JP2859549B2

JP2859549B2 - 回路基板アセンブリのねじり試験機および方法

Info

Publication number: JP2859549B2
Application number: JP7011182A
Authority: JP
Inventors: ジェラルド・トルーマン・ディキンソン; ジェームズ・リー・マクギニス・ジュニア; ロナルド・フランシス・トカジュ; アレクサンダー・ズベレヴィッチ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: US5567884A; MY113344A; KR950027381A; TW267293B; JPH07260655A; KR0147496B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板組立て工程の
品質管理または回路基板組立て工程の最適化あるいはそ
の両方のために表面実装技術（ＳＭＴ）電子組立て工程
の品質を評価する方法および装置に関わる。具体的に
は、本発明は動作時に熱疲労を受けたときのＳＭＴはん
だ接合部の信頼性を予測するためのＳＭＴ回路基板アセ
ンブリの破壊試験に関わる。

【０００２】

【従来の技術】はんだ接合部は電子部品の表面実装取付
けの重要な要素である。以前は、ＳＭＴ回路基板アセン
ブリの連続工程品質は目視検査、引張り試験、および定
期的な加速熱サイクル（ＡＴＣ）を用いて監視してい
た。目視では観察できない欠陥が多いため、目視検査で
は不十分である。たとえば、グリッド配列表面実装部品
の接合部は容易には観察できない。引張り試験では、組
立て部品を回路基板から引き離し、破壊された接合部の
外観によって組立て工程の品質を判断する。この方法
も、現場破損のメカニズムを再現しないので、欠陥をす
べて明らかにするわけではない。目視検査も引張り試験
も熟練操作員が各被験基板アセンブリについて長時間に
わたって従事する必要がある。ＡＴＣは現場破損の原因
となる（製品の技術寿命に影響を及ぼす）欠陥のすぐれ
た検出方法である。また、ＡＴＣ試験は自動化すること
ができ、熟練操作員が試験後に基板を電気的に試験する
だけで済む。ただし、ＡＴＣは合計試験時間が長すぎる
ため、連続工程品質の監視の場合には実用的な監視方法
ではない。通常、製造後数週間しなければデータを入手
できない。

【０００３】回路基板アセンブリのはんだ接合部の品質
試験には、周期的曲げ試験が用いられる。特公平第０３
−２４５６００号は「プリント基板のはんだ品質を検査
する試験装置」を開示している。この試験では「プリン
ト回路基板を曲げ試験に規定回数かけた後のプローブ」
を用いる。ソヴィエト連邦特許第１７２３６７９−Ａ１
号では、ＰＣＢに一定した上下の曲げを加えて、「金属
被覆およびコンタクト接合部の非破壊品質管理試験を行
う」。

【０００４】周期的曲げ疲労試験は、他の分野でも多く
の材料のバルク疲労特性を調べるために採用されてき
た。たとえば米国特許第３３８１５２６号は、このよう
な疲労試験をくびれ部分のある片持ち梁に対して行う方
法と機械を開示している。米国特許第４５６７７７４号
は、試験片のミニアチュア曲げ試験を行って、試験片を
曲げたときの測定値を取り、線形または非線形材料力学
の原理に従って処理することによって被験材料の機械的
動作を調べる。米国特許第４８９５０２７号は、「平面
ひずみ破壊じん性、動的平面ひずみ亀裂発生、および拘
束破壊じん性」およびその他の破壊特性を測定する方法
を開示している。米国特許第５１８９５１７号は、「プ
リント回路基板が既存の刻み線に沿って破損するときの
プリント基板たわみ破壊力に関する統計情報を確立する
ための試験固定具および試験方法」を開示している。米
国特許第５０７９５５号は、「試験片の一端または両端
に試験片の軸に対して直角をなす軸を中心に回転する回
転応力をかける疲労試験方法」を開示している。加える
圧力は、正弦乱数、インパルスまたは使用中の試験片に
加えられた応力によって発生する信号から選択すること
ができる。サーボによってカップラを介して試験片に応
力を加え、試験片の一部分の電気抵抗の変化を検知し
て、試験片の変化の開始と伝播を検出し、被験材料の応
力破損を検出する。

【０００５】材料および構造物の機械特性の評価には、
ねじり試験も用いられる。米国特許第４９５８５２２号
は、「試験片を２個の軸方向に整列したあご部の間に保
持する方法を開示している。１個のあご部の回転によっ
て試験片にねじり力を加え、たわみの力と角度を測定す
る。これにより、基板の構造特性の相対的測定を行うこ
とができ、その特性を用いて波形成形工程時およびプリ
ントなどのその後の処理工程における波形媒体の破損を
事前評価する」。

【０００６】上記の引用はすべて、効力のある開示をも
たらし、法律に基づいて本出願人が権利を有する特許請
求の範囲を支援するために、本明細書に参照資料として
合体する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、回
路基板アセンブリはんだ処理を連続制御してはんだ接合
疲労寿命の質を維持する方法を開発することである。

【０００８】本発明の他の目的は、実際の使用における
接合疲労寿命に密接に関係するはんだ接合疲労寿命の測
定を行うことである。

【０００９】本発明の他の目的は、工程管理で実用に供
するのに十分迅速に行える試験において、現場疲労条件
をシミュレートする方法を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、実際の現場使用時の
接合疲労寿命の品質を調べるためにシミュレーション試
験時のはんだ接合部の破損を評価する方法を提供するこ
とである。

【課題を解決するための手段】

【００１１】本発明は、試験プロセスとそのプロセスを
用いるための新しい機械とを含むシステムとを開示す
る。本システムを使用して、組立て工程品質の監視また
は新たに開発された組立て工程の信頼性の測定を行うこ
とができる。本システムは、「機械的たわみシステム
（ＭＤＳ）」と呼ばれる。ＭＤＳ機には基板および基板
上に実装された構成部品に対して制御された再現可能な
せん断応力を加えるねじり試験機が含まれる。本機械に
より生ずる応力は、現場使用中にアセンブリの熱サイク
ルによって構成部品に加えられる応力と類似している。
本ねじり試験機には自己心合せ式取付け具が組み込まれ
ており、回路基板が再現可能位置に保持され、基板の中
央の長手方向の軸を中心にねじられるようにする。この
取付け具には、１個の固定クランプと、バックラッシュ
なしモータおよびサーボ・システムに接続されている１
個の回転クランプが組み込まれている。両クランプ間の
距離は、さまざまな基板サイズに合わせて調整すること
ができる。クランプには、誤った結果となる基板破損を
防止するために、最大締付け力を自動制御するスリップ
がある。

【００１２】この本機械には、モータを調節するために
接続されたコンピュータも含まれ、モータを制御して基
板の周期的ねじり時に所望のねじり角度または所望のト
ルクを正確に加えるための装置が付いている。ねじりの
角度は光学計測器で測定し、取付け具に加えられるトル
クはトルク計で測定する。これらの計測器は信号を発生
し、コンピュータに接続されてコンピュータに信号を伝
送する。試験時にクリティカルな接合部の電気抵抗を監
視して、破損の発生を調べることができるように、回路
基板もコンピュータに接続されている。コンピュータに
は、各破損が発生するサイクル・カウントと破損発生箇
所を調べる装置が含まれている。本機械には、各破損が
発生した箇所とサイクル・カウントが記録されているデ
ータベースがある。試験は、多数の破損が発生するまで
続けられる。データベースには、基準工程の破損サイク
ルおよび破損箇所データも入っている。この基準工程
は、同様の基板を製造する別の工程または過去の同じ工
程とすることができる。対象工程によって生じた破損サ
イクルおよび破損箇所を、基準工程によって生じた基板
の破損サイクルおよび破損箇所と比較する。破損の箇所
およびサイクルの比較結果を分析して、接合部の信頼性
を統計的に測定する。

【００１３】

【実施例】本発明のプロセスは、ＡＴＣ破損のメカニズ
ムを大幅に加速した形で再現する。本発明の機械は、組
立て済みプリント回路基板に周期的面外変形を加える。
変形の一部は、基板の剛性、電子部品の剛性、リードお
よびはんだ相互接続部自体のたわみ性に比例してＳＭＴ
はんだ接合部まで伝達される。はんだ接合部の応力の大
きさは、基板上の構成部品の位置、構成部品のタイプ、
構成部品に対する接合部の相対位置、および構成部品間
の相互接続に応じて変わる。面外変形により、各接合部
内に複雑な応力系統が生ずる。本明細書に開示する方法
は、アセンブリの品質を適切に判断するための包括的な
モデリングおよび試験によって開発された。この記述に
より、当業者は迅速かつ正確な組立て工程の品質検証ま
たは組立て工程の最適化を目的として、本プロセスおよ
び装置を使用するための適切な試験パラメータを定義す
ることができるであろう。

【００１４】ＭＤＳ試験は、いくつかの異なる方法で実
施することができ、当業者は独自の手法を開発してもよ
い。ただし、本出願人は図１に図示する論理経路を維持
することをよしとする。

【００１５】図１のステップ１１１において、試験に使
用する回路基板の設計、デバッグ、試験、および製造を
行う。本発明の試験は、対象工程で通常製造される製品
アセンブリから選択した製品アセンブリを使用して実施
することもできるが、その製品アセンブリと同じ対象工
程で定期的に組み立てられるカスタム設計試験アセンブ
リを使用することが好ましい。この試験アセンブリは実
際に機能する製品アセンブリをそっくり模倣したものだ
が、破損データを自動的に生成する。あるいは、この両
方の手法を組み合わせて用いることもできる。たとえ
ば、特別な回路基板（カード）を用いて組立て工程の開
発と最適化を行い、経験ベースを作り、その後で連続工
程品質管理のために実際の製造回路基板（カード）の試
験と分析を行うことができる。

【００１６】ＭＤＳ試験では、構成部品のタイプ、構成
部品の位置、および接合位置に応じてはんだ接合部にさ
まざまな大きさの応力を加える。基板および構成部品の
レイアウトを適切に選択することによって、変動を少な
くすることができる。たとえば長方形基板の場合、長辺
および短辺の好ましい比は、ほぼ１対２である。対向す
る短辺を試験機の取付け具に配置する。基板の複雑な幾
何配置も考慮できるが、特殊な取付け具が必要となる可
能性がある。

【００１７】図２に図示するように、試験でどのような
回路基板（カード）を使用する場合でも１２１、１２
２、１２３、１２４などの構成部品の位置は基板の軸に
関して対称であることが好ましい。対称性によって、基
板当たりの有効データ・ポイント数が増える。たとえ
ば、基板上に４個の構成部品を対称に配置すると、ＭＤ
Ｓ試験で各構成部品が同じ応力を受けることになり、そ
れによって１枚の基板から４つの同等の読取り値が得ら
れる。構成部品を適切にレイアウトすることによって、
試験する必要のある基板の数を大幅に減らすことができ
る。

【００１８】ＭＤＳ試験機は、比較的短時間で高いサイ
クル・カウントに達するように高周波数（０．１Ｈｚも
の高さ）で動作する。試験を休止して目視または定期的
電気評価を行うことができる。被験基板には試験信号用
コネクタなど破損の自動検出手段を設けることが好まし
い。好ましくは、このようなコネクタがＭＤＳ試験中に
受ける応力は最小限でなければならない。したがって、
１２５に示すように、コネクタはカードの締付け縁に対
して平行になるように、基板の固定クランプに差し込む
幅の狭い方の縁付近にあることが望ましい。

【００１９】ステップ１１２において、破損のメカニズ
ムを検証する。ＭＤＳ試験の結果は、ＭＤＳ試験で生じ
た破損のメカニズムが、製品の動作条件で生ずる破損メ
カニズムと同じ（適切な破損メカニズム）である場合の
み有効である。通常、一般に用いられている技術の破損
メカニズムに関する情報は、工業技術刊行物で調べるこ
とができる。ＭＤＳ試験を実施する前に、可能性のある
破損メカニズムを特定し理解しておくことが好ましい。
ＭＤＳ破損メカニズムは、構造分析または目視接合部評
価あるいはその両方による検査を必要とする。

【００２０】ＭＤＳ試験は接合破損メカニズムを再現す
るために開発されたものであるが、ＭＤＳねじりサイク
ルは製品の「反復使用」サイクルを正確に模倣するもの
ではない。したがって、ＭＤＳ試験は正しい製品評価に
必要な要因を全部は反映していない可能性がある。すな
わち、局地的な温度の相違、有機物の侵入などである。
これらの理由により、ＭＤＳ試験の正しい適用のために
は破損メカニズムを検証しなければならない。

【００２１】ステップ１１３において、試験条件を決定
する。ＭＤＳ試験条件を定義する際には２つの要因が重
要である。まず、最小限の試験時間で適切な破損メカニ
ズムに到達しなければならない。次に、試験中に収集さ
れるデータの量が組立て工程の妥当な評価を保証するの
に十分な量でなければならない。重要な試験条件は、ね
じりの角度、サイクル周波数、および試験中のデータ頻
度である。

【００２２】試験はトルク制御を用いて実施することが
できるが、変形（ねじりの角度）制御を用いることが好
ましい。はんだ接合部は基板の変形に比例して応力を受
けるため、ねじりの角度が応力の強さを制御する主要変
数となる。また、回路基板は試験中に疲労するため、ト
ルクはねじりの角度に比例して変化する可能性がある。
ねじりの角度は、有効長１インチ（２．５４ｃｍ）当た
り０．４度ないし１．２度の範囲から選択することが望
ましい。カードの有効長はＭＤＳクランプ間の距離であ
る。一般に、リード付き部品は比較的高い変形範囲で試
験することができる（長さ１インチ当たり最高０．９度
までが好ましい）が、ボール・グリッド配列技術などの
リードなし部品は、比較的低い変形範囲を必要とする
（１インチ当たり０．４ないし０．６度までが好まし
い）。適切なねじり角度をきわめて慎重に選択しなけれ
ばならない。過剰応力が加えられた構成部品は、所期の
破損メカニズムではないメカニズムを示すことがある。
たとえば高鉛−錫合金はんだは、一般に観察される粒間
破損ではなく粒内破損を示す可能性がある。

【００２３】たとえば、現場破損報告または特定の回路
基板に実装されたボール・グリッド配列（ＢＧＡ）部品
のＡＴＣ試験では、動作時の唯一の予測される破損メカ
ニズムはボールのパッドからの分離であることが示され
る可能性がある。しかし、ＭＤＳ設定デバッグ時にパッ
ドと線が基板面から分離する。このような場合、特定さ
れた破損メカニズムが得られるまで、ねじりの角度を小
さくするかサイクルの速度を遅くしなければならない。
適切な試験設定が得られた後でこのような分離がある場
合は、基板設計または組立て工程の欠陥を示している可
能性がある。

【００２４】原則として、ＭＤＳは適切なアセンブリ破
損メカニズムの再現が可能な最高周波数で実施しなけれ
ばならない。標準的な周波数範囲は、０．０５ないし
０．１５Ｈｚであり、０．５Ｈｚを超えないことが好ま
しい。

【００２５】あらゆる場合において、最小試験時間で適
切な破損メカニズムが確実に得られるように、基板試験
を開始する前にＭＤＳ試験条件を検証する必要がある。
サイクル・カウントは各部品タイプおよび各部品位置ご
とに異なる可能性があることに留意されたい。部品によ
って、サイクルのごく初期の段階で破損を起こす場合も
あれば、疲労寿命がきわめて長い場合もある。したがっ
て、あらゆる組立て工程にとって意味のある情報を得る
ために、ＭＤＳ試験条件を最適化しなければならない。
以下のような平均サイクル数であることが好ましい。１，０００サイクル＜推奨平均寿命＜２０，０
００サイクル下限サイクルは金属破損の適切な高疲労状態を保証す
る。上限サイクルはＭＤＳ試験時間が必要以上に長くな
ってはならないという厳密に実際的な意味を持つ。最適
試験条件を予測するために、以下の方程式を適用するこ
とができる。

【数１】

【００２６】上記の式において係数ｒは０．３と０．４
の間で変化する。ほとんどの場合、係数ｒ＝１／３であ
ると想定することができる。さらに、Ｎ_pre-testおよび
Ｎ_desiredは、破損に至るまでの予備試験サイクルおよ
び所期のサイクルである。また、Φ_pre-testおよびΦ
_desiredは組立て済み基板に適用される適切なねじり角
度である。

【００２７】ＭＤＳ試験は接合破損メカニズムを再現す
るために開発されたものであるが、ＭＤＳねじりサイク
ルは製品の「反復使用」サイクルを正確に模倣するもの
ではない。したがって、ＭＤＳ試験は正しい製品評価に
必要な要因を全部は反映していない可能性がある。すな
わち、局地的な温度の相違、有機物の侵入などである。

【００２８】ＭＤＳ試験条件が決定した後、最初の
「本」動作を使用してＭＤＳ試験の設定を再検証するこ
とが好ましい。

【００２９】ステップ１１４において、ＭＤＳ試験中の
データを収集する。図３のステップ１３１に示す検証済
み試験手順に従ってカードをＭＤＳ試験機（図６参照）
内に締め付け、ステップ１３２において所定のねじり角
度、所定の周波数、所定のサイクル数でねじる。ステッ
プ１３３において試験中のサイクル数をカウントし、ス
テップ１３４において、検出された各破損の箇所を突き
とめる。ステップ１３５において、後で分析するために
各破損についてサイクル数および破損箇所（特定の接合
部）を記録する。回路カードをコンピュータ・システム
に接続して、自動的にサイクルをカウントし、破損箇所
を突きとめ、各破損を関連サイクル・カウントおよび箇
所とともにデータベースに記録して、後で同じコンピュ
ータ・システムで統計分析を行うことが望ましい。これ
が不可能な場合は、意味のある統計分析を行うために、
試験中に十分な頻度で電気的読取り値または目視評価値
を収集しなければならない。

【００３０】ステップ１１５において、試験中に収集し
た接合破損データを分析する。ＭＤＳ試験方法の最も重
要な要素は、試験中に収集した接合破損データの分析で
ある。試験中の接合疲労寿命に影響を及ぼす要因は以下
のとおりである。技術のタイプ（ＴＳＯＰ、ＢＧＡ、ＰＬＣＣなど）基板のまげ剛性構成部品および相互接続のコンプライアンス被験基板上の構成部品の位置構成部品間の相互作用

【００３１】上記の各要因によってＭＤＳ試験中の接合
疲労寿命が変わる。これには、ＭＤＳ試験結果のデータ
分析のための特別なアルゴリズムが必要である。

【００３２】図４に、本発明の統計分析を行うためのス
テップを示す。ステップ１４１において、構成部品タイ
プ、被験部品内の接合位置、および被験基板上の部品の
位置に従って疲労データをグループにまとめる。ＭＤＳ
試験は、選択した変数ごとに破損分布を作るのに十分な
データを提供しなければならない。ステップ１４２では
データの併合を試みる。特に同じ技術に属する分布な
ど、いくつかの分布を１つに併合することができる。こ
れは、同じ技術による構成部品が回路基板をねじる際の
軸について対称になる位置を占める場合に特に便利であ
る。接合部ごとに応力が異なるため、疲労寿命も異なる
ことになる。

【００３３】破損の分布は、平均サイクル寿命およびデ
ータの分散によって特徴づけられる。したがって、各破
損分布は一定の基準に従って正規化することができる。
ステップ１４３において、このような正規化のための基
準分布を選択する。基準分布の選択には特別な規則はな
いが、他の分布の間に位置する分布を選択するのが好ま
しい。ステップ１４４において、破損分布の平均寿命と
選択した基準分布とを比較し、好ましくは以下のように
相関係数を計算する。

【数２】

【００３４】ｉ番目の分布の各サイクル・カウントに相
関係数ＣＦ_iを乗ずる。これにより修正サイクル・カウ
ントは基準分布のサイクル・カウントと等価になる。個
々の分布をすべて正規化して基準分布に併合すると、ス
テップ１４５においてすべての疲労データを使用して破
損の等価分布（分散）を作成することができる。破損の
等価分布は、検討中のはんだ接合部の品質の特性を表
す。

【００３５】ＭＤＳ試験は２つの基本的な用途に使用す
ることができる。第一に、ＭＤＳは組立て工程品質の自
己学習監視機構として使用することができる。第二に、
ＭＤＳをＡＴＣ試験と併用して新技術の信頼性を評価す
ることができる。破損の分散および平均疲労寿命は、組
立て工程の品質を規定する。破損の分散のみでも組立て
工程監視の十分な品質測定手段となるかも知れない。し
かし、新技術の開発にはアセンブリの平均疲労寿命予測
を把握することが必要である。このような場合、破損メ
カニズムを検証し、ＡＴＣサイクルとＭＤＳサイクルの
間の橋渡しとなるように、ＡＴＣ試験をＭＤＳ試験と並
行して実施することができる。

【００３６】図５に、ＭＤＳシステムを組立て工程の監
視機構として使用する方法を図示する。この方法では、
ＭＤＳシステムは組立て工程欠陥の発生を検出してきわ
めて迅速な対策を講ずることができるように設計され
る。

【００３７】ステップ１５１において、同じ組立て工程
について前に行ったＭＤＳ試験の結果として得られた各
部品タイプおよび各部品位置の平均ＭＤＳ寿命および破
損分散（分布）から、ベースライン基準分布を導き出
す。ベースラインには、高品質生産時の組立て工程につ
いて得られた統計的に有効なＭＤＳ疲労データのみを使
用する。ステップ１５２において、組立てラインで試験
媒体を製造するか、または組立てラインで通常に製造さ
れたものから実際に機能する基板を、ラインの適切な品
質管理が可能な頻度で選択しなければならない。

【００３８】ステップ１５３において、アセンブリを前
述の検証済み試験手順に従って試験する。ステップ１５
４において、図４を参照して述べたとおりにデータを分
析する。ステップ１５１で設定したベースラインを基準
分布として使用する。異常（予測より短い寿命）が観察
された場合は、組立て工程に欠陥があることを示す。場
合によっては、ＭＤＳ試験の方がＡＴＣ試験よりも組立
て欠陥（モジュール傾斜、位置ずれなど）の検出におい
て検知度が高いことが判明した。ＭＤＳ試験時間は１時
間単位で測定するため、ＭＤＳ試験は組立てラインのリ
アルタイムに「近い」監視方法とみなされる。

【００３９】ＭＤＳ監視方法は自己学習方式であり、定
期的に長期にわたって収集された統計データによってベ
ースライン・データの質を向上させることができ、工程
の重要な変数がよりよく把握できるようになる。このよ
うに、ＭＤＳ試験方法は組立て工程を最適化することが
できる。ステップ１５５において、異常がない場合は、
現行の破損分布をベースラインに統合することができ
る。あるいは、異常が認められ、その異常と関係する工
程欠陥が認められた場合は、現行の試験を用いて試験結
果から特定の工程欠陥を予測することができる。たとえ
ば、異常な破損分布の調査によって、試験中にパッドが
回路基板から分離し始めたことが明らかになり、調査に
よってパッドの分離の原因が汚染されたシード溶液であ
ることが突きとめられた場合、破損分布に同様の異常が
あればただちに、シード溶液に汚染がないかどうか検査
する必要があることが示される。

【００４０】第１の例として、ＭＤＳ試験方式を使用し
てＴＳＯＰ組立て工程の品質を分析した。この分析は３
つの部分から成る。すなわち、標準部品のＴＳＯＰ組立
て工程の品質、標準部品の再加工工程の品質、リード・
オン・チップ・タイプの部品の工程の品質である。この
例では、破損に至るまでのサイクル数の分散が分析の基
礎となる。

【００４１】図１の最初のステップ１１１として、試験
媒体を設計し、図７に示すようなＴＳＯＰ構成部品を試
験媒体に組み立てた。この媒体は、各面に１８個のＴＳ
ＯＰ構成部品を有する両面基板である。構成部品は基板
上に対称に配置されている（図７に示すように基板の長
さについて構成部品が鏡像になっている）。両面は同じ
である。その結果、同じ位置に４個の構成部品がある。
設計および製造を簡単にするため、各構成部品にあるは
んだ接合部はすべてステッチ結合（直列接続）されてお
り、ＭＤＳ破損を構成部品別にカウントした。この試験
のために８個の基板を製造した。基板１および６には、
再加工された構成部品が４および５の位置に配置されて
いる。基板４、５、および６の表側には９カ所すべてに
組立て済みのリード・オン・チップ部品が付いている。
これらの基板の裏面には、組立て済みの標準ＴＳＯＰ部
品が付いている。リード・オン・チップＴＳＯＰには標
準ＴＳＯＰと比較して長く、より柔軟性の大きいリード
が付いている。

【００４２】図１の２番目のステップ１１２は、破損メ
カニズムの検証である。ＭＤＳ破損メカニズムは、ＡＴ
Ｃ試験から得たメカニズムと類似していなければならな
い。このような比較をＴＳＯＰはんだ接合部について行
い、この２つのメカニズムは実際に同じであるとの結論
が得られた。

【００４３】図１の３番目のステップ１１３では、試験
条件を決定する。最初に、１個のセットアップ・カード
を使用して適切な試験条件を特定した。ねじり角度はカ
ード長１インチ（２．５４ｃｍ）当たり０．９度に設定
した。その結果、破損に至るまでに多大なサイクル・カ
ウントを示すため、さらに高い応力レベルで試験を行う
ことができることがわかった。そのため、ねじり角度を
有効カード長１インチ当たり１．２度に設定した。

【００４４】図１の４番目のステップ１１４は、データ
収集である。ねじり試験を開始し、最初の７カ所の同等
の位置の疲労データを収集した。図８に、各位置の破損
の分布で表したＭＤＳ疲労の結果を示す。位置８および
９での破損数は、統計的に有効な破損分布を構成するの
には不十分だった。これらの分布はきわめて類似してい
ることに留意されたい。各分布を結んで１つの基準位置
とすることができる。この場合はその目的のために位置
５を選択した。その後、位置１、２、３、４、６、およ
び７の平均疲労寿命を位置５の平均寿命と比較した。相
関係数ＣＦ₁ないしＣＦ₇（ＣＦ_iについては上記で定義
した）を使用して、各位置からサイクル・カウントをス
ケールし直した。位置５による結果のデータ・ポイント
総数は次のようになった。 − 標準構成部品 − １１２ − 再加工構成部品 − １２ − リード・オン・チップ構成部品 − ３０

【００４５】破損の最終分布を図９に示し、試験による
判定を表１にまとめる。

【表１】ＭＤＳ平均寿命、Ｎ₅₀ 標準偏差、シグマ再加工（Ｒ）７９７０．７７１標準（Ｓ）１１８３０．１５２リード・オン・チップ（Ｌ）２６７７０．１８３

【００４６】第２の例として、本出願でボール・グリッ
ド配列（ＢＧＡ）と呼ぶはんだボールのマトリクスを使
用して回路基板（試験媒体）にチップ・キャリヤ・モジ
ュール（構成部品）を実装する新しい工程の信頼性を、
ＭＤＳ試験方法を用いて分析した。

【００４７】図１の最初のステップ１１１に示すよう
に、試験媒体の設計と製造を行う。図１０に示すよう
に、８個のＢＧＡ構成部品を組み立てて１個の試験媒体
とした。各構成部品の電気読取り値を記録した。構成部
品の位置には対称性はなく、破損に至るサイクル・カウ
ントは構成部品ごとに異なる。

【００４８】図２の２番目のステップ１１２に示すよう
に、破損メカニズムを検証した。通常はＡＴＣ試験は１
回で済むが、ＭＤＳ試験方法を統計的に検証するために
摂氏２０度と８０度の間の温度で１５個の基板を０．０
００８３Ｈｚの周波数でサイクルし、基板上に複数の破
損を生成した。基板長１インチ（２．５４ｃｍ）当たり
０．４５度、０．６度、および０．９度、周波数０．１
Ｈｚで３個の基板にＭＤＳ試験を実施した。１インチ
（２．５４ｃｍ）当たり０．９度のねじり角度によっ
て、被験基板から銅パッドが部分的に分離したが、ＡＴ
Ｃ被験基板はこのメカニズムによって破損しなかったた
め、これは該当するメカニズムではない。ＡＴＣ試験と
１インチ（２．５４ｃｍ）当たり０．６度でのＭＤＳ破
損との比較により、破損メカニズムが類似していること
がわかった。

【００４９】図１の３番目のステップ１１３に示すよう
に、試験手順を決定した。最初の試験では、１インチ
（２．５４ｃｍ）当たり０．６度と０．４５度の両方が
破損メカニズムに関しては十分であることが示された。
しかし、１インチ（２．５４ｃｍ）当たり０．４５度で
の試験に要した時間は長過ぎたため、以降の試験につい
ては基板長１インチ当たり０．６度を選択した。図１の
４番目のステップ１１４において、決定済みの試験手順
を用いてさらに１２個のカードについてデータを収集
し、破損データ（各破損のサイクルおよび箇所）を収集
した。

【００５０】図１の最終ステップ１１５はデータの統計
分析である。図１１にＭＤＳおよびＡＴＣ試験条件につ
いての破損の正規化分布をプロットした。各破損分布を
有限要素分析および予測疲労モデルを用いて正規化し
た。正規化されたＭＤＳおよびＡＴＣプロットはほぼ同
じ外観になる。唯一の相違は試験期間である。ＡＴＣ試
験では１００パーセント破損構成部品に達するのに半年
以上を要するが、ＭＤＳ試験では完全な破損分布ができ
るのに１６時間しかかからない。

【００５１】ＭＤＳ試験方法は、精度と再現性の高いパ
ラメータを必要とする。ＭＤＳねじり試験機に備わって
いる機能の新しい組合せによって、必要な精度および再
現性が得られ、便宜上自動機能が利用でき、試験中のエ
ラーが防止される。

【００５２】図１２に示すようにＭＤＳ機は、ＩＢＭ
ＰＳ／２７５３７（ＰＳ／２はＩＢＭの商標）などの
１台のコンピュータ３０５に相互接続された１基ないし
４基のねじり試験ステーション３０１ないし３０４で組
み立てられている。各試験ステーションには標準１９イ
ンチ・ラック・エンクロージャ３０７、操作員パネル３
０８、上部試験セクション３０９、および下部装置セク
ション３１０が含まれる。各機械には、コンピュータお
よび試験回路監視制御ボックス３１２が取り付けられた
メイン・ステーション３０４が含まれている。メイン・
ステーションの操作員パネルには、電源制御装置３１３
が付いている。メイン・ステーションの最上部には大き
な赤い緊急電源切断（ＥＰＯ）ボタンが付いている。Ｅ
ＰＯは、作動と同時にすべてのステーションの電源を切
断するように接続されている。エンクロージャは図のよ
うにボルトでいっしょに固定されて単一の機械を形成し
ている。表示装置３１５、キーボード３１６、およびマ
ウス３１７がコンピュータとの一次ユーザ・インタフェ
ースを提供する。

【００５３】図１３に、メイン・ステーションの操作員
パネルの電源制御装置３１３（図１２参照）の拡大図を
示す。電源制御装置には始動スイッチ３２０（"Ｍａｃ
ｈｉｎｅＰｏｗｅｒＯｎ"というラベルが付いてい
る）および電源投入ボタン３２１（"ＭＡＩＮＰＯＷ
ＥＲ"というラベルが付いている）が付いている。

【００５４】図１４に、典型的なステーションの概略図
を示す。試験ステーションには、ねじり試験中にカード
３３３を適切な位置に固定するための回転可能下部カー
ド・クランプ３３１および回転が固定された上部カード
・クランプ３３２が付いている。上部クランプの垂直位
置は線形位置決めスライド３３４で制御する。２枚の補
強板３３５、３３６によって機械のねじれを最小限に抑
える。下部セクション３１０は、水平底壁を形成するカ
ウリング（図示せず）、前面に向かって傾斜し操作員パ
ネルを形成するセクション３３７、および下部セクショ
ンの一部を垂直方向に被い、カウルを取り外すことによ
ってアクセスできるセクション３３８によって、上部セ
クション３０９と区切られている。蝶番３４０付きのフ
ロント・ドア３３９を開けて試験カードの装填と取り外
しを行う。機械にはインターロック３４１が付いてお
り、ドアが開いているときには動作（カードのねじり）
が行われないようにする。ドアには透明な材料（ポリカ
ーボネートなど）でできた中央部３４２があり、そこか
ら試験を安全に観察することができる。試験ステーショ
ンには試験機を移動するためのキャスタ３４３、３４４
が付いている。キャスタは適切な位置にロックして安定
させることができる。

【００５５】図１５に、各試験ステーションの操作員パ
ネルのクランプ距離制御部を示す。瞬時接触押しボタン
３５１、３５２は、上部クランプをそれぞれ上方および
下方に移動するためのものである。ダイヤル３５３は、
スライド・モータの速度を制御する。リセット・ボタン
３５４が付いている。クランプ間の距離は以下で述べる
ように自動的に決定され、３５５に表示される。

【００５６】図１６は下部クランプ３３１の上面図で、
図１７は、図１６の線２０−２０に沿った断面図であ
る。クランプ・ノブ３６０によってグリップ３６１が支
持台３６２に対して水平方向に移動し、回路基板を（図
１４参照）を締め付ける。２個のギヤ・ラック３６３、
３６４がキー溝にはめられており、ピニオン・ギヤ３６
５に連動してラックをそれぞれのキー溝内でクランプの
長手方向に沿って両方向に均等に移動させる。各ギヤ・
ラックは心合せスライド３６６、３６７の１つに機械的
に接続され（図示せず）、両スライドをクランプの長手
方向に沿って相対的に近づけたり離したりする。このよ
うにして、クランプの長手方向の中心と両心合せスライ
ドとの距離が常に等しくなる。

【００５７】回路基板を下部クランプ中に装填すると、
両方のピン３６８、３６９が回路基板のそれぞれの横縁
に当たるまで、両スライドが同時に移動して回路基板の
位置が調整される。これによって、回路基板が正確に下
部クランプの中心に置かれる。次に、ロック・ノブ３７
０を回してピニオン・ギヤをロックし、スライダを適切
な位置に保持する。回路基板は、ボタン３７１、３７２
の１つを押して基板を横にスライドさせることによって
取り外すことができる。同じサイズの別の基板を載せる
場合は、ピンの１つを後方に移動し、基板が他方のピン
に当たるまで基板を横にスライドさせてクランプに入
れ、ピンを放して両方のピンが基板の横縁に掛かるよう
にするだけで、自動的に中心に置かれる。カバー・プレ
ート３７３によってギヤ・ラックがキー溝内に保持され
る。カバー・プレートには、心合せスライドを支えるた
めと、両心合せスライドが近づいたり離れたりするにつ
れて、各ギア・ラックとそれぞれに接続されている心合
せスライドとの間の接続部が移動できるようにするため
のスロットが付いている。

【００５８】図１８は、上部クランプ３３２の上面図と
スライド３３４の一部である。スライド３３４にはバッ
ク・プレート３８１およびサイド・プレート３８２、３
８３がある。上部クランプには、ナット３８５に接続さ
れた内部スライディング・プレート３８４が付いてい
る。ナットはねじジャッキ３８６に連動して上部クラン
プを垂直方向の位置に選択的に配置する。内部スライデ
ィング・プレートは外部スライディング・プレート３８
７と連動し、相互作用してスライド３３４に沿ってスラ
イドする。内部スライディング・プレートと外部スライ
ディング・プレートはスペーサ・プレート３８８によっ
て隔てられている。外部スライディング・プレートはト
ップ・サポート・プレート３８９を支え、トップ・サポ
ート・プレートは上部クランプ３３２のトップ・プレー
ト３９０を支えている。

【００５９】図１９は上部クランプ３３２の側面図と図
のねじジャッキ３８６の一部であある。トップ・プレー
ト３８９と外部スライド・プレート３８７との間は補強
板４００で接続されている。ノブ４０１がスライドあご
部４０２を固定あご部４０３に接近させたり離したりし
て、被験回路基板を締め付ける。

【００６０】図２０は、図１４の典型的な試験ステーシ
ョンの一部のカウリング下の等角投影略図である。各試
験ステーションの下部セクションの中央部に、サーボ・
モータ４１０（ＣｏｍｐｕｔｍｏｔｏｒＤｙｎａｓｅ
ｒｖｅＴＭモデルＤＲ１０６０Ｂ（Ｄｙｎａｓｅ
ｒｖｅはＰａｒｋｅｒＣｏｍｐｕｔｍｏｔｏｒ，Ｉｎ
ｃ．の商標）など）が固定されている。モータ増幅器４
１１がモータへの電力を調節し、直角位置フィード・バ
ック情報信号を供給する。トルク変換器４１２はモータ
のトルクを測定し、トルク信号装置４１３に接続され、
調整されたトルク信号を供給する（両装置はＳｅｎｓｏ
ｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
製）。１２ボルト直流電源４１４がリミット・スイッチ
（図示せず）、超音波距離センサ（図示せず）、および
トルク計４１２に電力を供給する。スライドねじジャッ
キ４１６を回転させて上部クランプ（図１８参照）の垂
直位置を制御するためにスライド・モータ４１６が接続
されている。スライド・モータの電力はスライド・モー
タ制御ボックス４１７によって制御する。超音波センサ
４１８（ＣＯＮＴＡＱＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）が
上部クランプの垂直位置を測定して両クランプ間の距離
を決定し、操作員パネルに表示し、コンピュータが各テ
ストごとに記録する。交流電力は端子ブロック４２０、
４２１によって分配される。

【００６１】図２１は、バック・ドア（図示せず）を開
いたメイン試験ステーション３０４の下部セクション３
１０の背面図である。図の左上に駆動モータ増幅器４１
１の後部が見える。ケーブル・インタフェース・ボード
によって、メイン・ステーションが機械内の他のステー
ションと接続されている。直流電源ボックス４５１によ
って直流電源に接続し、図２０の端子ブロック４２０、
４２１に直流電源が配電される。ＡｎａＴｅｃｈテスト
・サーキット・モニタ４５２が装備されている。

【００６２】機械の制御と分析は永久構成ハードウェア
だけで行うこともできるが、動作中に必要な機能を提供
するために必要な装置を動作させるように構成された汎
用コンピュータ・システムを備えていれば便利である。

【００６３】図２２に略図を示すように、コンピュータ
には中央演算処理装置（ＣＰＵ）５００、ランダム・ア
クセス・メモリ（ＲＡＭ）５０１、プログラム記憶装置
（ＰＳＵ）５０２、データ記憶装置（ＤＳＵ）５０３、
およびＲＯＭ５０４が搭載されており、最初にプログラ
ム記憶装置から信号を送ってＲＡＭを構成し、試験およ
び分析時に機械を制御するようにＣＰＵを制御するのに
必要な各種機構を予備試験する。コンピュータには８軸
ＤｅｌｔａＴａｕＰＭＡＣ−ＰＣアダプタなどのモ
ータ制御アダプタ（ＭＣＡ）５０５が組み込まれてお
り、機械内の各種モータを制御する。記憶装置にはマグ
ネティック・スイッチ、オプティカル・スイッチ、固体
スイッチ、またはその他の機械装置が組み込まれてお
り、各種機構と協調動作してＲＡＭを構成する信号を発
生し、ＣＰＵを制御するのに必要な機構を準備する。希
望する場合は、ＰＳＵとＤＳＵ記憶装置を結合すること
ができる。動作中、ＲＡＭにはユーザーに対してメニュ
ーを表示し、ファンクション・キー、アクション・バ
ー、またはマウス入力（図示せず）に応答する機構がＲ
ＡＭに組み込まれる。試験時に機械を制御する制御機構
５１０と、システムの必要な統計分析を行う分析機構５
１１も組み込まれている。

【００６４】本発明について具体的に好ましい実施例を
示して述べてきたが、このような実施例は単に例として
示したに過ぎない。当業者は、本発明の適用範囲および
以下の請求項から逸脱することなしに、前記のものを含
む多くの変更および代替を行って独自の実施例に到達す
ることが予想される。

【００６５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００６６】（１）回路基板の両端を全長にわたって保
持する固定手段と、上記回路基板をねじって上記回路基
板内に周期的ねじり応力を生じさせるように上記固定手
段を回転させるモータ手段と、所定のねじりサイクルを
供給するように上記モータ手段を調節する自動制御手段
とを含む、回路基板試験用の機械。（２）応力サイクル数をカウントする手段と、各破損が
発生する箇所および近似ねじりサイクルを自動的に認識
する手段とをさらに含む上記（１）に記載の機械。（３）上記各サイクル時にねじりの最大角度を両端間で
回路基板１インチ（２．５４ｃｍ）当たり最低＋０．１
度以内、好ましくは回路基板１インチ（２．５４ｃｍ）
当たり＋０．０１度以内に正確に制御する手段をさらに
含む上記（１）に記載の機械。（４）ねじり角度を両端間で回路基板１インチ当たり
０．１度以内、好ましくは１インチ当たり０．０１度以
内に制御するために、上記各サイクル中に加えられるト
ルクを正確に制御する手段をさらに含む上記（１）に記
載の機械。（５）上記各サイクルについて最大面外ねじり角度を自
動的に測定する手段と自動的に記録する手段とをさらに
含む上記（１）に記載の機械。（６）上記各サイクル中に回路基板に加えられる最大ト
ルクを測定する手段と記録する手段とをさらに含む上記
（１）に記載の機械。（７）各種のサイズの回路基板を収容するために上記固
定手段を調整する手段をさらに含む上記（１）に記載の
機械。（８）上記各サイクルのトルクおよびねじり角度と記録
された各破損の正確なサイクルを記録する手段をさらに
含む上記（２）に記載の機械。（９）上記固定手段内で上記回路基板の両端の心合せを
するための自動手段をさらに含む上記（１）に記載の機
械。（１０）上記回路基板の両端間の距離を測定する自動手
段をさらに含む上記（１）に記載の機械。（１１）測定された上記回路基板の両端間の距離を自動
的に記録する手段をさらに含む上記（１０）に記載の機
械。（１２）上記回路基板の両端間の距離に応じてトルクま
たはねじり角度を自動的に調整する手段をさらに含む上
記（１）に記載の機械。（１３）回路基板ごとにデータを再入力することなく、
同一のねじり角度制御またはトルク制御および同一サイ
クル数で一連の回路基板を自動的に試験する手段をさら
に含む上記（１）に記載の機械。（１４）上記モータ手段が最低４００インチ・ポンド
（約４．６ｋｇ・ｍ）の性能を有する上記（１）に記載
の機械。（１５）上記の回路基板両端において上記固定手段によ
って加えられる最大締付け力を制限する手段をさらに含
む上記（１）に記載の機械。（１６）回路基板の両端をそれぞれ保持するための２個
の自己心合せ式回路基板クランプと、異なる回路基板サ
イズに合わせて上記クランプ間の間隔を調整する手段
と、上記クランプの１つに軸によって接続され、上記ク
ランプを周期的に動かして上記回路基板を面外にねじ
り、上記回路基板にねじり応力を加えるためのモータお
よびギヤ・ボックスと、上記クランプ間の距離、上記回
路基板に加えられるねじり、および上記回路基板のねじ
り角度を決定するための出力信号を発生する測定手段
と、入力された制御信号に応じて上記回路基板に加えら
れるサイクルおよびねじり力またはねじり角度を制御す
るために上記モータに供給される電力を調節する制御手
段と、上記制御信号を受信し、測定された出力信号をコ
ンピュータに伝送するためのコンピュータ・インタフェ
ース手段とを含むトルク試験機。（１７）試験プロセスを制御し、結果を記録し、該結果
を前の試験と比較し、該比較の結果を分析して工程の品
質を測定するように接続されたパーソナル・コンピュー
タ・システムをさらに含む上記（１６）に記載のトルク
試験機。（１８）試験中に上記回路基板に入力信号を供給し上記
回路基板からの出力信号を受信して、上記回路基板に上
記ねじり応力を加えている間に上記回路基板上に実装さ
れた構成部品と上記回路基板上の回路との電気接続部の
破損を調べる自動破損検出手段と、電気接続部の上記各
破損のサイクルを調べるためにコンピュータに出力信号
を供給するインタフェース手段とを含む上記（１６）に
記載のトルク試験機。（１９）回路基板の配線と該回路基板上に実装された構
成部品との電気相互接続部の破損箇所と該各破損が発生
したトルク・サイクルとを記憶する手段と、同様の工程
で製造された同様の回路基板の過去の破損から得られた
統計データベースを記憶する手段と、上記破損の箇所お
よび上記サイクルを統計データベースと比較する手段
と、上記比較の結果を分析して上記回路基板の製造に用
いた工程の品質を調べる手段とを含む、情報処理システ
ム。（２０）第１の製造工程によって製造された１つまたは
複数の第１の回路基板を選択するステップと、第１の回
路基板とほぼ同じ構造を持ち、第１の製造工程と同様の
第２の製造工程によって製造された１つまたは複数の第
２の回路基板を選択するステップと、選択した上記第１
および第２の回路基板のそれぞれを、該各基板の多くの
回路基板要素が破損するまで同等の面外ねじりサイクル
のセットにかけるステップと、上記回路基板の要素の破
損箇所を検出し記録するステップと、上記第１の回路基
板の破損箇所を上記第２の回路基板の破損箇所と比較す
るステップと、上記比較の結果を分析して製造工程の品
質の相違を特定するステップとを含む、類似した回路基
板製造工程の品質の相違を検出するための試験方法。（２１）上記各サイクルの最大ねじり角度がねじりの軸
に沿って１インチ当たり０．１度以内で一定し、好まし
くは１インチ当たり０．０１度以内で一定していること
を特徴とする上記（２０）に記載の試験方法。（２２）上記記録された破損の近似サイクルを記録する
ステップをさらに含み、上記破損のサイクルと箇所の両
方を比較することを特徴とする上記（２０）に記載の試
験方法。（２３）上記ねじりサイクルのセットが合計サイクル数
の何分の一かの定期的休止を含み、その休止中に目視検
査またはプローブ試験によって破損を個別に検出するこ
とを特徴とする上記（２２）に記載の試験方法。（２４）上記回路基板要素と交信する自動検出・記録シ
ステムによって上記破損を連続的に検出することを特徴
とする上記（２２）に記載の試験方法。（２５）上記第１および第２の製造工程を同一の製造ラ
インの異なる回に実施することを特徴とする上記（２
０）に記載の試験方法。（２６）生産ラインの品質を維持するために回路基板を
定期的に試験することを特徴とする上記（２５）に記載
の試験方法。（２７）所定の統計品質レベルを維持するように上記試
験の頻度を選択することを特徴とする上記（２６）に記
載の試験方法。（２８）上記各試験の結果を統計データベースに入れ、
それ以降の各試験の結果をそれと比較することを特徴と
する上記（２６）に記載の試験方法。（２９）上記第１の製造工程で製造された１つまたは複
数の回路基板を、上記第１の製造工程の品質を検証する
ために熱サイクル疲労試験にかけることを特徴とする上
記（２０）に記載の試験方法。（３０）上記回路基板要素が表面実装モジュールおよび
モジュールと上記回路基板との接続部を含み、比較ステ
ップ時に表面実装接続部の破損をまず該モジュール別に
分類し、次に該モジュール上の箇所別に分類することを
特徴とする上記（２０）に記載の試験方法。（３１）上記第１の工程の複数の回路基板を試験して標
準工程の統計的に有効な疲労データを生成することを特
徴とする上記（２０）に記載の試験方法。（３２）選択した上記回路基板が顧客向け回路基板用の
製造ラインを通過した特別な試験媒体であることを特徴
とする上記（２０）に記載の試験方法。（３３）上記回路基板上に実装されている多くの構成部
品と上記回路基板内の配線パターンとの電気接続が破損
するまで上記回路基板を上記応力サイクルにかけること
を特徴とする上記（２０）に記載の試験方法。（３４）顧客出荷向け回路基板の各要素にかかると予測
される熱サイクル疲労を上記破損の分析で考慮すること
を特徴とする上記（２０）に記載の試験方法。（３５）回路基板に回路要素で回路を構成するステップ
と、回路化された上記回路基板に接続要素を使用して電
気的に接続された構成部品を実装するステップと、製造
時に試験回路基板を選択するステップと、上記接続要素
に多くの破損が発生するまで上記選択した試験回路基板
に１セットの面外ねじりを加えるステップと、破損の箇
所を検出および記録するステップと、上記破損を予想破
損母集団と比較するステップと、上記比較に基づいて製
造工程の品質を調べるステップとを含む、回路基板を連
続的に製造する工程。（３６）工程によって製造された多くの回路基板を選択
するステップと、上記各回路基板内で回路基板要素の破
損の母集団が発生するまで、上記選択した回路基板に１
セットの面外ねじりサイクルを加えるステップと、上記
各基板の上記破損の母集団をすべての上記基板の破損の
母集団と比較して上記各回路基板間の一貫性を調べるス
テップと、比較に基づいて信頼性を統計的に調べるステ
ップとを含む製造工程によって、製造された回路基板の
信頼性を測定する方法。（３７）工程によって製造された１つまたは複数の第１
の回路基板を選択するステップと、回路基板要素の破損
の母集団が発生するまで上記回路基板に１セットの面外
ねじりサイクルを加えるステップと、上記製造工程の１
つまたは複数の制御可能パラメータを変更するステップ
と、そのようなパラメータ変更を行った後でその工程に
よって製造された１つまたは複数の第２の回路基板を選
択するステップと、上記第１の回路基板の破損箇所を上
記第２の回路基板の破損箇所と比較するステップと、上
記工程パラメータの変更によって工程の品質が改善され
たか、低下したか、または変動なしであるかを調べるス
テップとを含む、回路基板の製造工程のパラメータを最
適化する方法。

【００６７】

【発明の効果】本発明のＭＤＳ試験による疲労寿命試験
は、従来広く用いられていたＡＴＣ試験における破損の
メカニズムを短時間に再現できるものであった。本発明
のＭＤＳ試験を工程管理に適用することで、工程の品質
管理を容易に迅速に行うことができた。また、ＡＴＣ試
験と併用することで、新技術の信頼性評価、平均疲労寿
命の予測が的確に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法全体のプロセス流れ図である。

【図２】基板の２つの軸に関して対称に配置された構成
部品を示す、本発明に好適に用いられる回路基板の概略
図である。

【図３】本発明における試験およびデータ収集を示すプ
ロセス流れ図である。

【図４】本発明の統計分析のステップを示すプロセス流
れ図である。

【図５】組立て工程の監視装置としてＭＤＳシステムを
使用するステップを示すプロセス流れ図である。

【図６】本発明におけるＭＤＳ試験機の実施例の図であ
る。

【図７】本発明における試験回路基板の実施例となるよ
うに１つの軸について対称に組み立てられた１８個のＴ
ＳＯＰ構成部品の図である。

【図８】本発明のプロセス例において、各位置の破損の
分布で示されたＭＤＳ疲労の結果をプロットしたもので
ある。

【図９】図８の例における破損の最終分布をプロットし
たものである。

【図１０】ＭＤＳプロセスの実施例において使用する他
の非対称試験媒体の図である。

【図１１】ＡＴＣおよびＭＤＳ試験による破損の正規化
分布をプロットしたものである。

【図１２】４基の試験ステーションを含む本発明のＭＤ
Ｓ試験機の他の実施例を示した図である。

【図１３】図１２の試験機の操作員パネルの電源制御部
を示す拡大図である。

【図１４】図１２のＭＤＳ試験機のステーションの１つ
を示す図である。

【図１５】図１２の試験機の各ステーションに含まれる
クランプ距離制御パネルの平面図である。

【図１６】図１２の試験機の下部回路基板クランプの上
面図である。

【図１７】図１６の線２０−２０に沿った断面図であ
る。

【図１８】図１４のステーションの上部クランプ、ねじ
駆動部、およびスライドの断面図である。

【図１９】ねじ駆動部とかみ合った図１８の上部クラン
プの立面図である。

【図２０】カウリングを外した、下部クランプと駆動モ
ータを含む図１４のステーションの一部の等角投影略図
である。

【図２１】バック・ドアを取り外した、図１２に示す試
験機の操作員ステーションの下部セクションの背面図で
ある。

【図２２】図１２に示す試験機の操作員ステーションの
コンピュータ・システムの略図である。

【符号の説明】

３０１ねじり試験ステーション３１５表示装置３３１下部カード・クランプ３３２上部カード・クランプ３３４位置決めスライド３３５補強板３７０ロック・ノブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェームズ・リー・マクギニス・ジュニアアメリカ合衆国18818 ペンシルバニア州フレンズビルアール・ディー・ナンバー１ボックス 54エイ−１ (72)発明者ロナルド・フランシス・トカジュアメリカ合衆国13802 ニューヨーク州メインコーソン・ロード 97 (72)発明者アレクサンダー・ズベレヴィッチアメリカ合衆国13903 ニューヨーク州ビンガムトンパワー・ハウス・ロード 878 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 19/00 G01N 3/22 G01N 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２つの辺を含む回路基板をそれぞ
れの辺の長さに沿って保持する固定手段と、上記回路基板をねじって上記回路基板内に周期的ねじり
応力を生じさせるように上記固定手段を回転させるモー
タ手段と、所定のねじりサイクルを供給するように上記モータ手段
を調節する自動制御手段とを含む、回路基板試験用の機
械。
【請求項２】応力サイクル数をカウントする手段と、各
破損が発生する箇所および近似ねじりサイクルを自動的
に認識する手段とをさらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項３】上記各サイクルの間にねじりの最大角度を
上記対向辺間で回路基板１インチ（２．５４ｃｍ）当た
り１．２度以下の角度に正確に制御する手段をさらに含
む請求項１に記載の機械。
【請求項４】ねじり角度を上記対向辺間で回路基板１イ
ンチ当たり１．２度以下の角度に制御するために、上記
各サイクル中に加えられるトルクを正確に制御する手段
をさらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項５】上記各サイクルについて最大面外ねじり角
度を自動的に測定する手段と自動的に記録する手段とを
さらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項６】上記各サイクル中に回路基板に加えられる
最大トルクを測定する手段と記録する手段とをさらに含
む請求項１に記載の機械。
【請求項７】各種のサイズの回路基板を収容するために
上記固定手段を調整する手段をさらに含む請求項１に記
載の機械。
【請求項８】上記各サイクルのトルクおよびねじり角度
と記録された各破損の正確なサイクルを記録する手段を
さらに含む請求項２に記載の機械。
【請求項９】上記固定手段内で上記回路基板の上記対向
辺の心合せをするための自動手段をさらに含む請求項１
に記載の機械。
【請求項１０】上記回路基板の上記対向辺間の距離を測
定する自動手段をさらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項１１】測定された上記回路基板の上記対向辺間
の距離を自動的に記録する手段をさらに含む請求項１０
に記載の機械。
【請求項１２】上記回路基板の上記対向辺間の距離に応
じてトルクまたはねじり角度を自動的に調整する手段を
さらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項１３】回路基板ごとにデータを再入力すること
なく、同一のねじり角度制御またはトルク制御および同
一サイクル数で一連の回路基板を自動的に試験する手段
をさらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項１４】上記モータ手段が最低４００インチ・ポ
ンド（約４．６ｋｇ・ｍ）の性能を有する請求項１に記
載の機械。
【請求項１５】上記回路基板の上記対向辺において上記
固定手段によって加えられる最大締付け力を制限する手
段をさらに含む請求項１に記載の機械。
【請求項１６】上記回路基板の上記対向辺をそれぞれ保
持するための２個の自己心合せ式回路基板クランプと、異なる回路基板サイズに合わせて上記クランプ間の間隔
を調整する手段と、上記クランプの１つに軸によって接続され、上記クラン
プを周期的に動かして上記回路基板を面外にねじり、上
記回路基板にねじり応力を加えるためのモータおよびギ
ヤ・ボックスと、上記クランプ間の距離、上記回路基板に加えられるねじ
り、および上記回路基板のねじり角度を決定するための
出力信号を発生する測定手段と、入力された制御信号に応じて上記回路基板に加えられる
サイクルおよびねじり力またはねじり角度を制御するた
めに上記モータに供給される電力を調節する制御手段
と、上記制御信号を受信し、測定された出力信号をコンピュ
ータに伝送するためのコンピュータ・インタフェース手
段とを含むトルク試験機。
【請求項１７】試験プロセスを制御し、結果を記録し、
該結果を前の試験と比較し、該比較の結果を分析して工
程の品質を測定するように接続されたパーソナル・コン
ピュータ・システムをさらに含む請求項１６に記載のト
ルク試験機。
【請求項１８】試験中に上記回路基板に入力信号を供給
し上記回路基板からの出力信号を受信して、上記回路基
板に上記ねじり応力を加えている間に上記回路基板上に
実装された構成部品と上記回路基板上の回路との電気接
続部の破損を調べる自動破損検出手段と、電気接続部の上記各破損のサイクルを調べるためにコン
ピュータに出力信号を供給するインタフェース手段とを
含む請求項１６に記載のトルク試験機。
【請求項１９】回路基板の配線と該回路基板上に実装さ
れた構成部品との電気相互接続部の破損箇所と該各破損
が発生したトルク・サイクルとを記憶する手段と、同様の工程で製造された同様の回路基板の過去の破損か
ら得られた統計データベースを記憶する手段と、上記破損の箇所および上記サイクルを統計データベース
と比較する手段と、上記比較の結果を分析して上記回路基板の製造に用いた
工程の品質を調べる手段とを含む、情報処理システム。
【請求項２０】第１の製造工程によって製造された１つ
または複数の第１の回路基板を選択するステップと、第１の回路基板とほぼ同じ構造を持ち、第１の製造工程
と同様の第２の製造工程によって製造された１つまたは
複数の第２の回路基板を選択するステップと、選択した上記第１および第２の回路基板のそれぞれを、
該各基板の多くの回路基板要素が破損するまで同等の面
外ねじりサイクルのセットにかけるステップと、上記回路基板の要素の破損箇所を検出し記録するステッ
プと、上記第１の回路基板の破損箇所を上記第２の回路基板の
破損箇所と比較するステップと、上記比較の結果を分析して製造工程の品質の相違を特定
するステップとを含む、類似した回路基板製造工程の品質の相違を検出するため
の試験方法。
【請求項２１】上記各サイクルの最大ねじり角度がねじ
りの軸に沿って１インチ当たり１．２度以下の一定角度
であることを特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項２２】上記記録された破損の近似サイクルを記
録するステップをさらに含み、上記破損のサイクルと箇
所の両方を比較することを特徴とする請求項２０に記載
の試験方法。
【請求項２３】上記ねじりサイクルのセットが合計サイ
クル数の何分の一かの定期的休止を含み、その休止中に
目視検査またはプローブ試験によって破損を個別に検出
することを特徴とする請求項２２に記載の試験方法。
【請求項２４】上記回路基板要素と交信する自動検出・
記録システムによって上記破損を連続的に検出すること
を特徴とする請求項２２に記載の試験方法。
【請求項２５】上記第１および第２の製造工程を同一の
製造ラインの異なる回に実施することを特徴とする請求
項２０に記載の試験方法。
【請求項２６】生産ラインの品質を維持するために回路
基板を定期的に試験することを特徴とする請求項２５に
記載の試験方法。
【請求項２７】所定の統計品質レベルを維持するように
上記試験の頻度を選択することを特徴とする請求項２６
に記載の試験方法。
【請求項２８】上記各試験の結果を統計データベースに
入れ、それ以降の各試験の結果をそれと比較することを
特徴とする請求項２６に記載の試験方法。
【請求項２９】上記第１の製造工程で製造された１つま
たは複数の回路基板を、上記第１の製造工程の品質を検
証するために熱サイクル疲労試験にかけることを特徴と
する請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３０】上記回路基板要素が表面実装モジュール
およびモジュールと上記回路基板との接続部を含み、比
較ステップ時に表面実装接続部の破損をまず該モジュー
ル別に分類し、次に該モジュール上の箇所別に分類する
ことを特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３１】上記第１の工程の複数の回路基板を試験
して標準工程の統計的に有効な疲労データを生成するこ
とを特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３２】選択した上記回路基板が顧客向け回路基
板用の製造ラインを通過した特別な試験媒体であること
を特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３３】上記回路基板上に実装されている多くの
構成部品と上記回路基板内の配線パターンとの電気接続
が破損するまで上記回路基板を上記応力サイクルにかけ
ることを特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３４】顧客出荷向け回路基板の各要素にかかる
と予測される熱サイクル疲労を上記破損の分析で考慮す
ることを特徴とする請求項２０に記載の試験方法。
【請求項３５】回路基板に回路要素で回路を構成するス
テップと、回路化された上記回路基板に接続要素を使用して電気的
に接続された構成部品を実装するステップと、製造時に試験回路基板を選択するステップと、上記接続要素に多くの破損が発生するまで上記選択した
試験回路基板に１セットの面外ねじりを加えるステップ
と、破損の箇所を検出および記録するステップと、上記破損を予想破損母集団と比較するステップと、上記比較に基づいて製造工程の品質を調べるステップと
を含む、回路基板を連続的に製造する工程。
【請求項３６】工程によって製造された多くの回路基板
を選択するステップと、上記各回路基板内で回路基板要素の破損の母集団が発生
するまで、上記選択した回路基板に１セットの面外ねじ
りサイクルを加えるステップと、上記各基板の上記破損の母集団をすべての上記基板の破
損の母集団と比較して上記各回路基板間の一貫性を調べ
るステップと、比較に基づいて信頼性を統計的に調べるステップとを含
む製造工程によって、製造された回路基板の信頼性を測
定する方法。
【請求項３７】工程によって製造された１つまたは複数
の第１の回路基板を選択するステップと、回路基板要素の破損の母集団が発生するまで上記回路基
板に１セットの面外ねじりサイクルを加えるステップ
と、上記製造工程の１つまたは複数の制御可能パラメータを
変更するステップと、そのようなパラメータ変更を行った後でその工程によっ
て製造された１つまたは複数の第２の回路基板を選択す
るステップと、上記第１の回路基板の破損箇所を上記第２の回路基板の
破損箇所と比較するステップと、上記工程パラメータの変更によって工程の品質が改善さ
れたか、低下したか、または変動なしであるかを調べる
ステップとを含む、回路基板の製造工程のパラメータを
最適化する方法。