JPH0763664A

JPH0763664A - はんだ濡れ性試験方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0763664A
Application number: JP13196294A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Shimokawa; 英恵下川; Tasao Soga; 太佐男曽我; Akihiko Ishikawa; 昭彦石川; Masaaki Asano; 匡昭浅野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低融点金属でめっきされた試料や、電子回路部
品のリード部のように微小サイズの試料について、はん
だ濡れ性を試験する方法を提供する。【構成】試料のはんだ濡れ性を試験する方法であって、
試料上に固体の状態のはんだを載せて、試料およびはん
だを加熱し、はんだを融解させ、融液が試料上を拡がり
始める温度ａ、ｂ、ｃ、ｄを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ濡れ性の試験方
法及び試験装置に係わり、特に、電子回路基板に搭載さ
れる小型電子部品の接続用端子や基板パッド等、微小部
分のはんだ濡れ性を試験する方法及び試験装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子回路基板や電子回路部品等のはんだ
付け部位について、はんだ濡れ特性を試験することは、
はんだ付け工程の温度や時間を定めるために、さらに
は、製品の信頼性を高めるために重要である。従来、は
んだ濡れ性の試験方法として、試料上ではんだボールを
溶融し、はんだの拡がり面積を測定する試験方法（濡れ
拡がり法）や、試料をはんだ槽に浸漬させたときに試料
に加わる力を測定するメニスコグラフ法等が知られてい
る。メニスコグラフ法は、”電子材料のはんだ付技術
−その科学と技術−”大澤直著、工業調査会、ｐ２
９３〜ｐ３００に記載されている。

【０００３】実際の電子回路基板等の製造工程では、部
品を短時間ではんだ付けすることが要求されており、部
品リード部等のはんだ付け部について、初期の濡れ拡が
り速度等の動的な濡れ特性を試験することが必要であ
る。そこで濡れ拡がり法においては、特開平５−１２６
７１５号公報のように、平衡時のはんだの拡がり面積の
みならず、拡がり面積の経時変化を測定し、銅板等のは
んだ濡れ特性について試験する試みもなされている。

【０００４】後者のメニスコグラフ法では、試料をはん
だ槽に浸漬させたときに試料に加わる力を基にして、動
的な濡れ特性を試験することができるが、試料に加わる
力は試料の大きさに依存するため、比較が難しいという
問題があった。また、基板上に形成された基板パッドに
ついても、メニスコグラフ法では評価する必要のない基
板の部分まではんだに濡れてしまうため、基板パッドの
はんだ濡れ特性を簡単には試験できなかった。

【０００５】メニスコグラフ法を微小部品のリード部の
濡れ性試験に応用した例として、サーキット・ワール
ド、１６（１９８９年）第２４頁から３２頁（Circuit
World,１６（１９８９）ｐｐ２４−３２）に記載されて
いるような、各種部品にあった専用治具を作製し、これ
を用いて濡れ性を試験する方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の濡れ拡がり法
は、電子部品の接続端子や基板上のパッドが、銅などの
ようにはんだよりも高い融点の材料からなっている場合
には、はんだの拡がり方を観測しやすい。しかしなが
ら、各種電子部品の電気的接続端子や基板上のパッド
は、はんだ濡れ性を向上させるために、ＳｎやＳｎ−Ｐ
ｂ合金等の低融点金属によって被覆されていることが多
い。これらの材質は、検出に用いるはんだボールの融点
近傍で溶融するため、溶融後のはんだの拡がり面積を測
定しにくく、濡れ拡がり法で、はんだの拡がり面積変化
と表面状態との間の相関を得にくいという問題があっ
た。

【０００７】また、メニスコグラフ法で電子部品の接続
端子や基板上のパッドなどの微小なもののはんだ濡れ性
を試験するためには、上述したように部品の種類が異な
る毎に治具を作製しなければならず、汎用的に使う事が
できないという問題があった。

【０００８】また、メニスコグラフ法は、試料の大きさ
に対して無限に近い量のはんだの融液を溜めたはんだ槽
に浸漬する方法のため、浸漬はんだ付け法に近い条件で
はんだ濡れ性を試験する。しかし、現在の主流であるリ
フローはんだ付け法は、はんだ量が限られた条件ではん
だ付けを行う。そのため、メニスコグラフ法は、リフロ
ーはんだ付けに対して適切な試験法とはいえない。

【０００９】本発明の目的は、超小形電子部品等のよう
に微小なはんだ付け部位や、低融点金属で被覆された部
位のはんだ濡れ特性を試験することのできる方法および
そのための装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第一の態様によれば、試料のはんだ濡れ性
を試験する方法であって、試料上に固体の状態のはんだ
を載せて、試料およびはんだを加熱し、はんだを融解さ
せ、融液が試料上を拡がり始めるまでの時間、または温
度を検出する方法が提供される。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明の第二
の態様によれば、試料のはんだ濡れ性を試験する方法で
あって、試料上に固体の状態のはんだを載せて、試料お
よびはんだを加熱し、予め定めた時点から、はんだの拡
がり面積が予め定めた面積に達する時点までの時間、ま
たははんだの拡がり速度を試験する方法が提供される。

【００１２】

【作用】試料に固体のはんだを載せて、これらを加熱し
たときの、はんだの濡れ拡がり挙動は、試料の材質や表
面清浄度、表面の酸化膜の厚さ、フラックスの種類、量
及び雰囲気等により影響を受ける。従って、はんだの融
液の試料上の拡がり面積の違いが、試料のはんだに対す
る濡れ性の違いを表していることになる。

【００１３】従来、試料表面が低融点金属でめっきされ
ていない試料の場合には、はんだが試料上を拡がる速さ
を試験することによって、はんだの濡れ性を試験するこ
とができた。しかしながら、試料が低融点金属でめっき
されている場合には、はんだの拡がる速度ではんだの濡
れ性を試験することはできなかった。また、試料が低融
点金属でめっきされている場合、はんだの融点と試料の
めっき膜の融点とが近くはんだ融液の輪郭がはっきりせ
ず、はんだ融液の面積を求めることも困難であった。

【００１４】発明者等は、実験から、低融点の金属（例
えばＳｎ−Ｐｂ合金）めっきされた試料及びめっきされ
ていない銅板試料上でのはんだの拡がりモデルを推測し
て、図４に示した。はんだの拡がり過程は拡がり始め時
点を境いに２つの段階、ステップ１、ステップ２に分け
ることができる。Ｓｎ−Ｐｂめっきされた試料、及び銅
板試料上にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだボールを置いて加熱し
た場合、温度が上昇してはんだボールが融点に達し溶融
しても、試料およびはんだの表面は、酸化膜で覆われて
いるため、すぐにはんだが拡がることはできない。しか
し、フラックスの還元作用により酸化膜が除去されて、
清浄な金属同士が接触すると、はんだが拡がり始める。
ここまでが、ステップ１とする。

【００１５】はんだが試料上を拡がり始める温度は、試
料によって異なる。これは、清浄な金属同士が接触する
までの時間の違いを示していて、試料表面の表面酸化膜
厚に依存する値といえる。従って、ステップ１におい
て、Ｓｎ−Ｐｂめっき試料と銅板試料は同じ挙動を示
す。

【００１６】しかし、清浄な金属同士が接触した後（ス
テップ２）においては、Ｓｎ−Ｐｂめっき試料の場合に
は、拡がり速さは酸化膜厚に依存しないものとなる。こ
れは、Ｓｎ−Ｐｂめっき試料と溶融はんだの接触部にお
いて、めっき中のＳｎ、Ｐｂが溶融はんだに溶け込む作
用が強いので、フラックスによって表面の酸化膜が還元
されなくても、酸化膜の下をはんだが潜って拡がること
ができるためと考えられる。反対に銅板試料の場合に
は、溶融はんだ中に銅が溶け込む速さは、Ｓｎ−Ｐｂめ
っき試料の場合より極端に遅いので、溶融したはんだ
は、銅の酸化膜の下を拡がることはできず、フラックス
が酸化膜を還元した部分に拡がっていく。従って、銅板
試料においてはんだの拡がり速さは、表面酸化膜に依存
するものとなる。

【００１７】以上のように、Ｓｎ−Ｐｂめっき試料とめ
っきされていない銅板試料とでは、はんだの拡がり挙動
が異なり、めっき試料の場合には、従来のようにはんだ
の拡がり速さ（図４のステップ２）を試験するのみで
は、試料の表面状態の違いを試験できない。よって、ス
テップ１のはんだが拡がり始めるまでの挙動も含めて試
験する必要がある。

【００１８】本発明の第一の態様では、はんだの融液が
試料上を拡がり始めるまでの時間、または温度を試験す
ることによって、上述のステップ１の挙動をふくめたは
んだ濡れ性の試験を行う。これにより、めっきされた試
料のはんだ濡れ性の試験を可能にする。また、第二の態
様として、はんだが融解して拡がり試料上を拡がり始め
る前のあらかじめ定めた時点から、拡がり始めた後のあ
らかじめ定めた時点までの時間、またははんだの拡がり
速度を試験することにより、上述のステップ１のはんだ
の挙動を含めたはんだ濡れ性の試験を行う。これによ
り、めっきされた試料のはんだ濡れ性を試験することを
可能にする。

【００１９】また、これらの方法は、試料上に載せたは
んだの拡がりの挙動を試験する方法であるため、メニス
コグラフ法のようなはんだ浴は必要ない。よって、微小
な試料について容易に試験が行えるとともに、試験条件
がリフローはんだ付けのプロセスに近く、リフローはん
だ付けを行う試料のはんだ濡れ性を試験するのに適して
いる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）本発明の第１の実施例について説明する。

【００２１】本実施例では、Ｓｎめっきを施した銅板を
酸洗浄した試料と、Ｓｎめっきを施した銅板を酸洗浄し
た後１３０℃で６０分、１日、２０日間それぞれ放置し
た試料の計４種類の試料を用意し、これらの試料のはん
だ濡れ性を試験した。Ｓｎめっき厚は約１０μｍであ
る。

【００２２】はんだ濡れ性の試験は、以下の２つの方法
によって行った。ひとつの方法は、はんだボ−ルが融解
した後、試料上に拡がり始める温度を測定することであ
る。他のひとつの方法は、温度がはんだの融点に達した
時点から、はんだの面積が、融解前のはんだボールの投
影面積の２倍になった時点までの平均速度を測定する方
法である。

【００２３】本実施例では、図１の試験装置を用いて、
はんだボ−ルが融解した後、拡がり面積の経時変化を測
定することによって、上述の２つの試験方法を一回の測
定で実施した。具体的には、直径0.3mmのＳｎ−Ｐｂ共
晶はんだボール（Ｓｎ６３ｗｔ％、Ｐｂ３７ｗｔ％の合
金で構成されたはんだボール）を各試料上に載せ、Ａｒ
ガス中、昇温速度５０℃／分で加熱し、Ｓｎ−Ｐｂ共晶
はんだボ−ルが融解した後、拡がり面積の経時変化を測
定した。

【００２４】図１のはんだ濡れ性試験装置の構成につい
て説明する。試料台１は、密閉性のある試料容器２に納
められており、試料台１の周りには加熱用のヒーター３
が巻きつけられている。試料台１は、直径１０mm高さ５
mmの中空の円柱であり、内部に、はんだボール２０を載
せた試料１６を配置する。この試料台１は再現性よく検
出を行うために、温度ばらつきが±１℃／ｃｍ以下の高
い均熱性を有している。試料容器２には、ガス導入孔４
及びガス排出孔５が備えられている。ガス導入孔４は、
試料台１の内部および試料容器２の内部をＡｒガスで置
換する事ができる。このとき、試料台１内の均熱性をあ
げるために、必要な場合には、Ａｒガスを試料容器２内
に導入する前に、ガス加熱装置６によりＡｒガスを加熱
することができる。試料台１の温度は熱電対７により常
にモニタリングされている。

【００２５】制御装置８は、熱電対７とヒーター３とに
接続されており、熱電対７の検出した温度を用いて、試
料台１が予じめ設定された昇温速度で加熱されるよう
に、ヒーター３への出力を設定する。これにより、制御
装置８は、昇温速度を±１℃の精度で制御する。本実施
例では、制御装置８を、拡がり面積の経時変化などのデ
ータを管理させるために、パーソナルコンピュータで構
成した。

【００２６】試料容器２には、観測窓１４が設けられて
いる。観測窓の外側には、図示していない照明光学系
と、観測光学系９とが配置されている。観測光学系９に
は、ＣＣＤセンサ１０、画像処理装置１１、画像記録装
置１２、画像モニタ１３が接続されている。画像処理装
置１１は、制御装置８とも接続されている。

【００２７】試料台１中の試料には、図示しない照明光
学系により上から光が照射される。加熱された試料上の
はんだボールの挙動は、可変倍率機構を有する観測光学
系９を通してＣＣＤセンサ１０により映像信号に変えら
れ、画像処理装置１１を介して画像記録装置１２に記録
されると共に、画像モニタ１３に映し出される。試料台
１から観測窓１４までの距離が長いため、観測光学系９
に用いる対物レンズは作動距離が１０mm以上あるものを
本実施例では用いている。

【００２８】画像処理装置１１においては、ＣＣＤセン
サ１０からの映像信号を適正な値に設定した任意のしき
い値で、反射光の強度により２値化処理を行い、明るい
部分を、はんだに濡れていない平らな部分（試料１６の
表面の反射光）と考え、暗い部分をはんだが存在する面
積（はんだの拡がり面積）として算出する。盛り上がっ
ているはんだの頂点が光っている場合には、その反射光
によりはんだの頂点部分が明るい部分になるため、２値
化処理の際に、はんだの拡がり面積に取り込まれない場
合も生じる。このような場合にははんだの頂点部分の画
像をあらかじめマスクして、暗い部分として処理するよ
うにする。このはんだ拡がり面積のデータは、ＲＳ２３
２Ｃ回線１５を通じて制御装置８に送られる。

【００２９】制御装置８では、はんだの拡がり面積の測
定時間間隔ごとに傾きを自動的に求めその傾きの増加が
最も大きくなるときの温度を選出して、この温度をはん
だの濡れ拡がり開始温度（拡がり始め温度）とするプロ
グラムが予め格納されている。また、制御装置８には、
はんだの融点に達してから、はんだの拡がり面積が、予
め入力された融解前のはんだボールの投影面積の２倍の
値に達するまでの時間を求め、はんだの拡がり面積を上
記時間で割って平均速さを求めるプログラムも予め格納
されている。制御装置８は、温度と拡がり面積との関
係、上述の２つのプログラムに従ってもとめた、はんだ
拡がり開始温度、および、平均速度を出力し、画像モニ
タ１３に表示させるとともに、画像記録装置１２に記録
させる。

【００３０】本実施例ではんだ濡れ性の試験する際の測
定手順と条件をさらに詳しく説明する。

【００３１】まず、試料１６にフラックスを塗布してＳ
ｎ−Ｐｂ共晶はんだボール２０を載せ、試料台１の中に
入れる。フラックスは、ウオーターホワイトロジン（ｗ
ｗロジン）をイソプロピルアルコールで希釈したもの用
い、これを試料１６にスピナーで塗布した。試料容器２
のふたをして、内部をＡｒガスで置換し、試料台１を５
０℃／分の一定の昇温速度で加熱する。本実施例では、
試料容器２内に導入前のＡｒガスの加熱は行わなかっ
た。試料台１の温度、即ち試料１６及びはんだボールの
温度が該はんだの融点になると、はんだボールは溶融し
液滴となり、次第に試料上を濡れ拡がり始めた。このと
きのはんだの濡れ拡がり面積の経時変化を測定した。

【００３２】上述の方法で測定したはんだの拡がり面積
の初期の経時変化を図１２に示した。図１２には横軸を
温度で示したが、試料１６は一定の昇温速度５０℃／分
で加熱されているため、この横軸は時間に置き換えるこ
とができる。図１２からわかるように、共晶はんだボー
ルは、いずれの試料において、融点１８３℃を超えて
も、しばらくの間は、濡れ拡がることなく一定の面積を
保つが、ある特定の温度ａ、ｂ、ｃ、ｄに達してから急
激に拡がる。そして、熱処理時間の短い試料ほど、はん
だが拡がりを開始する温度ａ、ｂ、ｃ、ｄは低い。ま
た、はんだが拡がり開始した後の拡がり速度は、試料間
の差はほどんどなく、４種類の試料とも同じような速さ
であることがわかる。したがって、各試料において、は
んだの拡がり面積が一定の面積に到達するまでの温度
（時間）は、はんだの拡がり開始温度ａ、ｂ、ｃ、ｄに
依存しており、はんだの拡がり開始温度が、Ｓｎめっき
膜上のはんだの濡れ拡がり易さの違いを顕著に表してい
ることが分かる。

【００３３】また、この４種類の試料の表面酸化膜厚を
オージェ分析にアルゴンイオンスパッタを組合わせた方
法により測定したところ、それぞれ1.1、3.2、6.5、11.
9ｎｍであり、試料の高温処理時間の長い試料ほど、表
面酸化膜厚が厚かった。また、各試料の表面酸化膜厚
と、はんだの拡がり開始温度（拡がり始め温度）とを図
５に示す。図５のように、これらは比例関係があり、Ｓ
ｎめっき銅板の高温放置によって生じた表面酸化膜が、
はんだの濡れ性を劣化させていて、はんだが拡がりにく
くなっている事がわかる。したがって、はんだの拡がり
開始温度を検出することにより、試料がはんだに濡れ易
いかどうかを試験できると共に、試料のＳｎめっき膜の
表面酸化膜厚の厚い薄いを試験することができる。

【００３４】一方、温度がはんだの融点に達した時点か
ら、はんだの面積が、融解前のはんだボールの面積の２
倍になった時点までの平均速度と、試料の表面酸化膜厚
との関係を図６に示した。図６から分かるように、表面
酸化膜厚が厚い試料ほど、平均速度が小さく、この平均
速度で試料のはんだ濡れ性が試験できることが示され
た。

【００３５】ここで上記の例においては、はんだが融点
に達した時点から、はんだの拡がり面積が融解前の２倍
になった時点までの平均拡がり速度を求めたが、これに
限らず、平均速度の測定を開始する時点として、融点よ
り低い温度や、はんだが拡がり始めないことが実験等に
より既知であれば、その温度を用いることも可能であ
る。例えば、はんだの融点より３℃高い温度を平均束の
測定を開始する時点とすることができる。また、平均速
度の測定を終了する時点としては、はんだの面積がはん
だボールの投影面積の３倍や４倍等になる時点とするこ
とも可能である。

【００３６】また、この評価においては、はんだボール
は直径0.3mmのものを用いたが、この大きさ以外の、更
に大きなもの、また、小さいはんだボールを用いても良
い。また昇温速度においても、５０℃／分に限定される
ものではなく、はんだ融点付近で一定の昇温速度であれ
ば、実際のリフローはんだ付時の温度プロファイルと似
ているプロファイル、及びステップ状等の温度プロファ
イルを用いて、評価を行ってもよい。

【００３７】さらに上記の例では、試料の加熱はヒ−タ
−により行ったが、この方法以外にも赤外、レ−ザ−、
光ビ−ムを用いて加熱してもよい。また、試料形状、材
質の影響により、試料温度と熱電対７の示す温度に差が
生じる場合には、熱電対７の変わりに非接触温度計を用
いて、実際のはんだが溶融する部分の温度を計測して、
温度制御を行ってもよい。

【００３８】また、試料容器内はＡｒガスに置換した
が、これに限定されず、Ｎ₂ガス等の他の不活性ガス、
還元性ガス、酸素を含むガス等を用いてもよい。また、
大気雰囲気のまま評価を行うことも可能である。

【００３９】また、制御装置８は、一定の温度間隔でデ
ータを測定する構成であるが、データ数が多い場合に
は、必要な温度に達してから測定を開始する構成にする
こともできる。

【００４０】上述のように、本実施例のはんだ濡れ性試
験方法は、はんだの濡れ拡がり開始温度または一定面積
になるまでの平均拡がり速度を測定することによって、
はんだの濡れ易さを試験することが可能である。

【００４１】また、本実施例のはんだ濡れ性試験方法
は、微小なはんだボールで検出を行うことができる。し
たがって、試料のサイズが微小なもの、例えば、電子回
路部品のリード部分や電子回路基板のはんだパッドにつ
いて、特別な治具等を用いることなく、はんだ濡れ性を
容易に試験することができる。

【００４２】さらに、本実施例のはんだ濡れ性試験方法
は、リフローはんだ付けと同様に有限の大きさのはんだ
を、はんだ付けプロセスと同じように加熱し、その拡が
り挙動から試料のはんだ濡れ性を試験する方法であるた
め、リフローはんだ付けを行う試料については、特に正
確にはんだ濡れ性を試験できる。

【００４３】（実施例２）本発明の第２の実施例とし
て、ＩＣのリード部のはんだ濡れ性を試験した。

【００４４】熱処理していないＩＣリード部と、１２５
℃で１０日間、３０日間それぞれ熱処理したＩＣリード
部の計３種類の試料を用いた。ＩＣリード部の大きさ
は、0.8×3.0mmである。これらの試料上に、直径0.3mm
のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだボールを載せ、Ａｒガス中、昇
温速度１０℃／分で加熱した。はんだの融点を越えた時
点から、はんだの拡がり面積が融解前のはんだボールの
投影面積の２倍になる時点までの平均の拡がり速さを検
出した。他の測定条件および試験に用いた装置は、第１
の実施例と同じであるので説明を省略する。

【００４５】試験結果を図７に示す。図７より、高温放
置時間が長くなるにつれて、平均速さは遅くなり、高温
放置処理した試料の濡れ性が劣化している事がわかる。
この様に、本実施例の試験方法を用いれば、特別な治具
を用いることなく小さなＩＣリード部の濡れ性の違いを
顕著に試験する事が可能である。したがって、本実施例
の試験方法を用いることにより、例えば、ＩＣのはんだ
濡れ性の受入れ検査を容易に行うことができる。

【００４６】（実施例３）本発明を用いて、ガラスエポ
キシ基板の銅パッドを、水平型はんだレベラーによりＳ
ｎ−Ｐｂ共晶はんだで表面コートした電極について、は
んだ濡れ性の試験を行った。基板の厚みは、1.6mmであ
る。パッドの大きさは0.25mm×2.0mmであり、はんだコ
ートの厚みはパッドにより異なっていて、それぞれ、
５、１０、２０μｍである。

【００４７】これらのパッドの上にそれぞれはんだボー
ルをのせて加熱し、はんだが拡がり始める温度を測定す
ることによって、実施例１と同様の方法ではんだ濡れ性
を試験した。雰囲気はＮ₂ガス中、昇温速度は５０℃／
分、はんだボールは、直径0.2mmのＳｎ−Ｐｂ共晶はん
だボールを用いた。フラックスは、実施例１と同様のも
のを用いた。また、ガラスエポキシ基板が1.6mmと厚い
ため、図１の試料台の熱電対の示す温度と実際のはんだ
ボール周辺温度に差が生じていると考えられるので、熱
電対７の代わりに非接触温度計を用いて温度制御を行っ
た。具体的には、画像処理装置で、直径0.2mmのはんだ
ボールの位置を求め、その中心に非接触温度計のスポッ
トを合わせてからスポット径を1.0mmにしぼって、計測
を行った。

【００４８】試験結果を図８に示した。図８のように、
はんだコートが厚くなるに従って、拡がり始める温度は
低くなることがわかった。つまり、はんだコートがうす
い場合には、Ｃｕパットとはんだコ−トの界面で、Ｃｕ
とＳｎの化合物が成長して表面まで露出し、はんだの濡
れ性が劣化しているが、はんだコートが厚いと、化合物
が成長しても表面には影響しないので、濡れ性が良いこ
とがわかる。

【００４９】また、試料の熱伝導が悪く、熱電対を用い
た場合、試料温度と熱電対の示す温度に差が生じるよう
な場合であっても、本実施例のように非接触温度計を用
いることにより、正確なはんだ濡れ性を試験できること
がわかった。

【００５０】（実施例４）本発明の第４の実施例につい
て説明する。本実施例では、第１の実施例と同様の試験
方法であるが、第１の実施例の試験装置において、試料
１６と試料台１の底面との、微妙な接触状態の違いによ
る温度ばらつきを低減させるために、図９に示した様
に、試料台１の底面上に熱伝導グリース５１を約１mmの
厚みになるように塗布した。この熱伝導グリース５１を
塗布した試料台１中においた試料１６の温度上昇特性
を、熱伝導グリース５１を塗布しなかった場合と比較し
た。

【００５１】試験条件は、大気雰囲気中、昇温速度は６
０℃／分である。また、この実験で用いた熱伝導グリ−
ス５１の熱伝導率は0.6Ｗ／ｍ・℃である。このとき、
制御用熱電対７が200℃、220℃を示したときのそれぞれ
の試料の温度及び昇温速度を図１０に示した。試料の温
度は、温度制御用熱電対７とは別の熱電対を用いて測定
した。これから熱伝導グリースを用いると、試料温度と
試料台の熱電対の示す温度の差が小さくなることがわか
った。また、高温になるほどこの温度差は大きくなり、
昇温速度にも差が生じてくるが、熱伝導グリースを用い
ればこの昇温速度差も小さくできることがわかった。

【００５２】このような熱伝導グリ−スの効果を利用し
て、チップ抵抗のはんだ濡れ性の試験を行った。この試
験において、熱伝導グリースを用いた場合と、用いない
場合とを比較した結果を図１１に示した。このチップ抵
抗の大きさは1.6mm×0.8mmである。試験条件はＡｒガス
雰囲気中、昇温速度５０℃／分で、直径0.2mmのＳｎ−
Ｐｂ共晶はんだボールを用いて行った。また熱伝導グリ
ースは上記と同じものであり、同様に試料台と試料との
間に塗布した。試験指標は、はんだが拡がり始める時の
温度をとった。図１１には、ばらつきを検討するため
に、１０回の測定値をすべて示した。これから、熱伝導
グリースを試料台底面に塗布することにより、試料と試
料台との接触が安定化して、温度ばらつきが小さくなっ
たことがわかる。以上から、熱伝導グリースを用いた本
発明を用いれば、接触状態が安定しない試料について
も、再現性よく濡れ性の試験を行うことができることが
わかった。

【００５３】この例では、熱伝導グリ−スを使用した
が、これに限定されず、Ｇａ等の低融点金属等の熱媒体
を用いても良い。

【００５４】（実施例５）第１の実施例では、Ｓｎめっ
きされた試料のはんだ濡れ性の検出について説明した
が、本発明のはんだ濡れ性の検出方法は、低融点金属に
めっきされていない試料についても用いることができ
る。このことを説明する。

【００５５】まず、熱処理していない銅板と、１３０℃
で５分熱処理した銅板と、１３０℃で１５分熱処理した
銅板の計３種類の試料を用意し、実施例１と同様に一定
の昇温速度で加熱し、はんだの拡がり面積を測定した。
その結果を図３に示す。

【００５６】図３からわかるように、めっきされていな
い試料上のはんだは、はんだの融点１８３度を越えても
しばらくの間は、拡がらないが、ある温度を越えると、
熱処理時間が短い試料ほど速い速度で拡がり、熱処理時
間が短い試料ほどはんだに濡れやすいことがわかる。こ
のとき各試料上ではんだが拡がり始める温度ｅ，ｆ，ｇ
は、熱処理の時間が短いものほど低温である。したがっ
て、本実施例のように、めっきされていない試料であっ
ても、はんだが拡がり始める温度を測定することによ
り、はんだ濡れ性を試験することが可能であることがし
めされた。

【００５７】また、第１の実施例と同様の方法で、Ｓｎ
９０−Ｐｂ１０（Ｓｎ９０ｗｔ％，Ｐｂ１０ｗｔ％の合
金）でめっきされた試料についてもはんだ濡れ性を試験
することができることを図２を用いて説明する。

【００５８】図２は、Ｓｎ９０−Ｐｂ１０でめっきされ
た銅板を、熱処理していないもの、１３０℃で１日間熱
処理したもの、１３０℃で２５日間熱処理したものの計
３つの試料について、はんだボールを載せ、実施例１と
同様の方法ではんだの拡がり面積を測定した結果であ
る。図２のように、はんだが拡がり始める温度ｈ，ｉ，
ｊは、熱処理の時間が短い試料ほど低温である。これに
より、Ｓｎ９０−Ｐｂ１０でめっきされた銅板について
も、はんだの拡がり始める温度ではんだ濡れ性を試験可
能であることが示された。

【００５９】上述の各実施例の検出方法を用いることに
より、リフローはんだ付けに対応した超小形電子部品等
における、低融点金属で被覆された0.1mm〜1mm幅程度の
微小端子部、及び基板上のパッド等の動的なはんだ濡れ
特性を試験する事が可能である。

【００６０】更に、実際の製造プロセス中ではんだ付け
を行う前に、上述の各実施例の方法で電子部品のはんだ
濡れ性を試験することにより、はんだ濡れ性の悪い電子
部品を不良品として除外することができ、はんだ付け不
良を低減することができる。また、製造プロセスのはん
だ付けの温度や時間条件を定める前に、上述の実施例の
方法で電子部品のはんだ濡れ性を試験することにより、
その電子部品に適したはんだ付け条件を定めることが可
能になる。これにより、はんだ付け不良を低減すること
ができる。

【００６１】

【発明の効果】上述のように、本発明を用いることによ
り、超小形電子部品等のように微小なはんだ付け部位
や、低融点金属で被覆された部位のはんだ濡れ特性を試
験することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のはんだ濡れ性試験装置の説
明図。

【図２】本発明の第５の実施例のはんだの拡がり面積と
温度の関係を示すグラフ。

【図３】本発明の第５の実施例のはんだの拡がり面積と
温度の関係を示すグラフ。

【図４】Ｓｎ−Ｐｂめっき試料と銅板試料上のはんだ拡
がり方を説明する説明図。

【図５】本発明の第１の実施例のはんだの拡がり始め温
度と試料の表面酸化膜厚との関係を示すグラフ。

【図６】本発明の第１の実施例のはんだの拡がり速度と
試料の表面酸化膜厚との関係を示すグラフ。

【図７】本発明の第２の実施例のはんだの拡がり速度と
試料の処理日数との関係を示すグラフ。

【図８】本発明の第３の実施例のはんだの拡がり始め温
度と試料のはんだコート厚さとの関係を示すグラフ。

【図９】本発明の第４の実施例の検出装置の部分断面
図。

【図１０】第４の実施例の熱伝導グリ−スの温度上昇特
性に及ぼす効果を示す説明図。

【図１１】第４の実施例において、熱伝導グリ−スによ
る温度ばらつきの低減に及ぼす効果を示すグラフ。

【図１２】本発明の第１の実施例においてはんだの拡が
り面積と温度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１ … 試料台、２ … 試料容器、３ … ヒータ、４ …
ガス導入孔、５ … ガス排出孔、６ … ガス加熱装置、
７ … 熱電対、８ … 温度制御装置、９ … 観測光学
系、１０ … ＣＣＤセンサ、１１ … 画像処理装置、１
２ … 画像記録装置、１３ … 画像モニタ、１４ … 観
測窓、１６…試料、２０…はんだボール、５１… 熱伝
導グリ−ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野匡昭茨城県勝田市稲田1410番地株式会社日立製作所ＡＶ機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料のはんだ濡れ性を試験する方法であっ
て、前記試料上に固体の状態のはんだを載せて、前記試料お
よびはんだを加熱し、前記はんだを融解させ、融液が前
記試料上を拡がり始める温度を検出することを特徴とす
るはんだ濡れ性試験方法。
【請求項２】試料のはんだ濡れ性を試験する方法であっ
て、前記試料上に固体の状態のはんだを載せて、前記試料お
よびはんだを一定の昇温速度で加熱し、前記はんだを融
解させ、融液が前記試料上を拡がり始める時間を検出す
ることを特徴とするはんだ濡れ性試験方法。
【請求項３】試料のはんだ濡れ性を試験する方法であっ
て、前記試料上に固体の状態のはんだを載せて、前記試料お
よびはんだを加熱し、予め定めた時点から、はんだの融液の試料上における拡
がり面積が予め定めた面積に達する時点までの時間、ま
たははんだの拡がり速度を検出することを特徴とするは
んだ濡れ性試験方法。
【請求項４】請求項３において、前記予め定めた時点
は、予め定めた温度に試料の温度が達した時点であり、
前記予め定めた温度は、はんだが試料上を拡がらないこ
とが既知である温度であることを特徴とするはんだ濡れ
性試験方法。
【請求項５】請求項３において、前記予め定めた時点
は、試料上はんだの温度が融点に達した時点であり、こ
の時点から、はんだの融液が固体の状態のはんだの投影
面積の２倍に拡がる時点までの時間、または速度を検出
することを特徴とするはんだ濡れ性試験方法。
【請求項６】はんだを搭載した試料を支持する試料台
と、前記試料を加熱するための加熱装置と、前記試料の
温度を測定する温度測定装置と、前記試料上のはんだの
面積を観察する観察装置と、前記温度測定装置の測定結
果および観察装置の観察結果からはんだ濡れ性を判定す
る判定装置とを有し、前記判定装置は、前記観察装置の観察したはんだの面積
からはんだの拡がり速度を求め、この拡がり速度が最も
大きく増加する時の温度を求めることを有することを特
徴とする試料のはんだ濡れ性を試験する装置。
【請求項７】はんだを搭載した試料を支持する試料台
と、前記試料を加熱するための加熱装置と、前記試料の
温度を測定する温度測定装置と、前記試料上のはんだの
面積を観察する観察装置と、前記温度測定装置の測定結
果および観察装置の観察結果からはんだ濡れ性を判定す
る判定装置とを有し、前記判定装置は、前記試料温度が予め定めた温度に達し
た時点から、前記はんだの融液が予め定めた面積に達す
る時点までの、はんだの拡がり速度を求めることを特徴
とする試料のはんだ濡れ性を試験する装置。