(57)【要約】【課題】試験用プリント基板の複数のはんだ付け部を対象にクリープ試験を行う場合、各々のはんだ付け部の接合状態を事前に確認しておく必要があり、試験そのものも、複雑な準備を必要としない、簡便な試験方法が望まれている。また、一通りでない破断モードのそれぞれを判別できるようにしたい。【解決手段】事前にはんだ形状を計測し、検査すべき対象のはんだ付け部を自動で判別して、Ｘ−Ｙ移動機構に載置された荷重制御機構により、試験用プリント基板にはんだ付けされた部品に所定の荷重をかけながら、はんだ部の伸びを計測する。複数の端子間の導通を監視していて、いずれかの導通がなくなったとき、破断が生じたと判断し、印加した荷重、破断に至るまでの伸びと時間と破断モードをデータとして保存する。複数の端子間の導通の有無により、はんだ破断か、スルーホール破断かという破断モードを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだクリープ強度試験装置において、はんだ付け部のはんだ形状を計測する手段と、計測した結果に基づき、クリープ強度試験対象を自動で判断する自動判断手段と、を有することを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記試験対象となったはんだ接合部に対して、基板面と直交する方向に連続して荷重をかける荷重手段と、荷重をかけてからの時間を計測し且つ、破断状態を認識する手段と、を有することを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記荷重手段は、荷重制御機構を備えていることを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項４】
請求項３に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記荷重制御機構は、１つの平面内に設けた直交座標の各軸方向に独立で移動可能な機構を有することを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、前記試験対象がクリープ破断したことを検知する機構を含むことを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、さらに、破断モードを判別する機構を備えていることを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、クリープ試験中のはんだの伸びを測定する機構も備えていることを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項８】
請求項１または７に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記はんだ付け部のはんだ形状を計測する手段は、Ｘ線撮像手段であり、前記自動判断手段は、撮像結果を画像処理してはんだ形状の特徴部を検出する特徴検出手段を有することを特徴とするはんだクリープ強度試験装置。
【請求項９】
はんだクリープ強度試験方法であって、はんだ付け部のはんだ形状を計測する工程と、計測した結果に基づき、クリープ強度試験対象を自動で判断する工程と、試験対象となったはんだ接合部に対して、基板と直交する方向に連続して荷重をかける工程と、破断時間を計測し且つ、破断状態を認識する工程と、を有することを特徴とするはんだクリープ強度試験方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のはんだクリープ強度試験方法において、前記クリープ強度試験対象は、Ｕ字型部品を実装した評価基板であることを特徴とするはんだクリープ強度試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板等に部品をはんだ付けしたときのはんだクリープ強度試験のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の金属を機械切削加工し、定義された形状の試験片のもと、試験片に一定の引張力を与えることで、クリープ破断時間を計測する方法がＪＩＳ Ｚ ２２７１「金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法」に定められている。
この方法の場合、鉄鋼などの金属材料のクリープ試験としては有用な試験方法である。
しかし、この技術では基板とはんだの接合部における、クリープ試験を行うことはできない。
はんだ付け部のクリープ試験方法として、はんだ浴を用いてはんだ付けした試験用プリント基板の複数のはんだ付け部に対して、同時に種々の荷重を与えクリープ試験を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１  参照。）。
【０００３】
この方法の場合、複数の対象を平行してクリープ試験を行う場合に有効である。
しかし、この方法では基板ごとに試験対象とする接合部を選定し，試験者が錘を負荷させるなどの準備を行うこととなる。また、はんだ浴を用いたはんだ付け部のクリープ破断時間は、はんだ接合状態に左右されるため、接合状態を事前に確認しておく必要がある。クリープ試験は破壊試験であるため、試験後にこの確認を行うのは困難である。試験対象が複数におよぶとこれらの準備は非常に煩雑となる。
また、荷重によっては破断モードが異なるが、この方法では自動で判別ができない。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−０７２０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、これらの課題に鑑み、クリープ破断試験に供するはんだ付け部を検出し、自動的にクリープ破断試験を実施することで、作業者の負担軽減および適切なクリープ破断計測データを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、はんだクリープ強度試験装置において、はんだ付け部のはんだ形状を計測する手段と、計測した結果に基づき、クリープ強度試験対象を自動で判断する自動判断手段と、を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記試験対象となったはんだ接合部に対して、基板面と直交する方向に連続して荷重をかける荷重手段と、荷重をかけてからの時間を計測し且つ、破断状態を認識する手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記荷重手段は、荷重制御機構を備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記荷重制御機構は、１つの平面内に設けた直交座標の各軸方向に独立で移動可能な機構を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、請求項２ないし４のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、前記試験対象がクリープ破断したことを検知する機構を含むことを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、さらに、破断モードを判別する機構を備えていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記破断状態を認識する手段は、クリープ試験中のはんだの伸びを測定する機構も備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項８に記載の発明では、請求項１または７に記載のはんだクリープ強度試験装置において、前記はんだ付け部のはんだ形状を計測する手段は、Ｘ線撮像手段であり、前記自動判断手段は、撮像結果を画像処理してはんだ形状の特徴部を検出する特徴検出手段を有することを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、はんだクリープ強度試験方法であって、はんだ付け部のはんだ形状を計測する工程と、計測した結果に基づき、クリープ強度試験対象を自動で判断する工程と、試験対象となったはんだ接合部に対して、基板と直交する方向に連続して荷重をかける工程と、破断時間を計測し且つ、破断状態を認識する工程と、を有することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のはんだクリープ強度試験方法において、前記クリープ強度試験対象は、Ｕ字型部品を実装した評価基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、クリープ破断試験すべき、はんだ付け部の状態を事前に計測し、自動的にクリープ破断試験を実施することができるので、作業者の負担軽減および適切なクリープ破断計測データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施例の機構部を示す斜視図である。
同図において符号１、２は移動部材、３、４はＸ−Ｙ移動機構、５は荷重制御部、６は係合部、１０は基板保持部、１１は基板たわみを規制する部材、２０は部品、２１は試験用プリント配線板、２２は導通コモン端子をそれぞれ示す。
試験用プリント配線板２１は基板保持部１０にて保持される。試験用プリント配線板２１には、クリープ試験に供される複数のはんだ付けされた部品２０がある。Ｘ移動要ステージ３とＹ移動要ステージ４は周知のＸ−Ｙ移動機構を構成しており、両ステージは相互に任意の位置に移動可能になっている。荷重制御部５はＸ−Ｙ移動機構３、４に設置されており、荷重制御部５の係合部６も上下（プリント基板面に直交する方向）に移動可能となっている。荷重制御部５には荷重検出機構と伸び変位検出機構が備わっている。荷重制御部５の先端部にははんだ付け部と係合する係合部６がある。係合部は試験対象に合わせ、同図に示すようにフックでも良いし、自動チャッキングユニットでも良い。基板のサイズにあわせ、基板たわみを規制する部材１１があっても良い。
同図においてＸ−Ｙ移動機構は水平面内に座標軸を有するように示しているが、座標軸を鉛直面内に設けて試験用プリント配線板２１をそれに対応させて配置してもかまわない。要は、荷重制御機構が試験用プリント配線板２１内の任意の位置に係合部６を移動させることができればよいので、１つの平面内に設けた直交座標の各軸方向に独立で移動可能な機構を持っていればよい。なお、同図にはＸ−Ｙ移動機構の駆動源と伝達機構は、任意の従来技術を用いることができるので、図示省略している。
【００１２】
図２は本発明の試験装置の機能構成を示すブロック図である。
同図において符号Ｓは図３の流れ図に対応する各ステップを示す。
ＣＰＵは装置全体の制御および、必要な演算やデータの格納などを行う。
複数のはんだ付け処理された試験用プリント板を所定の位置にセットし、図示しない試験開始ボタンを押すことによって、ＣＰＵが形状計測手段である撮像装置に対して試験開始を指令する。撮像装置は例えば光学式カメラ、或いは、Ｘ線撮像装置によって構成されている。撮像結果は画像解析手段を含む特徴検出手段によって、前もって格納してあるパターンデータとの比較などから、試験対象に選びたい部位を判別する。それらを試験対象として荷重手段に位置データを渡す。ここで、試験対象に選ぶ基準は、クリープ強度のデータが得られそうな部位であって、正常にはんだ付けがなされている部位、すなわち、はんだ上がりが１００％になっている部位である。そのほかに、正常状態からははずれているがクリープ強度のデータが得られると思われる部位も必要に応じて選ぶことができる。
荷重手段は位置データに基づき、Ｘ−Ｙステージを駆動して、係合部６をはんだ接合された部品２０に当接させるかもしくは引っかけて、若干の荷重をかける。荷重の大きさは荷重制御機構により、事前に調べてある最適範囲の例えばほぼ中間の値に設定される。
【００１３】
最初に、破断状態認識手段により、係合部６と係合部６側（おもて面側）に向いている共通電極（後述）との間の導通、および、共通電極と裏面側の破断モード検出端子（後述）を確認する。
どちらかの導通が最初からなければ、正常にはんだ付けが行われていなかったと判断し、他の試験対象を選択する。
所定の時間内で伸びが確認されなければ、この部位を試験対象としては除外するか、或いはさらに、荷重を大きくして同様の試験を繰り返すか選択することができるようにしておく。
伸びの発生が確認された場合、破断が生ずるまで同じ加重をかけ続ける。そして、印加した荷重、および、破断までの時間、上記破断状態認識手段で判定した破断モードがデータとして保存される。
破断モードとしては、係合部６と共通電極との間の導通のみがなくなった場合は、はんだ部で破断したと判断する。それに加えて共通電極と裏面側の破断モード検出端子間の導通も共になくなった場合は、スルーホール部で破断したと判断する。
これらの判断結果は結果表示部に表示することができる。
【００１４】
図３は本発明の試験方法を表すフローチャートである。
同図において符号Ｓは流れのステップを示す。
試験開始指令（Ｓ００）により、基板のはんだ付け部を撮像する（Ｓ０１）。撮像手段は光学式カメラでもよいし、内部を撮像できるＸ線撮像装置であってもよい。得られた画像から画像処理によってはんだ形状の特徴部を算出する（Ｓ０２）。特徴部とは例えばＸ線撮像であれば、スルーホール内のはんだ上がり長などを用いる。光学式撮像であれば、玉状のはんだ形状を除外するなどの特徴部の結果から測定の対象を決定する（Ｓ０３）。例えば、はんだ上がり長であれば、はんだが十分上がっているものだけ選択したり、得ようとするデータの種類によっては、はんだ上がり長が長いもの短いものを配分するように選択したりできる。また、荷重制御機構により、対象にかける荷重を決定する（Ｓ０４）。決定方法として、規定の荷重を加えたり、（Ｓ０３）で決定した測定対象ごとに荷重を変えることができる。決定した条件の下、対象に荷重をかけクリープ試験を開始する（Ｓ０５）。
【００１５】
試験中は破断の検出をしており（Ｓ０６）、はんだの伸びも検出している（Ｓ０７）。はんだの伸びが有る場合、クリープが続いていることを示しているので、試験は継続されるが、はんだの伸びが規定時間以上ない場合は（Ｓ０８）、同じ測定対象に対し、より重い荷重で測定を再開することができる（Ｓ０４へ）。または、残りの測定対象がある場合は（Ｓ１２）、新たに対象を決定し、再測定される（Ｓ０３へ）。測定荷重を変更するかどうかは、前もって、選択スイッチ等で決定しておくことができる。
破断した場合は、係合部と共通電極との間の導通によって破断モードを識別する（Ｓ０９）。導通があった場合は、はんだ破断（Ｓ１０）であり、導通がなかった場合は、スルーホール破断である（Ｓ１１）。最後に、残りの測定対象の有無を検出し（Ｓ１２）、残りがあった場合は（Ｓ０３）に戻り、残りがなかった場合は測定終了である（Ｓ１３）。
【００１６】
ステップＳ０２において、特に、Ｘ線で観察することにより、接合部内部のはんだ形状の情報が得られる。それにより、はんだ形状毎に正確なクリープ破断計測データを得ることができる。
【００１７】
破断判定は荷重制御部先端の係合部６と共通電極に電流を流し導通を見るか、または荷重制御部５の変位で判定するかどちらでも良い。測定中に破断が生じた場合は、その時点で、急激に荷重の低下が生ずるので、何らかのモードで破断したと判断することができる。どちらのモードで破断したかは、さらに、共通電極と破断モード検出端子との間の導通を見ることで判別できる。導通があった場合ははんだ部破断、なかった場合はスルーホール破断と判断する。
【００１８】
図４は本発明に使用する試験用プリント配線板を示す図である。
試験用プリント配線板には共通電極としての導通コモン端子２２と破断モード検出端子２３を備えており、その端子間の導通を見ている。
図５ははんだ上がりの不十分な状態を示す図である。はんだがスルーホールな全長を満たしたとき、はんだ上がりが１００％であると表現する。はんだ上がりが１００％でない場合でも、クリープ強度のデータを採りたい場合は試験対象として選ぶことがある。
図６、図７はそれぞれはんだ破断状態の相異なるモードを示す図である。
図６のはんだ破断状態であれば、導通のとれたままであるが、図７のスルーホール破断の状態では共通電極である導通コモン端子２２と破断モード端子２３の導通がとれなくなるため、どちらの破断モードであるかの判別ができる。
本発明により、破断モードを特定することができるため、正確なクリープ破断計測データを得ることができる。
【００１９】
図８は荷重印加状態を示す図である。
図中部品２０はＵ字型部品であるが、この場合荷重制御部５先端の係合部６と係合しやすい。この場合は荷重制御部５による荷重は、部品２０に対する引っ張り力になる。
試験用プリント配線板２１は、Ｕ字型の部品として構成しておけば、荷重制御部先端の係合部６に容易に係合できるため、試験中の係合部ずれ、はずれ等がなく、正確なクリープ計測データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の試験装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の試験方法を表すフローチャートである。
【図４】本発明に使用する試験用プリント配線板を示す図である。
【図５】はんだ破断状態の１つのモードを示す図である。
【図６】はんだ破断状態の他のモードを示す図である。
【図７】荷重印加状態を示す図である。
【図８】荷重印加状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
３、４      Ｘ−Ｙ移動機構
５      荷重制御部
６      係合部
２０      部品
２１      試験用プリント配線板
２２      導通コモン端子
２３      破断モード検出端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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