JP2003304081A - 基板取付治具および基板取付方法 - Google Patents
基板取付治具および基板取付方法Info
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Abstract
等のLSIパッケージと基板を接続しているハンダボー
ル部に生じる応力を低減し、電子機器の耐衝撃性を向上
させることができる基板取付治具を提供する。 【解決手段】 プリント配線基板5およびLSIパッケ
ージ8の断面係数が異なるため、落下時に、両者のたわ
み状態に差異が生じ、LSIパッケージ8に対しプリン
ト配線基板5の方が大きくたわむことにより、両者を接
続しているハンダボール9に応力が集中し、ハンダボー
ル9にクラックが発生する。しかし、プリント配線基板
5を基板支持体1によりアーチ形状に取り付けることに
より、材質、断面形状等のパラメータを変えることなく
大幅にたわみを低減できる。したがって、ハンダボール
9に発生する応力σを低減でき、クラックの発生を防止
できる。
Description
Grid Array)およびCSP(Chip S
ize Package)等のLSIパッケージを表面
実装したプリント配線基板を電子機器内に装着する基板
取付治具および基板取付方法に関し、特に、プリント配
線基板を携帯用電子機器等の電子機器内に装着する新た
な方法を提供して、落下時の耐衝撃性を向上させる基板
取付治具および基板取付方法に関する。
傾向は、LSI実装方法にも影響を与え、従来のリード
線接続方式から実装面積を大幅に低減できるBGAやC
SP等、チップ直下でハンダボールにより直にプリント
基板と接続するエリアタイプに移行しつつある。
話においては、CSPの使用は必須なものとなってい
る。一方、携帯用電子機器には落下や衝撃が加わる機会
が非常に多くなり、落下時に極めて大きな衝撃力が伝達
されると、ハンダボールに大きな応力が生じ、クラック
発生、破断に到るトラブルが増加し、大きな問題となっ
ている。
るプリント配線基板10のハウジング4への取付方法を
示す。機器によって多少の違いはあるが、基本的には固
定ネジ11によってハウジング4に取り付けられている
ため、ハウジング4からの衝撃力を直に従来のプリント
配線基板10、およびLSI6をモールド7で覆ったL
SIパッケージ8が受けることになる。
4.5m/sとなり、接地時間dtは実験から0.1m
s程度であることが知見されているので、従来のプリン
ト配線基板10およびLSIパッケージ8の合計質量を
10gとすると、平均衝撃力F=m・(dv/dt)=4
50Nとなる。この衝撃力により、従来のプリント配線
基板10およびLSIパッケージ8にたわみが発生す
る。この際、従来のプリント配線基板10およびLSI
パッケージ8の断面係数が異なるため、両者のたわみ状
態に差異が生じ、図6に示すように、両者間を接続して
いるハンダボール9に応力σが集中することになる。
で、各ハンダボール9がLSIパッケージ8と接してい
る領域の直径が0.35mmである場合、前記平均衝撃
力Fが全て100個のハンダボール9に集中すると仮定
すれば、ハンダボール9には平均46.8MPaの応力
が発生する。Sn−Pb共晶ハンダの降伏応力は約20
MPaであるから、ハンダボール9には、降伏応力より
大きい応力が加えられることになる。
させた場合、このクラスのLSIパッケージでは、ハン
ダボール9におけるクラックの発生が避けられない。そ
のため、従来のプリント配線基板10およびLSIパッ
ケージ8に加えられる衝撃力をいかに減少させるかが、
携帯用電子機器の設計にとって大きな課題となってい
る。
ものであり、電子機器に加えられた衝撃により電子機器
内に配置されたプリント配線基板が変形するのを抑える
ことにより、ハンダボールに発生する応力を低減し、電
子機器の耐衝撃性を向上させることができる基板取付治
具および基板取付方法を提供することにある。
と、ハウジングに固定された2つの基板支持体とを備え
てプリント配線基板を前記基板支持体を介して前記ハウ
ジングに取り付ける基板取付治具において、前記基板支
持体の間に前記プリント配線基板を挟み、プリント配線
基板をアーチ形状にして前記ハウジングに取り付けるこ
とを特徴とする。
け、前記差込部にプリント配線基板の両端の外周部を差
し込むことによりプリント配線基板を前記ハウジングに
取り付けることが好ましい。
た前記差込部の間隔をR、前記プリント配線基板の長さ
をLとすれば、R<Lとなる位置関係を有することが好
ましい。
グに固定された2つの基板支持体のそれぞれに差込部を
設け、前記差込部にプリント配線基板の両端の外周部を
差し込み、プリント配線基板をアーチ形状にして前記ハ
ウジングに取り付けることを特徴とする。
て図面を参照して説明する。
Array)およびCSP(Chip Size Pa
ckage)等のLSIパッケージを表面実装したプリ
ント配線基板を電子機器内、特に携帯用電子機器内に装
着する基板取付治具および基板取付方法である。図1
は、本発明の基板取付治具の第1の実施の形態を示す断
面図である。ハウジング4には、2つの基板支持体1が
固定、あるいはハウジング4と一体物として成形されて
いる。プリント配線基板5には、LSI6をモールド7
で覆ったBGAおよびCSP等のLSIパッケージ8が
実装されている。また、基板支持体1のそれぞれには差
込部2が設けられており、この差込部2にプリント配線
基板5の両端の外周部を差し込むことによって、プリン
ト配線基板5は、基板支持体1に取り付けられる。
おける、基板支持体1の差込部2の間隔をR、プリント
配線基板5の長手方向の長さをLとすれば、R<Lとな
る位置関係を有しているため、プリント配線基板5はア
ーチ形状となる。
してハウジング4に取り付けることにより、電子機器落
下の際、ハンダボール9に発生する応力σが低下するメ
カニズムについて説明する。円弧アーチでの説明には、
FEM(有限要素法)を用いたシミュレーションが必要
となるので、図3に示す合掌アーチで代用する。長さL
/2の2本の梁が水平からの角度θを成して中央で合わ
さり、その断面は一辺がhの正方形断面とする。この中
央に集中荷重Pが負荷された場合、たわみδarchは、材
料力学における、ひずみエネルギー理論を用いて以下の
式が誘導できる。
接続方法を梁で考えると、図4に示す両端固定の梁に相
当する。この梁の長さをL、断面は前記と同じ一辺がh
の正方形断面とする。この中央に集中荷重Pが負荷され
た場合、梁のたわみδbeamは、たわみの微分方程式を解
くことにより、以下の式が誘導できる。
をとると、 δbeam/δarch=L2tan2θ/4h2 (4) 以上より、同一荷重が負荷された場合、両端固定の場合
の方がたわみは大きくなり、傾斜角度θが大きくなると
アーチのたわみは減少するので、この差は大きくなる。
ウジング4が落下すると、それに引き続き、従来のプリ
ント配線基板10が図6のようにたわみ、LSIパッケ
ージ8のハンダボール9に応力σが生じる。従って、従
来のプリント配線基板10を図1に示すようにアーチ形
状にしたプリント配線基板5とすることで、たわみを低
減できるため、ハンダボール9に発生する応力σを大幅
に低減させることができる。
h=0.5mm、長手方向の長さL=100mm、θ=
5°とすれば、式(4)より、真っ直ぐにハウジング4
に取付けられていた従来のプリント配線基板10のたわ
みに比べ、アーチ形状となったプリント配線基板5で
は、たわみは1/76に激減する。前述したように、落
下衝撃時にハンダボール9に応力が発生する主要な原因
の一つは、従来のプリント配線基板10とLSIパッケ
ージ8との断面係数が異なり、従来のプリント配線基板
10の方が大きくたわみ、ハンダボール9に応力が発生
するためである。
配線基板5では、従来のプリント配線基板10に比べ、
大幅にたわみを減少させることができるため、ハンダボ
ールに発生する応力σを低下させることができる。
説明する。図2は、本発明の基板取付治具の第2の実施
の形態を示す断面図である。
と、基板支持体3と、2つの固定ネジ11からなる。基
板支持体3の一端をハウジングに固定し、基板支持体3
の他端をプリント配線基板5の一方の面の長手方向に直
交する方向の端部であって、かつ長手方向中央または長
手方向中央付近に突き当て、プリント配線基板5の長手
方向の両端部を固定ネジ11でハウジング4にネジ止め
し、プリント配線基板5をアーチ形状にしてハウジング
4に取り付けるものである。第2の実施の形態も第1の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。
説明する。第3の実施の形態は、プリント配線基板5の
作製過程で、プリント配線基板5の中立面からそれぞれ
の表面へ至る間の層構成を違えることによりバイメタル
効果を生じさせ、プリント配線基板5自身をアーチ形状
として、ハウジング4へ装着する構成とするものであ
り、第3の実施の形態においても第1の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。
みを抑える他の手段として、板厚hを厚くして断面二次
モーメントIを増加させることにより断面係数をアップ
させる方法が考えられる。しかし、落下シミュレーショ
ンによる結果では、従来のプリント配線基板10の重量
を増加させると、ハンダボール9の応力が増大するとい
う知見が得られている。従って、本発明の基板取付治具
により、プリント配線基板5をアーチ形状を成すように
ハウジング4に取り付けることにより、重量を変えず
に、たわみを確実に抑えることができるため、耐衝撃特
性を向上させることができる。
ハウジングに基板支持体が固定、あるいはハウジングと
一体物として成形され、また、基板支持体にはプリント
配線基板の外周部を差し込む差込部が設けられていると
いう基本構成に基づき、LSIパッケージを実装したプ
リント配線基板の外周部が差し込まれている。ここで、
基板支持体の差込部の間隔をR、プリント配線基板の長
手方向の長さをLとすれば、R<Lとなる位置関係を有
しているため、プリント配線基板はアーチ形状を成し、
落下衝撃時にプリント配線基板は、わずかしかたわまな
いため、プリント配線基板とハウジングとを接続してい
るハンダボールに発生する応力σを低減でき、このこと
により、クラックの発生を防止でき、電子機器の耐衝撃
特性を向上させることができる。
す断面図である。
す断面図である。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】ハウジングと、ハウジングに固定された2
つの基板支持体とを備えてプリント配線基板を前記基板
支持体を介して前記ハウジングに取り付ける基板取付治
具において、 前記基板支持体の間に前記プリント配線基板を挟み、プ
リント配線基板をアーチ形状にして前記ハウジングに取
り付けることを特徴とする基板取付治具。 - 【請求項2】前記基板支持体のそれぞれに差込部を設
け、前記差込部にプリント配線基板の両端の外周部を差
し込むことによりプリント配線基板を前記ハウジングに
取り付けることを特徴とする請求項1に記載の基板取付
治具。 - 【請求項3】前記基板支持体にそれぞれ設けられた前記
差込部の間隔をR、前記プリント配線基板の長さをLと
すれば、R<Lとなる位置関係を有することを特徴とす
る請求項1または2に記載の基板取付治具。 - 【請求項4】ハウジングと、ハウジングに固定された基
板支持体と、2つの固定ネジとを備えてプリント配線基
板を基板支持体と2つの固定ネジを介して前記ハウジン
グに取り付ける基板取付治具において、 前記基板支持体の端部を、前記プリント配線基板の長手
方向に直交する方向の端部であって、かつ長手方向中央
または長手方向中央付近に突き当て、前記プリント配線
基板の長手方向の両端部を前記固定ネジで前記ハウジン
グにネジ止めし、プリント配線基板をアーチ形状にして
前記ハウジングに取り付けることを特徴とする基板取付
治具。 - 【請求項5】プリント配線基板をアーチ形状にしてハウ
ジングに取り付けることを特徴とする基板取付方法。 - 【請求項6】ハウジングに固定された2つの基板支持体
のそれぞれに差込部を設け、前記差込部にプリント配線
基板の両端の外周部を差し込み、プリント配線基板をア
ーチ形状にして前記ハウジングに取り付けることを特徴
とする基板取付方法。 - 【請求項7】前記基板支持体にそれぞれ設けられた前記
差込部の間隔をR、前記プリント配線基板の長さをLと
すれば、R<Lとなる位置関係を有することを特徴とす
る請求項6に記載の基板取付方法。 - 【請求項8】ハウジングに固定された基板支持体の端部
を、プリント配線基板の長手方向に直交する方向の端部
であって、かつ長手方向中央または長手方向中央付近に
突き当て、前記プリント配線基板の長手方向の両端部を
固定ネジで前記ハウジングにネジ止めし、プリント配線
基板をアーチ形状にして前記ハウジングに取り付けるこ
とを特徴とする基板取付方法。 - 【請求項9】プリント配線基板の作製過程で、プリント
配線基板の中立面からそれぞれの表面へ至る間の層構成
を違えることによりバイメタル効果を生じさせて、プリ
ント配線基板自体をアーチ形状にしてハウジングに取り
付けることを特徴とする基板取付方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002104862A JP2003304081A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 基板取付治具および基板取付方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002104862A JP2003304081A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 基板取付治具および基板取付方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003304081A true JP2003304081A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29389849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002104862A Pending JP2003304081A (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 基板取付治具および基板取付方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003304081A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010056489A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 電子制御装置 |
US8404979B2 (en) | 2007-05-18 | 2013-03-26 | Nec Corporation | Composite multilayer wiring board |
-
2002
- 2002-04-08 JP JP2002104862A patent/JP2003304081A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8404979B2 (en) | 2007-05-18 | 2013-03-26 | Nec Corporation | Composite multilayer wiring board |
JP2010056489A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 電子制御装置 |
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