(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ接続された実装部品を搭載した基板に設けられた故障予測素子であって、
前記基板又は前記実装部品に一端がそれぞれ固定された一対の支持脚部、及び前記一対の支持脚部の他端の各々により支持される第１犠牲破断部を有し、前記一対の支持脚部を介して前記第１犠牲破断部に前記基板にかかる振動を伝達する負荷増幅部を備えた、故障予測素子。
【請求項２】
前記負荷増幅部の電気的特性を測定する測定部を備え、
前記測定部の測定結果に基づき、前記はんだ接続のき裂又は破断に起因する故障を予測する、請求項１に記載の故障予測素子。
【請求項３】
前記第１犠牲破断部は、前記基板又は前記実装部品に対して、前記基板の面外方向に離間して配置された、請求項１又は請求項２に記載の故障予測素子。
【請求項４】
前記第１犠牲破断部は、前記支持脚部と異なる部材で構成され、前記支持脚部よりも破断強度が低い低強度部材である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項５】
前記第１犠牲破断部の断面積は、前記支持脚部の断面積に比べて小さく形成された、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項６】
前記第１犠牲破断部には切欠きが設けられた、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項７】
前記負荷増幅部の固有振動数を、前記基板に入力される振動ストレスの周波数と一致させた、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項８】
前記第１犠牲破断部には載置体が載置された、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項９】
前記支持脚部は、
一端が前記基板又は前記実装部品に固定された脚体と、
前記脚体及び前記第１犠牲破断部を連結する架橋連結部と
を有し、
前記第１犠牲破断部の両端に一対の前記架橋連結部が設けられた架橋部が構成された、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項１０】
前記架橋連結部は、弾性部材で構成され、
前記第１犠牲破断部は、弾性力が負荷された状態の前記架橋連結部で挟み込まれた、請求項９に記載の故障予測素子。
【請求項１１】
前記負荷増幅部は、前記脚体と前記架橋連結部との連結部分に設けられた第２犠牲破断部をさらに有する、請求項９又は請求項１０に記載の故障予測素子。
【請求項１２】
前記負荷増幅部は、前記基板の面内方向に配置された複数の架橋部を有する、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項１３】
前記負荷増幅部は、前記基板の面外方向に配置された複数の第１犠牲破断部を有する、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の故障予測素子。
【請求項１４】
前記複数の第１犠牲破断部のうち破断が行われた第１犠牲破断部の面外方向での配置位置又は前記破断が行われた第１犠牲破断部の個数に基づき、振動ストレス及び熱ストレスのうち、どちらのストレスが故障の主要因であったかを判別する、請求項１３に記載の故障予測素子。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の故障予測素子と、
前記故障予測素子が配置された基板と
を備えた回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障予測構造を有する故障予測素子及びこれを用いた回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気製品に搭載されている回路基板には多数の実装部品がはんだ接続されている。これらの実装部品は外部から熱、振動等の外力によるストレスにさらされる機会が多い。外力によるストレスは、はんだ接続部（実装部品と基板とがはんだ接続された部分）にき裂を発生及び進展させ、これにより断線が発生する場合がある。はんだ接続部に断線が発生すると、予期せぬ時に電気製品が停止・誤作動などしてしまうため、はんだ接続部の断線が発生する前の段階でその破断を予測することができれば、電気製品の点検や部品交換の時期を明確化し効率良く電気製品を使用できるため、はんだ接続部の故障予測を行う技術が必要とされている。【０００３】
例えば、特許文献１は、回路基板とアーチ状の細長いパッケージとがはんだ接続（犠牲破断部）されている構成を開示する。この構成により、熱ストレスが生じた際にひずみが集中する高ひずみ領域に犠牲破断部を形成することで、回路基板と実装部品とのはんだ接続部よりも犠牲破断部を先に破断させ、犠牲破断部の破断により生じた電気的特性の変化に基づき、はんだ接続部の故障予測を行っていた。【０００４】
また、特許文献２は、回路基板に実装されたＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）型のパッケージのはんだ接続部のうち、応力が集中するパッケージの外周縁にダミー接合部を少なくとも一個設ける構成を開示する。加振源により一定値以上の加速度が作用した際に、そのダミー接合部の電気的特性を測定することで、測定された電気的特性に基づいてはんだ接続部の損傷度を予測していた。【０００５】
さらに、特許文献３にはＢＧＡ型のパッケージを実装する回路基板であって、パッケージで最も応力が集中する四隅の領域に、低強度構造を有する第１及び第２の配線を設けていた。これにより、この第１及び第２の配線における低強度構造が、はんだ接続部よりも先に破断する構成としていた。さらに、第１及び第２の配線の電気的特性の変化からパッケージにおけるはんだ接続部の故障を予測していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１００３６１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０３６７５１号
【特許文献３】国際公開第２０１１／０３６７７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では熱ストレスに対しては、部材間の熱膨張係数の違いを利用しているため、故障予測が行えるものの、振動ストレスに対する故障予測が考慮されていない。従って、振動ストレスに対応できないという問題があった。特許文献２では、振動ストレスが集中する箇所であるパッケージの外周縁に、ダミー接合部を配置する必要があった。同様に、特許文献３も、ストレスが集中する箇所であるパッケージの外周縁に配線の一方の端部を配置する必要があり、設置場所が限定されるという問題があった。【０００８】
本発明は、上述のような事情を鑑みてなされたもので、設計自由度の高い構造により振動ストレスに起因するはんだ接続部の故障予測を行う故障予測素子及びこれを用いた回路基板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る故障予測素子は、はんだ接続された実装部品を搭載した基板に設けられた故障予測素子であって、基板又は実装部品に一端がそれぞれ固定された一対の支持脚部、及び一対の支持脚部の他端の各々により支持される犠牲破断部を有し、一対の支持脚部を介して犠牲破断部に基板にかかる振動を伝達する負荷増幅部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る故障予測素子及びこれを用いた回路基板にあっては、振動ストレス及び熱ストレスが回路基板に作用した場合に、後述する各実施の形態を利用し、犠牲破断部の寿命をはんだ接続部の寿命より短くなるように設計することではんだ接続部の故障予測を高い設計自由度により行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回路基板を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る回路基板の負荷増幅部の寸法の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る回路基板に振動ストレスが作用した場合の負荷増幅部の変形を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る回路基板が温度上昇した場合の負荷増幅部の変形を示す模式図である。
【図６】はんだを含む金属材料に対する耐久試験で得られた疲労寿命データに基づいて算出された近似式である疲労寿命式を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るＱＦＰ型パッケージと基板とのはんだ接続部を模擬した解析モデルの全体図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るＱＦＰ型パッケージと基板とのはんだ接続部を模擬した解析モデルの拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る図３の負荷増幅部の形状で数値解析を行うためにモデル化した解析モデルの全体図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る回路基板の故障予測の際の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る回路基板の負荷増幅部を実装部品上に配置した変形例を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る回路基板の負荷増幅部の変形例を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る回路基板の負荷増幅部の変形例を示す側面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施の形態７に係る回路基板を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態８に係る回路基板を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態９に係る回路基板を示す斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態１０に係る回路基板の負荷増幅部を示す側面図である。
【図２２】本発明の実施の形態１０に係る回路基板に振動ストレスが作用した場合の負荷増幅部の変形を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る回路基板１００を示す斜視図である。図２は図１の側面図である。回路基板１００は、はんだ接続された実装部品１を搭載した基板２と、基板２又は実装部品１に配置され基板２にかかる負荷を増幅する負荷増幅部６０と、負荷増幅部６０の電気的特性を測定する測定部５と、測定部５の測定結果に基づき、はんだ接続部の破断による故障を予測する故障予測部（図示省略）を備える。なお、故障予測素子は、測定部５、負荷増幅部６０、及び故障予測部を有する。
【００１３】
本実施の形態における方向を説明する。図１に示す通り、互いに直行するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を、それぞれ奥行方向、横方向、及び高さ方向（面外方向）であると定義して説明する。なお、説明の便宜上、上述のような座標系を設定して説明を行ったが、負荷増幅部６０の配置によりＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を適宜設定してもよいことは言うまでもない。
【００１４】
実装部品１は、ＢＧＡ型やＱＦＰ型といわれるパッケージ、又はコンデンサ、チップ抵抗等の電子部品であってもよく、基板２上に実装可能な電子部品であればよい。
【００１５】
図１及び図２に示す負荷増幅部６０は、一対のＬ字型の導体からなる支持脚部３と、一対の支持脚部３により支持された犠牲破断部（第１犠牲破断部）４とを有する。図中、犠牲破断部４は、基板２又は実装部品１に対して、基板２の面外方向（Ｚ方向）に離間して配置されている。なお、本実施の形態の犠牲破断４及び実施の形態２以降で説明する犠牲破断部４Ａ〜４Ｆは、第１犠牲破断部に相当する。支持脚部３の一端部は基板２に固定される。一対の支持脚部３の他端部は、犠牲破断部４の端部に固定される。換言すると、負荷増幅部６０は、基板２又は実装部品１に一端がそれぞれ固定された一対の支持脚部３、及び一対の支持脚部３の他端の各々により支持される犠牲破断部４を有する。犠牲破断部４は基板２上のはんだ接続部よりも寿命が短くなるように設計する必要がある。設計方法の具体例については、後述することとする。
【００１６】
支持脚部３は、脚体３１及び架橋連結部３２を有する。図２中、脚体３１は点線よりもＹ方向において外側の部分である。また架橋連結部３２は点線よりもＹ方向において内側の部分である。また、架橋部６は、犠牲破断部４の両端にそれぞれ１つの架橋連結部３２が連結することで構成される。なお、支持脚部３は、Ｌ字に限らず、一方の端部が他方の端部に対して湾曲した形状でもよく、犠牲破断部４の両端を挟み込むことで支持する構成とすることができれば、その形状はいずれでもよい。
【００１７】
脚体３１と基板２との固定はネジ、ボルト等で機械的に行われる。これにより犠牲破断部４が破断する前に負荷増幅部６０と基板２との固定が解除されない。犠牲破断部４が破断する前に負荷増幅部６０と基板２との固定が解除されないのであれば、機械的な接続の他に、接着剤を介して行ってもよく、はんだ接続を行ってもよいことは言うまでもない。
【００１８】
ここで、負荷増幅部６０の形状の変形例について述べる。実施の形態では、負荷増幅部６０の内周面は、そのＹ−Ｚ断面における断面形状が矩形である例を示しているが、円の一部、又は楕円の一部であってもよい。さらに、この負荷増幅部６０において負荷が増幅されるものであれば、負荷増幅部６０の内周面の断面形状はいずれの形状でもよい。
【００１９】
さらに負荷増幅部６０の部材構成の変形例を説明する。本実施の形態では支持脚部３及び犠牲破断部４を異なる部材で構成する例を挙げて説明するが、支持脚部３及び犠牲破断部４が同一部材で構成されていてもよく、負荷増幅部６０の一部が基板２にかかる負荷により、はんだ接続部よりも早く破断される構成であればよい。
【００２０】
また、支持脚部３及び犠牲破断部４は、それぞれ銅及びはんだ（例えば、鉛フリーはんだＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）で構成される。例えば支持脚部３及び犠牲破断部４は、導電性の材料で構成されていれば上述したものとは異なる部材で構成されていてもよく、はんだ材、Ａｇペースト、導電性樹脂、又は表面にメタライズ層を有し導電性を持たせた非導電性材料等でもよい。
【００２１】
ここで、インバータ及びサーボモータに用いられる負荷増幅部６０の形状の１例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における負荷増幅部６０の寸法の一例を示す斜視図である。図中、負荷増幅部６０の横幅Ｌ１、奥行きＬ２、高さＬ３、及び幅Ｌ４が、それぞれ２５ミリメートル（以下、「ｍｍ」）、１．０ｍｍ、６．０ｍｍ、及び０．１０ｍｍである。また、犠牲破断部４の幅Ｌ５は２．０ｍｍである。
【００２２】
支持脚部３と犠牲破断部４を異なる材料で構成し、支持脚部３に比べて犠牲破断部４を破断強度が低い低強度部材とすれば、犠牲破断部４を一層破断させやすくなり、負荷増幅部６０の形状をより自由に設計できる。これにより、基板２に作用する熱ストレス、又は振動ストレスに対してはんだ接続部に対する犠牲破断部４の早期破断を、より高い信頼性をもって実現できる。
【００２３】
犠牲破断部４はき裂の進展や破断によって、その電気的特性例えば直流抵抗値が変化する。犠牲破断部４、もしくは支持脚部３と犠牲破断部４からなる負荷増幅部６０の電気的特性を測定部５で測定することで、後述する方法によりはんだ接続部の故障予測を行う。なお、測定する電気的特性は、直流抵抗値の代わりにインピーダンス等でもよく、コンデンサ、コイル等であればキャパシタ又はインダクタンスの値であってもよい。
【００２４】
電子機器、特にサーボモータ、インバータ等に搭載される基板２には、振動ストレス、熱ストレス等が繰り返し作用する。これらのストレスは、基板２が搭載された機器の動作状態、及び使用環境（周囲温度、湿度、振動状態等）に起因するものである。以下、振動ストレス及び熱ストレスによる基板２及び基板２に搭載された電子部品に対する影響を説明する。
【００２５】
まず、図４を用いて振動ストレスによる基板２等に対する影響を説明する。図４は、基板２に振動ストレスが作用した場合の、支持脚部３と犠牲破断部４から構成される負荷増幅部６０の変形の模式図である。面外方向（Ｚ方向）における変形により、犠牲破断部４の面外方向（Ｚ方向）に対する一方の表面には引張応力が、もう一方の表面には圧縮応力が作用する。基板２に振動ストレスが作用する間、犠牲破断部４にはこれらの応力が繰り返し作用するため、犠牲破断部４にはき裂が発生及び進展し、最終的に破断に至る。
【００２６】
ここで、振動ストレスによる負荷増幅部６０の変形を説明する。負荷増幅部６０は、基板２に振動ストレスが作用した場合、基板２に対して面外方向（Ｚ方向）に変形する。犠牲破断部４の下部に空隙部６ａが形成されているため、基板２に制限されることなく犠牲破断部４が面外方向（Ｚ方向）に変形する。これにより基板２の振動は、負荷増幅部６０で後述の通り増幅され、振動ストレスが繰り返し作用することで、犠牲破断部４が破断に至る。
【００２７】
負荷増幅部６０における振動ストレスの増幅について以下に説明する。本実施の形態の負荷増幅部６０は、犠牲破断部４が一対の支持脚部３により支持される構造であるため、一対の支持脚部３の脚体３１のそれぞれに伝達された振動は、一対の脚体３１の各々に対応する架橋連結部３２を経て犠牲破断部４に伝達される。ここで、一対の脚体３１の各々から負荷増幅部６０の中央部に向かい振動が伝達されるため、負荷増幅部６０の例えば中央部において振動が強め合い、面外方向（Ｚ方向）の変形（応力）が基板２上の振動に比べて大きくなる。本実施の形態では、面外方向（Ｚ方向）の変形（応力）が大きくなる箇所に犠牲破断部４を配置することで、基板２のはんだ接続部よりも犠牲破断部４が早期に破断する寿命に設計可能になる。なお、犠牲破断部４を配置する位置は、負荷増幅部６０の中央部に限らず、負荷増幅部６０上で振動が強め合う位置であればいずれの箇所でもよい。振動が強め合う位置は、基板２上で発生する振動特性（周波数、位相）及び負荷増幅部６０の物性特性により異なるため、負荷増幅部６０の形状及び物性特性によって、犠牲破断部４の位置を適宜設定してもよいことは言うまでもない。
【００２８】
本実施の形態では、負荷増幅部６０と基板２との間に犠牲破断部としてはんだ接続部を設ける構成ではなく、負荷増幅部６０に犠牲破断部４を設けた構成である。従って、基板２上の振動が増幅されないでそのまま伝達されるはんだ接続部に犠牲破断部を配置するのではなく、振動ストレスに対して変形が大きくなる箇所に犠牲破断部４を設けているため、振動ストレスが基板に負荷された場合において、実装部品１と基板２とのはんだ接続部の故障予測を高い設計自由度により行うことが可能になる。
【００２９】
また、本実施の形態の負荷増幅部６０は、犠牲破断部４の下に空隙部６ａが形成された構造である。従って、本実施の形態の負荷増幅部６０は、空隙部６ａを設けずに基板２上に犠牲破断部４を配置する構成とは異なり面外方向（Ｚ方向）における犠牲破断部４の変形を妨げるものがないため、はんだ接続部よりも犠牲破断部４を早期に破断させることがより確実に行える。
【００３０】
次に、図５を用いて熱ストレスによる基板２等に対する影響を説明する。また図５は、基板２に熱ストレスが作用した場合の、支持脚部３と犠牲破断部４から構成される負荷増幅部６０の変形の模式図である。基板２に熱ストレスが作用して基板２の温度が上昇した場合、基板２は図５の矢印の方向すなわち面内方向（Ｙ方向）に熱変形する。この基板２の熱変形によって、支持脚部３と犠牲破断部４は、引張応力により基板２の面内方向（Ｙ方向）に引き伸ばされるように変形する。一方、基板２の温度が低下した場合は、圧縮応力により図５の矢印と逆の方向に変形することになる。このような、熱ストレスが繰り返し作用すると、犠牲破断部４には面内方向（Ｙ方向）に一様に引張及び圧縮応力が繰り返し作用するため、犠牲破断部４にき裂が発生及び進展し、最終的には犠牲破断部４の破断に至る。
【００３１】
支持脚部３と犠牲破断部４からなる負荷増幅部６０の見かけの線膨張係数と回路基板の見かけの線膨張係数の値が異なる材料とすれば、熱ストレスが作用した場合に負荷増幅部６０は自由膨張による変形よりも大きく変形するため、これにより、熱ストレスに対しても、はんだ接続部よりも寿命が短い犠牲破断部を有する負荷増幅部６０を構成することができる。なお、見かけの線膨張係数とは、支持脚部３及び犠牲破断部４を一体の部材とみなした場合の線膨張係数である。また、負荷増幅部６０を搭載する実装部品１又は基板２の線膨張係数と負荷増幅部６０の見かけの線膨張係数との差を、はんだ接続部の故障予測をより効果的に行うことができる。例えば、基板２としてＦＲ−４基板（Ｆｌａｍｅ  Ｒｅｔａｒｄａｎｔ  Ｔｙｐｅ  ４）を用いた場合、その線膨張係数が１４〜１６（ｐｐｍ／Ｋ）であるので、見かけの線膨張係数が１９〜２１（ｐｐｍ／Ｋ）となる部材で負荷増幅部６０を構成すればよい。
【００３２】
はんだ接合部の故障を予測するためには、熱又は振動ストレスが基板２に作用したときの犠牲破断部４の寿命を、はんだ接続部の寿命に比べて短くなるように設計することが必要である。このような観点に基づいて、はんだ接続部および犠牲破断部４の寿命の設計方法の一例を述べる。
【００３３】
まず、基板２上のはんだ接合部における寿命予測を行う（詳細は後述）。次に、はんだ接合部における寿命予測の結果に基づいて、犠牲破断部４の構成（形状及び材料）を決定する。例えば、犠牲破断部４の寿命がはんだ接合部の寿命よりも予め設定されたサイクルだけ短くなるよう、犠牲破断部４を設計する。上述した設計方法でははんだ接合部の寿命から犠牲破断部４を設計したが、犠牲破断部４の構成に基づいて、はんだ接合部の構成（形状及び材料）を設計してもよいことは言うまでもない。
【００３４】
上述のとおり、はんだ接合部と犠牲破断部４との設計には、それぞれの部材の寿命を正確に予測することが必要になることから、はんだ接合部および犠牲破断部４の寿命を予測する方法を以下に説明する。
【００３５】
熱又は振動ストレスに対する寿命を予測する方法は以下のとおりである。まず（１）有限要素法による数値解析によるデータ（相当ひずみ範囲Δεeqv0）を算出し、次に（２）耐久試験で得られたはんだ接続部の疲労寿命式を算出する。最後に、上記（１）及び（２）の処理で得られたデータ及び疲労寿命式を用いて、寿命の予測を行う。
【００３６】
ここで、相当ひずみ範囲Δεeqvは、熱又は振動ストレスの１サイクル中に物体に作用する相当ひずみεeqvの最大値と最小値の差を表すパラメータである。上述した相当ひずみεeqvはミーゼス（Mｉｓeｓ）の条件より３軸応力状態において物体に生じる３つの主ひずみを用いて下記数式１で表されるパラメータである。なお、下記数式１におけるε1、ε2、及びε3は、例えば図３等の座標系では、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向における主ひずみを示す。またνはポアソン比を示す。以下、Δεeqv0は上記（１）の処理で得られた値であるとし、Δεeqvは上記（２）の処理で得られた値であるとする。
【００３７】
【数１】
0006573039.tif 000002
【００３８】
まず、上記（１）数値解析によるデータ（相当ひずみ範囲Δεeqv0）について、その算出方法を説明する。実装部品１、基板２、及び、基板２と実装部品１とを接続するはんだ接続部について、解析モデルを作成する。次に、作成した解析モデルを用いて、基板２に作用する熱や振動等のストレスを作用させた場合を模擬したシミュレーションを行う。このシミュレーションを行うことにより、はんだ接続部に実際に作用する相当ひずみ範囲Δεeqv0が算出できる。
【００３９】
次に、上記（２）疲労寿命式の算出方法を、以下に説明する。図６は、はんだを含む金属材料に対する耐久試験で得られた疲労寿命データに基づいて算出された近似式である、疲労寿命式を示す模式図である。図中、相当ひずみ範囲Δεeqvが縦軸に、そして繰り返し数（寿命）Ｎfが横軸に示されている。図中の線分は、疲労寿命式を図示したものであり、この疲労寿命式は、疲労寿命データを下記数式２の形式で近似した近似式である。この数式２におけるα及びβは、近似式のパラメータであり、はんだ接合部の材料及び破壊モードに対応して異なる値を取る。なお、上述した疲労寿命データは、相当ひずみ範囲Δεeqvと繰り返し数（寿命）Ｎfからなるデータセットを複数有するデータであるが、図６では各データセットの図示を省略し、疲労寿命式（近似式）のみを図示している。
【００４０】
【数２】
0006573039.tif 000003
【００４１】
最後に、相当ひずみ範囲Δεeqv0を上記数式２の左辺に代入し、繰り返し数（寿命）Ｎfについて解くと、Ｎf＝Ｎ0が導出される。このＮ0がはんだ接続部の予測寿命となる。
【００４２】
ここで、はんだ接続部及び犠牲破断部４の設計方法を具体的に説明する。破壊モードを熱ストレスによるものとし、熱ストレスは、ヒートサイクル（温度範囲−６５℃〜９５℃）で作用させる。また、はんだ接続部は、ＱＦＰ型パッケージと基板２を接続するものとし、はんだ接続部は共晶はんだ（鉛Ｐｂ：３７％、スズＳｎ：６３％）により構成されているとする。図７はＱＦＰ型パッケージと基板２とのはんだ接続部を模擬した解析モデルの全体図を表しており、図８は図７の解析モデルのはんだ接続部の拡大図を表している。
【００４３】
まず、上記（１）の処理において、温度範囲−６５℃〜９５℃のヒートサイクルを模擬した数値解析による計算を行い、はんだ接続部に作用する相当ひずみ範囲Δεeqv0を推定する。
【００４４】
なお、ＢＧＡ型やＱＦＰ型といったパッケージ等では、図８で図示したとおり、複数のはんだ接続部を有する。このような複数のはんだ接合部において、複数のはんだ接合部が互いに異なる形状を有する場合は、はんだ接合部ごとに異なる方向の応力が発生し、はんだ接合部ごとの破壊モードが異なることがある。この場合は、複数のはんだ接合部のうち例えば最も寿命が短くなる（相当ひずみ範囲が最も大きくなる）はんだ接続部に着目して上記（１）の処理で得られた相当ひずみ範囲Δεeqv0および上記（２）の処理で得られた疲労寿命式を用いて、寿命予測を行う。
【００４５】
ＱＦＰ型パッケージの複数のはんだ接続部（図８に図示）のうち、このパッケージの角部（図中、最も手前側に位置する部分）のリードのはんだ接続部は、その相当ひずみ範囲がΔεeqv0が８．８×１０-3となり、最大の相当ひずみ範囲Δεeqv0を有するため、このはんだ接続部について、寿命予測を行う。
【００４６】
また、上記（２）疲労寿命式の算出については、共晶はんだに対する熱サイクル試験を実施することで、疲労寿命データを取得する。取得した疲労寿命データから、上記数式２の係数α、βが、それぞれ０．３８、０．４４と算出され、この算出された係数の値を上記の数式２に代入することにより、下記数式３（疲労寿命式）が導出される。
【００４７】
【数３】
0006573039.tif 000004
【００４８】
以上のことから、上述のとおり相当ひずみ範囲Δεeqv0は８．８×１０-3であるので、この値を上記数式３の左辺に代入すると、はんだ接続部の寿命Ｎf（Ｎ0）は５２０７サイクルと推定できる。
【００４９】
犠牲破断部４についても、はんだ接続部と同様に寿命を推定することができる。まず、上記（１）のとおり犠牲破断部４に作用する相当ひずみ範囲Δεeqv0を推定する。ここで負荷増幅部６０の形状は図３に示した形状とする。図９は、図３の負荷増幅部６０の形状で数値解析を行うためにモデル化した解析モデルを表している。
【００５０】
犠牲破断部４の材料をはんだ接続部と同じ共晶はんだとし、支持脚部３は無酸素銅、基板はＦＲ―４で構成されているとし、はんだ接続部の数値解析と同様に温度範囲−６５℃〜９５℃のヒートサイクルを模擬した計算を行うと、犠牲破断部４の相当ひずみ範囲Δεeqv0は、９．６×１０-3となった。この導出された値を上記数式３に代入すると、犠牲破断部４の寿命Ｎfは４２７３サイクルと推定できる。
【００５１】
この例の構成によれば、犠牲破断部４の寿命がはんだ接続部より短く設計できている。つまり、はんだ接続部よりも犠牲破断部４を早期に破断させることができるため、はんだ接続部が破断する前に故障予測素子が故障を予測することができる。なお、本実施の形態では、一例として図３に示した負荷増幅部６０を例に挙げて説明したが。負荷増幅部６０の構成は、図３の例に限らず、はんだ接合部よりも寿命を短くできる構成（形状、材料）であればいずれの構成であってもよい。
【００５２】
上述の例のように、犠牲破断部４がはんだ接続部と同じ材料で構成され、かつ、犠牲破断部４とはんだ接続部に作用する破壊モードが同じである場合には、疲労寿命式は、はんだ接合部で算出された式を用いてもよい。もちろん、上述のような場合であっても犠牲破断部４に対してもはんだ接続部と同様に耐久試験によって得られた疲労寿命データを用いてもよい。
【００５３】
一方で、犠牲破断部４がはんだ接続部と異なる材料で構成されている場合又は犠牲破断部４とはんだ接続部に作用する破壊モードが互いに異なる場合は、犠牲破断部４とはんだ接続部のそれぞれについて耐久試験を行うことにより疲労寿命データを取得し、取得した疲労寿命データから疲労寿命式を算出する。
【００５４】
熱ストレスが基板２に作用する場合を例に、はんだ接続部と犠牲破断部４の寿命設計の方法を説明したが、振動ストレスが基板２に作用する場合についても同様に寿命設計が可能である。また、犠牲破断部４の寿命を短くするには、犠牲破断部４に作用する、ひずみ（応力）を増加させる方法と犠牲破断部４の強度を低下させる方法の２通りが存在するが、それらの方法は後述する実施の形態にて詳細に説明する。
【００５５】
以下では、図１０を用いて本実施の形態に係る動作を説明する。図１０は、本発明の実施の形態１における故障予測の際の動作を示すフローチャートである。前述の通り、負荷増幅部６０は測定部５に接続されており、測定部５は定期的あるいは不定期的に負荷増幅部６０の電気抵抗値を測定する（ステップＳ１）。
【００５６】
故障予測部は、電気抵抗値が所定のしきい値を超えた時点で断線が発生したものと判断し（ステップＳ２）、断線信号を出力する（ステップＳ３）。
【００５７】
電気抵抗値を測定（監視）するタイミングとしては、例えば温度変動の大きい電源ＯＮ時である。電源ＯＮ状態が継続している場合には一定時間間隔で監視を行ってもよい。電気抵抗値の変化に基づいて断線が判定された場合に出力される断線信号をアラームとして表示器等に表示すれば、接合部の損傷値が高くなり破断が近いことをユーザが未然に知ることができる。また断線信号の発生と同時にデータのバックアップを取得する手段を設けることも好ましい。この場合、故障発生によりデータが失われるリスクを回避することが可能となる（ステップＳ４）。
【００５８】
なお、上述の構成では故障予測を行う動作を説明したが、電気的特性の変化により、以下に示す方法で、はんだ接続部の損傷度を推定してもよい。
【００５９】
損傷度の推定方法の一例を以下で説明する。図示を省略した故障予測部は、測定部５により測定された負荷増幅部６０の電気的特性と、損傷・電気的特性データベースに従って、はんだ接続部の損傷度を求める。なお、損傷・電気的特性データベースは、負荷増幅部６０の電気的特性と、はんだ接続部の損傷とを対応づけて保持されたものであり、実験により導出された結果を予め蓄積することで作成されたものである。
【００６０】
図１１は、本発明の実施の形態１における負荷増幅部６０を実装部品上に配置した変形例を示す側面図である。上述の説明では基板２上に負荷増幅部６０を配置した構成を説明したが、基板２上に実装されている実装部品１の上に負荷増幅部６０を設ける構成としてもよい。これにより、基板２上に実装する部品点数を減らすことができ、部品を実装するための工数を削減でき、コスト低減に繋がる。また、負荷増幅部６０のために基板上の面積を割当てなくてもよいため、基板２上の高密度実装が実現できる。
【００６１】
図１２は本発明の実施の形態１に係る負荷増幅部６０の変形例を示す側面図である。図中、犠牲破断部４は基板２（実装部品１）と接触して配置される。より詳細には、架橋連結部３２の厚み（Ｚ方向）は脚体３１の長さ（Ｚ方向）と同じ又はこの長さよりも大きくなるように構成されている。
【００６２】
図１２に示すような、犠牲破断部４と基板２が接触している構成では、振動ストレスによる犠牲破断部４の面外方向（Ｚ方向）の変形が妨げられる場合がある。このような場合は、犠牲破断部４のひずみを増加させる方法でなく犠牲破断部４の強度を低下させる方法を用いることで、はんだ接続部の寿命より犠牲破断部４の寿命を短くなるよう構成すればよい。
【００６３】
なお、上述した「基板２と犠牲破断部４とが接触する」とは、犠牲破断部４と基板２（実装部品１）が隙間なく密着する場合の他にも、はんだ接続部の高さ（例えば２〜３ミリメートル以下）に相当する隙間が犠牲破断部４と基板２（実装部品１）の間に設けられる場合を含む。
【００６４】
本発明の実施の形態１では、振動ストレスに対して変形が大きくなる箇所に犠牲破断部４を設けているため、設計自由度の高い構造により振動ストレスに起因するはんだ接続部の故障予測を行うことができる。
【００６５】
実施の形態２．
図１３は実施の形態２に係る回路基板の負荷増幅部６０Ａの形状を模式的に表している。実施の形態１では支持脚部３及び犠牲破断部４のＺ方向における厚みは同じであった。一方で、本実施の形態の犠牲破断部４ＡのＺ方向の厚みが支持脚部３に比べて小さく形成される。なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００６６】
本実施の形態に係る回路基板は、犠牲破断部４Ａの面外方向（Ｚ方向）における厚みを支持脚部３の厚みよりも小さくする構成である。この構成によれば、振動ストレス、熱ストレスの片方もしくは両方が基板２に作用した場合に犠牲破断部４Ａの変形（応力）を大きくでき、犠牲破断部４Ａ内のき裂の進展距離を短くでき、より破断させやすい構造とすることができる。さらに部材の厚み、長さ、断面積等を調整することで、犠牲破断部４Ａを目的の寿命に設計できる。また、各実装部品１のはんだ接続部について、犠牲破断部４Ａとの寿命の違いに関する情報を予め取得すれば、はんだ接続部の余寿命の予測をより正確に行うことができる。
【００６７】
本実施の形態では、犠牲破断部４Ａと支持脚部３との形状を互いに異なるように構成した。これにより、実施の形態１に加えて、犠牲破断部４Ａを目的の破断寿命に設計しやすい構造とすることができるという効果を有する。
【００６８】
実施の形態３．
図１４は、実施の形態３に係る回路基板の負荷増幅部６０Ｂの形状の例を模式的に表しており、図１５は、図１４に示した負荷増幅部６０Ｂの変形例である負荷増幅部６０Ｃの形状を示す図である。実施の形態３における犠牲破断部４Ｂ、４Ｃは、切り欠きを有する点が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００６９】
本実施の形態の負荷増幅部６０Ｂ及び６０Ｃは、それぞれ矩形の切欠き７Ａ（図１４に図示）を有する犠牲破断部４Ｂ、及び三角形の切欠き７Ｂ（図１５に図示）を有する犠牲破断部４Ｃを備える。架橋部６Ｂ及び６Ｃにおいて、犠牲破断部のＺ方向の厚みが小さくなるのであれば、切欠きの形状はいずれでもよい。なお、図１４及び図１５において、基板２の面外方向（Ｚ方向）の両側面に対して対称に切欠きが入っているが、一方の側面のみに切欠き７Ａ又は７Ｂを設けてもよい。また、切欠きの配置場所は、面外方向（Ｚ方向）のみに限定されるものではなく、Ｘ方向又はＹ方向にも同様に切欠きを設けてもよく、負荷増幅部６０Ｂ、６０Ｃの支持脚部３の強度よりも、犠牲破断部の強度が低強度となるように構成されていればよい。
【００７０】
この構成によれば、実施の形態２と同様の効果が得られるだけでなく、実施の形態２に比べて加工の手間を削減することができる。
【００７１】
実施の形態４．
本実施の負荷増幅部６０は、その固有振動数が基板２に作用する振動ストレスの周波数と同じになる形状にする。負荷増幅部６０の固有振動数を変更する方法として、負荷増幅部６０の長手方向の長さ、幅、及び厚さを変更する方法がある。
【００７２】
基板２に入力される振動の周波数により負荷増幅部６０の振幅が変化する。一般的に、部材の固有振動数に近い振動が入力されると、その部材は共振を始め、部材に作用する応力が大きくなる。例えば、図３に示した寸法により負荷増幅部６０を構成した場合、負荷増幅部６０の固有振動数は４９０ヘルツである。ここで、支持脚部３及び犠牲破断部４の物性特性として、弾性係数がそれぞれ１２３及び４２（ギガパスカル）であり、ポアソン比が０．３３及び０．３６であり、密度がそれぞれ８８８０及び７４００（キログラム／立方メートル）である。また、図３では支持脚部３（銅）及び犠牲破断部４（鉛フリーはんだ）を互いに異なる材料により構成していたが、支持脚部３及び犠牲破断部４を同じ材料すなわち銅で構成した場合には、負荷増幅部６０の固有振動数が５２５Ｈｚになる。このように、材料、形状を変更することで、任意の固有振動数を有するように負荷増幅部６０を構成できる。この構成により、基板２に入力される振動の周波数に負荷増幅部６０の固有振動数を一致させることができるため、基板２にかかる振動が負荷増幅部６０において効果的に増幅され、犠牲破断部４を確実に破断できるという効果がある。
【００７３】
本実施の形態では、負荷増幅部６０の固有振動数を含む帯域に渡る振動ストレスが基板２に作用した場合、負荷増幅部６０は共振して犠牲破断部４に作用する変形（応力）を大きくできる。これにより、振動ストレスに対して犠牲破断部４を目的の寿命に設計でき、実施の形態１の効果に加え、振動ストレスに対する基板２と実装部品１との接合部の寿命を正確に予測することができる。
【００７４】
実施の形態５．
図１６は実施の形態５に係る回路基板の負荷増幅部６０Ｄの形状を模式的に表している。実施の形態５における負荷増幅部６０Ｄは、犠牲破断部の上面に載置体８を載置する点が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００７５】
本実施の形態に係る回路基板によれば、犠牲破断部４の質量を増加させることができるので、基板２に振動ストレスが作用した場合、犠牲破断部４に作用する面外方向（Ｚ方向）の変形（応力）を大きくすることができる。その結果、振動ストレスに対してより早期に犠牲破断部４を破断させることができ、実装部品１と基板２との間のはんだ接続部の破断が発生する前の段階で、より確実に犠牲破断部４を破断させることができる。これにより、犠牲破断部４の破断の前にはんだ接続部が破断してしまい、はんだ接続部の破断が検知できない可能性が一層低減できる。
【００７６】
また、載置体８を設けることで架橋部６Ｄ又は負荷増幅部６０Ｄの固有振動数を小さくすることができる。載置体８の重量を調整することで、目的とする固有振動数に容易に調整することができる。これにより、負荷増幅部６０Ｄの固有振動数を含む広帯域の周波数の振動ストレスが外部から基板２に作用した場合、実施の形態４と同様に犠牲破断部４の変形（応力）を大きくする効果がある。なお、犠牲破断部４に貼り付ける載置体８は非導電性材料が好ましい。導電性材料の場合、犠牲破断部４が破断した後でも電流の経路となりえるため、電気的特性の変化の検知、つまり、犠牲破断部４の破断の検知が難しくなる可能性がある。従って、導電性材料を用いる場合であれば、この絶縁材料の周りを絶縁樹脂等の絶縁部材で被覆すれば載置体８が通電経路となることがなく、犠牲破断部４の破断を確実に検知できる。
【００７７】
本実施の形態では犠牲破断部４の上面に配置された載置体８を備えた構成である。これにより、実施の形態１の効果に加えて犠牲破断部４が破断する前にはんだ接続部が破断する可能性を一層低減できるという効果を有する。
【００７８】
実施の形態６．
図１７は実施の形態６に係る回路基板の負荷増幅部６０Ｅの形状を模式的に表している。図中、負荷増幅部６０Ｅを構成する際、架橋連結部３２Ａは実線に示す位置から破線で示す位置に移動され、犠牲破断部４の両端に固定される。
【００７９】
実施の形態６における負荷増幅部６０Ｅは、弾性力が負荷された状態の一対の支持脚部３Ａが犠牲破断部４に固定されて構成される点が実施の形態１と異なる。換言すると、犠牲破断部４は、弾性力が負荷された状態の一対の架橋連結部３２Ａで挟み込まれた状態で固定される。本実施の形態の支持脚部３Ａはバネのような弾性を有する弾性部材で構成される。弾性部材からなる支持脚部３Ａは、自然長よりも伸長又は圧縮された状態で犠牲破断部と接合された構成である。これにより、支持脚部３Ａは犠牲破断部４から面内方向（Ｙ方向）の応力を受けた状態で犠牲破断部４に固定される。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００８０】
本実施の形態の支持脚部３Ａは、架橋部６Ｅの架橋連結部３２Ａを実施の形態１のように基板２に対して水平にではなく面外方向（Ｚ方向）に曲がった形状とし、この支持脚部３Ａに弾性力を作用させながら犠牲破断部４の両端に接続された構成である。この構成によれば、基板２に振動ストレス、熱ストレスの片方もしくは両方が作用し、犠牲破断部４にき裂が生じた場合に、支持脚部３Ａに作用する弾性力によって犠牲破断部４のき裂が破断へと進展する。これにより、き裂から破断に至るまでの時間が短縮できるので、犠牲破断部４の電気的特性の変化を検知しやすく、基板２と実装部品１との接合部の寿命をより正確に予測することができる。
【００８１】
本実施の形態では、弾性力が負荷された状態の支持脚部３Ａにより接合された犠牲破断部４を備える構成である。これにより、犠牲破断部４にき裂が生じた後に、き裂から破断に至るまでの時間が短縮できるため、実施の形態１の効果に加えて犠牲破断部４の破断による負荷増幅部６０の電気的特性の変化が検知しやすくなるという効果を有する。
【００８２】
実施の形態７．
図１８は実施の形態７に係る回路基板の負荷増幅部６０Ｆの形状を模式的に表わしている。実施の形態７における負荷増幅部６０Ｆは、面外方向（Ｚ方向）に対して複数設けられた犠牲破断部４０Ａ〜４０Ｃを備える点が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００８３】
架橋部６Ｆにおいて、複数の犠牲破断部４０Ａ〜４０Ｃは、層状構造を形成するように基板２の面外方向（Ｚ方向）に配置される。換言すると、複数の犠牲破断部は、面外方向（Ｚ方向）に所定の距離を互いに離間させて配置され、図中では犠牲破断部４０Ａ、４０Ｂ間、及び犠牲破断部４０Ｂ、４０Ｃ間には空隙が形成されている。なお、図１８に示す負荷増幅部６０Ｆとは異なり空隙を設けずに複数の犠牲破断部４０Ａ〜４０Ｃを配置しても同様の効果を有する。
【００８４】
ストレス要因判別方法を説明する。複数の犠牲破断部の各々の電気的特性の変化を測定部５により測定し、複数の犠牲破断部の各々に関する測定部５の測定結果に基づき、犠牲破断部の破断状況すなわちそれぞれの破断された犠牲破断部のＺ方向における配置位置等がわかる。さらに、この犠牲破断部の破断状況により、振動ストレス及び熱ストレスのうち、どちらのストレスが故障の主な要因であったかを判別することができる。
【００８５】
上述したストレス要因判別方法の具体例を以下に説明する。実施の形態１で説明した通り、基板２に振動ストレスが作用すると、基板２の面外方向（Ｚ方向）に対する犠牲破断部の表面のストレスが大きくなるので、表面の犠牲破断部４０Ａ、４０Ｃから先に破断する。一方、熱ストレスが作用すると、犠牲破断部が基板２の面内方向（Ｙ方向）に変形する。これにより、犠牲破断部４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃそれぞれに同程度のストレスが作用するため、それぞれの犠牲破断部４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃが同時に破断する。
【００８６】
なお、上述の例では犠牲破断部４０Ａ、犠牲破断部４０Ｂ及び犠牲破断部４０Ｃを、それぞれ負荷増幅部６０Ｆの表面側、中央部側、及び裏面側に配置した。このように、裏面及び表面側のうち少なくとも一方、及び中央部側にそれぞれ犠牲破断部を設けることで犠牲破断部の数を削減する上で望ましい。しかし、利用できる犠牲破断部を増加させることができれば、犠牲破断部を任意に配置してもよいことは言うまでもない。
【００８７】
図１８では３つの犠牲破断部４０Ａ〜４０Ｃを設けた構成としているが、犠牲破断部が２つの場合でも、配置場所を調整すれば故障の要因を確認することは可能である。すなわち、高さ方向（Ｚ方向）における架橋連結部３２の中央部分に犠牲破断部の一方の層を配置すると共に、犠牲破断部の他方の層を表面側又は裏面側に配置すればよい。なお、上述の説明では、破断された犠牲破断部の配置位置に応じてストレス要因を判断したが、破断された犠牲破断部の個数に応じてストレス要因を判断する構成でもよい。この場合、破断された犠牲破断部の配置位置を判別するために複数の犠牲破断部各々の電気的特性の変化を測定する必要がない。従って、複数の犠牲破断部の全体としての電気的特性を測定すればよい。これにより測定部５と複数の犠牲破断部とを接続する回路構成を簡素化できる。
【００８８】
本実施の形態では負荷増幅部は、面外方向（Ｚ方向）で層状に配置された複数の犠牲破断部を備える構成である。これにより、実施の形態１の効果に加えて破断した犠牲破断部の位置からストレス要因の判別が可能であるという効果を有する。
【００８９】
実施の形態８．
図１９は実施の形態８に係る回路基板の負荷増幅部６０及び測定部５の構成を模式的に表している。実施の形態８における回路基板は、負荷増幅部６０を複数備える点が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００９０】
一般的に、部品にストレスが作用した場合、部品の製造ばらつきなどにより部品が破損に至るまでの寿命がばらつくことが知られている。本実施の形態の回路基板は、負荷増幅部６０及び測定部５を複数有する構成であるため、犠牲破断部４の寿命のばらつきも考慮することができ、実施の形態１に比べて基板２と実装部品１との接合部の故障予測精度を向上させることができる。なお、図１９では負荷増幅部６０及び測定部５を２組設けた構成であるが、２組に限定されるものではなく、負荷増幅部６０及び測定部５の数が多いほど故障予測精度が向上する。また、負荷増幅部６０の各々に測定部をそれぞれ設けた構成であるが、複数の負荷増幅部６０に対して１つの測定部がそれぞれの電気的特性を測定する構成であってもよい。
【００９１】
実施の形態８の変形例を以下に述べる。図１９では同様の破断寿命を有する負荷増幅部６０を複数配置する構成であるが、それぞれが異なる破断寿命を有する複数の負荷増幅部を用いて、はんだ接続部の余寿命を予測する構成でもよい。例えば、破断寿命が異なる３種類の負荷増幅部を設け、破断寿命が長い順に第１負荷増幅部、第２負荷増幅部、及び第３負荷増幅部とした場合、それぞれの負荷増幅部の破断の有無により余寿命を予測できる。詳細には、第３負荷増幅部には破断が発生し、第１及び第２負荷増幅部には破断が発生していない場合、寿命は第３負荷増幅部よりも長く第２負荷増幅部よりも短いと判断でき、負荷増幅部を１つだけ設けた場合に比べて、はんだ接続部に破断が発生するまでの時間すなわち余寿命を正確に予測することができる。
【００９２】
また、複数の負荷増幅部６０の配置方法については、図１９では複数の負荷増幅部６０をそれぞれの長手方向が互いに平行になるように配置した例を挙げているが、複数の負荷増幅部６０を平行に配置するだけでなく、複数の負荷増幅部６０を互いにその長手方向が垂直又は交差するように配置してもよい。これにより、基板２に加わる振動の向き又は基板２上の温度勾配により、ストレスの異方性が生じる場合にも適切に対応できる。具体的には、例えば、２つの負荷増幅部６０を、互いの長手方向が垂直又は交差するように配置する。すなわち、一方の犠牲破断部をその長手方向がＸ方向を向くように配置し、他方の犠牲破断部をその長手方向がＹ方向を向くように配置すると、一方の負荷増幅部６０を横方向の振動、他方を縦方向の振動に対応させることができる。従って、Ｘ方向、Ｙ方向のどちらかの方向の振動が生じた場合にも、少なくとも一方の負荷増幅部６０の犠牲破断部４が破断されることになり、故障予測を行うために用いることができる。また、図１９では負荷増幅部６０を２つ設けた例を説明しているが、負荷増幅部６０の個数は２つより多くともよいことは言うまでもない。
【００９３】
本実施の形態に係る回路基板によれば、負荷増幅部６０を複数有する構成である。これにより、負荷増幅部６０の個数、又は配置方法等を調整することで、実施の形態１の効果に加えて、故障予測の精度が向上するという効果を有する。
【００９４】
実施の形態９．
図２０は実施の形態９に係る回路基板の負荷増幅部６０Ｇの形状を模式的に表している。実施の形態９における回路基板は、Ｘ方向又はＹ方向に複数配列された犠牲破断部４Ｄ〜４Ｆを有する負荷増幅部６０Ｇを備える点が実施の形態１と異なる。本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００９５】
本実施の形態に係る回路基板は、櫛状に形成された複数の犠牲破断部４Ｄ〜４Ｆを有する負荷増幅部６０Ｇを備える構成である。換言すると、負荷増幅部６０Ｇは、基板２の面内方向に配置された複数の犠牲破断部４Ｄ〜４Ｆを備える。これにより、負荷増幅部６０Ｇと基板２とが接合する面積を削減できるため、実施の形態１の効果に加えて一層、高密度実装を実現できるという効果を有する。
【００９６】
実施の形態１０．
図２１は実施の形態１０に係る負荷増幅部６０Ｈの側面図を示す。実施の形態１０に係る負荷増幅部６０Ｈは、犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈ（第２犠牲破断部）を有する点が実施の形態１と異なる。この犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈは、脚体３１と架橋連結部３２とが連結された連結部分に設けられる。図中、脚体３１と架橋連結部３２との連結部分は、その全体が犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈで構成されるよう図示されているが、この連結部分の全体でなく一部だけが犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈで構成されていてもよい。なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみ説明を行うこととし、同じ又は対応する構成については説明を繰り返さない。
【００９７】
図２２は基板２に面内方向（Ｙ方向）に振動ストレスが作用した場合の負荷増幅部６０Ｈの変形を示す模式図である。基板２に面内方向（Ｙ方向）に振動ストレスが作用した場合、負荷増幅部６０Ｈは図２２の矢印の方向つまり面内方向に変形し、その脚体３１は曲がるように変形する。なお、犠牲破断部４と同様に犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈの寿命もはんだ接続部よりも短くなるように設計する必要がある。
【００９８】
犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈは脚体３１と架橋連結部３２の間に形成された部分であるため、この部分には、引張り応力と圧縮応力が繰り返し作用する。よって、犠牲破断部４Ｇ及び４Ｈにて、き裂が進展し最終的に破断に至る。基板２には、２方向すなわち（ア）面外方向（Ｚ方向）と（イ）面内方向（Ｙ方向又はＸ方向）の振動ストレスが作用する。上述の実施の形態では、上記（ア）の振動ストレスに対して寿命予測（はんだ接合部）を行う際に好適な構成である。一方、本実施の形態に係る負荷増幅部６０Ｈを備えた故障予測素子は、上記（ア）に加え（イ）の振動ストレスに対しても寿命予測（はんだ接続部）を行うことが可能である。
【００９９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０１００】
上記した本発明は、プリント基板を有する装置にて実施することができ、例えば、サーバやストレージ等の情報通信機器、インバータやプログラマブルロジックコントローラ等の産業機器、電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等の検査装置、陽子線治療装置や核磁気共鳴装置等の医療機器、エレベータやエスカレータ等の移動機器、自動車や鉄道車両の制御基板がある。また、これらに限定されず、その他プリント基板を有する電子機器に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  実装部品
２  基板
３、３Ａ  支持脚部
４、４Ａ〜４Ｆ  犠牲破断部（第１犠牲破断部）
４Ｇ、４Ｈ  犠牲破断部（第２犠牲破断部）
５  測定部
６  架橋部
８  載置体
３１  脚体
３２  架橋連結部
４０Ａ〜４０Ｃ  犠牲破断部
６０、６０Ａ〜６０Ｆ  負荷増幅部
１００  回路基板
【図１】
0006573039.tif 000005
【図２】
0006573039.tif 000006
【図３】
0006573039.tif 000007
【図４】
0006573039.tif 000008
【図５】
0006573039.tif 000009
【図６】
0006573039.tif 000010
【図７】
0006573039.tif 000011
【図８】
0006573039.tif 000012
【図９】
0006573039.tif 000013
【図１０】
0006573039.tif 000014
【図１１】
0006573039.tif 000015
【図１２】
0006573039.tif 000016
【図１３】
0006573039.tif 000017
【図１４】
0006573039.tif 000018
【図１５】
0006573039.tif 000019
【図１６】
0006573039.tif 000020
【図１７】
0006573039.tif 000021
【図１８】
0006573039.tif 000022
【図１９】
0006573039.tif 000023
【図２０】
0006573039.tif 000024
【図２１】
0006573039.tif 000025
【図２２】
0006573039.tif 000026