JP2019049418A - Thermal cycle testing device, thermal cycle testing method, production method of semiconductor device, and program - Google Patents

Thermal cycle testing device, thermal cycle testing method, production method of semiconductor device, and program Download PDF

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Abstract

To enhance reliability of a heat cycle test.SOLUTION: A thermal cycle testing device 100 comprises: an AE sensor 31 which detects acoustic emission (AE) from a substrate 3 formed by joining a plurality of materials different in a thermal expansion coefficient; a displacement sensor 33 which detects displacement of the substrate 3; and a recording unit 51 which records a set of the AE detected by the AE sensor 31 and the displacement detected by the displacement sensor 33. The detection of the AE generated in the substrate 3 by the AE sensor 31 specifies an occurrence timing of destruction of the substrate 3 in an H/C test. This, in combination with the detection of the displacement of the substrate 3 by the displacement sensor 33, enables specification of destruction mechanism of the substrate 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱サイクル試験装置、熱サイクル試験方法、半導体装置の製造方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a thermal cycle test apparatus, a thermal cycle test method, a semiconductor device manufacturing method, and a program.

例えば太陽光発電、風力発電等の再生可能エネルギー分野、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車載分野、車両等の鉄道分野のような主幹産業分野において、パワー半導体モジュール(単に、半導体モジュール或いは半導体装置とも呼ぶ)が組み込まれたパワーコンディショナ(PCS)、インバータ、スマートグリッド等の電力変換システムが採用されている。これらのシステムを安定に稼働することは主幹産業分野において特に重要であり、故に半導体モジュールの高い信頼性が求められる。ここで、半導体モジュールは、例えば高電圧及び大電流駆動に好適な絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を備える。近年では、炭化ケイ素(SiC)半導体素子が実用化し、高温での動作が可能になったことから、半導体モジュールの信頼性として特に耐熱性が求められるようになった。   For example, power semiconductor modules (simply referred to as semiconductor modules or semiconductor devices) in the main industrial fields such as renewable energy fields such as solar power generation and wind power generation, in-vehicle fields such as hybrid cars and electric cars, and railway fields such as vehicles. Power conversion systems such as power conditioners (PCS), inverters, smart grids, etc., are incorporated. Stable operation of these systems is particularly important in the main industrial field, and therefore high reliability of semiconductor modules is required. Here, the semiconductor module includes an insulated gate bipolar transistor (IGBT) suitable for high voltage and large current driving, for example. In recent years, since silicon carbide (SiC) semiconductor elements have been put into practical use and can operate at high temperatures, heat resistance has been particularly required as the reliability of semiconductor modules.

半導体モジュールの耐熱性を向上するために、半導体素子等を搭載する基板として、絶縁性セラミックスに銅基板を接合したDirect Copper Bonding(DCB)基板を採用することができる。ここで、DCB基板は、半導体モジュールに要求される性能、コスト等に応じて様々な材料、厚さ等のものが使用される。しかし、DCB基板は、例えば半導体モジュールの製造工程におけるはんだ付け工程により熱履歴を受けるため、熱衝撃による破壊を受けること、或いは絶縁性セラミックスと銅基板との異なる線膨張係数に起因する残留応力の変化による破壊を受けることが懸念される。   In order to improve the heat resistance of the semiconductor module, a direct copper bonding (DCB) substrate obtained by bonding a copper substrate to insulating ceramics can be employed as a substrate on which a semiconductor element or the like is mounted. Here, as the DCB substrate, various materials, thicknesses, and the like are used according to performance, cost, and the like required for the semiconductor module. However, since the DCB substrate receives a thermal history due to, for example, a soldering process in the manufacturing process of the semiconductor module, the DCB substrate is subject to destruction due to thermal shock, or residual stress caused by different linear expansion coefficients between the insulating ceramic and the copper substrate. There is concern about being destroyed by change.

そこで、半導体モジュールの信頼性を評価する方法として、例えば特許文献1及び2には、熱負荷等を加えつつ基板内から生じるアコースティック・エミッション(AE)を検出することにより、基板内にクラックが発生したことを検出する評価法が開示されている。ここで、AEとは、基板内に蓄えられた歪みエネルギーを弾性波として放出する現象をいう。また、特許文献3及び4には、例えば−40〜125℃の温度変化(ヒートサイクル)による熱負荷を基板に繰り返し与えて、基板内のクラックの発生及び成長を評価するヒートサイクル試験(H/C試験)が開示されている。
特許文献1 特開昭61−97566号公報
特許文献2 特開昭63−298153号公報
特許文献3 特開2009−117614号公報
特許文献4 特開2003−100965号公報
Therefore, as a method for evaluating the reliability of a semiconductor module, for example, in Patent Documents 1 and 2, cracks are generated in a substrate by detecting acoustic emission (AE) generated from the substrate while applying a thermal load or the like. An evaluation method for detecting this is disclosed. Here, AE refers to a phenomenon in which strain energy stored in a substrate is released as an elastic wave. Further, in Patent Documents 3 and 4, for example, a heat cycle test (H / H) for evaluating the occurrence and growth of cracks in a substrate by repeatedly applying a thermal load to the substrate by a temperature change (heat cycle) of −40 to 125 ° C., for example. C test) is disclosed.
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-97566 Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-298153 Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-117614

しかしながら、H/C試験では、通常、検査対象の基板を加熱板上に載せて加熱し、次いで冷却板上に載せて冷却することで基板に熱負荷を加え、適宜試験を中断して基板の破壊の有無を目視で確認する。そのため、長い試験時間及び人的コストを要するという問題がある。また、初期の微小なクラックの発生、基板中のクラックの発生を見落とすおそれがある、クラックが発生するタイミングを特定できない、基板を移動して熱負荷を加えるため基板の変形量を測定することが困難であるという問題もある。   However, in the H / C test, usually, a substrate to be inspected is placed on a heating plate and heated, and then placed on a cooling plate to be cooled, a thermal load is applied to the substrate, and the test is interrupted as appropriate. Visually check for damage. Therefore, there is a problem that a long test time and human cost are required. In addition, the occurrence of initial micro cracks, the occurrence of cracks in the substrate may be overlooked, the timing at which cracks occur cannot be specified, the amount of deformation of the substrate can be measured by moving the substrate and applying a thermal load There is also the problem that it is difficult.

なお、上記のような熱負荷は半導体モジュールのみならず熱膨張率が異なる材料を接合した各種の接合体を破壊する要因となることから、このような接合体の試験に共通する課題でもある。   In addition, since the above heat load becomes a factor which destroys not only a semiconductor module but the various joining bodies which joined the material from which a thermal expansion coefficient differs, it is also a subject common to the test of such a joining body.

(項目1)
熱サイクル試験装置は、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物のアコースティックエミッションを検出するAE検出部を備えてよい。
熱サイクル試験装置は、試験対象物の変位を検出する変位検出部を備えてよい。
熱サイクル試験装置は、AE検出部が検出したアコースティックエミッションおよび変位検出部が検出した変位の組を記録する記録部を備えてよい。
(Item 1)
The thermal cycle test apparatus may include an AE detection unit that detects acoustic emission of a test object in which a plurality of materials having different thermal expansion coefficients are joined.
The thermal cycle test apparatus may include a displacement detection unit that detects the displacement of the test object.
The thermal cycle test apparatus may include a recording unit that records a set of acoustic emission detected by the AE detection unit and displacement detected by the displacement detection unit.

(項目2)
熱サイクル試験装置は、試験対象物を載置し、試験対象物の温度を制御するステージを更に備えてよい。
(Item 2)
The thermal cycle test apparatus may further include a stage on which the test object is placed and the temperature of the test object is controlled.

(項目3)
ステージは、試験対象物を予め定められた周期T(秒)で繰り返し加熱および冷却できてよい。
(Item 3)
The stage may be able to repeatedly heat and cool the test object with a predetermined period T (seconds).

(項目4)
熱サイクル試験装置は、熱サイクル試験中に試験対象物に接触してアコースティックエミッションをAE検出部へと伝搬させる導波体を更に備えてよい。
(Item 4)
The thermal cycle test apparatus may further include a waveguide that contacts the test object during the thermal cycle test and propagates acoustic emission to the AE detector.

(項目5)
導波体は、試験対象物と接触する接触面の面積が、AE検出部に接触する接触面の面積よりも小さくてよい。
(Item 5)
In the waveguide, the area of the contact surface in contact with the test object may be smaller than the area of the contact surface in contact with the AE detection unit.

(項目6)
導波体は、円錐台状または角錐台状であってよい。
(Item 6)
The waveguide may be frustoconical or pyramidal.

(項目7)
導波体は、セラミックを材料としてよい。
(Item 7)
The waveguide may be made of ceramic.

(項目8)
変位検出部は、導波体を介して試験対象物の変位を検出してよい。
(Item 8)
The displacement detector may detect the displacement of the test object via the waveguide.

(項目9)
導波体は、試験対象物側の第1端面が試験対象物に押し当てられてよい。
AE検出部は、導波体における第1端面と反対側の第2端面に接して固定されてよい。
変位検出部は、変位検出部に対する導波体およびAE検出部の組の相対移動を検出してよい。
(Item 9)
The first end face of the waveguide on the test object side may be pressed against the test object.
The AE detector may be fixed in contact with the second end surface of the waveguide opposite to the first end surface.
The displacement detection unit may detect relative movement of the set of the waveguide and the AE detection unit with respect to the displacement detection unit.

(項目10)
熱サイクル試験装置は、導波体およびAE検出部を吊り下げて支持する支持部を更に備えてよい。
変位検出部は、導波体およびAE検出部の上下動を検出してよい。
(Item 10)
The thermal cycle test apparatus may further include a support unit that suspends and supports the waveguide body and the AE detection unit.
The displacement detector may detect vertical movement of the waveguide and the AE detector.

(項目11)
支持部は、伸縮部材により導波体およびAE検出部を吊り下げてよい。
(Item 11)
The support part may suspend the waveguide and the AE detection part by an elastic member.

(項目12)
支持部は、伸縮部材の上端の位置を上下方向に調整可能に支持してよい。
(Item 12)
A support part may support the position of the upper end of an expansion-contraction member so that adjustment is possible to an up-down direction.

(項目13)
変位検出部は、差動トランスを有してよい。
AE検出部は、差動トランスの可動磁心に固定されてよい。
(Item 13)
The displacement detection unit may include a differential transformer.
The AE detector may be fixed to the movable magnetic core of the differential transformer.

(項目14)
変位検出部は、試験対象物の測定位置において測定した測定変位からステージの基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
(Item 14)
The displacement detector may calculate the displacement of the test object itself by subtracting the reference displacement of the stage from the measured displacement measured at the measurement position of the test object.

(項目15)
変位検出部は、試験対象物の熱サイクル試験とは異なるキャリブレーションサイクル中にステージにおける試験対象物を載置しない部分で測定した基準変位を、測定変位から減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
(Item 15)
The displacement detection unit subtracts the reference displacement measured at the part where the test object is not placed on the stage during a calibration cycle different from the thermal cycle test of the test object, thereby subtracting the displacement of the test object itself. May be calculated.

(項目16)
変位検出部は、試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物の測定位置に接して測定変位を測定する第1変位測定部を有してよい。
変位検出部は、熱サイクル試験中に、ステージに接して基準変位を測定する第2変位測定部を有してよい。
(Item 16)
The displacement detection unit may include a first displacement measurement unit that measures the measurement displacement in contact with the measurement position of the test object during the thermal cycle test of the test object.
The displacement detection unit may include a second displacement measurement unit that measures the reference displacement in contact with the stage during the thermal cycle test.

(項目17)
変位検出部は、試験対象物の温度を上昇させている間において測定した測定変位から、ステージの温度を上昇させながら測定した第1の基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
変位検出部は、試験対象物の温度を下降させている間において測定した測定変位から、ステージの温度を下降させながら測定した第2の基準変位を減じることにより、試験対象物そのものの変位を算出してよい。
(Item 17)
The displacement detector calculates the displacement of the test object itself by subtracting the first reference displacement measured while raising the temperature of the stage from the measured displacement measured while raising the temperature of the test object. You can do it.
The displacement detector calculates the displacement of the test object itself by subtracting the second reference displacement measured while lowering the stage temperature from the measured displacement measured while lowering the temperature of the test object. You can do it.

(項目18)
ステージは、試験対象物を加熱可能に載置するヒートステージを有してよい。
ステージは、ヒートステージにおける試験対象物を載置する面とは反対の面側に設けられた冷却部材を有してよい。
熱サイクル試験装置は、ヒートステージを冷却する冷却部を有してよい。
(Item 18)
The stage may have a heat stage on which the test object is placed so that it can be heated.
The stage may have a cooling member provided on the surface side opposite to the surface on which the test object is placed on the heat stage.
The thermal cycle test apparatus may include a cooling unit that cools the heat stage.

(項目19)
冷却部は、冷却部材に冷却液を供給してヒートステージを冷却してよい。
(Item 19)
The cooling unit may cool the heat stage by supplying a cooling liquid to the cooling member.

(項目20)
冷却部は、ヒートステージにより試験対象物を加熱させている間においても冷却部材に冷却液を供給してよい。
(Item 20)
The cooling unit may supply the cooling liquid to the cooling member even while the test object is heated by the heat stage.

(項目21)
熱サイクル試験装置は、試験対象物、および当該熱サイクル試験装置における少なくとも試験対象物に接する部材を覆うチャンバを更に備えてよい。
(Item 21)
The thermal cycle test apparatus may further include a chamber that covers the test object and at least a member in contact with the test object in the thermal cycle test apparatus.

(項目22)
熱サイクル試験装置は、チャンバの外側に設けられ、チャンバ内に充填するガスがチャンバの外部に漏れたことを検出するためのガスセンサを更に備えてよい。
(Item 22)
The thermal cycle test apparatus may further include a gas sensor that is provided outside the chamber and detects that a gas filling the chamber has leaked to the outside of the chamber.

(項目23)
記録部は、AE検出部が検出したアコースティックエミッションの時系列データおよび変位検出部が検出した変位の時系列データを記録してよい。
(Item 23)
The recording unit may record the time series data of acoustic emission detected by the AE detection unit and the time series data of displacement detected by the displacement detection unit.

(項目24)
記録部は、試験対象物に与えた温度の時系列データを更に記録してよい。
(Item 24)
The recording unit may further record time series data of the temperature given to the test object.

(項目25)
熱サイクル試験装置は、熱サイクル試験中に検出した試験対象物のアコースティックエミッションが閾値を超えたことに応じて、試験対象物が破壊されたと判定する破壊判定部を更に備えてよい。
(Item 25)
The thermal cycle test apparatus may further include a destruction determination unit that determines that the test object is destroyed when the acoustic emission of the test object detected during the thermal cycle test exceeds a threshold value.

(項目26)
破壊判定部は、熱サイクル試験中に検出した試験対象物のアコースティックエミッションおよび変位に基づいて、試験対象物に生じた破壊の種類を更に判定してよい。
(Item 26)
The destruction determination unit may further determine the type of destruction that has occurred in the test object based on the acoustic emission and displacement of the test object detected during the thermal cycle test.

(項目27)
破壊判定部は、試験対象物のアコースティックエミッションの周波数成分に基づいて、試験対象物における、複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを更に判定してよい。
(Item 27)
The destruction determination unit may further determine which material portion of the plurality of materials in the test object is broken based on the frequency component of the acoustic emission of the test object.

(項目28)
記録部は、熱サイクル試験中に試験対象物を撮像した動画を更に記録してよい。
(Item 28)
The recording unit may further record a moving image obtained by imaging the test object during the thermal cycle test.

(項目29)
熱サイクル試験方法では、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物のアコースティックエミッションを検出してよい。
熱サイクル試験方法では、熱サイクル試験中に、試験対象物の変位を検出してよい。
熱サイクル試験方法では、検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録してよい。
(Item 29)
In the thermal cycle test method, the acoustic emission of the test object may be detected during the thermal cycle test of the test object in which a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion are joined.
In the thermal cycle test method, the displacement of the test object may be detected during the thermal cycle test.
The thermal cycle test method may record a set of detected acoustic emissions and detected displacement.

(項目30)
熱サイクル試験方法では、試験対象物を予め定められた周期T(秒)で繰り返し加熱および冷却しながら実行されてよい。
(Item 30)
In the thermal cycle test method, the test object may be repeatedly heated and cooled at a predetermined period T (seconds).

(項目31)
試験対象物は、金属板、絶縁板および配線板を順に積層した基板であってよい。
熱サイクル試験方法は、基板を加熱により平坦にし、次に昇温中に反らせることにより、基板に熱負荷を与えながら実行されてよい。
(Item 31)
The test object may be a substrate in which a metal plate, an insulating plate, and a wiring board are sequentially laminated.
The thermal cycle test method may be performed while applying a thermal load to the substrate by flattening the substrate by heating and then warping it during temperature elevation.

(項目32)
半導体装置の製造方法は、基板を用意する工程を備えてよい。
半導体装置の製造方法は、項目31に記載の熱サイクル試験方法により基板を試験する工程を備えてよい。
半導体装置の製造方法は、試験する工程において選別した基板を用いて半導体装置を組み立てる工程を備えてよい。
(Item 32)
The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of preparing a substrate.
The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of testing a substrate by the thermal cycle test method described in Item 31.
The method for manufacturing a semiconductor device may include a step of assembling the semiconductor device using the substrate selected in the testing step.

(項目33)
プログラムは、コンピュータに、熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、試験対象物のアコースティックエミッションを検出させてよい。
プログラムは、コンピュータに、熱サイクル試験中に、試験対象物の変位を検出させてよい。
プログラムは、コンピュータに、検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録させてよい。
(Item 33)
The program may cause the computer to detect the acoustic emission of the test object during the thermal cycle test of the test object in which a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion are joined.
The program may cause the computer to detect the displacement of the test object during the thermal cycle test.
The program may cause a computer to record a set of detected acoustic emissions and detected displacement.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本実施形態に係る熱サイクル試験装置の構成を示す。The structure of the thermal cycle test apparatus which concerns on this embodiment is shown. 熱サイクル試験装置の制御系の構成を示す。The structure of the control system of a thermal cycle test apparatus is shown. 基板の構成を上面視において示す。The structure of the substrate is shown in a top view. 基板の変形状態を側面視において示す。The deformation state of the substrate is shown in a side view. 加熱時における基板の変形状態を側面視において示す。The deformation | transformation state of the board | substrate at the time of a heating is shown in a side view. H/C試験の手順を示す。The procedure of the H / C test is shown. H/C試験の結果の一例を示す。An example of the result of a H / C test is shown. H/C試験の結果の別の例を示す。Another example of the result of the H / C test is shown. H/C試験の結果のさらに別の例を示す。Another example of the result of the H / C test is shown. 半導体装置の製造方法の手順を示す。The procedure of the manufacturing method of a semiconductor device is shown. 半導体装置の概略構成を示す。1 shows a schematic configuration of a semiconductor device. 本実施形態に係るコンピュータの構成の一例を示す。2 shows an exemplary configuration of a computer according to the present embodiment.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1及び図2は、それぞれ、本実施形態に係る熱サイクル試験装置100及び該装置の制御系の構成を示す。ここで、図1における上下方向を高さ方向とも呼ぶ。熱サイクル試験装置100は、試験対象物のH/C試験を自動化することで試験時間を短く且つ人的コストを小さくし、H/C試験中に試験対象物内でのクラックの発生及びそのタイミング並びに試験対象物の変位を検出することで試験の信頼性を向上するだけでなく試験対象物の破壊メカニズムの分析を可能とすることを目的とする。熱サイクル試験装置100は、チャンバ9、ガスセンサ8、フレーム10、ステージ系20、検出部30、制御部50、及び入出力部59を備える。なお、熱サイクル試験装置100は、ベースB上に支持されるものとする。   1 and 2 show the configuration of a thermal cycle test apparatus 100 according to the present embodiment and a control system of the apparatus, respectively. Here, the vertical direction in FIG. 1 is also referred to as a height direction. The thermal cycle test apparatus 100 automates the H / C test of the test object, thereby shortening the test time and reducing the human cost, and generating and timing of cracks in the test object during the H / C test. In addition, by detecting the displacement of the test object, not only the reliability of the test is improved but also the analysis of the destruction mechanism of the test object is made possible. The thermal cycle test apparatus 100 includes a chamber 9, a gas sensor 8, a frame 10, a stage system 20, a detection unit 30, a control unit 50, and an input / output unit 59. It is assumed that the thermal cycle test apparatus 100 is supported on the base B.

本実施形態に係る熱サイクル試験装置100では、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Brazing)基板等、半導体装置において半導体素子等を搭載する任意の基板をH/C試験の試験対象物とする。   In the thermal cycle test apparatus 100 according to this embodiment, for example, a DCB (Direct Copper Bonding) substrate, an AMB (Active Metal Brazing) substrate, or any other substrate on which a semiconductor element or the like is mounted in a semiconductor device is a test target of the H / C test. It is a thing.

図3Aに、基板3の構成の一例を示す。基板3は、絶縁板3a、金属板3b、及び配線板3cを含む。絶縁板3aは、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスから例えば0.2〜1mm厚に成形された板状部材である。金属板3bは、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、例えば0.1〜1mmの膜厚で、例えば銀ろうを介して絶縁板3aの裏面に接合されている。配線板3cは、金属板3bと同様に、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、銀ろうを介して絶縁板3aのおもて面に接合されている。なお、銅には銅を主成分とする銅合金を、アルミニウムにはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金を、それぞれ含んでよい。   FIG. 3A shows an example of the configuration of the substrate 3. The substrate 3 includes an insulating plate 3a, a metal plate 3b, and a wiring board 3c. The insulating plate 3a is a plate-like member formed from an insulating ceramic such as aluminum nitride, silicon nitride, or aluminum oxide to a thickness of 0.2 to 1 mm, for example. The metal plate 3b is joined to the back surface of the insulating plate 3a with a film thickness of, for example, 0.1 to 1 mm using a conductive metal such as copper or aluminum, for example, via a silver solder. Similar to the metal plate 3b, the wiring board 3c is joined to the front surface of the insulating plate 3a through a silver solder using a conductive metal such as copper or aluminum. Copper may contain a copper alloy containing copper as a main component, and aluminum may contain an aluminum alloy containing aluminum as a main component.

なお、配線板3cは、例えば3つの回路パターンを有する。1つめの回路パターンは、例えば半導体素子が搭載されるパターンであり、絶縁板3a上における図面下側(図1における左側)に配設される。2つめ及び3つめの回路パターンは、例えば導電性ポスト、端子等が立設されるパターンであり、絶縁板3a上における図面上側の左右(図1における右側の奥及び手前)に並設される。配線板3c及び金属板3bの線膨張係数が等しく、配線板3cに対して金属板3bの体積が大きいと、図3Bに示すように基板3は常温時に上に凸形状になり、図3Cに示すように加熱されると平らになる。ここで、図3Bに示すように基板3の変位量Δを定義する。配線板3cに対して金属板3bの体積が大きい態様には、配線板3cと金属板3bの厚みが等しく、金属板3bの主面の面積が配線板3cの主面の面積より大きい態様を含んでよい。   The wiring board 3c has, for example, three circuit patterns. The first circuit pattern is, for example, a pattern on which a semiconductor element is mounted, and is disposed on the lower side of the drawing (left side in FIG. 1) on the insulating plate 3a. The second and third circuit patterns are patterns in which, for example, conductive posts, terminals, and the like are erected, and are arranged side by side on the insulating plate 3a on the upper left and right sides of the drawing (on the right side and on the right side in FIG. 1). . When the linear expansion coefficients of the wiring board 3c and the metal plate 3b are equal and the volume of the metal plate 3b is larger than the wiring board 3c, the substrate 3 becomes convex upward at room temperature, as shown in FIG. 3B. As shown, it flattens when heated. Here, a displacement amount Δ of the substrate 3 is defined as shown in FIG. 3B. In an aspect in which the volume of the metal plate 3b is larger than the wiring board 3c, the thickness of the wiring board 3c and the metal plate 3b is equal, and the area of the main surface of the metal plate 3b is larger than the area of the main surface of the wiring board 3c. May include.

なお、本実施形態では、熱サイクル試験装置100によるH/C試験の試験対象物として基板3を採用するが、試験対象物は基板単体に限らず、熱膨張率が異なる複数の材料を接合したものを含めば半導体素子を搭載した基板であってもよいし、これを含んだ半導体装置であってもよい。また、半導体装置において使用される基板に限らず、任意の用途の基板であってもよい。   In the present embodiment, the substrate 3 is adopted as a test object of the H / C test by the thermal cycle test apparatus 100. However, the test object is not limited to a single substrate, and a plurality of materials having different thermal expansion coefficients are joined. A substrate on which a semiconductor element is mounted may be used as long as the device is included, or a semiconductor device including the substrate may be used. Further, the substrate is not limited to a substrate used in a semiconductor device, and may be a substrate for any application.

図1及び図2に戻り、チャンバ9は、基板3及び熱サイクル試験装置100の構成各部、少なくとも基板3に接するステージ21等の部材を覆う箱状部材である。チャンバ9は、例えばアクリルを用いて透明の箱状に成形することができる。それにより、チャンバ9内に基板3及び熱サイクル試験装置100の構成各部を気密に収容し、内部を真空にする又は不活性ガス等を充填してH/C試験を行うことができるとともに、チャンバ9外から試験中の基板3及び熱サイクル試験装置100の状態を視認することができる。   Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the chamber 9 is a box-shaped member that covers the components of the substrate 3 and the thermal cycle test apparatus 100, at least the member such as the stage 21 that contacts the substrate 3. The chamber 9 can be formed into a transparent box shape using, for example, acrylic. Thereby, the components of the substrate 3 and the thermal cycle test apparatus 100 are hermetically accommodated in the chamber 9, and the inside can be evacuated or filled with an inert gas or the like to perform the H / C test. The state of the substrate 3 under test and the thermal cycle test apparatus 100 can be visually recognized from the outside.

ガスセンサ8は、チャンバ9内に充填する不活性ガス等のガスを検出するセンサである。ガスセンサ8は、チャンバ9の外側に設けられる。これにより、チャンバ9内に充填するガスがチャンバ9の外部に漏れたことを検出することができる。なお、ガスセンサ8を含む警報器を設けてもよい。   The gas sensor 8 is a sensor that detects a gas such as an inert gas filled in the chamber 9. The gas sensor 8 is provided outside the chamber 9. Thereby, it can be detected that the gas filling the chamber 9 has leaked to the outside of the chamber 9. An alarm device including the gas sensor 8 may be provided.

フレーム10は、熱サイクル試験装置100の構成各部をベースB上に支持する構造体であり、ポール11、天板12、中板13、支持部14、支持部材15、及び撮像装置16を含んで構成される。   The frame 10 is a structure that supports each component of the thermal cycle test apparatus 100 on the base B, and includes a pole 11, a top plate 12, a middle plate 13, a support portion 14, a support member 15, and an imaging device 16. Composed.

ポール11は、天板12及び中板13をベースB上に支持する柱状部材であり、図面左右及び前後に各1つ(すなわち、計4つ)ベースB上に立設されている。   The pole 11 is a columnar member that supports the top plate 12 and the middle plate 13 on the base B, and is erected on the base B one on each of the left and right and front and rear in the drawing (that is, a total of four).

天板12は、支持部14を支持する板状部材であり、4つのポール11の上端に固定支持されている。   The top plate 12 is a plate-like member that supports the support portion 14, and is fixedly supported on the upper ends of the four poles 11.

支持部14は、後述するアコースティック・エミッションセンサ31、導波体32等を含む検出部30を天板12から吊り下げ支持する部材群であり、支持部材14a及び伸縮部材14bを有する。支持部材14aは、伸縮部材14bを天板12の下面側に支持するブロック体である。支持部材14aは、天板12に貫通して固定され、その下端を上下方向に移動して任意の位置で固定することができる。伸縮部材14bは、例えばスプリングであり、その上端が支持部材14aの下端に上下方向に位置を調整可能に固定され、下端にて検出部30(すなわち、差動トランスの可動磁心の上端)を吊り下げる。なお、伸縮部材14bは、支持部材14a及び検出部30の間に取外し可能に固定されてもよい。伸縮部材14bにより検出部30を吊り下げてその重量が過度に基板3の局所範囲に加わるのを防止することで、検出部30がその重量により基板3の本来の変位を阻害することなく変位に追従して熱負荷に伴う基板3の変位を計測することが可能となる。   The support unit 14 is a member group that supports the detection unit 30 including an acoustic emission sensor 31, a waveguide 32, and the like, which will be described later, from the top plate 12, and includes a support member 14a and a telescopic member 14b. The support member 14 a is a block body that supports the elastic member 14 b on the lower surface side of the top plate 12. The support member 14a is fixed by penetrating the top plate 12, and can be fixed at an arbitrary position by moving its lower end in the vertical direction. The telescopic member 14b is, for example, a spring, and its upper end is fixed to the lower end of the support member 14a so that the position can be adjusted in the vertical direction, and the detection unit 30 (that is, the upper end of the movable magnetic core of the differential transformer) is suspended at the lower end. Lower. In addition, the elastic member 14b may be detachably fixed between the support member 14a and the detection unit 30. By suspending the detection unit 30 by the elastic member 14b and preventing its weight from being excessively applied to the local range of the substrate 3, the detection unit 30 can be displaced without obstructing the original displacement of the substrate 3 by its weight. It is possible to follow and measure the displacement of the substrate 3 accompanying the thermal load.

中板13は、支持部材15を支持する板状部材であり、4つのポール11の胴部に固定支持されている。中板13の中央、すなわち天板12に固定された支持部材14aの直下に、後述する差動トランスの可動磁心を上下動可能に上下方向に通す貫通孔13aが形成されている。   The intermediate plate 13 is a plate-like member that supports the support member 15, and is fixedly supported by the body portions of the four poles 11. A through-hole 13a is formed in the middle of the middle plate 13, that is, directly below the support member 14a fixed to the top plate 12, so that a movable magnetic core of a differential transformer, which will be described later, passes vertically.

支持部材15は、差動トランスのコイル部を中板13上に固定支持する部材であり、中板13に形成された貫通孔13aの縁部上に支持されている。   The support member 15 is a member that fixes and supports the coil portion of the differential transformer on the intermediate plate 13, and is supported on the edge portion of the through hole 13 a formed in the intermediate plate 13.

撮像装置16は、H/C試験中にステージ21上に支持された基板3を撮像する装置であり、ステージ21の上面に向けて中板13の下面に固定されている。その撮像結果、すなわち動画は制御部50(記録部51)に送信される。   The imaging device 16 is a device that images the substrate 3 supported on the stage 21 during the H / C test, and is fixed to the lower surface of the intermediate plate 13 toward the upper surface of the stage 21. The imaging result, that is, the moving image is transmitted to the control unit 50 (recording unit 51).

ステージ系20は、基板3を支持してこれを加熱及び冷却する装置群であり、ステージ21、ステージ駆動部23、加熱部24、及び冷却部25を含んで構成される。   The stage system 20 is a group of devices that support the substrate 3 and heat and cool it, and includes a stage 21, a stage drive unit 23, a heating unit 24, and a cooling unit 25.

ステージ21は、その上面上に基板3を載置してその温度を制御するものであり、ヒートステージ21a及び水冷冷却板21bを有する。   The stage 21 places the substrate 3 on its upper surface and controls its temperature, and includes a heat stage 21a and a water-cooled cooling plate 21b.

ヒートステージ21aは、基板3を加熱可能に載置する部材であり、一例として窒化アルミニウム(AlN)からなる板状部材である。ヒートステージ21aの上面は、基板3を水平方向に位置決めするピン、支持部材等を有さない平面であってよい。ヒートステージ21aは、電熱線(不図示)及び温度センサ22を有する。電熱線は、ヒートステージ21a内部に張り巡らされ、後述する加熱部24により通電されることで発熱し、ヒートステージ21aの全体を一様に例えば100〜400度の高温度に加熱する。温度センサ22は、ヒートステージ21aの温度(ステージ21上に載置される基板3の温度に等しい)を測定するセンサであり、例えば熱電対を採用することができる。その測定結果は制御部50(記録部51)に送信される。   The heat stage 21a is a member on which the substrate 3 is placed so as to be heatable, and is a plate-like member made of aluminum nitride (AlN) as an example. The upper surface of the heat stage 21a may be a flat surface that does not have pins, support members and the like for positioning the substrate 3 in the horizontal direction. The heat stage 21 a includes a heating wire (not shown) and a temperature sensor 22. The heating wire is stretched inside the heat stage 21a and generates heat when energized by a heating unit 24 described later, and uniformly heats the entire heat stage 21a to a high temperature of, for example, 100 to 400 degrees. The temperature sensor 22 is a sensor that measures the temperature of the heat stage 21a (equal to the temperature of the substrate 3 placed on the stage 21), and may be a thermocouple, for example. The measurement result is transmitted to the control unit 50 (recording unit 51).

水冷冷却板21bは、ヒートステージ21aを冷却する冷却部材の一例であり、ヒートステージ21aにおける基板3が載置される上面とは反対の下面側にヒートステージ21aの下面に上面を密着して設けられている。水冷冷却板21bは、その内部に張り巡らされるように流路が形成され、その流路に冷却液を供給することで例えば0〜20度の低温度に冷却される。水冷冷却板21bが冷却されることで、これに密着するヒートステージ21aが冷却される。なお、冷却液として冷却水に限らず任意の冷却液を用いてもよく、それにより水冷冷却板21bを−10〜20度の低温度に冷却してもよい。   The water-cooled cooling plate 21b is an example of a cooling member that cools the heat stage 21a, and the upper surface of the heat stage 21a is provided in close contact with the lower surface of the heat stage 21a opposite to the upper surface on which the substrate 3 is placed. It has been. The water-cooled cooling plate 21b is formed with a flow path so as to extend inside, and is cooled to a low temperature of, for example, 0 to 20 degrees by supplying a cooling liquid to the flow path. By cooling the water-cooled cooling plate 21b, the heat stage 21a in close contact therewith is cooled. The cooling liquid is not limited to the cooling water, and any cooling liquid may be used, thereby cooling the water-cooled cooling plate 21b to a low temperature of -10 to 20 degrees.

上述の構成のステージ21により、基板3が載置されるヒートステージ21aを加熱するとともにヒートステージ21aの加熱を停めてこれに密着する水冷冷却板21bを冷却することによりこれを介してヒートステージ21aを冷却する、つまり基板3が載置されるステージ21を加熱及び冷却することで、基板3を載置したまま移動することなくこれを素早く加熱及び冷却することができる。   The stage 21 having the above-described configuration heats the heat stage 21a on which the substrate 3 is placed, stops the heating of the heat stage 21a, and cools the water-cooled cooling plate 21b in close contact with the heat stage 21a. By heating and cooling the stage 21 on which the substrate 3 is placed, it can be quickly heated and cooled without moving while the substrate 3 is placed.

ステージ駆動部23は、ステージ21をベースB上に支持するとともにその上面に平行な方向に駆動する装置又は装置群である。ステージ駆動部23は、例えば、ベースBの上面内の一軸方向にステージ21を駆動する第1の電導モータ及びこれを一軸方向に直交する方向に駆動する第2の電導モータから構成することができる。制御部50により、撮像装置16を用いて基板3を撮像してその位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を送信してステージ駆動部23を制御することで、ステージ21上に載置された基板3上の測定位置3d(例えば、図3Aに示す基板3の中心)を導波体32の直下に位置決めすることができる。   The stage drive unit 23 is a device or a device group that supports the stage 21 on the base B and drives it in a direction parallel to the upper surface thereof. The stage drive unit 23 can be configured by, for example, a first conductive motor that drives the stage 21 in a uniaxial direction in the upper surface of the base B and a second conductive motor that drives the stage 21 in a direction orthogonal to the uniaxial direction. . The controller 50 images the substrate 3 using the imaging device 16 to detect the position thereof, transmits the target position according to the detection result, and controls the stage drive unit 23 to be placed on the stage 21. The measurement position 3d on the substrate 3 (for example, the center of the substrate 3 shown in FIG. 3A) can be positioned immediately below the waveguide 32.

加熱部24は、制御部50により制御されて、ヒートステージ21a内に設けられた電熱線に通電することでヒートステージ21aを加熱する。   The heating unit 24 is controlled by the control unit 50 and heats the heat stage 21a by energizing a heating wire provided in the heat stage 21a.

冷却部25は、制御部50により制御されて、配管25aを介して水冷冷却板21bに冷却液を供給してこれを冷却することで、水冷冷却板21bに密着するヒートステージ21aを冷却する。なお、冷却部25は、水冷冷却板21bから流出する冷却液を冷却して、水冷冷却板21bに再度供給する、すなわち循環させてもよい。また、冷却部25は、ヒートステージ21aにより基板3を加熱させている間においても、すなわち常時、水冷冷却板21bに冷却液を供給してヒートステージ21aを冷却してもよい。   The cooling unit 25 is controlled by the control unit 50 to supply the cooling liquid to the water-cooled cooling plate 21b via the pipe 25a and cool it, thereby cooling the heat stage 21a that is in close contact with the water-cooled cooling plate 21b. The cooling unit 25 may cool the coolant flowing out from the water-cooled cooling plate 21b and supply it again to the water-cooled cooling plate 21b, that is, circulate it. Further, the cooling unit 25 may cool the heat stage 21a by supplying the coolant to the water-cooled cooling plate 21b while the substrate 3 is heated by the heat stage 21a.

検出部30は、H/C試験中に基板3内で発生するアコースティックエミッションを検出するとともに基板3の変位を検出する装置群であり、アコースティック・エミッションセンサ31、導波体32、及び変位センサ33を含む。   The detection unit 30 is a group of devices that detect the acoustic emission generated in the substrate 3 during the H / C test and detect the displacement of the substrate 3. The acoustic emission sensor 31, the waveguide 32, and the displacement sensor 33 are included in the detection unit 30. including.

アコースティック・エミッションセンサ(AEセンサ)31は、基板3のアコースティックエミッションを検出するセンサ(AE検出部の一例)である。ここで、AEは、例えば数kHz〜数MHzの比較的高い周波数を有する。そこで、例えばピエゾ(PZT)素子を採用することができ、AEセンサ31として、アルミナ等の絶縁物から形成された受波板、この上に配置されるPZT素子、及びこれを内部に収容するアルミニウム、ステンレス等の金属から成形されたシールドケース(いずれも不図示)を含んで構成されるセンサを採用することができる。PZT素子から出力線がシールドケース外に延設され、これを介してAEの検出結果が制御部50(記録部51)に送信される。   The acoustic emission sensor (AE sensor) 31 is a sensor (an example of an AE detection unit) that detects the acoustic emission of the substrate 3. Here, AE has a relatively high frequency of several kHz to several MHz, for example. Therefore, for example, a piezo (PZT) element can be adopted. As the AE sensor 31, a wave receiving plate formed of an insulator such as alumina, a PZT element disposed on the wave receiving plate, and aluminum that accommodates the PZT element therein. A sensor including a shield case (all not shown) formed from a metal such as stainless steel can be employed. An output line extends from the PZT element to the outside of the shield case, and an AE detection result is transmitted to the control unit 50 (recording unit 51) through the output line.

なお、AEセンサ31は、把持部材31aにより上面側が把持され、変位センサ33に固定される。   Note that the upper surface side of the AE sensor 31 is held by the holding member 31 a and is fixed to the displacement sensor 33.

導波体32は、基板3に接触してAEをAEセンサ31へと伝搬させる部材である。ここで、AEセンサ31の耐熱温度は例えば100℃であり、これに対して基板3はH/C試験において例えば400℃の高温度になるため、AEセンサ31を基板3に接触させることができない。そこで、導波体32を介することで、基板3の熱を伝えることなくAEのみをAEセンサ31に伝えることができる。また、比較的高い周波数を有するAEは空気中で大きく減衰するため、導波体32を介することにより基板3内で発生するAEをAEセンサ31に効率良く伝えることができる。   The waveguide body 32 is a member that contacts the substrate 3 and propagates AE to the AE sensor 31. Here, the heat-resistant temperature of the AE sensor 31 is, for example, 100 ° C., whereas the substrate 3 becomes a high temperature of, for example, 400 ° C. in the H / C test, so that the AE sensor 31 cannot be brought into contact with the substrate 3. . Therefore, only the AE can be transmitted to the AE sensor 31 through the waveguide 32 without transmitting the heat of the substrate 3. In addition, since AE having a relatively high frequency is greatly attenuated in the air, AE generated in the substrate 3 can be efficiently transmitted to the AE sensor 31 via the waveguide 32.

導波体32は、先端面が基板3に押し当てられ、基端面がAEセンサ31の下面(すなわち、受波板)に接して固定される。導波体32は、例えばセラミックを材料として円錐台状又は角錐台状に、すなわち基板3に接触する先端面の面積をAEセンサ31に接触する基端面の面積よりも小さく形成することができる。基端面を大きくすることでAEセンサによりAEを効率良く検出することができ、先端面を小さくすることで後述するように基板3の局所的変位を検出することができる。また、斯かる形状により導波体32は基板3に安定に接触するため、導波体32を介して基板3の変位を高精度で測定することができる。   The waveguide 32 is fixed so that the distal end surface is pressed against the substrate 3 and the proximal end surface is in contact with the lower surface (that is, the wave receiving plate) of the AE sensor 31. The waveguide 32 can be formed, for example, in a truncated cone shape or a truncated pyramid shape using ceramic as a material, that is, the area of the distal end surface contacting the substrate 3 is smaller than the area of the proximal end surface contacting the AE sensor 31. By increasing the base end face, AE can be efficiently detected by the AE sensor, and by reducing the front end face, local displacement of the substrate 3 can be detected as will be described later. Further, since the waveguide 32 stably contacts the substrate 3 with such a shape, the displacement of the substrate 3 can be measured with high accuracy via the waveguide 32.

変位センサ33は、基板3の変位を検出するセンサ(変位検出部の一例)であり、一例として差動トランスを採用することができる。差動トランスは、例えば円柱状の可動磁心及びこの側面を囲むコイル部を有する。可動磁心はコイル部に対して可動であり、可動磁心の位置に応じて変化するコイル起電圧よりコイル部に対する可動磁心の位置を検出することができる。可動磁心の上端は支持部14の伸縮部材14bの下端に取外し可能に固定され、下端はAEセンサ31を把持する把持部材31aに固定される。   The displacement sensor 33 is a sensor (an example of a displacement detection unit) that detects the displacement of the substrate 3, and a differential transformer can be employed as an example. The differential transformer has, for example, a cylindrical movable magnetic core and a coil portion surrounding the side surface. The movable magnetic core is movable with respect to the coil portion, and the position of the movable magnetic core with respect to the coil portion can be detected from the coil electromotive voltage that changes according to the position of the movable magnetic core. The upper end of the movable magnetic core is detachably fixed to the lower end of the expandable member 14 b of the support portion 14, and the lower end is fixed to a gripping member 31 a that grips the AE sensor 31.

本実施形態の検出部30では、変位センサ33(差動トランスの可動磁心)は、AEセンサ31及び導波体32を支持し、導波体32の先端が基板3に当接した状態で支持部14により吊り下げ支持される。変位センサ33は、AEセンサ31及び導波体32の上下動を検出することで、導波体32を介してその先端面が当接する基板3の測定位置3dにおける高さ方向の変位を検出することができる。ここで、変位センサ33は、支持部材15により中板13上に固定された差動トランスのコイル部に対するAEセンサ31及び導波体32の組の相対移動を検出する。変位センサ33による基板3の変位の検出の詳細については後述する。   In the detection unit 30 of the present embodiment, the displacement sensor 33 (the movable magnetic core of the differential transformer) supports the AE sensor 31 and the waveguide 32 and supports the tip of the waveguide 32 in contact with the substrate 3. It is suspended and supported by the portion 14. The displacement sensor 33 detects the displacement in the height direction at the measurement position 3d of the substrate 3 with which the tip surface abuts via the waveguide 32 by detecting the vertical movement of the AE sensor 31 and the waveguide 32. be able to. Here, the displacement sensor 33 detects the relative movement of the set of the AE sensor 31 and the waveguide 32 with respect to the coil portion of the differential transformer fixed on the intermediate plate 13 by the support member 15. Details of detection of displacement of the substrate 3 by the displacement sensor 33 will be described later.

なお、支持部14により天板12に吊り下げ支持される検出部30を複数設けてもよい。それにより、複数の検出部30のそれぞれの導波体32の先端を基板3の複数位置に当接してそれぞれのAEセンサ31によりAEを検出することで、基板3内のAEの発生位置、すなわちクラックの発生位置を精密に特定することができるともに、基板3の複数位置における変位を検出することができる。また、基板3に変形があり、複数位置の高さが異なる場合、複数の検出部30毎に支持部14によるAEセンサ31及び導波体32の吊り下げ高さを変えてもよい。   A plurality of detection units 30 that are suspended and supported by the top plate 12 by the support unit 14 may be provided. Thereby, the tips of the respective waveguide bodies 32 of the plurality of detection units 30 are brought into contact with a plurality of positions of the substrate 3 and the AE is detected by the respective AE sensors 31, that is, the generation position of the AE in the substrate 3, that is, It is possible to accurately specify the position where the crack occurs, and to detect the displacement at a plurality of positions of the substrate 3. Further, when the substrate 3 is deformed and the heights at a plurality of positions are different, the suspension height of the AE sensor 31 and the waveguide 32 by the support unit 14 may be changed for each of the plurality of detection units 30.

制御部50は、ステージ駆動部23、加熱部24、及び冷却部25を制御するとともに、AEの検出結果等に基づいて基板3の信頼性を評価する機能ユニットである。制御部50は、記録部51、指令部52、破壊判定部53を含む。制御部50は、コンピュータ、マイクロコントローラ等を含む情報処理装置に、例えば不揮発性メモリ等の記憶装置或いはCD−ROM等の記録媒体に記憶された制御用プログラムを実行させることによって各機能部を発現する。   The control unit 50 is a functional unit that controls the stage driving unit 23, the heating unit 24, and the cooling unit 25, and evaluates the reliability of the substrate 3 based on the detection result of the AE. The control unit 50 includes a recording unit 51, a command unit 52, and a destruction determination unit 53. The control unit 50 expresses each functional unit by causing an information processing device including a computer, a microcontroller, etc. to execute a control program stored in a storage device such as a nonvolatile memory or a recording medium such as a CD-ROM. To do.

記録部51は、AEセンサ31が検出したAE及び変位センサ33が検出した基板3の変位の組を記録する。AE及び基板3の変位の組は、例えば検出時刻に対する時系列データとして記録される。記録部51は、さらに、温度センサ22よりヒートステージ21aの温度、すなわち基板3に与えた温度の時系列データ、撮像装置16よりH/C試験中に基板3を撮像した動画、ガスセンサ8よりガスの検出結果を記録してよい。   The recording unit 51 records the AE detected by the AE sensor 31 and the displacement set of the substrate 3 detected by the displacement sensor 33. A set of the AE and the displacement of the substrate 3 is recorded as time series data with respect to the detection time, for example. The recording unit 51 further includes time series data of the temperature of the heat stage 21 a from the temperature sensor 22, that is, the temperature applied to the substrate 3, a moving image of the substrate 3 captured during the H / C test from the imaging device 16, and a gas from the gas sensor 8. The detection result may be recorded.

指令部52は、記録部51により記録された各種データに基づいてステージ駆動部23、加熱部24、及び冷却部25を制御する。例えば、指令部52は、基板3を撮像した動画より基板3又はステージ21の位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を送信してステージ駆動部23を制御することにより、ステージ21をベースBの上面に平行な方向に駆動する。それにより、例えば、ステージ21上に載置された基板3上の測定位置3dを導波体32の直下に位置決めすることができる。また、指令部52は、ヒートステージ21aの温度の検出結果より目標温度を定めて加熱部24及び冷却部25を制御することで、ヒートステージ21aを加熱及び/又は水冷冷却板21bを介してヒートステージ21aを冷却する。   The command unit 52 controls the stage drive unit 23, the heating unit 24, and the cooling unit 25 based on various data recorded by the recording unit 51. For example, the command unit 52 detects the position of the substrate 3 or the stage 21 from the moving image of the substrate 3, transmits the target position according to the detection result, and controls the stage drive unit 23, thereby setting the stage 21 to the base B. It is driven in a direction parallel to the upper surface. Thereby, for example, the measurement position 3 d on the substrate 3 placed on the stage 21 can be positioned immediately below the waveguide 32. Further, the command unit 52 heats the heat stage 21a via the heating and / or water-cooled cooling plate 21b by determining the target temperature from the detection result of the temperature of the heat stage 21a and controlling the heating unit 24 and the cooling unit 25. The stage 21a is cooled.

破壊判定部53は、H/C試験中に検出した基板3のAEの強度を閾値と比較し、AEの強度が閾値を超えたことに応じてクラックが生じるなどして基板3が破壊されたと判定する。なお、破壊判定部53は、AEの強度が閾値を超えたことを確認した場合、指令部52を介して、加熱部24及び冷却部25によりステージ21の加熱及び冷却を停止してH/C試験を中止してよい。閾値は、入出力部59を介して設定及び変更可能としてよい。   The destruction determination unit 53 compares the AE intensity of the substrate 3 detected during the H / C test with a threshold, and the substrate 3 is destroyed due to a crack or the like when the AE intensity exceeds the threshold. judge. When the destruction determination unit 53 confirms that the intensity of the AE exceeds the threshold value, the heating / cooling of the stage 21 is stopped by the heating unit 24 and the cooling unit 25 via the command unit 52 and the H / C You may stop the test. The threshold value may be set and changed via the input / output unit 59.

ここで、破壊判定部53は、基板3のAE及び変位に基づいて、基板3に生じた破壊の種類を判定する。基板3に生じる破壊の態様として、例えば金属板3bの角部から絶縁板3a内にクラックが入り、これが絶縁板3a内で徐々に傾きを変えて水平方向に進展するモード(このモードをAモードと呼ぶ)及び金属板3bの端部から絶縁板3aとの界面に沿って進展するモード(このモードをBモードと呼ぶ)の2つの破壊モードがある。Aモードの破壊では、クラックは、基板3の蓄積された変形により応力の閾値を超えた瞬間に絶縁板3a内を急速に、しかし狭い面積で進展するため、これにより発生するAEは小さい強度で、短い時間内で単発的に発生すると予想される。これに対して、Bモードの破壊では、クラックは、基板3の金属板3bと絶縁板3aの界面剥離による大きな変形を生じながらクラックは広い範囲で進展するため、これにより発生するAEは大きな強度で連続的に多数回発生すると予想される。そこで、破壊判定部53は、基板3の比較的小さな変形にともなって小さい強度のAEが検出された場合に基板3にAモードの破壊が生じたと判定し、基板3の比較的急激な変形にともなって大きな強度のAEが検出された場合に基板3にBモードの破壊が生じたと判定することができる。   Here, the destruction determination unit 53 determines the type of destruction that has occurred in the substrate 3 based on the AE and displacement of the substrate 3. As a mode of destruction that occurs in the substrate 3, for example, a mode in which cracks enter the insulating plate 3a from the corners of the metal plate 3b and this gradually changes the inclination in the insulating plate 3a and progresses in the horizontal direction (this mode is referred to as A mode). 2) and a mode of developing along the interface with the insulating plate 3a from the end of the metal plate 3b (this mode is referred to as a B mode). In the A-mode fracture, the crack rapidly develops in the insulating plate 3a at a moment when the stress threshold is exceeded due to the accumulated deformation of the substrate 3, but the AE generated thereby has a small strength. It is expected to occur once in a short time. On the other hand, in the destruction of the B mode, the crack progresses in a wide range while causing a large deformation due to the separation of the interface between the metal plate 3b and the insulating plate 3a of the substrate 3, so that the generated AE has a high strength. It is expected to occur many times continuously. Therefore, the destruction determination unit 53 determines that the A-mode destruction has occurred in the substrate 3 when a low-strength AE is detected with a relatively small deformation of the substrate 3, and the substrate 3 undergoes a relatively rapid deformation. At the same time, it can be determined that B-mode destruction has occurred in the substrate 3 when a high-strength AE is detected.

さらに、破壊判定部53は、基板3のAEの周波数成分に基づいて、試験対象物における複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを判定してもよい。AEの周波数は破壊が生じた材料に応じて異なることから、基板3のAEの周波数成分を分析することでどの材料部分に破壊が生じたか判断することができる。   Furthermore, the destruction determination unit 53 may determine which material portion of the plurality of materials in the test object has been broken, based on the frequency component of the AE of the substrate 3. Since the frequency of the AE differs depending on the material in which the breakdown occurs, it is possible to determine which material portion has the breakdown by analyzing the frequency component of the AE on the substrate 3.

入出力部59は、制御部50に対してH/C試験の条件等のパラメータを入力するとともにH/C試験の試験結果を表示するための装置群である。入出力部59は、マウス、キーボード等の入力デバイス、表示モニタ等の出力デバイスを有する。   The input / output unit 59 is a device group for inputting parameters such as H / C test conditions to the control unit 50 and displaying the test results of the H / C test. The input / output unit 59 includes an input device such as a mouse and a keyboard, and an output device such as a display monitor.

変位センサ33による基板3の変位の検出方法について説明する。   A method for detecting the displacement of the substrate 3 by the displacement sensor 33 will be described.

本実施形態に係る熱サイクル試験装置100では、ステージ21を加熱及び冷却することでその上に載置される基板3を加熱及び冷却する。そのため、変位センサ33により検出される基板3の変位には、原理上、基板3の熱変形に伴う変位だけでなくステージ21の熱膨張及び熱収縮に伴うステージ21の変位も含まれ得る。ステージ21の変位が無視できない程度である場合、変位センサ33は、基板3の測定位置3dにおいて測定した変位(測定変位と呼ぶ)からステージ21の変位(基準変位と呼ぶ)を減じることにより、基板3自体の変位を算出することとする。   In the thermal cycle test apparatus 100 according to the present embodiment, the stage 21 is heated and cooled to heat and cool the substrate 3 placed thereon. Therefore, in principle, the displacement of the substrate 3 detected by the displacement sensor 33 can include not only the displacement associated with the thermal deformation of the substrate 3 but also the displacement of the stage 21 associated with the thermal expansion and contraction of the stage 21. When the displacement of the stage 21 is not negligible, the displacement sensor 33 subtracts the displacement (referred to as reference displacement) of the stage 21 from the displacement (referred to as measurement displacement) measured at the measurement position 3d of the substrate 3. The displacement of 3 itself is calculated.

基準変位は、変位センサ33により、例えば、基板3のH/C試験とは異なるキャリブレーションサイクル中にステージ21における基板3を載置しない部分の変位を測定することで得られる。得られた基準変位は制御部50に送信されて記録部51によりステージ21の温度との組として記録され、H/C試験中に変位センサ33により、測定変位を測定した際のステージ21の温度に対応する基準変位が読み出される。   The reference displacement is obtained, for example, by measuring the displacement of the portion of the stage 21 where the substrate 3 is not placed during a calibration cycle different from the H / C test of the substrate 3 by the displacement sensor 33. The obtained reference displacement is transmitted to the control unit 50 and recorded as a set with the temperature of the stage 21 by the recording unit 51, and the temperature of the stage 21 when the measured displacement is measured by the displacement sensor 33 during the H / C test. The reference displacement corresponding to is read out.

なお、基準変位は、ステージ21の温度を上昇させるときと下降させるときとで異なることがある。そこで、ステージ21の温度を上昇させながら基準変位(第1の基準変位と呼ぶ)を測定してよいし、これと独立にステージ21の温度を下降させながら基準変位(第2の基準変位と呼ぶ)を測定してよい。変位センサ33は、基板3の温度を上昇させている間において測定した測定変位から第1の基準変位を減じることにより、基板3自体の変位を算出し、基板3の温度を下降させている間において測定した測定変位から第2の基準変位を減じることにより、基板3自体の変位を算出してよい。   Note that the reference displacement may differ between when the temperature of the stage 21 is raised and when it is lowered. Therefore, the reference displacement (referred to as the first reference displacement) may be measured while raising the temperature of the stage 21, or the reference displacement (referred to as the second reference displacement) while decreasing the temperature of the stage 21 independently of this. ) May be measured. The displacement sensor 33 calculates the displacement of the substrate 3 itself by subtracting the first reference displacement from the measured displacement measured while raising the temperature of the substrate 3, while lowering the temperature of the substrate 3. The displacement of the substrate 3 itself may be calculated by subtracting the second reference displacement from the measured displacement measured in step (1).

なお、検出部30を複数設け、それらによりH/C試験中に基板の測定変位と基準変位とを測定してもよい。例えば、複数の検出部30のうちの1つの検出部30に含まれる変位センサ33(第1変位測定部の一例)により、基板3のH/C試験中に、基板3の測定位置3dに導波体32の先端を接して測定変位を測定し、複数の検出部30のうちの別の検出部30に含まれる変位センサ33(第2変位測定部の一例)により、同じH/C試験中に、基板3を支持するステージ21の基準位置(例えば、基板3の載置領域外の上面上の任意の位置)に導波体32の先端を接して基準変位を測定してもよい。   Note that a plurality of detection units 30 may be provided to measure the measurement displacement and the reference displacement of the substrate during the H / C test. For example, the displacement sensor 33 (an example of a first displacement measurement unit) included in one of the plurality of detection units 30 is guided to the measurement position 3d of the substrate 3 during the H / C test of the substrate 3. The measured displacement is measured by contacting the tip of the wave body 32, and the same H / C test is being performed by a displacement sensor 33 (an example of a second displacement measuring unit) included in another detecting unit 30 among the plurality of detecting units 30. In addition, the reference displacement may be measured by bringing the tip of the waveguide 32 into contact with the reference position of the stage 21 that supports the substrate 3 (for example, an arbitrary position on the upper surface outside the mounting region of the substrate 3).

図4は、本実施形態に係る熱サイクル試験装置100によるH/C試験の手順を示す。   FIG. 4 shows the procedure of the H / C test by the thermal cycle test apparatus 100 according to this embodiment.

ステップS1では、ユーザにより、試験対象物である基板3をステージ21上に載置する。   In step S <b> 1, the user places the substrate 3 that is the test object on the stage 21.

ステップS2では、ユーザにより、チャンバ9を用いて基板3及び熱サイクル試験装置100の構成各部を覆ってこれらを密封し、チャンバ9内を真空にする又は不活性ガス等を充填する。   In step S <b> 2, the user covers the components of the substrate 3 and the thermal cycle test apparatus 100 using the chamber 9 and seals them, and the chamber 9 is evacuated or filled with an inert gas or the like.

ステップS3では、基板3上の測定位置3dを導波体32の直下に位置決めする。ユーザが入出力部59より基板3の位置決めを指示することで、制御部50は、撮像装置16を用いて基板3を撮像してその位置を検出し、その検出結果に従って目標位置を定めてステージ駆動部23を制御する。それにより、ステージ駆動部23は、基板3が載置されたステージ21を駆動し、基板3上の測定位置3dを導波体32の直下に位置決めする。   In step S <b> 3, the measurement position 3 d on the substrate 3 is positioned immediately below the waveguide body 32. When the user instructs the positioning of the substrate 3 from the input / output unit 59, the control unit 50 images the substrate 3 using the imaging device 16, detects the position, determines the target position according to the detection result, and sets the stage. The drive unit 23 is controlled. Thereby, the stage drive unit 23 drives the stage 21 on which the substrate 3 is placed, and positions the measurement position 3d on the substrate 3 immediately below the waveguide 32.

ステップS4では、基板3に対してH/C試験を実行する。H/C試験では、加熱部24により基板3が載置されたステージ21のヒートステージ21aを加熱して例えば約260度の高温度を30秒間保持し、次いで冷却部25によりステージ21の水冷冷却板21bを冷却して例えば約20度の低温度を450秒間保持する。この1回のヒートサイクルを20回以上繰り返して基板3に熱負荷を与えつつ、撮像装置16により基板3を撮像し、温度センサ22によりヒートステージ21aの温度を検出し、AEセンサ31により基板3のAEを検出し、変位センサ33により基板3の変位を検出し、記録部51によりこれらの検出結果の組を記録する。   In step S4, an H / C test is performed on the substrate 3. In the H / C test, the heating unit 24 heats the heat stage 21a of the stage 21 on which the substrate 3 is placed to maintain a high temperature of about 260 degrees, for example, for 30 seconds, and then the cooling unit 25 performs water-cooling cooling of the stage 21. The plate 21b is cooled to hold a low temperature of about 20 degrees, for example, for 450 seconds. While this one heat cycle is repeated 20 times or more to apply a thermal load to the substrate 3, the substrate 3 is imaged by the imaging device 16, the temperature of the heat stage 21 a is detected by the temperature sensor 22, and the substrate 3 is detected by the AE sensor 31. AE is detected, the displacement sensor 33 detects the displacement of the substrate 3, and the recording unit 51 records a set of these detection results.

なお、制御部50は、予め定められた数のヒートサイクルを終了した場合、或いは破壊判定部53により検出されたAEの強度が閾値を超えて基板3が破壊に至ったことが確認できた場合、H/C試験を終了する。制御部50は、加熱部24及び冷却部25を停止し、ステージ駆動部23を制御してステージ21を導波体32の直下から退避する。   In addition, when the control part 50 complete | finishes a predetermined number of heat cycles, or when it can confirm that the intensity | strength of AE detected by the destruction determination part 53 exceeded a threshold value and the board | substrate 3 was destroyed. The H / C test is terminated. The control unit 50 stops the heating unit 24 and the cooling unit 25, controls the stage driving unit 23, and retracts the stage 21 from directly below the waveguide body 32.

ステップS5では、破壊判定部53により、H/C試験の結果に基づいて基板3の破壊判定を行う。   In step S5, the destruction determination unit 53 determines whether or not the substrate 3 is broken based on the result of the H / C test.

図5Aから図5Cは、3つの基板3(便宜上、それぞれ基板A、B、及びCと呼ぶ)に対するH/C試験の結果の一例を示す。なお、初期状態における変位をゼロとする。また、図5Aは、試験開始から14000秒経過して基板Aに変化が現れ始めた後の結果を示す。ここで、基板A及びBは、銅より形成された配線板3c、窒化珪素より形成された絶縁板3a、及び銅より形成された金属板3bを積層したAMB基板である。配線板3c、絶縁板3a、及び金属板3bの厚みはそれぞれ1.0mm、0.3mm、及び1.0mmである。基板Cは、銅より形成された配線板3c、窒化アルミニウムより形成された絶縁板3a、及び銅より形成された金属板3bを積層したAMB基板である。配線板3c、絶縁板3a、及び金属板3bの厚みはそれぞれ0.3mm、0.4mm、及び0.3mmである。金属板3bの短辺及び長辺の長さはそれぞれ17mm及び21mmである。   5A to 5C show an example of the result of the H / C test for three substrates 3 (referred to as substrates A, B, and C, respectively for convenience). Note that the displacement in the initial state is zero. FIG. 5A shows the result after 14000 seconds have elapsed from the start of the test and a change starts to appear on the substrate A. Here, the substrates A and B are AMB substrates in which a wiring board 3c made of copper, an insulating board 3a made of silicon nitride, and a metal board 3b made of copper are laminated. The thicknesses of the wiring board 3c, the insulating board 3a, and the metal plate 3b are 1.0 mm, 0.3 mm, and 1.0 mm, respectively. The substrate C is an AMB substrate in which a wiring board 3c formed of copper, an insulating plate 3a formed of aluminum nitride, and a metal plate 3b formed of copper are stacked. The thicknesses of the wiring board 3c, the insulating board 3a, and the metal plate 3b are 0.3 mm, 0.4 mm, and 0.3 mm, respectively. The lengths of the short side and the long side of the metal plate 3b are 17 mm and 21 mm, respectively.

なお、H/C試験の条件は、基板Aに対しては加熱温度を260℃、加熱と冷却の周期Tを500秒とし、基板Bに対しては加熱温度を260℃、加熱と冷却の周期Tを500秒とし、基板Cに対しては加熱温度を350℃、加熱と冷却の周期Tを450秒とした。基板3のH/C試験において、加熱の最高温度は400℃以下、例えば350℃あるいは260℃であり、昇温速度は好ましくは5K/秒以下、加熱と冷却の周期Tは好ましくは300秒以上であり、上限に特に制限はないが例えば450秒あるいは500秒である。加熱時、予め設定した最高温度に到達したら直ちに冷却に移ってもよいし、所定の時間、最高温度を保持するようにしてもよい。   The conditions of the H / C test are as follows: the heating temperature for the substrate A is 260 ° C., the heating and cooling cycle T is 500 seconds, the heating temperature for the substrate B is 260 ° C., and the heating and cooling cycle. T was 500 seconds, the heating temperature for the substrate C was 350 ° C., and the heating and cooling cycle T was 450 seconds. In the H / C test of the substrate 3, the maximum heating temperature is 400 ° C. or less, for example, 350 ° C. or 260 ° C., the temperature rising rate is preferably 5 K / second or less, and the heating and cooling cycle T is preferably 300 seconds or more. The upper limit is not particularly limited, but is 450 seconds or 500 seconds, for example. At the time of heating, when the preset maximum temperature is reached, the cooling may be started immediately, or the maximum temperature may be maintained for a predetermined time.

図5Aの基板Aは、1回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで測定位置3dを下方に変位し、冷却されることで上に凸状に変形して測定位置3dを上方に変位する。ここで、基板Aは、短い加熱期間内に急激に下方に変位し、長い冷却期間内に緩やかに上方に変位している。ヒートサイクルを繰り返すことで、上方への変位量を増大している。   The substrate A in FIG. 5A displaces the measurement position 3d downward by being heated in one heat cycle, and is deformed upward by cooling to displace the measurement position 3d upward. Here, the substrate A is rapidly displaced downward within a short heating period, and is gradually displaced upward within a long cooling period. The amount of upward displacement is increased by repeating the heat cycle.

基板Aに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、2つの破壊メカニズムによるAEの発生を確認することができる。一方は、基板Aの加熱時であり、基板Aが急激に変位している短い期間内に大きな強度のAEが集中して発生していることから、基板AにBモードの破壊が発生したことがわかる。他方は、基板Aの冷却時であり、基板Aが緩やかに変位している長い期間内に小さい強度のAEが離散して発生していることから、基板AにAモードの破壊が発生したことがわかる。破壊判定部53は、基板Aが急激に変位している期間内に発生した大きな強度のAEより基板AにBモードの破壊が発生したと判定し、基板Aが緩やかに変位している期間内に発生した小さい強度のAEより基板AにAモードの破壊が発生したと判定する。   In the repetition of the heat cycle for the substrate A, generation of AE due to two destruction mechanisms can be confirmed. One is when the substrate A is heated, and because the AE of high strength is concentrated and generated within a short period when the substrate A is suddenly displaced, the B-mode destruction occurs in the substrate A. I understand. On the other hand, when the substrate A is cooled, AE having a small intensity is generated discretely within a long period in which the substrate A is gradually displaced, so that the A mode breakage occurs in the substrate A. I understand. The destruction determination unit 53 determines that the B-mode destruction has occurred in the substrate A from the high-strength AE that has occurred during the period in which the substrate A is suddenly displaced, and within the period in which the substrate A is gradually displaced. It is determined that the A-mode breakage has occurred in the substrate A from the low-strength AE generated in step (b).

図5Bの基板Bは、1回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで測定位置3dを下方に変位し、冷却されることで上に凸状に変形して測定位置3dを上方に変位する。ここで、基板Bは、短い加熱期間内に急激に下方に変位し、長い冷却期間内の初期に急激に上方に変位し、その後変位をほぼ一定に維持している。ヒートサイクルを繰り返すことで、変位量を徐々に負の方向に増大している。   The substrate B of FIG. 5B displaces the measurement position 3d downward by being heated in one heat cycle, and is deformed upward by cooling to displace the measurement position 3d upward. Here, the substrate B is suddenly displaced downward within a short heating period, is suddenly displaced upward at an early stage within a long cooling period, and thereafter the displacement is maintained substantially constant. By repeating the heat cycle, the displacement is gradually increased in the negative direction.

基板Bに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、1つの破壊メカニズムによるAEの発生を確認することができる。基板Bの加熱時であり、基板Bが急激に、ただし小さい変位量で変位している期間内に小さい強度のAEが幾つか発生していることから、基板BにAモードの破壊が発生したことがわかる。破壊判定部53は、基板Bが小さい変位量で変位している期間内に発生した小さい強度のAEより基板BにAモードの破壊が発生したと判定する。   In the repetition of the heat cycle for the substrate B, generation of AE due to one destruction mechanism can be confirmed. During the heating of the substrate B, the substrate B has undergone A-mode destruction because some low-intensity AEs are generated within a period in which the substrate B is rapidly displaced with a small displacement. I understand that. The destruction determination unit 53 determines that the A-mode destruction has occurred in the substrate B from the low-intensity AE that occurs during the period in which the substrate B is displaced by a small displacement amount.

図5Cの基板Cは、1回のヒートサイクルにおいて、加熱されることで期間1において測定位置3dが一旦下方に変位して初期状態又は直前の状態に比べて平坦になり、さらに加熱昇温されると続く期間2において上に凸状に変形して測定位置3dが上方に変位する。ここで、平坦になるとは初期状態又は直前の状態に比べて変位量Δが小さくなることを含んでよく、凸状に変形するとは変形前より変位量Δが大きくなることを含んでよい。続く期間3の冷却時にも凸状に変形した形状は維持される。ヒートサイクルを繰り返すことで、変位量を徐々に正の方向に増大しており、基板Cの反りは大きくなっている。ここで、基板Cは、室温において上向きに凸形状となっており(変位Δ)、ヒートサイクルにおいて、期間1の加熱期間内に室温時に比べ平坦になり(変位Δ)、期間2の加熱昇温期間に再び反り(変位ΔH−C)、期間3の冷却時にも反りが維持され、熱負荷が与えられている。ここで、ΔH−C≧Δ>Δである。さらにヒートサイクルを繰り返すことで、変位の振幅が増大し、基板Cの反りが大きくなっている。 The substrate C in FIG. 5C is heated in one heat cycle, so that the measurement position 3d is temporarily displaced downward in period 1 to become flat compared to the initial state or the immediately previous state, and further heated and heated. Then, in the subsequent period 2, the measurement position 3d is displaced upward by being deformed upward. Here, flattening may include that the displacement amount Δ is smaller than that in the initial state or immediately before, and deforming in a convex shape may include increasing the displacement amount Δ before deformation. The shape deformed into a convex shape is maintained during the cooling of the subsequent period 3. By repeating the heat cycle, the amount of displacement gradually increases in the positive direction, and the warpage of the substrate C increases. Here, the substrate C has a convex shape upward at room temperature (displacement Δ i ), and becomes flat (displacement Δ H ) in the heating period of period 1 compared to that at room temperature in the heating cycle, and heating in period 2 Warpage again (displacement Δ H-C ) during the temperature rising period, warpage is maintained even during cooling in period 3, and a thermal load is applied. Here, a Δ H-C ≧ Δ i> Δ H. Furthermore, by repeating the heat cycle, the amplitude of the displacement increases and the warpage of the substrate C increases.

基板Cに対するヒートサイクルの繰り返しにおいて、基板Cの冷却時であり、基板Cが急激に、ただし小さい変位量で変位している期間内に小さい強度のAEが幾つか発生していることから、基板Bと同様に基板CにAモードの破壊が発生したことがわかる。   In the repetition of the heat cycle for the substrate C, since the substrate C is cooled, several small AEs are generated within a period in which the substrate C is rapidly displaced with a small displacement amount. As in B, it can be seen that A-mode destruction occurred in the substrate C.

破壊判定部53による破壊判定を終了することで、基板3に対するH/C試験が終了する。   When the destruction determination by the destruction determination unit 53 is completed, the H / C test for the substrate 3 is completed.

なお、ステップS3からS5の処理は、制御部50により、すなわちプログラム制御により自動化されている。上述のとおり基板3から発生するAEを検出することで、H/C試験における基板3の破壊の発生タイミングを特定し、基板3の変位の検出と合わせることで基板3の破壊メカニズムを特定することができる。   In addition, the process of step S3 to S5 is automated by the control part 50, ie, program control. By detecting the AE generated from the substrate 3 as described above, the generation timing of the destruction of the substrate 3 in the H / C test is specified, and the destruction mechanism of the substrate 3 is specified by combining with the detection of the displacement of the substrate 3. Can do.

なお、チャンバ9内に、ステージ21上に載置してH/C試験を行う基板3を複数の基板の中から交換する交換装置を設けてもよい。それにより、チャンバ9内の気密を保持したまま複数の基板を続けてH/C試験することができる。   In the chamber 9, an exchange device for exchanging the substrate 3 placed on the stage 21 and performing the H / C test from a plurality of substrates may be provided. Thereby, it is possible to continuously perform the H / C test on a plurality of substrates while maintaining the airtightness in the chamber 9.

図6は、H/C試験を利用した半導体装置1の製造方法の手順を示す。ステップS11では、試験対象物として1又は複数の基板3を用意する。ステップS12では、それらの基板3に対してH/C試験を実行し、基準を満たす基板3を選別する。ステップS13では、ステップS12において選別した基板3を用いて、公知の方法により半導体装置を組み立てる。   FIG. 6 shows the procedure of the manufacturing method of the semiconductor device 1 using the H / C test. In step S11, one or a plurality of substrates 3 are prepared as test objects. In step S12, an H / C test is performed on the substrates 3 to select the substrates 3 that satisfy the standard. In step S13, a semiconductor device is assembled by a known method using the substrate 3 selected in step S12.

図7は、半導体装置1の概略構成を示す。半導体装置1は、放熱板2a、ケース2b、基板3、半導体素子4、端子5、ワイヤ6、及び封止樹脂7を備える。   FIG. 7 shows a schematic configuration of the semiconductor device 1. The semiconductor device 1 includes a heat radiating plate 2 a, a case 2 b, a substrate 3, a semiconductor element 4, a terminal 5, a wire 6, and a sealing resin 7.

放熱板2aは、放熱性の高い銅、アルミ炭化ケイ素複合材等から板状に形成され、半導体素子4が発する熱を排熱する部材である。   The heat radiating plate 2 a is a member that is formed in a plate shape from copper, aluminum silicon carbide composite material, or the like that has high heat radiating properties, and exhausts heat generated by the semiconductor element 4.

ケース2bは、放熱板2aの周縁上に立設される枠体であり、放熱板2aとともに半導体装置1の構成各部を収容する筐体を構成する。   The case 2b is a frame that is erected on the periphery of the heat sink 2a, and constitutes a housing that houses the constituent parts of the semiconductor device 1 together with the heat sink 2a.

基板3は、先述のとおり順に配線板3c、絶縁板3a、金属板3bを積層した基板である。基板3は、はんだ層を介して放熱板2a上に接合される。   The board | substrate 3 is a board | substrate which laminated | stacked the wiring board 3c, the insulating board 3a, and the metal plate 3b in order as above-mentioned. The board | substrate 3 is joined on the heat sink 2a through a solder layer.

半導体素子4は、例えばスイッチング素子であり、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等を採用することができる。半導体素子4は、一例として、おもて面及び裏面のそれぞれに電極を有する縦型の素子とする。半導体素子4は、はんだ層を介して基板3の配線板3c上に接合される。   The semiconductor element 4 is a switching element, for example, and can employ a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or the like. As an example, the semiconductor element 4 is a vertical element having electrodes on the front surface and the back surface. The semiconductor element 4 is bonded onto the wiring board 3c of the substrate 3 via a solder layer.

端子5は、半導体素子4に外部信号を入力する又は半導体素子4から電流を外部に入出力するための入出力用端子である。端子5は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて、下端を鉤状に屈曲した柱状又は平板状に成形されている。2つの端子5が、それぞれ、ケース2bの一側及び他側の内面に当接して固定されている。   The terminal 5 is an input / output terminal for inputting an external signal to the semiconductor element 4 or inputting / outputting a current from the semiconductor element 4 to the outside. The terminal 5 is formed into a columnar shape or a flat plate shape, for example, using a conductive metal such as copper or aluminum and having a lower end bent into a bowl shape. Two terminals 5 are fixed in contact with the inner surfaces of one side and the other side of the case 2b, respectively.

ワイヤ6は、半導体素子4の電極を端子5又は配線板3cに接続するワイヤ状の部材である。ワイヤ6は、例えば銅、アルミニウム等の導電性金属又は鉄アルミ合金等の導電性合金を用いて成形される。1つのワイヤ6は、半導体素子4のおもて面電極(例えばゲート電極)と図面右側の端子5の下端とを接続する。別の1つのワイヤ6は、半導体素子4の表面電極(例えば、ソース電極又はエミッタ電極)と配線板3c(図面右側のパターン)とを接続する。さらに別の1つのワイヤ6は、配線板3cと図面左側の端子5の下端とを接続して、半導体素子4の裏面電極(例えばドレイン電極又はコレクタ電極)を端子5に接続する。   The wire 6 is a wire-like member that connects the electrode of the semiconductor element 4 to the terminal 5 or the wiring board 3c. The wire 6 is formed using, for example, a conductive metal such as copper or aluminum or a conductive alloy such as iron aluminum alloy. One wire 6 connects the front surface electrode (for example, gate electrode) of the semiconductor element 4 and the lower end of the terminal 5 on the right side of the drawing. Another wire 6 connects the surface electrode (for example, source electrode or emitter electrode) of the semiconductor element 4 and the wiring board 3c (pattern on the right side of the drawing). Still another wire 6 connects the wiring board 3 c and the lower end of the terminal 5 on the left side of the drawing, and connects the back electrode (for example, drain electrode or collector electrode) of the semiconductor element 4 to the terminal 5.

封止樹脂7は、半導体装置1の構成各部を封止するための部材であり、一例としてエポキシ樹脂を用いることができる。封止樹脂7は、ケース2b内(放熱板2a上)に基板3、半導体素子4、端子5、及びワイヤ6が設けられた後、それらの上に充填される。さらに、カバーをケース2bの側部上に載置してもよい。   The sealing resin 7 is a member for sealing the constituent parts of the semiconductor device 1, and an epoxy resin can be used as an example. The sealing resin 7 is filled in the case 2b (on the heat dissipation plate 2a) after the substrate 3, the semiconductor element 4, the terminal 5, and the wire 6 are provided. Further, the cover may be placed on the side portion of the case 2b.

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。   Various embodiments of the invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, where a block is either (1) a stage in a process in which the operation is performed or (2) an apparatus responsible for performing the operation. May represent a section of Certain stages and sections are implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry supplied with computer readable instructions stored on a computer readable medium, and / or processor supplied with computer readable instructions stored on a computer readable medium. It's okay. Dedicated circuitry may include digital and / or analog hardware circuitry and may include integrated circuits (ICs) and / or discrete circuits. Programmable circuits include memory elements such as logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGA), programmable logic arrays (PLA), etc. Reconfigurable hardware circuitry, including and the like.

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD−ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。   Computer readable media may include any tangible device capable of storing instructions to be executed by a suitable device, such that a computer readable medium having instructions stored thereon is specified in a flowchart or block diagram. A product including instructions that can be executed to create a means for performing the operation. Examples of computer readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer readable media include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM or flash memory), Electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disc read only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated A circuit card or the like may be included.

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。   Computer readable instructions can be assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or object oriented programming such as Smalltalk, JAVA, C ++, etc. Including any source code or object code written in any combination of one or more programming languages, including languages and conventional procedural programming languages such as "C" programming language or similar programming languages Good.

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。   Computer readable instructions may be directed to a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing device processor or programmable circuit locally or in a wide area network (WAN) such as a local area network (LAN), the Internet, etc. The computer-readable instructions may be executed to create a means for performing the operations provided via and specified in the flowchart or block diagram. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, and the like.

図8は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。   FIG. 8 illustrates an example of a computer 2200 in which aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. The program installed in the computer 2200 can cause the computer 2200 to function as an operation associated with the apparatus according to the embodiment of the present invention or one or more sections of the apparatus, or to perform the operation or the one or more sections. The section can be executed and / or the computer 2200 can execute a process according to an embodiment of the present invention or a stage of the process. Such a program may be executed by CPU 2212 to cause computer 2200 to perform certain operations associated with some or all of the blocks in the flowcharts and block diagrams described herein.

本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インタフェース2222、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。   A computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, a RAM 2214, a graphic controller 2216, and a display device 2218, which are connected to each other by a host controller 2210. Computer 2200 also includes input / output units such as communication interface 2222, hard disk drive 2224, DVD-ROM drive 2226, and IC card drive, which are connected to host controller 2210 via input / output controller 2220. Yes. The computer also includes legacy input / output units, such as ROM 2230 and keyboard 2242, which are connected to input / output controller 2220 via input / output chip 2240.

CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。   The CPU 2212 operates according to programs stored in the ROM 2230 and the RAM 2214, thereby controlling each unit. The graphic controller 2216 obtains the image data generated by the CPU 2212 in a frame buffer or the like provided in the RAM 2214 or itself so that the image data is displayed on the display device 2218.

通信インタフェース2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD−ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD−ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。   The communication interface 2222 communicates with other electronic devices via a network. The hard disk drive 2224 stores programs and data used by the CPU 2212 in the computer 2200. The DVD-ROM drive 2226 reads a program or data from the DVD-ROM 2201 and provides the program or data to the hard disk drive 2224 via the RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from the IC card and / or writes programs and data to the IC card.

ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。   The ROM 2230 stores therein a boot program executed by the computer 2200 at the time of activation and / or a program depending on the hardware of the computer 2200. The input / output chip 2240 may also connect various input / output units to the input / output controller 2220 via parallel ports, serial ports, keyboard ports, mouse ports, and the like.

プログラムが、DVD−ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。   The program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM 2201 or an IC card. The program is read from a computer-readable medium, installed in the hard disk drive 2224, the RAM 2214, or the ROM 2230, which are also examples of the computer-readable medium, and executed by the CPU 2212. Information processing described in these programs is read by the computer 2200 to bring about cooperation between the programs and the various types of hardware resources. An apparatus or method may be configured by implementing information manipulation or processing in accordance with the use of computer 2200.

例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。   For example, when communication is performed between the computer 2200 and an external device, the CPU 2212 executes a communication program loaded in the RAM 2214 and performs communication processing on the communication interface 2222 based on processing described in the communication program. You may order. The communication interface 2222 reads the transmission data stored in the transmission buffer processing area provided in the recording medium such as the RAM 2214, the hard disk drive 2224, the DVD-ROM 2201, or the IC card under the control of the CPU 2212, and the read transmission. Data is transmitted to the network, or received data received from the network is written in a reception buffer processing area provided on the recording medium.

また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226(DVD−ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。   Further, the CPU 2212 allows the RAM 2214 to read all or a necessary part of a file or database stored in an external recording medium such as a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM 2201), an IC card, etc. Various types of processing may be performed on the data on the RAM 2214. Next, the CPU 2212 writes back the processed data to the external recording medium.

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。   Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on a recording medium and subjected to information processing. The CPU 2212 describes various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, information retrieval, which are described in various places in the present disclosure and specified by the instruction sequence of the program with respect to the data read from the RAM 2214. Various types of processing may be performed, including / replacement etc., and the result is written back to the RAM 2214. Further, the CPU 2212 may search for information in files, databases, etc. in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of the first attribute associated with the attribute value of the second attribute are stored in the recording medium, the CPU 2212 specifies the attribute value of the first attribute. The entry that matches the condition is searched from the plurality of entries, the attribute value of the second attribute stored in the entry is read, and thereby the first attribute that satisfies the predetermined condition is associated. The attribute value of the obtained second attribute may be acquired.

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。   The programs or software modules described above may be stored on a computer readable medium on or near computer 2200. In addition, a recording medium such as a hard disk or a RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet can be used as a computer-readable medium, thereby providing a program to the computer 2200 via the network. To do.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

B…ベース、1…半導体装置、2a…放熱板、2b…ケース、3…基板、3a…絶縁板、3b…金属板、3c…配線板、3d…測定位置、4…半導体素子、5…端子、6…ワイヤ、7…封止樹脂、8…ガスセンサ、9…チャンバ、10…フレーム、11…ポール、12…天板、13…中板、13a…貫通孔、14…支持部、14a…支持部材、14b…伸縮部材、15…支持部材、16…撮像装置、20…ステージ系、21…ステージ、21a…ヒートステージ、21b…水冷冷却板、22…温度センサ、23…ステージ駆動部、24…加熱部、25…冷却部、25a…配管、30…検出部、31…アコースティック・エミッションセンサ(AEセンサ)、31a…把持部材、32…導波体、33…変位センサ、50…制御部、51…記録部、52…指令部、53…破壊判定部、59…入出力部、100…熱サイクル試験装置、2200…コンピュータ、2201…ROM、2210…ホストコントローラ、2212…CPU、2214…RAM、2216…グラフィックコントローラ、2218…ディスプレイデバイス、2220…出力コントローラ、2222…通信インタフェース、2224…ハードディスクドライブ、2226…ROMドライブ、2230…ROM、2240…出力チップ、2242…キーボード。   B ... Base, 1 ... Semiconductor device, 2a ... Heat sink, 2b ... Case, 3 ... Substrate, 3a ... Insulating plate, 3b ... Metal plate, 3c ... Wiring board, 3d ... Measurement position, 4 ... Semiconductor element, 5 ... Terminal , 6 ... wire, 7 ... sealing resin, 8 ... gas sensor, 9 ... chamber, 10 ... frame, 11 ... pole, 12 ... top plate, 13 ... middle plate, 13a ... through hole, 14 ... support part, 14a ... support Member 14b ... Expandable member 15 ... Support member 16 ... Imaging device 20 ... Stage system 21 ... Stage 21a ... Heat stage 21b ... Water-cooled cooling plate 22 ... Temperature sensor 23 ... Stage drive unit 24 ... Heating unit 25 ... cooling unit 25a ... piping 30 ... detecting unit 31 ... acoustic emission sensor (AE sensor) 31a ... gripping member 32 ... waveguide body 33 ... displacement sensor 50 ... control unit 51 ... Recording section 52 ... Command unit, 53 ... Destruction determination unit, 59 ... Input / output unit, 100 ... Thermal cycle test device, 2200 ... Computer, 2201 ... ROM, 2210 ... Host controller, 2212 ... CPU, 2214 ... RAM, 2216 ... Graphic controller, 2218 ... Display device, 2220 ... Output controller, 2222 ... Communication interface, 2224 ... Hard disk drive, 2226 ... ROM drive, 2230 ... ROM, 2240 ... Output chip, 2242 ... Keyboard.

Claims (33)

熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物のアコースティックエミッションを検出するAE検出部と、
前記試験対象物の変位を検出する変位検出部と、
前記AE検出部が検出したアコースティックエミッションおよび前記変位検出部が検出した変位の組を記録する記録部と
を備える熱サイクル試験装置。
An AE detector that detects acoustic emission of a test object in which a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion are joined;
A displacement detector for detecting the displacement of the test object;
A thermal cycle test apparatus comprising: an acoustic emission detected by the AE detection unit; and a recording unit that records a set of displacements detected by the displacement detection unit.
前記試験対象物を載置し、前記試験対象物の温度を制御するステージを更に備える請求項1に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 1, further comprising a stage for placing the test object and controlling a temperature of the test object. 前記ステージは、前記試験対象物を予め定められた周期T(秒)で繰り返し加熱および冷却できる請求項2に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 2, wherein the stage can repeatedly heat and cool the test object at a predetermined cycle T (seconds). 熱サイクル試験中に前記試験対象物に接触してアコースティックエミッションを前記AE検出部へと伝搬させる導波体を更に備える請求項2または3に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 2, further comprising a waveguide body that contacts the test object during a thermal cycle test and propagates acoustic emission to the AE detection unit. 前記導波体は、前記試験対象物と接触する接触面の面積が、前記AE検出部に接触する接触面の面積よりも小さい請求項4に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle testing apparatus according to claim 4, wherein an area of a contact surface that contacts the test object is smaller than an area of a contact surface that contacts the AE detector. 前記導波体は、円錐台状または角錐台状である請求項5に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 5, wherein the waveguide has a truncated cone shape or a truncated pyramid shape. 前記導波体は、セラミックを材料とする請求項4から6のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle testing apparatus according to any one of claims 4 to 6, wherein the waveguide is made of ceramic. 前記変位検出部は、前記導波体を介して前記試験対象物の変位を検出する請求項4から7のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 4, wherein the displacement detection unit detects a displacement of the test object via the waveguide. 前記導波体は、前記試験対象物側の第1端面が前記試験対象物に押し当てられ、
前記AE検出部は、前記導波体における前記第1端面と反対側の第2端面に接して固定され、
前記変位検出部は、前記変位検出部に対する前記導波体および前記AE検出部の組の相対移動を検出する
請求項8に記載の熱サイクル試験装置。
In the waveguide, the first end surface on the test object side is pressed against the test object,
The AE detector is fixed in contact with a second end surface of the waveguide opposite to the first end surface;
The thermal cycle test apparatus according to claim 8, wherein the displacement detection unit detects relative movement of a set of the waveguide and the AE detection unit with respect to the displacement detection unit.
前記導波体および前記AE検出部を吊り下げて支持する支持部を更に備え、
前記変位検出部は、前記導波体および前記AE検出部の上下動を検出する
請求項9に記載の熱サイクル試験装置。
A support unit for hanging and supporting the waveguide and the AE detection unit;
The thermal cycle test apparatus according to claim 9, wherein the displacement detection unit detects vertical movement of the waveguide body and the AE detection unit.
前記支持部は、伸縮部材により前記導波体および前記AE検出部を吊り下げる請求項10に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 10, wherein the support section suspends the waveguide body and the AE detection section by an elastic member. 前記支持部は、前記伸縮部材の上端の位置を上下方向に調整可能に支持する請求項11に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 11, wherein the support portion supports the position of the upper end of the elastic member so as to be adjustable in the vertical direction. 前記変位検出部は、差動トランスを有し、
前記AE検出部は、前記差動トランスの可動磁心に固定される
請求項8から12のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
The displacement detector has a differential transformer,
The thermal cycle test apparatus according to any one of claims 8 to 12, wherein the AE detection unit is fixed to a movable magnetic core of the differential transformer.
前記変位検出部は、前記試験対象物の測定位置において測定した測定変位から前記ステージの基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する請求項2から13のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   14. The displacement detection unit according to claim 2, wherein the displacement detection unit calculates a displacement of the test object itself by subtracting a reference displacement of the stage from a measured displacement measured at a measurement position of the test object. The thermal cycle test apparatus described. 前記変位検出部は、前記試験対象物の熱サイクル試験とは異なるキャリブレーションサイクル中に前記ステージにおける前記試験対象物を載置しない部分で測定した前記基準変位を、前記測定変位から減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する請求項14に記載の熱サイクル試験装置。   The displacement detection unit subtracts the reference displacement measured at a portion where the test object is not placed on the stage during a calibration cycle different from the thermal cycle test of the test object, from the measured displacement, The thermal cycle test apparatus according to claim 14, wherein the displacement of the test object itself is calculated. 前記変位検出部は、
前記試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物の前記測定位置に接して前記測定変位を測定する第1変位測定部と、
前記熱サイクル試験中に、前記ステージに接して前記基準変位を測定する第2変位測定部と
を有する請求項14に記載の熱サイクル試験装置。
The displacement detector is
A first displacement measurement unit that measures the measurement displacement in contact with the measurement position of the test object during a thermal cycle test of the test object;
The thermal cycle test apparatus according to claim 14, further comprising: a second displacement measurement unit that measures the reference displacement in contact with the stage during the thermal cycle test.
前記変位検出部は、
前記試験対象物の温度を上昇させている間において測定した前記測定変位から、前記ステージの温度を上昇させながら測定した第1の前記基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出し、
前記試験対象物の温度を下降させている間において測定した前記測定変位から、前記ステージの温度を下降させながら測定した第2の前記基準変位を減じることにより、前記試験対象物そのものの変位を算出する
請求項14から16のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
The displacement detector is
The displacement of the test object itself is calculated by subtracting the first reference displacement measured while increasing the temperature of the stage from the measured displacement measured while increasing the temperature of the test object. And
The displacement of the test object itself is calculated by subtracting the second reference displacement measured while lowering the temperature of the stage from the measured displacement measured while lowering the temperature of the test object. The thermal cycle test apparatus according to any one of claims 14 to 16.
前記ステージは、
前記試験対象物を加熱可能に載置するヒートステージと、
前記ヒートステージにおける前記試験対象物を載置する面とは反対の面側に設けられた冷却部材を有し、前記ヒートステージを冷却する冷却部と
を有する請求項2から17のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。
The stage is
A heat stage for placing the test object in a heatable manner;
18. A cooling unit provided on a surface opposite to a surface on which the test object is placed in the heat stage, and a cooling unit that cools the heat stage. 18. The thermal cycle test apparatus described in 1.
前記冷却部は、前記冷却部材に冷却液を供給して前記ヒートステージを冷却する請求項18に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 18, wherein the cooling unit supplies a cooling liquid to the cooling member to cool the heat stage. 前記冷却部は、前記ヒートステージにより前記試験対象物を加熱させている間においても前記冷却部材に冷却液を供給する請求項18に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 18, wherein the cooling unit supplies a cooling liquid to the cooling member even while the test object is heated by the heat stage. 前記試験対象物、および当該熱サイクル試験装置における少なくとも前記試験対象物に接する部材を覆うチャンバを更に備える請求項1から20のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to any one of claims 1 to 20, further comprising a chamber that covers the test object and at least a member in contact with the test object in the thermal cycle test apparatus. 前記チャンバの外側に設けられ、前記チャンバ内に充填するガスが前記チャンバの外部に漏れたことを検出するためのガスセンサを更に備える請求項21に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 21, further comprising a gas sensor provided outside the chamber and configured to detect that a gas filled in the chamber has leaked to the outside of the chamber. 前記記録部は、前記AE検出部が検出したアコースティックエミッションの時系列データおよび前記変位検出部が検出した変位の時系列データを記録する請求項1から22のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test according to any one of claims 1 to 22, wherein the recording unit records time series data of acoustic emission detected by the AE detection unit and time series data of displacement detected by the displacement detection unit. apparatus. 前記記録部は、前記試験対象物に与えた温度の時系列データを更に記録する請求項23に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal cycle test apparatus according to claim 23, wherein the recording unit further records time-series data of the temperature applied to the test object. 熱サイクル試験中に検出した前記試験対象物のアコースティックエミッションが閾値を超えたことに応じて、前記試験対象物が破壊されたと判定する破壊判定部を更に備える請求項1から24のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The destruction determination part which determines with the said test target object having been destroyed according to the acoustic emission of the said test target object detected during the heat cycle test having exceeded the threshold value is provided. The thermal cycle test apparatus described in 1. 前記破壊判定部は、前記熱サイクル試験中に検出した前記試験対象物のアコースティックエミッションおよび変位に基づいて、前記試験対象物に生じた破壊の種類を更に判定する請求項25に記載の熱サイクル試験装置。   26. The thermal cycle test according to claim 25, wherein the fracture determination unit further determines the type of fracture that has occurred in the test object based on the acoustic emission and displacement of the test object detected during the thermal cycle test. apparatus. 前記破壊判定部は、前記試験対象物のアコースティックエミッションの周波数成分に基づいて、前記試験対象物における、前記複数の材料のうちいずれの材料の部分に破壊が発生したかを更に判定する請求項25または26に記載の熱サイクル試験装置。   26. The destruction determination unit further determines, based on an acoustic emission frequency component of the test object, which part of the plurality of materials in the test object is broken. Or the thermal cycle test apparatus of 26. 前記記録部は、熱サイクル試験中に前記試験対象物を撮像した動画を更に記録する請求項1から27のいずれか一項に記載の熱サイクル試験装置。   The thermal recording test apparatus according to any one of claims 1 to 27, wherein the recording unit further records a moving image obtained by imaging the test object during a thermal cycling test. 熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物のアコースティックエミッションを検出し、
前記熱サイクル試験中に、前記試験対象物の変位を検出し、
検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録する
熱サイクル試験方法。
During a thermal cycle test of a test object in which a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion are joined, the acoustic emission of the test object is detected,
Detecting the displacement of the test object during the thermal cycle test;
Thermal cycle test method that records the set of detected acoustic emissions and detected displacement.
前記試験対象物を予め定められた周期T(秒)で繰り返し加熱および冷却しながら実行される請求項29に記載の熱サイクル試験方法。   30. The thermal cycle test method according to claim 29, wherein the test object is executed while being repeatedly heated and cooled at a predetermined period T (seconds). 前記試験対象物は、金属板、絶縁板および配線板を順に積層した基板であり、
前記基板を前記加熱により平坦にし、次に昇温中に反らせることにより、前記基板に熱負荷を与えながら実行される請求項30に記載の熱サイクル試験方法。
The test object is a substrate in which a metal plate, an insulating plate and a wiring board are laminated in order,
31. The thermal cycle test method according to claim 30, wherein the thermal cycle test method is performed while applying a thermal load to the substrate by flattening the substrate by the heating and then warping the substrate during temperature rising.
基板を用意する工程と、
請求項31に記載の熱サイクル試験方法により前記基板を試験する工程と、
前記試験する工程において選別した前記基板を用いて半導体装置を組み立てる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
Preparing a substrate;
Testing the substrate by the thermal cycle test method of claim 31;
Assembling a semiconductor device using the substrate selected in the testing step;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
コンピュータに
熱膨張率が異なる複数の材料を接合した試験対象物の熱サイクル試験中に、前記試験対象物のアコースティックエミッションを検出させ、
前記熱サイクル試験中に、前記試験対象物の変位を検出させ、
検出されたアコースティックエミッションおよび検出された変位の組を記録させる
プログラム。
During a thermal cycle test of a test object in which a plurality of materials having different coefficients of thermal expansion are joined to a computer, the acoustic emission of the test object is detected,
During the thermal cycle test, the displacement of the test object is detected,
A program that records the set of detected acoustic emissions and detected displacement.
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