(57)【要約】    【目的】はんだ試験片の機械的特性を面倒な操作をすることなく正確に且つ確実に試験できるはんだの機械的特性試験方法を提供する。    【構成】はんだ試験片のチャッキング部をチャッキングするチャッキング治具3として連結部30及びチャッキング部40からなる治具を用い、この治具３の試験片チャッキング手段として、対向して配置された一対の第1のチャッキング部材41及び第2のチャッキング部材42と4個のチャッキング用ボルト44とを備え、チャッキング部材41及び42の試験片チャッキング位置には、試験片の形状に合わされ、内面がチャッキング面412及び422となる凹部411及び421を有し、ここに鋸刃状突起413及び423を形成している。試験片のチャッキング部の表面は平滑面とし、この面に鋸刃状突起413及び423の痕跡が残るまでチャッキング用ボルト44を締め付けてチャッキング部に滑りを生じさせない。【選択図】        図１
2005337796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張試験機等の一対の試験片チャッキング治具ではんだ試験片の両端のチャッキング部をチャッキングし荷重を加えることによってはんだ試験片の機械的特性を試験するはんだの機械的特性試験方法であって、
前記はんだ試験片のチャッキング部の表面を平滑な状態とし、
前記試験片チャッキング治具のはんだ試験片チャッキング手段として、互いに対向して配置され、それぞれの対向面にはんだ試験片のチャッキング部の形状に合わされた形状の凹部を有し且つその凹部の表面に鋸刃状断面形状の突起を形成された一対のチャッキング部材と、両チャッキング部材をはんだ試験片のチャッキング部に押圧するための締付け手段と、を備えたチャッキング手段を用い、
試験片チャッキング治具ではんだ試験片のチャッキング部をチャッキングする際には、はんだ試験片のチャッキング部を一対のチャッキング部材の前記凹部に位置合わせした後、一対のチャッキング部材を前記締付け手段で締め付けることによって、はんだ試験片のチャッキング部にチャッキング部材の前記突起を、食い込んだ痕跡がはんだ試験片の平滑な表面に明確に残る程度に食い込ませる、
ことを特徴とするはんだの機械的特性試験方法。
【請求項２】
はんだ試験片の中央部を含む少なくとも1箇所以上に試験片の局部的な変形を測定するための伸縮計を装着し、且つ隣り合う伸縮計の間および端の伸縮計と前記試験片チャッキング治具との間の内の1箇所以上に試験片の変形を測定するための伸縮測定手段を装着して、試験片の中央部等の局部的な変形および伸縮測定手段を装着した部分の試験片の変形を測定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだの機械的特性の試験方法。
【請求項３】
前記伸縮測定手段として、ばね定数が既知のばね秤を用いる、
ことを特徴とする請求項２に記載のはんだの機械的特性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、延性材料であるはんだの機械的特性を試験するための評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置等の電子機器には高い信頼性が求められ、それに伴って実装技術にも高い信頼性が求められている。このため、回路基板へ実装される電子部品のはんだ接合部の機械的特性を試験することが求められ、引張試験や剪断試験等が実施される。しかし、電極パッドやリード部のめっき処理等に伴う表面状態、はんだ付け部の形状および供給されたはんだ量等によってはんだ接合部の状態が微妙に変化するので、実装状態のサンプルを使用して正確な強度データ（応力―ひずみ曲線）を取得することは困難である。そこで、JIS規格（JIS Z 3198-2）に沿ったはんだの試験片を作製し、これを引張試験等に供している。しかし、現状の試験片保持治具を用いると、延性に富む材料であるはんだの場合には、以下で説明するように、試験片のチャッキング部が試験中に滑りを生じ、伸び等を正確に測定することが困難である。
【０００３】
チャッキング部にねじ加工を施した試験片の場合には、試験機のチャッキング治具の溝形状とのミスマッチに伴って試験中に幾らかの滑りを発生する。特に、室温以上に加熱して試験する場合には、はんだが融点の低い材料であることに伴って、この問題は顕著になる。しかも、チャッキング治具の溝形状は使用に伴う磨耗によって変化するので、試験片の溝形状をチャッキング治具の溝形状に正確に合わせて加工することは困難である。
なお、参考までに記すと、チャッキング部にねじ加工を施した試験片を、ねじに対応する溝を有する２分割のチャッキング治具でチャッキングするものとしては、特許文献１に開示されている締付け装置がある。これは非常に簡単な構造に構成されていて、試験片を迅速にチャッキングできる。
また、上記のような問題点を避けるために、試験片には溝加工を施さないでチャッキングする定位置くさび付きつかみ治具が用いられている。この治具は、対向する２つのチャッキング部材を対向方向に移動させて試験片をチャッキングするものであり、チャッキング部材としては、図３に示すような、チャッキング面に鋸刃状突起11を有する鋸刃型チャッキング部材１や、図4に示すような、V溝21を有するV溝型チャッキング部材2等が用いられている。前者は、鋸刃状突起11を試験片に押し付けることによってこれを試験片に食い込ませてしっかりとチャッキングしようとするものであるが、試験片のチャッキング部が丸棒状である場合には、接触部が点接触に近くなるので、安定にチャッキングすることは困難である。後者は、図4からも分かるように、4箇所の接触部を有するので、前者より安定なチャッキング状態を得られるが、試験中に滑りを全く生じないというほど安定なチャッキング状態にはならない。
【特許文献１】特開平７−174678号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の課題は、上記のようなチャッキング部の不安定さを解消し、はんだ試験片の機械的特性を面倒な操作をすることなく正確に且つ確実に試験できるはんだの機械的特性試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、引張試験機等の一対の試験片チャッキング治具ではんだ試験片の両端のチャッキング部をチャッキングし荷重を加えることによってはんだ試験片の機械的特性を試験するはんだの機械的特性試験方法であって、前記はんだ試験片のチャッキング部の表面を平滑な状態とし、前記試験片チャッキング治具のはんだ試験片チャッキング手段として、互いに対向して配置され、それぞれの対向面にはんだ試験片のチャッキング部の形状に合わされた形状の凹部を有し且つその凹部の表面に鋸刃状断面形状の突起を形成された一対のチャッキング部材と、両チャッキング部材をはんだ試験片のチャッキング部に押圧するための締付け手段と、を備えたチャッキング手段を用い、試験片チャッキング治具ではんだ試験片のチャッキング部をチャッキングする際には、はんだ試験片のチャッキング部を一対のチャッキング部材の前記凹部に位置合わせした後、一対のチャッキング部材を前記締付け手段で締め付けることによって、はんだ試験片のチャッキング部にチャッキング部材の前記突起を、食い込んだ痕跡がはんだ試験片の平坦な表面に明確に残る程度に食い込ませる。
【０００６】
この発明においては、延性材料であるはんだの試験片のチャッキング部の表面を平滑な状態とし、このチャッキング部をチャッキングする一対のチャッキング部材には、チャッキング部の形状に合わされた形状で表面に鋸刃状断面形状の突起を形成された凹部が形成されており、この凹部とチャッキング部とが位置合わせされて締付け手段で締め付けられ、チャッキング部材の鋸刃状断面形状の突起が、食い込んだ痕跡を明確に残す程度に平滑な表面状態のチャッキング部に食い込まされるので、はんだ試験片のチャッキング部は、凹部への位置合わせと締付け手段の締付けという簡単な操作で確実に且つ安定にチャッキング部材にチャッキングされる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、はんだ試験片の中央部を含む少なくとも1箇所以上に試験片の局部的な変形を測定するための伸縮計を装着し、且つ隣り合う伸縮計の間および端の伸縮計と前記試験片チャッキング治具との間の内の1箇所以上に試験片の変形を測定するための伸縮測定手段を装着して、試験片の中央部等の局部的な変形および伸縮測定手段を装着した部分の試験片の変形を測定する。
【０００７】
この発明においては、伸縮計に加えて伸縮測定手段を装着しているので、伸縮計によって得られる局部的な変形データに加えて、伸縮測定手段を装着している部分毎の平均的な変形データが得られ、はんだ試験片の変形の状況がより詳しく把握される。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記伸縮測定手段として、ばね定数が既知のばね秤を用いる。
ばね定数が既知のばね秤は、最も一般的で安価で確実な伸縮測定手段であり、この目的には最適である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明においては、延性材料であるはんだの試験片のチャッキング部の表面を平滑な状態とし、このチャッキング部をチャッキングする一対のチャッキング部材には、チャッキング部の形状に合わされた形状で、表面に鋸刃状断面形状の突起を形成された凹部が形成されており、この凹部とチャッキング部とが位置合わせされて締付け手段で締め付けられ、チャッキング部材の鋸刃状断面形状の突起が、食い込んだ痕跡を明確に残す程度に平滑な表面状態のチャッキング部に食い込まされるので、はんだ試験片のチャッキング部は、凹部への位置合わせと締付け手段の締付けという簡単な操作で確実に且つ安定にチャッキング部材にチャッキングされ、試験片に荷重を印加してもチャッキング部に滑りを生ずることはない。したがって、この発明によれば、はんだ試験片の機械的特性を面倒な操作をすることなく正確に且つ確実に試験できるはんだの機械的特性試験方法を提供することができる。
【０００９】
請求項２の発明においては、伸縮計に加えて伸縮測定手段を装着しているので、伸縮計によって得られる局部的な変形データに加えて、伸縮測定手段を装着している部分毎の平均的な変形データが得られ、はんだ試験片の変形の状況がより詳しく把握される。
請求項３の発明においては、前記伸縮測定手段として、ばね定数が既知のばね秤を用いるが、ばね定数が既知のばね秤は、最も一般的で安価で確実な伸縮測定手段であり、この目的には最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明によるはんだの機械的特性試験方法は二つの特徴を有し、その一は、はんだが塑性変形し易い延性材料であることに基づいて、はんだ試験片のチャッキング部の表面を平滑にし、この平滑面の広い領域にチャッキング治具に形成した鋸刃状断面形状の突起を食い込ませて、滑りの生じ難いチャッキング方法としていることであり、その二は、はんだ試験片の局部的な変形を測定する伸縮計に加えて、ある長さの範囲の平均的な変形を測定するばね秤のような伸縮測定手段を用い、はんだ試験片のより詳しい変形データを取得することである。
以下において、実施例を用いてこの発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
この実施例は、上述した特徴のその一に対応するものであって、従来技術でチャッキング部が滑りを生じるのは、はんだの塑性変形し易さに起因することに着目し、はんだ試験片のチャッキング部とチャッキング治具のチャッキング部材との接触面積をできる限り大きくし、且つチャッキング部材をはんだ中に食い込ませるようにして、チャッキング部の滑りを極力抑制している。
図１は、この実施例を説明するためのチャッキング治具３の構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は第１のチャッキング部材41のチャッキング面412側の側面図、（ｄ）は第2のチャッキング部材42のチャッキング面422側の側面図、（ｅ）は鋸刃状突起413の斜視図である。
まず、チャッキング治具３の構成および構造から説明する。
【００１２】
チャッキング治具３は、引張試験機等の試験機に取り付けるための連結部30とはんだ試験片をチャッキングするためのチャッキング部40とで構成され、連結部30は、試験機に固定される連結軸31とチャッキング部40を取り付ける取付け板32とで構成され、チャッキング部40は、対向して配置された一対の第1のチャッキング部材41および第2のチャッキング部材42と、両チャッキング部材41および42をそれぞれに取付け板32に固定するための2個の固定用ボルト43と、両チャッキング部材41および42をはんだ試験片のチャッキング部に４点式ねじ締め方式によって締め付けるための4個のチャッキング用ボルト44とで構成されている。
両チャッキング部材41および42の対向面の中央には、はんだ試験片のチャッキング部の形状に合わされたそれぞれの凹部411および421が形成されている。これらの凹部411および421の内面にはそれぞれに鋸刃状断面形状の突起（図1では「鋸刃状突起」と記し、以下では「鋸刃状突起」という）413および423が形成され、この面がチャッキング面412および422となっている。チャッキング部材41には、チャッキング用ボルト44をねじ込むためのボルトねじ孔414が形成されており、チャッキング部材42には、チャッキング用ボルト44を通すためのボルト孔424が形成されている。両チャッキング部材41および42が取付け板32のチャッキング部取付け面321に接触する取付け面416および426の外寄りの位置には、固定用ボルト43を通すための固定用ボルト孔415および425がそれぞれに形成されている。
【００１３】
なお、鋸刃状突起413および423の断面形状を、突起の先端を頂点とする2等辺三角形にしているのは、はんだ試験片５に張力および圧力の両方の荷重を印加するためである。張力だけを印加する場合には、図3に示したような形状にすることも有効である。
鋸刃状突起413および423の先端の角度は、試験対象となるはんだの硬さにあわせて選定すればよいが、参考までに記すと、この実施例の場合は60度である。 
図1に示した鋸刃状突起413および423は、両チャッキング部材41および42が接触した状態で突起部の先端が円輪状になるように対称位置に形成されているが、対称でない位置に形成してもよく、突起部の先端が連続しないで一つ一つが独立した突起であってもよい。
次に、チャッキング方法を説明する。
まず、準備段階としては、はんだ試験片のチャッキング部を、上述したように、平滑な表面状態とし、上下一対のチャッキング治具３の連結部30をそれぞれの連結軸31で試験機に取り付ける。上下それぞれの連結部30には、第1のチャッキング部材41を上下位置合わせしてそれぞれの取付け板32に固定用ボルト43で固定し、第２のチャッキング部材42を、はんだ試験片のチャッキング部を収容するスペースを第1のチャッキング部材41との間に確保した状態で、それぞれの取付け板32に固定用ボルト43で緩く保持し、両チャッキング部材41および42をチャッキング用ボルト44で結合する。
【００１４】
次に、はんだ試験片のチャッキング部を上下のチャッキング治具３のそれぞれのチャッキング部材41の凹部411に位置合わせした後、はんだ試験片のチャッキング部を両チャッキング部材41および42で挟み込むように、チャッキング用ボルト44で第２のチャッキング部材42をはんだ試験片のチャッキング部に押し付け、更にチャッキング用ボルト44を締め付けることによって、はんだ試験片のチャッキング部に両チャッキング部材41および42の鋸刃状突起413および423を、食い込んだ痕跡がはんだ試験片の平坦な表面に明確に残る程度まで食い込ませる。この際には、第２のチャッキング部材42は取付け板32に固定用ボルト43で緩く保持されているので、取付け面426はチャッキング部取付け面321上を滑って移動する。所望の状態までチャッキング用ボルト44を締め付けた時点で、第２のチャッキング部材42を取付け板32に固定するために、固定用ボルト43をしっかりと締め、はんだ試験片のチャッキングが完了する。
【００１５】
この実施例によれば、凹部411および421の形状がはんだ試験片のチャッキング部の形状に合わされているので、鋸刃状突起413および423を広い面積にわたってはんだ試験片のチャッキング部に食い込ませることができ、その結果として、滑りを生じ難い確実なチャッキング状態を得ることができる。
【実施例２】
【００１６】
この実施例は、上述した特徴のその二に対応するものであって、実施例１で説明したチャッキング治具を用いてはんだ試験片を滑りを生じ難い確実なチャッキング状態にチャッキングし、伸縮計に加えて伸縮測定手段としてのばね秤を用いてはんだ試験片の部分毎の変形データを取得するものである。チャッキング部が滑りを生じないので、正確な変形データを得ることができる。
図２は、この実施例を説明するためのチャッキング治具3および3aとはんだ試験片５の近傍の構成を示す正面図である。
この実施例では、はんだ試験片５の下側のチャッキング部をチャッキングするチャッキング治具として実施例1で説明したチャッキング治具（図２では下側用治具）３を用い、上側のチャッキング部のチャッキング治具としては、実施例1で説明したチャッキング治具にばね秤取付け部427を取り付けた治具（図２では上側用治具）3aを用い、はんだ試験片５の中央部には、この部分の局部的な変形を測定するための伸縮計６を装着し、伸縮計６とばね秤取付け部427との間に、幾らかの張力をかけた状態を基準位置とするばね定数既知のばね秤７を装着している。
【００１７】
ばね秤７は、幾らかの張力をかけた状態を基準位置としているので、張力および圧力の両方を測定することができ、そのばね定数が既知であるので、測定された荷重値から変形量を容易に算出することができ、ばね秤７の影響を補正することも容易である。
この実施例によれば、試験機によって得られる荷重とはんだ試験片５全体の変形量との関係に加えて、荷重とはんだ試験片５の中央部の局部的な変形量との関係および荷重とはんだ試験片５の上半分の変形量との関係を得ることもできる。このように全体だけではなく部分毎の変形量も測定する測定方法は、全体として一様に変形しない可能性の高いはんだのような塑性変形し易い材料の機械的特性の測定方法として非常に有効である。
この実施例においては、伸縮計６をはんだ試験片５の中央の1箇所だけに装着し、伸縮測定手段としてのばね秤７を伸縮計６と上側用治具3aとの間だけに装着しているが、伸縮計６の装着箇所の数を増やし、伸縮計６間にもばね秤７を装着することも可能であり、下側用治具３をばね秤取付け部付きチャッキング治具3aに置き換えて、伸縮計６と下側用治具との間にばね秤７を装着することも可能である。伸縮計６およびばね秤７の装着数を増やすとはんだ試験片５の変形に関するより詳細なデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明によるはんだの機械的特性試験方法の実施例１を説明するためのチャッキング治具の構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は第１のチャッキング部材41のチャッキング面412側の側面図、（ｄ）は第2のチャッキング部材42のチャッキング面422側の側面図、（ｅ）は鋸刃状突起413の斜視図
【図２】この発明によるはんだの機械的特性試験方法の実施例２を説明するためのチャッキング治具3および3aとはんだ試験片５等の構成を示す正面図
【図３】鋸刃型チャッキング部材１の構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は鋸刃状突起11の拡大図
【図４】V溝型チャッキング部材2の構造を示す平面図
【符号の説明】
【００１９】
１  鋸刃型チャッキング部材
11  鋸刃状突起
２  V溝型チャッキング部材
21  V溝
３  チャッキング治具（下側用治具）
3a  チャッキング治具（上側用治具）
30  連結部
31  連結軸
32  取付け板
321  チャッキング部取付け面
40、40a  チャッキング部
41  第1のチャッキング部材
411  凹部                      412  チャッキング面
413  鋸刃状突起                414  ボルトねじ孔
415  固定用ボルト孔            416  取付け面
42、42a  第２のチャッキング部材
421  凹部                      422  チャッキング面
423  鋸刃状突起                424  ボルト孔
425  固定用ボルト孔            426  取付け面
427  ばね秤取付け部
43  固定用ボルト
44  チャッキング用ボルト
５  はんだ試験片
６  伸縮計
７  ばね秤
【図１】
2005337796.tif 000003
【図２】
2005337796.tif 000004
【図３】
2005337796.tif 000005
【図４】
2005337796.tif 000006