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JP2007033194A - TEST BOARD AND JOINT STRESS MEASUREMENT METHOD - Google Patents

TEST BOARD AND JOINT STRESS MEASUREMENT METHOD Download PDF

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JP2007033194A
JP2007033194A JP2005215945A JP2005215945A JP2007033194A JP 2007033194 A JP2007033194 A JP 2007033194A JP 2005215945 A JP2005215945 A JP 2005215945A JP 2005215945 A JP2005215945 A JP 2005215945A JP 2007033194 A JP2007033194 A JP 2007033194A
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Japan
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electrode
substrate
stress
piezoelectric element
electronic component
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JP2005215945A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nishiuchi
秀夫 西内
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a test substrate and a stress measuring method capable of measuring accurately a stress caused by drop impact applied to a joint between an electronic component and a substrate. <P>SOLUTION: This test substrate 1 is equipped with the substrate 2, the first electrode 9 provided on the substrate 2 surface, a piezoelectric element 10 laminated on the first electrode 9, the second electrode 11 laminated on the piezoelectric element 10, the first external terminal 5 provided on the substrate 2 and connected to the first electrode 9, and the second external terminal 6 provided on the substrate 2 and connected to the second electrode 11. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、テスト基板及び接合部の応力測定方法に関し、特に電子部品実装デバイスの落下衝撃試験において電子部品と回路基板との接合部の衝撃ストレスの測定に使用するテスト基板及びそのテスト基板を用いた接合部の応力測定方法に関する。   The present invention relates to a test substrate and a stress measurement method for a joint, and more particularly to a test substrate used for measuring an impact stress of a joint between an electronic component and a circuit board in a drop impact test of an electronic component mounting device, and the test substrate. The present invention relates to a method for measuring stress at a joint portion.

IC、LSI、抵抗素子、容量素子等の電子部品を基板にハンダ接合した電子部品実装デバイスの落下衝撃試験方法において、ハンダ接合部にどの程度の衝撃が加わるまでハンダ接合部の導通を維持できるかという、ハンダ接合部の落下に対する信頼性を定量的に表わす、下記非特許文献1に記載された方法が知られている。   In a drop impact test method for electronic component mounting devices in which electronic components such as ICs, LSIs, resistor elements, and capacitor elements are soldered to a substrate, how much impact can be maintained in the solder joint until the solder joint is subjected to impact There is known a method described in Non-Patent Document 1 below that quantitatively represents the reliability of the solder joints against dropping.

非特許文献1に記載された方法では、電子部品を基板にハンダ接合し、さらに、その基板における電子部品のハンダ接合部の裏面側に歪みゲージを取付けた評価サンプルを準備し、この評価サンプルを落下衝撃試験機を用いて落下させている。そして、落下衝撃によるハンダ接合部の断線発生回数をカウントし、及び、基板の歪みを歪みゲージにより測定し、ハンダ接合部の断線発生回数が設定値以下である範囲の歪みゲージの測定値を用い、ハンダ接合部の導通を維持できる落下に対する信頼性を定量的に表している。
エレクトロニクス実装学会誌 Vol.6 No.1(2003)p.73−79
In the method described in Non-Patent Document 1, an electronic component is solder-bonded to a substrate, and an evaluation sample in which a strain gauge is attached to the back side of the solder-bonded portion of the electronic component on the substrate is prepared. It is dropped using a drop impact tester. Then, the number of occurrences of disconnection of the solder joint due to the drop impact is counted, and the distortion of the substrate is measured with a strain gauge. Quantitatively represents the reliability against dropping that can maintain the conduction of the solder joint.
Journal of Japan Institute of Electronics Packaging Vol. 6 No. 1 (2003) p. 73-79

しかしながら、非特許文献1に記載された方法では、以下の点について配慮がなされていない。非特許文献1に記載された歪みゲージは、ハンダ接合部の歪みを直接測定するものではなく、しかも、歪みゲージの取付面積はハンダ接合部の面積に比べて大きい。このため、この歪みゲージによる測定値にはハンダ接合部に作用する応力以外の要素、例えば、基板の撓み等が含まれることになり、非特許文献1に記載された方法により得られたハンダ接合部の落下に対する信頼性を定量的に表わす数値は、ハンダ接合部の落下に対する信頼性を正確に表わしていない。   However, in the method described in Non-Patent Document 1, the following points are not considered. The strain gauge described in Non-Patent Document 1 does not directly measure the strain at the solder joint, and the mounting area of the strain gauge is larger than the area of the solder joint. For this reason, the measurement value by this strain gauge includes elements other than the stress acting on the solder joint, for example, the bending of the substrate, etc., and the solder joint obtained by the method described in Non-Patent Document 1 The numerical value that quantitatively represents the reliability with respect to the drop of the part does not accurately represent the reliability with respect to the drop of the solder joint.

本発明は前述の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、電子部品と基板との接合部に加わる落下衝撃による応力を、精度良く測定することができるテスト基板並びに接合部の応力測定方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a test substrate and a joint capable of accurately measuring stress due to a drop impact applied to a joint portion between the electronic component and the substrate. It is to provide a stress measurement method for a part.

本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、テスト基板において、基板と、前記基板の表面上に設けられた第1電極と、前記第1電極上に積層された圧電素子と、前記圧電素子上に積層された第2電極と、前記基板上に設けられ、前記第1電極に接続された第1外部端子と、前記基板上に設けられ、前記第2電極に接続された第2外部端子と、を備える。   A first feature according to an embodiment of the present invention is that, in a test substrate, a substrate, a first electrode provided on a surface of the substrate, a piezoelectric element stacked on the first electrode, and the piezoelectric A second electrode stacked on the element; a first external terminal provided on the substrate and connected to the first electrode; and a second external terminal provided on the substrate and connected to the second electrode A terminal.

本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、接合部の応力測定方法において、請求項1記載の前記テスト基板の前記第2電極に電子部品を接合した前記テスト基板を落下衝撃試験機に取付ける工程と、前記落下衝撃試験機において前記テスト基板を落下させて前記圧電素子に衝撃を加える工程と、前記圧電素子から前記衝撃によって出力される信号を検知し、前記第2の電極と前記電子部品との接合部の応力を測定する工程と、を備える。   According to a second aspect of the present invention, in the stress measurement method for a joint portion, the test substrate obtained by bonding an electronic component to the second electrode of the test substrate according to claim 1 is used as a drop impact tester. A step of dropping the test substrate in the drop impact tester to apply an impact to the piezoelectric element, a signal output from the piezoelectric element due to the impact is detected, and the second electrode and the electron Measuring the stress at the joint with the component.

本発明によれば、電子部品と基板との接合部に加わる落下衝撃による応力を、精度良く測定することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stress by the drop impact added to the junction part of an electronic component and a board | substrate can be measured with a sufficient precision.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係るテスト基板1は、図1及び図2に示すように、例えばエポキシ樹脂により形成された基板2の表面上に、複数の実装用電極3と1つの応力測定用電極4とが形成されている。これらの実装用電極3と応力測定用電極4とはアレイ状に配列されている。応力測定用電極4は、実装用電極3と応力測定用電極4とをアレイ状に配列した配列のなかの1つのコーナー部に位置付けられている。さらに、基板2には、実装用電極3が配列された領域と別の領域、具体的には基板2の周辺部分に、第1外部端子5と第2外部端子6、及び、第1引出配線7と第2引出配線8が形成されている。第1引出配線7は、応力測定用電極4と第1外部端子5との間を電気的に接続し、第2引出配線8は応力測定用電極4と第2外部端子6との間を電気的に接続している。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the test substrate 1 according to the first embodiment of the present invention has a plurality of mounting electrodes 3 and one stress on the surface of a substrate 2 formed of, for example, an epoxy resin. A measurement electrode 4 is formed. These mounting electrodes 3 and stress measurement electrodes 4 are arranged in an array. The stress measuring electrode 4 is positioned at one corner of the array in which the mounting electrode 3 and the stress measuring electrode 4 are arranged in an array. Further, the substrate 2 has a region different from the region where the mounting electrodes 3 are arranged, specifically, the first external terminal 5 and the second external terminal 6, and the first lead wiring in the peripheral portion of the substrate 2. 7 and the second lead-out wiring 8 are formed. The first lead wire 7 electrically connects the stress measurement electrode 4 and the first external terminal 5, and the second lead wire 8 electrically connects the stress measurement electrode 4 and the second external terminal 6. Connected.

なお、第1の実施の形態では応力測定用電極4を1つ形成した場合を例に挙げて説明したが、応力測定用電極4を2つ以上形成してもよい。応力測定用電極4を2つ以上形成した場合は、各応力測定用電極4ごとに、第1外部端子5、第2外部端子6、第1引出配線7、第2引出配線8を形成する。また、2つ以上の応力測定用電極4を形成する場合、その応力測定用電極4を形成する位置は、アレイ状に配列された複数の実装用電極3のうちのコーナー部に位置するものと置き換える位置であることが好適である。   In the first embodiment, the case where one stress measurement electrode 4 is formed has been described as an example, but two or more stress measurement electrodes 4 may be formed. When two or more stress measuring electrodes 4 are formed, the first external terminal 5, the second external terminal 6, the first lead wire 7, and the second lead wire 8 are formed for each stress measuring electrode 4. Further, when two or more stress measurement electrodes 4 are formed, the position where the stress measurement electrodes 4 are formed is located at a corner portion of the plurality of mounting electrodes 3 arranged in an array. The replacement position is preferred.

応力測定用電極4は、図2に示すように、基板2の表面上に設けられた第1電極9と、第1電極9上に積層された圧電素子10と、圧電素子10上に積層された第2電極11とにより形成されている。第1電極9と第1外部端子5とが第1引出配線7により電気的に接続され、第2電極11と第2外部端子6とが第2引出配線8により電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the stress measuring electrode 4 is laminated on the first electrode 9 provided on the surface of the substrate 2, the piezoelectric element 10 laminated on the first electrode 9, and the piezoelectric element 10. And the second electrode 11. The first electrode 9 and the first external terminal 5 are electrically connected by the first lead wire 7, and the second electrode 11 and the second external terminal 6 are electrically connected by the second lead wire 8.

テスト基板1の特に応力測定用電極4は、図3(a)〜図3(h)に示す工程により形成される。   In particular, the stress measuring electrode 4 of the test substrate 1 is formed by the steps shown in FIGS. 3 (a) to 3 (h).

図3(a)に示す工程では、エポキシ樹脂の基板2の表面に銅薄膜12が形成される。銅薄膜12は、電気メッキ、蒸着等により形成される。   In the step shown in FIG. 3A, the copper thin film 12 is formed on the surface of the epoxy resin substrate 2. The copper thin film 12 is formed by electroplating, vapor deposition, or the like.

図3(b)に示す工程では、銅薄膜12をエッチングすることにより第1電極9、第1引出配線7、第1外部端子5、及び、複数の実装用電極3(第1外部端子5、実装用電極3は図示せず)が形成される。これらの第1電極9、第1引出配線7、第1外部端子5、実装用電極3は、銅薄膜12の上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンに露光し、露光されなかった部分のレジスト膜を除去してマスクを形成し、このマスクを使用して銅薄膜12をエッチングにより除去することにより形成される。マスクは最後に除去される。第1電極9等以外の領域には絶縁膜13が埋設され、基板2の表面全体が平坦化される。   3B, by etching the copper thin film 12, the first electrode 9, the first lead wiring 7, the first external terminal 5, and the plurality of mounting electrodes 3 (the first external terminal 5, A mounting electrode 3 is not shown). The first electrode 9, the first lead wire 7, the first external terminal 5, and the mounting electrode 3 are formed by forming a resist film on the copper thin film 12 and exposing the resist film to a predetermined pattern. A portion of the resist film that did not exist is removed to form a mask, and the copper thin film 12 is removed by etching using this mask. The mask is finally removed. An insulating film 13 is buried in a region other than the first electrode 9 and the like, and the entire surface of the substrate 2 is flattened.

図3(c)に示す工程では、第1電極9上を含む絶縁膜13上の全面にシート状のピエゾフィルム10aが貼り付けられる。ピエゾフィルム10aの貼り付けは、導電性接着剤を用いて行われる。   In the step shown in FIG. 3C, a sheet-like piezo film 10a is attached to the entire surface of the insulating film 13 including the first electrode 9. The piezo film 10a is attached using a conductive adhesive.

ピエゾフィルム10aとしては、特に限定しないが、米国MSI(Measurement Specialties,Inc)社製のPDTシリーズ(http://www.t-sensor.co.jp/PIEZO/FDT/ 参照)やDTシリーズ(http://www.t-sensor.co.jp/PIEZO/DT/ 参照)などを使用することができる。この種のシリーズのピエゾフィルム10aは良好な加工性を有し、硬質圧電素子(ピエゾセラミック等)と比較して、例えば0.03mmの薄型化が容易である。   The piezo film 10a is not particularly limited, but is a PDT series (see http://www.t-sensor.co.jp/PIEZO/FDT/) or DT series (http://www.t-sensor.co.jp/), which is manufactured by US MSI (Measurement Specialties, Inc). http://www.t-sensor.co.jp/PIEZO/DT/) can be used. This type of series piezo film 10a has good processability and can be easily reduced to, for example, 0.03 mm as compared with a hard piezoelectric element (such as a piezoceramic).

つまり、ピエゾフィルム10aを使用して圧電素子10を形成することにより、圧電素子10を含むテスト基板1の全体の厚さは、圧電素子10を含まない基板の厚さと略同じになる。   That is, by forming the piezoelectric element 10 using the piezo film 10a, the entire thickness of the test substrate 1 including the piezoelectric element 10 is substantially the same as the thickness of the substrate not including the piezoelectric element 10.

図3(d)に示す工程では、ピエゾフィルム10a上にそのパターンニングを行うマスク14が形成される。このマスク14は、図3(b)に示す工程で説明したように、ピエゾフィルム10a上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所定のパターンに露光し、露光されなかった部分のレジスト膜を除去することにより形成される。   In the step shown in FIG. 3D, a mask 14 for patterning is formed on the piezo film 10a. As described in the process shown in FIG. 3B, the mask 14 forms a resist film on the piezo film 10a, exposes the resist film to a predetermined pattern, and removes the resist film in the unexposed portion. It is formed by removing.

図3(e)に示す工程では、マスク14を使用してピエゾフィルム10aにエッチングが行われ、マスク14下以外のピエゾフィルム10aが除去されるとともに、マスク14下に残されたピエゾフィルム10aにより圧電素子10が形成される。マスク14はこの後に除去される。   In the step shown in FIG. 3E, the piezo film 10a is etched using the mask 14, the piezo film 10a other than under the mask 14 is removed, and the piezo film 10a remaining under the mask 14 is used. The piezoelectric element 10 is formed. The mask 14 is removed thereafter.

図3(f)に示す工程では、圧電素子10以外の領域に絶縁膜15が埋設され、基板2の表面全体が平坦化される。   In the step shown in FIG. 3F, the insulating film 15 is embedded in a region other than the piezoelectric element 10, and the entire surface of the substrate 2 is flattened.

図3(g)に示す工程では、圧電素子10上に第2電極11が積層されるとともに、同一層において第2引出配線8と、第2外部端子6(第2外部端子6は図示せず)とが形成される。これらの第2電極11、第2引出配線8、第2外部端子6は、圧電素子10と絶縁膜15との上に銅薄膜を形成し、この銅薄膜を図3(b)に示す工程で説明したようにフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を使用することにより形成することができる。第2電極11等以外の領域には絶縁膜16が埋設され、基板2の表面全体が平坦化される。   In the step shown in FIG. 3G, the second electrode 11 is laminated on the piezoelectric element 10, and the second lead wire 8 and the second external terminal 6 (the second external terminal 6 are not shown) in the same layer. ) And are formed. The second electrode 11, the second lead wire 8, and the second external terminal 6 are formed by forming a copper thin film on the piezoelectric element 10 and the insulating film 15, and this copper thin film is formed in the step shown in FIG. As described, it can be formed by using a photolithographic technique and an etching technique. An insulating film 16 is embedded in a region other than the second electrode 11 and the like, and the entire surface of the substrate 2 is planarized.

図3(h)に示す工程では、第2電極11と、第2引出配線8と、第2外部端子6、及び、絶縁膜16の上にソルダレジスト17が塗布される。ソルダレジスト17は、第2電極11表面を露出させ、及び、第2電極11の周縁部を覆うように塗布される。   In the step shown in FIG. 3H, a solder resist 17 is applied on the second electrode 11, the second lead wiring 8, the second external terminal 6, and the insulating film 16. The solder resist 17 is applied so as to expose the surface of the second electrode 11 and cover the peripheral edge of the second electrode 11.

ソルダレジスト17が第2電極11の周縁部を覆うように塗布されることにより、ソルダレジスト17は応力測定用電極4を押さえる作用を発揮する。このため、テスト基板1の第2電極11に電子部品18をハンダ接合した評価サンプル19(図4参照)を用いて行う後述する落下衝撃試験時において、第2電極11と圧電素子10との間の剥れ難さ、圧電素子10と第1電極9との間の剥れ難さを高めることができる。   By applying the solder resist 17 so as to cover the peripheral edge portion of the second electrode 11, the solder resist 17 exerts an action of pressing the stress measuring electrode 4. For this reason, during the drop impact test described later using the evaluation sample 19 (see FIG. 4) in which the electronic component 18 is soldered to the second electrode 11 of the test substrate 1, the gap between the second electrode 11 and the piezoelectric element 10 is determined. It is possible to increase the difficulty of peeling, and the difficulty of peeling between the piezoelectric element 10 and the first electrode 9.

応力測定用電極4を備えたテスト基板1に対し、図4に示すように、ハンダ(バンプ電極)20を用いて電子部品18をハンダ接合することにより、評価サンプル19が形成される。図4では、電子部品18に設けられている一つの接続端子(図示せず)を第2電極11にハンダ接合した部分のみを示している。図示しないが、テスト基板1の複数の実装用電極3と電子部品18の複数の接続端子との間もハンダ20を用いてハンダ接合されている。   As shown in FIG. 4, the electronic component 18 is soldered to the test substrate 1 having the stress measurement electrode 4 using a solder (bump electrode) 20, thereby forming an evaluation sample 19. In FIG. 4, only a portion where one connection terminal (not shown) provided in the electronic component 18 is soldered to the second electrode 11 is shown. Although not shown, the plurality of mounting electrodes 3 on the test substrate 1 and the plurality of connection terminals of the electronic component 18 are also soldered using the solder 20.

評価サンプル19は、応力測定用電極4を有さずに複数の実装用電極3のみがアレイ状に配列された基板(製品用基板)に対して電子部品をハンダ接合した実際の製品に倣って作製されている。評価サンプル19と実際の製品との異なる点は、評価サンプル19では応力測定用電極4が形成されている部分が、実際の製品では実装用電極3となっている点である。なお、テスト基板1をそのまま製品用基板として用いることも可能である。   The evaluation sample 19 follows the actual product obtained by soldering electronic components to a substrate (product substrate) in which only the plurality of mounting electrodes 3 are arranged in an array without having the stress measurement electrode 4. Have been made. The difference between the evaluation sample 19 and the actual product is that the portion where the stress measurement electrode 4 is formed in the evaluation sample 19 is the mounting electrode 3 in the actual product. It is also possible to use the test substrate 1 as a product substrate as it is.

評価サンプル19を落下衝撃試験機21(図5参照)に取付けて落下衝撃試験を行うことにより、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力、特にハンダ接合部に加わる垂直応力(基板2表面に対して垂直方向に発生する応力)を、圧電素子10の圧電効果を利用して測定することができる。この圧電効果とは、圧電素子10に歪み(変形)を与えることにより、圧電素子10からその歪み量に応じた電圧が発生することである。   By attaching the evaluation sample 19 to a drop impact tester 21 (see FIG. 5) and performing a drop impact test, stress acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18, particularly the solder joint, is applied. The applied vertical stress (stress generated in the direction perpendicular to the surface of the substrate 2) can be measured using the piezoelectric effect of the piezoelectric element 10. The piezoelectric effect is that a voltage corresponding to the amount of distortion is generated from the piezoelectric element 10 by applying distortion (deformation) to the piezoelectric element 10.

落下衝撃試験機21は、図5に示すように、ベース22と、ベース22に立設された複数本(例えば、3本又は4本)の支柱23と、これらの支柱23により昇降可能に保持された治具24とを備えている。治具24は、実線で示す上昇位置と、仮想線で示す衝突位置との間で昇降可能に設けられている。   As shown in FIG. 5, the drop impact testing machine 21 is held by a base 22, a plurality of (for example, three or four) columns 23 erected on the base 22, and the columns 23 can be moved up and down. The jig 24 is provided. The jig 24 is provided so as to be movable up and down between a rising position indicated by a solid line and a collision position indicated by a virtual line.

治具24の上面側には、評価サンプル19を取付ける取付部25が設けられている。治具24の下面側には、衝突用凸部26が形成されている。ベース22には、衝突受け部27が形成されている。治具24を実線で示す上昇位置から落下させると、治具24が仮想線で示す衝突位置に落下したときに衝突用凸部26が衝突受け部27に衝突する。この衝突に伴い、治具24に取付けられている評価サンプル19の圧電素子10、及び、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に応力が作用する。   A mounting portion 25 for attaching the evaluation sample 19 is provided on the upper surface side of the jig 24. A collision convex portion 26 is formed on the lower surface side of the jig 24. A collision receiving portion 27 is formed on the base 22. When the jig 24 is dropped from the raised position indicated by the solid line, the collision convex portion 26 collides with the collision receiving portion 27 when the jig 24 falls to the collision position indicated by the phantom line. Accompanying this collision, stress acts on the piezoelectric element 10 of the evaluation sample 19 attached to the jig 24 and the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18.

治具24に取付けられた評価サンプル19の第1外部端子5及び第2外部端子6と、電圧計28との間には、信号取出線であるリード線29が接続されている。この電圧計28では、落下衝撃試験時に圧電素子10において圧電効果により発生した電圧を、落下衝撃試験時に圧電素子10から出力される信号として測定される。   Between the first external terminal 5 and the second external terminal 6 of the evaluation sample 19 attached to the jig 24 and the voltmeter 28, a lead wire 29 which is a signal lead-out wire is connected. The voltmeter 28 measures the voltage generated by the piezoelectric effect in the piezoelectric element 10 during the drop impact test as a signal output from the piezoelectric element 10 during the drop impact test.

応力測定用電極4の寸法が小さい場合には、圧電素子10から出力される電圧値が小さくなることが予想される。この場合には、高感度の測定系が必要となるが、リード線29の長さが長いため感度の劣化が起こり、圧電素子10からの出力を精度良く測定することができなくなる。これを解消するために、リード線29の部分影響を受けない電荷量を測定し、ハンダ接合部に作用する応力値を求める。この際の測定には、電荷量を電圧信号に変換するチャージアンプを用いる。   When the dimension of the stress measuring electrode 4 is small, the voltage value output from the piezoelectric element 10 is expected to be small. In this case, a highly sensitive measurement system is required. However, since the lead wire 29 is long, the sensitivity is deteriorated, and the output from the piezoelectric element 10 cannot be measured with high accuracy. In order to solve this problem, the amount of charge that is not affected by the partial influence of the lead wire 29 is measured, and the stress value acting on the solder joint is obtained. For the measurement at this time, a charge amplifier that converts the charge amount into a voltage signal is used.

ここで、落下衝撃試験機21を用いて行う、評価サンプル19における第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力を測定する応力測定方法の工程について、図6に示すフローチャートを参照して説明する。   Here, the steps of the stress measurement method for measuring the stress acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 in the evaluation sample 19 performed using the drop impact tester 21 are shown in FIG. This will be described with reference to a flowchart.

まず、テスト基板1に電子部品18をハンダ接合し、評価サンプル19を作製する(S1)。作製した評価サンプル19を落下衝撃試験機21の治具24に取付ける(S2)。評価サンプル19を取付けた治具24は、上昇位置に保持しておく。   First, the electronic component 18 is soldered to the test substrate 1 to produce an evaluation sample 19 (S1). The produced evaluation sample 19 is attached to the jig 24 of the drop impact tester 21 (S2). The jig 24 to which the evaluation sample 19 is attached is held in the raised position.

つぎに、落下衝撃試験機21の治具24に取付けられた評価サンプル19に形成されている第1外部端子5及び第2外部端子6と電圧計28との間にリード線29を接続する(S3)。   Next, a lead wire 29 is connected between the first external terminal 5 and the second external terminal 6 formed on the evaluation sample 19 attached to the jig 24 of the drop impact tester 21 and the voltmeter 28 ( S3).

リード線29の接続が終了した後、上昇位置に保持しておいた治具24を評価サンプル19と共に衝突位置へ落下させ、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部、及び、圧電素子10に衝撃を加える(S4)。   After the connection of the lead wire 29 is completed, the jig 24 held at the raised position is dropped together with the evaluation sample 19 to the collision position, and a solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18, and An impact is applied to the piezoelectric element 10 (S4).

圧電素子10に衝撃が加わることにより圧電素子10からは圧電効果による電圧が発生し、発生した電圧は電圧計28により測定される(S5)。   When an impact is applied to the piezoelectric element 10, a voltage due to the piezoelectric effect is generated from the piezoelectric element 10, and the generated voltage is measured by the voltmeter 28 (S5).

電圧計28により測定された電圧値からハンダ接合部に作用する応力値を求める換算を行い、圧電素子10及び第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力値を求める(S6)。   The stress value acting on the solder joint portion is converted from the voltage value measured by the voltmeter 28 to obtain the stress value acting on the solder joint portion between the piezoelectric element 10 and the second electrode 11 and the electronic component 18. (S6).

さらに、落下高さを変えて落下衝撃試験を繰り返し、圧電素子10、及び、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力値を求めるとともに、各落下衝撃試験ごとに第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部の導通状態を測定する(S7)。これにより、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力値と、応力値に応じて導通を維持できるか否かの相関関係を求めることができる。そして、導通が維持できる範囲の最大の応力値を用いて、ハンダ接合部の落下に対する信頼性を定量的に表わす(S8)。   Furthermore, the drop impact test is repeated while changing the drop height, and the stress value acting on the solder joint between the piezoelectric element 10 and the second electrode 11 and the electronic component 18 is obtained, and for each drop impact test. The conduction state of the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 is measured (S7). As a result, the correlation between the stress value acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 and whether or not conduction can be maintained according to the stress value can be obtained. And the reliability with respect to the fall of a solder joint part is quantitatively expressed using the maximum stress value of the range which can maintain conduction (S8).

ここで、評価サンプル19を用いて行った第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力の測定では、ハンダ接合部と略同じ面積に形成されている圧電素子10を用いているため、ハンダ接合部に作用する実際の応力を高精度に測定することができる。そして、この評価サンプル19は、実際の基板に対して電子部品をハンダ接合した実際の製品に倣って作製されているので、実際の製品が落下した場合にハンダ接合部に作用する応力と略同じ応力を測定することができる。このため、落下衝撃試験により得られた測定結果を、実際の製品の落下に対する信頼性設計に有効に反映させることができる。   Here, in the measurement of the stress acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 performed using the evaluation sample 19, the piezoelectric element 10 formed in substantially the same area as the solder joint is used. Therefore, the actual stress acting on the solder joint can be measured with high accuracy. And since this evaluation sample 19 is manufactured by copying an actual product obtained by soldering an electronic component to an actual substrate, it is substantially the same as the stress acting on the solder joint when the actual product falls. Stress can be measured. For this reason, the measurement result obtained by the drop impact test can be effectively reflected in the reliability design for the actual product drop.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図7に基づいて説明する。なお、第1の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the component demonstrated in 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

第2の実施の形態の基本的構成は第1の実施の形態と同じである。第2の実施の形態と第1の実施の形態との異なる点は、落下衝撃試験時において、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力値の値を測定することに加え、第2電極11と電子部品18との間の導通状態の測定を自動的に行う点である。   The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the value of the stress acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 is measured during the drop impact test. In addition, it is a point to automatically measure the conduction state between the second electrode 11 and the electronic component 18.

第2の実施の形態のテスト基板1Aには、第1の実施の形態で説明したテスト基板1の構成に対し、テスト基板1Aに形成された実装用電極30に接続された回路31が形成されている。テスト基板1Aに電子部品18をハンダ接合して評価サンプル19Aを形成したときに、回路31と電子部品18内の回路32と第2引出配線8とにより、第2電極11と電子部品18との間の導通状態を測定するための導通測定用回路33が形成される。   In the test substrate 1A of the second embodiment, a circuit 31 connected to the mounting electrode 30 formed on the test substrate 1A is formed compared to the configuration of the test substrate 1 described in the first embodiment. ing. When the evaluation sample 19A is formed by soldering the electronic component 18 to the test board 1A, the second electrode 11 and the electronic component 18 are connected by the circuit 31, the circuit 32 in the electronic component 18, and the second lead wiring 8. A continuity measuring circuit 33 for measuring the continuity between them is formed.

第2の実施の形態の評価サンプル19Aにおける第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力を測定する応力測定方法では、第1の実施の形態で説明した応力測定方法の工程に対し、電源34と導通検知部として機能する電流計35とに導通検知線36を用いて評価サンプル19Aを直列に接続する工程が追加され、図6のS7で示した導通状態の測定工程に代えて、電流計35を用いた導通状態の測定が行われる。   In the stress measurement method for measuring the stress acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 in the evaluation sample 19A of the second embodiment, the stress measurement method described in the first embodiment 6 is added to the power source 34 and the ammeter 35 functioning as a continuity detection unit using the continuity detection line 36 in series, and the measurement of the continuity state indicated by S7 in FIG. 6 is added. Instead of the process, measurement of the conduction state using the ammeter 35 is performed.

落下衝撃試験時に第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部の導通が不良となるタイミングは、電流計35の測定結果により確認することができる。そして、この電流計35により測定結果と、電圧計28の測定結果とから、第2電極11と電子部品18との間のハンダ接合部に作用する応力値がいくつのときに、そのハンダ接合部の導通が不良になるかを高精度に測定することができる。   The timing at which the continuity of the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 becomes defective during the drop impact test can be confirmed by the measurement result of the ammeter 35. Then, based on the measurement result of the ammeter 35 and the measurement result of the voltmeter 28, when the stress value acting on the solder joint between the second electrode 11 and the electronic component 18 is any, the solder joint It is possible to measure with high accuracy whether the continuity is poor.

なお、上述した第1の実施の形態及び第2の実施の形態においては、第2電極11と電子部品18との接合について、ハンダ接合を例に挙げて説明したが、第2電極11と電子部品18との接合はハンダ接合に限定されるものではない。例えば、銀ペーストの導電性接着剤により接合する場合にも本発明を適用することができる。   In the first and second embodiments described above, the bonding between the second electrode 11 and the electronic component 18 has been described by taking solder bonding as an example. The joining with the component 18 is not limited to the solder joining. For example, the present invention can be applied to the case of joining with a conductive adhesive of silver paste.

また、上述した第1の実施の形態及び第2の実施の形態においては、実装用電極3、30及び応力測定用電極4を円形にした場合を例に挙げて説明したが、これらの実装用電極3、30及び応力測定用電極4の形状は円形に限定されるものではなく、例えば矩形であってもよい。   In the first embodiment and the second embodiment described above, the mounting electrodes 3 and 30 and the stress measurement electrode 4 are described as an example. The shapes of the electrodes 3 and 30 and the stress measurement electrode 4 are not limited to a circle, and may be, for example, a rectangle.

本発明の第1の実施の形態に係るテスト基板を示す平面図である。1 is a plan view showing a test board according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すテスト基板における応力測定用電極の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electrode for stress measurement in the test board | substrate shown in FIG. 図2に示す応力測定用電極を形成する工程を示す工程図である。FIG. 3 is a process diagram showing a process of forming the stress measurement electrode shown in FIG. 2. テスト基板に電子部品をハンダ接合した評価サンプルにおける応力測定用電極の部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the part of the electrode for stress measurement in the evaluation sample which electronically soldered the electronic component to the test board | substrate. 落下衝撃試験機を示す概略図である。It is the schematic which shows a drop impact tester. ハンダ接合部に作用する応力を測定する応力測定方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the stress measuring method which measures the stress which acts on a solder joint part. 本発明の第2の実施の形態に係る評価サンプルにおける応力測定用電極の部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the part of the electrode for stress measurement in the evaluation sample which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…テスト基板、1A…テスト基板、2…基板、5…第1外部端子、6…第2外部端子、9…第1電極、10…圧電素子、10a…ピエゾフィルム、18…電子部品、21…落下衝撃試験機


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test board, 1A ... Test board, 2 ... Board, 5 ... 1st external terminal, 6 ... 2nd external terminal, 9 ... 1st electrode, 10 ... Piezoelectric element, 10a ... Piezo film, 18 ... Electronic component, 21 ... Drop impact tester


Claims (4)

基板と、
前記基板の表面上に設けられた第1電極と、
前記第1電極上に積層された圧電素子と、
前記圧電素子上に積層された第2電極と、
前記基板上に設けられ、前記第1電極に接続された第1外部端子と、
前記基板上に設けられ、前記第2電極に接続された第2外部端子と、
を備えたことを特徴とするテスト基板。
A substrate,
A first electrode provided on a surface of the substrate;
A piezoelectric element laminated on the first electrode;
A second electrode laminated on the piezoelectric element;
A first external terminal provided on the substrate and connected to the first electrode;
A second external terminal provided on the substrate and connected to the second electrode;
A test board comprising:
前記圧電素子は、ピエゾフィルムであることを特徴とする請求項1記載のテスト基板。   The test substrate according to claim 1, wherein the piezoelectric element is a piezo film. 請求項1記載の前記テスト基板の前記第2電極に電子部品を接合した前記テスト基板を落下衝撃試験機に取付ける工程と、
前記落下衝撃試験機において前記テスト基板を落下させて前記圧電素子に衝撃を加える工程と、
前記圧電素子から前記衝撃によって出力される信号を検知し、前記第2の電極と前記電子部品との接合部の応力を測定する工程と、
を備えたことを特徴とする接合部の応力測定方法。
Attaching the test board obtained by bonding an electronic component to the second electrode of the test board according to claim 1 to a drop impact tester;
Dropping the test substrate in the drop impact tester and applying an impact to the piezoelectric element;
Detecting a signal output by the impact from the piezoelectric element, and measuring a stress at a joint portion between the second electrode and the electronic component;
A method for measuring stress in a joint, comprising:
前記テスト基板の第2の電極と前記電子部品との接合部に信号を供給し、前記接合部の破損状態を測定する工程を更に備えたことを特徴とする請求項3記載の接合部の応力測定方法。


The joint stress according to claim 3, further comprising a step of supplying a signal to a joint portion between the second electrode of the test substrate and the electronic component and measuring a damage state of the joint portion. Measuring method.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021001839A (en) * 2019-06-24 2021-01-07 国立大学法人弘前大学 Adhesive strength sensor, multipoint adhesive strength sensor, and manufacturing method of multipoint adhesive strength sensor
JP2023023689A (en) * 2021-08-06 2023-02-16 ミネベアミツミ株式会社 Force sensor device

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