JP2002174577A - Apparatus and method for thermal shock test - Google Patents
Apparatus and method for thermal shock testInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱衝撃試験装置お
よび熱衝撃試験方法に関し、特に熱衝撃を大きくでき、
精度を向上させ、試験時間を短縮できる熱衝撃試験装置
および熱衝撃試験方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal shock test apparatus and a thermal shock test method.
The present invention relates to a thermal shock test device and a thermal shock test method capable of improving accuracy and reducing test time.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＪＩＳ Ｃ ００２５（温度変化試験方
法）では、「温度変化または温度変化の繰り返しが、部
品、機器に与える影響を確かめるための試験方法」に関
して規定している。これは、供試品を空気または不活性
ガス中で、低温と高温とに交互に放置することによって
急激な温度変化を与える試験方法であり、低温と高温と
二つの槽を用いる方法と、一つの槽内でその槽内温度を
低温と高温に切り替える方法のいずれを使用しても良い
とされている。また、実開平５−３８８６７号公報に開
示された技術は、信頼性の評価法ではないが、タンタル
コンデンサ等の電子部品を備えたリードフレームを、各
々加熱ヒータを備えた一対の加熱盤で挟み付けると共
に、この両加熱盤に、前記タンタルコンデンサ等の電子
部品が嵌まる凹み部を設けて、前記電子部品をごく短い
時間内に所定の温度まで加熱することを、簡単な設備と
低コストでできるようにしている。2. Description of the Related Art JIS C 0025 (Temperature change test method) specifies a "test method for confirming the effects of temperature changes or repeated temperature changes on components and equipment". This is a test method in which a specimen is left in air or an inert gas alternately at a low temperature and a high temperature to give a rapid temperature change. It is stated that any one of the methods of switching the temperature in a single tank between a low temperature and a high temperature may be used. The technique disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-38867 is not a method for evaluating reliability. However, a lead frame provided with electronic components such as a tantalum capacitor is sandwiched between a pair of heating plates each provided with a heater. At the same time, both heating panels are provided with recesses into which electronic components such as the tantalum capacitors are fitted, and heating the electronic components to a predetermined temperature within a very short time can be performed with simple equipment and low cost. I can do it.
【０００３】一般に、異種材料の組み合わせからなるデ
バイスは、各材料の熱膨張係数が異なるため、異種材料
の接合面で熱応力が生じ、経時的には接合部に剥離が生
じる可能性がある。熱衝撃試験法は、このような経時変
化に対する信頼性評価方法としては有効な方法である。
先にも述べたように、ＪＩＳ Ｃ ００２５（温度変化
試験方法）で決められた試験方法には、評価物（被試験
物）を低温槽と高温槽との間で移動させる方式と、同一
の槽内で評価物をエアーなどを用いて加熱、冷却する方
法との２つの方法がある。いずれにしても、評価物（評
価ＰＣＢ／モジュール／デバイス）全体を昇温、降温し
て試験を行っている。しかし、これらの方法は、評価物
全体を槽内で昇温、降温するため、熱歪みをさほど大き
くできず、試験時間がかかるという問題がある。In general, devices made of a combination of different materials have different thermal expansion coefficients, so that a thermal stress is generated at a bonding surface of the different materials, and there is a possibility that the bonding portion may peel off over time. The thermal shock test method is an effective method as a method for evaluating reliability against such a change with time.
As described above, the test method determined in JIS C 0025 (temperature change test method) includes the same method as that for moving the evaluation object (test object) between the low-temperature tank and the high-temperature tank. There are two methods: a method of heating and cooling the evaluation object in the tank using air or the like. In any case, the test is performed by raising and lowering the temperature of the entire evaluation object (evaluation PCB / module / device). However, these methods raise and lower the temperature of the entire evaluation object in the bath, so that there is a problem that thermal strain cannot be increased so much that a test time is required.
【０００４】従来の熱衝撃試験方法の例を図４、図５お
よび図６にそって説明する。図４に試験対象の電子部品
の構成を示す。熱衝撃試験の評価物として、セラミック
基板３上に半導体（シリコン）チップ１が実装されたも
のを考える。図４に示すように、この評価物において、
半導体チップ１上の電極とセラミック基板３上の電極と
は、バンプ２と呼ばれる半田などの金属突起で接続され
ている。半導体チップ１とセラミック基板３とでは熱膨
張係数が倍以上異なっている。An example of a conventional thermal shock test method will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows the configuration of the electronic component to be tested. Assume that a semiconductor (silicon) chip 1 is mounted on a ceramic substrate 3 as an evaluation product of a thermal shock test. As shown in FIG.
The electrodes on the semiconductor chip 1 and the electrodes on the ceramic substrate 3 are connected by metal bumps called bumps 2 such as solder. The thermal expansion coefficients of the semiconductor chip 1 and the ceramic substrate 3 are different from each other by more than twice.
【０００５】熱衝撃試験で破断が発生する繰り返しサイ
クル数は、バンプ２に加わる熱歪みの関数である。従来
の熱衝撃試験方法では、図５に示すように、評価物であ
るモジュール全体を、低温槽８、高温槽９に交互に移動
させて昇温、降温を繰り返して試験していた。図６に従
来の熱衝撃試験での熱歪みを示す。図６に示すように、
接合部で相対する部材、ここでは、半導体チップ１とセ
ラミック基板３の線膨脹係数（αsi、αsu）の違いによ
る熱変位差がバンプ２接続部に熱歪み（ΔＬT ）として
加わる。熱歪みΔＬT は[0005] The number of repetitive cycles at which a break occurs in the thermal shock test is a function of the thermal strain applied to the bump 2. In the conventional thermal shock test method, as shown in FIG. 5, the entire module to be evaluated was alternately moved to a low-temperature tank 8 and a high-temperature tank 9 to perform a test by repeatedly raising and lowering the temperature. FIG. 6 shows thermal strain in a conventional thermal shock test. As shown in FIG.
Opposing member at the junction, where the linear expansion coefficient of the semiconductor chip 1 and the ceramic substrate 3 (α si, α su) thermal displacement difference depending is added as a thermal strain ([Delta] L T) in the second connecting portion bumps. Thermal strain ΔL T is
【０００６】 ΔＬT ＝｜ΔＬsi−ΔＬsu｜ ＝｜Ｌ＊（αsi＊Ｔ−αsu＊Ｔ）｜ ただし、Ｌは半導体チップ１の長さ、ΔＬsiは半導体チ
ップ１の熱変位、ΔＬ suはセラミック基板３の熱変位、
αsiは半導体チップ１の線膨脹係数、αsuはセラミック
基板３の線膨脹係数、Ｔは評価物がさらされる温度差で
ある。このように、材質が決まると熱歪みは温度差Ｔだ
けに依存する。ただし、温度差Ｔは高温槽９の温度ＴＨ
と低温槽８の温度ＴＬの差であり、[0006] ΔLT = | ΔLsi-ΔLsu| = | L * (αsi* T-αsu* T) | where L is the length of the semiconductor chip 1 and ΔLsiIs the semiconductor chip
Thermal displacement of tip 1, ΔL suIs the thermal displacement of the ceramic substrate 3,
αsiIs the linear expansion coefficient of the semiconductor chip 1, αsuIs ceramic
The coefficient of linear expansion of the substrate 3, T is the temperature difference to which the evaluation object is exposed.
is there. Thus, when the material is determined, the thermal strain is the temperature difference T
Depends on However, the temperature difference T is the temperature TH of the high-temperature tank 9.
And the temperature TL of the low temperature bath 8
【０００７】Ｔ＝ＴＨ−ＴＬ となる。もし、評価物が耐熱性の低い材料を用いている
と、高温槽９の温度ＴＨが制限され、温度差Ｔが大きく
とれず、大きな熱歪みΔＬT を与えることができないと
いうことになる。これを解決するため、熱衝撃試験装置
の構造を工夫し、切り替え時間を短縮して繰り返しサイ
クル数を増やすようにしているが、切り替え時間の短縮
は実際には困難であり、どうしても試験時間が長くなる
のが実情であった。[0007] T = TH-TL. If the evaluation object is using a low heat-resistant material, is restricted temperature TH of the high temperature chamber 9, the inability to provide the temperature difference T is large Torezu, a large thermal strain [Delta] L T. In order to solve this, the structure of the thermal shock test device is devised to shorten the switching time and increase the number of repetition cycles, but it is actually difficult to shorten the switching time, and the test time is inevitably long. It was the reality.
【０００８】一方、半田バンプ２に加わる熱歪みΔＬT
が分かればコフィン−マンソン式と呼ばれる計算式によ
って、半田バンプ２の寿命を予測することができる。半
導体チップ１の電極近傍に歪素子を生め込んで、試験中
の熱歪みが実測できれば正確な寿命予測が可能になる
が、実際には歪素子の温度特性が大きく、熱歪みの正確
な測定や、制御ができない。このため、従来は、シミュ
レーションによる計算から求めていたが、精度は十分で
はなかった。On the other hand, thermal strain ΔL T applied to solder bump 2
, The life of the solder bump 2 can be predicted by a calculation formula called the Coffin-Manson formula. If a strain element is produced near the electrode of the semiconductor chip 1 and the thermal strain during the test can be measured, an accurate life prediction can be made. However, in actuality, the temperature characteristics of the strain element are large and accurate measurement of the thermal strain and , Can not control. For this reason, conventionally, it was obtained from calculation by simulation, but the accuracy was not sufficient.
【０００９】従来の熱衝撃試験装置および熱衝撃試験方
法は、以上のような問題を含んでいるため、開発から設
計、量産に至る信頼性の評価期間が長くかかり、これが
コストアップや商品開発機会の損失などにつながるとい
う問題点があった。さらに、熱歪みをシミュレーション
しても、十分な検証ができないため、シミュレーション
が十分に活用できないという問題があった。The conventional thermal shock test apparatus and the conventional thermal shock test method include the above-described problems, so that it takes a long time to evaluate reliability from development to design and mass production, which leads to an increase in cost and an opportunity for product development. There is a problem that it leads to loss of the product. Furthermore, even if thermal distortion is simulated, there is a problem that the simulation cannot be fully utilized because sufficient verification cannot be performed.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
熱衝撃装置およびそれを用いる熱衝撃試験方法では、試
験時間がどうしても長くなるという問題、熱歪みの正確
な実測ができずシミュレーションも十分な検証ができな
いという問題があった。本発明は、比較的簡単な方法で
この問題を解決して、熱歪みを正確に測定可能で、熱応
力を大きく取り試験時間を短縮することが可能な熱衝撃
試験装置および熱衝撃試験方法の実現を課題とする。As described above, in the conventional thermal shock device and the thermal shock test method using the same, the test time is inevitably long, and the actual measurement of thermal strain cannot be performed accurately and the simulation is not sufficient. There was a problem that verification was not possible. The present invention solves this problem by a relatively simple method, and is capable of accurately measuring thermal strain, increasing thermal stress and shortening the test time. Realization is the task.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、基板に実装された電子デバイスの前記基
板との接合部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱衝撃試
験装置において、前記接合部の相対する部分の一方を加
熱制御する加熱手段と、前記接合部の相対する部分の他
方を冷却制御する冷却手段とを具備することを特徴とす
る。In order to achieve the above object, the present invention provides a thermal shock test apparatus for testing the resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate. It is characterized by comprising a heating means for heating and controlling one of the opposing parts of the part, and a cooling means for cooling and controlling the other of the opposing parts of the joining part.
【００１２】また、この熱衝撃試験装置において、加熱
制御と冷却制御を実行する２つの加熱冷却手段を具備
し、この加熱冷却手段で、前記接合部の相対する部分
を、それぞれ交互に、一方を加熱制御し他方を冷却制御
することを特徴とする。これらにより、熱歪みを大きく
設定することができ、所定の部分のみを直接にかつ正確
に加熱冷却することができて、温度の立上がり、立ち下
がりを早くすることができ、テスト時間を短縮すること
が可能な熱衝撃試験装置を実現することができる。The thermal shock test apparatus further comprises two heating / cooling means for performing heating control and cooling control, and the heating / cooling means alternately connects the opposite portions of the joints to each other, one of which is connected to the other. It is characterized by heating control and cooling control of the other. As a result, it is possible to set a large thermal strain, to directly and accurately heat and cool only a predetermined portion, to make the temperature rise and fall quickly, and to shorten the test time. Can be realized.
【００１３】さらに、基板に実装された電子デバイスの
前記基板との接合部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱
衝撃試験方法において、前記接合部の相対する部分の一
方を加熱制御する加熱過程と、前記接合部の相対する部
分の他方を冷却制御する冷却過程とを同時に行うことを
特徴とする。これにより、熱歪みを大きく設定すること
ができ、所定の部分のみを直接にかつ正確に加熱冷却す
ることができて、温度の立上がり、立ち下がりを早くす
ることができ、テスト時間を短縮することが可能な熱衝
撃試験方法を実現することができる。[0013] Further, in a thermal shock test method for testing the resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate, a heating step of heating and controlling one of the opposing portions of the joint is provided. A cooling step of cooling and controlling the other of the opposing portions of the joint is performed simultaneously. As a result, a large thermal strain can be set, only a predetermined portion can be directly and accurately heated and cooled, and the rise and fall of the temperature can be accelerated, and the test time can be reduced. Can realize a thermal shock test method that can perform the test.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる熱衝撃試験
装置を添付図面を参照にして詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a thermal shock test apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１５】図１は、本発明の熱衝撃試験装置の一実施
の形態の基本的な構成を示す原理図である。図１におい
て、符号１は電子デバイスとしての半導体（シリコン）
チップ、符号２はバンプ、符号３はセラミック基板、符
号４および符号５は加熱冷却器である。この構成では、
半導体チップ１は加熱冷却器（Ａ）４によって、セラミ
ック基板３は加熱冷却器（Ｂ）５によって、それぞれ独
立に加熱または冷却の温度制御が可能な構造になってい
る。また、加熱冷却器（Ａ）４、加熱冷却器（Ｂ）５は
それぞれ半導体チップ１、セラミック基板３に直接接し
ている。これによって、半導体チップ１およびセラミッ
ク基板３をそれぞれ独立に直接急速に加熱または冷却す
ることができる。FIG. 1 is a principle view showing a basic configuration of an embodiment of a thermal shock test apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor (silicon) as an electronic device
A chip, numeral 2 is a bump, numeral 3 is a ceramic substrate, and numerals 4 and 5 are heating and cooling devices. In this configuration,
The semiconductor chip 1 has a structure capable of independently controlling the heating or cooling temperature by a heating / cooling device (A) 4 and the ceramic substrate 3 by a heating / cooling device (B) 5. The heating / cooling device (A) 4 and the heating / cooling device (B) 5 are in direct contact with the semiconductor chip 1 and the ceramic substrate 3, respectively. Thereby, the semiconductor chip 1 and the ceramic substrate 3 can be directly or rapidly heated or cooled independently of each other.
【００１６】この場合、バンプ２に加わる熱歪みΔＬT
はIn this case, the thermal strain ΔLT applied to the bump 2
Is
【００１７】 ΔＬT ＝｜ΔＬsi−ΔＬsu｜ ＝｜Ｌ＊（αsi＊ＴA −αsu＊ＴB ）｜ で表される。ここで、Ｌは半導体チップ１の長さ、ΔＬ
siは半導体チップ１の熱変位、ＴA は半導体チップ１側
の加熱冷却器（Ａ）４の温度、ΔＬsuはセラミック基板
３の熱変位、αsiは半導体チップ１の線膨脹係数、αsu
はセラミック基板３の線膨脹係数、ＴB はセラミック基
板３側の加熱冷却器（Ｂ）５の温度である。これによ
り、半導体チップ１側の温度ＴA をセラミック基板３の
耐熱性に比較的左右されずに高温設定することができ、
熱歪み値ΔＬT を大きく設定することができる。また、
所定の部分のみを直接に加熱冷却することができるの
で、温度の立上がり、立ち下がりを早くすることがで
き、テスト時間を短縮することができる。ΔL T = | ΔL si −ΔL su | = | L * (α si * TA−α su * TB) | Here, L is the length of the semiconductor chip 1, ΔL
si is the thermal displacement of the semiconductor chip 1, TA is the temperature of the heater / cooler (A) 4 on the semiconductor chip 1, ΔL su is the thermal displacement of the ceramic substrate 3, α si is the linear expansion coefficient of the semiconductor chip 1, α su
Is the coefficient of linear expansion of the ceramic substrate 3, and TB is the temperature of the heater / cooler (B) 5 on the ceramic substrate 3 side. As a result, the temperature TA on the semiconductor chip 1 side can be set at a high temperature without being relatively influenced by the heat resistance of the ceramic substrate 3.
It is possible to set a large thermal strain value [Delta] L T. Also,
Since only a predetermined portion can be directly heated and cooled, the rise and fall of the temperature can be accelerated, and the test time can be shortened.
【００１８】図２に、本発明の熱衝撃試験装置の加熱冷
却器４、５として用いることのできるペルチェ素子から
なるサーマルモジュールの構成を示す。図２で、符号１
１は吸熱ブロック、符号１２はペルチェ素子、符号１２
−１はセラミック基板、符号１３はヒートパイプ、符号
１４は電源である。ペルチェ素子１２からなるサーマル
モジュールは、ペルチェ素子１２を上下２枚のセラミッ
ク基板１２−１で挟んで実装したものであり、多段に重
ねたマルチタイプも市販されている。これは、冷却加熱
装置や電子装置などに広く用いられている。FIG. 2 shows a configuration of a thermal module comprising a Peltier element which can be used as the heating / cooling devices 4 and 5 of the thermal shock test apparatus of the present invention. In FIG.
1 is an endothermic block, 12 is a Peltier element, 12
Reference numeral -1 denotes a ceramic substrate, reference numeral 13 denotes a heat pipe, and reference numeral 14 denotes a power supply. The thermal module composed of the Peltier element 12 is obtained by mounting the Peltier element 12 between two upper and lower ceramic substrates 12-1, and a multi-type in which the Peltier element is stacked in multiple stages is also commercially available. This is widely used in cooling and heating devices, electronic devices, and the like.
【００１９】ペルチェ素子１２は電流を流すと、相対す
るセラミック基板１２−１間に温度差を生じる。電流を
流す方向を反対にすると、発生する温度差は逆になる。
温度を維持するために高温側で発生した熱を逃がす必要
があり、図２ではそのためにヒートパイプ１３を用いた
構造を示している。ヒートパイプ１３とサーマルモジュ
ールの間は、伝熱性グリスを用いて熱抵抗を下げるよう
にし、また、温度センサーを用いて温度制御をすること
が必要である。このように、ペルチェ素子からなるサー
マルモジュールを加熱冷却器として用いることで、比較
的容易に、精度良く、高い自由度で加熱制御を行うこと
ができる。When a current flows through the Peltier element 12, a temperature difference occurs between the opposing ceramic substrates 12-1. If the direction of current flow is reversed, the generated temperature difference will be reversed.
In order to maintain the temperature, it is necessary to release the heat generated on the high temperature side, and FIG. 2 shows a structure using the heat pipe 13 for that purpose. It is necessary to lower the thermal resistance between the heat pipe 13 and the thermal module by using heat conductive grease, and to control the temperature by using a temperature sensor. As described above, by using the thermal module including the Peltier element as the heating / cooling device, the heating control can be performed relatively easily, accurately, and with a high degree of freedom.
【００２０】図３に、本発明の熱衝撃試験装置のさらに
他の実施の形態の基本構成の原理図を示す。図３おい
て、符号１は半導体（シリコン）チップ、符号２はバン
プ、符号３はセラミック基板、符号４および符号５は加
熱冷却器、符号６は温度センサ、符号７は歪みセンサ
（歪み素子）である。このように本実施の形態では半導
体チップ１内に温度センサ６、歪みセンサ７を内蔵して
いる。FIG. 3 shows a principle diagram of a basic configuration of still another embodiment of the thermal shock test apparatus of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 1 is a semiconductor (silicon) chip, reference numeral 2 is a bump, reference numeral 3 is a ceramic substrate, reference numerals 4 and 5 are heating and cooling devices, reference numeral 6 is a temperature sensor, and reference numeral 7 is a strain sensor (strain element). It is. As described above, in the present embodiment, the temperature sensor 6 and the strain sensor 7 are built in the semiconductor chip 1.
【００２１】半導体チップ１内に内蔵する温度センサ６
としては、半導体製造プロセスで同時に形成できる素子
がいろいろ考えられているが、１ｍＡ程度の低電流を流
したときのダイオードの順方向電圧から接合部温度を測
定するダイオード温度センサを用いる方法が一般的であ
る。このように、半導体チップ１内に温度センサ６を内
蔵することによって、熱歪みが発生するバンプ２のある
接合部に近い部分の温度が正確に測定できるため、解析
精度の高い熱衝撃試験が可能になる。また、半導体チッ
プ１内に内蔵する歪みセンサ７としては、拡散抵抗を用
いた物が考えられる。Temperature sensor 6 built in semiconductor chip 1
Various devices that can be formed simultaneously in the semiconductor manufacturing process have been considered, but a method using a diode temperature sensor that measures the junction temperature from the forward voltage of the diode when a low current of about 1 mA flows is generally used. It is. Since the temperature sensor 6 is incorporated in the semiconductor chip 1 as described above, the temperature of the portion near the joint having the bump 2 where the thermal distortion occurs can be accurately measured, so that a thermal shock test with high analysis accuracy can be performed. become. Further, as the strain sensor 7 built in the semiconductor chip 1, a sensor using a diffusion resistor is conceivable.
【００２２】このように、半導体チップ１内に歪みセン
サ７を温度センサ６とともに内蔵することで、正確な歪
みの測定が可能になり、正確な熱歪みと寿命に関するデ
ータが得られ、寿命予測精度を向上させることができ
る。また、温度と歪みが正確に測れること、加熱冷却器
を要所にそれぞれ設けることで、熱衝撃が必要な接合部
分だけを効率良く温度制御して歪みを与え、試験するこ
とができ、熱歪みを大きく与え、試験サイクルを早く短
く実現することができる。以上、熱衝撃試験装置につい
て説明したが、この熱衝撃試験装置によって行われる熱
衝撃試験方法も本発明の対象とするものである。As described above, by incorporating the strain sensor 7 in the semiconductor chip 1 together with the temperature sensor 6, it is possible to accurately measure strain, obtain accurate data on thermal strain and life, and obtain life prediction accuracy. Can be improved. In addition, accurate measurement of temperature and distortion, and the provision of heating and cooling devices at key points, respectively, enable efficient temperature control of only the joints that require thermal shock, giving distortion and testing. And the test cycle can be shortened quickly. Although the thermal shock test apparatus has been described above, a thermal shock test method performed by the thermal shock test apparatus is also an object of the present invention.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、基板に実装された電子デバイスの基板との接合
部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱衝撃試験装置にお
いて、接合部の相対する部分の一方を加熱制御する加熱
手段と、接合部の相対する部分の他方を冷却制御する冷
却手段とを設けたことを特徴とする。これにより、電子
デバイス側の温度を基板の耐熱性に比較的左右されずに
高温設定することができ、熱歪みを大きく設定すること
ができ、所定の部分のみを直接に加熱冷却することがで
きるので、温度の立上がり、立ち下がりを早くすること
ができ、テスト時間を短縮することが可能な熱衝撃試験
装置を実現することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a thermal shock test apparatus for testing the resistance of a junction of an electronic device mounted on a substrate to the substrate against thermal shock. A heating means for heating and controlling one of the opposed parts and a cooling means for cooling and controlling the other of the opposed parts of the joint are provided. Thereby, the temperature of the electronic device can be set to a high temperature relatively independent of the heat resistance of the substrate, the thermal distortion can be set large, and only a predetermined portion can be directly heated and cooled. Therefore, the rise and fall of the temperature can be made faster, and a thermal shock test device capable of shortening the test time can be realized.
【００２４】本発明の請求項２の発明は、基板に実装さ
れた電子デバイスの基板との接合部の熱衝撃に対する耐
性を試験する熱衝撃試験装置において、加熱制御と冷却
制御を実行する２つの加熱冷却手段を具備し、この加熱
冷却手段で、接合部の相対する部分を、それぞれ交互
に、一方を加熱制御し他方を冷却制御することを特徴と
する。これにより、共通の手段を用いて一方を加熱し他
方を冷却することができ、電子デバイス側の温度を高温
設定して熱歪みを大きく設定することができ、所定の部
分を直接に加熱冷却することができるので、温度の立上
がり、立ち下がりを早くすることができ、テスト時間を
短縮することが可能な熱衝撃試験装置を実現することが
できる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a thermal shock test apparatus for testing the resistance of a joint of an electronic device mounted on a substrate to a substrate to the thermal shock, the two devices performing heating control and cooling control. A heating and cooling means is provided, and the heating and cooling means alternately controls the heating of one of the opposing portions of the joining portion and the cooling control of the other. As a result, one can be heated and the other can be cooled using a common means, the temperature of the electronic device can be set to a high temperature to set a large thermal strain, and a predetermined portion can be directly heated and cooled. Therefore, the rise and fall of the temperature can be accelerated, and a thermal shock test apparatus capable of shortening the test time can be realized.
【００２５】本発明の請求項３の発明は、加熱冷却の方
法としてペルチェ素子を用いることを特徴とする。これ
により、加熱冷却プロファイル設定の自由度が高い熱衝
撃試験装置を実現することができる。A third aspect of the present invention is characterized in that a Peltier element is used as a heating and cooling method. Thus, a thermal shock test apparatus having a high degree of freedom in setting a heating / cooling profile can be realized.
【００２６】本発明の請求項４の発明は、電子デバイス
内に熱衝撃を測定する歪みセンサを内蔵したことを特徴
とする。これにより、電子デバイス内の接合部に近い部
分の熱歪みの実測が容易に正確に行えるようになり、既
知の接合部材での機械寿命特性データの活用が容易にで
きると共に、寿命解析の精度の高い熱衝撃試験が可能な
熱衝撃試験装置を実現することができる。A fourth aspect of the present invention is characterized in that a strain sensor for measuring thermal shock is built in the electronic device. This makes it possible to easily and accurately measure the thermal strain of the portion near the joint in the electronic device, to facilitate the use of mechanical life characteristic data for known joint members, and to improve the accuracy of life analysis. A thermal shock test device capable of performing a high thermal shock test can be realized.
【００２７】本発明の請求項５の発明は、電子デバイス
内に内部温度を測定する温度センサを内蔵したことを特
徴とする。これにより、温度を検知しながら温度制御が
可能になるため、正確な熱衝撃を被検査物に与えること
が可能で、また、歪みセンサの温度を所定の値に抑えて
正確な歪み測定を行うことができ、寿命解析の精度の高
い熱衝撃試験が可能な熱衝撃試験装置を実現することが
できる。A fifth aspect of the present invention is characterized in that a temperature sensor for measuring an internal temperature is built in the electronic device. This enables temperature control while detecting the temperature, so that an accurate thermal shock can be applied to the object to be inspected, and accurate strain measurement can be performed while keeping the temperature of the strain sensor at a predetermined value. Thus, a thermal shock test apparatus capable of performing a thermal shock test with high accuracy in life analysis can be realized.
【００２８】本発明の請求項６の発明は、基板に実装さ
れた電子デバイスの基板との接合部の熱衝撃に対する耐
性を試験する熱衝撃試験方法において、接合部の相対す
る部分の一方を加熱制御する加熱過程と、接合部の相対
する部分の他方を冷却制御する冷却過程とを同時に行う
ことを特徴とする。これにより、電子デバイス側の温度
を基板の耐熱性に比較的左右されずに高温設定すること
ができ、熱歪みを大きく設定することができ、所定の部
分のみを直接に加熱冷却することができるので、温度の
立上がり、立ち下がりを早くすることができ、テスト時
間を短縮することが可能な熱衝撃試験方法を実現するこ
とができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a thermal shock test method for testing the resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate, wherein one of the opposing portions of the joint is heated. It is characterized in that the heating process for controlling and the cooling process for cooling and controlling the other of the opposing portions of the joint are performed simultaneously. Thereby, the temperature of the electronic device can be set to a high temperature relatively independent of the heat resistance of the substrate, the thermal distortion can be set large, and only a predetermined portion can be directly heated and cooled. Therefore, the rise and fall of the temperature can be accelerated, and a thermal shock test method capable of shortening the test time can be realized.
【００２９】本発明の請求項７の発明は、加熱冷却の方
法としてペルチェ素子を用いることを特徴とする。これ
により、加熱冷却プロファイル設定の自由度が高い熱衝
撃試験方法を実現することができる。A seventh aspect of the present invention is characterized in that a Peltier element is used as a heating and cooling method. This makes it possible to realize a thermal shock test method having a high degree of freedom in setting a heating / cooling profile.
【００３０】本発明の請求項８の発明は、電子デバイス
内に熱衝撃を測定する歪みセンサを内蔵し、この歪みセ
ンサを用いて電子デバイスに加わる歪みが所定の値にな
るように加熱と冷却を制御することを特徴とする。これ
により、電子デバイス内の接合部に近い部分の熱歪みの
実測が容易に正確に行えるようになり、既知の接合部材
での機械寿命特性データの活用が容易にできると共に、
寿命解析の精度の高い熱衝撃試験が可能な熱衝撃試験方
法を実現することができる。According to an eighth aspect of the present invention, a strain sensor for measuring a thermal shock is built in an electronic device, and heating and cooling are performed so that the strain applied to the electronic device becomes a predetermined value using the strain sensor. Is controlled. As a result, it becomes possible to easily and accurately measure the thermal strain of the portion near the joint in the electronic device, and it is easy to utilize the mechanical life characteristic data of the known joint member,
A thermal shock test method capable of performing a thermal shock test with high accuracy in life analysis can be realized.
【００３１】本発明の請求項９の発明は、電子デバイス
内に温度センサを内蔵し、この温度センサを用いて歪み
センサの温度が常温付近になるように加熱と冷却を制御
することを特徴とする。これにより、温度を検知しなが
ら温度制御が可能になるため、正確な熱衝撃を被検査物
に与えることが可能で、また、歪みセンサの温度を所定
の値に抑えて正確な歪み測定を行うことができ、寿命解
析の精度の高い熱衝撃試験が可能な熱衝撃試験方法を実
現することができる。A ninth aspect of the present invention is characterized in that a temperature sensor is incorporated in the electronic device, and heating and cooling are controlled using the temperature sensor so that the temperature of the strain sensor becomes close to room temperature. I do. This enables temperature control while detecting the temperature, so that an accurate thermal shock can be applied to the object to be inspected, and accurate strain measurement can be performed while keeping the temperature of the strain sensor at a predetermined value. This makes it possible to realize a thermal shock test method capable of performing a thermal shock test with high accuracy in life analysis.
【００３２】本発明の請求項１０の発明は、加熱過程で
の加熱および冷却過程での冷却が電子デバイスまたは基
板の一部分に対して行われることを特徴とする。これに
より、熱衝撃を必要な部分にだけ直接与えて試験できる
ので、従来の方法に比べてより大きな熱歪みを与え、従
来よりもより早く試験を行うことが可能な熱衝撃試験方
法を実現することができる。According to a tenth aspect of the present invention, the heating in the heating process and the cooling in the cooling process are performed on a part of the electronic device or the substrate. As a result, a test can be performed by directly applying a thermal shock only to a necessary part, thereby realizing a thermal shock test method capable of giving a larger thermal strain as compared with the conventional method and performing a test faster than before. be able to.
【図１】本発明の熱衝撃試験装置の基本的な構成を示す
原理図。FIG. 1 is a principle view showing a basic configuration of a thermal shock test apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の熱衝撃試験装置の加熱冷却器として用
いるペルチェ素子からなるサーマルモジュールの構成
図。FIG. 2 is a configuration diagram of a thermal module including a Peltier element used as a heating / cooling device of the thermal shock test device of the present invention.
【図３】本発明の熱衝撃試験装置の他の実施の形態の基
本構成の原理図。FIG. 3 is a principle diagram of a basic configuration of another embodiment of the thermal shock test apparatus of the present invention.
【図４】熱衝撃試験の対象となる素子の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of an element to be subjected to a thermal shock test.
【図５】従来の熱衝撃試験の方法を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing a conventional thermal shock test method.
【図６】従来の熱衝撃試験での熱歪みを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing thermal strain in a conventional thermal shock test.
１ 半導体（シリコン）チップ ２ バンプ ３ セラミック基板 ４、５ 加熱冷却器 ６ 温度センサ ７ 歪みセンサ ８ 低温槽 ９ 高温槽 １１ 吸熱ブロック １２ ペルチェ素子 １２−１ セラミック基板 １３ ヒートパイプ １４ 電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor (silicon) chip 2 Bump 3 Ceramic substrate 4, 5 Heating cooler 6 Temperature sensor 7 Strain sensor 8 Low temperature tank 9 High temperature tank 11 Heat absorption block 12 Peltier element 12-1 Ceramic substrate 13 Heat pipe 14 Power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大倉 秀章 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 桑崎 聡 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2G050 AA07 BA10 DA03 EA01 EC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hideaki Okura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Satoshi Kuwasaki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Share F-term in Ricoh Company (reference) 2G050 AA07 BA10 DA03 EA01 EC01
Claims (10)
板との接合部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱衝撃試
験装置において、 前記接合部の相対する部分の一方を加熱制御する加熱手
段と、 前記接合部の相対する部分の他方を冷却制御する冷却手
段とを具備することを特徴とする熱衝撃試験装置。1. A thermal shock test apparatus for testing a resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate, wherein a heating unit controls heating of one of the opposing portions of the joint. And a cooling means for cooling and controlling the other of the opposing portions of the joining portion.
板との接合部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱衝撃試
験装置において、 加熱制御と冷却制御を実行する２つの加熱冷却手段を具
備し、 この加熱冷却手段で、前記接合部の相対する部分を、そ
れぞれ交互に、一方を加熱制御し他方を冷却制御するこ
とを特徴とする熱衝撃試験装置。2. A thermal shock test apparatus for testing the resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate, comprising two heating / cooling means for performing heating control and cooling control. A thermal shock test apparatus, wherein the heating and cooling means alternately controls the heating of one of the opposing portions of the joint and the cooling of the other.
いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
熱衝撃試験装置。3. The thermal shock test apparatus according to claim 1, wherein a Peltier element is used as a heating / cooling method.
歪みセンサを内蔵したことを特徴とする請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の熱衝撃試験装置。4. The thermal shock test apparatus according to claim 1, wherein a strain sensor for measuring thermal shock is built in the electronic device.
る温度センサを内蔵したことを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれかに記載の熱衝撃試験装置。5. The thermal shock test apparatus according to claim 1, wherein a temperature sensor for measuring an internal temperature is built in the electronic device.
板との接合部の熱衝撃に対する耐性を試験する熱衝撃試
験方法において、 前記接合部の相対する部分の一方を加熱制御する加熱過
程と、 前記接合部の相対する部分の他方を冷却制御する冷却過
程とを同時に行うことを特徴とする熱衝撃試験方法。6. A thermal shock test method for testing resistance of an electronic device mounted on a substrate to a thermal shock at a joint with the substrate, wherein a heating step of heating and controlling one of the opposing portions of the joint is performed. A thermal shock test method, comprising simultaneously performing a cooling process of cooling and controlling the other of the opposing portions of the joint.
いることを特徴とする請求項６に記載の熱衝撃試験方
法。7. The thermal shock test method according to claim 6, wherein a Peltier element is used as a heating and cooling method.
歪みセンサを内蔵し、この歪みセンサを用いて前記電子
デバイスに加わる歪みが所定の値になるように加熱と冷
却を制御することを特徴とする請求項６または請求項７
に記載の熱衝撃試験方法。8. The electronic device according to claim 1, wherein a distortion sensor for measuring a thermal shock is built in the electronic device, and heating and cooling are controlled using the distortion sensor so that the distortion applied to the electronic device becomes a predetermined value. Claim 6 or Claim 7
Thermal shock test method described in 1.
し、この温度センサを用いて前記歪みセンサの温度が常
温付近になるように加熱と冷却を制御することを特徴と
する請求項８に記載の熱衝撃試験方法。9. The electronic device according to claim 8, wherein a temperature sensor is built in the electronic device, and the temperature sensor is used to control heating and cooling so that the temperature of the strain sensor is close to room temperature. Thermal shock test method.
過程での冷却が前記電子デバイスまたは前記基板の一部
分に対して行われることを特徴とする請求項６に記載の
熱衝撃試験方法。10. The thermal shock test method according to claim 6, wherein the heating in the heating step and the cooling in the cooling step are performed on a part of the electronic device or the substrate.
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102662141A (en) * | 2012-06-04 | 2012-09-12 | 扬州扬杰电子科技股份有限公司 | Method for evaluating reliability of semiconductor device |
| JP2014139558A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Kotohira Kogyo Kk | Heating test device |
| CN105334123A (en) * | 2015-10-22 | 2016-02-17 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | Roller thermal-shock testing machine |
| CN107525762A (en) * | 2017-10-17 | 2017-12-29 | 华能国际电力股份有限公司 | A kind of experimental rig and method of the adhesiveness for testing metal surface thermally grown oxide film |
| CN109367829A (en) * | 2018-12-27 | 2019-02-22 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | A kind of integrated controller device suitable for heat centrifugation compbined test |
| CN109870378A (en) * | 2019-03-29 | 2019-06-11 | 中达安股份有限公司 | A kind of detection device and detection method of engineering construction |
| CN112557233A (en) * | 2020-12-09 | 2021-03-26 | 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 | Testing device and testing method for thermal shock resistance test of glass product |
-
2000
- 2000-12-07 JP JP2000372272A patent/JP2002174577A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102662141A (en) * | 2012-06-04 | 2012-09-12 | 扬州扬杰电子科技股份有限公司 | Method for evaluating reliability of semiconductor device |
| JP2014139558A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Kotohira Kogyo Kk | Heating test device |
| CN105334123A (en) * | 2015-10-22 | 2016-02-17 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | Roller thermal-shock testing machine |
| CN105334123B (en) * | 2015-10-22 | 2018-05-18 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | A kind of roll heat impact tester |
| CN107525762A (en) * | 2017-10-17 | 2017-12-29 | 华能国际电力股份有限公司 | A kind of experimental rig and method of the adhesiveness for testing metal surface thermally grown oxide film |
| CN109367829A (en) * | 2018-12-27 | 2019-02-22 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | A kind of integrated controller device suitable for heat centrifugation compbined test |
| CN109870378A (en) * | 2019-03-29 | 2019-06-11 | 中达安股份有限公司 | A kind of detection device and detection method of engineering construction |
| CN109870378B (en) * | 2019-03-29 | 2021-06-15 | 中达安股份有限公司 | Detection device and detection method for engineering building |
| CN112557233A (en) * | 2020-12-09 | 2021-03-26 | 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 | Testing device and testing method for thermal shock resistance test of glass product |
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