JP2010151760A - Method for evaluation of reliability of electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子部品の信頼性評価方法に関するものであり、例えば、錫(Sn)などを含有するめっきを施した端子を有する電子部品において発生したウイスカに起因する信頼性の低下を評価するための構成に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating the reliability of an electronic component, for example, for evaluating a decrease in reliability caused by whiskers generated in an electronic component having a plated terminal containing tin (Sn) or the like. Concerning configuration.
近年、環境調和型技術として、RoHS(Restriction of Hazardous Substances:危険物質に関する制限)指令に対応し、規制対象成分であるPbなど6成分を除いた各種電気・電子機器が開発されている。また、電気・電子機器内に設置するLSI(大規模半導体集積回路装置)のリード端子やコネクタなどの電気接点部でも、Pbフリー化対応のためSnめっき等が用いられている。 In recent years, various electric and electronic devices have been developed as environmentally conscious technologies that comply with the RoHS (Restriction of Hazardous Sub- stances) directive and exclude six components such as Pb, which is a regulated component. In addition, Sn plating or the like is also used in an electrical contact portion such as a lead terminal or a connector of an LSI (Large Scale Semiconductor Integrated Circuit Device) installed in an electric / electronic device in order to cope with Pb-free.
このうち、Snめっき皮膜の表面からは、めっき皮膜に加わる圧縮応力や、めっき表面の酸化膜の欠損により、Snウイスカが発生することが知られている。特に、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器に用いられるコネクタ部品の嵌合部では、嵌合時に外部応力がかかりやすく、この外部応力が圧縮応力の1種と考えられている。 Among these, it is known that Sn whiskers are generated from the surface of the Sn plating film due to compressive stress applied to the plating film and defects in the oxide film on the plating surface. In particular, in a fitting part of a connector part used in an information processing device such as a personal computer, external stress is easily applied during fitting, and this external stress is considered as one type of compressive stress.
また、この外部応力負荷(摩擦等)により、嵌合部では、めっき表面の酸化膜が削れて、めっき膜が表面にさらされることにより、ウイスカが発生しやすくなると考えられている。 Further, it is considered that, due to this external stress load (friction or the like), the oxide film on the plating surface is scraped off at the fitting portion and the plating film is exposed to the surface, so that whiskers are likely to occur.
このようなウイスカの発生・成長により、電子機器の電気的な信頼性が悪化する恐れがある。直接的な影響としてウイスカ発生箇所の電極間が短絡する場合もあれば、間接的な影響として電子機器に加えられた衝撃や振動によりウイスカが電子機器内で落下して電極間に接触し、短絡する場合も考えられる。 Due to the generation and growth of such whiskers, the electrical reliability of electronic devices may be deteriorated. As a direct effect, there may be a short circuit between the electrodes where the whisker occurs. As an indirect effect, the whisker drops in the electronic device due to the impact or vibration applied to the electronic device and contacts between the electrodes. If you want to.
この直接的な影響を回避するために、例えば、ウイスカを温度サイクル等で成長させた後でウイスカを取り出さずに長さを測定し、長い場合はその電子部品を用いないようにすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。或いは、ウイスカが所定長さに成長した段階でウイスカの抵抗を測定し、所定値以上になった場合に短絡の危険を警報することも提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In order to avoid this direct influence, for example, after the whisker is grown in a temperature cycle, the length is measured without taking out the whisker, and if it is long, the electronic component is not used. (For example, refer to Patent Document 1). Alternatively, it has also been proposed to measure the whisker resistance when the whisker has grown to a predetermined length, and to warn of the risk of a short circuit when the whisker exceeds a predetermined value (see, for example, Patent Document 2).
一方、間接的な影響を調べるため、ウイスカを電子機器内で配線上に落下させて導通試験を行うと、ウイスカが配線上にあっても短絡する場合としない場合とがある。電気的な信頼性の観点から見ると、短絡する場合のみが問題となる。 On the other hand, when a whisker is dropped on a wiring in an electronic device and a continuity test is performed in order to investigate an indirect influence, there are cases where the whisker is short-circuited or not even if the whisker is on the wiring. From the viewpoint of electrical reliability, only a short circuit is a problem.
短絡する原因として、Snめっき膜と同様、Snウイスカの表面にも自然酸化膜があり、この表面酸化膜の部分的な欠損と考えられる。よって、ウイスカの表面酸化膜の状態を調べれば、ウイスカの落下による電気的な信頼性調査が可能となる。
しかし、ウイスカの太さが数μmφ程度であることから、表面酸化膜は厚さ数nm程度の薄膜である。そのため、表面酸化膜の状態を調査するにはTEM(透過型電子顕微鏡)などの電子顕微鏡での観察が必要となる。 However, since the thickness of the whisker is about several μmφ, the surface oxide film is a thin film having a thickness of about several nm. Therefore, in order to investigate the state of the surface oxide film, observation with an electron microscope such as a TEM (transmission electron microscope) is required.
また、ウイスカの長さは数十〜数百μm程度と様々であり、1 本のウイスカの表面酸化膜の状態をTEMで観察するには、観察のための前処理や顕微鏡の高倍率化が必要となり、時間とコストがかかるという問題がある。 The length of whiskers varies from several tens to several hundreds of μm. To observe the state of the surface oxide film of one whisker with a TEM, pretreatment for observation and high magnification of the microscope are required. There is a problem that it is necessary and takes time and cost.
なお、上述の直接的な影響を回避する方法では、ウイスカの落下による電気的な信頼性の調査を行うことはできないという問題がある。特に、特許文献2の場合には短絡の如何の原因となる表面酸化膜の状態を把握することは不可能である。 In addition, in the method of avoiding the direct influence mentioned above, there exists a problem that the electrical reliability investigation by the fall of a whisker cannot be performed. In particular, in the case of Patent Document 2, it is impossible to grasp the state of the surface oxide film that causes any short circuit.
したがって、本発明は、落下による電気的な短絡の原因となるウイスカの表面酸化膜の状態の評価を短時間で且つ低コストで行うことを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to evaluate the state of the surface oxide film of the whisker that causes an electrical short circuit due to dropping in a short time and at a low cost.
本発明の一観点からは、錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを一対の電極の少なくとも一方の電極に接するように電極間に設置する設置工程と、前記電極間に電圧を印加して前記電極間に流れる電流の有無を検査する検査工程とを含む電子部品の信頼性評価方法が提供される。 From one aspect of the present invention, an installation step of installing a whisker generated in a member plated with tin between electrodes so as to be in contact with at least one electrode of a pair of electrodes, and applying a voltage between the electrodes Thus, there is provided an electronic component reliability evaluation method including an inspection step of inspecting the presence or absence of a current flowing between the electrodes.
開示の電子部品の信頼性評価方法によれば、錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを取り出して一対の電極の電極間に配置して電流の有無を測定するだけであるので、短時間で且つ低コストで電子部品の信頼性を評価することが可能となる。 According to the reliability evaluation method of the disclosed electronic component, it is only necessary to take out whisker generated in a member plated with tin and place it between the electrodes of a pair of electrodes to measure the presence or absence of current. It is possible to evaluate the reliability of electronic components in a short time and at a low cost.
ここで、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態のウイスカの試験装置の構成説明図である。ウイスカの試験装置はウイスカ設置治具10、直流電源21、抵抗器22、電流計23、及び、これらの間を相互接続するリード線及び接続端子からなる。この場合の直流電源21の最大電圧は20V以下とする。これは、あまり電圧が高いと静電的な引力でサンプルとなるウイスカが吸引されて設置箇所から移動する虞があるためである。
Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a whisker test apparatus according to an embodiment of the present invention. The whisker test apparatus comprises a
また、抵抗器22は、固定抵抗でも可変抵抗でも良いが、可変抵抗の場合には、ウイスカに電流が流れる時の状態を考慮して例えば、0.5kΩ〜110kΩの範囲とする。また、固定抵抗の場合も例えば、0.2kΩ〜110kΩの範囲のいずれかで設定すれば良いが、測定する電流の値を考慮して、例えば、1kΩとする。
The
図2は、ウイスカ設置治具10の概念的構成図であり、図2(a)は平行な一対の線状の電極121,122を絶縁基板11上に設けたものである。この場合の電極121,122は例えば、表面の酸化膜を考慮する必要ないAuで構成し、電極121,122間隔は可変にする機構を設けるか、或いは、互いに間隔が異なった電極を複数対設けておく。また、図2(b)は、一対の櫛歯状の電極131,132を絶縁基板11上に設けたものである。この場合の電極131,132も例えば、表面の酸化膜を考慮する必要ないAuで構成する。
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of the
次に、Snめっき或いはSnを主成分とするめっき、例えば、Sn−Agめっきが施された端子を室温或いは電子機器の動作温度近傍の温度で数十時間或いは数百時間放置して端子上にウイスカを成長させる。成長したウイスカを根元から取り出して試験サンプルとする。 Next, a terminal plated with Sn plating or Sn-based plating, for example, Sn-Ag plating, is left on the terminal for several tens of hours or hundreds of hours at room temperature or a temperature near the operating temperature of an electronic device. Grow whiskers. The grown whisker is taken out from the root and used as a test sample.
この場合、異なった状況で発生するウイスカを得るために、めっきの下地の異なる複数のサンプルを用意する。例えば、黄銅からなる端子の表面にNi下地層を設けたのちSn系めっきを施したものや、黄銅からなる端子の表面に直接Sn系めっきを施したものを準備する。 In this case, in order to obtain whiskers generated in different situations, a plurality of samples having different plating bases are prepared. For example, a Ni base layer is provided on the surface of a terminal made of brass and then Sn-based plating is performed, or a surface of a terminal made of brass is directly subjected to Sn-based plating.
また、電子機器の使用状態と同じ状況で発生するウイスカを得るために、端子を設けた雄型接続部材と凹部を有する雌型接合部材を嵌合させた状態で室温で放置してウイスカを発生させる。この場合のウイスカは嵌合時に外部応力がかかって発生するので実際の状況に近い状態で発生したウイスカとなる。 In addition, in order to obtain whiskers that occur in the same situation as the usage state of electronic equipment, whiskers are generated by leaving a male connecting member provided with a terminal and a female connecting member having a recess fitted at room temperature. Let In this case, the whisker is generated due to external stress at the time of fitting. Therefore, the whisker is generated in a state close to an actual situation.
図3及び図4は、ウイスカの設置状態の概念的説明図であり、図3(a)は図2(a)に示した一対の電極121,122の一方の側面にウイスカ14の根元端部が接触し、他方の電極の肩部にウイスカ4の側面が接した状態になるように設置したものである。また、図3(b)は一対の電極121,122の一方の側面にウイスカ14の先端が接触し、他方の電極の肩部にウイスカ14の側面が接した状態になるように設置したものである。また、図3(c)は、一対の電極121,122の表面に跨がるようにウイスカ14を設置したものである。
3 and 4 are conceptual illustrations of the whisker installation state. FIG. 3 (a) shows the root of the
図4(d)は一対の電極121と電極122との間に複数のウイスカ14を、各ウイスカ14の一方の端部のみが一方の電極121,122の側面に接触し、他方の端部或いは側面同士が互いに接触した状態で設置したものである。図4(e)は電極121と電極122との間に1本のウイスカ14を両端部が電極121,122の側面に接するように押し込んで設置したものである。
FIG. 4 (d) contacting the plurality of
図4(f)は、図2(b)に示した一対の櫛歯状の電極131,132の表面に跨がるようにウイスカ15を設置したものである。これば、ウイスカ15が上述のウイスカ14より長い場合の設置状態である。
FIG. 4 (f) is obtained by installing a
以上の設置状態にウイスカを設置したのち、直流電源21より抵抗器22を介してウイスカ14,15に所定の電圧を印加して、電極間に流れる電流の有無を電流計23により調べる。電流が流れれば短絡の原因となる表面酸化膜に欠陥の多いウイスカと判断し、電流が流れなければ表面酸化膜の欠損のないウイスカであり、ウイスカが発生しても電子機器の信頼性に問題はないと判断する。
After installing the whisker in the above installation state, a predetermined voltage is applied to the
なお、図4(e)に示した設置状態の場合には、電気的に短絡して電流が流れる。これは、1本のウイスカ14を両端部が一対の電極121,122の側面に接するように押し込む際に、ウイスカ14の端部における表面酸化膜に欠損が生ずるためと考えられる。但し、電極の端部に接するようにウイスカが入り込む確率は極めて稀であるので、この設置による試験は必須ではない。
In addition, in the case of the installation state shown in FIG.4 (e), it electrically short-circuits and an electric current flows. This is presumably because defects occur in the surface oxide film at the end of
このように、本発明の実施の形態においては、簡単な構成のウイスカ設定治具を用いて電流の有無を測定するだけであるので、電子顕微鏡を用いずに調べることが可能となる。
したがって、顕微鏡観察用の前処理も不要となり、ウイスカ全体を調べるために高倍率で時間をかけて調べる必要もなくなる。それによって、時間とコストをかけることなく、簡単に表面酸化膜の状態を調査することが可能となる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the presence / absence of current is only measured using a whisker setting jig having a simple configuration, and therefore, it is possible to investigate without using an electron microscope.
Therefore, preprocessing for microscopic observation is not required, and it is not necessary to spend time at high magnification to examine the entire whisker. This makes it possible to easily investigate the state of the surface oxide film without taking time and cost.
本発明のウイスカの短絡試験により電子部品の信頼性を簡単に評価することができる。例えば、表面酸化膜の欠損が判明したウイスカが発生している端子を用いた電子部品は、ウイスカが短絡することから、端子間も短絡し、電子部品の電気的な信頼性に悪影響を及ぼすことになる。したがって、ウイスカが短絡した端子は、その時点で電子部品として用いることができない。 The reliability of the electronic component can be easily evaluated by the whisker short-circuit test of the present invention. For example, an electronic component using a terminal with whisker that has been found to have defects in the surface oxide film will short-circuit between the terminals because the whisker is short-circuited, which adversely affects the electrical reliability of the electronic component. become. Therefore, the terminal where the whisker is short-circuited cannot be used as an electronic component at that time.
一方、表面酸化膜が欠損していなければ、ウイスカが電極上にあっても殆ど短絡することがないことから、ウイスカが発生した端子でも電子部品として用いることができる。 On the other hand, if the surface oxide film is not deficient, even if the whisker is on the electrode, there is almost no short-circuit, and thus the terminal where the whisker is generated can be used as an electronic component.
以上を前提として、次に、図5乃至図7を参照して本発明の実施例1のウイスカの短絡試験方法を説明する。図5(a)はウイスカの発生状況の説明図であり、黄銅31にNi下地32をつけた上でSnめっき33を施した端子30を、例えば、85℃において500時間放置することで端子30の表面からウイスカ35を発生させる。なお、図における符号34は端子30を支えるシール部材である。
Based on the above, a whisker short-circuit test method according to Embodiment 1 of the present invention will be described next with reference to FIGS. FIG. 5A is an explanatory diagram of the occurrence of whiskers. The terminal 30 obtained by applying the Sn plating 33 to the
次いで、顕微鏡で拡大しながら先端が0.3mm以下の先の尖った針状の工具でウイスカ36の根元をすくい上げて取り出すことにより試料とする。取り出したウイスカの形状は、長さ450μm或いは250μmで、直径φが5μmの直線状であった。
Next, a sample is prepared by scooping up and taking out the root of the
図5(b)は取り出したウイスカの概念的断面図であり、ウイスカ35の表面に厚さが数nmの自然酸化膜36が形成されている。なお、ウイスカ35の根元の端部は自然酸化膜36がない状態となる。
FIG. 5B is a conceptual cross-sectional view of the extracted whisker, and a
図6は本発明の実施例1のウイスカ試験装置の構成説明図であり、抵抗器22として1kΩの固定抵抗を用い、直流電源21により12Vの電圧を印加する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the whisker test apparatus according to the first embodiment of the present invention. A fixed resistance of 1 kΩ is used as the
図7(a)はウイスカの設置状態の説明図であり、長さが450μmのウイスカ35を上記の図3(a)と同じ設置状態としたものであり、電極121,122として線幅が0.07mmのAu電極を用いた。ここでは、電極間を0.4mmとした。
FIG. 7 (a) is an explanatory view of a whisker installation state, in which a
このような状態で12Vの電圧を印加して、1kΩの固定抵抗に流れる電流値を電流計23により15分間調べたところ、電極間に電流は流れなかった。したがって、調査したウイスカ35は、その一端がAu電極の一方の端に接触しても電流が流れなかったことから、ウイスカ35は導通しておらず、表面酸化膜の欠損は見られないことが分かった。
In this state, a voltage of 12 V was applied and the current value flowing through the 1 kΩ fixed resistor was examined for 15 minutes by the
図7(b)は、長さが250μmの2本のウイスカ35を図4(d)と同じ設置状態にしたものである。ここでは、ここでは、線幅が0.1mmの電極121,122の間隔を0.45mmとした。このような状態で12Vの電圧を印加して、1kΩの固定抵抗に流れる電流値を電流計23により15分間調べたところ、電極間に電流は流れなかった。したがって、調査したウイスカ35は、その一端がAu電極の一方の端に接触しても電流が流れなかったことから、ウイスカ35は導通しておらず、表面酸化膜の欠損は見られないことが分かった。
FIG. 7B shows two
この試験結果からは、黄銅に対する下地としてNi下地を用いた場合には、ウイスカ35が発生しても表面酸化膜の欠損は見られず、したがって、ウイスカが発生した端子でも電子部品として用いることができる。
From this test result, when a Ni base is used as the base for the brass, even if the
次に、図8及び図9を参照して、本発明の実施例2のウイスカの試験方法を説明する。
図8は、本発明の実施例2のウイスカ試験装置の構成説明図であり、抵抗器22として0.5kΩ、1kΩ、105.5kΩの切替え可能な可変抵抗を用い、直流電源21により3.3Vの電圧を印加する。
Next, a whisker test method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the whisker test apparatus according to the second embodiment of the present invention. A variable resistor of 0.5 kΩ, 1 kΩ, or 105.5 kΩ is used as the
図9は本発明の実施例2のウイスカの設置状態の説明図であり、ここでは、試料となるウイスカ37が長いので、上記の図4(f)の設置方法を採用した。この場合のAuからなる一対の櫛歯状の電極131,132の線幅は0.05mmで互いに組み合わせた状態における隣接する電極131と電極132の間隔は0.18mmである。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the whisker installation state of the second embodiment of the present invention. Here, since the
この場合のウイスカ37は、黄銅の端子に直接Snめっきを施したものであり、根元をすくって取り出したウイスカ37の形状は、長さが1.2mmで直径φが4μmの数箇所折れ曲がった直線状のウイスカであった。
The
このような設置状態で、まず最大抵抗にて電極間に3.3Vの電圧を印加し、ウイスカ37に電流が流れない場合は徐々に抵抗を下げていく方法をとった。その結果、最大の105.5kΩでは電流が流れなかったが、徐々に抵抗を下げて1kΩになったところで、電極間に3mAの直流電流が流れ、電極131,132もウイスカ37も完全に導通が取れた。
In such an installation state, a voltage of 3.3 V was first applied between the electrodes with the maximum resistance, and when current did not flow through the
このウイスカ37の設置状態を顕微鏡で確認したところ、ウイスカ37が折れ曲がった複数箇所で電極131,132と接触しており、この箇所で導通が取れていることが分かった。したがって、ウイスカ37が折れ曲がった箇所で表面酸化膜が欠損しており、表面酸化膜が欠損している場合は、ウイスカ37が電子機器内に落下した場合のリスクが高いことが分かった。
The installation state of
この試験結果からは、黄銅に対して下地を設けずに直接めっきした場合には、表面酸化膜が一部において欠損したウイスカ37が発生しやすいことが分かった。したがって、このようなウイスカ37の発生する端子を電子部品として用いることには問題がある。
From this test result, it was found that
10 ウイスカ設置治具
11 絶縁基板
121,122,131,132 電極
14,15 ウイスカ
21 直流電源
22 抵抗器
23 電流計
30 端子
31 黄銅
32 Ni下地
33 Snめっき
34 シール部材
35 ウイスカ
36 自然酸化膜
37 ウイスカ
10
Claims (5)
前記電極間に電圧を印加して前記電極間に流れる電流の有無を検査する検査工程と
を含む電子部品の信頼性評価方法。 An installation step of installing whisker generated on a member plated with tin between the electrodes so as to be in contact with at least one electrode of the pair of electrodes;
A method for evaluating the reliability of an electronic component, comprising: an inspection step of applying a voltage between the electrodes to inspect for the presence or absence of a current flowing between the electrodes.
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