JPH10261678A - 製品の耐熱性を試験する試験装置および方法 - Google Patents
製品の耐熱性を試験する試験装置および方法Info
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- JPH10261678A JPH10261678A JP9064024A JP6402497A JPH10261678A JP H10261678 A JPH10261678 A JP H10261678A JP 9064024 A JP9064024 A JP 9064024A JP 6402497 A JP6402497 A JP 6402497A JP H10261678 A JPH10261678 A JP H10261678A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製品に対する温度ストレスの影響を、リアル
タイムで定量的に把握することが課題である。 【解決手段】 試験装置の温度制御部３４は、温度セン
サ３８からの温度情報に基づいて加熱部３２と冷却部３
３を制御し、与えられた温度プロファイルで小型のチャ
ンバ３１内を加熱または冷却する。計測部３５は、計測
センサ３９を介して、ステージ３７上に置かれた部品２
の変化をリアルタイムで計測し、データ処理部３６は、
温度制御部３４や計測部３５からデータを収集して、計
測結果を表示する。
タイムで定量的に把握することが課題である。 【解決手段】 試験装置の温度制御部３４は、温度セン
サ３８からの温度情報に基づいて加熱部３２と冷却部３
３を制御し、与えられた温度プロファイルで小型のチャ
ンバ３１内を加熱または冷却する。計測部３５は、計測
センサ３９を介して、ステージ３７上に置かれた部品２
の変化をリアルタイムで計測し、データ処理部３６は、
温度制御部３４や計測部３５からデータを収集して、計
測結果を表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、装置や部品等の任
意の製品を製造する過程、あるいは使用する過程で製品
に何らかの温度ストレスが印加される場合に、温度によ
る製品への影響を定量的に測定する試験装置およびその
方法に関する。
意の製品を製造する過程、あるいは使用する過程で製品
に何らかの温度ストレスが印加される場合に、温度によ
る製品への影響を定量的に測定する試験装置およびその
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体部品の分野では、部品の多
ピン化に伴うパッケージの大型化や、部品を搭載する装
置の軽薄短小化に伴うパッケージの薄型化が進展してい
る。特に、表面実装部品の場合、リフロー時の熱ストレ
スに部品のパッケージが耐えられず、パッケージの薄型
化が、信頼度の低下や半田付け不良の多発等の品質トラ
ブルを増加させる一因となっている。
ピン化に伴うパッケージの大型化や、部品を搭載する装
置の軽薄短小化に伴うパッケージの薄型化が進展してい
る。特に、表面実装部品の場合、リフロー時の熱ストレ
スに部品のパッケージが耐えられず、パッケージの薄型
化が、信頼度の低下や半田付け不良の多発等の品質トラ
ブルを増加させる一因となっている。
【０００３】図１０は、リフロー時の表面実装部品の変
化を調べる従来の試験方法を示している。従来は、加熱
または冷却しながら部品の変化を測定する技術がないた
め、リフロー炉１等で熱ストレスを印加した後で、被測
定部品２に残された膨れ、割れ、歪み等の変化を、目
視、超音波診断、あるいは寸法測定等の方法で調査・判
定している。リフロー炉１内は場所に応じて、異なる温
度分布が設定可能であり、炉内を移動する部品に温度変
化を与えることができる。寸法測定には、マイクロメー
タ、ノギス等の計測器３が用いられる。
化を調べる従来の試験方法を示している。従来は、加熱
または冷却しながら部品の変化を測定する技術がないた
め、リフロー炉１等で熱ストレスを印加した後で、被測
定部品２に残された膨れ、割れ、歪み等の変化を、目
視、超音波診断、あるいは寸法測定等の方法で調査・判
定している。リフロー炉１内は場所に応じて、異なる温
度分布が設定可能であり、炉内を移動する部品に温度変
化を与えることができる。寸法測定には、マイクロメー
タ、ノギス等の計測器３が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
試験方法には次のような問題がある。従来の方法では、
熱ストレスを印加した後の部品２の変化を試験する。し
かし、実際にリフロー炉１を用いて部品２をプリント基
板に実装する際は、部品２内部の水分の蒸発量、部品２
の強度、熱の印加状況等の諸条件によって、部品２は過
渡的に複雑な形状の変化を起こすと考えられる。
試験方法には次のような問題がある。従来の方法では、
熱ストレスを印加した後の部品２の変化を試験する。し
かし、実際にリフロー炉１を用いて部品２をプリント基
板に実装する際は、部品２内部の水分の蒸発量、部品２
の強度、熱の印加状況等の諸条件によって、部品２は過
渡的に複雑な形状の変化を起こすと考えられる。
【０００５】一方、パッケージの薄型化の進展によっ
て、部品２のパッケージの腹部とプリント基板との間の
クリアランスは小さくなっており、熱による過渡的な変
形によって、リフロー中にパッケージの腹部がこのクリ
アランスを超えると、部品２のリード線が浮いた状態と
なる。このため、リード線に半田が十分に付着せずに固
まり、半田未着等の障害を引き起こすことが予想され
る。
て、部品２のパッケージの腹部とプリント基板との間の
クリアランスは小さくなっており、熱による過渡的な変
形によって、リフロー中にパッケージの腹部がこのクリ
アランスを超えると、部品２のリード線が浮いた状態と
なる。このため、リード線に半田が十分に付着せずに固
まり、半田未着等の障害を引き起こすことが予想され
る。
【０００６】図１１は、このようなパッケージの腹部の
仮想的な膨れを示している。この場合、部品２内のＩＣ
（integrated circuit）チップ４の下側が膨れて、一瞬
でもリード線の先端より下にはみ出すと、半田未着障害
が発生する。しかし、リフロー後にパッケージが収縮し
てクリアランス内に収まったとすると、半田未着の結果
だけが残り、その原因が特定できない。したがって、従
来の試験方法では、問題の有無の判定が困難である。
仮想的な膨れを示している。この場合、部品２内のＩＣ
（integrated circuit）チップ４の下側が膨れて、一瞬
でもリード線の先端より下にはみ出すと、半田未着障害
が発生する。しかし、リフロー後にパッケージが収縮し
てクリアランス内に収まったとすると、半田未着の結果
だけが残り、その原因が特定できない。したがって、従
来の試験方法では、問題の有無の判定が困難である。
【０００７】本発明の課題は、このような部品に対する
温度ストレスの影響を、リアルタイムで定量的に把握す
る試験装置およびその方法を提供することである。
温度ストレスの影響を、リアルタイムで定量的に把握す
る試験装置およびその方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の試験装
置の原理図である。図１の試験装置は、温度印加手段１
１と計測手段１２を備える。温度印加手段１１は、半導
体部品等の製品１３に対して、任意の高温域を含む任意
の温度プロファイルで温度ストレスを印加する。計測手
段１２は、印加された温度ストレスによる製品１３の形
状の変化を計測する。
置の原理図である。図１の試験装置は、温度印加手段１
１と計測手段１２を備える。温度印加手段１１は、半導
体部品等の製品１３に対して、任意の高温域を含む任意
の温度プロファイルで温度ストレスを印加する。計測手
段１２は、印加された温度ストレスによる製品１３の形
状の変化を計測する。
【０００９】温度プロファイルとは、温度を時間の関数
として表した温度変化の特性を意味する。温度印加手段
１１は、例えば、熱容量の小さな小型のチャンバと加熱
／冷却装置から成り、リフロー時に部品に印加される温
度ストレスのプロファイルを含む任意のプロファイルに
従って、製品を加熱したり、冷却したりすることができ
る。
として表した温度変化の特性を意味する。温度印加手段
１１は、例えば、熱容量の小さな小型のチャンバと加熱
／冷却装置から成り、リフロー時に部品に印加される温
度ストレスのプロファイルを含む任意のプロファイルに
従って、製品を加熱したり、冷却したりすることができ
る。
【００１０】また、計測手段１２は、レーザー変位計、
カメラ、接触ピン等の任意の計測方法で、製品１３の膨
れやゆがみ等の形状の変化を定量的に計測する。得られ
た変形量の情報をデータ処理し、計測結果として出力す
ることで、温度ストレス印加時における製品１３の過渡
的な変形の様子を記録することができる。
カメラ、接触ピン等の任意の計測方法で、製品１３の膨
れやゆがみ等の形状の変化を定量的に計測する。得られ
た変形量の情報をデータ処理し、計測結果として出力す
ることで、温度ストレス印加時における製品１３の過渡
的な変形の様子を記録することができる。
【００１１】例えば、図１の温度印加手段１１は、後述
する図４におけるチャンバ３１、加熱部３２、冷却部３
３、温度制御部３４、ステージ３７、および温度センサ
３８に対応し、計測手段１２は、計測部３５および計測
センサ３９に対応する。
する図４におけるチャンバ３１、加熱部３２、冷却部３
３、温度制御部３４、ステージ３７、および温度センサ
３８に対応し、計測手段１２は、計測部３５および計測
センサ３９に対応する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。図２は、表面実装部
品２の断面図である。部品２のパッケージ２１内にはダ
イパッド２３上に載せられたチップ（ダイ）４があり、
その周囲はモールド２２で覆われている。モールド２２
としては、セラミックやプラスチックが用いられるが、
セラミックより安価なプラスチックの方が多用される。
明の実施の形態を詳細に説明する。図２は、表面実装部
品２の断面図である。部品２のパッケージ２１内にはダ
イパッド２３上に載せられたチップ（ダイ）４があり、
その周囲はモールド２２で覆われている。モールド２２
としては、セラミックやプラスチックが用いられるが、
セラミックより安価なプラスチックの方が多用される。
【００１３】チップ４はワイヤボンディングによりリー
ド（端子）２５に接続され、リード２５の先端は、半田
付けによりプリント基板上のフットパターン２６の上に
固定される。最近の部品では、パッケージ２１とフット
パターン２６の上面との間のクリアランスは、５０μｍ
程度しかない。
ド（端子）２５に接続され、リード２５の先端は、半田
付けによりプリント基板上のフットパターン２６の上に
固定される。最近の部品では、パッケージ２１とフット
パターン２６の上面との間のクリアランスは、５０μｍ
程度しかない。
【００１４】リフロー時には、フットパターン２６とリ
ード２５の間に半田ペーストをおき、プリント基板ごと
加熱して半田ペーストを溶かして、半田付けを行う。こ
のとき、熱ストレスによりモールド２２内部の水分が気
化膨張し、異なる材料同士が接触している境界で界面剥
離を引き起こすと考えられる。ここで、界面剥離が起こ
る可能性があるのは、チップ４の上面、チップ４とダイ
パッド２３の境界面、およびダイパッド２３の下面の３
つである。
ード２５の間に半田ペーストをおき、プリント基板ごと
加熱して半田ペーストを溶かして、半田付けを行う。こ
のとき、熱ストレスによりモールド２２内部の水分が気
化膨張し、異なる材料同士が接触している境界で界面剥
離を引き起こすと考えられる。ここで、界面剥離が起こ
る可能性があるのは、チップ４の上面、チップ４とダイ
パッド２３の境界面、およびダイパッド２３の下面の３
つである。
【００１５】例えば、ダイパッド２３の下面で界面剥離
が起こったとすると、剥離の進行により、図３に示すよ
うに、パッケージ２１の下面（腹部）が膨れてプリント
基板に接触する。このため、リード２５が上方に持ち上
げられ、半田ペーストから離れてしまうものと思われ
る。そこで、このような現象が起こっていることを検証
するため、図４に示すような試験装置を開発した。
が起こったとすると、剥離の進行により、図３に示すよ
うに、パッケージ２１の下面（腹部）が膨れてプリント
基板に接触する。このため、リード２５が上方に持ち上
げられ、半田ペーストから離れてしまうものと思われ
る。そこで、このような現象が起こっていることを検証
するため、図４に示すような試験装置を開発した。
【００１６】図４の試験装置は、チャンバ３１、加熱部
３２、冷却部３３、温度制御部３４、計測部３５、デー
タ処理部３６を備える。チャンバ３１は、被試験部品２
をステージ３７上に固定して格納し、加熱部３２は、チ
ャンバ３１内を任意の温度プロファイルで加熱する。ま
た、冷却部３３は、加熱後に、任意の温度プロファイル
でチャンバ３１内を冷却する。
３２、冷却部３３、温度制御部３４、計測部３５、デー
タ処理部３６を備える。チャンバ３１は、被試験部品２
をステージ３７上に固定して格納し、加熱部３２は、チ
ャンバ３１内を任意の温度プロファイルで加熱する。ま
た、冷却部３３は、加熱後に、任意の温度プロファイル
でチャンバ３１内を冷却する。
【００１７】温度制御部３４は、チャンバ３１内の温度
センサ３８に接続され、チャンバ３１内や部品２の温度
を測定し、与えられたプロファイルを実現するように、
加熱部３２および冷却部３３を制御する。これにより、
例えば、実際のリフロー時の状態に近似した温度プロフ
ァイルで、部品２に温度ストレスが印加される。計測部
３５は、チャンバ３１内の部品２の変化をリアルタイム
で捉える計測センサ３９に接続され、センサ３９からの
情報を数値化してデータ処理部３６に送る。
センサ３８に接続され、チャンバ３１内や部品２の温度
を測定し、与えられたプロファイルを実現するように、
加熱部３２および冷却部３３を制御する。これにより、
例えば、実際のリフロー時の状態に近似した温度プロフ
ァイルで、部品２に温度ストレスが印加される。計測部
３５は、チャンバ３１内の部品２の変化をリアルタイム
で捉える計測センサ３９に接続され、センサ３９からの
情報を数値化してデータ処理部３６に送る。
【００１８】データ処理部３６は、温度制御部３４や計
測部３５からの測定データを収集し、解析し、補正し
て、リアルタイムで画面に表示する。もちろん、用途に
応じて、これらの構成要素の一部が欠けても問題はな
い。
測部３５からの測定データを収集し、解析し、補正し
て、リアルタイムで画面に表示する。もちろん、用途に
応じて、これらの構成要素の一部が欠けても問題はな
い。
【００１９】計測センサ３９は、形状変化を捉えるセン
サであれば何でもよく、例えば、測定個所が１ポイント
で安価なものとしては、レーザ変位計がある。部品２の
所定の面の変化のワースト値を捉える必要があれば、Ｃ
ＣＤ（charge coupled device ）カメラ等によって全体
の画像を捉え、画像処理を行えばよい。
サであれば何でもよく、例えば、測定個所が１ポイント
で安価なものとしては、レーザ変位計がある。部品２の
所定の面の変化のワースト値を捉える必要があれば、Ｃ
ＣＤ（charge coupled device ）カメラ等によって全体
の画像を捉え、画像処理を行えばよい。
【００２０】また、接触ピン等のメカニカルなセンサを
用いてもよい。接触ピンの先を部品２のパッケージ２１
に接触させておくと、パッケージ２１が膨らんだ分だけ
ピンが押し下げられる。
用いてもよい。接触ピンの先を部品２のパッケージ２１
に接触させておくと、パッケージ２１が膨らんだ分だけ
ピンが押し下げられる。
【００２１】温度センサ３８は、チャンバ３１内や部品
の任意の箇所の温度を測定する。これを必要に応じて複
数個設けておき、チャンバ３１内および部品２上の複数
の測定点の温度を同時に測定してもよい。また、測定方
法としては、目的や用途に応じて、接触型または非接触
型の任意の方法が用いられる。例えば、接触型のセンサ
としては熱電対があり、非接触型のセンサとしては赤外
線センサがある。
の任意の箇所の温度を測定する。これを必要に応じて複
数個設けておき、チャンバ３１内および部品２上の複数
の測定点の温度を同時に測定してもよい。また、測定方
法としては、目的や用途に応じて、接触型または非接触
型の任意の方法が用いられる。例えば、接触型のセンサ
としては熱電対があり、非接触型のセンサとしては赤外
線センサがある。
【００２２】加熱部３２は、熱風、赤外線等の任意の方
法で、かつ任意のプロファイルでチャンバ３１内の媒体
または部品２に高温を印加するために用いられ、冷却部
３３は、高温下のチャンバ３１または部品２を任意のプ
ロファイルで冷却するために用いられる。加熱／冷却に
使用する媒体は液体でもよいが、通常は、リフロー炉の
条件に合わせて、空気や窒素等の気体を使用する。
法で、かつ任意のプロファイルでチャンバ３１内の媒体
または部品２に高温を印加するために用いられ、冷却部
３３は、高温下のチャンバ３１または部品２を任意のプ
ロファイルで冷却するために用いられる。加熱／冷却に
使用する媒体は液体でもよいが、通常は、リフロー炉の
条件に合わせて、空気や窒素等の気体を使用する。
【００２３】部品２を載せるステージ３７には、部品２
をプリント基板上に搭載する時の条件に近い材料を用
い、その構造および部品２の載置／固定の方法もできる
だけ同じ条件にしておく。これにより、部品２に対する
温度ストレスの影響が、実際のリフロー時の状態に近似
した特性を持つようになる。
をプリント基板上に搭載する時の条件に近い材料を用
い、その構造および部品２の載置／固定の方法もできる
だけ同じ条件にしておく。これにより、部品２に対する
温度ストレスの影響が、実際のリフロー時の状態に近似
した特性を持つようになる。
【００２４】例えば、半導体部品の場合は、プリント基
板と同じガラスエポキシ樹脂等の材料で、かつ部品２は
ステージ３７の上に載せるだけで、部品固定のための押
さえ等は極力使用しないほうがよい。プリント基板と異
なる材料や押さえ部材を用いると、部品の熱容量が変化
し、正確な温度測定ができなくなる。
板と同じガラスエポキシ樹脂等の材料で、かつ部品２は
ステージ３７の上に載せるだけで、部品固定のための押
さえ等は極力使用しないほうがよい。プリント基板と異
なる材料や押さえ部材を用いると、部品の熱容量が変化
し、正確な温度測定ができなくなる。
【００２５】また、ステージ３７は、部品の変形箇所が
ステージ３７に接触せず、かつ計測に支障のないような
構造にする必要がある。例えば、半導体部品の下部の膨
れを計測する場合は、膨れを逃がすために、ステージ３
７の中央に適当な大きさの穴を開けておく。あるいは、
ステージ３７の表面と部品２との間の距離を十分に大き
く取っておいてもよい。
ステージ３７に接触せず、かつ計測に支障のないような
構造にする必要がある。例えば、半導体部品の下部の膨
れを計測する場合は、膨れを逃がすために、ステージ３
７の中央に適当な大きさの穴を開けておく。あるいは、
ステージ３７の表面と部品２との間の距離を十分に大き
く取っておいてもよい。
【００２６】データ処理部３６としては、ワークステー
ションやパーソナルコンピュータ等の任意の情報処理装
置を用いることができ、計測部３５や温度制御部３４か
ら送られるデータを収集・解析する。
ションやパーソナルコンピュータ等の任意の情報処理装
置を用いることができ、計測部３５や温度制御部３４か
ら送られるデータを収集・解析する。
【００２７】部品２以外の部分の熱による微小な変形
（膨張および収縮）、および温度のズレ等による影響を
除去したい場合、データ処理部３６は、測定値からあら
かじめ計測しておいた値を差し引いて、測定値を補正す
る。例えば、部品２の代わりに変形しにくい金属等のダ
ミー部品を入れて、形状と温度を測定しておき、部品２
の試験時に、それらの値を形状と温度の測定値から取り
除くことで、キャリブレーションを行う。
（膨張および収縮）、および温度のズレ等による影響を
除去したい場合、データ処理部３６は、測定値からあら
かじめ計測しておいた値を差し引いて、測定値を補正す
る。例えば、部品２の代わりに変形しにくい金属等のダ
ミー部品を入れて、形状と温度を測定しておき、部品２
の試験時に、それらの値を形状と温度の測定値から取り
除くことで、キャリブレーションを行う。
【００２８】そして、データ処理部３６は、補正された
データをもとに、時間に対する変形量の推移を表すグラ
フ、温度に対する変形量の推移を表すグラフ等を作成
し、ディスプレイに表示する。これらの測定結果をディ
スプレイに表示する代わりに、プリンタやプロッタ等か
ら出力してもかまわない。
データをもとに、時間に対する変形量の推移を表すグラ
フ、温度に対する変形量の推移を表すグラフ等を作成
し、ディスプレイに表示する。これらの測定結果をディ
スプレイに表示する代わりに、プリンタやプロッタ等か
ら出力してもかまわない。
【００２９】図５は、計測センサ３９としてレーザー変
位計４４を用いた場合のチャンバ３１の例を示してい
る。図５のチャンバ３１には、加熱部３２および冷却部
３３に接続されたダクト４１が取り付けられ、ダクト４
１内にはヒータ４２が設けられる。加熱時には、加熱部
３２の制御により、ヒータ４２が発熱し、熱風がチャン
バ３１内に送り込まれる。また、冷却時には、冷却部３
３の制御により、ヒータ４２は発熱を停止し、冷風が送
り込まれる。
位計４４を用いた場合のチャンバ３１の例を示してい
る。図５のチャンバ３１には、加熱部３２および冷却部
３３に接続されたダクト４１が取り付けられ、ダクト４
１内にはヒータ４２が設けられる。加熱時には、加熱部
３２の制御により、ヒータ４２が発熱し、熱風がチャン
バ３１内に送り込まれる。また、冷却時には、冷却部３
３の制御により、ヒータ４２は発熱を停止し、冷風が送
り込まれる。
【００３０】実際のリフロー時の温度プロファイルを実
現するには、部品２を急速に加熱したり冷却したりする
必要があるため、チャンバ３１の熱容量を十分に小さく
しなければならない。そのためには、チャンバ３１の材
質としては熱容量が比較的小さいガラス等が望ましく、
また、その大きさとしては一辺が２０ｃｍ程度以下が望
ましい。
現するには、部品２を急速に加熱したり冷却したりする
必要があるため、チャンバ３１の熱容量を十分に小さく
しなければならない。そのためには、チャンバ３１の材
質としては熱容量が比較的小さいガラス等が望ましく、
また、その大きさとしては一辺が２０ｃｍ程度以下が望
ましい。
【００３１】ステージ３７は、例えばガラスエポキシ樹
脂で作られるが、望ましくは部品２を実装するプリント
基板をそのままステージ３７として用いる。部品２をス
テージ３７上に置いたとき、振動等により部品２が動く
ことを防ぐため、リード２５を耐熱テープ等でステージ
３７に仮止しておいてもよい。ステージ３７には、膨ら
んだ部品２が接触しないように、穴があけられている。
脂で作られるが、望ましくは部品２を実装するプリント
基板をそのままステージ３７として用いる。部品２をス
テージ３７上に置いたとき、振動等により部品２が動く
ことを防ぐため、リード２５を耐熱テープ等でステージ
３７に仮止しておいてもよい。ステージ３７には、膨ら
んだ部品２が接触しないように、穴があけられている。
【００３２】チャンバ３１の下面には、ステージ３７の
穴に対応してガラス窓４３が設けられており、レーザー
変位計４４から照射されたレーザー光は、この窓４３を
通して部品２の下面に到達する。このとき、照射された
レーザー光が部品２の下面で反射して戻ってくるまでの
時間から、部品２までの距離が分かり、部品２の下面の
形状の変化が計測される。
穴に対応してガラス窓４３が設けられており、レーザー
変位計４４から照射されたレーザー光は、この窓４３を
通して部品２の下面に到達する。このとき、照射された
レーザー光が部品２の下面で反射して戻ってくるまでの
時間から、部品２までの距離が分かり、部品２の下面の
形状の変化が計測される。
【００３３】一方、ＣＣＤカメラで形状変化を計測する
場合は、チャンバ３１の下面ではなく、側面の部品２の
高さに対応する位置にガラス窓を設ける。そして、その
窓を通して部品２の映像を取り込み、画像処理を行う。
また、接触ピンを用いた場合は、必ずしも窓を設ける必
要はない。
場合は、チャンバ３１の下面ではなく、側面の部品２の
高さに対応する位置にガラス窓を設ける。そして、その
窓を通して部品２の映像を取り込み、画像処理を行う。
また、接触ピンを用いた場合は、必ずしも窓を設ける必
要はない。
【００３４】以上の実施形態では、表面実装部品の膨張
による変形の試験方法について説明したが、図４の試験
装置によれば、他の半導体部品や装置を含む任意の製品
の任意の形状変化を測定することができる。例えば、部
品を搭載するプリント基板の熱によるたわみや変形の測
定にも適用可能である。
による変形の試験方法について説明したが、図４の試験
装置によれば、他の半導体部品や装置を含む任意の製品
の任意の形状変化を測定することができる。例えば、部
品を搭載するプリント基板の熱によるたわみや変形の測
定にも適用可能である。
【００３５】
【実施例】図６、７、８は、図４の試験装置を用いて、
実際に表面実装部品の裏面の形状変化を測定した結果を
示している。温度プロファイルとしては、リフロー時に
印加される２１５℃前後の高温域まで徐々に加熱してい
く特性を用い、温度センサにより部品の表面温度を測定
した。この部品の場合は、部品の端子と部品裏面との間
のクリアランスは５０μｍであり、膨れ量がこれを超え
ると半田未着の原因となる。
実際に表面実装部品の裏面の形状変化を測定した結果を
示している。温度プロファイルとしては、リフロー時に
印加される２１５℃前後の高温域まで徐々に加熱してい
く特性を用い、温度センサにより部品の表面温度を測定
した。この部品の場合は、部品の端子と部品裏面との間
のクリアランスは５０μｍであり、膨れ量がこれを超え
ると半田未着の原因となる。
【００３６】図６は、３つの吸湿サンプル（Ｎｏ．１，
Ｎｏ．２，Ｎｏ．３）を、それぞれ同じプロファイルで
試験した結果を示している。これらのサンプルは、１２
５℃で２４時間ベーキングした後、温度３０℃、湿度８
０％の条件下で２４時間放置して作成した。図６を見る
と、どのサンプルの膨れ量も時間的に変化して、一時的
に５０μｍを超えており、サンプルＮｏ．１は、サンプ
ルＮｏ．２、Ｎｏ．３に比べて大きく膨れていることが
分かる。
Ｎｏ．２，Ｎｏ．３）を、それぞれ同じプロファイルで
試験した結果を示している。これらのサンプルは、１２
５℃で２４時間ベーキングした後、温度３０℃、湿度８
０％の条件下で２４時間放置して作成した。図６を見る
と、どのサンプルの膨れ量も時間的に変化して、一時的
に５０μｍを超えており、サンプルＮｏ．１は、サンプ
ルＮｏ．２、Ｎｏ．３に比べて大きく膨れていることが
分かる。
【００３７】図７は、別の３つの吸湿サンプル（Ｎｏ．
４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６）を、図６と同じプロファイル
で試験した結果を示している。これらのサンプルは、１
２５℃で２４時間ベーキングした後、温度８５℃、湿度
８５％の条件下で２４時間放置して作成した。図７を見
ると、サンプルＮｏ．５、Ｎｏ．６は、加熱開始から２
７０秒ほど経過した時点で、膨れ量が急激に増大してい
ることが分かる。これらのサンプルは、水蒸気の膨張に
より一旦割れた後に収縮したものである。
４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６）を、図６と同じプロファイル
で試験した結果を示している。これらのサンプルは、１
２５℃で２４時間ベーキングした後、温度８５℃、湿度
８５％の条件下で２４時間放置して作成した。図７を見
ると、サンプルＮｏ．５、Ｎｏ．６は、加熱開始から２
７０秒ほど経過した時点で、膨れ量が急激に増大してい
ることが分かる。これらのサンプルは、水蒸気の膨張に
より一旦割れた後に収縮したものである。
【００３８】図８は、３つの乾燥サンプル（Ｎｏ．７，
Ｎｏ．８，Ｎｏ．９）を、図６と同じプロファイルで試
験した結果を示している。これらのサンプルとしては、
１２５℃で２４時間ベーキングした直後の部品を用いて
いる。図８を見ると、どのサンプルの膨れ量も５０μｍ
を超えていないことが分かる。したがって、ベーキング
した直後の部品を実装に用いれば、半田未着障害は起き
にくいと思われるが、製造工程の都合上その実施は困難
である。
Ｎｏ．８，Ｎｏ．９）を、図６と同じプロファイルで試
験した結果を示している。これらのサンプルとしては、
１２５℃で２４時間ベーキングした直後の部品を用いて
いる。図８を見ると、どのサンプルの膨れ量も５０μｍ
を超えていないことが分かる。したがって、ベーキング
した直後の部品を実装に用いれば、半田未着障害は起き
にくいと思われるが、製造工程の都合上その実施は困難
である。
【００３９】実際のリフロー時における温度プロファイ
ルは、例えば、図９に示すようになる。このプロファイ
ルは、ＦＶ５２３／１０６の規格に基づく一般的なもの
で、短時間のうちに急速な加熱と冷却が行われることを
表している。このプロファイルを試験時に採用すること
で、リフロー時における部品の形状変化を忠実に測定す
ることが可能となる。
ルは、例えば、図９に示すようになる。このプロファイ
ルは、ＦＶ５２３／１０６の規格に基づく一般的なもの
で、短時間のうちに急速な加熱と冷却が行われることを
表している。このプロファイルを試験時に採用すること
で、リフロー時における部品の形状変化を忠実に測定す
ることが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、製品に温度ストレスが
加わった場合の時間、温度、および変形量の関係を、リ
アルタイムで正確に計測することが可能となる。したが
って、製品の耐熱強度を改善するためのデータ収集、リ
フローの最適なプロファイルの設定、半田付け品質の改
善等に大きく寄与する。特に、表面実装部品のパッケー
ジ開発／評価、およびリフローの実装条件の割り出しに
おいて、極めて重要な役割を果たすことが期待される。
加わった場合の時間、温度、および変形量の関係を、リ
アルタイムで正確に計測することが可能となる。したが
って、製品の耐熱強度を改善するためのデータ収集、リ
フローの最適なプロファイルの設定、半田付け品質の改
善等に大きく寄与する。特に、表面実装部品のパッケー
ジ開発／評価、およびリフローの実装条件の割り出しに
おいて、極めて重要な役割を果たすことが期待される。
【図１】本発明の試験装置の原理図である。
【図２】表面実装部品を示す図である。
【図３】水分の気化膨張による膨れを示す図である。
【図４】試験装置の構成図である。
【図５】チャンバを示す図である。
【図６】第１の測定結果を示す図である。
【図７】第２の測定結果を示す図である。
【図８】第３の測定結果を示す図である。
【図９】リフローの温度プロファイルを示す図である。
【図１０】従来の試験方法を示す図である。
【図１１】部品の膨れを示す図である。
１ リフロー炉 ２ 部品 ３ 計測器 ４ チップ １１ 温度印加手段 １２ 計測手段 ２１ パッケージ ２２ モールド ２３ ダイパッド ２４ ワイヤボンディング ２５ リード ２６ フットパターン ３１ チャンバ ３２ 加熱部 ３３ 冷却部 ３４ 温度制御部 ３５ 計測部 ３６ データ処理部 ３７ ステージ ３８ 温度センサ ３９ 計測センサ ４１ ダクト ４２ ヒータ ４３ 窓 ４４ レーザー変位計
Claims (14)
- 【請求項１】 製品に対して、任意の高温域を含む任意
の温度プロファイルで温度ストレスを印加する温度印加
手段と、 印加された温度ストレスによる前記製品の形状の変化を
計測する計測手段とを備えることを特徴とする試験装
置。 - 【請求項２】 前記計測手段は、前記製品が加熱された
とき、該製品内部の水分の膨張により生じる形状の変化
を計測することを特徴とする請求項１記載の試験装置。 - 【請求項３】 前記計測手段は、前記製品内部の異なる
材料同士の境界面における水分の膨張により生じる該製
品の膨れの量を計測することを特徴とする請求項２記載
の試験装置。 - 【請求項４】 前記温度印加手段は、前記任意の温度プ
ロファイルで任意の低温域まで前記製品を冷却し、前記
計測手段は、冷却時における該製品の形状の変化を計測
することを特徴とする請求項１記載の試験装置。 - 【請求項５】 前記計測手段は、前記製品の任意の箇所
の変形量をリアルタイムで計測することを特徴とする請
求項１記載の試験装置。 - 【請求項６】 前記温度印加手段は、熱容量の小さいチ
ャンバ手段と、該チャンバ手段内の任意の箇所の温度を
計測する温度計測手段とを含むことを特徴とする請求項
１記載の試験装置。 - 【請求項７】 前記温度印加手段は、前記製品に対応す
る半導体部品のリフロー時の状態に近似した温度特性を
実現するように、該部品を保持する保持手段を含むこと
を特徴とする請求項１記載の試験装置。 - 【請求項８】 前記計測手段が計測した変形量の情報を
収集し、計測結果を出力するデータ処理手段をさらに備
えることを特徴とする請求項１記載の試験装置。 - 【請求項９】 前記データ処理手段は、時間に対する前
記変形量の推移と温度に対する該変形量の推移のうち、
少なくとも一方の推移の情報をリアルタイムで出力する
ことを特徴とする請求項８記載の試験装置。 - 【請求項１０】 前記データ処理手段は、前記試験装置
における前記製品以外の部分に対する前記温度ストレス
の影響を表すデータをあらかじめ保持しておき、該デー
タに基づいて前記計測結果を補正することを特徴とする
請求項８記載の試験装置。 - 【請求項１１】 半導体部品に対して、該部品のリフロ
ー時の状態に近似した温度プロファイルで温度ストレス
を印加する温度印加手段と、 印加された温度ストレスが前記部品に与える影響を計測
する計測手段とを備えることを特徴とする試験装置。 - 【請求項１２】 製品に対して、任意の高温域を含む任
意の温度プロファイルで温度ストレスを印加し、 印加された温度ストレスによる前記製品の形状の変化を
計測することを特徴とする試験方法。 - 【請求項１３】 前記製品が加熱されたとき、該製品内
部の水分の膨張により生じる形状の変化を計測すること
を特徴とする請求項１２記載の試験方法。 - 【請求項１４】 半導体部品に対して、該部品のリフロ
ー時の状態に近似した温度プロファイルで温度ストレス
を印加し、 印加された温度ストレスが前記部品に与える影響を計測
することを特徴とする試験方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9064024A JPH10261678A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 製品の耐熱性を試験する試験装置および方法 |
| US08/942,694 US5984524A (en) | 1997-03-18 | 1997-09-29 | Apparatus and method for testing product heat-resistance |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9064024A JPH10261678A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 製品の耐熱性を試験する試験装置および方法 |
| US08/942,694 US5984524A (en) | 1997-03-18 | 1997-09-29 | Apparatus and method for testing product heat-resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10261678A true JPH10261678A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=26405157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9064024A Pending JPH10261678A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 製品の耐熱性を試験する試験装置および方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5984524A (ja) |
| JP (1) | JPH10261678A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000234993A (ja) * | 1999-02-16 | 2000-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体装置の欠陥検査方法 |
| RU2621458C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-06-06 | Сергей Константинович Есаулов | Способ исследования термических напряжений, возникающих в твердом материальном теле, поляризационно-оптическим методом на модели из пьезооптического материала при воздействии на нее локального теплового потока с определением теоретического коэффициента концентрации термических напряжений |
| KR20230016922A (ko) * | 2021-07-27 | 2023-02-03 | 국방기술품질원 | 릴레이의 가속수명 예측 시스템 및 방법 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW436634B (en) * | 1998-07-24 | 2001-05-28 | Advantest Corp | IC test apparatus |
| US6595684B1 (en) * | 1999-11-03 | 2003-07-22 | Northrop Grumman Corporation | System and method for evaluating a structure |
| DE10052631C1 (de) * | 2000-10-24 | 2002-04-04 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Prüfung von einem durch Anlegen eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes formändernden Material |
| WO2003093760A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-11-13 | Gintic Institute Of Manufacturing Technology | Systems and methods for deformation measurement |
| DE10246567C1 (de) * | 2002-10-05 | 2003-12-18 | Crystal Growing Systems Gmbh | Verfahren zum Kalibrieren der Temperatur-Regeleinrichtung eines Vertical-Gradient-Freeze-Kristallzüchtungsofens und Vertical-Gradient-Freeze-Kristallzüchtungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens |
| GB0919832D0 (en) * | 2009-11-13 | 2009-12-30 | Airbus Operations Ltd | Thermal test apparatus and method |
| US9383300B2 (en) * | 2014-03-19 | 2016-07-05 | Akrometrix Inc. | Precision convection system |
| DE102015225503A1 (de) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Airbus Defence and Space GmbH | Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenprofiländerung einer Füllmasse in einer Aussparung |
| DE102016212697B4 (de) * | 2016-07-12 | 2018-10-11 | Airbus Defence and Space GmbH | Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Oberfläche eines Messobjekts unter vorgebbaren Bedingungen |
| CN110361645A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-22 | 浙江工业大学 | 一种微电子封装器件可靠性在线测试装置 |
| CN111007338B (zh) * | 2019-12-06 | 2021-09-07 | 东北大学 | 一种真空变温环境下柔性电子器件形变测量装置及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5350899A (en) * | 1992-04-15 | 1994-09-27 | Hiroichi Ishikawa | Semiconductor wafer temperature determination by optical measurement of wafer expansion in processing apparatus chamber |
| JPS62190476A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-20 | Nec Corp | 半導体装置の試験方法 |
| JPH0640078B2 (ja) * | 1989-08-21 | 1994-05-25 | 品川白煉瓦株式会社 | セラミツクス等の熱間における変位測定装置 |
| US5052816A (en) * | 1989-08-29 | 1991-10-01 | Denyo Kabushiki Kaisha | Junction inspection method and apparatus for electronic parts |
| JPH03124042A (ja) * | 1989-10-06 | 1991-05-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 耐熱試験装置 |
| US5246291A (en) * | 1992-06-01 | 1993-09-21 | Motorola, Inc. | Bond inspection technique for a semiconductor chip |
| US5251476A (en) * | 1992-06-26 | 1993-10-12 | Eastman Kodak Company | Method for determining a coefficient of moisture expansion of a workpiece |
| JP3092356B2 (ja) * | 1992-10-22 | 2000-09-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の試験装置 |
| US5528151A (en) * | 1992-11-09 | 1996-06-18 | Hughes Aircraft Company | Thermal fatigue testing using plural test trips with graduated sizing and recessed anchoring |
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| JP2748863B2 (ja) * | 1994-07-05 | 1998-05-13 | 日本電気株式会社 | Ｉｃパッケージ評価システム |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP9064024A patent/JPH10261678A/ja active Pending
- 1997-09-29 US US08/942,694 patent/US5984524A/en not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5984524A (en) | 1999-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030311 |