JPH01162103A - はんだ付けの面積の電子的測定を用いてはんだ付けを検査する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 １哩へ１１ 本発明は、表面の面積を測定する電子装置に係わり、こ
の装置は特に接続の分野での、例えばはんだ付けの品質
検査に適用可能である。

例えばプリント基板にパッケージあるいは電子部品を接
続する場合、確実に機能するはんだ付け、即ち例えば温
度変化及び振動に一定期間耐え得る適正な電気的接触の
確立に十分な広さ及び厚みを有するはんだ付けが必要と
される。

この必要性は、回路が（例えば軍用あるいは宇宙用とし
て）苛酷な環境条件下に置かれる場合ますます重大とな
る。

先着ｍ久説朋− 接続部の検査には様々な公知方法が有る。苛酷な環境の
下で用いられる主要な検査方法は、必要であれば双眼顕
微鏡を使用する視覚検査法である。

この方法は、時間及び経費が掛かる点、効率に限界が有
る点、更に回路の密度に制約を置く点で不利である。上
記視覚検査が可能であるためには、部品あるいはパッケ
ージが互いに十分離隔していなければならず、しかも形
成されたはんだ付けが総て視覚で確認できなければ、即
ちパッケージあるいは部品の周辺に配置されていなけれ
ばならない、このことは、特に接続部の個数が多い場合
パッケージあるいは部品の占めるスペースを増大する。

このような事態は、特に集積が非常に大規模に実現され
た集積回路に該当する。

〔発明の概要〕

本発明は、表面を測定する装置であって、電子的接続部
に適用された場合に従来の限界の排除を可能にする装置
の提供を目的とする。

この目的を達成するために、測定されるべき表面に対向
して電極が配置され、表面と電極との間に電位差が設定
される。測定されるべき表面によって放出される荷電粒
子の個数は、特にこの表面の大きさに従属する。電流測
定によって荷電粒子を計数すれば、表面の測定が達成さ
れる。

本発明のその他の目的、特徴及び成果を、添付図面に示
した非限定的な具体例によって以下に詳述する。

添付図面の各図において、同じ構成要素には同じ参照符
号を付してあり、また明瞭に図示するために実際の寸法
は採用しなかった。

〔好ましい具体例の説明〕

第１図に、本発明による装置の、電子部品パッケージの
はんだ接着部の検査に用いられる一具体例を示す。

図示したパッケージ１ははんだ接着部５０．５１及び５
２によって、プリント基板のような基板４と電気的に接
続されている。

パッケージ１は電子部品１０が設置されたベース１１と
、電子部品１０を覆うカバー１２とを有する。電子部品
１０は（接続線１３、並びにベース１１上あるいはベー
ス１１中にデポジットされた図示しない導体によって）
例えばパッケージ１下面に配置されたこのパッケージ１
の外部接続パッドと電気的に接続されており、第１図に
は３個の外部接続パッドを符号１４によって示す、パッ
ケージ１の各パッド１４は基板４の対応するパッド６３
と、接着部５０〜５２によって接続されている。

接着部５０．５１及び５２に関連するパッド６３は、基
板４によって支持された別のパッド、即ちパッド６０．
６２及び６１とそれぞれ導体接続されている。パッド６
０．６１及び６２はパッケージ１の周辺に配置されてい
る。パッド６０〜６２のようなパッドは通常、部品の試
験用にか、あるいは接続部に必要な任意の調節用に設置
して用いられる。

本発明によれば、試験されるべき接着部の上方に電極７
が配置される。電極７には相対的に高い電位が印加され
、試験されるべきはんだ接着部に対応する外部接続パッ
ドには、例えばプローブチップ８によって相対的に低い
電位が印加される６図示した例では試験される接着部は
接着部５０であり、従ってプローブチップ８は対応する
周辺パッド６０に当てられる。好ましい具体例では、プ
ローブチップ８は例えば着脱可能なスリーブのような形
態の電気絶縁材料によって被覆されており、それによっ
て当然ながら端部での電子放出を除いた一切の望ましく
ない電子放出が防止されている。−変形例においてスリ
ーブは、望ましくない電子放出を更に減少するべく、プ
ローブチップ８がパッド６０に接触した時バッド６０を
も囲繞するような寸法を有し得る。

第１図では電極７を、パッケージ１の全体を覆って伸張
するものとして示した。他の場合には、電極フはより小
さい面積を有し得る。例えば、電極７の面積は試験され
るべき接着部の面積と実質的に同等であり得る。

本発明による装置は次のように機能する。

試験される接着部５０はパッド６０及びプローブチップ
８によって低い方の電位と接続され、従ってカソードを
構成して電子を放出し、この放出は電子放出面の面積、
即ちこの例では接着部５０の水平に伸張する表面の面積
に比例して行なわれる。放出された電子の一部はアノー
ドとして機能する電極７によって直接捕捉され、また他
の一部は試験される接着部５０とアノード７との間に場
合によって配置されたガス原子をイオン化する。イオン
化によってもたらされる電子もアノード７によって収集
される。これらの電子の全部によって、試験される接着
部５０の上記水平表面の面積、電極７及び５０間に存在
するガスの圧力、アノード７とカソード５０との間に印
加される電圧並びにこれらの電極７．５０の互いとの間
隔に従属する電流が創出される。

即ち、試験される接着部の面積以外のパラメータが固定
されている場合、電流を測定すれば該面頂が求められる
と考えられる。面積の測定によってはんだ接着部の品質
を検査することができる。

面積が所定値に比較してあまりに大きい場合は、はんだ
が過剰に広がり、短絡が生起しかねないことが示唆され
る。反対に、面積が所定値に比較してあまりに小さい場
合は、電気的及び／または機械的接続が好ましく実現さ
れていない恐れが有る。

本発明の一変形例では、電流測定をより正確にし、かつ
特に周囲ガスの圧力変動を排除するために、付加的な電
極（図示せず）によって発生される電流が周期的に測定
され、その際付加的な電極は基準電極として機能し、好
ましくは試験される接着部の面積に近似する既知面積を
有する。

別の変形例によれば、印加電圧の極性は、電極７を周期
的にカソードとして使用するべく周期的に反転される。

電極７はその面積が既知であるので基準電極として用い
られ得、この方法によっても電流測定は標準化され得る
。通常、カソードとアノードとの間に印加される電圧は
ＤＣ電圧でもＡＣ電圧でもよい。

本発明による装置は、はんだ接着部の体積の測定も可能
にする。測定される電流は電極間の電圧並びに電極同士
の間隔にも従属し、その他のパラメータが固定されてい
れば電圧を変化させることによって電極同士の（平均）
間隔が求められるので、上記体積測定はこの事実を用い
て実施される。アノードと基板（４）との間隔が既知で
あることから接着部の厚みと、従って対応する体積とが
求められ、なぜなら接着部の水平表面の面積は既に測定
されているからである。この付加的測定は、はんだ付け
の品質が二つの部分を接続する材料の量に関連するので
有用である。

第２ａ図及び第２ｂ図に、本発明の、同一基板上に取り
付けられた複数個の部品あるいはパッケージを試験し得
る一変形例を示す。

第２ａ図は、本発明装置の部分断面図である。この図も
第１図同様、基板４上に配置されたパッケージ１と、プ
ローブチップ８及びパッド６０を介して低い方の電位と
接続された試験される接着部５０とを示す。

ただ１個であった電極７は、パッケージ１に比較して幅
の狭い複数個の電極７０によって置き換えられている。

これらの電極フ０のうちのただ１個に高い方の電位が印
加される。

第２ｂ図は、本発明装置の上面図である。この図は複数
個の部品あるいはパッケージ１５を支持した基板４を概
略的に示し、特に試験される接着部５０を有する部品１
と、低い方の電位と接続されたパッド６０とを示す、電
極７０は平行線状に配置されている。

電極７０を上記のように配置することによって、電子の
放出を適正位置で実現すること、並びに試験する接着部
からの電子放出のみに対応する電流を集めることが可能
となり、その際複数個のパッドが相互接続されている基
板４のような基板においては１個のパッド（パッド６０
）に電位を印加するとその他のパッドで電圧が不足する
ことが公知である０幅の狭いストリップの形態のアノー
ドを用いることで、同一アノードに対して複数個の接着
部が電子を放出する恐れをほぼゼロにすることができる
。

別の変形例（図示せず）では、電子の放出は、例えばプ
ローブチップ８の支持部に固定された小面積（即ち試験
されるべき接着部の面積にほぼ等しい面積）のアノード
を用いることによって適正位置で実現される。

第３図に、本発明による装置の一変形例を示す。

この図は例えば２個の接着部によって基板４と接続され
たパッケージ１を概略的に示し、上記２個の接着部のう
ち符号５０を付された方の接着部は上述側同様、側方に
位置するパッド６０と接続されている。

この変形例では、パッケージ１の下方に、従って試験さ
れるべき接着部５０の近傍に配置するべく構成された電
極７３を基板４が支持している。電極７３は側方に位置
するパッドフ１と、接着部５０が側方パッド６０と接続
されているのと同様にして接続されている。上述側同様
パッド６０は低い方の電位と接続され、第１図の電極７
と同様に機能する電ｗ１７３はパッドフ１及びブローブ
チップフ５によって高い方の電位と接続される。

それによって接着部５０は電子を放出し、接着部５０と
電極フ３との間で測定される電流が接着部５０の水平表
面の面積を表す。

第４図に、本発−明による装置の別の変形例を示す。こ
の例では低い方の電位は試験されるべき接着部に、パッ
ケージを介して印加される。

第４図も、２個の接着部によって基板４と接続されたパ
ッケージ１を示し、上記２個の接着部のうち符号５０を
付された方が試験される。陽極はこの図では、例えば第
３図に示した例のものと同様で、即ちパッケージ１下方
で基板４上に配置された電極７３の形態である。

この変形例では、パッケージ１は上方パッド５３を有し
、パッド５３はパッケージ１側部において伸長して接着
部５０に達している。そこで、低い方の電位と接続され
たプローブチップ８はパッド５３に当てられ、それによ
って接着部５０に低い方の電位を印加する。

第５図に、本発明による装置の別の変形例を示す、この
例ではアノードがパッケージによって支持される。

第５図でも、パッケージ１は基板４と複数個のはんだ接
着部によって接続されており、上記はんだ接着部のうち
符号５０を付された接着部が試験される、接着部５０は
例えば第４図に関して説明したような接続によって、即
ちパッケージ１上に配置されたパッド５３を介して低い
方の電位と接続される。

この変形例では、ここで符号７２を付して示す本発明装
置のアノードはパッケージ１自体の下面、即ち接着部が
配置されている面に取り付けられている。高い方の電位
の印加は、プローブチップ７５がパッケージ１上に配置
されたパッド７３と接触することによって実現される。

パッド７３とアノード７２とは、例えばパッケージ１内
部で接続される。

第６図に、本発明による装置の別の変形例を示す、この
例ではアノードがパッケージのカバー自体によって構成
される。

第６図も、特に試験される接着部５０によって基板４と
接続されたパッケージ１を示し、かつ接着部５０に低い
方の電位を印加するのに用いられる第３図に示したよう
なパッド６０及びプローブチップ８をも一例として示す
。

この変形例では、アノードはパッケージ１のカバー７６
によって構成されており、カバー７６に高い方の電位が
プローブチップ７５によって印加される。

当然ながら、この変形例はカバー７６が導電性であり、
かつパッケージ１のその他の部分から絶縁されている場
合にのみ用いることができる。

第７図に、本発明による装置の別の変形例を示す。この
例ではアノードがパッケージの周辺において基板上に配
置される。

第７図に示したパッケージ１も、接着部５０によって基
板４と接続されている。接着部５０は低い方の電位と、
例えば第３図に示したようにして接続されている。

この変形例では、アノードはバラゲージ１周辺において
基板４上に配置されたパッド７４によって構成されてお
り、このパッド７４に１０−プチツプ７５が電位を印加
する。

第８図に、本発明による装置の別の変形例を示す。この
変形例は“周辺グリッド”型のパッケージに関連する。

パッケージ１は基板４と、主にフレームもしくは“周辺
グリッドによって支持された１組の接続部によって電気
的に接続されており、第８図ではそれらの接続部のうち
の１個を符号５４によって示す。上記グリッドの、パッ
ケージ１に固定された接続部は基板４のパッド、例えば
パッド５５とはんだ付けによって接続されている。

本発明によれば、基板４は更に、プローブデツプ７５に
よって高い方の電位と接続されるパッド７４を有する。

低い方の電位と接続されたプローブチップ８は接続部５
４の、例えばパッケージ１の上方レベルに位置する上方
部分に接触する。装置が先に述べたように機能し、接続
部５４とパッド５５とから成るユニットからアノード７
４へと電子が放出される。

第９ａ図及び第９ｂ図はそれぞれ、本発明による装置の
一変形例の断面図及び上面図である。この変形例では測
定されるべき表面がチャンバ内に配置され、かつチャン
バ内で電子ビームが用いられる。

第９ａ図に、パッケージ１を初め複数個のパッケージを
支持する基板４と、高い方の電位並びに低い方の電位と
それぞれ接続されたアノード７及びプローブチップ８と
を示す。これらの構成要素から成るユニツ１〜全体がチ
ャンバＥ内に配置されている。チャンバＥ内の圧力は、
例えば外部圧力より低下させて、数ミリバールの範囲内
であり得る高さにされている。

チャンバＥ内には、電子ビームＦを発生する手段も配置
されている。この手段は例えば電子放出カソードＫ並び
に電子収集アノードへの形態であり、電子ビームＦは試
験されるべき接着部と電極７との間においてチャンバＥ
内を通過する。

補助的なビームＦによって、電極７とプローブチップ８
との間に必要な電圧を減少することが可能となる。

第９ｂ図は第９ａ図に示した変形例の上面図であり、こ
の図からは、１個のアノード八ではなく複数個のアノー
ド＾３、＾２、・・・・・・、＾４、・・・・・・、＾
７が設置されていることが知見される。試験される特定
部品に従いアノード＾、〜＾７の中からただ１１１ｍの
アノードが選択されて、高い方の電位を印加され、それ
によってビームＦは試験されるべき部品のみの上を通過
し、即ち電子の放出が適正位置で実現される。

このように、表面の面積を測定する本発明装置を用いる
ことによってはんだ付けの品質を検査することが可能で
あり、その際検査は゛はんだ付けの水平表面の面積並び
に対応する体積を測定することによって実施され、この
ような検査ははんだ付けが視覚で確認可能であるかどう
かにかかわらず、また上記表面の形状（平坦であるか、
展開可能であるか、あるいは展開可能でも平坦でもない
か）からも、またはんだ付けの、（例えば゛パッドグリ
ッドアレイ”として公知であるような）パッケージはん
だ付け、（例えば“フリップチップ”として公知である
ような）部品はんだ付けその他のいかなる用途からも独
立に可能であることは明白である。上記検査は、試験さ
れるべき接着部名々に関して得られた値を一定の範囲内
に予め設定した基準値と比較することによって、あるい
はまた１組のはんだ付は表面総ての面積を連続的に測定
して平均値を求め、極端な値を拾い出すことによって実
施され得る。

本発明による装置は、例えば特にシルクスクリーン印刷
法で基板にデポジットされた導電パターンの検査にも用
いられ得る。

本発明装置はまた、第１０図に示したように絶縁パター
ンの検査に用いることもできる。

第１０図に示した絶縁基板９０には絶縁パターン９１が
デボジッ、トされており、今、このパターン９１の面積
が検査されるものとする。検査のために、基板９０の反
対側にパターン９１の面積に近い面積を有する導電パタ
ーン９３がデポジットされ、このパターン９３に低い方
の電位がプローブチップ９４によって印加される。パタ
ーン９１上方には、高い方の電位と接続された電極９２
が配置される。

導電パターン９３は、絶縁パターン９１表面に低い方の
電位が印加されることを可能にするべく機能する。電極
９２及び９３間の電位差はＤＣあるいはＡＣである。従
って、装置は先に述べたのと同様に機能する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の、電子部品パッケージのは
んだ付けの検査に用いられる第一の具体例の説明図、第
２ａ図及び第２ｂ図は本発明による装置の、同一基板上
に取り付けられた複数個の部品あるいはパッケージの接
続部の検査に用いられる変形例の説明図、第３図〜第８
図は第１図に示した具体例の様々な変形例の説明図、第
９ａ図及び第９ｂ図は本発明による装置の、補助的な電
子ビームが用いられる変形例の説明図、第１０図は本発
明による装置の、絶縁層の検査に用いられる別の具体例
の説明図である。 ７・・・・・・電極、６０，６１．６２・・・・・・パ
ッド。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面の面積を電子的に測定する装置であって、測
   定されるべき表面と向き合うように配置され、かつ第一
   の電位と接続され得る電極と、測定されるべき表面が電
   子を放出するように該表面を第一の電位より低い電位と
   接続する手段と、前記表面と前記電極との間の電流を測
   定する手段とを含み、前記放出される電子の個数は前記
   表面の面積の関数であり、前記電流はこの電子の個数を
   表し、従って前記表面の面積を表す装置。
2. （２）前記表面が導電性表面であることを特徴とする請
   求項１に記載の装置。
3. （３）前記表面が絶縁性表面であり、前記表面を接続す
   る前記手段は前記表面と実質的に同じ面積を有する導電
   性パターンを含み、このパターンは前記電極が位置する
   のとは反対の側で前記表面にか、あるいは介在する基板
   に接触しつつ前記表面と向き合うように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. （４）前記電極の面積が測定されるべき表面の面積に近
   似することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. （５）内部のガス圧が低いチャンバを更に含み、前記表
   面及び前記電極はこのチャンバ内に配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
6. （６）前記表面と前記電極との間に電子ビームを発生す
   る手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装
   置。
7. （７）放出される電子を適正に配置する手段を更に含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. （８）請求項１に記載の装置の、測定されるべき表面を
   構成するはんだ付けの検査への適用。
9. （９）請求項１に記載の装置の、測定されるべき表面を
   構成する、基板にデポジットされたパターンの検査への
   適用。