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発明の名称 はんだ接続強度の評価方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−252220
公開日 平成6年(1994)9月9日
出願番号 特願平5−36876
出願日 平成5年(1993)2月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】富田 和子
発明者 内堀 剛好 / 山本 靖彦
要約 目的
特別な装置の使用と被試験はんだに細工をすることなく、実使用状態でのはんだ接続強度を簡単かつ確実に評価する。

構成
パッドとはんだボールとの接続界面ぎりぎりに、一般的なシェアテスタツールを用いて剪断した後、パッド上のはんだ残存部3aと、はんだ非残存部6の各面積を計測する。剪断全面積に対するはんだ残存部3aの面積の割合が所定値より大きいとき、はんだ接続強度が大で良好であると評価する。
特許請求の範囲
【請求項1】パッドとはんだとのはんだ接続部の界面付近を剪断する剪断工程と、該剪断工程により剪断されたはんだ接続部の剪断面におけるはんだ残存面積を計測し、該剪断面積全体に対する該はんだ残存面積の割合を算出する計測・算出工程と、該剪断面積全体に対するはんだ残存面積の割合から前記はんだ接続部の接続強度の評価・判定を行う評価・判定工程とを含むことを特徴とするはんだ接続強度の評価方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、はんだ接続強度の評価測定方法に係り、特に、チップ・キャリア・バンプ(CCB)などの微小バンプのはんだ接続強度を評価する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器用電子部品は、高密度実装するために、ますます多ピンかつ微細化が進んでいる。さらに、平面実装する手段として、CCBによるはんだ接続方法が多用されている。この場合、接続信頼性の面から、CCBのはんだ接続強度は、十分な強度が求められる。このため、はんだ接続強度をできるだけ正確に測定し、評価する方法が必要とされる。
【0003】従来のはんだ接続強度の評価方法としては、CCBとはんだの接続部分を剪断し、その剪断強度を測定して、はんだ接続強度とする評価方法が一般的である。すなわち、図4に示すように、例えば、セラミックス製の基板1に形成された、タングステンなどのCCBパッドメタライズ2は、予め用意したはんだボール3を溶融させて接合する、リフロー等によりはんだ付けされている。
【0004】このはんだ付けにより、CCBパッドメタライズ2とはんだボール3との界面に、メタライズーはんだ合金層部4が形成される。このようなはんだ接続状態において、従来は、シェアテスタツール5を基板1の表面に対して適当な高さで平行移動させ、シェアテスタツール5がはんだボール3を剪断する際に受ける応力を剪断強度、すなわち、はんだ接続強度として測定評価している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、剪断力で、はんだ接続強度を評価判定する上記の従来の評価方法は、実使用状態でのCCBパッドメタライズ2とはんだボール3との接続部(CCBバンプ接続部)にかかる応力耐力を正確に評価できていない。すなわち、実使用状態でのCCBバンプ接続部には、熱ストレスにより引っ張り又は圧縮方向の応力が働く。しかし、これに対し、従来の評価方法では、測定する剪断強度が、横又はねじれ方向の応力となるためである。
【0006】そのため、実使用状態でのはんだ強度を把握するために、CCBバンプ接続部を基板1の平面に対し垂直方向に引っ張り、その強度を測定する必要がある。しかし、CCBバンプ接続部を上記垂直方向に引っ張るためには、突起状の引っ掛かりが必要であり、この引っ掛かりとして線材を取り付けようとしても、CCBバンプ接続部が微小のため、取り付け又は工作が困難である。
【0007】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、被試験はんだ接続部の組成、製造方法、特性を考慮して最適化した条件で剪断試験を実施した後の剪断面の測定を行うことにより、上記の従来の課題を解決した、はんだ接続強度の評価方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的達成のため、剪断工程と、計測・算出工程と、評価・判定工程とを含む構成としたものである。ここで、上記剪断工程は、パッドとはんだとのはんだ接続部の界面付近を剪断する。また、計測・算出工程は、上記剪断工程により剪断されたはんだ接続部の剪断面におけるはんだ残存面積を計測し、剪断面積全体に対するはんだ残存面積の割合を算出する。さらに、上記評価・判定工程は、剪断面積全体に対するはんだ残存面積の割合から前記はんだ接続部の接続強度の評価・判定を行う。
【0009】
【作用】はんだ接続部にかかる基板表面に対して垂直方向の応力は、はんだからパッドを介して基板へと伝わるため、はんだ、パッド及び基板のそれぞれがこの応力に耐える必要がある。この場合、特に、はんだとパッドとの接点である界面、すなわち、パッド膜質及び表面状態の特性が接続強度に影響する度合いが強い。このため、はんだ接続強度低下のポテンシャルを持つこの部位を重点に評価する必要がある。
【0010】また、界面への実使用状態での応力は、急激に発生するものでなく、長時間に亘るため、強度測定もこれを十分考慮して実施する必要がある。これらのことから、はんだ接続強度測定は、界面の強度測定であり、印加する外力をゆっくりさせることが重要となる。
【0011】本発明は、上記の点に着目し、まず前記剪断工程により、はんだ接続部の界面付近をはんだ接続作業工程に支障をきたさない程度のできるだけ遅い速度で剪断する。続いて、計測・算出工程により、剪断されたはんだ接続面を観察し、残ったはんだ面積を計測し、さらにこの計測はんだ残存面積の剪断面積全体に対する割合を算出する。
【0012】そして、本発明は、評価・判定工程により、この算出割合を一定の基準で判定することにより、はんだ接続部の接続強度を評価するようにしているため、特別にはんだ接続部に突起状の引っ掛かりなどを設けることなく、一般のシェアテスタツールを使用して、実使用状態に近い状態でのはんだ接続強度の評価ができる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の一実施例について説明する。図1は本発明の一実施例のフローチャートを示す。
【0014】まず、はんだ接続部の剪断を行う(ステップ11)。この剪断は、図4に示した従来の剪断試験と同様に、シェアテスタツール5を使用し、はんだボール3を剪断する。
【0015】ただし、本実施例では、この剪断試験において、図4にhで示すように、シェアテスタツール5の剪断する位置をメタライズ−はんだ合金層4の界面の高さぎりぎりに設定し、界面4にモーメントが発生しないようにし、かつ、剪断速度を前記した理由から、はんだ接続工程の作業速度として許される範囲でできるだけ遅く設定する。上記高さhは、CCBパッドメタライズ2が基板1から突出している高さ相当で、例えば、30μm程度である。また、上記剪断速度は、例えば1m/sである。
【0016】この剪断工程が終了すると、続いて図1のステップ12に進み、はんだ接続部の剪断面積と、はんだ残存面積の計測が行われる。すなわち、図2の平面図に示すように、剪断試験後のCCBパッドメタライズ(図4の2参照)上には、通常、はんだボール(図4の3参照)の残存部3aと、メタライズ−はんだ合金層の界面(図4の4参照)又はCCBパッドメタライズの露出部である、はんだ非残存部6とが生ずる。
【0017】そこで、上記ステップ12では、このCCBパッドメタライズの平面を拡大写真に撮り、はんだ残存部3aの面積を計測し、さらにはんだ非残存部6をも含めた、剪断面積全体を計測する。
【0018】CCBパッドメタライズは、ひとつのチップに、例えば、20個程度あるため、上記のはんだ残存部3aと全剪断面積(3a+6)との計測を、それぞれのパッドメタライズについて行う(図1のステップ13)。
【0019】ひとつのチップのすべてのパッドメタライズについて、上記の計測が終了すると、続いて図1のステップ14に進み、各パッドメタライズについて、全剪断面積に対するはんだ残存部の面積の割合(これをはんだ残存率というものとする)を定量的に算出する。一般に、はんだ接続強度は、接続面の強度と同様に、破断状態も重要な評価ファクターであり、この破断状態の評価に、はんだ残存率を用いるためである。
【0020】最後に、この各パッドメタライズの算出残存率に基づいて、接続強度や破断状態の評価が行われる(図1のステップ15)。図3は、上記のはんだ残存率の分布の一例を示す。同図中、横軸のPははんだ残存率で、縦軸のNはパッドメタライズ数である。
【0021】一般に、はんだ残存率Pが大なるほど接続強度が大であり、またはんだ残存率Pが大なるパッドメタライズ数が多いほど、はんだ接続強度が良好であるといえる。本実施例では、はんだ残存率Pの平均値が50%以上の時、はんだ接続強度が良好であると、定量的に判断している。
【0022】従って、図3において、破線Iで示す分布特性が得られるはんだ接続の場合は、はんだ残存率Pの平均値が50%未満であるため、接続強度は不良であると評価・判定される。一方、図3に実線IIで示す分布特性が得られるはんだ接続の場合は、はんだ残存率Pの平均値が50%以上であるため、接続強度が良好であると評価・判定される。
【0023】このように、本実施例によれば、図1のステップ11で前記剪断工程を実現し、また、ステップ12〜14により前記計測・評価工程を実現し、さらにステップ15で前記評価・判定工程を実現することにより、一般的なシェアテスタツールを使用でき、しかも、微小なはんだ接続部を基板垂直方向に引っ張るための引っ掛かりの接続工程が不要にできるため、特別な装置の使用と被試験物に対する細工のいずれも行うことなく、はんだ残存率分布が得られ、平均、分散等の統計処理が可能となり、実使用状態に近いはんだ接続強度の評価測定が極めて容易に、かつ、定量的にできる。
【0024】なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、例えば、CCB以外のものに対して実施されたはんだの接続強度の評価にも適用できることは勿論である。また、はんだ接続強度の評価・判定には、はんだ残存率の平均値に限らず、分散などを併用しても良く、また評価・判定の閾値は、被試験はんだ接続部の組成、製造方法、特性を考慮して定める。さらに、必要により、被試験接続部を加熱又は冷却した状態で評価することができる。
【0025】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、一般的なシェアテスタツールを使用し、試験条件を被試験はんだに合わせ設定するだけで、特別に被試験はんだに手を加える必要がないため、特殊な器具を用いることなく、実使用状態に近い状態でのはんだ接続強度の測定が、最小の工数で、しかも極めて簡単かつ確実にできる。




 

 


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