JP4554535B2 - 環境試験装置 - Google Patents
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ところで環境試験装置は、一般に、ヒータや冷凍機の他に、送風機を備えている。そして恒温恒湿槽内の温度ばらつきを減少させるために送風機によって槽内の空気を循環させる。送風機を備えた環境試験装置(バーンイン試験装置)は、特許文献1,2に開示されている。
また一般に環境試験装置では、送風機の回転数は一定である。
即ちICやメモリー、トランジスタ、抵抗、コンデンサー、コイル等の電子素子が配線された基板を環境試験装置内に置き、高温環境や低温環境に晒した状態で電源電力や信号を基板に入力して基板の動作を確認する。
ここで上記した基板には、通電することによって発熱する素子がある。そのため実際に基板が動作する環境においては、基板全体に温度ばらつきが生じる。例えば基板がパソコンの筐体に組み込まれて使用された場合、筐体内の基板は、基板全体として温度ばらつきが生じている。即ち特定の素子が発熱すると、当該素子が高温になり、素子の発熱が周囲に伝播して素子の周囲が昇温する。また素子から離れた部位は、熱が伝わらないので温度が低い。
しかしながら、従来技術の環境試験装置によると、この様な温度ばらつきが生じた状態を再現することができない。
そのため基板の特定の素子から発生する熱が送風に奪われ、素子の温度が低下する。また素子から周囲への熱伝播が減少し、基板は全体として均一温度となる。
図11は、従来技術の環境試験装置を使用して基板を試験した場合の温度分布の変化を示す概念図であり、網かけが濃い部位は高温部を表している。
図11の様に試験装置内の温度が変化する際に被試験物が発生する熱が送風に奪われ、試験装置内が高温状態に達した時や、低温状態に達した時には基板の温度が平滑化してしまう。
本発明の環境試験装置では、温度ばらつき検知手段を有し、被試験物の温度ばらつきを監視している。そして被試験物の温度ばらつきが維持されるように送風環境を変化させる。そのため被試験物には、実際の使用環境と同様に温度ばらつきが生じ、より現実的な環境試験を行うことができる。
本発明では、被試験物の温度ばらつきが大きい場合に被試験物に接する送風を増大させるので、基板から送風が奪う熱量が増大し、温度ばらつきが低下傾向となる。
また本発明の環境試験装置においては、被試験物の温度ばらつきが所定の値よりも小さい場合には被試験物に接する送風を減少させる。そのため送風が奪う熱量が減少し、温度ばらつきが増大傾向となる。
従って本発明の環境試験装置によると、被試験物の温度ばらつきが、所望の範囲に制御される。
図1は、本発明の実施形態の環境試験装置の構成図である。
本実施形態の環境試験装置1は、断熱材2によって囲まれた恒温恒湿槽3を備え、制御装置4によって恒温恒湿槽3内の環境が制御される。
この様に恒温恒湿槽3は、公知のそれと同様に、内部の温度や湿度等の内部環境を任意に調節する機能を持つ。最初に恒温恒湿槽3の概略構成と、恒温恒湿槽3内の環境を調節する手段について説明する。
室内温度検知センサー11は具体的には熱電対である。
室内温度検知センサー11及び湿度検知センサー12の検知信号は、図1の様に制御装置4に入力される。
加湿器15、空気冷却用熱交換器16、除湿用熱交換器17及び加熱ヒータ18は、いずれも公知のものを採用することができる。
送風機20は、本実施形態では、回転速度を任意に変更できるものが採用されている。即ち送風機20を回転するモータ21は、直流モータ或いはインバータ制御された交流モータであり、回転数が可変である。
前記した加湿器15、空気冷却用熱交換器16、除湿用熱交換器17、加熱ヒータ18及び送風機20はそれぞれリレー等の駆動装置に接続され、さらに図1の様に制御装置4からの信号を受けて動作する。
また被試験物配置室5内の湿度が設定環境の湿度よりも低い場合には加湿器15から蒸気を噴射して通過する空気に混入する。
逆に被試験物配置室5内の湿度が設定環境の湿度よりも高い場合には除湿用熱交換器17によって水蒸気を凝縮させる。
本実施形態の環境試験装置1は、IC等の電子機器が装着された基板30を試験することができるものであり、そのための特有の構成を具備している。即ち本実施形態の環境試験装置1では、基板30に給電するための給電端子32,33を備えている。また基板の温度ばらつきを監視するための温度ばらつき検知手段35を備えている。温度ばらつき検知手段35は、具体的には3個の温度センサー36,37,38(第一温度センサー36,第二温度センサー37,第三温度センサー38)である。温度センサー36,37,38は熱電対やサーミスタ等の公知のセンサーを活用することができる。
温度ばらつき検知手段35を構成する温度センサーの数は任意であるが、ばらつきを検知するために少なくとも2個のセンサーが必要である。もちろん温度ばらつき検知手段35を構成する温度センサーの数は、多いほど良いと言える。
温度センサー36,37,38は、端子40,41,42に接続されており、さらに信号線によって制御装置4に接続されている。
そして制御装置4は、各温度センサー36,37,38が検知する基板30各部の温度の差が設定の範囲よりも大きい場合には送風機20の送風量を増大させる信号を発する。即ち基板30の温度ばらつきが設定範囲を越える場合には送風量を増大させる。
逆に各温度センサー36,37,38が検知する基板30各部の温度の差が設定の範囲よりも小さい場合には送風機20の送風量を減少させる信号を発する。即ち基板30の温度ばらつきが設定範囲よりも小さい場合には送風量を絞る。
さらに本実施形態に特有のものとして、基板30の各部の温度ばらつきを設定する。
具体的には、第一温度センサー36,第二温度センサー37,第三温度センサー38が検知する温度の差の適正範囲を設定する。例えば第一温度センサー36の検知温度と第二温度センサー37の差が2°Cから4°Cであり、第二温度センサー37と第三温度センサー38の差が1°Cから2°Cであり、第三温度センサー38と第一温度センサー36の差が5°Cから6°Cといった様な設定を行う。3個の温度センサー36,37,38の検知温度の内、最高の値と最低の値との差を設定してもよい。
即ち環境試験装置1を起動すると、ステップ1で各温調機能等が動作を開始する。具体的には、加湿器15、空気冷却用熱交換器16、除湿用熱交換器17、加熱ヒータ18が起動し、環境を設定された環境に近づけようとする。またステップ2で送風機20が回転を開始する。この時の送風機20の回転数は、図3の様にフル回転である。
そしてステップ3で、設定された環境となるのを待つ。
ステップ7がNOであれば基板30の温度ばらつきが適正範囲であるから、送風量を変更することなくステップ9に移行する。
ステップ9では、送風量以外の環境(温度や湿度)が適正範囲であるか否かが判断される。温度等の環境が許容範囲であるならばステップ11に移行し、試験終了の信号があるか否かを判断する。例えば一定時間や一定の繰り返しが終了したか否かが判断されることとなる。
ステップ11がNOであり、まだ試験が終了していないならばステップ5に戻り、ステップ5からステップ10によってばらつきと環境が適正であるか否かを監視する。なお、基板30の温度にばらつきが生じたり、これが変化するには相当の遅れ時間が必要であるから、遅れ時間を見越したタイマー等を設けることが望ましい。
また恒温恒湿槽3内の温度環境を低温から高温へ、さらに高温から低温へと繰り返し変化させる様な試験を行う場合においても、図4に示すように温度変化時に基板30側からの熱放散が少なく、低温時においても高温時においても基板30の温度ばらつきが確保される。なお図4は、本発明の環境試験装置を使用して基板を試験した場合の温度分布の変化を示す概念図であり、網かけが濃い部位は高温部を表している。
また風の向きを制御する風向板等を設け、風向を変化させて基板と接する実際の風量を増減させてもよい。
さらに図5に示す実施形態の様に、被試験物配置室5内に風速センサー45を設け、風速センサー45で検知される風速を監視しながらモータ21の回転数やダンパーの開度を制御してもよい。なお、図5に示す環境試験装置50は、風速センサー45を有する点を除いて図1の環境試験装置1と同一であるから、同一の部材に同一の番号を付することによって詳細な説明に代える。
即ち図6に示すように基板30の各部(例えばa〜i)間の抵抗値を監視する。ここで基板30等の被試験物は、一般的に温度によって抵抗値が僅かに変化するから、各部の抵抗値の変化を監視することによって基板30の温度ばらつきを間接的に検知することができる。
また特に本発明の環境試験装置は、基板30に通電しつつ試験を行うものであるから、各部を流れる電流や電圧の変化を監視しやすい。電流や電圧の変化を監視することによって電気的特性の変化を検知することができ、間接的に温度ばらつきを知ることができる。
即ち被試験物に所望の温度ばらつきが生じる様な送風環境(風速、風量、向き、強弱のタイミング等)をデータに基づいてプログラムし、このプログラムを制御装置に記憶させる。そして実際の環境試験は、このプログラムに則って行う。例えば、加熱量と加熱時間をプログラムし、一定時間の加熱が終了すると、一定時間の間、送風機の回転数を低下させる。あるいは、恒温恒湿槽3内の環境が、一定の領域に達した時に送風機の回転数を低下させてもよい。
例えば図7に示すフローチャート及び図8に示すタイムチャートの様に、温調機や送風機等の起動と共に基板30に通電し、被試験物が置かれた環境が所定の環境となった後に送風環境を調節してもよい。
図9は、図1に示す環境試験装置を用いて基板の環境試験を行った際の基板の3点の温度分布の変化を示すグラフである。図10は、従来技術の環境試験装置を用いて基板の環境試験を行った際の基板の3点の温度分布の変化を示すグラフである。
図9,10を比較して明らかな様に、本実施形態の環境試験装置を使用すると、基板の温度ばらつきを再現することができる。そのため本実施形態の環境試験装置は、より有用な試験を実施することができる。
3 恒温恒湿槽
4 制御装置
11 室内温度検知センサー
12 湿度検知センサー
15 加湿器
16 空気冷却用熱交換器
17 除湿用熱交換器
18 加熱ヒータ
20 送風機
21 モータ
22 設定入力手段
23 表示装置
30 基板(被試験物)
35 温度ばらつき検知手段
36 第一温度センサー
37 第二温度センサー
38 第三温度センサー
45 風速センサー
Claims (7)
- 被試験物が置かれる環境を調節する環境調節手段と、被試験物に通電する通電手段を有する環境試験装置において、被試験物単体における温度ばらつきを直接的に又は間接的に検知する温度ばらつき検知手段を有し、前記環境調節手段は、少なくとも送風手段及び送風環境制御手段を有し、被試験物の温度ばらつきが所定の値に維持されるように前記送風環境制御手段によって送風環境を変化させることを特徴とする環境試験装置。
- 被試験物が置かれる環境を調節する環境調節手段と、被試験物に通電する通電手段を有する環境試験装置において、被試験物単体における温度ばらつきを直接的に又は間接的に検知する温度ばらつき検知手段を有し、前記環境調節手段は、少なくとも送風手段及び送風環境制御手段を有し、被試験物の温度ばらつきが所定の値より大きい場合には被試験物に接する送風を増大させ、被試験物の温度ばらつきが所定の値より小さい場合には被試験物に接する送風を減少させることを特徴とする環境試験装置。
- 温度ばらつき検知手段は、被試験物単体の二点以上の部位の温度を測定するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の環境試験装置。
- 温度ばらつき検知手段は、被試験物単体の各部の電気的特性の変化に基づいて温度ばらつきを間接的に検知するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の環境試験装置。
- 被試験物が置かれる環境を調節する環境調節手段と、被試験物に通電する通電手段を有する環境試験装置において、前記環境調節手段は、少なくとも送風手段及び送風環境制御手段を有し、被試験物が置かれる環境が所定の環境となるまでの間は所定の送風量で送風し、被試験物に対する環境が所定の環境となった後は、被試験物の温度ばらつきが所定の値となる様に被試験物に接する送風を調節すること特徴とする環境試験装置。
- 所定の環境下において被試験物に通電した場合に発生する被試験物の温度ばらつきを先行的に試験し、当該試験に基づいて抽出されたデータによって、被試験物の温度ばらつきが抽出されたデータに基づく所定の値になる様に送風を調節することを特徴とする請求項5に記載の環境試験装置。
- 送風環境制御手段は、送風量、風速、風向の少なくともいずれかを変化させることができるものであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の環境試験装置。
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