JP4959844B2 - Ｘ線検査用加熱装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線検査用加熱装置に関し、特に、はんだ接合部位の不良発生原因解析に用いるのに有用な、試料等の被検査物を目的の温度に加熱もしくは予め設定されたプロファイルに従って加熱し、その状態変化をリアルタイムに観察および記録することが可能なＸ線検査用加熱装置に関する。

近年、実装基板の高密度化、多層化、使用材料の多様化が進んでいる。そのため、従来の光学的検査に加え、部品の内部や接合部を観察することのできる、Ｘ線検査の必要性が高まっている。

特に、試料を高温に加熱し、結晶構造の変化や溶解状態の変化等を観察することのできる高温Ｘ線検査は、部品の接合部に存在するはんだの溶融状態や冷却時における挙動をリアルタイムで観察できるため、はんだ接合部位の不良発生原因解析に有用である。

試料を加熱条件下でＸ線検査する場合、従来は、検査装置外部で加熱した試料を検査装置内部にセッティングして観察することが多かった。加熱装置を有するＸ線検査装置も提案されてはいるが、加熱装置に必要とされる発熱体や装置の一部には、Ｘ線を透過しにくい金属が使用されており、この金属がＸ線を吸収したり、反射したり、回折させたり、散乱させたりしてしまうため、Ｘ線照射装置から出たＸ線を、Ｘ線受光装置で十分に受光することができず、正確な検査を行うことができないという欠点があった。そのため、加熱条件下で鮮明なＸ線検査を行うことのできる加熱装置が求められていた。

また、正確な検査を行うためには、試料を実際の製造時と同等程度に急速かつ均一に高温加熱する必要がある。そのため、急速に均一加熱のできる加熱装置が求められていた。更に、部品の小型化に伴い、極小の部品を高倍率で鮮明に観察する必要が高まっているおり、焦点距離を小さくするためにも、加熱装置の薄型化が求められていた。

そこで、一部金属を含むヒータをサンプル物体から離し、熱風により試料を加熱する観察装置が特許文献１で提案されている。

また、加熱装置の構成材料として板状に形成したセラミックスを用いた加熱装置が特許文献２で提案されている。

また、圧縮空気を熱して送り込む加熱ユニットを備えたリフロー加熱装置が特許文献３で提案されている。

しかしながら上記の従来技術によれば、検査装置外部で加熱した試料を検査装置内部にセッティングして観察する方法の場合、セッティング中に試料の温度が低下したり、温度のむらが発生するなどして、充分な温度管理を行うことができないという問題があった。また、はんだ溶融時のボイド発生状況やぬれ状態の変化など、温度変化に伴う試料の状態変化を、要求プロファイルに沿って、正確かつリアルタイムに観察することができないという問題もあった。

更に、加熱装置を有するＸ線検査装置では、加熱装置の発熱体や装置の一部にＸ線を透過しにくい金属が使用されており、これらの金属がＸ線像を観察する視野を遮断してしまうことから充分な観察が行えないという問題もあった。

このような問題の対策として、特許文献１によって知られる観察装置では、試料の観察経路外にヒータとファンを備えた高温室を設置し、ここから熱風を供給することで試料の加熱を行っていた。

しかし、この方法では試料を急速に昇温させることは困難な上、試料全体を均一に加熱することも難しかった。そのため試料の温度制御が困難となり、必要プロファイルに沿ったリアルタイム観察をすることができないという問題が発生した。

更に、発熱体を観察経路から離したことで、熱風の送風経路や送風機構が必要となった。それにより装置が大型化し、焦点距離が大きくなったため、極小の部品を高倍率で鮮明に観察することができないという問題が発生した。また、観察の角度が限定される、装置の複雑化で製作が困難となる、故障が発生しやすくなるなどの問題が発生した。

特許文献２によって知られる加熱装置では、発熱体の構成材料として板状に形成したセラミックスを用いることで、加熱装置の構成材料がＸ線を遮断することを回避した。しかし、セラミックスヒータは昇温が遅い、温度制御が困難である、割れやすく耐久性に難があるという問題が発生した。また、加熱装置内に空気の流れを発生させる機構が無いため、装置内温度にムラが発生するという問題が発生した。

現在、世界的に製造基板のリフローはんだ加熱方法は大半が対流加熱である。多くの場合、ガラスエポキシ基板上下に部品を搭載するため（裏面は平面で無く）、熱伝導加熱は使用できないためである。

しかしながら、熱伝導加熱と実際に市場で行われている対流加熱とでは、はんだ付挙動が大きく異なる。基板、ソルダーペースト、部品など各部位の温度上昇速度が異なり、かつソルダーペーストの乾燥・酸化量も異なるためである。

このため、実際には生じない現象が生ずる可能性のある熱伝導加熱で実装基板を加熱し検査しても、対流加熱で生ずる各種はんだ付欠陥などのメカニズムを検査する上では、意味は無い。これらのことははんだ付技術者であれば常識として分かっていることである。

基板をＸ線で動画検査する場合、実際に生じているはんだ付挙動を検査するには対流加熱でなければならない。しかし従来出願されているＸ線検査用リフロー加熱炉は従来大半が熱伝導加熱であった。

なお、特許文献３のように、一部対流の出願も見られるが、Ｘ線視野外から熱風を送るため、基板上の温度分布は実際とは異なり、各部位での温度差が大きかった。更に、特許文献３によって知られるリフロー加熱装置では、加熱した圧縮空気を噴出することで対流を発生させ、試料の加熱を行っているため、空気を加圧する機構などが必要となり、装置が大型化及び複雑化するという問題も有していた。

特開２００５−２２７１８８号公報 特開平９−１３８０７３号公報 特開２００９−１２３７９６号公報

本発明は上述のような従来技術の問題点などに鑑みてなされたものであり、装置を大型化したり複雑化することなく、基板を均一に対流加熱できるＸ線検査用加熱装置を提供することを第１の目的とするものである。

本発明は、又、安価で、耐熱温度が高く長寿命のヒーターを備えたＸ線検査用加熱装置を提供することを第２の目的とするものである。

上記した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、試料側の絶縁板に形成された前記熱風吹き出し穴が、旋回流を発生するよう斜めに形成されていることを特徴とするＸ線検査用加熱装置である。

請求項２に記載の発明は、前記面状ヒーターが、試料の両方の面に対向して配設され、試料両面からの対流加熱が可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項３に記載の発明は、試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成された、ガス供給口を有する遮蔽断熱部が重ねて配設されていることを特徴とするＸ線検査用加熱装置である。

請求項４に記載の発明は、前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成され、対流を円滑にするための熱風吹き出し穴が形成された熱風吹き出し板が重ねて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項５に記載の発明は、前記熱風吹き出し穴が斜めに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項６に記載の発明は、試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成された、ガス供給口を有する遮蔽断熱部が重ねて配設され、前記加熱装置が、対面する剛性のある支持体上に構成され、片面の窓部には前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターを配し、もう片面の窓部には前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターのうち、少なくとも前記遮蔽断熱部を配することを特徴とするＸ線検査用加熱装置である。

請求項７に記載の発明は、前記加熱装置が支持体上に冷却専用のガス供給管を備えることを特徴とする請求項６に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項８に記載の発明は、前記加熱装置が支持体上に排気口を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項９に記載の発明は、前記加熱装置が、対面する剛性のある支持体間にリミットスイッチを有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項１０に記載の発明は、前記遮蔽断熱部のガス供給口に接続されたガス供給管に圧力センサが配設されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項１１に記載の発明は、少なくとも前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターをモジュール化したことを特徴とする請求項２又は４に記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項１２に記載の発明は、加熱装置がリフロー炉であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置である。

請求項１に係わる発明のＸ線検査用加熱装置によれば、面状ヒーターに形成した開口に通したガスによって加熱することで、対流を促進しつつ、細かな温度制御が可能となる。また、加熱装置内の雰囲気を制御することが可能となり、燃焼や酸化の防止又は制御や、特定気体雰囲気下での観察を行うこともできる。

請求項１に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、面状ヒーターの形状を、ジグザグ型又は渦巻き型、又はジグザグ型と渦巻き型の組み合わせとすることにより、発熱体に流れる電流値や電圧を自由かつ容易に制御することができる。これにより、加熱装置の性能や仕様、規格などを自由かつ容易に設定することができる。

請求項１に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、面状ヒーターを、極めて安価に、且つ、耐熱温度が高く長寿命とすることができる。

請求項１に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、面状ヒーターを、極めて薄い金属板で構成することができる。

請求項１に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、熱風吹き出し穴が斜めに設けられていることで、試料室内で旋回流を発生させることができ、急速な均一加熱が可能となる。

請求項２に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、試料両面からの対流加熱が可能になる。

請求項３に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、試料をＸ線観察する窓部に、重ねて配置した遮蔽断熱部及び面状ヒーターをＸ線透過性の良好な材料で構成することにより、加熱条件下で、自由な角度からのＸ線検査装置による鮮明な観察を可能にする加熱装置を容易に得ることができる。

請求項４に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、面状ヒーターと、対流を円滑にするための熱風吹き出し穴が形成された熱風吹き出し板を重ねて配置することにより、加熱装置の小型化が実現できるうえ、加熱部を試料に接近させることが容易となる。更に、面状ヒーターで熱せられた熱風を熱風吹き出し板に形成された熱風吹き出し穴からダイレクトに噴出することにより、送風機構や加圧機構などを用いずに、また流路で温度低下させることなく、十分な温度と風速の熱風を送ることができる。そのため、熱風の対流加熱で試料を急速に昇温させることができる上、試料全体を均一に加熱することができることから、試料の温度制御が容易となり、必要プロファイルに沿ったリアルタイム観察をすることが可能となる。

このような加熱方式を用いることにより、装置が小型化でき、試料をＸ線検査装置に近づけることできることから、極小の部品を高倍率で鮮明に観察することが可能となる。

また、ガス供給により、加熱装置内の雰囲気を制御することが可能となり、燃焼や酸化の防止又はコントロールや、特定気体雰囲気下での観察を行うこともできる。

請求項５に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、熱風吹き出し穴が斜めに設けられていることで、試料室内で旋回流を発生させることができ、急速な均一加熱が可能となる。

請求項６に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、対面する剛性のある支持体上に構成され、片面の窓部には遮蔽断熱部及び面状ヒーターを配し、もう片面の窓部には遮蔽断熱部及び面状ヒーターのうち、少なくとも遮蔽断熱部を配することにより、試料の加熱方法を、両面から対流加熱、片面は対流加熱で残る片面は熱伝導加熱、片面は対流加熱で片面は無加熱など、様々に選択することができ、試料の状態に合わせた加熱が可能となる。

請求項７に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、支持体上に冷却専用のガス供給管を備えることにより、迅速な冷却及び冷却状態の制御が可能となり、加熱の影響に加え、冷却の影響についても観察することが可能となる。

請求項８に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、支持体上に排気口を備えることにより、試料室内の温度制御やガス雰囲気の制御が容易となる。

請求項９に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、剛性のある支持体間にリミットスイッチを有することにより、解放状態で加熱を行うことを防止でき、安全性の高い加熱装置を提供することが可能となる。

請求項１０に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、遮蔽断熱部のガス供給口に接続されたガス供給管に圧力センサが配設されていることにより、ガス無供給での加熱を防止でき、オーバーヒートの危険のない、安全性の高い加熱装置を提供することが可能となる。

請求項１１に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、少なくとも遮蔽断熱部及び面状ヒーターをモジュール化することにより、メンテナンス性とコストパフォーマンスの良好な加熱装置を提供することが可能となる。

請求項１２に係る発明のＸ線検査用加熱装置によれば、Ｘ線検査用加熱装置がリフロー炉であることにより、基板のＸ線検査が可能で、温度制御の容易なリフロー炉を得ることが可能となる。

上記より、以下に本願発明に係る加熱装置の作用効果を列挙する。

第一の効果は、加熱条件下でのＸ線検査装置による、試料の鮮明な観察が可能であることである。

第二の効果は、試料の急速な加熱が可能であることである。

第三の効果は、試料の均一な加熱が可能であることである。

第四の効果は、試料の高温加熱が可能であることである。

第五の効果は、試料の加熱方式を選択可能であることである。

第六の効果は、試料の冷却制御が可能であることである。

第七の効果は、試料のリアルタイム観察が可能であることである。

第八の効果は、試料の観察角度を自由に設定できることである。

第九の効果は、装置の薄型化が可能であることである。

第十の効果は、装置の単純化が可能であることである。

第十一の効果は、装置が高耐久であることである。

第十二の効果は、装置の操作を安全に行えることである。

第十三の効果は、装置のメンテナンス性が高いことである。

第十四の効果は、装置のコストパフォーマンスが良好であることである。

又、一般常識として、原子量の大きい金属板をヒーターとすることはＸ線透過上不可能と思われていた。金属のＸ線透過性を簡単に表すと、（原子番号）×（厚さ）が大きいほど透過性は低い。現実問題として、厚さ３０μｍのステンレスＳＵＳ４３０を渦巻き型に加工し、ヒータとして実験してみたところ、Ｘ線透過性に問題はなく良好で、かつ十分な発熱量が得られ、長寿命であることが分かった。厚さを薄くすることでＸ線透過性を高め、かつ抵抗を増大でき、ヒーターとして使用できる。また、本ヒーターはきわめて安価であり、エッチングなどで加工でき、かつ耐熱温度高く長寿命である。

本発明に係るＸ線検査用加熱装置の第１実施形態の全体構成を示す断面図 第１実施形態で用いられている面状ヒーターの形状を示す平面図 同じく分解斜視図 面状ヒーターの他の例の形状を示す平面図 同じく更に他の例の形状を示す平面図 同じく更に他の例の形状を示す平面図 同じく更に他の例の形状を示す平面図 同じく更に他の例の形状を示す斜視図 本発明に係るＸ線検査用加熱装置の第２実施形態の全体構成を示す断面図 本発明に係るＸ線検査用加熱装置の第３実施形態の全体構成を示す断面図 第３実施形態の要部構成を示す断面図 第３実施形態で用いられている熱風吹き出し板の構成を示す平面図 同じく熱風吹き出し穴の配置を示す断面図 本発明に係るＸ線検査用加熱装置の第４実施形態の全体構成を示す断面図 同じく第５実施形態の全体構成を示す断面図 同じく支持体を対面する機構の一例を示す斜視図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

図１は、本発明に係るＸ線検査用加熱装置の全体構成を示す断面図である。この図において、１は面状ヒーター、２は銅板電極、３はネジ、４は圧着端子、５は被覆導線、６は耐熱性及び熱伝導性の高い絶縁板、７はプリント配線基板、８は例えば半導体チップなど、はんだ付けされる電子部品、９は銅ランド、１０はソルダーペースト、１３は封止材、１４は遮蔽断熱部、１５はガス供給管、２０はＸ線照射装置のＸ線発生部、２１は同じくＸ線照射範囲、２３はＸ線受光装置である。

前記面状ヒーター１は、例えば厚さ３０μｍの薄いステンレス（例えばＳＵＳ４３０）板１ａで構成され、図２に示す如く、ヒーターに適した抵抗値とすると共にガスを通すためのスリット１ｂが設けられている。

金属板は電気抵抗が非常に低いため、低電圧でも大きな電流が流れる場合がある。しかし、薄い板状の渦巻き型を採用することにより、電気抵抗や電流値を容易に制御することができる。汎用の電源やケーブルを使用しつつも高い発熱量を示すことができる。

なお、金属板のヒーター１ａは厚さが薄く、板状形状を保てないので、図３（理解を容易とするため、図１とは上下逆に図示）に示す如く、両面から例えば厚さ１ｍｍの絶縁板（例えばボロンナイトライドＢＮやセラミックス、雲母等製）１ｃ、１ｅで挟んだサンドイッチ構造とすることができる。ここで、ガス空間側（図３の下側）の絶縁板１ｃの、ヒーター１ａのスリット１ｂと重なる位置には、絶縁板１ｃの表面に対して垂直なガス穴１ｄが多数形成され、試料側（図３の上側）の絶縁板１ｅの、ヒーター１ａのスリット１ｂと重なる位置には、旋回流を発生するよう、後出図１３で熱風吹き出し穴３２ａについて例示するような、絶縁板１ｅの表面に対して斜めのガス穴１ｆが多数形成されている。

なお、面状ヒーター１のサイズや形状、渦巻き型の構成及びサイズや形状は、特に限定するものではない。渦巻き型やジグザグ型のパターンは、図４〜７の平面図に示したように様々に設定することができ、図に示した以外にも特に限定するものではない。スリット１ｂの幅が狭く、ガスの流通が十分でない場合は、図８に示す如く、ガス穴１ｂ’を設けることもできる。

金属板ヒーター１ａは、エッチングで形成する他、セラミック等の絶縁板の上に、ＰＶＤやＣＶＤ等の蒸着により金属抵抗薄膜として形成することもできる。金属板ヒーター１ａを蒸着する対象は、斜めのガス穴１ｆが形成された試料側の絶縁板１ｅであることが望ましく、この場合は、ガス空間側の絶縁板１ｃを省略することもできる。

金属板の材料も、ＳＵＳ４３０のようなＦｅ−Ｃｒ合金やその他のステンレスに限定されず、薄膜化が可能で、耐熱性があり、酸化劣化せず、ヒーターとして使用可能な抵抗になるものであれば、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金等、他の金属であっても良い。

上述のような構成からなる本発明の第１実施形態において、加熱装置を作動するには、最初に、被覆導線５に電圧を印加する。この印加電圧は直流電圧であると交流電圧であるとを問わないが、電流は圧着端子４を経由し銅板電極２へと流れる。

また、面状ヒーター１はネジ３で銅板電極２と密着していることから、電流は面状ヒーター１内を均一に流れる。この際、金属板は抵抗が小さく通電しやすいことから容易に電流が流れ、電力に応じた発熱量が発生する。

発熱は均一であり、かつ金属板自体の熱伝導性が高いことから、面状ヒーター１の温度は急速かつ均一に上昇してゆく。

試料であるプリント配線基板７は、耐熱性及び熱伝導性の高い絶縁物６を介して面状ヒーター１上に設置される。絶縁物６としては、アルミナセラミックス、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、マイカ、などの板やシートなどが好適であるが、特に限定するものではなく、要求温度に応じて自由に材料を選択することができる。また絶縁物６で面状ヒーター１を被覆しても良い。

試料は耐熱性及び熱伝導性の高い絶縁物６を介するのみで、直接面状ヒーター１上に設置することができる。このため、面状ヒーター１の急速かつ均一な温度上昇に伴い、試料も急速かつ均一に加熱することができる。

また、発熱量は、熱電対でモニタしながら電圧をコントロールすることで、容易に制御できる。これにより、試料を必要なプロファイルに沿って温度制御することができる。

面状ヒーター１の温度が上昇するに伴い、絶縁物６上に設置された試料であるプリント配線基板７も、急速かつ面内で均一に温度上昇する。本実施形態のステンレス板の耐熱温度は高く、ソルダーペースト１０を充分に溶融させることが可能である。温度上昇に伴い、ソルダーペースト１０は溶融し、電子部品８と銅ランド９とがぬれて接合する。

また、予め設定した温度プロファイル下でのリアルタイム観察を行うことができ、ボイド発生メカニズムの解明などに役立てることができる。

更に、検査視野外からの伝熱機構が不要であるため観察の角度が限定されず、装置の薄型化、単純化が可能となり、製作も容易である。また、金属板自体が高い強度を持つことから、高耐久の加熱装置を容易に得ることができる。

尚、図１及び図２では面状ヒーター１の形状を平板状としているが、この板を丸めたり曲げたりすることによって、例えば特許文献２に記載されたような丸筒型や角筒型の加熱装置とすることも可能である。

本実施形態では金属板に直接通電して発熱させることを特徴としているが、金属板以外に、例えば炭素繊維と炭素母材からなる先進複合材料で形成された炭素繊維強化炭素複合材料板で構成された面状ヒーターを用いることもできる。ここで、次の３つの特徴を満足するものは全て炭素繊維強化炭素複合材料に含めるものとする。即ち、第一の特徴は空気中２５０度で加熱しても酸化劣化などの大きな支障が生じないことであり、第二の特徴は電気導電性があることであり、第三の特徴は少なくとも材料の一部に炭素繊維を含むことである。

尚、ここでは、炭素繊維強化炭素複合材料の耐熱温度を２５０度以上としたが、炭素繊維強化炭素複合材料は高い耐熱性を持ち、必要であれば１０００度以上の高温加熱を行うこともできる。温度制御やガス雰囲気制御あるいは酸化防止膜形成によって、更なる高温条件下での観察を行うことも十分可能であり、上記した電子部品以外にも様々な材料や部品の加熱挙動を観察することができる。

また、炭素繊維強化炭素複合材料板は本加熱装置の密閉化用壁面材料としても使用することができる。これにより軽量で高耐熱、小型で単純な構造で、高耐久の加熱装置を容易に得ることができる。

本実施形態では、面状ヒーター１に設けたスリット１ｂにガス供給管１５から供給したガスを通して加熱することにより、接触や放射による加熱に、対流による雰囲気加熱が加わり、細かな温度制御が可能となる。ガスの流量によって昇温速度が制御できるのみならず、昇温と冷却のサイクル運転をすることも可能となる。また、不活性ガスなどの注入により酸化や燃焼を防止又は制御できる、特定ガス雰囲気下での観察を行うことができる、試料から発生する有毒ガスなどを外部に排出することができ、試料や装置への悪影響を防止することができるという利点もある。更に観察終了後は、外気や冷気を送風することで試料や装置の急速冷却を可能にする。

図２及び図３に示した面状ヒーター１を上下に設置した加熱装置の第２実施形態を図９に示す。図において、１６は、下側の面状ヒーター１とプリント配線基板７の間に挿入された絶縁スペーサである。

本実施形態によれば、上下から対流による円滑な加熱が可能である。

次に、第２実施形態を更に改良した本発明の第３実施形態を詳細に説明する。

図１０は、第３実施形態を説明するための断面図である。この図において、２２は窓部、３２は熱風吹き出し板、３２ａは熱風吹き出し穴、２７は試料室、３１は支持体である。また、ガス供給管１５は、図１１の加熱部断面図に示した、遮蔽断熱部１４の熱風吹き出し穴１４ａにはめ込んで使用することができる。図において、３１ａは、支持体３１の例えば側面に形成された排気口である。他の点は、第２実施形態と同じであるので、同じ符号を使用して、説明は省略する。

上述のような構成からなる第３実施形態において、試料の加熱を行うためには、ガス供給管１５からガスを供給しながら、面状ヒーター１に電圧を印加する。電圧印加は面状ヒーター１端部の、窓部２２外の部分から行えば良い。また、印加電圧は直流、交流を問わない。尚、観察の際には、Ｘ線観察に支障のない部位に熱電対を設置して、温度モニターを行うこともできる。

また、図では加熱装置は横向きに設置されているが、必要に応じて縦や斜めに設置することも可能である。加熱装置の設置方法と試料のセット方法の組み合わせで、あらゆる角度から試料の観察を行うことが可能となる。

面状ヒーター１の温度が上昇するにつれ、ガス供給管１５から供給されたガスも昇温し、熱風吹き出し穴３２ａから熱風が吹き出し、試料室２７内に熱した旋回流を発生させ、試料室２７内の温度を上昇させる。すると、試料であるプリント配線基板７も、急速かつ面内で均一に温度上昇し、ソルダーペースト１０を溶融させ、電子部品８と銅ランド９とがぬれて接合する。

本発明の加熱装置では、試料をＸ線観察する範囲である窓部２２には、Ｘ線透過性の良好な材料のみが用いられているため、様々な温度条件下ではんだのぬれ挙動を明瞭に観察することができる。

また、予め設定した温度プロファイル下でのリアルタイム観察を行うことができ、ボイド発生メカニズムの解明などに役立てることができる。

更に、外部からの伝熱機構が不要であるため装置を小型化、薄型化することができるため、試料をＸ線検査装置に近づけることが可能となり、極小の部品を高倍率で鮮明に観察することが可能となる。

熱風吹き出し穴３２ａは、図１２の平面図に示したように細かく多数設けることにより、熱風の吹き出し速度を高めることができる。また、熱風吹き出し穴３２ａは、面状ヒーター１の隙間に合わせて位置しており、配置は特に限定するものではなく、面状ヒーター１の形状に合わせて自由に設定することができる。更に、熱風吹き出し穴を斜めに設置することにより、ファンなどの機構を用いずに旋回流を発生させることができ、より簡便に温度の均一化を図ることができる。尚、吹き出し穴の設置向きは、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）の断面図に示したように様々に設定することができ、図に示した以外にも特に限定するものではない。

ガス供給管１５の数は特に制限するものではないが、２本以上設置することにより、ガスの流れのムラをなくし、温度の均一化を図ることができる上、ガスの流量によっても昇温速度を制御することができる。更に、ガス供給管１５から供給するガスを選択することにより、特定ガス雰囲気下での観察を行うことができるほか、不活性ガスなどの注入により酸化や燃焼を防止又は制御できる。また、ガス供給管１５をＸ線透過性の良好な材料で構成することにより、Ｘ線透過性を維持したままガス供給の制御をすることが可能となる。

また、冷却の際には、ガス供給管１５から冷却ガスを流すことができる上、支持体３１上に冷却専用のガス供給管を備えることにより、急速な冷却制御が可能となる。これにより、迅速な冷却及び冷却状態の制御が可能となり、リフトオフ現象など、様々な現象への冷却の影響についても観察することが可能となるほか、昇温と冷却のサイクル運転をすることも可能となる。

尚、加熱装置の支持体３１上に排気口３１ａを備えることにより、ガス雰囲気や流量が制御でき、温度制御が容易となる。また、加熱時に試料から発生した有毒ガスなども迅速に排出することができ、安全性の高い加熱装置を提供することができる。

本実施形態では、Ｘ線透過性の良好な材料で構成した面状ヒーター１を用いているが、面状ヒーター１の材料を特にカーボンとすることにより、Ｘ線を透過するうえ、通電により容易かつ均一に昇温するヒーターを得ることができる。尚、カーボンを材料として使用する際には、カーボンファイバーを面状に成形して用いてもよい。また、カーボンが特に炭素繊維強化炭素複合材料である場合には、抵抗が小さく通電しやすいことから容易に電流が流れ、電力に応じた発熱量が発生する。この発熱は均一であり、かつ炭素繊維強化炭素複合材料板自体の熱伝導性が高いことから、面状ヒーター１を急速かつ均一に昇温させることが可能となる。

また、カーボンの表面に酸化防止膜を設けることで、カーボンの酸化劣化を防ぎ、耐久性を向上させることができる。酸化防止膜の材質としては、２ホウ化チタンや炭化ケイ素酸化防止膜を挙げることができるが、これらに限定するものではない。

本実施形態では、遮蔽断熱部１４、熱風吹き出し板３２の材料が、セラミックス、耐熱樹脂、耐熱ゴム、ガラス、ガラス繊維、雲母、絶縁処理を施したカーボンのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴としている。これらの材料はＸ線透過性が良好であるうえ、耐久性、耐熱性、絶縁性に優れるため、好適である。具体例としては、アルミナセラミックス、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ガラス、ガラス繊維、雲母、絶縁処理カーボンなどの板やシートなどが好適であるが、これ以外にも特に限定するものではなく、要求温度や要求強度に応じて自由に選択できる。また、カーボンの絶縁処理方法としては、絶縁素材の塗膜の付与や絶縁剤へのドープなど様々な手段が考えられるが、これも特に限定するものではない。

また、本実施形態ではガス供給管１５の材料、および遮蔽断熱部１４、ガス供給管１５、熱風吹き出し板３２を固定する治具の材料が、セラミックス、耐熱樹脂、耐熱ゴムのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴としている。これらの材料はＸ線透過性が良好であるうえ、耐久性、耐熱性、絶縁性に優れるため、好適である。具体例としては、アルミナセラミックス、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などが好適であるが、これ以外にも特に限定するものではなく、要求温度や要求強度に応じて自由に選択できる。

本実施形態は、対面する剛性のある支持体３１上に構成され、片面の窓部２２には遮蔽断熱部１４、面状ヒーター１、及び熱風吹き出し板３２を配し、もう片面の窓部２２には遮蔽断熱部１４、面状ヒーター１、及び熱風吹き出し板３２のうち、少なくとも遮蔽断熱部１４を配することを特徴としている。これにより、図９の断面図に示すように試料の両面から対流加熱を行ったり、図１４の断面図に示す第３実施形態のように、片面（図の上面）は対流加熱で、残る片面（図の下面）は熱伝導加熱、図１５に断面図を示す第４実施形態のように、片面（図の上面）は対流加熱で、片面（図の下面）は無加熱など、試料の種類によって様々に選択することが可能となり、試料の状態に合わせた加熱が可能となる。

支持体３１を対面させる機構は、図１６の斜視図に示したようにちょうつがいなどで連結して開閉できるようにしたり、はめ込み式やスライド式にすることができるが、その仕組みは特に限定するものではない。

また、支持体３１の間にリミットスイッチ４０を設置することにより、支持体３１を閉じなければ加熱をすることができないようにすることができ、事故を未然に防止することが可能となる。ここでは、蓋側を本体側より左右に少し広げ、リミットスイッチ４０を外側に設けているので、リミットスイッチ４０が内部の高温の影響を受けにくく、且つ、蓋も、しっかり閉めることができる。

また、図１に例示する如く、ガス供給管１５に圧力センサ４２を配設することにより、ガスを供給しない状態では加熱をすることができないようにすることもでき、加熱装置がオーバーヒートするなどの事故を未然に防止することが可能となる。

尚、リミットスイッチ４０及び圧力センサ４２は窓部２２の範囲外に設置する必要がある。

本発明の加熱装置では、構成部品のうち、面状ヒーター１、遮蔽断熱部１４、熱風吹き出し板３２には、繰り返しヒートサイクルがかかることから、他の部品よりも早く劣化することが予想される。特に、面状ヒーター１の構成材料としてカーボンを用いた場合は高温での酸化劣化が懸念される。そこで、面状ヒーター１、遮蔽断熱部１４及び必要に応じて設けた熱風吹き出し板３２をモジュール化することにより、損耗部分のみの交換を可能とし、メンテナンス性とコストパフォーマンスの向上を可能とした。

本実施形態の加熱装置は、リフロー炉であることを特徴としている。これにより、基板のＸ線検査が可能で、温度制御の容易なリフロー炉を得ることが可能となる。

炭素繊維強化炭素複合材料板でなる面状ヒーターを上下に設置して図１に示す形状とし、これを用いて加熱装置を作成した。

炭素繊維強化炭素複合材料板でなる面状ヒーターを上下に設置して図９に示す形状とし、これを用いて加熱装置を作成した。

炭素繊維強化炭素複合材料板でなる面状ヒーター及びセラミックス板を用いて図１０及び図１６に示す加熱装置を作成した。

炭素繊維強化炭素複合材料板でなる面状ヒーター及びセラミックス板を用いて図１４及び図１６に示す加熱装置を作成した。

炭素繊維強化炭素複合材料板でなる面状ヒーター及びセラミックス板を用いて図１５及び図１６に示す加熱装置を作成した。

カーボンファイバーを面状に加工したヒーター及びセラミックス板を用いて図１０及び図１６に示す加熱装置を作成した。
（比較例１）
セラミックスヒータを用いて加熱装置を作成した。
（比較例２）
ニクロム線を熱源とするシーズヒータ及び送風ファンを用いて加熱装置を作成した。

実施例１〜６のいずれの加熱装置も、設定プロファイルに従って迅速かつ均一に昇温した。また、セラミックコンデンサ部品の下で、溶融状態のはんだが振動し、固化直前に飛び出す動画をＸ線でリアルタイムに観察することができた。比較例１の加熱装置は昇温が遅く、設定プロファイルに従った昇温ができなかった。比較例２の加熱装置も昇温が遅く、設定プロファイルに従った昇温ができない上、試料を必要温度まで加熱することができなかった。

特に、はんだ接合部位の不良発生原因解析に用いるのに有用なＸ線検査用加熱装置であり、試料等の被検査物を目的の温度に加熱もしくは予め設定されたプロファイルに従って加熱し、その状態変化をリアルタイムに観察および記録することが可能である。

１…面状ヒーター
１ａ…金属板ヒーター
１ｂ…スリット
１ｃ、１ｅ…絶縁板
１ｄ、１ｆ…ガス穴
６…絶縁板
７…プリント配線基板
８…電子部品
９…銅ランド
１０…ソルダーペースト
１４…遮蔽断熱部
１５…ガス供給管
２０…Ｘ線発生部
２１…Ｘ線照射範囲
２２…窓部
２３…Ｘ線受光装置
２７…試料室
３１…支持体
３１ａ…排気口
３２…熱風吹き出し板
３２ａ…熱風吹き出し穴
４０…リミットスイッチ
４２…圧力センサ

Claims (12)

1. 試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、
   試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、
   試料側の絶縁板に形成された前記熱風吹き出し穴が、旋回流を発生するよう斜めに形成されていることを特徴とするＸ線検査用加熱装置。
2. 前記面状ヒーターが、試料の両方の面に対向して配設され、試料両面からの対流加熱が可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査用加熱装置。
3. 試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、
   試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、
   前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成された、ガス供給口を有する遮蔽断熱部が重ねて配設されていることを特徴とするＸ線検査用加熱装置。
4. 前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成され、対流を円滑にするための熱風吹き出し穴が形成された熱風吹き出し板が重ねて配設されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査用加熱装置。
5. 前記熱風吹き出し穴が斜めに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線検査用加熱装置。
6. 試料の少なくとも一方の面を対流により加熱して、Ｘ線により検査するためのＸ線検査用加熱装置であって、
   試料をＸ線観察する窓部に、渦巻き型又はジグザグ型の形状を有する、Ｘ線を透過可能な薄い金属板、あるいは、穴を開けた薄い金属板と、絶縁板とを一体とし、かつ該一体とした絶縁板と薄い金属板に、少なくとも一部が連通する熱風吹き出し穴を設けた面状ヒーターを備え、
   前記面状ヒーターに、Ｘ線を透過する材料で形成された、ガス供給口を有する遮蔽断熱部が重ねて配設され、
   前記加熱装置が、対面する剛性のある支持体上に構成され、片面の窓部には前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターを配し、もう片面の窓部には前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターのうち、少なくとも前記遮蔽断熱部を配することを特徴とするＸ線検査用加熱装置。
7. 前記加熱装置が支持体上に冷却専用のガス供給管を備えることを特徴とする請求項６に記載のＸ線検査用加熱装置。
8. 前記加熱装置が支持体上に排気口を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のＸ線検査用加熱装置。
9. 前記加熱装置が、対面する剛性のある支持体間にリミットスイッチを有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置。
10. 前記遮蔽断熱部のガス供給口に接続されたガス供給管に圧力センサが配設されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置。
11. 少なくとも前記遮蔽断熱部及び前記面状ヒーターをモジュール化したことを特徴とする請求項２又は４に記載のＸ線検査用加熱装置。
12. 加熱装置がリフロー炉であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のＸ線検査用加熱装置。

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