(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板にはんだで接合されたオス側コネクターと第２の基板にはんだで接合されたメス側コネクターとを結合した状態ではんだ接合部にねじり力を加えた場合の該ねじり力と上記はんだ接合部の回転角度を測定するねじり試験機であって、
上記オス側コネクター及びメス側コネクターの結合した状態での導通抵抗を測定する微小抵抗測定手段と、
上記はんだ接合部にねじり力を加えるねじり力供給手段と、
上記ねじり力を検出するトルクセンサーと、
上記回転角度を測定する角度計とを有し、
上記ねじり力供給手段により上記はんだ接合部にねじり力を加えながら上記微小抵抗測定手段により上記導通抵抗の変化を上記はんだ接合部の破壊の始まりから終わりまで測定するようにし、上記トルクセンサー及び上記角度計により上記はんだ接合部の破壊状況を観察できるようにしたことを特徴とするねじり試験機。
【請求項２】
請求項１記載のねじり試験機において、
上記はんだ接合部に所定のねじり力又は所定の回転角度を加えた状態で上記第１及び第２の基板と上記オス側及びメス側コネクターを保持する保持手段を設けたことを特徴とするねじり試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の実装基板に用いられている基板にはんだ接合によりコネクターを実装する時に生ずるはんだ接合部のねじりストレスを実装基板上で評価するためのねじり試験機に関し、信頼性評価機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板間を接続するために用いるコネクターに実装基板上で掛かっているねじりストレスを評価する方法としては、基板同士の角度ズレを測定し、この角度ズレを該コネクターに加わっているねじりストレスに代表させることが考えられる。
【０００３】
また、コネクターのねじりトルクを測定する方法としては、トルクレンチ又はトルクドライバーの先にコネクター形状のビットを形成し、そのビットを例えばコネクターのメス側に挿入し、そのトルクレンチ又はトルクドライバーでビットを回転させることにより、メス側のコネクターと基板との間のはんだ接合部の破壊後のトルクを測ることが考えられる。
【０００４】
図７は、従来のねじり試験機を模式的に示す側面図である。このねじり試験機は、コネクターの回転角度とねじりトルクを同時に測定できるものである。
【０００５】
図７に示すように、ねじり試験機はトルクドライバー１０５を有し、トルクドライバー１０５にはシャフト１０７を介してコネクター形状の治具ビット１０９が形成されている。治具ビット１０９には回転角度を測定するための延長目盛り針１１１が取り付けられている。
【０００６】
そして、基板１０１上にはんだ接合されたメス側コネクター１０３を、治具ビット１０９の下方に配置し、治具ビット１０９を下方に移動させ、該コネクター１０３に該治具ビット１０９を挿入して組み合わせる。次に、トルクドライバー１０５でシャフト１０７を介して治具ビット１０９に回転方向の力を加えることことにより、コネクター１０３と基板１０１とのはんだ接合部にねじりストレス（ねじりトルク）を与える。その後、このねじりストレスによりはんだ接合部が破壊された時のねじり角度を延長目盛り針１１１で読み取ると共に、はんだ接合部を破壊したトルクを測定する。
【０００７】
尚、このねじり試験機では、目盛り針１１１が指す角度計の目盛りは主尺を有するのみで副尺を有しない。このため、測定精度が１度程度で悪い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のねじり試験機では、はんだ接合部にかかる力とねじり角度を測定する際、以下のような問題が生じる。
(1) はんだ接合部の破壊が終わったトルクは測定できるが、その時のねじり角度については、破壊後は負荷がなくなっているため、目盛り針１１１が行き過ぎてしまい易く、正確な角度を測定することが困難となる。
【０００９】
(2) 従来のねじり試験機では、はんだ接合部の破壊状況を観察する手段を有しないため、破壊時のトルク値とねじり角度のみしか測定することができない。
(3) 従来のねじり試験機では、はんだ接合部に任意のねじりトルクを掛けた状態を所定時間保持する手段を有しない。このため、任意のねじりトルクを所定時間掛けた後のねじり角度等を測定することができない。
【００１０】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、基板とコネクターとのはんだ接合部が破壊される際のねじりトルク又はねじり角度を精度よく測定できるねじり試験機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るねじり試験機は、第１の基板にはんだで接合されたオス側コネクターと第２の基板にはんだで接合されたメス側コネクターとを結合した状態ではんだ接合部にねじり力を加えた場合の該ねじり力とこのはんだ接合部の回転角度を測定するねじり試験機であって、このオス側コネクター及びメス側コネクターの結合した状態での導通抵抗を測定する微小抵抗測定手段と、このはんだ接合部にねじり力を加えるねじり力供給手段と、このねじり力を検出するトルクセンサーと、この回転角度を測定する角度計とを有し、このねじり力供給手段によりこのはんだ接合部にねじり力を加えながらこの微小抵抗測定手段によりこの導通抵抗の変化をこのはんだ接合部の破壊の始まりから終わりまで測定するようにし、このトルクセンサー及びこの角度計によりこのはんだ接合部の破壊状況を観察できるようにしたものである。
【００１２】
本発明によれば、はんだ接合部にねじり力を加えると、はんだ接合部にクラックが入っていき、はんだ接合部の導通抵抗が増加する方向に微小に変化する。それを微小抵抗測定手段で読みとることにより、はんだ接合部の破壊時点を測定することができる。これにより、はんだ接合部が破壊された時の正確な角度又はねじり力を測定することができる。
【００１４】
また、上記はんだ接合部に所定のねじり力又は所定の回転角度を加えた状態で上記基板及び上記コネクターを保持する保持手段をさらに含むことが好ましい。これにより、はんだ接合部に所定のねじり角度を加えた状態で保持したまま冷熱衝撃試験槽等に入れて加速試験を行うことができる。そして、ねじり力によるはんだ接合部のクリープ破壊時間を測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載が無い限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態によるねじり試験機の機構部分を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すねじり試験機の側面図である。図２は、図１に示すねじり試験機の機構部分及びねじりトルクと微少抵抗を記録するレコーダーを拡大した模式図である。図３（ａ）は、図２に示す基板１３ｂの上面の一部を示す図であり、図３（ｂ）は、図２に示す基板１３ａの上面の一部を示す図である。図４は、コネクターと基板とのはんだ接合部の導通抵抗と微小抵抗計との接続関係を模式的に示す図である。
【００１７】
図１に示すように、このねじり試験機は上下に動く上下可動部１２０を有し、上下可動部１２０には前後に動く前後可動部１２１が連設されている。前後可動部１２１にはアーム５及びハンドル５０が連設されている。アーム５は、後記回転中心を軸として回転自在に構成されている。ハンドル５０は、これを回すことによりアーム５が回転方向に押されるように構成されている。アーム５には上部ユニット１００が連設されている。
【００１８】
図２に示すように、上部ユニット１００は、トルクセンサー４、副尺を備えた回転角度計３、軸受け２、シャフト１４、固定用プレート１８ａ，１８ｂ、固定用シャフト６ａ，６ｂ及び上プレート７から構成されている。上プレート７、シャフト１４、回転角度計３及びトルクセンサー４それぞれの回転中心は、コネクター１ａの回転中心と一致して配置されている。角度計３はコネクターの回転中心の同心円状に配置されている。
【００１９】
アーム５にはシャフト１４が接続されている。シャフト１４は、上プレート７を支持しており、アーム５によってねじりトルクが与えられる。シャフト１４は軸受け２によって保持されている。回転角度計３はシャフト１４と同心状に配置されている。トルクセンサー４はシャフト１４に直接接続されている。トルクセンサー４は、それによって検出されたねじりトルクが信号線１７により電圧アンプ１６を介してレコーダー１２に入力される構成とされている。
【００２０】
上プレート７は、その下面に基板１３ａを固定するものである。上プレート７の下方には下プレート８が配置されており、下プレート８はネジ１９によりベース１５に固定されている。下プレート８は、その上面に基板１３ｂを固定するものである。また、下プレート８及びコネクター１ｂそれぞれの回転中心は、上部ユニット１００の回転中心と一致して配置されている。
【００２１】
また、レコーダー１２は歪みアンプを備えた微小抵抗計１１を有しており、微小抵抗計１１は配線９及び可変抵抗３１を介してコネクター１ａ，１ｂと基板１３ａ，１３ｂとのはんだ接合部に電気的に接続されている。即ち、基板１３ｂとメス側コネクター１ｂとオス側コネクター１ａと基板１３ａと配線９は、直列に接続されている。したがって、このはんだ接合部の導通抵抗は、微小抵抗計１１により測定され、この微小抵抗計１１を介してレコーダー１２に入力されるようになっている。
【００２２】
次に、上記ねじり試験機でコネクターにねじりトルクを与え、このねじりトルクとねじり角度と微少抵抗を測定することにより、コネクターのねじり試験を行う方法について説明する。
【００２３】
まず、図２に示すように、表面にオス側コネクター１ａがはんだにより接合された基板１３ａを準備し、表面にメス側コネクター１ｂがはんだにより接合された基板１３ｂを準備する。
【００２４】
すなわち、図３（ａ）に示すように、基板１３ｂの上面にはチェックランド２０が形成されており、チェックランド２０は配線パターンを介してランド２２ａ，２２ｊに電気的に接続されている。ランド２２ｂ〜ランド２２ｈは引廻しパターン２１により接続されている。図２に示す基板１３ｂ上のランド２２ａ〜２２ｊにはメス側コネクター１ｂがはんだ接合されている。
【００２５】
一方、図３（ｂ）に示すように、基板１３ａの上面にはランド２３ａ〜２３ｊが形成されており、ランド２３ａ〜ランド２３ｊは引廻しパターン２４により接続されている。図２に示す基板１３ａ上のランド２３ａ〜２３ｊにはオス側コネクター１ａがはんだ接合されている。
【００２６】
次に、図１に示す上下可動部１２０をガイドに沿って上昇させて上部ユニット１００を上部で固定しておき、上プレート７に基板１３ａをネジ等で固定し、下プレート８に基板１３ｂをネジ等で固定する。そして、配線９を図３（ａ）に示す基板１３ｂ上のチェックランド２０に接続する。その後、上下可動部１２０を下降させることにより上部ユニット１００を下降させ、オス側コネクター１ａとメス側コネクター１ｂを結合させる。このようにコネクター１ａとコネクター１ｂが組み合わさったとき、図３（ａ）に示すチェックランド２０を通してランド２２ａ〜２２ｊ，２３ａ〜２３ｊから引廻しパターン２１，２４を介してコネクター１ａ，１ｂの全ての接点が直列に引き回される。
【００２７】
ここで、図４に示す導通抵抗と微小抵抗計との関係を説明する。抵抗３０は、基板１３ａと基板１３ｂの配線抵抗、配線９の導通抵抗やコネクター１ａ，１ｂの導通抵抗などのすべての導通抵抗を示すものである。抵抗３１は、はんだ接合部にねじり力を加える前に、微小抵抗計１１の０調整するための可変抵抗である。
【００２８】
その後、オス側コネクター１ａとメス側コネクター１ｂを結合した状態でハンドル５０を回転させる。これにより、図１（ａ）に示すようにアーム５が押され、その結果、図２に示すシャフト１４を介してはんだ接合部にねじり力が伝わる。はんだ接合部に反力があるかぎりトルクセンサー４に力がシャフト１４を通して伝わる。シャフト１４の回転に伴いシャフト１４に固定してある図１（ｂ）に示す針７０が回転角度計３のまわりを回っていく。針７０の先端に回転角度計３の０目盛りを合わせて行くことではんだ接合部が回転した回転角度を読み取る。その際、副尺を合わせることで２０分まで読み取ることができる。したがって、コネクターのねじりトルク及び破壊状態を角度で規定できる。これにより、基板に直付けコネクター同士のはんだ接合状態を、基板の取り付け状態により予測できる。
【００２９】
上記ねじり力によりはんだ接合部にクラックが入っていくと、図４に示す抵抗３０が増加する方向に微小に変化する。それを微小抵抗計１１が抵抗３３をバランスさせる原理で読みとり、導通抵抗３０の変化をレコーダー１２に伝え記録する。これにより、はんだ接合部の破壊の始まりから終わりまでを測定することができる。これにより、はんだ接合部が破壊された時の正確な角度を測定することができる。また、破壊時のトルク値とねじり角度のみしか測定できないわけではなく、はんだ接合部の破壊状況を観察することができる。
【００３０】
次に、所定のねじりトルク又はねじり角度でコネクターをねじった状態を保持する方法について説明する。
【００３１】
図１（ｂ）に示す上下可動部１２０をガイドに沿って上昇させて上部ユニット１００を上で固定しておき、上プレート７に基板１３ａをネジ等で固定し、下プレート８に基板１３ｂをネジ等で固定する。その後、上下可動部１２０を下降させることにより上部ユニット１００を下降させ、オス側コネクター１ａとメス側コネクター１ｂを結合させる。この状態で、ハンドル５０を回転させると、はんだ接合部にねじり力が伝わる。そして、これが所定のトルク値に達したら、図２に示す固定用シャフト６ａ，６ｂに固定用プレート１８ａ，１８ｂを挿入し、固定用プレート１８ａ，１８ｂをネジで固定用シャフト６ａ，６ｂに固定する。次に、固定用プレート１８ａ，１８ｂを上プレート７に固定すれば、下プレート８に対する上プレート７のねじり角度を固定することで、はんだ接合部に所定のねじりトルクを与えた状態を所定時間保持することができる。これにより、任意のねじりトルクを所定時間掛けた後のねじり角度等を測定することができる。
【００３２】
ここで、シャフト１４に固定されている上プレート７をはずし、下プレート８を固定しているネジ１９をはずせば、オス側コネクター１ａとメス側コネクター１ｂとが上下に組み合わされ、ねじりトルクが与えられた状態で保持された図５に示すねじり試験ジグ６０がねじり試験機から取り出せる。これにより、上プレート７と下プレート８とが組み合わさったまま、はんだ接合部に所定のねじりトルクが与えられた状態で、他の試験装置、例えば冷熱衝撃試験槽に入れる等して寿命試験を行うことができる。つまり、多数のサンプル試験ができ、ねじりの加わったコネクターのはんだ接合部の寿命予測が可能となる。尚、図５は、図１に示すねじり試験機において所定のねじりトルク又はねじり角度でコネクターをねじった状態で該試験機から取り出したねじり試験ジグを示す断面図である。
【００３３】
また、ハンドル５０を回して所定の角度までアーム５にねじりを与えると、シャフト１４の回転にともないシャフト１４に固定してある針７０が回転角度計３のまわりを回っていく。そして、針７０が所定の角度を指した時、固定用プレート１８ａ，１８ｂをネジで固定用シャフト６ａ，６ｂと上プレート７に固定すれば、はんだ接合部に所定の角度でねじりトルクを与えた状態を保持することができる。
【００３４】
図６は、図１に示すねじり試験機の変形例であってエンコーダーを使った角度計の一例を示す断面図である。上記回転角度計３は、図６に示すシャフト１４にタイミングプーリー４０をつけ、エンコーダー４１で読み取るような形式でも達成できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板とコネクターとのはんだ接合部が破壊される際のねじりトルク又はねじり角度を精度良く測定できるねじり試験機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態によるねじり試験機の機構部分を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すねじり試験機の側面図である。
【図２】図１に示すねじり試験機の機構部分及びねじりトルクと微少抵抗を記録するレコーダーを拡大した模式図である。
【図３】図３（ａ）は、図２に示す基板１３ｂの上面の一部を示す図であり、図３（ｂ）は、図２に示す基板１３ａの上面の一部を示す図である。
【図４】コネクターと基板とのはんだ接合部の導通抵抗と微小抵抗計との接続関係を模式的に示す図である。
【図５】図１に示すねじり試験機において所定のねじりトルク又はねじり角度でコネクターをねじった状態で該試験機から取り出したねじり試験ジグを示す断面図である。
【図６】図１に示すねじり試験機の変形例であってエンコーダーを使った角度計の一例を示す断面図である。
【図７】従来のねじり試験機を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１ａ…オス側コネクター、１ｂ…メス側コネクター、２…軸受け、
３…回転角度計、４…トルクセンサー、５…アーム、
６ａ，６ｂ…固定用シャフト、７…上プレート、８…下プレート、９…配線、
１１…微小抵抗計、１２…レコーダー、１３ａ，１３ｂ…基板、１４…シャフト、１５…ベース、１６…電圧アンプ、１７…信号線、
１８ａ，１８ｂ…固定用プレート、１９…ネジ、２０…チェックランド、
２１…引廻しパターン、２２ａ〜２２ｊ，２３ａ〜２３ｊ…ランド、
２４…引き回しパターン、３０…導通抵抗、３１…抵抗、３３…抵抗、
４０タイミングプーリー、４１…エンコーダー、５０…ハンドル、
６０…試験治具、７０…針、１００…上部ユニット、１０５…トルクドライバー、１０７…シャフト、１０９…治具ビット、１１１…延長目盛り針、
１２０…上下可動部、１２１…前後可動部。
【図１】
0004089034.tif 000002
【図２】
0004089034.tif 000003
【図３】
0004089034.tif 000004
【図４】
0004089034.tif 000005
【図５】
0004089034.tif 000006
【図６】
0004089034.tif 000007
【図７】
0004089034.tif 000008