JP2863765B2 - 水蒸気圧力発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気機器、電子部品・材料の耐湿寿命試験に
用いる不飽和型高温高湿試験槽、またはプレッシャ・ク
ッカー・テスト（Pressure Cooker Test）槽に関する。

［従来の技術］ 不飽和型高温高湿試験またはプレッシャ・クッカー・
テスト（以下PCTと略称する）は、LSI、抵抗器、コンデ
ンサ等樹脂パッケジーの電子部品、そのための樹脂材、
それら電子部品を搭載したプリント板、モジュール、ア
ッセンブリの耐湿寿命試験として多く用いられる。

PCTは、例えば温度121℃、相対湿度85％の温湿度環境
を容器内に作り、その容器内に置いた試料に、常温常湿
よりもできるだけ高い圧力で水蒸気を圧入して試料の劣
化を加速する。その加速係数は、通常の高温高湿試験、
例えば85℃、85％RHの環境に対して約6.35倍になった例
がある。（ICの例。「プレシャー・クッカー・テストに
関する文献調査報告書」p.79、昭和62年７月社団法人関
西電子工業振興センター信頼性分科会発行 参照）加速
係数を6.35とすれば、85℃、85％RHの環境下で1,000時
間要した試験が158時間で済み、これら電子機器、電子
部品・材料の開発、改良のための期間、コストを大幅に
縮小できる。相対湿度100％の飽和型PCTも多く用いられ
ているが、装置が簡単な代わりに試料が漏れるために、
劣化モードが一般の高温高湿試験の結果と異なること、
試験中に試料に通電出来ないことのために、現在では不
飽和PCTがより多く用いられる傾向にある。本発明は不
飽和PCTの装置に関する。

次に不飽和型PCT装置の従来例を説明する。第１図は
一槽式と通称されている不飽和型PCT装置の例である。
圧力容器200の底部に水30を入れ、加熱ヒータ32で所定
温度に加熱すると、その温度に対応する飽和水蒸気圧が
えられ、すのこ28の上の試料に飽和水蒸気雰囲気を与え
ることができる。外壁加熱ヒータ26は、圧力容器200の
内壁に結露して水滴が試料上に落下しないように壁画温
度を容器内温度以上に加熱するのに用いる。この場合、
試料片（Ａ部）を覆う試料収納部220を設け、その内部
を収納部ヒータ27で加熱し、水30の温度で調整の前記飽
和水蒸気圧温度以上の温度にすることにより、Ａ部を不
飽和水蒸気雰囲気とすることができる。

第２図は同じく一槽式の不飽和型PCT装置で空調式と
呼ばれる方式の例である。試料周辺の雰囲気をファンに
より強制的に均一としている。圧力容器300の底部に水
３を入れ、加湿ヒータ38により所定温度に加熱して飽和
水蒸気雰囲気をつくることができる。この場合、試料周
辺（Ｂ部）を覆う内槽42を設け、加熱ヒータ40で加熱し
た前記飽和水蒸気をファン46で吹き込み、Ｂ部を不飽和
水蒸気雰囲気とする。ファン46は圧力容器300の外部に
配設のモータ44により磁気カップリングで駆動される。
Ｂ部を通過した水蒸気流は、内槽42と圧力容器300の内
壁との間を還流し、再び加湿・加熱されてＢ部に供給さ
れる。外壁加熱ヒータ36は第１図の例と同様に結露防止
用として用いられる。

第３図は二槽式と通称される不飽和型PCT装置の例で
ある。恒温槽400の中に圧力容器440を収納し、槽外に上
記発生槽420を設けてある。蒸気発生槽420中の水48は、
加湿ヒータ50により、飽和水蒸気として圧力容器440内
Ｃ部に供給される。この飽和水蒸気を恒温槽1400の加熱
ヒータ54と補助ヒータ52とにより、圧力容器440の外部
より加熱しＣ部を不飽和水蒸気雰囲気とすることができ
る。試料は、Ｃ部に圧力容器440の内壁から距離をおい
て配設のすのこ60上におく。モータ56とファン58は、恒
温槽400の内部温度分布の均一化に用いる。

以上の従来例の特徴をまとめると、第２図の空調式は
第１図の例の比較として、内槽の試料収納部の容積を大
きくでき、温湿度分布の均一化が容易である。第３図の
二槽式は第１図の例と比較して、温度と湿度を個々に容
易に調節することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、PCTは恒温高湿試験時間を大幅に短縮
でき、電子部品の封止樹脂の耐湿性向上、LSI内部配線
のマイグレーション対策、半田付けの劣化対策等に効果
を発揮した。（前記参考文献参照）しかし半面、不飽和
型PCT装置は、その有効性が知られているほどには普及
していない。その原因として、試験結果の再現性が他
の高温高湿試験（例えば85℃、85％RH試験）と比較して
良くない。装置が恒温恒湿槽と比較すると割高であ
る、等が上げられる。

第項の再現性の問題は、試験の立上り、中断、終了
時に試料が置かれる過渡的温湿度条件を一定にできにく
いことと、加湿水の純度維持と汚染防止に関係する。過
渡的温湿度条件を一定にすることは、不飽和型PCT装置
外で試料の外観検査や精密特性測定を行なう際、雰囲気
条件とそれに曝露される時間を一定にしにくいことに大
きく制限を設ける。すなわち、PCT型装置以外の要因が
大きい。一方、加湿水の純度維持と汚染防止は高温高湿
試験共通の問題であるが、PCTは特に過酷な高温高湿条
件を設定するので、槽壁と槽内部材より不純物イオンを
析出し易い。しかもその不純物イオンが試料の劣化に大
きく関係するにも拘らず、第１図、第２図、第３図の例
のように槽が二重であって洗浄しにくい構造となってい
ることに原因がある。

第項の装置が高価である原因として、同じく槽が二
重であること、ヒータを３か所以上に配置していること
が上げられる。

本発明はこのような不飽和型PCT装置に関する従来技
術の欠点を解消し、試験槽内が容易に洗浄でき、かつ廉
価な水蒸気圧力発生装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による水蒸気圧力発生装置は、水蒸気を発生さ
せる手段として、局部的に加熱した容器の壁の一部、ま
たは容器内に配設した加熱板上に水滴を滴下させ、その
滴下量を加減することにより容器内の水蒸気圧力を調節
することを特徴とする。

［作 用］ 本発明によれば、不飽和水蒸気発生を容器の壁面、ま
たは容器内に配設の可熱板上で行なうので、二重槽構造
を廃することができ、また水蒸気圧力を間欠滴下水量で
調節するので構造を簡単にでき、洗浄が容易で廉価な水
蒸気圧力発生装置を提供することができる。

［実施例］ 次に添付図面を参照して本発明による水蒸気圧力発生
装置の実施例を詳細に説明する。

第４図は本発明の水蒸気圧力発生装置の一実施例を示
す原理図である。試験槽100の中間空間に貯水槽10を支
持具（図示せず）で固定し、水18を入れる。この水18
は、貯水槽10に設けた弁12と連結の弁支持棒14を一定時
間持ち上げることにより、貯水槽10の底部の滴下穴16を
通って試験槽100底部Ｈ点に落下する。底部Ｈはヒータ2
4であらかじめ加熱されており、滴下した水は直ちに気
化がはじまって、圧力センサ20で検知される試験槽100
内圧力は上昇する。この圧力センサ20の出力が圧力調節
計（図示せず）の設定値に達しないと、再び弁支持棒14
を持ち上げて弁12を開き、滴下穴16より底部Ｈに水滴を
滴下させる。同様にして、圧力センサ20の出力が圧力調
節計の設定値に達するまで水滴滴下と気化を繰り返す。
ここで、ヒータ24はヒータ22と共に試験槽100の内部温
度調節にも用いられ、主として微細温度調節用として、
通常PIDの動作によるON−OFF通電が行なわれている。従
ってヒータ24には、試験槽100の内部の温度調節動作に
影響を与えない程度の発熱通電を、常時続けるか水滴滴
下時のみ行なうようプログラムする。

第５図は水滴滴下時のみヒータ24をONとした時のシー
ケンスである。試験槽100の内部圧力が設定値p₁から下
限制御値p₂に下がった時点t₀でヒータ24はONとなり、試
験槽100の底部Ｈが充分加熱される時間t₂後に弁12がt₃
の時間開き、t₄の時間閉じる。このデュテイサイクルに
よる弁の開閉が何回か続き、内部圧力が設定値p₁に達し
た時点t_mでヒータ24はOFFとなる。弁12の開閉動作はt_m
よりt_n早い時点で終了する。ここで、弁12の開閉時間
t₃、t₄および一回ごとの滴下量は試験槽100の大きさ、
槽内温度、底部Ｈの温度、貯水槽10から直接蒸発する水
18の量等、温・湿度調節系全体を勘案して事前に設定す
る。

更に、第６図により槽内圧力調節機能を中心として、
実施例を詳細に説明する。第６図の各部記号は、同一動
作目的の部品、部分について第４図の各部記号と同一に
してある。圧力センサ20により検出した槽内圧力は圧力
電気信号レベルp₀として圧力比較器72に入る。圧力比較
器72は設定値p₁と比較するＩ回路と、下限制御値p₂と比
較するII回路とからなる。先ずp₀≦p₂であると、II回路
からON信号がヒータ制御回路80に送られ、ヒータ24が通
電する。同時にII回路からのON信号が遅延回路74に入
り、ヒータ24が充分加熱された時間後、更にこの遅延回
路74からのON信号が電磁石駆動回路76に送る。電磁石駆
動回路76がONすると、電流パルス列が電磁石62に印加さ
れる。

電磁石62は試験槽100の外部に突出部を形成する試験
槽突出部120の先端外壁に装着されており、磁力線がス
テンレスの外壁を貫通して試験槽突出部120の内部に及
ぶ。試験槽突出部120の内部には、電磁石62と対応する
内壁面ｅよりやや離れて自由にほぼ一軸方向に可動状態
に内挿された磁性感応体の弁駆動棒64があり、磁力線に
よりｄの方向に引きつけられる。弁駆動棒64のｄ方向と
反対の一端は試験槽100本体中に突出しており、その先
端は弁駆動板68を介して、先端に弁12をもつ弁支持棒14
と連結している。弁駆動板68は貯水槽10とも弁駆動板支
持部66を介して連結している。弁駆動板68は、弁駆動棒
64との連結部ｃ点、弁支持棒14との連結部ａ点、弁駆動
板支持部66との連結部ｂ点の３点で、本紙面と同一面で
回転可能である。したがって、電磁石62により弁駆動棒
64がｄ方向ｅに引き付けられると、弁駆動板68は点ｂを
軸としてｆ方向に回転し、弁支持棒14と弁12はｇ方向に
持ち上げられ、滴下穴16より水18がヒータ24と対応する
試験槽100内部底面Ｈ点に滴下し蒸発する。電磁石駆動
回路76から電磁石62に送出する電流は、第５図で説明し
たように短時間のON−OFFを繰り返すが、OFF時、弁駆動
棒64はｅ点での吸着が解放されるので、弁12と弁支持棒
14は自重で落下し、滴下穴16が弁12で閉塞して滴下が中
断する。

滴下と蒸発が断続的に繰り返されて、試験槽100内の
圧力が上昇し、圧力センサ20からの圧力電気信号レベル
p₀がp₀≧p₁（p₁＝設定値）となると、圧力比較器72のＩ
回路からOFF信号が電磁石駆動回路76に直接送られ、電
流パルス列の送出を終了する。一方、Ｉ回路からOFF信
号は遅延回路78に送られ、試験槽100底部Ｈの水滴が充
分蒸発する時間後、さらに遅延回路78からのOFF信号が
ヒータ制御回路80に送られ、ヒータ24の通電を終了させ
る。

試料は金網82上におくが、試験槽100内の温度分布を
厳密に問題とする場合には、温度センサ70のリードを延
長して容易に試料近傍におくことができる。圧力センサ
20による検出圧力は試験槽100内同一であるので、試料
の置かれているＤ部雰囲気の温・湿度条件を正確に設定
・測定することができる。

貯水槽10は、上部を一部または全部開放することによ
り、水18の自然蒸発を促進し、試験槽100内の水蒸気圧
の一部を構成・バイアスし、残る水蒸気圧をＨ部での水
滴蒸発で微細に調整することができる。

また試験槽100は、内部水蒸気圧を維持するための水1
8の量が充分で、滴下・蒸発速度も充分であるならば、
完全な密閉構造である必要はなく、若干の水蒸気の漏れ
は許容できる。

試験槽100内壁および、その内部に装着されている圧
力センサ20の接圧部、金網82、温度センサ70の保護管、
弁駆動棒64、弁駆動板68、弁支持棒14、弁12、貯水槽1
0、弁駆動板支持部66、は全てステンレスで構成できる
ので、腐食に強い上、不純物の水蒸気または加湿水への
析出を抑制できる。さらに、試験槽100内部の構造が簡
単であるので、洗浄が容易であり、試料に付着していた
汚染物質が槽内に残留するのを防止できる。

第７図は本発明の他の実施例である。第６図と同一機
能部分の図示は省略してある。また共通部分の記号は第
６図と同一としてある。第６図の実施例では、水の滴下
調整に外部電磁石による弁の遠隔操作を応用している
が、第７図の実施例では、気体、液体の圧力伝送による
弁の開閉を行なう。弁支持棒14の上部に耐食性ベローズ
86が搭載されており、その上端がベローズ固定具88で貯
水槽10に固定されている。ベローズ86内には気体または
液体が封入されており、パイプ90でその圧力が試験槽10
0の外部に導出されている。今、電磁石駆動回路76から
電流パルスが電流パルス・圧力変換器92に送られると、
ベローズ86とパイプ90の内部圧力がp₃からp₄となる。電
流パルスの印加されない状態になるとp₃に復帰する。p₃
は弁12が滴下穴16を閉めるのに充分なベローズ86の伸長
した状態を作る圧力であり、p₄は同じく滴下穴16を開け
るのに充分なベローズ86の収縮状態を作る圧力である。
したがって、電流パルスが電流パルス・圧力変換器92に
印加されると、滴下穴12が開いて水18の滴下が始まり、
印加が中断すると水18の滴下も中断する。

第４図、第６図の実施例では、試験槽100の内壁の一
部の加熱部に水滴を滴下したが、同様の効果をうるため
の実施例を第８図と第９図に示す。共に各部の番号は同
一機能を持つ第４図および第６図の各部の番号と同一に
してある。第８図は水滴を加熱板上に滴下する実施例で
ある。加熱板94は試験槽100の内壁に一部または全部が
接し、ヒータ24で加熱される。第９図はさらに、この加
熱板94内にヒータ24とヒータ22、またはヒータ24だけを
埋め込んだ実施例である。第８図と第９図の動作は、既
に説明の第４図および第６図の動作と同じである。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、試験槽
内の洗浄が容易な、構造が簡単で、廉価な水蒸気圧力発
生装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術を説明する図、 第２図も従来技術の他の例を説明する図、 第３図も従来技術のさらに他の例を説明する図、 第４図は本発明の実施例の基本概念を説明する図、 第５図は第４図の動作シーケンスを説明する図、 第６図は本発明の実施例の機構部と、圧力・電気信号の
処理の詳細を説明する図、 第７図は本発明の水滴滴下機構に関する他の実施例を説
明する図、 第８図、第９図は本発明の水滴加熱蒸発部に関する他の
実施例を説明する図である。 主要部分の符号の説明 10……貯水槽 12……弁 14……弁支持部 16……滴下穴 20……圧力センサ 22、24……ヒータ 62……電磁石 64……弁駆動棒 68……弁駆動板 70……温度センサ 72……圧力比較器 74、78……遅延回路 76……電磁石駆動回路 80……ヒータ制御回路 86……ベローズ 90……パイプ 92……電流パルス・圧力変換器 94……加熱板100 ……試験槽120 ……試験槽突出部200 ……圧力容器220 ……試料収納部300 ……圧力容器400 ……恒温槽420 ……蒸気発生槽440 ……圧力容器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水蒸気圧力発生装置において、局部的に加
   熱した容器の内壁の一部、または容器内に設置した加熱
   板上に水滴を間欠的に滴下させ、かつ該水滴の滴下量を
   加減することにより前記容器内水蒸気圧力の調節をする
   ことを特徴とする水蒸気圧力発生装置。