JP2012230012A - 加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と回路基板との接続部における温度負荷を均一に与えることができる加熱冷却試験方法を提供する。
【解決手段】回路基板３００の一方の面に接続された複数の接続部２１０を備える電子部品２００を加熱する加熱工程と、電子部品２００を冷却する冷却工程とを繰り返し行う加熱冷却試験方法であって、加熱工程および冷却工程は、回路基板３００の他方の面に当該回路基板３００より熱伝導率の高い均熱材４００を配置して行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を回路基板に実装した後の接続信頼性試験に関し、特に、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）等の電子部品をプリント基板に実装した後のはんだ接続部における加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置に関するものである。

従来、この種の加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置としては、電子部品を回路基板に実装した試験試料を大型の試験槽に入れ、試験条件として低温および高温それぞれの保持時間を指定し、繰り返し温度サイクルの負荷を与えた後、所定のサイクル終了時に試験試料を取り出し、温度サイクルによる導通抵抗やはんだ接合強度の変化を調べることにより、接続信頼性の寿命を推定する方法が用いられてきた。また、導通抵抗を測定する場合は、試験槽から試験試料を取り出すことなく連続で測定する方法も採られていた。

このような熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置を用いた接続信頼性試験では、通常、温度サイクル条件は、電子機器の使用環境を想定し、加速係数を考慮のうえ設定される。一般的には、低温側の温度として−４０℃、高温側の温度として１２５℃、それぞれの温度における保持時間として３０分を設定する場合が多く、試験期間としては１０００サイクル以上実施される場合が多い。

しかし、上記従来の接続信頼性試験では、低温側および高温側の所定温度における保持時間として、それぞれ３０分を設定する場合が多く、さらに試験期間として１０００サイクル以上実施される場合が多いため、試験結果が得られるまでに約３ヶ月以上の長期間を要し、製品開発の短縮が困難になるという問題点があった。

また、従来の接続信頼性試験においては、その雰囲気下に電子部品を実装した回路基板を置くため、試験試料全体の温度変化となるが、実使用状態においては、部品単体での発熱による影響が大きく、局所的な温度変化となる。このため、実使用環境と一致しない条件での試験となってしまうという問題もあった。

これら従来の問題点を解決するために、例えば、回路基板に直接ペルチェ素子を貼り付け、ペルチェ素子に流れる電流の制御により基板に局所的に低温および高温の温度負荷を繰り返し加え、局所的に温度サイクル負荷をかけながら試験試料の導通抵抗の変化を測定する技術がある（例えば、特許文献１参照）。図９は、特許文献１に記載された従来の加熱冷却試験装置の構成を示す図である。

図９に示すように、従来の加熱冷却試験装置１０００は、ペルチェ素子１１０１と、熱電対１１０２と、電流制御装置１１０３と、温度測定装置１１０４と、導通抵抗測定装置１１０５と、温度時間制御装置１１０６とを備える。

試験試料として、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）からなる電子部品１１０８が実装された回路基板１１０７が用意されており、電子部品１１０８にはペルチェ素子１１０１と熱電対１１０２が貼り付けられている。また、回路基板１１０７と電子部品１１０８とのはんだ接続部における導通抵抗値の変化を測定するために導通抵抗測定装置１１０５が接続されている。

加熱冷却試験を行う場合、まず、温度時間制御装置１１０６から電流制御装置１１０３に対して設定値に対応した信号が出力され、電流制御装置１１０３からペルチェ素子１１０１に設定された電流が流される。同時に熱電対１１０２に生じた熱起電力による電位差を温度測定装置１１０４により測定し、電位差に対応した温度が測定されて温度時間制御装置１１０６に入力される。温度時間制御装置１１０６では、測定された温度と設定された温度とを比較および監視する。温度が設定値に達した後は、その温度における設定された保持時間の間、温度が一定になるように電流を制御し、設定された保持時間が経過すると、温度時間制御装置１１０６から信号が出力され、電流制御装置１１０３はペルチェ素子１１０１に流す電流の向きを変え、もう一方の設定温度になるまで温度を変化させ、その温度における設定された保持時間が経過するまで制御する。その後は、再び電流の向きを変えて同様の制御を行う。この一連の動作の繰り返しにより、試験試料に繰り返しの温度負荷がかかり、温度サイクル試験が行われる。

特開２００２−１３４６６８号公報

しかしながら、従来の加熱冷却試験装置１０００の構成では、モールド樹脂を構成要素とするＢＧＡなどの電子部品を加熱する場合、複数のはんだ接続部に対して、加熱位置から各はんだ接続部までの熱伝導距離が異なるので、加熱位置直下のはんだ接続部と加熱位置周辺のはんだ接続部との間に温度差が発生し、繰り返し温度サイクル試験において加熱位置直下のはんだ接続部に過大な負荷を与えるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するものであり、温度による負荷を均一に与えることができる加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る加熱冷却試験方法は、回路基板の一方の面に接続された複数の接続部を備える電子部品を加熱する加熱工程と、前記電子部品を冷却する冷却工程とを繰り返し行う加熱冷却試験方法であって、前記加熱工程および前記冷却工程は、前記回路基板の他方の面に当該回路基板より熱伝導率の高い均熱材を配置して行うものである。

このように、電子部品が接合される回路基板の裏面に均熱材を配置して加熱試験を行うことにより、電子部品と回路基板との間の複数の接続部において、各接続部における温度差を小さくすることができる。従って、熱が電子部品から接続部に移動するという自己発熱と同様の現象を起こすことができるとともに、各接続部における温度負荷を均一にすることができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験方法において、前記加熱工程において、前記電子部品の表面にレーザを照射することにより前記電子部品を加熱するように構成しても構わない。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験方法において、前記均熱材は、前記レーザが照射される位置に対応する部分のみに配置されるように構成することができる。

これにより、複数の接続部のうち高温となる接続部の温度を低下させることができるので、接続部同士の温度差をさらに小さくすることができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験方法において、前記均熱材は、前記レーザが照射される位置とは異なる位置に対応する部分のみに配置され、前記加熱工程において、さらに、前記均熱材を加熱するように構成することもできる。

これにより、複数の接続部のうち低温となる接続部の温度を上昇させることができるので、接続部同士の温度差を小さくすることができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験方法において、前記冷却工程において、前記均熱材に固体冷媒を接触させて前記電子部品を冷却するように構成することができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験方法において、前記均熱材の材料は、アルミニウム、銅およびグラファイトのいずれか１つであるとすることが好ましい。

また、本発明に係る加熱冷却試験装置は、回路基板の一方の面に接続された複数の接続部を備える電子部品を加熱する加熱部と、前記電子部品を冷却する冷却部とを備え、前記加熱部は、前記回路基板の他方の面に前記回路基板より熱伝導率の高い均熱材が配置された状態で、前記電子部品を加熱するものである。

このように、電子部品が接合される回路基板の裏面に均熱材を配置した状態で加熱試験を行うことができるので、電子部品と回路基板との間の複数の接続部において、各接続部における温度差を小さくすることができる。従って、熱が電子部品から接続部に移動するという自己発熱と同様の現象を起こすことができるとともに、各接続部における温度負荷を均一にすることができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験装置において、前記加熱部は、前記電子部品の表面に照射させるレーザを出力するレーザ発振器を有するように構成しても構わない。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験装置において、前記均熱材は、前記レーザが照射される位置に対応する部分のみに配置されるように構成することができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験装置において、前記均熱材を加熱する補助加熱装置を備え、前記均熱材は、前記レーザが照射される位置とは異なる位置に対応する部分のみに配置されるように構成することもできる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験装置において、前記冷却部は、前記均熱材に接触される固体冷媒であるように構成することができる。

さらに、本発明に係る加熱冷却試験装置において、前記均熱材の材料は、アルミニウム、銅およびグラファイトのいずれか１つであるとすることが好ましい。

本発明に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置によれば、自己発熱と同様の熱伝導現象を起こすことで実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることができるだけでなく、温度による負荷が均一な信頼性試験を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置における加熱時の状態を示す図である。 （ａ）は、比較例に係る加熱冷却試験装置（均熱材なし）を用いて加熱した時のはんだ接合部の測定ポイントを示す図であり、（ｂ）は、その時のはんだ接合部の温度変化を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置（均熱材あり）を用いて加熱した時のはんだ接合部の測定ポイントを示す図であり、（ｂ）は、その時のはんだ接合部の温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置における冷却時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るおける加熱冷却試験装置を用いて加熱冷却試験方法を行った時のはんだ接合部における温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る加熱冷却試験装置の要部構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る加熱冷却試験装置の要部構成を示す図である。 従来の加熱冷却試験装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置１００の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験方法の実施に使用する加熱冷却試験装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置１００は、電子部品２００を回路基板３００に実装した後における電子部品２００と回路基板３００との接続信頼性試験を行うための装置であり、回路基板３００に接続された電子部品２００を加熱する加熱部１１０と、電子部品２００を冷却する冷却部１２０とを備える。加熱冷却試験装置１００は、電子部品２００に対して加熱と冷却との温度サイクルを繰り返して実施することで、接続信頼性試験を行う。

加熱部１１０は、電子部品２００を加熱する機能を有し、本実施の形態では、電子部品２００を加熱するためのレーザビームＬＢを出力するレーザ発振器１１１と、レーザ発振器から出射したレーザビームＬＢを所定のビーム形状に成形するビーム成形部１１２と、レーザビームＬＢを偏向させて電子部品２００にレーザビームＬＢを照射させるガルバノミラー１１３とを備える。ビーム成形部１１２およびガルバノミラー１１３はレーザビームＬＢの光軸上に設置されている。なお、ビーム成形部１１２は、レンズ等の光学系によって構成されている。

冷却部１２０は、電子部品２００を冷却する機能を有し、電子部品２００が接続された回路基板３００の下方において回路基板３００と対向して配置される。本実施の形態における冷却部１２０は、固体冷媒であるペルチェ素子によって構成されている。

また、加熱冷却試験装置１００は、回路基板３００を保持する保持部（不図示）を備えており、加熱冷却試験装置１００内において、一方の面（表面）に電子部品２００が接続（実装）された回路基板３００は、この保持部によって保持されている。

図１に示すように、電子部品２００には複数の接続部２１０が設けられており、電子部品２００の複数の接続部２１０と回路基板３００の配線パターン等とが電気的に接続されている。本実施の形態において、電子部品２００はモールド樹脂からなるＢＧＡであり、複数の接続部２１０の各接続部はボールはんだからなるはんだ接合部である。

そして、本実施の形態では、回路基板３００の他方の面（裏面）には、均熱材４００が配置されている。均熱材４００は、回路基板３００より熱伝導率の高い材料からなり、回路基板３００の裏面に接触して配置されている。

均熱材４００の材料としては、金属などの熱伝導率が高いものを用いることが好ましく、例えばアルミニウムを用いることができる。また、均熱材４００の形状は、平板状のものを用いることができ、本実施の形態では、図１に示すように、電子部品２００における全ての接続部２１０を覆うような形状となっている。

また、加熱冷却試験装置１００は、更に、昇降機１３０、第１の温度測定器１４１、第２の温度測定器１４２および制御部１５０を備える。

昇降機１３０は、鉛直方向に可動するアーム１３１を備えており、アーム１３１を駆動させることによって、冷却部１２０を回路基板３００の方向（鉛直方向）に昇降させることができる。

第１の温度測定器１４１は、電子部品２００の表面に接続されており、電子部品３００の保障温度を超えないことを監視するために、電子部品２００の表面温度を測定する。本実施の形態では、ＢＧＡのパッケージの表面温度が測定される。

第２の温度測定器１４２は、電子部品２００の接続部２１０に接続されており、加熱工程および冷却工程において温度プロファイルを制御するために、接続部２１０の表面温度を測定する。本実施の形態では、ボールはんだの表面温度が測定される。

第１の温度測定器１４１および第２の温度測定器１４２としては、測定対象に熱電対を接触させる接触式温度測定器または熱放射光を利用した非接触式温度測定器などを用いることができる。

制御部１５０は、加熱冷却試験装置１００における各構成の制御する機能を有し、レーザ発振器１１１の出力制御機能、ビーム成形部１１２のビーム形状制御機能、冷却部１２０の温度制御機能、昇降機１３０の昇降制御機能および温度サイクル制御機能などを有する。

例えば、制御部１５０は、電子部品２００の加熱時において、レーザ発振器１１１を動作させてレーザビームＬＢを出射させる一方、冷却部１２０が動作しないように制御する。この場合、昇降機１３０は降下状態となるように制御され、冷却部１２０と均熱材４００とは離間している。

また、制御部１５０は、電子部品２００の加熱時において、第２の温度測定器１４２からの温度情報に基づいて、レーザ発振器１１１を制御してレーザビームＬＢの出力を調整したり、ビーム成形部１１２を制御してビーム形状を調整したりもする。

一方、電子部品２００の冷却時において、制御部１５０は、レーザ発振器１１１の出力を停止させ、冷却部１２０を動作させるとともに昇降機１３０を上昇させて冷却部１２０を均熱材４００に接触させる。本実施の形態において、冷却部１２０はペルチェ素子であるので、ペルチェ素子の電流を制御することによって冷却機能を制御することができる。

次に、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００を用いた加熱冷却試験方法について説明する。

本実施の形態における加熱冷却試験方法は、回路基板３００に実装された電子部品２００を加熱する加熱工程と、電子部品２００を冷却する冷却工程との温度サイクルを繰り返して行うものであり、電子部品２００が実装された回路基板３００の裏面に回路基板３００より熱伝導率の高い均熱材４００を配置した状態で加熱工程および冷却工程を行う。

まず、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法における加熱工程（加熱時）について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置における加熱時の状態を示す図である。

図２に示すように、まず、加熱する前に、一方の面に電子部品２００が接続部２１０を介して実装されるとともに、他方の面に均熱材４００が設けられた回路基板３００を準備し、この回路基板３００を保持部（不図示）によって保持させて加熱冷却試験装置１００内にセットする。

具体的に、電子部品２００は、一片が３０ｍｍ角のＢＧＡからなる半導体パッケージであり、接続部２１０は、数十個のはんだボールからなるはんだ接合部である。また、均熱材４００は、一片が７０ｍｍ角のアルミニウムからなる平板であり、板厚を１．６ｍｍとしている。

次に、加熱部１１０によって電子部品２００を加熱する。本実施の形態では、電子部品２００にレーザビームを照射させることによって加熱する。

具体的には、レーザ発振器１１１から発振されたレーザビームＬＢは、ビーム成形部１１２によって所定のビーム形状に成形される。次に、成形されたレーザビームＬＢは、ガルバノミラー１１３で偏向されて、電子部品２００の表面に照射される。これにより、電子部品２００が加熱されて、熱伝導により電子部品２００の温度が上昇する。また、加熱によって生じる電子部品２００の熱は、接続部２１０を介して回路基板３００へと伝導する。

このとき、加熱時において、第１の温度測定器１４１によって電子部品２００の表面温度を継続して測定するとともに、第２の温度測定器１４２によって接続部２１０の温度を継続して測定する。測定された温度は、測定と同時に刻々制御部１５０に出力される。

制御部１５０は、第２の温度測定器１４２によって検出された温度に基づいて、加熱部１１０を制御する。具体的には、第２の温度測定器１４２で測定された接続部２１０の温度と、制御部１５０に予め設定された温度プロファイルの加熱曲線とを照らし合わせて、第２の温度測定器１４２による検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付くように、制御部１５０はレーザ発振器１１１に対してレーザビームの出力状態を調整するための指示信号を出力する。また、第２の温度測定器１４２による検出温度が所定の最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持させるように、制御部１５０はレーザ発振器１１１に対して指示信号を出力する。

以上のようにして、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法における電子部品２００の加熱試験工程が行われる。

次に、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００を用いた加熱冷却試験方法の作用効果について説明する。

上述のように電子部品２００が加熱されると、樹脂モールドされたＢＧＡからなる電子部品２００においては、レーザビームＬＢの照射によって発生した熱は、樹脂から接続部２１０を介して回路基板３００に伝導し、大気中（空気）に放熱する。

このとき、回路基板３００に均熱材４００が設けられていない場合は、接続部２１０を通って回路基板３００に伝導する熱は、電子部品２００におけるレーザ照射位置（照射直下）の接続部２１０からレーザ照射位置の周囲の接続部２１０へと伝わっていく。

そのため、複数の接続部２１０の温度については、回路基板３００の熱の流れの影響により、レーザ照射位置における接続部２１０の温度は高くなり、レーザ照射位置の周辺における接続部２１０の温度は低くなる。この接続部２１０間の温度の違いにより、接続部２１０の負荷が異なり、温度が高い接続部２１０での負荷が大きくなる。

これに対し、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００では、均熱材４００が回路基板３００に配置されているので、回路基板３００を伝導する熱の流れを変更することができる。すなわち、均熱材４００を配置した位置に対応する接続部２１０の温度を低下させることができるとともに熱を拡散させることができるので、複数の接続部２１０において、中央部と周辺部とにおける接続部２１０の温度差を小さくすることができる。

具体的には、均熱材４００を回路基板３００に設けることにより、電子部品２００の加熱時において、接続部２１０を介して電子部品２００から回路基板３００に伝導する熱を、均熱材４００に熱伝導させることができる。これにより、接続部２１０のうち高温となっている接続部２１０の温度を低下させることができる。この結果、回路基板３００の熱を拡散させて各接続部２１０における温度差を小さくすることができ、接続部２１０の温度を均一化することができる。

ここで、均熱材４００の有無による効果の違いを確かめる実験を行ったので、その実験結果について、図３および図４を用いて説明する。図３（ａ）は、均熱材を設けない比較例に係る加熱冷却試験装置を用いて加熱した時のはんだ接合部の測定ポイントを示す図であり、図３（ｂ）は、その時のはんだ接合部の温度変化を示す図である。また、図４（ａ）は、均熱材を設けた本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置を用いて加熱した時のはんだ接合部の測定ポイントを示す図であり、図４（ｂ）は、その時のはんだ接合部の温度変化を示す図である。

なお、この実験では、上述と同様に、電子部品２００としては３０ｍｍ角のＢＧＡを用い、均熱材４００としては板厚が１．６ｍｍで７０ｍｍ角のアルミニウムからなる平板を用いた。但し、図３（ａ）および図４（ｂ）は、電子部品２００を４分割したときの１片（４分の１）の斜視図を示している。また、レーザの出力を２７Ｗとし、レーザビームのビーム径をφ３０ｍｍとして、電子部品２００の表面全体を加熱した。

また、図３（ｂ）および図４（ｂ）において、Ｔ１で示す温度変化曲線は、図３（ａ）および図４（ａ）に示される測定ポイントＰ１、すなわち中央部におけるはんだ接合部の温度を測定したものである。また、Ｔ２に示す温度変化曲線は、図３（ａ）および図４（ａ）に示される測定ポイントＰ２、すなわち周辺部におけるはんだ接続部の温度を測定したものである。

図３（ｂ）に示すように、均熱材を用いない場合は、はんだ接合部の中央部と周辺部とでは約５０℃の温度差が生じており、レーザ照射の加熱による温度負荷がはんだ接合部に対して均一ではないことが分かる。

一方、図４（ｂ）に示すように、均熱材を用いた場合は、はんだ接合部の中央部と周辺部との温度差を約６℃にまで低下させることができる。これは、電子部品２００に対して、均熱材４００を回路基板３００に設置することにより、回路基板３００に伝導した熱が均熱材４００へと伝導し、中央部におけるはんだ接合部の温度上昇が抑制されているからである。

このように、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００では、回路基板３００に均熱材４００を設けることによって、電子部品２００の加熱時におけるはんだ接合部の温度を均一化することができる。

また、図３（ｂ）および図４（ｂ）の結果は、同じ条件にてレーザ照射を行ったものであるが、図３（ａ）の比較例では均熱材を設けてないために、図３（ｂ）に示すように全体的に温度が上昇している。一方、図４（ａ）の本実施形態では均熱材を設けているので熱が広がり、図４（ｂ）に示すように、全体的な温度上昇は起こらなかった。なお、図３（ａ）の比較例においてレーザ照射量を下げて実験したとしても、図３（ｂ）に示される割合と同じ割合によって中央部と周辺部とで温度差が生じ、図４（ｂ）に示すように、中央部と周辺部との温度差は小さくならない。

次に、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法における冷却工程（冷却時）について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る加熱冷却試験装置における冷却時の状態を示す図である。

電子部品２００を冷却する場合、制御部１５０によって、レーザ発振器１１１から発振するレーザビームＬＢの出力を停止させるとともに、昇降機１３０を駆動して冷却部１２０を上昇させて、冷却部１２０を均熱材４００の底面に接触させる。

このとき、冷却時においても、第１の温度測定器１４１によって電子部品２００の表面温度を測定するとともに、第２の温度測定器１４２によって接続部２１０の温度を測定して、測定した温度を制御部１５０に出力する。

制御部１５０は、それと同時に、加熱時と同様に、第２の温度測定器１４２によって検出された温度に基づいて、冷却部１２０を制御する。具体的には、第２の温度測定器１４２で測定された接続部２１０の温度と、制御部１５０に予め設定された温度プロファイルの冷却曲線とを照らし合わせて、第２の温度測定器１４２による検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付くように、制御部１５０は冷却部１２０を制御する。また、第２の温度測定器１４２による検出温度が所定の最低温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持させるように、制御部１５０は冷却部１２０に対して指示信号を出力する。なお、本実施の形態において、冷却部１２０はペルチェ素子であるので、制御部１５０はペルチェ素子への通電を制御する。

以上のようにして、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法における電子部品２００の冷却試験工程が行われる。

次に、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００を用いた加熱冷却試験方法において、加熱工程と冷却工程とを交互に行う温度サイクル工程における温度変化について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係るおける加熱冷却試験装置を用いて加熱冷却試験方法を行った時のはんだ接合部における温度変化を示す図である。

なお、図６において、温度を測定する測定ポイントは図４（ａ）における測定ポイントと同様である。したがって、図６において、Ｔ１で示す温度変化曲線は、図４（ａ）に示される測定ポイントＰ１の温度を測定したものであり、Ｔ２に示す温度変化曲線は、図４（ａ）に示される測定ポイントＰ２、すなわち周辺部におけるはんだ接続部の温度を測定したものである。

まず、電子部品２００を加熱する加熱工程は上述のように行い、その後、例えば、冷却時における冷却部１２０（ペルチェ素子）の温度を−４０℃に設定すると、図６に示すように、レーザ照射を停止して約２分後には電子部品２００は−４０℃に達していた。

このように、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００では、回路基板３００に均熱材４００を設けて加熱工程を行っており、また、回路基板３００に設けられた均熱材４００に冷却部１２０を接触させて冷却工程を行っている。これにより、加熱冷却対象が電子部品２００のみとすることができるので、熱容量を小さくすることができ、温度サイクルにおける加熱時間および冷却時間を短縮することができる。実際、図６に示すように、加熱や冷却に要する時間は、それぞれ従来の大型試験槽では３０分程度を要していたものに比べて、約１／４に時間短縮できることがわかる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る加熱冷却試験装置の要部構成（回路基板近傍）を示す図である。なお、図７において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７に示す本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００Ａが、図１に示す実施の形態１に係る加熱冷却試験装置１００と異なる点は、本実施の形態では、均熱材４００Ａが複数の接続部２１０のうち温度が高くなる接続部２１０のみに設けられている点である。

すなわち、本実施の形態では、レーザが照射される位置に対応する回路基板３００の裏面の部分のみに均熱材４００Ａを接触させて配置している。本実施の形態では、均熱材４００Ａにおける回路基板３００との接触面積が、電子部品２００における回路基板３００に対向する部分の面積に対して、４０％となるようにした。

なお、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法については、実施の形態１と同様にして行うことができる。

以上、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置および加熱冷却試験方法によれば、レーザ照射時に高温となる接続部２１０に対応する位置にのみ均熱材４００Ａが設けられている。例えは、電子部品２００の中央部にレーザ照射する場合、均熱材４００Ａは電子部品２００の中央部に対応する位置にのみ設けられる。これにより、複数の接続部２１０のうち高温となる中央部の接続部２１０の温度を低下させることができるので、接続部２１０における中央部と周辺部との温度差を小さくすることができ、接続部２１０に対する温度による負荷を均一にして加熱を行うことができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態３に係る加熱冷却試験装置の要部構成（回路基板近傍）を示す図である。なお、図８において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図８に示す本実施の形態に係る加熱冷却試験装置１００Ｂが、図１に示す実施の形態１に係る加熱冷却試験装置１００と異なる点は、本実施の形態では、均熱材４００Ｂが複数の接続部２１０のうち温度が低くなる接続部２１０のみに設けられている点と、加熱を補助する補助加熱装置１１０Ｂが均熱材４００Ｂに接触させて配置されている点である。

すなわち、本実施の形態では、レーザが照射される位置ではなく、そのレーザが照射される位置とは異なる位置である周辺部に対応する回路基板３００の裏面の部分のみに均熱材４００Ｂを接触させて配置している。例えば、均熱材４００Ｂは、レーザが照射される位置を除くように、レーザが照射される位置を取り囲むように形成することができる。

補助加熱装置１１０Ｂは、ヒータなどの加熱器によって構成することができ、均熱材４００Ｂの裏面（回路基板３００側の面とは反対側の面）に接触させて配置される。補助加熱装置１１０Ｂは、電子部品２００がレーザ照射によって加熱される時に、均熱材４００Ｂを加熱する。これにより、加熱工程において、均熱材４００Ｂを介して、電子部品２００の複数の接続部２１０のうちレーザが照射されていない周辺部の接続部２１０の温度を上昇させることができる。

なお、本実施の形態に係る加熱冷却試験方法については、実施の形態１と同様にして行うことができる。

以上、本実施の形態に係る加熱冷却試験装置および加熱冷却試験方法によれば、レーザ照射時に低温となる接続部２１０に対応する位置にのみ均熱材４００Ｂが設けられるとともに、均熱材４００Ｂを加熱する補助加熱装置１１０Ｂが設けられている。例えは、電子部品２００の中央部にレーザ照射する場合、均熱材４００Ｂは電子部品２００の周辺部に対応する位置にのみ設けられ、補助加熱装置１１０Ｂによって均熱材４００Ｂを加熱する。

これにより、複数の接続部２１０のうち低温となる周辺部の接続部２１０の温度を上昇させることができるので、接続部２１０における中央部と周辺部との温度差を小さくすることができ、接続部２１０に対する温度による負荷を均一にして加熱を行うことができる。

なお、本実施の形態において、補助加熱装置１１０Ｂとしては、図８に示すように、板状のヒータを用いているが、レーザビームを成形して均熱材４００Ｂを補助加熱するように構成してもよい。

以上、本発明に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験方法について、実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、均熱材４００の材料としてアルミニウムを用いたが、これに限らない。均熱材４００の材料としては、銅又はグラファイトを用いることもできる。銅又はグラファイトは、アルミニウムよりも熱伝導率が高く、アルミニウムよりもさらに面内の熱均一性を向上させることができる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本発明に係る加熱冷却試験方法および加熱冷却試験装置は、電子部品と回路基板との接続部における接続信頼性試験等において広く利用することができる。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１０００ 加熱冷却試験装置
１１０ 加熱部
１１０Ｂ 補助加熱装置
１１１ レーザ発振器
１１２ ビーム成形部
１１３ ガルバノミラー
１２０ 冷却部
１３０ 昇降機
１３１ アーム
１４１ 第１の温度測定器
１４２ 第２の温度測定器
１５０ 制御部
２００、１１０８ 電子部品
２１０ 接続部
３００、１１０７ 回路基板
４００、４００Ａ、４００Ｂ 均熱材
１１０１ ペルチェ素子
１１０２ 熱電対
１１０３ 電流制御装置
１１０４ 温度測定装置
１１０５ 導通抵抗測定装置
１１０６ 温度時間制御装置

Claims (12)

1. 回路基板の一方の面に接続された複数の接続部を備える電子部品を加熱する加熱工程と、前記電子部品を冷却する冷却工程とを繰り返し行う加熱冷却試験方法であって、
   前記加熱工程および前記冷却工程は、前記回路基板の他方の面に当該回路基板より熱伝導率の高い均熱材を配置して行う、
   加熱冷却試験方法。
2. 前記加熱工程において、
   前記電子部品の表面にレーザを照射することにより前記電子部品を加熱する
   請求項１記載の加熱冷却試験方法。
3. 前記均熱材は、前記レーザが照射される位置に対応する部分のみに配置される
   請求項２記載の加熱冷却試験方法。
4. 前記均熱材は、前記レーザが照射される位置とは異なる位置に対応する部分のみに配置され、
   前記加熱工程において、
   さらに、前記均熱材を加熱する
   請求項２記載の加熱冷却試験方法。
5. 前記冷却工程において、
   前記均熱材に固体冷媒を接触させて前記電子部品を冷却する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱冷却試験方法。
6. 前記均熱材の材料は、アルミニウム、銅およびグラファイトのいずれか１つである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱冷却試験方法。
7. 回路基板の一方の面に接続された複数の接続部を備える電子部品を加熱する加熱部と、
   前記電子部品を冷却する冷却部とを備え、
   前記加熱部は、前記回路基板の他方の面に前記回路基板より熱伝導率の高い均熱材が配置された状態で、前記電子部品を加熱する
   加熱冷却試験装置。
8. 前記加熱部は、前記電子部品の表面に照射させるレーザを出力するレーザ発振器を有する
   請求項７記載の加熱冷却試験装置。
9. 前記均熱材は、前記レーザが照射される位置に対応する部分のみに配置される
   請求項８記載の加熱冷却試験装置。
10. さらに、前記均熱材を加熱する補助加熱装置を備え、
    前記均熱材は、前記レーザが照射される位置とは異なる位置に対応する部分のみに配置される
    請求項８記載の加熱冷却試験装置。
11. 前記冷却部は、前記均熱材に接触される固体冷媒である
    請求項７〜１０のいずれか１項に記載の加熱冷却試験装置。
12. 前記均熱材の材料は、アルミニウム、銅およびグラファイトのいずれか１つである
    請求項７〜１１のいずれか１項に記載の加熱冷却試験装置。

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