JP3628598B2

JP3628598B2 - 曲げ試験装置及びその試験方法

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Publication number: JP3628598B2
Application number: JP2000239054A
Authority: JP
Inventors: 岳洋鈴木; 博文山崎; 泰久山地
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP2002048692A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装したデバイス実装基板の繰り返し曲げ試験をおこなうための装置とその試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話をはじめとする各種情報伝達用端末機器の短小化が進み、種々の仕様、大きさの基板のあらゆる箇所にデバイス（電子部品）が実装されており、高密度な実装が可能なＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）が採用されつつある。ＣＳＰは、チップサイズと同等あるいは僅かに大きいパッケージの総称であり、ＢＧＡは、外部接続端子に、はんだボールを用いた半導体集積回路のことである。
【０００３】
これらＣＳＰやＢＧＡは、従来のプラスチックパッケージ（樹脂封止された、外部接続端子にリードをもつ半導体集積回路）と比較して、外部にはんだボールを用いていることもあり、基板に実装した後の信頼性が重要視されるようになってきた。その実装後の信頼性を確かめるための試験には、熱的ストレスを加える試験、機械的ストレスを加える試験等がある。その機械的ストレスを加える試験の１つとして、繰り返し曲げ試験方法がある。これは、ＣＳＰやＢＧＡが実装された情報伝達用端末機器の実使用に則した機械的ストレスの耐性を評価する試験である。
【０００４】
図８は、従来の曲げ試験装置を示し、この装置では、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６を評価用に実装した基板１０７の両端を基板保持部材１１７によって固定し、基板１０７の上から上側の荷重用ヘッド１１１によってストレスを加えるか、あるいは、基板１０７の下から下側の荷重用ヘッド１２１によってストレスを加えることにより、電子部品１０６が基板１０７から剥離して電気的特性を維持できなくなる限度を求めてその耐性を評価するものである。なお、上方より荷重を作用させる場合、電子部品１０６に直接荷重を掛けることのないように溝１２８を施してある。なお、ｈは変位量を示している。
【０００５】
図９は、従来の曲げ試験装置の別の例を示し、この場合、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６を実装した基板１０７の両端を支持台１３０上の支持棒１２９で支持し、上方より荷重用ヘッド１１１にてストレスを加える方法である。これらの従来技術では、基板１０７の両端を固定して、両側を同時に曲げ、また、基板１０７を固定する部材は、所定の位置に固定状態に設けられていたため、試験可能な基板１０７のサイズは限定されていた。また、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６の実装箇所も基板１０７の中央部に限定されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の試験装置では、評価可能な基板のサイズが限定されているため、携帯電話、デジタルカメラ等の基板では、曲げ試験装置の保持可能なサイズに合致していないことが多く、そのような場合には、基板を保持可能なサイズに切断して評価をおこなっていた。また、基板のサイズが小さすぎる場合には、使用されている基板と同じ材質でサイズの小さなものを別途製作して、これにＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６を実装して試験していたが、それが困難な場合には、評価は不可能であった。しかし、上述のように、試験用の基板を別途製作すること自体が大変煩瑣である上に、折角試験をおこなっても、実物とは仕様が異なるため、実使用に則した信頼性の高いデータを得られなかった。
【０００７】
また、従来では、上述のように、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品１０６の実装箇所も中央部に限定されていたが、実際には、電子部品１０６が中央部に実装されている場合は比較的に少なく、実情に則していなかった。なお、電子部品１０６が中央部に実装されていなければならないのは、以下の理由による。曲げ試験では、デバイス実装基板の両側に荷重を加えるため、最も大きな曲げが生じる中央部に電子部品１０６が実装されていないと、最も厳しい条件下での評価ができないからである。また、デバイス実装基板の両側に、均等な荷重を作用させる必要があるが、（中央部からのずれの程度によって、電子部品１０６に作用するストレスが異なるため、）中央部に電子部品１０６が実装されていないと、左右に均等なストレスを与えることができなくなり、適正な評価をおこなえないからであった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、基板サイズや電子部品の実装位置の如何にかかわらず、あらゆる仕様のデバイス実装基板に対して適正な耐性評価を与えることができる曲げ試験装置及びその試験方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１０】
（１）電子部品が実装されたデバイス実装基板を固定保持する基板保持部材と、前記基板保持部材に固定保持された前記デバイス実装基板に対して、進退自在な荷重用ヘッドと、装置を作動させるために必要な情報を入力するための操作パネル部と、前記装置の作動状態についての情報を表示するための表示パネルと、を具備した曲げ試験装置において、前記デバイス実装基板の一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記基板の他辺が交差する箇所を、前記基板保持部材に、固定保持させ、前記直線と直交する直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、前記荷重用ヘッドによって、それぞれ等しい荷重を作用させることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、（たとえ電子部品が基板の偏った位置に実装されていても）常に、電子部品の左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適正な評価をおこなうことができる。
【００１２】
（２）前記荷重用ヘッドが、相互の間隔を調整可能な一対のシャフトの先端に、設けられていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、基板のサイズに応じて、シャフトの間隔を調整することにより、荷重用ヘッドを基板の適正な位置に対応させることができる。つまり、基板のサイズの如何を問わず、常に、適正に荷重を作用させることができる。
【００１４】
（３）前記荷重用ヘッドが、前記一対のシャフトの先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、基板のサイズや試験の条件等に応じて、荷重用ヘッドを適切なものと取り替えることができる。
【００１６】
（４）前記基板保持部材が、相互の間隔を調整可能な一対の支持部材の先端に、設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、基板のサイズに応じて、支持部材の間隔を調整することにより、基板を適正な状態で保持することができる。つまり、基板のサイズの如何を問わず、常に、適正な状態に保持することができる。
【００１８】
（５）前記基板保持部材が、前記一対の支持部材の先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、基板のサイズに応じて、基板保持部材を適切なものと取り替えることができる。
【００２０】
（６）電子部品が実装されたデバイス実装基板の曲げ試験方法において、前記デバイス実装基板の一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記基板の他辺が交差する箇所を固定保持し、上記直線と直交する直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、それぞれ等しい荷重を作用させることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、（たとえ電子部品が基板の偏った位置に実装されていても）常に、電子部品の左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適正な評価をおこなうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態に係る曲げ試験装置及びその試験方法について細に説明する。
図１は、曲げ試験装置（以下、装置という）の構成を示し、この装置は、エアシリンダ荷重部１、エア供給回路部２、基板保持機構部３、制御ユニット４、操作パネル部５とで構成されている。
【００２３】
エアシリンダ荷重部１では、地上に固定状態に立設されたシリンダ取り付けベース９には、エアシリンダ８が固定され、そのピストン（図示省略）の下部に荷重用ヘッド１１が取り付けられており、このエアシリンダ８を作動させることにより、荷重用ヘッド１１を上下に動作させて、下方の基板保持機構部３に固定状態に支持された基板（デバイス実装基板）７に荷重を加え、繰り返し曲げ試験を実施することができる。
【００２４】
また、そのピストンの上部には、取り付け板１２を介して、曲げ量調節ネジ１３が取り付けられており、その曲げ量調節ネジ１３を操作することにより、荷重用ヘッド１１のストローク限度を調節し、基板７の曲げ変形量を調整できるようになっている。
【００２５】
エア供給回路部２は、エア方向切替弁１５を具備し、制御ユニット４からの制御信号により、エア方向切替弁１５を切換動作させつつエアシリンダ８に圧縮エアを供給し、そのピストンを上下に作動させ、上述のように、荷重用ヘッド１１を上下に繰り返し動作させる。
【００２６】
基板保持機構部３では、地上に所定の高さで支持された一対の基板保持部材１７，１７が、基板保持用ネジ１８，１８により基板７を挟持状態に固定保持する。その基板保持部材１７は、その内側に基板７をはめ込む溝が形成され、基板保持用ネジ１８によって、位置調整・固定自在となっており、基板７のサイズ（幅）に応じてその間隔を調整することにより、どのようなサイズの基板７をもしっかりと挟持固定することができる。かつ、曲げ試験の支点としたい箇所を、ＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品６の実装箇所に応じて、適宜自由に選択して、基板７を固定保持することができる。
【００２７】
制御ユニット４は、操作パネル部５からの動作開始信号、動作停止信号およびエアシリンダ荷重部１からのエアシリンダ上限センサ１０ｃ、エアシリンダ下限センサ１０ｄからの検出信号に基づいて、エア供給回路部２に指令を送出し、その制御をおこなう。
【００２８】
また、制御ユニット４は、デバイス（電子部品）の不良検出リード線２０にて基板７と接続され、試験実施中に、デバイス不良（電気的非導通）が発生した時（耐性の限度時点）における荷重付加（曲げ）停止制御もおこなう。
【００２９】
一方、操作パネル部５は、装置の動作開始信号、動作停止信号を制御ユニット４に送出し、また、曲げ回数をカウントし、付設の表示パネル（図示省略）にこれを表示する。
【００３０】
図２は基板保持機構部３の平面図で、同図から明らかなように、シャフト調整ネジ２２を緩めれば、基板保持シャフト用レール２３，２３の幅（間隔）を調整することができ、これにより、基板保持部材１７，１７を左右に移動させ、その間隔を調整することができる。
【００３１】
従って、基板７のサイズに合わせた位置（間隔）で、そのシャフト調整ネジ２２を締め付けて両レール２３，２３を固定すれば、あらゆるサイズの基板７をしっかりと固定保持することができる。
【００３２】
図３は、装置の正面図で、同図から明らかなように、エアシリンダ荷重部１のシャフト部２４では、２本のシャフト２６，２６が、ガイドバー２８を介して、エアシリンダ８のピストンに支持されており、各シャフト２６の先端に、荷重用ヘッド１１が着脱自在に取り付けられている。なお、図３では、図１に示すエア供給回路部２、制御ユニット４、操作パネル部５の図示は省略している。
【００３３】
図４は、シャフト部２４の拡大図で、図示のように、シャフト２６の上部に固定された（貫通孔を有する）支持ヘッド２９が、（エアシリンダ８のピストンに固定支持された）ガイドバー２８に移動自在に被嵌挿通され、その支持ヘッド２９の上部に螺装されたシャフト調整ネジ２５の締め付けによって、両シャフト２６，２６をガイドバー２８の任意の位置に固定することができる。従って、基板７のサイズに応じて、両シャフト２６，２６の間隔、つまり、荷重用ヘッド１１，１１の間隔を調整することができ、これにより、いかなる仕様の基板７にも柔軟に対処することができる。
【００３４】
図５（Ａ）（Ｂ）および図６（Ａ）（Ｂ）は、基板７と荷重用ヘッド１１との対応位置関係を示し、図５（Ａ）（Ｂ）は、細長い基板７の中央部に電子部品６が実装されている場合に、荷重用ヘッド１１，１１の間隔を大として、その両側に均等な荷重を作用させることができることを示している。
【００３５】
また、図６（Ａ）（Ｂ）では、幅が広い（矩形状の）基板７に電子部品６が偏った位置（中央部ではない位置）に実装されている場合に、荷重用ヘッド１１，１１の間隔を小として、その電子部品６の両側に均等な荷重を作用させることができることを示している。
【００３６】
つまり、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）に示すように、基板（デバイス実装基板）７の一辺に平行で電子部品６の実装箇所を通る直線Ｋと基板７の他辺が交差する箇所を（基板保持部材１７，１７で）固定保持し、直線Ｋと直交する直線Ｌ上の、実装箇所から他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板７上に、（荷重用ヘッド１１，１１によって）それぞれ等しい荷重を繰り返し作用させることができる。なお、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）は基板７の平面（上から見た状態）を示している。
【００３７】
図７（Ａ）（Ｂ）は、基板７と荷重用ヘッド１１の側面から見た対応関係を示し、図７（Ａ）は、基板７の幅が比較的に広い場合に、それに対応させて比較的に大きなサイズの荷重用ヘッド１１をシャフト２６に取り付けた場合、図７（Ｂ）は、基板７の幅が比較的に狭い場合に、それに対応させて比較的に小さなサイズの荷重用ヘッド１１をシャフト２６に取り付けた場合、を示している。
【００３８】
また、図７（Ｃ）は、基板７と荷重用ヘッド１１の正面からから見た対応関係を示し、この場合、基板７の片側にのみ荷重を作用させるような曲げ試験が可能であることを示している。なお、荷重用ヘッド１１のシャフト２６への取り付けは、例えば、ボルト締結や、ねじ込み式、嵌合結合等の着脱自在な結合方法が好ましいが、荷重用ヘッド１１がシャフト２６の先端に固着されていてもよい。
【００３９】
次いで、図１に基づいて、本装置を用いた繰り返し曲げ試験方法について説明する。
まず、エアシリンダ荷重部１の可動部である荷重用ヘッド１１が所定の速度で作動するように、エア供給圧力およびスピードコントローラ２１ａ，２１ｂを調整する。そのスピードコントローラ２１ａ，２１ｂは、例えば、弁開度の調整が可能な絞り弁等からなり、その調整は、操作パネル部５からの指示によって制御ユニット４から送出される指令で自動的におこなわせるのが好ましいが、これに限定されることなく、手動でおこなわれてもよい。なお、エア供給圧力は、３．５ｋｇ／ｃｍ^２に設定するのが好ましい。
【００４０】
次いで、基板保持部材１７の基板保持用ネジ１８を調整して、両基板保持部材１７，１７間に基板７を取り付ける。その際に、基板７のＣＳＰやＢＧＡ等の電子部品６の実装箇所が曲げ支点となるように、シャフト調節ネジ２２を緩め、基板７のサイズに合わせて、シャフト用レール２３，２３の間隔を調整し、基板保持シャフト（支持部材）１９，１９を移動させて基板７をセットする。このような調整により、基板７のサイズの如何にかかわらず、また、電子部品６の実装位置の如何にかかわらず、実使用に則した適切な状態で固定状態に保持することができる。
【００４１】
また、基板７と制御ユニット４との間には、不良検出用リード線２０が接続されており、試験の実施中に、接続抵抗値を連続的にモニタリングする。なお、不良検出システムは、以下のように機能する。すなわち、ＣＳＰやＢＧＡ内の配線と基板７の配線をリード線２０で繋ぐことにより、ＣＳＰやＢＧＡ内の配線、基板７の配線、ＣＳＰやＢＧＡと基板との接合部のいずれかの箇所が断線した場合、これを即座に電気的非導通（このような状態では、電気的特性を発揮できなくなっている）として検出することができる。
【００４２】
上述のように基板７を保持した後、シャフト幅調節ネジ２５により、２つの荷重用ヘッド１１，１１の位置を適正な荷重付加位置に調整して固定する。基板７の片側にのみ荷重を作用させる場合には、シャフト幅調節ネジ２５を緩めて、一方の荷重用ヘッド１１を取り除き、片方の荷重ヘッド１１のみで基板７に対して荷重を作用させるようにする。
【００４３】
次いで、曲げ量調節ネジ１３により、基板７の変位量を概ね３ｍｍ程度に設定する。次に、操作パネル部５から曲げ試験開始操作指令を送出する。そうすると、制御ユニット４は、まず、エア方向切替弁１５に切替信号を送信し、エア方向切替弁１５はエア供給の切替動作を開始する。この切替動作により、エアシリンダ８が作動し、荷重用ヘッド１１が基板７に対して繰り返し荷重を付加する。
【００４４】
荷重用ヘッド１１が基板７に対して荷重を付加した時、エアシリンダ８の下限センサ１０ｄがこれを検知し、０．５秒程度荷重を付加した後、さらに、エア方向切替弁１５は、制御ユニット４からの上下動切替指示により、エア供給先が切替られ、荷重用ヘッド１１は上昇動作を開始する。
【００４５】
その後、荷重用ヘッド１１が上端に到達した時には、下限センサ１０ｃがこれを検知し、０．５秒程度待機した後、エア方向切替弁１５はエアの供給先を切り替え、再び、荷重付加動作をおこなう。このように、エアの供給先を切り替えることにより、上下に荷重付加動作を繰り返すことができ、基板７の曲げによるストレスの耐久性を確認することができる。
【００４６】
繰り返し曲げ動作中に、制御ユニット４は基板７に実装された電子部品６の電気的不良を連続的にチェックし、不良モードとしては、電気的オープン状態を電気的不良とする。電気的オープン状態が発生しなかった場合は、試験を続行し、発生した場合には、直ちに、繰り返し曲げ荷重を停止する。
【００４７】
その際（電気的オープン状態が発生した場合）、回数カウントアップ信号を操作パネル部５に送信し、表示パネルはその時の曲げ回数を表示する。つまり、その回数カウントアップ信号が操作パネル部５に送信された時点が、その荷重条件下での基板７の曲げによるストレスの耐久性の限度である。
【００４８】
以上のように、本装置によれば、基板７のサイズや電子部品６の実装位置の如何にかかわらず、あらゆる仕様のデバイス実装基板７に対して、繰り返し曲げ試験をおこなうことができ、別途、試験片を作成する必要がなく、実使用に則した耐性についての信頼性の高いデータを得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように構成される本発明は、以下のような効果を奏する。
【００５０】
請求項１によれば、常に、電子部品の左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適正な評価をおこなうことができる。
【００５１】
請求項２によれば、基板のサイズに応じて、シャフトの間隔を調整することにより、荷重用ヘッドを基板の適正な位置に対応させることができ、基板のサイズの如何を問わず、常に、適正に荷重を作用させることができる。
【００５２】
請求項３によれば、基板のサイズや試験の条件等に応じて、荷重用ヘッドを適切なものと取り替えることができる。
【００５３】
請求項４によれば、基板のサイズに応じて、支持部材の間隔を調整することにより、常に、適正な状態に保持することができる。
【００５４】
請求項５によれば、基板のサイズに応じて、基板保持部材を適切なものと取り替えることができる。
【００５５】
請求項６によれば、常に、電子部品の左右に均等なストレスを与えることができ、信頼性の高い適正な評価をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る曲げ試験装置の構成を説明するための側面図である。
【図２】同基板保持機構部の平面図である。
【図３】同曲げ試験装置の正面図である。
【図４】同シャフト部の正面図である。
【図５】同シャフト部の説明図である。
【図６】同シャフト部の説明図である。
【図７】同基板と荷重用ヘッドの対応関係の説明図である。
【図８】従来の曲げ試験装置の一例を示す構成図である。
【図９】従来の曲げ試験装置の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
５−操作パネル部
６−電子部品
７−基板
１１−荷重用ヘッド
１７−基板保持部材
１９−支持部材
２６−シャフト
Ｋ，Ｌ−直線

Claims

電子部品が実装されたデバイス実装基板を固定保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材に固定保持された前記デバイス実装基板に対して、進退自在な荷重用ヘッドと、
装置を作動させるために必要な情報を入力するための操作パネル部と、
前記装置の作動状態についての情報を表示するための表示パネルと、
を具備した曲げ試験装置において、
前記デバイス実装基板の一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記基板の他辺が交差する箇所を、前記基板保持部材に、固定保持させ、
前記直線と直交する直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、前記荷重用ヘッドによって、それぞれ等しい荷重を作用させることを特徴とする曲げ試験装置。
前記荷重用ヘッドが、相互の間隔を調整可能な一対のシャフトの先端に、設けられていることを特徴とする請求項１に記載の曲げ試験装置。
前記荷重用ヘッドが、前記一対のシャフトの先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする請求項２に記載の曲げ試験装置。
前記基板保持部材が、相互の間隔を調整可能な一対の支持部材の先端に、設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の曲げ試験装置。
前記基板保持部材が、前記一対の支持部材の先端に、着脱自在に取付られることを特徴とする請求項４に記載の曲げ試験装置。
電子部品が実装されたデバイス実装基板の曲げ試験方法において、前記デバイス実装基板の一辺に平行で前記電子部品の実装箇所を通る直線と前記基板の他辺が交差する箇所を固定保持し、上記直線と直交する直線上の、前記実装箇所から前記他辺の両側に向けて等しい距離だけ離れた位置の前記基板上に、それぞれ等しい荷重を作用させることを特徴とする曲げ試験方法。