(57)【要約】【課題】はんだマトリックスのエッチングに必要な時間を短縮することができるエッチング方法およびこれを用いたエッチング装置を提供する。【解決手段】はんだ接合部４をエッチング液７に浸漬し、はんだ接合部４が浸漬されたエッチング液７に対して、はんだマトリックス５がエッチングされるまで超音波を印加する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ接合部のはんだマトリックスをエッチングするエッチング方法であって、
前記はんだ接合部をエッチング液に浸漬する工程と、
前記はんだ接合部が浸漬された前記エッチング液に対して、前記はんだマトリックスがエッチングされるまで超音波を印加する工程とを備えたエッチング方法。
【請求項２】
前記はんだ接合部は、前記エッチング液に完全に沈むまで浸漬されることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のエッチング方法を用いたエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品のはんだ接合部のエッチング方法およびこれを用いたエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品のはんだ付け状態を評価するにあたり、特に重要な分析箇所は、下地のランドとはんだとの“接合界面”である。従来では、その解析手法として電子顕微鏡による断面解析が一般的であったが、この解析手法では、はんだ接合界面組織の結晶粒径を判断することができなかった。結晶粒径から判断される組織の緻密さは、はんだ接合強度に関する重要な指標となる。
【０００３】
非特許文献１には、上述したはんだ接合界面の解析手法が開示されている。この手法では、化学的エッチングによってはんだマトリックス（はんだバルク）を除去することで、はんだ接合界面の表面情報を得ている。例えば、電子部品のはんだ接合部をエッチング液に浸漬することにより、はんだ接合部におけるはんだマトリックスを溶解する。
なお、非特許文献１の解析手法では、はんだ接合界面組織の結晶状態を観察することが目的であるため、はんだマトリックスのエッチングは、結晶状態に影響を与えないように行う必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】吉川俊策、立花賢、山中芳恵，「半導体Ｐａｃｋａｇｅのはんだ接合界面解析技術と新材料の開発動向」，日科技連  第４２回  信頼性・保全性シンポジウム，２０１２年７月，ｐ．６９〜７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来では、はんだ接合界面組織の結晶状態に影響を与えずにはんだマトリックスを溶解するため、電子部品のはんだ接合部をエッチング液に浸漬した状態で長時間保持することによりはんだマトリックスを徐々に除去していた。このため、はんだ接合界面が解析可能な状態に露出するまで長時間を要するという課題があった。
例えば、はんだ接合部のはんだ量、エッチング液の組成、保持環境によっては、はんだ接合界面が解析可能な状態に露出するまでに約２４時間を要する。これは、他の解析手法で解析対象のサンプルを得るまでに必要な時間と比べると著しく長い時間である。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、はんだマトリックスのエッチングに必要な時間を短縮することができるエッチング方法およびこれを用いたエッチング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るエッチング方法は、はんだ接合部のはんだマトリックスをエッチングするエッチング方法であって、はんだ接合部をエッチング液に浸漬する工程と、はんだ接合部が浸漬されたエッチング液に対して、はんだマトリックスがエッチングされるまで超音波を印加する工程とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、はんだ接合界面組織の結晶状態に影響を与えずに、はんだマトリックスのエッチングに必要な時間を短縮することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子部品のはんだ接合部の概要を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るエッチング方法を示す図である。
【図３】エッチング過程におけるはんだ接合部の状態を示すＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、電子部品のはんだ接合部を示す図である。図１（ａ）は、基板２にはんだ付けにより実装された電子部品１の一例を示している。電子部品１のリード端子３は、基板２に形成された貫通孔に挿通してからはんだ付けされる。これによりはんだ接合部４が形成される。なお、電子部品１の一例として図１（ａ）の構造を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、表面実装部品にも適用可能である。
【００１１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の符号Ａを付した部分、すなわち、はんだ接合部４の拡大図である。図１（ｂ）に示すように、はんだマトリックス５と基板２の下地ランド２ａ（斜線部）との間にはんだ接合界面６が形成される。はんだマトリックス５とは、電子部品１のリード端子３と基板２とをはんだ付けしているはんだ部分である。
【００１２】
非特許文献１の解析手法ではんだ接合界面６の結晶粒を観察する場合、はんだマトリックス５を除去する必要がある。そこで、本発明では、はんだマトリックス５をエッチングするために調整されたエッチング液７を使用する。
まず、図２（ａ）に示すように、はんだ接合部４を配置した容器８内にエッチング液７を注入する。ここでは、はんだマトリックス５が完全に浸かるように十分な量のエッチング液７を使用する。これにより、エッチング液７の液面がはんだマトリックス５の最上部（頂点）よりも上になる。なお、実際の容器８には、はんだ接合部４を介して電子部品１が実装された基板２を配置するが、説明の簡単のため、図２では、はんだ接合部４のみが容器８に配置されているように記載している。
【００１３】
次に、上記容器８を、図２（ｂ）に示すように超音波発生器９の超音波槽に配置する。超音波槽には、水などの超音波伝達媒体１０が満たしてあり、超音波発生器９が発生した超音波は、超音波伝達媒体１０を介して容器８のエッチング液７およびはんだ接合部４に伝達される。はんだマトリックス５のエッチング度合いは、作業者が目視で適宜確認してもよい。
【００１４】
図２（ｃ）に示すように、はんだマトリックス５が完全にエッチングされてはんだ接合界面６が露出すると、超音波の印加を停止し、はんだ接合界面６が露出した基板２を容器８から取り出して処理が完了する。
なお、印加する超音波は、振動数が大きい不可聴（＞２０ｋＨｚ）の音波（粗密波）であり、短波長で高エネルギー密度が得られる。この超音波の振動によってはんだマトリックス５がエッチングされる化学反応が促進する。
【００１５】
上述のように印加した超音波は、エッチング液７を介してはんだマトリックス５に伝達される。従って、容器８においてエッチング液７の液面がはんだマトリックス５の頂点よりも下にあった場合、はんだマトリックス５の一部にエッチング液７と接触せず、かつ超音波が届かない部分が生じ、エッチングの促進効果が得られなくなる。
【００１６】
また、容器８のサイズについて規制はないが、はんだ接合部４を介して電子部品１が実装された基板２に対して容器８のサイズが大きすぎると、超音波を印加したときに容器８内で基板２が動き、ひっくり返ることがある。基板２が容器８内でひっくり返った場合、エッチングの状況を確認しづらくなる、あるいは、露出したはんだ接合界面６が容器８の内壁に衝突して損傷するといった不具合を起こす可能性がある。従って、基板２が動かない程度のサイズの容器８を用いることが好ましい。ただし、基板２がひっくり返らない構造や仕組みになっていれば、容器８のサイズは問わない。
【００１７】
水などの超音波伝達媒体１０はその量が多すぎると、エッチング液７を入れた容器８が浮力で浮き上がり、超音波槽内で倒れる可能性がある。このため、容器８が倒れない程度の量に調整する。
【００１８】
本発明では、超音波を印加することによりエッチングが格段に促進される。
例えば、同一のはんだ量および組成のはんだ接合部４に同一の組成のエッチング液７を使用して、超音波を印加しなかった場合、はんだマトリックス５が完全にエッチングされるまでに約２４時間を要したところ、超音波を印加することにより約１時間に短縮された実験結果を得ている。
【００１９】
図３は、エッチング過程におけるはんだ接合部の状態を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。図３（ａ）から図３（ｅ）までの図は、図１（ｂ）のＢ方向からみたはんだマトリックス５のＳＥＭ像である。また、Ｓ０の流れ（従来技術）が超音波を印加せずにエッチングを行った場合であり、Ｓ１の流れ（本発明）が超音波を印加してエッチングを行った場合である。なお、Ｓ０，Ｓ１には同一のはんだ量および組成のはんだ接合部４に同一の組成のエッチング液７を使用している。
【００２０】
図３（ａ）は、はんだ接合部４を含む基板２を容器８に配置してエッチング液７を注入した初期状態におけるＳＥＭ像である。この段階では、Ｓ０、Ｓ１の違いがなく、はんだマトリックス５はエッチングされていない。Ｓ０の流れでは、容器８で基板２をエッチング液７に浸漬させた状態で待つのみである。
【００２１】
Ｓ１の流れにおける図３（ｂ）のＳＥＭ像は、上記容器８を超音波槽に配置して超音波の印加を開始した直後のはんだマトリックス５の状態を示している。この段階では、まだエッチングが進行しておらず、図３（ａ）と同様な状態である。
【００２２】
この後、超音波の印加を開始してから約１時間経過すると、図３（ｃ）に示すように、はんだマトリックス５が完全にエッチングされて、はんだ接合界面６の結晶粒５ａが露出した状態になっている。なお、図３（ｃ）では結晶粒の形状を概略的に記載している。
このように超音波を印加してエッチングを促進させた場合であっても、結晶粒径を正確に測定可能な表面状態（結晶状態）のはんだ接合界面６を得ることができる。
【００２３】
一方、超音波を印加しない場合、同時刻のＳＥＭ像は、図３（ｄ）のようになる。この場合、エッチングが進行しておらず、破線で示す結晶粒５ｂは見えていない。
図３（ｅ）はエッチングを開始してから超音波を印加せずに約２４時間が経過したときのＳＥＭ像である。このように超音波を印加しない場合は、結晶粒５ｂが露出したはんだ接合界面６が得られるまでに約２４時間を要する。
なお、はんだ接合部４のはんだ量およびはんだ組成、エッチング液７の組成などの条件に応じてエッチングが完了する時間は変化する。ただし、いずれの場合であっても、超音波を印加することにより超音波を印加しない場合に比べてエッチング時間が短縮される。
【００２４】
従来では、はんだ接合界面６の表面状態を損傷しないように、はんだマトリックス５のエッチングをなるべく静的な条件で実施していた。このため、エッチングが長時間となり非常に効率が悪かった。
これに対して、本発明の発明者が実験研究を行った結果、超音波を印加してエッチングを実施しても、静的な条件でエッチングした場合と同様な表面状態（結晶状態）のはんだ接合界面６が得られることがわかった。これにより、従来と比較して格段にエッチング時間を短縮することができ、はんだ付け状態の評価を効率的に行えるようになった。
また、エッチング時間が短縮されたことにより多くのサンプルが得られるので、はんだ接合界面６の解析の信頼性も高めることができる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、はんだ接合部４をエッチング液７に浸漬し、はんだ接合部４が浸漬されたエッチング液７に対して、はんだマトリックス５がエッチングされるまで超音波を印加する。このようにすることで、はんだ接合界面組織の結晶状態に影響を与えずに、はんだマトリックス５のエッチングに必要な時間を短縮することができる。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、はんだ接合部４は、エッチング液７に完全に沈むまで浸漬される。このようにすることで、超音波を印加することによるエッチング促進効果が得られる。
【００２７】
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  電子部品、２  基板、２ａ  下地ランド、３  リード端子、４  はんだ接合部、５  はんだマトリックス、５ａ，５ｂ  接合界面組織の結晶粒、６  はんだ接合界面、７  エッチング液、８  容器、９  超音波発生器、１０  超音波伝達媒体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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