JP2008140800A - プリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法及びプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ部の歪や温度を正確に測定することができとともに、センサのはんだ部への取付が容易であり、かつセンサが電界や磁界の影響を受けない。
【解決手段】プリント基板１への電子部品の実装がスルーホール型である場合、光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａを電子部品のリード線２と共にスルーホール１ａに挿通して、リード線２をスルーホール１ａに固定するはんだ部３に埋め込み、光ファイバー部４ａの変形によりはんだ部３の歪または温度を測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子部品をプリント基板に取り付ける際に使用する、プリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法及びプリント基板に関するものである。

一般に、電子部品をプリント基板に固定する方法として、「はんだ付け」が古くから使用されている。近年、電子部品の小形・高密度化のために、はんだ付けされる面積（体積）が減少し、直径数ｍｍから数μｍの大きさになってきている。一般的に、電子部品とプリント基板とはんだ部では、はんだ部の強度が弱く、このはんだ部が機器の不良原因の多くの割合を占めている。はんだ部の機械的特性として、室温でもクリープが生じるため、使用環境（温度の時間的変化）の履歴により、発生する歪が異なり、実機での歪変化の履歴を直接測定することが強度評価には重要である。

そこで、はんだ部の歪測定方法が種々検討されており、はんだ部の上に半導体材料からなるゲージ（センサ）を付けたもの等が提案されているが、実機でははんだ部の寸法が小さくて、センサの取付ができないこと、機器使用中の電流や電界、磁界の影響があること、温度変化に耐えられること等について、センサの仕様が満たされ、実際のプリント基板上のはんだ部の歪を測定する方法は見当たらなかった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開２００４−１２２７０号公報 特開２０００−２９２２８３号公報 特開２０００−２６８２７１号公報 特開平７−３１８４３８号公報

ところで、はんだ部は通電しているため、導体からなるセンサ及び磁性体からなるセンサを使うことはできない。又、はんだ部の寸法は微小であるため、センサも微小でなければならない。さらに、はんだ部の温度上昇にセンサは耐えられなければならない。

通常良く用いられている歪ゲージは、ゲージ長は０．２ｍｍ程度であるが、ベース部分が数ｍｍあるため、はんだ部のみを測定することができない。また、歪ゲージが抵抗変化を用いているため、電流や磁界が変化する場所では、歪ゲージを使うことができない。一方、光学的手法を用いて表面形状の変化を測定する、モアレ法やレーザースペックル法では、はんだの表面形状が立体的で、光沢があるので、基準となる格子等の焼付け、測定による判断が難しい。さらに、内部の測定は実施できない。

上記のような理由により、実機のプリント基板のはんだ部の歪を直接測定する方法は、今まで無かった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、センサが小さくてはんだ部への取付が容易であるとともに、電界や磁界の影響を受けず、かつ高温にも耐えることができ、はんだ部の歪や温度を直接かつ正確に測定することができるプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法及びプリント基板を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係るプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法は、プリント基板に電子部品をはんだ付けした構造におけるはんだ部の歪または温度の測定方法において、はんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込み、この光ファイバー部の変形によりはんだ部の歪または温度を測定するものである。

請求項２に係るプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法は、プリント基板への電子部品の実装がスルーホール型である場合、光ファイバー部を電子部品のリード線と共にスルーホールに挿通して、リード線をスルーホールに固定するはんだ部に埋め込むものである。

請求項３に係るプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法は、プリント基板への電子部品の実装が表面実装である場合、光ファイバー部をプリント基板と平行にはんだ部に埋め込むものである。

請求項４に係るプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法は、プリント基板への電子部品の実装が表面実装である場合、光ファイバー部をプリント基板と垂直にはんだ部に埋め込むものである。

請求項５に係るプリント基板は、電子部品をはんだ付けしたプリント基板において、はんだ部の歪または温度を測定するためにはんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込んだものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、はんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込み、この光ファイバー部の変形によりはんだ部の歪または温度を測定しており、はんだ部の歪または温度を直接的かつ正確に測定することができる。又、光ファイバーセンサは絶縁体であるので、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。さらに、光ファイバーセンサの光ファイバー部ははんだ部に比べて小さい（細い）ので、はんだ部に埋め込むことが容易である。

請求項２によれば、プリント基板への電子部品の実装がスルーホール型である場合、光ファイバー部を電子部品のリード線と共にスルーホールに挿通して、リード線をスルーホールに固定するはんだ部に埋め込んでおり、はんだ部の歪または温度を直接的かつ正確に測定することができる。又、光ファイバーセンサは絶縁体であるので、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。さらに、光ファイバーセンサの光ファイバー部ははんだ部及びスルーホールに比べて小さい（細い）ので、スルーホールに挿通してはんだ部に埋め込むことが容易である。

請求項３，４によれば、プリント基板への電子部品の実装が表面実装である場合、光ファイバー部をプリント基板と平行または垂直にはんだ部に埋め込んでおり、はんだ部の歪または温度を直接的かつ正確に測定することができる。又、光ファイバーセンサは絶縁体であるので、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。さらに、光ファイバーセンサの光ファイバー部ははんだ部に比べて小さい（細い）ので、はんだ部に埋め込むことが容易である。

請求項５によれば、電子部品をはんだ付けしたプリント基板において、はんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込んでおり、請求項１と同様な効果を奏する。

実施最良形態１
以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。ところで、光ファイバーセンサを用いた歪計及び温度計が提案されている。これは、樹脂のモールドや繊維強化プラスチックの積層界面での歪、温度の測定に用いられている。この光ファイバーセンサは石英製であるため、絶縁体であり、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる特性を持っている。さらに、この光ファイバーセンサの直径は約１８０μｍであり、スルーホールや抵抗器の寸法に対して十分に小さい。又、石英ははんだ付けが可能であり、電極等と一緒にはんだ付けが可能である。図１はこの発明の実施最良形態１によるスルーホール型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断斜視図を示し、１はプリント基板であり、スルーホール１ａを有している。スルーホール１ａには電子部品（図示せず）のリード線２が挿通され、はんだ部３によりはんだ付けされる。このはんだ付けの際にはんだ部３をヒータやはんだごてで溶融させ、光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａもスルーホール１ａに挿通させ、はんだ部３を冷却固化させて光ファイバー部４ａをはんだ部３中に埋め込む。はんだ部３の濡れ性を良くするために、光ファイバー部４ａの表面の脱脂を行うとともに、はんだ部３の種類に合ったフラックスの塗布により、より強固に固定できる。５はスルーホール１ａの上下に設けたパッドであり、例えば銅やアルミ等により形成され、電子部品が取り付けられる。

又、光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａの一端には図２に示すような測定部４ｂが接続される。測定部４ｂにおいては、シリカガラス管６内に反射ファイバー７と入出力ファイバー８とが相対向して接着剤により固定され、二つのファイバー７，８の端面７ａ，８ａで反射し、干渉した光を測定することにより、端面７ａ，８ａ間の距離（エアギャップ）Ｇを計測する。即ち、対向する高反射率を有する平行な端面７ａ，８ａで一定の厚さの空気間隔を挟み、繰り返し反射を行わせると、多数の光束が干渉に関与し、干渉縞が極めて細い縞となり、この縞のずれを測定する。光ファイバー部４ａは入出力ファイバー８に光学的に接続する。

上記構成において、ファイバー７，８の端面７ａ，８ａ間の距離を計測し、この距離の変化を計測する。この距離の変化は光ファイバー部４ａの変形、即ち長さの変化であり、この変形ははんだ部３の歪及び温度変化に対応する。

実施最良形態１においては、光ファイバーセンサ４は石英製であり、絶縁体であるので、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。又、この光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａはスルーホール１ａやはんだ部３に比べて十分に小さい（細い）ので、はんだ部３への埋め込みは容易である。このように、光ファイバー部４ａをはんだ部３に埋め込んだので、実機の使用状態での歪あるいは温度の測定を直接的にかつ正確に行うことができる。また、これにより、歪範囲が明確になるため、試験段階で製品の定常状態での疲労破壊回数の推定が可能となる。

又、機器使用中の歪測定が可能であるため、はんだ部３に亀裂等の幾何学的変化が発生した場合の亀裂の検出が可能となり、これによって損傷の予知が可能となり、損傷がプリント基板１や機器全体に及ぶ前に、製品の使用を中止することができる。また、歪履歴あるいは温度履歴を記録することにより、使用回数が明確になり、残存寿命がどのくらいであるかを正確に把握することができ、プリント基板１の余寿命を正しく管理することができる。さらに、機器使用中の温度測定が可能となるため、各電子部品の損傷や劣化（抵抗増加）を検出することができ、プリント基板１の保守点検が容易となる。

実施最良形態２
図３（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態２による表面実装型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断正面図及び縦断斜視図を示し、９は表面実装型のプリント基板であり、プリント基板９の表面にはパッド１０を介して電子部品１１がはんだ部１２により実装固定され、光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａがはんだ部１２にプリント基板９と平行に挿通して埋め込まれる。

上記構成において、光ファイバーセンサ４によりはんだ部１２のプリント基板９と平行な方向の歪及び温度が測定される。

実施最良形態２によれば、光ファイバーセンサ４は石英製であり、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。又、この光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａははんだ部１２に比べて十分に小さい（細い）ので、はんだ部１２への埋め込みは容易である。又、このように光ファイバー部４ａをはんだ部１２に埋め込んだので、はんだ部１２の歪あるいは温度の測定を直接的かつ正確に行うことができる。その他、実施最良形態１と同様の効果を奏する。

実施最良形態３
図４（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態３による表面実装型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断正面図及び縦断斜視図を示し、表面実装型のプリント基板９の表面にはパッド１０を介して電子部品１１がはんだ部１２により実装固定され、光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａがはんだ部１２にプリント基板９と垂直に挿通して埋め込まれる。光ファイバー部４ａの下端は測定部４ｂに接続される。又、光ファイバー部４ａの上端ははんだ部１２を貫通しないように埋め込むが、はんだ部１２が小さい場合は点線で示すように光ファイバー部４ａの上端にはんだ部１２から上方にはみ出る部分４´ａが生じる。

上記構成において、光ファイバーセンサ４によりはんだ部１２のプリント基板９と垂直な方向の歪及び温度が測定される。光ファイバー部４ａはプリント基板９も貫通しているが、プリント基板９の歪や温度変化は微小なので、影響はない。

実施最良形態３によれば、光ファイバーセンサ４は石英製であり、磁界や電界の影響を受けず、高温にも耐えられる。又、この光ファイバーセンサ４の光ファイバー部４ａははんだ部１２に比べて十分に小さい（細い）ので、はんだ部１２への埋め込みは容易である。又、このように光ファイバー部４ａをはんだ部１２に埋め込んだので、はんだ部１２の歪あるいは温度の測定を直接的かつ正確に行うことができる。その他、実施最良形態１と同様の効果を奏する。

この発明の実施最良形態１によるスルーホール型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断斜視図である。 実施最良形態１による光ファイバーセンサの測定部の断面図である。 実施最良形態２による表面実装型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断正面図及び縦断斜視図である。 実施最良形態３による表面実装型基板へ光ファイバーセンサを適用した場合の縦断正面図及び縦断斜視図である。

符号の説明

１，９…プリント基板
１ａ…スルーホール
２…リード線
３，１２…はんだ部
４…光ファイバーセンサ
４ａ…光ファイバー部
４ｂ…測定部
５，１０…パッド（銅、アルミ）
１１…電子部品

Claims (5)

1. プリント基板に電子部品をはんだ付けした構造におけるプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法において、はんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込み、この光ファイバー部の変形によりはんだ部の歪または温度を測定することを特徴とするプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法。
2. プリント基板への電子部品の実装がスルーホール型である場合、光ファイバー部を電子部品のリード線と共にスルーホールに挿通して、リード線をスルーホールに固定するはんだ部に埋め込むことを特徴とする請求項１記載のプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法。
3. プリント基板への電子部品の実装が表面実装である場合、光ファイバー部をプリント基板と平行にはんだ部に埋め込むことを特徴とする請求項１記載のプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法。
4. プリント基板への電子部品の実装が表面実装である場合、光ファイバー部をプリント基板と垂直にはんだ部に埋め込むことを特徴とするプリント基板のはんだ部の歪または温度の測定方法。
5. 電子部品をはんだ付けしたプリント基板において、はんだ部の歪または温度を測定するためにはんだ部に光ファイバー部と測定部とからなる光ファイバーセンサの光ファイバー部を埋め込んだことを特徴とするプリント基板。

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