JP4197800B2

JP4197800B2 - 小型電気部品におけるストランド接続部の接着強度試験装置及び方法

Info

Publication number: JP4197800B2
Application number: JP15701299A
Authority: JP
Inventors: サイクスロバート
Original assignee: デイジプレシジョンインダストリーズリミテッド
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: GB9811795D0; US6178823B1; JP2000046727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型電気回路における接続部の機械的完全性を試験するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子素子、特にマイクロプロセッサの物理的寸法は急速に小さくなっており、その結果、電気接続部の寸法も小さくしなければならない。現在のマイクロプロセッサは、幅が４０μｍで間隔が２５０μｍの銅ストランドを有する一列状の縁部接続部を有するであろう。これらの縁部接続部は一般的に、矩形回路部品の全側部の周囲に延在することができ、使用時に素子の他の部分に、例えば超音波または熱圧着技法によって接着される。
【０００３】
大量生産では、これらの接着部の機械的強度を定期的に試験して、接続方法がまだ十分であることを確認すると共に、電子素子を信頼して使用できることを保証することが必要である。
【０００４】
素子を水平ワークホルダ上に拘束し、接続ストランドに工具を引っ掛けることによって、引張り試験を実施することができる。ストランドを機械式ピンセットで把持することも知られている。工具で接着位置を側方に押すことによってせん断試験を実施することができる。各々の場合、適当なひずみゲージ方法を使用して破断力を測定する。
【０００５】
接続ストランドは非常に小さいため、拡大装置を通して加工部品を見ることがどうしても必要である。工具は一般的に３軸モータ駆動部に取り付けられている。測定された非常に小さい破断力を狂わせる原因となる摩擦力を最小限に抑えるように非常に注意する必要がある。工具を案内してストランドに係合させ、隣接のストランド接続部を破損させることなく試験を実施しなければならないので、精密さは前提条件である。試験すべき接続部の数が非常に多く、従って試験期間が試験コストに大きく影響するため、速度も重要である。
【０００６】
電気回路の平面に対して傾斜した接続部の場合、問題が発生する。これは、絶縁基板上に形成されて、基板の開口に接続ストランドを通して電気素子に接続させる印刷回路の場合に発生する。一般的に、そのようなストランドは約４５゜を成している。
【０００７】
引張り試験では、フック工具が多かれ少なかれストランドを滑って移動する傾向があり、これは一定ではなく、また再現性もない。しかし、フック位置が移動すると、ストランドの両端部における引張り荷重の比率が変化するため、ストランド上でのフックの位置は重要である。この影響は、小型素子に見られるこの種類の短いストランドで特に目立つ。フックの滑りによる測定力の変動は、試験結果を狂わせるのに十分過ぎる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この問題の１つの解決法は、接続ストランドが引張り方向にほぼ直交するような角度に素子を配置することである。工具が滑りやすくないため、これは安定した結果を与えることができるが、素子を傾斜配置することによって他の問題が発生する。第１に、素子が幅広である場合、それは試験ヘッドの自由移動を妨げるであろう。第２に、作業員の素子の見方が不十分になるため、工具の位置決めが不正確になるであろう。第３に、装置の隣接したストランド列間で移動を行うには、固定の解除、位置合わせ、固定し直しおよび拡大装置の再合焦が必要であり、この操作は相当に困難であり、時間がかかる。
【０００９】
別の解決法は、剛直フック工具にそれの先端に隣接する支持ベアリングを提供することである。しかし、工具の固有の剛性は、それの断面積を増加させなければ大幅に増加することができず、そうした場合、工具の操作中に素子の接触破損を生じさせる危険がある。さらに、ベアリングの追加によって摩擦源が追加され、試験ヘッドの自由移動範囲が制限され、作業員の可視性も制限されるであろう。もっとよい解決法が必要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、小型電気部品におけるストランド接続部の接着強度を試験するための接着強度試験装置であって、ワークホルダと、２軸駆動部を有して該ワークホルダの上方を移動可能な試験ヘッドとを備えており、該駆動部の軸は互いに直交して同時に作動可能であり、さらに、前記試験ヘッド上の試験工具と、前記軸の一方に沿った該工具における力を測定するために適合したひずみゲージと、該試験ヘッドを前記軸の平面上において前記軸の一方に対して鋭角を成して駆動するために適合した制御手段とを有する接着強度試験装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、ワークホルダは、軸の一方に直交する平面上での並進および回転の両方またはいずれか一方の移動が可能である。好適な実施例では、ワークホルダは水平である。好ましくは、工具操作を最適化するために３軸駆動部を備えており、これによって、引張り方向の選択の自由度が大きくなり、従って加工部品の設置自由度も大きくなるとともに、作業員の最適可視性が得られるであろう。
【００１２】
さらなる態様によれば、本発明は、小型電気部品における、部品基板の平面に対して傾斜した方向にあるストランドの接続部の接着強度を試験する接着強度試験方法であって、前記基板を第１軸に直交する第１平面に向きを合わせるステップと、前記ストランドに試験工具を引っ掛けるステップと、前記試験工具を互いに直交する第１軸および第２軸に沿って同時に移動させることによって、前記試験工具を前記ストランドの方向に直交する方向に移動させるステップと、前記基板の平面に対する前記試験工具の移動角度を計算するステップと、前記第１および第２軸の一方に沿った前記ストランドの破断力を測定するステップと、前記角度を参照して前記試験工具の移動方向の前記ストランドの破断力を計算するステップと、を有する接着強度試験方法を提供する。
【００１３】
この試験装置および方法の両者は、優れているとともによく考えられている。従来では、熟練者が、横力によく耐える改良型試験ヘッドか、改良型ワークホルダか、高速再合焦技法か、または従来の試験の問題点の１つに直接的に取り組む他の何らかの改良を提供することによって、既存の問題の解決策を探すであろう。本発明は、試験工具の正確な位置決めが必要であるため、この種類の試験装置用のコンピュータ制御される２軸モータ駆動は本来的に非常に正確でなければならないという認識に基づいている。駆動モータを２軸または３軸に沿って同時に作動させることは、ワークホルダまたは試験ヘッドに影響を与えない。さらに、測定しようとする破断荷重は非常に小さいため、通常の試験軸に直交する方向での駆動モータの特別なグレードアップまたは適応は必要なく、言い換えると、位置決め駆動モータは、適応を行わなくても必要な試験力を働かせるのに十分な能力を有している。
【００１４】
最後になるが、実際の破断力を計算するために幾何学的技法を使用することは、従来の低摩擦試験ヘッドを使用できることを意味し、これによって、従来の方法の問題点を解決するように機構を適応させることによって余分な摩擦力が追加されるという問題を回避することができる。
【００１５】
本発明は、試験装置を本発明に従った方向及び荷重が決まった（vectored）試験と、大幅な適応を行わない一方向試験の両方に使用することができるという特別な利点を有している。素子がほぼ水平方向のワークホルダに取り付けられ、従って、拡大装置の再合焦を必要としないで位置合わせおよび回転が容易であることが重要である。特に、再合焦を行わないで、作業員が傾斜接続ストランド列を見やすくなるように、素子の向きを容易に調整することができる。
【００１６】
本発明の別の利点として、駆動モータの相対速度を調節することによって、試験ヘッドを所望の角度および速度で駆動させることができる。これによって、真に直交方向の引張りが確保され、特定のストランド列に対する固定角度が必要ない。このため、最も適した製造方法を採用することができ、ストランドの実際の角度に合わせて引張り方向を選択することができる。ストランド角度の変化は、駆動モータの再プログラミングによって容易に処理され、ワークホルダを調整する必要がない。特に、異なる電気素子を適当な角度で保持するように特殊化されたジグを必要としないため、異なった素子を試験しようとする時の時間ロスがない。さらに、傾斜した素子と試験ヘッドとの衝突が発生しやすい特別な段階を設ける必要がない。
【００１７】
本発明の他の特徴は、添付の図面に例示されているだけの好適な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、傾斜した接続ストランドを有する一般的な小型プリント回路の横断面図である。
【００１９】
マイラー(Mylar)等の絶縁基板１０に銅フィルム１１が溶着されている。必要な電気トラックを定めるように銅フィルム（太い線で示す）を被覆し、露出した銅を溶解させた後、マスキングを行う。これによって、必要な銅トラックが基板１０に溶着したまま残り、これは従来の製造方法である。
【００２０】
基板を電気素子（ダイ）１２に載せて、銅ストランド１３を図１の点線で示されいる位置から基板の開口１４に通して、素子１２上の接続位置に熱圧着技法で接着する。構造をよりわかりやすくするために、図面では幾分誇張された寸法になっている。接続ストランド１３は約４５゜を成している。
【００２１】
基板の開口１４は適当な方法で、銅トラックを形成する前か後のいずれかで形成することができ、はんだボール１５が電気トラックと他の部品との接続を行う。
【００２２】
図示の実施例は、部品の各側に図面の平面に直交する２列に延在する複数の接続ストランドを有している。
【００２３】
図２および図３は、この部品をワークホルダ１７に固定する第１の従来試験技法を示しており、試験工具１６を接続ストランドの下側に引っ掛ける。工具を垂直に引き上げて、適当なひずみゲージ技法を用いてストランドの破断力を測定する。使用の際に、工具１６はストランド１３を滑って動きやすく、そのためにそれの２端部間の力の比率が異なり、これは真の破断力を狂わせる大きさである。さらに、工具１６は、断面積が小さいために曲がるであろう。さらに別の問題として、引張り力を測定するように構成された試験装置、特にひずみゲージ装置は、この技法には不可避である横力に耐えることができないであろう。
【００２４】
図３は、順次試験しなければならない接続ストランド１３の一般的な列を示している。正確な位置決めおよび固定装置が設けられているとすると、ワークホルダを作業員に対して横方向に位置合わせすることができ、これによって接着位置を必要な拡大装置の焦点に合わせた状態に維持することができる。好ましくは、作業員は矢印Ａに示される方向から見て、接着位置を見て正確な工具操作を行うことができるようにする。第２列が視線に直交するまで、ワークホルダを水平面上で（横方向または回転方向に）移動させることによって、接着位置の第２列を試験することができる。ワークホルダの位置の正確な制御を確保できるならば、拡大装置の調節はまったく必要ない。
【００２５】
図４は、力を加える方向に対して傾斜させて部品を取り付ける変更形の従来技法を示している。この場合、ストランド１３が引張り方向に対して直交する方向にあるので、純粋な引張り荷重を加えることができる。しかし、この技法には多くの問題点がある。部品が（矢印Ｂの方向に）幅広である場合、それは試験機構の自由移動を妨害するであろう。作業員の視線が遮られるであろう。しかし、最も重大な問題点は、接着位置の第２列の試験を行うために、部品の固定を解除し、ワークホルダを位置合わせし、部品を固定し直して、拡大装置を再合焦する必要があることである。これは非常に時間が掛かり、試験時間を相当に増大させる。さらに、一般的に非常に小さい部品が、再位置決め時にワークホルダから脱落する危険がある。
【００２６】
図５は、従来の試験方法の問題の解決策を示している。本質において、２軸の駆動モータを使用して、一般的にＸおよびＺ軸モータを同時に作動させることによって接続ストランドに傾斜引張りを加える。試験ヘッドは、一方向だけの破断力を測定するように調整すればよく、実際の破断力は、ルーチン幾何学的技法によって計算される。
【００２７】
図示のように、ほぼ水平面上に取り付けられており、作業員が見やすい向きに置かれている素子２３のストランド接続部２２の下側に試験工具２１を係合させる。工具を、矢印Ｃで示されているように、上方および側方に同時に移動させて、ストランドの全体方向にほぼ直交する向きの引張りを加える。好適な例では、試験工具は従来のせん断試験ヘッドに取り付けられ、従って大きい側方荷重に耐えることができる。せん断試験ヘッドは、力、特に破断荷重の水平成分Ｄを測定する。ストランドに直交する方向の実際の破断荷重は、試験ヘッドが移動する角度Ｅがわかれば計算することができ、この角度は、基準位置からＸおよびＹ軸に沿った相対変位量から計算することができる。必要ならば、駆動モータの再プログラミングによって角度Ｅを容易に調節することができ、このため、本装置を様々なストランド角度の素子、または製造方法の変更によってストランド角度が変化した素子に容易に適応させることができる。所望の引張り角度を作業員が入力して、ＸおよびＹ軸に沿った適当な変位によって実行することができる。
【００２８】
使用の際に、直交方向に引っ張ることによって、試験工具がストランドに沿って滑る可能性を確実になくすことができ、従って、試験方法は再現性があると共に、信頼性がある。
【００２９】
最終段階で、試験ヘッドは破断したストランドを折り返して、試験ヘッドの自由移動を妨げたり、視界を遮ることがないようにすることができる。
【００３０】
添付の請求の範囲において本発明の様々な実施例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】小型電気素子の横断面図である。
【図２】図１に対応しており、接着強度を試験する従来の方法を説明している。
【図３】図２の３−３線に沿った長手方向断面図である。
【図４】他の従来の試験方法を示している。
【図５】本発明を説明する斜視図である。
【符号の説明】
２１試験工具
２２ストランド接続部
２３電気素子

Claims

小型電気部品におけるストランド接続部の接着強度を試験するための接着強度試験装置であって、ワークホルダと、２軸駆動部を有して該ワークホルダの上方を移動可能な試験ヘッドとを備えており、該駆動部の軸は互いに直交して同時に作動可能であり、さらに、前記試験ヘッド上の試験工具と、前記軸の一方に沿った該工具における力を測定するために適合したひずみゲージと、該試験ヘッドを前記軸の平面上において前記軸の一方に対して鋭角を成して駆動するために適合した制御手段と、を備えた接着強度試験装置。
前記ワークホルダが、前記軸の一方に直交する平面上を並進移動可能である請求項１記載の接着強度試験装置。
前記ワークホルダが、前記軸の一方に直交する平面上を回転移動可能である請求項１記載の接着強度試験装置。
前記ワークホルダが、水平面上に位置している請求項１乃至３のいずれか１項記載の接着強度試験装置。
前記試験ヘッドが、３軸駆動部を有している請求項１乃至４のいずれか１項記載の接着強度試験装置。
小型電気部品における、部品基板の平面に対して傾斜した方向にあるストランドの接続部の接着強度を試験する接着強度試験方法であって、
前記基板を第１軸に直交する第１平面に向きを合わせるステップと、
前記ストランドに試験工具を引っ掛けるステップと、
前記試験工具を互いに直交する第１軸および第２軸に沿って同時に移動させることによって、前記試験工具を前記ストランドの方向に直交する方向に移動させるステップと、
前記基板の平面に対する前記試験工具の移動角度を計算するステップと、
前記第１および第２軸の一方に沿った前記ストランドの破断力を測定するステップと、
前記角度を参照して前記試験工具の移動方向の前記ストランドの破断力を計算するステップと、
を含む接着強度試験方法。
さらに、前記試験工具を他の軸に直交する第３軸に沿って移動させることによって、前記ストランドに引っ掛けるステップを含む請求項６記載の接着強度試験方法。
前記基板に対して破断したストランドを曲げるために前記試験工具を使用する最終ステップを含む請求項６または７記載の接着強度試験方法。
予備段階として、
前記基板を回転可能なワークホルダ上に固定するステップと、
前記ストランドが前記第１および第２軸の平面上にあるように前記ワークホルダを回転させるステップを含む請求項６乃至８のいずれか１項記載の接着強度試験方法。