JPH04269666A - 電子部品の検査方法，試験方法ならびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子部品の耐熱性試験装
置，はんだ付け実装時損傷検査装置，その試験や検査の
方法、及び、電子部品に係り、特に、電子部品加熱時の
耐クラック性の評価に好適な耐熱性試験装置，はんだ付
け実装時の電子部品のクラック検出に好適な損傷検査装
置，その試験や検査の方法、及び信頼性を向上させた電
子部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品のはんだ付け実装では、
電子部品を基板表面に仮り止めしたあと、それら全体を
加熱する面付け実装方式が主流となりつつある。この方
式では、例えば、メモリＩＣなどのように部品外形にた
いして比較的大きな素子をもつ電子部品などは、加熱過
程で図９に示したようにその封止樹脂１８に損傷２０（
クラック）が生じる場合がある。この損傷２０は、封止
樹脂内部にあらかじめ存在していた水分が加熱によって
急激に気化し、蒸気圧で内部の特定界面１９がはく離，
膨張するために起こるということが、日本機械学会論文
集（Ａ編）５５巻５１０号ｐｐ．３５６などで明らかに
なっている。

【０００３】電子部品の耐熱性を試験する装置に関して
、特開平１−２３７４７６　号公報が公知となっている
。この発明では、加熱過程で生じる電子部品の変形挙動
から内部の損傷を非破壊検知するという方法、及び装置
の原理が示されている。その代表的な構造は、図９に示
したようなもので、変形検出用触針５ｊが裏向きに搭載
された対象電子部品１の鉛直上方に立てられ、センサ部
８ｊがその上方に位置している。また、加熱源４は対象
電子部品に対して約３０度から６０度の照射角となるよ
うに設定され、単一方向のみに存在している。

【０００４】また、加熱による電子部品の温度変化挙動
（温度プロファイル）は、別工程であらかじめ測定して
おいたデータを、後の変形測定用に再入力して加熱を行
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
よる装置では、以下のような不具合が生じていた。

【０００６】（１）図１０で対象電子部品１は、加熱源
４に近い部位から順に温度上昇が生じ、発生する損傷も
温度の高い部位（図９の１ｔｈ）に偏る傾向があった。 また、そのような影響を軽減するため加熱源の入射角を
大きくし、対象電子部品の鉛直方向近傍に配置すると、
加熱源から変位センサ８ｊ部への熱伝導やふく射により
、変形測定に悪影響を及ぼすことがあった。

【０００７】（２）対象電子部品そのものの温度に対応
した加熱制御が行えなかった。

【０００８】（３）変位検出用触針の精密な位置合わせ
が必要であるため、時間や作業性の点で、実際の電子部
品実装工程中の検査で用いるには不向きであった。

【０００９】（４）変形測定機構の触針が、個々の対象
電子部品に対して一本ずつしかないため、そのままでは
損傷が発生した部位が把握できなかった。

【００１０】本発明の目的は、電子部品中の温度分布に
起因する損傷発生部位の偏りをなくし、センサ部に熱的
悪影響を及ぼすことなく、対象電子部品の温度に対応し
た加熱制御が可能で、必要に応じて時間や作業性の点で
実際の電子部品実装工程における検査に用いるに好適、
あるいは対象電子部品の損傷発生部位の把握が可能な装
置、試験や検査の方法、及びそれらによって高い信頼性
のある電子部品を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のような
手段を講じることにより達成される。

【００１２】（１）装置中の加熱源を、対象の電子部品
に対して鉛直上方、もしくは鉛直下方、もしくはその両
方に配置する。あるいは、例えば対象の電子部品の斜め
上方，左右対称の方向に二個の加熱源を配置する、リン
グ形状をなした加熱源を用いるなどの多方向からの加熱
が可能となる措置を講じる。

【００１３】また，それに伴って変形測定手段たる機構
の触針の回転中心と、対象電子部品との接触点の基準位
置とが、水平の位置関係となるように配置する。

【００１４】（２）対象電子部品と同種、もしくは類似
の電子部品中の特定の界面に、例えば、熱電対のような
温度測定機構を内蔵して対象電子部品と同時に加熱を行
い、その出力で加熱制御を行う。

【００１５】（３）スリット状のレーザ光を対象の電子
部品の側面中央部に照射し、レーザ光軸の延長線上にあ
る受光部の受光面積変化より、対象電子部品の変形を検
知する構造の変位センサを変形測定手段として用い、対
象電子部品の側面方向よりレーザ光を照射して厚みの変
化を測定する。

【００１６】また、変形測定機構を面実装電子部品のは
んだ付け装置中に設け、加熱前と加熱後の二度にわたっ
て対象電子部品の変形測定を行う検査方法をとる。

【００１７】（４）上記の変形測定機構を複数組設け、
試験によるそれら総ての出力から対象電子部品の熱的強
度評価を行う。

【００１８】

【作用】（１）本発明によれば、対象電子部品の被測定
面に対して鉛直方向に加熱源が位置し、しかもこのよう
な装置は、通常、対象電子部品に対して面積的に十分大
きな加熱源を用いるため、あるいは二以上の方向から対
象電子部品に対して加熱が行われるため対象電子部品は
その被加熱面がほぼ均一に加熱され、前述のような損傷
発生部位の偏りといった不具合を解消することができる
。

【００１９】しかも、変位測定手段たる機構のセンサ部
は、加熱源より十分に遠ざけられることとなるため、熱
伝導やふく射などの熱的影響を受けず、常に良好な測定
結果が得られる。

【００２０】（２）また本発明によれば、対象電子部品
と同種の電子部品を用いて加熱温度の測定、及び制御を
行うため、得られる温度は対象電子部品そのものの温度
に他ならず、従って対象電子部品そのものの温度に対応
した加熱制御が可能となる。

【００２１】（３）レーザ光を用いる変形測定機構を装
置中に用いれば、レーザ光により、直接、変形測定が可
能で触針が不要となるため、精密な位置合わせの工程が
省略されて作業性が向上し、実際の電子部品実装工程中
の検査で用いるにも好適な装置となる。

【００２２】また、この検査方法をとることで、対象電
子部品の加熱前と加熱後との差が求まることになる。損
傷が発生した電子部品は、加熱前に比べて変形が大きい
ため、所定値以上の差を得た電子部品については、加熱
によって損傷が発生したと言え、時間や作業性の点です
ぐれた検査が行えることとなる。

【００２３】（４）この評価方法をとることにより、異
なる部位で測定して得た変形挙動の違いから、損傷発生
部位の把握が可能となる。例えば、クラックが貫通した
部位の変形量は、他の部位に比べて大きく、あるいは、
対象電子部品の中央部の幅方向三ヵ所で得たある時間に
おける変形量が、各測定部位の間隔に比例していれば、
剛性が高くたわみの生じない半導体素子とタブとの界面
ではく離が生じたなどといった状態の把握が可能となる
。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明する
。

【００２５】図１は本発明の一実施例である試験、ある
いは、検査のための装置の主要部分を表したものである
。サンプルステージ３上には裏向きに搭載された対象電
子部品１、及び、熱電対２ｔを内蔵した同種電子部品２
が載置されている。また、それらの鉛直上方には加熱源
たる赤外線放射式加熱器４が設置されている。石英ガラ
ス製の触針５はその接触部が対象電子部品の裏面中央部
に鉛直に接触し、そこから水平方向に屈曲して加熱部か
ら遠ざかる方向に展開している。ここで対象電子部品と
の接触部と、回転中心となる支点６とは、互いが水平の
位置関係となるようにしてある。支点６からは鉛直下方
に向かって軸が伸びており、その先端には渦電流式変位
センサ用のターゲット７が取り付けられ、それに対向す
るように同変位センサ８が設置されている。

【００２６】加熱によって対象電子部品中の特定の界面
がはく離，膨張して損傷が発生すると、電子部品１の触
針５接触部が隆起し、それに伴って触針５、及びターゲ
ット７が支点６を中心として回転する。変位センサ８は
ターゲット７との距離を検知し、後述する項目の値が所
定値以上に達したとき、損傷発生の信号を出力する。こ
の機構によれば、厳密には対象電子部品の鉛直方向の変
形は支点６を回転中心とした円周方向の変位に変換され
ることになるが、実際の電子部品では通常、その値は３
００μｍ以下と小さいので、触針５の長さを５０ｍｍ前
後と長く設定すれば、それによる測定誤差は無視しうる
程度のものとなる。また、触針の長さを長くすることは
、変位検出機構への熱的影響を低減させる効果もある。 その程度については、使用するセンサの特性にもよるが
対象電子部品１を３００℃に加熱したとき、センサ温度
が８０℃以下となることが望ましい。

【００２７】同装置の加熱源４には、例えば、棒状の平
行発光型赤外線照射式加熱器を用いることにより、実際
の電子部品実装における環境が再現され、等温加熱面積
が十分広くなり、一度に複数の電子部品の試験、あるい
は検査が可能になるといった効果がある。また、サンプ
ルステージ３の形状を変化、例えば、部品設置部に貫通
孔をあけることなどにより、加熱源４を４ｂの位置に移
動することも可能である。このことは実際の電子部品の
実装工程中の環境、すなわち、電子部品の上面より加熱
する状態を再現する狙いがある。また、これら両方向に
加熱源を設置することも可能である。このことは対象電
子部品１の上下面間の温度差を低減させ、温度差から生
じる、損傷とは無関係な変形（そり）を低減させ、測定
精度を向上させる効果がある。

【００２８】加熱温度制御用の電子部品２は、フィード
バック式の加熱温度制御器に接続する。こうすることに
より、例えば加熱時間に対して線形な温度上昇値を得る
、あるいは、温度サイクル負荷をかけるなどといった対
象電子部品そのものの温度に対応した制御が可能となる
。

【００２９】なお、同装置の構成としてこの他に対象物
の汎用化を図るため、例えば、サンプルステージと加熱
源との距離，サンプルステージ形状，変形検出機構数，
センシング感度などは可変とすることが望ましい。また
、例えば冷却機構，位置合わせ機構などの補助機構も必
要に応じて設置する。

【００３０】図２は本発明の第二実施例である装置の主
要部分を表したものである。加熱源４は対象電子部品１
の斜め上方の、同図において左右対称となる位置に二個
設置してある。このような形態とすれば、たとえ斜め方
向からの加熱であっても対象電子部品１の温度分布は比
較的小さく抑えることができる。また、触針５ｊ、及び
センサ８ｊ部は従来技術で述べたものをそのまま用いる
ことができる。

【００３１】なお、加熱光の照射角、及び加熱源の数は
、前述したようなセンサ８ｊ部の温度許容値を満足すれ
ば特に制約はない。

【００３２】図３は本発明の第三の実施例である装置の
主要部分を表したものである。加熱源４ｒはリング形状
をなし対象電子部品１の上方に設置され、その中央部に
触針５ｊ，変位センサ８ｊといった変形測定機構が設け
られている。このような形態とすれば、たとえ対象電子
部品１の被測定面に対して鉛直方向に加熱源が位置して
いなくても、その円周方向全体より加熱が行われるため
、対象電子部品１の温度分布を比較的小さく抑えること
ができる。

【００３３】図４は本発明の第四の実施例で、変形測定
手段たる機構の別例の原理を示したものである。平行な
レーザ光１０を、投光器１１のスリット１２より対象電
子部品１の側面方向へ発し、受光器１３で受光するレー
ザ光面積Ａ　（＝ｗ　（ｈ１＋ｈ２））の変化から対象
電子部品１の厚さ方向の変形を検知する方式の変位セン
サを用いることで、レーザ光１２による直接変形測定が
可能となるため従来技術における触針の位置合わせ工程
が不要となる。従って、この変形測定（もしくは検出）
機構を実際の電子部品のはんだ付け装置に取り入れるこ
とにより、検査時間の短縮や作業性の向上が図られ、実
装工程における損傷の検査が可能となる。

【００３４】図５は本発明の装置による電子部品の耐熱
性試験、すなわち加熱に伴う変形測定の結果を示すグラ
フである。上の線と下の線はそれぞれ、加熱時間に伴う
加熱温度とそれに伴う電子部品の一般的な変形挙動であ
る。個々の電子部品の変形量は通常、加熱温度によって
ほぼ一義的に決まり、損傷が発生する直前には最大限に
まで達し、損傷が発生した時点で蒸気が外部に放出され
、急激に変形量が減少するため１４のようなピークが現
れる。従って、この挙動をモニタし、信号出力のための
項目として、単位時間における変形量の変化率を使用す
れば、損傷発生の有無、及びその時の温度が把握でき、
電子部品の熱的強度の定量評価が可能となる。

【００３５】また、変形測定機構を複数用い、一個の対
象電子部品に対して複数個所の変形測定を行い挙動をモ
ニタすることにより、それぞれの位置における変形の大
きさや挙動から、損傷発生部位の把握も可能となる。

【００３６】また、同じく変形測定機構を複数組用い、
複数の対象電子部品について同時に変形測定を行い、挙
動をモニタすることにより、電子部品相互間の熱的強度
比較が可能となる。

【００３７】図６は本発明の第五の実施例で、第四の実
施例の変形測定機構を用いた場合の、電子部品の実装工
程における検査の状態を示す。まず、加熱前の状態で受
光面積Ａｂｅｆ（＝ｗ（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３））を測定し
ておき、加熱後、十分に冷却した後に、再度受光面積Ａ
ａｆｔ（＝ｗ（ｈ１′＋ｈ２′＋ｈ３′））を測定する
。加熱後のｈ１，ｈ２はそれぞれｈ１′，ｈ２′へと変
化するが、一般には熱膨張などに伴う微細作用でいずれ
もｈ１＞ｈ１′，ｈ２＞ｈ２′となり、結果的にＡｂｅ
ｆ＞Ａａｆｔとなる。また、特に損傷が発生した場合に
は、電子部品内部で非可逆的な大変形が起こるため、そ
の差が大きくなる。

【００３８】図７は、図６における検査結果をグラフに
示した一例である。電子部品Ａ，電子部品Ｂはいずれも
受光面積差（Ａｂｅｆ−Ａａｆｔ）が所定値Ａａｌ以下
であるが、電子部品Ｃは所定値Ａａｌ以上で、加熱中に
大きな変形、すなわち損傷が発生したことを示している
。この場合に損傷発生の信号を出力させることによって
も、検査工程における識別が可能となる。

【００３９】図８は本発明の第五の実施例で、変形測定
機構の加熱温度の測定に用いる電子部品の断面を示した
ものである。通常、このような電子部品の損傷は、半導
体素子１６を搭載するためのタブ１７と、封止用樹脂１
８との界面１９のはく離，膨張が原因となるため、電子
部品の熱的強度は同部の温度を用いて評価する。この電
子部品は同部に先端径約０．２ｍｍ　程度の熱電対２ｔ
を内蔵し、封止したものである。

【００４０】熱電対２ｔの装着方法は、この他に、場合
によっては電子部品の表面に接着してもよい。また実際
の電子部品実装工程で用いる場合には、はんだ付け温度
の制御が第一課題であるため、はんだの付着する実装基
板に装着してもよい。

【００４１】また、加熱温度の測定、及び制御の手段と
して、温度測定用半導体素子を内蔵した電子部品を使用
してもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、電子部品中の温度分布
に起因する損傷発生部位の偏りをなくし、センサ部に熱
的悪影響を及ぼすことなく、対象電子部品そのものの温
度に対応した加熱制御が可能で、しかも必要に応じて実
際の電子部品実装工程における検査に好適、あるいは、
対象電子部品の損傷発生部位の把握が可能な装置、それ
を用いた試験や検査の方法を提供することができる。

【００４３】また、本発明の試験や検査によって、信頼
性の高い電子部品、あるいはそれを用いた製品を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の装置の主要部分の説明図。

【図２】本発明の第二の実施例の装置の主要部分の説明
図。

【図３】本発明の第三の実施例の装置の主要部分の説明
図。

【図４】本発明の第四の実施例の、変形測定手段の原理
図。

【図５】本発明による電子部品の耐熱性試験の特性図。

【図６】本発明の第五の実施例の、電子部品の実装工程
における検査状態の説明図。

【図７】本発明の第五の実施例の検査結果の説明図。

【図８】本発明の第六の実施例の加熱温度測定、及び制
御用電子部品の断面図。

【図９】対象電子部品の断面図。

【図１０】従来技術による装置の主要部分の説明図。

【符号の説明】

１…対象電子部品、２…対象電子部品と同種の電子部品
、２ｔ…熱電対、３…サンプルステージ、４…加熱源、
５…触針、６…支点、７…ターゲット、８…変位センサ
。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品のはんだ付け実装時の損傷を検査
   すべく、もしくは、前記電子部品の耐熱性を試験すべく
   、前記電子部品の加熱手段と変形測定手段とを併設し、
   前記電子部品の加熱手段たる加熱源が前記電子部品の鉛
   直上方，鉛直下方、もしくはその両方に存在し、前記電
   子部品の変形測定手段たる機構の触針の回転中心と、前
   記電子部品との接触点の基準位置とが、水平の位置関係
   となることを特徴とする電子部品の測定装置。
2. 【請求項２】電子部品のはんだ付け実装時の損傷を検査
   すべく、もしくは前記電子部品の耐熱性を試験すべく、
   前記電子部品の加熱手段と変形測定手段とを併設してな
   り、個々の前記電子部品に対して複数方向より加熱が可
   能な構造とすることを特徴とする電子部品の測定装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記電子部品
   のはんだ付け実装時の損傷を検査すべく、もしくは前記
   電子部品の耐熱性を試験すべく、前記電子部品の加熱手
   段と変形測定手段とを併設してなり、前記電子部品の変
   形測定手段たる機構のセンサ部を、前記加熱源より所定
   値以上の熱的しゃへい効果を得る位置に遠ざけている電
   子部品の測定装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記電子
   部品の変形測定手段たる機構に、渦電流式変位センサ、
   もしくは容量式変位センサ、もしくはスリット状の平行
   レーザ光照射式変位センサを用いる電子部品の測定装置
   。
5. 【請求項５】請求項１，２または３において、前記加熱
   源として、赤外線照射式加熱器を用いる電子部品の測定
   装置。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
   温度測定機構を備えた、検査の対象となる前記電子部品
   と同種、もしくは類似する電子部品を用いて加熱温度の
   測定、及び制御を行う電子部品の測定装置。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
   て、前記電子部品の変位測定手段たる機構を設けた面実
   装電子部品のはんだ付け装置。
8. 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７の
   装置を用いて電子部品の耐熱性を試験する電子部品の試
   験方法。