JP2001267698A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだバンプで生じる各種の力学的な強度信
頼性の向上を図ることのできる回路基板の提供。 【解決手段】 電子部品１１が接合されて電子機器筐体
１５に接続固定される回路基板１３において、回路基板
１３の筐体取付け部１４近傍に、断面２次モーメントが
他の部分より小さく、剛性の低い低剛性領域３６を有す
ることを特徴とする回路基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、実装後の信頼性を
向上させた回路基板とその実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、電子部品が搭載されている
機器の高度化、多機能化などにともない、電子部品と回
路基板を接合する電気的接合部の数が非常に多数とな
り、接合信頼性の確保が容易でない状況にある。

【０００３】以下、図６を参照し、接合部信頼性低下の
原因を具体的に説明する。多数の電気的接合部を有する
代表的な電子部品であるＢＧＡ型半導体パッケージ６１
を例に説明する。ＢＧＡ型半導体パッケージ６１は回路
基板６３に対して電気接合用はんだバンプ６２を用いて
直接実装する構造をなす。実装面積の低減に有効であ
り、半導体装置の小形化に適している。回路基板６３は
筐体取付け部６４において筐体６５に固定されている。
さらに、筐体６５はその外部に設けられた脚部６７によ
り、図示していない机や地面に接している。

【０００４】ＢＧＡ型半導体パッケージ６１のはんだバ
ンプ接合部６２には様々な接合信頼性問題が生じる。先
ず、半導体パッケージ６１と回路基板６３の線膨張率差
に起因した接合部信頼性低下の問題がある。半導体装置
の動作あるいは環境温度の変動に起因して、電子機器に
は温度変動が繰り返し生じる。この際、ＢＧＡ型半導体
パッケージ６１と回路基板６３の間には、両者の線膨張
率に起因した相対変形が生じる。その結果、接合部であ
るはんだバンプ６２接合部には厳しい熱応力が繰り返し
生じ、熱疲労破壊する可能性も高くなり、機械的、電気
的接合信頼性が著しく低下する。

【０００５】また、ＢＧＡ型半導体パッケージ６１のは
んだバンプ接合部６２においては、強制的な反りや衝撃
など機械的な荷重入力が加わった際に生じる回路基板６
３の過大な反り変形に起因する、はんだバンプ接合部６
２の破壊も近年問題視されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】熱疲労破壊に対する接
合信頼性を検証するために、電子部品が接合された回路
基板に対する温度サイクル試験が一般的に実施されてい
る。温度サイクル試験は高温側（例えば、１２５℃）と
低温側（例えば、−６５℃）を一定時間間隔で繰返し反
復させる試験であり、通常、数百〜数千サイクルにわた
って実施される。ただし、電子機器筐体に組みつけられ
た状態での温度サイクル試験は通常実施されていない。
電子機器使用時においては、電子部品が接合された回路
基板は電子機器筐体にネジ止めなどで接続固定されるの
が一般的である。電子部品が接合された回路基板は筐体
からの力学的拘束条件下にあるため、温度変動が生じた
際に生じる回路基板の変形状態は、筐体に固定されてい
ない温度サイクル試験時における変形状態とは必ずしも
一致しない点が温度サイクル試験に基づく設計上の課題
といえる。

【０００７】また、強制的な反りや衝撃など機械的な荷
重入力が加わった際に生じる回路基板の過大な反り変形
に起因する、はんだバンプ接合部の破壊も課題である。

【０００８】以上のように、はんだバンプで生じる各種
の力学的な強度信頼性の低下が本発明が解決しようとす
る課題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、電子部品が接合されて電子機器筐体に
接続固定される回路基板において、回路基板の筐体取付
け部近傍に、断面２次モーメントが他の部分より小さ
く、剛性の低い低剛性領域を有することを特徴とする回
路基板を提供する。

【００１０】かかる回路基板によれば、電子部品が接合
されている回路基板と電子機器筐体との間の力学的な相
関が低くなり、温度変動が生じた際に発生する電子部品
が接合されている回路基板の変形状態は、筐体に固定さ
れていない温度サイクル試験時における変形状態に近く
なる。その結果、温度サイクル試験に基づく接合信頼性
設計の高精度化が図れる。併せて、強制的な反りや衝撃
など機械的荷重が入力された際も、低剛性領域が大きく
変形することで通常基板面の反り変形量を低減できるた
め、強度信頼性の確保が容易になる。

【００１１】また、本発明では、回路基板を筐体に接続
固定するための筐体取付け部、あるいは、机や地面に対
して筐体を支持する脚部の構造において、筐体取付け部
あるいは脚部構造を回路基板に対して斜めに構成し、上
下方向からの機械荷重入力時にせん断方向に変形し易く
する。各構造の剛性を低下させることで、強制的な反り
や衝撃など機械的荷重に対する信頼性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、電子部品が接合されて
電子機器筐体に接続固定される回路基板において、回路
基板の筐体取付け部近傍に、断面２次モーメントが他の
部分より小さく、剛性の低い領域を設けることを特徴と
する。断面２次モーメントは梁の曲がり易さを示す係数
で、断面の形状と弾性定数より算出することができる。
曲げ荷重が作用する梁では、断面２次モーメントが小さ
い領域では、他の領域より変形しやすい。ほぼ同様の効
果が回路基板においても期待される。

【００１３】以下、本発明の実施形態を図１乃至５を参
照しつつ詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の第一の実施形態を示す。図
１（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。
回路基板１３の筐体取付け部１４近傍に、他の基板領域
よりも薄い低剛性領域１６が形成されている回路基板と
その筐体への実装構造を示している。

【００１５】他の基板領域よりも薄い低剛性領域１６
は、他の基板領域の層構成の一部を延長して形成されて
おり、基板製造も比較的容易にできる。このような構造
であれば、温度変動が生じた際に発生する電子部品が接
合されている回路基板の変形状態は、温度サイクル試験
時、すなわち筐体に固定されていない場合の変形状態に
近くなる。その結果、温度サイクル試験の妥当性が高ま
る。

【００１６】併せて得られる効果として、強制的な反り
や衝撃など機械的な荷重入力に対する信頼性向上が挙げ
られる。筐体取付け部１４から機械荷重が入力された
際、低剛性領域１６が大きく変形することで低剛性領域
１６以外の通常基板面の反り変形量を低減できる。その
結果、回路基板の過大な反り変形に起因する接合部の破
壊を防止できる。

【００１７】図２に本発明の第二の実施形態を示す。図
２（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。
回路基板２３の筐体取付け部２４が回路基板２３の四隅
ではなく、基板中央部にある点を除き、第一の実施形態
と同様な構造をなす。回路基板２３と筐体２５との接続
剛性を低下させる効果には同様である。

【００１８】図３に本発明の第三の実施形態を示す。図
３は本発明の断面図であるが、回路基板３３の筐体取付
け部３４近傍に、他の基板領域よりも柔らかい材料で低
剛性領域３６が形成されている点が第一の実施形態と異
なる。柔らかい材料の形成される低剛性領域３６は、例
えば、積層材である回路基板中のガラス繊維層を除去あ
るいは分断されている領域を設けることで実現できる。
あるいは、銅などの金属配線層を除去あるいは分断させ
ている領域を設けることで実現できる。従来の回路基板
と概ね同様な製造方法で製造可能であり、実現にあたり
多大なコストアップは必要としない。

【００１９】図４に本発明の第四の実施形態を示す。図
４（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。
筐体取付け部４４近傍の低剛性領域４６が、他の基板領
域よりも形状的に細いことが本実施形態の特徴である。
形状を細くするに限らず、切れ込みを設ける等でも同様
な効果を得ることができる。

【００２０】図５に本発明の第五の実施形態を示す。図
５は本発明の断面図であるが、回路基板５３の筐体取付
け部５４と筐体５５全体を支持する脚部５７が回路基板
５３に対して斜めに形成されている。特に脚部５７はゴ
ムなどの柔らかい材料より形成されている。かかる構造
によれば上下方向からの機械荷重入力時にせん断方向に
変形しやすい。各構造の剛性を低下させることにより、
外部から機械的荷重が入力された際の回路基板５３の過
大な反り変形に起因する、はんだ接合部の破壊を防止で
き、信頼性の向上を図ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の構造であれば、温度変動が生じ
た際に発生する電子部品が接合されている回路基板の変
形状態は、筐体に固定されていない温度サイクル試験時
の変形状態に近くなる。その結果、温度サイクル試験の
妥当性が高まる。併せて、強制的な反りや衝撃など機械
的な荷重入力に対する信頼性向上も期待できる。

【００２２】また、回路基板の筐体取付け部と筐体全体
を支持する脚部を回路基板に対して斜めに形成し、上下
方向からの機械荷重入力時にせん断方向に変形し易くさ
せることで、機械的荷重が入力された際の回路基板の過
大な反り変形に起因する、はんだ接合部の破壊を防止で
き、信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態を示す断面図および上
面図。

【図２】本発明の第二の実施形態を示す断面図および上
面図。

【図３】本発明の第三の実施形態を示す断面図。

【図４】本発明の第四の実施形態を示す断面図および上
面図。

【図５】本発明の第五の実施形態を示す断面図。

【図６】従来技術を示す断面図。

【符号の説明】

１１ ＢＧＡ型半導体パッケージ １２ はんだバンプ接合部 １３ 回路基板 １４ 筐体への取付け部 １５ 筐体 １６ 低剛性領域 １７ 脚部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品が接合されて電子機器筐体に接
   続固定される回路基板において、回路基板の筐体取付け
   部近傍に、断面２次モーメントが他の部分より小さく、
   剛性の低い低剛性領域を有することを特徴とする回路基
   板。
2. 【請求項２】 前記低剛性領域が、他の基板領域よりも
   薄い領域により構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の回路基板。
3. 【請求項３】 前記低剛性領域の基板層数が、他の基板
   領域の基板層数よりも少ないことを特徴とする請求項１
   に記載の回路基板。
4. 【請求項４】 前記低剛性領域を構成する材料が、他の
   基板領域を構成する材料よりも柔らかいことを特徴とす
   る請求項１に記載の回路基板。
5. 【請求項５】 前記低剛性領域は、基板層中のガラス繊
   維もしくは金属配線が分断されることにより構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
6. 【請求項６】 前記低剛性領域は、他の基板領域よりも
   形状的に細い、あるいは切れ込みを有することにより構
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基
   板。
7. 【請求項７】 前記筐体取付け部は、前記回路基板に対
   して斜めに構成され、上下方向からの機械荷重入力時に
   せん断方向に変形し易い構造を有することを特徴とする
   請求項１記載の回路基板。