JPH07113841A - 温度サイクル試験方法及びその実施装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度サイクル試験における電子部品の電極部
の汚染や酸化を防止する。 【構成】 被試験物を収容する試験室４と、該試験室４
にダンパの切り換えによって熱気を送り込む予熱室５
と、前記試験室にダンパの切り換えによって冷気を送り
込む予冷室３とを有する温度サイクル試験装置１であっ
て、前記試験室４には被試験物の電極部分を汚染，酸化
させないようなガスを供給するガス供給装置（ガス供給
管６）及び当該ガスを排気するガス排気装置（ガス排気
管７）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置等の電子部
品の温度サイクル試験を行う環境試験装置（温度サイク
ル試験装置：熱衝撃試験装置）に関し、特に、半導体装
置等電子部品の電極（リード）部における半田濡れ性改
善に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等に使用されるＩＣ（集積
回路），ＬＳＩ等半導体装置は、信頼性が高いものが要
求されている。例えば、日経ＢＰ社発行「日経エレクト
ロニクス」1990年12月10日号、P209〜P241「大型コンピ
ュータＭ−８８０の処理方式とハードウエア技術」に
は、コンピュータに組み込まれるＬＳＩの実装構造につ
いて記載されている。また、同様の内容が日立評論社発
行「日立評論」1991年第２号、同年２月25日発行、Ｐ41
〜Ｐ48「超大形プロセッサグループ“ＨＩＴＡＣＭ−８
８０”のハードウェア技術」にも記載されている。これ
らの文献によれば、コンピュータを構成する命令プロセ
サおよびシステム制御装置のＬＳＩチップは、新たに開
発されたＭＣＣ（micro carrier for LSI chip）と呼ぶ
パッケージに封止されている。前記ＭＣＣは、ムライト
系セラミックからなるＭＣＣ基板と、このＭＣＣ基板上
にハンダ・バンプを介して搭載（フリップチップ）する
シリコンからなるＬＳＩチップと、前記ＬＳＩチップを
被うとともにＭＣＣ基板にハンダ封止されるＡｌＮから
なるＭＣＣキャップ（ＡｌＮキャップ）と、前記ＭＣＣ
基板の露出面（下面）に設けられるハンダ・バンプとか
らなっている。

【０００３】一方、半導体装置等電子部品は使用時の環
境を想定して良品，不良品の選別が行われている。たと
えば、工業調査会発行「電子材料別冊号」1986年11月18
日発行、P225〜P227には、環境試験装置について記載さ
れている。この文献には、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃで
は、空気を熱媒体とする空気循環方式を温度サイクル試
験と呼称し、液を熱媒体とするものを熱衝撃試験と呼称
している旨記載されている。また、この文献には、空気
循環方式の熱衝撃試験装置の仕様が開示されている。そ
の仕様によれば、所定サイクル毎の自動除霜装置が備え
られていること、制御盤にはトラブル個別表示灯が設け
られている旨記載されている。また、同文献には、テス
トエリヤの温度推移について記載されている。

【０００４】また、工業調査会発行「電子材料別冊号」
1982年11月15日発行、P210〜P215には、環境試験装置に
ついて記載されている。この文献には、環境試験装置の
一つとして気槽法や液槽法による熱衝撃試験について触
れられ、熱衝撃試験に関しては、「生産ラインでの熱衝
撃装置の組み込みは, 従来, 抜き取り検査に用いられて
いる程度であったが, 近年、受入れに対する全品検査
や, 生産ラインに処理用として, 熱衝撃装置が組み入れ
られつつある。」旨記載されている。また、気槽法にお
ける熱衝撃試験（温度サイクル試験装置）の試験条件と
しては、ＭＩＬ規格をベースにして、高温さらし（＋１
５０℃：３０分），常温さらし（５分），低温さらし
（−５５℃：３０分）を行う方法や、高温さらし（＋１
５０℃：３０分），常温さらし（５分），低温さらし
（−６５℃：３０分）を行う２つの方法がある旨記載さ
れている。また、この文献には、ワンチェンバ方式の熱
衝撃装置の動作図が開示されている。ワンチェンバ方式
については、「この方式は一般にダンパを切り換えるこ
とにより，高温および低温槽で蓄えた熱気および冷気を
テストエリヤに送る方法である。」旨記載されている。

【０００５】従来の温度サイクル試験装置は、試験装置
内に取り込んだ大気を加熱または冷却してから試験室に
送り込み、電子部品の温度サイクル試験を実施する構造
となっている。

【０００６】そして、例えば、半導体装置の場合では、
その温度サイクル試験を終了した後、半導体装置のリー
ドをボードに半田付けして、その使用状態で電気的特性
試験、機械的強度試験等の信頼性の試験が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の温
度サイクル試験装置では、電子部品の電極（リード）の
汚染や酸化を引き起こし、半田濡れ性を低下させること
を本発明者によってあきらかにされた。すなわち、従来
の温度サイクル試験装置では、電子部品を低温状態から
高温状態に急激に変化させると、雰囲気中に含まれる水
分が電子部品の表面で結露する。この結露による水分
（結露水）は、電子部品の電極（リード）部の汚染を引
き起こす。この汚染は、その後の加熱によって酸化を引
き起こし、前記文献にも記載されているように半田濡れ
性低下の原因となる。特に、高信頼性を必要とするＭＣ
Ｃの場合は、電極部分の汚染や酸化は避けなければなら
ない。

【０００８】本発明の目的は、被試験物である電子部品
の電極部分の汚染や酸化を防止できる温度サイクル試験
装置を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００１１】本発明の（１）の手段は、被試験物を試験
室に収容し、該被試験物を加熱もしくは冷却して被試験
物の耐熱衝撃性を試験する温度サイクル試験方法であっ
て、前記試験室に被試験物の電極部分を汚染，酸化させ
ないようなガスを供給して排気すると共に、前記試験室
を低温から高温に変化させて低温試験から高温試験まで
の試験を行う一連の操作を所定回数繰り返して温度サイ
クル試験を行うものである。

【００１２】本発明の（２）の手段は、被試験物を収容
する試験室と、該試験室にダンパの切り換えによって熱
気を送り込む予熱室と、前記試験室にダンパの切り換え
によって冷気を送り込む予冷室とを有する温度サイクル
試験装置であって、前記試験室には被試験物の電極部分
を汚染，酸化させないようなガスを供給するガス供給装
置及び当該ガスを排気するガス排気装置が設けられてい
る。

【００１３】本発明の（３）の手段は、前記（２）の手
段の試験室に被試験物を搬入した後、前記予冷室から送
り込まれた冷気による冷気さらしを行った後、予熱室か
ら送り込まれた熱気により常温さらし及び高温さらしを
行って被試験物の温度サイクル試験を行う制御手段を備
えたものである。

【００１４】本発明の（４）の手段は、前記（２）また
は（３）の手段の試験室に被試験物を入れた後、前記ガ
ス供給装置から水分の含有率の低い気体を試験室内に供
給するとともに、ガス排気装置によって排気して水分の
含有率の低い気体で置換する手段を備えたものである。

【００１５】

【作用】前述の本発明の（１）の手段によれば、試験室
に被試験物の電極部分を汚染，酸化させないようなガ
ス、例えば、ドライエアーを供給して排気することによ
り、試験室に被試験物を搬入した後、試験室内の雰囲気
を当該ガスによって置換するので、被試験物である電子
部品の電極（リード）部の汚染や酸化が防止でき、電極
部の半田濡れ性低下防止を図ることができる。

【００１６】また、前記試験室を低温から高温に変化さ
せ、低温試験から高温試験へと順次に温度サイクル試験
を行うことにより、雰囲気中の水分を冷凍機へ付着する
霜として除去させながら温度サイクル試験を終了するの
で、被試験物表面での結露を防止することができる。

【００１７】本発明の（２）の手段によれば、被試験物
を収容する試験室と、該試験室にダンパの切り換えによ
って熱気を送り込む予熱室と、前記試験室にダンパの切
り換えによって冷気を送り込む予冷室と、前記試験室に
は被試験物の電極部分を汚染，酸化させないようなガス
（例えば、ドライエアー）を供給するガス供給装置及び
当該ガスを排気するガス排気装置を設けることにより、
試験室に被試験物を搬入した後、試験室内の雰囲気を当
該ガスによって置換するので、被試験物である電子部品
の電極（リード）部の汚染や酸化が防止でき、電極部の
半田濡れ性の向上を図ることができる。

【００１８】本発明の（３）の手段によれば、前記
（２）の手段の試験室に被試験物を搬入した後、前記予
冷室から送り込まれた冷気による冷気さらしを行った
後、予熱室から送り込まれた熱気により常温さらしを行
い、その後高温さらしを行って被試験物の温度サイクル
試験を行う制御手段を備えたことにより、雰囲気中の水
分を蒸発させて排気させながら温度サイクル試験を容易
に行うことができるので、被試験物表面での結露を防止
することができる。

【００１９】本発明の（４）の手段によれば、前記
（２）または（３）の手段の試験室に被試験物を入れた
後、前記ガス供給装置から水分の含有率の低い気体、例
えば、ドライエアーを試験室内に供給するとともに、ガ
ス排気装置によって排気することにより、試験室内の含
水量を低減させるので、被試験物表面での結露の発生を
防止することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施例による温度サイ
クル試験装置の概要を示す斜視図、図２は、図１に示す
温度サイクル試験装置の平面図、図３は、図１のＡ−Ａ
線で切った断面図、図４は、試験室に搬入される被試験
物等を示す斜視図、図５はＭＣＣ概要を示す断面図であ
る。

【００２２】本実施例の温度サイクル試験装置１は、図
１に示すように、左側部は制御部２となるとともに、中
央及び右側部に亘り、下段から順次重なるように、予冷
室３，試験室４，予熱室５が設けられている。また、こ
れが本発明の特徴の一つであるが、前記試験室４の背面
側には供給管６及び排気管７が接続されている。前記供
給管６は、図２に示すように、ドライエアー９を供給す
るガス供給装置１０に連結されている。また、前記排気
管７はガス排気装置１１に接続されている。なお、前記
供給管６は工場内に敷設されたドライエアー供給管にポ
ンプを介して接続したり、前記排気管７は工場内に敷設
されたダクトに接続してもよい。

【００２３】前記予冷室３，試験室４，予熱室５は、そ
の前方部分に設けられた気密を維持できる扉１２，１
３，１４で塞がれ、扉１２，１３，１４を閉じた状態で
は気密を維持できるようになっている。また、図３に示
すように、前記予冷室３と試験室４及び試験室４と予熱
室５間には通気穴１６，１７が設けられているととも
に、これら通気穴１６，１７は、開閉制御されるダンパ
２０，２１で塞がれている。

【００２４】前記予冷室３には冷凍機２２が配設され、
予冷室３を所望の低温状態にするようになっている。ま
た、前記予熱室５の天井部分にはヒータ２３が配設され
予熱室５内を所望の温度に維持するようになっている。
前記ダンパ２０を開くと、図示しないファンの作動もあ
って予冷室３の冷気２５が試験室４内に入り、被試験物
２４を急冷するようになっている。また、前記ダンパ２
０を閉じ、ダンパ２１を開くと、図示しないファンの作
動もあって予熱室５の熱気２６が試験室４内に入り、急
激に被試験物２４を所定温度に昇温させるようになって
いる。

【００２５】被試験物２４は、図４に示すように、被試
験物トレー３０に乗せられるとともに、耐熱性の樹脂か
らなるケース３１内に収容され、ケース３１の状態で前
記試験室４に搬入されるようになっている。本実施例で
は、被試験物２４はＭＣＣである。ＭＣＣ２４は、図５
に示すように、多層構造のムライト系セラミック（熱膨
張係数３．５×１０-6／°Ｃ）からなるＭＣＣ基板４１
と、このＭＣＣ基板４１上に設けられた薄膜基板４２
と、この薄膜基板４２上にハンダ・バンプ４３を介して
搭載したシリコン（Ｓｉ：熱膨張係数３．０×１０-6／
°Ｃ）からなるＬＳＩチップ４４と、前記ＬＳＩチップ
４４を被うとともにＭＣＣ基板４１にハンダ４５によっ
て封止されるＡｌＮ（熱膨張係数３．８×１０-6／°
Ｃ）からなるＭＣＣキャップ４６と、前記ＭＣＣ基板４
１の露出面（下面）に設けられるメタライズ層４７と、
このメタライズ層４７に取り付けられるハンダ・バンプ
４８とからなっている。

【００２６】温度サイクル試験装置においては、前記ハ
ンダ・バンプ４８を取り付けない状態、すなわち、メタ
ライズ層４７が露出する状態で温度サイクル試験を行
う。

【００２７】このような温度サイクル試験装置１におい
て、ＭＣＣ（被試験物）２４の温度サイクル試験を行う
場合は、試験室４内にＭＣＣ２４を収容したケース３１
を搬入する。その後、前記ガス供給装置１０を動作さ
せ、試験室４にドライエアー９を送り込むとともに、ガ
ス排気装置１１を動作させて試験室４内の空気とドライ
エアー９が混合した排気ガス３５を排気する。これによ
って、前記試験室４の雰囲気をドライエアー９で置換す
る。

【００２８】ドライエアー９は水分の含有率が低いこと
から、前記ＭＣＣ２４の下面の電極であるハンダ・バン
プに結露が起き難くなる。また、試験室４の雰囲気がド
ライエアー９で置換された後、予冷室３と試験室４との
間に配設されたダンパ２０が開き、予冷室３の冷気２５
が試験室４内に流入する。そして、ＭＣＣ２４は所定の
温度で、所定時間冷気さらしが行われる。この冷気さら
しの際、試験室４内の雰囲気温度は、急激に冷却される
ため、試験室４の雰囲気に含まれる僅かな水分も冷凍機
２２に霜となって除去され、ＭＣＣ２４のハンダ・バン
プに水分が付着し難くなる。

【００２９】次に、前記ダンパ２０が閉じられ、所望時
間常温さらしが行われる。この常温さらしの際は、常温
のドライエアー９が所定時間供給され、かつ、排気され
て行われる。次に、ダンパ２１が開けられ、高温さらし
が所定温度行われる。このような冷気さらし，常温さら
し，高温さらしの順序の一連の操作が所定回数行われ、
ＭＣＣ２４の温度サイクル試験が終了する。終了後は、
常温状態の試験室４からケース３１が装置外に搬出され
る。

【００３０】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、試験室４にＭＣＣ（被試験物）２４の電極部分
をドライエアーを供給して排気することにより、試験室
にＭＣＣ２４を搬入した後、試験室４内の雰囲気をドラ
イエアー９に置換するので、ＭＣＣ２４の電極（リー
ド）部の汚染や酸化が防止でき、ＭＣＣ２４の電極部の
半田濡れ性低下防止を図ることができる。

【００３１】また、前記試験室４を低温から高温に変化
させて低温試験から高温試験までの一連の試験を所定回
数繰り返して温度サイクル試験を行うことにより、雰囲
気中の水分を冷凍機へ付着する霜として除去させながら
温度サイクル試験を終了するので、ＭＣＣ２４の表面で
の結露を防止することができる。

【００３２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記実施例では、ドライエアーを使用したが、窒素
ガス，ヘリウムガス等の非酸化性のガスを使用しても前
記実施例と同様な効果が得られる。また、前記熱媒体と
してのガスの熱伝導率が高ければ、試験時間の短縮を図
ることができる。

【００３３】また、本発明の他の実施例としては、水分
の含有率の低い気体で試験室を置換しなくても、試験室
に被試験物を搬入した後、冷気さらしを行って試験室雰
囲気内の水分を霜として除去する装置構造とすることに
よって、被試験物の電極に水分が付着する現象を低減で
きる。すなわち、この実施例では、被試験物を収容する
試験室と、前記試験室にダンパの切り換えによって熱気
を送り込む予熱室と、前記試験室にダンパの切り換えに
よって冷気を送り込む予冷室とを有する試験装置であっ
て、前記試験室に被試験物を搬入した後、前記予冷室か
ら送り込まれた冷気による冷気さらしを行った後、常温
さらし，高温さらしを繰り返して温度サイクル試験を行
う構造となっている。

【００３４】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるコン
ピュータに組み込まれるＭＣＣの温度サイクル試験につ
いて説明したが、電子部品としてＳＯＰ(Small Outline
Package），ＱＦＰ (Quad Flat Package)，ＰＬＣＣ
（Plastic Leaded Chip Carrier), ＳＯＪ (Small Outl
ine J-bend) 等の表面実装型半導体装置や、ＺＩＰ（Zi
gzag Inline Package)等の挿入型半導体装置等にも適用
可能である。本発明は少なくとも結露を嫌う物品の加
熱，冷却試験には適用できる。

【００３５】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００３６】（１）試験室に被試験物を搬入した後、試
験室内の雰囲気を被試験物の電極部分を汚染，酸化させ
ないようなガスに置換するので、被試験物である電子部
品の電極（リード）部の汚染や酸化が防止でき、電極部
の半田濡れ性低下防止を図ることができる。

【００３７】（２）前記試験室を低温から高温に変化さ
せて低温試験から高温試験までの一連の操作を所定回数
繰り返して温度サイクル試験を行うことにより、雰囲気
中の水分を冷凍機へ付着する霜として除去させながら温
度サイクル試験を終了するので、被試験物表面での結露
を防止することができる。

【００３８】（３）試験室に被試験物を入れた後、前記
ガス供給装置から水分の含有率の低い気体、例えば、ド
ライエアーを試験室内に供給するとともに、ガス排気装
置によって排気することにより、試験室内の含水量を低
減させるので、被試験物表面での結露の発生を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による温度サイクル試験装
置の概要を示す斜視図である。

【図２】 図１の上から見た平面図である。

【図３】 図１のＡ−Ａ線で切った断面図である。

【図４】 本発明の一実施例による温度サイクル試験装
置の試験室に搬入される被試験物等を示す斜視図であ
る。

【図５】 被試験物であるＭＣＣの概要を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…温度サイクル試験装置、２…制御部、３…予冷室、
４…試験室、５…予熱室、６…供給管、７…排気管、９
…ドライエアー、１０…ガス供給装置、１１…ガス排気
装置、１２，１３，１４…扉、１６，１７…通気穴、２
０，２１…ダンパ、２２…冷凍機、２３…ヒータ、２４
…被試験物、２５…冷気、２６…熱気、３０…被試験物
トレー、３１…ケース、３５…排気ガス、４１…ＭＣＣ
基板、４２…薄膜基板、４３…ハンダ・バンプ、４４…
ＬＳＩチップ、４５…ハンダ、４６…ＭＣＣキャップ、
４７…メタライズ層、４８…ハンダ・バンプ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験物を試験室に収容し、該被試験物
   を加熱もしくは冷却して被試験物の耐熱衝撃性を試験す
   る温度サイクル試験方法であって、前記試験室に被試験
   物の電極部分を汚染，酸化させないようなガスを供給し
   て排気すると共に、前記試験室を低温から高温に変化さ
   せて低温試験から高温試験までの試験を行う一連の操作
   を所定回数繰り返して温度サイクル試験を行うことを特
   徴とする温度サイクル試験方法。
2. 【請求項２】 被試験物を収容する試験室と、該試験室
   にダンパの切り換えによって熱気を送り込む予熱室と、
   前記試験室にダンパの切り換えによって冷気を送り込む
   予冷室とを有する温度サイクル試験装置であって、前記
   試験室には被試験物の電極部分を汚染，酸化させないよ
   うなガスを供給するガス供給装置及び当該ガスを排気す
   るガス排気装置が設けられていることを特徴とする温度
   サイクル試験装置。
3. 【請求項３】 前記試験室に被試験物を搬入した後、前
   記予冷室から送り込まれた冷気による冷気さらしを行っ
   た後、予熱室から送り込まれた熱気により常温さらし及
   び高温さらしを行って被試験物の温度サイクル試験を行
   う制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の
   温度サイクル試験装置。
4. 【請求項４】 前記試験室に被試験物を入れた後、前記
   ガス供給装置から水分の含有率の低い気体を試験室内に
   供給するとともに、ガス排気装置によって排気して水分
   の含有率の低い気体で置換する手段を備えたことを特徴
   とする請求項２または３に記載の試験装置。