JIS C 61191-6:2011 プリント配線板実装―第６部：ＢＧＡ及びＬＧＡのはんだ接合部のボイド評価基準及び測定方法

                                                               C 61191-6 : 2011 (IEC 61191-6 : 2010)

pdf 目 次

ページ

•  序文・・・・[1]
•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[2]
•  4 はんだ接合部のボイド・・・・[2]
•  4.1 ボイド・・・・[2]
•  4.2 ボイドの発生要因・・・・[2]
•  4.3 ボイドの影響・・・・[3]
•  4.4 ボイドの検出・・・・[3]
•  4.5 ボイドの分類・・・・[3]
•  5 測定・・・・[4]
•  5.1 測定装置・・・・[4]
•  5.2 測定環境・・・・[4]
•  5.3 測定の手順・・・・[4]
•  5.4 測定値の記録・・・・[5]
•  5.5 測定の留意事項・・・・[5]
•  6 ボイド占有率・・・・[6]
•  6.1 ボイド占有率の算出・・・・[6]
•  6.2 複数のボイドに対するボイド占有率・・・・[7]
•  7 評価基準・・・・[8]
•  7.1 評価対象はんだ接合部・・・・[8]
•  7.2 ボイドによる疲労寿命の劣化・・・・[8]
•  7.3 ボイドの評価基準・・・・[9]
•  附属書A(参考)ボイドが疲労寿命に与える影響の実験及び解析の結果・・・・[10]
•  附属書B(参考)X線透視装置・・・・[14]
•  附属書C(参考)BGAはんだボール中のボイド・・・・[16]
•  附属書D(参考)X線透視画像での測定・・・・[26]

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――――― [JIS C 61191-6 pdf 1] ―――――

C 61191-6 : 2011 (IEC 61191-6 : 2010)

まえがき

  この規格は,工業標準化法第12条第1項の規定に基づき,社団法人電子情報技術産業協会(JEITA)及
び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格(日本産業規格)を制定すべきとの申出があり,
日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格(日本産業規格)である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意
を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実
用新案権に関わる確認について,責任はもたない。
  JIS C 61191(プリント配線板実装)の規格群には,次に示す部編成がある。
    JIS C 61191-1 第1部 : 通則−表面実装及び関連する実装技術を用いた電気機器及び電子機器用はん
        だ付け実装要求事項
    JIS C 61191-2 第2部 : 部門規格−表面実装はんだ付け要求事項
    JIS C 61191-3 第3部 : 部門規格−挿入実装はんだ付け要求事項
    JIS C 61191-4 第4部 : 部門規格−端子実装はんだ付け要求事項
    JIS C 61191-6 第6部 : BGA及びLGAのはんだ接合部のボイド評価基準及び測定方法

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                                       日本工業規格(日本産業規格)                             JIS
                                                                         C 61191-6 : 2011
                                                                          (IEC 61191-6 : 2010)

プリント配線板実装−第6部 : BGA及びLGAのはんだ接合部のボイド評価基準及び測定方法

Printed board assemblies-Part 6: Evaluation criteria for voids in soldered joints of BGA and LGA and measurement method

序文

  この規格は,2010年に第1版として発行されたIEC 61191-6を基に,技術的内容及び対応国際規格の構
成を変更することなく作成した日本工業規格(日本産業規格)である。
  なお,この規格で点線の下線を施してある参考事項は,対応国際規格にはない事項である。

1 適用範囲

  この規格は,疲労寿命に基づくボイド評価基準及びX線透視装置を用いたボイドの測定方法について規
定する。この規格は,基板に実装したBGA(Ball Grid Array)及びLGA(Land Grid Array)のはんだ接合
部に発生するボイド(微小な空洞)に適用する。ただし,実装前の半導体パッケージ単体には,適用しな
い。
  この規格は,BGA及びLGAのはんだ接合部のほか,フリップチップ,マルチチップモジュールなど,
はんだボールの溶融と再凝固とによって形成するはんだ接合部に適用し,アンダーフィルを備えたはんだ
接合部及びパッケージ構造の内部のはんだ接合部には適用しない。
  この規格は,はんだ接合部に発生する直径10 μm数百μmのマクロボイドについて適用し,直径10 μm
未満の微細なボイド(例えば,プレーナマイクロボイド)には適用しない。
  この規格は,研究開発,オフラインの製造工程管理及び実装品の信頼性評価に適用する。
    注記 この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。
          IEC 61191-6:2010,Printed board assemblies−Part 6: Evaluation criteria for voids in soldered joints of
              BGA and LGA and measurement method(IDT)
            なお,対応の程度を表す記号“IDT”は,ISO/IEC Guide 21-1に基づき,“一致している”こ
          とを示す。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格のうちで,西暦年を付記してあるものは,記載の年の版を適用し,その後の改正版(追補を含む。)
は適用しない。西暦年の付記がない引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS C 5603 プリント回路用語
      注記 対応国際規格 : IEC 60194,Printed board design, manufacture and assembly−Terms and definitions
             (MOD)

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2
C 61191-6 : 2011 (IEC 61191-6 : 2010)
    JIS C 60068-1:1993 環境試験方法−電気・電子−通則
      注記 対応国際規格 : IEC 60068-1:1988,Environmental testing−Part 1: General and guidance及び
             Amendment 1:1992(IDT)

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS C 5603によるほか,次による。
3.1
ボールグリッドアレイ,BGA(ball grid array)
  外部接続端子として,パッケージ下面に格子状にバンプを形成した表面実装用LSI(Large Scale
Integration)パッケージ。
3.2
ランドグリッドアレイ,LGA(land grid array)
  パッケージ下面に格子状に配置されたランドを備える表面実装用LSIパッケージ。
3.3
ボイド占有率(void occupancy)
  はんだ接合部の最大断面積(ボイド部分も含む。)に対するボイドの断面積の割合。
    注記 ボイド評価のためのボイド占有率の具体的な計算方法は,6.1で規定する。
3.4
マクロボイド(macrovoid)
  はんだ付けプロセスで放出されたフラックス中の揮発成分等によって発生する,通常,直径10 μmより
大きいボイド。マクロボイドは,はんだ接合部によく発生する。
3.5
プレーナマイクロボイド(planar microvoids)
  電子回路基板のランドとはんだとの界面に平面状に生じる小さいボイドの集まり。
  プレーナマイクロボイドは,電子回路基板の表面状態に起因して発生する。
3.5A
ビアインパッド(via in pad)
  埋込みビア上に部品実装用のパッドを形成した電子回路基板のパッド部の構造。

4 はんだ接合部のボイド

4.1 ボイド

  ボイドの大きさ又はボイドの発生率の変化は,製造工程条件の調整が必要であることを示している。ボ
イドの発生原因は,ソルダペーストから抜け出す時間がなく閉じ込められたフラックス及び洗浄が不適切
な基板上の汚染物の二つがある。ボイドは,はんだ接合部のX線透過画像の明るい部分で,通常はパッケ
ージ全体でランダムに発生する。

4.2 ボイドの発生要因

  ボイドは,BGAのはんだボール中,LSIパッケージとはんだ接合部との界面又は電子回路基板とはんだ
接合部との界面に発生する。いろいろな原因又は理由が考えられるが,BGAのはんだボール製造工程中に
発生したボイドが原因になることもある。実装後のボイドは,実装前の半導体デバイスのはんだボール中
にもともとあったボイド又はリフロープロセスで発生したボイドのいずれかである。ボイドは,BGA実装

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                                                               C 61191-6 : 2011 (IEC 61191-6 : 2010)
中に電子回路基板との界面に近いところに発生することもある。通常,これらのボイドは,リフローソル
ダリングではんだが凝固するときに閉じ込められたフラックスの揮発成分によって発生する。このフラッ
クスの揮発成分は,ソルダペーストに含まれるフラックスの揮発成分又は手直しなどのために供給するフ
ラックスの揮発成分である。
  ボイドは,ビアインパッド構造によるものも含め,接合部の中央からデバイス側(はんだボールとデバ
イスとの界面)で発生する。これは,電子回路基板のランドに供給したフラックス中に閉じ込められた気
泡及び気化したフラックスが,リフローソルダリング中に逃げ出したものと想定される。この現象は,供
給したソルダペースト及びBGAのはんだボールがリフローソルダリング中に溶融して溶け合うときに発
生する。リフローソルダリング工程中に閉じ込められた気泡及び気化したフラックスが逃げ出すまでに時
間的に十分な余裕がない場合に,リフロー温度プロファイルの温度下降領域で溶けたはんだが凝固すると
きにボイドを形成する。したがって,ボイドの発生防止対策として,リフロー温度プロファイルの設定が
特に重要となる。
  ボイドの発生は,半導体デバイス,電子回路基板のランド表面の汚染,はんだボールとランドとの間の
金属間化合物又は製造工程で除去できなかったフラックスの残さ(渣)に起因する。

4.3 ボイドの影響

  どのくらいの数及び大きさのボイドが,製品の要求信頼性に影響するかを考慮することが望ましい。は
んだ接続部の断面積の減少は,熱伝導性能及び電気伝導性能の低下を引き起こすため,ボイドは,はんだ
ボールの強度及び機能を低下させ信頼性に影響を与える可能性がある。大きなボイドは,更に有害となる
が,既存の小さいボイドも,リフローソルダリング中に集まって大きなボイドに成長する可能性がある。
ボイドの除去又は少なくとも低減は,ほとんどの場合に望ましい。

4.4 ボイドの検出

  BGA及びLGAのはんだ接合部のボイドの検出には,X線装置を必要とする。X線CT装置は,高価な
装置となるが,ボイドの検出及び位置認識にとって重要な検出装置となる。計測条件及び用いるX線装置
の装置性能によって検出するボイドの測定値が変動することがある。X線装置は,ボイドの大きさの正確
な測定が可能となるが,X線フィルム及び検出器の校正のため,既知のサンプルを使う手順を必要とする。
多くの場合は,ボイドの原因究明及び除去に努めることが望ましい。

4.5 ボイドの分類

  いろいろなボイドを評価するために,ボイドの発生場所によってボイドを識別し,プロセス改善の是正
処置ができるようにボイドを分類する。BGA及びLGAのはんだ接合部中のボイドの位置による分類を,
表1に示す。
  ボイドの三つのタイプを,次に示す。
a) タイプC : 実装後のはんだボール中のボイド
b) タイプD : 実装後のパッケージとはんだボールとの界面にあるボイド
c) タイプE : 実装後の電子回路基板とはんだボールとの界面にあるボイド
  この規格は,実装後のはんだ接合部のボイドの評価基準及び電子回路基板に実装した部品のはんだ接合
部の信頼性の評価基準について規定する。現在のところ,実装前のボイドと実装後のボイドとの間に,具
体的因果関係が明確になっていないため,この規格は,実装前のBGAはんだボールの中のボイド(表C.1
のタイプA及びタイプB参照)には適用しない。

――――― [JIS C 61191-6 pdf 5] ―――――

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