专利名称：加热冷却试验方法及加热冷却试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将电子元器件安装于电路基板后的连接可靠性试验，特别涉及焊接部中的连接可靠性试验的加热冷却试验方法及加热冷却试验装置。
背景技术：
作为现有的加热冷却试验方法，使用如下方法将在电路基板上安装有电子元器件的试验样品放入大型的恒温炉内，分别指定低温及高温的保持时间以作为试验条件，施加重复温度循环的负荷，之后，当规定的循环结束时，取出 试验样品，通过检查温度循环的导通电阻、焊料接合强度、焊接部的金属组织的变化，从而推定连接可靠性的寿命。在测定导通电阻的情况下，也采用不从恒温炉取出试验样品而进行连续测定的方法。通常，对于温度循环条件，假定电子设备的使用环境，并在考虑加速系数的基础上设定。一般而言，低温测的温度为_40°C，高温侧的温度为125°C，作为将电子设备改变到各设定温度的升温时间与在设定温度的保持时间相加后的时间，大多为30分钟，作为试验期间，大多实施1000个循环以上。但是，在上述现有的可靠性试验中，由于在低温测和高温侧，大多数情况下将改变到设定温度的升温时间与在设定温度的保持时间相加后的时间分别设定为30分钟，而且，作为试验期间，大多数情况下实施1000个循环以上，因此，到获得试验结果为止需要约3个月以上的较长期间，存在难以缩短产品开发时间的问题。此外，在现有的可靠性试验中，由于将安装有电子元器件的电路基板放置在其气氛下，因此，导致整个电路基板的温度变化，但在实际使用状态下，单个电子元器件的发热所产生的影响较大，导致局部的温度变化，因此，存在以下问题即，在与实际使用环境不一致的条件下进行试验。为了解决这些现有的加热冷却试验方法中的问题，存在如下方法在电路基板上直接粘贴珀耳帖元件，通过控制珀耳帖元件中流过的电流，对基板重复施加局部的低温及高温的温度负荷，一边施加局部的温度循环负荷，一边测定试验样品的导通电阻的变化(例如，参照专利文献I)。图13表示用于说明专利文献I中记载的现有的加热冷却试验方法的简图。在安装于电路基板107的电子元器件108的上表面上，粘贴有珀耳帖元件101和热电偶102。从温度时间控制装置106向电流控制装置103输出与设定值相对应的信号，使所设定的电流从电流控制装置103流向珀耳帖元件101。同时，利用温度测定装置来测定由热电偶102产生的热电动势所引起的电位差，测定与该电位差相对应的温度，并输入到温度时间控制装置106。温度时间控制装置106中，对所测定的温度和所设定的温度进行比较和监视。温度达到设定值之后，在对该温度设定的保持时间内，控制电流，使得温度一定，若经过了所设定的保持时间，则从温度时间控制装置106输出信号，电流控制装置103改变珀耳帖元件101中流过的电流的方向，使温度发生变化，直至达到另ー个设定温度，在经过对该温度设定的保持时间之前进行控制。之后，又改变电流的方向。通过重复这ー连串动作,对试验样品进行重复温度循环试验。另外，导通电阻測定装置105利用端子与电路基板107或电子元器件108的要测定导通电阻值的部位进行连接，从而測定导通电阻值的变化。专利文献I :日本专利特开2002-134668号公报
发明内容
然而，在上述现有的加热冷却试验方法的结构中，对于安装在电路基板上的多个
小电子元器件，难以选择性地施加温度循环。S卩，由于使珀耳帖元件101进行面接触，以施加温度循环，因此，对于电路基板上的高度不同的电子元器件，无法利用I个珀耳帖元件101来同时施加温度循环。此外，由于珀耳帖元件101的面积较大，因此，无法对面接触的多个小电子元器件选择性地施加温度循环。此外，为了利用现有的加热冷却试验方法来对各种形状的多个电子元器件同时施加温度循环，需要与其个数相应的珀耳帖元件101和电流控制装置103，导致试验方法不现实。本发明考虑上述以往的问题，其目的在于提供一种在升温步骤中能简单地进行升温而不使用珀耳帖元件的加热冷却试验方法及加热冷却试验装置。为了解决上述问题，本发明的第一方面是加热冷却试验方法，该加热冷却试验方法用于对安装有电子元器件的电路基板进行评价，包括使所述电子元器件升温的升温步骤、使所述电子元器件冷却的冷却步骤、及交替重复所述升温步骤和所述冷却步骤的重复步骤，其中，所述升温步骤中，通过对装载在所述电子元器件上的激光吸收体照射激光束以进行加热，从而使所述电子元器件升温。本发明的第二方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，在所述电路基板上安装有多个所述电子元器件，所述冷却步骤中，利用冷却装置从所述电路基板的未安装有所述电子元器件的一侧的表面来对所述电子元器件进行冷却。本发明的第三方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，所述激光吸收体的下表面比所述电子元器件的上表面的外形要大。本发明的第四方面是本发明的第一方面至第三方面中的任一方面的加热冷却试验方法，其中，所述激光吸收体的下表面介由热传导糊料与所述电子元器件的上表面相接触，所述激光吸收体是与所述下表面平行的面方向的热传导率大于与所述下表面垂直的面方向的热传导率的各向异性热传导体。本发明的第五方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，所述升温步骤中，基于所述电子元器件的表面温度的测定值，至少对所述电子元器件的最高温度及所述最高温度的保持时间进行控制，所述冷却步骤中，基于所述测定值，至少对所述电子元器件的最低温度及所述最低温度的保持时间进行控制。本发明的第六方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，所述升温步骤中，将所述激光束照射到所述激光吸收体时，对所述激光吸收体的上表面的、位于所述电子元器件的发热源的正上方的部分照射所述激光束。本发明的第七发明是本发明的第二方面的加热冷却试验方法，其中，所述升温步骤中，对于安装在所述电路基板上的多个所述电子元器件，利用电流 镜来控制所述激光束的照射位置，对装载在任意的所述电子元器件上的所述激光吸收体进行照射。本发明的第八方面是本发明的第七方面的加热冷却试验方法，其中，所述升温步骤中，利用所述电流镜，使所述激光束对所述激光吸收体的整个上表面进行平面扫描，将所述激光束照射到所述激光吸收体。本发明的第九方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，所述冷却装置是固体冷却体，所述冷却步骤中，通过使设置于所述固体冷却体的局部冷却板与所述电路基板的未安装有所述电子元器件的ー侧的所述表面的分别对应于所述电子元器的位置相接触，从而进行冷却。本发明的第十方面是本发明的第一方面的加热冷却试验方法，其中，将所述电路基板及所述冷却装置设置在密闭的槽中，所述槽的至少一部分由相对于所述激光束具有透射性的材料构成，所述升温步骤中，使所述激光束从所述槽的外部经由由所述具有透射性的材料构成的部分，来照射到装载在所述电子元器件上的所述激光吸收体。本发明的第i^一方面是本发明的第十方面的加热冷却试验方法，其中，能将所述槽内的气氛变更为低湿度气氛、真空气氛、及惰性气氛中的任ー种。本发明的第十二方面是ー种加热冷却试验装置，该加热冷却试验装置对安装有电子元器件的电路基板进行评价，包括振汤出激光束的激光振汤器；对所述激光束进行整形的射束整形光学系统；对所述电子元器件进行冷却的冷却装置；測定所述电子元器件的温度的温度測定器；装载于所述电子元器件的上表面的激光吸收体；及控制装置，该控制装置使升温步骤和冷却步骤重复进行，该升温步骤中，对装载于所述电子元器件的上表面的所述激光吸收体的上表面照射所述激光束，以使所述电子元器件升温，该冷却步骤中，对所述电子元器件进行冷却。本发明的第十三方面是本发明的第十二方面的加热冷却试验装置，其中，所述控制装置对从所述激光振荡器振荡出的所述激光束的激光输出和照射时间进行控制，并对由所述射束整形光学系统进行整形的所述激光束的形状进行控制。本发明的第十四方面是本发明的第十二方面或第十三方面的加热冷却试验装置，其中，在所述电路基板上安装有多个所述电子元器件，该加热冷却试验装置包括电流镜，该电流镜对于安装在所述电路基板上的多个所述电子元器件，能够控制所述激光束的照射位置，对装载在任意的所述电子元器件上的所述激光吸收体照射所述激光束。根据本发明，能提供一种在升温步骤中能简单地进行升温而不使用珀耳帖元件的加热冷却试验方法及加热冷却试验装置。
图I是本发明的实施方式I中的加热冷却试验装置的结构图。图2是本发明的实施方式I中的加热冷却试验装置在加热时的结构图。 图3是表示未使用激光吸收体的情况下的加热时的温度变化的图。图4是表示未使用激光吸收体的情况下的加热时的温度变化的图。图5是表示本发明的实施方式I中的加热时的温度变化的图。图6是表示本发明的实施方式I中的加热时的温度变化的图。图7是本发明的实施方式I中的加热冷却试验装置在冷却时的结构图。图8是表示本发明的实施方式I中的加热冷却时的温度变化的图。图9是本发明的实施方式2中的加热冷却试验装置的主要部分的剖视结构图。图10是本发明的实施方式3中的加热冷却试验装置在加热时的结构图。图11是本发明的实施方式4中的加热冷却试验装置的结构图。图12是本发明的实施方式5中的加热冷却试验装置的结构图。图13是用于说明现有的加热冷却试验方法的简图。标号说明I激光振荡器2射束整形光学系统3、3a、3b、3c、3e 激光束4电流镜5电路基板6a、6b、6c、6d、6e 电子兀器件7a、7b、7c、7e 激光吸收体8a、8b 焊接部9珀耳帖元件10、10a、IOb 突起物11升降机12a、12b温度測定器13控制装置14发热源15a、15b、15c 局部冷却板16试验槽
17透射窗18置换装置20、21、22、23加热冷却试验装置101珀耳帖元件102热电偶103电流控制装置104温度測定装置105导通电阻測定装置 106温度时间控制装置107电路基板108电子元器件
具体实施例方式下面，基于图I 图12，说明本发明的实施方式。(实施方式I)图I表示本发明的实施方式I中实施加热冷却试验方法时使用的加热冷却试验装置的结构图。本实施方式I的加热冷却试验装置20的概要在于在安装有多个电子元器件6a 6e的电路基板5中，在电子兀器件6a 6e的上表面装载激光吸收体7a、7b、7c、7e,将从激光振荡器I发出的激光束3由射束整形光学系统2进行整形，并照射到激光吸收体7a、7b、7c、7e上以使其加热，通过来自激光吸收体7a、7b、7c、7e的热传导，使电子元器件6a 6e升温，之后，停止照射激光束3，并且，使固体冷却体(珀耳帖元件9)从安装有电子元器件6a 6e的相反侧接触电路基板5，重复对电子元器件6a 6e进行冷却的温度循环。图I中，试验样品为在表面安装有电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e的电路基板5,对该电路基板5进行试验的加热冷却试验装置20像以下那样构成。在电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e的上表面上，介由热传导糊料以包含上述电子兀器件的上表面的方式来装载尺寸比它们的上表面的外形要大的激光吸收体7a、7b、7c、7e。例如相同的电子元器件6c、6d相邻，则装载在它们的表面上的激光吸收体7c也可以汇总为I个，以实现共用。在本实施方式I的加热冷却试验装置20中设置有用于对电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e进行加热的激光振荡器I、及对激光束3进行整形的射束整形光学系统2。此外，为了对装载在电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e上的激光吸收体7a、7b、7c、7e照射激光束3a、3b、3c、3e，在激光束3的光轴上设置有使激光束3进行偏转的电流镜(galvano-mirror; 4o此外，在电路基板5的下方,为了对电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e进行冷却，设置有作为固体冷却体的珀耳帖元件9。而且，对该珀耳帖元件9安装有升降机11，该升降机11具有将该拍耳帖兀件9沿电路基板5的方向进行升降，使其接触电路基板5的下表面的机构。此外，如图I所示，在电路基板5上还设置有连接器等突起物10。
另外，珀耳帖元件9相当于本发明的冷却装置的ー个示例。接下来，利用图2对本实施方式I的加热冷却试验装置20在加热时的试验方法进行说明。图2表示本实施方式I的加热冷却试验装置20在加热时的结构图。图2中，为了便于说明，对于电子元器件，仅显示I个电子元器件6b。在电路基板5上隔着焊接部Sb安装有电子元器件6b，在该电子元器件6b的上表面上，介由热传导糊料(未图示)装载有尺寸比电子元器件6b的上表面的外形要大的激光吸收体7b。具体而言，电子元器件6b是上表面为边长30mm见方的BGA (球栅阵列)半导体封装，焊接部8b由数十个焊球形成,激光吸收体7b的尺寸为边长35mm见方、厚度2mm。、
此外，对电子元器件6b安装有对其表面温度进行測定的温度測定器12a，对焊接部8b安装有对其表面温度进行測定的温度測定器12b。作为温度測定器12a、12b，有接触式的热电偶、利用了热辐射光的非接触式温度測定器。在加热电子元器件6b时，位于电路基板5的下方的珀耳帖元件9不与电路基板5接触。此外，本实施方式I的加热冷却试验装置20的控制装置13具有以下功能S卩，对电子元器件6b和焊接部Sb的温度进行測定的功能；对激光振荡器I的输出进行控制的功能；对射束整形光学系统2的射束形状进行控制的功能；对珀耳帖元件9的温度进行控制的功能；对珀耳帖元件9的升降机11的升降进行控制的功能；及温度循环控制功能。首先，对于从激光振荡器I振荡出的激光束3，由射束整形光学系统2整形成规定的激光束形状。接下来，整形后的激光束3由电流镜4进行偏转，激光束3b照射到激光吸收体7b以进行加热。因被加热的激光吸收体7b会发生热传导，则电子元器件6b的温度上升。然后，利用温度測定器12a来測定上升时的温度。此外，热量从被加热的电子元器件6b经由焊接部8b传递到电路基板5，利用温度測定器12b来測定该焊接部Sb的温度。控制装置13将由温度測定器12a測定出的电子元器件6b的温度、和对控制装置13预先设定的温度分布图的加热曲线进行对照，在加热时，对激光振荡器I给予输出的指令，使得温度測定器12a的检测温度接近从该温度分布图读出的每ー时刻的目标温度，在达到规定的最高温度之后，发出指令，使得将该最高温度保持该温度分布图中设定的保持时间。这样，控制装置13对照温度分布图的加热曲线来进行加热控制、使最高温度保持温度分布图中设定的时间的控制相当于本发明的升温步骤的ー个示例。本实施方式I的激光吸收体7b是由以下材料构成的即，吸收激光束3b的热能的材料且在激光束3b的热能下不损坏的材料，例如铁、铜、铝等金属材料。一般对电子元器件6b进行树脂模塑，在对电子元器件6b的树脂模塑部直接照射激光束3b的情况下，激光束3b的热能被电子元器件6b的树脂模塑表面部分吸收，仅该树脂模塑表面部分的温度急剧上升，例如在表面温度达到160°C以上时烧焦。图3和图4是在未使用激光吸收体7b而将激光束3b直接照射到电子元器件6b的树脂模塑表面以进行加热时、电子元器件6b和焊接部Sb的温度变化的图。图3表示激光输出为20W时的各温度变化，图4表示激光输出为18W时的各温度变化。图3和图4中，Tl表示电子元器件6b的温度变化曲线，T2表示焊接部8b的温度变化曲线。例如，若将激光输出为20W的激光束3b直接照射到电子元器件6b的树脂模塑表面以进行加热，则温度像图3所示的那样变化。即，在进行激光照射5分钟后，电子元器件6b的温度Tl达到160°C，电子元器件6b的树脂模塑部烧焦。另外，此时的焊接部Sb的温度T2为80°C，未达到必要温度105°C。反之，若将激光束3b的输出降低到18W以不将树脂模塑表面部分烧焦，则如图4所示，尽管电子元器件6b的温度Tl为150°C以下，但焊接部Sb的温度T2饱和，即使经过了15分钟，也仅上升到70°C，未达到必要温度105°C。该饱和状态是对电子元器件6b注入的能量、与由电子元器件6b及电路基板5的散热的能量均衡的状态，因此，焊接部Sb的温度不会再上升。此处，本实施方式I中，为了使电子元器件6b的温度上升到必要温度，即使提高激光束3b的输出来将热能注入到电子元器件6b中，但是通过将激光吸收体7b装载于电子元 器件6b，使得电子元器件6b不会因激光束3b的热能而受到损伤，从而也能解决该问题。图5是表示使用了激光吸收体7b的本实施方式I的加热冷却试验装置20中、カロ热时的电子元器件6b和焊接部Sb的温度变化的图。例如，作为使用了激光吸收体7b的具体示例，对于电子元器件6b，若将激光输出为30W、激光束直径φ为30mm的激光束照射到激光吸收体7b上，则温度像图5所示的那样发生变化。在进行激光照射5分钟后，电子元器件6b的温度Tl达到电子元器件6b不会烧焦的150°C，焊接部8b的温度T2达到105°C，之后的10分钟内，维持该温度。另外，各图中，表示激光束3、3a、3b、3c、3e的箭头示出光轴通过的位置。在此情况下，对装载在电子元器件6b的30mm见方的上表面上的35mm见方的激光吸收体7b的大体中央位置照射激光束直径Φ为30mm的激光束3b，因此，对电子元器件6b的整个上表面进行加热，并且，不会照射到激光吸收体7b的外侧部分，从而仅选择性地对电子元器件6b进行加热。另ー方面，若为了在比上述时间更短的时间内升高焊接部Sb的温度而提高激光输出，则电子元器件6b的温度会到达160°C以上，其树脂模塑部会烧焦。另外，为了在短时间内升高焊接部Sb的温度，作为激光吸收体7b，使用以下各向异性热传导体即，该各向异性热传导体的与介由热传导糊料接触电子元器件6b的接触面相平行的面方向的热传导率大于与介由热传导糊料接触电子元器件6b的接触面垂直的方向的热传导率，例如石墨材料等即可。若对这种具有各向异性热传导体特性的激光吸收体7b照射激光束3b，则在与电子元器件6b的接触面平行的激光吸收体7b的激光照射侧的表面内，热量快速且均匀地传递，另一方面，热量在厚度方向不会立即传递，因此，在该激光吸收体7b中储存有热能。之后，该热能传递到激光吸收体7b的与电子元器件6b接触的表面侧。此外，经由激光吸收体7b与电子元器件6b间的热传导糊料，高效地传递到电子元器件6b的与激光吸收体7b接触的表面侧，电子元器件6b的焊接部Sb的温度上升。因此，由于在激光吸收体7b中储存热能，因此，即使进一步提高激光输出，电子元器件6b的树脂模塑部也不会烧焦，能使焊接部Sb的温度上升。
图6是表不利用各相异性热传导体来作为激光吸收体7b的本实施方式I的加热冷却试验装置20中、加热时的电子元器件6b和焊接部Sb的温度变化的图。作为其具体示例，对于电子元器件6b，若将激光输出为45W、激光束直径Φ为30mm的激光束照射到激光吸收体7b上，则温度像图6所示的那样变化。在进行激光照射2分钟后，电子元器件6b的温度Tl达到电子元器件6b不会烧焦的150°C，焊接部Sb的温度T2达到105 °C，之后的5. 5分钟内，维持在该温度。接下来，利用图7对本实施方式I的加热冷却试验装置20在冷却时的试验方法进行说明。图7表示本实施方式I的加热冷却试验装置20在冷却时的结构图。图7中，为了便于说明，对于电子元器件，仅显示I个电子元器件6b。控制装置13，在冷却时使从激光振荡器I振荡出的激光束3停止(图7中，用虚线来表示照射激光束3的方向)，并且，对珀耳帖元件9的升降机11进行控制，使珀耳帖元 件9上升，与电路基板5的底面相接触。与此同时，控制装置13将由温度測定器12b測定出的焊接部8b的温度、和对控制装置13预先设定的温度分布图的冷却曲线进行对照，在冷却吋，控制对珀耳帖元件9的通电，使得温度測定器12a的检测温度接近从该温度分布图读出的每ー时刻的目标温度，在达到规定的最低温度之后，控制对珀耳帖元件9的通电，使得将该最低温度保持该温度分布图中设定的保持时间。这样，控制装置13按照温度分布图的冷却曲线进行冷却控制、使最低温度保持温度分布图中设定的时间的控制相当于本发明的冷却步骤的ー个示例。图8是表示本实施方式I的加热冷却试验装置20中、加热冷却时的电子元器件6b和焊接部8b的温度变化的图。例如，如图8所示，若在冷却时将珀耳帖元件9的温度设定为_45°C，则进行7. 5分钟的激光加热之后，停止照射激光，使珀耳帖元件9与电路基板5进行接触，经过2分钟后，在9. 5分钟的位置，电子元器件6b的温度Tl达到-40°C。可知，对于加热、冷却所需的时间，与现有的大型试验槽中分别需要30分钟左右相比，时间能缩短到约1/4。然后，控制装置13进行控制，以规定次数来交替进行上述升温步骤和冷却步骤，从而实施规定次数的加热冷却试验。重复进行该升温步骤和冷却步骤的处理相当于本发明的重复步骤的ー个示例。另外，以上，对在升温步骤后进行冷却步骤的情况进行了说明，但也可以在重复步骤的最开始进行升温步骤和冷却步骤中的任ー步骤，此外，也可以控制成在重复步骤的最后进行升温步骤和冷却步骤中的任一步骤。本实施方式I的上述说明中，以仅有I个电子元器件6b的情况为示例，但通过移动电流镜4，改变激光束3的照射方向，能对图I中的电路基板5上的任意电子元器件6a、6b、6c、6d、6e上的激光吸收体7a、7b、7c、7e分别照射激光束3a、3b、3c、3e。此外，对于任意电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e,利用控制装置13来选择最佳的激光条件,或对激光振荡器I进行激光输出控制，或利用射束整形光学系统2来对激光束3进行整形，从而能分别控制任意电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e的温度分布图。在现有的加热冷却试验中，为了进行多个电子元器件6a、6b、6c、6d、6e的加热冷却试验，例如，首先对电子元器件6a进行规定循环的加热冷却试验，接下来，同样地，对电子元器件6b、6c、6d、6e也进行规定循环的加热冷却试验，从而完成所有电子元器件6a、6b、6c、6d、6e的加热冷却试验。另ー方面，对于本实施方式I的加热冷却试验装置20的情况，通过将电流镜4快速地进行扫描，对多个电子元器件6a、6b、6c、6d、6e上的激光吸收体7a、7b、7c、7e依次快速地重复照射激光束3a、3b、3c、3e,从而能使多个电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e同时升温。例如，将电流镜4以IHz的周期快速地进行扫描并定位，对多个电子元器件6a、6b、6c、6d、6e上的激光吸收体7a、7b、7c、7e依次照射激光束3a、3b、 3c、3e大致I秒钟。在本实施方式I的结构中，由于作为激光照射的对象的激光吸收体7a、7b、7c、7e为4个，因此，对于各激光吸收体7a、7b、7c、7e，每隔4秒将激光束3照射I秒钟，这是连续重复进行的。例如，对于使I个电子元器件升温所需的激光输出，通过将激光输出提高至4倍，从而即使每隔4秒将激光束3a、3b、3c、3e照射I秒钟，也能使各激光吸收体7a、7b、7c、7e以与连续照射时大体相同的温度分布图被加热。之后，能利用珀耳帖元件9将电子元器件6a、6b、6c、6d、6e 一举冷却。因而，本实施方式I的结构中，由于能对5个电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e同时进行加热冷却试验，因此，与分别使5个电子元器件6a、6b、6c、6d、6e升温的情况相比，能以1/5的时间进行加热冷却试验。因而，利用本实施方式I的加热冷却试验方法，通过在电路基板5上装载N个相同的电子元器件，在相同的激光照射条件下对这N个电子元器件同时进行加热和冷却，从而能用I次试验进行相同加热冷却条件下的N个样品的确认。此外，即使装载相同的电子元器件，也能在不同的激光照射条件下对各电子元器件同时进行加热，因此，能用I次试验进行不同加热条件下的加热冷却试验。(实施方式2)图9是本发明的实施方式2的加热冷却试验装置的主要部分的剖视结构图。与图2相同的结构部分使用相同的标号。图9表示激光束3b相对于电子元器件6b上的激光吸收体7b的激光照射位置。实施方式I中，如图2所示，以光轴大致位于电子元器件6b上的激光吸收体7b的中央的方式照射激光束3b。但是，在由某种BGA的半导体封装构成的电子元器件6b中，在其内部，作为发热源14的IC芯片可能会配置在版图上偏离中央部的位置。对于这种电子元器件6b中的激光吸收体7b，若以光轴位于该发热源14的正上方的位置的方式照射激光束3b，来对电子元器件6b进行加热，则能再现更接近实际使用状态的发热状态，从而能进行可靠性更高的加热冷却试验。因而，本实施方式2的控制装置13控制电流镜4，使得激光束3b照射到激光吸收体7b的电子元器件6b的发热源14正上方的位置。(实施方式3)图10是本发明的实施方式3的加热冷却试验装置21在加热时的结构图。与图2相同的结构部分使用相同的标号。如图10所示，本实施方式3的控制装置13控制电流镜4，使得激光束3b扫描电子元器件6b上的激光吸收体7b的整个表面。
实施方式I及2的结构中，激光束3b固定照射电子元器件6b上的激光吸收体7b的规定位置，因此，在电子元器件6b的面积比所照射的激光束3b的激光束直径相对要大的情况下，有时会无法对激光吸收体7b的整个表面进行完全且均匀的加热。例如，在电子元器件6b为30mm见方、激光吸收体7b为35mm见方的情况下，当照射激光束直径Φ为IOmm的激光束3b吋，虽然电子元器件6b上表面的中央附近被加热，但上表面的外侧部分未被充分加热。另ー方面，本实施方式3的加热冷却试验装置21中，通过使用电流镜4，使激光束3b扫描电子元器件6b上的激光吸收体7b的整个表面，从而即使是面积较大的电子元器件6b，也能大体均匀地进行加热。此外，由于能容易地自由地设定电流镜4的扫描区域，因此，能应对各种形状和尺寸的电子元器件及激光吸收体。另外，在使激光束3b的照射位置扫描激光吸收体7b的整个表面时，优选使激光束3b在不超出激光吸收体7b的外侧的范围内进行扫描。这是因为，若激光束3b的照射范围 超出激光吸收体7b的外侧，则会对位于激光吸收体7b外侧的无需加热的元器件、基板表面进行加热。(实施方式4)图11是本发明的实施方式4的加热冷却试验装置22的结构图。与图I相同的结构部分使用相同的标号。图11不出对电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e进行选择性冷却的情况。 实施方式I中，如图I所示，使珀耳帖元件9与电路基板5的下表面进行全面接触，从而进行冷却。但是，在实际的电路基板5的下表面，可能会存在其他电子元器件、连接器等突起物10a、10b，在此情况下，无法使珀耳帖元件9与电路基板5的下表面进行全面接触。因此，本实施方式4的加热冷却试验装置22中，在珀耳帖元件9的上表面(与电路基板5接触的表面上)安装比想冷却的电子元器件6a、6b、6c、6d的下表面外形的尺寸要大、且热传导性较好的例如由铜/铝等形成的局部冷却板15a、15b、15c，由此，能避开电路基板5的下表面的突起物10a、10b,并能选择性地使电子元器件6a、6b、6c、6d冷却。图11所示的本实施方式4的结构中，由于不想使电子元器件6e冷却，因此，未在其下部的珀耳帖元件9的位置安装局部冷却板。即，本实施方式4中，能仅改变局部冷却板的安装位置及形状等，就应对多个电子元器件的各种配置。(实施方式5)图12是本发明的实施方式5的加热冷却试验装置23的结构图。与图I相同的结构部分使用相同的标号。如图12所示，本实施方式5的加热冷却试验装置23中，将主要部分放入到能密闭的试验槽16内，激光束3a、3b、3c、3e通过安装于试验槽16的外周的一部分的透射窗17而照射到激光吸收体7a、7b、7c、7e。此外，在试验槽16中设置有能使试验槽16内部为真空、或置換成其他气体的置換装置18。另外，试验槽16相当于本发明的密闭的槽的ー个示例，透射窗17相当于本发明的由相对于激光束具有透射性的材料构成的部分的ー个示例。实施方式I 4的加热冷却试验装置中，由于在大气中利用珀耳帖元件9来冷却电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e,因此,若将冷却温度下降至-45°C,贝U拍耳帖兀件9可能会凝结，对电路基板5、电子兀器件6a、6b、6c、6d、6e进行冷却的性能会下降。与此不同的是，本实施方式5的加热冷却试验装置中，通过利用置換装置18，使试验槽16内为低湿度气氛，或为真空气氛，或为氩气等惰性气体气氛，从而能防止凝结，防止冷却性能下降。另外，各实施方式中，利用珀耳帖元件9作为冷却装置来进行了说明，但也可以利用其他冷却装置。例如，也可以构成为使气体制冷剂通过电路基板5的下表面以进行冷却。如上所述，利用本发明的加热冷却试验方法，使形状不同的多个电子元器件产生与自发热同样的热传导现象，从而不仅能施加引起实际的破坏现象那样的热过程的温度循 环，还能在短时间内进行可靠性试验。此外，能对各种形状的多个电子元器件同时或分别施加温度循环。另外，上述实施方式的加热冷却装置中，任一装置都设置有珀耳帖元件9，但也可以不设置拍耳帖兀件9。S卩，也可以在加热电子兀器件6a、6b、6c、6e、6d、6e时使用激光,在冷却时，像以往那样使用恒温炉来进行。即使是这种结构，与升温及冷却时均使用恒温炉的情况相比，也能大幅缩短升温步骤的时间，因此，能提高效率。此外，上述实施方式中，安装有多个电子元器件，但也可以仅安装I个电子元器件。此外，上述实施方式中，激光吸收体介由热传导糊料装载于电子元器件，但也可以直接装载在电子元器件上，而不介由热传导糊料。エ业上的实用性本发明所涉及的加热冷却试验方法及加热冷却试验装置在升温步骤中，不使用珀耳帖元件，具有能简单地升温的效果，不仅适用于可靠性试验，还适用于施加温度循环的热处理等表面处理的用途。
权利要求
1.一种加热冷却试验方法，该加热冷却试验方法用于对安装有电子元器件的电路基板进行评价，包括使所述电子元器件升温的升温步骤、使所述电子元器件冷却的冷却步骤、及交替重复所述升温步骤和所述冷却步骤的重复步骤，其特征在于， 所述升温步骤中，通过对装载在所述电子元器件上的激光吸收体照射激光束以进行加热，从而使所述电子元器件升温。
2.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 在所述电路基板上安装有多个所述电子元器件， 所述冷却步骤中，利用冷却装置从所述电路基板的未安装有所述电子元器件的一侧的表面对所述电子元器件进行冷却。
3.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述激光吸收体的下表面比所述电子元器件的上表面的外形要大。
4.如权利要求I至3的任一项所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述激光吸收体的下表面介由热传导糊料与所述电子元器件的上表面相接触， 所述激光吸收体是与所述下表面平行的面方向的热传导率大于与所述下表面垂直的面方向的热传导率的各向异性热传导体。
5.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述升温步骤中，基于所述电子元器件的表面温度的测定值，至少对所述电子元器件的最高温度及所述最高温度的保持时间进行控制， 所述冷却步骤中，基于所述测定值，至少对所述电子元器件的最低温度及所述最低温度的保持时间进行控制。
6.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述升温步骤中，将所述激光束照射于所述激光吸收体时，对所述激光吸收体的上表面的、位于所述电子元器件的发热源的正上方的部分照射所述激光束。
7.如权利要求2所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述升温步骤中，对于安装在所述电路基板上的多个所述电子元器件，利用电流镜来控制所述激光束的照射位置，对装载在任意的所述电子元器件上的所述激光吸收体进行照射。
8.如权利要求7所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述升温步骤中，利用所述电流镜，使所述激光束对所述激光吸收体的整个上表面进行平面扫描，将所述激光束照射到所述激光吸收体。
9.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 所述冷却装置是固体冷却体， 所述冷却步骤中，通过使设置于所述固体冷却体的局部冷却板与所述电路基板的未安装有所述电子元器件的一侧的所述表面的分别对应于所述电子元器件的位置相接触，从而进行冷却。
10.如权利要求I所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 将所述电路基板及所述冷却装置设置在密闭的槽中，所述槽的至少一部分由相对于所述激光束具有透射性的材料构成， 所述升温步骤中，使所述激光束从所述槽的外部经由由所述具有透射性的材料构成的部分，来照射到装载在所述电子元器件上的所述激光吸收体。
11.如权利要求10所述的加热冷却试验方法，其特征在于， 能将所述槽内的气氛变更为低湿度气氛、真空气氛、及惰性气氛中的任一种。
12.一种加热冷却试验装置，该加热冷却试验装置对安装有电子元器件的电路基板进行评价，其特征在于，包括 振汤出激光束的激光振汤器； 对所述激光束进行整形的射束整形光学系统； 对所述电子元器件进行冷却的冷却装置； 测定所述电子元器件的温度的温度测定器； 装载于所述电子元器件的上表面的激光吸收体；及 控制装置，该控制装置使升温步骤和冷却步骤重复进行，该升温步骤中，对装载于所述电子元器件的上表面的所述激光吸收体的上表面照射所述激光束，以使所述电子元器件升温，该冷却步骤中，对所述电子元器件进行冷却。
13.如权利要求12所述的加热冷却试验装置，其特征在于， 所述控制装置对从所述激光振荡器振荡出的所述激光束的激光输出和照射时间进行控制，并对由所述射束整形光学系统进行整形的所述激光束的形状进行控制。
14.如权利要求12或13所述的加热冷却试验装置，其特征在于， 在所述电路基板上安装有多个所述电子元器件， 该加热冷却试验装置包括电流镜，该电流镜对于安装在所述电路基板上的多个所述电子元器件，能够控制所述激光束的照射位置，对装载在任意的所述电子元器件上的所述激光吸收体照射所述激光束。
全文摘要
本发明提供一种在升温步骤中能简单地进行升温而不使用珀耳帖元件的加热冷却试验方法及加热冷却试验装置。加热冷却试验方法用于对安装有电子元器件(6a～6e)的电路基板进行评价，包括使电子元器件升温的升温步骤、使电子元器件冷却的冷却步骤、及交替重复升温步骤和冷却步骤的重复步骤，其中，升温步骤中，通过对装载在电子元器件上的激光吸收体(7a、7b、7c、7e)照射激光束(3a、3b、3c、3e)以进行加热，从而使电子元器件升温。
文档编号G01N25/00GK102680345SQ20121006300
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月4日
发明者小野之良, 船见浩司, 金岛敬之介 申请人:松下电器产业株式会社
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