JP3151612U - 電子機器の試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急速な温度変化の条件下で試験を行うための試験装置を提供する。【解決手段】被試験物に対して寿命試験又は加速試験を実行する試験装置１０である。その試験装置は、被試験物を加熱又は冷却するための加熱及び冷却手段と、被試験物を保持するとともに加熱手段及び冷却手段から被試験物に高温又は低温を伝達する温度プレート３６と、温度プレートの温度を測定する温度センサ３５とを備え、加熱手段及び冷却手段がペルチェ素子を備える小型恒温槽３０と、被試験物の光学的特性を測定するための光学的測定手段と、被試験物を寿命試験又は加速試験の試験条件に合わせて駆動する手段と、内側容器の加熱手段及び冷却手段を駆動する手段とを備える。【選択図】図１

Description

本考案は、電子部品、電子機器等の寿命試験又は加速試験を実行するための試験装置に関する。

電子部品、電子機器等の製造メーカは、これら製品に対する信頼性を確保するため、様々な寿命試験又は加速試験を行っている。

そのような寿命試験又は加速試験の試験方法は、各種の試験規格、例えば日本工業規格(JIS: Japanese Industrial Standard)、米国軍用規格(MIL Specification)等により、規定されている。

寿命試験又は加速試験は、通常、電子機器、電子部品等を現場で実際に使用する温度環境より過酷な高温・低温環境に曝し、電子機器、電子部品等の経時的性能劣化を加速させて、その性能劣化状況を測定する試験である。試験方法を規定する試験規格には、一般に、高温試験（加熱試験）、低温試験（冷却試験）、及び温度サイクル試験（加熱・冷却繰り返し試験）が規定されている。

実開平2-32079 特許文献１には、被試験試料の本体と被試験試料の外部端子とを別の槽に分けた恒温層が開示されている。 特開2006-210587 特許文献２には、恒温層に順方向電流を供給する電流制御部が接続されていて、恒温層内にＬＥＤが収容された構成が開示されている。

試験規格は明確に定められているものの、試験期間中に、被試験物に対して作用（影響）する外部からの熱的、光学的又は化学的な要因（悪影響，外乱，ノイズ）に関しては、余り関心が払われていなかった。そのため、寿命試験又は加速試験が、試験規格に沿って忠実に実行されているか否かに関して充分に検討されていない。

寿命試験又は加速試験は、試験規格に定められた試験方法に沿って忠実に実行しないと、試験結果に信頼性がない。

そのため、試験期間中に、被試験物に対して作用（影響）する外部からの熱的、光学的又は化学的なノイズを出来る限り排除した試験装置が必要とされている。

一方、高輝度ＬＥＤは、大電力で動作して発光することができるため、これまでの小電力ＬＥＤとは異なる用途の照明装置やランプとして用いられるようになった。高輝度ＬＥＤは、大電力の発光デバイスなので、その駆動方式、熱対策、封止の完璧性、輝度の変化、色スペクトルの変化などを含め、長期にわたる安定性が求められている。そのため、各パラメータの試験を実際の使用に近い状況において行う必要性がある。

その試験の中で最も重要な特性試験の１つは、温度耐久性である。電源をオンにすると大きな光量を生み出すが、大電力であるため、大きな熱量も生み出す。その結果、高輝度ＬＥＤ自体の温度が上昇することになり、その状態を放置すると、ＬＥＤ自体を破壊してしまう程の温度に達したり、発光が消滅してしまうことがある。

そのため、そのような状況に至ることを回避し、如何にして放熱を行い、ＬＥＤ自体の温度をある程度の温度以下に維持することが重要であり、その高温定常状態での特性劣化をクリアし５００００時間程度の時間を耐久することがこれまで寿命試験として行われていた。

一方、高輝度ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯等を含めた電子機器のすべての機器・デバイスと同様の特性を持つ。つまり、電源のオン／オフの際に、それ自体の発熱による温度上昇と室温への温度降下というヒートサイクル特性を伴う。そのヒートサイクルを繰り返すと、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるため構成材料の各々が力学的に劣化し、電気的特性も変化し、また相乗作用で劣化が進行してしまい、その結果、発光自体が低下することになる。

従来は、温度衝撃試験装置などを使用して、急激な温度変化を作り出す方法のみが考慮されていた。しかし、温度衝撃試験装置は、高価な試験装置であり、また、その装置によって、デバイスのモデルごとに大量にヒートサイクル試験を行うことは困難であった。

図５は従来から用いられている寿命装置の一例の恒温槽６０の簡略化した側面断面図である。その図に示すように、恒温槽６０には、ヒータ６２と冷却装置６３とが接続され、恒温槽６０の内部には温度計６４のセンサ１５が配置されている。ヒータ６２、冷却装置６３及び温度計６４はコントローラ６９に接続されていて、コントローラ６９は温度計６４の測定値に基づいて、ヒータ６２又は冷却装置６３を制御して恒温槽６０の内部を所定の温度に保持する。恒温槽６０には排気口１３が接続されていて過熱空気又は冷却空気を排出する。

図５では、恒温槽６０により、３つの被検査対象のＬＥＤ表示パネル１２を検査する例を示す。各ＬＥＤ表示パネル１２はライン６５を経由して被検査対象の駆動装置に接続されていて、試験の間、所定の表示を行うように駆動される。試験の時には、例えば、コントローラ６９によってヒータ６２が起動されて恒温槽６０内の温度を上昇させ、温度計６４によって測定された温度が所定の温度になると、恒温槽６０内の温度が所定時間にわたってその温度に保持される。所定時間が経過すると、ヒータ６２が止められて排気口１３から恒温槽６０内の過熱空気が排出されて内部の温度が下げられる。内部の温度が所定の温度まで下がると、次に、コントローラ６９によって冷却装置６３が起動されて、恒温槽６０内が冷却される。恒温槽６０の内部温度が所定の値まで下がると、それが所定時間保持される。所定時間が経過すると、冷却装置６３が止められて冷却空気が排気口１３から排出される。試験内容に応じて、上記の加熱及び冷却のサイクル動作が繰り返される。

そのような恒温槽では、加熱後及び冷却後に定常状態の温度に戻るまでに長時間、例えば、１時間から２時間程度かかってしまうため、短い時間でのサイクル試験を行うことはできなかった。

以上の観点から、ＬＥＤの電源オン／オフ時の温度変化にヒートサイクルを含めた実際の使用状態での寿命が、第一の高温定常温度耐久性とともに、第二の温度耐久性として重要になってきている。

しかし、上記のとおり、これまでは、温度環境まで含めた寿命試験は、大型の恒温槽を用いて、一定温度を維持しながら行われていたため、ＬＥＤのオン／オフ時の最大劣化要因であるＬＥＤ自体によって作り出される急激な温度変化という状況を試験条件として実施することは行われていなかった。

これまでの大型の恒温槽では、温度の上昇及び下降並びに温度の安定までに時間単位の経過時間を必要とするため、デバイスの電源オン時の急速な温度上昇と電源オフ時の急速な温度下降を寿命試験に持ち込むことは実際上困難だったという状況もあった。

それらの観点から、急速な温度変化の条件下で試験を行うための小型恒温槽を提供することが要望されている。

上記目的に鑑み、本考案に係る小型恒温槽は、被試験物に対して寿命試験又は加速試験を実行する試験装置に用いられる小型恒温槽であり、被試験物を加熱又は冷却するための加熱及び冷却手段と、被試験物を保持するとともに加熱手段及び冷却手段から被試験物に高温又は低温を伝達する温度プレートと、温度プレートの温度を測定する温度センサとを備え、加熱手段及び冷却手段がペルチェ素子を備えることを特徴とする。

その小型恒温槽において、加熱手段及び冷却手段にさらにヒートシンクを接続してもよく、加熱及び冷却手段が、ペルチェ素子に供給する電流の向きを切り換えることによって加熱手段又は冷却手段となり、加熱手段として機能する場合には温度プレートに高温を供給し、冷却手段として機能する場合には温度プレートに低温を供給するようにしてもよい。

また、小型恒温槽において、ヒートシンク、加熱及び冷却手段並びに温度プレートを熱伝導度のすぐれた材料の部材から構成するようにしてもよく、また、さらに温度プレートを囲むヘッド部を備えて、ヘッド部の上面に被試験物を視認できる透明窓を設けるようにしてもよい。

また、本考案に係る試験装置は、被試験物に対して寿命試験又は加速試験を実行する試験装置であり、被試験物を加熱又は冷却するための加熱及び冷却手段と、被試験物を保持するとともに加熱手段及び冷却手段から被試験物に高温又は低温を伝達する温度プレートと、温度プレートの温度を測定する温度センサとを備え、加熱手段及び冷却手段がペルチェ素子を備える小型恒温槽と、被試験物の光学的特性を測定するための光学的測定手段と、被試験物を寿命試験又は加速試験の試験条件に合わせて駆動する手段と、内側容器の加熱手段及び冷却手段を駆動する手段とを備えることを特徴とする。

その試験装置の小型恒温槽において、加熱手段及び冷却手段にさらにヒートシンクを接続してもよく、また、加熱及び冷却手段は、ペルチェ素子に供給する電流の向きを切り換えることによって加熱手段又は冷却手段とし、加熱手段として機能する場合には温度プレートに高温を供給し、冷却手段として機能する場合には温度プレートに低温を供給するようにしてもよい。

また、その試験装置において、小型恒温槽のヒートシンク、加熱及び冷却手段並びに温度プレートを熱伝導度のすぐれた材料の部材から構成してもよく、さらに温度プレートを囲むヘッド部を備えて、ヘッド部の上面に被試験物を視認できる透明窓を設けてもよく、透明窓の位置、個数及び寸法は、被試験物の被測定箇所からの発光の内、光学的測定手段に対して直線的に到達する光線のみを透過させ、他の光線は遮断するように決定してもよく、さらに、被試験物及び前記光学的測定手段を囲む光学的バリア手段を備え、外部から侵入する光及び被試験物の出力した光の反射光による光学的外乱による光学的測定手段への影響を排除するようにしてもよく、さらに、ＸＹ位置決め装置を備え、光学的測定装置に対して小型恒温槽の位置決めを可能にすることができ、被試験物は、発光素子又は発光素子から形成された表示装置であってもよく、光学的測定装置は、輝度計から構成してもよく、また、被試験物は、ＬＥＤランプまたは有機ＥＬ表示装置でもよい。

本考案によれば、電子機器、電子部品等の寿命試験又は加速試験を実行するに際し、外部からのノイズを出来る限り減少させて、試験規格等で規定された試験法を忠実に実行し得る試験装置を提供することができる。

また、急速な温度の上昇及び下降を行うように、デバイスへの電流の供給に同期するような電源のオン・オフを行うことができる試験装置を提供することができる。

図１は、本考案の一実施形態に係る試験装置の構成の概略を示すブロック図である。 図２は、図１の試験装置の小型恒温槽の概略を示す拡大側面断面図である。 図３Ａは、図１の試験装置を用いて加熱試験を行った場合の電源のオン・オフのタイミングと試験対象の温度の変化との関係を示すグラフである。 図３Ｂは、図１の試験装置を用いて冷却試験を行った場合の電源のオン・オフのタイミングと試験対象の温度の変化との関係を示すグラフである。 図４は、図１の試験装置の５０組を１台のパーソナルコンピュータに接続した１０００ｃｈサイクル寿命試験装置システムの簡略化したブロック図である。 図５は、従来の試験装置の一例を示す寿命装置の簡略化した側面断面図である。

［寿命試験・加速試験の意義］
寿命試験又は加速試験と呼ばれる試験は、以下に説明するように、所定の規格に定められた内容を厳格に実行する必要がある。試験の内容は、被試験物（モデル）によって異なってくる。ここでは、一例として、ＬＥＤ照明装置、ＬＥＤランプ等の高輝度ＬＥＤや有機ＥＬパネル（ＯＬＥＤ）等に対する、温度に関する加速試験又は寿命試験について説明する。

ここで、「温度に関する」試験とは、加熱及び冷却の両方又はいずれか一方を意味する。「加速試験又は寿命試験」は、ＬＥＤランプの製品寿命を確認するための試験である。この試験としては、例えば、ＬＥＤランプを高温状態又は低温状態で所定の時間維持して、その性能劣化特性を継続的に測定する高温試験又は低温試験と、あるいはＬＥＤランプを短時間での高温状態と低温状態との繰り返しに晒して、同様にその性能劣化特性を継続的に測定する温度サイクル試験とがある。

ＬＥＤランプの開発・改良の際には、設計仕様として市場ニーズに沿って製品寿命（例えば、２年、４年）が決定される。加速試験又は寿命試験は、製品としてＬＥＤランプを市場に出荷する前に、この製品寿命を保障・確認するために実施される。試験方法は、米軍用規格ＭＩＬ (Military Specification)又は日本工業規格ＪＩＳ (Japanese Industrial Specification)等に規定された試験法に忠実にしたがって実施される。

米軍用規格ＭＩＬ又は日本工業規格ＪＩＳの試験法は、加速試験であるため、時間的にどの程度加速されるかに関して検討する必要がある。加速係数を求める為に、製品が使用される環境を考慮して特定の試験法方法が選択されると、その試験方法に従って、高温（加熱）状態で所定の時間にわたる処理、低温（冷却）状態で所定の時間にわたる処理、又は加熱後冷却状態を１サイクルとして所定のサイクルにわたる処理、のいずれかの処理を実施しながら、ＬＥＤランプ（試験サンプル）の経時的に加速状態にある性能特性（例えば、輝度特性）の劣化を測定する。一方、比較の対象として、実際の現場（フィールド）又は実験室内で比較的短期間（数ヶ月又は１〜２年）だけ動作（稼働）させた（即ち、実時間で劣化状態にある）、ＬＥＤランプ（製品）の性能特性の経時劣化を測定する。横軸に時間、縦軸に性能特性（例えば、輝度（明るさ））を目盛ったグラフ上に、両者のデータをプロットすることにより、実時間の性能劣化に対して加速試験による性能劣化の倍率（比率）が求められ、その選択された試験方法による経時劣化の加速係数を決定する。

こうして、加速試験又は寿命試験を採用することにより、実際の現場（フィールド）で製品寿命の期間だけ動作（稼働）させたＬＥＤランプ（被試験物）の経時的性能劣化状況が、加速試験を用いて極めて短時間に実現できる。加速試験又は寿命試験では、ある種の安全係数を掛けて、設計仕様の製品寿命に対して１．２〜１．８倍程度長くした期間の試験を行っている。また、信頼性工学の観点より、製品の母集団からサンプル個数及びＡＱＬを決定し、試験が実施される。このようにして、電子機器、電子部品等の出荷前の製品（母集団）に対して加速試験又は寿命試験を実施することで、一定の信頼性（確率）のもとで、出荷される製品の製品寿命を保障する。

加速係数は、選択された試験法によっては１０の２〜４乗にもなる。即ち、高温２時間後低温２時間を１サイクルとした温度サイクル試験の場合、仮に加速係数が１０の３乗とすると、１サイクル（２＋２時間）の試験が、（２＋２）×１０×１０×１０＝４０００時間（約１６７日）に相当する。このため、試験法に定めた条件に対する僅かなエラー、外乱、ノイズ等が発生した場合、この影響も拡大され、試験結果に重大な影響を及ぼすことが考えられる。

従って、製品寿命を設計仕様通りに保障するために、寿命試験又は加速試験は、規格に定められたとおり、僅かなエラー、外乱、ノイズ等をも排除して、極めて厳密に実施される。

上記のとおり、高輝度ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯等のすべての機器・デバイスと同様に、電源のオン／オフの際に、それ自体の発熱による温度上昇と室温への温度降下というヒートサイクル特性を伴う。そのヒートサイクルを繰り返すと、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるため構成材料の各々が力学的に劣化し、電気的特性も変化し、相乗効果で劣化が進行し、その結果発光自体が低下することになる。

その観点から、ＬＥＤの電源オン／オフ時の温度変化にヒートサイクルを含めた実際の使用状態での寿命が、第一の高温定常温度耐久性とともに、第二の温度耐久性として重要になってきている。

そのため、本考案のように、ＬＥＤのオン／オフ時の最大劣化要因であるＬＥＤ自体によって作り出される急激な温度変化という状況を試験条件として実施する必要がある。
［試験装置の構成］
以下、本考案に係る電子部品の試験装置の実施形態に関し、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面において同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明は省略する。

図１は簡略化した試験装置１０を示しており、試験装置１０は、制御装置２０及び小型恒温槽３０からなる。制御装置２０は、例えば、幅が９５ｍｍ、奥行きが３５０ｍｍ、高さが２４０ｍｍの大きさの矩形の筺体からなり、恒温槽用電源２１、ＰＩＤ制御部２２、コントロール部２３及び被検査対象用電源２４を備える。小型恒温槽３０は、例えば、幅が１７０ｍｍ、奥行きが１９０ｍｍ、高さが２００ｍｍのもので、ヒートシンク３２及びヘッド部３３を備える。ヘッド部３３は、加熱及び冷却手段の発熱・冷却部３４、温度プレート３６及び箱型のカバー部３７を備える。カバー部３７は温度プレート３６及び発熱・冷却部３４を覆い、その内部に、温度プレート上に所望の試験環境を形成する。

図１に示すように、被検査物の例えばＬＥＤランプ３８がヘッド部３３の中の温度プレート３６上に載置される。なお、理解の容易のために、図１においては、カバー部３７は内部が見えるように枠のみを示す。

ヒートシンク３２及び温度プレート３６は、耐腐食性に優れ、また高い熱伝導性の、例えば、銅、アルミニウム、黄銅等製の部材から作られる。それにより、ヒートシンク３２と温度プレート３６との間で速やかな熱伝達を行う。

コントロール部２３は、恒温槽用電源２１から小型恒温槽３０に供給する電流の大きさ、供給時間等を制御することができる。制御装置２０の恒温槽用電源２１からは、例えば１２Ｖ、３Ａの電力が発熱・冷却部３４に供給される。

ヒートシンク３２はファン３１を備え、発熱・冷却部３４はペルチェ素子を備え、温度プレート３６は温度センサ３５を備える。温度センサは、例えば、マイナス４０度Ｃからプラス２５０度Ｃまでの温度を測定できるもので、温度センサとして、典型的には、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等を用いることができる。温度センサ３５によって測定された温度プレート３６の温度、つまり、それに載置されている例えば被検査ＬＥＤランプの温度のデータは、制御装置２０に送られる。

コントロール部２３の制御信号に基づき、ＰＩＤ制御部２２は、温度プレート３６の温度を設定温度まで速やかかつ滑らかに上昇又は下降させるように、発熱・冷却部３４に恒温槽用電源２１から電力を供給する。その際に、コントロール部２３及びＰＩＤ制御部２２は温度センサ３５の測定値に基づいてフィードバック制御を行う。

発熱・冷却部３４は、熱伝導性の優れた材料から形成された上面プレート及び下面プレートを有し、それらの間にペルチェ素子を備える。そのペルチェ素子によって、上面プレートの温度を設定温度に加熱又は冷却する一方、下面プレートではそれに接するヒートシンク３２によって放熱が行われる。恒温槽用電源２１から供給する電流の向きを切り換えることによって発熱・冷却部３４の上面を加熱したり冷却したりすることができる。例えば、マイナス４０度Ｃからプラス１５０度Ｃの間と、室温からプラス２５０度Ｃの間との２つの温度範囲内の各々において温度プレート３６の温度を上昇及び下降させることができる。

例えば、温度プレート３６の温度を、約１０分でプラス２５度Ｃからマイナス４０度Ｃまで温度を下降させることができ、また、約１５分でマイナス４０度Ｃからプラス１５０度Ｃまで温度を上昇させることができる。そのように温度プレート３６の温度を変化させることによって、被検査ＬＥＤランプ３８の試験環境を変化させて、被検査ＬＥＤランプ３８を急速に冷却したり、急速に加熱したりすることができる。

ヒートシンク３２は、発熱・冷却部３４の下面の温度を室温近くに保持するためにその下面を冷却又は加熱するもので、ファン３１によって放熱及び熱供給効果を高めている。

また、試験時における被検査ＬＥＤランプ３８の輝度（明るさ）を測定するために、小型恒温槽３０のカバー部３７の上面には透明な窓４０（図２）が設けられていて、その上方には輝度計５０が配置されている。輝度計５０はＣＣＤカメラ５２を備える。

検査対象としては、ダイレクト輝度測定が必要な、例えば、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光表示パネルや発光素子、また大型ＩＣモジュール、ＬＳＩ等が該当する。

図２は、小型恒温槽３０の拡大斜視図である。その図に示すように、カバー部３７内において被検査ＬＥＤランプ３８が温度プレート３６の上面に接するように置かれている。それにより、温度プレート３６の温度が被検査ＬＥＤランプ３８に伝達される。また、カバー部３７の上面に透明な窓４０が設けられていて、その窓４０を通して輝度計５０のＣＣＤカメラ５２（図１）によって被検査ＬＥＤランプ３８の輝度が測定される。窓４０の板材としてアクリル、ガラス等を使用することができる。

また、図２に示すように、温度センサ３５及び発熱・冷却部３４に制御装置２０（図１）から信号ラインが接続されている。

必要に応じて、小型恒温槽３０の位置を調整するために、ヒートシンク３２の下にＸＹ位置決め装置４２を配置してもよい。そのＸＹ位置決め装置４２は小型恒温槽３０を、水平面内のＸＹ平面内において、既定の直交するＸ軸線及びＹ軸線に沿って移動することができる。それを用いて、輝度計５０のＣＣＤカメラ５２の真下の適切な位置に、カバー部３７の窓４０を配置することができる。また、必要に応じて、被検査ＬＥＤランプ等の発光状態をより正確に観察するために、図示していないが、小型恒温槽３０を暗室又は内側面を黒色にした暗箱内に配置してもよい。

透明窓４０の寸法は、アベレージメータ式輝度計５０を使用する場合には、ＬＥＤランプ３８の測定エリアに従って特定された寸法となり、スポットメータ式輝度計５０を使用する場合には、ＬＥＤランプの測定ポイントに応じた個数の開口を設け、各々の開口の寸法を測定ポイント径に従って特定された寸法とする。スポットメータ式輝度計５０の場合の開口の個数及び寸法を特定して、ＬＥＤランプ３８の被測定箇所からの発光の内、輝度計に直線的に入射する光線のみを通過させる一方他の反射光線を遮蔽することにより、ＬＥＤランプ３８の輝度を正確に測定することが可能となる。

また、カバー部３７の内面は、ＬＥＤランプ３８の発光を無反射にするような黒色又はこれに準ずる色彩にすることが好ましい。そのようにすることが好ましいのは、透明窓４０の寸法を特定したのと同様に、余分な反射光が輝度計に到達するのを防止するためである。
［試験例］
試験開始時には、カバー部３７を取り外して、または、被検査対象の寸法に応じて透明窓４０を開いて、検査対象のＬＥＤランプ３８を温度プレート３６の上に置き、カバー部３７を元の位置に戻すか又は透明窓４０を閉じる。

次に、ＸＹ位置決め装置４２を駆動して、または単に小型恒温槽３０を移動して、被検査ＬＥＤランプ３８が輝度計５０の真下に位置するようにする。

被試験物は、本実施例では、ＬＥＤランプ、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）またはＬＤを利用したディスプレイである。ＬＥＤランプ３８には、例えば、パルス電流若しくは定常電流のどちらか又はそれらの組み合わせの電流を所定のテストパターンで供給する。最も単純なテストパターンの場合には、０からプラス１０Ａまでの正方向の定常電流のみで被検査ＬＥＤランプを駆動する。

上記の点をまとめると、試験前に次の事項を確認する。
（１）ＸＹ位置決め装置４２が適切に位置決めしたか。
（２）温度プレート３６が適切に作動して加熱又は冷却作用を行うか。
（３）温度センサ３５が適切に温度測定をしているか。
（４）被試験物に対しどのような発光駆動電流のテストパターンを用いるか。
（５）その他異変はないか。

これらの事項の確認が終了した時点で試験が開始される。

試験では、被検査ＬＥＤランプに決定した発光駆動電流のテストパターンで駆動するように所定の電流を供給し、コントロール部２３には試験条件を入力する。試験条件としては、例えば、ＬＥＤランプ３８を所定の高温（例えば、１００度Ｃ）に２時間保持した直後に所定の低温（例えば、マイナス１５度Ｃ）で３０分保持することを１サイクルとして、合計２０〜６０サイクル実施し、高温から低温または低温から高温に移行するまで、最大５〜１５分とする試験を行う場合には、それらの所定の値の入力をする。

試験が開始されると、コントロール部２３は、恒温槽用電源２１から発熱・冷却部３４に電力を供給する。その際、コントロール部２３は、温度センサ３５からの温度データに基づいて温度プレート３６の温度をＰＩＤ制御する。

それにより、上記の条件の加熱試験においては、コントロール部２３が恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４の電力供給のスイッチをオンにすると、温度プレート３６の温度が上昇し始め、例えば約１０分程度で設定温度に到達する。その温度が２時間維持された後に、コントロール部２３が被検査対象用電源２４のスイッチをオフにするとともに恒温槽用電源２１のスイッチを逆向きにすると、温度プレート３６の温度が設定温度から下降して例えば約１３分ほどで初期の定常状態の温度に戻る。その時に恒温槽用電源２１のスイッチをオフにする。それがサイクル試験の一サイクルである。それから所定の時間、例えば、１時間経過した時に、コントロール部２３が恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４の電力供給のスイッチをオンにして、温度プレート３６の温度を上昇させる。同様に約１０分程度で設定温度に到達し、その温度が２時間維持された後に、コントロール部２３が被検査対象用電源２４のスイッチをオフにするとともに恒温槽用電源２１のスイッチを逆向きにする。そうすると、温度プレート３６の温度が設定温度から下降して約１３分ほどで初期の定常状態の温度に戻る。その時に恒温槽用電源２１のスイッチをオフにする。このサイクルを既定回数、例えば、３０回繰り返す。その試験期間中、輝度計５０により、ＬＥＤランプ３８の発光状態を監視し、その発光特性を測定する。

また、試験期間中、例えば試験装置全体を暗箱に収納する。暗箱は、外部からのノイズ光線の入射を遮断する光学的バリアを形成するためである。そのため、暗箱は、ＬＥＤランプ３８の反射光が輝度計５０に入射することを防ぐために、ＬＥＤランプ３８と輝度計５０との周囲に無限空間を形成する。それは、ＬＥＤランプ３８の発光が、他の物体に反射した後に輝度計５０に入射すると、そのような反射光はノイズ光線となり、輝度計５０が正確なＬＥＤランプ１８の発光状態を測定できなくなるからである。

図３Ａは、加熱試験を行った際に、コントロール部２３が、ＬＥＤランプ３８のための被検査対象用電源２４のスイッチをオン・オフするのと同期して恒温槽用電源２１から小型恒温槽３０に電力を供給するためにスイッチをオン・オフした時に温度センサ３５で測定した温度プレート３６に生じた温度の変化を示す。図３Ａにおいて、ラインＳは、恒恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４の電力供給の際のオン・オフのタイミングを示し、ラインＴは、温度プレート３６の温度の変化を示す。

図３Ａに示すように、ラインＳにおいて、恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４がｔ１でオンになると、ラインＴに示す温度プレート３６の温度がその時から上昇し始めてｔ２で所定の目標温度に達する。ｔ１からｔ２までの時間は、最大で約５分から１５分である。その目標温度がｔ３まで維持され、その時に被検査対象用電源２４をオフにするとともに恒温槽用電源２１のスイッチを逆向きにすると、温度プレート３６の温度がその時から下降し始めてｔ４で初期温度まで戻り、その時に恒温槽用電源２１をオフにする。ｔ３からｔ４までの時間も、最大で約５分から１５分である。これで１サイクルとなる。

次に、ｔ４からｔ５まで初期温度が保持され、ｔ５において恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４のスイッチがオンになって次の第２のサイクルが開始される。第２のサイクルでは、温度プレート３６の温度がｔ５の時から上昇し始めてｔ６で所定の目標温度に達する。その温度がｔ７まで維持され、その時に被検査対象用電源２４をオフにするとともに恒温槽用電源２１のスイッチを逆向きにすると、温度プレート３６の温度がその時から下降し始めてｔ８で初期温度まで戻るため、恒温槽用電源２１をオフにする。このようなサイクルが試験条件の内容に応じて繰り返される。

恒温槽用電源２１から発熱・冷却部３４に供給する電力の極性を逆に切り換えると、冷却試験を行うことができる。

例えば、図３Ｂに示すように、被検査対象用電源２４がオンとなるのに同期してｔ１で恒温槽用電源２１がオンになると、ラインＴに示す温度プレート３６の温度は、その温度から目標温度まで約１５分程度で下降する。ｔ２で目標温度に達すると、その目標温度で所定の時間の約２時間維持された後に、ｔ３で被検査対象用電源２４のオフにしそれに同期して恒温槽用電源２１を逆向きにすると、その時点から温度プレート３６の温度が上昇し始めて、ｔ４で初期温度まで戻るので、恒温槽用電源２１をオフにする。これが１サイクルとなる。次のｔ４からｔ５まで初期温度が保持され、ｔ５において恒温槽用電源２１及び被検査対象用電源２４のスイッチがオンになって次の第２のサイクルが開始される。第２のサイクルでは、温度プレート３６の温度がｔ５の時から下降し始めてｔ６で所定の目標温度に達する。その温度がｔ７まで維持され、その時に被検査対象用電源２４をオフにし、恒温槽用電源２１を逆向きにすると、温度プレート３６の温度がその時から上昇し始めてｔ８で初期温度まで戻るので、その時点で恒温槽用電源２１をオフにする。このようなサイクルが試験条件の内容に応じて繰り返される。

従来の大型恒温槽では、温度の上昇、下降及びその温度の安定までの時間が数時間単位かかっていたため、最大劣化要因となる急速な温度変化という条件の試験を行うことが困難であった。それに対し、本考案に係る小型恒温槽を用いる試験装置では、上記のとおり、温度変化の時間が約５から１５分程度で済むため、容易に、急速な温度変化を条件とする試験を行うことができる。

［代替例等］
上述した実施態様は、例示であり、それに限定されるものではない。例えば、上記の実施態様では小型恒温槽を制御装置に接続した構成を説明した。１台のパーソナルコンピュータに小型恒温槽及び制御装置を組み合わせたものを複数組接続して、同じ条件又は個別に異なる条件でそれぞれの小型恒温槽の制御を行うことができる。

例えば、図４に、同じ小型恒温槽を有する同じサイクル寿命試験装置の５０組を１台のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に接続して、全体で１０００チャンネル（ｃｈ）のサイクル寿命試験を行うことができるシステム１００のブロック図を示す。各サイクル寿命試験装置は同じであり、代表して＃０１の装置の構成を説明する。その装置は、制御装置１２０と小型恒温槽１３０とを備える。制御装置１２０は、コントローラ１２３、信号発生器１２５、２０ｃｈの駆動電流出力回路１２７、電圧測定回路１２２及び温度制御部１２６を備える。小型恒温槽１３０は、中継端子台１４０を備えていて、内部に、検査対象のＬＥＤモジュール群１３８を格納する。

各装置では、発光駆動電流テストパターンとして標準でパルス電流と定常電流とを用いる。オン・オフの繰り返しは分単位の時間間隔で指定することができる。それらのデータはＰＣ１５０の表示画面においてリアルタイムでモニターすることができる。

２０チャンネルのすべてに関して、同一信号のパターンで駆動して温度加速試験を行うこともできる一方、セットごとに異なる電流や異なる温度の試験条件に基づいて試験をすることも可能である。また、例えば、１時間電流源をオンとして小型恒温槽内の温度を１２０度Ｃとし、１５分間オフにして初期温度に戻すというサイクルを繰り返して、デバイスの実際の使用状況に合わせた使用をすることもできる。

また、被試験物としてＬＥＤランプを用いた寿命試験又は加速試験について説明したが、他の発光素子、発光装置、表示装置に対して寿命試験又は加速試験を実行することもできる。

発光素子としては、ＯＬＥＤ素子の他に、光電変換素子、各種ＬＥＤ、半導体レーザ素子等が該当する。表示装置としては、各種液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ＰＤＰ、ＦＥＤ、蛍光表示管ディスプレイ（ＶＦＤ）、ＬＥＤディスプレイ、陰極線管（ＣＲＴ）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＩＤ）等が該当する。

温度プレート３６を介して被試験物を加熱する手段として、ペルチェ素子２２を使用したが、それに限定されることなく、電気、ガス燃焼、赤外線等を利用した公知の加熱手段を使用してよく、また、冷却するのに液体窒素を使用してもよい。

発熱・冷却部３４にペルチェ素子を用いたが、高速で発熱及び冷却を行えるものであればそれに代えて他のものでもよい。

以上、本考案に係る電子部品の試験装置の望ましい実施形態について説明したが、本考案はその実施態様に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本考案に含まれるものであり、本考案の技術的範囲は、添付の実用新案登録請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。

１０・・・試験装置
２０・・・制御装置
２１・・・恒温槽用電源
２４・・・被検査対象用電源
２２・・・ＰＩＤ制御
２３・・・コントロール部
３０・・・小型恒温槽
３２・・・ヒートシンク
３３・・・ヘッド部
３４・・・発熱・冷却部
３５・・・温度センサ
３６・・・温度プレート
３７・・・カバー部
３８・・・被検査ＬＥＤランプ
４２・・・ＸＹ位置決め装置
５０・・・輝度計
５２・・・ＣＣＤカメラ

Claims (16)

1. 被試験物に対して寿命試験又は加速試験を実行する試験装置に用いられる小型恒温槽であって、
   前記被試験物を加熱又は冷却するための加熱及び冷却手段と、
   前記被試験物を保持するとともに前記加熱手段及び冷却手段から前記被試験物に高温又は低温を伝達する温度プレートと、
   該温度プレートの温度を測定する温度センサとを備え、
   前記加熱手段及び冷却手段がペルチェ素子を備える、小型恒温槽。
2. 請求項１の小型恒温槽において、前記加熱手段及び冷却手段にさらにヒートシンクが接続されている、小型恒温槽。
3. 請求項１の小型恒温槽において、前記加熱及び冷却手段は、前記ペルチェ素子に供給する電流の向きを切り換えることによって加熱手段又は冷却手段となり、加熱手段として機能する場合には前記温度プレートに高温を供給し、冷却手段として機能する場合には前記温度プレートに低温を供給する、小型恒温槽。
4. 請求項１の小型恒温槽において、前記ヒートシンク、前記加熱及び冷却手段並びに前記温度プレートは、熱伝導度のすぐれた材料の部材から構成されている、小型恒温槽。
5. 請求項１の小型恒温槽において、さらに前記温度プレートを囲むヘッド部を備えており、該ヘッド部の上面に被試験物を視認できる透明窓が設けられている、小型恒温槽。
6. 被試験物に対して寿命試験又は加速試験を実行する試験装置であって、
   前記被試験物を加熱又は冷却するための加熱及び冷却手段と、前記被試験物を保持するとともに前記加熱手段及び冷却手段から前記被試験物に高温又は低温を伝達する温度プレートと、該温度プレートの温度を測定する温度センサとを備え、前記加熱手段及び冷却手段がペルチェ素子を備える小型恒温槽と、
   前記被試験物の光学的特性を測定するための光学的測定手段と、
   前記被試験物を寿命試験又は加速試験の試験条件に合わせて駆動する手段と、
   前記内側容器の加熱手段及び冷却手段を駆動する手段とを備える試験装置。
7. 請求項６の試験装置において、前記小型恒温槽において前記加熱手段及び冷却手段にさらにヒートシンクが接続されている、試験装置。
8. 請求項６の試験装置において、前記小型恒温槽において、前記加熱及び冷却手段は、前記ペルチェ素子に供給する電流の向きを切り換えることによって加熱手段又は冷却手段となり、加熱手段として機能する場合には前記温度プレートに高温を供給し、冷却手段として機能する場合には前記温度プレートに低温を供給する、試験装置。
9. 請求項６の試験装置において、前記小型恒温槽の前記ヒートシンク、前記加熱及び冷却手段並びに前記温度プレートは、熱伝導度のすぐれた材料の部材から構成されている、試験装置。
10. 請求項６の試験装置において、さらに前記温度プレートを囲むヘッド部を備えており、該ヘッド部の上面に被試験物を視認できる透明窓が設けられている、試験装置。
11. 請求項１０の試験装置において、前記透明窓の位置、個数及び寸法は、被試験物の被測定箇所からの発光の内、前記光学的測定手段に対して直線的に到達する光線のみを透過させ、他の光線は遮断するように決定されている、試験装置。
12. 請求項６の試験装置において、さらに、被試験物及び前記光学的測定手段を囲む光学的バリア手段を備え、外部から侵入する光及び被試験物の出力した光の反射光による光学的外乱による前記光学的測定手段への影響を排除する、試験装置。
13. 請求項６の試験装置において、さらに、ＸＹ位置決め装置を備え、前記光学的測定装置に対して前記小型恒温槽の位置決めを可能にした、試験装置。
14. 請求項６の試験装置において、被試験物は、発光素子又は発光素子から形成された表示装置である、試験装置。
15. 請求項６の試験装置において、前記光学的測定装置は、輝度計からなる、試験装置。
16. 請求項６の試験装置において、
    被試験物は、ＬＥＤランプまたは有機ＥＬ表示装置である、試験装置。

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