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2006年2月号
Semiconductor Packaging
XRFを使用したRoHSの検査技術
John Baliga
＊　＊　＊　＊
　欧州のRoHS要求施行が近づくにつれて、多くの企業がPbフリー対応の準備を整えている。サプライチェーンがスリム化し、サイクルタイムが短くなり、コンプライアンスの実際の課題はサプライヤがこれらの要求を満たすことができるかどうかになってきた。RoHSの検査には、今すぐにでも適用可能な技術の一つとして蛍光X線分光（XRF：X-ray Flueorescence Spectroscopy) 技術がある。
　XRFはすでにさまざまなアプリケーションに使われている。半導体前工程の工場では非破壊的で薄膜上の組成測定やバリア膜の破損検知にこの技術を適用している。RoHSコンプライアンスの検証には、化学分析が使われなければならないが、XRFはインラインツールとして使用可能であり、納入される部材や材料がスペックを満たしているかを検証するスクリーニング用途に使用することができる。
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　全ての材料に対する非破壊インラインテストを行うことで、不適合製品へのリスクが低減するためメーカーはより低い在庫水準を保つことができるようになる。
RoHSで制限されている物質は、Cd（<100ppm）、Pb（<1000ppm）、Hg（<1000ppm）、Cr6+（<1000ppm）、ポリ臭化ビフェニル（PBB<1000ppm）、ポリ臭化ジフェニルエーテル（PBDE<1000ppm）である。
　XRFでは、核に近い電子遷移から最も強い反応が得られるため、化学結合状態にかかわらず原子の識別が可能である。XRFはCrの検知が可能だが、有害なCr6+とその他のCrの区別がつかない。もしサンプル中のCrの総含有量がCr6+の制限以下だった場合、基準を達するということになる。これは電子部品製造で最も起こりうる状況だ。そうでない場合でのみ、破壊式の化学分析が必要になる。
　PBBとPBDEレベルのスクリーニングでも同じルールとなる。XRFは臭素サンプル内の割合を測定することが可能で、もし臭素の最大PBBとPBDEレベルが共に制限以下であれば、要求を満たしたということになる。
　多数のメーカーが半導体や電子業界にX線測定技術の提案を活発化している。XRF技術を電子部品のRoHS要求試験向けに現在提案している企業は、米Hepco社、仏Horiba Jobin Yvon社、米Innov-X Systems社、米Thermo Electron社、英Oxford Instrument社などがある。
　多くの企業が手持ち式のスキャン装置から、膜の組成プロファイルを検知するワークステーションまで、すでにXRF装置をRoHS対策使用向けに準備している。RoHS検証試験用のXRF分析装置は、ビームのスポットサイズ、ビームの強度、キャリブレーションによって優劣が決まる。
図　XRF分析はRoHSのスクリーニングにおいて重要な役割を担う。
（提供：米Oxford Instruments社）
　同質サンプルの組成を測定する必要があるため、ビームのスポットサイズは重要だ。例えば流動はんだ槽の中のはんだなど、バルク材料に対しては広いビームが適している。BGAやフリップチップ実装前のはんだバンプのPb成分測定にはバンプよりも小さいスポットサイズが必要だ。個別部品のリード仕上げ検査は適格試験の重要な一部と成りつつあり、結果を裏付けるためにビームはテストする仕上がり表面のみにだけ当てる必要がある。
　ビームが材料内にどれだけ深く入っていけるかを決定するために、ビーム強度も重要となる。Pbワイヤ上の仕上がり組成を確認するため、同質材料測定を確実に行うにはビームは表面の物質だけを貫通しなければならない。現在使用可能な装置に薄膜の組成をプロファイルできるものもある。この性能はスクリーニング目的というよりも製品開発段階で有益であろう。
　どの測定装置においてもキャリブレーションは重要だ。この用途でのキャリブレーションとXRF分析装置の感度について懸念される問題が明るみに出てきており、さらにはより精度の高いほかの方法があるともいわれている。しかしながらXRFはRoHS施行に向けて、全体のスクリーニングとテストを低コストで行う重要な装置となるであろう。

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