(57)【要約】【課題】温度サイクルに対する電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることの出来る温度サイクル試験装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置において、少なくとも、電子部品を電気的導通された状態で保持する電子部品保持部と、電子部品の電気的特性を検出する電気特性センサとを備えたことを特徴とする温度サイクル試験装置であり、電気的特性を確認しながら温度サイクル試験を行うことが出来る。【選択図】  図１
2007315771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置において、
少なくとも、電子部品を電気的導通された状態で保持する電子部品保持部と、
電子部品の電気的特性を検出する電気特性センサと
を備えたことを特徴とする温度サイクル試験装置。
【請求項２】
電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験方法において、
温度サイクルと同時に電子部品の電気特性をモニタリングする工程
を行うことを特徴とする温度サイクル試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の耐性を確認する温度サイクル試験装置および温度サイクル試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の信頼性を評価する手段として、電子部品を高温と低温に繰り返しさらしたときに受ける影響を確かめる温度サイクル試験方法が日本工業規格によって定められている。（非特許文献１参照。）
【０００３】
従来、この試験方法に用いられる温度サイクル試験装置としては、一つの装置内に電子部品を高温槽と、低温に曝すための低温槽で構成されており、２つの試験槽に大量の高温流体、低温流体を常に供給するものが知られている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開昭６３−１５１８７４号公報
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ  Ｃ  ００２５  （１９８８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来試験方法では、電子部品を低温と高温に曝すための流体を常に供給する２つの試験槽が並列に並べられている。このことから、電子部品を温度サイクル試験にかけるためには、電子部品に対して一方の試験槽から、もう一方の試験槽まで水平に移動させて、試験槽内へ入れる、という動作を温度サイクル熱衝撃以外の衝撃を一切与えることなく移動させなければならない。２つの液体試験槽を用いるこの従来試験方法では、複数の移動工程を辿らなければならないために、電子部品の電気特性の劣化を温度サイクルと同期しながら測定することは、移動時間がかかる上に、複雑な移動制御機構を構築しなければならないことから、極めて困難である。その結果、この試験方法では通常、所定の温度サイクル履歴を行った後に電気特性の劣化を測定することしかできず、温度サイクルに対する電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、温度サイクルに対する電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることの出来る温度サイクル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】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置において、少なくとも、電子部品を電気的導通された状態で保持する電子部品保持部と、電子部品の電気的特性を検出する電気特性センサとを備えたことを特徴とする温度サイクル試験装置である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験方法において、温度サイクルと同時に電子部品の電気特性をモニタリングする工程を行うことを特徴とする温度サイクル試験方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の温度サイクル試験装置により、電気的特性を確認しながら温度サイクル試験を行うことが出来る。これにより、温度サイクル試験の最中であっても、電気的特性を連続的なデータとして得ることが出来る。このため、電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の温度サイクル試験装置について図１を用いながら説明を行う。
【００１０】
本発明の温度サイクル試験装置は、
電子部品１を冷却するための冷却炉２と、
電子部品１を加熱するための加熱炉３と、
電子部品１を保持するための電子部品保持部４と、
電子部品保持部４を加熱炉３と冷却炉２の間を往復させるための運動機構５と、
前記運動機構５を制御するための運動制御コントローラ６と、
電子部品１の温度を検出する温度センサ７と、
電子部品１の電気特性を検出する電気特性センサ８と
から構成される。
【００１１】
冷却炉２は電子部品１を冷却するために設けられる。冷却炉２としては、冷却流体を保持することが求められる。冷却炉２の一例としては、以下のようなものが挙げられる。冷却炉２として、金属製で直径１０ｃｍ、高さ３０ｃｍの円柱状容器を用意し、液体窒素を該容器に充填する。このとき、試料は高さ２０ｃｍのところで保持することによって冷却する。
【００１２】
加熱炉３は電子部品１を加熱するために設けられる。加熱炉３としては、加熱流体を保持することが求められる。加熱炉３の一例としては、以下のようなものが挙げられる。加熱炉３として、電熱線を巻き付けた円筒を用意し、該円筒のまわりを断熱材で囲み、電熱線に電流を通すことで円筒内部を加熱する。このとき、温度制御装置を有する温度センサを円筒の内部表面に接触させて、温度を１８５℃で一定になるように設定する。またヒーター内の熱が逃げないように、ヒーターの上部をセラミック製の断熱板材（以下の上下運動機構のために中央に直径２ｃｍの穴をあけておく）で蓋をする。１８５℃で一定に保たれたヒーター上端から５ｃｍの位置に電子部品を移動させ、一定時間の間保持することで電子部品を１５０℃に加熱する。
【００１３】
電子部品保持部４としては、電子部品１を保持するために設けられる。電子部品保持部４の一例としては、以下のようなものが挙げられる。電子部品保持部４として、幅５ｍｍ、長さ５０ｃｍの棒を用意し、棒の一方を縦２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、幅３ｍｍの金属板（以下の運動機構で説明する）中の穴に通しねじ止めすることで上部を固定する。電気特性センサ８で導通をとるためのエナメル導線を耐熱テープで固定する。棒の他方から出ている導線を電子部品の電極においてはんだ付けする。導通をとった状態の電子部品を金属製棒に耐熱テープで固定することで電子部品を保持する。
【００１４】
電子部品保持部４を加熱炉３と冷却炉２の間を往復させるための運動機構５の一例としては、以下のようなものが挙げられる。前記金属板を長さ４０ｃｍの定滑車のレールに対してねじ止めすることで金属板を固定する。定滑車を時計回り（反時計回り）に回転させることによって，金属板を上方（下方）へ移動させる。定滑車の回転数によって金属板の移動距離を決めることができる。定滑車の回転を反時計回り、時計回りで交互に繰り返すことで金属板に固定された金属棒を加熱炉と冷却炉の間で往復させることができる。
【００１５】
運動制御コントローラ６は、運動機構５を制御し、電子部品保持部４を加熱炉３と冷却炉２を往復させることで熱衝撃を与えるために設けられる。運動制御コントローラ６の一例としては、以下のようなものが挙げられる。運動制御コントローラ６として、（１）定滑車を反時計回りに回転させることで金属板を加熱炉から冷却炉まで移動させる、（２）冷却炉で保持する、（３）定滑車を時計回りに回転させることで金属板を冷却炉から加熱炉まで移動させる、（４）加熱炉で保持する、という動作を１サイクルとしたプログラムを作成する。そのプログラム上で加熱保持時間、冷却保持時間、定滑車の回転数、運動サイクル数を入力し、実行することによって、金属棒の繰り返し運動を制御することができる。
【００１６】
温度センサ７は電子部品１の温度を観測するために設けられる。温度センサ７の一例としては、以下のようなものが挙げられる。センサの熱電対の一端を電子部品の表面に耐熱テープで固定する。熱電対の全体を金属棒に耐熱テープで固定する。熱電対のもう一端をデジタルマルチメーターに接続することで電子部品の表面温度を読み取る。その１秒おきのデータを、ＧＰＩＢボードを介して制御装置に送り、グラフソフトに逐次表示する。
【００１７】
電気特性センサ８は電子部品１の電気特性を観測するために設けられる。電気特性センサ８の一例としては、以下のようなものが挙げられる。導線の一端を電子部品１の電極ではんだ付けする。導線の全体を金属棒に耐熱テープで固定する。導線のもう一端をデジタルマルチメーターに接続することで電子部品の電気特性を読み取る。その１秒おきのデータを、ＧＰＩＢボードをパソコンに送り、グラフソフトに逐次表示する。
【００１８】
以下、本発明の温度サイクル試験装置を用いた温度サイクル試験方法の一例について説明を行う。
【００１９】
まず、電子部品１を電子部品保持部４に設置する。
【００２０】
次に、電子部品保持部４を冷却炉２に移動させる。このとき、冷却炉２中に液体窒素を充填する。液体窒素急冷による電子部品の構成部材の収縮が電子部品の寿命に影響を与えることを本発明者は見出している。よって−１９５℃に５秒間保持することで電子部品を急激に冷却することができる。
【００２１】
次に、電子部品保持部４を加熱炉３に移動させる。このとき、加熱炉３自体の温度を１８５℃、３５秒間設定する。電子部品１の熱容量を考慮に入れて表面温度が１５０℃になるまで保持する。加熱炉３における急激な温度上昇による電子部品の構成部材の膨張が電子部品１の寿命に影響を与えることを本発明者は見出している。
【００２２】
電子部品保持部４を冷却炉２にて冷却したのち、加熱炉３で加熱することを１サイクルとし、運動機構５によって、電子部品保持部４を冷却炉２と加熱炉３を往復させることで、電気特性センサ８が電気的導通に異常を確認するまで温度サイクルを繰り返す。これにより、温度サイクル試験の最中であっても、電気的特性を連続的なデータとして得ることが出来る。
【００２３】
以上より、電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることが可能となる。
【実施例】
【００２４】
＜実施例＞
本発明の温度サイクル試験装置を用いて温度サイクル試験を行った。検査する電子部品として弊社で試作した信頼性試験用の半導体パッケージ基板（２０ｍｍ×１５ｍｍ）を用意した。
【００２５】
冷却炉は、液体窒素を充填して炉内を−１９５℃とし、加熱炉は、ヒーターの表面温度を１８５℃とした。このとき、基板試料は加熱炉内で３５秒保持することで１５０℃に到達した。
【００２６】
電気的導通をとった基板試料を加熱炉内で保持した状態でヒーターの電源を入れてヒーターの表面温度を１８５℃にした。その後に運動制御コントローラを用いて加熱保持時間を３５秒、冷却保持時間を５秒、試料の上下移動距離３０ｃｍ、温度サイクル数１０００と設定した。基板試料が１５０℃に到達次第、温度サイクル試験を開始し、温度サイクルを繰り返しながら電気的導通を連続的に確認した。
【００２７】
このとき、基板表面に熱電対を耐熱テープで固定し、デジタルマルチメーターに接続することによって、基板試料の表面温度を読み取った。温度サイクル試験時の電子部品の温度履歴の関係を図２に示す。また、半導体パッケージ基板にある電極に対して導線をはんだ付けし、デジタルマルチメーターに接続することによって、電気抵抗値を読み取った。温度サイクル試験時の電子部品の電気特性の関係を図３に示す。
【００２８】
＜評価＞
図２および図３より、この基板試料は７６５サイクル目の冷却過程において電気抵抗値に急激な異常が生じていることが確認できた。そのサイクル以降、電気抵抗値は急激な上昇を見せているため、この基板試料の温度サイクル寿命は７６５サイクルと判断できた。
【００２９】
以上より、電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の温度サイクル試験装置の概略図である。
【図２】本発明の温度サイクル試験装置を用いた温度サイクル試験時の電子部品の温度履歴の関係を示した図である。
【図３】本発明の温度サイクル試験装置を用いた温度サイクル試験時の電子部品の電気特性の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１……電子部品
２……冷却炉
３……加熱炉
４……電子部品保持部
５……運動機構
６……運動制御コントローラ
７……温度センサ
８……電気特性センサ
【図１】
2007315771.tif 000003
【図２】
2007315771.tif 000004
【図３】
2007315771.tif 000005