KR20100079616A - 피로시험기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피로시험기에 관한 것으로서, 기판에 장착된 IC의 솔더 조인트에 대한 피로파괴 시점을 측정하기 위한 피로시험기에 있어서, 상면에 다수의 기판을 각각 장착할 수 있도록 다수의 고정앤빌이 설치된 하우징과; 상기 하우징의 상부에 승강가능하게 설치되고 그 하면에는 기판을 가압하는 다수의 가압앤빌이 설치된 승강판과; 상기 하우징의 하부에 설치되어 승강판을 승강시키는 구동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하여, 한번에 다수의 시편을 시험할 수 있어 작업성이 향상되고, 측정시간이 단축되며, 정확하고 신뢰성 있는 측정결과를 도출해 낼 수 있게 된다.
4점, 굽힘, 피로, 피로시험기, 기판, 캠, 가이드

Description

피로시험기{fatigue tester}
본 발명은 피로시험기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 장착된 IC의 솔더 조인트의 수명평가를 위한 4점 굽힘 피로시험기에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 칩이 장착된 보드(이하 "기판" 이라 한다)는 사용 중에 휘는 현상이 발생할 수 있거나 또는 인위적인 기계적 하중을 받아 휠 수 있게 된다. 특히 하중을 받는 기판으로는 휴대폰에 내장되는 통상적인 기판(키패드를 누름으로써 발생되는 압력을 받는 기판)을 그 일례로 들 수 있고, 이와 같이 하중에 의해 일어난 기판의 굽힘 현상은 기판의 파단, 솔더(solder)의 파단, 칩의 연결부나 칩 자체의 파단을 야기시키게 된다.
따라서, 이러한 기판의 파괴시점을 확인하기 위해, 일정진폭을 갖는 응력을 기판에 가하여 기판이 파괴에 도달할 때까지의 반복횟수를 구하여 측정하는 방법이 제시되었다.
그런데, 이러한 종래의 피로강도 측정기는, 단순히 기판의 하면 양측을 지지한 상태에서 기판의 상면을 앤빌로서 가압하는 형태로 이루어지는데, 이는 한번에 하나의 기판(시편)만을 시험할 수 있으므로 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 4점 지지형태로서 다수의 시편을 한번에 시험할 수 있을 뿐만 아니라 승강되는 가압앤빌의 변위를 달리하여 기판에 작용하는 굽힘변위를 다양하게 측정함으로써 측정결과에 대한 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 피로시험기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적은, 기판의 피로파괴 시점을 측정하기 위한 피로시험기에 있어서, 상면에 다수의 기판을 각각 장착할 수 있도록 다수의 고정앤빌이 설치된 하우징과; 상기 하우징의 상부에 승강가능하게 설치되고 그 하면에는 기판을 가압하는 다수의 가압앤빌이 설치된 승강판과; 상기 하우징의 하부에 설치되어 승강판을 승강시키는 구동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피로시험기에 의해 달성된다.
또한, 상기 구동부는, 하우징에 설치되고 회전 구동되는 구동기어를 갖는 모 터와; 상기 하우징에 회전가능하게 설치되고 모터의 구동기어와 치합된 종동기어가 고정된 회전축과; 상기 회전축의 양단부에 각각 고정되게 설치되고 승강판의 이동변위를 달리하여 승강시키는 한쌍의 캠;을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 구동부는, 상기 승강판에 고정되게 설치된 승강축과; 상기 승강축에 고정되는 한편 한쌍의 캠을 감싸도록 설치되어 회전되는 한쌍의 캠과 선택적으로 접촉되면서 승강축과 승강판을 승강시키는 가이드;를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 구동부는, 상기 회전축에 회전축과 같이 회전되도록 설치되고 일측에는 감지홈이 형성되어 있는 회전판과; 상기 회전되는 회전판의 감지홈을 감지하여 회전수를 검출하는 센서 또는 리미트스위치;를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.
본 발명의 피로시험기에 따르면, 하우징의 상면에 4개의 시편을 설치한 상태에서 승강판을 작동시킴으로써 한번에 다수의 시편을 시험할 수 있어 작업성이 향상되고, 측정시간이 단축되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에서는 기판을 가압하는 가압앤빌의 이동변위를 조정하여 기판의 굽힘변위를 다양하게 측정함으로써 측정결과에 대한 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 피로시험기를 도시한 도면이다.
본 발명의 피로시험기(10)는 기판(1)의 피로파괴 시점을 측정하기 위한 4점 굽힘 피로시험기로서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 하우징(100)과, 가압부(200), 구동부(300) 등으로 대별되어 구성된다.
상기 하우징(100)은, 그 하면이 개구된 박스형상으로 형성되어, 상부에는 가압부(200)가 구성되고, 하부에는 구동부(300)가 구성된다.
상기 하우징(100)의 상면에는 다수의 고정앤빌(110)이 수직하게 설치되고, 이와 같이 설치된 다수의 고정앤빌(110)은 2개가 1개조로서 총 4개조로 설치되어, 다수의 기판(1) 즉 4개의 기판(1)을 한번에 측정할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같이 설치된 고정앤빌(110)의 외측에는 다수의 지지축(120)이 고정앤빌(110)보다 더 높은 길이로 수직하게 설치되어, 상기 고정앤빌(110) 상에 안착된 기판(1)의 외주면을 지지함으로써 기판(1)의 이탈을 방지하게 된다.
상기 가압부(200)는, 하우징(100)의 상부에 승강가능하게 설치된 사각의 승강판(210)을 포함한다.
상기 승강판(210)의 네 코너부에는 승강판(210)이 승강됨에 따라 하우징(100)을 관통한 상태로 승강되면서 승강판(210)의 승강작동을 안내하는 안내 축(230)이 볼팅되어 착탈가능하게 설치되고, 상기 승강판(210)의 일측변 중앙부에는 하우징(100)을 관통한 상태로 후술될 구동부(300)의 캠(340)(350)에 의해 승강되면서 승강판(210)을 승강시키는 승강축(220)이 고정 설치된다. 따라서, 상기 승강판(210)은 승강축(220)과 같이 일체로 승강작동됨과 아울러 승강축(220)으로부터 분리시켜 내어 기판(1)을 교체한다.
그리고, 상기 승강판(210)의 하면 중앙부에는 하우징(100)의 고정앤빌(110) 상에 안착된 기판(1)을 가압하는 다수의 가압앤빌(211)이 설치된다. 이와 같은 가압앤빌(211)은 하나의 기판(1)에 2개의 가압앤빌(211)이 배치되도록 설치된다. 따라서, 상기 기판(1)에는 그 하면에 2개의 고정앤빌(110)과 상면에 2개의 가압앤빌(211)이 4점 지지형태로 접하게 된다.
상기 구동부(300)는, 하우징(100)의 하부에 구성되어 하우징(100) 상부의 승강판(210)을 상,하로 승강시킨다.
이러한 구동부(300)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 구동기어(312)가 설치된 모터(310)와, 종동기어(321)가 설치된 회전축(320)과, 서로 다른 직경의 한쌍의 캠(340)(350)과, 가이드(360) 등으로 대별된다.
상기 모터(310)는, 하우징(100) 하면에 고정되게 설치되고 그 단부에는 전원이 공급됨에 따라 회전 구동되는 구동기어(312)가 설치된다. 그리고, 상기 모터(310)와 구동기어(312) 사이에는 모터(310)의 회전 rpm 을 감속시켜 구동기 어(312)에 전달하여 구동기어(312)를 감속 회전시키는 감속기(311)가 설치된다.
상기 회전축(320)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모터(310)와 인접한 하우징(100)의 내부에 베어링(323)을 개재하여 회전가능한 상태로 하우징(100)의 일방향으로 배치되어 설치되고, 그 일측에는 모터(310)의 구동기어(312)와 치합된 종동기어(321)가 회전축(320)과 같이 회전되도록 고정 설치된다.
또한, 상기 회전축(320)의 일측에는 회전축(320)과 같이 일체로 회전 구동되는 회전판(322)이 고정 설치되고, 상기 회전판(322)의 일측에는 도 4에 도시된 바와 같이 절개된 감지홈(322a)이 형성된다.
그리고, 상기 회전판(322)과 인접한 하우징(100)에는 회전되는 회전판(322)의 감지홈(322a)을 센싱 즉 감지하여 회전판(322)의 회전수를 검출하는 센서(330)가 설치된다.
여기서, 상기 센서(330)는 리미트스위치로도 구성될 수 있고, 이와 같이 리미트스위치로 구성된 경우에는 리미트스위치가 회전판(322)과 접촉되어 접점 온(on) 상태로 있다가 감지홈(322a)에서 리미트스위치의 접점이 오프(off)되면서 회전판(322)의 회전수를 검출하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기와 같이 검출되는 회전판(322)의 1회 회전수는 가압부(200)에 구성된 승강판(210)의 1회 승강작동에 해당되므로 상기한 회전수는 기판(1)을 가압한 횟수와 동일하게 된다.
또한, 상기 한쌍의 캠(340)(350)은 회전축(320)의 양단부에 서로 다른 직경을 갖는 2개의 캠(340)(350)이 고정볼트(342)(352)로서 착탈가능하게 결합되어 있으므로, 상기 승강판(210)의 승강폭 즉 승강판(210)의 이동변위를 달리하면서 승강시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 회전축(320)에 설치되는 한쌍의 캠(340)(350)은, 캠(340)(350)의 돌출부(편심부)가 동일한 방향으로 위치되도록 설치됨이 바람직하다.
그리고, 상기 캠(340)(350)의 외측면에는 캠(340)(350)의 회전을 용이케 하는 베어링(341)(351)이 각각 설치되되, 상기 한쌍의 캠(340)(350)은 캠(340)(350)과 베어링(341)(351)을 포함한 길이가 2㎜의 높이차를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
따라서, 한쌍의 캠(340)(350) 중 내측 캠(2㎜ 변위용 캠)(340)이 회전될 때는 승강판(210)이 2㎜ 간격으로 승강되고, 외측 캠(4㎜ 변위용 캠)(350)이 회전될 때는 승강판(210)이 4㎜ 간격으로 승강된다.
이는, 피로시험의 국제규격상 기판(1)에 가해지는 진폭은 2㎜가 기본이고, 옵션으로 2∼4㎜ 사이의 진폭을 제공하도록 되어 있기 때문에, 본 발명의 피로시험기(10)에서는 이의 한계값을 한 장치로서 모두 시험할 수 있도록 구성한 것이다.
이때, 상기 한쌍의 캠(340)(350)은 이에 결합되어 편심되게 회전되는 베어링(341)(351)을 통해 승강축(220)을 승강시키게 되는 바, 상기 승강축(220)에는 그 내부에 베어링(341)(351)을 수용하여 승강축(220)과 같이 일체로 승강되는 가이드(360)가 구성된다.
상기 가이드(360)는 도 5a 내지 도 6b에서와 같이, 그 중앙부를 관통한 승강축(220)에 체결볼트(361a)로서 결합된 상판(361)과, 상기 상판(361)의 양단부에 볼트로서 결합되어 수직하게 연결된 양 측판(362)과, 상기 측판(362)의 하단부에 볼트로서 결합된 하판(363)으로 구성되어, 그 내부에 캠(340)(350)과 베어링(341)(351)을 수용하여 감싼다.
이와 같이 가이드(360) 내부에 설치되는 캠(340)(350)의 베어링(341)(351)은 승강축(220)과 가이드(360)의 하판(363)에 접한 상태로 설치되어, 캠(340)(350)의 회전에 의해 편심된 상태로 회전되면서 가이드(360) 및 승강축(220), 승강판(210)을 일체로 승강시키게 된다.
이때, 상기 가이드(360) 내부의 좌우폭은 캠(340)(350)을 포함한 베어링(341)(351)의 직경보다 큰 폭으로 형성되어, 캠(340)(350)에 의해 회전되는 베어링(341)(351)과의 접촉이 차단된다.
한편, 상기와 같이 가이드(360)의 내부에 수용되는 캠(340)(350)과 베어링(341)(351)은 도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 캠(340)(350)을 회전축(320)에 고정시킨 고정볼트(342)(352)를 풀어내면 회전축(320) 상에서 캠(340)(350)의 이동이 자유롭게 됨으로써 한쌍의 캠(340)(350) 중에서 원하는 캠을 가이드(360) 내부로 이동시켜 설치할 수 있고, 이때 캠(340)(350)의 외측면에는 베어링(341)(351)이 설치되어 있으므로 베어링(341)(351)도 캠(340)(350)과 같이 가이드(360) 내부로 이동되어 설치된다.
이때, 상기와 같은 캠(340)(350)의 교체 시나 기판(1)의 교체 시는 캠(340)(350)의 돌출부(편심부)가 승강축(220)을 향하도록 위치시킨 상태에서 교체하는 것이 바람직하고, 특히 이와 같은 캠(340)(350)의 위치로 인한 승강축(220)은 베어링(341)(351)에 지지된 상태로 도 5a 및 도 6a에서와 같이 상사점에 위치되어 있으므로 기판(1)의 교체가 용이하게 이루어지게 된다.
따라서, 이와 같이 가이드(360) 내부로 이동된 캠(340)(350)과 베어링(341)(351)은 베어링(341)(351)의 상,하부가 승강축(220)의 하면과 가이드(360)의 하판(363) 상면에 각각 접한 상태로 설치되어, 캠(340)(350)의 회전에 의해 베어링(341)(351)이 승강축(220)과 하판(363) 사이에서 편심된 상태로 회전된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 피로시험기(10)의 작동을 설명한다.
캠(340)(350)의 돌출부(편심부)가 승강축(220)을 향하도록 위치시킨 상태에서 승강판(210)과 승강축(220)의 볼팅을 풀어 승강판(210)을 승강축(220)으로부터 분리시켜 낸 후, 하우징(100) 상면의 고정앤빌(110) 상에 측정하고자 하는 기판(1)을 각각 장착하고, 승강판(210)을 다시 승강축(220)에 볼팅하여 결합한다. 그러면, 승강판(210)의 가압앤빌(211)은 각 기판(1)의 상면 상에 위치된다.
그리고, 이와 같은 상태에서 가이드(360)의 하판(363)을 측판(362)에서 분리시켜 내고, 상판(361)의 체결볼트(361a)를 풀어 승강축(220)으로부터 상판(361)의 고정상태를 해제한다.
이후, 도 5a 및 도 5b에서와 같이, 캠(340)(350)을 고정하고 있던 고정볼 트(342)(352)를 풀어 내측 캠(340)과 베어링(341)을 가이드(360) 내부로 이동시킨 후, 고정볼트(342)(352)로서 캠(340)(350)을 다시 고정하고, 분리되어 있던 하판(363)을 측판(362)의 하면에 다시 결합하여 고정시키며, 하판(363)의 상면을 내측 캠(340)의 베어링(341)에 접촉시킨 상태에서 상판(361)의 체결볼트(361a)를 다시 체결하여 상판(361)을 도 5a에서와 같이 승강축(220)에 고정시킨다.
그러면, 내측 캠(340)의 베어링(341) 상,하부는 각각 승강축(220)의 하면과 가이드(360)의 하판(363) 상면에 접한 상태가 되고, 이와 같은 상태에서 구동부(300)의 모터(310)에 전원을 공급하면, 모터(310)의 구동기어(312)가 회전 구동되고, 이에 치합된 종동기어(321)가 회전축(320)과 일체로 회전되며, 회전축(320)의 회전에 의해 캠(340)(350)도 같이 일체로 회전된다.
따라서, 상기와 같이 회전되는 내측 캠(340)에 의해서 베어링(341)이 가이드(360) 내에서 편심된 상태로 회전되면서 캠(340)의 돌출부(편심부)가 도 5a에서와 같이 가이드(360)의 상판(361)에 접촉되면 승강판(210)이 상승되어 상사점에 도달하게 되고, 캠(340)의 돌출부가 도 5b에서와 같이 가이드(360)의 하판(363)에 접촉되면 승강판(210)이 하강되어 하사점에 도달되면서 승강작동을 반복하게 된다.
이와 같은 승강판(210)의 승강작동으로 인해 가압앤빌(211)이 2㎜ 간격으로 하강하면서 기판(1)을 눌러 기판(1)의 솔더 조인트에 피로를 가할 수 있게 되어 파단을 일으키게 되며 저항증가의 측정 및 완전 파단 시 측정된 데이터는 PC를 통해 저장될 뿐만 아니라 피로시험기(10)의 전반적인 작동이 PC에 의해 제어된다.
한편, 회전축(320)과 같이 회전되는 회전판(322)은 그 일측의 감지홈(322a) 이 센서(330)에 의해 지속적으로 센싱됨으로써 회전판(322)의 회전수가 검출되어 PC에 저장되므로, 가압횟수와 그에 따른 기판(1)의 저항값이 PC에 누적되어 데이터화된다.
이후, 내측 캠(340)에 의한 측정을 마친 후, 외측 캠(350)에 의한 측정을 하고자 하는 경우에는 전술한 바와 같이, 캠(340)(350)의 돌출부를 승강축(220)을 향하도록 위치시킨 후, 가이드(360)의 하판(363)을 분리함과 아울러 승강축(220)에 고정된 상판(361)의 체결볼트(361a)를 풀어 상판(361)의 고정상태를 해제한다.
이와 같은 상태에서 캠(340)(350)의 고정볼트(342)(352)를 다시 풀어낸 후, 도 6a 및 도 6b에서와 같이 외측 캠(350)을 가이드(360) 내부로 이동시켜 고정볼트(352)로서 재차 고정하고, 내측 캠(340)은 가이드(360)와의 간섭을 피하기 위해 가이드(360) 외부로 이동시킨 후 고정볼트(342)로서 고정시킨다.
이후, 분리되어 있던 하판(363)을 측판(362)의 하면에 다시 결합하여 고정시키고, 하판(363)의 상면을 외측 캠(350)의 베어링(351)에 접촉시킨 상태에서 상판(361)의 체결볼트(361a)를 체결하여 상판(361)을 승강축(220)에 고정시킨다. 그러면, 상판(361)은 도 6a에서와 같이 승강축(220)의 상부로 2㎜ 정도 올라간 상태로 설치된다.
이와 같은 상태에서 구동부(300)를 다시 작동시키면, 승강판(210)과 가압앤빌(211)이 도 6a 및 도 6b에서와 같이 상사점과 하사점을 왕복 이동하면서 4㎜ 간격으로 승,하강하여 기판(1)을 눌러 기판(1)에 피로를 전술한 바와 같이 가할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 피로시험기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 피로시험기에서 승강판을 분리 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 피로시험기에 구성된 구동부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 구동부 중 내측 캠(2㎜ 변위용 캠)의 구동 시 모습을 도시한 도면으로서, 도 5a는 승강판이 상사점에 위치된 상태이고, 도 5b는 승강판이 하사점에 위치된 상태이다.
도 6은 본 발명의 구동부 중 외측 캠(4㎜ 변위용 캠)의 구동 시 모습을 도시한 도면으로서, 도 6a는 승강판이 상사점에 위치된 상태이고, 도 6b는 승강판이 하사점에 위치된 상태이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 10 : 피로시험기
100 : 하우징 110 : 고정앤빌(anvil)
120 : 지지축 200 : 가압부
210 : 승강판 211 : 가압앤빌
220 : 승강축 230 : 안내축
300 : 구동부 310 : 모터
311 : 감속기 312 : 구동기어
320 : 회전축 321 : 종동기어
322 : 회전판 322a : 감지홈
323 : 베어링 330 : 센서
340,350 : 캠 341,351 : 베어링
342,352 : 고정볼트 360 : 가이드
361 : 상판 361a : 체결볼트
362 : 측판 363 : 하판

Claims (4)

  1. 기판의 피로파괴 시점을 측정하기 위한 피로시험기에 있어서,
    상면에 다수의 기판을 각각 장착할 수 있도록 다수의 고정앤빌이 설치된 하우징과;
    상기 하우징의 상부에 승강가능하게 설치되고 그 하면에는 기판을 가압하는 다수의 가압앤빌이 설치된 승강판과;
    상기 하우징의 하부에 설치되어 승강판을 승강시키는 구동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피로시험기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는, 하우징에 설치되고 회전 구동되는 구동기어를 갖는 모터와;
    상기 하우징에 회전가능하게 설치되고 모터의 구동기어와 치합된 종동기어가 고정된 회전축과;
    상기 회전축의 양단부에 각각 고정되게 설치되고 승강판의 이동변위를 달리하여 승강시키는 한쌍의 캠;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피로시험기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 승강판에 고정되게 설치된 승강축과;
    상기 승강축에 고정되는 한편 한쌍의 캠을 감싸도록 설치되어 회전되는 한쌍 의 캠과 선택적으로 접촉되면서 승강축과 승강판을 승강시키는 가이드;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피로시험기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 회전축에 회전축과 같이 회전되도록 설치되고 일측에는 감지홈이 형성되어 있는 회전판과;
    상기 회전되는 회전판의 감지홈을 감지하여 회전수를 검출하는 센서 또는 리미트스위치;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 피로시험기.
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