JP2017037047A - 電子部品の実装状態の評価方法及び電子部品の実装状態の評価用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の実装状態の評価を行う。【解決手段】基板に実装された電子部品の実装状態を評価する方法であって、前記電子部品に電流を流すための電流端子部と、電位差を検出するために前記電流端子部から引き出された少なくとも２つの電圧端子部と、を有する電子部品の実装状態の評価用部材を準備するステップと、前記電流端子部に前記電子部品を実装するステップと、前記電流端子部から前記電子部品に通電した状態において、前記電圧端子部間における電圧を測定して抵抗値を求めるステップと、を有する電子部品の実装状態の評価方法。【選択図】図５

Description

本発明は、電子部品の実装状態の評価技術に関する。

例えば、チップ型の抵抗器、インダクタ、コンデンサなどの電子部品をプリント基板にはんだ実装する場合、実装条件によってはんだフィレットの形状や、はんだ組織の状態が異なることがある。また、熱衝撃が加わることで部材間に熱膨張差が生じ、はんだ接合部に応力が集中してクラックが入ることもある。

はんだフィレットの状態は、実装されている電子部品の耐久性や性能に影響するため、電子機器の生産時に、電子部品の実装状態を検査することがある。このような検査には、画像検査によってはんだフィレットの形状を確認したり、X線透過装置ではんだフィレットの状況を確認したりすることが、一般的である。

しかし、このような方法では、はんだフィレットの内部状況の判別ができず、また高価な設備を要する等の問題がある。はんだ接合部の断面写真による確認方法もあるが、破壊を伴い、経時的な挙動を検討することができない。

はんだ実装状態の良否判別する方法として、特許文献１、２がある。特許文献１には、導体部分２１と導体部分２２がショート状態になっているか否かを確認することにより、はんだ付け不良を検出することが開示されている。

特許文献２には、実装部品のパターンに対するリード接触、はんだ付け不良状態を検出する方法として、４端子測定法によって、リード２８とパターン３０の間の抵抗値を測定し、はんだ付け状態の良否を判定する方法が開示されている。

特開昭６１−１７４７９５号公報 特開平７−１０４０２６号公報

しかしながら、上記の特許文献はいずれも、実装時における実装パターンと実装部品との導通の確認または断線を検出するものであり、はんだ実装における接合状態、フィレット部分の状態の評価はできない。

本発明は、はんだ実装における接合状態、フィレット部分の状態の評価を行うことを目的とする。

本発明の一観点によれば、基板に実装された電子部品の実装状態を評価する方法であって、前記電子部品に電流を流すための電流端子部と、電位差を検出するために前記電流端子部から引き出された少なくとも２つの電圧端子部と、を有する電子部品の実装状態の評価用部材を準備するステップと、前記電流端子部に前記電子部品を実装するステップと、前記電流端子部から前記電子部品に通電した状態において、前記電圧端子部間における電圧を測定して抵抗値を求めるステップと、を有する電子部品の実装状態の評価方法が提供される。前記電圧端子部を３つ備えることを特徴とする。３つの電圧端子部のうちから２つを任意に選択して異なる接続領域の抵抗値を測定することで、電子部品の実装状態を電気的に評価することができる。

前記電子部品を実装するステップにおいて、前記電子部品の電極と前記電流端子部との当接部と、前記当接部の周囲に形成された接合剤のフィレットと、が形成され、前記当接部の側部と、前記フィレットの側部とにおける電位差を測定できるように、前記２つの電圧端子部がそれぞれ配置されていることが好ましい。電子部品の電極のサイズ等に合わせて電圧端子部を、予め設計しておくと良い。

前記電圧端子部は、前記電流端子部の電流の流れる方向において異なる複数の位置から引き出されており、選択された２つの前記電圧端子部において電圧を測定することが好ましい。

尚、前記電圧端子部を電流の流れる方向と交差する方向にも分岐させることで、より精密に実装状態を評価することも可能である。

本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板に形成され、電子部品を実装するための電流端子部と、前記電流端子部から引き出され、電位差を検出するための少なくとも２つの電圧端子部と、を備えた電子部品の実装状態の評価用部材が提供される。

前記電圧端子部は、前記電流端子部の電流の流れる方向において異なる複数の位置から引き出されていることが好ましい。

本発明によれば、はんだ実装における接合状態、フィレット部分の状態の評価を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す平面図である。 実装状態の評価用部品に実装する電子部品の一例として示すチップ型抵抗器の斜視図（ａ）、及びＩａ−Ｉｂ線に沿う断面図（ｂ）である。 図１に示す評価用部品に図２に示すチップ型抵抗器をはんだ付けした状態を示す平面図である。 図３のＩｃ−Ｉｄ線に沿う断面図である。 本実施の形態による電子部品の実装状態の評価の流れを示すフローチャート図である。 電流端子部間に電流を流しながら電圧を測定する電圧端子部の選択に依存して、評価できる対象を説明するための図である。 はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続が正常である実装状態を示す平面図である。 はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続において、はんだに偏りが生じた場合の実装状態を示す平面図である。 はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続において、電子部品が斜めに実装された状態を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す図である。 本実施の形態による実装状態の評価方法を、コンデンサなどの実装状態の評価にも適用した例を示す図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。

本明細書において、評価対象となる電子部品は、電極を備えた電子部品である、電子部品は、例えば、チップ型の抵抗器、インダクタ、コンデンサなどであり、プリント基板にはんだ実装するものである。

以下に、本発明の実施の形態による電子部品の実装状態の評価技術について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す平面図である。図２は、実装する電子部品の一例として示すチップ型抵抗器の斜視図（ａ）、及びＩａ−Ｉｂ線に沿う断面図（ｂ）である。

また、図３は、図１に示す評価用部品に図２に示すチップ型抵抗器をはんだ付けした状態を示す平面図であり、図４は、そのＩｃ−Ｉｄ線に沿う断面図である。

図１に示すように、電子部品の実装状態の評価用部品Ａは、例えばガラスエポキシ基板などからなる検査用基板１と、その上に形成された例えば銅箔などの導電性パターンにより形成され、電流を流すためのコネクタ等を接続する部分と電子部品を実装する部分とを含む配線パターン１１と、を有する。

配線パターン１１は、検査用基板１上に、フォトリソグラフィー技術を利用し、銅箔をエッチングしてパターンを形成する。

配線パターン１１は、電子部品を実装し電子部品に電流を流すための幅Ｗ_ｎの電流端子部１５ａ、１５ｂと、電位差を検出するための少なくとも２つの電圧端子部１７、１８と、を備えている。電圧端子部１７、１８は、電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれに対して少なくとも３つ備える。電圧端子部を３つ備えることで、異なる領域の電圧を測定することができる。

図１の例では、４端子法により電位差を測定するための端子として、電流を流すための電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから分岐して、電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃが設けられている。電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃは、電流端子部１５ａ、１５ｂの異なる位置Ｐ_１〜Ｐ_３、Ｐ_１１〜Ｐ_１３から引出用配線２１ａ〜２１ｃ、２３ａ〜２３ｃにより引き出されており、例えば、図１において、Ｐ_１−Ｐ_２間、Ｐ_１１−Ｐ_１２間がＷ_１、Ｐ_１−Ｐ_３間、Ｐ_１１−Ｐ_１３間がＷ_２、である。すなわち、電圧端子部１７、１８は、電流端子部１５ａ、１５ｂの電流の流れる方向における異なる位置Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、…、Ｐ_１１、Ｐ_１２、Ｐ_１３、…から複数（少なくとも３つ）分岐して設けられている。電圧端子部は、電流端子部のいずれか一方に形成するようにしてもよい。

尚、電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃと記載しているが、図１において、位置Ｐ_１〜Ｐ_３、Ｐ_１１〜Ｐ_１３から引出用配線２１ａ〜２１ｃ、２３ａ〜２３ｃにより引き出されているため、実効的な電圧端子部は、位置Ｐ_１〜Ｐ_３、Ｐ_１１〜Ｐ_１３の位置となる。以下、電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃと記載した場合の、実効的な電圧端子部の位置は、位置Ｐ_１〜Ｐ_３、Ｐ_１１〜Ｐ_１３となる。尚、電圧端子部の位置は、幅Ｗ_ｎの任意の位置にＷ_1，Ｗ_2・・・Ｗ_ｉで示すような間隔を有し設けることができる。

図２（ａ）に示すチップ型抵抗器３１は、セラミックス基板３２と、その両側面と、上面及び下面の一部領域とに形成されている電極３３ａ、３３ｂと、を有する。電極３３ａ、３３ｂ間に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）などによる低抵抗材により形成された抵抗体３６が、例えば、セラミックス基板３２の幅方向の中央領域に設けられている。抵抗体３６は、例えば、エポキシ樹脂などの保護膜３５により覆われている。

図５は、本実施の形態による電子部品の実装状態の評価方法の流れを示すフローチャート図である。

評価処理を開始すると（図５：Ｓｔａｒｔ： ステップＳ１）、図２に示すチップ型抵抗器３１を準備し（図５： ステップＳ２）、図３、図４に示すように、評価用部品Ａにはんだや導電性接着剤により固定する（図５： ステップＳ３）。

配線パターン１１の電流端子部１５ａ、１５ｂの対向する端部に電子部品の電極３３ａ、３３ｂの下部表面が接するように、評価用部品であるチップ型抵抗器３１を当接させ、介在するはんだにより接着し固定する。図４において、符号４１ａ、４１ｂで示すように、はんだによるフィレットが形成される。これにより、チップ型抵抗器３１の実装状態と同じ状態となるため、その実装状態を正確に評価することができる。

実効的に位置Ｐ_１〜Ｐ_３、Ｐ_１１〜Ｐ_１３に設けられている電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃは、はんだにより接着される当接部３８ａ、３８ｂの外側の側部の位置と、フィレット４１ａ、４１ｂの外側の側部の位置とに形成する。

このような実装状態で、電流端子部１５ａ、１５ｂと電圧端子部１７ａ〜１７ｃ、１８ａ〜１８ｃとを利用して、４端子測定法により配線パターン１１に搭載される電子部品３１の各部位（配線パターン１１との接続領域）における抵抗値を測定する（図５： ステップＳ４）。この抵抗値に基づいて、後述するように電子部品の実装状態を評価することができる（図５： ステップＳ５： Ｅｎｄ）。

図６は、電流端子部１５ａ、１５ｂ間に電流を流しながら電圧を測定する電圧端子部１７、１８のいずれかを選択に依存して、評価できる対象を説明するための図である。図６では、引出用配線２１ａ〜２１ｃ、２３ａ〜２３ｃにより、どの電圧端子を選択するかを示している。

１）電圧端子（引出用配線）として、引出用配線２１ａと２１ｂとを選択すると、符号４１ａで示す領域（図４の当接部３８ａに相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ１における実装状態を評価することができる。

２）電圧端子（引出用配線）として、２３ａと２３ｂとを選択すると、符号４３ａに示す領域（図４の当接部３８ｂに相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ２における実装状態を評価することができる。

３）電圧端子（引出用配線）として、２１ｂと２１ｃとを選択すると、符号４１ｃに示す領域（図４のフィレット４１ａの底面に相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ３（領域ＡＲ１を除く）における実装状態を評価することができる。

４）電圧端子（引出用配線）として、２３ｂと２３ｃとを選択すると、符号４３ｃに
示す領域（図４のフィレット４１ｂの底面に相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ４（領域ＡＲ２を除く）における実装状態を評価することができる。

５）電圧端子（引出用配線）として、引出用配線２１ａと２１ｃとを選択すると、符号４１ｂに示す領域（図４の当接部３８ａとフィレット４１ａの底面に相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ３における実装状態を評価することができる。

６）電圧端子（引出用配線）として、２３ａと２３ｃとを選択すると、符号４３ｂに示す領域（図４の当接部３８ｂとフィレット４１ｂの底面に相当する。）の抵抗値を評価することができる。従って、領域ＡＲ４における実装状態を評価することができる。

さらに、１）、３）、５）あるいは２）、４）、６）を総合的に評価することで、以下に示すように、実装状態をより詳細に評価することができる。

図７Ａは、はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続が正常である実装状態を示す平面図である。図７ＡにおけるＶ１、Ｖ２、Ｖ３の抵抗値とＴＣＲを測定した結果は以下の表１のようになった。

（表１）
抵抗値 TCR
V1：0.054 mΩ 3877×10^-6/K
V2：0.011 mΩ 4404×10^-6/K
V3：0.065 mΩ 3945×10^-6/K

表１より、抵抗値は、おおむねＶ１＋Ｖ２＝Ｖ３の関係にあることがわかる。すなわち、はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続が正常である場合には、単に、領域の面積にほぼ比例する抵抗値が得られることがわかる。

図７Ｂは、はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続において、はんだの付着領域に電流端子部１５ａの長さ方向の偏りが生じた場合の実装状態を示す平面図である。図７ＢにおけるＶ１、Ｖ２、Ｖ３の抵抗値とＴＣＲを測定した結果は以下の表２のようになった。

（表２）
抵抗値 TCR
V1：0.055 mΩ 3768×10^-6/K
V2：0.033 mΩ 4180×10^-6/K
V3：0.080 mΩ 3920×10^-6/K

表２より、抵抗値は、Ｖ２が表１のＶ２に比べて高く、かつ、Ｖ１＋Ｖ２＞Ｖ３の関係にあることがわかる。すなわち、はんだの付着状態に偏りが生じた場合には、正常に実装された場合と比べて、傾向の異なる抵抗値が得られることがわかる。

図７Ｃは、はんだによる電子部品と実装用のパターンとの接続において、電子部品が電流端子部１５ａの長さ方向に対して斜めに実装された状態を示す平面図である。図７ＣにおけるＶ１、Ｖ２、Ｖ３の抵抗値とＴＣＲを測定した結果は以下の表３のようになった。

（表３）
抵抗値 TCR
V1：0.042 mΩ 3782×10^-6/K
V2：0.007 mΩ 4040×10^-6/K
V3：0.035 mΩ 3842×10^-6/K

表３より、抵抗値は、Ｖ２が表１のＶ２に比べて低く、かつ、Ｖ１＋Ｖ２＞Ｖ３の関係にあることがわかる。すなわち、電子部品が電流端子部１５ａの長さ方向に対して斜めに実装された場合には、正常に実装された場合と比べて、傾向の異なる抵抗値が得られることがわかる。

以上のように、本実施の形態による電子部品の実装状態の評価技術を用いると、電子部品の実装状態を電気的に評価することができ、実際に電子部品を実装する際の問題点等を知ることができる。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す平面図である。本実施の形態による評価用部品Ｂにおける配線パターン部１１は、４端子法により電位差を測定するための端子として、電流を流すための電流端子部１５ａ、１５ｂと、電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから分岐するように、電位差を検出するための電圧端子部が多数設けられている。多数の電圧端子部は、電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから、符号１７ｘ−１、１７ｘ−２に示すように、基板１表面により画定されるｘ−ｙ平面のｘ方向において異なる位置から分岐する。

さらに、電圧端子部１７ｘ−１、１７ｘ−２は、電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから、ｘ−ｙ平面のｙ方向において異なる位置から分岐する。

このように構成することで、電子部品（チップ型抵抗器）３１と電流端子部１５ａ、１５ｂとの間のはんだによる実装領域ＡＲ１１、ＡＲ１２のそれぞれの４辺の任意の位置を電圧端子部１７ｘ−１、１７ｘ−２の位置として選択して、抵抗を測定することができる。従って、電子部品の実装状態を、領域をより細分化して電気的に評価することができる。

尚、図８に示す電圧端子部１７ｘ−１、１７ｘ−２の分岐位置は、一例であり、目的に応じて任意の位置に設ければ良い。

（第３の実施の形態）
図９は、本発明の第３の実施の形態による電子部品の実装状態の評価用部品の一構成例を示す図である。本実施の形態による評価用部品Ｃは、４端子法により電位差を測定するための端子として、電流を流すための電流端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから分岐するように、電位差を検出するための電圧端子部が多数設けられている。端子部１５ａ、１５ｂのそれぞれから、ｘ−ｙ平面のｘ方向において異なる位置から分岐する多数の電圧端子部１７ｙ、１７ｙ・・・が設けられている。さらに、電子部品の電極３３ａ、３３ｂに、プローブ５１ａ、５１ｂをあてたり、ワイヤーボンディングを行ったりすることにより、これらの、プローブ５１ａ、５１ｂ等を、電圧端子部１７ｙのうちのいずれか１つと対を成す一方の電圧測定用端子（電圧端子部）の一方として利用することができる。従って、図８のような決められた位置に限らず、一方の電圧測定用端子の位置を任意の位置とすることができる。
このようにすることで、はんだフィレット４１ａ、４１ｂの部分の状態をより詳細に分析することもできる。

尚、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、本実施の形態による実装状態の評価方法は、チップ型抵抗器のみでなく、インダクタ、コンデンサなどの電子部品の実装状態の評価にも応用することができる。

例えば、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、素体５２を電極３３ａ、３３ｂで挟んだチップ型積層コンデンサを図４と同様に評価用基板１に実装して、図１０（ｂ）に示すように、プローブ５１ａ、５１ｂをあてたり、ワイヤーボンディングすることで、コンデンサの実装状態を抵抗値により電気的に評価したりすることができる。また、プローブ５１ａ、５１ｂおよび電圧端子１７ｙのいずれかと、これと導通する電流端子部との間で電流を流し（コンデンサ等の素体には電流が流れない状態で）、それ以外の電圧端子１７ｙによって電圧を測定してもよい。

以上に説明したように、本発明の各実施の形態によれば、電子部品について、耐熱試験やヒートサイクル試験など、耐久試験を行う際に、電圧測定を随時モニターすることによって、はんだによる接合状態の経時変化を数値化することができる。最適な実装条件などの特定に大きく寄与する。

上記の例では、電子部品と評価用部材との接着剤としてはんだを用いた例を説明したが、その他、導電性接着剤による実装にも適用可能である。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、電子部品の実装状態の評価方法として利用可能である。

Ａ…電子部品の実装状態の評価用部品、１…評価用基板、１１…配線パターン部、１５ａ、１５ｂ…電流端子部、１７、１８…電圧端子部、２１ａ〜２１ｃ、２３ａ〜２３ｃ…引出用配線、３１…チップ型抵抗器、３２…セラミックス基板、３３ａ、３３ｂ…電極、３８ａ、３８ｂ…当接部、４１ａ、４１ｂ…フィレット、５１ａ、５１ｂ…プローブ。

Claims (6)

1. 基板に実装された電子部品の実装状態を評価する方法であって、
   前記電子部品に電流を流すための電流端子部と、電位差を検出するために前記電流端子部から引き出された少なくとも２つの電圧端子部と、を有する電子部品の実装状態の評価用部材を準備するステップと、
   前記電流端子部に前記電子部品を実装するステップと、
   前記電流端子部から前記電子部品に通電した状態において、前記電圧端子部間における電圧を測定して抵抗値を求めるステップと、を有する電子部品の実装状態の評価方法。
2. 前記電圧端子部を３つ備えることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装状態の評価方法。
3. 前記電子部品を実装するステップにおいて、
   前記電子部品の電極と前記電流端子部との当接部と、前記当接部の周囲に形成された接合剤のフィレットと、が形成され、
   前記当接部の側部と、前記フィレットの側部とにおける電位差を測定できるように、前記少なくとも２つの電圧端子部がそれぞれ配置されている請求項１に記載の電子部品の実装状態の評価方法。
4. 前記電圧端子部は、前記電流端子部の電流の流れる方向において異なる複数の位置から引き出されており、
   選択された２つの前記電圧端子部において電圧を測定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電子部品の実装状態の評価方法。
5. 基板と、
   前記基板に形成され、電子部品を実装するための電流端子部と、
   前記電流端子部から引き出され、電位差を検出するための少なくとも２つの電圧端子部と、を備えた電子部品の実装状態の評価用部材。
6. 前記電圧端子部は、前記電流端子部の電流の流れる方向において異なる複数の位置から引き出されていることを特徴とする請求項５に記載の電子部品の実装状態の評価用部材。

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