(57)【要約】  支持体（１２）には弾性体（１８）が連結される。弾性体（１８）には保持部材（１９）が取り付けられる。保持部材（１９）は被試験対象物（３１）を保持する。被試験対象物（３１）には物体（２４）がぶつけられる。こうして被試験対象物（３１）に衝撃が加えられる。衝撃で被試験対象物（３１）は自由振動に曝される。弾性体（１８）の弾性力は保持部材（１９）の移動を許容する。被試験対象物（３１）の自由振動の減衰はできる限り回避される。衝撃試験には自由振動の影響が十分に反映されることができる。
2007069336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、支持体に連結される弾性体と、弾性体に取り付けられて、被試験対象物を保持する保持部材と、被試験対象物にぶつけられる物体とを備えることを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の衝撃試験装置において、前記保持部材および被試験対象物の間で許容される相対移動距離は、前記保持部材および支持体の間で許容される相対移動距離より小さいことを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載の衝撃試験装置において、前記弾性体はコイルばねであることを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項４】
支持体と、支持体に固定される第１磁石と、第１磁石との反発力に基づき相対移動自在に支持体に支持される第２磁石と、第２磁石に取り付けられて、被試験対象物を保持する保持部材と、被試験対象物にぶつけられる物体とを備えることを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の衝撃試験装置において、前記保持部材および被試験対象物の間で許容される相対移動距離は、前記保持部材および支持体の間で許容される相対移動距離より小さいことを特徴とする衝撃試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被試験対象物に物体をぶつけて対象物の強度を試験する衝撃試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩパッケージおよびプリント基板の接合にあたってはんだバンプが用いられる。はんだバンプは例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を構成する。こうしたＢＧＡの接合強度の評価にあたって衝撃試験が実施される。衝撃試験ではプリント基板の４隅は支持台に固定される。このプリント基板に重りが打ち当てられる。その後、プリント基板およびＬＳＩパッケージの間で導通が検査される。
【特許文献１】日本国特開平５−９９７８４号公報
【発明の開示】
【０００３】
一般に、例えば携帯電話端末装置といった電子機器は落下の衝撃後に自由振動に曝される。発明者の観察によれば、そういった自由振動は大きく接合強度に影響することが確認された。これまでの衝撃試験では、プリント基板は支持台にねじ留めされることから、自由振動の影響は十分に反映されることができない。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、自由振動の影響を十分に反映させることができる衝撃試験装置を提供することを目的とする。
【０００５】
上記目的を達成するために、第１発明によれば、支持体と、支持体に連結される弾性体と、弾性体に取り付けられて、被試験対象物を保持する保持部材と、被試験対象物にぶつけられる物体とを備えることを特徴とする衝撃試験装置が提供される。
【０００６】
こうした衝撃試験装置によれば、被試験対象物は保持部材に保持される。保持部材は弾性体に取り付けられる。物体が被試験対象物にぶつけられると、被試験対象物に衝撃が加えられる。衝撃で被試験対象物は自由振動に曝される。このとき、弾性体の弾性力は保持部材の移動を許容する。被試験対象物の自由振動の減衰はできる限り回避される。衝撃試験には自由振動の影響が十分に反映されることができる。
【０００７】
こういった衝撃試験装置では、保持部材および被試験対象物の間で許容される相対移動距離は、保持部材および支持体の間で許容される相対移動距離より小さく設定されればよい。こうして保持部材は被試験対象物をしっかり保持する一方で、保持部材は弾性体の弾性力の働きで移動することができる。その結果、被試験対象物の移動は十分に許容される。その他、弾性体には例えばコイルばねが用いられてもよい。
【０００８】
第２発明によれば、支持体と、支持体に固定される第１磁石と、第１磁石との反発力に基づき相対移動自在に支持体に支持される第２磁石と、第２磁石に取り付けられて、被試験対象物を保持する保持部材と、被試験対象物にぶつけられる物体とを備えることを特徴とする衝撃試験装置が提供される。
【０００９】
こうした衝撃試験装置によれば、被試験対象物は保持部材に保持される。保持部材は第２磁石に取り付けられる。物体が被試験対象物にぶつけられると、被試験対象物に衝撃が加えられる。衝撃で被試験対象物は自由振動に曝される。第１および第２磁石の反発力は支持体に沿って第２磁石すなわち保持部材の移動を許容する。被試験対象物の自由振動の減衰はできる限り回避される。衝撃試験には自由振動の影響が十分に反映されることができる。
【００１０】
こういった衝撃試験装置では、保持部材および被試験対象物の間で許容される相対移動距離は、保持部材および支持体の間で許容される相対移動距離より小さく設定されればよい。こうして保持部材は被試験対象物をしっかり保持する一方で、保持部材は第１および第２磁石の反発力の働きで移動することができる。その結果、被試験対象物の移動は十分に許容される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る衝撃試験装置の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】衝撃試験装置に試験サンプルを取り付けた場面を概略的に示す斜視図である。
【図３】試験サンプルに向けて物体を自由落下させる場面を概略的に示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る衝撃試験装置の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】衝撃試験装置に試験サンプルを取り付けた場面を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。【００１３】
図１は本発明の第１実施形態に係る衝撃試験装置１１の構造を概略的に示す。衝撃試験装置１１は支持体１２を備える。支持体１２は、水平に広がるベース１３と、ベース１３から直立する例えば４本の支柱１４とから構成される。ベース１３には窓１５が区画される。ベース１３は例えば支持台（図示されず）に不動に固定される。ベース１３は例えばアルミニウムといった金属材料から形成されればよい。【００１４】
支柱１４はベース１３に固定される。各支柱１４は、ベース１３から直立する本体１６と、本体１６から突き出る上下１対の突片１７、１７とを備える。突片１７、１７同士は所定の間隔で離れる。突片１７は本体１６に一体化されればよい。突片１７は支柱１４からベース１３の表面に平行に水平に突き出る。本体１６や突片１７は例えばアルミニウムといった金属材料から一体に形成されればよい。【００１５】
各支柱１４では、突片１７、１７の間に１対の弾性体すなわちコイルばね１８、１８が直列に配置される。コイルばね１８、１８同士の間には保持部材１９が挟み込まれる。こうしてコイルばね１８は突片１７および保持部材１９を連結する。ここでは、保持部材１９は本体１６の側面から所定の間隔で離れる。【００１６】
保持部材１９には貫通孔２１が形成される。後述されるように、保持部材１９は被試験対象物すなわち試験サンプルを保持することができる。保持にあたって、貫通孔２１には例えばねじがねじ込まれればよい。コイルばね１８の弾性伸縮力は本体１６に沿って保持部材１９すなわち試験サンプルの上下移動を許容する。【００１７】
ベース１３の下方には高速度カメラ２２および光源すなわちライト２３が配置される。高速度カメラ２２は窓１５内の試験サンプルに向けられる。ここでは、高速度カメラ２２は、ベース１３の表面に直交する垂直方向に向けられる。ライト２３は例えば縞状に部分的に覆われる。その結果、ライト２３は窓１５内の試験サンプルにモアレ縞を投影することができる。投影されるモアレ縞は高速度カメラ２２で撮影される。【００１８】
高速度カメラ２２やライト２３にはコンピュータ装置（図示されず）が接続される。高速度カメラ２２で撮影された画像は画像データとしてコンピュータ装置に送り込まれる。コンピュータ装置では例えばソフトウェアプログラムの処理に基づき画像データが解析される。後述されるように、解析に基づき各種のデータが生成されることができる。【００１９】
ベース１３の上方には物体２４が配置される。物体２４は保持部材１９から例えば１ｍ程度の高さに配置されればよい。物体２４は例えばひも２５で吊り下げられる。物体２４はベース１３に向かって落下することができる。物体２４には例えば鋼球が用いられればよい。鋼球の重量は例えば１０ｇ〜数１０ｇ程度に設定されればよい。なお、物体２４には鋼球に代えて例えばハンマーや棒が利用されてもよい。【００２０】
周知の通り、物体２４には２度当て防止機構（図示されず）が連結される。試験サンプルにぶつけられる物体２４は試験サンプルに跳ね返される。２度当て防止機構は跳ね返りに基づく物体２３の２度当てを防止する。２度当て防止機構は前述のコンピュータ装置に接続されてもよい。こうして物体２４の落下高さや自由落下のタイミングといった条件はコンピュータ装置で自動的に設定されてもよい。【００２１】
いま、試験サンプルに衝撃が加えられる場面を想定する。図２に示されるように、衝撃試験装置１１には試験サンプル３１が取り付けられる。この試験サンプル３１は例えば樹脂製のプリント基板３２を備える。プリント基板３２は例えばねじ３３で保持部材１９に連結される。ねじ３３は保持部材１９の貫通孔２１にねじ込まれる。こうしてプリント基板３２は例えば水平面に沿って保持部材１９に保持される。【００２２】
図３を併せて参照し、試験サンプル３１は、プリント基板３２の表面に実装されるＬＳＩパッケージ３４を備える。ＬＳＩパッケージ３４は複数のはんだボール３５、３５…でプリント基板３２の導電パッド（図示されず）に接合される。はんだボール３５は例えば格子状に配置される。こうしたはんだボール３５はいわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を構成する。【００２３】
こうした衝撃試験装置１１では、試験サンプル３１はねじ３３で保持部材１９に固定される。その一方で、保持部材１９はコイルばね１８で支柱１４に連結される。したがって、試験サンプル３１および保持部材１９の間で許容される相対移動距離は、保持部材１９および支柱１４の間で許容される相対移動距離よりも著しく小さく設定される。【００２４】
図３から明らかなように、衝撃試験装置１１に試験サンプル３１が取り付けられると、プリント基板３２の表面はベース１３の窓１５に向き合わせられる。こうしてＬＳＩパッケージ３４やプリント基板３２の表面には高速度カメラ２２が向き合わせられる。ＬＳＩパッケージ３４やプリント基板３２の表面にはライト３３の働きでモアレ縞が生成される。物体２４は例えばＬＳＩパッケージ３４の真上に配置される。【００２５】
このとき、プリント基板３２の裏面に向かって物体２４が自由落下する。２度当て防止機構の働きで、物体２４は一度だけプリント基板３２の裏面にぶつけられる。ぶつかりの衝撃でプリント基板３２やＬＳＩパッケージ３４には歪みが生じる。歪みの影響で試験サンプル３１は自由振動に曝される。ＬＳＩパッケージ３４やプリント基板３２は特定の周波数で共振する。【００２６】
試験サンプル３１は保持部材１９にねじ３３で固定されることから、コイルばね１７の弾性伸縮力の働きで試験サンプル３１は保持部材１９とともに支柱１４に沿って上下方向に移動する。こうした上下移動に基づき試験サンプル３１の自由振動は維持される。時間の経過とともにコイルばね１７の弾性伸縮力で自由振動は減衰する。所定の時間の経過後、プリント基板３２は静止する。【００２７】
このとき、高速度カメラ２２で撮影されたＬＳＩパッケージ３２やプリント基板３２の表面のモアレ縞は画像データとしてコンピュータ装置に送り込まれる。例えば画像データは所定の時間間隔で生成される。コンピュータ装置では、時間の経過とともにモアレ縞の変形量が特定される。こうしてＬＳＩパッケージ３４の変形量やプリント基板３２の変形量は観察される。同時に、ＬＳＩパッケージ３４およびプリント基板３２の間で導通試験が実施される。導通の結果に基づきはんだボール３５のひび割れや破断といった破損の有無が判断される。【００２８】
こうした衝撃試験装置１１では衝撃試験は何度も繰り返されてもよい。例えば同一の物体２４が試験サンプル３１に繰り返しぶつけられてもよい。ぶつかる度に試験サンプル３１の変形量やはんだボール３５の破損が調査される。こうしてＬＳＩパッケージ３４およびプリント基板３２の間で接合強度は評価される。接合強度に応じて例えばＬＳＩパッケージ３４およびプリント基板３２の接合の耐用寿命が導き出される。【００２９】
その他、同一の構造を有する複数の試験サンプル３１に異なる重量の物体２４がぶつけられてもよい。こうして衝撃の大きさに対する振動の影響は評価される。その他、異なる構造を有する複数の試験サンプル３１に同一の重量の物体２４がぶつけられてもよい。例えば複数の試験サンプル３１で例えばはんだボール３５の材料の組成が変更されてもよい。こうして材料の組成に対する振動の影響は評価される。【００３０】
以上のような衝撃試験装置１１によれば、コイルばね１８の弾性伸縮力は試験サンプル３１の上下移動を許容する。すなわち、加えられる衝撃で試験サンプル３１は上下移動する。試験サンプル３１には実際の落下時に近い衝撃が加えられることができる。このとき、プリント基板３２やＬＳＩパッケージ３４は自由振動に曝される。コイルばね１８の弾性伸縮力の働きで自由振動の減衰は極力回避されることができる。衝撃後の自由振動の影響は衝撃試験に十分に反映されることができる。【００３１】
しかも、例えばコイルばね１８のばね定数や長さ、物体２４の重量、落下高さといった条件が変更されない限り、試験サンプル３１には同一の条件で同一の衝撃試験が繰り返し実施されることができる。例えばはんだボール３５の接合強度は正確に評価されることができる。その一方で、例えば試験サンプル３１の自由落下に基づくこれまでの衝撃試験は著しく再現性が低い。本発明の衝撃試験装置１１によれば、こうした試験の実施期間は著しく短縮されることができる。【００３２】
さらに、前述の衝撃試験が繰り返されれば、コンピュータ装置では、ＬＳＩパッケージ３４やプリント基板３２の変形量や振動の周期、振動の時間といったデータは高い精度で取得されることができる。こうして取得されるデータに基づき、例えば衝撃試験の数値シミュレーションに用いられるパラメータは導き出されることができる。同時に、例えば電子機器の各種部品の振動の減衰係数は推定されることができる。【００３３】
図４は本発明の第２実施形態に係る衝撃試験装置１１ａの構造を概略的に示す。この衝撃試験装置１１ａでは、支持体１２ａは、ベース１３に固定される例えば４本の支柱４１を備える。支柱４１の断面はＬ字形に区画される。４本の支柱４１、４１…同士では内向き面は相互に向き合わせられる。支柱４１は例えばアルミニウムといった金属材料から形成されればよい。【００３４】
支柱４１の内向き面には１対の第１磁石４２、４２が固定される。固定にあたって例えば接着剤やねじが用いられればよい。第１磁石４２、４２は所定の間隔で離れる。第１磁石４２、４２の間には第２磁石４３が配置される。第２磁石４３には前述の保持部材１９が取り付けられる。取り付けにあたって、保持部材１９は例えば１対の磁石に挟み込まれればよい。【００３５】
第１および第２磁石４２、４３には例えば永久磁石が用いられればよい。相互に向き合わせられる対向面で第１および第２磁石４２、４３の磁極は同一に揃えられる。その結果、第２磁石４３は第１磁石４２、４２同士の間で浮遊する。こうした第１磁石４２との反発力すなわち斥力は支柱４１に沿って第２磁石４３すなわち保持部材１９の上下移動を許容する。その他、前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。【００３６】
図５に示されるように、衝撃試験の実施にあたって、保持部材１９には試験サンプル３１が取り付けられる。取り付けにあたってねじ３３が用いられる。その一方で、保持部材１９は第１および第２磁石４２、４３で支柱１４に支持される。したがって、試験サンプル３１および保持部材１９の間で許容される相対移動距離は、保持部材１９および支柱１４の間で許容される相対移動距離よりも著しく小さく設定される。【００３７】
前述と同様に、物体２４はプリント基板３２の裏面に向かって自由落下する。２度当て防止機構の働きで、物体２４は一度だけプリント基板３２の裏面にぶつけられる。ぶつかりの衝撃で試験サンプル３１は自由振動に曝される。第１および第２磁石４２、４３の斥力の働きで試験サンプル３１は保持部材１９とともに支柱４１に沿って上下方向に移動する。試験サンプル３１の自由振動は維持される。時間の経過とともに第１および第２磁石４２、４３の斥力で自由振動は減衰する。所定の時間の経過後、プリント基板３２は静止する。【００３８】
このとき、前述と同様に、高速度カメラ２２で撮影されたモアレ縞の変形に基づきＬＳＩパッケージ３４自体の変形量やプリント基板３２の変形量は観察される。その一方で、ＬＳＩパッケージ３４やプリント基板３２の間で導通試験が実施される。こうしてＬＳＩパッケージ３４およびプリント基板３２の間で接合強度は計測される。こうした衝撃試験装置１１ａによれば、前述の衝撃試験装置１１と同様の作用効果が実現されることができる。【００３９】
その他、試験サンプル３１および保持部材１９は例えばはんだ材料ではんだ付けされてもよい。また、コイルばね１７のばね係数やコイルばね１７の長さ、第１および第２磁石４２、４３の斥力は試験サンプル３１に応じて適宜調整されればよい。さらにまた、第１および第２磁石４２、４３には永久磁石に代えて例えば電磁石が利用されてもよい。その他、試験サンプル３１には例えば携帯電話端末装置といった電子機器自体が取り付けられてもよい。こうして実際の衝撃に近い試験が実施されることができる。
【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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【国際調査報告】
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