JPH0514225B2

JPH0514225B2 -

Info

Publication number: JPH0514225B2
Application number: JP1223969A
Authority: JP
Inventors: Shohachiro Yamazaki
Original assignee: YAMAZAKI SEIKI KENKYUSHO KK
Current assignee: YAMAZAKI SEIKI KENKYUSHO KK
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1993-02-24
Also published as: JPH0385440A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、樹脂材料、特に樹脂封止型半導体に
おいて使用される樹脂材料のイオン侵入性を試験
する方法および装置に関するものである。従来技術近年の科学技術の急速な進歩により、IC、
LSI、超LSI等の半導体を含む電子部品が種々の
技術分野において使用されるようになり、これら
電子部品が使用されるシステムの故障を防止し、
システムの安定的かつ確実な作動状態を維持する
ために、システムの動作条件および環境条件等に
対する電子部品および電子材料の信頼性を評価す
る必要性が増大してきている。このため、かかる
電子部品および電子材料の信頼性を試験する技術
が発達し、これまでに、多くの種類の信頼性試験
の方法および装置が研究開発されてきた。発明が解決しようとする課題しかしながら、従来、電子部品を搭載したシス
テムが低圧条件下において作動するといつた状況
はまれであつたため、電子部品および電子材料の
低圧条件に対する信頼性試験の技術に関しては未
開拓の分野が多い。また、大気圧条件下における試験で信頼性の確
認された電子部品および電子材料であつても、低
圧条件下で、常にその信頼性が保持されるとは限
らず、通常の大気圏内では予期し得ない影響を被
り、その結果、システムが重大な故障を引き起こ
すことは十分に考えられる。したがつて、超音速旅客機、スペースシヤトル
等の高高度、宇宙空間における飛行、通信衛星、
気象衛星の打ち上げが、実用段階に入り商業ベー
スにのりつつあり、いわゆる宇宙エレクトロニク
スが急激な発展を遂げようとしつつある現状にあ
つては、低圧条件下における電子部品および電子
材料の信頼性試験の技術を確立することは非常に
重要であると考えられる。事実、例えば、米軍が作成した、主として兵器
に関連する電子材料、電子部品等の信頼性向上の
ための兵器設計段階、開発段階において行うべき
環境試験方法に関する規格であつて、軍が調達す
る兵器の契約時に提出すべき設計、開発、性能試
験の必要条件を記述した、MIL−STD−810Dに
おいては、低気圧条件下で、アーク発生、コロナ
放電によつて、電子部品等の不安定動作、機能不
良が生じるかどうかを試験すべきことが規定され
ている（MIL−STD−810D、500.d.参照）。したがつて、本発明の課題は、低圧条件下にお
ける電子材料および電子部品に対する信頼性を試
験する１つの方法を確立すると同時に、この方法
を容易に実施することができる装置を提供するこ
とである。課題を解決するための手段本発明者は、樹脂材料が本来は電気的に絶縁体
であるにもかかわらず、放電が行われている低真
空（ここに、低真空とは、大気圧〜1Torrの範囲
の低圧状態をいう。）雰囲気中に配置した場合に、
いくつかの樹脂材料において、その内部にイオン
電流が流れることを発見した。このことから、前
述の軍事規格において指摘された、低圧条件下に
おける、アーク発生、コロナ放電の結果生じる電
子部品等の不安定動作は、電子部品を被覆する樹
脂材料中をイオン電流が流れ、この電流が、樹脂
材料によつて封止された内部の電気回路に影響を
及ぼすことが原因であると考察する。そして、か
かる樹脂材料のイオン侵入性を測定することによ
つて、低圧条件下における電子材料および電子部
品に対する信頼性を試験することができるものと
考える。したがつて、本発明は、低真空雰囲気中に一対
の放電電極を配置して放電を行い、前記低真空雰
囲気中であつて前記放電の領域の外側に試験すべ
き樹脂材料を配置し、前記樹脂材料中を流れるイ
オン電流を測定することを特徴とする樹脂材料の
イオン侵入性を試験する方法を提供するものであ
る。また、上記目的を達成するために、本発明は、
電気絶縁性を有する気密容器と、前記気密容器内
部のガスを吸引する真空ポンプと、前記気密容器
にこれに連通して接続された真空計と、前記気密
容器内に封入された一対の放電電極と、前記一対
の放電電極に接続された高電圧電源と、前記気密
容器内に間隔をおいて配置され、少なくとも一方
が試験すべき樹脂材料に被覆された一対の試験電
極と、前記試験電極に接続されたイオン電流検出
器とを有していることを特徴とする樹脂材料のイ
オン侵入性試験装置を構成したものである。また、放電時に放電電極に印加される電圧の大
きさは、放電によつてガスが電離されてイオン化
され、電離されたガスイオンが陰極側放電電極に
衝突し、前記陰極側放電電極の構成材料が外部に
叩き出されないような大きさに設定されることが
好ましく、かつ放電開始時の電圧が比較設定でき
るようにすることが好ましい。また、直流または
交流のどちらの高圧電源を使用してもよい。低真空を形成する気体は、単一の種類の気体で
あることが好ましく、特にヘリウム、アルゴン等
の不活性ガスからなつていることが好ましい。作用低真空雰囲気中において放電を行う、すなわち
グロー放電を行うと、ガス分子が電離されてイオ
ン化し、陽イオンと電子とからなるプラズマが形
成される。このとき、前記樹脂材料中を流れるイ
オン電流を測定することによつて、樹脂材料がイ
オン侵入性を有するか否かを試験することができ
る。すなわち、イオン侵入性を有する樹脂材料に
対してはイオン電流が検出され、イオン侵入性を
有しない樹脂材料に対してはイオン電流は検出さ
れない。また、本発明による方法および装置は、セラミ
ツク材料等の封止材料に対しても適用することが
できる。実施例第１図〜第３図は、本発明による樹脂材料のイ
オン侵入性を試験する装置の実施例を示したもの
である。この装置は、頂面および底面が開口された円筒
形状を有し、前記頂面開口１ａの外周縁および底
面開口１ｂの外周縁にそれぞれフランジ２，３が
形成された本体１と、本体１の中央部において、
その周壁から外側に半径方向に沿つて十字形状に
突出するように設けられた、前記本体１の内部に
連通する同一形状を有する４つの分岐管４，５，
６，７とからなるガラス製の六方管８を有してい
る。４つの分岐管４，５，６，７は本体１の内径よ
りも小さい内径を有し、各突出端外周壁には、フ
ランジ４，５′，６′，７′が形成されている。これら分岐管４，５，６，７のうち、同一直線
上に軸を有する一対の分岐管４，５は、放電電極
１５，１６を取付けるために使用される。すなわ
ち、分岐管４，５の突出端のフランジ４′，５′に
は、それぞれ、前記分岐管４，５の突出端面開口
を密閉する銅製の放電電極支持円板９，１０が、
パツキンリング１１，１２を介して、ボルト１
３，１４によつて取付けられ、さらに前記放電電
極支持円板９，１０には、それぞれ、先端が、分
岐管４，５の内径より小さい直径の円板として形
成された銅製の放電電極１５，１６が、六方管８
内部へ向かつて突出し、かつ六方管８の気密状態
が維持されるように取付けられ、かつこれら一対
の放電電極１５，１６は、本体１中央で、適当な
間隔をおいて対向するように配置されている。ま
た、放電電極支持円板９，１０の外側表面には、
複数の銅製放熱板１７，１８が配列され、かつ水
平方向に突出して同支持円板９，１０に一体的に
形成されており、これによつて、放電電極１５，
１６が効率良く空冷される。前記一対の放電電極
１５，１６には、高電圧交流電源１９が接続され
る。前記一対の分岐管４，５の軸方向と直交する方
向に軸を有する一対の分岐管６，７は、試験電極
２０，２６を取付けるために使用される。すなわ
ち、一方の分岐管６の突出端のフランジ６′には、
前記フランジ６′と同じ外周寸法を有する銅製円
板からなる電極２０が、パツキンリング２１を介
して、ボルト２２によつて分岐管６の突出端開口
を密閉するように取付けられる。さらに、前記電
極２０の一部には開口が形成され、この開口に
は、六方管８の内部に連通する、絶縁材料からな
る導出管２３が、六方管８の気密状態が維持され
るように取付けられる。この導出管２３には、ア
ルゴンガスボンベ２５が、バルブ２４を介して連
絡される。また、他方の分岐管７のフランジ７′には、こ
のフランジ７′と同じ外形寸法の円板形状を有し、
一方の表面に試験すべき樹脂材料２７が適当な厚
さに被覆された銅製の試験電極２６が、前記樹脂
材料層２７表面が六方管８内部に向けられるよう
にして、分岐管７の突出端開口を密閉するように
取付けられる。この試験電極２６のフランジ７′
への取付けは、後述するように、六方管８内部の
減圧時に生じる、分岐管７の突出端開口から六方
管８内部へ向かう吸引力によつて行われる。また、前記一対の試験電極２０，２６は、15cm
の間隔を有しており、電極面積は共に15cm²であ
る。さらに、これら一対の試験電極２０，２６に
は、イオン電流検出器２８が接続される。イオン
電流検出器２８は、第４図に示すように、50Vの
直流電源３０と、微小電流が検出可能な電流計３
１とが直列接続されたものからなつており、通常
の試験時には、イオン電流検出器２８のマイナス
端子が、樹脂材料２７を有する試験電極２６に、
プラス端子が試験電極２０にそれぞれ接続される
（第２図参照）。再び、第１図〜第３図において、頂面開口１ａ
のフランジ２には、前記頂面開口１ａを密閉す
る、プラスチツク製円板からなる上部密閉蓋３２
が、パツキンリング３３を介してボルト３４によ
つて取付けられる。上部密閉蓋３２の中央には、一対の面積１cm²の
銅製円柱からなる第１の参照イオン電流検出電極
３５，３５が２cmの間隔をおいて配置され、前記
電極３５，３５の上端面および下端面がそれぞれ
上部密閉蓋３２の上面および下面から露出するよ
うに埋め込まれる。さらに、前記電流３５，３５
と上部密閉蓋３２とは密着しており、六方管８の
気密状態が維持される。前記第１の参照イオン電
流測定電極３５，３５には、前記一対の試験電極
２０，２６に接続されたのと同一のイオン電流検
出器３６が接続される。また、上部密閉蓋３２の
周縁には、六方管８の内部に連通する吸気孔３７
と、導出管３８とが一体的に形成されている。そ
して、前記吸気孔３７は、三叉バルブ３９を介し
て真空ポンプ４０に連絡し、導出管３８は真空計
４１に連絡する。底面開口１ｂのフランジ部３には、底面開口１
ｂを密閉する、プラスチツク製円板からなる下部
密閉蓋４２が、パツキンリング４３を介してボル
ト４４によつて取付けられる。下部密閉蓋４２の中央には、一対の面積１cm²の
銅製円柱からなる第２の参照イオン電流測定電極
４５，４５が２cmの間隔をおいて配置され、前記
電極４５，４５の上端面および下端面がそれぞれ
下部密閉蓋４２の上面および下面から露出するよ
うに埋め込まれる。さらに、電極４５，４５と下
部密閉蓋４２とは密着しており、六方管８の気密
状態が維持される。前記第２の参照イオン電流測
定電極４５，４５には、前記一対の試験電極２
０，２６に接続されたのと同一のイオン電流検出
器４６が接続される。前記第１および第２の参照イオン電流測定電極
３５，４５は、これら電極付近に到達しているガ
スイオンの分布濃度を比較検出するためのもので
ある。以上のように構成された本発明によるイオン侵
入性試験装置は、以下のようにして使用される。真空ポンプ４０を作動させ、三叉バルブ３９を
六方管８内を吸気する状態にセツトして前記六方
管８の内部のガスを吸引する一方、分岐管７のフ
ランジ７′に、試験すべき樹脂材料層２７を有す
る試験電極２６を、前記樹脂材料層２７が六方管
８内部を向くようにして圧着させて保持する。し
ばらくした後、六方管８内が減圧されると、前記
試験電流２６は、分岐管７の突出端開口から六方
管８内部に向かつて生じる吸引力によつて、フラ
ンジ７′に密着する。その後、吸気を継続しなが
ら、バルブ２４を開放して、アルゴンガスボンベ
２５からアルゴンガスを同六方管８内に流入さ
せ、一定時間経過後、六方管８内部が略完全にア
ルゴンガスによつて置換された時点でバルブ２４
を閉鎖し、さらに真空ポンプ４０による吸気を継
続し、真空計４１を見ながら、六方管８内が適当
な低真空状態となつた時点で三叉バルブ３９を閉
鎖し、真空ポンプ４０を停止させる。そして、放
電電極１５，１６に適当な交流電圧を印加して放
電、すなわちグロー放電を行いながら、第１およ
び第２の参照イオン電流測定電極３５，３５，４
５，４５によつて検出されるイオン電流を測定す
ると同時に、試験電極２０，２６によつて検出さ
れるイオン電流を測定する。こうして、参照イオ
ン電流と、試験電流２０，２６を流れるイオン電
流を比較しながら、樹脂材料のイオン侵入性試験
を行う。この実施例では、六方管８の内部をアルゴンガ
スで置換するようにしたが、アルゴンガスの代わ
りにヘリウム等の単一種類の他の不活性ガスを使
用してもよい。また、この実施例では、放電電極
１５，１６に対し交流電圧を印加するようにした
が、これら放電電極１５，１６に直流電圧を印加
するような構成としてもよい。次に、上記した本発明による樹脂材料のイオン
侵入性試験装置によつて、実際の試験がどのよう
に行われるかを、具体的な樹脂材料が被覆された
試験電極２６を使用して実験した。この実験にお
いて使用した樹脂材料は、ウレタンポリブタジエ
ン系（試料No.１）、ウレタンヒマシ油系（試料No.
２）、エポキシキシレンジアミドのアダクト（試
料No.３）、タールエポキシ（試料No.４）である。
さらに、樹脂材料が全く被覆されていない試験電
極２６も試料として加えた（試料No.５）。上記試料を使用し、六方管８内をアルゴンガス
の8Torr低真空状態とし、放電電極に500Vの交
流電圧を印加してグロー放電を行い、試料中を流
れるイオン電流を測定した。このとき、第１および第２の参照イオン電流測
定電極３５，３５，４５，４５によつて、４×
10^-8アンペアの電流が測定され、また、各試料に
対して検出されたイオン電流は第１表に示すとお
りである。第１表中、イオン電流初期値は、試験
を開

【表】始した直後に検出されたイオン電流を、厚さ最小
値は、試験電極２６に被覆された樹脂材料層の最
小の厚さを、イオン電流の減衰時間は、前記イオ
ン電流初期値が検出された後、樹脂材料中に吸着
していた水分または吸着物質が、低真空条件下に
おいて同樹脂材料中に侵入するイオンによつて、
蒸発、離脱した結果測定されるイオン電流が次第
に減少し、ほとんどゼロになるまでに要する時間
を、再放電時のイオン電流は、前記イオン電流が
ほとんどゼロになつた後、低真空圧状態を維持し
たままで一旦放電を停止し、電離イオンの発生を
停止させ、樹脂材料中の残存吸着物質の拡散、移
動がなされるまで一定時間待ち、その後再び放電
を行つた場合に検出されるイオン電流を、それぞ
れ表している。例えば、試料No.１に関しては、試験開始時に２
×10^-10アンペアのイオン電流が検出され、これ
から20秒経過した時点でイオン電流がほとんどゼ
ロとなつた。その後、8Torrの低真空状態を維持
したまま５分間放電を停止し、再び放電を行うと
１×10^-10アンペアのイオン電流が検出された。試料No.３に関しては、５×10^-10アンペアの初
期値が検出された後、45秒経過するとイオン電流
がゼロとなり、５分後再び放電を行つてもイオン
電流は検出されなかつた。試料No.４に関しては、２×10^-10アンペアのイ
オン電流初期値が検出された。しかし、このイオ
ン電流は減衰せず、さらに、一旦放電を停止し５
分後経過後、再び放電を行つた場合にも、２×
10^-10アンペアのイオン電流が検出された。また、試料No.５に関しては、４×10^-8アンペア
のイオン電流初期値が測定され、この測定電流値
は減衰せず、再放電時においても常に一定の測定
電流値が検出された。この測定電流値は、第１お
よび第２の参照イオン電流測定電極３５，３５，
４５，４５によつて測定された電流値と同じであ
つた。以上の実験結果から明らかなように、本発明に
よるイオン侵入性試験装置を使用すれば、容易に
樹脂材料のイオン侵入性を試験することができ
る。このように、樹脂材料には、イオン電流に対し
て絶縁性を有するものとそうでないものとが存在
することがわかる。このような差異が存在する理
由としては、樹脂材料の組織中に存在する結合水
等が影響しているものと考えられるが、かかる樹
脂材料のイオン電流に対する物性に関しては、今
後の研究を待たねばならない。もちろん、この研
究に対して、本発明による装置が寄与することは
いうまでもない。さらに、上記実施例においては、樹脂材料に対
するイオン侵入性の試験に関して説明したが、本
発明による方法および装置によれば、樹脂材料の
場合と同様にして、セラミツク材料等の封止材料
のイオン侵入性を試験することができる。なお、本発明による樹脂材料のイオン侵入性試
験装置の原理は、従来より公知のイオンスパツタ
リング装置とは全く異なるものであることに注意
されたい。イオンスパツタリング法は、アルゴン
等の不活性ガス雰囲気中で真空放電を行い、前記
ガスを電離してイオン化する点で共通している
が、発生したガスイオンをターゲツトに衝突させ
ることによつて、ターゲツトの金属材料を叩き出
し、基材表面に金属薄膜を形成させるものであ
る。したがつて、この場合の作動条件は、真空放
電時の印加電圧は500〜1000V、装置内の真空圧
は0.2Torr、またイオン電流は５〜10ｍＡであつ
て、本発明による樹脂材料のイオン侵入性試験装
置と比べて、はるかに高電圧で高真空な状態を必
要とする。発明の効果以上のように本発明によれば、低圧条件下にお
ける樹脂材料のイオン侵入性を容易に試験するこ
とができ、電子部品、特にLSI、超LSI等の樹脂
封止型半導体において使用される樹脂材料の低圧
条件下における１つの信頼性試験の方法を確立す
るとともに、同試験を容易に実施可能な、簡単な
構造を有する装置を提供することができる。本発明は、超音速旅客機、スペースシヤトル等
の高高度および宇宙空間における飛行、また、通
信衛星および気象衛星の打ち上げが実用化の段階
に入るとともに、いわゆる宇宙エレクトロニクス
が加速度的に発展しつつある状況を考えれば、産
業界に対する寄与は非常に大きいものであると考
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による実施例における樹脂材
料のイオン侵入性試験装置の、放電電極を取付け
るための分岐管の対の軸方向に沿つた縦断面図、
第２図は、同装置の試験電極を取付けるための分
岐管の対の軸方向に沿つた縦断面図、第３図は、
同装置を、４つの分岐管の軸が共有する平面で切
断した横断面図、第４図は、同装置のイオン電流
検出器の構成を示す回路図である。８……六方管、９，１０……放電電極支持円
板、１５，１６……放電電極、１９……高電圧交
流電源、２０，２６……試験電極、２７……樹脂
材料、２８……イオン電流検出器、３２……上部
密閉蓋、４２……下部密閉蓋。

Claims

【特許請求の範囲】１低真空雰囲気中に一対の放電電極を配置して
放電を行い、前記低真空雰囲気中であつて前記放
電の領域の外側に試験すべき樹脂材料を配置し、
前記樹脂材料中を流れるイオン電流を測定するこ
とを特徴とする樹脂材料のイオン侵入性を試験す
る方法。２前記放電の電圧を、放電によつて電離された
ガスイオンが、陰極側の前記放電電極に衝突して
前記陰極側放電電極の構成材料を外部に叩き出さ
ない大きさに設定することを特徴とする第１請求
項に記載の樹脂材料のイオン侵入性を試験する方
法。３電気絶縁性を有する気密容器と、前記気密容器内部のガスを吸引する真空ポンプ
と、前記気密容器にこれと連通して接続された真空
計と、前記気密容器内に封入された一対の放電電極
と、前記一対の放電電極に接続された高電圧電源
と、前記気密容器内に間隔をおいて配置され、少な
くとも一方が試験すべき樹脂材料に被覆された一
対の試験電極と、前記試験電極に接続されたイオン電流検出器と
を有していることを特徴とする樹脂材料のイオン
侵入性試験装置。