加熱冷却試験方法および装置
【課題】回路基板に実装された電子部品に、自己発熱と同様の熱伝導現象を与えて試験できる加熱冷却試験方法を提供することを目的とする。
【解決手段】回路基板１に実装された電子部品２ａ，２ｂの表面に単位時間あたりの照射熱量が異なるレーザ光７などの電磁波を照射し、電子部品の昇温速度を制御し、所定の最高温度に到達させて保持した後、ペルチェ素子３によって回路基板１を冷却して所定の最低温度で保持する温度サイクルを繰り返すことを特徴とする。
【解決手段】回路基板１に実装された電子部品２ａ，２ｂの表面に単位時間あたりの照射熱量が異なるレーザ光７などの電磁波を照射し、電子部品の昇温速度を制御し、所定の最高温度に到達させて保持した後、ペルチェ素子３によって回路基板１を冷却して所定の最低温度で保持する温度サイクルを繰り返すことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を回路基板に実装した後の接続信頼性試験に関し、特にはんだ接続部における接続信頼性試験の加熱冷却試験方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱冷却試験方法および装置としては、電子部品を回路基板に実装した試験試料を大型の試験槽に入れ、試験条件として低温および高温それぞれの保持時間を指定し、繰り返し温度サイクルの負荷を与えた後、所定のサイクル終了時に試験試料を取り出して温度サイクルによる導通抵抗やはんだ接合強度の変化を調べることにより、接続信頼性の寿命を推定する方法が用いられてきた。導通抵抗を測定する場合は、試験槽から試験試料を取り出すことなく連続で測定する方法も採られていた。
【０００３】
通常、温度サイクル条件は、電子機器の使用環境を想定し、加速係数を考慮のうえ設定される。一般的には、低温側の温度として−４０℃、高温側の温度として１２５℃、それぞれの温度における保持時間として３０分を設定する場合が多く、試験期間としては１０００サイクル以上実施される場合が多い。
【０００４】
しかし上記した従来の信頼性試験では、低温側および高温側の所定温度における保持時間として、それぞれ３０分を設定する場合が多く、さらに試験期間として１０００サイクル以上実施される場合が多いため、試験結果が得られるまでに約３ヶ月以上の長期間を要し、製品開発の短縮が困難になるという問題点がある。
【０００５】
また、従来の信頼性試験においては、その雰囲気下に電子部品を実装した回路基板を置くため、試験試料全体の温度変化となるが、実使用状態においては部品単体での発熱による影響が大きく、局所的な温度変化となるため実使用環境と一致しない条件での試験となる問題がある。
【０００６】
これら従来技術の問題点を解決するために、特許文献１などには、回路基板に直接ペルチェ素子を貼り付け、ペルチェ素子に流れる電流の制御により基板に局所的に低温および高温の温度負荷を繰り返し加え、局所的に温度サイクル負荷をかけながら試験試料の導通抵抗の変化を測定するものがある。
【０００７】
図９は、特許文献１に記載された加熱冷却試験装置を示す。
温度時間制御装置１０６から電流制御装置１０３に対して設定値に対応した信号が出力され、電流制御装置１０３からペルチェ素子１０１に設定された電流が流される。同時に熱電対１０２に生じた熱起電力による電位差を温度測定装置１０４により測定し、電位差に対応した温度が測定されて温度時間制御装置１０６に入力される。温度時間制御装置１０６では、測定された温度と設定された温度を比較および監視する。温度が設定値に達したあとは、その温度における設定された保持時間の間、温度が一定になるように電流を制御し、設定された保持時間が経過すると、温度時間制御装置１０６から信号が出力され、電流制御装置１０３はペルチェ素子１０１に流す電流の向きを変え、もう一方の設定温度になるまで温度を変化させ、その温度における設定された保持時間が経過するまで制御する。その後はまた、電流の向きを変える。この一連の動作の繰り返しにより、試験試料に繰り返し温度サイクル試験を行う。１０５は導通抵抗測定装置、１０７は回路基板、１０８は電子部品である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３４６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、高さの異なる電子部品にペルチェ素子１０１を面接触させて温度サイクルを与えることや、ペルチェ素子１０１の面積が大きいため面接触した複数の小さな電子部品に対し選択的に温度サイクルを与えるのは困難である。また温度サイクルを与える電子部品表面の温度を測定することが困難なため、測定したはんだ温度の情報をもとに電子部品の温度制御を行うのに時間的な遅れが生じるという課題を有している。
【００１０】
本発明は、形状の異なる電子部品に対しても、実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることのできる加熱冷却試験方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の加熱冷却試験方法は、複数の電子部品が実装された回路基板を評価するに際し、前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施し、温度履歴を与えた前記回路基板を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、形状の異なる電子部品に対して、非接触で温度測定しながら自己発熱と同様の熱伝導現象を起こすことで、実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることができるだけでなく、信頼性試験を短い時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における加熱冷却試験装置の構成図
【図２】同実施の形態の要部のフローチャート図
【図３】本発明の実施の形態２における加熱冷却試験装置の構成図
【図４】同実施の形態の要部のフローチャート図
【図５】本発明の実施の形態３における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図６】本発明の実施の形態４における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図７】本発明の実施の形態５における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図８】同実施の形態の工程の説明図
【図９】従来の加熱冷却試験方法および装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における加熱冷却試験方法の実施に使用する加熱冷却試験装置を示す。概要は、回路基板上の電子部品表面に対し、電子部品の形状に従って単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射し、電子部品の昇温速度を制御し、所定の最高温度に到達させて保持した後、冷却して所定の最低温度で保持する温度サイクルを繰り返すものである。
【００１５】
図１において、試験試料は電子部品２ａ，２ｂが表面に実装された回路基板１であって、この回路基板１を試験する加熱冷却試験装置は次のように構成されている。
回路基板１がセットされる槽４内には、固体冷媒であるペルチェ素子３が設けられている。槽４の外周の一部には透明な窓１１が設置されており、透明な窓１１はレーザ等の光を透過できる材質で構成されている。前記電子部品２ａ，２ｂを加熱するためには、電磁波発生装置としてのレーザ発振器５とレーザ発振器５から出射した光を回路基板１に照射する鏡筒２６などが設けられている。８は温度計測とカメラ機能を有した検出器である。１４は第１の制御機で、検出器８により非接触で測定したと時々の目標温度を指定する温度プロファイルと照らし合わせて、前記レーザ発振器５と第２の制御機１９を介して前記ペルチェ素子３への通電を制御して、温度測定位置の加熱速度と最高温度ならびに最高温度保持時間、温度測定位置の冷却速度と最低温度ならびに最低温度保持時間を制御する。また、この第１の制御機１４は、検出器８の撮像画像基づいて駆動機構１８を介して保持機構１５を制御する。１６は鏡筒２６の保持機構１５を移動させる支持機構である。
【００１６】
第１，第２の制御機１４，１９と駆動機構１８の構成を試験工程を示す図２のフローに基づいて説明する。ここでは、電子部品２ａ，２ｂに対して所定回数の温度サイクルを与えた後に、電子部品２ａ，２ｂを回路基板１にはんだ接続しているはんだ部１２ａ，１２ｂの異常の有無の評価を例に挙げて説明する。
【００１７】
ステップＳ１では、回路基板１をペルチェ素子３の上にセットする。
ステップＳ２では、回路基板１上に実装された高さの異なる電子部品のうち、高さの低い電子部品２ａ上にだけ、レーザ光７に対して透明な窓１１を通してレーザ光７を照射するように駆動機構１８を介して鏡筒２６の位置制御を実施する。レーザ発振器５から出射した光は、光ファイバー６で誘導し、位置制御された後の鏡筒２６の内部に取り付けられたハーフミラー９とレンズ１０ａ，１０ｂを介して照射スポットの径を調節する。
【００１８】
ステップＳ３では、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ａの加熱と冷却を実施する。つまり、検出器８により非接触で測定した電子部品２ａの表面温度と、第１の制御機１４に予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４が加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ａの周辺をマスク２１で覆う。回路基板１には表面に銅箔などからなる配線パターンが形成されており、この配線パターンにレーザ光７の反射光や散乱光が当たると急激に温度上昇してしまうので、電子部品２ａ，２ｂの温度変化に伴うはんだ部１２ａ，１２ｂ評価を行えなくなるため、このような事態を回避するためにマスク２１は有効である。
【００１９】
また、照射スポットの径や面内の強度分布を調節して電子部品２ａの表面を加熱しており、レーザ光７による加熱は非接触であるため、高さの高い電子部品２ｂが隣接していても接触式のように干渉が発生せず、高さの低い電子部品２ａだけを加熱できる。この際、電子部品２ａと接続したはんだ部１２ａにレーザ光７が直接に照射されないよう、電子部品２ａの上面の面積より小さい照射径になるようにレーザ光７を照射する。
【００２０】
これにより、電子部品表面の温度や面内の温度分布を所望のものにし、加熱速度と最高温度ならびに最高温度保持時間を制御することができる。
冷却時の第１の制御機１４は、検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるように第２の制御機１９を介してペルチェ素子３への通電を制御して冷却速度を制御し、最低温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持する。
【００２１】
例えば、ステップＳ３のより具体例は、電子部品２ａの形状に応じてレーザ出力１２Ｗを照射スポット直径５ｍｍで電子部品２ａへ照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達する。はんだ部１２ａの温度は、このとき１０５℃になっていた。冷却時にはペルチェ素子３の温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ａはほぼ−４０℃に達していた。加熱や冷却に要する時間は、それぞれ従来の大型試験槽では１５分程度を要していたものに比べて、時間短縮できることがわかる。
【００２２】
なおステップＳ３では、検出器８のカメラ機能にてレーザ光７の照射位置と電子部品２ａの相対位置を絶えず確認し、熱膨張や振動により位置ずれが発生した場合は、第１の制御機１４から信号線２０を通じて駆動機構１８に指示を与え、鏡筒２６の保持機構１５を支持機構１６によって移動させる。
【００２３】
また、冷却は回路基板１の裏側に設置されたペルチェ素子３によって行うが、さらに気体冷媒２４をホース２５により誘導してノズル２３から電子部品または回路基板１などに噴き付けると、一層効果的に冷却することができ、時間短縮できる。
【００２４】
また、槽４内の雰囲気は、ポンプ１３により排気した後、導入口２２から他の気体等を導入することにより、不活性雰囲気や湿度制御などができる。槽４内を不活性ガス雰囲気にすると、大気雰囲気に比べて、電子部品２ａのレーザ照射面や、はんだ部１２ａの酸化を減少させることが出来る。また槽４内の湿度を高めて試験を行うことで、船舶などで使用される回路基板に要求される環境試験を行うこともできる。
【００２５】
ステップＳ４では、ステップＳ３での昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３に戻って、ステップＳ４において一致を検出するまでステップＳ３とステップＳ４のルーチンを繰り返し実行する。
【００２６】
ステップＳ４で一致を検出すると、ステップＳ５を実行する。
ステップＳ５では、電子部品２ｂにだけレーザ光７を照射するよう駆動機構１８を介して鏡筒２６の位置制御を実施する。この例の電子部品２ｂは電子部品２ａと比べ、径は同じで高さが２倍であって、鏡筒２６の位置制御は、鏡筒２６を電子部品２ｂ上に移動させて照射スポット径が電子部品２ａの場合と同じになるように上方へ移動させる。
【００２７】
ステップＳ６では、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ｂの加熱と冷却をステップＳ３と同様に実施する。つまり、第１の制御機１４に予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４が加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ｂの周辺をマスク２１で覆う。
【００２８】
より具体的には、電子部品２ｂの容積は電子部品２ａの２倍であるため、第１の制御機１４は、電子部品２ａと電子部品２ｂの形状の違いに応じて、単位時間あたりの照射熱量が異なるレーザ光が照射するように制御する。この場合には、レーザ出力２４Ｗを電子部品２ｂに照射すると、電子部品２ｂの表面温度は約２分で１５０℃に達した。冷却時にはペルチェ素子３の温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ｂはほぼ−４０℃に達していた。
【００２９】
ステップＳ７では、ステップＳ６での昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ６に戻って、ステップＳ７において一致を検出するまでステップＳ６とステップＳ７のルーチンを繰り返し実行する。
【００３０】
ステップＳ８では、温度サイクルを経てきた回路基板１を評価する。具体的には、回路基板１へ通電して電気的な性能検査を実施して、目的の性能を発揮すれば合格と判定して信頼性試験を終了する。または、はんだ部１２ａ，１２ｂの表面状態を画像診断して異常がなければ合格と判定して信頼性試験を終了する。
【００３１】
なお、ステップＳ３とステップＳ６の実施に際して必要となる電子部品２ａ，２ｂの実装位置のデータならびにその形状データは、試験開始の際に実装位置のデータならびにその形状データを設定入力するか、製造ラインにおいて回路基板１に電子部品を実装する組立装置にセットされているデータを参照して、試験個所とする電子部品である電子部品２ａ，２ｂを指定して前記寸法データを読み出して自動設定することができる。
【００３２】
このように、形状の異なる電子部品に対して昇温速度を制御できるので、電子部品からはんだ部に熱が移動する自己発熱と同様の現象を起こすことができる。さらに、電子部品２ａ，２ｂからはんだ部１２ａ，１２ｂに熱が移動する自己発熱と同様の熱伝導現象を、従来の大型試験槽を使用して評価する場合に比べて短時間に与えることができ、試験に要する時間の短縮を実現できる。
【００３３】
この実施の形態では、ステップＳ１〜ステップＳ８までのルーチンを実行するよう構成されたものを加熱冷却試験装置であるとして説明したが、ステップＳ１〜ステップＳ７までのルーチンを実行するよう構成されたものを加熱冷却試験装置として、ステップＳ８の評価を目視によって係員が実施することもできる。
【００３４】
また、前記温度サイクルの最高温度の設定によっては、はんだ部１２ａ，１２ｂのレーザ光７が照射された部分に温度上昇に起因した変色等の痕跡を残すことができる。このことは、はんだ部１２ａ，１２ｂにおける前記痕跡の有無によって、この加熱冷却試験装置を使用して温度履歴を与えられた回路基板１であるのか、加熱冷却試験装置を使用して温度履歴を与えられる前の回路基板１であるのかを判別することができ、上記のようにステップＳ８の評価を係員が目視によって実施するような加熱冷却試験方法の場合に有効である。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１では電子部品２ａ，２ｂに温度履歴を与えるために、一つの鏡筒２６を電子部品２ａの側から電子部品２ｂの側に移動させて実行するように構成したが、実施の形態１の鏡筒２６とそれに関連する装置として、図３に示すように電子部品２ａにレーザ光７を照射する鏡筒２６ａとそれに関連する同様の装置と、電子部品２ｂにレーザ光７を照射する鏡筒２６ｂとそれに関連する同様の装置を設け、実施の形態１の図２のステップＳ２〜ステップＳ４に相当する図４に示したステップＳ２ａ〜ステップＳ４ａを実施するのと並列に、実施の形態１の図２のステップＳ５〜ステップＳ７に相当する図４に示したステップＳ２ｂ〜ステップＳ４ｂを実施して、電子部品２ａ，２ｂにレーザ光を照射して並列処理することもできる。その他は実施の形態１と同じである。
【００３６】
具体的には、次のように構成されている。
ステップＳ１では、回路基板１における電子部品２ａの実装位置の裏面側がペルチェ素子３ａの上面に接触し、回路基板１における電子部品２ｂの実装位置の裏面側がペルチェ素子３ｂの上面に接触するように、回路基板１をペルチェ素子３ａ，３ｂの上にセットする。
【００３７】
ステップＳ２ａでは、窓１１とマスク２１ａを通してレーザ光７を電子部品２ａに照射するように、駆動機構１８ａを介して鏡筒２６ａの位置制御を実施する。このステップＳ２ａと並行にステップＳ２ｂでは、電子部品２ｂ上に窓１１とマスク２１ｂを通してレーザ光７を照射するように駆動機構１８ｂを介して鏡筒２６ｂの位置制御を実施する。この例の電子部品２ｂは電子部品２ａと比べ、径は同じで高さが２倍であって、鏡筒２６ｂの位置制御は、鏡筒２６を電子部品２ｂ上に移動させて照射スポット径が電子部品２ａの場合と同じになるように鏡筒２６ａに比べて上方へ移動させる。
【００３８】
ステップＳ３ａでは、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ａの加熱と冷却を実施する。つまり、検出器８により非接触で測定した電子部品２ａの表面温度と、第１の制御機１４ａに予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４ａが加熱時には検出器８ａの検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ａの周辺をマスク２１ａで覆う。また、照射スポットの径や面内の強度分布を調節して電子部品２ａの表面を加熱しており、レーザ光７による加熱は非接触であるため、高さの高い電子部品２ｂが隣接していても接触式のように干渉が発生せず、高さの低い電子部品２ａだけを加熱できる。この際、電子部品２ａと接続したはんだ部１２ａにレーザ光７が直接に照射されないよう、電子部品２ａの上面の面積より小さい照射径になるようにレーザ光７を照射する。冷却時の第１の制御機１４ａは、検出器８ａの検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるように第２の制御機１９ａを介してペルチェ素子３ａへの通電を制御して冷却速度を制御し、最低温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持する。
【００３９】
例えば、ステップＳ３のより具体例は、レーザ出力１２Ｗを照射スポット直径５ｍｍで電子部品２ａへ照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達する。はんだ部１２ａの温度は、このとき１０５℃になっていた。冷却時にはペルチェ素子３ａの温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ａはほぼ−４０℃に達していた。
【００４０】
このステップＳ３ａと並行にステップＳ３ｂでは、検出器８ｂにより非接触で測定した電子部品２ｂの表面温度と、第１の制御機１４ｂに予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４ｂが加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５ｂに出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ｂに当たらないように電子部品２ｂの周辺をマスク２１ｂで覆う。検出器８ｂにより非接触で測定した電子部品２ｂの表面温度を、第１の制御機１４ｂにて電子部品２ａの場合とは異なる加熱冷却曲線と照らし合わせて、低温時にはレーザ発振器５ｂに出力の指示を与え、最高温度に達した後はその温度を維持し、後にペルチェ素子３ｂに冷却するように指示を出す。電子部品２ｂの容積は電子部品２ａの２倍であるため、レーザ出力２４Ｗを照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達した。冷却時にはペルチェ素子３ｂの温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ｂはほぼ−４０℃に達していた。
【００４１】
ステップＳ４ａでは、ステップＳ３ａでの昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、電子部品２ａに対して加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３ａに戻って、ステップＳ４ａにおいて一致を検出するまでステップＳ３ａとステップＳ４ａのルーチンを繰り返し実行する。
【００４２】
ステップＳ４ｂでは、ステップＳ３ｂでの昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、電子部品２ｂに対して加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３ｂに戻って、ステップＳ４ｂにおいて一致を検出するまでステップＳ３ｂとステップＳ４ｂのルーチンを繰り返し実行する。
【００４３】
ステップＳ７ａでは、ステップＳ４ａ，Ｓ４ｂにおいて電子部品２ａ，２ｂに所定の温度履歴を与えることが完了したかチェックし、電子部品２ａ，２ｂに所定の温度履歴を与えることが完了したとステップＳ７ａで判定すると、ステップＳ８ａでは、ステップＳ８と同じように回路基板１を評価する。
【００４４】
このように実施の形態２では、ステップＳ２ａ〜ステップＳ４ａと、ステップＳ２ｂ〜ステップＳ４ｂとを並列処理しているため実施の形態１よりもさらに試験時間の短縮を実現できる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３を示す。
実施の形態１では、ペルチェ素子３ａの上に回路基板１が直接にセットされていたため、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間においても回路基板１がペルチェ素子３ａに接触しており、加熱期間の熱量がペルチェ素子３ａを介して放熱されてしまって熱効率の低下がある。
【００４６】
これに対して実施の形態２では、図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、昇降装置３３の昇降台３１の上にセットされており、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間に昇降装置３３に指示して支持ポスト３２を図５（ｂ）に示すように矢印ＵＰ方向に押し出すことによって、昇降台３１がペルチェ素子３ａの冷却面から持ち上がるように構成されている。その他は実施の形態１と同じである。
【００４７】
このように構成したため、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間には昇降台３１とペルチェ素子３ａの冷却面との間に隙間ｇが形成されるため、加熱を効果的に行うことができる。そして、ステップＳ３，ステップＳ６での冷却期間には昇降台３１を図５（ａ）に示すように昇降装置３３に指示して支持ポスト３２を後退させて昇降台３１を降下させて昇降台３１をペルチェ素子３ａの冷却面に接触させることによって、室温以下への冷却が可能になり、効率よく冷却することができる。
【００４８】
なお、実施の形態２においても実施の形態３を同様に実施することができる。
（実施の形態４）
図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態４を示す。
【００４９】
実施の形態１と実施の形態２における回路基板１の支持方法は、ペルチェ素子３ａの上に載置して支持されており、実施の形態３における回路基板１の支持方法は、昇降台３１の上に載置して支持されていた。
【００５０】
これに対して図６（ａ）（ｂ）に示す実施の形態４では、支持アーム４１に取り付けた保持部４２によって、回路基板１の外周部を掴んで保持するよう構成されており、回路基板１は支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている。
【００５１】
さらに、この実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３に見られたペルチェ素子３ａが使用されていない。具体的には、この実施の形態４における回路基板１では、上面に電子部品２ａ，２ｂが実装されており、下面には電子部品２ｃが実装されている。そして、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間には図６（ａ）に示すように、支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている回路基板１の電子部品２ｂ，２ｃにレーザ光７を照射する。電子部品２ｂ，２ｃにレーザ光７を同時に照射することが必要な場合には、実施の形態２と同様に複数の鏡筒とそれに関連する同様の装置を設けることによって実現できる。
【００５２】
ステップＳ３，ステップＳ６での冷却期間には図６（ｂ）に示すように、支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている回路基板１の電子部品２ｂ，２ｃにノズル２３ａ，２３ｂから気体冷媒２４を噴き付けることによって冷却している。
【００５３】
この支持アーム４１に取り付けた保持部４２によって回路基板１を空中に支持した場合には、両面の電子部品に同時に温度サイクルを与えることができるだけでなく、電子部品ごとに異なる温度サイクルを与えることもできる。その他は実施の形態１と同じである。
【００５４】
（実施の形態５）
図７と図８は本発明の実施の形態５を示す。
実施の形態１ではレーザ発振器５から出射した光を、鏡筒２６を介して電子部品２ａ，２ｂに照射したが、図７においては、ＬＤレーザアレイ５１から出射したレーザ光５５を電子部品２ａ，２ｂに直接に照射している。温度プロファイルに応じて信号線５９から出力制御機５４へ出力信号が与えられ、その指令が信号線５３により保持機構５２内のＬＤレーザアレイ５１に与えられる。指令に応じて個々のＬＤレーザの電気入力を変え出力状態が制御される。そして回路基板１上の電子部品２ａにレーザ光５５ａが照射される。ＬＤレーザ光は広がりながら進むので、レーザ出力とＬＤレーザアレイ５１と電子部品２ａとの距離により、照射スポット径や加熱速度を制御できる。大型の電子部品２ｂには複数のレーザ光５５ｂを照射することで、照射面積の制御もできる。
【００５５】
（実施の形態６）
図８は実施の形態６の加熱冷却試験方法および装置の回路基板近傍の時間経過を示す概念図である。図８において、６０はＬＤレーザ素子、６１ははんだ部である。小型の電子部品が密に並んでいる場合にも、ＬＤレーザアレイ５１によってレーザ光を平面的に配置することで、容易にそれぞれの電子部品に温度サイクルを与えることができるだけでなく、個別の加熱速度の制御ができる。その他は実施の形態１と同じである。
【００５６】
但し、実施の形態１では鏡筒２６を介して検出器８が温度測定と位置制御に使用する画像を得ていたが、この実施の形態５では、温度計測とカメラ機能を有した検出器を別途用意して、レーザ光５５ａ，５５ｂの電子部品２ａ，２ｂへの照射位置を撮影して必要な情報を取得することが必要である。
【００５７】
図８（ａ）では電子部品２ａと２ｂに所定の強度のレーザ光５５ａと５５ｂが照射されて、それぞれの加熱が行われる。所定の時間が経過した図８（ｂ）では電子部品２ａと２ｃに所定の強度のレーザ光５５ａ，５５ｃが照射されて加熱が行われ、さらに時間経過した図８（ｃ）では電子部品２ａ，２ｂと２ｄに所定の強度のレーザ光５５ａ，５５ｂと５５ｄが照射されている。例えばレーザ光５５ａの強度を小さくして加熱をゆっくり行い、レーザ光５５ｂ，５５ｃ，５５ｄの強度を大きくすれば、電子部品２ａを加熱している間に、他の電子部品２ｂ，２ｃおよび２ｄには加熱冷却を与えることができる。したがって長時間の温度サイクル試験を終える際には、一度の試験でそれぞれの電子部品に異なる温度サイクル数を与えることができる。このため加熱冷却時間の異なる一つの基板上の２つ以上の部品を、一つの加熱冷却装置の中で一度に温度サイクル試験を実施することができ、温度サイクル試験の時間を短縮することが可能となる。
【００５８】
上記の各実施の形態では、レーザ光を照射して加熱したが、赤外線などの他の電磁波や電子ビームでも良い。高いエネルギー密度と自在性からレーザ光が優れている。またレーザ発振器５や鏡筒２６は槽４の内部に設置しても良い。槽４についてもこれを設けなくても実施することができる。具体的には、赤外線などの他の電磁波や電子ビームを使用する場合で、槽４を使用する場合には、使用する電磁波や電子ビームに対して透過性のある材料によって槽４の少なくとも一部を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、各種電子機器の信頼性の向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 回路基板
２ａ，２ｂ 電子部品
３，３ａ，３ｂ ペルチェ素子（固体冷媒）
４ 槽
５，５ａ，５ｂ レーザ発振器（電磁波発生装置）
６ 光ファイバー
７ レーザ光
８，８ａ，８ｂ 検出器
９ ハーフミラー
１０ａ，１０ｂ レンズ
１２ａ，１２ｂ はんだ部
１３ ポンプ
１４，１４ａ，１４ｂ 第１の制御機
１５ 保持機構
１６ 支持機構
１８ａ，１８ｂ 駆動機構
１９，１９ａ，１９ｂ 第２の制御機
２１，２１ａ，２１ｂ マスク
２２ 導入口
２３，２３ａ，２３ｂ ノズル
２４ 気体冷媒
２５ ホース
２６，２６ａ，２６ｂ 鏡筒
３１ 昇降台
３２ 支持ポスト
３３ 昇降装置
４１ 支持アーム
４２ 保持部
５１ ＬＤレーザアレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を回路基板に実装した後の接続信頼性試験に関し、特にはんだ接続部における接続信頼性試験の加熱冷却試験方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱冷却試験方法および装置としては、電子部品を回路基板に実装した試験試料を大型の試験槽に入れ、試験条件として低温および高温それぞれの保持時間を指定し、繰り返し温度サイクルの負荷を与えた後、所定のサイクル終了時に試験試料を取り出して温度サイクルによる導通抵抗やはんだ接合強度の変化を調べることにより、接続信頼性の寿命を推定する方法が用いられてきた。導通抵抗を測定する場合は、試験槽から試験試料を取り出すことなく連続で測定する方法も採られていた。
【０００３】
通常、温度サイクル条件は、電子機器の使用環境を想定し、加速係数を考慮のうえ設定される。一般的には、低温側の温度として−４０℃、高温側の温度として１２５℃、それぞれの温度における保持時間として３０分を設定する場合が多く、試験期間としては１０００サイクル以上実施される場合が多い。
【０００４】
しかし上記した従来の信頼性試験では、低温側および高温側の所定温度における保持時間として、それぞれ３０分を設定する場合が多く、さらに試験期間として１０００サイクル以上実施される場合が多いため、試験結果が得られるまでに約３ヶ月以上の長期間を要し、製品開発の短縮が困難になるという問題点がある。
【０００５】
また、従来の信頼性試験においては、その雰囲気下に電子部品を実装した回路基板を置くため、試験試料全体の温度変化となるが、実使用状態においては部品単体での発熱による影響が大きく、局所的な温度変化となるため実使用環境と一致しない条件での試験となる問題がある。
【０００６】
これら従来技術の問題点を解決するために、特許文献１などには、回路基板に直接ペルチェ素子を貼り付け、ペルチェ素子に流れる電流の制御により基板に局所的に低温および高温の温度負荷を繰り返し加え、局所的に温度サイクル負荷をかけながら試験試料の導通抵抗の変化を測定するものがある。
【０００７】
図９は、特許文献１に記載された加熱冷却試験装置を示す。
温度時間制御装置１０６から電流制御装置１０３に対して設定値に対応した信号が出力され、電流制御装置１０３からペルチェ素子１０１に設定された電流が流される。同時に熱電対１０２に生じた熱起電力による電位差を温度測定装置１０４により測定し、電位差に対応した温度が測定されて温度時間制御装置１０６に入力される。温度時間制御装置１０６では、測定された温度と設定された温度を比較および監視する。温度が設定値に達したあとは、その温度における設定された保持時間の間、温度が一定になるように電流を制御し、設定された保持時間が経過すると、温度時間制御装置１０６から信号が出力され、電流制御装置１０３はペルチェ素子１０１に流す電流の向きを変え、もう一方の設定温度になるまで温度を変化させ、その温度における設定された保持時間が経過するまで制御する。その後はまた、電流の向きを変える。この一連の動作の繰り返しにより、試験試料に繰り返し温度サイクル試験を行う。１０５は導通抵抗測定装置、１０７は回路基板、１０８は電子部品である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３４６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、高さの異なる電子部品にペルチェ素子１０１を面接触させて温度サイクルを与えることや、ペルチェ素子１０１の面積が大きいため面接触した複数の小さな電子部品に対し選択的に温度サイクルを与えるのは困難である。また温度サイクルを与える電子部品表面の温度を測定することが困難なため、測定したはんだ温度の情報をもとに電子部品の温度制御を行うのに時間的な遅れが生じるという課題を有している。
【００１０】
本発明は、形状の異なる電子部品に対しても、実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることのできる加熱冷却試験方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の加熱冷却試験方法は、複数の電子部品が実装された回路基板を評価するに際し、前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施し、温度履歴を与えた前記回路基板を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、形状の異なる電子部品に対して、非接触で温度測定しながら自己発熱と同様の熱伝導現象を起こすことで、実際の破壊現象を引き起こすような熱過程の温度サイクルを与えることができるだけでなく、信頼性試験を短い時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における加熱冷却試験装置の構成図
【図２】同実施の形態の要部のフローチャート図
【図３】本発明の実施の形態２における加熱冷却試験装置の構成図
【図４】同実施の形態の要部のフローチャート図
【図５】本発明の実施の形態３における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図６】本発明の実施の形態４における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図７】本発明の実施の形態５における加熱冷却試験装置の要部の構成図
【図８】同実施の形態の工程の説明図
【図９】従来の加熱冷却試験方法および装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における加熱冷却試験方法の実施に使用する加熱冷却試験装置を示す。概要は、回路基板上の電子部品表面に対し、電子部品の形状に従って単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射し、電子部品の昇温速度を制御し、所定の最高温度に到達させて保持した後、冷却して所定の最低温度で保持する温度サイクルを繰り返すものである。
【００１５】
図１において、試験試料は電子部品２ａ，２ｂが表面に実装された回路基板１であって、この回路基板１を試験する加熱冷却試験装置は次のように構成されている。
回路基板１がセットされる槽４内には、固体冷媒であるペルチェ素子３が設けられている。槽４の外周の一部には透明な窓１１が設置されており、透明な窓１１はレーザ等の光を透過できる材質で構成されている。前記電子部品２ａ，２ｂを加熱するためには、電磁波発生装置としてのレーザ発振器５とレーザ発振器５から出射した光を回路基板１に照射する鏡筒２６などが設けられている。８は温度計測とカメラ機能を有した検出器である。１４は第１の制御機で、検出器８により非接触で測定したと時々の目標温度を指定する温度プロファイルと照らし合わせて、前記レーザ発振器５と第２の制御機１９を介して前記ペルチェ素子３への通電を制御して、温度測定位置の加熱速度と最高温度ならびに最高温度保持時間、温度測定位置の冷却速度と最低温度ならびに最低温度保持時間を制御する。また、この第１の制御機１４は、検出器８の撮像画像基づいて駆動機構１８を介して保持機構１５を制御する。１６は鏡筒２６の保持機構１５を移動させる支持機構である。
【００１６】
第１，第２の制御機１４，１９と駆動機構１８の構成を試験工程を示す図２のフローに基づいて説明する。ここでは、電子部品２ａ，２ｂに対して所定回数の温度サイクルを与えた後に、電子部品２ａ，２ｂを回路基板１にはんだ接続しているはんだ部１２ａ，１２ｂの異常の有無の評価を例に挙げて説明する。
【００１７】
ステップＳ１では、回路基板１をペルチェ素子３の上にセットする。
ステップＳ２では、回路基板１上に実装された高さの異なる電子部品のうち、高さの低い電子部品２ａ上にだけ、レーザ光７に対して透明な窓１１を通してレーザ光７を照射するように駆動機構１８を介して鏡筒２６の位置制御を実施する。レーザ発振器５から出射した光は、光ファイバー６で誘導し、位置制御された後の鏡筒２６の内部に取り付けられたハーフミラー９とレンズ１０ａ，１０ｂを介して照射スポットの径を調節する。
【００１８】
ステップＳ３では、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ａの加熱と冷却を実施する。つまり、検出器８により非接触で測定した電子部品２ａの表面温度と、第１の制御機１４に予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４が加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ａの周辺をマスク２１で覆う。回路基板１には表面に銅箔などからなる配線パターンが形成されており、この配線パターンにレーザ光７の反射光や散乱光が当たると急激に温度上昇してしまうので、電子部品２ａ，２ｂの温度変化に伴うはんだ部１２ａ，１２ｂ評価を行えなくなるため、このような事態を回避するためにマスク２１は有効である。
【００１９】
また、照射スポットの径や面内の強度分布を調節して電子部品２ａの表面を加熱しており、レーザ光７による加熱は非接触であるため、高さの高い電子部品２ｂが隣接していても接触式のように干渉が発生せず、高さの低い電子部品２ａだけを加熱できる。この際、電子部品２ａと接続したはんだ部１２ａにレーザ光７が直接に照射されないよう、電子部品２ａの上面の面積より小さい照射径になるようにレーザ光７を照射する。
【００２０】
これにより、電子部品表面の温度や面内の温度分布を所望のものにし、加熱速度と最高温度ならびに最高温度保持時間を制御することができる。
冷却時の第１の制御機１４は、検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるように第２の制御機１９を介してペルチェ素子３への通電を制御して冷却速度を制御し、最低温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持する。
【００２１】
例えば、ステップＳ３のより具体例は、電子部品２ａの形状に応じてレーザ出力１２Ｗを照射スポット直径５ｍｍで電子部品２ａへ照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達する。はんだ部１２ａの温度は、このとき１０５℃になっていた。冷却時にはペルチェ素子３の温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ａはほぼ−４０℃に達していた。加熱や冷却に要する時間は、それぞれ従来の大型試験槽では１５分程度を要していたものに比べて、時間短縮できることがわかる。
【００２２】
なおステップＳ３では、検出器８のカメラ機能にてレーザ光７の照射位置と電子部品２ａの相対位置を絶えず確認し、熱膨張や振動により位置ずれが発生した場合は、第１の制御機１４から信号線２０を通じて駆動機構１８に指示を与え、鏡筒２６の保持機構１５を支持機構１６によって移動させる。
【００２３】
また、冷却は回路基板１の裏側に設置されたペルチェ素子３によって行うが、さらに気体冷媒２４をホース２５により誘導してノズル２３から電子部品または回路基板１などに噴き付けると、一層効果的に冷却することができ、時間短縮できる。
【００２４】
また、槽４内の雰囲気は、ポンプ１３により排気した後、導入口２２から他の気体等を導入することにより、不活性雰囲気や湿度制御などができる。槽４内を不活性ガス雰囲気にすると、大気雰囲気に比べて、電子部品２ａのレーザ照射面や、はんだ部１２ａの酸化を減少させることが出来る。また槽４内の湿度を高めて試験を行うことで、船舶などで使用される回路基板に要求される環境試験を行うこともできる。
【００２５】
ステップＳ４では、ステップＳ３での昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３に戻って、ステップＳ４において一致を検出するまでステップＳ３とステップＳ４のルーチンを繰り返し実行する。
【００２６】
ステップＳ４で一致を検出すると、ステップＳ５を実行する。
ステップＳ５では、電子部品２ｂにだけレーザ光７を照射するよう駆動機構１８を介して鏡筒２６の位置制御を実施する。この例の電子部品２ｂは電子部品２ａと比べ、径は同じで高さが２倍であって、鏡筒２６の位置制御は、鏡筒２６を電子部品２ｂ上に移動させて照射スポット径が電子部品２ａの場合と同じになるように上方へ移動させる。
【００２７】
ステップＳ６では、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ｂの加熱と冷却をステップＳ３と同様に実施する。つまり、第１の制御機１４に予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４が加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ｂの周辺をマスク２１で覆う。
【００２８】
より具体的には、電子部品２ｂの容積は電子部品２ａの２倍であるため、第１の制御機１４は、電子部品２ａと電子部品２ｂの形状の違いに応じて、単位時間あたりの照射熱量が異なるレーザ光が照射するように制御する。この場合には、レーザ出力２４Ｗを電子部品２ｂに照射すると、電子部品２ｂの表面温度は約２分で１５０℃に達した。冷却時にはペルチェ素子３の温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ｂはほぼ−４０℃に達していた。
【００２９】
ステップＳ７では、ステップＳ６での昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ６に戻って、ステップＳ７において一致を検出するまでステップＳ６とステップＳ７のルーチンを繰り返し実行する。
【００３０】
ステップＳ８では、温度サイクルを経てきた回路基板１を評価する。具体的には、回路基板１へ通電して電気的な性能検査を実施して、目的の性能を発揮すれば合格と判定して信頼性試験を終了する。または、はんだ部１２ａ，１２ｂの表面状態を画像診断して異常がなければ合格と判定して信頼性試験を終了する。
【００３１】
なお、ステップＳ３とステップＳ６の実施に際して必要となる電子部品２ａ，２ｂの実装位置のデータならびにその形状データは、試験開始の際に実装位置のデータならびにその形状データを設定入力するか、製造ラインにおいて回路基板１に電子部品を実装する組立装置にセットされているデータを参照して、試験個所とする電子部品である電子部品２ａ，２ｂを指定して前記寸法データを読み出して自動設定することができる。
【００３２】
このように、形状の異なる電子部品に対して昇温速度を制御できるので、電子部品からはんだ部に熱が移動する自己発熱と同様の現象を起こすことができる。さらに、電子部品２ａ，２ｂからはんだ部１２ａ，１２ｂに熱が移動する自己発熱と同様の熱伝導現象を、従来の大型試験槽を使用して評価する場合に比べて短時間に与えることができ、試験に要する時間の短縮を実現できる。
【００３３】
この実施の形態では、ステップＳ１〜ステップＳ８までのルーチンを実行するよう構成されたものを加熱冷却試験装置であるとして説明したが、ステップＳ１〜ステップＳ７までのルーチンを実行するよう構成されたものを加熱冷却試験装置として、ステップＳ８の評価を目視によって係員が実施することもできる。
【００３４】
また、前記温度サイクルの最高温度の設定によっては、はんだ部１２ａ，１２ｂのレーザ光７が照射された部分に温度上昇に起因した変色等の痕跡を残すことができる。このことは、はんだ部１２ａ，１２ｂにおける前記痕跡の有無によって、この加熱冷却試験装置を使用して温度履歴を与えられた回路基板１であるのか、加熱冷却試験装置を使用して温度履歴を与えられる前の回路基板１であるのかを判別することができ、上記のようにステップＳ８の評価を係員が目視によって実施するような加熱冷却試験方法の場合に有効である。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１では電子部品２ａ，２ｂに温度履歴を与えるために、一つの鏡筒２６を電子部品２ａの側から電子部品２ｂの側に移動させて実行するように構成したが、実施の形態１の鏡筒２６とそれに関連する装置として、図３に示すように電子部品２ａにレーザ光７を照射する鏡筒２６ａとそれに関連する同様の装置と、電子部品２ｂにレーザ光７を照射する鏡筒２６ｂとそれに関連する同様の装置を設け、実施の形態１の図２のステップＳ２〜ステップＳ４に相当する図４に示したステップＳ２ａ〜ステップＳ４ａを実施するのと並列に、実施の形態１の図２のステップＳ５〜ステップＳ７に相当する図４に示したステップＳ２ｂ〜ステップＳ４ｂを実施して、電子部品２ａ，２ｂにレーザ光を照射して並列処理することもできる。その他は実施の形態１と同じである。
【００３６】
具体的には、次のように構成されている。
ステップＳ１では、回路基板１における電子部品２ａの実装位置の裏面側がペルチェ素子３ａの上面に接触し、回路基板１における電子部品２ｂの実装位置の裏面側がペルチェ素子３ｂの上面に接触するように、回路基板１をペルチェ素子３ａ，３ｂの上にセットする。
【００３７】
ステップＳ２ａでは、窓１１とマスク２１ａを通してレーザ光７を電子部品２ａに照射するように、駆動機構１８ａを介して鏡筒２６ａの位置制御を実施する。このステップＳ２ａと並行にステップＳ２ｂでは、電子部品２ｂ上に窓１１とマスク２１ｂを通してレーザ光７を照射するように駆動機構１８ｂを介して鏡筒２６ｂの位置制御を実施する。この例の電子部品２ｂは電子部品２ａと比べ、径は同じで高さが２倍であって、鏡筒２６ｂの位置制御は、鏡筒２６を電子部品２ｂ上に移動させて照射スポット径が電子部品２ａの場合と同じになるように鏡筒２６ａに比べて上方へ移動させる。
【００３８】
ステップＳ３ａでは、加熱と冷却の温度履歴を１サイクルとして電子部品２ａの加熱と冷却を実施する。つまり、検出器８により非接触で測定した電子部品２ａの表面温度と、第１の制御機１４ａに予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４ａが加熱時には検出器８ａの検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５に出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ａに当たらないように電子部品２ａの周辺をマスク２１ａで覆う。また、照射スポットの径や面内の強度分布を調節して電子部品２ａの表面を加熱しており、レーザ光７による加熱は非接触であるため、高さの高い電子部品２ｂが隣接していても接触式のように干渉が発生せず、高さの低い電子部品２ａだけを加熱できる。この際、電子部品２ａと接続したはんだ部１２ａにレーザ光７が直接に照射されないよう、電子部品２ａの上面の面積より小さい照射径になるようにレーザ光７を照射する。冷却時の第１の制御機１４ａは、検出器８ａの検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるように第２の制御機１９ａを介してペルチェ素子３ａへの通電を制御して冷却速度を制御し、最低温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持する。
【００３９】
例えば、ステップＳ３のより具体例は、レーザ出力１２Ｗを照射スポット直径５ｍｍで電子部品２ａへ照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達する。はんだ部１２ａの温度は、このとき１０５℃になっていた。冷却時にはペルチェ素子３ａの温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ａはほぼ−４０℃に達していた。
【００４０】
このステップＳ３ａと並行にステップＳ３ｂでは、検出器８ｂにより非接触で測定した電子部品２ｂの表面温度と、第１の制御機１４ｂに予め設定された温度プロファイルの加熱冷却曲線と照らし合わせて、第１の制御機１４ｂが加熱時には検出器８の検出温度が前記温度プロファイルから読み出した時々の目標温度に近付けるようにレーザ発振器５ｂに出力の指示を与え、最高温度に達した後は、その温度を前記温度プロファイルにおいて設定されている時間だけ維持し、後に冷却するように指示を出す。また反射光や散乱光がはんだ部１２ｂに当たらないように電子部品２ｂの周辺をマスク２１ｂで覆う。検出器８ｂにより非接触で測定した電子部品２ｂの表面温度を、第１の制御機１４ｂにて電子部品２ａの場合とは異なる加熱冷却曲線と照らし合わせて、低温時にはレーザ発振器５ｂに出力の指示を与え、最高温度に達した後はその温度を維持し、後にペルチェ素子３ｂに冷却するように指示を出す。電子部品２ｂの容積は電子部品２ａの２倍であるため、レーザ出力２４Ｗを照射すると、電子部品２ａの表面温度は約２分で１５０℃に達した。冷却時にはペルチェ素子３ｂの温度を−４０℃に設定すると、レーザ照射を停止して約３分後に電子部品２ｂはほぼ−４０℃に達していた。
【００４１】
ステップＳ４ａでは、ステップＳ３ａでの昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、電子部品２ａに対して加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３ａに戻って、ステップＳ４ａにおいて一致を検出するまでステップＳ３ａとステップＳ４ａのルーチンを繰り返し実行する。
【００４２】
ステップＳ４ｂでは、ステップＳ３ｂでの昇温と降温の一サイクルをカウント＋１として計数し、電子部品２ｂに対して加熱と冷却のサイクルが所定回数だけ完了したかチェックし、所定回数に達していない場合にはステップＳ３ｂに戻って、ステップＳ４ｂにおいて一致を検出するまでステップＳ３ｂとステップＳ４ｂのルーチンを繰り返し実行する。
【００４３】
ステップＳ７ａでは、ステップＳ４ａ，Ｓ４ｂにおいて電子部品２ａ，２ｂに所定の温度履歴を与えることが完了したかチェックし、電子部品２ａ，２ｂに所定の温度履歴を与えることが完了したとステップＳ７ａで判定すると、ステップＳ８ａでは、ステップＳ８と同じように回路基板１を評価する。
【００４４】
このように実施の形態２では、ステップＳ２ａ〜ステップＳ４ａと、ステップＳ２ｂ〜ステップＳ４ｂとを並列処理しているため実施の形態１よりもさらに試験時間の短縮を実現できる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３を示す。
実施の形態１では、ペルチェ素子３ａの上に回路基板１が直接にセットされていたため、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間においても回路基板１がペルチェ素子３ａに接触しており、加熱期間の熱量がペルチェ素子３ａを介して放熱されてしまって熱効率の低下がある。
【００４６】
これに対して実施の形態２では、図５（ａ）と図５（ｂ）に示すように、昇降装置３３の昇降台３１の上にセットされており、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間に昇降装置３３に指示して支持ポスト３２を図５（ｂ）に示すように矢印ＵＰ方向に押し出すことによって、昇降台３１がペルチェ素子３ａの冷却面から持ち上がるように構成されている。その他は実施の形態１と同じである。
【００４７】
このように構成したため、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間には昇降台３１とペルチェ素子３ａの冷却面との間に隙間ｇが形成されるため、加熱を効果的に行うことができる。そして、ステップＳ３，ステップＳ６での冷却期間には昇降台３１を図５（ａ）に示すように昇降装置３３に指示して支持ポスト３２を後退させて昇降台３１を降下させて昇降台３１をペルチェ素子３ａの冷却面に接触させることによって、室温以下への冷却が可能になり、効率よく冷却することができる。
【００４８】
なお、実施の形態２においても実施の形態３を同様に実施することができる。
（実施の形態４）
図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態４を示す。
【００４９】
実施の形態１と実施の形態２における回路基板１の支持方法は、ペルチェ素子３ａの上に載置して支持されており、実施の形態３における回路基板１の支持方法は、昇降台３１の上に載置して支持されていた。
【００５０】
これに対して図６（ａ）（ｂ）に示す実施の形態４では、支持アーム４１に取り付けた保持部４２によって、回路基板１の外周部を掴んで保持するよう構成されており、回路基板１は支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている。
【００５１】
さらに、この実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３に見られたペルチェ素子３ａが使用されていない。具体的には、この実施の形態４における回路基板１では、上面に電子部品２ａ，２ｂが実装されており、下面には電子部品２ｃが実装されている。そして、ステップＳ３，ステップＳ６での加熱期間には図６（ａ）に示すように、支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている回路基板１の電子部品２ｂ，２ｃにレーザ光７を照射する。電子部品２ｂ，２ｃにレーザ光７を同時に照射することが必要な場合には、実施の形態２と同様に複数の鏡筒とそれに関連する同様の装置を設けることによって実現できる。
【００５２】
ステップＳ３，ステップＳ６での冷却期間には図６（ｂ）に示すように、支持アーム４１によって槽４の空間中に保持されている回路基板１の電子部品２ｂ，２ｃにノズル２３ａ，２３ｂから気体冷媒２４を噴き付けることによって冷却している。
【００５３】
この支持アーム４１に取り付けた保持部４２によって回路基板１を空中に支持した場合には、両面の電子部品に同時に温度サイクルを与えることができるだけでなく、電子部品ごとに異なる温度サイクルを与えることもできる。その他は実施の形態１と同じである。
【００５４】
（実施の形態５）
図７と図８は本発明の実施の形態５を示す。
実施の形態１ではレーザ発振器５から出射した光を、鏡筒２６を介して電子部品２ａ，２ｂに照射したが、図７においては、ＬＤレーザアレイ５１から出射したレーザ光５５を電子部品２ａ，２ｂに直接に照射している。温度プロファイルに応じて信号線５９から出力制御機５４へ出力信号が与えられ、その指令が信号線５３により保持機構５２内のＬＤレーザアレイ５１に与えられる。指令に応じて個々のＬＤレーザの電気入力を変え出力状態が制御される。そして回路基板１上の電子部品２ａにレーザ光５５ａが照射される。ＬＤレーザ光は広がりながら進むので、レーザ出力とＬＤレーザアレイ５１と電子部品２ａとの距離により、照射スポット径や加熱速度を制御できる。大型の電子部品２ｂには複数のレーザ光５５ｂを照射することで、照射面積の制御もできる。
【００５５】
（実施の形態６）
図８は実施の形態６の加熱冷却試験方法および装置の回路基板近傍の時間経過を示す概念図である。図８において、６０はＬＤレーザ素子、６１ははんだ部である。小型の電子部品が密に並んでいる場合にも、ＬＤレーザアレイ５１によってレーザ光を平面的に配置することで、容易にそれぞれの電子部品に温度サイクルを与えることができるだけでなく、個別の加熱速度の制御ができる。その他は実施の形態１と同じである。
【００５６】
但し、実施の形態１では鏡筒２６を介して検出器８が温度測定と位置制御に使用する画像を得ていたが、この実施の形態５では、温度計測とカメラ機能を有した検出器を別途用意して、レーザ光５５ａ，５５ｂの電子部品２ａ，２ｂへの照射位置を撮影して必要な情報を取得することが必要である。
【００５７】
図８（ａ）では電子部品２ａと２ｂに所定の強度のレーザ光５５ａと５５ｂが照射されて、それぞれの加熱が行われる。所定の時間が経過した図８（ｂ）では電子部品２ａと２ｃに所定の強度のレーザ光５５ａ，５５ｃが照射されて加熱が行われ、さらに時間経過した図８（ｃ）では電子部品２ａ，２ｂと２ｄに所定の強度のレーザ光５５ａ，５５ｂと５５ｄが照射されている。例えばレーザ光５５ａの強度を小さくして加熱をゆっくり行い、レーザ光５５ｂ，５５ｃ，５５ｄの強度を大きくすれば、電子部品２ａを加熱している間に、他の電子部品２ｂ，２ｃおよび２ｄには加熱冷却を与えることができる。したがって長時間の温度サイクル試験を終える際には、一度の試験でそれぞれの電子部品に異なる温度サイクル数を与えることができる。このため加熱冷却時間の異なる一つの基板上の２つ以上の部品を、一つの加熱冷却装置の中で一度に温度サイクル試験を実施することができ、温度サイクル試験の時間を短縮することが可能となる。
【００５８】
上記の各実施の形態では、レーザ光を照射して加熱したが、赤外線などの他の電磁波や電子ビームでも良い。高いエネルギー密度と自在性からレーザ光が優れている。またレーザ発振器５や鏡筒２６は槽４の内部に設置しても良い。槽４についてもこれを設けなくても実施することができる。具体的には、赤外線などの他の電磁波や電子ビームを使用する場合で、槽４を使用する場合には、使用する電磁波や電子ビームに対して透過性のある材料によって槽４の少なくとも一部を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、各種電子機器の信頼性の向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 回路基板
２ａ，２ｂ 電子部品
３，３ａ，３ｂ ペルチェ素子（固体冷媒）
４ 槽
５，５ａ，５ｂ レーザ発振器（電磁波発生装置）
６ 光ファイバー
７ レーザ光
８，８ａ，８ｂ 検出器
９ ハーフミラー
１０ａ，１０ｂ レンズ
１２ａ，１２ｂ はんだ部
１３ ポンプ
１４，１４ａ，１４ｂ 第１の制御機
１５ 保持機構
１６ 支持機構
１８ａ，１８ｂ 駆動機構
１９，１９ａ，１９ｂ 第２の制御機
２１，２１ａ，２１ｂ マスク
２２ 導入口
２３，２３ａ，２３ｂ ノズル
２４ 気体冷媒
２５ ホース
２６，２６ａ，２６ｂ 鏡筒
３１ 昇降台
３２ 支持ポスト
３３ 昇降装置
４１ 支持アーム
４２ 保持部
５１ ＬＤレーザアレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価するに際し、
前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施し、
温度履歴を与えた前記回路基板を評価する
加熱冷却試験方法。
【請求項２】
前記電子部品の表面温度を非接触で測定し、それを反映させて前記昇温の加熱速度および最高温度の保持時間を制御し、また、前記電子部品の表面温度を非接触で測定し、それを反映させて前記冷却の速度と最低温度での保持時間とを制御する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項３】
複数の前記電子部品に対し付与する温度サイクルは異なることを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項４】
前記電磁波はレーザ光であることを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項５】
前記電子部品と接続したはんだ部に反射光や散乱光が照射されないようにマスクを設置して前記電子部品を加熱する
請求項４記載の加熱冷却試験方法。
【請求項６】
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒を接触させて冷却する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項７】
前記固体冷媒は前記温度サイクルの間は前記回路基板に接触している
請求項６記載の加熱冷却試験方法。
【請求項８】
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒（３）を接触させて冷却するとともに、前記電子部品に冷却用気体を噴き付け、前記回路基板の両面から冷却する請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項９】
前記昇温時には、前記回路基板の前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒を離間させ、
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に前記固体冷媒を接触させて冷却する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１０】
前記回路基板の両面に電子部品が実装されている場合には、前記回路基板の両面に実装された前記電子部品に電磁波を照射して昇温を実施し、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１１】
前記回路基板および前記固体冷媒は密閉された槽の中に設置され、前記槽の少なくとも一部は前記電磁波に対して透過性のある材料で構成され、槽の外部から前記電子部品に電磁波を照射することを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１２】
前記槽内の雰囲気を大気以外に変更することができることを特徴とする
請求項１１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１３】
電磁波としてレーザ光を電子部品に照射し、レーザ光の照射位置をカメラで撮像し、そのカメラの画像情報をもとに前記電子部品における前記レーザ光の照射位置を制御する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１４】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
前記電子部品の表面に電磁波を照射する電磁波発生装置と、
前記回路基板を冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を非接触で測定する非接触温度測定器と、
前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施する制御機と
を設けた
加熱冷却試験装置。
【請求項１５】
前記電磁波発生装置はレーザ発振器である
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１６】
前記電磁波発生装置は半導体レーザである
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１７】
前記制御機は、半導体レーザの出射強度を制御する
請求項１６記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１８】
前記複数の電子部品に同時に電磁波を照射するように前記電磁波発生装置は複数台である
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価するに際し、
前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施し、
温度履歴を与えた前記回路基板を評価する
加熱冷却試験方法。
【請求項２】
前記電子部品の表面温度を非接触で測定し、それを反映させて前記昇温の加熱速度および最高温度の保持時間を制御し、また、前記電子部品の表面温度を非接触で測定し、それを反映させて前記冷却の速度と最低温度での保持時間とを制御する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項３】
複数の前記電子部品に対し付与する温度サイクルは異なることを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項４】
前記電磁波はレーザ光であることを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項５】
前記電子部品と接続したはんだ部に反射光や散乱光が照射されないようにマスクを設置して前記電子部品を加熱する
請求項４記載の加熱冷却試験方法。
【請求項６】
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒を接触させて冷却する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項７】
前記固体冷媒は前記温度サイクルの間は前記回路基板に接触している
請求項６記載の加熱冷却試験方法。
【請求項８】
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒（３）を接触させて冷却するとともに、前記電子部品に冷却用気体を噴き付け、前記回路基板の両面から冷却する請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項９】
前記昇温時には、前記回路基板の前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に固体冷媒を離間させ、
前記冷却は、前記電子部品が設けられている反対側から前記回路基板に前記固体冷媒を接触させて冷却する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１０】
前記回路基板の両面に電子部品が実装されている場合には、前記回路基板の両面に実装された前記電子部品に電磁波を照射して昇温を実施し、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１１】
前記回路基板および前記固体冷媒は密閉された槽の中に設置され、前記槽の少なくとも一部は前記電磁波に対して透過性のある材料で構成され、槽の外部から前記電子部品に電磁波を照射することを特徴とする
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１２】
前記槽内の雰囲気を大気以外に変更することができることを特徴とする
請求項１１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１３】
電磁波としてレーザ光を電子部品に照射し、レーザ光の照射位置をカメラで撮像し、そのカメラの画像情報をもとに前記電子部品における前記レーザ光の照射位置を制御する
請求項１記載の加熱冷却試験方法。
【請求項１４】
複数の電子部品が実装された回路基板を評価する加熱冷却試験装置であって、
前記電子部品の表面に電磁波を照射する電磁波発生装置と、
前記回路基板を冷却する冷却装置と、
前記電子部品の温度を非接触で測定する非接触温度測定器と、
前記電子部品の表面に前記電子部品の形状に応じて単位時間あたりの照射熱量が異なる電磁波を照射して昇温させ、その後に前記電子部品を冷却する温度サイクルを繰り返し実施する制御機と
を設けた
加熱冷却試験装置。
【請求項１５】
前記電磁波発生装置はレーザ発振器である
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１６】
前記電磁波発生装置は半導体レーザである
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１７】
前記制御機は、半導体レーザの出射強度を制御する
請求項１６記載の加熱冷却試験装置。
【請求項１８】
前記複数の電子部品に同時に電磁波を照射するように前記電磁波発生装置は複数台である
請求項１４記載の加熱冷却試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１２５１８（Ｐ２０１１−１１２５１８Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９３６２（Ｐ２００９−２６９３６２）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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