JP2014222191A - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプについて、全体の組成と表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定できる蛍光Ｘ線分析装置を提供する。
【解決手段】基板３ａ上にＳｎ−Ａｇ系の半田バンプ３ｂを形成した試料３にＸ線源１から１次Ｘ線２を照射して、発生する蛍光Ｘ線４の強度を検出手段９で測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、検出手段９で測定したＡｇ−Ｋα線の強度とＳｎ−Ｋα線の強度との比に基づいて、半田バンプ３ｂの全体における銀の濃度である全体濃度を求めるとともに、検出手段９で測定したＡｇ−Ｌα線の強度とＳｎ−Ｌα線の強度との比に基づいて、半田バンプ３ｂの表面における銀の濃度である表面濃度を求める定量手段１０と、全体濃度と表面濃度との差が所定値以下であるか否かによって、半田バンプ３ｂにおける偏析の評価を行う偏析評価手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｎ−Ａｇ系の半田バンプの組成について分析する蛍光Ｘ線分析装置に関する。

従来、半導体デバイスの電極として、半導体基板上に形成した鉛フリーのＳｎ−Ａｇ系の半田バンプが用いられているが（特許文献１参照）、半導体デバイスの歩留まりの維持、向上のために、基板上に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプの組成の管理が必要である。この組成の管理においては、半田バンプに偏析が少ないこと、つまり、半田バンプの全体の組成と半田バンプの表面の組成との差異が許容範囲内であることも求められる。

これに関連して、電子部品が実装されたプリント板ユニットに用いられているＳｎ−Ｐｂ系の鉛半田について、Ｓｎ−Ｋα線の分布とＳｎ−Ｌα線の分布の差分を取ることによって得たＳｎの分布と、Ｐｂの分布とが重なる場合に、Ｓｎ−Ｐｂ合金つまり鉛半田が、プリント板ユニットに実装された電子部品の表面ではなく、内部に存在すると判定する第１の従来技術がある（特許文献２参照）。第１の従来技術では、電子部品内部のＳｎ−Ｐｂ（高融点半田）の分布と、電子部品表面のＳｎ−Ｐｂ（電極めっきまたは実装半田）の分布とが表示される。

また、玩具のような消費者製品において、Ｐｂ−Ｌα線の測定強度とＰｂ−Ｌβ線の測定強度との比に基づいて、鉛が製品の表面にあるのか、内部にあるのかを判定する第２の従来技術もある（特許文献３参照）。

特許第４４２５７９９号公報 特開２００７−１６３１８３号公報 米国特許第８１５５２６８号明細書

しかし、Ｓｎ−Ａｇ系の半田バンプを形成した基板に第１の従来技術を適用しても、基板表面におけるＳｎ−Ａｇ合金の分布として、基板に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプの分布が表示されるのみで、半田バンプの全体の組成と半田バンプの表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定することはできない。また、Ｓｎ−Ａｇ系の半田バンプを形成した基板に第２の従来技術を適用しても、ＳｎまたはＡｇが、基板の表面にあることが確認されるのみで、半田バンプの全体の組成と半田バンプの表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定することはできない。

そこで、本発明は、基板上に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプについて、全体の組成と表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定できる蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、基板上にＳｎ−Ａｇ系の半田バンプを形成した試料にＸ線源から１次Ｘ線を照射して、発生する蛍光Ｘ線の強度を検出手段で測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、定量手段と偏析評価手段とを備える。前記定量手段は、前記検出手段で測定したＡｇ−Ｋα線の強度とＳｎ−Ｋα線の強度との比に基づいて、半田バンプの全体（表面のみならず内部も含めた全体）における銀の濃度である全体濃度を求めるとともに、前記検出手段で測定したＡｇ−Ｌα線の強度とＳｎ−Ｌα線の強度との比に基づいて、半田バンプの表面における銀の濃度である表面濃度を求める。前記偏析評価手段は、前記全体濃度と前記表面濃度との差が所定値以下であるか否かによって、半田バンプにおける偏析の評価を行う。

基板上に半田バンプが配列される密度は試料によって異なり、全体濃度が同じでも半田バンプの密度が高いと、Ａｇ−Ｋα線の測定強度は大きくなる。それゆえ、全体濃度を求めるにあたり、Ａｇ−Ｋα線の測定強度そのものに基づくと、正確に全体濃度を求めることができない。本発明によれば、まず、定量手段によって全体濃度を求めるにあたり、Ａｇ−Ｋα線の測定強度そのものに基づくのではなく、銀と共存する錫からのＳｎ−Ｋα線の測定強度との比に基づく。そのため、試料によって異なる基板上の半田バンプの密度の影響を受けることなく、正確に全体濃度を求めることができる。なお、Ｋα線を利用するのは、Ｋα線が半田バンプの表面のみならず内部も含めた全体から発生するからである。

同様に、定量手段によって半田バンプの表面における銀の濃度である表面濃度を求めるにあたっても、Ａｇ−Ｌα線の測定強度そのものに基づくのではなく、Ｓｎ−Ｌα線の測定強度との比に基づくので、正確に表面濃度を求めることができる。なお、Ｌα線を利用するのは、Ｌα線が半田バンプの表面（厳密には表面近傍）のみから発生するからである。そして、偏析評価手段が、正確に求められた全体濃度と表面濃度との差が所定値以下であるか否かによって、半田バンプにおける偏析の評価を行うので、基板上に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプについて、全体の組成と表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定できる。

本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置を示す概略図である。 図１の試料の部分拡大図である。

以下、本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置について、図にしたがって説明する。図１に示すように、この装置は、試料台８に載置された試料３にＸ線管などのＸ線源１から１次Ｘ線２を照射して、発生する蛍光Ｘ線４の強度を検出手段９で測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、定量手段１０と偏析評価手段１１とを備える。定量手段１０および偏析評価手段１１は、具体的には、コンピューターおよびそれに接続された入出力機器で構成される。

検出手段９は、試料３から発生する蛍光Ｘ線４を分光する分光素子５と、分光された蛍光Ｘ線６ごとにその強度を測定する検出器７で構成される。なお、分光素子５を用いる検出手段９には、測定する蛍光Ｘ線４の波長が固定された固定型と、測定する蛍光Ｘ線４の波長を走査できる走査型とがあるが、必要に応じ、いずれをいくつ備えてもよい。また、分光素子５を用いずに、エネルギー分解能の高い検出器を検出手段とすることもできる。

分析対象である試料３は、図２の部分拡大図に示すように、基板３ａとその上に形成された多数のＳｎ−Ａｇ系の半田バンプ３ｂで構成されている。半田バンプ３ｂは、図２の紙面における左右方向および奥方向に多数配列されている。基板３ａ上に半田バンプ３ｂが配列される密度（基板３ａの単位面積あたりの半田バンプ３ｂの数）は、試料３によって異なる。

図１の定量手段１０は、まず、検出手段９で測定したＡｇ−Ｋα線の強度とＳｎ−Ｋα線の強度との比に基づいて、周知の検量線法により、つまりあらかじめ標準試料を用いて作成しておいた検量線を適用して、半田バンプ３ｂの全体（半田バンプ３ｂの表面のみならず内部も含めた全体）における銀の濃度である全体濃度Ｃt （％）を求める。

ここで、Ｋα線を利用するのは、Ｋα線が半田バンプ３ｂの表面のみならず内部も含めた全体から発生するからである。また、Ａｇ−Ｋα線の測定強度とＳｎ−Ｋα線の測定強度との比に基づくのは、以下の理由による。全体濃度Ｃt が同じでも半田バンプ３ｂの密度が高いと、Ａｇ−Ｋα線の測定強度は大きくなる。それゆえ、全体濃度Ｃt を求めるにあたり、Ａｇ−Ｋα線の測定強度そのものに基づくと、正確に全体濃度Ｃt を求めることができない。そこで、Ａｇ−Ｋα線の測定強度そのものに基づくのではなく、銀と共存する錫からのＳｎ−Ｋα線の測定強度との比に基づくこととした。これにより、半田バンプ３ｂの密度の影響を受けることなく、正確に全体濃度Ｃt を求めることができる。

また、定量手段１０は、検出手段９で測定したＡｇ−Ｌα線の強度とＳｎ−Ｌα線の強度との比に基づいて、やはり周知の検量線法により、半田バンプ３ｂの表面における銀の濃度である表面濃度Ｃs （％）を求める。ここで、Ｌα線を利用するのは、Ｌα線が半田バンプ３ｂの表面（厳密には表面近傍）のみから発生するからである。また、表面濃度Ｃs を求めるにあたっても、Ａｇ−Ｌα線の測定強度そのものに基づくのではなく、Ｓｎ−Ｌα線の測定強度との比に基づくので、正確に表面濃度Ｃs を求めることができる。

そして、偏析評価手段１１は、全体濃度Ｃt と表面濃度Ｃs との差（両数値の大きい方から小さい方を引いた値）つまり｜Ｃt −Ｃs ｜が、所定値以下であるか否かによって、半田バンプ３ｂにおける偏析の評価を行う。例えば、所定値を０．１とすると、｜Ｃt −Ｃs ｜≦０．１の場合は、半田バンプ３ｂにおける偏析の程度が許容範囲内であると評価し、｜Ｃt −Ｃs ｜＞０．１の場合は、半田バンプ３ｂにおける偏析の程度が許容範囲を超えていると評価する。評価の結果は、例えば、図示しない液晶ディスプレイに表示される。

なお、全体濃度Ｃt および表面濃度Ｃs は、試料３において、１次Ｘ線２が照射され、かつ検出手段９が見込んでいる領域についての値であるので、必要に応じて、試料３をＸ線源１および検出手段９に対して移動させ、上述の検出手段９による測定、定量手段１０および偏析評価手段１１の動作を繰り返す。

以上のように、本実施形態の装置によれば、全体濃度Ｃt および表面濃度Ｃs が正確に求められ、両者の差｜Ｃt −Ｃs ｜が所定値以下であるか否かによって、半田バンプ３ｂにおける偏析の評価を行うので、基板３ａ上に形成したＳｎ−Ａｇ系の半田バンプ３ｂについて、全体の組成と表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定できる。

なお、全体濃度Ｃt および／または表面濃度Ｃs が所定の許容範囲内であるか否かの判定を併せて行ってもよいし、その判定が許容範囲内のときにのみ、全体の組成と表面の組成との差異が許容範囲内であるか否かを判定してもよい。

１ Ｘ線源
２ １次Ｘ線
３ 試料
３ａ 基板
３ｂ 半田バンプ
４ 蛍光Ｘ線
９ 検出手段
１０ 定量手段
１１ 偏析評価手段

Claims (1)

1. 基板上にＳｎ−Ａｇ系の半田バンプを形成した試料にＸ線源から１次Ｘ線を照射して、発生する蛍光Ｘ線の強度を検出手段で測定する蛍光Ｘ線分析装置であって、
   前記検出手段で測定したＡｇ−Ｋα線の強度とＳｎ−Ｋα線の強度との比に基づいて、半田バンプの全体における銀の濃度である全体濃度を求めるとともに、前記検出手段で測定したＡｇ−Ｌα線の強度とＳｎ−Ｌα線の強度との比に基づいて、半田バンプの表面における銀の濃度である表面濃度を求める定量手段と、
   前記全体濃度と前記表面濃度との差が所定値以下であるか否かによって、半田バンプにおける偏析の評価を行う偏析評価手段とを備えた蛍光Ｘ線分析装置。

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