ウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置
【課題】ウィスカの発生及び成長を促進して評価時間を短縮できるウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置を提供する。
【解決手段】ウィスカ評価方法は、評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含んでいる。
【解決手段】ウィスカ評価方法は、評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置に関し、より具体的には半導体パッケージを基板に実装した評価対象に対して効果的に評価時間を短縮できるウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体実装基板の鉛フリー化に伴って、例えば錫（Ｓｎ）又は錫合金のめっきが施されたリードには髭状の結晶であるウィスカが発生することが知られている。ウィスカの評価方法としては、例えば試料を室温環境下に放置する室温放置試験、高温高湿環境下で行われる試験などの種々の方法が提案されている。
【０００３】
これらの試験のうち、室温放置試験は、実際の使用環境に近い条件で試験できるが、評価に非常に長い時間がかかるという問題がある。
【０００４】
また、高温高湿環境下で行われる試験は、大きく分けて１００℃未満の条件に調整して行われるものと、１００℃以上の条件に調整して行われるものとがある。
【０００５】
前者の高温高湿試験は、試験槽内を例えば温度６０℃、湿度８５％の雰囲気や、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気などの１００℃未満の条件に調整して試験が行われる。試験条件が温度６０℃、湿度８５％の場合には試験槽内の全圧に対する水蒸気分圧は１７ｋＰａ程度となる。また、試験条件が温度８５℃、湿度８５％の場合には試験槽内の全圧に対する水蒸気分圧は４９ｋＰａ程度となる。そして、前記全圧から前記水蒸気分圧を引いた圧力が試験槽内の空気分圧となる。すなわち、１００℃未満の試験条件では、ある程度の空気が試験槽内に存在している。
【０００６】
一方、後者の高温高湿試験は、例えば試験槽内を温度１１０℃、湿度８５％の雰囲気や、温度１２０℃、湿度８５％の雰囲気などの１００℃以上の条件に調整して試験が行われる。このように試験槽内を１００℃以上の高温高湿環境に調整する過程において、試験槽内に存在していた空気はそのほぼ全量が水蒸気により置換されるので、試験槽内は水蒸気のみとなる。したがって、この高温高湿試験では、試験槽内の空気分圧がほぼゼロで空気がほとんど存在しない環境下での評価となる。
【０００７】
上記のような高温高湿環境下で行われる試験は、室温放置試験に比べると酸化・腐食によるウィスカの生成を促進して評価時間を短縮することができるものの、いずれの方法であっても必ずしも十分な時間短縮ができるとは言えないのが現状である。
【０００８】
ところで、特許文献１には、試験槽内に空気が存在する環境下で評価対象が加熱されると、錫めっき膜の表面に酸化膜又は水酸化膜が生成するので、ウィスカの成長が抑制されるという内容が開示されている。すなわち、評価対象を空気存在下で加熱すると、錫めっき膜の表面に酸化膜が厚く成長するので、ウィスカが表面の酸化膜を突き破って成長することができない、とされている。そのため、特許文献１では、不活性雰囲気中で評価対象を加熱することにより、錫めっき膜の表面においてウィスカの成長を抑制する酸化膜又は水酸化膜の生成を抑制している。その結果、特許文献１の評価方法ではウィスカの発生及び成長を加速することができる、とされている。
【０００９】
また、特許文献２は、試験槽内を高温、高湿にすることによりウィスカの発生が抑制されるという内容を開示している。なお、特許文献２では、従来の高温高湿環境に設定する手法ではなく、室温程度の環境下でめっき膜に圧縮応力を加え続けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３３０５７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、現時点においてウィスカの発生メカニズムは解明されていない点が多くあり、現にウィスカの発生場所や発生状況は、特許文献１，２に開示されているものとは異なる場合が多くある。しかも、従来の評価方法では、めっき、はんだ、部品、リードなど、部材毎の単体でウィスカの評価を行っており、半導体パッケージを基板に実装した実際の使用形態での評価が十分になされていない。したがって、従来の試験条件は必ずしもウィスカの発生メカニズムに合致したものであるとは言えず、特に、半導体パッケージを基板に実装した実際の使用形態における評価については改善の余地が依然として多くある。
【００１２】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、評価対象の評価時間を短縮できるウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、ウィスカの発生及び成長のメカニズムを研究する過程において、通常は空気がほとんど存在しない１００℃以上の高温高湿環境下に酸素を存在させることによって、ウィスカの発生及び成長を効果的に加速できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のウィスカ評価方法は、評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含む。
【００１５】
この方法では、試験槽内を水の沸点又はその近傍の温度である１００℃以上の高温高湿環境に調整するだけでなく、試験槽内に所定量の酸素を存在させた試験条件で前記試料の試験を行う。この方法によれば、試料におけるウィスカの発生及び成長を効果的に加速して評価時間を短縮することができる。
【００１６】
この方法では、特に半導体パッケージを基板に実装した試料において効果的に評価時間を短縮できる。その理由は以下の通りであると推測している。ただし、以下に示す理由はウィスカの発生及び成長のメカニズムを推測したものであって、前記メカニズムを以下の理由に限定するものではない。
【００１７】
すなわち、一般に、半導体パッケージは、複数のリードを有しており、これらのリードが基板にはんだ付けされて固定される。リードは、表面に錫めっきなどが施されているが、切断面を有するリードの先端部ではリードの母材（例えば銅）が露出している。また、リードの基端側は半導体を封入する樹脂に被覆されているが、リードの基端側を覆う前記樹脂の一部が剥離してリードの母材が露出することがある。したがって、先端部の切断面や樹脂が剥離した基端側においてはリードの母材とめっきとが隣接し、かつ、空気中に露出した状態となっている。このような状態の試料を用いて本発明の方法における試験条件、すなわち酸素が存在する高温高湿の試験条件で試験を行うと、次のような現象が起こり、ウィスカの発生及び成長が促進されると考えられる。すなわち、試料は高湿環境下に置かれているので、リードの先端部や基端側における母材とめっきの表面には水分の層が形成されており、しかも、１００℃以上の高温でかつ酸素が存在する環境下であるので、リードの先端部や基端側ではガルバニック腐食が生じてリードのめっきやはんだの酸化が促進される。例えばめっきが錫めっきである場合にはＳｎがＳｎＯ２となる。このように酸化された部分は体積が増加するので、めっきの層内やはんだの層内に内部応力が生じることになる。この内部応力に起因してウィスカの発生及び成長が促進されるのではないかと推測される。
【００１８】
以上のことから、本発明では、金属母材の表面に鉛フリーめっきの層が形成された部分を有し、前記金属母材の一部が前記めっき層から露出している試料を評価対象として用いる場合に、特に効果的に評価時間を短縮することができる。
【００１９】
具体的には、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内を所定の初期温度及び所定の初期水蒸気分圧に調整することにより、前記試験槽内を所定の初期空気分圧に調整する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有していてもよい。
【００２０】
この方法では、試験槽の排気弁を開放した状態で前記初期温度と前記初期水蒸気分圧を調整することにより、そのときの全圧から初期水蒸気分圧を引いた値が必然的に初期空気分圧となる。この方法では、上記のようにして空気分圧を調整することができるので、例えば酸素を試験槽内に導入するガス導入手段などが不要であり、装置を簡略化することができる。
【００２１】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられた酸素濃度検知手段により前記試験槽内の酸素濃度を検知しながら、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有していてもよい。
【００２２】
この方法では、ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを試験槽内に導入するので、試験槽内の酸素濃度を任意の濃度に調整することができる。例えば、ガス導入手段として酸素タンクなどを用いる場合には、空気をコンプレッサーなどのガス導入手段により供給する場合と比較して、試験槽内の酸素濃度をより高めることができる。
【００２３】
また、前記試験槽の排気弁を閉じた状態で前記試験槽内を真空に引く真空工程をさらに含み、この真空工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記槽内環境調整工程及び環境維持工程を実行するようにしてもよい。
【００２４】
この方法では、試験槽内を真空に引いて空気を除去した後で、槽内環境調整工程において酸素量を調整するので、試験槽内の酸素濃度を精度よく調整することができる。
【００２５】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を所定の初期酸素分圧に調整する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を開放したままの状態で、かつ、前記ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有しており、前記環境維持工程は、前記試験槽の排気弁を開放したままの状態で、前記ガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整するようにしてもよい。
【００２６】
この方法では、ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記温湿度調整工程及び環境維持工程を実行する。すなわち、試験中は酸素が試験槽内に連続的又は断続的に供給され続けるので、試験の途中で酸素濃度が変動するのを抑制することができる。
【００２７】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内の温度及び湿度を前記設定温度及び前記設定湿度にそれぞれ調整する温湿度調整工程と、前記温湿度調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、を有していてもよい。
【００２８】
また、前記設定温度は１０５℃以上１４０℃以下であるのが好ましい。設定温度を１０５℃以上にすることにより、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。また、プリント基板の耐熱性の観点から設定温度は１４０℃以下であるのがよい。
【００２９】
また、前記設定湿度が相対湿度７５％以上である場合、又は前記環境維持工程における前記試験槽内の酸素分圧が１０ｋＰａ以上である場合には、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。
【００３０】
本発明のウィスカ評価用試験装置は、評価対象である試料を内部に配置可能な試験槽と、前記試験槽内を１００℃以上の設定温度に調整可能な温度調整手段と、前記試験槽内を所定の設定湿度に調整可能な湿度調整手段と、前記試験槽の内外を連通可能な排気弁と、制御手段と、を備えている。前記制御手段は、前記試験槽内が前記設定温度、前記設定湿度及び所定の酸素量となるように前記温度調整手段及び前記湿度調整手段を制御し、前記試料にウィスカが発生するように前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に所定時間維持する制御を行う。
【００３１】
この構成では、前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に調整し、この状態で所定時間維持することができるので、試料におけるウィスカの発生及び成長を効果的に加速して評価時間を短縮することができる。
【００３２】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入可能なガス導入手段をさらに備えていてもよく、この場合、前記制御手段は、前記試験槽内が前記所定の酸素量となるように前記ガス導入手段を制御する。
【００３３】
この構成では、前記ガス導入手段が制御手段により制御されて試験槽内が所定の酸素量に調整されるので、試験槽内を精度よくかつ迅速に所定の酸素量に調整することができる。また、例えば空気よりも酸素濃度が高いガスをガス導入手段により試験槽内に導入する場合には、試験槽内の酸素濃度を空気よりも高く設定することができる。
【００３４】
また、前記ガス導入手段は、酸素又は酸素を含むガスを前記試験槽内に圧送可能であり、前記制御手段は、前記排気弁を開放した状態で、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方を調整して前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行ってもよい。
【００３５】
この構成では、排気弁を開放した状態で、ガス導入手段により試験槽内に酸素を供給し、酸素量は、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方により調整可能である。したがって、本構成では、試験中は酸素が試験槽内に連続的又は断続的に供給され続けるので、試験の途中で酸素濃度が変動するのを抑制することができる。
【００３６】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内のガスを排出可能な真空ポンプをさらに備えていてもよい。
【００３７】
この構成では、前記真空ポンプにより試験槽内を真空に引いて空気を除去した後で、酸素量の調整が行えるので、試験槽内の酸素濃度を精度よく調整することができる。
【００３８】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段、前記試験槽内の圧力を検知する圧力検知手段、及び前記試験槽内に前記ガス導入手段により導入されるガスの流量を検知する流量検知手段の少なくとも一つをさらに備え、前記制御手段は、前記検知手段による検知結果に基づいて前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う場合には、試験槽内の酸素量を精度よく調整することができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、評価対象の評価時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るウィスカ評価方法に用いるプレッシャークッカー試験装置の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は半導体パッケージを示す平面図であり、（ｂ）は半導体パッケージを基板に実装した状態を側面から見た断面図である。
【図３】図２（ｂ）のリードの先端部分の断面を拡大した模式図であって、（ａ）は試験前の状態を示し、（ｂ）は試験後の状態を示している。
【図４】第１実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図１１】本発明の第５実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第５実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
＜試験装置＞
まず、ウィスカ評価方法に用いるプレッシャークッカー試験装置（高度加速寿命試験装置）１について説明する。図１に示すように、この試験装置１は、一端を開放させる試験槽としての圧力容器２と、この圧力容器２の開放側を閉鎖可能な扉３とを備えている。圧力容器２の下部には所定量の加湿水（加湿用の水）４が貯溜されている。圧力容器２の内部には内シリンダ５が設置されている。この内シリンダ５は、圧力容器２の開放側と同一側が開放されており、この内シリンダ５の内部がテストエリア６となっている。このテストエリア６には試料棚７が設置されており、この試料棚７の上に試料８を載置できるように構成されている。内シリンダ５の閉鎖側端部の中央には送風口９が形成されており、この送風口９は保護網１０によって覆われている。
【００４３】
圧力容器２には、開閉可能な排気弁１００が設けられている。この排気弁１００は、開放状態のときに圧力容器２の内部と外部とを連通状態とし、閉状態のときに圧力容器２を密閉状態とする。排気弁１００としては、例えば開閉のみの電磁弁、開度調整可能なモータバルブなどを用いることができる。
【００４４】
圧力容器２にはファン軸１１が回転自在に軸支され、このファン軸１１の先端に送風ファン１２が固定されている。また、圧力容器２の外部には駆動モータ１３が設置され、この駆動モータ１３の出力軸１４が磁気カップリング１５を介して前記ファン軸１１に連結されている。これにより、駆動モータ１３を回転駆動することで、前記送風ファン１２を回転させ、圧力容器２内の気体を図の白抜き矢印のように循環させることができるようになっている。
【００４５】
試験装置１は、圧力容器２内に温度調整手段及び湿度調整手段を備えている。温度調整手段は加熱ヒータ１６と器内温度センサ１７とを含む。湿度調整手段は加湿水４と加湿水ヒータ１８と加湿水温度センサ１９とを含む。
【００４６】
加熱ヒータ１６はファン軸１１の周囲に設けられている。この加熱ヒータ１６により圧力容器２内の気体を加熱することができる。また、器内温度センサ１７は内シリンダ５の内部空間に設けられている。この器内温度センサ１７により、圧力容器２内の温度（前記テストエリア６の温度）を検出することができる。
【００４７】
加湿水ヒータ１８は圧力容器２の内部空間の下部に設けられている。この加湿水ヒータ１８は加湿水４に浸漬されており、当該加湿水４を加熱することができる。また同様に、加湿水温度センサ１９は加湿水４に浸漬されている。この加湿水温度センサ１９は前記加湿水４の温度を検出することができる。
【００４８】
また、圧力容器２にはウィック温度センサ２０が備えられている。このウィック温度センサ２０の先端の球部には、例えばガーゼで形成されたウィック２１が被せられる。ウィック２１の下端は前記加湿水４に浸漬されており、加湿水４を毛細管現象によって吸い上げるように構成されている。
【００４９】
また、圧力容器２にはガス導入口４１が備えられている。このガス導入口４１にはガス導入用配管４３の先端側が挿通されている。ガス導入用配管４３の後端側はガス導入手段４５に接続されている。
【００５０】
ガス導入手段４５としては、例えば酸素タンク（ボンベ）を用いることができる。また、酸素タンクと窒素タンクを併用してもよい。また、ガス導入手段４５としては、上記した酸素タンクの他、空気を加圧可能なコンプレッサーなどを用いることもできる。ガス導入手段４５から圧力容器２内に導入される酸素又は酸素を含むガスの導入量は、例えば圧力容器２内に設けられる図略の酸素濃度センサ（酸素濃度検知手段）、圧力センサ（圧力検知手段）、ガス流量計（流量検知手段）などの検知データに基づいて調整される。これにより、圧力容器２内の酸素濃度（又は空気濃度）を任意に調節することができる。
【００５１】
試験装置１はマイクロコンピュータ式の制御部３１を備えており、この制御部３１は演算手段としての図略のＣＰＵや、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。そして、前記ＲＯＭには、上記のハードウェアを動作させるためのプログラムが記憶されている。
【００５２】
＜ウィスカ評価方法＞
以下、本発明の実施形態に係るウィスカ評価方法について説明する。
【００５３】
まず、ウィスカの評価に用いる試料について説明する。図２（ａ）は半導体パッケージ５１を示す平面図であり、図２（ｂ）は半導体パッケージ５１を基板５４に実装した状態を示す側面図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）のリード５３の先端部分Ｔの断面を拡大した模式図である。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、半導体パッケージ５１は、パッケージ部５２とこのパッケージ部５２の周縁部から延設された複数のリード５３とを有している。図２（ｂ）に示すように、半導体パッケージ５１の各リード５３は、基板５４の表面に設けられた電極５５にはんだ５６によってそれぞれ接続されている。この図２（ｂ）に示す実装基板は後述する各試験の試料８として用いる。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、リード５３は、銅製の母材５３ａの表面に錫めっき５３ｂが施されたものである。リード５３の端部Ｔは、銅製の母材５３ａが露出している。このような端部Ｔを有する試料８に対して後述する評価方法を適用すると、ウィスカの発生及び成長を促進することができる。
【００５６】
すなわち、試料８が後述するような酸素が存在する高温高湿環境下に置かれると、図３（ｂ）に示すようにリード端部Ｔにおける母材５３ａ、錫めっき５３ｂ及びはんだ５６の表面には水分の層５７が形成される。しかも、１００℃以上の高温でかつ酸素が存在する環境下であるので、リード端部Ｔではガルバニック腐食が生じてリード端部Ｔの錫めっき５３ｂ及びはんだ５６が酸化されて酸化物５３ｃ，５６ａが形成される。例えばめっきが錫めっきである場合には酸化物５３ｃはＳｎＯ２を主成分とするものとなる。また、例えばはんだがＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕなどのようにＳｎを含むものである場合には酸化物５６ａとしてＳｎＯ２などが形成される。このように酸化された部分５３ｃ，５６ａは体積が増加するので、めっきの層内及びはんだ層内に内部応力が生じることになる。また、めっきが錫めっきである場合には、高温環境下で母材５３ａとめっき５３ｂとの間に金属間化合物が成長して内部応力が生じる。これらの内部応力に起因してウィスカ６１の発生及び成長が促進されるのではないかと推測される。
【００５７】
［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係るウィスカ評価方法について図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、この第１実施形態では、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。本実施形態では、装置１は、圧力容器２内に設けられた図略の酸素濃度センサ、及び図略の圧力センサを備えている。
【００５８】
まず、作業者は、圧力容器２の内部の試料棚７上に図２（ｂ）に示す試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。圧力容器２の下部には所定量の加湿水４が貯溜されている。
【００５９】
図４に示すように、ステップＳ１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ２に進む。このステップＳ２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定酸素分圧ＡＯなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第１実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定酸素分圧ＡＯを２６．８ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００６０】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ３に示すように、圧力容器２内に設けられた各センサにより、圧力容器２内の現状の状態、すなわち現状温度、現状湿度、現状圧力、現状酸素濃度などを測定する。これらの各現状値は、後述する酸素量調整工程、温湿度調整工程などの後工程の制御に利用される。
【００６１】
次に、制御部３１は、ステップＳ４〜Ｓ６の酸素量調整工程を実行する。この酸素量調整工程では、制御部３１は、まず、ステップＳ４において圧力容器２内の酸素分圧を設定酸素分圧ＡＯに調整するために必要となる圧力容器２内の酸素濃度目標値を算出し、ステップＳ５に進む。
【００６２】
ステップＳ５では、制御部３１は、ガス導入手段４５から酸素又は酸素を含むガスを圧力容器２内に導入するとともに、ステップＳ６において圧力容器２内の酸素濃度が前記酸素濃度目標値に達して安定したか否かを判断する。圧力容器２内の酸素濃度は前記酸素濃度センサにより検知される。
【００６３】
ガス導入手段４５としては、例えば酸素タンクを用いることができる。酸素タンクを用いる場合には、安全性の観点から窒素タンクを併用して酸素と窒素を混合して圧力容器２内に供給するのが好ましい。また、ガス導入手段４５としてコンプレッサーを用いることにより、圧力容器２内に空気を導入するようにしてもよい。前者のように酸素タンクを用いる場合には、酸素と窒素の供給比率を変えることにより導入するガス中の酸素濃度を任意に調節することができるので、コンプレッサーにより空気を導入する場合と比べて、圧力容器２内の酸素濃度を高く設定することができる。
【００６４】
圧力容器２内の酸素濃度が前記目標値に達して安定すると、制御部３１は、ステップＳ７に進み、酸素又は空気の供給を停止して装置１の排気弁１００を閉じ、ステップＳ８に進む。この時、酸素分圧をさらに高める必要があれば、排気弁１００を閉じた後に圧力容器２内にさらに酸素や空気などを導入してもよい。
【００６５】
次に、制御部３１はステップＳ８，Ｓ９の温湿度調整工程を実行する。すなわち、ステップＳ８に示すように、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び相対湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）、設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整するように制御する。
【００６６】
そして、制御部３１は、ステップＳ９において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記設定値（設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ）に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ１０に進む。
【００６７】
ここで、本実施形態の試験装置１では、１００℃以上の試験環境における湿度は次のようにして求める。すなわち、圧力容器２内において水蒸気圧が飽和水蒸気圧となっている温度Ｔ２をこれより高い温度Ｔ１に上げて、圧力容器２内の温度を十分にならしたときの相対湿度は、以下の式（１）で表される。
（相対湿度）＝（（Ｔ２での飽和水蒸気圧）／（Ｔ１での飽和水蒸気圧））×１００ ・・・（１）
具体的には、例えば器内温度センサ１７による検出温度をＴ１とし、加湿水温度センサ１９又はウィック温度センサ２０による検出温度をＴ２として、これらのＴ１，Ｔ２の値を上記式（１）に代入して相対湿度を求めることができる。
【００６８】
次に、制御部３１はステップＳ１０，Ｓ１１の環境維持工程を実行する。この環境維持工程では、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに所定時間保持する。すなわち、制御部３１は、ステップＳ１０において図略のタイマの計測を開始してステップＳ１１に進む。
【００６９】
このステップＳ１１において、制御部３１は前記タイマの計測時間が予め設定された所定時間まで達したか否かを判断し、前記タイマの計測値が前記所定時間に達するまでこの判断を繰り返す。タイマの計測値が所定時間に達するまでの間、圧力容器２内は、温度及び湿度が設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに維持される。前記タイマの計測時間が所定時間に達すると、制御部３１は環境維持工程を終了し、ステップＳ１２〜Ｓ１５の温度降下工程に進む。
【００７０】
この温度降下工程では、圧力容器２内の温度及び湿度を予め設定された保存温度及び保存湿度に達するまで所定の勾配で温度及び湿度を降下させていく。装置１の排気弁１００は、圧力容器２内の圧力が所定の設定値（例えば、本実施形態では１１１．３ｋＰａ）に達した時点で開放される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。制御部３１は、圧力容器２内の温度及び湿度がさらに降下して保存温度及び保存湿度に達すると（ステップＳ１５）、圧力容器２内を保存温度及び保存湿度に維持する保存工程を実行する（ステップＳ１６）。
【００７１】
この保存工程では、試料８が圧力容器２から取り出されるまで、圧力容器２内の環境を保存温度及び保存湿度に維持する。なお、試験が終わって直ちに試料８を取り出す場合は、保存工程を省略することができる。
【００７２】
なお、前記実施形態では、前記設定温度Ｔを１１０℃に設定する場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定温度Ｔは１０５℃以上１４０℃以下であるのが好ましい。設定温度を１０５℃以上にすることにより、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。また、プリント基板の耐熱性の観点から設定温度は１４０℃以下であるのがよい。
【００７３】
また、前記実施形態では、設定湿度Ｈが相対湿度８５％である場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定湿度は、ウィスカの発生及び成長の促進効果を高めるという点で、下限が相対湿度７５％以上で上限が１００％以下であるのが好ましく、下限が相対湿度８５％以上で上限が１００％以下であるのがより好ましい。
【００７４】
さらに、前記実施形態では、圧力容器２内の設定酸素分圧ＡＯが２６．８ｋＰａである場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定酸素分圧ＡＯは、ウィスカの発生及び成長の促進効果を高めるという点で、１０ｋＰａ以上であるのが好ましく、２６ｋＰａ以上であるのがより好ましい。同様の理由で、圧力容器２内の空気分圧は、酸素分圧が上記範囲となるように、５０ｋＰａ以上であるのが好ましく、１２８ｋＰａ以上であるのがより好ましい。
【００７５】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図６は、第２実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第２実施形態では、酸素量調整工程が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００７６】
図５，６に示すように、この第２実施形態では、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【００７７】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００７８】
図５に示すように、ステップＳ２１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ２２に進む。このステップＳ２２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第２実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００７９】
この第２実施形態では、第１実施形態のようにガス導入手段４５を用いずに酸素濃度を調整する。すなわち、この第２実施形態では、空気分圧Ａ以外の他の条件を調整することにより、間接的に試験槽内の空気分圧（酸素濃度）を調整する。したがって、この第２実施形態では、上記した試験条件の設定の他、空気分圧を調整するための初期条件の設定も併せて行う。初期条件として入力するパラメータは、例えば初期温度Ｔ０、初期相対湿度Ｈ０などの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第２実施形態では、初期温度Ｔ０を３０℃、初期相対湿度Ｈ０を８５％ＲＨにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００８０】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ２３に示すように、圧力容器２内の温度及び湿度を初期温度Ｔ０（３０℃）及び初期相対湿度Ｈ０（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整する。圧力容器２内の温度及び相対湿度は、器内温度センサ１７及びウィック温度センサ２０により測定される。
【００８１】
圧力容器２の排気弁１００は開放されているので、圧力容器２内が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に調整されたときには、圧力容器２内の全圧と水蒸気分圧が決まる。これにより、必然的に空気分圧も所定の値に調整される。この第２実施形態の場合のように初期温度Ｔ０が３０℃に調整され、初期相対湿度Ｈ０が８５％ＲＨに調整されたときには、水蒸気分圧は３．６ｋＰａとなる。したがって、このときの初期空気分圧は全圧から３．６ｋＰａを引いた値となる。圧力容器２内の全圧は、図略の圧力センサにより測定してもよく、また、大気圧の１ａｔｍ（１０１．３ｋＰａ）とみなしてもよい。図６では、全圧を１０１．３ｋＰａとみなして圧力容器２内の空気分圧を算出した場合を例に挙げて説明しており、この場合の初期空気分圧は９７．７ｋＰａとなる。
【００８２】
制御部３１は、ステップＳ２４において圧力容器２内の温度及び湿度が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に達したか否かを判断する。温度及び湿度が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に達した場合には、制御部３１はステップＳ２５に進み、装置１の排気弁１００を閉じた後、ステップＳ２６に進む。
【００８３】
なお、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ２６〜Ｓ３４については、第１実施形態のステップＳ８〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【００８４】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図８は、第３実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第３実施形態では、真空工程を含む点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
図７，８に示すように、この第３実施形態では、真空工程、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【００８６】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００８７】
図７に示すように、ステップＳ４１において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第３実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００８８】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ４２において排気弁１００を閉じて、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、圧力容器２に接続された図略の真空ポンプにより圧力容器２内の真空引きが行われる。排気弁１００は設定値を入力する前に閉じられていてもよい。
【００８９】
真空引きが完了すると、制御部３１は、ステップＳ４４において、圧力容器２内にコンプレッサーなどのガス導入手段４５により空気を導入する。このとき、圧力容器２内の温度は例えば３０℃に調整される。設定温度Ｔが１１０℃で、設定空気分圧Ａが１２８．２ｋＰａであるので、３０℃の圧力容器２内に導入すべき空気量は、全圧（空気圧）が１０１．４ｋＰａとなる体積である。この導入される空気量は、例えば圧力容器２に設置可能な圧力センサで検知してもよく、また、空気が導入される配管に設置可能な流量計で検知してもよい。
【００９０】
制御部３１は、ステップＳ４５において、圧力容器２内の空気量（空気分圧又は空気の体積）が目標値に達したか否かを判断し、目標値に達した場合にはステップＳ４６に進む。
【００９１】
次に、制御部３１はステップＳ４６，Ｓ４７の温湿度調整工程を実行する。すなわち、ステップＳ４６に示すように、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び相対湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）、設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整するように制御する。
【００９２】
そして、制御部３１は、ステップＳ４７において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記の設定値に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ４８に進む。
【００９３】
なお、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ４８〜Ｓ５４については、第１実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【００９４】
［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図１０は、第４実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第４実施形態では、圧力容器２内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入しながら前記温湿度調整工程及び環境維持工程を実行する点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００９５】
まず、作業者は、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００９６】
図９に示すように、ステップＳ６１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ６２に進む。このステップＳ６２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定全圧Ｂなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第４実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定全圧Ｂを５００ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００９７】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ６３において、ガス導入手段４５により圧力容器２内に空気を供給しながら排気弁１００から空気を排出するように制御する。ガス導入手段４５としては、例えばコンプレッサー、ガスボンベなどのように空気を圧送可能なものを使用することができる。このステップＳ６３では、圧力容器２内に供給される空気量は、排気弁１００から排出される空気量よりも多くなるように調整される。この調整は、排気弁１００の開度及びガス導入手段４５による圧送時の圧力の少なくとも一方により行われる。また、このステップＳ６３では、図１０に示すように圧力容器２内の温度はほぼ３０℃に維持されている。
【００９８】
次に、制御部３１は、ステップＳ６４において、圧力容器２内の全圧が設定全圧Ｂに達したか否かを判断する。前記全圧が設定全圧Ｂに達すると、制御部３１は、ステップＳ６５に進む。一方、前記全圧が設定全圧Ｂに達していない場合には、制御部３１はステップＳ６３の動作を継続する制御を行う。
【００９９】
次に、制御部３１は、ステップＳ６５の温湿度調整工程において、全圧を設定全圧Ｂ（５００ｋＰａ）に維持しながら、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）及び設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）に調整する制御を行う。この制御の場合、全圧が一定であるので、図１０に示すように、水蒸気分圧の上昇に伴って空気分圧は低下する。この第４実施形態の場合、圧力容器２内の温度及び湿度が設定温度Ｔの１１０℃及び設定相対湿度Ｈの８５％ＲＨに達したときには、図１０に示すように全圧５００ｋＰａ、空気分圧３７３．５ｋＰａ、水蒸気分圧１２６．５ｋＰａとなる。
【０１００】
制御部３１は、ステップＳ６６において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記の設定値に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ６７に進む。
【０１０１】
次に、制御部３１はステップＳ６７，Ｓ６８の環境維持工程を実行する。この環境維持工程では、圧力容器２内の温度、湿度及び全圧を設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、及び設定全圧Ｂに所定時間保持する。すなわち、制御部３１は、ステップＳ６７において図略のタイマの計測を開始してステップＳ６８に進む。
【０１０２】
前記タイマの計測時間が所定時間に達すると、制御部３１は環境維持工程を終了し、ステップＳ６９の温度降下工程に進む。
【０１０３】
ステップＳ６９〜Ｓ７０の温度降下工程では、圧力容器２内の温度を予め設定された保存温度に達するまで所定の勾配で温度及び湿度を降下させていく。この第４実施形態では、温度降下工程中も全圧を設定全圧Ｂに維持するように運転しているが、これに限定されない。例えば、温度を降下させるとともに全圧も低下させるように制御してもよい。
【０１０４】
制御部３１は、圧力容器２内の温度が保存温度に達すると（ステップＳ７０）、圧力容器２内を保存温度に維持する保存工程を実行する（ステップＳ７１）。
【０１０５】
［第５実施形態］
図１１は、本発明の第５実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図１２は、第５実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第５実施形態では、温湿度調整工程が酸素量調整工程よりも前に実行される点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
図１１，１２に示すように、この第５実施形態では、温湿度調整工程、酸素量調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【０１０７】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【０１０８】
図１１に示すように、ステップＳ８１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ８２に進む。このステップＳ８２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第５実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【０１０９】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ８３に示すように、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）及び設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整する。図１２に示すように、設定温度Ｔが１１０℃で設定相対湿度Ｈが８５％ＲＨに調整されたときの水蒸気分圧は１２１．８ｋＰａとなり、空気分圧はほぼゼロとなる。
【０１１０】
ステップＳ８４では、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び湿度が設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに達したか否かを判断する。各設定値に達した場合には、制御部３１は、ステップＳ８５に進み、装置１の排気弁１００を閉じ、ステップＳ８６に進む。
【０１１１】
次に、制御部３１は、ステップＳ８６の酸素量調整工程を実行する。このステップＳ８６において、制御部３１は、圧力容器２内にコンプレッサー、ガスボンベなどのガス導入手段４５により酸素、空気などのガスを導入（圧送）する。ガスの導入は圧力容器２内の空気分圧が設定空気分圧Ａ（１２８．２ｋＰａ）に達するまで続けられる。
【０１１２】
そして、制御部３１は、ステップＳ８７において圧力容器２内の空気分圧が設定空気分圧Ａに達して安定したか否かを判断し、設定値で安定したと判断するとステップＳ８８に進む。
【０１１３】
なお、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ８８〜Ｓ９４については、第１実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【０１１４】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記各実施形態では、半導体パッケージを基板に実装した試料を評価する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明は、ウィスカが発生する可能性のある他の評価対象に適用することも可能である。
【０１１５】
また、前記実施形態では、リードの母材として銅を用い、めっきの材料として錫を用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明では母材とめっき材料は、他の組合せであってもよい。
【０１１６】
また、酸素量調整工程での酸素量の調整は、酸素、空気などの酸素を含むガスの流量、圧力などに基づいて行ってもよく、酸素濃度に基づいて行ってもよく、酸素分圧や空気分圧に基づいて行ってもよい。
【０１１７】
また、酸素量調整工程で導入するガスは、酸素のみでもよく、空気であってもよく、酸素と他のガスとを混合したガスであってもよい。
【０１１８】
また、保存工程や真空工程は省略してもよい。また、排気弁の開放は、設定値の入力後に行ってもよい。
【０１１９】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２０】
試料として図２（ａ），（ｂ）に示す構成に似た形態の半導体実装基板を用いてウィスカの評価を行った。評価に用いた試料の詳細を表１に示す。
【０１２１】
本実施例では、表２〜４に示すように１３種類の試験条件でウィスカの発生状況を比較した。そのうち、表４の試験Ｎｏ．１０が本発明の一実施形態に係るウィスカ評価方法によるものである。
【０１２２】
【表１】
【０１２３】
【表２】
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
【表４】
【０１２６】
表２の試験Ｎｏ．１は室温放置したときの結果であり、表３の試験Ｎｏ．２〜４は、熱サイクル試験を行ったときの結果である。例えば試験Ｎｏ．２は、表３に示すように試験槽内の温度を０℃と６０℃の間で繰り返し変化させて、各温度を１５分間ずつ保持する条件で評価した結果である。試験Ｎｏ．３，４についても表３に示す２つの温度間で同様に繰り返し変化させた結果である。
【０１２７】
表４の試験Ｎｏ．５〜９では、試験条件欄の左側の数値が試験槽内の設定温度であり、右側の数値が試験槽内の設定湿度（相対湿度）である。これらのうち試験Ｎｏ．５〜７，９では、試験槽内の空気分圧調整を行っていないので、全圧から水蒸気分圧を引いた値に相当する空気分圧の空気が試験槽内に存在している。また、試験Ｎｏ．８では、試験槽内の試験条件を設定するときに、試験槽内の空気を除去する操作を行ったため、試験槽内の空気分圧は０ｋＰａとなっている。
【０１２８】
表４の試験Ｎｏ．１１〜１３は、高度加速寿命試験（ＨＡＳＴ）により評価した結果である。各試験では、試験条件欄の左側の数値が試験槽内の設定温度であり、右側の数値が試験槽内の設定湿度（相対湿度）である。これらの各試験では、１００℃以上の温度環境下であるので空気分圧は０ｋＰａとなっている。
【０１２９】
各試験の評価結果を表２〜４に示す。なお、各試料の観察には、マイクロスコープ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び電子線マイクロアナライザ（ＥＭＰＡ）を用いた。
【０１３０】
まず、表２に示すように、室温放置の試験Ｎｏ．１では試験期間８ヶ月の時点でもウィスカは発生していない。次に、表３に示すように、熱サイクルの試験Ｎｏ．２〜４についても３０００サイクルの時点でウィスカは発生していない。
【０１３１】
また、表４に示すように、試験Ｎｏ．５〜１３のうち、ウィスカの発生時期が最も早いのは試験Ｎｏ．１０である。試験Ｎｏ．１０では、試験開始から２００時間経過時点で３０μｍのウィスカが確認された。このことから、本発明の一実施形態である試験Ｎｏ．１０の評価方法は、従来の他の評価方法に比べてウィスカを短時間で発生させ、成長させることが可能であると言える。また、試験Ｎｏ．１０の試料においては、ウィスカはリード先端のエッジ（角）付近に発生していた。
【０１３２】
なお、表４中の「異物発生」とは、ウィスカとは異なる棘状異物が発生していたことを示している。この棘状異物を分析したところ、Ｃｕ，Ｂｒなどが検出された。このことから、棘状異物はリードの母材であるＣｕとフラックスにより形成された塩であると推定され、単結晶のウィスカではないと考えられる。
【符号の説明】
【０１３３】
１ プレッシャークッカー試験装置
２ 圧力容器（試験槽）
４ 加湿水
６ テストエリア
８ 試料
１６ 加熱ヒータ
１７ 器内温度センサ
１８ 加湿水ヒータ
１９ 加湿水温度センサ
２０ ウィック温度センサ
２１ ウィック
３１ 制御部
４１ ガス導入口
４３ ガス導入用配管
４５ ガス導入手段
５１ 半導体パッケージ
５３ リード
５３ａ 母材
５３ｂ 錫めっき
５４ 基板
５７ 水分の層
６１ ウィスカ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置に関し、より具体的には半導体パッケージを基板に実装した評価対象に対して効果的に評価時間を短縮できるウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体実装基板の鉛フリー化に伴って、例えば錫（Ｓｎ）又は錫合金のめっきが施されたリードには髭状の結晶であるウィスカが発生することが知られている。ウィスカの評価方法としては、例えば試料を室温環境下に放置する室温放置試験、高温高湿環境下で行われる試験などの種々の方法が提案されている。
【０００３】
これらの試験のうち、室温放置試験は、実際の使用環境に近い条件で試験できるが、評価に非常に長い時間がかかるという問題がある。
【０００４】
また、高温高湿環境下で行われる試験は、大きく分けて１００℃未満の条件に調整して行われるものと、１００℃以上の条件に調整して行われるものとがある。
【０００５】
前者の高温高湿試験は、試験槽内を例えば温度６０℃、湿度８５％の雰囲気や、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気などの１００℃未満の条件に調整して試験が行われる。試験条件が温度６０℃、湿度８５％の場合には試験槽内の全圧に対する水蒸気分圧は１７ｋＰａ程度となる。また、試験条件が温度８５℃、湿度８５％の場合には試験槽内の全圧に対する水蒸気分圧は４９ｋＰａ程度となる。そして、前記全圧から前記水蒸気分圧を引いた圧力が試験槽内の空気分圧となる。すなわち、１００℃未満の試験条件では、ある程度の空気が試験槽内に存在している。
【０００６】
一方、後者の高温高湿試験は、例えば試験槽内を温度１１０℃、湿度８５％の雰囲気や、温度１２０℃、湿度８５％の雰囲気などの１００℃以上の条件に調整して試験が行われる。このように試験槽内を１００℃以上の高温高湿環境に調整する過程において、試験槽内に存在していた空気はそのほぼ全量が水蒸気により置換されるので、試験槽内は水蒸気のみとなる。したがって、この高温高湿試験では、試験槽内の空気分圧がほぼゼロで空気がほとんど存在しない環境下での評価となる。
【０００７】
上記のような高温高湿環境下で行われる試験は、室温放置試験に比べると酸化・腐食によるウィスカの生成を促進して評価時間を短縮することができるものの、いずれの方法であっても必ずしも十分な時間短縮ができるとは言えないのが現状である。
【０００８】
ところで、特許文献１には、試験槽内に空気が存在する環境下で評価対象が加熱されると、錫めっき膜の表面に酸化膜又は水酸化膜が生成するので、ウィスカの成長が抑制されるという内容が開示されている。すなわち、評価対象を空気存在下で加熱すると、錫めっき膜の表面に酸化膜が厚く成長するので、ウィスカが表面の酸化膜を突き破って成長することができない、とされている。そのため、特許文献１では、不活性雰囲気中で評価対象を加熱することにより、錫めっき膜の表面においてウィスカの成長を抑制する酸化膜又は水酸化膜の生成を抑制している。その結果、特許文献１の評価方法ではウィスカの発生及び成長を加速することができる、とされている。
【０００９】
また、特許文献２は、試験槽内を高温、高湿にすることによりウィスカの発生が抑制されるという内容を開示している。なお、特許文献２では、従来の高温高湿環境に設定する手法ではなく、室温程度の環境下でめっき膜に圧縮応力を加え続けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３３０５７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、現時点においてウィスカの発生メカニズムは解明されていない点が多くあり、現にウィスカの発生場所や発生状況は、特許文献１，２に開示されているものとは異なる場合が多くある。しかも、従来の評価方法では、めっき、はんだ、部品、リードなど、部材毎の単体でウィスカの評価を行っており、半導体パッケージを基板に実装した実際の使用形態での評価が十分になされていない。したがって、従来の試験条件は必ずしもウィスカの発生メカニズムに合致したものであるとは言えず、特に、半導体パッケージを基板に実装した実際の使用形態における評価については改善の余地が依然として多くある。
【００１２】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、評価対象の評価時間を短縮できるウィスカ評価方法及びウィスカ評価用試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、ウィスカの発生及び成長のメカニズムを研究する過程において、通常は空気がほとんど存在しない１００℃以上の高温高湿環境下に酸素を存在させることによって、ウィスカの発生及び成長を効果的に加速できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のウィスカ評価方法は、評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含む。
【００１５】
この方法では、試験槽内を水の沸点又はその近傍の温度である１００℃以上の高温高湿環境に調整するだけでなく、試験槽内に所定量の酸素を存在させた試験条件で前記試料の試験を行う。この方法によれば、試料におけるウィスカの発生及び成長を効果的に加速して評価時間を短縮することができる。
【００１６】
この方法では、特に半導体パッケージを基板に実装した試料において効果的に評価時間を短縮できる。その理由は以下の通りであると推測している。ただし、以下に示す理由はウィスカの発生及び成長のメカニズムを推測したものであって、前記メカニズムを以下の理由に限定するものではない。
【００１７】
すなわち、一般に、半導体パッケージは、複数のリードを有しており、これらのリードが基板にはんだ付けされて固定される。リードは、表面に錫めっきなどが施されているが、切断面を有するリードの先端部ではリードの母材（例えば銅）が露出している。また、リードの基端側は半導体を封入する樹脂に被覆されているが、リードの基端側を覆う前記樹脂の一部が剥離してリードの母材が露出することがある。したがって、先端部の切断面や樹脂が剥離した基端側においてはリードの母材とめっきとが隣接し、かつ、空気中に露出した状態となっている。このような状態の試料を用いて本発明の方法における試験条件、すなわち酸素が存在する高温高湿の試験条件で試験を行うと、次のような現象が起こり、ウィスカの発生及び成長が促進されると考えられる。すなわち、試料は高湿環境下に置かれているので、リードの先端部や基端側における母材とめっきの表面には水分の層が形成されており、しかも、１００℃以上の高温でかつ酸素が存在する環境下であるので、リードの先端部や基端側ではガルバニック腐食が生じてリードのめっきやはんだの酸化が促進される。例えばめっきが錫めっきである場合にはＳｎがＳｎＯ２となる。このように酸化された部分は体積が増加するので、めっきの層内やはんだの層内に内部応力が生じることになる。この内部応力に起因してウィスカの発生及び成長が促進されるのではないかと推測される。
【００１８】
以上のことから、本発明では、金属母材の表面に鉛フリーめっきの層が形成された部分を有し、前記金属母材の一部が前記めっき層から露出している試料を評価対象として用いる場合に、特に効果的に評価時間を短縮することができる。
【００１９】
具体的には、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内を所定の初期温度及び所定の初期水蒸気分圧に調整することにより、前記試験槽内を所定の初期空気分圧に調整する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有していてもよい。
【００２０】
この方法では、試験槽の排気弁を開放した状態で前記初期温度と前記初期水蒸気分圧を調整することにより、そのときの全圧から初期水蒸気分圧を引いた値が必然的に初期空気分圧となる。この方法では、上記のようにして空気分圧を調整することができるので、例えば酸素を試験槽内に導入するガス導入手段などが不要であり、装置を簡略化することができる。
【００２１】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられた酸素濃度検知手段により前記試験槽内の酸素濃度を検知しながら、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有していてもよい。
【００２２】
この方法では、ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを試験槽内に導入するので、試験槽内の酸素濃度を任意の濃度に調整することができる。例えば、ガス導入手段として酸素タンクなどを用いる場合には、空気をコンプレッサーなどのガス導入手段により供給する場合と比較して、試験槽内の酸素濃度をより高めることができる。
【００２３】
また、前記試験槽の排気弁を閉じた状態で前記試験槽内を真空に引く真空工程をさらに含み、この真空工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記槽内環境調整工程及び環境維持工程を実行するようにしてもよい。
【００２４】
この方法では、試験槽内を真空に引いて空気を除去した後で、槽内環境調整工程において酸素量を調整するので、試験槽内の酸素濃度を精度よく調整することができる。
【００２５】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を所定の初期酸素分圧に調整する酸素量調整工程と、前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を開放したままの状態で、かつ、前記ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有しており、前記環境維持工程は、前記試験槽の排気弁を開放したままの状態で、前記ガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整するようにしてもよい。
【００２６】
この方法では、ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記温湿度調整工程及び環境維持工程を実行する。すなわち、試験中は酸素が試験槽内に連続的又は断続的に供給され続けるので、試験の途中で酸素濃度が変動するのを抑制することができる。
【００２７】
また、前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内の温度及び湿度を前記設定温度及び前記設定湿度にそれぞれ調整する温湿度調整工程と、前記温湿度調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、を有していてもよい。
【００２８】
また、前記設定温度は１０５℃以上１４０℃以下であるのが好ましい。設定温度を１０５℃以上にすることにより、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。また、プリント基板の耐熱性の観点から設定温度は１４０℃以下であるのがよい。
【００２９】
また、前記設定湿度が相対湿度７５％以上である場合、又は前記環境維持工程における前記試験槽内の酸素分圧が１０ｋＰａ以上である場合には、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。
【００３０】
本発明のウィスカ評価用試験装置は、評価対象である試料を内部に配置可能な試験槽と、前記試験槽内を１００℃以上の設定温度に調整可能な温度調整手段と、前記試験槽内を所定の設定湿度に調整可能な湿度調整手段と、前記試験槽の内外を連通可能な排気弁と、制御手段と、を備えている。前記制御手段は、前記試験槽内が前記設定温度、前記設定湿度及び所定の酸素量となるように前記温度調整手段及び前記湿度調整手段を制御し、前記試料にウィスカが発生するように前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に所定時間維持する制御を行う。
【００３１】
この構成では、前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に調整し、この状態で所定時間維持することができるので、試料におけるウィスカの発生及び成長を効果的に加速して評価時間を短縮することができる。
【００３２】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入可能なガス導入手段をさらに備えていてもよく、この場合、前記制御手段は、前記試験槽内が前記所定の酸素量となるように前記ガス導入手段を制御する。
【００３３】
この構成では、前記ガス導入手段が制御手段により制御されて試験槽内が所定の酸素量に調整されるので、試験槽内を精度よくかつ迅速に所定の酸素量に調整することができる。また、例えば空気よりも酸素濃度が高いガスをガス導入手段により試験槽内に導入する場合には、試験槽内の酸素濃度を空気よりも高く設定することができる。
【００３４】
また、前記ガス導入手段は、酸素又は酸素を含むガスを前記試験槽内に圧送可能であり、前記制御手段は、前記排気弁を開放した状態で、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方を調整して前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行ってもよい。
【００３５】
この構成では、排気弁を開放した状態で、ガス導入手段により試験槽内に酸素を供給し、酸素量は、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方により調整可能である。したがって、本構成では、試験中は酸素が試験槽内に連続的又は断続的に供給され続けるので、試験の途中で酸素濃度が変動するのを抑制することができる。
【００３６】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内のガスを排出可能な真空ポンプをさらに備えていてもよい。
【００３７】
この構成では、前記真空ポンプにより試験槽内を真空に引いて空気を除去した後で、酸素量の調整が行えるので、試験槽内の酸素濃度を精度よく調整することができる。
【００３８】
また、前記ウィスカ評価用試験装置は、前記試験槽内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段、前記試験槽内の圧力を検知する圧力検知手段、及び前記試験槽内に前記ガス導入手段により導入されるガスの流量を検知する流量検知手段の少なくとも一つをさらに備え、前記制御手段は、前記検知手段による検知結果に基づいて前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う場合には、試験槽内の酸素量を精度よく調整することができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、評価対象の評価時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るウィスカ評価方法に用いるプレッシャークッカー試験装置の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は半導体パッケージを示す平面図であり、（ｂ）は半導体パッケージを基板に実装した状態を側面から見た断面図である。
【図３】図２（ｂ）のリードの先端部分の断面を拡大した模式図であって、（ａ）は試験前の状態を示し、（ｂ）は試験後の状態を示している。
【図４】第１実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【図１１】本発明の第５実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第５実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
＜試験装置＞
まず、ウィスカ評価方法に用いるプレッシャークッカー試験装置（高度加速寿命試験装置）１について説明する。図１に示すように、この試験装置１は、一端を開放させる試験槽としての圧力容器２と、この圧力容器２の開放側を閉鎖可能な扉３とを備えている。圧力容器２の下部には所定量の加湿水（加湿用の水）４が貯溜されている。圧力容器２の内部には内シリンダ５が設置されている。この内シリンダ５は、圧力容器２の開放側と同一側が開放されており、この内シリンダ５の内部がテストエリア６となっている。このテストエリア６には試料棚７が設置されており、この試料棚７の上に試料８を載置できるように構成されている。内シリンダ５の閉鎖側端部の中央には送風口９が形成されており、この送風口９は保護網１０によって覆われている。
【００４３】
圧力容器２には、開閉可能な排気弁１００が設けられている。この排気弁１００は、開放状態のときに圧力容器２の内部と外部とを連通状態とし、閉状態のときに圧力容器２を密閉状態とする。排気弁１００としては、例えば開閉のみの電磁弁、開度調整可能なモータバルブなどを用いることができる。
【００４４】
圧力容器２にはファン軸１１が回転自在に軸支され、このファン軸１１の先端に送風ファン１２が固定されている。また、圧力容器２の外部には駆動モータ１３が設置され、この駆動モータ１３の出力軸１４が磁気カップリング１５を介して前記ファン軸１１に連結されている。これにより、駆動モータ１３を回転駆動することで、前記送風ファン１２を回転させ、圧力容器２内の気体を図の白抜き矢印のように循環させることができるようになっている。
【００４５】
試験装置１は、圧力容器２内に温度調整手段及び湿度調整手段を備えている。温度調整手段は加熱ヒータ１６と器内温度センサ１７とを含む。湿度調整手段は加湿水４と加湿水ヒータ１８と加湿水温度センサ１９とを含む。
【００４６】
加熱ヒータ１６はファン軸１１の周囲に設けられている。この加熱ヒータ１６により圧力容器２内の気体を加熱することができる。また、器内温度センサ１７は内シリンダ５の内部空間に設けられている。この器内温度センサ１７により、圧力容器２内の温度（前記テストエリア６の温度）を検出することができる。
【００４７】
加湿水ヒータ１８は圧力容器２の内部空間の下部に設けられている。この加湿水ヒータ１８は加湿水４に浸漬されており、当該加湿水４を加熱することができる。また同様に、加湿水温度センサ１９は加湿水４に浸漬されている。この加湿水温度センサ１９は前記加湿水４の温度を検出することができる。
【００４８】
また、圧力容器２にはウィック温度センサ２０が備えられている。このウィック温度センサ２０の先端の球部には、例えばガーゼで形成されたウィック２１が被せられる。ウィック２１の下端は前記加湿水４に浸漬されており、加湿水４を毛細管現象によって吸い上げるように構成されている。
【００４９】
また、圧力容器２にはガス導入口４１が備えられている。このガス導入口４１にはガス導入用配管４３の先端側が挿通されている。ガス導入用配管４３の後端側はガス導入手段４５に接続されている。
【００５０】
ガス導入手段４５としては、例えば酸素タンク（ボンベ）を用いることができる。また、酸素タンクと窒素タンクを併用してもよい。また、ガス導入手段４５としては、上記した酸素タンクの他、空気を加圧可能なコンプレッサーなどを用いることもできる。ガス導入手段４５から圧力容器２内に導入される酸素又は酸素を含むガスの導入量は、例えば圧力容器２内に設けられる図略の酸素濃度センサ（酸素濃度検知手段）、圧力センサ（圧力検知手段）、ガス流量計（流量検知手段）などの検知データに基づいて調整される。これにより、圧力容器２内の酸素濃度（又は空気濃度）を任意に調節することができる。
【００５１】
試験装置１はマイクロコンピュータ式の制御部３１を備えており、この制御部３１は演算手段としての図略のＣＰＵや、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。そして、前記ＲＯＭには、上記のハードウェアを動作させるためのプログラムが記憶されている。
【００５２】
＜ウィスカ評価方法＞
以下、本発明の実施形態に係るウィスカ評価方法について説明する。
【００５３】
まず、ウィスカの評価に用いる試料について説明する。図２（ａ）は半導体パッケージ５１を示す平面図であり、図２（ｂ）は半導体パッケージ５１を基板５４に実装した状態を示す側面図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）のリード５３の先端部分Ｔの断面を拡大した模式図である。
【００５４】
図２（ａ）に示すように、半導体パッケージ５１は、パッケージ部５２とこのパッケージ部５２の周縁部から延設された複数のリード５３とを有している。図２（ｂ）に示すように、半導体パッケージ５１の各リード５３は、基板５４の表面に設けられた電極５５にはんだ５６によってそれぞれ接続されている。この図２（ｂ）に示す実装基板は後述する各試験の試料８として用いる。
【００５５】
図３（ａ）に示すように、リード５３は、銅製の母材５３ａの表面に錫めっき５３ｂが施されたものである。リード５３の端部Ｔは、銅製の母材５３ａが露出している。このような端部Ｔを有する試料８に対して後述する評価方法を適用すると、ウィスカの発生及び成長を促進することができる。
【００５６】
すなわち、試料８が後述するような酸素が存在する高温高湿環境下に置かれると、図３（ｂ）に示すようにリード端部Ｔにおける母材５３ａ、錫めっき５３ｂ及びはんだ５６の表面には水分の層５７が形成される。しかも、１００℃以上の高温でかつ酸素が存在する環境下であるので、リード端部Ｔではガルバニック腐食が生じてリード端部Ｔの錫めっき５３ｂ及びはんだ５６が酸化されて酸化物５３ｃ，５６ａが形成される。例えばめっきが錫めっきである場合には酸化物５３ｃはＳｎＯ２を主成分とするものとなる。また、例えばはんだがＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕなどのようにＳｎを含むものである場合には酸化物５６ａとしてＳｎＯ２などが形成される。このように酸化された部分５３ｃ，５６ａは体積が増加するので、めっきの層内及びはんだ層内に内部応力が生じることになる。また、めっきが錫めっきである場合には、高温環境下で母材５３ａとめっき５３ｂとの間に金属間化合物が成長して内部応力が生じる。これらの内部応力に起因してウィスカ６１の発生及び成長が促進されるのではないかと推測される。
【００５７】
［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係るウィスカ評価方法について図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、この第１実施形態では、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。本実施形態では、装置１は、圧力容器２内に設けられた図略の酸素濃度センサ、及び図略の圧力センサを備えている。
【００５８】
まず、作業者は、圧力容器２の内部の試料棚７上に図２（ｂ）に示す試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。圧力容器２の下部には所定量の加湿水４が貯溜されている。
【００５９】
図４に示すように、ステップＳ１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ２に進む。このステップＳ２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定酸素分圧ＡＯなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第１実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定酸素分圧ＡＯを２６．８ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００６０】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ３に示すように、圧力容器２内に設けられた各センサにより、圧力容器２内の現状の状態、すなわち現状温度、現状湿度、現状圧力、現状酸素濃度などを測定する。これらの各現状値は、後述する酸素量調整工程、温湿度調整工程などの後工程の制御に利用される。
【００６１】
次に、制御部３１は、ステップＳ４〜Ｓ６の酸素量調整工程を実行する。この酸素量調整工程では、制御部３１は、まず、ステップＳ４において圧力容器２内の酸素分圧を設定酸素分圧ＡＯに調整するために必要となる圧力容器２内の酸素濃度目標値を算出し、ステップＳ５に進む。
【００６２】
ステップＳ５では、制御部３１は、ガス導入手段４５から酸素又は酸素を含むガスを圧力容器２内に導入するとともに、ステップＳ６において圧力容器２内の酸素濃度が前記酸素濃度目標値に達して安定したか否かを判断する。圧力容器２内の酸素濃度は前記酸素濃度センサにより検知される。
【００６３】
ガス導入手段４５としては、例えば酸素タンクを用いることができる。酸素タンクを用いる場合には、安全性の観点から窒素タンクを併用して酸素と窒素を混合して圧力容器２内に供給するのが好ましい。また、ガス導入手段４５としてコンプレッサーを用いることにより、圧力容器２内に空気を導入するようにしてもよい。前者のように酸素タンクを用いる場合には、酸素と窒素の供給比率を変えることにより導入するガス中の酸素濃度を任意に調節することができるので、コンプレッサーにより空気を導入する場合と比べて、圧力容器２内の酸素濃度を高く設定することができる。
【００６４】
圧力容器２内の酸素濃度が前記目標値に達して安定すると、制御部３１は、ステップＳ７に進み、酸素又は空気の供給を停止して装置１の排気弁１００を閉じ、ステップＳ８に進む。この時、酸素分圧をさらに高める必要があれば、排気弁１００を閉じた後に圧力容器２内にさらに酸素や空気などを導入してもよい。
【００６５】
次に、制御部３１はステップＳ８，Ｓ９の温湿度調整工程を実行する。すなわち、ステップＳ８に示すように、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び相対湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）、設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整するように制御する。
【００６６】
そして、制御部３１は、ステップＳ９において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記設定値（設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ）に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ１０に進む。
【００６７】
ここで、本実施形態の試験装置１では、１００℃以上の試験環境における湿度は次のようにして求める。すなわち、圧力容器２内において水蒸気圧が飽和水蒸気圧となっている温度Ｔ２をこれより高い温度Ｔ１に上げて、圧力容器２内の温度を十分にならしたときの相対湿度は、以下の式（１）で表される。
（相対湿度）＝（（Ｔ２での飽和水蒸気圧）／（Ｔ１での飽和水蒸気圧））×１００ ・・・（１）
具体的には、例えば器内温度センサ１７による検出温度をＴ１とし、加湿水温度センサ１９又はウィック温度センサ２０による検出温度をＴ２として、これらのＴ１，Ｔ２の値を上記式（１）に代入して相対湿度を求めることができる。
【００６８】
次に、制御部３１はステップＳ１０，Ｓ１１の環境維持工程を実行する。この環境維持工程では、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに所定時間保持する。すなわち、制御部３１は、ステップＳ１０において図略のタイマの計測を開始してステップＳ１１に進む。
【００６９】
このステップＳ１１において、制御部３１は前記タイマの計測時間が予め設定された所定時間まで達したか否かを判断し、前記タイマの計測値が前記所定時間に達するまでこの判断を繰り返す。タイマの計測値が所定時間に達するまでの間、圧力容器２内は、温度及び湿度が設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに維持される。前記タイマの計測時間が所定時間に達すると、制御部３１は環境維持工程を終了し、ステップＳ１２〜Ｓ１５の温度降下工程に進む。
【００７０】
この温度降下工程では、圧力容器２内の温度及び湿度を予め設定された保存温度及び保存湿度に達するまで所定の勾配で温度及び湿度を降下させていく。装置１の排気弁１００は、圧力容器２内の圧力が所定の設定値（例えば、本実施形態では１１１．３ｋＰａ）に達した時点で開放される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。制御部３１は、圧力容器２内の温度及び湿度がさらに降下して保存温度及び保存湿度に達すると（ステップＳ１５）、圧力容器２内を保存温度及び保存湿度に維持する保存工程を実行する（ステップＳ１６）。
【００７１】
この保存工程では、試料８が圧力容器２から取り出されるまで、圧力容器２内の環境を保存温度及び保存湿度に維持する。なお、試験が終わって直ちに試料８を取り出す場合は、保存工程を省略することができる。
【００７２】
なお、前記実施形態では、前記設定温度Ｔを１１０℃に設定する場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定温度Ｔは１０５℃以上１４０℃以下であるのが好ましい。設定温度を１０５℃以上にすることにより、ウィスカの発生及び成長をより促進させることができる。また、プリント基板の耐熱性の観点から設定温度は１４０℃以下であるのがよい。
【００７３】
また、前記実施形態では、設定湿度Ｈが相対湿度８５％である場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定湿度は、ウィスカの発生及び成長の促進効果を高めるという点で、下限が相対湿度７５％以上で上限が１００％以下であるのが好ましく、下限が相対湿度８５％以上で上限が１００％以下であるのがより好ましい。
【００７４】
さらに、前記実施形態では、圧力容器２内の設定酸素分圧ＡＯが２６．８ｋＰａである場合を例に挙げたが、これに限定されない。前記設定酸素分圧ＡＯは、ウィスカの発生及び成長の促進効果を高めるという点で、１０ｋＰａ以上であるのが好ましく、２６ｋＰａ以上であるのがより好ましい。同様の理由で、圧力容器２内の空気分圧は、酸素分圧が上記範囲となるように、５０ｋＰａ以上であるのが好ましく、１２８ｋＰａ以上であるのがより好ましい。
【００７５】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図６は、第２実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第２実施形態では、酸素量調整工程が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００７６】
図５，６に示すように、この第２実施形態では、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【００７７】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００７８】
図５に示すように、ステップＳ２１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ２２に進む。このステップＳ２２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第２実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００７９】
この第２実施形態では、第１実施形態のようにガス導入手段４５を用いずに酸素濃度を調整する。すなわち、この第２実施形態では、空気分圧Ａ以外の他の条件を調整することにより、間接的に試験槽内の空気分圧（酸素濃度）を調整する。したがって、この第２実施形態では、上記した試験条件の設定の他、空気分圧を調整するための初期条件の設定も併せて行う。初期条件として入力するパラメータは、例えば初期温度Ｔ０、初期相対湿度Ｈ０などの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第２実施形態では、初期温度Ｔ０を３０℃、初期相対湿度Ｈ０を８５％ＲＨにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００８０】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ２３に示すように、圧力容器２内の温度及び湿度を初期温度Ｔ０（３０℃）及び初期相対湿度Ｈ０（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整する。圧力容器２内の温度及び相対湿度は、器内温度センサ１７及びウィック温度センサ２０により測定される。
【００８１】
圧力容器２の排気弁１００は開放されているので、圧力容器２内が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に調整されたときには、圧力容器２内の全圧と水蒸気分圧が決まる。これにより、必然的に空気分圧も所定の値に調整される。この第２実施形態の場合のように初期温度Ｔ０が３０℃に調整され、初期相対湿度Ｈ０が８５％ＲＨに調整されたときには、水蒸気分圧は３．６ｋＰａとなる。したがって、このときの初期空気分圧は全圧から３．６ｋＰａを引いた値となる。圧力容器２内の全圧は、図略の圧力センサにより測定してもよく、また、大気圧の１ａｔｍ（１０１．３ｋＰａ）とみなしてもよい。図６では、全圧を１０１．３ｋＰａとみなして圧力容器２内の空気分圧を算出した場合を例に挙げて説明しており、この場合の初期空気分圧は９７．７ｋＰａとなる。
【００８２】
制御部３１は、ステップＳ２４において圧力容器２内の温度及び湿度が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に達したか否かを判断する。温度及び湿度が初期温度Ｔ０及び初期相対湿度Ｈ０に達した場合には、制御部３１はステップＳ２５に進み、装置１の排気弁１００を閉じた後、ステップＳ２６に進む。
【００８３】
なお、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ２６〜Ｓ３４については、第１実施形態のステップＳ８〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【００８４】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図８は、第３実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第３実施形態では、真空工程を含む点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
図７，８に示すように、この第３実施形態では、真空工程、酸素量調整工程、温湿度調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【００８６】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００８７】
図７に示すように、ステップＳ４１において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第３実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００８８】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ４２において排気弁１００を閉じて、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、圧力容器２に接続された図略の真空ポンプにより圧力容器２内の真空引きが行われる。排気弁１００は設定値を入力する前に閉じられていてもよい。
【００８９】
真空引きが完了すると、制御部３１は、ステップＳ４４において、圧力容器２内にコンプレッサーなどのガス導入手段４５により空気を導入する。このとき、圧力容器２内の温度は例えば３０℃に調整される。設定温度Ｔが１１０℃で、設定空気分圧Ａが１２８．２ｋＰａであるので、３０℃の圧力容器２内に導入すべき空気量は、全圧（空気圧）が１０１．４ｋＰａとなる体積である。この導入される空気量は、例えば圧力容器２に設置可能な圧力センサで検知してもよく、また、空気が導入される配管に設置可能な流量計で検知してもよい。
【００９０】
制御部３１は、ステップＳ４５において、圧力容器２内の空気量（空気分圧又は空気の体積）が目標値に達したか否かを判断し、目標値に達した場合にはステップＳ４６に進む。
【００９１】
次に、制御部３１はステップＳ４６，Ｓ４７の温湿度調整工程を実行する。すなわち、ステップＳ４６に示すように、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び相対湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）、設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整するように制御する。
【００９２】
そして、制御部３１は、ステップＳ４７において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記の設定値に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ４８に進む。
【００９３】
なお、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ４８〜Ｓ５４については、第１実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【００９４】
［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図１０は、第４実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第４実施形態では、圧力容器２内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入しながら前記温湿度調整工程及び環境維持工程を実行する点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【００９５】
まず、作業者は、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【００９６】
図９に示すように、ステップＳ６１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ６２に進む。このステップＳ６２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定全圧Ｂなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第４実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定全圧Ｂを５００ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【００９７】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ６３において、ガス導入手段４５により圧力容器２内に空気を供給しながら排気弁１００から空気を排出するように制御する。ガス導入手段４５としては、例えばコンプレッサー、ガスボンベなどのように空気を圧送可能なものを使用することができる。このステップＳ６３では、圧力容器２内に供給される空気量は、排気弁１００から排出される空気量よりも多くなるように調整される。この調整は、排気弁１００の開度及びガス導入手段４５による圧送時の圧力の少なくとも一方により行われる。また、このステップＳ６３では、図１０に示すように圧力容器２内の温度はほぼ３０℃に維持されている。
【００９８】
次に、制御部３１は、ステップＳ６４において、圧力容器２内の全圧が設定全圧Ｂに達したか否かを判断する。前記全圧が設定全圧Ｂに達すると、制御部３１は、ステップＳ６５に進む。一方、前記全圧が設定全圧Ｂに達していない場合には、制御部３１はステップＳ６３の動作を継続する制御を行う。
【００９９】
次に、制御部３１は、ステップＳ６５の温湿度調整工程において、全圧を設定全圧Ｂ（５００ｋＰａ）に維持しながら、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）及び設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）に調整する制御を行う。この制御の場合、全圧が一定であるので、図１０に示すように、水蒸気分圧の上昇に伴って空気分圧は低下する。この第４実施形態の場合、圧力容器２内の温度及び湿度が設定温度Ｔの１１０℃及び設定相対湿度Ｈの８５％ＲＨに達したときには、図１０に示すように全圧５００ｋＰａ、空気分圧３７３．５ｋＰａ、水蒸気分圧１２６．５ｋＰａとなる。
【０１００】
制御部３１は、ステップＳ６６において圧力容器２内の温度及び相対湿度がそれぞれ上記の設定値に達して安定したか否かを判断し、温度及び湿度が設定値で安定したと判断するとステップＳ６７に進む。
【０１０１】
次に、制御部３１はステップＳ６７，Ｓ６８の環境維持工程を実行する。この環境維持工程では、圧力容器２内の温度、湿度及び全圧を設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、及び設定全圧Ｂに所定時間保持する。すなわち、制御部３１は、ステップＳ６７において図略のタイマの計測を開始してステップＳ６８に進む。
【０１０２】
前記タイマの計測時間が所定時間に達すると、制御部３１は環境維持工程を終了し、ステップＳ６９の温度降下工程に進む。
【０１０３】
ステップＳ６９〜Ｓ７０の温度降下工程では、圧力容器２内の温度を予め設定された保存温度に達するまで所定の勾配で温度及び湿度を降下させていく。この第４実施形態では、温度降下工程中も全圧を設定全圧Ｂに維持するように運転しているが、これに限定されない。例えば、温度を降下させるとともに全圧も低下させるように制御してもよい。
【０１０４】
制御部３１は、圧力容器２内の温度が保存温度に達すると（ステップＳ７０）、圧力容器２内を保存温度に維持する保存工程を実行する（ステップＳ７１）。
【０１０５】
［第５実施形態］
図１１は、本発明の第５実施形態のウィスカ評価方法における制御の流れを示すフローチャートであり、図１２は、第５実施形態のウィスカ評価方法における各工程の温度、湿度、圧力などの物理量の推移を示すグラフである。この第５実施形態では、温湿度調整工程が酸素量調整工程よりも前に実行される点が第１実施形態とは異なっている。なお、ここでは第１実施形態と同じ工程については、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
図１１，１２に示すように、この第５実施形態では、温湿度調整工程、酸素量調整工程、環境維持工程、温度降下工程、保存工程の順に制御が実行される。
【０１０７】
まず、作業者は、第１実施形態と同様に、圧力容器２の内部の試料棚７上に試料８を載置した後、圧力容器２の開放側を扉３で閉じる。
【０１０８】
図１１に示すように、ステップＳ８１において制御部３１は、装置１の排気弁１００を開放してステップＳ８２に進む。このステップＳ８２において、作業者は、装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件を設定する。試験条件として入力するパラメータは、例えば設定温度Ｔ、設定相対湿度Ｈ、設定空気分圧Ａなどの各設定値である。設定された各設定値は制御部３１の前記記憶手段に記憶される。この第５実施形態では、設定温度Ｔを１１０℃、設定相対湿度Ｈを８５％ＲＨ、設定空気分圧Ａを１２８．２ｋＰａにそれぞれ設定する場合を例に挙げて説明する。
【０１０９】
次に、作業者は、装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して装置１の運転を開始する。装置１の運転が開始されると、制御部３１は、ステップＳ８３に示すように、圧力容器２内の温度及び湿度を設定温度Ｔ（１１０℃）及び設定相対湿度Ｈ（８５％ＲＨ）にそれぞれ調整する。図１２に示すように、設定温度Ｔが１１０℃で設定相対湿度Ｈが８５％ＲＨに調整されたときの水蒸気分圧は１２１．８ｋＰａとなり、空気分圧はほぼゼロとなる。
【０１１０】
ステップＳ８４では、制御部３１は、圧力容器２内の温度及び湿度が設定温度Ｔ及び設定相対湿度Ｈに達したか否かを判断する。各設定値に達した場合には、制御部３１は、ステップＳ８５に進み、装置１の排気弁１００を閉じ、ステップＳ８６に進む。
【０１１１】
次に、制御部３１は、ステップＳ８６の酸素量調整工程を実行する。このステップＳ８６において、制御部３１は、圧力容器２内にコンプレッサー、ガスボンベなどのガス導入手段４５により酸素、空気などのガスを導入（圧送）する。ガスの導入は圧力容器２内の空気分圧が設定空気分圧Ａ（１２８．２ｋＰａ）に達するまで続けられる。
【０１１２】
そして、制御部３１は、ステップＳ８７において圧力容器２内の空気分圧が設定空気分圧Ａに達して安定したか否かを判断し、設定値で安定したと判断するとステップＳ８８に進む。
【０１１３】
なお、環境維持工程、温度降下工程、及び保存工程のステップＳ８８〜Ｓ９４については、第１実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１６と同様であるので、説明を省略する。
【０１１４】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記各実施形態では、半導体パッケージを基板に実装した試料を評価する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明は、ウィスカが発生する可能性のある他の評価対象に適用することも可能である。
【０１１５】
また、前記実施形態では、リードの母材として銅を用い、めっきの材料として錫を用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本発明では母材とめっき材料は、他の組合せであってもよい。
【０１１６】
また、酸素量調整工程での酸素量の調整は、酸素、空気などの酸素を含むガスの流量、圧力などに基づいて行ってもよく、酸素濃度に基づいて行ってもよく、酸素分圧や空気分圧に基づいて行ってもよい。
【０１１７】
また、酸素量調整工程で導入するガスは、酸素のみでもよく、空気であってもよく、酸素と他のガスとを混合したガスであってもよい。
【０１１８】
また、保存工程や真空工程は省略してもよい。また、排気弁の開放は、設定値の入力後に行ってもよい。
【０１１９】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２０】
試料として図２（ａ），（ｂ）に示す構成に似た形態の半導体実装基板を用いてウィスカの評価を行った。評価に用いた試料の詳細を表１に示す。
【０１２１】
本実施例では、表２〜４に示すように１３種類の試験条件でウィスカの発生状況を比較した。そのうち、表４の試験Ｎｏ．１０が本発明の一実施形態に係るウィスカ評価方法によるものである。
【０１２２】
【表１】
【０１２３】
【表２】
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
【表４】
【０１２６】
表２の試験Ｎｏ．１は室温放置したときの結果であり、表３の試験Ｎｏ．２〜４は、熱サイクル試験を行ったときの結果である。例えば試験Ｎｏ．２は、表３に示すように試験槽内の温度を０℃と６０℃の間で繰り返し変化させて、各温度を１５分間ずつ保持する条件で評価した結果である。試験Ｎｏ．３，４についても表３に示す２つの温度間で同様に繰り返し変化させた結果である。
【０１２７】
表４の試験Ｎｏ．５〜９では、試験条件欄の左側の数値が試験槽内の設定温度であり、右側の数値が試験槽内の設定湿度（相対湿度）である。これらのうち試験Ｎｏ．５〜７，９では、試験槽内の空気分圧調整を行っていないので、全圧から水蒸気分圧を引いた値に相当する空気分圧の空気が試験槽内に存在している。また、試験Ｎｏ．８では、試験槽内の試験条件を設定するときに、試験槽内の空気を除去する操作を行ったため、試験槽内の空気分圧は０ｋＰａとなっている。
【０１２８】
表４の試験Ｎｏ．１１〜１３は、高度加速寿命試験（ＨＡＳＴ）により評価した結果である。各試験では、試験条件欄の左側の数値が試験槽内の設定温度であり、右側の数値が試験槽内の設定湿度（相対湿度）である。これらの各試験では、１００℃以上の温度環境下であるので空気分圧は０ｋＰａとなっている。
【０１２９】
各試験の評価結果を表２〜４に示す。なお、各試料の観察には、マイクロスコープ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び電子線マイクロアナライザ（ＥＭＰＡ）を用いた。
【０１３０】
まず、表２に示すように、室温放置の試験Ｎｏ．１では試験期間８ヶ月の時点でもウィスカは発生していない。次に、表３に示すように、熱サイクルの試験Ｎｏ．２〜４についても３０００サイクルの時点でウィスカは発生していない。
【０１３１】
また、表４に示すように、試験Ｎｏ．５〜１３のうち、ウィスカの発生時期が最も早いのは試験Ｎｏ．１０である。試験Ｎｏ．１０では、試験開始から２００時間経過時点で３０μｍのウィスカが確認された。このことから、本発明の一実施形態である試験Ｎｏ．１０の評価方法は、従来の他の評価方法に比べてウィスカを短時間で発生させ、成長させることが可能であると言える。また、試験Ｎｏ．１０の試料においては、ウィスカはリード先端のエッジ（角）付近に発生していた。
【０１３２】
なお、表４中の「異物発生」とは、ウィスカとは異なる棘状異物が発生していたことを示している。この棘状異物を分析したところ、Ｃｕ，Ｂｒなどが検出された。このことから、棘状異物はリードの母材であるＣｕとフラックスにより形成された塩であると推定され、単結晶のウィスカではないと考えられる。
【符号の説明】
【０１３３】
１ プレッシャークッカー試験装置
２ 圧力容器（試験槽）
４ 加湿水
６ テストエリア
８ 試料
１６ 加熱ヒータ
１７ 器内温度センサ
１８ 加湿水ヒータ
１９ 加湿水温度センサ
２０ ウィック温度センサ
２１ ウィック
３１ 制御部
４１ ガス導入口
４３ ガス導入用配管
４５ ガス導入手段
５１ 半導体パッケージ
５３ リード
５３ａ 母材
５３ｂ 錫めっき
５４ 基板
５７ 水分の層
６１ ウィスカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、
前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、
前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含むウィスカ評価方法。
【請求項２】
前記試料は、金属母材の表面に鉛フリーめっきの層が形成された部分を有し、前記金属母材の一部が前記めっき層から露出している、請求項１に記載のウィスカ評価方法。
【請求項３】
前記槽内環境調整工程は、
前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内を所定の初期温度及び所定の初期水蒸気分圧に調整することにより、前記試験槽内を所定の初期空気分圧に調整する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項４】
前記槽内環境調整工程は、
前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられた酸素濃度検知手段により前記試験槽内の酸素濃度を検知しながら、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項５】
前記試験槽の排気弁を閉じた状態で前記試験槽内を真空に引く真空工程をさらに含み、
この真空工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記槽内環境調整工程及び環境維持工程を実行する、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項６】
前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を所定の初期酸素分圧に調整する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を開放したままの状態で、かつ、前記ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有しており、
前記環境維持工程は、前記試験槽の排気弁を開放したままの状態で、前記ガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項７】
前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内の温度及び湿度を前記設定温度及び前記設定湿度にそれぞれ調整する温湿度調整工程と、
前記温湿度調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項８】
前記温度が１０５℃以上１４０℃以下である、請求項１〜７のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項９】
前記設定湿度が相対湿度７５％以上である、請求項１〜８のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項１０】
前記環境維持工程における前記試験槽内の酸素分圧が１０ｋＰａ以上である、請求項１〜９のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項１１】
評価対象である試料を内部に配置可能な試験槽と、
前記試験槽内を１００℃以上の設定温度に調整可能な温度調整手段と、
前記試験槽内を所定の設定湿度に調整可能な湿度調整手段と、
前記試験槽の内外を連通可能な排気弁と、
前記試験槽内が前記設定温度、前記設定湿度及び所定の酸素量となるように前記温度調整手段及び前記湿度調整手段を制御し、前記試料にウィスカが発生するように前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に所定時間維持する制御を行う制御手段と、を備えたウィスカ評価用試験装置。
【請求項１２】
前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入可能なガス導入手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記試験槽内が前記所定の酸素量となるように前記ガス導入手段を制御する、請求項１１に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１３】
前記ガス導入手段は、酸素又は酸素を含むガスを前記試験槽内に圧送可能であり、
前記制御手段は、前記排気弁を開放した状態で、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方を調整して前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う、請求項１２に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１４】
前記試験槽内のガスを排出可能な真空ポンプをさらに備えている、請求項１２に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１５】
前記試験槽内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段、前記試験槽内の圧力を検知する圧力検知手段、及び前記試験槽内に前記ガス導入手段により導入されるガスの流量を検知する流量検知手段の少なくとも一つをさらに備え、
前記制御手段は、前記検知手段による検知結果に基づいて前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う、請求項１１〜１４のいずれかに記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１】
評価対象である試料を試験槽内に配置する工程と、
前記試験槽内を所定の酸素量、１００℃以上の設定温度、及び所定の設定湿度に調整する槽内環境調整工程と、
前記試験槽内を前記所定の酸素量、前記設定温度及び前記設定湿度に所定時間維持して、前記試料にウィスカを発生させる環境維持工程と、を含むウィスカ評価方法。
【請求項２】
前記試料は、金属母材の表面に鉛フリーめっきの層が形成された部分を有し、前記金属母材の一部が前記めっき層から露出している、請求項１に記載のウィスカ評価方法。
【請求項３】
前記槽内環境調整工程は、
前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内を所定の初期温度及び所定の初期水蒸気分圧に調整することにより、前記試験槽内を所定の初期空気分圧に調整する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項４】
前記槽内環境調整工程は、
前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられた酸素濃度検知手段により前記試験槽内の酸素濃度を検知しながら、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項５】
前記試験槽の排気弁を閉じた状態で前記試験槽内を真空に引く真空工程をさらに含み、
この真空工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記槽内環境調整工程及び環境維持工程を実行する、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項６】
前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を所定の初期酸素分圧に調整する酸素量調整工程と、
前記酸素量調整工程の後、前記排気弁を開放したままの状態で、かつ、前記ガス導入手段により酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入した状態で、前記試験槽内を前記設定温度及び前記設定湿度に調整する温湿度調整工程と、を有しており、
前記環境維持工程は、前記試験槽の排気弁を開放したままの状態で、前記ガス導入手段により前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを連続的又は断続的に導入することにより、前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項７】
前記槽内環境調整工程は、前記試験槽の排気弁を開放した状態で、前記試験槽内の温度及び湿度を前記設定温度及び前記設定湿度にそれぞれ調整する温湿度調整工程と、
前記温湿度調整工程の後、前記排気弁を閉じた状態で、前記試験槽に設けられたガス導入手段により前記所定の酸素量に達するまで前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入する酸素量調整工程と、を有している、請求項１又は２に記載のウィスカ評価方法。
【請求項８】
前記温度が１０５℃以上１４０℃以下である、請求項１〜７のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項９】
前記設定湿度が相対湿度７５％以上である、請求項１〜８のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項１０】
前記環境維持工程における前記試験槽内の酸素分圧が１０ｋＰａ以上である、請求項１〜９のいずれかに記載のウィスカ評価方法。
【請求項１１】
評価対象である試料を内部に配置可能な試験槽と、
前記試験槽内を１００℃以上の設定温度に調整可能な温度調整手段と、
前記試験槽内を所定の設定湿度に調整可能な湿度調整手段と、
前記試験槽の内外を連通可能な排気弁と、
前記試験槽内が前記設定温度、前記設定湿度及び所定の酸素量となるように前記温度調整手段及び前記湿度調整手段を制御し、前記試料にウィスカが発生するように前記試験槽内を前記設定温度、前記設定湿度及び前記所定の酸素量に所定時間維持する制御を行う制御手段と、を備えたウィスカ評価用試験装置。
【請求項１２】
前記試験槽内に酸素又は酸素を含むガスを導入可能なガス導入手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記試験槽内が前記所定の酸素量となるように前記ガス導入手段を制御する、請求項１１に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１３】
前記ガス導入手段は、酸素又は酸素を含むガスを前記試験槽内に圧送可能であり、
前記制御手段は、前記排気弁を開放した状態で、前記排気弁の開度及び前記ガス導入手段による圧送時の圧力の少なくとも一方を調整して前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う、請求項１２に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１４】
前記試験槽内のガスを排出可能な真空ポンプをさらに備えている、請求項１２に記載のウィスカ評価用試験装置。
【請求項１５】
前記試験槽内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段、前記試験槽内の圧力を検知する圧力検知手段、及び前記試験槽内に前記ガス導入手段により導入されるガスの流量を検知する流量検知手段の少なくとも一つをさらに備え、
前記制御手段は、前記検知手段による検知結果に基づいて前記試験槽内を前記所定の酸素量に調整する制御を行う、請求項１１〜１４のいずれかに記載のウィスカ評価用試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１９１３（Ｐ２０１１−２１９１３Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６５０８２（Ｐ２００９−１６５０８２）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年３月１１日 社団法人日本エレクトロニクス実装学会主催の第２３回エレクトロニクス実装学会講演大会において論文集「第２３回エレクトロニクス実装学会講演大会 講演論文集」をもって発表、平成２１年３月１２日 同大会においてスライド「鉛フリー半導体パッケージのはんだ付け実装におけるウィスカ評価」を用いて発表
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年３月１１日 社団法人日本エレクトロニクス実装学会主催の第２３回エレクトロニクス実装学会講演大会において論文集「第２３回エレクトロニクス実装学会講演大会 講演論文集」をもって発表、平成２１年３月１２日 同大会においてスライド「鉛フリー半導体パッケージのはんだ付け実装におけるウィスカ評価」を用いて発表
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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