(57)【要約】【課題】  電子部品の信頼性評価方法に関し、落下による電気的な短絡の原因となるウイスカの表面酸化膜の状態の評価を短時間で且つ低コストで行う。【解決手段】  錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを一対の電極の少なくとも一方の電極に接するように前記電極間に設置し、前記電極間に電圧を印加して前記電極間に流れる電流の有無を検査する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを一対の電極の少なくとも一方の電極に接するように電極間に設置する設置工程と、
前記電極間に電圧を印加して前記電極間に流れる電流の有無を検査する検査工程と
を含む電子部品の信頼性評価方法。
【請求項２】
前記設置工程において、前記ウイスカを前記一対の電極の上を跨ぐように設置する請求項１記載の電子部品の信頼性評価方法。
【請求項３】
前記設置工程において、複数の前記ウイスカを前記各ウイスカがそれぞれ前記一対の電極の内の一方の電極にのみ接するように設置する請求項１記載の電子部品の信頼性評価方法。
【請求項４】
前記検査工程において印加する電圧が２０Ｖ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品の信頼性評価方法。
【請求項５】
前記ウイスカが、前記電子部品の使用状態と同じ条件で発生させたウイスカである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品の信頼性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の信頼性評価方法に関するものであり、例えば、錫（Ｓｎ）などを含有するめっきを施した端子を有する電子部品において発生したウイスカに起因する信頼性の低下を評価するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境調和型技術として、ＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ：危険物質に関する制限）指令に対応し、規制対象成分であるＰｂなど６成分を除いた各種電気・電子機器が開発されている。また、電気・電子機器内に設置するＬＳＩ（大規模半導体集積回路装置）のリード端子やコネクタなどの電気接点部でも、Ｐｂフリー化対応のためＳｎめっき等が用いられている。
【０００３】
このうち、Ｓｎめっき皮膜の表面からは、めっき皮膜に加わる圧縮応力や、めっき表面の酸化膜の欠損により、Ｓｎウイスカが発生することが知られている。特に、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器に用いられるコネクタ部品の嵌合部では、嵌合時に外部応力がかかりやすく、この外部応力が圧縮応力の１種と考えられている。
【０００４】
また、この外部応力負荷（摩擦等）により、嵌合部では、めっき表面の酸化膜が削れて、めっき膜が表面にさらされることにより、ウイスカが発生しやすくなると考えられている。
【０００５】
このようなウイスカの発生・成長により、電子機器の電気的な信頼性が悪化する恐れがある。直接的な影響としてウイスカ発生箇所の電極間が短絡する場合もあれば、間接的な影響として電子機器に加えられた衝撃や振動によりウイスカが電子機器内で落下して電極間に接触し、短絡する場合も考えられる。
【０００６】
この直接的な影響を回避するために、例えば、ウイスカを温度サイクル等で成長させた後でウイスカを取り出さずに長さを測定し、長い場合はその電子部品を用いないようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。或いは、ウイスカが所定長さに成長した段階でウイスカの抵抗を測定し、所定値以上になった場合に短絡の危険を警報することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
一方、間接的な影響を調べるため、ウイスカを電子機器内で配線上に落下させて導通試験を行うと、ウイスカが配線上にあっても短絡する場合としない場合とがある。電気的な信頼性の観点から見ると、短絡する場合のみが問題となる。
【０００８】
短絡する原因として、Ｓｎめっき膜と同様、Ｓｎウイスカの表面にも自然酸化膜があり、この表面酸化膜の部分的な欠損と考えられる。よって、ウイスカの表面酸化膜の状態を調べれば、ウイスカの落下による電気的な信頼性調査が可能となる。
【特許文献１】特開２００５−１０１０１９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ウイスカの太さが数μｍφ程度であることから、表面酸化膜は厚さ数ｎｍ程度の薄膜である。そのため、表面酸化膜の状態を調査するにはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）などの電子顕微鏡での観察が必要となる。
【００１０】
また、ウイスカの長さは数十〜数百μｍ程度と様々であり、1 本のウイスカの表面酸化膜の状態をＴＥＭで観察するには、観察のための前処理や顕微鏡の高倍率化が必要となり、時間とコストがかかるという問題がある。
【００１１】
なお、上述の直接的な影響を回避する方法では、ウイスカの落下による電気的な信頼性の調査を行うことはできないという問題がある。特に、特許文献２の場合には短絡の如何の原因となる表面酸化膜の状態を把握することは不可能である。
【００１２】
したがって、本発明は、落下による電気的な短絡の原因となるウイスカの表面酸化膜の状態の評価を短時間で且つ低コストで行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点からは、錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを一対の電極の少なくとも一方の電極に接するように電極間に設置する設置工程と、前記電極間に電圧を印加して前記電極間に流れる電流の有無を検査する検査工程とを含む電子部品の信頼性評価方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の電子部品の信頼性評価方法によれば、錫を含むめっきが施された部材に発生したウイスカを取り出して一対の電極の電極間に配置して電流の有無を測定するだけであるので、短時間で且つ低コストで電子部品の信頼性を評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここで、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態のウイスカの試験装置の構成説明図である。ウイスカの試験装置はウイスカ設置治具１０、直流電源２１、抵抗器２２、電流計２３、及び、これらの間を相互接続するリード線及び接続端子からなる。この場合の直流電源２１の最大電圧は２０Ｖ以下とする。これは、あまり電圧が高いと静電的な引力でサンプルとなるウイスカが吸引されて設置箇所から移動する虞があるためである。
【００１６】
また、抵抗器２２は、固定抵抗でも可変抵抗でも良いが、可変抵抗の場合には、ウイスカに電流が流れる時の状態を考慮して例えば、０．５ｋΩ〜１１０ｋΩの範囲とする。また、固定抵抗の場合も例えば、０．２ｋΩ〜１１０ｋΩの範囲のいずれかで設定すれば良いが、測定する電流の値を考慮して、例えば、１ｋΩとする。
【００１７】
図２は、ウイスカ設置治具１０の概念的構成図であり、図２（ａ）は平行な一対の線状の電極１２１，１２２を絶縁基板１１上に設けたものである。この場合の電極１２１，１２２は例えば、表面の酸化膜を考慮する必要ないＡｕで構成し、電極１２１，１２２間隔は可変にする機構を設けるか、或いは、互いに間隔が異なった電極を複数対設けておく。また、図２（ｂ）は、一対の櫛歯状の電極１３１，１３２を絶縁基板１１上に設けたものである。この場合の電極１３１，１３２も例えば、表面の酸化膜を考慮する必要ないＡｕで構成する。
【００１８】
次に、Ｓｎめっき或いはＳｎを主成分とするめっき、例えば、Ｓｎ−Ａｇめっきが施された端子を室温或いは電子機器の動作温度近傍の温度で数十時間或いは数百時間放置して端子上にウイスカを成長させる。成長したウイスカを根元から取り出して試験サンプルとする。
【００１９】
この場合、異なった状況で発生するウイスカを得るために、めっきの下地の異なる複数のサンプルを用意する。例えば、黄銅からなる端子の表面にＮｉ下地層を設けたのちＳｎ系めっきを施したものや、黄銅からなる端子の表面に直接Ｓｎ系めっきを施したものを準備する。
【００２０】
また、電子機器の使用状態と同じ状況で発生するウイスカを得るために、端子を設けた雄型接続部材と凹部を有する雌型接合部材を嵌合させた状態で室温で放置してウイスカを発生させる。この場合のウイスカは嵌合時に外部応力がかかって発生するので実際の状況に近い状態で発生したウイスカとなる。
【００２１】
図３及び図４は、ウイスカの設置状態の概念的説明図であり、図３（ａ）は図２（ａ）に示した一対の電極１２１，１２２の一方の側面にウイスカ１４の根元端部が接触し、他方の電極の肩部にウイスカ４の側面が接した状態になるように設置したものである。また、図３（ｂ）は一対の電極１２１，１２２の一方の側面にウイスカ１４の先端が接触し、他方の電極の肩部にウイスカ１４の側面が接した状態になるように設置したものである。また、図３（ｃ）は、一対の電極１２１，１２２の表面に跨がるようにウイスカ１４を設置したものである。
【００２２】
図４（ｄ）は一対の電極１２１と電極１２２との間に複数のウイスカ１４を、各ウイスカ１４の一方の端部のみが一方の電極１２１，１２２の側面に接触し、他方の端部或いは側面同士が互いに接触した状態で設置したものである。図４（ｅ）は電極１２１と電極１２２との間に１本のウイスカ１４を両端部が電極１２１，１２２の側面に接するように押し込んで設置したものである。
【００２３】
図４（ｆ）は、図２（ｂ）に示した一対の櫛歯状の電極１３１，１３２の表面に跨がるようにウイスカ１５を設置したものである。これば、ウイスカ１５が上述のウイスカ１４より長い場合の設置状態である。
【００２４】
以上の設置状態にウイスカを設置したのち、直流電源２１より抵抗器２２を介してウイスカ１４，１５に所定の電圧を印加して、電極間に流れる電流の有無を電流計２３により調べる。電流が流れれば短絡の原因となる表面酸化膜に欠陥の多いウイスカと判断し、電流が流れなければ表面酸化膜の欠損のないウイスカであり、ウイスカが発生しても電子機器の信頼性に問題はないと判断する。
【００２５】
なお、図４（ｅ）に示した設置状態の場合には、電気的に短絡して電流が流れる。これは、１本のウイスカ１４を両端部が一対の電極１２１，１２２の側面に接するように押し込む際に、ウイスカ１４の端部における表面酸化膜に欠損が生ずるためと考えられる。但し、電極の端部に接するようにウイスカが入り込む確率は極めて稀であるので、この設置による試験は必須ではない。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態においては、簡単な構成のウイスカ設定治具を用いて電流の有無を測定するだけであるので、電子顕微鏡を用いずに調べることが可能となる。
したがって、顕微鏡観察用の前処理も不要となり、ウイスカ全体を調べるために高倍率で時間をかけて調べる必要もなくなる。それによって、時間とコストをかけることなく、簡単に表面酸化膜の状態を調査することが可能となる。
【００２７】
本発明のウイスカの短絡試験により電子部品の信頼性を簡単に評価することができる。例えば、表面酸化膜の欠損が判明したウイスカが発生している端子を用いた電子部品は、ウイスカが短絡することから、端子間も短絡し、電子部品の電気的な信頼性に悪影響を及ぼすことになる。したがって、ウイスカが短絡した端子は、その時点で電子部品として用いることができない。
【００２８】
一方、表面酸化膜が欠損していなければ、ウイスカが電極上にあっても殆ど短絡することがないことから、ウイスカが発生した端子でも電子部品として用いることができる。
【実施例１】
【００２９】
以上を前提として、次に、図５乃至図７を参照して本発明の実施例１のウイスカの短絡試験方法を説明する。図５（ａ）はウイスカの発生状況の説明図であり、黄銅３１にＮｉ下地３２をつけた上でＳｎめっき３３を施した端子３０を、例えば、８５℃において５００時間放置することで端子３０の表面からウイスカ３５を発生させる。なお、図における符号３４は端子３０を支えるシール部材である。
【００３０】
次いで、顕微鏡で拡大しながら先端が０．３ｍｍ以下の先の尖った針状の工具でウイスカ３６の根元をすくい上げて取り出すことにより試料とする。取り出したウイスカの形状は、長さ４５０μｍ或いは２５０μｍで、直径φが５μｍの直線状であった。
【００３１】
図５（ｂ）は取り出したウイスカの概念的断面図であり、ウイスカ３５の表面に厚さが数ｎｍの自然酸化膜３６が形成されている。なお、ウイスカ３５の根元の端部は自然酸化膜３６がない状態となる。
【００３２】
図６は本発明の実施例１のウイスカ試験装置の構成説明図であり、抵抗器２２として１ｋΩの固定抵抗を用い、直流電源２１により１２Ｖの電圧を印加する。
【００３３】
図７（ａ）はウイスカの設置状態の説明図であり、長さが４５０μｍのウイスカ３５を上記の図３（ａ）と同じ設置状態としたものであり、電極１２１，１２２として線幅が０．０７ｍｍのＡｕ電極を用いた。ここでは、電極間を０．４ｍｍとした。
【００３４】
このような状態で１２Ｖの電圧を印加して、１ｋΩの固定抵抗に流れる電流値を電流計２３により１５分間調べたところ、電極間に電流は流れなかった。したがって、調査したウイスカ３５は、その一端がＡｕ電極の一方の端に接触しても電流が流れなかったことから、ウイスカ３５は導通しておらず、表面酸化膜の欠損は見られないことが分かった。
【００３５】
図７（ｂ）は、長さが２５０μｍの２本のウイスカ３５を図４（ｄ）と同じ設置状態にしたものである。ここでは、ここでは、線幅が０．１ｍｍの電極１２１，１２２の間隔を０．４５ｍｍとした。このような状態で１２Ｖの電圧を印加して、１ｋΩの固定抵抗に流れる電流値を電流計２３により１５分間調べたところ、電極間に電流は流れなかった。したがって、調査したウイスカ３５は、その一端がＡｕ電極の一方の端に接触しても電流が流れなかったことから、ウイスカ３５は導通しておらず、表面酸化膜の欠損は見られないことが分かった。
【００３６】
この試験結果からは、黄銅に対する下地としてＮｉ下地を用いた場合には、ウイスカ３５が発生しても表面酸化膜の欠損は見られず、したがって、ウイスカが発生した端子でも電子部品として用いることができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例２のウイスカの試験方法を説明する。
図８は、本発明の実施例２のウイスカ試験装置の構成説明図であり、抵抗器２２として０．５ｋΩ、１ｋΩ、１０５．５ｋΩの切替え可能な可変抵抗を用い、直流電源２１により３．３Ｖの電圧を印加する。
【００３８】
図９は本発明の実施例２のウイスカの設置状態の説明図であり、ここでは、試料となるウイスカ３７が長いので、上記の図４（ｆ）の設置方法を採用した。この場合のＡｕからなる一対の櫛歯状の電極１３１，１３２の線幅は０．０５ｍｍで互いに組み合わせた状態における隣接する電極１３１と電極１３２の間隔は０．１８ｍｍである。
【００３９】
この場合のウイスカ３７は、黄銅の端子に直接Ｓｎめっきを施したものであり、根元をすくって取り出したウイスカ３７の形状は、長さが１．２ｍｍで直径φが４μｍの数箇所折れ曲がった直線状のウイスカであった。
【００４０】
このような設置状態で、まず最大抵抗にて電極間に３．３Ｖの電圧を印加し、ウイスカ３７に電流が流れない場合は徐々に抵抗を下げていく方法をとった。その結果、最大の１０５．５ｋΩでは電流が流れなかったが、徐々に抵抗を下げて１ｋΩになったところで、電極間に３ｍＡの直流電流が流れ、電極１３１，１３２もウイスカ３７も完全に導通が取れた。
【００４１】
このウイスカ３７の設置状態を顕微鏡で確認したところ、ウイスカ３７が折れ曲がった複数箇所で電極１３１，１３２と接触しており、この箇所で導通が取れていることが分かった。したがって、ウイスカ３７が折れ曲がった箇所で表面酸化膜が欠損しており、表面酸化膜が欠損している場合は、ウイスカ３７が電子機器内に落下した場合のリスクが高いことが分かった。
【００４２】
この試験結果からは、黄銅に対して下地を設けずに直接めっきした場合には、表面酸化膜が一部において欠損したウイスカ３７が発生しやすいことが分かった。したがって、このようなウイスカ３７の発生する端子を電子部品として用いることには問題がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態のウイスカの試験装置の構成説明図である。
【図２】ウイスカ設置治具の概念的構成図である。
【図３】ウイスカの設置状態の概念的説明図である。
【図４】ウイスカの他の設置状態の概念的説明図である。
【図５】本発明の実施例１におけるウイスカの説明図である。
【図６】本発明の実施例１のウイスカ試験装置の構成説明図である。
【図７】本発明の実施例１におけるウイスカの設置状態の説明図である。
【図８】本発明の実施例２のウイスカの試験方法の説明図である。
【図９】本発明の実施例２におけるウイスカの設置状態の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ウイスカ設置治具
１１  絶縁基板
１２１，１２２，１３１，１３２  電極
１４，１５  ウイスカ
２１  直流電源
２２  抵抗器
２３  電流計
３０  端子
３１  黄銅
３２  Ｎｉ下地
３３  Ｓｎめっき
３４  シール部材
３５  ウイスカ
３６  自然酸化膜
３７  ウイスカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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