JP2004286713A

JP2004286713A - Reflow heating testing device and reflow heating testing method

Info

Publication number: JP2004286713A
Application number: JP2003082439A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Shiraishi; 恒二白石; Tatsuo Kayama; 龍雄香山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of conducting a heating test for evaluating the influence on various parts by the heating of a gas tank type solder reflow furnace. <P>SOLUTION: A preliminary heating tank 10 and a main heating tank 20 are provided. The reflow heating test of parts 7 to be tested in the same temperature transition as the temperature profile of the reflow furnace is performed by respectively soaking parts 7 to be tested in the heat medium liquids 13, 23 for the period corresponding to a preliminary heating section and a main heating section while maintaining the temperatures of heat medium liquids 13, 23 in the liquid tanks 10, 20 at the temperatures corresponding to a preliminary heating temperature and a main heating temperature decided by the temperature profile of the reflow furnace. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば気槽式のリフロー炉とほぼ同じ温度状態で加熱を行うことができるリフロー加熱試験装置と、そのようなリフロー加熱試験装置を利用したリフロー加熱試験方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体部品などのチップ部品をプリント配線基板に半田付けするときは、例えば所要位置に塗布されたソルダーペースト上にチップ部品が搭載されたプリント配線基板を半田リフロー炉により加熱する。すると、プリント配線基板上のソルダーペーストが溶融し、この溶融した半田が冷めることでプリント配線基板の所要位置にチップ部品が半田付けされることになる。
このようなチップ部品の半田付けには、例えば炉内を赤外線やホットエアーにより加熱する気槽式の半田リフロー炉が一般的に利用されている。
【０００３】
ところで、上記のような気槽式の半田リフロー炉（以下、単に「リフロー炉」と表記する）を利用して各種チップ部品などをプリント配線基板に半田付けする場合には、リフロー炉の加熱がチップ部品に与える影響を評価することが求められている。
【０００４】
特に、近年のプリント配線基板は、その両面にチップ部品を半田付けするように設計されているうえ、プリント配線基板に半田付けする部品自体が、予め複数のチップ部品を半田付けして形成したモジュール部品であるものも多い。
【０００５】
このため、部品によっては、チップ部品を半田付けしてモジュール部品を構成するまでに数回、さらにプリント配線基板にモジュール部品を半田付するときに数回、リフロー炉内で加熱されるものもある。このような場合には、リフロー炉内の加熱がチップ部品に大きな影響を与え、例えばチップ部品のパッケージにクラックが発生して性能の劣化を早めることなどが十分に考えられる。
【０００６】
そこで、従来、リフロー炉による加熱の影響度を評価したい部品を、炉内の温度を、実際にリフロー炉でプリント配線基板に半田付けするのと、ほぼ同じに温度調整がされたリフロー炉で部品を加熱するようにした。
リフロー炉内の温度調整方法としては、例えば温度プロファイル測定用のプリント配線基板に熱電対などを取り付け、そのプリント配線基板をリフロー炉内の移動させることでリフロー炉内の温度を測定して、その測定結果に基づいて、リフロー炉内の温度調整を行うことが特許文献１などに記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２７７９０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにしてリフロー炉を利用して評価したい部品を加熱した場合はリフロー炉内の温度が部品の形状や熱容量などの影響を受け易く、部品ごとにリフロー炉内の温度分布が異なるものとされる。
このため、リフロー炉を利用して評価したい部品を、プリント配線基板に半田付けするときと同じ或る温度プロファイルとなるように加熱するには、部品ごとにリフロー炉内の温度調整を行う必要がある。またリフロー炉内の温度は外気温の影響を受け易いため、リフロー炉を利用して部品を加熱する場合にはリフロー炉が設置されている室内の温度なども管理する必要もある。
このように、従来、リフロー炉を利用してリフロー温度試験を行う場合は、部品ごとに、プリント配線基板に対して、部品を半田付けするときの温度プロファイルに忠実なリフロー環境を作ることは難しくまた非常に面倒であった。
【０００９】
このため、リフロー炉とほぼ同じ温度状態で加熱することができる加熱試験装置が求められていた。なお、以下本明細書では、このような加熱試験装置のことを「リフロー加熱試験装置」と表記することとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記したような点を鑑みてなされたものであり、本発明のリフロー加熱試験装置は、熱媒液が注入される複数の液槽と、複数の液槽に注入される熱媒液ごとについて、所要温度が保持されるように制御する温度制御手段と、複数の液槽に注入されている熱媒液の間で、熱媒液に浸漬させるべき被試験部品を移送可能な移送手段とから構成するようにした。
【００１１】
また本発明のリフロー加熱試験方法は、複数の液槽に注入される熱媒液について、前記被試験部品を対象としてリフロー加熱試験を行う場合に設定される加熱条件に基づいて決定される温度が保持されるように設定する温度制御手順と、複数の液槽のうちの所要の液槽ごとに対して、加熱条件に基づく順序で、且つ、加熱条件に基づく時間長により、前記被試験部品を浸漬させる浸漬手順とを少なくとも行うようにした。
【００１２】
本発明のリフロー加熱試験装置の構成では、複数の液槽ごとに熱媒液を所要温度に保持することが可能とされる。そして、このようにして温度が保持された熱媒液の間で、移送手段により被試験部品を移送させるようにすることで、実際のリフロー加熱試験が行われる。このような構成により、例えば、リフロー加熱試験の対象である被試験部品についての条件が予め設定されている場合においては、この試験のための条件に対応させるようにして液槽ごとの熱媒液の温度を保持させた環境のもとで、被試験部品を熱媒液に浸漬させて加熱させることが可能となる。
【００１３】
また本発明のリフロー加熱試験方法によれば、複数の液槽に注入される熱媒液について、被試験部品を対象としてリフロー加熱試験を行う場合に設定される加熱条件に基づいて決定される温度が保持されるように設定し、複数の液槽のうちの所要の液槽ごとに対して、加熱条件に基づいた順序で、且つ、加熱条件に基づいた時間長により、被試験部品を浸漬することで、上記加熱条件とほぼ同じ温度遷移で被試験部品を加熱することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態のリフロー加熱試験装置全体の構成を示した図である。
この図１に示す本実施の形態のリフロー加熱試験装置１は、予備加熱槽１０と本加熱槽２０という２つの液槽と、この予備加熱槽１０から本加熱槽２０に被試験部品７を移送する移送手段である移送装置２とから構成される。
【００１５】
被試験部品７としては、気槽式リフロー炉を利用して、プリント配線基板に半田付けされる、例えば半導体部品を含む各種チップ部品とされる。なお、マザーボードなどのプリント配線基板自体を被試験部品７として試験することも可能である。
【００１６】
予備加熱槽１０は、その内部に注入されている熱媒液１３を第１の温度である予備加熱温度に保持するようにされる。
このため、予備加熱槽１０には、熱媒液１３を加熱するためのヒータ１１と熱媒液１３の温度を検出するための温度センサ１２が取り付けられている。
なお、ここでいう予備加熱温度とは、リフロー炉によりチップ部品をプリント配線基板に半田付けするときに、実際にチップ部品をプリント配線基板に半田付けする前に、チップ部品やプリント配線基板を予備的に加熱するための温度であり、通常は１５０℃前後の温度とされる。
【００１７】
熱媒液１３は、被試験部品７に熱を伝える液状の媒体であり、この場合は、金属と殆ど反応しない不活性で、且つ、予備加熱温度でも気化しない液体、例えばフッ素系不活性液として知られているガルデンを用いるようにされる。なお、熱媒液１３は、不活性液で予備加熱温度（１５０℃前後）で気化しない液体であればガルデン以外の液体でも良い。
【００１８】
本加熱槽２０は、その内部に注入されている熱媒液２３を第２の温度である本加熱温度に保持するようにされる。
このため、本加熱槽２０にも熱媒液２３を加熱するためのヒータ２１と、熱媒液２３の温度を検出するための温度センサ２２が取り付けられている。
なお、本加熱温度とは、気槽式リフロー炉を用いて各種チップ部品をプリント配線基板に実際に半田付けするときにプリント配線基板に塗布したソルダーペーストを溶融させる温度であり、通常は２３０℃〜２５０℃前後の温度とされる。
【００１９】
熱媒液２３も、被試験部品７に熱を伝える液状の媒体であり、この場合も、金属と殆ど反応しない不活性で、本加熱温度（２３０℃〜２５０℃）でも気化しないガルデンなどが用いられる。
なお、熱媒液２３も、金属と殆ど反応しない不活性で、本加熱温度でも気化しない液体であればガルデン以外の液体を用いることが可能である。また、熱媒液２３として例えば半田などを用いることも可能である。
【００２０】
移送装置２は、例えば支持棒３を垂直方向に移動させることができる垂直移動部４と、垂直移動部４自体を水平方向に移動させることができる水平移動部５とからなる。支持棒３の先端部には被試験部品７を収納するための試料かご６が取り付けられている。
そして、このような試料かご６の内部に被試験部品７を収納しておくことで、図示するように、被試験部品７を予備加熱槽１０内の熱媒液１３に浸漬するように移送することができる。また本加熱槽２０内の熱媒液２３にも浸漬するように移送することができるようにされる。
【００２１】
図２は、上記図１に示したようなリフロー加熱試験装置１の駆動を制御する駆動制御系の構成を示したブロック図である。
この図２において、制御部３１は、操作部３２からの操作情報などに基づいて、リフロー加熱試験装置１全体の制御を行う。
制御部３１は、操作部３２から、予備加熱槽１０の予備加熱温度と、本加熱槽２０の本加熱温度についての温度情報が入力されたときは、予備加熱槽１０内の熱媒液１３と本加熱槽２０内の熱媒液２３が、それぞれ入力温度となるように制御を行う。
【００２２】
例えば予備加熱槽１０の温度制御を行う場合は、温度センサ１２により熱媒液１３の温度を検知し、その温度検知結果に基づいて、ヒータ駆動部３３によりヒータ１１のオン／オフすることで、予備加熱槽１０内の熱媒液１３の温度を入力された予備加熱温度に保つようにしている。
【００２３】
同様に、本加熱槽２０の温度制御を行う場合は、温度センサ２２により熱媒液２３の温度検知を行い、その温度検知結果に基づいて、ヒータ駆動部３４によりヒータ２１のオン／オフ制御を行うことで、本加熱槽２０内の熱媒液２３の温度を入力された本加熱温度に保つようにしている。
【００２４】
また制御部３１は、操作部３２から、試料かご６に収納した被試験部品７を予備加熱槽１０内の熱媒液１３に浸漬しておく浸漬時間と、本加熱槽２０内の熱媒液２３に浸漬しておく浸漬時間が入力されたときは、その入力情報に基づいて、移送装置２の駆動制御を行うようにされる。移送装置２の駆動制御は移送駆動部３５を介して行うようにされる。
【００２５】
このように本実施の形態のリフロー加熱試験装置１は、予備加熱槽１０と本加熱槽２０という２つの液槽を設け、これら２つの液槽１０，２０内の熱媒液１３，２３の温度管理をそれぞれ独立して行うことができるように構成されているものである。また、移送装置２の支持棒３の先端部に取り付けた試料かご６に被試験部品７を収納しておくことで、この被試験部品７を予備加熱槽１０の熱媒液１３に浸漬する浸漬時間と、本加熱槽２０の熱媒液２３に浸漬する浸漬時間を管理することができるように構成されているものである。
そして、本実施の形態では、このようなリフロー加熱試験装置１を利用して、気槽式リフロー炉による各種チップ部品をプリント配線基板に半田付けするとき品質を確保することができる所定の加熱条件である温度プロファイルを再現して、各種チップ部品などのリフロー加熱試験を行うようにしたものである。
【００２６】
ここで、図３はリフロー炉により或るチップ部品をプリント配線基板に半田付けするときの温度プロファイルと、本実施の形態のリフロー加熱試験装置１により或るチップ部品を加熱したときの温度遷移を示した図である。
また図３には、本実施の形態のリフロー加熱試験装置１による加熱との比較として従来のＩＲリフローを利用してチップ部品を加熱したときの温度遷移の一例が示されている。
【００２７】
この図３に示す温度プロファイルは、例えば１５０℃前後の予備加熱温度で加熱する予備加熱区間Ａと、例えば２３０℃〜２５０℃前後の本加熱温度で加熱する本加熱区間Ｂとからなる。
従って、このような温度プロファイルのもとで、リフロー炉によりチップ部品の半田付けが行われているとすると、この温度プロファイルに則った温度遷移で部品を加熱することが望ましいとされる。
しかし、従来のように、例えば赤外線を利用した赤外線リフロー炉（ＩＲリフロー）を利用して被試験部品７を加熱した場合には、例えばリフロー炉の各部の温度設定をプリント配線基板に被試験部品７としての部品を半田付けするときと同じ温度に設定しても、図３に破線で示すような温度遷移になってしまうことがある。つまり、部品をプリント配線基板に半田付けするときと同じ温度設定で、部品単体を加熱すると、先においても説明したが、部品の形状や熱容量などによって、部品をプリント配線基板に半田付けするときの温度遷移とは異なる温度遷移になってしまう。
例えば、図３に示す場合は、予備加熱温度に到達するまでに時間がかかり予備加熱時間が短くなっている。また予備加熱温度に到達したとされる状態であっても、被試験部品７の温度は予備加熱温度で安定せずに変動したものとなっている。さらに、予備加熱温度から本加熱温度に達するまでに時間を要しているうえ、本加熱温度で加熱されている時間も極端に短くなっている。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、リフロー加熱試験装置１の予備加熱槽１０を利用して、上記図３に示した温度プロファイルの予備加熱区間Ａに相当する区間と、本加熱槽２０を利用して温度プロファイルの本加熱区間Ｂに相当する区間とを形成することで、実際の温度プロファイルに近い温度状態ものとでリフロー温度試験を行うようにしたものである。
【００２９】
つまり、図３に示すように、予備加熱槽１０内の熱媒液１３の温度を予備加熱温度（例えば１５０℃前後）に設定すると共に、本加熱槽２０内の熱媒液２３の温度を本加熱温度（２３０〜２５０℃前後）に設定にする。さらに、図３に示した温度プロファイルの予備加熱区間Ａと本加熱区間Ｂのそれぞれの時間に、移送装置２が被試験部品７を予備加熱槽１０内の熱媒液１３に被試験部品７を浸漬する浸漬時間ａと、本加熱槽２０内の熱媒液２３に被試験部品７を浸漬する浸漬時間ｂを設定するようにしている。
【００３０】
このように設定したリフロー加熱試験装置１によってリフロー加熱試験を行うようにすれば、被試験部品７を加熱するための熱媒体がともに液体であることから、被試験部品７の形状や熱容量の影響を殆ど受けることなく、被試験部品７の温度を確実に所定温度に設定することができるようになる。また、周囲温度の影響も殆ど受けることがないという利点もある。
つまり、本実施の形態のリフロー加熱試験装置１を利用して被試験部品７のリフロー加熱試験を行うと、被試験部品７を図３に示すような温度遷移で加熱することができ、上記図３に示した温度プロファイルとほぼ同じ温度遷移で、被試験部品７を加熱することができるようになる。
【００３１】
また、上記のように設定したリフロー加熱試験装置１を利用して被試験部品を加熱すると、ほぼ同一の温度条件で繰り返し加熱することが可能になり、リフロー加熱試験の試験精度の向上を図ることができる。
これにより、例えば被試験部品７のパッケージにクラックなどが発生しないリフロー回数を求めることができるようになる。つまり、部品ごとに、リフロー炉により加熱することができるリフロー回数などを求めることなどができるようになる。
【００３２】
なお、従来からチップ部品を低温（例えば０℃〜−６５℃）の熱媒液と、高温（例えば７０℃〜１５０℃）の熱媒液に交互に繰り返し浸漬する試験装置として液槽式の熱衝撃試験装置などが知られている。
このような熱衝撃試験装置を利用した熱衝撃試験は、部品の温度ストレスに対する耐熱性、物理的、電気的特性の変化を、短時間で評価するための試験とされる。これに対して、本実施の形態のリフロー加熱試験装置１を利用したリフロー加熱試験はリフロー炉の加熱による部品の物理的及び電気的特性の影響度を評価するための試験とされる。
【００３３】
従って、リフロー加熱試験と熱衝撃試験では、部品の物理的及び電気的特性の評価するという点では一致するが、リフロー加熱試験がリフロー炉での加熱環境における部品への影響度を評価するための試験であるのに対して、熱衝撃試験は部品そのものについての温度ストレスを評価するための試験であるという点が異なるものとされる。よって、本実施の形態のリフロー加熱試験装置と熱衝撃試験装置では熱媒液の温度や熱媒液中に部品を浸漬する浸漬時間なども異なるものである。
【００３４】
図４は、本実施の形態のリフロー加熱試験装置の他の構成例を示した図である。
なお、図１と同一部位には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
この図４に示すリフロー加熱試験装置５０では、上記した予備加熱槽１０と本加熱槽２０に加えて、第３の液槽である冷却槽４０を設けるようにしている。
【００３５】
冷却槽４０は、その内部に注入されている熱媒液４３を第３の温度である冷却温度に保持するようにされる。
また冷却槽４０にも熱媒液４３の温度を例えば６０℃前後に保つために熱媒液４３を加熱するためのヒータ４１と、熱媒液４３の温度を検知する温度センサ４２が設けられている。なお、冷却槽４０においてはヒータ４１や温度センサ４２は必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
なお、冷却温度は、本加熱槽２０で本加熱温度（２３０℃〜２５０℃前後）まで加熱されている被試験部品７を次の作業工程に支障のない温度、例えば常温〜６０℃であれば良い。
【００３７】
このようにリフロー加熱試験装置５０を構成した場合も、予備加熱槽１０と本加熱槽２０という２つの液槽の熱媒液１３，２３によって、半田リフロー炉の温度プロファイルにしたがった温度遷移で被試験部品７を加熱する。
そしてその後、冷却槽４０の熱媒液４３に被試験部品７を浸漬して被試験部品７を冷却するようにしている。
従って、このようなリフロー加熱試験装置５０を利用して被試験部品７を加熱した場合には、短時間で被試験部品７を冷却することができ、被試験部品を次の評価工程などへ素早く移行させることができるという利点がある。
【００３８】
図５は、これまで説明した本実施の形態のリフロー加熱試験装置によるリフロー加熱試験の作業手順を示した図である。
本実施の形態のリフロー加熱試験装置１（５０）を用いて、リフロー加熱試験を行う場合には、先ず、工程Ｓ１として、予備加熱槽１０と本加熱槽２０内の熱媒液１３，２３をそれぞれ所定温度に設定する。即ち、上記図３に示した温度プロファイルに則って、予備加熱槽１０内の熱媒液１３の温度を予備加熱温度に合わせて設定すると共に、本加熱槽２０内の熱媒液２３の温度を本加熱温度に設定するようにされる。
【００３９】
次に、工程Ｓ２として、被試験部品７を予備加熱槽１０の熱媒液１３に所定の浸漬時間ａだけ浸漬するようにしている。即ち、図３に示したリフロー炉の温度プロファイルの予備加熱区間Ａに相当する時間長だけ、被試験部品７を予備加熱槽１０の熱媒液１３に浸漬するようにしている。
【００４０】
そして、次の工程Ｓ３において、被試験部品７を本加熱槽２０の熱媒液２３に所定の浸漬時間ｂだけ浸漬するようにしている。即ち、リフロー炉の本加熱区間Ｂに相当する時間長だけ、被試験部品７を本加熱槽２０の熱媒液２３に浸漬するようにしている。
【００４１】
これにより、本実施の形態のリフロー加熱試験装置１を用いて、被試験部品７を気槽式リフロー炉内により１回加熱したときと、ほぼ同じ温度状態で被試験部品７を加熱することができるようになる。
【００４２】
また、図４に示すようなリフロー加熱試験装置５０を用いてリフロー加熱試験を行う場合には、工程Ｓ４として、本加熱槽２０の熱媒液２３に浸漬時間ｂだけ浸漬させた被試験部品７を、冷却槽４０の熱媒液４３に所要の冷却時間だけ浸漬すれば良い。なお、この場合の冷却時間は、冷却槽４０の熱媒液４３によって被試験部品７を次の作業工程に支障のない温度まで冷却できる時間長であれば良い。
【００４３】
なお、上記図５に示した本実施の形態のリフロー加熱試験装置を利用したリフロー加熱試験方法は、作業者が各液槽１０，２０の温度と、各液槽１０，２０に対して被試験部品７を浸漬する浸漬時間ａ，ｂを予め設定（プログラム）できるように構成することも可能である。このように構成した場合は、例えば制御部３１が、各液槽１０，２０に取り付けられている温度センサ１２，２２の温度検出結果により、各液槽１０，２０内の熱媒液１３，２３の温度が、それぞれ所定の温度に達した時点で移送装置２を動作させることができる。このようにすれば、試料かご６に収納した被試験部品７のリフロー加熱試験を自動的に行うことが可能になる。また移送装置２を用いることなく手作業で被試験部品７を液槽１０，２０に所定時間、浸漬することも可能である。
【００４４】
また、本実施の形態において説明したリフロー加熱試験装置は、あくまでも一例であり、本発明のリフロー加熱試験装置としては、さらに複数（４以上）の液槽を設けるようにしても良い。例えば温度プロファイルが上記したような予備加熱温度と本加熱温度以外の温度区間を有している場合などにおいては、液槽の数を増やすことで、そのような温度プロファイルにより近い温度遷移を実現することが可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリフロー加熱試験装置によれば、複数の液槽ごとに熱媒液を所要温度に保持することが可能に構成される。そして、このようにして温度が保持された熱媒液の間で、移送手段により被試験部品を移送させるようにすることで、実際のリフロー加熱試験が行われる。
このような構成により、例えば、リフロー加熱試験の対象である被試験部品についての条件が予め設定されている場合においては、この試験のための条件に対応させるようにして液槽ごとの熱媒液の温度を保持させた環境のもとで、被試験部品を熱媒液に浸漬させて加熱させることが可能となる。
この結果、被試験部品の形状や熱容量に関わらず、被試験部品を所要温度まで容易に加熱することができるようになる。
【００４６】
また、本発明のリフロー加熱試験方法によれば、複数の液槽に注入される熱媒液について、被試験部品を対象としてリフロー加熱試験を行う場合に設定される加熱条件に基づいて決定される温度が保持されるように設定し、複数の液槽のうちの所要の液槽ごとに対して、加熱条件に基づいた順序で、且つ、加熱条件に基づいた時間長により、被試験部品を浸漬することで、上記加熱条件とほぼ同じ温度遷移で被試験部品を加熱することができる。また、その温度精度をより向上させることが可能になるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のリフロー加熱試験装置全体の構成を示した図である。
【図２】本実施の形態のリフロー加熱試験装置の制御系の構成を示したブロック図である。
【図３】本実施の形態のリフロー加熱試験装置により或る部品を加熱したときの温度遷移と、ＩＲリフローを利用してチップ部品を加熱したときの温度遷移、及びプリント配線基板に半田付けするときの温度プロファイルを示した図である。
【図４】本実施の形態のリフロー加熱試験装置の他の構成例を示した図である。
【図５】本実施の形態のリフロー加熱試験装置によるリフロー加熱試験の作業手順を示した図である。
【符号の説明】
１５０リフロー加熱試験装置、２移送装置、３支持棒、４垂直移動部、５水平移動部、６試料かご、７被試験部品、１０予備加熱槽、１１２１４１ヒータ、１２２２４２温度センサ、１３２３４３熱媒液、２０本加熱槽、３１制御部、３２操作部、３３３４ヒータ駆動部、３５移送駆動部、４０冷却槽[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflow heating test apparatus capable of performing heating at substantially the same temperature state as a gas tank type reflow furnace, and a reflow heating test method using such a reflow heating test apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, when a chip component such as a semiconductor component is soldered to a printed wiring board, for example, a printed wiring board having the chip component mounted on a solder paste applied to a required position is heated by a solder reflow furnace. Then, the solder paste on the printed wiring board is melted, and the melted solder cools, so that the chip component is soldered to a required position on the printed wiring board.
For soldering such chip components, for example, a gas tank type solder reflow furnace that heats the inside of the furnace with infrared rays or hot air is generally used.
[0003]
By the way, when soldering various chip components to a printed wiring board using the above-described air tank type solder reflow furnace (hereinafter simply referred to as “reflow furnace”), heating of the reflow furnace is required. There is a need to evaluate the effects on chip components.
[0004]
In particular, recent printed wiring boards are designed so that chip components are soldered to both sides thereof, and the components themselves to be soldered to the printed wiring board are formed by soldering a plurality of chip components in advance. Many are parts.
[0005]
For this reason, some parts are heated in a reflow furnace several times until the chip parts are soldered to form the module parts, and several times when the module parts are soldered to the printed wiring board. . In such a case, it is sufficiently conceivable that the heating in the reflow furnace has a great effect on the chip component, and for example, cracks may occur in the chip component package to accelerate the deterioration of the performance.
[0006]
Therefore, in the past, the parts for which the degree of influence of the heating by the reflow furnace was to be evaluated were changed in a reflow furnace in which the temperature in the furnace was actually adjusted in the same manner as when actually soldering the parts to the printed circuit board in the reflow furnace. Was heated.
As a method of adjusting the temperature in the reflow furnace, for example, a thermocouple or the like is attached to a printed wiring board for measuring a temperature profile, and the temperature in the reflow furnace is measured by moving the printed wiring board in the reflow furnace. Patent Document 1 and the like describe that the temperature in a reflow furnace is adjusted based on the measurement result.
[0007]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-277906
[Problems to be solved by the invention]
However, when a component to be evaluated is heated using the reflow furnace as described above, the temperature in the reflow furnace is easily affected by the shape and heat capacity of the component, and the temperature distribution in the reflow furnace differs for each component. It is assumed.
For this reason, in order to heat a component to be evaluated using a reflow furnace so that it has the same certain temperature profile as when soldering to a printed wiring board, it is necessary to adjust the temperature in the reflow furnace for each component. is there. In addition, since the temperature inside the reflow furnace is easily affected by the outside air temperature, when components are heated using the reflow furnace, it is necessary to control the temperature in the room where the reflow furnace is installed.
As described above, conventionally, when performing a reflow temperature test using a reflow furnace, it is difficult to create a reflow environment faithful to a temperature profile when soldering a component to a printed wiring board for each component. It was also very troublesome.
[0009]
For this reason, a heating test apparatus capable of heating at substantially the same temperature as that of a reflow furnace has been demanded. Hereinafter, in the present specification, such a heating test device is referred to as a “reflow heating test device”.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above, the reflow heating test apparatus of the present invention has a plurality of liquid tanks into which the heat medium is injected, and a plurality of heat medium liquids into the plurality of liquid tanks. A temperature control means for controlling the required temperature to be maintained, and a transfer means capable of transferring a part to be immersed in the heat medium liquid between the heat medium liquids injected into the plurality of liquid tanks. It was made to consist of.
[0011]
Further, in the reflow heating test method of the present invention, the temperature determined based on the heating conditions set when performing the reflow heating test on the component under test for the heating medium liquid injected into the plurality of liquid tanks. The temperature control procedure set to be held, and for each required liquid tank of the plurality of liquid tanks, in the order based on the heating conditions, and by the time length based on the heating conditions, the component under test is The immersion procedure for immersion was performed at least.
[0012]
In the configuration of the reflow heating test device of the present invention, it is possible to maintain the heat medium at a required temperature for each of the plurality of liquid tanks. Then, an actual reflow heating test is performed by transferring the component under test by the transfer means between the heat medium liquids whose temperatures are maintained as described above. With such a configuration, for example, in a case where the conditions for the component under test to be subjected to the reflow heating test are set in advance, the heat transfer fluid for each liquid tank is set so as to correspond to the conditions for this test. In an environment where the temperature is maintained, the component under test can be heated by immersing it in a heat medium.
[0013]
Further, according to the reflow heating test method of the present invention, the heating medium liquid injected into the plurality of liquid tanks has a temperature determined based on a heating condition set when performing a reflow heating test on the component under test. Is held so that the test part is immersed in each of the required liquid tanks among the plurality of liquid tanks in an order based on the heating conditions and for a time length based on the heating conditions. Thus, the component under test can be heated at substantially the same temperature transition as the above-described heating conditions.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an entire reflow heating test apparatus according to the present embodiment.
The reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 has two liquid tanks, a preheating tank 10 and a main heating tank 20, and transfers the part 7 to be tested from the preheating tank 10 to the main heating tank 20. And a transfer device 2 serving as a transfer means.
[0015]
The components under test 7 are various chip components including, for example, semiconductor components, which are soldered to a printed wiring board using an air tank type reflow furnace. It is also possible to test a printed wiring board such as a motherboard itself as the component under test 7.
[0016]
The preheating tank 10 is configured to maintain the heat medium liquid 13 injected therein at the preheating temperature which is the first temperature.
For this reason, the preheating tank 10 is provided with a heater 11 for heating the heat medium 13 and a temperature sensor 12 for detecting the temperature of the heat medium 13.
The preheating temperature mentioned here means that when a chip component is soldered to a printed wiring board by a reflow oven, the chip component or the printed wiring board is preliminarily soldered before actually soldering the chip component to the printed wiring board. This is a temperature for general heating, and is usually about 150 ° C.
[0017]
The heat medium liquid 13 is a liquid medium that transmits heat to the component under test 7. In this case, the heat medium liquid 13 is an inert liquid that hardly reacts with a metal and does not vaporize even at a preheating temperature, for example, a fluorine-based inert liquid. Made to use known Galden. The heat medium liquid 13 may be a liquid other than Galden as long as it is an inert liquid that does not vaporize at the preheating temperature (around 150 ° C.).
[0018]
The main heating tank 20 is configured to maintain the heat medium liquid 23 injected therein at the main heating temperature which is the second temperature.
For this reason, the main heating tank 20 is also provided with a heater 21 for heating the heat medium liquid 23 and a temperature sensor 22 for detecting the temperature of the heat medium liquid 23.
The actual heating temperature is a temperature at which the solder paste applied to the printed wiring board is melted when various chip components are actually soldered to the printed wiring board using an air tank type reflow furnace, and is usually 230 ° C.温度 250 ° C.
[0019]
The heat medium liquid 23 is also a liquid medium that transmits heat to the part 7 under test. In this case, Galden or the like that is inert and hardly reacts with metal and does not vaporize even at the main heating temperature (230 ° C. to 250 ° C.) is used. Can be
The heat medium liquid 23 can be a liquid other than Galden as long as it is an inert liquid that hardly reacts with metal and does not vaporize even at the main heating temperature. Further, for example, solder or the like can be used as the heat medium liquid 23.
[0020]
The transfer device 2 includes, for example, a vertical moving unit 4 that can move the support bar 3 in the vertical direction, and a horizontal moving unit 5 that can move the vertical moving unit 4 itself in the horizontal direction. A sample cage 6 for accommodating the component under test 7 is attached to the tip of the support rod 3.
By storing the component under test 7 inside the sample basket 6 as described above, the component under test 7 is transferred so as to be immersed in the heat medium liquid 13 in the preheating tank 10 as illustrated. be able to. Further, it can be transferred so as to be immersed also in the heat medium liquid 23 in the main heating tank 20.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a drive control system for controlling the drive of the reflow heating test apparatus 1 as shown in FIG.
2, the control section 31 controls the entire reflow heating test apparatus 1 based on operation information from the operation section 32 and the like.
When temperature information about the preheating temperature of the preheating tank 10 and the temperature information about the main heating temperature of the main heating tank 20 is input from the operation unit 32, the control unit 31 Control is performed so that the heating medium liquid 23 in the main heating tank 20 becomes the input temperature.
[0022]
For example, when controlling the temperature of the preheating tank 10, the temperature of the heat medium liquid 13 is detected by the temperature sensor 12, and the heater 11 is turned on / off by the heater driving unit 33 based on the temperature detection result. The temperature of the heat medium 13 in the preheating tank 10 is kept at the input preheating temperature.
[0023]
Similarly, when controlling the temperature of the main heating tank 20, the temperature of the heating medium liquid 23 is detected by the temperature sensor 22, and on / off control of the heater 21 is performed by the heater driving unit 34 based on the temperature detection result. By doing so, the temperature of the heat medium liquid 23 in the main heating tank 20 is maintained at the input main heating temperature.
[0024]
The control unit 31 also controls the operation unit 32 to immerse the component under test 7 stored in the sample cage 6 in the heat medium 13 in the preliminary heating tank 10 and the heat medium liquid in the main heating tank 20. When an immersion time for immersion in 23 is input, drive control of the transfer device 2 is performed based on the input information. The drive control of the transfer device 2 is performed via a transfer drive unit 35.
[0025]
Thus, the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment is provided with two liquid tanks, the preheating tank 10 and the main heating tank 20, and the temperature of the heat medium liquids 13 and 23 in these two liquid tanks 10 and 20. The configuration is such that management can be performed independently of each other. Also, by storing the component under test 7 in the sample cage 6 attached to the tip of the support rod 3 of the transfer device 2, the component under test 7 is immersed in the heating medium 13 of the preheating tank 10. The configuration is such that the time and the immersion time in which the main heating tank 20 is immersed in the heat medium liquid 23 can be controlled.
In the present embodiment, by using such a reflow heating test apparatus 1, predetermined heating conditions that can ensure quality when soldering various chip components to a printed wiring board by a gas tank type reflow furnace are used. The reflow heating test of various chip parts and the like is performed by reproducing the temperature profile.
[0026]
Here, FIG. 3 shows a temperature profile when a certain chip component is soldered to a printed wiring board by a reflow furnace and a temperature transition when a certain chip component is heated by the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment. FIG.
FIG. 3 shows an example of a temperature transition when the chip component is heated using the conventional IR reflow as compared with the heating by the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment.
[0027]
The temperature profile shown in FIG. 3 includes a preheating section A for heating at a preheating temperature of about 150 ° C. and a main heating section B for heating at a main heating temperature of about 230 ° C. to 250 ° C., for example.
Therefore, if the chip components are soldered by a reflow furnace under such a temperature profile, it is desirable to heat the components with a temperature transition in accordance with the temperature profile.
However, when the component under test 7 is heated using, for example, an infrared reflow furnace (IR reflow) using infrared rays, for example, the temperature of each part of the reflow furnace is set on the printed wiring board by the component to be tested. Even when the same temperature is set as when the component 7 is soldered, the temperature may change as indicated by a broken line in FIG. In other words, when the component itself is heated at the same temperature setting as when the component is soldered to the printed wiring board, as described above, depending on the shape and heat capacity of the component, when the component is soldered to the printed wiring board, The temperature transition is different from the temperature transition.
For example, in the case shown in FIG. 3, it takes time to reach the preheating temperature, and the preheating time is short. Further, even in the state where the preheating temperature is reached, the temperature of the component under test 7 fluctuates without being stabilized at the preheating temperature. Further, it takes time to reach the main heating temperature from the preheating temperature, and the time of heating at the main heating temperature is extremely short.
[0028]
Therefore, in the present embodiment, the preheating tank 10 of the reflow heating test apparatus 1 is used to utilize the section corresponding to the preheating section A of the temperature profile shown in FIG. By forming a section corresponding to the main heating section B of the temperature profile, a reflow temperature test is performed with a temperature state close to the actual temperature profile.
[0029]
That is, as shown in FIG. 3, the temperature of the heat medium liquid 13 in the preheating tank 10 is set to the preheating temperature (for example, about 150 ° C.), and the temperature of the heat medium liquid 23 in the main heating tank 20 is Set to the heating temperature (around 230-250 ° C). Further, at each time of the preheating section A and the main heating section B of the temperature profile shown in FIG. 3, the transfer device 2 transfers the part 7 under test to the heating medium 13 in the preheating tank 10. An immersion time a for immersion and an immersion time b for immersing the DUT 7 in the heating medium 23 in the main heating tank 20 are set.
[0030]
If the reflow heating test is performed by the reflow heating test apparatus 1 set as described above, since the heat medium for heating the component 7 to be tested is both liquid, the influence of the shape and heat capacity of the component 7 to be tested is high. , And the temperature of the component under test 7 can be reliably set to the predetermined temperature. Also, there is an advantage that the temperature is hardly affected by the ambient temperature.
That is, when the reflow heating test of the part under test 7 is performed using the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment, the part under test 7 can be heated at a temperature transition as shown in FIG. The device under test 7 can be heated with substantially the same temperature transition as the temperature profile shown in FIG.
[0031]
Further, when the component under test is heated by using the reflow heating test apparatus 1 set as described above, it is possible to repeatedly heat the same under substantially the same temperature condition, thereby improving the test accuracy of the reflow heating test. Can be.
As a result, for example, the number of reflow times at which no crack or the like occurs in the package of the component under test 7 can be obtained. That is, the number of times of reflow that can be heated by the reflow furnace can be determined for each component.
[0032]
Conventionally, as a test device in which a chip component is alternately and repeatedly immersed in a low-temperature (for example, 0 ° C. to −65 ° C.) heat medium liquid and a high-temperature (for example, 70 ° C. to 150 ° C.) heat medium liquid, a liquid tank type heat is used. An impact test device and the like are known.
A thermal shock test using such a thermal shock test apparatus is a test for evaluating changes in heat resistance, physical and electrical characteristics of components against temperature stress in a short time. On the other hand, a reflow heating test using the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment is a test for evaluating the degree of influence of physical and electrical characteristics of components due to heating of a reflow furnace.
[0033]
Therefore, the reflow heating test and the thermal shock test agree in terms of evaluating the physical and electrical properties of the part, but the reflow heating test is used to evaluate the degree of influence on the part in the heating environment in the reflow furnace. It differs from the test in that the thermal shock test is a test for evaluating the temperature stress of the component itself. Therefore, the reflow heating test apparatus and the thermal shock test apparatus of the present embodiment are different from each other in the temperature of the heat medium and the immersion time for immersing the components in the heat medium.
[0034]
FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the reflow heating test apparatus according to the present embodiment.
The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
In the reflow heating test apparatus 50 shown in FIG. 4, a cooling tank 40 as a third liquid tank is provided in addition to the preheating tank 10 and the main heating tank 20 described above.
[0035]
The cooling tank 40 is configured to maintain the heat medium liquid 43 injected therein at the third temperature, that is, the cooling temperature.
The cooling tank 40 is also provided with a heater 41 for heating the heating medium liquid 43 so as to keep the temperature of the heating medium liquid 43 at around 60 ° C., for example, and a temperature sensor 42 for detecting the temperature of the heating medium liquid 43. I have. In the cooling bath 40, the heater 41 and the temperature sensor 42 do not always need to be provided.
[0036]
The cooling temperature is set at a temperature which does not hinder the next work process, for example, a normal temperature to 60 ° C., when the part under test 7 heated to the main heating temperature (about 230 ° C. to 250 ° C.) in the main heating tank 20 is used. good.
[0037]
Even when the reflow heating test apparatus 50 is configured as described above, the heat transfer liquids 13 and 23 in the two liquid tanks, the preheating tank 10 and the main heating tank 20, are applied to the temperature transition according to the temperature profile of the solder reflow furnace. The test part 7 is heated.
After that, the component under test 7 is immersed in the heat medium liquid 43 in the cooling tank 40 to cool the component under test 7.
Therefore, when the component under test 7 is heated using such a reflow heating test apparatus 50, the component under test 7 can be cooled in a short time, and the component under test 7 can be quickly moved to the next evaluation step or the like. There is an advantage that it can be migrated.
[0038]
FIG. 5 is a diagram showing an operation procedure of a reflow heating test by the reflow heating test apparatus according to the present embodiment described above.
When a reflow heating test is performed using the reflow heating test apparatus 1 (50) of the present embodiment, first, in step S1, the preheating tank 10 and the heat medium liquids 13 and 23 in the main heating tank 20 are removed. Each is set to a predetermined temperature. That is, according to the temperature profile shown in FIG. 3, the temperature of the heat medium liquid 13 in the preheating tank 10 is set according to the preheating temperature, and the temperature of the heat medium liquid 23 in the main heating tank 20 is set. The main heating temperature is set.
[0039]
Next, in step S2, the component under test 7 is immersed in the heating medium 13 of the preheating tank 10 for a predetermined immersion time a. That is, the DUT 7 is immersed in the heat medium 13 of the preheating tank 10 for a time length corresponding to the preheating section A of the temperature profile of the reflow furnace shown in FIG.
[0040]
Then, in the next step S3, the component under test 7 is immersed in the heating medium 23 of the main heating tank 20 for a predetermined immersion time b. That is, the component under test 7 is immersed in the heating medium liquid 23 of the main heating tank 20 for a time length corresponding to the main heating section B of the reflow furnace.
[0041]
Thereby, the component under test 7 can be heated at substantially the same temperature state as when the component under test 7 is heated once in the gas tank type reflow furnace using the reflow heating test apparatus 1 of the present embodiment. become able to.
[0042]
When the reflow heating test is performed using the reflow heating test apparatus 50 as shown in FIG. 4, as the step S4, the component under test 7 immersed in the heating medium 23 of the main heating tank 20 for the immersion time b. May be immersed in the heat medium liquid 43 in the cooling tank 40 for a required cooling time. In this case, the cooling time may be long enough to cool the component under test 7 to a temperature that does not hinder the next operation process by the heat medium liquid 43 in the cooling tank 40.
[0043]
In the reflow heating test method using the reflow heating test apparatus of the present embodiment shown in FIG. 5, the operator performs the test on each of the liquid tanks 10 and 20 and the temperature of each of the liquid tanks 10 and 20. It is also possible to configure so that the immersion times a and b for immersing the component 7 can be set (programmed) in advance. In the case of such a configuration, for example, the control unit 31 uses the heat medium liquids 13 and 23 in the respective liquid tanks 10 and 20 based on the temperature detection results of the temperature sensors 12 and 22 attached to the respective liquid tanks 10 and 20. The transfer device 2 can be operated at the time when the respective temperatures reach the predetermined temperatures. This makes it possible to automatically perform a reflow heating test on the component under test 7 stored in the sample cage 6. It is also possible to manually immerse the component under test 7 in the liquid tanks 10 and 20 for a predetermined time without using the transfer device 2.
[0044]
Further, the reflow heating test device described in the present embodiment is merely an example, and the reflow heating test device of the present invention may further include a plurality of (four or more) liquid tanks. For example, when the temperature profile has a temperature section other than the preheating temperature and the main heating temperature as described above, by increasing the number of liquid tanks, a temperature transition closer to such a temperature profile is realized. It becomes possible.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the reflow heating test apparatus of the present invention, the heat medium liquid can be maintained at a required temperature for each of the plurality of liquid tanks. Then, an actual reflow heating test is performed by transferring the component under test by the transfer means between the heating medium liquids whose temperatures are maintained in this way.
With such a configuration, for example, in a case where the conditions for the component under test to be subjected to the reflow heating test are set in advance, the heat transfer fluid for each liquid tank is set so as to correspond to the conditions for this test. In an environment where the temperature is maintained, the component under test can be heated by immersing it in a heat medium.
As a result, the component under test can be easily heated to a required temperature regardless of the shape and heat capacity of the component under test.
[0046]
Further, according to the reflow heating test method of the present invention, the heating medium liquid injected into the plurality of liquid tanks is determined based on the heating conditions set when performing the reflow heating test on the component under test. Set so that the temperature is maintained, and immerse the part under test in the order based on the heating conditions and for the required length of time for each of the plurality of liquid tanks. By doing so, it is possible to heat the component under test at substantially the same temperature transition as the above heating conditions. There is also an advantage that the temperature accuracy can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an entire reflow heating test apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system of the reflow heating test apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 shows a temperature transition when a certain component is heated by the reflow heating test apparatus according to the present embodiment, a temperature transition when a chip component is heated using IR reflow, and soldering to a printed wiring board. FIG. 6 is a diagram showing a temperature profile at the time.
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the reflow heating test apparatus of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a work procedure of a reflow heating test by the reflow heating test apparatus according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 50 reflow heating test device, 2 transfer device, 3 support rod, 4 vertical moving section, 5 horizontal moving section, 6 sample cage, 7 parts to be tested, 10 preheating tank, 12141 heater, 1222 42 temperature sensor, 13 23 43 Heat medium liquid, 20 heating tanks, 31 control section, 32 operation section, 33 34 heater drive section, 35 transfer drive section, 40 cooling tank

Claims

A plurality of liquid tanks into which the heat medium liquid is injected,
For each heating medium liquid injected into the plurality of liquid tanks, a temperature control unit that controls so that a required temperature is maintained,
Transfer means capable of transferring the component under test to be immersed in the heat medium liquid, between the heat medium liquids injected into the plurality of liquid tanks,
A reflow heating test apparatus characterized by comprising:

The temperature control means,
A required heating temperature for heating the component under test is set with respect to the heating medium liquid injected into the liquid bath for heating, and the component under test heated by the liquid bath for heating is set. The required cooling temperature for cooling is set with respect to the heating medium liquid injected into the cooling liquid tank,
The reflow heating test apparatus according to claim 1, wherein:

The required temperature is
The reflow heating test apparatus according to claim 1, wherein the temperature is determined based on a heating condition set when a reflow heating test is performed on the component under test.

A temperature control procedure for setting a heat medium liquid to be injected into a plurality of liquid tanks so that a temperature determined based on a heating condition set when performing a reflow heating test on the component under test is maintained. When,
For each required liquid tank among the plurality of liquid tanks, in an order based on the heating conditions, and by a time length based on the heating conditions, a dipping procedure for dipping the component under test,
A reflow heating test method characterized in that it is performed at least.