(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無鉛はんだの金属組織を観測する金属組織観測方法であって、
前記無鉛はんだの断面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程により研磨された前記断面に対して金属組織を露出させるためのエッチングを行うエッチング工程と、
前記エッチング工程によるエッチング後の前記断面の金属組織を観測する金属組織観測工程と
を含むことを特徴とした無鉛はんだの金属組織観測方法。
【請求項２】
無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの劣化診断方法であって、
前記無鉛はんだの断面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程により研磨された前記断面に対して金属組織を露出させるためのエッチングを行うエッチング工程と、
前記エッチング工程によるエッチング後の前記断面の金属組織を観測する金属組織観測工程と、
無鉛はんだの断面の劣化を検出するための指標にしたがって予め設定された劣化パラメータに基づいて、前記断面の金属組織の観測結果が劣化を示すか否かを判定する診断工程と
を含むことを特徴とする無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項３】
請求項２に記載の無鉛はんだの劣化診断方法において、
前記エッチング工程は、塩化第二鉄と塩酸の少なくとも一方とアルコールとを含む腐食溶液により前記断面に対してエッチングを行う無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の無鉛はんだの劣化診断方法において、
前記劣化パラメータは、多角形状の模様を検出するための情報であり、
前記診断工程は、前記劣化パラメータに基づいて、前記断面の金属組織の観測結果から多角形状の模様が検出された場合に、劣化を検出することを特徴とした無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の無鉛はんだの劣化診断方法において、
前記無鉛はんだは、錫を含み、
前記劣化パラメータは、前記断面における多角形状の錫組織を検出するための情報であり、
前記診断工程は、前記劣化パラメータに基づいて、前記断面の観測結果の示す錫組織が多角形状であると判定された場合に、劣化を検出することを特徴とした無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項６】
請求項２に記載の無鉛はんだの劣化診断方法において、
前記金属組織観測工程は、エッチング後の前記断面に対する初期のＸ線回折結果と前記断面に対する劣化診断時のＸ線回折結果とを取得し、
前記診断工程は、無鉛はんだが劣化したと判定するＸ線回折結果の変化を示す劣化パラメータと前記初期のＸ線回折結果から前記劣化診断時のＸ線回折結果への変化とを比較して劣化診断を行うことを特徴とした無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項７】
無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの劣化診断方法であって、
無鉛はんだの表面の模様を観測する観測工程と、
晶腺状の模様を検出するために予め設定された劣化パラメータに基づいて、観測された前記表面から晶腺状の模様が検出された場合に、劣化を検出する診断工程と
を含むことを特徴とする無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項８】
無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの劣化診断方法であって、
無鉛はんだの表面の初期のうねりと前記表面に対する劣化診断時のうねりとを観測する観測工程と、
無鉛はんだが劣化したと判定するうねりの変化を示す劣化パラメータと前記初期のうねり観測結果から前記劣化診断時のうねり観測結果への変化とを比較して劣化診断を行う診断工程と
を含むことを特徴とする無鉛はんだの劣化診断方法。
【請求項９】
無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの劣化診断装置であって、
無鉛はんだの表面の模様を観測する観測手段と、
晶腺状の模様を検出するために設定された劣化パラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された劣化パラメータに基づいて、観測された前記表面から晶腺状の模様が検出された場合に、劣化を検出する診断手段と
を具備することを特徴とする無鉛はんだの劣化診断装置。
【請求項１０】
無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの劣化診断装置であって、
無鉛はんだの表面のうねりを観測する観測手段と、
無鉛はんだが劣化したと判定するうねりの変化を示す劣化パラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された劣化パラメータに基づいて、前記観測手段によって観測された前記表面の初期のうねり観測結果と劣化診断時のうねり観測結果への変化とを比較して劣化診断を行う診断手段と
を具備することを特徴とする無鉛はんだの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無鉛はんだの劣化を診断する無鉛はんだの金属組織観測方法及び劣化診断方法並びに装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な電子回路は、プリント配線の施された電子部品を搭載する。電子部品が基板にはんだ付けされて電子回路が構成される。
【０００３】
はんだ接合部は、経年的に劣化し、劣化によりき裂や剥離が発生する。き裂や剥離は主に熱ストレス、機械ストレス等を原因として発生する。ストレスの負荷が大きくなるほどき裂や剥離が発生するまでの期間が短縮化し、本来の製品の寿命と差が生じる。
【０００４】
従来の共晶はんだにＡｇなどを添付してはんだ成分を調整することにより、はんだが長寿命する。
【０００５】
また、共晶はんだに含まれる鉛は環境に有害であるため、鉛を含まない無鉛はんだ（鉛フリーはんだ）が使用されつつあり、またこの無鉛はんだの長寿命化が図られている。
【０００６】
しかしながら、はんだの寿命を延ばすにも限界がある。そのため、はんだ接合部の劣化を検出し、メンテナンスの時期を把握し、き裂や剥離によるトラブルが生じることを防止することが重要である。
【０００７】
従来より、はんだ接合部の劣化、寿命を診断するために、現地環境を想定したヒートサイクル試験や振動試験等の寿命試験や応力解析が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような現地環境を想定したヒートサイクル試験や振動試験等の寿命試験、応力解析では、使用条件の変化や環境の変化、電子部品のはんだ付けの状態（はんだ量等）により実際に想定した寿命よりも短い時間でき裂や剥離が生じることがある。
【０００９】
また、上記の寿命試験、応力解析では、実環境をすべて反映することができないため、実際の製品の寿命が推定した寿命よりも短くなることがある。
【００１０】
その一方、共晶はんだにおいては、熱ストレス等による劣化が進むにつれて共晶中の鉛粒子が粗大化し、強度が低下する。このため、共晶はんだについて劣化を診断する方法として、はんだ接合部の断面を研磨機などで鏡面研磨し、金属光学顕微鏡により共晶中の鉛粒子を観測する方法がある。
【００１１】
しかしながら、無鉛はんだにおいては、はんだ接合部の断面を鏡面研磨しただけでは金属組織が明確に現れないため、共晶はんだの場合と異なり、研磨した断面を金属光学顕微鏡により観測しても劣化を診断することが困難である。
【００１２】
さらに、無鉛はんだにおいては、劣化の兆候を示す指標がどのようなものか明確になっていないため、劣化を判定する基準が定まらず、劣化診断が困難となっている。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、無鉛はんだの劣化を容易に診断するのに適切な無鉛はんだの金属組織観測方法及び劣化診断方法並びに装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明を実現するにあたって講じた具体的手段について以下に説明する。
【００１５】
第１の発明の無鉛はんだの金属組織観測方法は、無鉛はんだの断面を研磨する研磨工程と、研磨工程により研磨された前記断面に対して金属組織を露出させるためのエッチングを行うエッチング工程と、エッチング工程によるエッチング後の断面の金属組織を観測する金属組織観測工程とを含む。
【００１６】
このように、無鉛はんだの断面を研磨後エッチングすることで、断面の粒界を明確化でき、研磨のみでは観測が困難であった無鉛はんだの断面の金属組織の状態を容易に観測できる。
【００１７】
第２の発明の無鉛はんだの劣化診断方法は、無鉛はんだの断面を研磨する研磨工程と、研磨工程により研磨された断面に対して金属組織を露出させるためのエッチングを行うエッチング工程と、エッチング工程によるエッチング後の断面の金属組織を観測する金属組織観測工程と、無鉛はんだの断面の劣化を検出するための指標にしたがって予め設定された劣化パラメータに基づいて、断面の金属組織の観測結果が劣化を示すか否かを判定する診断工程とを含む。
【００１８】
このように、無鉛はんだの断面を研磨し、エッチングすることにより鏡面研磨だけでは現れない無鉛はんだの金属組織を露出させることができる。そして、金属組織の露出した断面の観測結果と劣化パラメータとに基づいて、無鉛はんだの劣化を診断することができる。
【００１９】
なお、エッチング工程は、塩化第二鉄と塩酸の少なくとも一方とアルコールとを含む腐食溶液により断面に対してエッチングを行うとしてもよい。
【００２０】
この腐食溶液を用いることにより、断面の金属組織を的確に露出できる。
【００２１】
また、劣化パラメータは、多角形状の模様を検出するための情報であり、診断工程は、劣化パラメータに基づいて断面の金属組織の観測結果から多角形状の模様が検出された場合に劣化を検出するとしてもよい。
【００２２】
研磨しエッチングした後の無鉛はんだの断面には、島状（楕円状）の組織が現れる。この島状の組織が多角形状に変化した場合を無鉛はんだの劣化指標として利用できる。
【００２３】
例えば、無鉛はんだが錫を含む場合には、断面の錫組織が島状から多角形状に変化するため、この錫組織を基準に劣化を診断することができる。
【００２４】
また、エッチング後の断面に対する初期のＸ線回折結果と断面に対する劣化診断時のＸ線回折結果とを取得し、診断工程は、無鉛はんだが劣化したと判定するＸ線回折結果の変化を示す劣化パラメータと初期のＸ線回折結果から劣化診断時のＸ線回折結果への変化とを比較して劣化診断を行うとしてもよい。
【００２５】
無鉛はんだは、劣化が進むにつれて、研磨しエッチングした後の断面のＸ線回折結果が変化する。このため、Ｘ線回折結果の変化を無鉛はんだの劣化指標として利用できる。
【００２６】
第３の発明の劣化診断方法は、無鉛はんだの表面の模様を観測する観測工程と、晶腺状の模様を検出するために予め設定された劣化パラメータに基づいて、観測された表面から晶腺状の模様が検出された場合に劣化を検出する診断工程とを含む。
【００２７】
無鉛はんだは、劣化が進むにつれて、表面の樹枝状の模様が晶腺状の模様に変化する。したがって、晶腺状の模様の発生を無鉛はんだの劣化指標として劣化の診断に利用する。これにより、無鉛はんだの劣化を非破壊で適切に診断できる。
【００２８】
第４の発明の劣化診断方法は、無鉛はんだの表面の初期のうねりと表面に対する劣化診断時のうねりとを観測する観測工程と、無鉛はんだが劣化したと判定するうねりの変化を示す劣化パラメータと初期のうねり観測結果から劣化診断時のうねり観測結果への変化とを比較して劣化診断を行う診断工程とを含むとしてもよい。
【００２９】
無鉛はんだは、劣化が進むにつれて、表面のうねりが減少する。したがって、表面のうねりの減少するレベルを無鉛はんだの劣化指標として劣化の診断に利用する。これにより、無鉛はんだの劣化を非破壊で適切に診断できる。
【００３０】
なお、上記各発明の観測工程を実現する観測手段と診断工程を実現する診断手段とを無鉛はんだの劣化診断装置に具備してもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において同一の部分については同一の符号を付する。
【００３２】
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、無鉛はんだの断面に基づいてこの無鉛はんだの劣化を診断する方法について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。
【００３４】
図２は、本実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法を実施する劣化診断装置の構成の一例を示す図である。この劣化診断装置１は、設定部２、劣化パラメータ３を格納するデータベース４、観測部５、診断部６、出力部７を具備する。
【００３５】
劣化診断方法は、主に劣化パラメータを設定するまでの工程Ｓ１〜Ｓ６と設定された劣化パラメータを利用して劣化診断を行うＳ７〜Ｓ１１とからなる。
【００３６】
工程Ｓ１において、錫系無鉛はんだ、銀系無鉛はんだ、銅系無鉛はんだなど各種の無鉛はんだを用いて熱ストレスを模擬した冷熱サイクル試験が実施される。
【００３７】
工程Ｓ２において、冷熱サイクル試験を実施した無鉛はんだの断面が鏡面研磨される。
【００３８】
工程Ｓ３において、鏡面状に研磨された無鉛はんだの断面がエッチングされる。
【００３９】
工程Ｓ４において、研磨後エッチングされた無鉛はんだの断面の金属組織が観察される。このように鏡面研磨後エッチングすることで、断面の金属組織の特徴が顕著になり観察容易となる。
【００４０】
工程Ｓ５において、劣化の進行状態と観察された金属組織の変化状態との関係から無鉛はんだの断面の劣化の兆候を示す劣化指標が調査される。
【００４１】
工程Ｓ６において、設定部２は、無鉛はんだの断面の劣化指標を検出するための劣化パラメータ３の設定を診断者から受け付けて、その内容をデータベース４に登録する。
【００４２】
例えば、劣化パラメータ３には、無鉛はんだの断面を鏡面研磨しエッチングした後の金属組織が島状から多角形状に変化した場合を検出するための情報が利用される。なお、無鉛はんだに錫が含まれている場合には、無鉛はんだの断面を鏡面研磨しエッチングした後の錫組織が島状から多角形状に変化した場合を検出するための情報を劣化パラメータ３としてもよい。
【００４３】
工程Ｓ７において、劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面が鏡面研磨される。
【００４４】
工程Ｓ８において、劣化診断対象の無鉛はんだ８の鏡面研磨後の断面がエッチングされる。この場合も、上述したように、劣化診断対象の断面の金属組織の特徴が顕著になる。
【００４５】
工程Ｓ９において、観測部６は、鏡面研磨後エッチングされた劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面の金属組織を観測する。本実施の形態においては、観測部５として金属光学顕微鏡を利用するが、金相顕微鏡または実体顕微鏡などでもよい。
【００４６】
工程Ｓ１０において、診断部６は、観測部５によって観測された劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面の画像情報を画像解析し、かかる解析結果とデータベース４の劣化パラメータ５とを比較し、劣化の有無を検出する劣化診断処理を実行する。すなわち、診断部６には、模様を認識する画像処理機能が装備されている。また、診断部６は、データベース４から読み出した劣化パラメータ３の示す特徴や値と、観測部５によって観測されたデータの特徴や値とを比較し、劣化診断を行う。
【００４７】
工程Ｓ１１において、出力部７は、診断部６による劣化の診断結果を出力する。この出力部７には、例えばプリンタ、ＣＲＴなどのように視覚的に診断結果を出力する機器、その他スピーカなど音により診断結果を出力する機器などを利用できる。
【００４８】
ここで、劣化パラメータ３を設定するまでの工程Ｓ１〜Ｓ６について具体例を挙げて詳細に説明する。
【００４９】
ここでは、図３のようなプリント基板上に実装された図４のようなチップコンデンサを用いて劣化パラメータの設定を行う。なお、図３はチップコンデンサ９を実装したプリント基板１０の平面図、図４はチップコンデンサ９を実装したプリント基板１０の断面図である。プリント基板１０に設けられたＣｕパターン１１とチップコンデンサ９とが無鉛はんだ１２により接合されている。
【００５０】
工程Ｓ１において上記プリント基板１０に対して実施される冷熱サイクル試験では、例えば３０分間に−５５℃〜＋１２５℃まで温度を変化させる試験を１サイクルとする。この試験を１サイクルから１０００サイクルまで行うとする。この冷熱サイクル試験により熱ストレスが試験対象の無鉛はんだ１２に負荷される。
【００５１】
工程Ｓ２では、上記冷熱サイクル試験における任意のサイクル実行後の無鉛はんだ１２の断面を鏡面状になるまで研磨する。この例では、それぞれ２５０サイクル、５００サイクル、７５０サイクル、１０００サイクルの断面に対して、粒度が#200、#320、#500、#1000、#2400の５種類のSiCの耐水研磨紙を用いて研磨した後、１μｍのダイヤモンド粒子の分散したペーストを用いて鏡面研磨処理を行う。
【００５２】
このような研磨処理を行わない場合には、無鉛はんだ１２の断面の金属組織が露出しないため、この細かなダイヤモンド粒子を用いた鏡面研磨処理を行う重要性は大きい。
【００５３】
工程Ｓ３のエッチングで用いられる腐食液（試薬）には、例えばアルコールを基本の溶液とし、この基本の溶液に塩化第二鉄と塩酸とを加えた腐食液が利用される。腐食液には、例えばアルコールと塩酸との割合を容積比で約１０対１で混合し、さらに塩化第二鉄を混合した液を利用する。より具体的には、アルコール１００ｍｌに塩酸を１０〜１５ｍｌ程度及び塩化第二鉄を５ｇ混合した腐食液をエッチングに利用する。この腐食液を利用してエッチングを行うことで、研磨しただけでは露出しない無鉛はんだ１２の断面の金属組織を一層露出させることができる。
【００５４】
図５は、エッチングにより金属組織が露出する状態を示す斜視図である。
【００５５】
エッチング前の鏡面状の断面に存在する粒界１３ａはエッチングにより強調され、粒界１３ｂとなる。なお、エッチング前の鏡面状の断面においては、目視等では、粒界１３ａは確認できないが、実際に粒界１３ａのあるところを点線で示している。
【００５６】
工程Ｓ４の劣化指標の調査では、金属光学顕微鏡や実体顕微鏡によりエッチング後の断面が観察される。
【００５７】
図６は、冷熱サイクル試験前における初期状態の無鉛はんだ１２の断面の金属組織の一例を示す図である。
【００５８】
図７は、初期状態の無鉛はんだ１２の断面の金属組織の一例を示す概略図である。
【００５９】
初期状態の無鉛はんだ１２の断面は、不定形な島状の錫１４の結晶粒が分散した状態となっている。また、初期状態の無鉛はんだ１２の断面には、錫と銀との金属間化合物１５が線状（針状）又は粒状に存在する。また、銅と錫との金属間化合物１６が粒状に存在する。
【００６０】
図８は、冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の断面の金属組織の一例を示す図である。
【００６１】
図９は、相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の断面の金属組織の一例を示す概略図である。
【００６２】
冷熱サイクル試験を相当サイクル実施した後の無鉛はんだ１２の断面では、錫１４が多角形状の結晶粒界として存在する。また、錫と銀との金属間化合物１５が線状ではなく粒状になる。また、初期状態の場合よりも拡大した状態で錫と銅の金属化合物１６が存在する。
【００６３】
上記冷熱サイクル試験において、錫の多角形状の結晶粒界は、７５０サイクル付近から発生し、その断面にはき裂が存在する。
【００６４】
図１０は、冷熱サイクルのサイクル数と無鉛はんだ１２の接合強度（ｋｇ）の測定結果との関係を示す図である。
【００６５】
この図１０より、初期状態から５００サイクルまでの無鉛はんだ１２の接合強度はほぼ低下しない状態である。しかしながら、７５０サイクル時点では強度の低下が発生している。すなわち、５００サイクルと７５０サイクルの間で無鉛はんだ１２の強度が低下していることが把握される。
【００６６】
図１１は初期状態の無鉛はんだ１２の断面の状態を示し、図１２は５００サイクル時点の無鉛はんだ１２の断面の状態を示し、図１３は７５０サイクル時点の無鉛はんだ１２の断面の状態を示す。
【００６７】
上述したように、初期状態から５００サイクル時点までは強度がほぼ低下しないが、初期状態から５００サイクル時点までの断面の金属組織の状態もほぼ変化がないことが分かる。
【００６８】
一方、７５０サイクル時点では無鉛はんだ１２の接合強度が低下しているが、断面の金属組織が多角形状に変化していることが分かる。
【００６９】
以上の結果から、冷熱サイクル試験の結果、無鉛はんだ１２の断面にき裂が生じ無鉛はんだの接合強度が低下する現象と断面の金属組織に多角形状模様が発生する現象との関連が確認される。
【００７０】
したがって、断面の金属組織に多角形状の模様が発生することを劣化指標として劣化パラメータ３の決定に利用する。
【００７１】
工程Ｓ６において設定される劣化パラメータ３としては、上記の結果、断面の金属組織から多角形状の模様を検出するための情報が用いられる。
【００７２】
なお、劣化の前において線状であった銀と錫の金属間化合物１５の形状は、劣化の後に粒子状に変化する。したがって、銀と錫の金属間化合物１５が粒子状となることを劣化指標とし、劣化パラメータ３を設定してもよい。
【００７３】
上記のようにして設定された劣化パラメータ３を基準に、劣化診断対象の無鉛はんだ８について劣化診断を行う場合、工程Ｓ７の研磨は上記工程Ｓ２と同様に行い、工程Ｓ８のエッチングは上記工程Ｓ３で利用した腐食液を利用できる。
【００７４】
工程Ｓ９において鏡面研磨後エッチングされた劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面の金属組織が状態観測されると、工程Ｓ１０で、観測された劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面に多角形状の模様があるか否か劣化パラメータ３を用いて判定される。工程Ｓ１０において、判定結果が診断者に提供される。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態においては、無鉛はんだ８、１２の断面を鏡面研磨し、エッチングすることで、無鉛はんだ８、１２の断面の粒界が明確になり、金属組織が露出し、観察容易になる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、劣化指標がどのような要因と相関があるか把握でき、無鉛はんだ１２の断面の金属組織の状態から劣化指標を明確に定義でき、劣化診断の基準となる劣化パラメータ３を設定できる。
【００７７】
そして、本実施の形態においては、劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面を鏡面研磨後エッチングして金属組織を観察し、劣化パラメータ３と比較することで無鉛はんだ８の劣化を容易に診断することができる。
【００７８】
これにより、機器、製品のトラブル発生を事前に防止でき、メンテナンス周期を適切に決定できる。
【００７９】
また、本実施の形態に係る劣化診断装置１を利用することで、短時間で、熟練者でなくても正確な劣化診断を行うことができる。
【００８０】
なお、本実施の形態における腐食液には、例えばアルコールと塩酸とピクリン酸とを含む混合液としてもよい。
【００８１】
この場合、例えばアルコールと塩酸との割合を容積比で約１０対１で混合し、ピクリン酸を混合する。より具体的には、アルコール１００ｍｌに塩酸を１０〜１５ｍｌ程度加えた溶液に、ピクリン酸を、１ｇ混合した腐食液をエッチングに利用する。
【００８２】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態に係る劣化診断方法の変形例について説明する。
【００８３】
本実施の形態においては、研磨後エッチングした無鉛はんだの断面の金属組織を観測するのではなく、研磨後エッチングした無鉛はんだの断面に対してＸ線回折試験を実施し、その結果の変化から劣化を診断する。
【００８４】
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。
【００８５】
なお、本実施の形態に係る劣化診断方法を実施する劣化診断装置の構成は、上記図２と同様であるため、この図２を用いて説明する。
【００８６】
本実施の形態に係る劣化診断装置１の観測部５は、Ｘ線発生部及びＸ線強度測定部である。
【００８７】
工程Ｔ１〜Ｔ３までは、上記図１の工程Ｓ１〜Ｓ３と同様である。
【００８８】
工程Ｔ４において、研磨後エッチングされた無鉛はんだ１２の断面に対してＸ線回折試験が実行され、Ｘ線回折結果が得られる。
【００８９】
工程Ｔ５において、取得されたＸ線回折結果の変化状態から無鉛はんだ１２の断面の劣化指標が調査される。
【００９０】
図１５は、冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだ１２の断面についてのＸ線回折結果の一例を示すＸ線回折チャートである。
【００９１】
初期状態の無鉛はんだ１２の断面における主な結晶構造方位は、（１０１）面、（２００）面、（３０１）面である。すなわち、面指数（１０１）、（２００）、（３０１）でＸ線強度がピークとなる。
【００９２】
図１６は、冷熱サイクル試験で７５０サイクルの熱ストレスを負荷した場合の無鉛はんだ１２の断面についてのＸ線回折結果の一例を示すＸ線回折チャートである。
【００９３】
この７５０サイクル実行後の回折チャートと上記図１５の初期状態の回折チャートと比べると、（２００）面と（１１２）面との状態が大きく変化している。
【００９４】
７５０サイクル実施後の錫の（２００）面は、初期状態の錫の（２００）面よりもＸ線強度が大幅に小さくなっている。
【００９５】
一方、７５０サイクル実施後の錫の（１１２）面は、初期状態の錫の（１１２）面よりもＸ線強度が大幅に大きくなっている。
【００９６】
このような劣化によりき裂や接合強度の低下の発生する前後におけるＸ線回折結果の変化を検出し、劣化指標として利用する。
【００９７】
工程Ｔ６においては、設定部２は、診断者からＸ線回折結果から劣化指標を検出するための情報である劣化パラメータ３の設定を受け付けて、その内容をデータベース４に登録する。
【００９８】
工程Ｔ７、Ｔ８は、上記図１の工程Ｓ７、Ｓ８と同様である。
【００９９】
工程Ｔ９において、観測部５は、鏡面研磨後エッチングされた劣化診断対象の無鉛はんだ８の断面におけるＸ線回折結果を取得する。
【０１００】
工程Ｔ１０において、診断部６は、Ｘ線回折結果とデータベース４から読み出した劣化パラメータ３とを比較し、劣化の有無を診断する。
【０１０１】
工程Ｔ１１は、工程Ｓ１１と同様である。
【０１０２】
以上説明した本実施の形態においては、無鉛はんだ８の断面を研磨後エッチングし、Ｘ線による結晶構造の変化を検出し、劣化を容易に診断することができる。本実施の形態により、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、本実施の形態においては、Ｘ線回折法を利用して劣化診断を行っているが、これに代えてＸＰＳ（X-ray photoelectron spectroscopy：Ｘ線光電子分光）法、またはＸ線発光分光分析（X-ray emission spectrometry）法を利用してもよい。
【０１０４】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、無鉛はんだの表面の模様の状態に基づいてこの無鉛はんだの劣化を診断する方法について説明する。
【０１０５】
図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。
【０１０６】
なお、本実施の形態に係る劣化診断方法を実施する劣化診断装置の構成は、上記図２と同様であるため、この図２を用いて説明する。
【０１０７】
本実施の形態に係る劣化診断装置１の観測部５は、無鉛はんだ接合部の表面の模様を観測するための金属光学顕微鏡とする。
【０１０８】
工程Ｕ１において、上記第１の実施の形態における工程Ｓ１と同様の冷熱サイクル試験が実施される。
【０１０９】
工程Ｕ２において、冷熱サイクル試験における任意のサイクル実行後の無鉛はんだ１２の表面の模様が観察される。
【０１１０】
工程Ｕ３において、観察された無鉛はんだ１２の表面の模様から劣化指標が調査される。
【０１１１】
図１８は、冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだ１２の表面の模様の一例を示す図である。
【０１１２】
図１９は、初期状態の無鉛はんだ１２の表面の模様の一例を示す概略図である。
【０１１３】
初期状態の無鉛はんだ１２の表面は、樹枝状の模様１７が存在するという特徴を持つ。
【０１１４】
図２０は、冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の表面の模様の一例を示す図である。この図２０は、冷熱サイクル試験で７５０サイクルの熱ストレスを負荷した状態を示す。
【０１１５】
図２１は、相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の断面の金属組織の一例を示す概略図である。
【０１１６】
冷熱サイクル試験を７５０サイクル実施した後の無鉛はんだ１２の表面は、複数の多角形状の粒からなる晶腺状の模様１８が存在するという特徴を持つ。この晶腺状の模様１８が発生した表面は、無数の小結晶が集団生育し、群立した状態を示す。
【０１１７】
以上の結果から、無鉛はんだ１２が劣化すると、無鉛はんだの表面の樹枝状の模様１７が晶腺状の模様１８に変化すると判断される。したがって、この模様の変化を劣化指標とし、劣化パラメータ３の決定に利用する。なお、この無鉛はんだ１２の表面の樹枝状１７の模様が晶腺状の模様１８に変化することは、上記第１の実施の形態において断面の島状の模様が多角形状の模様に変化することに対応している。
【０１１８】
工程Ｕ４において、設定部２は、無鉛はんだの表面が樹枝状の模様１７から晶腺状の模様１８に変化した旨を検出するための情報である劣化パラメータ３の設定を診断者から受け付けて、その内容をデータベース４に登録する。
【０１１９】
工程Ｕ５において、観測部５は、劣化診断対象の無鉛はんだ８の表面の模様を観測する。
【０１２０】
工程Ｕ６において、診断部６は、無鉛はんだ８の表面の観測結果とデータベース４から読み出した劣化パラメータ３とを比較し、観測結果に晶腺状の模様１８が含まれる場合に劣化したと診断する。
【０１２１】
工程Ｕ７において、出力部７は、診断部６による劣化の診断結果を出力する。
【０１２２】
以上説明した本実施の形態においては、無鉛はんだ８の表面の模様を検出し、容易に劣化を診断することができる。
【０１２３】
したがって、上記第１の実施の形態と同様の効果に加えて、サンプルや劣化診断対象の部品などを非破壊で劣化診断することができる。また、研磨やエッチングなどの工程を省略して劣化診断の手順を簡素化でき、診断時間を短縮化できる。
【０１２４】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態においては、上記第３の実施の形態に係る劣化診断方法の変形例について説明する。
【０１２５】
本実施の形態においては、無鉛はんだの表面の模様を観測するのではなく、無鉛はんだの表面の形状を観測し、その結果の変化から劣化を診断する。
【０１２６】
図２２は、本発明の第４の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。
【０１２７】
なお、本実施の形態に係る劣化診断方法を実施する劣化診断装置の構成は、上記図２と同様であるため、この図２を用いて説明する。
【０１２８】
本実施の形態に係る劣化診断装置１の観測部５は、表面形状測定器である。例えば、観測部５には、光波干渉式表面あらさ測定器などが利用可能である。
【０１２９】
工程Ｖ１は、上記図１８の工程Ｕ１と同様である。
【０１３０】
工程Ｖ２において、冷熱サイクル試験における任意のサイクル実行後の無鉛はんだ１２の表面の形状が観測される。
【０１３１】
工程Ｖ３において、観測された無鉛はんだ１２の表面の形状から劣化指標が調査される。
【０１３２】
図２３は、冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだ１２の表面のうねりの測定結果の一例を示す図である。
【０１３３】
光波干渉式表面あらさ測定器によって測定された図２３のうねり曲線は、ろ波最大うねり（WCM）が63.11［μm］、ろ波中心線うねり（WCA）が10.36［μm］である。
【０１３４】
図２４は、冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の表面のうねりの測定結果の一例を示す図である。この図２４は、冷熱サイクル試験で７５０サイクルの熱ストレスを負荷した無鉛はんだ１２に対する測定結果を示す。
【０１３５】
図２４のうねり曲線は、ろ波最大うねりが39.05［μm］、ろ波中心線うねりが4.90［μm］である。
【０１３６】
以上の結果から、無鉛はんだが劣化すると、無鉛はんだの表面のうねりが小さくなると判断される。
【０１３７】
したがって、測定されたうねりが初期状態と比べて一定レベル小さくなった場合を劣化指標とし、劣化パラメータ３の決定に利用する。
【０１３８】
工程Ｖ４において、設定部２は、無鉛はんだの表面のうねりが初期状態と比べて一定レベル小さくなった場合を検出するための情報である劣化パラメータ３の設定を診断者から受け付けて、その内容をデータベース４に登録する。
【０１３９】
工程Ｖ５において、観測部５は、劣化診断対象の無鉛はんだ８の表面の形状（ここではうねり）を観測する。
【０１４０】
工程Ｖ６において、診断部６は、劣化診断対象の無鉛はんだ８の表面の観測結果とデータベース４から読み出した劣化パラメータ３とを比較し、劣化を示すか否か判定する。
【０１４１】
工程Ｖ７において、出力部７は、診断部６による劣化の診断結果を出力する。
【０１４２】
以上説明した本実施の形態においては、無鉛はんだ８の表面のうねりの変化を検出し、劣化を診断することができる。
【０１４３】
したがって、上記第３の実施の形態と同様の効果と同様に、サンプルや劣化診断対象の部品などを非破壊で劣化診断することができる。また、劣化診断の手順を簡素化でき、診断時間を短縮化できる。
【０１４４】
なお、うねりの大きさを求める手法として、例えば、最大高さを求める手法、低域カットオフをかけて中心線平均値を求める手法等を利用してもよい。うねりは、ろ波最大うねり、ろ波中心線うねり、転がり円最大うねり（WEM）、転がり円中心線うねり（WEA）の４種類のうち少なくとも一つを測定する。
【０１４５】
また、別の劣化パラメータ３の設定例について説明する。
【０１４６】
例えば、うねり測定検査において初期状態の無鉛はんだ１２の表面のうねり（最大の波の高さ）が平均６２［μm］であったとする。一方、７５０サイクル実行後のうねり（最大の波の高さ）は平均３０［μm］であったとする。このような場合、例えば劣化診断対象の無鉛はんだ８の表面のうねりが初期状態のうねりから１／２以下になった場合を検出するしきい値を劣化パラメータ３としてもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、無鉛はんだの断面の金属組織の状態を容易に観測でき、当該観測結果に基づいて設定された無鉛はんだの劣化診断の指標となる劣化パラメータを用いて、無鉛はんだの劣化を容易に診断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャート。
【図２】本実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法を実施する劣化診断装置の構成の一例を示す図。
【図３】チップコンデンサを実装したプリント基板の平面図。
【図４】チップコンデンサを実装したプリント基板の断面図。
【図５】エッチングにより金属組織が露出する状態を示す斜視図。
【図６】冷熱サイクル試験前における初期状態の無鉛はんだの断面の金属組織の一例を示す図。
【図７】初期状態の無鉛はんだの断面の金属組織の一例を示す概略図。
【図８】冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだの断面の金属組織の一例を示す図。
【図９】相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだの断面の金属組織の一例を示す概略図。
【図１０】冷熱サイクルのサイクル数と無鉛はんだの接合強度（ｋｇ）の測定結果との関係を示す図。
【図１１】初期状態の無鉛はんだの断面の状態を示す図。
【図１２】５００サイクル時点の無鉛はんだの断面の状態を示す図。
【図１３】７５０サイクル時点の無鉛はんだの断面の状態を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャート。
【図１５】冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだの断面についてのＸ線回折結果の一例を示すＸ線回折チャート。
【図１６】冷熱サイクル試験で７５０サイクルの熱ストレスを負荷した場合の無鉛はんだの断面についてのＸ線回折結果の一例を示すＸ線回折チャート。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャート。
【図１８】冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだの表面の模様の一例を示す図。
【図１９】初期状態の無鉛はんだの表面の模様の一例を示す概略図。
【図２０】冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだ１２の表面の模様の一例を示す図。
【図２１】相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだの断面の金属組織の一例を示す概略図。
【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る無鉛はんだの劣化診断方法の一例を示すフローチャート。
【図２３】冷熱サイクル試験前である初期状態の無鉛はんだの表面のうねりの測定結果の一例を示す図。
【図２４】冷熱サイクル試験で相当の熱ストレスを負荷した段階の無鉛はんだの表面のうねりの測定結果の一例を示す図。
【符号の説明】
１…劣化診断装置
２…設定部
３…劣化パラメータ
４…データベース
５…観測部
６…診断部
７…出力部
８…無鉛はんだ
９…チップコンデンサ
１０…プリント基板
１１…Ｃｕパターン
１２…無鉛はんだ
１３ａ…粒界
１３ｂ…粒界
１４…錫
１５…錫と銀との金属間化合物
１６…銅と錫との金属間化合物
１７…樹枝状の模様
１８…晶腺状の模様
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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