(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品がはんだ接続部を介して実装された回路基板を評価するための加熱冷却試験方法であって、
前記電子部品の上に載せられたレーザ吸収体に、レーザビームを照射して加熱することにより前記電子部品を昇温させる、昇温ステップと、
前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の面から、冷却装置によって前記電子部品を冷却する、冷却ステップと、
前記昇温ステップおよび前記冷却ステップを交互に繰り返す繰り返しステップとを備え、
前記昇温ステップでは、温度測定器で測定した前記電子部品の温度と予め設定された温度プロファイルの加熱曲線とを照らし合わせ、前記測定された電子部品の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記レーザビームを制御し、
前記冷却ステップでは、温度測定器で測定した前記はんだ接続部の温度と予め設定された温度プロファイルの冷却曲線とを照らし合わせ、前記測定されたはんだ接続部の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記冷却装置を制御する、加熱冷却試験方法。
【請求項２】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価するための加熱冷却試験方法であって、
前記電子部品の上に載せられたレーザ吸収体に、レーザビームを照射して加熱することにより前記電子部品を昇温させる、昇温ステップと、
前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の面から、冷却装置によって前記電子部品を冷却する、冷却ステップと、
前記昇温ステップおよび前記冷却ステップを交互に繰り返す繰り返しステップとを備え、
前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、加熱冷却試験方法。
【請求項３】
前記レーザ吸収体の下面は、前記電子部品の上面外形よりも大きい、請求項１または２に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項４】
前記レーザ吸収体の下面は、前記電子部品の上面に接触しており、
前記レーザ吸収体は、前記下面に平行な面方向の熱伝導率が、前記下面に垂直な面方向の熱伝導率よりも大きい異方性熱伝導体である、請求項１または２に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項５】
前記昇温ステップでは、前記レーザビームを前記レーザ吸収体に照射する際、前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、請求項１に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項６】
前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体に照射する、請求項１に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項７】
前記昇温ステップでは、前記ガルバノミラーによって前記レーザビームを前記レーザ吸収体の上面全体に亘って平面的に走査させて、前記レーザビームを前記レーザ吸収体に照射する、請求項２または６に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項８】
前記冷却装置は、固体冷却体であり、
前記冷却ステップでは、前記固体冷却体に設置されている局所冷却プレートを、前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の前記面の、前記電子部品に対応するそれぞれの位置に接触させることによって冷却する、請求項１または２に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項９】
前記回路基板および前記冷却装置は密閉された槽の中に設置され、前記槽の少なくとも一部は前記レーザビームに対して透過性のある材料で構成され、
前記昇温ステップでは、前記槽の外部から、前記透過性のある材料で構成された部分を介して、前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体に前記レーザビームを照射する、請求項１または２に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１０】
前記槽内の雰囲気を、低湿度雰囲気、真空雰囲気、および不活性雰囲気のいずれかに変更することができる、請求項９に記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１１】
複数の電子部品がはんだ接続部を介して実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
レーザビームを発振させるレーザ発振器と、
前記レーザビームを整形するビーム整形光学系と、
前記回路基板を、前記電子部品が実装されていない側の面から冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を測定する第１温度測定器と、
前記はんだ接続部の温度を測定する第２温度測定器と、
前記電子部品の上面に載せられるレーザ吸収体と、
前記電子部品の上面に載せられた前記レーザ吸収体の上面に前記レーザビームを照射して前記電子部品を昇温させる昇温ステップ、および前記電子部品を冷却する冷却ステップを繰り返し行なわせる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記昇温ステップでは、前記第１温度測定器で測定した前記電子部品の温度と予め設定された温度プロファイルの加熱曲線とを照らし合わせ、前記測定された電子部品の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記レーザビームを制御し、
前記冷却ステップでは、第２温度測定器で測定した前記はんだ接続部の温度と予め設定された温度プロファイルの冷却曲線とを照らし合わせ、前記測定されたはんだ接続部の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記冷却装置を制御する、加熱冷却試験装置。
【請求項１２】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
レーザビームを発振させるレーザ発振器と、
前記レーザビームを整形するビーム整形光学系と、
前記回路基板を、前記電子部品が実装されていない側の面から冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を測定する温度測定器と、
前記電子部品の上面に載せられるレーザ吸収体と、
前記電子部品の上面に載せられた前記レーザ吸収体の上面に前記レーザビームを照射して前記電子部品を昇温させる昇温ステップ、および前記電子部品を冷却する冷却ステップを繰り返し行なわせる制御装置と、
前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品に載せられる前記レーザ吸収体に照射することができるガルバノミラーと、を備え、
前記制御装置は、前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、前記ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、加熱冷却試験装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームのレーザ出力および照射時間を制御し、また、前記ビーム整形光学系によって整形される前記レーザビームの形状を制御する、請求項１１または１２に記載の加熱冷却試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を回路基板に実装した後の接続信頼性試験に関し、特にはんだ接続部における接続信頼性試験の加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱冷却試験方法としては、電子部品を回路基板に実装した試験試料を大型の恒温炉に入れ、試験条件として低温および高温それぞれの保持時間を指定し、繰り返し温度サイクルの負荷を与えた後、所定のサイクル終了時に試験試料を取り出して温度サイクルによる導通抵抗やはんだ接合強度やはんだ接続部の金属組織の変化を調べることにより、接続信頼性の寿命を推定する方法が用いられてきた。導通抵抗を測定する場合は、恒温炉から試験試料を取り出すことなく連続で測定する方法も採られていた。
【０００３】
通常、温度サイクル条件は、電子機器の使用環境を想定し、加速係数を考慮のうえ設定される。一般的には、低温側の温度として−４０℃、高温側の温度として１２５℃、それぞれの温度における保持時間として３０分を設定する場合が多く、試験期間としては１０００サイクル以上実施される場合が多い。
【０００４】
しかし、上記した従来の信頼性試験では、低温側および高温側の所定温度における保持時間として、それぞれ３０分を設定する場合が多く、さらに試験期間として１０００サイクル以上実施される場合が多いため、試験結果が得られるまでに約３ヶ月以上の長期間を要し、製品開発の短縮が困難になるという問題点がある。
【０００５】
また、従来の信頼性試験においては、その雰囲気下に電子部品を実装した回路基板を置くため、回路基板全体の温度変化となるが、実使用状態においては電子部品単体での発熱による影響が大きく局所的な温度変化となるため、実使用環境と一致しない条件での試験となる問題がある。
【０００６】
これら従来の加熱冷却試験方法における問題点を解決するために、回路基板に直接ペルチェ素子を貼り付け、ペルチェ素子に流れる電流の制御により基板に局所的に低温および高温の温度負荷を繰り返し加え、局所的に温度サイクル負荷をかけながら試験試料の導通抵抗の変化を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１３に、特許文献１に記載された従来の加熱冷却試験方法を説明するための概略図を示す。
【０００８】
回路基板１０７に実装された電子部品１０８の上面に、ペルチェ素子１０１と熱電対１０２が貼り付けられている。
【０００９】
温度時間制御装置１０６から電流制御装置１０３に対して設定値に対応した信号が出力され、電流制御装置１０３からペルチェ素子１０１に設定された電流が流される。同時に熱電対１０２に生じた熱起電力による電位差を温度測定装置１０４により測定し、その電位差に対応した温度が測定されて温度時間制御装置１０６に入力される。
【００１０】
温度時間制御装置１０６では、測定された温度と設定された温度を比較および監視する。温度が設定値に達した後は、その温度における設定された保持時間の間、温度が一定になるように電流を制御し、設定された保持時間が経過すると、温度時間制御装置１０６から信号が出力され、電流制御装置１０３はペルチェ素子１０１に流す電流の向きを変え、もう一方の設定温度になるまで温度を変化させ、その温度における設定された保持時間が経過するまで制御する。
【００１１】
その後は、また電流の向きを変える。この一連の動作の繰り返しにより、試験試料に繰り返し温度サイクル試験を行う。
【００１２】
なお、導通抵抗測定装置１０５は、回路基板１０７または電子部品１０８の導通抵抗値を測定したい箇所に端子で接続されており、導通抵抗値の変化を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１３４６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記した従来の加熱冷却試験方法の構成では、回路基板上に実装された複数の小さな電子部品に対して、選択的に温度サイクルを与えるのは困難であった。
【００１５】
すなわち、ペルチェ素子１０１を面接触させて温度サイクルを与えるため、回路基板上の高さの異なる電子部品に対して、１つのペルチェ素子１０１によって同時に温度サイクルを与えることができない。
【００１６】
また、ペルチェ素子１０１の面積が大きいため、面接触した複数の小さな電子部品に対し選択的に温度サイクルを与えることができない。
【００１７】
また、従来の加熱冷却試験方法を用いて様々な形状の複数個の電子部品に対し同時に温度サイクルを与えるには、その個数だけのペルチェ素子１０１と電流制御装置１０３が必要となり、非現実的な試験方法となってしまう。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、回路基板上に実装されている複数の電子部品に対して、同時にまたは個別に温度サイクルを与えることができる、加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
複数の電子部品がはんだ接続部を介して実装された回路基板を評価するための加熱冷却試験方法であって、
前記電子部品の上に載せられたレーザ吸収体に、レーザビームを照射して加熱することにより前記電子部品を昇温させる、昇温ステップと、
前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の面から、冷却装置によって前記電子部品を冷却する、冷却ステップと、
前記昇温ステップおよび前記冷却ステップを交互に繰り返す繰り返しステップとを備え、
前記昇温ステップでは、温度測定器で測定した前記電子部品の温度と予め設定された温度プロファイルの加熱曲線とを照らし合わせ、前記測定された電子部品の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記レーザビームを制御し、
前記冷却ステップでは、温度測定器で測定した前記はんだ接続部の温度と予め設定された温度プロファイルの冷却曲線とを照らし合わせ、前記測定されたはんだ接続部の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記冷却装置を制御する、加熱冷却試験方法である。
また、第２の本発明は、
複数の電子部品が実装された回路基板を評価するための加熱冷却試験方法であって、
前記電子部品の上に載せられたレーザ吸収体に、レーザビームを照射して加熱することにより前記電子部品を昇温させる、昇温ステップと、
前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の面から、冷却装置によって前記電子部品を冷却する、冷却ステップと、
前記昇温ステップおよび前記冷却ステップを交互に繰り返す繰り返しステップとを備え、
前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、加熱冷却試験方法である。
【００２０】
また、第３の本発明は、
前記レーザ吸収体の下面は、前記電子部品の上面外形よりも大きい、第１または第２の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２１】
また、第４の本発明は、
前記レーザ吸収体の下面は、前記電子部品の上面に接触しており、
前記レーザ吸収体は、前記下面に平行な面方向の熱伝導率が、前記下面に垂直な面方向の熱伝導率よりも大きい異方性熱伝導体である、第１または第２の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２３】
また、第５の本発明は、
前記昇温ステップでは、前記レーザビームを前記レーザ吸収体に照射する際、前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、第１の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２４】
また、第６の本発明は、
前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体に照射する、第１の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２５】
また、第７の本発明は、
前記昇温ステップでは、前記ガルバノミラーによって前記レーザビームを前記レーザ吸収体の上面全体に亘って平面的に走査させて、前記レーザビームを前記レーザ吸収体に照射する、第２または第６の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２６】
また、第８の本発明は、
前記冷却装置は、固体冷却体であり、
前記冷却ステップでは、前記固体冷却体に設置されている局所冷却プレートを、前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の前記面の、前記電子部品に対応するそれぞれの位置に接触させることによって冷却する、第１または第２の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２７】
また、第９の本発明は、
前記回路基板および前記冷却装置は密閉された槽の中に設置され、前記槽の少なくとも一部は前記レーザビームに対して透過性のある材料で構成され、
前記昇温ステップでは、前記槽の外部から、前記透過性のある材料で構成された部分を介して、前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体に前記レーザビームを照射する、第１または第２の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２８】
また、第１０の本発明は、
前記槽内の雰囲気を、低湿度雰囲気、真空雰囲気、および不活性雰囲気のいずれかに変更することができる、第９の本発明の加熱冷却試験方法である。
【００２９】
また、第１１の本発明は、
複数の電子部品がはんだ接続部を介して実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
レーザビームを発振させるレーザ発振器と、
前記レーザビームを整形するビーム整形光学系と、
前記回路基板を、前記電子部品が実装されていない側の面から冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を測定する第１温度測定器と、
前記はんだ接続部の温度を測定する第２温度測定器と、
前記電子部品の上面に載せられるレーザ吸収体と、
前記電子部品の上面に載せられた前記レーザ吸収体の上面に前記レーザビームを照射して前記電子部品を昇温させる昇温ステップ、および前記電子部品を冷却する冷却ステップを繰り返し行なわせる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記昇温ステップでは、前記第１温度測定器で測定した前記電子部品の温度と予め設定された温度プロファイルの加熱曲線とを照らし合わせ、前記測定された電子部品の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記レーザビームを制御し、
前記冷却ステップでは、第２温度測定器で測定した前記はんだ接続部の温度と予め設定された温度プロファイルの冷却曲線とを照らし合わせ、前記測定されたはんだ接続部の温度を、前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近づけるように前記冷却装置を制御する、加熱冷却試験装置である。
また、第１２の本発明は、
複数の電子部品が実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
レーザビームを発振させるレーザ発振器と、
前記レーザビームを整形するビーム整形光学系と、
前記回路基板を、前記電子部品が実装されていない側の面から冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を測定する温度測定器と、
前記電子部品の上面に載せられるレーザ吸収体と、
前記電子部品の上面に載せられた前記レーザ吸収体の上面に前記レーザビームを照射して前記電子部品を昇温させる昇温ステップ、および前記電子部品を冷却する冷却ステップを繰り返し行なわせる制御装置と、
前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品に載せられる前記レーザ吸収体に照射することができるガルバノミラーと、を備え、
前記制御装置は、前記昇温ステップでは、前記回路基板上に実装されている複数の前記電子部品に対して、前記ガルバノミラーで前記レーザビームの照射位置を制御して、任意の前記電子部品の上に載せられた前記レーザ吸収体の上面の、前記電子部品の発熱源の真上に位置する部分に前記レーザビームを照射する、加熱冷却試験装置である。
【００３０】
また、第１３の本発明は、
前記制御装置は、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームのレーザ出力および照射時間を制御し、また、前記ビーム整形光学系によって整形される前記レーザビームの形状を制御する、第１１または第１２の本発明の加熱冷却試験装置である。
【００３１】
尚、本発明に関連する発明は、
複数の電子部品が実装された回路基板を評価するための加熱冷却試験方法であって、
前記電子部品の上に載せられたレーザ吸収体に、レーザビームを照射して加熱することにより前記電子部品を昇温させる、昇温ステップと、
前記回路基板の前記電子部品が実装されていない側の面から、冷却装置によって前記電子部品を冷却する、冷却ステップと、
前記昇温ステップおよび前記冷却ステップを交互に繰り返す繰り返しステップとを備え、
前記昇温ステップでは、前記電子部品の表面温度の測定値に基づいて、少なくとも前記電子部品の最高温度および前記最高温度の保持時間を制御し、
前記冷却ステップでは、前記測定値に基づいて、少なくとも前記電子部品の最低温度および前記最低温度の保持時間を制御する、加熱冷却試験方法である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、回路基板上に実装されている複数の電子部品に対して、同時にまたは個別に温度サイクルを与えることができる、加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における加熱冷却試験装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における加熱冷却試験装置の加熱時の構成図
【図３】レーザ吸収体を使用していない時の加熱時の温度変化を示す図
【図４】レーザ吸収体を使用していない時の加熱時の温度変化を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における加熱時の温度変化を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における加熱時の温度変化を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における加熱冷却試験装置の冷却時の構成図
【図８】本発明の実施の形態１における加熱冷却時の温度変化を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における加熱冷却試験装置の要部の断面構成図
【図１０】本発明の実施の形態３における加熱冷却試験装置の加熱時の構成図
【図１１】本発明の実施の形態４における加熱冷却試験装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態５における加熱冷却試験装置の構成図
【図１３】従来の加熱冷却試験方法を説明するための概略図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１２に基づいて説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における加熱冷却試験方法の実施に使用する加熱冷却試験装置の構成図を示す。
【００３６】
本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０の概要は、複数の電子部品６ａ〜６ｅが実装された回路基板５において、電子部品６ａ〜６ｅの上表面にレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅを載せ、レーザ発振器１から出たレーザビーム３をビーム整形光学系２で整形させ、レーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに照射して加熱させ、レーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅからの熱伝導により電子部品６ａ〜６ｅを昇温させ、その後レーザビーム３の照射を停止すると共に、電子部品６ａ〜６ｅが実装されている反対側から回路基板５に固体冷却体（ペルチェ素子９）を接触させて、電子部品６ａ〜６ｅを冷却する温度サイクルを繰り返すものである。
【００３７】
図１において、試験試料は、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅが表面に実装された回路基板５であって、この回路基板５を試験する加熱冷却試験装置２０は次のように構成されている。
【００３８】
電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの上表面には、それらの上面の外形より大きなサイズのレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅが、熱伝導ペーストを介してそれらの上面を包含するように載せられている。例えば同じ電子部品６ｃ、６ｄが隣接していると、それらの表面に載せるレーザ吸収体７ｃは、共通化を図り１個にまとめることもできる。
【００３９】
本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０には、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを加熱するためのレーザ発振器１と、レーザビーム３を整形するビーム整形光学系２が設けられている。
【００４０】
更に、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの上に載せたレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅにレーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅを照射するために、レーザビーム３を偏向させるガルバノミラー４がレーザビーム３の光軸上に設置されている。
【００４１】
また、回路基板５の下方には、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを冷却するために、固体冷却体であるペルチェ素子９が設置されている。更に、そのペルチェ素子９には、そのペルチェ素子９を回路基板５の方向に昇降して回路基板５の下面に接触させる機構を持つ昇降機１１が取り付けられている。
【００４２】
また、図１に示すように、回路基板５上には、コネクターなどの突起物１０も設けられている。
【００４３】
なお、ペルチェ素子９が、本発明の冷却装置の一例にあたる。
【００４４】
次に、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０における加熱時の試験方法を、図２を用いて説明する。
【００４５】
図２は、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０の加熱時の構成図を示している。図２では、わかりやすく説明するために、電子部品に関しては１個の電子部品６ｂのみを表示している。
【００４６】
回路基板５上に、電子部品６ｂがはんだ接続部８ｂを介して実装されており、その電子部品６ｂの上表面に電子部品６ｂの上面の外形より大きなサイズのレーザ吸収体７ｂが熱伝導ペーストを介して載せられている。
【００４７】
具体的には、電子部品６ｂは上面が１辺３０ｍｍ角のＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）の半導体パッケージであり、はんだ接続部８ｂは数十個からなるはんだボールで形成されており、レーザ吸収体７ｂのサイズは１辺３５ｍｍ角、厚み２ｍｍとなっている。
【００４８】
更に、電子部品６ｂにはその表面温度を測定する温度測定器１２ａが取り付けられており、はんだ接続部８ｂにはその表面温度を測定する温度測定器１２ｂが取り付けられている。温度測定器１２ａ、１２ｂとして、接触式の熱電対や、熱放射光を利用した非接触式温度測定器がある。
【００４９】
回路基板５の下方にあるペルチェ素子９は、電子部品６ｂの加熱時には回路基板５と接触はしていない。
【００５０】
また、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０の制御装置１３には、電子部品６ｂとはんだ接続部８ｂの温度測定機能、レーザ発振器１の出力制御機能、ビーム整形光学系２のビーム形状制御機能、ペルチェ素子９の温度制御機能、ペルチェ素子９の昇降機１１の昇降制御機能、及び、温度サイクル制御機能がある。
【００５１】
まず、レーザ発振器１から発振されたレーザビーム３は、ビーム整形光学系２で所定のレーザビーム形状に整形される。
【００５２】
次に、整形されたレーザビーム３は、ガルバノミラー４で偏向され、レーザビーム３ｂがレーザ吸収体７ｂに照射され加熱される。加熱されたレーザ吸収体７ｂからの熱伝導により、電子部品６ｂの温度が上昇し、その時の温度を温度測定器１２ａで測定する。また、加熱された電子部品６ｂからはんだ接続部８ｂを介して回路基板５へ熱が伝わり、そのはんだ接続部８ｂの温度を温度測定器１２ｂで測定する。
【００５３】
制御装置１３は、温度測定器１２ａで測定した電子部品６ｂの温度と、制御装置１３に予め設定された温度プロファイルの加熱曲線を照らし合わせて、加熱時には、温度測定器１２ａでの検出温度がその温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器１に出力の指示を与え、所定の最高温度に達した後は、その最高温度をその温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持するように指示を出す。
【００５４】
このように、制御装置１３が、温度プロファイルの加熱曲線に合わせて加熱制御し、温度プロファイルに設定されている時間だけ最高温度を維持させる制御が、本発明の昇温ステップの一例にあたる。
【００５５】
本実施の形態１のレーザ吸収体７ｂは、レーザビーム３ｂの熱エネルギを吸収する材料であり、かつ、レーザビーム３ｂの熱エネルギで損傷しない材料、例えば、鉄、銅、アルミなどの金属材料で構成されている。
【００５６】
電子部品６ｂは一般に樹脂モールドされており、電子部品６ｂの樹脂モールド部にレーザビーム３ｂを直接照射した場合、電子部品６ｂの樹脂モールド表面部分でレーザビーム３ｂの熱エネルギが吸収され、その樹脂モールド表面部分のみが急激に温度上昇し、例えば、表面温度が１６０℃以上になると焦げてしまうことがある。
【００５７】
図３および図４は、レーザ吸収体７ｂを使用せずに、レーザビーム３ｂを直接電子部品６ｂの樹脂モールド表面に照射して加熱した時の、電子部品６ｂおよびはんだ接続部８ｂの温度変化を示す図である。図３は、レーザ出力２０Ｗ時の各温度変化を示し、図４は、レーザ出力１８Ｗ時の各温度変化を示している。図３および図４において、Ｔ１は電子部品６ｂの温度変化曲線、Ｔ２ははんだ接続部８ｂの温度変化曲線を示している。
【００５８】
例えば、レーザ出力２０Ｗでレーザビーム３ｂを電子部品６ｂの樹脂モールド表面に直接照射し加熱させると、図３に示すような温度変化をしていく。つまり、レーザ照射後５分後に電子部品６ｂの温度Ｔ１は１６０℃に達し、電子部品６ｂの樹脂モールド部が焦げてしまう。尚、その時のはんだ接続部８ｂの温度Ｔ２は８０℃で、必要温度１０５℃まで達していない。
【００５９】
逆に、樹脂モールド表面部分を焦がさないようにレーザビーム３の出力を１８Ｗまで下げると、図４で示すように、電子部品６ｂの温度Ｔ１は１５０℃以下となるが、はんだ接続部８ｂの温度Ｔ２は飽和して１５分経過しても７０℃までしか上がらず、必要温度１０５℃まで達していない。この飽和状態は、電子部品６ｂへの投入エネルギと、電子部品６ｂおよび回路基板５からの放熱エネルギが均衡するため、はんだ接続部８ｂの温度はこれ以上上がらない。
【００６０】
ここで本実施の形態１では、電子部品６ｂの温度を必要温度まで上げるために、レーザビーム３の出力を上げて熱エネルギを電子部品６ｂに投入する際に、電子部品６ｂにレーザビーム３ｂの熱エネルギで損傷を受けないようなレーザ吸収体７ｂを載せてこの問題を解決している。
【００６１】
図５は、レーザ吸収体７ｂを用いた本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０における加熱時の、電子部品６ｂおよびはんだ接続部８ｂの温度変化を示す図である。
【００６２】
例えば、レーザ吸収体７ｂを使用したより具体的事例として、電子部品６ｂに対して、レーザ出力３０Ｗ、レーザビーム径φ３０ｍｍでレーザ吸収体７ｂに照射すると、図５に示すような温度変化をしていく。レーザ照射５分後には、電子部品６ｂの温度Ｔ１は電子部品６ｂが焦げない１５０℃に達し、はんだ接続部８ｂの温度Ｔ２は１０５℃に達し、その後１０分間、その温度を維持している。
【００６３】
なお、各図において、レーザビーム３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅを示す矢印は、光軸が通る位置を示している。この場合、電子部品６ｂの３０ｍｍ角の上面に載せられた３５ｍｍ角のレーザ吸収体７ｂのほぼ中央の位置にレーザビーム径φ３０ｍｍのレーザビーム３ｂが照射されるので、電子部品６ｂの上面全体に亘って加熱されるとともに、レーザ吸収体７ｂの外側の部分へは照射されず、電子部品６ｂのみが選択的に加熱される。
【００６４】
一方、これより短時間ではんだ接続部８ｂの温度を上げようとレーザ出力を上げると、電子部品６ｂの温度が１６０℃以上となりその樹脂モールド部が焦げてしまう。
【００６５】
短時間ではんだ接続部８ｂの温度を上げるには、レーザ吸収体７ｂとして、電子部品６ｂとの接触面と平行な面方向の熱伝導率が、電子部品６ｂとの接触面と垂直な方向の熱伝導率より大きい異方性熱伝導体、例えば、グラファイト材料などを使用すればよい。
【００６６】
このような異方性熱伝導体特性を持つレーザ吸収体７ｂにレーザビーム３ｂを照射すると、電子部品６ｂの接触面と平行なレーザ吸収体７ｂのレーザ照射側の表面内にすばやく均一に熱が伝わる一方で、厚み方向には直ぐに熱が伝わらないため、このレーザ吸収体７ｂに熱エネルギが蓄積される。その後、この熱エネルギは、レーザ吸収体７ｂの電子部品６ｂと接触している面側に伝わる。更に、レーザ吸収体７ｂと電子部品６ｂ間の熱伝導ペーストを介して、効率よく、電子部品６ｂのレーザ吸収体７ｂと接している面側に伝わり、電子部品６ｂのはんだ接続部８ｂの温度が上がる。
【００６７】
そのため、更にレーザ出力を上げても、レーザ吸収体７ｂに熱エネルギが蓄積されるため、電子部品６ｂの樹脂モールド部が焦げることなく、はんだ接続部８ｂの温度を上昇させることができる。
【００６８】
図６は、レーザ吸収体７ｂとして異方性熱伝導体を用いた本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０における加熱時の、電子部品６ｂおよびはんだ接続部８ｂの温度変化を示す図である。
【００６９】
その具体的事例として、電子部品６ｂに対して、レーザ出力４５Ｗ、レーザビーム径φ３０ｍｍでレーザ吸収体７ｂに照射すると、図６に示すような温度変化をしていく。レーザ照射２分後には、電子部品６ｂの温度Ｔ１は電子部品６ｂが焦げない１５０℃に達し、はんだ接続部８ｂの温度Ｔ２は１０５℃に達し、その後５．５分間、その温度を維持している。
【００７０】
次に、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０における冷却時の試験方法を、図７を用いて説明する。
【００７１】
図７は、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０の冷却時の構成図を示している。図７では、わかりやすく説明するために、電子部品に関しては１個の電子部品６ｂのみを表示している。
【００７２】
制御装置１３は、冷却時には、レーザ発振器１から発振するレーザビーム３を停止させると共に、ペルチェ素子９の昇降機１１を制御して、ペルチェ素子９を上昇させ、回路基板５の底面に接触させる。それと同時に、制御装置１３は、温度測定器１２ｂで測定したはんだ接続部８ｂの温度と、制御装置１３に予め設定された温度プロファイルの冷却曲線を照らし合わせて、冷却時には温度測定器１２ｂでの検出温度がその温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにペルチェ素子９への通電を制御して、所定の最低温度に達した後は、その最低温度をその温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持するようにペルチェ素子９への通電を制御する。
【００７３】
このように、制御装置１３が、温度プロファイルの冷却曲線に合わせて冷却制御し、温度プロファイルに設定されている時間だけ最低温度を維持させる制御が、本発明の冷却ステップの一例にあたる。
【００７４】
図８は、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０における加熱冷却時の、電子部品６ｂおよびはんだ接続部８ｂの温度変化を示す図である。
【００７５】
例えば、図８に示すように、冷却時にペルチェ素子９の温度を−４５℃に設定すると、７．５分間レーザ加熱した後にレーザ照射を停止し、ペルチェ素子９を回路基板５に接触させて２分間経過した９．５分の位置では電子部品６ｂの温度Ｔ１は−４０℃に達していた。加熱や冷却に要する時間は、それぞれ従来の大型試験槽では３０分程度を要していたものに比べて、約１／４に時間短縮できることがわかる。
【００７６】
そして、制御装置１３は、上記した昇温ステップと冷却ステップを、交互に所定回数行なうように制御して、所定回数の加熱冷却試験を実施する。この昇温ステップと冷却ステップを繰り返し行う処理が、本発明の繰り返しステップの一例にあたる。
【００７７】
なお、上記では、昇温ステップの後に冷却ステップを行なうこととして説明したが、繰り返しステップの最初に昇温ステップおよび冷却ステップのいずれを行うようにしてもよく、また繰り返しステップの最後に昇温ステップおよび冷却ステップのいずれを行うように制御してもよい。
【００７８】
本実施の形態１における上記の説明は、電子部品６ｂが１個だけの場合の事例であったが、ガルバノミラー４を動かしレーザビーム３の照射方向を変えることにより、図１における回路基板５上の任意の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの上のレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに個別にレーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅを照射することができる。また、任意の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに対して、制御装置１３により最適なレーザ条件を選択したり、レーザ発振器１に対してレーザ出力制御を行ったり、ビーム整形光学系２でレーザビーム３を整形したりすることで、任意の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの温度プロファイルを個別に制御することができる。
【００７９】
従来の加熱冷却試験では、複数個の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの加熱冷却試験を行うには、例えば、先ず初めに電子部品６ａに対して所定サイクルの加熱冷却試験を行い、次に、同様に、電子部品６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに対しても所定サイクルの加熱冷却試験を行なうことで、全電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの加熱冷却試験が完了する。
【００８０】
一方、本実施の形態１の加熱冷却試験装置２０の場合には、ガルバノミラー４を高速に走査して、複数個の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ上のレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに対して順番にレーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅを高速で繰返し照射することで、複数個の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを同時に昇温させることができる。
【００８１】
例えば、ガルバノミラー４を１Ｈｚの周期で高速に走査して位置決めを行ない、複数個の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ上のレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに対して順番にレーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅを１秒間弱だけ照射する。本実施の形態１の構成では、レーザ照射の対象となるレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅが４個あるため、各レーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに対して、４秒毎にレーザビーム３が１秒間だけ照射され、これが連続的に繰り返される。
【００８２】
例えば、１つの電子部品を昇温させるのに必要なレーザ出力に対してレーザ出力を４倍に上げることにより、４秒毎にレーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅが１秒間だけ照射されても、各レーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅは、連続照射時とほぼ同様な温度プロファイルで加熱させることができる。その後、ペルチェ素子９で、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを一気に冷却することができる。
【００８３】
従って、本実施の形態１の構成では、５個の電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに対して同時に加熱冷却試験を行うことができるため、従来に比べて１／５の時間で加熱冷却試験を行うことができる。
【００８４】
したがって、本実施の形態１の加熱冷却試験方法を利用すれば、回路基板５上に同じ電子部品をＮ個搭載して、それらのＮ個の電子部品に対して同時に同じレーザ照射条件で加熱し冷却させることにより、同じ加熱冷却条件でのＮ増し確認が１回の試験でできる。
【００８５】
また、同じ電子部品を搭載しても、各々の電子部品に対して異なるレーザ照射条件で同時に加熱させることができるため、異なった加熱条件での加熱冷却試験が１回の試験でできる。
【００８６】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２の加熱冷却試験装置の要部の断面構成図である。図２と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００８７】
図９は、電子部品６ｂ上のレーザ吸収体７ｂに対するレーザビーム３ｂのレーザ照射位置を示している。
【００８８】
実施の形態１では、図２に示すように、電子部品６ｂ上のレーザ吸収体７ｂのほぼ中央に光軸がくるようにレーザビーム３ｂを照射している。
【００８９】
しかし、あるＢＧＡの半導体パッケージからなる電子部品６ｂにおいては、その内部には、発熱源１４であるＩＣチップがレイアウト上、中央部からシフトして配置されている場合がある。そのような電子部品６ｂにおけるレーザ吸収体７ｂに対しては、その発熱源１４の真上の位置に光軸がくるようにレーザビーム３ｂを照射し電子部品６ｂを加熱すれば、より実使用状態に近い発熱状態が再現でき、より信頼性の高い加熱冷却試験が可能となる。
【００９０】
そこで、本実施の形態２の制御装置１３は、電子部品６ｂの発熱源１４の真上となるレーザ吸収体７ｂの位置にレーザビーム３ｂが照射されるように、ガルバノミラー４を制御している。
【００９１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３の加熱冷却試験装置２１の加熱時の構成図である。図２と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００９２】
本実施の形態３の制御装置１３は、図１０に示すように、電子部品６ｂ上のレーザ吸収体７ｂに対してレーザビーム３ｂを全面に走査させるようにガルバノミラー４を制御する。
【００９３】
実施の形態１および２の構成では、レーザビーム３ｂは、電子部品６ｂ上のレーザ吸収体７ｂの所定の位置に固定して照射しているため、照射するレーザビーム３ｂのレーザビーム径に対して相対的に電子部品６ｂの面積が大きい場合には、レーザ吸収体７ｂの全面に亘って完全に均一に加熱させることができない場合がある。
【００９４】
例えば、電子部品６ｂが３０ｍｍ角、レーザ吸収体７ｂが３５ｍｍ角の場合に、レーザビーム径がφ１０ｍｍのレーザビーム３ｂを照射した場合、電子部品６ｂ上面の中央付近は加熱されるものの、上面の外側部分までは十分に加熱されない。
【００９５】
一方、本実施の形態３の加熱冷却試験装置２１では、ガルバノミラー４を使って、電子部品６ｂ上のレーザ吸収体７ｂに対してレーザビーム３ｂを全面に走査させることで、大きな面積の電子部品６ｂでも概略均一に加熱させることができる。更に、ガルバノミラー４の走査領域は容易に自由に設定できるため、様々な形状やサイズの電子部品およびレーザ吸収体に対応することができる。
【００９６】
なお、レーザ吸収体７ｂ全面に亘ってレーザビーム３ｂの照射位置を走査させる際、レーザビーム３ｂがレーザ吸収体７ｂの外側にはみ出ない範囲で走査させるのが好ましい。レーザ吸収体７ｂの外側にレーザビーム３ｂの照射範囲がはみ出ると、レーザ吸収体７ｂの外側にある加熱する必要のない部品や基板面まで加熱されてしまうからである。
【００９７】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４の加熱冷却試験装置２２の構成図である。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００９８】
図１１は、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅに対して、選択的に冷却していることを示している。
【００９９】
実施の形態１では、図１に示すように、回路基板５の下面にペルチェ素子９が全面的に接触して冷却を行っている。
【０１００】
しかし、実際の回路基板５の下面には、別の電子部品やコネクターなどの突起物１０ａ、１０ｂがある場合があり、その場合には、回路基板５の下面にペルチェ素子９を全面的に接触させることができない。
【０１０１】
そのために、本実施の形態４の加熱冷却試験装置２２では、ペルチェ素子９の上面（回路基板５と接触する面上）に、冷却したい電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの下面外形のサイズより大きく、熱伝導性の良い、例えば、銅・アルミなどからなる局所冷却プレート１５ａ、１５ｂ、１５ｃを取り付けており、このようにすることで、回路基板５の下面の突起物１０ａ、１０ｂを回避すると共に、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを選択的に冷却させることができる。
【０１０２】
図１１に示す本実施の形態４の構成では、電子部品６ｅは冷却させたくないため、その下部のペルチェ素子９の位置には、局所冷却プレートは取り付けていない。
【０１０３】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５の加熱冷却試験装置２３の構成図である。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【０１０４】
本実施の形態５の加熱冷却試験装置２３は、図１２に示すように、主要部分が密閉可能な試験槽１６内に入れられており、レーザビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅは、試験槽１６の外周の一部に取り付けられた透過窓１７を通してレーザ吸収体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅに照射される。
【０１０５】
また、試験槽１６には、試験槽１６内部を真空にしたり、他の気体に置き換えたりすることができる、置換装置１８が設けられている。
【０１０６】
なお、試験槽１６が、本発明の密閉された槽の一例にあたり、透過窓１７が、本発明の、レーザビームに対して透過性のある材料で構成された部分の一例にあたる。
【０１０７】
実施の形態１〜４の加熱冷却試験装置では、大気中で、ペルチェ素子９を用いて、電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅを冷却しているため、冷却温度を−４５℃まで下げると、ペルチェ素子９が結露して、回路基板５や電子部品６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅへの冷却性能が低下する場合がある。
【０１０８】
それに対し、本実施の形態５の加熱冷却試験装置は、置換装置１８によって、試験槽１６内を低湿度雰囲気にしたり、真空雰囲気にしたり、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気にしたりすることで、結露を防止し、冷却性能の低下を防止することができる。
【０１０９】
なお、各実施の形態では、冷却装置としてペルチェ素子９を用いることとして説明したが、他の冷却装置を用いてもよい。例えば、回路基板５の下面に気体冷媒を通過させて冷却させるような構成であってもよい。
【０１１０】
以上に説明したように、本発明の加熱冷却試験方法を用いることにより、形状の異なる複数個の電子部品に対して、自己発熱と同様の熱伝導現象を起こすことで、実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることができるだけでなく、信頼性試験を短い時間で行うことができる。また、様々な形状の複数個の電子部品に対し同時に温度サイクルを与えたりすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置は、回路基板上に実装されている複数の電子部品に対して、同時にまたは個別に温度サイクルを与えることができる効果を有し、信頼性試験だけではなく、温度サイクルを付与する熱処理等の表面処理の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  レーザ発振器
２  ビーム整形光学系
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅ  レーザビーム
４  ガルバノミラー
５  回路基板
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ  電子部品
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅ  レーザ吸収体
８ａ、８ｂ  はんだ接続部
９  ペルチェ素子
１０、１０ａ、１０ｂ  突起物
１１  昇降機
１２ａ、１２ｂ  温度測定器
１３  制御装置
１４  発熱源
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  局所冷却プレート
１６  試験槽
１７  透過窓
１８  置換装置
２０、２１、２２、２３  加熱冷却試験装置
１０１  ペルチェ素子
１０２  熱電対
１０３  電流制御装置
１０４  温度測定装置
１０５  導通抵抗測定装置
１０６  温度時間制御装置
１０７  回路基板
１０８  電子部品
【図１】
0005552452.tif 000002
【図２】
0005552452.tif 000003
【図３】
0005552452.tif 000004
【図４】
0005552452.tif 000005
【図５】
0005552452.tif 000006
【図６】
0005552452.tif 000007
【図７】
0005552452.tif 000008
【図８】
0005552452.tif 000009
【図９】
0005552452.tif 000010
【図１０】
0005552452.tif 000011
【図１１】
0005552452.tif 000012
【図１２】
0005552452.tif 000013
【図１３】
0005552452.tif 000014