JP2008224289A - 温度サイクル試験装置及び温度サイクル試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信の信頼性が要求される電子部品の温度サイクルに対する正確な寿命を知ることができる温度サイクル試験装置及び温度サイクル試験方法を提供することを目的とする。
【解決手段】無線通信用電子部品の温度差に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置であって、少なくとも加熱炉２と、冷却炉３と、電子部品移送機構５と、移送制御コントローラ６と、温度センサ７と、通信特性センサ８と、ドライヤー１０と、ドライヤー１１と、電磁波遮蔽板１２とを具備していることを特徴とする温度サイクル試験装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の温度変化に対する信頼性を評価する温度サイクル試験装置及び温度サイクル試験方法に関する。

一般に、電子部品の信頼性を評価する手段として、電子部品を高温と低温に繰り返しさらした後に電子部品の劣化の程度を調べる熱衝撃温度サイクル試験が日本工業規格によって定められている（例えば、非特許文献１参照）。
従来、この試験方法に用いられる装置としては、一つの装置内に電子部品を高温にさらすための高温槽と、低温にさらすための低温槽とで構成されており、２つの試験槽に大量の高温液体、低温液体を常に供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般に電子部品に実行される熱衝撃型温度サイクル試験には、低温槽に−５５℃、高温槽に１２５℃の液体を用いることが規定されており、その規格を満たした温度サイクル試験装置が市販されている。
しかし、上述のような市販の温度サイクル試験装置は、高温槽と低温槽とを付属することから、装置自体が非常に大型になる。そのために高温槽と低温槽との間の移動の際に必ず通過する室温領域の湿度環境に考慮した温度サイクル試験装置はほとんど存在せず、単に空気中を通して、試料を高温槽と低温槽を交互に移動させている。
日本工業規格 ＪＩＳ Ｃ ００２５ （１９８８） 特開昭６３−１５１８７４号公報

従来での電子部品は、電気的導通に対する信頼性が確保されていれば十分であったが、これから流通することが期待されるＩＣタグなどの電子部品には、通信に対する信頼性が要求される場合が多くなっている。
実際のところ、衣服などの表面につけるＩＣタグに対しては、アイロンを当てられるなどの熱衝撃に対する信頼性が要求される場合が充分に想定される。その場合、ＩＣタグに対して温度サイクル試験を行い、通信特性が保たれているかを評価するのが一般的である。

しかしながら、市販されている温度サイクル試験装置は、無線通信を行う電子部品に対して、特定の温度サイクル履歴を与えた後に試料を取り出し、無線通信ができるかどうかを調べることしかできない。そのために、無線通信の信頼性が要求される電子部品の正確な温度サイクル寿命を知ることができないという問題点がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、無線通信の信頼性が要求される電子部品の温度サイクルに対する正確な寿命を知ることができる温度サイクル試験装置及び温度サイクル試験方法を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記問題を解決するために、まず請求項１においては、無線通信用電子部品の熱衝撃に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置であって、少なくとも加熱炉２と、冷却炉３と、電子部品移送機構５と、移送制御コントローラ６と、温度センサ７と、通信特性センサ８と、ドライヤー１０と、ドライヤー１１と、電磁波遮蔽板１２とを具備していることを特徴とする温度サイクル試験装置としたものである。

また、請求項２においては、無線通信用電子部品の熱衝撃に対する耐性を確認する温度サイクル試験方法であって、
（ａ）電子部品１を電子部品移送機構５にて加熱炉２に移送し、所定の温度に加熱する工程と、
（ｂ）加熱された電子部品１を電子部品移送機構５にて加熱炉２からドライヤー１０の送風位置に移送し、加熱された電子部品１をドライヤー１０にて室温（２５℃）に戻す工程と、
（ｃ）電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行う工程と、
（ｄ）電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置から冷却炉３に移送し、電子部品１を所定の温度に冷却する工程と、
（ｅ）電子部品１を電子部品移送機構５にて冷却炉３からドライヤー１１の送風位置に移送し、冷却された電子部品１をドライヤー１１にて室温（２５℃）に戻す工程と、
（ｆ）電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行う工程と、を順次連続して行うことを特徴とする電子部品の温度サイクル試験方法としたものである。

本発明の温度サイクル試験装置及び温度サイクル試験方法によれば、温度サイクル試験の各サイクル毎に必ず通信特性を確認することができることから、電子部品の通信特性に対して正確な寿命を知ることが可能になる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の温度サイクル試験装置の一実施例を示す模式構成図である。
本発明の温度サイクル試験装置は、加熱炉２と、冷却炉３と、電子部品移送機構５と、移送制御ントローラ６と、温度センサ７と、通信特性センサ８と、ドライヤー１０と、ドライヤー１１と、電磁波遮蔽板１２とから構成されている。

加熱炉２は、電子部品１を加熱するために設けられる。加熱炉２としては、電熱線を巻きつけた円筒を準備して、円筒のまわりを断熱材で囲み、電熱線に電流を通じることで円筒内部を加熱する。このとき、温度制御装置を有する温度センサを円筒の内部表面に接触させて、温度を所定の値で一定になるように加熱する。また、ヒーター内部の熱が逃げないように、ヒーター上部をセラミック製の断熱板材で蓋をする。以上より、電子部品１を目標温度に加熱することができる。
冷却炉３は、電子部品１を冷却するために設けられる。冷却炉２としては、内部が真空状態を保った金属製の円柱状容器を準備する。容器に液体窒素、ドライアイスなどの冷媒を充填する。電子部品１を冷媒に接触させることで、電子部品１を目標温度に冷却することができる。

電子部品移送機構５は、電子部品保持部４に連結されおり、電子部品保持部４に固定された電子部品１を所定の位置に移送する役目を有しており、移送制御コントローラ６にて電子部品１の移送位置の制御が行われる。

温度センサ７は、熱電対からなり、電子部品１の温度モニターとしての機能を有し、温度計７ａにて電子部品１の温度が表示される。

通信特性センサ８は、電子部品１と相互に電波の受信行うためのアンテナと、電波に情
報をのせたり、取り出すための制御回路からなり、センサ接続部９にて保持され、室温状態（２５℃）にある電子部品１の通信特性を評価するためのものである。

ドライヤー１０は、加熱炉２で加熱された電子部品１を室温（２５℃）に戻すまでの時間を短縮するためのものである。

ドライヤー１１は、冷却炉３で冷却された電子部品１を室温（２５℃）に戻すまでの時間を短縮するためと、冷却炉（−３０℃〜−４５℃程度で決められた温度で一定）で冷却された電子部品１を取り出した際に、必ず、電子部品１表面に霜（水分）等が付着するので、その水分を取り除くことを狙っている。
特に、ＩＣタグ等の電子部品１では無線通信の妨害要因となるため、水分の影響を限りなく排除しないと、ＩＣタグ自体の温度サイクル寿命を評価できない。

電磁波遮蔽板１２は、アクリル系部材等で構成された電磁波遮蔽シートなどからなり、各種電子機器及び電子機器を接続するケーブルを電磁波遮蔽板１２で覆っておくことにより、温度サイクル試験途中に、電子部品１の無線通信に与える電磁波の影響を著しく小さくすることができる。

以下、電子部品１の温度サイクル試験方法について説明する。
まず、電子部品１を耐熱テープ等で電子部品保持部４に固定する。この電子部品保持部４としては、無線通信への影響を与えないように、厚さ１ｃｍ程度のセラミックなどの非金属素材であることが好ましい。

次に、電子部品保持部４に固定された電子部品１を電子部品移送機構５にて加熱炉２に移送し、電子部品１を所定の温度に加熱する(図２−ａ参照)。
電子部品の加熱温度は、温度サイクル試験の条件にもよるが８５℃前後である。

次に、加熱された電子部品１を電子部品移送機構５にて加熱炉２からドライヤー１０の送風位置に移送し、加熱された電子部品１をドライヤー１０の送風にて室温（２５℃）に戻す(図２−ｂ参照)。
ドライヤー１０は、加熱された電子部品１を室温（２５℃）に戻すまでの時間を短縮するために行われる。加熱された電子部品１が室温（２５℃）状態に戻るまでの時間は１０秒程度である。

次に、室温（２５℃）状態の電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行う(図２−ｃ参照)。読み取り時間は５秒程度である。
通信特性センサ８は、加熱炉２と冷却炉３との中点鉛直線上にある通信特性読み取り位置から、規格で決められた距離（例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に従うと、１０ｃｍ）だけ離した位置に保持する。
室温（２５℃）状態にある電子部品１が、通信特性読み取り位置に到達したときに、通信特性センサ８を用いて通信特性を評価する。
また、この通信特性センサ８は、通信特性センサ保持部９にて、保持するアームの長さが変えられることから、通信特性センサ８と電子部品１との通信距離を自在に制御することが可能である。

次に、電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置から冷却炉３に移送し、電子部品１を所定の温度に冷却する(図３−ｄ参照)。
電子部品１の冷却温度は、温度サイクル試験の条件にもよるが−２０〜−４０℃前後である。冷却炉３の内部にはドライアイスなどの冷媒が充填されている。

次に、電子部品１を電子部品移送機構５にて冷却炉３からドライヤー１１の送風位置に移送し、冷却された電子部品１をドライヤー１１の送風にて室温（２５℃）状態に戻す(図３−ｅ参照)。
ドライヤー１１は電子部品１とほぼ水平の位置になるように設置されており、冷却された電子部品１を室温（２５℃）に戻すまでの時間を短縮し、さらに、電子部品1表面に付着した霜を取り除くために行われる。冷却された電子部品１が室温（２５℃）状態に戻るまでの時間は１０秒程度である。

次に、室温（２５℃）状態の電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行う(図３−ｆ参照)。
読み取り時間は５秒程度である。
通信特性センサ８は、加熱炉２と冷却炉３との中点鉛直線上にある通信特性読み取り位置から、規格で決められた距離（例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に従うと、１０ｃｍ）だけ離した位置に保持する。
室温（２５℃）状態にある電子部品１が、通信特性読み取り位置に到達したときに、通信特性センサ８を用いて通信特性を評価する。
また、この通信特性センサ８は、通信特性センサ保持部９にて、保持するアームの長さが変えられることから、通信特性センサ８と電子部品１との通信距離を自在に制御することが可能である。

上記（ａ）〜（ｆ）の試験工程を１サイクルとし、所定の回数繰り返すことによって通信読み取りに対する温度サイクル試験を行うことができる。
電子部品の温度サイクル試験を行いながら電子部品の通信特性を評価することができるので、無線通信の信頼性が要求される電子部品の温度サイクルに対する正確な寿命を知ることができる。

以下、本発明の具体的実施例について説明する。

まず、ＩＣタグからなる電子部品１を耐熱テープで電子部品保持部４に固定した。

次に、電子部品保持部４に固定された電子部品１を電子部品移送機構５にて１１０℃に設定された加熱炉２に移送し、１０秒間保持して、電子部品１を８５℃に加熱した(図２−ａ参照)。

次に、８５℃に加熱された電子部品１を電子部品移送機構５にて加熱炉２からドライヤー１０の送風位置に移送し、８５℃に加熱された電子部品１をドライヤー１０にて送風し、室温（２５℃）に戻した(図２−ｂ参照)。

次に、室温（２５℃）状態の電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行った(図２−ｃ参照)。

次に、電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置から粉砕したドライアイス（大気圧下の昇華点：−７５℃）を下地に充填した冷却炉３に移送し、電子部品１を１０秒間保持し、−４０℃に冷却した(図３−ｄ参照)。

次に、電子部品１を電子部品移送機構５にて冷却炉３からドライヤー１１の送風位置に
移送し、冷却された電子部品１をドライヤー１１にて室温（２５℃）状態に戻した(図３−ｅ参照)。

次に、室温（２５℃）状態の電子部品１を電子部品移送機構５にて通信特性センサ８の読み取り位置に移送し、通信特性センサ８による電子部品１の通信特性の読み取りを行った(図３−ｆ参照)。

上記（ａ）〜（ｆ）工程を１サイクルとし、通信特性センサ８による通信特性の読み取りエラーが発生するまで繰り返し、通信不良が生じたときのサイクル数を、電子部品の温度サイクル寿命とした。

ここで、通信への電磁波、水分の影響があるかを検証するために、参照用のＩＣタグサンプルを用いた通信実験を行った。
具体的には、−４０℃（冷却炉３）と２５℃（室温）の間で１００サイクル分の温度サイクル試験を行った。その結果、ＩＣタグの通信が安定してとれることを確認した。このことから、本発明の試験装置では、水分、電磁波の影響をできる限り排除したＩＣタグの温度サイクルに対する本質的な寿命を評価できることを確認した。

作製条件の異なる２個のＩＣタグサンプルを準備し、上記（ａ）〜（ｆ）工程を１サイクルとし、通信特性センサ８による通信特性の読み取りエラーが発生するサイクルまで繰り返し、通信不良が生じたときのサイクル数を、電子部品の温度サイクル寿命とした。
その結果、サンプル１のＩＣタグでは、５２３サイクルで、サンプル２のＩＣタグでは、１０１７サイクルでそれぞれ通信不良が発生した。
この温度サイクル試験結果を受けて、サンプル１のＩＣタグの温度サイクル寿命は５２３サイクル、サンプル２のＩＣタグの温度サイクル寿命は１０１７サイクルと判断できた。

以上の結果より、本発明の温度サイクル試験装置によって、通信特性の熱衝撃に対する信頼性が求められる電子部品に対して、水分、電磁波の影響を極力排除した環境下で、温度サイクルに対する本質的な寿命を知る試験が行えることが確認された。

本発明の温度サイクル試験装置の一実施例を示す模式構成図である。 本発明の温度サイクル試験方法の試験工程の中の（ａ）〜（ｃ）の試験工程を模式的に示す説明図である。 本発明の温度サイクル試験方法の試験工程の中の（ｄ）〜（ｆ）の試験工程を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１……電子部品
２……加熱炉
３……冷却炉
４……電子部品保持部
５……電子部品移送機構
６……位相制御コントローラ
７……温度センサ
７ａ……温度計
８……通信特性センサ
９……通信特性センサ保持部
１０、１１……ドライヤー
１２……電磁波遮蔽板

Claims (2)

1. 無線通信用電子部品の熱衝撃に対する耐性を確認する温度サイクル試験装置であって、少なくとも加熱炉（２）と、冷却炉（３）と、電子部品移送機構（５）と、移送制御コントローラ（６）と、温度センサ（７）と、通信特性センサ（８）と、ドライヤー（１０）と、ドライヤー（１１）と、電磁波遮蔽板（１２）とを具備していることを特徴とする温度サイクル試験装置。
2. 無線通信用電子部品の熱衝撃に対する耐性を確認する温度サイクル試験方法であって、（ａ）電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて加熱炉（２）に移送し、所定の温度に加熱する工程と、
   （ｂ）加熱された電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて加熱炉（２）からドライヤー（１０）の送風位置に移送し、加熱された電子部品（１）をドライヤー（１０）にて室温（２５℃）に戻す工程と、
   （ｃ）電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて通信特性センサ（８）の読み取り位置に移送し、通信特性センサ（８）による電子部品（１）の通信特性の読み取りを行う工程と、
   （ｄ）電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて通信特性センサ（８）の読み取り位置から冷却炉（３）に移送し、電子部品（１）を所定の温度に冷却する工程と、
   （ｅ）電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて冷却炉（３）からドライヤー（１１）の送風位置に移送し、冷却された電子部品（１）をドライヤー（１１）にて室温（２５℃）に戻す工程と、
   （ｆ）電子部品（１）を電子部品移送機構（５）にて通信特性センサ（８）の読み取り位置に移送し、通信特性センサ（８）による電子部品（１）の通信特性の読み取りを行う工程と、を順次連続して行うことを特徴とする電子部品の温度サイクル試験方法。

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