JP2005109084A

JP2005109084A - プリント基板および電子装置

Info

Publication number: JP2005109084A
Application number: JP2003339332A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yoshinori; 直人義則
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】はんだ付け部の劣化を診断するための専門的な知識や特別な装置を必要とせずに、プリント基板に実装した回路部品のはんだ付け部の劣化を診断することができるプリント基板および電子装置を提供する。
【解決手段】回路部品をはんだ付け実装したプリント基板１０上に、前記回路部品の回路動作に影響しないダミー部品としての抵抗器１をはんだ付け実装し、この抵抗器１のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、回路部品をはんだ付け実装したプリント基板のはんだ劣化の診断を行なうことができるプリント基板およびそのプリント基板を内蔵した電子装置に関する。

プリント基板のはんだ付け部の劣化は、はんだ付け部にかかる部品重量，熱，振動，衝撃等による応力が断続的にはんだ付け部に加わることにより進行し、最終的にははんだクラックが発生する。このようなはんだ付け部に発生する応力を緩和してはんだ付け部の劣化を抑制するものとして、例えば、特許文献１に示すものがある。
特許文献１では、ねじの締結部と、ねじ締結部から最も近いスルーホール部のはんだ付け部との間を遮断するように長穴溝を設け、この長穴溝により外内部からの応力を緩和してはんだ付け部の劣化を抑制する技術が示されている。
また、プリント基板のはんだ付け部の劣化を診断するものとして、例えば特許文献２に示す劣化診断装置がある。
特許文献２では、プリント基板のはんだ付け部のはんだの電位を検出する電位検出手段を設け、この電位検出手段により検出されたはんだの電位に基づき、プリント基板の劣化度を算出することで劣化度合いを判定し、劣化度が一定レベルを超えたときに警報を発するようにしている。
特開平９−２７６６０号公報特開平９−３０４４６１号公報

特許文献１のものでは、はんだ付け部の劣化を抑制することは可能であるが、はんだ付け部の劣化を診断するためには、診断の対象となるプリント基板の入出力端子より電気的特性検出して定格値と比較する等、別途にはんだ付け部の劣化を検出するための診断を行なう必要があり、この場合には診断箇所の決定や診断基準の決定等に専門的な知識および技術を必要とする。
また、特許文献２に示されたものは、プリント基板のはんだ付け部の劣化を診断するためには、電位検出手段や劣化度判定手段等からなる劣化診断装置を別途用意し、各はんだ付け部のはんだの電位を測定する必要がある。
この発明は、はんだ付け部の劣化を診断するための専門的な知識や特別な装置を必要とせずに、プリント基板に実装した回路部品のはんだ付け部の劣化を診断することができるプリント基板および電子装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明のプリント基板は、回路部品をはんだ付け実装したプリント基板において、同一プリント基板上に前記回路部品の回路動作に影響しないダミー部品をはんだ付け実装し、このダミー部品のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とするものとする。
また、この発明の電子装置は、回路部品をはんだ付け実装した複数のプリント基板を内蔵した電子装置において、前記複数のプリント基板のそれぞれに前記回路部品の回路動作に影響しないダミー部品をはんだ付け実装し、このダミー部品のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とするものとする。

この発明によれば、プリント基板上に回路部品の回路動作に影響しないダミー部品をはんだ付け実装し、このダミー部品のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とし、長期稼動によりダミー部品のはんだ付け部にはんだクラックが発生したことを検出して前記回路部品のはんだ付け部の劣化度合いを診断することができる。したがって、はんだ付け部の劣化を診断するための専門的な知識や特別な装置を必要とせずに、プリント基板に実装した回路部品のはんだ付け部の劣化度合いを診断することが可能になり、前記回路部品のはんだ付け部にクラックが発生する前にプリント基板の予防保全の時期を決定することができる。

図１は、この発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
図１において、1はダミー部品としての抵抗器であり、この実施の形態では５Ｖ電源に接続されている。１０はプリント基板であり、プリント基板１０上には、通常の回路動作を行なうための回路部品（図示せず）がはんだ付け実装されるとともに、ダミー部品としての抵抗器１がはんだ付け実装されている。
一般に回路部品は、その装置の寿命を満たすための寿命保証をするために、適用する装置や回路条件等に応じて定められたディレーティング値に基づいて抵抗容量が決定される。例えば、抵抗器の抵抗値を１００Ωとした場合、この抵抗器で発生する損失は０．２５Wであり、ディレーティング値を５０％以下とすると、０．５W以上の抵抗器が使用される。そこで、ダミー部品としての抵抗器に０．２５Wの抵抗器１を使用すると、通常の回路動作を行なう回路部品としての抵抗器に比べて少なくとも２倍の責務が加わるために、ダミー部品としての抵抗器１のはんだ付け部の温度上昇値は、通常の回路動作を行なうための抵抗器に比べてほぼ２倍の温度上昇値となる。このため、ダミー部品としての抵抗器１のはんだ付け部のはんだ劣化は、通常の回路動作を行なうための抵抗器のはんだに比べて速く進行し、最終的にははんだクラックが発生する。このはんだクラックを目視検査等により検出することで、回路部品の劣化を診断し、プリント基板の保守時期を簡便に特定することができる。

なお、この実施の形態では、ダミー部品としての抵抗器１の責務を通常の回路動作を行なう回路部品の２倍として説明したが、実際のプリント基板への適用においては、ダミー部品の責務を通常の回路動作を行なう回路部品の２倍とするのではなく、その装置に応じた適切な値が選定される。
また、上記では、ダミー部品のはんだ付け部の温度上昇の条件を通常の回路動作を行なう回路部品よりも厳しい条件としたが、ダミー部品のはんだ付け部に加わる振動，衝撃等の応力を回路部品よりも厳しい条件とすることも可能である。
図２は、この発明の第２の実施の形態を示す回路図であり、図１と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するので詳細な説明は省略する。
図２において、図１と異なる点は、ダミー部品としての抵抗器１に直列に発光ダイオード２が接続されていることである。なお、図２においても、第１の実施の形態と同様に、プリント基板１０上には、抵抗器１とともに通常の回路動作を行なうための回路部品（図示せず）がはんだ付け実装されている。

このような構成において、第１の実施の形態と同様に、ダミー部品としての抵抗器１の責務を通常の回路動作を行なう回路部品に比べて厳しい条件に設定する。このように設定して回路動作を行なうと、抵抗器１のはんだ付け部においてはんだクラックが発生するまでは、発光ダイオード２に電流が流れて点灯しているが、ダミー部品としての抵抗器１のはんだ付け部のはんだ劣化が進行し、はんだクラックが発生すると発光ダイオード２には電流が流れなくなるために、発光ダイオード２が消灯する。発光ダイオード２が消灯したことにより回路部品のはんだ劣化が進んでいることの警報を視覚的に行なうことができ、プリント基板の保守時期を簡便に特定することができる。特に、この実施の形態によれば、発光ダイオード２の点灯・消灯に基づき視覚により一見してはんだの劣化を認識することができるので、プリント基板の保守時期の特定が一層容易になる。

図３は、この発明の第３の実施の形態を示す回路図であり、図１，２と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するので詳細な説明は省略する。
図３において、５Ｖ電源にダミー部品としての抵抗器１１および抵抗器１２が直列に接続され、プリント基板１０上に通常の回路動作を行なうための回路部品（図示せず）とともにはんだ付け実装されている。ここで、抵抗器１１および抵抗器１２の抵抗値を同一にすると、はんだクラックが発生していない状態では、抵抗器１１と抵抗器１２との接続点の電位は２．５Ｖであり、Ａ／Ｄ変換器２０によりアナログ電圧レベルがデジタル信号に変換され、ＣＰＵ３０に読み込まれる。ＣＰＵ３０では読み込まれた電圧レベルに基づいてダミー部品としての抵抗器１１，１２のはんだ付け部に接触不良が発生したか否かを判断する。この実施の形態では、ＣＰＵ３０は、検出された電圧レベルが２．５Ｖであればはんだクラックは発生しておらず正常であると判断し、外部に設けられた警報回路４０に警報信号を送信しない。

一方、長期間の装置の稼動後、抵抗器１１のはんだ付け部のはんだ劣化が進行し、抵抗器１１の（イ）点ではんだクラックが発生した場合には、抵抗器１１と抵抗器１２との接続点の電位は０Ｖとなり、ＣＰＵ３０が０Ｖ相当のデジタル信号をＡ／Ｄ変換器２０を介して検出すると、はんだクラックが発生したと判断して外部の警報回路４０に警報信号を送信する。また、抵抗器１１の（ロ）点ではんだクラックが発生した場合には、抵抗器１１と抵抗器１２との接続点の電位は５Ｖとなり、ＣＰＵ３０が５Ｖ相当のデジタル信号をＡ／Ｄ変換器２０を介して検出すると、はんだクラックが発生したと判断して外部の警報回路４０に警報信号を送信する。なお、抵抗器１２の両端ではんだクラックが発生した場合にも、上記と同様の理論によりＣＰＵ３０は警報信号を外部の警報回路４０に警報信号を送信することができる。

このようにＣＰＵ３０では、読み込まれた電圧レベルに基づいてダミー部品のはんだ付け部にはんだクラックが発生したか否かを判断し、はんだクラックが発生したと判断すれば外部の警報回路４０に警報信号を送信することにより、はんだクラックの発生を電気的に検出して回路部品のはんだ劣化が進んでいることの警報を発することができ、プリント基板の保守時期を簡便に特定することができる。
図４は、この発明の第４の実施の形態を示す回路図であり、図１，２，３と同一符号を付したものはおおよそ同一の機能を有するので詳細な説明は省略する。
図４において、１０ａ〜１０ｄはそれぞれプリント基板を示し、これら複数のプリント基板１０ａ〜１０ｄが電子装置５０内に内蔵されている。プリント基板１０ａには、５Ｖ電源に直列に接続されたダミー部品としての抵抗器１１ａ，１２ａが通常の回路動作を行なうための回路部品（図示せず）とともにはんだ付け実装されている。同様に、プリント基板１０ｂ〜１０ｄにおいても、５Ｖ電源に直列に接続されたダミー部品としての抵抗器１１ｂ〜１１ｄと抵抗器１２ｂ〜１２ｄとがそれぞれ通常の回路動作を行なうための回路部品（図示せず）とともにはんだ付け実装されている。また、プリント基板１０ｄには、Ａ／Ｄ変換器２０およびＣＰＵ３０が設けられている。

このような構成において、第３の実施の形態と同様に、各プリント基板１０ａ〜１０ｄに設けられた抵抗器１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄによって分圧された電圧をプリント基板１０ｄに設けたＣＰＵ３０がＡ／Ｄ変換器２０を介して検出し、検出した電圧レベルに基づいてダミー部品のはんだ付け部にはんだクラックが発生したか否かを判断し、はんだクラックが発生したと判断すれば外部の警報回路４０に警報信号を送信する。

この発明の第１の実施の形態を示す回路図この発明の第２の実施の形態を示す回路図この発明の第３の実施の形態を示す回路図この発明の第４の実施の形態を示す回路図

符号の説明

１…抵抗器、２…発光ダイオード、１０…プリント基板、１１…抵抗器、１２…抵抗器、３０…ＣＰＵ、４０…警報回路。

Claims

回路部品をはんだ付け実装したプリント基板において、同一プリント基板上に前記回路部品の回路動作に影響しないダミー部品をはんだ付け実装し、このダミー部品のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とすることを特徴とするプリント基板。
前記ダミー部品は振動，衝撃，温度の少なくとも１つの条件を前記回路部品よりも厳しい条件とすることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
前記ダミー部品のはんだ付け部の接触不良が発生したことを検出する検出手段を有し、この検出手段がはんだ付け部の接触不良を検出したときに警報を発することを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。
前記はんだ付け部の接触不良を検出した信号を電気通信回線を介して外部に設けた警報手段に送信することを特徴とする請求項３に記載のプリント基板。
回路部品をはんだ付け実装した複数のプリント基板を内蔵した電子装置において、前記複数のプリント基板のそれぞれに前記回路部品の回路動作に影響しないダミー部品をはんだ付け実装し、このダミー部品のはんだ付け部に加わる応力を前記回路部品のはんだ付け部に加わる応力よりも厳しい条件とすることを特徴とする電子装置。
前記ダミー部品は振動，衝撃，温度の少なくとも１つの条件を前記回路部品よりも厳しい条件とすることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記ダミー部品のはんだ付け部の接触不良が発生したことを検出する検出手段を有し、この検出手段がはんだ付け部の接触不良を検出したときに警報を発することを特徴とする請求項５または６に記載の電子装置。
前記はんだ付け部の接触不良を検出した信号を電気通信回線を介して外部に設けた警報手段に送信することを特徴とする請求項７に記載のプリント基板。