメカニズムの解析等の報告は少ない。また、ウィスカの発生メカニズムも完全に解明されていないのが現状である。

近年、鉛フリー化の要求が高まるなかで、Ｓｎに発生するウィスカに起因するショート不良の問題がクローズアップされてきている。半導体装置はより小型化が図られている結果、リードのピッチはさらに狭くなってきている。リードピッチが０．４ｍｍあるいはさらに狭くなると、リード表面に形成されるＳｎめっき膜に成長するウィスカに伴うショート不良の問題は大きくなり、ウィスカに対する品質保証への要求が強まっている。

従来のウィスカの発生についての考えは、下記のように、特許文献１に記載されている。同文献には、（１）ウィ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（曲げ部内在）による発生等である。
（２）さらに、ウィスカは、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。
（３）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。

このように、従来のウィスカ試験法は高温試験、温度サイクル試験と、いずれも加熱状態での試験が採用されているが、近年これら加熱を伴う試験方法は不適格であるとの研究報告がなされている（非特許文献１）。

ウィスカのメカニズムの解析が進められる結果以下の事実も判明している。（１）ウィスカは、Ｓｎめっき膜に圧縮応力が作用した時に発生し、銅系の基材の上に形成されたＳｎめっきに多く発生する。

（２）さらに、室温程度の温度で形成されるＣｕＳｎ合金の成長がウィスカの発生に大きく関与している。
また、本発明者の分析検討によって、半導体装置のリードに外装めっきを施した後、リードを上下から加圧（圧縮）すると、リードの側面から長くウィスカが成長し易いという事実を確認した。リードの表面に形成するめっき膜は、リード断面が四角形状であることから、めっき膜はエッジ効果によって角部が厚くなって盛り上がる構造になる。この結果、リードを上下から加圧（圧縮）すると、盛り上がっためっき膜部分は強く加圧され、リードの側面のめっき膜には大きな圧縮応力が発生する。この大きな圧縮応力によってウィスカの成長は増大（加速）する。そして、ウィスカの先端は隣接するリードに近接したり、接触する。

そこで、本発明者は、ウィスカを発生させ難くする温度や湿度を高く設定する従来の手法を排除し、室温程度の環境下でめっき膜に圧縮応力を加え続けてウィスカの成長を早める加速試験方法に基づくめっき膜評価方法及び半導体装置の製造方法並びに加速試験装置を既に提案（特願２００３−３３０８２４号）している。
これにより、半導体装置の端子メタライズを鉛フリー半田めっきにて形成する半導体装置の製造方法において、ウィスカに対する品質を短期に評価することができる。

提案のめっき膜評価方法は、錫めっき膜または錫を主成分とする鉛フリー半田をリードフレームの表面にめっきし、ついで加速試験装置によって錫のウィスカの発生を増長させ、その後ウィスカ発生状況を観察してめっき膜の判定評価を行う方法である。即ち、図２０（ａ）に示すように、加圧端子８４の下方に位置する支持台８３の上面に半導体装置のリード８０を載置する。リード８０の表面には錫を含むめっき膜（外装めっき）８１が設けられている。つぎに、図２０（ｂ）に示すように、加圧端子８４を降下させて支持台８３と加圧端子８４によってリード８０を所定時間加圧（圧縮）する。

図２０（ａ）に示すように、リード８０の表面に形成されためっき膜８１は、リード断面が四角形状であることから、めっき膜８１はめっき処理時エッジ効果によって角部が厚くなって盛り上がる構造（盛り上がり部８１ａ）になる。この結果、リード８０を上下から加圧（圧縮）すると、盛り上がり部８１ａは強く加圧されて、圧縮変形（圧縮変形部８１ｂ）し、リード８０の側面のめっき膜８１には大きな圧縮応力が加わることになる。そして、この圧縮によってリード側面のめっき膜８１の表面ではウィスカの成長が著しくなり、長いウィスカ８２が発生することになる。ウィスカ８２は長いものでは数百〜数千μｍにも及ぶ。この現象は半導体装置のリード間のショートを引き起こす原因にもなる。

同提案（特願２００３−３３０８２４号）では、ウィスカ評価のための基本的概念と実施例を示しているが、加速試験装置は、必要最小限の構成からなるシンプルなものである。そこで、本発明者は、半導体装置の量産現場で使用するに適した加速試験装置（ウィスカ発生加速試験装置）の開発を行い本発明をなした。

本発明の一つの目的は、再現性が高い加速試験装置を提供することにある。
本発明の一つの目的は、作業性の良好な加速試験装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）本発明の加速試験装置は、表面にめっき膜を有する被処理物を上面に載置する下加圧端子と、ばねによって弾発力を得て前記下加圧端子上の前記被処理物を加圧する上加圧端子と、前記下加圧端子を支持するベース部と、正回転及び逆回転操作によって回転し、正回転によって前記ばねを撓ませる加圧調整ボルトと、前記加圧調整ボルト及び前記ばね並びに前記上加圧端子を支持する支持機構とを有し、前記下加圧端子上の前記被処理物を前記上加圧端子で挟むように設定した後は、前記支持機構は前記設定を解除するまで一定の加圧力で前記被処理物を加圧できる構成になり、前記下加圧端子上の前記被処理物を前記上加圧端子で挟むように設定した後は、前記支持機構は前記設定を解除するまで一定の加圧力で前記被処理物を加圧できる構成になり、前記下加圧端子の加圧面及び前記上加圧端子の加圧面は帯状になり、前記下加圧端子の幅（例えば、２．０ｍｍ程度）は前記上加圧端子の加圧面の幅（例えば、３．０ｍｍ程度）よりも狭くなり、前記加圧調整ボルトの中心軸の延長上に前記被処理物の加圧される領域の中心部が位置する構成になっている。

また、前記加圧調整ボルトの回転に伴って前記上加圧端子及び前記ばねが回転しないように回転防止機構を有する。
また、前記ばねの撓み量を読み取るための撓み量測定機構を有している。この撓み量測定機構は、前記ばねに連動して移動する摺動子に設けられる目印と、前記目印の移動域に沿うように前記支持機構に設けられるスケールとを有する構成になっている。

また、前記ベース部には収容部を有し、この収容部には前記下加圧端子または加圧力を測定できるロードセルが収容できる構造となり、前記下加圧端子の厚さは前記ロードセルの厚さからリードの厚さを引いた厚さに形成されている。従って、ベース部の収容部にロードセルを収容して上加圧端子を降下させて加圧してロードセルによって加圧力と前記撓み量測定機構の目印の移動量との相関を求めることができる。これにより、前記収容部に下加圧端子を収容させて被処理物の加圧を行う際、上加圧端子の移動量を前記撓み量測定機構の目印の移動量から知ることができ、被処理物に加えられている加圧力を正確に知ることができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

前記（１）の手段によれば、（ａ）加圧調整ボルトの中心軸の延長上に被処理物の加圧される領域の中心部が位置することと、下加圧端子の加圧面の幅は上加圧端子の加圧面の幅よりも狭くなることから、被処理物を食い違えて挟むことなく、上加圧端子に支持される被処理物を確実に下加圧端子で挟み込むことができ、再現性良く加圧が可能になり、正確な加速試験が可能になる。

（ｂ）被処理物を加圧する下加圧端子及び上加圧端子は細い帯状になっていることから、被処理物に所望の大きな加圧力を加えることができ、所望の加速試験が可能になる。

（ｃ）加圧調整ボルトの回転に伴って上加圧端子が回転しないように回転防止機構が設けられていることから、再現性良く加圧が可能になり、正確な加速試験が可能になる。

（ｄ）ばねに連動して移動する摺動子に設けられる目印と、目印の移動域に沿うように設けられるスケールとを有する撓み量測定機構を有していることから、加速試験が行われている状態でのばねの原点からの撓み量、即ち摺動子の移動量を読み取ることができる。

（ｅ）ベース部にはロードセルの厚さから被処理物の厚さを引いた厚さの下加圧端子を収容する収容部が設けられている。従って、収容部にロードセルを収容して上加圧端子を降下させて加圧してロードセルによって加圧力を測定することができる。ばねは比例定数が一定であることから、上記（ｄ）のように加圧力と撓み量測定機構の目印の移動量との相関を求めることができる。これにより、収容部に下加圧端子を収容させて被処理物の加圧を行う際、上加圧端子の移動量を撓み量測定機構の目印の移動量から知ることができ、被処理物に加えられている加圧力を正確に知ることができ、再現性良く加速試験を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１乃至図１７は本発明の実施例１である加速試験装置（ウィスカ発生加速試験装置）に係わる図である。図１は加速試験装置の加圧状態を示す模式図、図２は本実施例１の加速試験装置が使用されるめっき膜評価方法を示すフローチャートである。図３乃至図１７は加速試験装置の構造及び使用方法等を示す図である。

本実施例１の加速試験装置は、その概要を示すならば、図１に示すようになっている。図１は加速試験装置１の要部を模式的に示す斜視図である。加速試験装置１は、図１に示すように、半導体装置２のリード４を加圧する構成になっている。図１で示す半導体装置２は、偏平な四角形体からなる封止体３の側面（周面）からそれぞれリード４を突出させる構造になっている。加速試験装置１は、封止体３の一辺から突出するリード４を、下加圧端子５の上面の加圧面９と、上加圧端子１０の下面の加圧面１３間に挟み、上加圧端子１０を降下させてリード４を加圧する構成になっている。加速試験を行う半導体装置２の実際の製品例を図１３に示す。四角形状の封止体３の各辺から等ピッチで複数のリード４が突出している。加速試験後、リード４は所定の寸法に切断されるとともに、例えば、ガルウィング型に成形されて表面実装型の半導体装置２となる。

下加圧端子５は下加圧コマ６に形成されている。下加圧コマ６は、図１４に示すように、直方体からなる本体７と、この本体７の上面中央に沿って帯状に直線的に延在する２．０ｍｍ程度と細い突条体からなる下加圧端子５とからなり、下加圧端子５の上面が加圧面９となる。

また、上加圧端子１０は、図１及び図１６に示すように、上加圧コマ１１に形成されている。上加圧コマ１１は、直方体からなる本体１２と、この本体１２の下面中央に沿って帯状に直線的に延在する３．０ｍｍ程度と細い突条体からなる上加圧端子１０とからなり、上加圧端子１０の上面が加圧面１３となる。

図１６には、半導体装置２の周面から突出するリード４を下加圧端子５と上加圧端子１０との間に挟んだ状態を示す。ここで、様々な半導体装置の加速試験が行えるようにするため、下加圧コマ６の本体７及び上加圧コマ１１の本体１２が封止体３に接触しないようにする必要がある。即ち、リード４の上面から封止体３の上面までの距離Ａと、下加圧端子５及び上加圧端子１０の突出長さＢとにおいて、Ｂ＞Ａとし、例えば、Ｂは３ｍｍとする。また、半導体装置２の封止体３から突出するリード４（リード長さＣ）を、封止体３を損傷させることなく下加圧端子５と上加圧端子１０で挟み込むため、リード長さＣによりも上加圧端子１０及び下加圧端子５の幅を充分狭くする必要がある。現行のリード長さの短い製品の加速試験も可能とするため、例えば、下加圧端子５の幅を２ｍｍ、上加圧端子１０の幅を３ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。

図１４には下加圧コマ６の本体７の全長に亘って下加圧端子５が延在する構造を示したが、図１５に示すように、下加圧端子５の長さｅを本体７よりも短くする構成でもよい。ｆは下加圧端子５の幅であり、ｇは下加圧端子５の突出高さである。本体７の長さを約４０ｍｍとした場合、例えば、下加圧端子５の長さを１０．０ｍｍ、２０．０ｍｍ、３０．０ｍｍとなるものを用意しておき、加速試験を行う製品に対応して使用するようにしてもよい。

なお、下加圧コマ６は加速試験装置１のベース部１５に設けられた窪みからなる収容部１６に着脱自在に嵌め込まれる（収容）構造になっている。しかし、この状態を、単に、下加圧端子５はベース部１５の収容部１６に収容されると説明する場合もある。

加圧は、ばねの弾発力によって発生させる。後述するが、下方に向かって延在する加圧調整ボルトを正回転操作させて降下させ、ばねを押し下げ、ばねの下端で上加圧端子１０を押し下げる構成になっている。ばねの弾発力（ばね圧）が上加圧端子１０に加わる。また、図８に示すように、加圧調整ボルト１７の中心軸（中心線）１８の延長線上に下加圧端子５の加圧面９と上加圧端子１０の加圧面１３の中心部分が位置している。従って、下加圧端子５においては、図４及び図１６に示すように、加圧中心（中心軸１８）から加圧面９の幅方向に沿って左右に１ｍｍづつ加圧面が広がり、上加圧端子１０においては加圧中心から加圧面９の幅方向に沿って左右に１、５ｍｍづつ加圧面が広がることになる。この結果、下加圧端子５の加圧面９は上加圧端子１０の加圧面１３に確実に対面することになり、リード４は確実に加圧される（図１６参照）。この結果、再現性良く加速試験が行える。

つぎに、加速試験装置１の構造及びその動作等について、図３乃至図１８を参照しながら説明する。

加速試験装置１は、図３〜図７に示すように、正方形の角部を面取りした形状となるベース部１５と、このベース部１５の上面に取り付けられる４本の支柱２０と、この支柱２０の上面に固定される上ベース部２１とを有している。上ベース部２１は、図３及び図６の正面図に示すように、ベース部１５と同じ寸法の幅となり、上下で所定間隔を有して一致して重なるようになっている。しかし、奥行きは、図４及び図７の右側面図に示すように、上ベース部２１がベース部１５よりも短くなっている。また、上ベース部２１はベース部１５の中央側に位置するようになっている。

ベース部１５は、図３〜図７に示すように、同一外形となる下ベース板２２と、この下ベース板２２に重なる上ベース板２３とからなっている。上ベース板２３と下ベース板２２は、図５及び図７に示すように、上ベース板２３に埋め込まれるようにして取り付けられるビス２４によって一体になっている。ベース部１５は、図６に示すように、ベース部１５の下面からベース部１５に埋め込まれるようにして取り付けられる固定ボルト３５によって支柱２０に固定されている。また、上ベース部２１、上ベース部２１の上面から取り付けられる固定ボルト３６によって支柱２０に固定されている。

上ベース板２３はその中央が打ち抜かれている。この打ち抜かれた部分と下ベース板２２とによって上面が開口した収容部１６が形成されている（図１４参照）。この収容部１６には下加圧コマ６が着脱自在に収容されるようになっている。

上ベース部２１上には筒状のスプリングホルダー２５が固定されている。スプリングホルダー２５は、その断面は、外形が正方形の角部を面取りした形状になり、内側が円形のガイド穴２６になっている。スプリングホルダー２５はその下端を上ベース部２１の下面から取り付けられる固定ボルト２７で上ベース部２１上に固定されている。

上ベース部２１には筒状の下ブッシュ２８が貫通固定されている。下ブッシュ２８はその上端外周に突出した鍔部を有し、上ベース部２１から脱落しないように形成されている。また、下ブッシュ２８には、下ブッシュ２８をガイドとして上下に摺動する円柱状の下加圧シャフト２９が挿入されている。この下加圧シャフト２９の上端近傍の外周には突出したフランジ３０が設けられ、下加圧シャフト２９が下ブッシュ２８から抜け落ちないようになっている。下加圧シャフト２９の中心軸（中心線）はガイド穴２６の中心軸（中心線）に一致している。

下加圧シャフト２９の下端には、図７に示すように、上加圧コマホルダ３１が上加圧コマホルダ３１の下面側から埋め込むように取り付けられる固定ボルト３２によって固定されている。上加圧コマホルダ３１の下面には、図６に示すように、上加圧コマ１１が上加圧コマホルダ３１の上面側から埋め込むように取り付けられる固定ボルト３３によって固定されている。

共に直線的に延在する細い突条体からなる下加圧端子５及び上加圧端子１０の加圧面９及び加圧面１３がずれることなく対面するように、下加圧シャフト２９は回転しない構造（回転防止機構）となっている。このため、下加圧シャフト２９にはドーナツ状の下ばね受け４０が挿入されている。下加圧シャフト２９は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ビス４４によって下加圧シャフト２９に固定されている。この下ばね受け４０は、図６に示すように、フランジ３０の上面に重なるようになっている。また、下ばね受け４０の外周面には、図６及び図９（ａ），（ｂ）に示すように、半径方向に延在する丸棒からなる操作レバー４１が固定されている。

一方、スプリングホルダー２５には、図４に示すように、スプリングホルダー２５の右側面中央に上下に沿ってガイド溝４２が設けられている。このガイド溝４２はスプリングホルダー２５の上端から下端近傍に亘って直線的に設けられている。また、ガイド溝４２の下端よりは数ｃｍ上にガイド溝４２と直交するホルダー溝４３が設けられている。

ガイド溝４２には前記操作レバー４１が挿入される。操作レバー４１は、図６に示すように、スプリングホルダー２５の外側まで突出する。操作レバー４１は下加圧シャフト２９の上下動に伴って上下動する。操作レバー４１がガイド溝４２内で左右（横方向）に動くことがなく円滑にガイド溝４２に沿って上下に移動できるように、ガイド溝４２と操作レバー４１の嵌め合いが選択されている。操作レバー４１を掴み、操作レバー４１を上方に移動させると上加圧コマ１１（上加圧端子１０）が上昇する。操作レバー４１をホルダー溝４３の入口にまで運び、ついで操作レバー４１を右側に回転移動させてホルダー溝４３内に位置させることによって上加圧端子１０は下加圧端子５から所定間隔離れて停止する。この状態が加速試験を行う前の待機位置（原点）となる。従って、この状態で被処理物の着脱を行う。

下ばね受け４０の上にはコイル状のばね４５が載置されている。そして、このばね４５上には下ばね受け４０と同じ構造の上ばね受け４６が載置される。上ばね受け４６に取り付けるレバー４７は、操作レバー４１よりも短くなるがその先端面は外部から観察できるようにガイド溝４２よりも突出している。そして、操作レバー４１の先端には横方向に直線的に延在する目印４８が設けられている。上ばね受け４６及びレバー４７はガイド穴２６を上下に移動する摺動子となる。図１０にはばね４５の撓みに対応して上ばね受け４６だ上下動し、この上ばね受け４６に固定されたレバー４７が上下動することが示されている（矢印のように上下動）。

上ばね受け４６はばね４５上に載ることから、その上下の変位量はばね４５の撓みの変化を示すことになる。そこで、図４に示すように、ガイド溝４２に沿うようにスプリングホルダー２５の外面にはスケール（物差し）４９が接着等によって固定されている。このスケール（物差し）４９は、ｍｍ単位に目盛りが刻まれている。これらによって、ばね４５の撓み量を読み取るための撓み量測定機構が形成されることになる。撓み量測定機構については、図１１に模式的に示してある。レバー４７の先端の目印４８の位置をスケール（物差し）４９の目盛りを読むことによって知ることができる。

他方、スプリングホルダー２５の上面には板状のブッシュホルダー５０が重ねられている。このブッシュホルダー５０の外形はスプリングホルダー２５と同じで外面は一致してスプリングホルダー２５に重なっている。ブッシュホルダー５０の中央には、図６及び図７に示すように、筒状の上ブッシュ５１が貫通状態で取り付けられている。上ブッシュ５１その下端外周に突出した鍔部を有している。また、上ブッシュ５１には、上ブッシュ５１をガイドとして上下に摺動する円柱状の上加圧シャフト５２が挿入されている。この上加圧シャフト５２の下端近傍の外周には突出したフランジ５３が設けられている。このフランジ５３の下面には上ばね受け４６の上面が接触する。従って、上加圧シャフト５２の上下動によってばね４５の撓み量が変化する。上加圧シャフト５２の中心軸（中心線）はガイド穴２６の中心軸（中心線）に一致している。また、下ばね受け４０の上面に突出する下加圧シャフト２９部分及び上ばね受け４６の下面から突出する上加圧シャフト５２部分のガイドもあり、コイル状のばね４５の中心軸（中心線）もガイド穴２６の中心軸（中心線）に一致するようになる。

ブッシュホルダー５０の上面には加圧ねじホルダー５７が取り付けられている。この加圧ねじホルダー５７は、その外形がブッシュホルダー５０と同じとなり、外面が一致してブッシュホルダー５０に重なっている。加圧ねじホルダー５７の上面には埋め込むように固定ボルト５８が複数取り付けられている。この固定ボルト５８はブッシュホルダー５０に設けられた孔を貫通するとともに、その先端部分はスプリングホルダー２５に設けられたねじ孔にねじ締めされている。これにより、加圧ねじホルダー５７はブッシュホルダー５０を介在させた状態でスプリングホルダー２５に固定される。

加圧ねじホルダー５７は上端が天井部となり下面が開口した筒体となっている。天井部の中央には雌ねじが切られ、この雌ねじに加圧調整ボルト１７が螺合されている。加圧調整ボルト１７の上部のボルトの頭部となる摘まみ部１７ａを掴み、摘まみ部１７ａを右回転（正回転）させれば加圧調整ボルト１７はねじ構造故に下方に動き、下端で上加圧シャフト５２を下降させる。この下降によって上加圧シャフト５２に連動する上ばね受け４６も下降し、ばね４５は撓む。そしてこのばね４５の弾発力によって上加圧端子１０と下加圧端子５との間に所定の加圧力が発生するようになる。

本実施例１の加速試験装置１は、図８に示すように、加圧調整ボルト１７の中心軸（中心線）１８の延長線上に加圧に係わる各部品の中心軸（中心線）が一致するようになっている。各部品で構成される支持機構によって、図８に示すように、加圧調整ボルト１７の中心軸（中心線）１８上に、上ブッシュ５１，上加圧シャフト５２，上ばね受け４６，ばね４５，下ブッシュ２８，下ばね受け４０，下加圧シャフト２９，上加圧コマホルダ３１，上加圧コマ１１，上加圧端子１０，下加圧コマ６，下加圧端子５の各部品が中心軸（中心線）を合わすように配列されている。下加圧端子５と上加圧端子１０との間には被処理物４ａが挟まれ、加圧可能になっている。

ここで、加速試験装置１のさらなる特徴について順次説明する。ベース部１５は、一部を省略して模式的に示す図１４に示すように、上ベース板２３の打ち抜かれた部分と下ベース板２２とによって上面が開口した収容部１６が形成されているが、この収容部１６には、図１７及び図１８に示すようなロードセル６０が収容できるようになっている。ロードセル６０は、加圧力を検査する際、下加圧コマ６の代りに収容部１６に挿入載置される。ロードセル２５は、図１７及び図１８に示すように、円形のタブレット状になるとともに、上面の中央に測定端子６１を有する構造になっている。そこで、図１４に示すように、ロードセル６０が入るように、収容部１６の一部は円弧状に切り掛かれて窪んでいる。また、下加圧コマ６の高さ（厚さ）はロードセル６０の高さ（厚さ）よりもリード４の厚さ分低くなるように形成されている。これは、リード４を上加圧端子１０が加圧を開始する高さと、上加圧端子１０がロードセル６０に対して加圧を開始する高さを同じにし、加圧力測定時のばねの撓み状態（ばね端末の移動量）と、実際のリードの加速試験時のばねの撓み状態（ばね端末の移動量）を一致対応させるためである（図１８参照）。

従って、収容部１６にロードセル６０を収容し、上加圧端子１０を降下させてロードセル６０の測定端子６１を加圧してロードセル６０に加わる加圧力を測定する。ばね４５は比例定数が一定であることから、加圧前のレバー４７の目印４８の位置をスケール（物差し）４９の目盛りから確認しておき、加圧調整ボルト１７の正回転操作によって加圧した状態の目印４８の位置をスケール（物差し）４９から確認する。そして、これら加圧前後の目印４８の位置と、ロードセル６０で測定した加圧力から、ばね４５の比例定数を求めておけば、目印４８の位置制御だけで、所望の加圧力を得ることができる。

ベース部１５は、図１４に示すように、手前側から収容部１６に至る部分は上ベース板２３においては打ち抜かれて所定幅の直線状に延在する溝６２が形成されている。この溝６２には台座６３が着脱自在に挿入載置できるようになっている。この台座６３は、下加圧端子５上に半導体装置２の一方のリード４を載置した際、このリード４とは反対側突出するリード４を支持する台座となり、加速試験が支障なく行えるようになっている。溝６２は収容部１６にロードセル６０を挿入載置した際、ロードセル６０から延在するコード６４を外に導く溝ともなっている（図１８参照）。

一方、図４に示すように、加速試験装置１の右側面下部には、下部中央から上端近傍に至る間に貫通した覗き窓７０を有する支柱７１が設けられている。この支柱７１は図示しない固定ボルトによってベース部１５の上面に固定されている。覗き窓７０から、下加圧端子５と上加圧端子１０に挟まれたリード４を観察することができる。

つぎに、本実施例１の加速試験装置１を使用した加速試験について説明する。本実施例１では、半導体装置２のリード４の表面に形成しためっき膜の評価を行う例について説明する。被処理物となる半導体装置１のリード４は、その材質が銅，銅合金，真鍮，鉄−ニッケル合金等によるものである。実施例１では、リード４はＣ１９４材と呼称される銅合金で形成され、例えば、リード４の厚さは０．１５ｍｍ、リード４の幅は０．２ｍｍ、リードピッチは０．５ｍｍである。

また、リード表面を被うめっき膜としては、鉛フリー半田であるＳｎ膜、ＳｎＢｉ系めっき膜、ＳｎＣｕ系めっき膜、ＳｎＡｇ系めっき膜等種々の材質があるが、実施例１ではリード表面にＳｎＣｕめっき膜を形成した場合で説明する。

リード４の表面には錫（Ｓｎ）を含むめっき膜が形成されている。Ｓｎめっき膜のＳｎは時間と共にウィスカ（針状結晶）が成長する。従って、加速試験装置１でリード４を加圧し、かつ所定の時間加圧状態維持させることにより、ウィスカの成長は促進される。そこで、所定時間後、加圧状態を解除し、顕微鏡でリード４の表面を観察することによるとウィスカの発生状態が判明する。

図２は半導体装置２のリード表面のめっき膜の評価方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示すように、めっき膜評価方法は、組立終了リードフレーム［封止体形成］用意（Ｓ１０１）、めっき膜形成（外装めっき：Ｓ１０２）、リード切断（Ｓ１０３）、加速試験（圧縮：Ｓ１０４）、ウィスカ観察（Ｓ１０５）、めっき膜良否判定（Ｓ１０６）の各工程を有する。

加速試験では、図１２（ａ）に示すように、操作レバー４１をガイド溝４２に沿って上方に移動させ、右側に移動させて操作レバー４１をホルダー溝４３内に納める。これにより、上加圧端子１０は上昇し、下加圧端子５との間に所定の空間が発生することから、下下加圧端子５及び台座６３上に半導体装置２を載置し、リード４が下加圧端子５上に載るようにする。

つぎに、ホルダー溝４３内の操作レバー４１を左側に移動させてガイド溝４２内に戻し、かつゆっくり下ろす。これにより、上加圧端子１０はリード４上の載り、下加圧端子５との間にリード４を挟むようになる。

つぎに、加圧調整ボルト１７の摘まみ部１７ａを掴み、かつ右回転させてリード４を所定の加圧力で加圧する。例えば、２４ＭＰａの加圧力が加わる状態で９６時間加圧して、Ｓｎのウィスカの発生を増長させる。２４ＭＰａで９６時間加圧する加速試験は、室温放置による加速試験の１５００時間に略相当する。即ち、本加速試験装置による加速試験では、室温放置１５００時間に比較して９６時間と大幅に試験時間を短縮することができる。

ウィスカ観察工程では顕微鏡観察（顕微鏡写真観察）を行い、良否の判定を行う。例えば、ウィスカの発生数、ウィスカの長さの測定を行う。そして、例えば、ウィスカ発生数を数によってランクを付ける。また、ウィスカの長さをいくつかの長さに分け、発生したウィスカの最長の長さによってランク付けを行う。そして、前記ランクによって、製造される半導体装置の実装時のウィスカ発生の危険度をランク付けしてウィスカ良否判定を行う。

Ｓ１０６の判定工程で良と判定されたものは、その後リード成形（Ｓ１０７）の工程に搬送される。この成形工程では、リード長さの調整のための切断と、必要に応じてリードの成形を行う。

また、Ｓ１０６の判定工程で不良と判定されたものは、不良品廃棄（Ｓ１０８）の工程に搬送される。不良情報はＳ１０２のめっき処理工程にフィードバックされ、その後のめっき処理に反映される。即ち、不良情報に基づいてめっき膜形成工程におけるめっき膜形成条件が見直され、必要に応じて変更される。

本実施例によれば、以下の効果を有する。
（１）加圧調整ボルト１７の中心軸１８の延長上に被処理物である半導体装置２のリード４の加圧される領域の中心部が位置することと、下加圧端子５の加圧面９の幅は上加圧端子１０の加圧面１３の幅よりも狭くなることから、リード４を食い違えて挟むことなく、上加圧端子１０に支持されるリード４を確実に下加圧端子５で挟み込むことができ、再現性良く加圧が可能になり、正確な加速試験が可能になる。

（２）リード４を加圧する下加圧端子５及び上加圧端子１０は細い帯状になっていることから、リード４に所望の大きな加圧力を加えることができ、所望の加速試験が可能になる。

（３）加圧調整ボルト１７の回転に伴って上加圧端子１０が回転しないように回転防止機構が設けられていることから、再現性良く加圧が可能になり、正確な加速試験が可能になる。

（４）ばね４５に連動して移動する摺動子に設けられる目印４８と、目印４８の移動域に沿うように設けられるスケール（物差し）４９とを有する撓み量測定機構を有していることから、加速試験が行われている状態でのばね４５の原点からの撓み量、即ち摺動子の移動量を読み取ることができる。

（５）ベース部１５にはロードセル６０の厚さからリード４の厚さを引いた厚さの下加圧端子５を収容する収容部１６が設けられている。従って、収容部１６にロードセル６０を収容して上加圧端子１０を降下させて加圧してロードセル６０によって加圧力を測定することができる。ばね４５は比例定数が一定であることから、上記（４）のように加圧力と撓み量測定機構の目印４８の移動量との相関を求めることができる。これにより、収容部１６に下加圧端子５を収容させてリード４の加圧を行う際、上加圧端子１０の移動量を撓み量測定機構の目印４８の移動量から知ることができ、リード４に加えられている加圧力を正確に知ることができ、再現性良く加速試験を行うことができる。

（６）加速試験装置１を用いた半導体装置２のリード４におけるめっき膜のウィスカ評価方法では、加速試験時、リード４を上下から加圧するため、リード４の側面のめっき膜には圧縮応力が加わり、室温放置１５００時間に相当するウィスカ発生試験が行える。この加速試験は９６時間で極めて短時間で行えることになる。また、ウィスカの発生状況を顕微鏡で観察し、観察結果に基づいてめっき膜の評価を行うことができる。めっき膜評価は加速試験が極めて短時間に行えることから大幅に短時間で行うことができる。

（７）本発明による加速試験装置１は、単純な構造で機械的な圧縮応力を付与することができる。従って、加速試験装置１の製造コストも安価になり、半導体装置の製造コストの低減も可能になる。

図１９は本発明の実施例２である加速試験装置の一部を示す模式図である。本実施例２の加速試験装置１は、多段に半導体装置２のリード４を加圧できるものである。本実施例２の加速試験装置１は実施例１の加速試験装置１において、積層連結加圧端子７３を多段に配置したものである。

即ち、本実施例２の加速試験装置１は、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、下加圧端子５と上加圧端子１０との間に、下面に下加圧端子５と同じ加圧面を有する下加圧端子７４を有し、上面に上加圧端子１０と同じ加圧面を有する上加圧端子７５を有する積層連結加圧端子７３が１乃至複数重ねて取り付けられる構造となっている。

そして、下加圧端子５とその上段側の積層連結加圧端子７３の上加圧端子７５間にリード４を挟む。また、上加圧端子１０とその下段側の積層連結加圧端子７３の下加圧端子７４との間にリード４を挟む。さらに、積層連結加圧端子７３と積層連結加圧端子７３間では下段側の積層連結加圧端子７３の下加圧端子７４と上段側の上加圧端子７５との間にリード４を挟むようになっている。図１９では積層連結加圧端子７３は二段設けられている。

また、加圧を停止した際、下加圧端子（下加圧端子５または下加圧端子７４）と、これに対面する上加圧端子（上加圧端子１０または上加圧端子７５）が引き放されるように、加圧開放用ばね７６が配置されている。加圧開放用ばね７６は、下加圧端子（下加圧端子５または下加圧端子７４）及び上加圧端子（上加圧端子１０または上加圧端子７５）を支持する支持部７７を貫通して設けられたガイド軸７８の所定部に挿入配置されている。

これにより、一度に多数の半導体装置２のリード４の加速試験が可能になる。実施例ではリード４の厚さがそれぞれ異なるものを加速試験している。リード４の厚さは最も下の段は薄く、上の段に向かうに連れて厚くなっている。実施例では３種類の厚さの異なるリード４の加速試験を行う状態となっている。図１９（ａ）は、加圧開放用ばね７６によって開放状態にあり、半導体装置２の着脱が可能な状態を示す模式図である。図１９（ｂ）は各リード４を加圧する状態を示す模式図である。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の実施例１である加速試験装置の加圧状態を示す模式図である。 めっき膜評価方法を示すフローチャートである。 前記加速試験装置の正面図である。 前記加速試験装置の右側面図である。 前記加速試験装置の平面図である。 前記加速試験装置の要部を透視した模式的正面図である。 前記加速試験装置の要部を透視した模式的右側面図である。 前記加速試験装置において、加圧調整ボルトの中心軸に沿ってばね，上・下加圧端子等が配列されている状態を示す模式図である。 前記加速試験装置の回転防止機構を構成する摺動子の正面図及び平面図である。 前記加速試験装置における摺動子の移動域を示す模式図である。 前記加速試験装置における摺動子の移動域に沿ってスケールを取り付けた状態を示す模式図である。 前記加速試験装置において、下加圧端子上のリードを上加圧端子で加圧して加速試験を行う操作状況を示す模式図である。 前記加速試験装置において加速試験を行う半導体装置の平面図である。 前記加速試験装置のベース部の収容部と、この収容部に収容する下加圧端子を示す斜視図である。 前記下加圧端子を示す斜視図である。 前記上・下加圧端子と被処理物である半導体装置との寸法関係を示す模式図である。 前記ベース部の収容部にロードセルを取り付けた状態を示す加速試験装置の正面図である。 前記ベース部の収容部にロードセルを取り付けた状態を示す模式図である。 本発明の実施例２である加速試験装置の一部を示す模式図である。 本出願人提案による加速試験方法を示す模式図である。

符号の説明

１…加速試験装置、２…半導体装置、３…封止体、４…リード、４ａ…被処理物、５…下加圧端子、６…下加圧コマ、７…本体、９…加圧面、１０…上加圧端子、１１…上加圧コマ、１２…本体、１３…加圧面、１５…ベース部、１６…収容部、１７…加圧調整ボルト、１８…中心軸（中心線）、２０…支柱、２１…上ベース部、２２…下ベース板、２３…上ベース板、２４…ビス、２５…スプリングホルダー、２６…ガイド穴、２７…固定ボルト、２８…下ブッシュ、２９…下加圧シャフト、３０…フランジ、３１…上加圧コマホルダ、３２，３３，３５，３６…固定ボルト、４０…下ばね受け、４１…操作レバー、４２…ガイド溝、４３…ホルダー溝、４５…ばね、４６…上ばね受け、４７…レバー、４８…目印、４９…スケール（物差し）、５０…ブッシュホルダー、５１…上ブッシュ、５２…上加圧シャフト、５３…フランジ、５７…加圧ねじホルダー、５８…固定ボルト、６０…ロードセル、６１…測定端子、６２…溝、６３…台座、６４…コード、７０…覗き窓、７１…支柱、７３…積層連結加圧端子、７４…下加圧端子、７５…上加圧端子、７６…加圧開放用ばね、７７…支持部、７８…ガイド軸、８０…リード、８１…めっき膜（外装めっき）、８１ａ…盛り上がり部、８１ｂ…圧縮変形部、８２…ウィスカ、８３…支持台、８４…加圧端子

Claims (5)

1. 表面にめっき膜を有する被処理物を上面に載置する下加圧端子と、
   ばねによって弾発力を得て前記下加圧端子上の前記被処理物を加圧する上加圧端子と、
   前記下加圧端子を支持するベース部と、
   正回転及び逆回転操作によって回転し、正回転によって前記ばねを撓ませる加圧調整ボルトと、
   前記加圧調整ボルト及び前記ばね並びに前記上加圧端子を支持する支持機構とを有し、
   前記下加圧端子上の前記被処理物を前記上加圧端子で挟むように設定した後は、前記支持機構は前記設定を解除するまで一定の加圧力で前記被処理物を加圧できる構成になり、
   前記下加圧端子の加圧面及び前記上加圧端子の加圧面は帯状になり、前記下加圧端子の幅は前記上加圧端子の加圧面の幅よりも狭くなり、
   前記加圧調整ボルトの中心軸の延長上に前記被処理物の加圧される領域の中心部が位置することを特徴とする加速試験装置。
2. 前記加圧調整ボルトの回転に伴って前記上加圧端子及び前記ばねが回転しないように回転防止機構を有することを特徴とする請求項１に記載の加速試験装置。
3. 前記ばねの撓み量を読み取るための撓み量測定機構であり、前記ばねに連動して移動する摺動子に設けられる目印と、前記目印の移動域に沿うように設けられるスケールとを有することを特徴とする請求項１に記載の加速試験装置。
4. 前記ベース部には収容部を有し、この収容部には前記下加圧端子またはロードセルが収容できる構造となり、前記下加圧端子の厚さは前記ロードセルの厚さから被処理物の厚さを引いた厚さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加速試験装置。
5. 前記下加圧端子と前記上加圧端子との間には、下面に前記下加圧端子と同じ加圧面を有する下加圧端子を有し、上面に前記上加圧端子と同じ加圧面を有する上加圧端子を有する積層連結加圧端子が１乃至複数重ねて取り付けられる構造となり、前記各下加圧端子とこの下加圧端子に対面する前記上加圧端子との間にそれぞれ前記被処理物を挟むように構成され、かつ下加圧端子とこれに対面する上加圧端子が加圧を停止した際、前記下加圧端子から上加圧端子を引き離す加圧開放用ばねが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加速試験装置。

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