(57)【要約】【課題】ヒートサイクル試験の信頼性を向上する。【解決手段】熱サイクル試験装置１００は、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した基板３のアコースティックエミッション（ＡＥ）を検出するＡＥセンサ３１、基板３の変位を検出する変位センサ３３、及びＡＥセンサ３１が検出したＡＥ及び変位センサ３３が検出した変位の組を記録する記録部５１を備える。ＡＥセンサ３１により基板３内で発生するＡＥを検出することで、Ｈ／Ｃ試験における基板３の破壊の発生タイミングを特定し、変位センサ３３による基板３の変位の検出と合わせることで基板３の破壊メカニズムを特定することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物のアコースティックエミッションを検出するＡＥ検出部と、
前記試験対象物の変位を検出する変位検出部と、
前記ＡＥ検出部が検出したアコースティックエミッションおよび前記変位検出部が検出した変位の組を記録する記録部と
を備える熱サイクル試験装置。
【請求項２】
前記試験対象物を載置し、前記試験対象物の温度を制御するステージを更に備える請求項１に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項３】
前記ステージは、前記試験対象物を予め定められた周期Ｔ（秒）で繰り返し加熱および冷却できる請求項２に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項４】
熱サイクル試験中に前記試験対象物に接触してアコースティックエミッションを前記ＡＥ検出部へと伝搬させる導波体を更に備える請求項２または３に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項５】
前記導波体は、前記試験対象物と接触する接触面の面積が、前記ＡＥ検出部に接触する接触面の面積よりも小さい請求項４に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項６】
前記導波体は、円錐台状または角錐台状である請求項５に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項７】
前記導波体は、セラミックを材料とする請求項４から６のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項８】
前記変位検出部は、前記導波体を介して前記試験対象物の変位を検出する請求項４から７のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項９】
前記導波体は、前記試験対象物側の第１端面が前記試験対象物に押し当てられ、
前記ＡＥ検出部は、前記導波体における前記第１端面と反対側の第２端面に接して固定され、
前記変位検出部は、前記変位検出部に対する前記導波体および前記ＡＥ検出部の組の相対移動を検出する
請求項８に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１０】
前記導波体および前記ＡＥ検出部を吊り下げて支持する支持部を更に備え、
前記変位検出部は、前記導波体および前記ＡＥ検出部の上下動を検出する
請求項９に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１１】
前記支持部は、伸縮部材により前記導波体および前記ＡＥ検出部を吊り下げる請求項１０に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１２】
前記支持部は、前記伸縮部材の上端の位置を上下方向に調整可能に支持する請求項１１に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１３】
前記変位検出部は、差動トランスを有し、
前記ＡＥ検出部は、前記差動トランスの可動磁心に固定される
請求項８から１２のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１４】
前記変位検出部は、前記試験対象物の測定位置において測定した測定変位から前記ステージの基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する請求項２から１３のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１５】
前記変位検出部は、前記試験対象物の熱サイクル試験とは異なるキャリブレーションサイクル中に前記ステージにおける前記試験対象物を載置しない部分で測定した前記基準変位を、前記測定変位から減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する請求項１４に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１６】
前記変位検出部は、
前記試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物の前記測定位置に接して前記測定変位を測定する第１変位測定部と、
前記熱サイクル試験中に、前記ステージに接して前記基準変位を測定する第２変位測定部と
を有する請求項１４に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１７】
前記変位検出部は、
前記試験対象物の温度を上昇させている間において測定した前記測定変位から、前記ステージの温度を上昇させながら測定した第１の前記基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出し、
前記試験対象物の温度を下降させている間において測定した前記測定変位から、前記ステージの温度を下降させながら測定した第２の前記基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１８】
前記ステージは、
前記試験対象物を加熱可能に載置するヒートステージと、
前記ヒートステージにおける前記試験対象物を載置する面とは反対の面側に設けられた冷却部材を有し、前記ヒートステージを冷却する冷却部と
を有する請求項２から１７のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項１９】
前記冷却部は、前記冷却部材に冷却液を供給して前記ヒートステージを冷却する請求項１８に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２０】
前記冷却部は、前記ヒートステージにより前記試験対象物を加熱させている間においても前記冷却部材に冷却液を供給する請求項１８に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２１】
前記試験対象物、および当該熱サイクル試験装置における少なくとも前記試験対象物に接する部材を覆うチャンバを更に備える請求項１から２０のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２２】
前記チャンバの外側に設けられ、前記チャンバ内に充填するガスが前記チャンバの外部に漏れたことを検出するためのガスセンサを更に備える請求項２１に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２３】
前記記録部は、前記ＡＥ検出部が検出したアコースティックエミッションの時系列データおよび前記変位検出部が検出した変位の時系列データを記録する請求項１から２２のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２４】
前記記録部は、前記試験対象物に与えた温度の時系列データを更に記録する請求項２３に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２５】
熱サイクル試験中に検出した前記試験対象物のアコースティックエミッションが閾値を超えたことに応じて、前記試験対象物が破壊されたと判定する破壊判定部を更に備える請求項１から２４のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２６】
前記破壊判定部は、前記熱サイクル試験中に検出した前記試験対象物のアコースティックエミッションおよび変位に基づいて、前記試験対象物に生じた破壊の種類を更に判定する請求項２５に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２７】
前記破壊判定部は、前記試験対象物のアコースティックエミッションの周波数成分に基づいて、前記試験対象物における、前記複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを更に判定する請求項２５または２６に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２８】
前記記録部は、熱サイクル試験中に前記試験対象物を撮像した動画を更に記録する請求項１から２７のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
【請求項２９】
熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物のアコースティックエミッションを検出し、
前記熱サイクル試験中に、前記試験対象物の変位を検出し、
検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録する
熱サイクル試験方法。
【請求項３０】
前記試験対象物を予め定められた周期Ｔ（秒）で繰り返し加熱および冷却しながら実行される請求項２９に記載の熱サイクル試験方法。
【請求項３１】
前記試験対象物は、金属板、絶縁板および配線板を順に積層した基板であり、
前記基板を前記加熱により平坦にし、次に昇温中に反らせることにより、前記基板に熱負荷を与えながら実行される請求項３０に記載の熱サイクル試験方法。
【請求項３２】
基板を用意する工程と、
請求項３１に記載の熱サイクル試験方法により前記基板を試験する工程と、
前記試験する工程において選別した前記基板を用いて半導体装置を組み立てる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
コンピュータに
熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物のアコースティックエミッションを検出させ、
前記熱サイクル試験中に、前記試験対象物の変位を検出させ、
検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録させる
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル試験装置、熱サイクル試験方法、半導体装置の製造方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば太陽光発電、風力発電等の再生可能エネルギー分野、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車載分野、車両等の鉄道分野のような主幹産業分野において、パワー半導体モジュール（単に、半導体モジュール或いは半導体装置とも呼ぶ）が組み込まれたパワーコンディショナ（ＰＣＳ）、インバータ、スマートグリッド等の電力変換システムが採用されている。これらのシステムを安定に稼働することは主幹産業分野において特に重要であり、故に半導体モジュールの高い信頼性が求められる。ここで、半導体モジュールは、例えば高電圧及び大電流駆動に好適な絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を備える。近年では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体素子が実用化し、高温での動作が可能になったことから、半導体モジュールの信頼性として特に耐熱性が求められるようになった。
【０００３】
半導体モジュールの耐熱性を向上するために、半導体素子等を搭載する基板として、絶縁性セラミックスに銅基板を接合したDirect Copper Bonding（ＤＣＢ）基板を採用することができる。ここで、ＤＣＢ基板は、半導体モジュールに要求される性能、コスト等に応じて様々な材料、厚さ等のものが使用される。しかし、ＤＣＢ基板は、例えば半導体モジュールの製造工程におけるはんだ付け工程により熱履歴を受けるため、熱衝撃による破壊を受けること、或いは絶縁性セラミックスと銅基板との異なる線膨張係数に起因する残留応力の変化による破壊を受けることが懸念される。
【０００４】
そこで、半導体モジュールの信頼性を評価する方法として、例えば特許文献１及び２には、熱負荷等を加えつつ基板内から生じるアコースティック・エミッション（ＡＥ）を検出することにより、基板内にクラックが発生したことを検出する評価法が開示されている。ここで、ＡＥとは、基板内に蓄えられた歪みエネルギーを弾性波として放出する現象をいう。また、特許文献３及び４には、例えば−４０〜１２５℃の温度変化（ヒートサイクル）による熱負荷を基板に繰り返し与えて、基板内のクラックの発生及び成長を評価するヒートサイクル試験（Ｈ／Ｃ試験）が開示されている。
特許文献１  特開昭６１−９７５６６号公報
特許文献２  特開昭６３−２９８１５３号公報
特許文献３  特開２００９−１１７６１４号公報
特許文献４  特開２００３−１００９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｈ／Ｃ試験では、通常、検査対象の基板を加熱板上に載せて加熱し、次いで冷却板上に載せて冷却することで基板に熱負荷を加え、適宜試験を中断して基板の破壊の有無を目視で確認する。そのため、長い試験時間及び人的コストを要するという問題がある。また、初期の微小なクラックの発生、基板中のクラックの発生を見落とすおそれがある、クラックが発生するタイミングを特定できない、基板を移動して熱負荷を加えるため基板の変形量を測定することが困難であるという問題もある。
【０００６】
なお、上記のような熱負荷は半導体モジュールのみならず熱膨張率が異なる材料を接合した各種の接合体を破壊する要因となることから、このような接合体の試験に共通する課題でもある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（項目１）
熱サイクル試験装置は、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物のアコースティックエミッションを検出するＡＥ検出部を備えてよい。
熱サイクル試験装置は、試験対象物の変位を検出する変位検出部を備えてよい。
熱サイクル試験装置は、ＡＥ検出部が検出したアコースティックエミッションおよび変位検出部が検出した変位の組を記録する記録部を備えてよい。
【０００８】
（項目２）
熱サイクル試験装置は、試験対象物を載置し、試験対象物の温度を制御するステージを更に備えてよい。
【０００９】
（項目３）
ステージは、試験対象物を予め定められた周期Ｔ（秒）で繰り返し加熱および冷却できてよい。
【００１０】
（項目４）
熱サイクル試験装置は、熱サイクル試験中に試験対象物に接触してアコースティックエミッションをＡＥ検出部へと伝搬させる導波体を更に備えてよい。
【００１１】
（項目５）
導波体は、試験対象物と接触する接触面の面積が、ＡＥ検出部に接触する接触面の面積よりも小さくてよい。
【００１２】
（項目６）
導波体は、円錐台状または角錐台状であってよい。
【００１３】
（項目７）
導波体は、セラミックを材料としてよい。
【００１４】
（項目８）
変位検出部は、導波体を介して試験対象物の変位を検出してよい。
【００１５】
（項目９）
導波体は、試験対象物側の第１端面が試験対象物に押し当てられてよい。
ＡＥ検出部は、導波体における第１端面と反対側の第２端面に接して固定されてよい。
変位検出部は、変位検出部に対する導波体およびＡＥ検出部の組の相対移動を検出してよい。
【００１６】
（項目１０）
熱サイクル試験装置は、導波体およびＡＥ検出部を吊り下げて支持する支持部を更に備えてよい。
変位検出部は、導波体およびＡＥ検出部の上下動を検出してよい。
【００１７】
（項目１１）
支持部は、伸縮部材により導波体およびＡＥ検出部を吊り下げてよい。
【００１８】
（項目１２）
支持部は、伸縮部材の上端の位置を上下方向に調整可能に支持してよい。
【００１９】
（項目１３）
変位検出部は、差動トランスを有してよい。
ＡＥ検出部は、差動トランスの可動磁心に固定されてよい。
【００２０】
（項目１４）
変位検出部は、試験対象物の測定位置において測定した測定変位からステージの基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
【００２１】
（項目１５）
変位検出部は、試験対象物の熱サイクル試験とは異なるキャリブレーションサイクル中にステージにおける試験対象物を載置しない部分で測定した基準変位を、測定変位から減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
【００２２】
（項目１６）
変位検出部は、試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物の測定位置に接して測定変位を測定する第１変位測定部を有してよい。
変位検出部は、熱サイクル試験中に、ステージに接して基準変位を測定する第２変位測定部を有してよい。
【００２３】
（項目１７）
変位検出部は、試験対象物の温度を上昇させている間において測定した測定変位から、ステージの温度を上昇させながら測定した第１の基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
変位検出部は、試験対象物の温度を下降させている間において測定した測定変位から、ステージの温度を下降させながら測定した第２の基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
【００２４】
（項目１８）
ステージは、試験対象物を加熱可能に載置するヒートステージを有してよい。
ステージは、ヒートステージにおける試験対象物を載置する面とは反対の面側に設けられた冷却部材を有してよい。
熱サイクル試験装置は、ヒートステージを冷却する冷却部を有してよい。
【００２５】
（項目１９）
冷却部は、冷却部材に冷却液を供給してヒートステージを冷却してよい。
【００２６】
（項目２０）
冷却部は、ヒートステージにより試験対象物を加熱させている間においても冷却部材に冷却液を供給してよい。
【００２７】
（項目２１）
熱サイクル試験装置は、試験対象物、および当該熱サイクル試験装置における少なくとも試験対象物に接する部材を覆うチャンバを更に備えてよい。
【００２８】
（項目２２）
熱サイクル試験装置は、チャンバの外側に設けられ、チャンバ内に充填するガスがチャンバの外部に漏れたことを検出するためのガスセンサを更に備えてよい。
【００２９】
（項目２３）
記録部は、ＡＥ検出部が検出したアコースティックエミッションの時系列データおよび変位検出部が検出した変位の時系列データを記録してよい。
【００３０】
（項目２４）
記録部は、試験対象物に与えた温度の時系列データを更に記録してよい。
【００３１】
（項目２５）
熱サイクル試験装置は、熱サイクル試験中に検出した試験対象物のアコースティックエミッションが閾値を超えたことに応じて、試験対象物が破壊されたと判定する破壊判定部を更に備えてよい。
【００３２】
（項目２６）
破壊判定部は、熱サイクル試験中に検出した試験対象物のアコースティックエミッションおよび変位に基づいて、試験対象物に生じた破壊の種類を更に判定してよい。
【００３３】
（項目２７）
破壊判定部は、試験対象物のアコースティックエミッションの周波数成分に基づいて、試験対象物における、複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを更に判定してよい。
【００３４】
（項目２８）
記録部は、熱サイクル試験中に試験対象物を撮像した動画を更に記録してよい。
【００３５】
（項目２９）
熱サイクル試験方法では、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物のアコースティックエミッションを検出してよい。
熱サイクル試験方法では、熱サイクル試験中に、試験対象物の変位を検出してよい。
熱サイクル試験方法では、検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録してよい。
【００３６】
（項目３０）
熱サイクル試験方法では、試験対象物を予め定められた周期Ｔ（秒）で繰り返し加熱および冷却しながら実行されてよい。
【００３７】
（項目３１）
試験対象物は、金属板、絶縁板および配線板を順に積層した基板であってよい。
熱サイクル試験方法は、基板を加熱により平坦にし、次に昇温中に反らせることにより、基板に熱負荷を与えながら実行されてよい。
【００３８】
（項目３２）
半導体装置の製造方法は、基板を用意する工程を備えてよい。
半導体装置の製造方法は、項目３１に記載の熱サイクル試験方法により基板を試験する工程を備えてよい。
半導体装置の製造方法は、試験する工程において選別した基板を用いて半導体装置を組み立てる工程を備えてよい。
【００３９】
（項目３３）
プログラムは、コンピュータに、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物のアコースティックエミッションを検出させてよい。
プログラムは、コンピュータに、熱サイクル試験中に、試験対象物の変位を検出させてよい。
プログラムは、コンピュータに、検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録させてよい。
【００４０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係る熱サイクル試験装置の構成を示す。
【図２】熱サイクル試験装置の制御系の構成を示す。
【図３Ａ】基板の構成を上面視において示す。
【図３Ｂ】基板の変形状態を側面視において示す。
【図３Ｃ】加熱時における基板の変形状態を側面視において示す。
【図４】Ｈ／Ｃ試験の手順を示す。
【図５Ａ】Ｈ／Ｃ試験の結果の一例を示す。
【図５Ｂ】Ｈ／Ｃ試験の結果の別の例を示す。
【図５Ｃ】Ｈ／Ｃ試験の結果のさらに別の例を示す。
【図６】半導体装置の製造方法の手順を示す。
【図７】半導体装置の概略構成を示す。
【図８】本実施形態に係るコンピュータの構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００４３】
図１及び図２は、それぞれ、本実施形態に係る熱サイクル試験装置１００及び該装置の制御系の構成を示す。ここで、図１における上下方向を高さ方向とも呼ぶ。熱サイクル試験装置１００は、試験対象物のＨ／Ｃ試験を自動化することで試験時間を短く且つ人的コストを小さくし、Ｈ／Ｃ試験中に試験対象物内でのクラックの発生及びそのタイミング並びに試験対象物の変位を検出することで試験の信頼性を向上するだけでなく試験対象物の破壊メカニズムの分析を可能とすることを目的とする。熱サイクル試験装置１００は、チャンバ９、ガスセンサ８、フレーム１０、ステージ系２０、検出部３０、制御部５０、及び入出力部５９を備える。なお、熱サイクル試験装置１００は、ベースＢ上に支持されるものとする。
【００４４】
本実施形態に係る熱サイクル試験装置１００では、例えばＤＣＢ(Direct Copper Bonding)基板、ＡＭＢ(Active Metal Brazing)基板等、半導体装置において半導体素子等を搭載する任意の基板をＨ／Ｃ試験の試験対象物とする。
【００４５】
図３Ａに、基板３の構成の一例を示す。基板３は、絶縁板３ａ、金属板３ｂ、及び配線板３ｃを含む。絶縁板３ａは、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスから例えば０．２〜１ｍｍ厚に成形された板状部材である。金属板３ｂは、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、例えば０．１〜１ｍｍの膜厚で、例えば銀ろうを介して絶縁板３ａの裏面に接合されている。配線板３ｃは、金属板３ｂと同様に、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、銀ろうを介して絶縁板３ａのおもて面に接合されている。なお、銅には銅を主成分とする銅合金を、アルミニウムにはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金を、それぞれ含んでよい。
【００４６】
なお、配線板３ｃは、例えば３つの回路パターンを有する。１つめの回路パターンは、例えば半導体素子が搭載されるパターンであり、絶縁板３ａ上における図面下側（図１における左側）に配設される。２つめ及び３つめの回路パターンは、例えば導電性ポスト、端子等が立設されるパターンであり、絶縁板３ａ上における図面上側の左右（図１における右側の奥及び手前）に並設される。配線板３ｃ及び金属板３ｂの線膨張係数が等しく、配線板３ｃに対して金属板３ｂの体積が大きいと、図３Ｂに示すように基板３は常温時に上に凸形状になり、図３Ｃに示すように加熱されると平らになる。ここで、図３Ｂに示すように基板３の変位量Δを定義する。配線板３ｃに対して金属板３ｂの体積が大きい態様には、配線板３ｃと金属板３ｂの厚みが等しく、金属板３ｂの主面の面積が配線板３ｃの主面の面積より大きい態様を含んでよい。
【００４７】
なお、本実施形態では、熱サイクル試験装置１００によるＨ／Ｃ試験の試験対象物として基板３を採用するが、試験対象物は基板単体に限らず、熱膨張率が異なる複数の材料を接合したものを含めば半導体素子を搭載した基板であってもよいし、これを含んだ半導体装置であってもよい。また、半導体装置において使用される基板に限らず、任意の用途の基板であってもよい。
【００４８】
図１及び図２に戻り、チャンバ９は、基板３及び熱サイクル試験装置１００の構成各部、少なくとも基板３に接するステージ２１等の部材を覆う箱状部材である。チャンバ９は、例えばアクリルを用いて透明の箱状に成形することができる。それにより、チャンバ９内に基板３及び熱サイクル試験装置１００の構成各部を気密に収容し、内部を真空にする又は不活性ガス等を充填してＨ／Ｃ試験を行うことができるとともに、チャンバ９外から試験中の基板３及び熱サイクル試験装置１００の状態を視認することができる。
【００４９】
ガスセンサ８は、チャンバ９内に充填する不活性ガス等のガスを検出するセンサである。ガスセンサ８は、チャンバ９の外側に設けられる。これにより、チャンバ９内に充填するガスがチャンバ９の外部に漏れたことを検出することができる。なお、ガスセンサ８を含む警報器を設けてもよい。
【００５０】
フレーム１０は、熱サイクル試験装置１００の構成各部をベースＢ上に支持する構造体であり、ポール１１、天板１２、中板１３、支持部１４、支持部材１５、及び撮像装置１６を含んで構成される。
【００５１】
ポール１１は、天板１２及び中板１３をベースＢ上に支持する柱状部材であり、図面左右及び前後に各１つ（すなわち、計４つ）ベースＢ上に立設されている。
【００５２】
天板１２は、支持部１４を支持する板状部材であり、４つのポール１１の上端に固定支持されている。
【００５３】
支持部１４は、後述するアコースティック・エミッションセンサ３１、導波体３２等を含む検出部３０を天板１２から吊り下げ支持する部材群であり、支持部材１４ａ及び伸縮部材１４ｂを有する。支持部材１４ａは、伸縮部材１４ｂを天板１２の下面側に支持するブロック体である。支持部材１４ａは、天板１２に貫通して固定され、その下端を上下方向に移動して任意の位置で固定することができる。伸縮部材１４ｂは、例えばスプリングであり、その上端が支持部材１４ａの下端に上下方向に位置を調整可能に固定され、下端にて検出部３０（すなわち、差動トランスの可動磁心の上端）を吊り下げる。なお、伸縮部材１４ｂは、支持部材１４ａ及び検出部３０の間に取外し可能に固定されてもよい。伸縮部材１４ｂにより検出部３０を吊り下げてその重量が過度に基板３の局所範囲に加わるのを防止することで、検出部３０がその重量により基板３の本来の変位を阻害することなく変位に追従して熱負荷に伴う基板３の変位を計測することが可能となる。
【００５４】
中板１３は、支持部材１５を支持する板状部材であり、４つのポール１１の胴部に固定支持されている。中板１３の中央、すなわち天板１２に固定された支持部材１４ａの直下に、後述する差動トランスの可動磁心を上下動可能に上下方向に通す貫通孔１３ａが形成されている。
【００５５】
支持部材１５は、差動トランスのコイル部を中板１３上に固定支持する部材であり、中板１３に形成された貫通孔１３ａの縁部上に支持されている。
【００５６】
撮像装置１６は、Ｈ／Ｃ試験中にステージ２１上に支持された基板３を撮像する装置であり、ステージ２１の上面に向けて中板１３の下面に固定されている。その撮像結果、すなわち動画は制御部５０（記録部５１）に送信される。
【００５７】
ステージ系２０は、基板３を支持してこれを加熱及び冷却する装置群であり、ステージ２１、ステージ駆動部２３、加熱部２４、及び冷却部２５を含んで構成される。
【００５８】
ステージ２１は、その上面上に基板３を載置してその温度を制御するものであり、ヒートステージ２１ａ及び水冷冷却板２１ｂを有する。
【００５９】
ヒートステージ２１ａは、基板３を加熱可能に載置する部材であり、一例として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板状部材である。ヒートステージ２１ａの上面は、基板３を水平方向に位置決めするピン、支持部材等を有さない平面であってよい。ヒートステージ２１ａは、電熱線（不図示）及び温度センサ２２を有する。電熱線は、ヒートステージ２１ａ内部に張り巡らされ、後述する加熱部２４により通電されることで発熱し、ヒートステージ２１ａの全体を一様に例えば１００〜４００度の高温度に加熱する。温度センサ２２は、ヒートステージ２１ａの温度（ステージ２１上に載置される基板３の温度に等しい）を測定するセンサであり、例えば熱電対を採用することができる。その測定結果は制御部５０（記録部５１）に送信される。
【００６０】
水冷冷却板２１ｂは、ヒートステージ２１ａを冷却する冷却部材の一例であり、ヒートステージ２１ａにおける基板３が載置される上面とは反対の下面側にヒートステージ２１ａの下面に上面を密着して設けられている。水冷冷却板２１ｂは、その内部に張り巡らされるように流路が形成され、その流路に冷却液を供給することで例えば０〜２０度の低温度に冷却される。水冷冷却板２１ｂが冷却されることで、これに密着するヒートステージ２１ａが冷却される。なお、冷却液として冷却水に限らず任意の冷却液を用いてもよく、それにより水冷冷却板２１ｂを−１０〜２０度の低温度に冷却してもよい。
【００６１】
上述の構成のステージ２１により、基板３が載置されるヒートステージ２１ａを加熱するとともにヒートステージ２１ａの加熱を停めてこれに密着する水冷冷却板２１ｂを冷却することによりこれを介してヒートステージ２１ａを冷却する、つまり基板３が載置されるステージ２１を加熱及び冷却することで、基板３を載置したまま移動することなくこれを素早く加熱及び冷却することができる。
【００６２】
ステージ駆動部２３は、ステージ２１をベースＢ上に支持するとともにその上面に平行な方向に駆動する装置又は装置群である。ステージ駆動部２３は、例えば、ベースＢの上面内の一軸方向にステージ２１を駆動する第１の電導モータ及びこれを一軸方向に直交する方向に駆動する第２の電導モータから構成することができる。制御部５０により、撮像装置１６を用いて基板３を撮像してその位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を送信してステージ駆動部２３を制御することで、ステージ２１上に載置された基板３上の測定位置３ｄ（例えば、図３Ａに示す基板３の中心）を導波体３２の直下に位置決めすることができる。
【００６３】
加熱部２４は、制御部５０により制御されて、ヒートステージ２１ａ内に設けられた電熱線に通電することでヒートステージ２１ａを加熱する。
【００６４】
冷却部２５は、制御部５０により制御されて、配管２５ａを介して水冷冷却板２１ｂに冷却液を供給してこれを冷却することで、水冷冷却板２１ｂに密着するヒートステージ２１ａを冷却する。なお、冷却部２５は、水冷冷却板２１ｂから流出する冷却液を冷却して、水冷冷却板２１ｂに再度供給する、すなわち循環させてもよい。また、冷却部２５は、ヒートステージ２１ａにより基板３を加熱させている間においても、すなわち常時、水冷冷却板２１ｂに冷却液を供給してヒートステージ２１ａを冷却してもよい。
【００６５】
検出部３０は、Ｈ／Ｃ試験中に基板３内で発生するアコースティックエミッションを検出するとともに基板３の変位を検出する装置群であり、アコースティック・エミッションセンサ３１、導波体３２、及び変位センサ３３を含む。
【００６６】
アコースティック・エミッションセンサ（ＡＥセンサ）３１は、基板３のアコースティックエミッションを検出するセンサ（ＡＥ検出部の一例）である。ここで、ＡＥは、例えば数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの比較的高い周波数を有する。そこで、例えばピエゾ（ＰＺＴ）素子を採用することができ、ＡＥセンサ３１として、アルミナ等の絶縁物から形成された受波板、この上に配置されるＰＺＴ素子、及びこれを内部に収容するアルミニウム、ステンレス等の金属から成形されたシールドケース（いずれも不図示）を含んで構成されるセンサを採用することができる。ＰＺＴ素子から出力線がシールドケース外に延設され、これを介してＡＥの検出結果が制御部５０（記録部５１）に送信される。
【００６７】
なお、ＡＥセンサ３１は、把持部材３１ａにより上面側が把持され、変位センサ３３に固定される。
【００６８】
導波体３２は、基板３に接触してＡＥをＡＥセンサ３１へと伝搬させる部材である。ここで、ＡＥセンサ３１の耐熱温度は例えば１００℃であり、これに対して基板３はＨ／Ｃ試験において例えば４００℃の高温度になるため、ＡＥセンサ３１を基板３に接触させることができない。そこで、導波体３２を介することで、基板３の熱を伝えることなくＡＥのみをＡＥセンサ３１に伝えることができる。また、比較的高い周波数を有するＡＥは空気中で大きく減衰するため、導波体３２を介することにより基板３内で発生するＡＥをＡＥセンサ３１に効率良く伝えることができる。
【００６９】
導波体３２は、先端面が基板３に押し当てられ、基端面がＡＥセンサ３１の下面（すなわち、受波板）に接して固定される。導波体３２は、例えばセラミックを材料として円錐台状又は角錐台状に、すなわち基板３に接触する先端面の面積をＡＥセンサ３１に接触する基端面の面積よりも小さく形成することができる。基端面を大きくすることでＡＥセンサによりＡＥを効率良く検出することができ、先端面を小さくすることで後述するように基板３の局所的変位を検出することができる。また、斯かる形状により導波体３２は基板３に安定に接触するため、導波体３２を介して基板３の変位を高精度で測定することができる。
【００７０】
変位センサ３３は、基板３の変位を検出するセンサ（変位検出部の一例）であり、一例として差動トランスを採用することができる。差動トランスは、例えば円柱状の可動磁心及びこの側面を囲むコイル部を有する。可動磁心はコイル部に対して可動であり、可動磁心の位置に応じて変化するコイル起電圧よりコイル部に対する可動磁心の位置を検出することができる。可動磁心の上端は支持部１４の伸縮部材１４ｂの下端に取外し可能に固定され、下端はＡＥセンサ３１を把持する把持部材３１ａに固定される。
【００７１】
本実施形態の検出部３０では、変位センサ３３（差動トランスの可動磁心）は、ＡＥセンサ３１及び導波体３２を支持し、導波体３２の先端が基板３に当接した状態で支持部１４により吊り下げ支持される。変位センサ３３は、ＡＥセンサ３１及び導波体３２の上下動を検出することで、導波体３２を介してその先端面が当接する基板３の測定位置３ｄにおける高さ方向の変位を検出することができる。ここで、変位センサ３３は、支持部材１５により中板１３上に固定された差動トランスのコイル部に対するＡＥセンサ３１及び導波体３２の組の相対移動を検出する。変位センサ３３による基板３の変位の検出の詳細については後述する。
【００７２】
なお、支持部１４により天板１２に吊り下げ支持される検出部３０を複数設けてもよい。それにより、複数の検出部３０のそれぞれの導波体３２の先端を基板３の複数位置に当接してそれぞれのＡＥセンサ３１によりＡＥを検出することで、基板３内のＡＥの発生位置、すなわちクラックの発生位置を精密に特定することができるともに、基板３の複数位置における変位を検出することができる。また、基板３に変形があり、複数位置の高さが異なる場合、複数の検出部３０毎に支持部１４によるＡＥセンサ３１及び導波体３２の吊り下げ高さを変えてもよい。
【００７３】
制御部５０は、ステージ駆動部２３、加熱部２４、及び冷却部２５を制御するとともに、ＡＥの検出結果等に基づいて基板３の信頼性を評価する機能ユニットである。制御部５０は、記録部５１、指令部５２、破壊判定部５３を含む。制御部５０は、コンピュータ、マイクロコントローラ等を含む情報処理装置に、例えば不揮発性メモリ等の記憶装置或いはＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記憶された制御用プログラムを実行させることによって各機能部を発現する。
【００７４】
記録部５１は、ＡＥセンサ３１が検出したＡＥ及び変位センサ３３が検出した基板３の変位の組を記録する。ＡＥ及び基板３の変位の組は、例えば検出時刻に対する時系列データとして記録される。記録部５１は、さらに、温度センサ２２よりヒートステージ２１ａの温度、すなわち基板３に与えた温度の時系列データ、撮像装置１６よりＨ／Ｃ試験中に基板３を撮像した動画、ガスセンサ８よりガスの検出結果を記録してよい。
【００７５】
指令部５２は、記録部５１により記録された各種データに基づいてステージ駆動部２３、加熱部２４、及び冷却部２５を制御する。例えば、指令部５２は、基板３を撮像した動画より基板３又はステージ２１の位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を送信してステージ駆動部２３を制御することにより、ステージ２１をベースＢの上面に平行な方向に駆動する。それにより、例えば、ステージ２１上に載置された基板３上の測定位置３ｄを導波体３２の直下に位置決めすることができる。また、指令部５２は、ヒートステージ２１ａの温度の検出結果より目標温度を定めて加熱部２４及び冷却部２５を制御することで、ヒートステージ２１ａを加熱及び／又は水冷冷却板２１ｂを介してヒートステージ２１ａを冷却する。
【００７６】
破壊判定部５３は、Ｈ／Ｃ試験中に検出した基板３のＡＥの強度を閾値と比較し、ＡＥの強度が閾値を超えたことに応じてクラックが生じるなどして基板３が破壊されたと判定する。なお、破壊判定部５３は、ＡＥの強度が閾値を超えたことを確認した場合、指令部５２を介して、加熱部２４及び冷却部２５によりステージ２１の加熱及び冷却を停止してＨ／Ｃ試験を中止してよい。閾値は、入出力部５９を介して設定及び変更可能としてよい。
【００７７】
ここで、破壊判定部５３は、基板３のＡＥ及び変位に基づいて、基板３に生じた破壊の種類を判定する。基板３に生じる破壊の態様として、例えば金属板３ｂの角部から絶縁板３ａ内にクラックが入り、これが絶縁板３ａ内で徐々に傾きを変えて水平方向に進展するモード（このモードをＡモードと呼ぶ）及び金属板３ｂの端部から絶縁板３ａとの界面に沿って進展するモード（このモードをＢモードと呼ぶ）の２つの破壊モードがある。Ａモードの破壊では、クラックは、基板３の蓄積された変形により応力の閾値を超えた瞬間に絶縁板３ａ内を急速に、しかし狭い面積で進展するため、これにより発生するＡＥは小さい強度で、短い時間内で単発的に発生すると予想される。これに対して、Ｂモードの破壊では、クラックは、基板３の金属板３ｂと絶縁板３ａの界面剥離による大きな変形を生じながらクラックは広い範囲で進展するため、これにより発生するＡＥは大きな強度で連続的に多数回発生すると予想される。そこで、破壊判定部５３は、基板３の比較的小さな変形にともなって小さい強度のＡＥが検出された場合に基板３にＡモードの破壊が生じたと判定し、基板３の比較的急激な変形にともなって大きな強度のＡＥが検出された場合に基板３にＢモードの破壊が生じたと判定することができる。
【００７８】
さらに、破壊判定部５３は、基板３のＡＥの周波数成分に基づいて、試験対象物における複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを判定してもよい。ＡＥの周波数は破壊が生じた材料に応じて異なることから、基板３のＡＥの周波数成分を分析することでどの材料部分に破壊が生じたか判断することができる。
【００７９】
入出力部５９は、制御部５０に対してＨ／Ｃ試験の条件等のパラメータを入力するとともにＨ／Ｃ試験の試験結果を表示するための装置群である。入出力部５９は、マウス、キーボード等の入力デバイス、表示モニタ等の出力デバイスを有する。
【００８０】
変位センサ３３による基板３の変位の検出方法について説明する。
【００８１】
本実施形態に係る熱サイクル試験装置１００では、ステージ２１を加熱及び冷却することでその上に載置される基板３を加熱及び冷却する。そのため、変位センサ３３により検出される基板３の変位には、原理上、基板３の熱変形に伴う変位だけでなくステージ２１の熱膨張及び熱収縮に伴うステージ２１の変位も含まれ得る。ステージ２１の変位が無視できない程度である場合、変位センサ３３は、基板３の測定位置３ｄにおいて測定した変位（測定変位と呼ぶ）からステージ２１の変位（基準変位と呼ぶ）を減じることにより、基板３自体の変位を算出することとする。
【００８２】
基準変位は、変位センサ３３により、例えば、基板３のＨ／Ｃ試験とは異なるキャリブレーションサイクル中にステージ２１における基板３を載置しない部分の変位を測定することで得られる。得られた基準変位は制御部５０に送信されて記録部５１によりステージ２１の温度との組として記録され、Ｈ／Ｃ試験中に変位センサ３３により、測定変位を測定した際のステージ２１の温度に対応する基準変位が読み出される。
【００８３】
なお、基準変位は、ステージ２１の温度を上昇させるときと下降させるときとで異なることがある。そこで、ステージ２１の温度を上昇させながら基準変位（第１の基準変位と呼ぶ）を測定してよいし、これと独立にステージ２１の温度を下降させながら基準変位（第２の基準変位と呼ぶ）を測定してよい。変位センサ３３は、基板３の温度を上昇させている間において測定した測定変位から第１の基準変位を減じることにより、基板３自体の変位を算出し、基板３の温度を下降させている間において測定した測定変位から第２の基準変位を減じることにより、基板３自体の変位を算出してよい。
【００８４】
なお、検出部３０を複数設け、それらによりＨ／Ｃ試験中に基板の測定変位と基準変位とを測定してもよい。例えば、複数の検出部３０のうちの１つの検出部３０に含まれる変位センサ３３（第１変位測定部の一例）により、基板３のＨ／Ｃ試験中に、基板３の測定位置３ｄに導波体３２の先端を接して測定変位を測定し、複数の検出部３０のうちの別の検出部３０に含まれる変位センサ３３（第２変位測定部の一例）により、同じＨ／Ｃ試験中に、基板３を支持するステージ２１の基準位置（例えば、基板３の載置領域外の上面上の任意の位置）に導波体３２の先端を接して基準変位を測定してもよい。
【００８５】
図４は、本実施形態に係る熱サイクル試験装置１００によるＨ／Ｃ試験の手順を示す。
【００８６】
ステップＳ１では、ユーザにより、試験対象物である基板３をステージ２１上に載置する。
【００８７】
ステップＳ２では、ユーザにより、チャンバ９を用いて基板３及び熱サイクル試験装置１００の構成各部を覆ってこれらを密封し、チャンバ９内を真空にする又は不活性ガス等を充填する。
【００８８】
ステップＳ３では、基板３上の測定位置３ｄを導波体３２の直下に位置決めする。ユーザが入出力部５９より基板３の位置決めを指示することで、制御部５０は、撮像装置１６を用いて基板３を撮像してその位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を定めてステージ駆動部２３を制御する。それにより、ステージ駆動部２３は、基板３が載置されたステージ２１を駆動し、基板３上の測定位置３ｄを導波体３２の直下に位置決めする。
【００８９】
ステップＳ４では、基板３に対してＨ／Ｃ試験を実行する。Ｈ／Ｃ試験では、加熱部２４により基板３が載置されたステージ２１のヒートステージ２１ａを加熱して例えば約２６０度の高温度を３０秒間保持し、次いで冷却部２５によりステージ２１の水冷冷却板２１ｂを冷却して例えば約２０度の低温度を４５０秒間保持する。この１回のヒートサイクルを２０回以上繰り返して基板３に熱負荷を与えつつ、撮像装置１６により基板３を撮像し、温度センサ２２によりヒートステージ２１ａの温度を検出し、ＡＥセンサ３１により基板３のＡＥを検出し、変位センサ３３により基板３の変位を検出し、記録部５１によりこれらの検出結果の組を記録する。
【００９０】
なお、制御部５０は、予め定められた数のヒートサイクルを終了した場合、或いは破壊判定部５３により検出されたＡＥの強度が閾値を超えて基板３が破壊に至ったことが確認できた場合、Ｈ／Ｃ試験を終了する。制御部５０は、加熱部２４及び冷却部２５を停止し、ステージ駆動部２３を制御してステージ２１を導波体３２の直下から退避する。
【００９１】
ステップＳ５では、破壊判定部５３により、Ｈ／Ｃ試験の結果に基づいて基板３の破壊判定を行う。
【００９２】
図５Ａから図５Ｃは、３つの基板３（便宜上、それぞれ基板Ａ、Ｂ、及びＣと呼ぶ）に対するＨ／Ｃ試験の結果の一例を示す。なお、初期状態における変位をゼロとする。また、図５Ａは、試験開始から１４０００秒経過して基板Ａに変化が現れ始めた後の結果を示す。ここで、基板Ａ及びＢは、銅より形成された配線板３ｃ、窒化珪素より形成された絶縁板３ａ、及び銅より形成された金属板３ｂを積層したＡＭＢ基板である。配線板３ｃ、絶縁板３ａ、及び金属板３ｂの厚みはそれぞれ１．０ｍｍ、０．３ｍｍ、及び１．０ｍｍである。基板Ｃは、銅より形成された配線板３ｃ、窒化アルミニウムより形成された絶縁板３ａ、及び銅より形成された金属板３ｂを積層したＡＭＢ基板である。配線板３ｃ、絶縁板３ａ、及び金属板３ｂの厚みはそれぞれ０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．３ｍｍである。金属板３ｂの短辺及び長辺の長さはそれぞれ１７ｍｍ及び２１ｍｍである。
【００９３】
なお、Ｈ／Ｃ試験の条件は、基板Ａに対しては加熱温度を２６０℃、加熱と冷却の周期Ｔを５００秒とし、基板Ｂに対しては加熱温度を２６０℃、加熱と冷却の周期Ｔを５００秒とし、基板Ｃに対しては加熱温度を３５０℃、加熱と冷却の周期Ｔを４５０秒とした。基板３のＨ／Ｃ試験において、加熱の最高温度は４００℃以下、例えば３５０℃あるいは２６０℃であり、昇温速度は好ましくは５Ｋ／秒以下、加熱と冷却の周期Ｔは好ましくは３００秒以上であり、上限に特に制限はないが例えば４５０秒あるいは５００秒である。加熱時、予め設定した最高温度に到達したら直ちに冷却に移ってもよいし、所定の時間、最高温度を保持するようにしてもよい。
【００９４】
図５Ａの基板Ａは、１回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで測定位置３ｄを下方に変位し、冷却されることで上に凸状に変形して測定位置３ｄを上方に変位する。ここで、基板Ａは、短い加熱期間内に急激に下方に変位し、長い冷却期間内に緩やかに上方に変位している。ヒートサイクルを繰り返すことで、上方への変位量を増大している。
【００９５】
基板Ａに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、２つの破壊メカニズムによるＡＥの発生を確認することができる。一方は、基板Ａの加熱時であり、基板Ａが急激に変位している短い期間内に大きな強度のＡＥが集中して発生していることから、基板ＡにＢモードの破壊が発生したことがわかる。他方は、基板Ａの冷却時であり、基板Ａが緩やかに変位している長い期間内に小さい強度のＡＥが離散して発生していることから、基板ＡにＡモードの破壊が発生したことがわかる。破壊判定部５３は、基板Ａが急激に変位している期間内に発生した大きな強度のＡＥより基板ＡにＢモードの破壊が発生したと判定し、基板Ａが緩やかに変位している期間内に発生した小さい強度のＡＥより基板ＡにＡモードの破壊が発生したと判定する。
【００９６】
図５Ｂの基板Ｂは、１回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで測定位置３ｄを下方に変位し、冷却されることで上に凸状に変形して測定位置３ｄを上方に変位する。ここで、基板Ｂは、短い加熱期間内に急激に下方に変位し、長い冷却期間内の初期に急激に上方に変位し、その後変位をほぼ一定に維持している。ヒートサイクルを繰り返すことで、変位量を徐々に負の方向に増大している。
【００９７】
基板Ｂに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、１つの破壊メカニズムによるＡＥの発生を確認することができる。基板Ｂの加熱時であり、基板Ｂが急激に、ただし小さい変位量で変位している期間内に小さい強度のＡＥが幾つか発生していることから、基板ＢにＡモードの破壊が発生したことがわかる。破壊判定部５３は、基板Ｂが小さい変位量で変位している期間内に発生した小さい強度のＡＥより基板ＢにＡモードの破壊が発生したと判定する。
【００９８】
図５Ｃの基板Ｃは、１回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで期間１において測定位置３ｄが一旦下方に変位して初期状態又は直前の状態に比べて平坦になり、さらに加熱昇温されると続く期間２において上に凸状に変形して測定位置３ｄが上方に変位する。ここで、平坦になるとは初期状態又は直前の状態に比べて変位量Δが小さくなることを含んでよく、凸状に変形するとは変形前より変位量Δが大きくなることを含んでよい。続く期間３の冷却時にも凸状に変形した形状は維持される。ヒートサイクルを繰り返すことで、変位量を徐々に正の方向に増大しており、基板Ｃの反りは大きくなっている。ここで、基板Ｃは、室温において上向きに凸形状となっており（変位Δｉ）、ヒートサイクルにおいて、期間１の加熱期間内に室温時に比べ平坦になり（変位ΔＨ）、期間２の加熱昇温期間に再び反り（変位ΔＨ−Ｃ）、期間３の冷却時にも反りが維持され、熱負荷が与えられている。ここで、ΔＨ−Ｃ≧Δｉ＞ΔＨである。さらにヒートサイクルを繰り返すことで、変位の振幅が増大し、基板Ｃの反りが大きくなっている。
【００９９】
基板Ｃに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、基板Ｃの冷却時であり、基板Ｃが急激に、ただし小さい変位量で変位している期間内に小さい強度のＡＥが幾つか発生していることから、基板Ｂと同様に基板ＣにＡモードの破壊が発生したことがわかる。
【０１００】
破壊判定部５３による破壊判定を終了することで、基板３に対するＨ／Ｃ試験が終了する。
【０１０１】
なお、ステップＳ３からＳ５の処理は、制御部５０により、すなわちプログラム制御により自動化されている。上述のとおり基板３から発生するＡＥを検出することで、Ｈ／Ｃ試験における基板３の破壊の発生タイミングを特定し、基板３の変位の検出と合わせることで基板３の破壊メカニズムを特定することができる。
【０１０２】
なお、チャンバ９内に、ステージ２１上に載置してＨ／Ｃ試験を行う基板３を複数の基板の中から交換する交換装置を設けてもよい。それにより、チャンバ９内の気密を保持したまま複数の基板を続けてＨ／Ｃ試験することができる。
【０１０３】
図６は、Ｈ／Ｃ試験を利用した半導体装置１の製造方法の手順を示す。ステップＳ１１では、試験対象物として１又は複数の基板３を用意する。ステップＳ１２では、それらの基板３に対してＨ／Ｃ試験を実行し、基準を満たす基板３を選別する。ステップＳ１３では、ステップＳ１２において選別した基板３を用いて、公知の方法により半導体装置を組み立てる。
【０１０４】
図７は、半導体装置１の概略構成を示す。半導体装置１は、放熱板２ａ、ケース２ｂ、基板３、半導体素子４、端子５、ワイヤ６、及び封止樹脂７を備える。
【０１０５】
放熱板２ａは、放熱性の高い銅、アルミ炭化ケイ素複合材等から板状に形成され、半導体素子４が発する熱を排熱する部材である。
【０１０６】
ケース２ｂは、放熱板２ａの周縁上に立設される枠体であり、放熱板２ａとともに半導体装置１の構成各部を収容する筐体を構成する。
【０１０７】
基板３は、先述のとおり順に配線板３ｃ、絶縁板３ａ、金属板３ｂを積層した基板である。基板３は、はんだ層を介して放熱板２ａ上に接合される。
【０１０８】
半導体素子４は、例えばスイッチング素子であり、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等を採用することができる。半導体素子４は、一例として、おもて面及び裏面のそれぞれに電極を有する縦型の素子とする。半導体素子４は、はんだ層を介して基板３の配線板３ｃ上に接合される。
【０１０９】
端子５は、半導体素子４に外部信号を入力する又は半導体素子４から電流を外部に入出力するための入出力用端子である。端子５は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、下端を鉤状に屈曲した柱状又は平板状に成形されている。２つの端子５が、それぞれ、ケース２ｂの一側及び他側の内面に当接して固定されている。
【０１１０】
ワイヤ６は、半導体素子４の電極を端子５又は配線板３ｃに接続するワイヤ状の部材である。ワイヤ６は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属又は鉄アルミ合金等の導電性合金を用いて成形される。１つのワイヤ６は、半導体素子４のおもて面電極（例えばゲート電極）と図面右側の端子５の下端とを接続する。別の１つのワイヤ６は、半導体素子４の表面電極（例えば、ソース電極又はエミッタ電極）と配線板３ｃ（図面右側のパターン）とを接続する。さらに別の１つのワイヤ６は、配線板３ｃと図面左側の端子５の下端とを接続して、半導体素子４の裏面電極（例えばドレイン電極又はコレクタ電極）を端子５に接続する。
【０１１１】
封止樹脂７は、半導体装置１の構成各部を封止するための部材であり、一例としてエポキシ樹脂を用いることができる。封止樹脂７は、ケース２ｂ内（放熱板２ａ上）に基板３、半導体素子４、端子５、及びワイヤ６が設けられた後、それらの上に充填される。さらに、カバーをケース２ｂの側部上に載置してもよい。
【０１１２】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【０１１３】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【０１１４】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【０１１５】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【０１１６】
図８は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ２２００の例を示す。コンピュータ２２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の１または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該１または複数のセクションを実行させることができ、および／またはコンピュータ２２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ２２００に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、ＣＰＵ２２１２によって実行されてよい。
【０１１７】
本実施形態によるコンピュータ２２００は、ＣＰＵ２２１２、ＲＡＭ２２１４、グラフィックコントローラ２２１６、およびディスプレイデバイス２２１８を含み、それらはホストコントローラ２２１０によって相互に接続されている。コンピュータ２２００はまた、通信インタフェース２２２２、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６、およびＩＣカードドライブのような入／出力ユニットを含み、それらは入／出力コントローラ２２２０を介してホストコントローラ２２１０に接続されている。コンピュータはまた、ＲＯＭ２２３０およびキーボード２２４２のようなレガシの入／出力ユニットを含み、それらは入／出力チップ２２４０を介して入／出力コントローラ２２２０に接続されている。
【０１１８】
ＣＰＵ２２１２は、ＲＯＭ２２３０およびＲＡＭ２２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ２２１６は、ＲＡＭ２２１４内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にＣＰＵ２２１２によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス２２１８上に表示されるようにする。
【０１１９】
通信インタフェース２２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ２２２４は、コンピュータ２２００内のＣＰＵ２２１２によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６は、プログラムまたはデータをＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１から読み取り、ハードディスクドライブ２２２４にＲＡＭ２２１４を介してプログラムまたはデータを提供する。ＩＣカードドライブは、プログラムおよびデータをＩＣカードから読み取り、および／またはプログラムおよびデータをＩＣカードに書き込む。
【０１２０】
ＲＯＭ２２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ２２００によって実行されるブートプログラム等、および／またはコンピュータ２２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入／出力チップ２２４０はまた、様々な入／出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入／出力コントローラ２２２０に接続してよい。
【０１２１】
プログラムが、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１またはＩＣカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ２２２４、ＲＡＭ２２１４、またはＲＯＭ２２３０にインストールされ、ＣＰＵ２２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ２２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ２２００の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
【０１２２】
例えば、通信がコンピュータ２２００および外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース２２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース２２２２は、ＣＰＵ２２１２の制御下、ＲＡＭ２２１４、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１、またはＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
【０１２３】
また、ＣＰＵ２２１２は、ハードディスクドライブ２２２４、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ２２２６（ＤＶＤ−ＲＯＭ２２０１）、ＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ２２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ２２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ２２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
【０１２４】
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ２２１２は、ＲＡＭ２２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ２２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ２２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ２２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。
【０１２５】
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ２２００上またはコンピュータ２２００近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ２２００に提供する。
【０１２６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２８】
Ｂ…ベース、１…半導体装置、２ａ…放熱板、２ｂ…ケース、３…基板、３ａ…絶縁板、３ｂ…金属板、３ｃ…配線板、３ｄ…測定位置、４…半導体素子、５…端子、６…ワイヤ、７…封止樹脂、８…ガスセンサ、９…チャンバ、１０…フレーム、１１…ポール、１２…天板、１３…中板、１３ａ…貫通孔、１４…支持部、１４ａ…支持部材、１４ｂ…伸縮部材、１５…支持部材、１６…撮像装置、２０…ステージ系、２１…ステージ、２１ａ…ヒートステージ、２１ｂ…水冷冷却板、２２…温度センサ、２３…ステージ駆動部、２４…加熱部、２５…冷却部、２５ａ…配管、３０…検出部、３１…アコースティック・エミッションセンサ（ＡＥセンサ）、３１ａ…把持部材、３２…導波体、３３…変位センサ、５０…制御部、５１…記録部、５２…指令部、５３…破壊判定部、５９…入出力部、１００…熱サイクル試験装置、２２００…コンピュータ、２２０１…ＲＯＭ、２２１０…ホストコントローラ、２２１２…ＣＰＵ、２２１４…ＲＡＭ、２２１６…グラフィックコントローラ、２２１８…ディスプレイデバイス、２２２０…出力コントローラ、２２２２…通信インタフェース、２２２４…ハードディスクドライブ、２２２６…ＲＯＭドライブ、２２３０…ＲＯＭ、２２４０…出力チップ、２２４２…キーボード。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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