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ご提案商品

半導体・電子機器のサーマルマネジメントへの対応熱変形計測システム/
熱画像解析システム/
受託解析サービス

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機器・サービス概要

3次元デジタル画像相関法(3D DIC)を用いて、恒温環境下における半導体パッケージや実装基板の反り変形を可視化する熱変形計測システムでは、熱サイクル試験環境(-40~+180℃)に加えて、新たにリフロー炉の温度環境(最大+260℃)や、大型基板など300mmサイズに対応しました。
熱画像解析システムでは、サーモグラフィを用いて、恒温環境(-40℃~+100℃)下における高速・高精度の熱画像解析を実現しました。
「熱変形計測サービス」「熱画像解析サービス」により、半導体パッケージ・電子機器の放熱設計や熱解析CAE(Computer Aided Engineering)の精度向上に貢献します。

近年、生成AI用サーバーや車両の自動運転化を支える半導体や実装基板は、微小化・高密度化・多層化に加え、これらが搭載される電子機器の高精度化・高速処理により、発熱量が増加しています。また、使用環境の温度変化や機器のONOFFによって、急速な温度変化により反りが発生し、熱疲労による接合不良や部品割れなどのトラブルが発生します。そのため、開発・設計段階から、温度環境下における半導体パッケージや実装基板の反りによる変位・ひずみ分布、温度分布を正確に把握し、発熱抑制や放熱促進などの熱対策を行うことが重要となります。

熱変形計測の必要性

・半導体、電子機器の動向:

基板の微細化、多配線化
樹脂の低吸湿化、低膨張化
接続部のファインピッチ化

常温時、高温時イラスト

・半導体、電子機器の不良:

マザーボード基板の配線不良
サブストレート基板の配線不良(ビア断線等)
接続箇所の断線(はんだクラック等)

熱変形計測システム、熱画像解析システム、受託解析サービスのご提案
エスペックの熱変形計測用恒温槽と組み合わせることで、熱変形計測では-40℃~+260℃、熱画像解析では-40℃~+100℃の温度範囲で非接触・高精度な熱変形・温度分布の可視化を実現しました。
熱に関するお困りごとがございましたら、エスペックにお気軽にご相談ください。

熱変形計測システム構成例
(1)基本システム1(無風式) 卓上型無風恒温槽(MTP-100)と3次元デジタル画像相関法(3D DIC)を組み合わせ、温度環境下における実装基板の反り変形を可視化するシステム。卓上型無風恒温槽の窓方向に対し、GOM社製3D DICを設置することで温度を変化させた時の反り変化量を精度良く計測することが可能です。

システム1(無風式)観察状況

構成図

(2)基本システム2(通風式) スポット加熱冷却システム(MTA-171)と専用チャンバー、3次元デジタル画像相関法(3D DIC)を組み合わせ、低温からリフロー炉温度環境までの幅広い温度範囲における、大型な供試品の反り変形量を計測することが可能です。

システム2(通風式)観察状況

構成図

熱変形システム構成装置例
・卓上型無風恒温槽(MTP-100、エスペック製)
天面に大型観測窓(窓材は低屈折率の石英ガラス)を備え、
温度環境下での観察が容易。AC100Vで使用可能。
温度範囲:-30℃~+130℃(不凍液使用時は下限温度-40℃)
内容積(内寸):0.9L(W150×H40×D150mm)

製品紹介ページ
・スポット冷却加熱装置
(MTA-171、エスペック製)
ホースを通じて温度調整した空気を噴射し、供試品を直接冷却・加熱し、試験を効率化するチャンバーレスシステム。
様々な計測機器や分析・解析機器等との組み合わせが可能。
吹出温度制御範囲:-40℃~+180℃(最大+260℃)

製品紹介ページ
・3次元デジタル画像相関法(3 Dimensional Digital Image Correlation) 測定装置
3次元デジタル画像相関法(3D DIC)測定装置の視野範囲はW20×D15×H4~W400×D300×H280mmに対応、試料寸法、試験条件にあわせて適切な温度供給装置をご提案します。
(ARAMIS 12M+GOM Testing Controller、Carl Zeiss GOM Metrology 社製、日本総代理店:丸紅情報システムズ社)
GOM社は光学式3D測定の世界標準となっており3Dテスティングの専門メーカー。 ※3次元デジタル画像相関法(3D DIC)測定装置は日本国内専用販売のため、輸出には対応しておりません。装置構成によっては輸出規制該当品となり、海外への持ち出しは事前に経済産業大臣の許可が必要となります。

熱画像解析システム構成例
卓上型無風恒温槽とサーモグラフィを組み合わせ、恒温環境下における供試品の温度分布を可視化しました。
高解像度、高分解能、高精度の温度データ測定が可能です。

熱画像解析システム観察状況

構成図

熱画像解析システム構成装置例
・サーモグラフィ
(VarioCam HD head 900、InfraTec社製、日本代理店:日本レーザー社)
最大3.1メガピクセルの高解像度を実現(マイクロスキャン時)
フレームレート:120Hz
温度測定レンジ:-40~+2,000 ℃
温度分解能:<0.03K @30℃
※サーモグラフィは日本国内専用販売のため、輸出には対応しておりません。
海外への持ち出しは事前に経済産業大臣の許可が必要となります。
主な測定対象・用途

半導体・電子部品

半導体パッケージ(モールド材料/サブストレート基板等)、パワー半導体パッケージ、パワーモジュール
ソケット/コネクター 等の小物部品
フラットディスプレイ、太陽電池パネル
センサ 等を構成する樹脂部品

実装基板

リジッドプリント基板(両面/多層/ビルドアップ)
フレキシブル基板、各種部品実装基板
一括封止基板(樹脂モールド基板)

用途

  • 大型基板サイズの熱サイクル・リフロー炉温度環境時の変位・ひずみ分布の確認
  • 異種複合材料で構成された半導体パッケージの線膨張係数の確認
  • 恒温環境下で発熱した製品の温度(発熱)分布の確認
  • 発熱部品の特定と放熱設計のための筋道立て
  • 伝熱解析、構造解析モデリングの乖離検証と高精度化

-30℃時を基準とした場合の140℃時における面外方向の変形量

  • 変形量強調図
  • 変形量

引用文献:菊池他、新たな冷却加熱方式を用いた熱負荷試験中の電子基板の3次元熱変形およびサーモグラフィカメラ計測
第31回 マイクロエレクトロニクスシンポジウム、2021

+55℃環境下における実装基板表面温度分布(左)とCAEモデル(右)

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