JP2002318181A - 落下衝撃試験方法および落下衝撃試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】携帯電話や半導体装置が実装されたプリント配
線基板の落下衝撃試験において、落下時の姿勢が安定し
ないことに起因して破壊発生高さや破壊発生寿命にばら
つきが生じる。 【解決手段】落下衝撃試験を、試験サンプルと、試験サ
ンプルより上方にあって試験サンプルと共に落下する姿
勢制御部材とを同時に落下させる方法で行う。 【効果】姿勢制御部材と同時に試験サンプルが落下する
ことで、床面に衝突する直前まで試験サンプルの姿勢を
安定に保つことができ、これによって、試験結果のばら
つきを小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を実装
したプリント配線基板や携帯機器を落下させ、はんだ接
続部や接着部の信頼性を評価する落下衝撃試験方法およ
び落下衝撃試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話や情報端末機器など携帯機器の
小型軽量化を達成するため、携帯機器に搭載されるメモ
リやマイコンなどの半導体装置も小型化が進んでおり、
ＣＳＰ（チップサイズパッケージまたはチップスケール
パッケージの略称）と呼ばれる小型の半導体装置の利用
が拡大している。これら小型の半導体装置は、携帯機器
内部において他の電子部品とともにはんだもしくは導電
性の接着材などによってプリント配線基板に電気的およ
び機械的に接続されている。

【０００３】携帯機器では落下に対する信頼性の確保が
必要であり、所定の高さからコンクリートなどの床面に
携帯機器を落下させて機能や外観の損傷を検査する試験
を実施している。特に、上述したＣＳＰのような小型の
半導体装置では、半導体装置をプリント配線基板に接続
する接続部自体も微小になっており、接続部の破壊に起
因した携帯機器の機能劣化が問題となる。また、携帯機
器に搭載する半導体装置では、携帯機器に搭載する前の
部品単体の信頼性検査として、プリント配線基板に実装
した状態で任意の治具に固定して落下させるはんだ接続
部などの強度試験が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来行われている携帯
機器、例えば携帯電話や半導体装置が実装されたプリン
ト配線基板の落下試験は、所定の高さにこれらの試験サ
ンプルを保持しておき、試験サンプルの保持を解除して
落下させ、コンクリートや木材などからなる床面に衝突
させている。従来の落下試験では、試験サンプルを単独
で所定高さから落下させているため、落下中および床面
へ衝突する際の試験サンプルの姿勢が不安定になりやす
い。そのため、落下高さを高くしたよな場合、床面に衝
突する試験サンプルの向きが試験毎に異なるようにな
り、半導体装置接続部に破壊が発生する高さや寿命が、
同一の試験サンプルであってもばらつくことがある。

【０００５】本発明の目的は、試験サンプルの床面への
衝突時の姿勢を安定させ、衝突姿勢が不安定であること
に起因した半導体装置接続部の試験結果のばらつきを小
さくした、半導体装置を実装したプリント配線基板や携
帯機器の落下衝撃試験方法および落下衝撃試験装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明では、落下衝撃試験を試験サンプルと、試
験サンプルより上方にあって該試験サンプルと共に落下
し、試験サンプルの落下中の姿勢を試験サンプルの衝突
直前まで一定にする姿勢制御部材とを同時に落下させる
方法で行う。

【０００７】これによって、試験サンプルが床面に衝突
する姿勢を、落下高さが高くなった場合でも安定に保つ
ことがき、破壊が発生する高さや破壊寿命のばらつきを
小さくすることができる。

【０００８】上記した落下衝撃試験方法は、試験サンプ
ルを任意の高さに保持する機構と、試験サンプルの保持
を解除して該試験サンプルを落下させる機構と、試験サ
ンプルの上部に位置して該試験サンプルと共に落下し、
試験サンプルの落下中の姿勢を一定に保持する姿勢制御
部材と、姿勢制御部材を保持する機構と、姿勢制御部材
を試験サンプルが床面に衝突するより前に試験サンプル
と分離し、姿勢制御部材を停止させる機構とで構成され
た落下衝撃試験装置で実施することができる。

【０００９】このような構成の試験装置によって、試験
サンプルの落下時の姿勢を衝突直前まで安定に保つこと
ができ、落下試験のばらつきを低減することができる。

【００１０】試験サンプルおよび姿勢制御部材の保持と
保持の解除には、複数の電磁石を用いることが望まし
く、試験サンプルと姿勢制御部材はそれぞれ異なる電磁
石によって保持し、保持と保持の解除は電磁石に供給す
る電圧のＯＮ／ＯＦＦによって行う。試験サンプルの保
持には複数個の電磁石を使用し、個々の電磁石は床面と
垂直方向に可動できることが望ましい。これによって携
帯電話のような異形状の試験サンプルでも所定の落下姿
勢に保持できるようになる。

【００１１】また、前記姿勢制御部材のサイズは前記試
験サンプルのサイズより大きいことが望ましい。姿勢制
御部材を大きくすることで、姿勢制御部材を床面よりも
高い位置で停止させる機構を設けることが容易となる。

【００１２】前記試験サンプルとしては、半導体装置を
実装したプリント配線基板や携帯電話を用いる。半導体
装置を実装したプリント配線基板では、少なくとも半導
体装置が露出するような開口部を設けた少なくとも２枚
の平板でプリント配線基板を挟み込む治具にプリント配
線基板を搭載して試験を行う場合もある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面によって説明する。

【００１４】図１は本発明による落下衝撃試験法方法の
説明と、落下衝撃試験装置の実施形態を示す外観図であ
り、図２は試験サンプルと姿勢制御部材を保持および保
持の解除を行うそれぞれの電磁石の回路を説明する図で
ある。

【００１５】図１に示すように、本発明の落下衝撃試験
装置は、試験サンプル１の落下時の姿勢を安定に保つ姿
勢制御部材２、試験サンプル１を保持する電磁石３、姿
勢制御部材を保持する電磁石４、電磁石３と４を固定
し、試験サンプル１と姿勢制御部材２を任意の高さに保
持する保持部材５、姿勢制御部材２を停止させるストッ
パー６、支柱７、天板８、地板９、および試験サンプル
が衝突する地板９上に置かれた床材１２とを備えてい
る。

【００１６】支柱７の上下に設けられた天板８と地板７
によって、本発明の落下衝撃試験装置は鉛直方向に直立
しており、支柱７に保持部材５とストッパー６がそれぞ
れ固定部材１０、１１とによって固定されている。保持
部材５には試験サンプル保持用の電磁石３と姿勢制御部
材保持用の電磁石４が取り付けられている。試験サンプ
ル１は電磁石３の吸引によって保持部材５に保持され、
姿勢制御部材２は試験サンプル１より上方にあって電磁
石４で保持部材５に保持されている。姿勢制御部材２は
試験サンプル１よりもサイズが大きくなっている。保持
部材５は固定部材１１を締付けることで支柱７に固定さ
れているが、固定部材１１の締付けを解除することで上
下方向への移動が可能であり、任意の位置に保持部材を
固定することができる。ストッパー６は試験サンプル１
が衝突する床材１２より上方に位置している。

【００１７】図２に示すように姿勢制御部材２を吸引し
て保持する電磁石４には、電圧を供給する電源１５とス
イッチ１３が配線１７によって接続されている。同じよ
うに試験サンプル１を吸引して保持する電磁石３にも、
電源１６とスイッチ１４が配線１８によって接続されて
いる。試験サンプル１と姿勢制御部材２の保持はスイッ
チ１３、１４をそれぞれＯＮにして電磁石３、４に通電
して行い、保持を解除する場合はスイッチ１３、１４を
それぞれＯＦＦにする。

【００１８】次に、本発明の落下衝撃試験装置による落
下試験の方法を説明する。

【００１９】図１に示したように、半導体装置を実装し
たプリント配線基板や携帯電話などが該当する試験サン
プル１と姿勢制御部材２は、所定の高さに固定された保
持部材５の電磁石３、４に図２に示したようにスイッチ
１３、１４をそれぞれＯＮにし、通電することで発生す
る吸引力によって所定の高さに保持される。この際、姿
勢制御部材２は試験サンプル１よりも上方の位置に配置
される。所定の高さに保持された試験サンプル１と姿勢
制御部材２は接触しても良いし、隙間をあけて設置され
ていても良い。次いで、姿勢制御部材２を保持する電磁
石４のスイッチ１３をＯＦＦにし、姿勢制御部材２の保
持を解除する。この際、姿勢制御部材２の重量が試験サ
ンプル１を保持する電磁石３の吸引力より大きい場合
は、姿勢制御部材２の保持解除によって試験サンプル１
は姿勢制御部材２とともに図３のように落下を開始す
る。姿勢制御部材２の重量より電磁石３の吸引力が大き
い場合は、試験サンプル保持用の電磁石３のスイッチ１
４をＯＦＦとし、姿勢制御部材２と試験サンプル１とを
落下させる。上記いずれの場合であっても、試験サンプ
ル１の保持が解除された後は、試験サンプル１と姿勢制
御部材２は接触した状態で落下する。試験サンプル１が
衝突する床材１２付近では、図４に示すように床材１２
よりも上方に設置されたストッパー６に姿勢制御部材２
のみが衝突し、ストッパー６に引っ掛かることで姿勢制
御部材２が停止する。姿勢制御部材２よりもサイズが小
さい試験サンプル１はストッパー６の設置位置を通過し
てさらに下方へ落下し、床材１２に衝突する。

【００２０】このように、試験サンプルの落下時の姿勢
を制御する姿勢制御機能を有する部材を試験サンプルと
一緒に落下させる試験方法を用いることで、試験サンプ
ルの落下中の姿勢が姿勢制御部材に倣い、安定するよう
になる。これによって、試験サンプルの衝突時の姿勢が
安定しないことによる破壊発生高さや破壊発生寿命など
の落下衝撃試験結果のばらつきを低減することができ
る。

【００２１】また、上記構成の落下試験装置を用いるこ
とによって、安定した落下姿勢での落下衝撃試験を実施
することができる。

【００２２】図１に示した本発明による落下衝撃試験装
置を構成する各部材を、図を用いて詳細に説明する。

【００２３】図５、図６は試験サンプルと姿勢制御部材
を保持する保持部材５の実施形態を示す図であり、図５
は断面図、図６は平面図である。

【００２４】保持部材５のベース２６となる平板の中央
部に設けられた貫通孔１９には姿勢制御部材用の電磁石
４が固定部品２２で固定されている。その周囲には試験
サンプル保持用の電磁石３をベース２６に固定するため
の貫通孔２０が複数箇所形成されている。電磁石３はホ
ルダー２４に固定部品２３で固定され、ホルダー２４は
貫通孔２０内にその一部が挿入されており、固定部品２
１でベース２６に固定されている。ベース２６の４箇所
のコーナー部には、支柱が挿入され、保持部材５を支柱
に固定するための貫通孔２５が設けられており、固定部
材１１の締付けによって保持部材５が支柱の任意の位置
に固定される。

【００２５】図６の例では、中央部６箇所の貫通孔２０
に電磁石３を設けた例を示してあるが、電磁石３の設置
個所と個数は試験サンプルのサイズや重量によって任意
に設定することができる。また、電磁石３はホルダー２
４を上下方向に動かすことで試験サンプルに接する面の
位置を上下方向にそれぞれ変えることができ、凹凸があ
るような試験サンプルでも保持が可能である。

【００２６】図７、図８は姿勢制御部材２の実施形態を
示す図であり、図７は断面図、図８は平面図である。

【００２７】姿勢制御部材２のベース２９となる平板の
中央部には、電磁石４に接触して吸引され、姿勢制御基
板を保持するための吸引部材２８が固定されている。吸
引部材２８の上部は球面となっており、この球面部分が
電磁石４に接触する。吸引部材２８の上部を球面にする
ことで、姿勢制御部材の下面が鉛直方向に対して実質直
角となり、試験サンプルの落下姿勢がより安定するよう
になる。吸引部材２８は磁性を有する材料（磁力で吸引
される材料）で形成し、ベース２９は非磁性の材料で形
成するのが望ましい。吸引部材２８の周囲には、保持部
材５の電磁石３の設置位置に対応した貫通孔２７が形成
されている。

【００２８】図９は、保持部材５に姿勢制御部材２を電
磁石４によって保持した状態を示す断面図である。

【００２９】保持部材５に図７に示した姿勢制御部材２
を電磁石４によって保持すると、保持部材５に取りつけ
られた電磁石３は、それぞれ対応する姿勢制御部材２の
貫通穴へ挿入され、姿勢制御部材の下面と面一となる
か、あるいは図９のように姿勢制御部材２を突き抜けて
下方へ突出するようになる。

【００３０】図１０は姿勢制御部材のストッパー６を示
す平面図である。

【００３１】ストッパー６のベース３０となる平板に
は、切り欠き部３１が設けられており、ストッパー６自
体は１辺が開口したコの字型をしている。ストッパー６
のコーナー４個所には支柱を挿入する貫通孔２５が設け
られており、支柱に取り付けた状態で固定部材１０を締
め付けることで任意の位置にストッパー６を固定するこ
とができる。試験サンプルはストッパー６の切り欠き部
３１を通過して、ストッパーより下方にある床材に衝突
するが、姿勢制御部材はストッパー６に衝突して停止
し、それ以上下方へは落下しないようになる。ストッパ
ー６の１辺を開口させるのは、試験サンプルに発生する
ひずみやはんだ接続部の導通を計測するために引き出さ
れる計測用細線が姿勢制御部材とストッパーに挟まれて
断線するのを防止するためである。

【００３２】図１１、図１２は、本発明の落下衝撃試験
装置で信頼性を評価する試験サンプルと用いる半導体装
置を実装したプリント配線基板の例であり、図１１は平
面図、図１２は側面図である。

【００３３】半導体装置３２はプリント配線基板３３の
表面にはんだバンプ３４によって接続されている。この
ような試験サンプルの落下衝撃試験では、主にはんだバ
ンプ３４の接続信頼性を評価する。落下衝撃試験は、図
１１のような半導体装置を実装したプリント配線基板そ
のもので行っても良いが、評価対象である半導体装置が
実際に搭載される携帯機器の状態を模擬した治具に取り
付けた状態で試験を行うのが望ましい。

【００３４】図１３、図１４は図１１に示した半導体装
置を実装したプリント配線基板を取り付けた落下試験用
治具の例であり、図１３は平面図、図１４は断面図であ
る。半導体装置３２をはんだバンプ３４で実装したプリ
ント配線基板３８は落下試験用治具３５の上板３６と下
板３７に挟まれており、半導体装置３２の周囲に設けら
れた開口部３８を除く部分は上板３６もしくは下板３７
に接触している。上板３６と下板３７はそれぞれの外縁
部に設けられた孔部３９と４０部分でねじ止めするなど
して固定され、これによってプリント配線基板３３を拘
束する。プリント配線基板３３は開口部３８の部分にお
いて変形できるようになっている。図１３に示した落下
試験用の治具では、上板３６と下板３７の厚さや材質、
および開口部３８のサイズを調整することで、半導体装
置が搭載される実際の携帯機器を模擬した落下試験を実
施することができる。

【００３５】ここで、実際の携帯機器を模擬した試験と
は、例えば実際の携帯機器を所定の高さから落下させた
場合に、携帯機器に搭載されたプリント配線基板に発生
するひずみと、図１３のような落下試験治具に取り付け
たプリント配線基板に発生するひずみが実質的に同じで
あるような試験である。

【００３６】図１５は、図１３と図１４に示した落下試
験用治具を、本発明による落下衝撃試験装置の保持部材
５に姿勢制御部材２とともに取り付けた状態を示す断面
図である。

【００３７】落下試験用治具は実際の携帯機器の重量と
併せるために比重の小さい材料で作製する場合もある。
比重の小さい材料にはアクリル樹脂やアルミ（Ａｌ）な
どがあり、これらの材料は通常、磁性材料ではないた
め、そのままでは電磁石に吸引されず、保持することが
できない。このような材料で作製された落下試験治具の
保持は、治具の表面に磁性材料の薄板や薄膜を貼付け、
この薄板に電磁石を吸引させることで実施できる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試験
サンプルの落下時の姿勢を制御する姿勢制御機能を有す
る部材を試験サンプルと一緒に落下させる方法を用いる
ことで、試験サンプルの衝突時の姿勢を安定にすること
ができる。また、上記構成を取り入れた試験装置によっ
て、落下姿勢が安定した落下衝撃試験が実現できる。こ
れによって、試験結果のばらつきを低減した信頼度の高
い落下衝撃試験が実施でき、信頼性の高い携帯機器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による落下衝撃試験装置の実施形態を示
す外観図。

【図２】図１に示した落下衝撃試験装置の試験サンプル
と姿勢制御部材を保持する電磁石の回路構成を説明する
図。

【図３】図１に示した落下衝撃試験装置の試験サンプル
と姿勢制御部材の落下途中の状態を示す外観図。

【図４】図１に示した落下衝撃試験装置の試験サンプル
と姿勢制御部材がそれぞれ衝突して停止した状態を示す
外観図。

【図５】本発明による落下衝撃試験装置の保持部材を示
す断面図。

【図６】図５に示した保持部材の平面図。

【図７】本発明による落下衝撃試験装置の姿勢制御部材
を示す断面図。

【図８】図７に示した姿勢制御部材の平面図。

【図９】保持部材に姿勢制御部材を取付けた状態を示す
断面図。

【図１０】本発明による落下衝撃試験装置のストッパー
を示す平面図。

【図１１】本発明による落下衝撃試験方法および試験装
置で評価する半導体装置を実装したプリント配線基板の
例を示す平面図。

【図１２】図１１に示した半導体装置を実装したプリン
ト配線基板の側面図。

【図１３】本発明による落下衝撃試験方法および試験装
置で評価する半導体装置を実装したプリント配線基板を
搭載した落下冶具の例を示す平面図。

【図１４】図１３に示した落下冶具の断面図

【図１５】図１３に示した半導体装置を実装したプリン
ト配線基板を搭載した落下冶具を、本発明による落下衝
撃試験装置の保持部材に姿勢制御部材とともに取付けた
状態を示す断面図。

【符号の説明】

１…試験サンプル、２…姿勢制御部材、３…試験サンプ
ル保持用電磁石、４…姿勢制御部材保持用電磁石、５…
保持部材、６…ストッパー、７…支柱、８…天板、９…
地板、１２…床材、１３、１４…スイッチ、１５、１６
…電源、２０…電磁石３固定用の貫通孔、２７…電磁石
３が挿入される貫通孔、３２…半導体装置、３３…プリ
ント配線基板、３４…はんだバンプ、３５…落下試験用
冶具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 川端 利明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 泉澤 太樹 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 2G061 AA13 AB04 CB16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験サンプルを任意の高さに保持する機
   構と、試験サンプルの保持を解除して該試験サンプルを
   落下させる機構と、試験サンプルの上部に位置して該試
   験サンプルと共に落下し、試験サンプルの落下中の姿勢
   を一定に保持する姿勢制御部材と、姿勢制御部材を保持
   する機構と、姿勢制御部材を試験サンプルが床面に衝突
   するより前に試験サンプルと分離させ、停止する機構と
   を備え、試験サンプルを床面に衝突させて落下衝撃試験
   を行うことを特徴とする落下衝撃試験方法および落下衝
   撃試験装置。
2. 【請求項２】 前記試験サンプルおよび前記姿勢制御部
   材の保持と、保持を解除して落下させるのに複数の電磁
   石を用いたことを特徴とする請求項１に記載の落下衝撃
   試験方法および落下衝撃試験装置。
3. 【請求項３】 前記姿勢制御部材のサイズが前記試験サ
   ンプルのサイズより大きいことを特徴とする請求項１に
   記載の落下衝撃試験方法および落下衝撃試験装置。
4. 【請求項４】 前記試験サンプルは、半導体装置を実装
   したプリント配線基板であることを特徴とする請求項１
   至及３に記載の落下衝撃試験方法および落下衝撃試験装
   置。
5. 【請求項５】 前記試験サンプルは、携帯情報端末機器
   であることを特徴とする請求項１至及３に記載の落下衝
   撃試験方法および落下衝撃試験装置。
6. 【請求項６】 試験サンプルと、試験サンプルより上方
   にあって該試験サンプルと共に落下し、試験サンプルの
   落下中の姿勢を一定に保持する姿勢制御部材とを同時に
   落下させることを特徴とする落下衝撃試験方法。