JP2011138854A

JP2011138854A - チップ部品の良否判定方法

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Publication number: JP2011138854A
Application number: JP2009296725A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Matsushita; 慶友松下; Hideyuki Natsuaki; 英幸夏秋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP5045742B2

Abstract

【課題】使用環境下で発生するおそれがあるチップ部品の内部クラックを有効に検出することが可能なチップ部品の良否判定方法を提供すること。
【解決手段】複数の端子電極が形成されたチップ部品を準備する工程と、配線が施された試験用基板のパッド部と端子電極とを接続する工程と、加圧部を有する耐湿負荷試験機内に試験用基板を、チップ部品が取付けられた試験用基板の表面が下向きになるように配置し、試験用基板の裏面から加圧部で試験用基板を加圧して、チップ部品が突出するように試験用基板を撓ませる工程と、試験用基板を撓ませた状態で、耐湿負荷試験機を用いて加湿試験を行い、電気的特性の劣化の有無を評価する工程とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、たとえば積層セラミックコンデンサなどのチップ部品の良否判定方法に関する。

配線基板に実装されたチップ部品は、製品の実際の使用環境下では、様々なストレスを受ける。チップ部品が受けるストレスによって、チップ部品の内部にクラックが発生することがある。

一方、電子部品のストレス耐性を評価する方法として、高湿度環境になる試験槽内に配置される感湿素子のインピーダンスを経時的に測定する耐湿試験が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、単に耐湿試験を行ったのみでは、使用環境下で受ける様々なストレスによりチップ部品に発生するおそれがある内部クラックを検出することは困難であった。

特開平７−３５７１４号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、使用環境下で発生するおそれがあるチップ部品の内部クラックを有効に検出することが可能なチップ部品の良否判定方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るチップ部品の良否判定方法は、
複数の端子電極が形成されたチップ部品を準備する工程と、
配線が施された試験用基板のパッド部と前記端子電極とを接続する工程と、
加圧部を有する耐湿負荷試験機内に前記試験用基板を配置し、前記試験用基板の裏面から前記加圧部で前記試験用基板を加圧して、前記チップ部品が取付けられた前記試験用基板の表面が突出するように前記試験用基板を撓ませる工程と、
前記試験用基板を撓ませた状態で、前記耐湿負荷試験機を用いて加湿試験を行い、電気的特性の劣化の有無を評価する工程とを有することを特徴とする。

製品の実際の使用環境においては、基板が撓んだ状態でチップ部品が使用されることがある。従来の試験方法では、このような状態を想定していなかった。本発明では、耐湿負荷試験機を用いて、試験用基板を撓ませた状態で加湿試験を行う。すなわち、試験用基板が曲げられてチップ部品に応力が加わった状態でチップ部品の電気的特性の劣化の有無を評価する。したがって、将来的に製品に生じるおそれがある応力腐食による構造欠陥を未然に判別することができる。そのため、使用環境下で発生するおそれがあるチップ部品の内部クラックを有効に検出することが可能となる。

好ましくは、前記チップ部品の電気抵抗特性を測定することにより、前記電気的特性の劣化の有無を評価する。

チップ部品に内部クラックが発生していると、水分が内部クラックに入り込みやすく、このような状態のチップ部品に電圧を印加すると導通する。したがって、チップ部品の電気抵抗特性を測定することにより、電気的特性の劣化の有無を判別することができる。

好ましくは、加圧方向から見て、前記加圧部に比較して前記チップ部品が小さく、前記加圧部と前記チップ部品とが重なる位置となるように、前記試験用基板を前記耐湿負荷試験機内に配置する。

このように配置することにより、配線基板のたわみ量に応じて、チップ部品に正確に応力を印加することができる。

前記チップ部品が取付けられた前記試験用基板の表面が上向きになるように、前記試験用基板を前記耐湿負荷試験機内に配置しても良いが、前記チップ部品が取付けられた前記試験用基板の表面が下向きになるように、前記試験用基板を前記耐湿負荷試験機内に配置することが好ましい。

前記チップ部品の前記電気的特性の劣化の有無を評価することで、前記チップ部品のリード部が前記端子電極から位置ずれした前記チップ部品を検出することもできる。

チップ部品の製造工程において、積層ずれや印刷ずれにより、リード部が端子電極からわずかに表面露出したチップ部品が製造される場合がある。このようなチップ部品は、外観による検査のみでは検出が困難である。このようなチップ部品は、リード部が表面に露出した部分から、水分がチップ部品に入り込み、応力腐食割れの原因となりやすい。本発明では、上記の工程を用いて電気的特性の劣化の有無を評価するので、リード部が端子電極から位置ずれして、電気的特性の劣化が生じ易いチップ部品を、精度良く容易に検出することが可能となる。

図１は、試験用基板に実装するチップ部品の外観図である。図２は、図１に示すチップ部品の分解斜視図である。図３は、リード部が端子電極から位置ずれした様子を示すチップ部品の側面図である。図４は、図１のIV−IV断面図である。図５は、本発明に用いる耐湿負荷試験機の側面図である。図６（Ａ）は、チップ部品が配置された試験用基板の断面図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のVIＢ−VIＢ矢視図である。

チップ部品の全体構成
まず、本発明の一実施形態に係るチップ部品の良否判定方法で判定されるチップ部品２の一例として、多端子構造の積層セラミックコンデンサの全体構成について説明する。図１に示すように、チップ部品２は、誘電体層１２ａ（図２に示す）を複数枚積層した積層体を焼成することで得られた直方体状の焼結体である素子本体１２を有する。

図１に示すチップ部品２は、素子本体１２が幅Ｗ、長さＬ、高さＴを有している。幅Ｗ、長さＬ、高さＴの値は、特に限定されないが、たとえば幅Ｗ＝０．７〜０．９ｍｍ、長さＬ＝１．５〜１．７ｍｍであり、これらの幅Ｗおよび長さＬに比較して、高さＴが小さい低背型のチップ部品である。

図１に示ように、チップ部品２は、Ｘ軸方向（素子本体１２の長さＬ方向）に沿って複数の端子電極３１〜３８を有している。複数の端子電極３１〜３８は、Ｙ軸方向（素子本体１２の幅Ｗ方向）に沿って対向する第１面１２Ａおよび第２面１２Ｂに露出するリード部３１Ｌ〜３８Ｌの端部（図２に示す）を被うように配置される。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に垂直になっている。

複数の端子電極３１〜３８の材質は特に限定されず、通常、銅や銅合金、ニッケルやニッケル合金などが用いられるが、銀や銀とパラジウムの合金なども使用することができる。

図２に示すように、各誘電体層１２ａには、内部電極３１Ｃ〜３８Ｃが形成されている。内部電極３１Ｃ〜３８Ｃはそれぞれ、Ｙ軸方向に沿ってリード部３１Ｌ〜３８Ｌを有している。

誘電体層１２ａの材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムおよび／またはチタン酸バリウムなどの誘電体材料で構成される。各誘電体層１２ａのＺ軸方向における厚みは、特に限定されないが、たとえば１．５〜２．５μｍである。

上述したチップ部品２の製造工程において、誘電体層１２ａの積層ずれや内部電極３１Ｌ〜３８Ｌの印刷ずれまたは端子電極３１〜３８の位置ずれなどにより、図３に示すように、リード部３１Ｌ〜３８Ｌが端子電極３１〜３８からわずかにずれて、リード部３１Ｌ〜３８Ｌが表面に露出したチップ部品が製造される場合がある。

図３に示す不具合の一例では、リード部３５Ｌ〜３８Ｌが、端子電極３５〜３８よりもＸ軸方向にはみ出し、表面に露出している。はみ出し量は、例えば５０〜１００μｍ程度である。なお、図３では不具合を分かりやすく説明するために、リード部３５Ｌ〜３８Ｌが実際の比率よりも大きくはみ出しているように図示してある。このようなチップ部品２は、全体としてのサイズが小さく、リード部３５Ｌ〜３８Ｌのはみ出しを外観による検査で検出することは困難である。

このようなチップ部品２は、実際の製品の使用環境下で受ける様々なストレスにより、リード部が表面に露出した部分から水分がチップ部品２の内部に入り込みやすい。その結果、図４に示す図１のIV−IV断面図のように、誘電体層間をまたぐようなヒビ（応力腐食割れ）４０が発生している場合には、そのヒビ４０の部分に水分が侵入し、ショート不良などの不具合を発生させやすい。本実施形態では、工場出荷後に発生するおそれのあるこのような不具合を未然に検出するため、以下に述べる耐湿負荷試験を行う。

耐湿負荷試験
まず、図１に示すチップ部品２を準備する。そして、図５に示す試験用基板４の表面４ａに形成されるパッド部１４（図６（Ａ）に示す）にチップ部品２の端子電極３１〜３８を接続する。パッド部１４は、試験用基板４のＹ軸方向の略中央に配置されることが好ましい。試験用基板４のＹ軸方向の中央において、たわみ量が大きいためである。チップ部品２が取付けられた位置で試験用基板４を大きく撓ませることで、チップ部品２に生じる応力を大きくすることができる。

試験用基板４は、図６（Ｂ）に示すように、チップ部品２のＹ軸方向の中心から距離Ｌ１の位置に、それぞれ試験端子１８Ａ，１８Ｂを有している。チップ部品２および試験端子１８Ａ，１８Ｂはそれぞれ、試験用基板４の表面４ａのＸ軸方向に沿って複数配置してある。配置数については、特に限定されないが、５〜１０個配置することが好ましい。

試験用基板４のサイズは、特に限定されないが、上述した距離Ｌ１は、チップ部品２の幅Ｗに対して３０倍であることが好ましい。また、Ｘ軸方向における試験用端子間の距離Ｌ２は、チップ部品２の長さＬに対して５倍であることが好ましい。

試験用基板４には、図６（Ａ）に示すパッド部１４と試験端子１８Ａ，１８Ｂとを電気的に接続する配線１６が施されている。パッド部１４と端子電極群３１〜３４および端子電極群３５〜３８との接続は、ハンダ付け等によって行われる。これにより、チップ部品２は、試験用基板４に対して、電気的・機械的に接続され、試験用基板４に密着する。

配線１６は、チップ部品２の端子電極３１〜３４と試験端子１８Ａとを、またチップ部品２の端子電極３５〜３８と試験端子１８Ｂとを電気的に接続している。図６に示す配線１６は、図５に示すように、測定装置２３に接続されている。後述する試験の測定結果は、表示装置２５に表示される。

次に、図５に示すように、加圧部２０を有する耐湿負荷試験機２２の内部に配置される治具２４の支持部２６，２６に、上述した試験用基板４のＹ軸方向における両端部４ｃ，４ｃが接触するように配置する。この時、チップ部品２が取付けられた試験用基板４の表面４ａが下向きになるように配置する。なお、耐湿負荷試験に用いられる治具２４の構造上、図５における下方向とＺ軸方向とは一致しているが、試験用基板４の表面４ａが、後述する加圧方向を向いているのであれば、Ｚ軸と一致しなくてよい。

なお、図５に示すＺ軸方向から見て、加圧部２０に比較してチップ部品２が小さく、また、加圧部２０とチップ部品２とが重なる位置となるように、試験用基板を耐湿負荷試験機２２の内部に配置することが好ましい。

次に、図５に示す入力装置２１からたわみ量の条件が入力され、試験用基板４の裏面４ｂから、加圧部２０で試験用基板４をＺ軸方向に加圧する。加圧部２０で試験用基板４を加圧することにより、チップ部品２が突出するように試験用基板４を所定量だけ撓ませる。図５に示す試験用基板４の中央でのたわみ量ｆは、０．５〜２．０ｍｍとなるようにすることが好ましい。このように試験用基板４を撓ませた状態で、耐湿負荷試験機２２を用いて加湿試験を行う。加湿試験の時間は、１０〜１００時間であることが好ましい。

入力装置２１にて湿度条件を入力すると、不図示の水蒸気導入口から、耐湿負荷試験機２２の内部に水蒸気が送り込まれる。耐湿負荷試験機２２の内部に配置される湿度センサ（不図示）によってリアルタイムに湿度が計測され、耐湿負荷試験機２２の内部の湿度が一定に保持される。耐湿負荷試験機２２の内部の相対湿度は、９０〜１００％ＲＨとすることが好ましい。

また、耐湿負荷試験機２２には不図示のヒーターおよび温度センサが配置してあり、耐湿負荷試験機２２の内部の温度が一定に制御される。耐湿負荷試験機２２の内部の温度は比較的高温で制御されることが好ましく、加湿試験中は６０〜１５０度であることが好ましい。

加湿試験の所定の時間が経過した後に、図５および図６に示す試験端子１８Ａおよび１８Ｂに電圧を印加する。印加電圧は、チップ部品２の定格電圧に対して０．８〜２．０倍が好ましい。チップ部品２の定格電圧よりも比較的に高い電圧であることが好ましい。そして、試験端子１８Ａと１８Ｂとの間における電圧および電流値が、測定装置２３によって測定され、チップ部品２の端子間の電気抵抗値が演算される。

測定されたチップ部品２の端子間の電気抵抗値が所定値以下である場合に、測定対象のチップ部品２はショート不良を起こしていると考えられ、チップ部品２の内部に、図４に示すようなクラック４０が生じている可能性があると判定することができる。

すなわち、表示装置２５に表示される電気抵抗値が所定値以下であれば、図３に示すように、チップ部品２のリード部３１Ｌ〜３８Ｌが端子電極３１〜３８から位置ずれしていると判定することができる。

製品の実際の使用環境においては、基板が撓んだ状態でチップ部品が使用されることがある。従来の試験方法では、このような状態を想定していなかった。本実施形態では、耐湿負荷試験機２２を用いて、試験用基板４を撓ませた状態で加湿試験を行う。すなわち、試験用基板４が曲げられてチップ部品２に応力が加わった状態でチップ部品の電気的特性の劣化の有無を評価する。したがって、将来的に製品に生じるおそれがある応力腐食による構造欠陥を未然に判別することができる。そのため、使用環境下で発生するおそれがあるチップ部品２の内部クラック４０を有効に検出することが可能となる。

チップ部品２に内部クラック４０が発生していると、水分が内部クラック４０に入り込みやすく、このような状態のチップ部品２に電圧を印加すると導通する。したがって、チップ部品２の電気抵抗特性を測定することにより、電気的特性の劣化の有無を判別することができる。

また、本実施形態では、図５に示すＺ軸方向から見て、加圧部２０に比較してチップ部品２が小さく、また、加圧部２０とチップ部品２とが重なる位置となるように、試験用基板を耐湿負荷試験機２２の内部に配置する。このように配置することにより、配線基板４のたわみ量に応じて、チップ部品２に正確に応力を印加することができる。

本実施形態では、上記の工程を用いて電気的特性の劣化の有無を評価するので、リード部３１Ｌ〜３８Ｌが端子電極３１〜３８から位置ずれして、電気的特性の劣化が生じ易いチップ部品２を、精度良く容易に検出することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、図５に示す測定装置２３によって端子間の抵抗値を演算したが、抵抗値以外のパラメータを測定しても良い。具体的には、電流値等を測定しても良い。

また、一つのロットから、ランダムに複数のチップ部品２を耐湿負荷試験し、試験済の全てのチップ部品についての電気抵抗値が所定値以下であれば、同一ロットの全チップ部品をＯＫと判断しても良い。また、所定個数以上、電気抵抗値が所定値以下の結果が出たチップ部品２が存在したら、同一ロットについて再試験を行っても良い。

また、上述した試験を行った後に、同一ロットの別チップ部品を用いて、図６（Ｂ）に示す試験用基板に実装するチップ部品２の方向を異ならせて試験を行ってもよい。すなわち、チップ部品２の長さＬ方向と、図６（Ｂ）に示すＹ軸方向とが一致するようにして試験を行っても良い。この場合に、チップ部品２の方向による試験の順は、逆でも良い。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１
チップ部品２のサイズは、幅Ｗ＝０．８ｍｍ、長さＬ＝１．６ｍｍ、高さＴ＝０．６ｍｍのものを使用した。図１に示す複数の端子電極３１〜３８の材質は、Ｃｕペースト焼付層／Ｎｉめっき層／Ｓｎめっき層であるものを使用した。図２に示す誘電体層１２ａの材質は、チタン酸バリウムを主成分とし、各誘電体層１２ａのＺ軸方向における厚みは、２．０μｍとした。

上記のチップ部品２を、同一ロットからランダムに２５個選択し、図６に示す試験用基板４のパッド部１４にはんだ付けにより実装した。はんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ３−Ｃｕ０．５を使用した。試験用基板４は、ＦＲ−４のガラス布基材エポキシ樹脂製のものを使用した。試験用基板４のサイズは、図６（Ｂ）に示すＸ軸方向の幅４０ｍｍ、Ｙ軸方向の長さ１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのものを使用した。図６（Ｂ）に示す距離Ｌ１＝２５ｍｍ、距離Ｌ２＝５ｍｍとした。

上記の試験用基板４を、図５に示す治具２４に配置し、加圧部２０で試験用基板４を加圧した。図５に示すたわみ量ｆ＝１ｍｍとなるように加圧した。

上記の状態にて、８０時間、加湿試験を行った。加湿試験の条件は、耐湿負荷試験機２２内の相対湿度が９５％ＲＨであり、温度を１２１度とした。

８０時間経過後に、図５および図６に示す試験端子１８Ａおよび１８Ｂに３．６Ｖの電圧を印加し、個々のチップ部品２について、電気抵抗値が１ＭΩ以下であるか否かの判定を行った。電気抵抗値が１ＭΩ以下である場合に、チップ部品２は不良品であると判定した。

試験に用いたチップ部品の総計２５個のうち、不良品の占める割合を、クラック発生率として求めた。その結果を表１に示す。

比較例１
図６に示す試験用基板４の加圧を行わない以外は、実施例１と同様にしてチップ部品２を加湿試験した。実施例１と同様にしてチップ部品２の端子間の電気抵抗値の測定を行い、試験に用いたチップ部品の総計２５個のうち、不良品の占める割合を、クラック発生率として求めた。

比較例２
図６に示す試験用基板４の加圧を１０秒間のみ行い、加湿試験中は試験用基板４の加圧を行わない以外は、実施例１と同様にしてチップ部品２を加湿試験した。実施例１と同様にしてチップ部品２の端子間の電気抵抗値の測定を行い、試験に用いたチップ部品の総計２５個のうち、不良品の占める割合を、クラック発生率として求めた。

表１に示す実験結果より、比較例１および比較例２においてはクラック発生率がそれぞれ０％および４％であるのに対し、実施例１において、３６％と高い値を得た。したがって、比較例１および２では検出できないチップ部品２の内部クラックを実施例では有効に検出することが可能であることが判明した。

２…チップ部品
４…試験用基板
４ａ…表面
４ｂ…裏面
１２…素子本体
１６…配線
２０…加圧部
２２…耐湿評価試験機
３１〜３８…端子電極
３１Ｌ〜３８Ｌ…リード部

Claims

複数の端子電極が形成されたチップ部品を準備する工程と、
配線が施された試験用基板のパッド部と前記端子電極とを接続する工程と、
加圧部を有する耐湿負荷試験機内に前記試験用基板を配置し、前記試験用基板の裏面から前記加圧部で前記試験用基板を加圧して、前記チップ部品が取付けられた前記試験用基板の表面が突出するように前記試験用基板を撓ませる工程と、
前記試験用基板を撓ませた状態で、前記耐湿負荷試験機を用いて加湿試験を行い、電気的特性の劣化の有無を評価する工程とを有することを特徴とするチップ部品の良否判定方法。
前記チップ部品の電気抵抗特性を測定することにより、前記電気的特性の劣化の有無を評価することを特徴とする請求項１に記載のチップ部品の良否判定方法。
加圧方向から見て、前記加圧部に比較して前記チップ部品が小さく、前記加圧部と前記チップ部品とが重なる位置となるように、前記試験用基板を前記耐湿負荷試験機内に配置することを特徴とする請求項１または２に記載のチップ部品の良否判定方法。
前記試験用基板の前記表面が下向きになるように、前記試験用基板を前記耐湿負荷試験機内に配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチップ部品の良否判定方法。
前記チップ部品の前記電気的特性の劣化の有無を評価することで、前記チップ部品のリード部が前記端子電極から位置ずれした前記チップ部品を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のチップ部品の良否判定方法。