JP2002048692A - 曲げ試験装置及びその試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板サイズや電子部品の実装位置の如何にかか
わらず、適正な評価をおこなうことができる曲げ試験装
置及びその試験方法を提供する。 【解決手段】電子部品６が実装されたデバイス実装基板
７を固定保持する基板保持部材１７と、基板保持部材１
７に固定保持された基板７に対して、進退自在な荷重用
ヘッド１１と、装置を作動させるために必要な情報を入
力するための操作パネル部５と、装置の作動状態につい
ての情報を表示するための表示パネルと、を具備した曲
げ試験装置において、基板７の一辺に平行で電子部品６
の実装箇所を通る直線Ｋと基板７の他辺が交差する箇所
を、基板保持部材１７に、固定保持させ、直線Ｋと直交
する直線Ｌ上の、前記実装箇所から他辺の両側に向けて
等しい距離だけ離れた位置の基板７上に、荷重用ヘッド
１１によって、それぞれ等しい荷重を作用させるように
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を実装し
たデバイス実装基板の繰り返し曲げ試験をおこなうため
の装置とその試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話をはじめとする各種情報
伝達用端末機器の短小化が進み、種々の仕様、大きさの
基板のあらゆる箇所にデバイス（電子部品）が実装され
ており、高密度な実装が可能なＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉ
ｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）が採用されつつある。ＣＳＰは、チップ
サイズと同等あるいは僅かに大きいパッケージの総称で
あり、ＢＧＡは、外部接続端子に、はんだボールを用い
た半導体集積回路のことである。

【０００３】これらＣＳＰやＢＧＡは、従来のプラスチ
ックパッケージ（樹脂封止された、外部接続端子にリー
ドをもつ半導体集積回路）と比較して、外部にはんだボ
ールを用いていることもあり、基板に実装した後の信頼
性が重要視されるようになってきた。その実装後の信頼
性を確かめるための試験には、熱的ストレスを加える試
験、機械的ストレスを加える試験等がある。その機械的
ストレスを加える試験の１つとして、繰り返し曲げ試験
方法がある。これは、ＣＳＰやＢＧＡが実装された情報
伝達用端末機器の実使用に則した機械的ストレスの耐性
を評価する試験である。

【０００４】図８は、従来の曲げ試験装置を示し、この
装置では、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６を評価用
に実装した基板１０７の両端を基板保持部材１１７によ
って固定し、基板１０７の上から上側の荷重用ヘッド１
１１によってストレスを加えるか、あるいは、基板１０
７の下から下側の荷重用ヘッド１２１によってストレス
を加えることにより、電子部品１０６が基板１０７から
剥離して電気的特性を維持できなくなる限度を求めてそ
の耐性を評価するものである。なお、上方より荷重を作
用させる場合、電子部品１０６に直接荷重を掛けること
のないように溝１２８を施してある。なお、ｈは変位量
を示している。

【０００５】図９は、従来の曲げ試験装置の別の例を示
し、この場合、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６を実
装した基板１０７の両端を支持台１３０上の支持棒１２
９で支持し、上方より荷重用ヘッド１１１にてストレス
を加える方法である。これらの従来技術では、基板１０
７の両端を固定して、両側を同時に曲げ、また、基板１
０７を固定する部材は、所定の位置に固定状態に設けら
れていたため、試験可能な基板１０７のサイズは限定さ
れていた。また、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６の
実装箇所も基板１０７の中央部に限定されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
試験装置では、評価可能な基板のサイズが限定されてい
るため、携帯電話、デジタルカメラ等の基板では、曲げ
試験装置の保持可能なサイズに合致していないことが多
く、そのような場合には、基板を保持可能なサイズに切
断して評価をおこなっていた。また、基板のサイズが小
さすぎる場合には、使用されている基板と同じ材質でサ
イズの小さなものを別途製作して、これにＣＳＰやＢＧ
Ａ等の電子部品１０６を実装して試験していたが、それ
が困難な場合には、評価は不可能であった。しかし、上
述のように、試験用の基板を別途製作すること自体が大
変煩瑣である上に、折角試験をおこなっても、実物とは
仕様が異なるため、実使用に則した信頼性の高いデータ
を得られなかった。

【０００７】また、従来では、上述のように、ＣＳＰや
ＢＧＡ等の電子部品１０６の実装箇所も中央部に限定さ
れていたが、実際には、電子部品１０６が中央部に実装
されている場合は比較的に少なく、実情に則していなか
った。なお、電子部品１０６が中央部に実装されていな
ければならないのは、以下の理由による。曲げ試験で
は、デバイス実装基板の両側に荷重を加えるため、最も
大きな曲げが生じる中央部に電子部品１０６が実装され
ていないと、最も厳しい条件下での評価ができないから
である。また、デバイス実装基板の両側に、均等な荷重
を作用させる必要があるが、（中央部からのずれの程度
によって、電子部品１０６に作用するストレスが異なる
ため、）中央部に電子部品１０６が実装されていない
と、左右に均等なストレスを与えることができなくな
り、適正な評価をおこなえないからであった。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、基板サイズや電子部品の実装位置の如何にかかわら
ず、あらゆる仕様のデバイス実装基板に対して適正な耐
性評価を与えることができる曲げ試験装置及びその試験
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための手段を以下のように構成している。

【００１０】（１）電子部品が実装されたデバイス実装
基板を固定保持する基板保持部材と、前記基板保持部材
に固定保持された前記デバイス実装基板に対して、進退
自在な荷重用ヘッドと、装置を作動させるために必要な
情報を入力するための操作パネル部と、前記装置の作動
状態についての情報を表示するための表示パネルと、を
具備した曲げ試験装置において、前記デバイス実装基板
の一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前
記基板の他辺が交差する箇所を、前記基板保持部材に、
固定保持させ、前記直線と直交する直線上の、前記実装
箇所から前記他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた
位置の前記基板上に、前記荷重用ヘッドによって、それ
ぞれ等しい荷重を作用させることを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、（たとえ電子部品が基
板の偏った位置に実装されていても）常に、電子部品の
左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高
い適正な評価をおこなうことができる。

【００１２】（２）前記荷重用ヘッドが、相互の間隔を
調整可能な一対のシャフトの先端に、設けられているこ
とを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、基板のサイズに応じ
て、シャフトの間隔を調整することにより、荷重用ヘッ
ドを基板の適正な位置に対応させることができる。つま
り、基板のサイズの如何を問わず、常に、適正に荷重を
作用させることができる。

【００１４】（３）前記荷重用ヘッドが、前記一対のシ
ャフトの先端に、着脱自在に取付られることを特徴とす
る。

【００１５】この構成によれば、基板のサイズや試験の
条件等に応じて、荷重用ヘッドを適切なものと取り替え
ることができる。

【００１６】（４）前記基板保持部材が、相互の間隔を
調整可能な一対の支持部材の先端に、設けられているこ
とを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、基板のサイズに応じ
て、支持部材の間隔を調整することにより、基板を適正
な状態で保持することができる。つまり、基板のサイズ
の如何を問わず、常に、適正な状態に保持することがで
きる。

【００１８】（５）前記基板保持部材が、前記一対の支
持部材の先端に、着脱自在に取付られることを特徴とす
る。

【００１９】この構成によれば、基板のサイズに応じ
て、基板保持部材を適切なものと取り替えることができ
る。

【００２０】（６）電子部品が実装されたデバイス実装
基板の曲げ試験方法において、前記デバイス実装基板の
一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記
基板の他辺が交差する箇所を固定保持し、上記直線と直
交する直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向
けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、それぞ
れ等しい荷重を作用させることを特徴とする。

【００２１】この構成によれば、（たとえ電子部品が基
板の偏った位置に実装されていても）常に、電子部品の
左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高
い適正な評価をおこなうことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態に係
る曲げ試験装置及びその試験方法について細に説明す
る。図１は、曲げ試験装置（以下、装置という）の構成
を示し、この装置は、エアシリンダ荷重部１、エア供給
回路部２、基板保持機構部３、制御ユニット４、操作パ
ネル部５とで構成されている。

【００２３】エアシリンダ荷重部１では、地上に固定状
態に立設されたシリンダ取り付けベース９には、エアシ
リンダ８が固定され、そのピストン（図示省略）の下部
に荷重用ヘッド１１が取り付けられており、このエアシ
リンダ８を作動させることにより、荷重用ヘッド１１を
上下に動作させて、下方の基板保持機構部３に固定状態
に支持された基板（デバイス実装基板）７に荷重を加
え、繰り返し曲げ試験を実施することができる。

【００２４】また、そのピストンの上部には、取り付け
板１２を介して、曲げ量調節ネジ１３が取り付けられて
おり、その曲げ量調節ネジ１３を操作することにより、
荷重用ヘッド１１のストローク限度を調節し、基板７の
曲げ変形量を調整できるようになっている。

【００２５】エア供給回路部２は、エア方向切替弁１５
を具備し、制御ユニット４からの制御信号により、エア
方向切替弁１５を切換動作させつつエアシリンダ８に圧
縮エアを供給し、そのピストンを上下に作動させ、上述
のように、荷重用ヘッド１１を上下に繰り返し動作させ
る。

【００２６】基板保持機構部３では、地上に所定の高さ
で支持された一対の基板保持部材１７，１７が、基板保
持用ネジ１８，１８により基板７を挟持状態に固定保持
する。その基板保持部材１７は、その内側に基板７をは
め込む溝が形成され、基板保持用ネジ１８によって、位
置調整・固定自在となっており、基板７のサイズ（幅）
に応じてその間隔を調整することにより、どのようなサ
イズの基板７をもしっかりと挟持固定することができ
る。かつ、曲げ試験の支点としたい箇所を、ＣＳＰやＢ
ＧＡ等の電子部品６の実装箇所に応じて、適宜自由に選
択して、基板７を固定保持することができる。

【００２７】制御ユニット４は、操作パネル部５からの
動作開始信号、動作停止信号およびエアシリンダ荷重部
１からのエアシリンダ上限センサ１０ｃ、エアシリンダ
下限センサ１０ｄからの検出信号に基づいて、エア供給
回路部２に指令を送出し、その制御をおこなう。

【００２８】また、制御ユニット４は、デバイス（電子
部品）の不良検出リード線２０にて基板７と接続され、
試験実施中に、デバイス不良（電気的非導通）が発生し
た時（耐性の限度時点）における荷重付加（曲げ）停止
制御もおこなう。

【００２９】一方、操作パネル部５は、装置の動作開始
信号、動作停止信号を制御ユニット４に送出し、また、
曲げ回数をカウントし、付設の表示パネル（図示省略）
にこれを表示する。

【００３０】図２は基板保持機構部３の平面図で、同図
から明らかなように、シャフト調整ネジ２２を緩めれ
ば、基板保持シャフト用レール２３，２３の幅（間隔）
を調整することができ、これにより、基板保持部材１
７，１７を左右に移動させ、その間隔を調整することが
できる。

【００３１】従って、基板７のサイズに合わせた位置
（間隔）で、そのシャフト調整ネジ２２を締め付けて両
レール２３，２３を固定すれば、あらゆるサイズの基板
７をしっかりと固定保持することができる。

【００３２】図３は、装置の正面図で、同図から明らか
なように、エアシリンダ荷重部１のシャフト部２４で
は、２本のシャフト２６，２６が、ガイドバー２８を介
して、エアシリンダ８のピストンに支持されており、各
シャフト２６の先端に、荷重用ヘッド１１が着脱自在に
取り付けられている。なお、図３では、図１に示すエア
供給回路部２、制御ユニット４、操作パネル部５の図示
は省略している。

【００３３】図４は、シャフト部２４の拡大図で、図示
のように、シャフト２６の上部に固定された（貫通孔を
有する）支持ヘッド２９が、（エアシリンダ８のピスト
ンに固定支持された）ガイドバー２８に移動自在に被嵌
挿通され、その支持ヘッド２９の上部に螺装されたシャ
フト調整ネジ２５の締め付けによって、両シャフト２
６，２６をガイドバー２８の任意の位置に固定すること
ができる。従って、基板７のサイズに応じて、両シャフ
ト２６，２６の間隔、つまり、荷重用ヘッド１１，１１
の間隔を調整することができ、これにより、いかなる仕
様の基板７にも柔軟に対処することができる。

【００３４】図５（Ａ）（Ｂ）および図６（Ａ）（Ｂ）
は、基板７と荷重用ヘッド１１との対応位置関係を示
し、図５（Ａ）（Ｂ）は、細長い基板７の中央部に電子
部品６が実装されている場合に、荷重用ヘッド１１，１
１の間隔を大として、その両側に均等な荷重を作用させ
ることができることを示している。

【００３５】また、図６（Ａ）（Ｂ）では、幅が広い
（矩形状の）基板７に電子部品６が偏った位置（中央部
ではない位置）に実装されている場合に、荷重用ヘッド
１１，１１の間隔を小として、その電子部品６の両側に
均等な荷重を作用させることができることを示してい
る。

【００３６】つまり、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）に示すよ
うに、基板（デバイス実装基板）７の一辺に平行で電子
部品６の実装箇所を通る直線Ｋと基板７の他辺が交差す
る箇所を（基板保持部材１７，１７で）固定保持し、直
線Ｋと直交する直線Ｌ上の、実装箇所から他辺の両側に
向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板７上に、
（荷重用ヘッド１１，１１によって）それぞれ等しい荷
重を繰り返し作用させることができる。なお、図５
（Ｂ）および図６（Ｂ）は基板７の平面（上から見た状
態）を示している。

【００３７】図７（Ａ）（Ｂ）は、基板７と荷重用ヘッ
ド１１の側面から見た対応関係を示し、図７（Ａ）は、
基板７の幅が比較的に広い場合に、それに対応させて比
較的に大きなサイズの荷重用ヘッド１１をシャフト２６
に取り付けた場合、図７（Ｂ）は、基板７の幅が比較的
に狭い場合に、それに対応させて比較的に小さなサイズ
の荷重用ヘッド１１をシャフト２６に取り付けた場合、
を示している。

【００３８】また、図７（Ｃ）は、基板７と荷重用ヘッ
ド１１の正面からから見た対応関係を示し、この場合、
基板７の片側にのみ荷重を作用させるような曲げ試験が
可能であることを示している。なお、荷重用ヘッド１１
のシャフト２６への取り付けは、例えば、ボルト締結
や、ねじ込み式、嵌合結合等の着脱自在な結合方法が好
ましいが、荷重用ヘッド１１がシャフト２６の先端に固
着されていてもよい。

【００３９】次いで、図１に基づいて、本装置を用いた
繰り返し曲げ試験方法について説明する。まず、エアシ
リンダ荷重部１の可動部である荷重用ヘッド１１が所定
の速度で作動するように、エア供給圧力およびスピード
コントローラ２１ａ，２１ｂを調整する。そのスピード
コントローラ２１ａ，２１ｂは、例えば、弁開度の調整
が可能な絞り弁等からなり、その調整は、操作パネル部
５からの指示によって制御ユニット４から送出される指
令で自動的におこなわせるのが好ましいが、これに限定
されることなく、手動でおこなわれてもよい。なお、エ
ア供給圧力は、３．５ｋｇ／ｃｍ² に設定するのが好ま
しい。

【００４０】次いで、基板保持部材１７の基板保持用ネ
ジ１８を調整して、両基板保持部材１７，１７間に基板
７を取り付ける。その際に、基板７のＣＳＰやＢＧＡ等
の電子部品６の実装箇所が曲げ支点となるように、シャ
フト調節ネジ２２を緩め、基板７のサイズに合わせて、
シャフト用レール２３，２３の間隔を調整し、基板保持
シャフト（支持部材）１９，１９を移動させて基板７を
セットする。このような調整により、基板７のサイズの
如何にかかわらず、また、電子部品６の実装位置の如何
にかかわらず、実使用に則した適切な状態で固定状態に
保持することができる。

【００４１】また、基板７と制御ユニット４との間に
は、不良検出用リード線２０が接続されており、試験の
実施中に、接続抵抗値を連続的にモニタリングする。な
お、不良検出システムは、以下のように機能する。すな
わち、ＣＳＰやＢＧＡ内の配線と基板７の配線をリード
線２０で繋ぐことにより、ＣＳＰやＢＧＡ内の配線、基
板７の配線、ＣＳＰやＢＧＡと基板との接合部のいずれ
かの箇所が断線した場合、これを即座に電気的非導通
（このような状態では、電気的特性を発揮できなくなっ
ている）として検出することができる。

【００４２】上述のように基板７を保持した後、シャフ
ト幅調節ネジ２５により、２つの荷重用ヘッド１１，１
１の位置を適正な荷重付加位置に調整して固定する。基
板７の片側にのみ荷重を作用させる場合には、シャフト
幅調節ネジ２５を緩めて、一方の荷重用ヘッド１１を取
り除き、片方の荷重ヘッド１１のみで基板７に対して荷
重を作用させるようにする。

【００４３】次いで、曲げ量調節ネジ１３により、基板
７の変位量を概ね３ｍｍ程度に設定する。次に、操作パ
ネル部５から曲げ試験開始操作指令を送出する。そうす
ると、制御ユニット４は、まず、エア方向切替弁１５に
切替信号を送信し、エア方向切替弁１５はエア供給の切
替動作を開始する。この切替動作により、エアシリンダ
８が作動し、荷重用ヘッド１１が基板７に対して繰り返
し荷重を付加する。

【００４４】荷重用ヘッド１１が基板７に対して荷重を
付加した時、エアシリンダ８の下限センサ１０ｄがこれ
を検知し、０．５秒程度荷重を付加した後、さらに、エ
ア方向切替弁１５は、制御ユニット４からの上下動切替
指示により、エア供給先が切替られ、荷重用ヘッド１１
は上昇動作を開始する。

【００４５】その後、荷重用ヘッド１１が上端に到達し
た時には、下限センサ１０ｃがこれを検知し、０．５秒
程度待機した後、エア方向切替弁１５はエアの供給先を
切り替え、再び、荷重付加動作をおこなう。このよう
に、エアの供給先を切り替えることにより、上下に荷重
付加動作を繰り返すことができ、基板７の曲げによるス
トレスの耐久性を確認することができる。

【００４６】繰り返し曲げ動作中に、制御ユニット４は
基板７に実装された電子部品６の電気的不良を連続的に
チェックし、不良モードとしては、電気的オープン状態
を電気的不良とする。電気的オープン状態が発生しなか
った場合は、試験を続行し、発生した場合には、直ち
に、繰り返し曲げ荷重を停止する。

【００４７】その際（電気的オープン状態が発生した場
合）、回数カウントアップ信号を操作パネル部５に送信
し、表示パネルはその時の曲げ回数を表示する。つま
り、その回数カウントアップ信号が操作パネル部５に送
信された時点が、その荷重条件下での基板７の曲げによ
るストレスの耐久性の限度である。

【００４８】以上のように、本装置によれば、基板７の
サイズや電子部品６の実装位置の如何にかかわらず、あ
らゆる仕様のデバイス実装基板７に対して、繰り返し曲
げ試験をおこなうことができ、別途、試験片を作成する
必要がなく、実使用に則した耐性についての信頼性の高
いデータを得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように構成される本発明は、以下
のような効果を奏する。

【００５０】請求項１によれば、常に、電子部品の左右
に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適
正な評価をおこなうことができる。

【００５１】請求項２によれば、基板のサイズに応じ
て、シャフトの間隔を調整することにより、荷重用ヘッ
ドを基板の適正な位置に対応させることができ、基板の
サイズの如何を問わず、常に、適正に荷重を作用させる
ことができる。

【００５２】請求項３によれば、基板のサイズや試験の
条件等に応じて、荷重用ヘッドを適切なものと取り替え
ることができる。

【００５３】請求項４によれば、基板のサイズに応じ
て、支持部材の間隔を調整することにより、常に、適正
な状態に保持することができる。

【００５４】請求項５によれば、基板のサイズに応じ
て、基板保持部材を適切なものと取り替えることができ
る。

【００５５】請求項６によれば、常に、電子部品の左右
に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適
正な評価をおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る曲げ試験装置の構成
を説明するための側面図である。

【図２】同基板保持機構部の平面図である。

【図３】同曲げ試験装置の正面図である。

【図４】同シャフト部の正面図である。

【図５】同シャフト部の説明図である。

【図６】同シャフト部の説明図である。

【図７】同基板と荷重用ヘッドの対応関係の説明図であ
る。

【図８】従来の曲げ試験装置の一例を示す構成図であ
る。

【図９】従来の曲げ試験装置の他の例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

５−操作パネル部 ６−電子部品 ７−基板 １１−荷重用ヘッド １７−基板保持部材 １９−支持部材 ２６−シャフト Ｋ，Ｌ−直線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山地 泰久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G061 AA07 AB05 CB16 DA01 DA07 EA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品が実装されたデバイス実装基板
   を固定保持する基板保持部材と、 前記基板保持部材に固定保持された前記デバイス実装基
   板に対して、進退自在な荷重用ヘッドと、 装置を作動させるために必要な情報を入力するための操
   作パネル部と、 前記装置の作動状態についての情報を表示するための表
   示パネルと、を具備した曲げ試験装置において、 前記デバイス実装基板の一辺に平行で前記電子部品の実
   装箇所を通る直線と前記基板の他辺が交差する箇所を、
   前記基板保持部材に、固定保持させ、 前記直線と直交する直線上の、前記実装箇所から前記他
   辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板
   上に、前記荷重用ヘッドによって、それぞれ等しい荷重
   を作用させることを特徴とする曲げ試験装置。
2. 【請求項２】 前記荷重用ヘッドが、相互の間隔を調整
   可能な一対のシャフトの先端に、設けられていることを
   特徴とする請求項１に記載の曲げ試験装置。
3. 【請求項３】 前記荷重用ヘッドが、前記一対のシャフ
   トの先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする請
   求項２に記載の曲げ試験装置。
4. 【請求項４】 前記基板保持部材が、相互の間隔を調整
   可能な一対の支持部材の先端に、設けられていることを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の曲げ試
   験装置。
5. 【請求項５】 前記基板保持部材が、前記一対の支持部
   材の先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする請
   求項４に記載の曲げ試験装置。
6. 【請求項６】 電子部品が実装されたデバイス実装基板
   の曲げ試験方法において、前記デバイス実装基板の一辺
   に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記基板
   の他辺が交差する箇所を固定保持し、上記直線と直交す
   る直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向けて
   等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、それぞれ等
   しい荷重を作用させることを特徴とする曲げ試験方法。