JP4096347B2

JP4096347B2 - 電子部品、回路基板及び電子部品付き回路基板

Info

Publication number: JP4096347B2
Application number: JP14044999A
Authority: JP
Inventors: 薫足立
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: JP2000332407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸縮部材付き電子部品及び回路基板に係り、特に電子部品又は回路基板自身に伸縮を発生させる機能を設けた伸縮部材付き電子部品及び回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子製品の機能を満たすために回路基板に半田付けしたＩＣやＬＳＩ等の電子部品は常に正常に半田付けされた状態で出荷しなくてはならない。しかし、プリント基板表面に残った汚れや、リフロー半田付け法を用いた場合の素子が傾いて付く不具合のために半田付けの不良が発生する。更に、近年のＬＳＩに代表される高密度の集積回路では半田付けする端子の数が多く密集しているのと、半田付けするＬＳＩ自体の数が多くなっており、その半田付けする端子の数量に比例して発生する端子と基板のパターン間の半田付けの導通不良による不具合が増加している。
【０００３】
半田付け不良を検査する方法としては、ＦＰ（フラットパッケージ）、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）などの端子が見える電子部品では目視検査、マシンビジョン、等の手法を用い、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などのように素子の下面に端子のあるものについてはＸ線による観測やＩＥＥＥ１１４９．１に示されるＪＴＡＧ等の方法を用いていた。
【０００４】
また、電子装置のハンダ付け不良検査方法として特開昭６２−１２４４６６号の広報に示されているとおり、導体部に弾性接触しうる端子部を有する測定手段を備えた検査アームを用い、上記端子部が上記導体部に弾性接触させられて導通状態にある配線基板を振動発生手段によって振動させるタイプの専用のテスターを用いる方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線による検査では見落としが生じやすいのと、ＪＴＡＧによる検査では半田が端子と回路基板のパターンとが正しく溶着していないが接触はしているという場合に於いては不具合として検出することができなかった。
また、特開昭６２−１２４４６６号の広報に示されている方法では、製品ごとに寸法を設定した専用の振動装置が必要であり、近年の多品種少量生産の実情には合致しにくく、試験の対象となる半田付け近傍のみならず基板全体を加振するので振動による他の部分の損傷が生じていた。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、電子部品又は回路基板の少なくとも何れか一方に伸縮部材又は振動部材を設けて、該伸縮部材を伸縮又は振動させて実装されている電子部品の動作状態を検査することによって、断線や短絡に代表される半田付け不良等の不具合を、特別な振動治具を用いることなく電子部品を実装してある状態で観測することが可能となり、前述の不良内容を集中管理することによって容易に短絡と断線の場所を特定することができる。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明は前記目的を達成するために、電子部品、回路基板又は電子部品付き回路基板の少なくともいずれか１つに伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を設け、該電子部品を回路基板に実装した後、前記伸縮部材を伸縮又は前記振動部材を振動させることにより電子部品の導通状態を検査可能にしたことを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、電子部品、回路基板又は電子部品付き回路基板の少なくともいずれか１つに伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を設け、該電子部品を回路基板に実装した後、前記伸縮部材を伸縮又は前記振動部材を振動させて電子部品の導通状態を検査するようにしたので、特別な検査治具を必要とせずに断線や短絡に代表される半田付け不良等の不具合を、電子部品を実装してある状態で容易に観測することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の実施の形態を示す斜視図である。
【００１０】
同図によれば、回路基板１０には複数の配線パターン１２、１２、…が設けられており、電子部品１４の端子１６、１６…が所定の配線パターン１２、１２…に半田付けされている。回路基板１０と電子部品１４との間には電圧又は吸発熱により伸縮可能な伸縮部材１８、１８が設けられており電子部品１４または回路基板１０から電力の供給を受けて図中のＸ、Ｙ、Ｚの何れか又は合成した方向に伸縮可能に取り付けられている。
【００１１】
前記伸縮部材１８、１８…は、電子部品１４に予め設けられていてもよいし、回路基板１０に予め設けられていてもよいし、また、電子部品１４を回路基板１０に実装する際に伸縮部材１８、１８…を配設しても本発明の目的は達成される。なお、電子部品１４はデュアルインラインのＦＰで構成されたＩＣに本発明を適用した例であるが本発明はこれに限定されるものではなく、抵抗器やトランジスタ等の電子部品でも副回路基板でもよいし、以下に示すＣＳＰやＢＧＡ等のＬＳＩに適用しても本発明の目的は達成される。
【００１２】
電子部品２０は端子２２、２２、…を素子の下面に持つタイプのＬＳＩで、電子部品２０の下面と回路基板１０の間には電圧又は吸発熱により伸縮可能な伸縮部材１８が設けられている。
図２は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の実施の形態を示す側面図である。
【００１３】
同図によれば、電子部品１４の端子１６、１６…が半田２４によって回路基板１０の図示しない配線パターン１２、１２…に半田付けされている。回路基板１０と電子部品１４との間には電圧又は吸発熱によって伸縮可能な伸縮部材１８が設けられており電子部品１４または回路基板１０から電力の供給又は吸発熱を受けて図２に示す例では図中のＺ方向に伸縮可能に取り付けられている。そして、伸縮部材１８をＺ方向に伸長すると電子部品１４と回路基板１０との距離が増して半田付けが不十分で配線パターンと接触していただけだった端子１６は回路基板１０から離れて浮き上がり２６を生じる。
【００１４】
また、半田付けが完全ではなく一部のみ半田が溶着した状態であって一回伸縮部材１８を伸長しただけでは半田が剥がれない中途半端な半田付け不良は、複数回伸縮部材１８を伸縮させるか又は、所定の時間伸縮部材１８を伸縮又は振動させた後伸長状態にして浮き上がり２６の検査を行う。
図３は、端子の浮き上がり状態による断線状態と他の端子との短絡による短絡状態とが検出可能な導通確認手段の回路構成を示す図である。
【００１５】
同図によれば電子部品１４の入出力の端子１６には信号の入出力には影響の無い抵抗値のプルアップ抵抗３０が設けられており、電子部品１４の外部の回路基板１０上の前記端子１６と接続されている配線パターン１２には信号の入出力には影響の無い抵抗値のプルダウン抵抗３２が設けられている。また電子部品１４の内部には端子１６の電圧ＶＣ（Ｖ）を検出する端子電圧検出部３４が設けられており、端子１６と配線パターン１２との半田付け導通確認時に端子１６の電圧を測定して半田付け状態の良否と不具合がある場合にはその不具合内容を判断する。
【００１６】
もし、端子１６と配線パターン１２とが浮いていて接触していない場合には、端子電圧検出部３４が検出する端子１６の電圧ＶＣは＋ＶＣＣの値となる。また、配線パターン１２を含む端子１６が＋ＶＣＣの電源ラインと短絡していても端子１６の電圧ＶＣは＋ＶＣＣに等しくなる。
もし、配線パターン１２を含む端子１６が電源ラインの０（Ｖ）ラインと短絡している場合には端子１６の電圧ＶＣは０（Ｖ）に等しくなる。
【００１７】
もし、端子１６が正常に配線パターン１２と接続されている場合には、端子電圧検出部３４が検出する端子１６の電圧ＶＣは以下の式（１）に示される値となる。
【００１８】
【数１】
ＶＣ＝＋ＶＣＣ×（ＲＤ／（ＲＵ＋ＲＤ））（Ｖ） …（１）
なお、上記の実施の形態では電子部品１４の内部にプルアップ抵抗３０を設け、電子部品１４の外部の回路基板１０上の前記端子１６と接続されている配線パターン１２にプルダウン抵抗３２を設けた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子部品１４の内部にプルダウン抵抗を設け、電子部品１４の外部の回路基板１０上の前記端子１６と接続されている配線パターン１２にプルアップ抵抗を設けても本発明の目的は達成される。
【００１９】
図４は伸縮部材付き電子部品及び回路基板を用いて半田付けの導通確認を行う手順を示すフローチャートである。
同図によれば、ステップＳ１００「パワーＯＮ」（以下ステップＳ１００をＳ１００と略す）の起動時の初期確認モードにて、図示しないＣＰＵや電子部品１４内部に設けられた導通確認シーケンス又は導通確認プログラムが起動すると、次のＳ１０２「伸縮部材伸長」に進む。
【００２０】
Ｓ１０２「伸縮部材伸長」では、伸縮部材１８を伸縮又は伸長させて半田付け不良端子を浮き上がらせるための動作を伸縮部材１８に指令する。
次のＳ１０４「導通確認」では、例えば図３に示した構成や前記ＪＴＡＧの手法を用いて端子１６の電圧を検出する。そして短絡や断線、正常等の事象を判断する。もし導通状態が異常であると判断した場合にはＳ１０６「異常処理」へ分岐して、電子部品１４は異常の事象と発生場所の情報を上位のＣＰＵ等の情報処理手段に送信する。
【００２１】
ＣＰＵ等の上位の情報処理装置は不具合の箇所と内容から対処内容を判断して図示しない表示手段にエラーメッセージの表示を行うとともに、該電子部品の端子１６の導通異常の影響で何らかの危険性のある箇所の動作を停止させる指令を出力する。
Ｓ１０４で全ての端子の導通状態が良好であると判断した場合には、Ｓ１０８「通常処理」へ進み、電子部品１４は正常であることを上位のＣＰＵ等の情報処理手段に送信する。
【００２２】
上記のようにして起動時の初期確認モードにて回路基板１０と電子部品１４との導通状態を検査することによって、特別な振動治具を必要とせずに断線や短絡に代表される半田付け不良等の不具合を、電子部品を実装してある状態で容易に観測することができる。
図５は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図である。
【００２３】
同図によれば、電子部品２０の端子は半田２４、２４、…によって回路基板１０の図示しない配線パターンに半田付けされている。回路基板１０と電子部品２０との間には電圧又は吸発熱によって伸縮可能な伸縮部材１８が設けられており電子部品２０または回路基板１０から電力の供給又は吸発熱を受けて図５に示す例では図中のＺ方向に伸縮可能に取り付けられている。そして、伸縮部材１８をＺ方向に伸長すると電子部品２０と回路基板１０との距離が増して半田付けが不十分で配線パターンと接触していただけだった端子１６は回路基板１０から離れて浮き上がり２６を生じる。この浮き上がり２６を前述の導通確認手段で確認することによって端子１６の半田付け不良等の導通状態を検出できる。
【００２４】
図６は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図である。
同図によれば、電子部品１４の端子１６、１６、…は半田２４によって回路基板１０の図示しない配線パターンに半田付けされている。電子部品１４又は回路基板１０の表面には電圧又は吸発熱によって伸縮可能な伸縮部材１８が設けられており電子部品１４から電力の供給又は吸発熱を受けて図６に示す例では図中のＹ方向に伸縮可能に取り付けられている。そして、伸縮部材１８をＹ方向に伸縮させると電子部品１４が湾曲して半田付けが不十分な端子１６と回路基板１０との距離が増して、配線パターンと接触していただけだった端子１６は回路基板１０から離れて浮き上がり２６を生じる。この浮き上がり２６を、前述の導通確認手段で確認することによって端子１６の半田付け不良等の導通状態を検出できる。なお、この伸縮部材は回路基板１０に設けられていても本発明の目的は達成される。
【００２５】
図７は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図である。
同図によれば、電子部品１４の端子１６、１６、…は半田２４によって回路基板１０の図示しない配線パターンに半田付けされている。回路基板１０と電子部品１４との間には電圧又は吸発熱によって伸縮可能な伸縮部材１８が設けられており、電子部品２０または回路基板１０から電力の供給又は吸発熱を受けて図７に示す例では図中のＺ又はＹ方向に伸縮可能に取り付けられている。そして、伸縮部材１８をＺ又はＹ方向に伸縮を繰り返して振動を発生させると、半田付けが不十分で配線パターンと接触していただけだった端子１６は回路基板１０から離れて浮き上がり２６を生じる。この浮き上がり２６を前述の導通確認手段で確認することによって端子１６の半田付け不良等の導通状態を検出できる。なお、この伸縮部材１８、１８、…又は振動部材は回路基板１０に設けられていてもよいし、該振動部材として回転軸にアンバランスな質量を持った軸を回転させることによって機械的に振動を発生させる装置を用いても本発明の目的は達成される。
【００２６】
図８は本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す斜視図であり、電子部品を背面から見た状態を示している。
同図によれば、電子部品１４の端子１６、１６、…は図示しない半田２４によって図示しない回路基板の配線パターンに前記図１に示したように半田付けされている。回路基板と電子部品１４との間には電圧又は吸発熱によって伸縮可能な伸縮部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられており、電子部品１４または回路基板から電力の供給又は吸発熱を受けて図８に示す例では図中のＺ方向に伸縮可能に取り付けられている。そして、伸縮部材１８ａ〜１８ｄをＺ方向に伸長すると電子部品１４が湾曲して半田付けが不十分な端子１６と回路基板との距離が増して、配線パターンと接触していただけだった端子１６は回路基板から離れて浮き上がりを生じる。このとき、例えば伸縮部材１８ａのみを伸長させると同図に示されるＡ１とＢ１の交わる位置の端子１６、１６…の導通状態を検出できるので、多数の端子が備わっている電子部品１４の導通不良状態を検出しやすくできるとともに導通不良状態を生じている場所を特定しやすくなる。
【００２７】
図９に導通検出手段の他の実施の形態を示す。
同図によれば、導通検出手段付電子部品５２が端子１６、１６…を介して他の集積回路５４、５４と配線パターン１２、１２…によって電気的に接続されている。導通検出手段付電子部品５２の内部は、導通検出手段付電子部品５２の本来の機能を果たす回路部である集積回路部５６と、集積回路出力ラインの導通不具合を検知する機能を備えた導通検知部５８、５８、…と、導通検知の判定を行う際の判断基準となる閾値を生成する閾値生成部６０と、前記導通検知部５８で検知した結果を集計して正常であることや異常であることの情報に加えて事象が発生している場所と詳細な内容情報を外部に伝達する伝達手段６２と、伸縮部材の伸縮を制御する伸縮部材ドライバ６３とから構成されている。
【００２８】
伝達手段６２からは、導通検知手段付電子部品５２の外部から伝達される「伸縮部材伸長」の指令に応じて伸縮部材ドライバ６３に伸長又は収縮の指令が出力される。伸縮部材ドライバ６３は、前記伸長又は収縮の指令に従って伸縮部材１８、１８の伸長又は収縮を制御する。本実施の形態では伸縮部材ドライバ６３が導通検知手段付電子部品５２の内部に内蔵されている例で説明しているが、導通検知手段付電子部品５２の外部に独立して設けられていてもよい。
【００２９】
導通検知部５８の内部には、集積回路出力ラインに流れる出力電流値を測定して測定結果を出力する電流測定部６４と、集積回路部の出力がＬｏからＨｉに変化し始めたことを検出して、この時刻から所定の時間の幅を持ったパルスを出力するタイミング発生器６６と、測定した電流値を積分するとともに一定期間データを保持する保持器であるサンプルホールド６８と、正常と断線と短絡とを判断する比較器７０とから構成されている。なお、本実施の形態では測定した電流値を積分して一定期間データを保持しているが、本発明はこれに限定されるものではなく測定した電流値を積分せずに一定期間データを保持しても本発明の目的は達成される。
【００３０】
図１０は、図９に示した導通検知手段付電子部品５２の動作を示すタイミングチャートである。
同図は、集積回路出力ラインの導通状態が正常時の場合と、該出力ラインが断線時（オープン）の場合と、該出力ラインが短絡（ショート）時の場合に於ける「集積回路出力電圧」と、「タイミング発生器出力値」と、「電流測定部出力値」と、「サンプルホールド電圧」と、「短絡判定」と、「断線判定」と、「正常判定」の状態遷移とタイミングを示している。
【００３１】
図１０によれば、時刻Ｔ２１で「集積回路出力電圧」がＬｏレベルからＨｉレベルに変化し始めると集積回路出力ラインには下記の式（２）に示した電流が流れ、タイミング発生器６６は時間幅ｔ（秒）のタイミングパルスを発生する。そしてサンプルホールド６８内の積分電圧は電流検出部出力値を積分して徐々に増加してゆく。
【００３２】
なお、集積回路出力ラインの電流値Ｉ（Ａ）は、集積回路出力ライン上の容量ＣＳ（Ｆ）と、接続されている他の集積回路５４の内部に設けられている負荷抵抗ＲＳとによって定まる。
【００３３】
【数２】
Ｉ＝ＣＳ×ｄＶ／ｄｔ＋Ｖ／ＲＳ（Ａ） …（２）
ＣＳ：集積回路出力ライン上の全容量（Ｆ）
Ｖ：集積回路出力電圧（Ｖ）
ＲＳ：集積回路出力ラインの負荷抵抗（Ω）
時刻Ｔ２２になるとタイミングパルスがＬｏになり、このダウンエッジを捕らえてサンプルホールド６８内の積分電圧を入力から切り離して電圧値を保持する。
【００３４】
この時の保持電圧ＶＳ（Ｖ）を比較器７０内部にて判断し、下記の式に示される場合分けを行うことによって事象を判定できる。
【００３５】
【数３】
ＶＳ＜ＬＴ判定：断線 …（３）
ＨＴ≧ＶＳ≧ＬＴ判定：正常 …（４）
ＨＴ＜ＶＳ判定：短絡 …（５）
ＶＳ：サンプルホールド保持電圧（Ｖ）
ＨＴ：短絡を判定する閾値（Ｖ）
ＬＴ：断線を判定する閾値（Ｖ）
上記の式（３）〜（５）の判断によって伝達手段６２は集積回路出力ラインの異常とその状態を知ることが可能となる。そして伝達手段６２は通信等の手段を用いて他の集積回路や図示しないＣＰＵ等に該集積回路の出力ラインが異常であることを知らせる。ＣＰＵ等の処理装置は不具合の箇所と内容から対処内容を判断して図示しない表示手段にエラーメッセージの表示を行うとともに、該集積回路の出力ラインの異常の影響で何らかの危険性のある箇所の動作を停止させる指令を出力する。また、各集積回路の導通状態を集中管理することで各素子の導通状態が常時観測可能になるとともに履歴を記憶して修理時に役立てることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板によれば、電子部品、回路基板又は電子部品付き回路基板の少なくともいずれか１つに伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を設け、該電子部品を回路基板に実装した後、前記伸縮部材を伸縮又は前記振動部材を振動させて電子部品の導通状態を検査するようにしたので、特別な検査治具を必要とせずに断線や短絡に代表される半田付け不良等の不具合を、電子部品を実装してある状態で容易に観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の実施の形態を示す斜視図
【図２】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の実施の形態を示す側面図
【図３】導通確認手段の回路構成を示す図
【図４】伸縮部材付き電子部品及び回路基板を用いて半田付けの導通確認を行う手順を示すフローチャート
【図５】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図
【図６】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図
【図７】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す側面図
【図８】本発明に係る伸縮部材付き電子部品及び回路基板の動作の他の実施の形態を示す斜視図
【図９】導通検出手段の他の実施の形態を示す図
【図１０】図９に示した導通検知手段付電子部品の動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１０…回路基板、１２…配線パターン、１４…電子部品、１６…端子、１８…伸縮部材、２０…電子部品、２２…端子、２４…半田、６３…伸縮部材ドライバ

Claims

伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材が下面に設けられた電子部品であって、該電子部品を回路基板に実装した後、前記伸縮部材又は前記振動部材を駆動させることにより前記電子部品の導通状態を検査可能にしたことを特徴とする電子部品。
前記伸縮部材又は前記振動部材は、前記電子部品の中央又は４隅に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
前記伸縮部材又は前記振動部材は圧電素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
前記電子部品の端子毎の導通状態を検知する導通状態検知手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品。
前記伸縮部材又は前記振動部材を駆動制御するドライバを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品。
回路基板に伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を設け、該回路基板に電子部品を実装した後、伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を駆動させることにより電子部品の導通状態を検査可能にした回路基板において、
前記導通状態を検知する導通状態検知手段と、
前記伸縮部材又は前記振動部材を駆動制御するドライバと、
を設けたことを特徴とする回路基板。
電子部品が回路基板に実装された電子部品付き回路基板において、前記電子部品及び回路基板の少なくとも一方に伸縮可能な伸縮部材又は振動可能な振動部材を設け、前記伸縮部材又は前記振動部材を駆動させることにより前記電子部品の導通状態を検査可能にした電子部品付き回路基板において、
前記電子部品及び前記回路基板の少なくとも一方に、
前記導通状態を検知する導通状態検知手段と、
前記伸縮部材又は前記振動部材を駆動制御するドライバと、
を設けたことを特徴とする電子部品付き回路基板。
前記伸縮部材又は前記振動部材は圧電素子であることを特徴とする請求項７に記載の電子部品付き回路基板。
前記伸縮部材又は前記振動部材は、前記電子部品と前記回路基板との間に設けられたことを特徴とする請求項７又は８に記載の電子部品付き回路基板。
前記伸縮部材又は前記振動部材は、前記電子部品の中央又は４隅に設けられたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の電子部品付き回路基板。