JPH0415556A - 接合部の接合欠陥検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板上に実装ハンダ付けされた電子
部品のはんだ接合部に発生する欠陥を検出する検出方法
及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来技術としては大別して、（１）Ｘ線に代表される放
射線透過法等による内部可視化、（２）超音波、Ｂスコ
ープ、Ｃスコープ等による内部可視化、（３）光学的方
法による外観性状の検査、等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術のうち、（１）の方法にあっては、基本
的に照射方向に対する被検部の厚みにのみ感度を有する
ので、接合部で問題となる未着等を検出できない。また
上記（２）の方法にあっては、探傷装置として分解能が
μｍオダのものがあるが、油浸、水浸等が原則になるの
で、電子部品の検査方法としては不向きであり、また被
検部が小さいので空間分解能が及ばない。さらに（３）
の方法では、外観性状（はんたフィレットの状態）から
接合状態を類推することか仮定となるので、本質的に内
部の状態まではわからないという問題がある。

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、プリン
ト基板上に実装はんだ付けされるリードピン等のリード
フレームのはんだ接合部の検査が高精度で行なえて、従
来いかなる方法でも検出不可能であった剥離、未着等の
欠陥の検出が確実に行なうことができ、しかも上記検査
のための被検査位置が複数の点であることにより、検査
のための高密度エネルギの照射は面積及び時間が少なく
、経済的であると共に短時間で検査することかでき、ま
た上記方法を実施する装置は、簡単な構成でもって良好
に上記方法を実施することができるようにした接合部の
接合欠陥検出方法及びその装置を提供することを目ｒ自
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明方法は、近年、気体、液体等の分光分析の分野で
注目を集めている光音響法を適用したもので、特にその
応用であるＰ　Ｄ　Ｓ　（Ｐｈｏｔ。

ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　５ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ　）を利用する。

これは光熱弾性による板厚方向の温度勾配による曲げモ
ーメントが起因して他の正常接告の部分に比して大きな
振動振幅が観測されるという原理であり、これを利用し
て、高密度エネルギを断続的に被検出部であるはんた接
合されたり一トフレームの複数個所に照射し、それぞれ
の個所にて励起される熱弾性曲げ振動の挙動のうち振動
振幅、振動位相に着目し、これに解析を加えることによ
りはんだ接合部の接合状態の良否を判定しようとするる
ものである。

すなわち、本発明に係る接合部の接合欠陥検出方法は、
一定周波数で断続する高密度エネルギを、一端を集積回
路のチップに接続し、他端を基板にはんだ接合したリー
ドフレームの複数個所の微小部に集中照射し、この各照
射位置において励起される光熱弾性振動の振動振幅及び
位相を検出し、この各振動振幅及び位相を解析すること
によりはんだ接合部の接合状態の良否を判定する。

上記接合状態の良否は、はんだ付け正常、リドフレーム
の浮き、はんだ未着、はんだ部分前に分類する。

また上記接合部の接合欠陥検出方法を実施する装置は、
レーザ光等の高密度エネルギを、端を集積回路のチップ
に接続し、他端を基板にはんだ接合したリードフレーム
上の微小部分に集中照射する高密度エネルギ照射手段と
、上記高密度エネルギを一定周波数で断続する変調手段
と、上記照射位置における光熱弾性振動の振動振幅及び
位相を検出する光熱弾性反応検出手段と、これの検出結
果を解析して上記リードフレームのはんだ接合部での接
合状態の良否を判定する解析判定手段とから構成されて
いる。

〔作　用〕

一定周波数で断続する高密度エネルギがリードフレーム
の微小部分に照射されると、この部分に、光熱弾性振動
か励起され、この振動の振幅と位相が光熱弾性反応検出
手段にて検出され、その結果が解析判定手段にて解析さ
れてリードフレームとプリント基板との接合状態の良否
が判定される。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明方法を実施するため基本構成を示すもの
で、Ｘ−Ｙ方向に移動可能にしたテーブル］に、集積回
路（ＩＣ）のチップ２のリドピン３をはんだ接合した基
板４を音響的にシールされた試験用セル５内に収納して
載置する。

そして、上記リードピン３のはんだ接合部６に、試験用
セル５に設けた透過窓７を透過させてレーザ発振器８か
らのレーザ光９を照射する。

このとき、レーザ光９は、例えばレーザ光路中に設置し
である光変調器］Ｏにより一定周波数に断続される。な
お１０　ａは光変調器ドライバ、１０ｂは周波数発生器
である。

はんだ接合部６ては上記レーザ光９により熱弾性曲げ振
動が励起され、この振動及び位相をマイクロホン１１に
て検出する。この検出のタイミングはレーザ光９の光変
調に同期して行ない、検出信号はプリアンプ１２を経て
ロックインアンプ１３にてロックイン増幅されて振幅強
度位相角遅れが、エネルギ信号として導かれる。

このエネルギ信号はＡ／Ｄ変換器］４を経て演算制御処
理装置１５に転送され、その結果がホスｌ−ＣＰ　Ｕ　
１６に入力される。

以」二がはんだ接合部６の一点での計測の動作概要であ
り、この一連の動作を、テーブル１をテーブルドライバ
］７にて微小駆動させることによりはんた接合部６の長
手方向にわたる多点で行ない、はんだ接合部６の全域に
わたる振動振幅強度を検出していく。

なおこの実験におけるリードピン３は第２図に示すよう
に、段階状に折れ曲げ、その一端をＩＣのチップ２のプ
ラスチック内にモールディングして接続されており、他
端部の平面部が基板４にはんだ付けされているガルウィ
ング型のテストピースを用いた。そしてこのリードピン
３において、チップ２への接続部をチップ２に近い部分
をＡ１遠い部分をＢとし、はんだ接合部をＣとし、また
チップ２への連結部の横軸方向の長さをρ４、これに連
なる長さをΩ２とする。

」二層第２図に示すリードピン３にレーザ光９を照射し
、その反応を検出した結果を第３図（Ａ）、（Ｂ）、（
Ｃ）に示す。この第３図の各図の横軸はレーザ光９を照
射した位置に対応し、この各位置において計測された振
動振幅と位相角の６値を縦軸に表示している。そして図
中実線は位相角を、また破線は振動振幅をそれぞれ示す
。

第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各図において、（Ａ）
図ははんだイ」けが正常であり、（Ｂ）図ははんだ未着
、（Ｃ）図は基板４に対してリドピン３が浮いている状
態である。

上記のことにより少なくとも以下の３つの事実が確認さ
れる。

（１）リードピン３の浮きに対しては、位相角はレーザ
照射位置に対して不変の応答を示す。またその振動振幅
はり−ドピン３のチップ２のプラスチックモールド側に
近い部分で極大となり、以下リードピン３の先端方向に
わたって漸減する。

（２）はんだ付け正常晶とはんだ未着のテストビスに対
しては位相角がほぼ１８ｏ０急変する位置がある。

（３）はんだ付け正常晶とはんた未着とでは振動振幅の
極大値が表われる位置か異なる。

薄板における熱弾性曲げ振動については、Ｇ。

Ｒｏｕｓｓｅｔ　、　Ｆ、Ｉ−ｅｐｏｎｔｒｅ　ａｎ＋
ＪＩ、、ＢｅｒｔｒａｎｄＩ、、Ｂｅｒｔｒａｎｄ等の
研究（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５４（１９８３）２３
８３〜２３９１）によりその有用性か確認されている。

上記３つの現象が上記熱弾性曲げ振動に起因して生じる
と仮定し、以下に解説を加える。

第４図（Ａ）に示すように薄板］７に局所的にパルス状
の高エネルギを与えると、薄板１７の表面と裏面には大
きな温度勾配が生じ、その結果として曲げモーメントが
生成して薄板１７は第４図（Ｂ）に示すように撓む。

ここで思考実験として第５図（Ａ）、（Ｂ）を参照しな
から以下のことを考える。両端を固定した薄板１８に対
し、その１次の共振周波数と同一の周波数でエネルギを
断続的に与える。

この場合、固定端に近い部分にエネルギを与えて撓む（
振動する）方向（下方への撓み）と中央道りでエネルギ
を与えて撓む方向（上方への撓み）では変位の方向が反
転する。よってその振動の位相は第５図（Ｂ）に示すよ
うに１８０゜異なる。なお、第５図（Ｂ）において、実
線は位相変化、鎖線は振幅強度を示す。

以」二より、上記３つの確認事項（１）〜（３）につい
て、 （１）′　　リードピン３の浮きはプラスチックモルト
部分でのみ剛体支持されているので、曲げ方向は一定で
ある。振動振幅は根元あたりで最大となる。

（２〉′　はんだ付け正常晶と未着については、両端部
か固定された第５図（Ａ）、（Ｂ）に近いイメージにな
るので、場所により励起される振動の方向が第２図に示
す領域（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）によって異なる。なお実
験に供した未着品はＣの部分（はんだ接合部６）が圧着
されているような状態である。なおここで上記領域Ａ１
Ｂはプラスチックにモールドされた部分の水平部の長さ
の略１／２ずつの領域であり、Ｃははんだ接合部６の部
分である。

（３）′第２図のＣの部分では、未着品は接続強度がは
んた（＝Ｉけ正常晶に比較して低いので、振動の自由度
か高い。よって未着品では、領域Ａ１Ｂに対して領域Ｃ
の部分での振動振幅が大きくなる。

以上のことからリードピン３の被検査位置を少なくとも
、第２図に示すリードピン３の各領域ＡＳＢＳＣのそれ
ぞれの中間点Ａ’　　　Ｂ’Ｃ′の３点をとり、それぞ
れにレーザ光９を照射する。

以下にその詳細を説明する。

まずＡ′点にレーザ９か照射するように位置決めする。

次に演算制御処理装置１５は周波数発生器１．　Ｏｂに
所定の周波数のパルス列を発振するように指令し、この
パルス列に基づき、光変調器ドライバ１０ａが光変調器
１０を駆動し、その結果レーザ光９がこの周波数で断続
される。

次に計Ａ１１ｌ系の動作に移る。

試験用セル５の透過窓７を通って被検査部に照射された
断続光により誘起される光熱反応はマイクロホン］］に
て検出され、この検出信号はプリアンプ１２を経てロッ
クインアンプ１３に入力される。ロックインアンプ１３
では周波数発生器１０ｂの信号を参照信号として検出信
号の振幅、位相が演算される。この検出信号の振幅、位
相信号は次にＡ／Ｄ変換器］４にてＡ／Ｄ変換されて演
算制御処理装置１５に転送される。

以」二の動作をリードピン３のＢ′点、Ｃ′点にて繰り
返してリードピン１本の計測が終了する。

次に演算制御処理装置１５では」１記３点での計測値に
ついて下記のアルゴリズムに基づき演算を行ない、接合
状態に関する判定を行なう。

上記作用において、各被検査位置Ａ’　　　Ｂ’Ｃ′で
計測される振動振幅、位相角は次の変数で表わす。

そして上記各被検査位置Ａ′　　Ｂ′　　Ｃ′でのデー
タ取得から正常、未着、浮き、さらに部分着の各判定を
行なう過程をフローチャー１・で示すと第６図のように
なる。

ここで、正常とは、はんた付けが正常になされているこ
とであり、未着とは、はんだ付けはされていないが、リ
ードピン３か基板４」二の銅箔に接触していることであ
り、浮きは、リードピン３が上記銅箔に接触せず浮いて
いる状態であり、さらに部分着とは、上記以外の部分的
な接合状態のことである。

ここでのフローチャートでの正常、未着、浮きについて
は第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示される実験結果よ
り得られる知見に基づき構成されたものであり、この（
Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各図に示される態様以外の性質
をもつものについてはすべて部分着の評価を与えている
。

判定結果はホストＣＰＵに転送され、必要に応じて不良
部品についての対策、例えば不良マ力や不良基板ストッ
ク等、さらに結果の記録化か行なわれる。

上記各作用の全体アルゴリズムフローを示すと第７図に
示すようになる。なおこの図においてステップ（２′）
は各被検査位置Ａ’　　Ｂ’Ｃ′への移動するためステ
ップである。

上記実施例ではガルウィング型表面実装置Ｃを対象とし
た例を示したか、本発明方法は他のタイプのＩＣ，例え
ば第８図に示すＤＩＰ型ＩＣ１第９図に示す表面実装Ｊ
ベンド型ＩＣへも容易に拡適用可能である。

なおこの両ＩＣの場合は光エネルギ９を横方向から照射
する。

そして正常はんたイ；１け時には第５図に示すような応
答が得られ、無はんた時には振動方向が一定となり、光
エネルギ９の照射位置に対する依存性がない。

また上記実施例では高密度エネルギにレーザ光を用いた
例を示したが、これには熱風、電子線等であってもよい
。

また検出手段も、音響用のマイクロホンのほかに圧電素
子、光学変位測定器等であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プリント基板」二に実装はんだイ」け
されるリーザピン等のリーザフレームのはんだ接合部の
検査が高精度で行なえて、従来いかなる方法でも検出不
可能であった剥離、未着等の欠陥の検出か確実に行なう
ことかてき、しかも上記検査のための被検査位置が複数
の点であることにより、検査のための高密度エネルギの
照射面積及び時間が少なく、経済的であると共に短時間
で検査することができる。

また上記方法を実施する装置は、簡単な構成でもって良
好に上記方法を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明の
基本構成を示す説明図、第２図はすＦピンの一例を示す
説明図、第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はリードピンの
異なる位置での計測結果を示す線図、第４図（Ａ）、（
Ｂ）は熱弾性曲げの概念図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は両
端固定薄板の熱弾性曲げの位置依存性を示す説明図、第
６図、第７図は検出時のフローチャー１・、第８図、第
９図はリードピンの異なる接合形状を示す説明図である
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定周波数で断続する高密度エネルギを、一端を
   集積回路のチップに接続し、他端を基板にはんだ接合し
   たリードフレームの複数個所の微小部に集中照射し、こ
   の各照射位置において励起される光熱弾性振動の振動振
   幅及び位相を検出し、この各振動振幅及び位相を解析す
   ることによりはんだ接合部の接合状態の良否を判定する
   ことを特徴とする接合部の接合欠陥検出方法。
2. （２）接合状態の良否は、はんだ付け正常、リードフレ
   ームの浮き、はんだ未着、はんだ部分着に分類すること
   を特徴とする請求項（１）記載の接合部の接合欠陥検出
   方法。
3. （３）レーザ光等の高密度エネルギを、一端を集積回路
   のチップに接続し、他端を基板にはんだ接合したリード
   フレーム上の微小部分に集中照射する高密度エネルギ照
   射手段と、上記高密度エネルギを一定周波数で断続する
   変調手段と、上記照射位置における光熱弾性振動の振動
   振幅及び位相を検出する光熱弾性反応検出手段と、これ
   の検出結果を解析して上記リードフレームのはんだ接合
   部での接合状態の良否を判定する解析判定手段とからな
   ることを特徴とする接合部の接合欠陥検出装置。