JPH08247918A - 界面張力評価装置及びそれを備えた電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体素子，電子部品の最適実装条件を割り出
し、はんだ付けの際のブリッジ，ウィキング等の不良原
因を低減し、高歩留まりの実装を提供することにある。 【構成】溶融金属の体積及び濡れ拡がりまたはその形状
から界面張力即ち表面張力と濡れ張力を実装する環境上
で評価することと、実装において前工程としてはんだの
表面張力と，基板のパッド及び電子部品のはんだ接触部
の濡れ張力を評価し、ペースト又ははんだ，電子部品の
初期位置から、評価した界面張力を用い溶融はんだの最
終形状を計算する。 【効果】本発明によると、勘と経験に頼った実装工程を
システマチックに行うことにより、高歩留まりを実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の界面張力評
価装置とその評価結果を利用する電子部品の実装装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の界面張力評価装置は高温顕微鏡を
備えた装置で、高価で高い技術を要するものである。特
に、フラックス中の固体に対する溶融金属の濡れ性の評
価においては、測定がほとんど不可能に近かった。即
ち、実装を行う環境での界面張力の測定は不可能であっ
た。一方、溶融金属の運動及び最終安定形状を予測する
モデルとしては、流れの一環として(E. R. Funk & H. U
din 310-s(1952), WeldingReaserch Supplement)とらえ
てアプローチしたため、その予測及び予測法又は計算法
を確立することができなかった。そのため、溶融金属を
利用する半導体実装において科学的アプローチは皆無の
状態で今まで進んできた。

【０００３】実際の現場の表面実装においては、科学的
理論の根拠を持てず、基板上のペースト印刷，電子部品
の搭載，はんだ組成の選定及びフラックスの種類，リフ
ロー装置の雰囲気又はその温度プロファイル等は実装結
果の実績に基づく経験と勘によって決められていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、半導体の
実装を高密度且つ高歩留まりで行うためには、溶融はん
だ即ち溶融金属の運動及び最終形状を予測できる理論が
不可欠であることに着眼した。溶融金属の運動を支配す
る物理量は、流体力学で周知の動粘性係数と界面張力即
ち表面張力と濡れ張力である。本発明者は、これらの物
理量を持ち溶融金属の運動を計算可能な理論の展開に成
功した。

【０００５】表面張力は溶融金属の単位自由表面を作る
ための必要なエネルギー，濡れ張力は単位面積の固体を
濡らすための必要なエネルギーである。この界面張力の
物理的意味を用い、液体の自由表面積と表面張力の積，
固体と接触面積と濡れ張力の積，そこに重力による位置
エネルギーの和が液体の形状を成すためのエネルギーで
ある。本発明者は、このような物理的意味を用い界面張
力を持つ溶融金属において、溶融金属の形状をエネルギ
ーに変換することを試みた。その結果、天井に付着して
いる雫がどのような条件で落下するかのような、自由表
面を持つ液体の分岐現象の予測も可能にした。また、自
然はエネルギー最小で安定するため、溶融金属もエネル
ギー最小で安定形状を形成する。そのことを利用して、
溶融金属の形状から逆に界面張力を求める理論の構成を
可能にした。

【０００６】本発明の目的は、上記の界面張力を持つ液
体の挙動予測理論を用い溶融金属の運動及び最終形状が
予測可能になったことにより、実装作業における前工程
としてはんだの表面張力と，基板のパッド及び電子部品
のはんだ接触部の濡れ張力を溶融金属の体積及び濡れ拡
がりから評価し、ペースト又ははんだ，電子部品の初期
位置から、評価した界面張力を用いて溶融はんだの最終
形状を計算することにより、ＱＦＰ(Quad Flat Packag
e）のブリッジ，ウィキング等の実装においての最終形
状との相違から不良の原因を探索して最適実装条件を見
出し、高歩留まりの実装を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的のうち、界面張
力の評価，測定は、上記溶融金属の濡れ拡がり及び液滴
の幅等の形状をカメラあるいは軟Ｘ線装置により画像と
して把握する手段と当該画像を数値化する機能を持つ演
算手段とを備えた測定装置と，溶融金属の体積及び濡れ
拡がり又は液滴の幅等の形状から界面張力を評価する界
面張力計算部と，界面張力，液体密度，動粘性係数等の
物理量を用い液体即ち溶融金属の定められた初期状態か
ら最終状態を予測する形状計算部と、界面張力計算部及
び形状計算部から導かれる結果と測定手段により得られ
る結果及び形状を記憶する記憶部と，測定装置あるいは
計算結果を目的に沿って変換を行う制御部を備えた演算
部と，演算部に溶融金属の体積及び周辺の幾何学形状及
び設定温度などの情報と，測定部に測定項目及び測定結
果の変換あるいは目的を、周辺機器の制御値に入力する
入力手段と，演算部の計算結果及び測定部の測定項目及
び結果を表示する出力手段と、を備えて構成される界面
張力測定装置により達成できる。

【０００８】高歩留まり実装は、この界面測定装置の演
算部の制御部により制御されるリフローする手段と，評
価部の演算部の制御部により制御されるはんだを供給可
能とする印刷機等の供給手段と，評価部の演算部の制御
部により電子部品の搭載を制御する搭載手段と、を備え
て構成される実装装置により達成できる。

【０００９】リフロー等の実装の前工程として、使用す
るはんだの実装直前の状態での界面張力を評価すること
により、はんだ組成の酸化及びフラックスの経時変化及
び実装基板上のパッドの酸化等の経時変化による界面張
力の変化を把握し、一方、評価された界面張力を用い、
印刷機等のはんだ供給機より供給されたはんだと搭載機
により搭載された電子部品のはんだ付け部分の幾何学形
状から、リフローで溶融されたはんだの最終形状を計算
することにより、実装後のはんだ形状の相違から目的に
見合ったはんだ接続であるかを検証すること等により、
また、リフローの温度プロファイルによる界面張力の変
化を検知し、部品の熱損傷を最小限にし、且つ目的の界
面張力を達成できる温度プロファイル及びはんだ組成、
フラックスの選定を可能にすることにより、高歩留まり
の実装が達成できる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、前工程として現場の作業環境
上でのより正確な界面張力を評価が可能になるため、目
的とする界面張力を実現するリフロー機の温度プロファ
イルの探索が行える。一方、はんだ組成の酸化及びフラ
ックスの経時変化又は実装基板上のパッドの酸化又は経
時変化による界面張力の変化の評価が可能であるため、
実装前に適切な条件設定が可能になり、高歩留まりを実
現できる。

【００１１】また、前記構成の評価部と実装機器を一体
化することにより、はんだを供給する印刷機または搭載
機，リフロー機等の不良原因の分類・検出が可能にな
り、不良ゼロの高歩留まりを達成することができる。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）本発明の請求項１の１実施例を図面を用い
て説明する。図１には装置の構成ブロック図を示した。
図１の測定装置はＣＣＤカメラ又はＸ線等により、はん
だの濡れ拡がり等の形状及び体積を画像等より測定でき
るもので構成されている。

【００１３】図１の演算部は図示しないメモリに書き込
まれているプログラムに従って測定部あるいは入力手段
により指定されたはんだの体積及び濡れ拡がり面積等の
形状から界面張力を計算する界面張力計算部と，評価さ
れた（あるいは入力指定）による界面張力と入力（ある
いは測定）されたはんだとその周辺の固体が構成する初
期形状から最終形状を計算する形状計算部と，測定部の
情報または予測された最終形状を記憶する記憶部と，界
面張力計算部及び形状計算で得られた結果または記憶部
に記憶されている情報あるいは入力手段から入力された
命令に従い測定装置を制御する制御部等により構成され
ている。

【００１４】図１の入力部はキーボード，マウス等によ
り構成されている。

【００１５】図１の出力部はＣＲＴ等の画面で構成さ
れ、測定部分の画像，演算部の計算結果又は形状等の各
種データを表示する。

【００１６】次に、この界面張力評価装置を用いて、界
面張力又は表面張力と濡れ張力の比の評価を手順に従い
説明する。

【００１７】液体即ち溶融金属の表面張力及び体積が既
知の場合の濡れ張力の評価。まず、入力装置により液体
の表面張力及び体積を入力する。測定したい固体に付着
した液滴を測定装置にセットすると、画面に図２のａ又
はｂのような形状が表示される。

【００１８】マウス等の入力手段により評価を指示する
と、測定装置は形状等必要な情報を演算部と画面に送
る。演算部はその情報から、予め界面張力評価部に書き
込まれているプログラムに従い濡れ張力を計算し、出力
部すなわち画面等に出力する。このことに関して、具体
的に測定した例を上げて説明を行う。

【００１９】図３−ａは、ガラスエポキシ板に銅箔をメ
ッキした基板上に、Ｓｎ６３−Ｐｂ３７のはんだボール
をフラックス雰囲気中にセットした加熱前の例である。
その基板を加熱しはんだボールを溶融させ濡れ拡がった
図が図３−ｂである。表面張力２００ｄｙｎ／cm，８種
類の径，Ｓｎ６３−Ｐｂ３７の密度８.８ｇ／cm³ を入
力装置から入力する。濡れ拡がった加熱後の状態を装置
にセットし、マウス及び入力装置から濡れ拡がりを測定
しグラフにすることを命令すると図４が出力装置即ちＣ
ＲＴに出力される。入力装置から濡れ張力を評価するこ
とを命令すると図５が出力される。このとき演算部は実
験値に最もフィッティングした濡れ張力の値を計算し出
力する。入力装置から濡れ性の良い方にフィッティング
することを命じると、図６がＣＲＴに出力される。濡れ
性が悪い方の計算結果を要求すると、図７が出力され
る。これで表面張力と体積が既知の場合の濡れ張力の評
価を説明した。

【００２０】溶融金属の表面張力及びその体積が未知の
場合の表面張力及び濡れ張力の評価。固体に付着した液
体を測定装置にセットし、密度をデータとして入力し画
面上での操作により演算部に指示すると、測定部は必要
な情報を測定し当該測定データを演算部に渡すと、演算
部はプログラムに従い計算を実行し、計算結果は出力手
段により出力される。例えば、基板の上に五つの同一液
体の液滴を作り測定装置にセットした場合を説明する。
入力装置から縦軸に濡れ拡がり、横軸に液体の体積を選
び入力する。測定装置により液滴の形状から濡れ拡がり
と体積が測定され、演算部を通して図８−ａが表示され
る。演算部は、各液滴の体積と濡れ拡がりまたは液滴径
の形状からプログラムに従い平均値の表面張力と濡れ張
力を計算し出力する。一方、演算部は評価した界面張力
を基に、図８−ｂの実線が示すように、体積に対する濡
れ拡がりを計算しその結果を画面上に示し、また液滴の
実験データを含む点線で界面張力の有効誤差を出力手段
により出力する。

【００２１】次に液体が平面上にない場合、即ち図９に
示す様な直角の壁等の場合における界面張力の評価方法
を説明する。図９に示す直角の壁に付着した液体を測定
装置にセットし液体の密度を入力する。体積が既知の場
合はその体積も入力する。体積が未知の場合は測定装置
は液体の形状測定結果により体積を計算し演算部に渡
す。演算部は測定装置からの液体の形状と密度および体
積を記憶し、表面張力を例えば２００ｄｙｎ／cm，濡れ
張力を０ｄｙｎ／cmと想定し、記憶した密度等をもとに
記憶した形状を初期形状として最終形状を計算する。も
し液体が運動をせず安定に初期状態を保っていれば、想
定した界面張力が液体の界面張力である。もし、初期状
態から濡れ拡がる運動を始めたら、濡れ張力を過度に見
積ったことになり、濡れ張力の数値を変えて計算を再度
行う。もし、濡れ縮む方向に運動することが予測された
ら、濡れ張力が過小に評価されたことに相当するので、
適切な濡れ張力を設定し再度計算を行う。このようなこ
とを繰り返し計算して初期状態から動かない即ち初期状
態と最終状態が一致する条件を与える表面張力と濡れ張
力を決定する。

【００２２】（実施例２）本発明の請求項２に関する実
施例を図面を用いて説明する。図１０には装置の構成ブ
ロック図を示した。図１０は評価部とリフロー機即ち金
属を溶融させる機構より構成する。

【００２３】次に、上記の実装装置による高歩留まり達
成のための実例を示す。表面実装においてはんだ等の接
続用金属に関する基本的物理量は溶融温度，溶融時の表
面張力，濡れ張力及び動粘性係数である。リフロー機は
熱を加え、金属を溶融させ接合を行う装置である。この
とき十分な熱を加えないと、はんだは濡れ性が悪くなり
接合不良を起こす。しかし、温度を上げ過ぎると、接続
する電子部品が熱損傷を受けることになる。そのため、
リフロー機には、接続する場合最適な温度（即ち温度プ
ロファイル）が存在する。一方、溶融金属の界面張力は
リフロー機内の雰囲気例えば空気より高い注入窒素の分
圧，水素などの注入，空気中の湿分等に敏感であり、酸
化による変化も激しい。特に、フラックスとはんだボー
ルを混ぜ合わせたペーストの界面張力はフラックスの経
時変化に伴い著しく変化する。また、実装を行う基板上
の銅パッド等も酸化及び塗装した保護フラックス等の変
質に従ってその濡れ張力の変化も大きい。そのため、同
一の基板，ペースト，部品及びリフロー機の温度プロフ
ァイル及び雰囲気の下でも、実装作業に時間の間隔があ
ると経時変化により同一の実装は期待できない。このよ
うな場合に、不良原因となる変化因子等を探し修正を行
うことが高歩留まり実装を可能にさせる。

【００２４】次に、上記の高歩留まり達成のための簡単
な実例を幾つか上げて説明する。

【００２５】１）高歩留まりのための界面張力を達成す
るためのはんだ素材，温度プロファイル及び雰囲気の探
索（δ誤差内の探索法）。

【００２６】実装基板はリフロー機のコンベアーにより
リフロー機の中を一定速度を保ち移動して溶融される。
コンベアー上の基板がリフロー機の入口を通過し出口に
至るまでの時間を横軸にした温度プロファイルの代表的
な例を図１１に示した。

【００２７】一方、溶融金属において、運動を支配する
物理量は、界面張力，密度，動粘性係数である。最終安
定形状においては、動粘性係数は関与せず、界面張力と
溶融金属の密度即ち自分の重さによるエネルギーが関与
する。言い替えると、液体の最終形状は、表面張力によ
り作られる自由表面のエネルギーと濡れ張力による固体
との接触面積のエネルギー、それに加え液体の密度の重
さによる形状からの位置エネルギーの釣り合う即ちこの
三つのエネルギーの和が最小になる形状即ち安定形状が
最終形状である。しかし、微細はんだ付けにおいては、
溶融金属が作る形状のスケールは１mm以下になる。この
スケールにおいて、重力による位置エネルギーの比率は
５％以下になるため最終形状を決める第一パラメータは
表面張力と濡れ張力である。パラメータを一個にするた
めには、濡れ張力と表面張力の比即ち（界面張力比＝
（濡れ張力／表面張力））を用いればよい。この場合の
界面張力比の役割をＱＦＰ（Quard Flat Package）実装
を例に説明する。図１２はリフロー前の基板の銅パッド
上にペーストを印刷し、ＱＦＰを搭載したＱＦＰの側面
の拡大図である。これをリフロー機でリフローを行う
と、ペーストは溶融し銅パッドとリードの間を接続す
る。この場合、界面張力比が−１に極めて近い即ち濡れ
性が余り良いと、溶融はんだはリードとパッドに濡れ拡
がり、接続部にはんだ不足を起こし接続不良と見なされ
る即ちリードに溶融はんだが濡れ登るウィキング現象で
ある。図１３−ａは、リードとパッドに濡れ拡がった溶
融はんだの断面図を示した。この場合、ＱＦＰとリード
の付け目に登った溶融はんだが隣のリードの溶融はんだ
と接続し、電気的に短絡を起こし接続不良の原因にな
る。一方、濡れ性を悪く即ち界面張力比を０に近い場合
の接続部の断面を示したのが図１３−ｂである。この場
合、濡れ張力が弱いため、表面張力の性質だけが表に出
て、リードと溶融はんだの接続面積が少ないため強度的
に弱く接続不良と見なされる。また、溶融はんだが、隣
のパッド上の溶融はんだと接続を起こしパッド間にブリ
ッジを形成しやすく、したがって短絡になる確率が大き
くなる。そのため、界面張力比即ち濡れ性が適切であれ
ば、図１３−ｃの図で示すように、パッドとリードの間
隙に接続強度も保ちウィキング及びパッド間にブリッジ
も発生させない最適条件がある。次に、最適界面張力比
及びその条件を求める方法を説明する。

【００２８】予め、基盤の設計に定められた基盤のパッ
ド形状及び位置，はんだ印刷形状及び量，部品の形状
（チップのリード形状等）及び搭載位置を演算部の記憶
部に記憶させリフロー条件（温度プロファイルと雰囲
気）を設定する。演算部に表面張力に対する濡れ張力の
比を−１にして最終形状を求める。最終形状は濡れ性が
余にも良いため、はんだを接合させる部分において濡れ
拡がりすぎ、特にチップのリードにおいてはウィキング
等を起こす。そのため、比率を−０.９ 等逐次的に比率
を低めにし最終形状を求める。求めた溶融はんだの最終
形状において接合部分の濡れ拡がりの形状及びリードの
後ろに生じるフィレット形状等が目的に準した場合、こ
の（濡れ張力／表面張力）の比を目標界面張力比γとす
る(設定１)。はんだとフラックス等の素材選定する（選
定１）。予め試験用基板を用意する。この試験用基板は
実装を行う基板と同一素材の基板で、且つ実装のための
パッド及び配線等のエッチング等の加工のなされていな
い平らな基板である。その基板にはんだを搭載，部品に
温度損傷を与えない使用予定の温度プロファイルと雰囲
気（即ち窒素の分圧または水素の注入等）でリフローし
実施例１の方法により界面張力比γ′を評価する（条件
１）。このときの界面張力比と目標界面張力比の差の絶
対値がδ内に収まれば、そのときの素材と温度プロファ
イル及び雰囲気が実装条件である。もし、収まらない場
合は温度プロファイルと雰囲気を温度損傷を与えない又
溶融する許容範囲で変更し再評価を行う（条件２）。そ
の評価値がδ内に収まればよし、収まらない場合は収ま
るまで条件２を繰り返す。それでも収まらないときは選
定１に戻り、はんだとフラックスの選定を再度し、条件
１の工程に移行する。はんだとフラックスの組み合わせ
内でδ内に収まらない場合は、基板設計及びリフロー条
件が間違いがあるため、それを見直し最初の工程に戻
る。

【００２９】上記の作業を論理ブロック図に示したのが
図１４である。

【００３０】２）部品搭載条件下での最適温度プロファ
イル及び雰囲気検索 上記の１）の過程で得られた条件は、部品を搭載してな
い場合においての最適条件である。しかし、部品の搭載
を行うと部品の形状及び熱容量により、基板上の温度分
布は一定ではなくなり、局所的に温度のばらつきを示す
ことになる。このばらつきによりはんだの不完全溶融等
により不良が発生する可能性がある。そのため、部品を
搭載した実際の実装基板においての最適条件の検索を手
順に基づいて説明する。

【００３１】試験用基板ではなく搭載基板にはんだと部
品を搭載し上記１）で求められた条件によりリフローを
行う。不完全溶融または濡れ性不良のための接続部の濡
れ拡がり不足等による不良箇所がなければ、局所的温度
のばらつきが生じなかったことであり、上記１）の条件
が実装のための条件である。もし不良箇所が見つかれ
ば、それを測定装置にセットし、形状を測る。実施例１
の方法によりその場所における界面張力比（界面１）を
評価し１）で得られた目標界面張力比と比較する。界面
１が目標界面張力比と同一の場合は、不良の原因は界面
張力にあるのではなくほかの原因即ちリードの浮き、搭
載時のペーストの崩れなどによるものである。界面１が
目標界面張力比と違った値を持つ場合は、１）の方法に
より求められた条件を部品に熱損傷を与えない範囲で探
せばよい。もし見つからない場合は基板の基本設計又は
はんだ等の素材の選定，はんだ供給量等に不適切な組み
合わせが有るため、設計を再検討するか素材の再選定，
はんだ供給量の見直し等の１）の作業に戻る。

【００３２】３）高歩留まりのための前工程とデータベ
ースの構築 上記の１），２）により界面張力における実装条件を求
めた。しかし、後日同一の基板及び素材と条件を用いて
リフローを行っても、素材及び基板が経時変化を起こし
たり、実装現場の室内温度及び湿度の変化により界面張
力は変化する。又素材を変えた場合においても界面張力
を変化させる原因になるため、前回実装を行ったときの
界面張力と比較しなければならない。

【００３３】前回の工程と同一の条件で同一の界面張力
を得られるのであれば、問題はなく同一の歩留まりを得
る。しかし、界面張力が前回と著しく変化していれば、
不良が発生する。不良原因を探すためには１）工程の中
で目標界面張力を得る工程を、素材及び条件を変えなが
ら前回の目標界面張力を実現するまで繰り返す。得られ
た条件と前回の条件を比較すれば不良要因が明確にな
り、前回と同様の歩留まりを得る。

【００３４】上記の前工程及び実装工程の条件と基板の
形状，部品の規格及び選定した素材をデータとして取
り、そのときのチップのリード間に生じるブリッジ率及
びウィキング程度，不良率等を記憶する。このようなデ
ータはその後の実装作業のデータベースになり、基板の
設計，部品の規格，素材の選定のマニュアルを作成に供
することが可能である。このマニュアルは実装の初心者
においても熟練者と同一の歩留まりを得るガイドライン
になる。

【００３５】（実施例３）実施例３は本発明の請求項３
に関する実施例である。図１５には装置の構成ブロック
図を示した。図１５の評価部及びリフロー機は上記請求
項２の評価装置及びリフロー機により構成される。図１
５の印刷機は基板にペーストを印刷する印刷機または固
体状態のはんだ即ちメッキ，線，箔、若しくはプリコー
ト等を供給するはんだ供給機により構成される。

【００３６】次に、この実装装置を用い歩留まり向上の
手続きを説明する。

【００３７】リフロー機と界面張力評価部を用いると実
施例１，２と同様な歩留まり向上の手順を踏まえること
が可能であるため、そのことについては省略する。この
実施例でははんだ供給機即ち印刷機がシステムに加わっ
たことによる歩留まり向上の手続きを説明する。

【００３８】印刷機は、はんだを基板に供給する装置で
ある。はんだの供給量が過大又は過小又は位置ずれにな
っては実装に不良を起こす。印刷機によりペースト等を
印刷した基板を評価部の測定機にセットし、印刷量と印
刷高さおよび幅の状態が均一か又は与えられたばらつき
内に収まっているか測定する。目標内に収まればよし、
それを超える場合は、印刷機のメタルマスク，印刷ヘ
ラ，印刷方向，ペーストの粘性等を見直し印刷を再度行
い目標内に収める。また、このような条件も実施例２の
データベースに追加する。

【００３９】（実施例４）実施例４は本発明の請求項４
に関する実施例である。図１６には装置の構成ブロック
図を示した。図１６の評価部，リフロー機及び印刷機は
上記請求項３の評価装置，リフロー機及び印刷機により
構成される。図１６に示す搭載機はＱＦＰ（Quad Flat
Package)チップ，セラミック抵抗等の電子部品を基板に
搭載する産業用ロボット等により構成されている。

【００４０】次に、この実装装置を用い歩留まり向上の
手続きを説明する。

【００４１】請求項４に関わる本発明は請求項３の発明
に搭載機を追加したものである。そのため、実施例１，
２，３と重複する部分は省略し、搭載機が追加したこと
により可能になる高歩留まり手順を説明する。

【００４２】１）搭載機の搭載ずれの確認 ペースト等はんだを供給した基板を測定機にセットし印
刷されたペーストの位置および形状を演算部に記憶させ
る。次に、その基板に電子部品を搭載機により搭載を行
い再び測定機にセットし測定を行う。演算部に記憶させ
たペーストの位置と比較を行い、ずれがなければ次の工
程に移る。ずれがある場合、搭載機だけで修正が可能で
あれば、搭載機を制御する。搭載機だけでは不可能な場
合は、印刷機及び基板の設計の見直しを図る。

【００４３】２）搭載機の搭載圧力の制御 １）と同様ペーストされた基板の形状を記憶しておく。
搭載機により決められた圧力または基板と垂直の距離を
保ち部品の搭載を行い、その基板のペースト形状と部品
のペーストと接触する部分を測定機に測定させ、圧力に
より部品と基板間のペーストのはみ出しまたは圧力の過
小によるペーストと部品との接触不良を探し出す。もし
なければ次の工程に移る。ある場合は、基板の設計，印
刷機及び搭載機の見直しを行う。

【００４４】３）実装装置における総合的歩留まり向上
方法 １），２）の方法により、不良対策された仮実装基板を
測定機にセットして、部品，ペースト等の位置を演算部
に記憶させる。実施例２の方法により得られたリフロー
の条件でリフローさせる。リフロー後、測定機により検
出された不良が０の場合は使用したスペックが最良の実
装方法である。もしブリッジ，はんだ不足，チップリー
ドの浮き等の不良が生じた場合は、生じた場所のリフロ
ー前の演算部に記憶させた画面をＣＲＴに出力する。Ｃ
ＲＴから目視でその原因が判ればその原因を修正すれば
良い。目視により原因が把握できない場合には、演算部
に設定された界面張力及び密度とリフロー前の位置を初
期状態として最終状態を求めＣＲＴの画面上に出力させ
る。この最終状態と不良箇所の画面が一致しているなら
ば、基板の設計及びはんだ量の設定，素材の選定等に問
題があることで基本設計から見直しをする。もし計算上
の最終形状と不良箇所が一致しない場合は、界面張力の
変化が起きたか又はリフロー中にはんだの移動があった
ことである。界面張力の変化が予想されるなら、実施例
２の方法に従い界面張力の見直しをはかればよい。リフ
ロー中のはんだ移動は印刷条件又はフラックスの見直し
などを行いその対策を講じることが可能である。

【００４５】４）データベースの構築 実施例２，３，４の作業結果をデータベース化し、新た
な実装のときそのデータベースを基本にし、基板の設計
及び素材の選定等を行い高歩留まりを維持する。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、勘と経験に頼った実装
工程をシステマチックに行うことにより、高歩留まりを
実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係わる界面張力評価装置のブロッ
ク図。

【図２】水平な個体に付着した液滴の形状。

【図３】ガラスエポキシ基板上でのフラックス雰囲気中
のはんだボールと溶融したはんだ形状。

【図４】はんだボール径に対する濡れ拡がり面積の実験
値。

【図５】はんだボール径に対する濡れ拡がり面積の実験
値と最適濡れ張力評価値。

【図６】はんだボール径に対する濡れ拡がり面積の実験
値と最良濡れ張力評価値。

【図７】はんだボール径に対する濡れ拡がり面積の実験
値と最悪濡れ張力評価値。

【図８】液滴の体積に対する濡れ拡がりの実験値と評価
値。

【図９】直角をなす壁に付着している溶融金属。

【図１０】第２実施例に係わる実装装置のブロック図。

【図１１】リフロー中の基板が受ける代表的温度変化即
ち温度プロファイル。

【図１２】基板上に搭載したＱＦＰのリード部と基板の
パッド部の図。

【図１３】リード，パッド周辺とはんだの切断図。

【図１４】第２実施例に係わるリフローの温度プロファ
イル及び雰囲気設定のためのフローチャート。

【図１５】第３実施例に係わる実装装置のブロック図。

【図１６】第４実施例に係わる実装装置のブロック図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 重志 愛知県尾張旭市晴丘町池上１番地 株式会 社日立製作所オフィスシステム事業部内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上での溶融金属の液滴の形状から前記
   溶融金属の表面張力及び固体との濡れ張力を計算する界
   面張力計算部と、 前記界面張力計算部において算出された界面張力を用い
   て、複数個の幾何学形状の固体同士の接触部に介在させ
   た前記溶融金属の溶融後の形状を計算する形状計算部
   と、を備えたことを特徴とする界面張力評価装置。
2. 【請求項２】基板上での溶融金属の液滴の形状を測定す
   る測定部と、 前記溶融金属の量，特性を入力する入力部と、 測定された形状から前記溶融金属の表面張力及び固体と
   の濡れ張力を計算する界面張力計算部と、 算出された界面張力を用いて、複数個の幾何学形状の固
   体同士の接触部に介在させた前記溶融金属の溶融後の最
   終形状を計算する形状計算部と、 測定部での測定結果、または算出された最終形状を記憶
   する記憶部と、 入力部から入力された変数，前記界面張力計算部で算出
   された結果，形状計算部で算出された結果、及び記憶部
   に記憶されている情報のうちの少なくとも一つを用いて
   演算を行う演算部と、 演算部での計算結果，測定装置の測定結果のどちらか、
   または両方を出力する出力部と、を備えたことを特徴と
   する界面張力評価装置。
3. 【請求項３】使用するろう材の体積，物理量のどちら
   か、または両方を入力する入力部と、 基板上でのろう材の溶融後の濡れ拡がり面積，液滴径の
   形状，電子部品の位置の一つ以上を測定する測定部と、 ろう材の濡れ拡がり，液滴径の形状から前記ろう材の表
   面張力及び基板との濡れ張力を計算する界面張力計算部
   と、 計算された界面張力を用い、複数の幾何学形状の固体同
   士の接触部に介在している前記ろう材の溶融後の形状変
   化，最終形状の一方または両方を計算する形状計算部
   と、 測定部からの情報または計算された最終形状を記憶する
   記憶部と、 入力部から入力された変数，界面張力計算部及び形状計
   算部で得られた結果または記憶部に記憶されている情報
   を演算し、または測定部を制御する制御部を備えた演算
   部と、 演算部の計算結果、または測定装置の測定結果のどちら
   か、または両方を出力する出力部と、を備えたことを特
   徴とする界面張力評価装置。
4. 【請求項４】使用するろう材の体積，物理量のどちら
   か、または両方を数値データとして入力する入力部と、 基板上でのろう材の溶融後の濡れ拡がり面積，液滴径の
   形状，電子部品の位置の一つ以上の情報を光学的装置ま
   たはＸ線装置を用いて測定する測定部と、 該測定部で測定された情報を用いて前記ろう材の表面張
   力及び基板との濡れ張力を計算する界面張力計算部と、 計算された界面張力、または基板との濡れ張力を用い、
   電子部品のリード線と電子部品実装基板との接触部近傍
   に介在させた前記ろう材の溶融後の形状変化，前記ろう
   材の冷却後の最終形状の一方または両方を計算する形状
   計算部と、 測定部からの情報、または計算された最終形状を記憶す
   る記憶部と、 入力部から入力された変数，界面張力計算部及び形状計
   算部で得られた結果または記憶部に記憶されている情報
   を演算し、または測定部を制御する制御部を備えた演算
   部と、 演算部の計算結果、または測定装置の測定結果のどちら
   か、または両方を視覚情報として出力する出力部と、を
   備えたことを特徴とする界面張力評価装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の界面張力
   評価装置を備え、更にリフロー機を備えたことを特徴と
   する電子部品実装装置。
6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の界面張力
   評価装置を備え、更にリフロー機及び前記界面張力評価
   装置の演算部に、 前記リフロー機の温度プロファイル、または雰囲気の少
   なくとも一方を制御する機能を有することを特徴とする
   電子部品実装装置。
7. 【請求項７】電子基板にペーストを印刷する印刷機、ま
   たは固体状態のはんだ、またはプリコートを供給するは
   んだ供給機を備え、 請求項５または６記載の半導体実装装置とその評価部の
   演算部の制御部にはんだ供給機の制御機能とその測定装
   置にペースト又は固体状態のはんだの位置及び形状を測
   定できる機能とを有していることを特徴とする電子部品
   実装装置。
8. 【請求項８】半導体素子、または電子部品を搭載する搭
   載機を備え、 請求項７記載の装置とその評価部の演算部の制御部に搭
   載機の制御機能とその測定部にチップ及び電子部品の位
   置又は形状を測定できる機能を持たせたことを特徴とす
   る電子部品実装装置。
9. 【請求項９】基板上での溶融金属の液滴の形状から前記
   溶融金属の表面張力及び固体との濡れ張力を計算し、 計算された界面張力を用いて、複数個の幾何学形状の固
   体同士の接触部に介在させた前記溶融金属の溶融後の形
   状を計算することを特徴とする界面張力評価方法。