JP7479522B2

JP7479522B2 - 測定装置および測定方法

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Publication number: JP7479522B2
Application number: JP2022578331A
Authority: JP
Inventors: 大樹山上; 行成野津; 康暉上原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: JPWO2022163532A1; TW202234042A; WO2022163532A1; TWI830131B

Description

本開示は、測定装置および測定方法に関するものである。

近年、携帯電話およびスマートフォンの普及、自動車部品の電子化等に伴い、積層セラミックコンデンサ等のセラミック電子部品の需要は複数の産業分野において増加傾向にある。セラミック電子部品は電子機器の安定動作に必要不可欠なため、安定供給が求められる。

ところで、セラミック電子部品では、メーカーまたは品種によって内部構造または材料が異なる。このため、セラミック電子部品によって耐プリント板曲げ性が異なる。耐プリント板曲げ性は、セラミック電子部品が実装されたプリント配線板に対して生じた機械的応力に対するセラミック電子部品の耐性である。使用されていたセラミック電子部品が他メーカーまたは他の品種に切り替えられる場合、セラミック電子部品の電気的特性だけでなく耐プリント板曲げ性も把握されなければ、セラミック電子部品がはんだ実装されたプリント配線板に対する機械的応力により、セラミック電子部品にクラックが生じることがある。クラックが生じると、ショート不良または電気特性の変化といった不具合に発展することがある。製造現場で生じる機械的応力の例としては、プリント配線板の分割、プリント配線板上に実装されたコネクタへの配線の抜き差し等により生じる機械的応力があげられる。

セラミック電子部品にクラックが生じないようにセラミック電子部品を使用するためには、使用されるセラミック電子部品の耐プリント板曲げ性が事前に測定され、測定結果より製造現場で生じる機械的応力の上限値が設定され、耐プリント板曲げ性および機械的応力が適切に管理されることが重要である。

従来、耐プリント板曲げ性の評価は、ＪＩＳＣ５１０１－２２に規定された方法により実施されている。この手法では、プリント配線板の押し曲げによりセラミック電子部品の電気特性が変化することから故障が判定される。ところが、この手法は、電気的特性が変化しないような微小クラックは検出できない。微小クラックは発生時には外観に目立った異常はなく、電気的特性も正常であることが多い。しかし、内部に発生した微小クラックにより耐湿性が劣化することでマイグレーション、デラミネーション等が発生することにより何年も経過してから故障が引き起こされることがある。

微小クラックを検出する方法としてアコースティックエミッション（ＡＥ）法による検出方法が提案されている。アコースティックエミッション（ＡＥ）法は、例えば、特開２０１０－２３７１９７号公報（特許文献１）に記載されている。この公報に記載された測定装置は、測定対象物に荷重を印加するための荷重印加装置と、荷重印加装置に連結された押圧子と、測定対象物を載置するための支持台とを備えている。この公報に記載された装置は、支持台に内蔵されたアコースティックエミッション（ＡＥ）センサーの反応よりセラミック電子部品の破壊が発生した際の荷重を測定する機能を有する。しかし、この公報には、プリント配線板に実装されたセラミック電子部品に対して破壊強度を測定することは開示されていない。

特開２０１０－２３７１９７号公報

上記公報には、耐プリント板曲げ性を評価することは開示されていない。さらに、耐プリント板曲げ性を高い精度で評価することも開示されていない。

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐プリント板曲げ性を高い精度で評価することができる測定装置および測定方法を提供することである。

本開示の測定装置は、プリント配線板の銅パッドにはんだ実装されたセラミック電子部品の耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置である。測定装置は、プリント配線板を載置するための支持台と、支持台に載置されたプリント配線板に対して荷重を印加するための荷重印加装置と、荷重印加装置に接続されており、荷重印加装置から印加された荷重によりプリント配線板のセラミック電子部品が実装された面に対向する裏面を押圧するための押し子と、プリント配線板が押し子に押圧されることによりセラミック電子部品が破壊されたときのセラミック電子部品に生じた変化を検出するためのアコースティックエミッションセンサーとを備えている。アコースティックエミッションセンサーは、セラミック電子部品がはんだ実装されたプリント配線板の面の銅パッドに取り付けられるように構成されている。測定装置は、プリント配線板にアコースティックエミッションセンサーを固定するための固定治具をさらに備えている。

本開示の測定装置によれば、アコースティックエミッションセンサーは、セラミック電子部品が実装されたプリント配線板の面に取り付けられるように構成されている。したがって、耐プリント板曲げ性を高い精度で評価することができる。

実施の形態１に係る測定装置の構成を模式的に示す正面図である。実施の形態１に係る測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る測定対象の構成を模式的に示す下面図である。実施の形態１に係る測定装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態１に係る測定装置の押し子が測定対象を押し込む様子を模式的に示す一部正面図である。測定対象への押し子の接触位置を模式的に示す測定対象の下面図である。実施の形態１に係る測定装置の変形例の構成を模式的に示す正面図である。実施の形態１に係る測定方法を示すフローチャートである。比較例１の測定装置の構成を模式的に示す一部正面図である。比較例２の測定装置の構成を模式的に示す一部正面図である。実施の形態１に係る測定装置の構成を模式的に示す一部正面図である。実施の形態２に係る測定装置の構成を模式的に示す正面図である。実施の形態２に係る測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る測定装置の押し子が測定対象を押し込む様子を模式的に示す一部正面図である。実施の形態３に係る測定装置の構成を模式的に示す正面図である。実施の形態３に係る測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る測定装置の固定治具の構成を模式的に示す斜視図である。実施の形態３に係る測定装置の固定治具を用いてプリント配線板にアコースティックエミッションセンサーが固定された状態を模式的に示す斜視図である。実施の形態３により測定した積層セラミックコンデンサの累積故障率とひずみ量の分布を３母数ワイブル分布で示したグラフである。実施の形態３により測定した積層セラミックコンデンサの累積故障率分布で、メーカー間の特性を３母数ワイブル分布で比較したグラフである。実施の形態４に係る測定装置の構成を模式的に示す正面図である。実施の形態４に係る測定装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る測定装置の固定治具を用いてプリント配線板にアコースティックエミッションセンサーが固定された状態を模式的に示す斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本開示は以下の記述に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、図面において、装置の構成及び部材の形状を示す図は、あくまで装置及び部材の概略的な構成及び形状を示すものである。各図面において図示される各部材の相対的な大きさ、及び相対的な位置は、必ずしも実際の部材間における大小関係及び位置関係を正確に表現するものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を示す模式的に示す正面図である。図２は、実施の形態１に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を示すブロック図である。

図１および図２に示されるように、実施の形態１に係る測定装置１は、測定対象１００を測定するためのものである。測定対象１００は、セラミック電子部品１０１、プリント配線板１０２を備える。測定装置１は、プリント配線板１０２に実装されたセラミック電子部品１０１の耐プリント板曲げ性を測定するためのものである。

測定装置１は、荷重印加部２００、クラック発生検出部３００、クラック発生信号処理部４００、荷重印加装置停止処理部５００を備える。荷重印加部２００は、測定対象１００を搭載するように構成されている。荷重印加部２００は、荷重印加装置２０１、押し子２０２、支持台２０３を備える。クラック発生検出部３００は、測定対象に固定されるように構成されている。クラック発生検出部３００は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１、接着剤３０４を備える。クラック発生検出部３００は、クラック発生信号処理部４００に電気接続されるように構成されている。クラック発生信号処理部４００は、電圧測定装置４０３を備える。クラック発生信号処理部４００は、荷重印加装置停止処理部５００に電気接続されるように構成されている。荷重印加装置停止処理部５００は、例えばＤＣＤＣコンバーター等の電圧変換機能を持った電子部品を備える。荷重印加装置停止処理部５００は、荷重印加部２００に電気接続されるように構成されている。

図３は、実施の形態１に係る測定対象１００の構成を模式的に示す下面図である。図２および図３に示されるように、セラミック電子部品１０１は、プリント配線板１０２に実装されている。具体的には、セラミック電子部品１０１は、はんだ１０３を用いてプリント配線板１０２の銅パッド１０２Ａにはんだ実装されている。はんだ実装にはリフローが適用される。また、リフロー後にフラックス洗浄が実施される。これにより、セラミック電子部品１０１とプリント配線板１０２との間のフラックスが取り除かれる。尚、プリント配線板１０２の仕様は、例えばＪＩＳＣ５１０１－１に準拠している。プリント配線板１０２として、例えば厚さ１．６ｍｍ±０．２ｍｍもしくは０．８ｍｍ±０．１ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂プリント配線板用銅張積層板が用いられる。

図１に示されるように、押し子２０２および支持台２０３は荷重印加装置２０１にねじで固定されている。押し子２０２および支持台２０３の仕様は、例えばＪＩＳＣ５１０１－２２に準拠している。押し子２０２の先端部の曲率半径は５ｍｍとする。

支持台２０３は、プリント配線板１０２を載置するためのものである。荷重印加装置２０１は、支持台２０３に載置されたプリント配線板１０２に対して荷重を印加するためのものである。押し子２０２は、荷重印加装置２０１に接続されている。押し子２０２は、荷重印加装置２０１から印加された荷重によりプリント配線板１０２を押圧するためのものである。

アコースティックエミッション（ＡＥ）センサーは、プリント配線板１０２が押し子２０２に押圧されることによりセラミック電子部品１０１が破壊されたときのセラミック電子部品１０１に生じた変化を検出するためのものである。アコースティックエミッションセンサー（ＡＥ）３０１は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面Ｓ１に取り付けられるように構成されている。本実施の形態では、アコースティックエミッションセンサー（ＡＥ）３０１は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面Ｓ１に直接取り付けられている。本実施の形態では、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、プリント配線板１０２の銅パッド１０２Ａ（図１１参照）に直に固定されている。本実施の形態では、アコースティックエミッションセンサー（ＡＥ）３０１は、セラミック電子部品１０１がはんだ実装されたプリント配線板１０２に接着剤３０４を用いて固定されている。接着剤３０４は、例えばエチレン酢酸ビニルのような熱可塑性の接着剤である。接着の際には、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１およびプリント配線板１０２がホットプレート等で８０℃に調温された状態で接着剤３０４が塗布され、接着される。接着剤３０４の塗布量は、例えば０．０５ｍｌ以上０．５０ｍｌ以下である。

図３に示されるように、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の設置位置ＩＰは、プリント配線板１０２上で支持台２０３の接触位置ＣＰよりもセラミック電子部品１０１側に設置される。支持台２０３の接触位置ＣＰは支点として機能する。好ましくは、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の設置位置ＩＰは、セラミック電子部品１０１の近くに設置される。尚、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサーは、プリント配線板１０２に載置できるサイズのものであればよい。

図１に示されるように、電圧測定装置４０３は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の出力信号を測定するためのものである。電圧測定装置４０３に、例えばシングルトリガがセットされることにより、一定以上の電圧が生じた瞬間を記録することが可能となる。

シングルトリガの閾値電圧について、周辺のノイズ状況または装置の組み合わせによって変更する必要がある。閾値電圧の決め方は、例えば次のとおりである。セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２で事前に曲げ試験が行われ、その際に生じる電圧の最大値が測定される。具体的には、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が接着剤３０４により接着される。この状態のプリント配線板１０２が支持台２０３に載置され、荷重印加装置２０１で測定したい押し込み寸法まで荷重が印加されて、曲げ試験が実施される。電圧測定装置４０３によりアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１に生じた電圧信号の最大値が取得され、その最大信号よりも高い値がトリガ電圧とされる。より好ましくは、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して曲げ試験が複数回実施され、最大電圧値の標準偏差が取られる。この標準偏差が３倍もしくは２倍もしくは１倍された値が最大電圧値の平均値に加算された値がトリガ電圧とされる。

荷重印加装置停止処理部５００は、セラミック電子部品１０１が破壊されたときに電圧測定装置４０３により測定された出力信号に基づいて、荷重印加装置２０１を停止させるためのものである。荷重印加装置停止処理部５００は、電圧測定装置４０３と例えば同軸ケーブルを用いて接続されている。また、荷重印加装置停止処理部５００は、荷重印加装置２０１と例えばインターフェイス用コネクタを用いて接続されている。

次に、図４および図５を参照して、本実施の形態に係る測定装置１の動作を説明する。
図４は、本実施の形態に係る測定装置１の動作を示すフローチャートである。図５は、本実施の形態に係る測定装置１の押し子２０２が測定対象１００を押し込む様子を模式的に示す一部正面図である。

図４および図５に示されるように、まず、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２が準備される（Ｓ１）。

次に、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が測定対象１００に取り付けられる（Ｓ２）。測定対象１００に接着剤３０４を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が固定される。

測定対象１００が支持台２０３に載置される（Ｓ３）。測定対象１００に接着剤３０４を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサーが固定された後、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面が下向きになるように測定対象１００が支持台２０３に載置される。

この状態で荷重印加装置２０１を用いて曲げ試験が開始される。この状態で、荷重印加装置２０１により測定対象１００に荷重が印加される。荷重印加装置２０１に接続された押し子２０２が測定対象１００を押し込む（Ｓ４）。

セラミック電子部品１０１にクラックが生じた際に、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１がその振動を捉える。セラミック電子部品１０１にクラックが生じた場合、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が振動を検出し、電圧信号を生じさせる。これにより、曲げ試験をしていない状態よりも大きな電圧が生じる。電圧測定装置４０３はこの電圧信号が発生した瞬間を捉える。この電圧信号を電圧測定装置４０３が検出し、荷重印加装置停止処理部５００に信号が送られ、荷重印加装置２０１に試験停止コマンドが送られ、荷重印加装置２０１が停止する。このようにして、クラックが生じた瞬間に荷重印加装置２０１は停止する。つまり、電圧測定装置４０３が測定対象１００の変化を検出し、荷重印加装置２０１が停止する（Ｓ５）。

荷重印加装置２０１の停止位置からクラックが生じた押し込み寸法が測定される。荷重印加装置２０１の押し込み寸法が記録される（Ｓ６）。荷重印加装置２０１の押し込み寸法は、図示しない記録部に記録される。荷重印加装置２０１の押し込み寸法から測定対象１００の耐プリント板曲げ性を測定することができる。荷重印加装置２０１から測定対象１００が取り外される（Ｓ７）。

押し込み寸法とひずみ量の検量線を測定しておくことで、押し込み寸法をひずみ量に変換することができる。押し込み寸法とひずみ量の検量線は、例えばひずみゲージ等を用いて測定される。ひずみゲージは、３軸のひずみが測定可能なものが好ましい。

セラミック電子部品１０１にクラック生じた際のプリント配線板１０２の押し込み寸法をひずみ量に変換し、測定のｎ増しを行うことで耐プリント板曲げ性の実力分布を測定することができる。なお、ｎ増しとは、測定するサンプルの総数を増やした測定のことである。

図６は、測定対象１００への押し子２０２の接触位置ＰＰを模式的に示す測定対象１００の下面図である。図６に示されるように、押し子２０２が２点荷重の場合には、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の設置位置ＩＰは、押し子２０２の接触位置ＰＰよりもセラミック電子部品１０１側に設置される。押し子２０２の接触位置ＰＰは荷重点として機能する。

図７は、実施の形態１に係る測定装置１の変形例を模式的に示す正面図である。図７に示されるように、押し子２０２は１点荷重でもよい。

続いて、図１および図８を参照して、実施の形態１に係る測定方法について説明する。
図８は、実施の形態１に係る測定方法を示すフローチャートである。実施の形態１に係る測定方法は、プリント配線板１０２に実装されたセラミック電子部品１０１の耐プリント板曲げ性を測定するための測定方法である。測定方法は、次の工程を備える。プリント配線板１０２が支持台２０３に載置される（Ｓ１０）。支持台２０３に載置されたプリント配線板１０２が荷重印加装置２０１に接続された押し子２０２に押圧される（Ｓ２０）。プリント配線板１０２が押し子２０２に押圧されることによりセラミック電子部品１０１が破壊されたときのセラミック電子部品１０１に生じた変化をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が検出する（Ｓ３０）。アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面Ｓ１に取り付けられる。

次に、本実施の形態の作用効果を比較例と対比して説明する。
図９は、比較例１の測定装置１を模式的に示す一部正面図である。比較例１の測定装置１では、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、支持台２０３の内部に組み込まれている。セラミック電子部品１０１は、支持台２０３に取り付けられている。図９中白抜き矢印で示されるように、セラミック電子部品１０１に押し子２０２が押し込まれる。比較例１の測定装置１では、セラミック電子部品１０１と押し子２０２との接点を基点に生じるクラックＣＲの発生が評価される。これに対して、本実施の形態に係る測定装置１では、セラミック電子部品１０１の電極近傍を起点に生じるクラックＣＲが評価される。したがって、比較例１の測定装置１と本実施の形態に係る測定装置１では、評価されるクラックＣＲのモードが異なる。

図１０は、比較例２の測定装置１を模式的に示す一部正面図である。比較例２の測定装置１では、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、プリント配線板１０２に取り付けられている。セラミック電子部品１０１は、プリント配線板１０２に実装されている。図１０中白抜き矢印で示されるように、プリント配線板１０２に押し子２０２が押し込まれる。比較例２の測定装置１では、クラックＣＲにより生じた振動は、セラミック電子部品１０１、はんだ１０３、プリント配線板１０２の銅パッド１０２Ａ、プリント配線板１０２、支持台２０３、ＡＥセンサー３０１の経路で伝わる。この場合、物性の異なるものを多く通るため、クラックＣＲにより生じた振動が減衰することで、振動を検出できない場合がある。特に小型サイズの部品では評価が難しい。

図１１は、本実施の形態に係る測定装置１を模式的に示す一部正面図である。本実施の形態に係る測定装置１によれば、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面Ｓ１に取り付けられる。本実施の形態では、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１はプリント配線板１０２の銅パッド１０２Ａに直に固定される。クラックＣＲにより生じた振動は、セラミック電子部品１０１、はんだ１０３、プリント配線板１０２の銅パッド１０２Ａ、ＡＥセンサー３０１と比較例２よりも短い経路で伝わる。このため、より確実にクラックによって生じた振動を検出することができる。したがって、セラミック電子部品１０１に生じたクラックＣＲを比較例１及び２より高い精度で検出することができる。よって、耐プリント板曲げ性を高い精度で評価することができる。また、耐プリント板曲げ性の実力分布についても正確に評価することができる。

本実施の形態に係る測定装置１では、耐プリント板曲げ性の分布データを測定することが可能となる。分布データから故障率の近似曲線を算出することが可能となる。分布データは、例えばワイブル分布に従うため、最小二乗法からワイブル線の係数を求めることで近似曲線を算出することが可能となる。近似曲線から任意のひずみ量に対して故障率の値を算出することが可能となる。そのため、数値解析により故障率または分布の下限値が推定可能となる。

本実施の形態に係る測定装置１によれば、電圧測定装置４０３がアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の出力信号を測定する。荷重印加装置停止処理部５００がセラミック電子部品１０１が破壊されたときに電圧測定装置４０３により測定された出力信号に基づいて、荷重印加装置２０１を停止させる。したがって、荷重印加装置２０１の押し込み寸法を測定することができる。荷重印加装置２０１の押し込み寸法から耐プリント板曲げ性を測定することができる。

本実施の形態に係る測定方法によれば、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２の面Ｓ１に取り付けられる。したがって、耐プリント板曲げ性を高い精度で評価することができる。また、耐プリント板曲げ性の実力分布についても正確に評価することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る測定装置は、特に説明しない限り、実施の形態１に係る測定装置と同一の構成、動作、作用効果を備えている。

図１２は、実施の形態２に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を模式的に示す正面図である。図１３は、実施の形態２に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を示すブロック図である。図１４は、本実施の形態に係る測定装置１の押し子２０２が測定対象１００を押し込む様子を模式的に示す一部正面図である。

図１２～図１４に示されるように、実施の形態２に係る測定装置１では、クラック発生信号処理部４００は、アンプ４０１と、周波数フィルタ４０２と、電圧測定装置４０３とを備える。アンプ４０１は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の出力信号を増幅するためのものである。周波数フィルタ４０２は、アンプ４０１により増幅されたアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の出力信号の周波数帯域を絞り込むためのものである。

アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１とアンプ４０１とは例えば同軸ケーブルを用いて接続されている。アンプ４０１と周波数フィルタ４０２も例えば同軸ケーブルを用いて接続されている。周波数フィルタ４０２と電圧測定装置４０３も例えば同軸ケーブルを用いて接続されている。アンプ４０１のゲインは例えば１０ｄＢ以上１０００ｄＢ以下に調整される。また、周波数フィルタ４０２は例えば１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数帯域に調整される。また、電圧測定装置４０３として例えばオシロスコープが用いられる。尚、電圧測定装置４０３では、電圧測定レンジは例えば―１０Ｖから＋１０Ｖに設定され、トリガ電圧は＋１ｍＶ以上もしくは―１ｍＶ以下に設定にされる。

周波数フィルタ４０２の設定値について、測定する環境または測定対象に応じて変更が必要である。周波数フィルタ４０２の設定値の確認方法は例えば次の通りである。セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に事前に曲げ試験が行われ、その際に生じる電圧の周波数特性から周波数フィルタ４０２が決定される。具体的には、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して、ＡＥセンサー３０１が接着剤３０４により接着される。この状態のプリント配線板１０２が支持台２０３に載置され、荷重印加装置２０１で測定したい押し込み寸法まで荷重が印加されて、曲げ試験が実施される。電圧測定装置４０３に例えばバックグラウンドノイズの最大値以上の電圧がシングルトリガに設定されていれば、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２が曲げられることで発生する、振動が捉えられることがある。得られた波形がＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析されることで、周波数ピークが確認される。確認された周波数ピークが取得されないように例えばハイパスフィルタまたはローパスフィルタ、もしくはバンドパスフィルタが設定される。

周波数フィルタ４０２の追加により、プリント配線板１０２の繊維の断線またはプリント配線板１０２と支持台２０３との摩擦による振動等のノイズの影響が抑制される。したがって、セラミック電子部品１０１のクラックによる振動のみを検出することができる。また、アンプ４０１の追加により、検出の難しい小型サイズのセラミック電子部品１０１についても測定が可能になる。小型サイズのセラミック電子部品１０１とは、例えば長さが３．２ｍｍ未満であり、幅が１．６ｍｍ未満であり、厚さが１．６ｍｍ未満のセラミック電子部品１０１である。

実施の形態２に係る測定装置１によれば、アンプ４０１は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の出力信号を増幅する。このため、アンプ４０１により検出の難しい小型サイズのセラミック電子部品１０１についても測定することができる。また、荷重印加装置停止処理部５００は、セラミック電子部品１０１が破壊されたときに電圧測定装置４０３により測定された出力信号に基づいて、荷重印加装置２０１を停止させる。このため、プリント配線板１０２の繊維の断線またはプリント配線板１０２と支持台２０３との摩擦による振動等のノイズの影響を抑制することができる。つまり、セラミック電子部品１０１に生じたクラックＣＲによる振動のみを検出することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る測定装置は、特に説明しない限り、実施の形態２に係る測定装置と同一の構成、動作、作用効果を備えている。

図１５は、実施の形態３に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を模式的に示す正面図である。図１６は、実施の形態３に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を示すブロック図である。

図１５および図１６に示されるように、実施の形態３に係る測定装置１では、クラック発生検出部３００は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１と、固定治具３０２と、グリセリン３０３とを備える。

図１７は、固定治具３０２のゴム部３０２Ａと金属部３０２Ｂとの接続の例を示している。図１７に示されるように、固定治具３０２は、プリント配線板１０２にアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１を固定するためのものである。固定治具３０２は、ゴム部３０２Ａと、金属部３０２Ｂとを含んでいる。ゴム部３０２Ａの両端には結び目Ｋがそれぞれ設けられている。ゴム部３０２Ａは２つの結び目Ｋを有している。金属部３０２Ｂの両端には穴Ｈがそれぞれ設けられている。金属部３０２Ｂは２つの穴Ｈを有している。ゴム部３０２Ａの結び目Ｋは、金属部３０２Ｂの穴Ｈにそれぞれ引っかかるように構成されている。ゴム部３０２Ａの両端がそれぞれ穴Ｈに通されている。穴Ｈに通された先で結び目Ｋが作られることでゴム部３０２Ａが金属部３０２Ｂから外れない。結び目Ｋの最大寸法は、穴Ｈの内径よりも大きい。

ゴム部３０２Ａの材料は、例えば天然ゴムである。ゴム部３０２Ａの幅は、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の直径もしくは幅よりも低い値となるように調整される。ゴム部３０２Ａの長さは、金属部３０２Ｂを固定した状態でゴム部３０２Ａをアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の高さ分引き上げた際に、１．０Ｎ以上９９．０Ｎ以下の引っ張り荷重となるように調整される。金属部３０２Ｂの材質及び厚さは、ゴム部３０２Ａの張力により変形しない材質及び厚さであれば良いが、例えばステレンス製で厚さ１．６ｍｍである。尚、ゴム部３０２Ａは経時劣化するため、例えば１か月おきに新調される。

図１８は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２に固定治具３０２を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が固定された状態を模式的に示す斜視図である。図１８に示されるように、プリント配線板１０２にグリセリン３０３が塗布された後、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１がプリント配線板１０２に搭載され、固定治具３０２のゴム部３０２Ａと金属部３０２Ｂとで挟むようにして固定されている。固定治具３０２は、ゴム部３０２Ａがアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１に接触し、金属部３０２Ｂがセラミック電子部品１０１が実装されていないプリント配線板１０２の面Ｓ２に接触するように、プリント配線板１０２およびアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１を挟むように構成されている。

アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の固定位置は、プリント配線板１０２上で支持台２０３の支点よりもセラミック電子部品１０１側に設置される。アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の固定位置は、好ましくはセラミック電子部品１０１の近くに設置される。尚、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１はプリント配線板１０２に載置できるサイズのものであればよい。グリセリン３０３の塗布量は０．０１ｍｌ以上１．００ｍｌ以下になるように調整される。

周波数フィルタ４０２の設定方法について、例えばセラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２を事前に曲げ試験が行われ、その際に生じる電圧の周波数特性から周波数フィルタ４０２が決定される。具体的には、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して、グリセリン３０３が塗布された後、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が搭載され、固定治具３０２のゴム部３０２Ａと金属部３０２Ｂで挟むようにして固定される。この状態のプリント配線板１０２が支持台２０３に載置され、荷重印加装置２０１で測定したい押し込み寸法まで荷重が印加されて、曲げ試験が実施される。電圧測定装置４０３に例えばバックグラウンドノイズの最大値以上の電圧をシングルトリガに設定されていれば、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２が曲げられることで発生する、振動を捉えられることがある。得られた波形がＦＦＴ解析されることで、周波数ピークが確認される。確認された周波数ピークが取得されないように例えばハイパスフィルタまたはローパスフィルタ、もしくはバンドパスフィルタが設定される。

シングルトリガの設定電圧について、例えばセラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２で事前に曲げ試験が行われ、その際に生じる電圧の最大値から決定される。具体的には、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して、グリセリン３０３が塗布された後、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が搭載され、固定治具３０２のゴム部３０２Ａと金属部３０２Ｂで挟むようにして固定される。この状態のプリント配線板１０２が支持台２０３に載置され、荷重印加装置
２０１で測定したい押し込み寸法まで荷重が印加されて曲げ試験が実施される。電圧測定装置４０３でアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１に生じた電圧信号の最大値が取得され、その最大信号よりも高い値をトリガ電圧とされる。より好ましくは、セラミック電子部品１０１が未実装のプリント配線板１０２に対して曲げ試験が複数回実施され、最大電圧値の標準偏差が取られる。この標準偏差の３倍もしくは２倍もしくは１倍された値が最大電圧値の平均値に加算された値がトリガ電圧とされる。

固定治具３０２を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１をプリント配線板１０２に固定することで、接着剤３０４を使用する場合よりも着脱が容易となる。このため、ｎ増し評価において、接着剤３０４を用いた場合よりもより短い時間で評価が可能となる。なお、ｎ増し評価とは、測定するサンプルの総数を増やした測定の評価のことである。

効果の検証として、本願発明者らは長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、静電容量０．０１μＦ、耐電圧５０Ｖの積層セラミックコンデンサの耐プリント板曲げ性を測定した。図１９は、本実施の形態に係る測定装置により測定した積層セラミックコンデンサの累積故障率Ｐ％とひずみ量（μＳＴ）の分布を、３母数ワイブル分布で示したグラフである。尚、ｎ数は２２である。つまり、測定したサンプルの総数は２２個である。グラフでのプロット数は、故障と判断したサンプルの数である。Ｙ軸の間隔は、約５％（＝１／２２）であり、ｎ数と関係がある。

本手法により測定したデータと、ＪＩＳＣ５１０１―２２に規定される耐プリント板曲げ性手法に沿って１ｍｍ、２ｍｍ曲げ相当の荷重をかけたセラミック電子部品の故障率の比較用データを比較した場合、同等の結果が得られていることが確認された。尚、比較用データの故障率は断面観察により故障の有無が判断された。断面観察の方法について、例えば、積層セラミックコンデンサがプリント配線板１０２から取り外され、チップ単体が樹脂埋めされる。次に、積層セラミックコンデンサの実装面と垂直面が観察できるように積層セラミックコンデンサが樹脂埋めされた樹脂ブロックの研磨が進められる。積層セラミックコンデンサの断面が見えたところで、断面が観察される。外部電極端部付近を起点に生じたクラックが内部電極に到達したサンプルが故障有と判断される。より好ましくは、複数の断面が観察され、クラックの有無が確認される。

また、本願発明者らは長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、静電容量３３００ｐＦ、耐電圧５０Ｖの特徴を有する積層セラミックコンデンサの内、メーカー違いの製品の耐プリント板曲げ性を測定した。図２０は、本実施の形態に係る測定装置により測定した積層セラミックコンデンサの累積故障率分布で、メーカー間の特性を３母数ワイブル分布で比較したグラフである。尚、ｎ数は２２個である。グラフでのプロット数は、故障と判断したサンプルの数である。Ｙ軸の間隔は、約５％（＝１／２２）であり、ｎ数と関係がある。Ａ社の積層セラミックコンデンサの累積故障率プロットおよびＢ社の積層セラミックコンデンサの累積故障率プロットが示されている。図２０のようなデータは、例えば製品採用時にメーカー別の性能を比較する際に役立つ。また、図２０のようなデータは、その他、製品採用後にも製造時期による製品のばらつき評価等にも役立つ。

固定治具３０２の代替として、例えばビニルテープが使用されても良い。ビニルテープが使用される場合は、事前にビニルテープの剥がれによる振動の電圧強度または周波数ピークが取得され、セラミック電子部品１０１へ生じたクラックによる振動と分類される。

本実施の形態に係る測定装置１によれば、固定治具３０２がプリント配線板１０２にアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１を固定する。固定治具３０２を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１をプリント配線板１０２に固定することで、接着剤３０４を使用する場合よりも着脱が容易となる。このため、ｎ増し評価において、接着剤３０４を用いた場合よりもより短い時間で評価が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る測定装置は、特に説明しない限り、実施の形態３に係る測定装置と同一の構成、動作、作用効果を備えている。

図２１は、実施の形態４に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を模式的に示す正面図である。図２２は、実施の形態４に係るアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用した耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置１の構成を示すブロック図である。

図２２に示されるように、実施の形態４に係る測定装置１は、クラック発生検出部３００とプリント配線板１０２との密着性を確認するための密着性確認部６００を備える。密着性確認部６００は、振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー（振動体）６０１を備える。また、密着性確認部６００は、交流電圧出力装置６０２およびグリセリン６０３を備える。振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、交流電圧出力装置６０２に電気接続されている。

振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、例えば直径φ５［ｍｍ］、高さ３．２［ｍｍ］、重量０．２ｇである。交流電圧出力装置６０２には、例えば１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数で、振幅１０［Ｖｐ－ｐ］までのサイン波を出力できる電源が用いられる。

図２３は、セラミック電子部品１０１が実装されたプリント配線板１０２に固定治具３０２を用いてアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が固定された状態を模式的に示す斜視図である。図２３に示されるように、固定治具３０２の金属部３０２Ｂに非貫通穴ＮＨが設けられている。振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、非貫通穴ＮＨに埋め込まれている。本実施の形態では、振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、金属部３０２Ｂに設けられた非貫通穴ＮＨにグリセリン６０３が塗布された後に埋め込まれ固定されている。

交流電圧出力装置６０２が出力する周波数は、振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１の共振点で、かつアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１の測定可能な範囲に設定される。交流電圧出力装置６０２が出力する電圧は、プリント配線板１０２にアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が設置され、固定治具３０２を用いて固定された後に、交流電圧出力装置６０２から電圧が印加された際に、電圧測定装置４０３での電圧測定範囲に収まるように調整される。

金属部３０２Ｂの非貫通穴ＮＨの深さは、金属部３０２Ｂの厚さ未満であればよい。金属部３０２Ｂの非貫通穴ＮＨの深さは、例えば、金属部３０２Ｂの厚さが１．６ｍｍの場合、１．２ｍｍである。金属部３０２Ｂの非貫通穴ＮＨの穴径は、振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１が埋め込まれた後に振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１が容易に動かない程度の嵌め合い公差を有していればよい。金属部３０２Ｂの非貫通穴ＮＨの穴径は、例えば、直径φ５［ｍｍ］のアコースティックエミッション（ＡＥ）センサーを用いる場合、直径φ５．０１２［ｍｍ］である。

振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、金属部３０２Ｂに接着材を用いて固定されてもよい。

固定治具３０２によりアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１がプリント配線板１０２に固定された状態で、プリント配線板１０２は支持台２０３に載置される。その後、交流電圧出力装置６０２から振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１に交流電圧が印加される。振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー６０１は、交流電圧が印加されると、振動を生じる。生じた振動は、金属部３０２Ｂ、プリント配線板１０２、グリセリン３０３を経由し、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１に到達する。アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が振動を受け取ると、振動が電圧に変換され、電圧測定装置４０３で検出される。

電圧測定装置４０３で検出された電圧Ｖｐ－ｐは、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１とプリント配線板１０２の密着性が高い場合には、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が基板から浮くなどしてプリント配線板１０２との密着性が低い場合の２倍以上となる。

検出された電圧から密着性に問題がないと判断された場合には、交流電圧出力装置６０２の出力が停止され、実施の形態３に記載された耐プリント板曲げ性評価が続行される。

検出された電圧から密着性に問題があると判断された場合には、交流電圧出力装置６０２の出力が停止され、プリント配線板１０２が支持台から取り外され、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１がプリント配線板１０２から取り外される。その後、プリント配線板１０２にアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が取り付けられる工程からやり直される。

実施の形態４に係る測定方法は、振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー（振動体）６０１が生じた振動をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１が検出した検出感度からアコースティックエミッション（ＡＥ）センサーとプリント配線板１０２との密着性を評価する工程をさらに備える。

実施の形態４によれば、アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー３０１とプリント配線板１０２との密着性を評価する工程が加えられることで、密着性が悪い状態で耐プリント板曲げ性評価が行われることを避けることができる。そのため、密着性不良による測定ミスを低減することができる。したがって、より精度高い評価が可能になる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１測定装置、１００測定対象、１０１セラミック電子部品、１０２プリント配線板、１０２Ａ銅パッド、１０３はんだ、２００荷重印加部、２０１荷重印加装置、２０２押し子、２０３支持台、３００クラック発生検出部、３０１アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー、３０２固定治具、３０２Ａゴム部、３０２Ｂ金属部、３０３グリセリン、３０４接着剤、４００クラック発生信号処理部、４０１アンプ、４０２周波数フィルタ、４０３電圧測定装置、５００荷重印加装置停止処理部、６００密着性確認部、６０１振動用アコースティックエミッション（ＡＥ）センサー、６０２交流電圧出力装置、６０３グリセリン、Ｈ穴、Ｋ結び目。

Claims

プリント配線板の銅パッドにはんだ実装されたセラミック電子部品の耐プリント板曲げ性を測定するための測定装置であって、
前記プリント配線板を載置するための支持台と、
前記支持台に載置された前記プリント配線板に対して荷重を印加するための荷重印加装置と、
前記荷重印加装置に接続されており、前記荷重印加装置から印加された荷重により前記プリント配線板の前記セラミック電子部品が実装された面に対向する裏面を押圧するための押し子と、
前記プリント配線板が前記押し子に押圧されることにより前記セラミック電子部品が破壊されたときの前記セラミック電子部品に生じた変化を検出するためのアコースティックエミッションセンサーとを備え、
前記アコースティックエミッションセンサーは、前記セラミック電子部品がはんだ実装された前記プリント配線板の面の前記銅パッドに取り付けられるように構成され、
前記プリント配線板に前記アコースティックエミッションセンサーを固定するための固定治具をさらに備えている、測定装置。
前記アコースティックエミッションセンサーの出力信号を測定するための電圧測定装置と、
前記セラミック電子部品が破壊されたときに前記電圧測定装置により測定された前記出力信号に基づいて、前記荷重印加装置を停止させるための荷重印加装置停止処理部とをさらに備えた、請求項１に記載の測定装置。
前記アコースティックエミッションセンサーの前記出力信号を増幅するためのアンプと、
前記アンプにより増幅された前記アコースティックエミッションセンサーの前記出力信号の周波数帯域を絞り込むための周波数フィルタとをさらに備えた、請求項２に記載の測定装置。
前記固定治具は、ゴム部と、金属部とを含み、
前記ゴム部の両端には結び目がそれぞれ設けられており、
前記金属部の両端には穴がそれぞれ設けられており、
前記ゴム部の前記結び目は、前記金属部の前記穴にそれぞれ引っかかるように構成されており、
前記固定治具は、前記ゴム部が前記アコースティックエミッションセンサーに接触し、前記金属部が前記セラミック電子部品が実装されていない前記プリント配線板の面に接触するように、前記プリント配線板および前記アコースティックエミッションセンサーを挟むように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の測定装置。
振動体をさらに備え、
前記固定治具の前記金属部に非貫通穴が設けられており、
前記振動体は、前記非貫通穴に埋め込まれている、請求項４に記載の測定装置。
プリント配線板に実装されたセラミック電子部品の耐プリント板曲げ性を測定するための測定方法であって、
前記プリント配線板が支持台に載置される工程と、
前記支持台に載置された前記プリント配線板が荷重印加装置に接続された押し子に押圧される工程と、
前記プリント配線板が前記押し子に押圧されることにより前記セラミック電子部品が破壊されたときの前記セラミック電子部品に生じた変化をアコースティックエミッションセンサーが検出する工程と、
振動体が生じた振動を前記アコースティックエミッションセンサーが検出した検出感度から前記アコースティックエミッションセンサーと前記プリント配線板との密着性を評価する工程と、
を備え、
前記アコースティックエミッションセンサーは、前記セラミック電子部品が実装された前記プリント配線板の面に取り付けられる、測定方法。
前記セラミック電子部品の累積故障率とひずみ量の分布を示すグラフを出力する工程をさらに備える、請求項６に記載の測定方法。