JP2010010428A - プリント基板及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な接続の障害が防止されたプリント基板及び電子機器を提供する。
【解決手段】プリント基板３０は、ＢＧＡパッケージ５０が実装される実装領域３０Ｒ内に複数のパッド３２と、実装領域３０Ｒの周縁と対向する位置に、隣接する２辺に沿って延びる孔３５とを有する。このような対向する位置に孔３５を設けることにより、ＢＧＡパッケージ５０のバンプ５３ａへの負荷を低減でき、これによりバンプ５３ａがプリント基板３０から剥離することを防止できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数のパッドが設けられたプリント基板及び前記プリント基板を備えた電子機器に関する。

従来から、電子機器にはプリント基板を内蔵していることが知られている。このようなプリント基板に対して、半田バンプを介して電子部品との電気的な接続が確保される技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平１１‐４０９０１号公報 特開平８‐２２２６５４号公報 特開平１０‐５０８７７号公報

しかしながら、何らかの原因によってプリント基板に応力が作用した場合、半田バンプがプリント基板から剥離して電気的な接続の障害となる恐れがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、電気的な接続の障害が防止されたプリント基板及び電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本明細書に開示されているプリント基板は、電子部品が実装される多角形状の実装領域内に設けられた複数のパッドと、前記実装領域の周縁と対向する位置に少なくとも前記多角形の隣接する２辺に沿って延びる孔が形成されている。また、本明細書に開示されている電子機器は、このプリント基板を備えている。これにより、パッドに半田バンプを介して電子部品がプリント基板に実装された場合に、多角形の２つの辺で構成される隅部に配置された半田バンプへの負荷の集中を防止できる。従って、半田バンプとプリント基板との剥離を防止でき、電子部品とプリント基板との電気的な接続の障害を防止できる。

また、本明細書に開示されているプリント基板は、電子部品が実装される多角形状の実装領域内に設けられた複数のパッドと、前記実装領域の隅部と対向する位置に形成された孔とが形成されている。また、本明細書に開示されている電子機器は、このプリント基板を備えている。

本明細書に開示されているプリント基板及び電子機器は、電気的な接続の障害が防止される。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、携帯可能な電子機器であるノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートパソコンと称する）１を示した図である。図１Ａはノートパソコン１の正面図、図１Ｂはノートパソコン１の側面図、図１Ｃは底面図である。

ノートパソコン１は、表示部１０と本体部２０とを有している。表示部１０は、ヒンジ（不図示）によって本体部２０と開閉可能に連結されている。図１には、表示部１０が閉じた状態でのノートパソコン１が示されている。本体部２０と対向する表示部１０の面には、ディスプレイ（不図示）が設けられている。表示部１０と対向する本体部２０の面には、キーボード（不図示）が設けられている。また、本体部２０の右側面には、ＣＤ（Compact Disk）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等を挿入排出するためのトレイ２１が設けられている。また、本体部２０の前方部には、本体部２０の内部を冷却するための通気孔２３が設けられている。ノートパソコン１の本体部２０は、その筐体内に、後述するプリント基板３０を収容している。

図２、図３は、ノートパソコン１に搭載されたプリント基板３０を示した図である。図２は、プリント基板３０の表面を示している。図３は、プリント基板３０の裏面を示している。プリント基板３０は、ノートパソコン１のマザーボードである。プリント基板３０の表面には、外付けのモニタ用コネクタ４０ａ、ヘッドフォン用コネクタ４０ｂ、マイク用コネクタ４０ｃが実装されている。またプリント基板３０の表面には、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタ４０ｄ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)４５、メモリスロット８０等が実装されている。プリント基板３０には、孔３８が複数設けられている。プリント基板３０の裏面には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）構造の半導体パッケージ（以下、パッケージと称する）５０、ＩＣＨ（I/O Controller Hub）６０が実装されている。また、プリント基板３０の両面にわたってハードディスク７０が実装されている。

ＣＰＵ４５は、ノートパソコン１全体の動作を制御するものである。ハードディスク７０には、各種プログラムやデータ等が保存されている。メモリスロット８０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリモジュールをプリント基板３０に搭載するためのものである。

孔３８は、ねじによってプリント基板３０を本体部２０の筐体内に固定するための孔である。これにより、プリント基板３０が本体部２０内に固定される。パッケージ５０は、正方形状に形成されているが長方形状であってもよい。この正方形状や長方形状は多角形状に相当する。

次にパッケージ５０について詳細に説明する。図４は、パッケージ５０の説明図である。図４Ａは、プリント基板３０に実装されたパッケージ５０の拡大図である。図４Ｂは、パッケージ５０の側面図である。パッケージ５０は、電子部品に相当する。

パッケージ５０は、半導体チップ５１を内蔵している。また、パッケージ５０の下面には複数のパッド５２が格子状に設けられている。パッド５２にはそれぞれ半田バンプ（以下、バンプと称する）５３が接着されている。また、プリント基板３０には、バンプ５３と接着された複数のパッド３２が設けられている。半導体チップ５１は、ワイヤ（不図示）を介してパッド５２と電気的に接続されている。プリント基板３０には、パッド３２と電気的に接続された配線パターンが形成されている。以上により、パッケージ５０とプリント基板３０との電気的な接続が確保されている。

図４に示すように、プリント基板３０には、パッケージ５０の４つの隅部５５のそれぞれと対向するように、４つの孔３５が設けられている。孔３５は、パッケージ５０の隅部５５の形状に沿うように長孔状に形成されており、パッケージ５０の周縁辺における隣接する２辺に沿って延びた略Ｌ字状に形成されている。孔３５は、プリント基板３０を貫通している。孔３５はルータ加工によって形成される。

図５は、パッケージ５０が実装される前におけるパッケージ５０の実装領域３０Ｒの拡大図である。実装領域３０Ｒは正方形状に形成されている。この正方形状は多角形状に相当する。実装領域３０Ｒ内に複数のパッド３２が設けられている。また、孔３５は、実装領域３０Ｒの４つの隅部３５Ｒのそれぞれと対向する。孔３５は、実装領域３０Ｒ内に設けられた複数のパッド３２のうち、最も隅に配置されたパッド３２ａと対向する。尚、図５においては、パッド３２の一部を省略してある。また、パッドは円形状であっても矩形状であってもよい。

４つの孔３５のそれぞれは、実装領域３０Ｒの隣接する２辺に沿って延びている。即ち、４つの孔３５は、実装領域３０Ｒの多角形の第１辺と第２辺に沿って延びる第１孔と、多角形の第３辺と第４辺に沿って延びた第２孔とを含む。更に、４つの孔３５は、多角形の第１辺と第４辺に沿って延びた第３孔と、多角形のの第２辺と第３辺に沿って延びた第４孔とを含む。ここで、第１辺と第３辺が多角形における対向辺であり、第２辺と第４辺が多角形における対向辺である。また、これら４つの孔３５は互いに離間している。

図６は、隅部５５の拡大図である。孔３５は、バンプ５３のうち最も隅に配置されたバンプ５３ａをパッケージ５０の外側から囲うように形成され、バンプ５３ａと対向するように形成されている。尚、図６においては、バンプ５３の一部を省略してある。

このように、隅部５５と対向する位置に孔３５が形成されていることにより、プリント基板３０に撓みなどの変形が発生した場合に、その変形を孔３５が吸収する。これにより、パッケージ５０の隅部５５、即ちバンプ５３ａへの負荷が軽減される。

図７は、孔３５が設けられていない従来のプリント基板と、本実施例のプリント基板３０との、ミーゼス応力の最大値の比較図である。図７においては、パッケージ５０の隅部、即ち、バンプ５３ａに相当する位置でのミーゼス応力の最大値をシミュレーションによって算出している。従来のプリント基板でのミーゼス応力の最大値は１３２．１ＭＰａであるのに対し、本実施例のプリント基板３０でのミーゼス応力の最大値は１１６．３ＭＰａである。このように、孔３５は、隅部５５、即ちバンプ５３ａへの負荷を低減することができる。

隅部５５と対向する位置に孔３５を形成した理由について以下に述べる。例えばノートパソコン１が落下した場合には、衝撃によってプリント基板３０が変形する場合がある。プリント基板３０の変形によってバンプ５３がプリント基板３０から剥離する恐れがある。特に、バンプ５３のうち最も隅に配置されたバンプ５３ａが剥離しやすい。この理由は次のように考えられる。最も隅に配置されたバンプ５３ａ以外のバンプ５３は、隣接するバンプ５３によってパッケージ５０とプリント基板３０との接合が維持される。しかしながら最も隅に配置されたバンプ５３ａは、隣接するバンプ５３の数が少ないのでバンプ５３ａが剥離しやすいと考えられるからである。

従って、隅部５５と対向する位置に孔３５を設けることにより、バンプ５３ａへの負荷を低減でき、これによりバンプ５３ａがプリント基板３０から剥離することを防止できる。これによって、プリント基板３０とパッケージ５０との電気的な接続を確保でき、ノートパソコン１の故障を防止できる。

また、プリント基板３０には高熱を発生する電子部品が実装されており、この高熱がプリント基板３０に伝わってプリント基板３０が熱膨張する場合がある。特に、ＣＰＵ４５、ハードディスク７０は高温となるためこれらの周囲が高温化し、プリント基板３０の熱分布は不均一となる。また、ＣＰＵ４５はプリント基板３０の表面に実装されているため、プリント基板３０の表面と裏面とで温度差が生じることになる。このような熱分布の不均一によってプリント基板３０に撓み等の変形が起こる場合がある。このような熱の影響によって発生するバンプ５３ａへの負荷も低減され得る。

また、例えば環境問題を考慮してバンプ５３に鉛フリー半田を用いた場合には、接合力が低下してバンプ５３ａが剥離する恐れがある。しかしながら、本実施例のようなプリント基板を採用することによって、鉛フリー半田を用いた場合であってもバンプ５３ａの剥離を防止できる。

尚、図６に示すように、孔３５のｙ方向、ｘ方向のそれぞれの長さは、パッド３２ａ、バンプ５３ａの直径よりも長い方が好ましい。これにより、バンプ５３ａへ負荷が集中することを低減することができる。

例えば孔３５の長さを、パッケージ５０の各辺の中央に至るまで長く形成することも考えられる。しかしながら、孔３５をあまりに長くすると、バンプ５３との電気的な接続を確保するための配線パターンの妨げになる恐れがある。また、他の電子部品の実装面積が少なくなる恐れもある。従って、孔３５の長さおよび大きさは、配線パターンの確保、実装面積の確保、バンプ５３の剥離の防止を考慮して、隅部５５と対向するように設定されることが望ましい。

また、バンプ５３ａの剥離を防止するために、バンプ５３ａ周囲に接着剤を塗布して接着を強化することも考えられる。しかしながら、このように接着剤を塗布すると、その分だけプリント基板３０の重量が重くなる。また、このような接着剤の塗布は、パッケージ５０がプリント基板３０に実装された後に行う必要があるため作業が煩雑化する。本実施例のように、プリント基板３０に孔３５を形成することによりプリント基板３０の軽量化が図られている。また、孔３５はルータ加工によって、プリント基板３０の外形を形成する際に一体に形成されるので、作業性の効率化が図られている。作業性の効率化により製造コストも低減できる。

尚、孔３５はＬ字状に形成されているが、この形状に限定されず例えばＣ字状であってもよい。

次に、プリント基板の変形例について説明する。尚、以下に説明する変形例については、上述した本実施例と同一、類似の構成については、同一、類似の符号を付することによりその詳細な説明を省略する。図８は、第１変形例に係るプリント基板３０ａの図である。図８は、図４Ａと対応している。図８に示すように、パッケージ５０の対角線上での２箇所の隅部５５に対向するように、２つの孔３５ａが設けられている。２つの孔３５は、パッケージ５０の外形である多角形の第１辺と第２辺に沿って延びる第１孔と、多角形の第３辺と第４辺に沿って延びた第２孔とを含む。第１辺と第３辺が多角形における対向辺であり、第２辺と第４辺が多角形における対向辺である。このように対角線上の２箇所にのみ孔３５ａを設けることにより、バンプ５３の配線パターンの確保とバンプ５３の剥離の防止とが図られている。

また、プリント基板３０ａの変形しやすい方向などが予めわかっている場合には、効果的な位置に孔３５ａを設けてもよい。例えば、プリント基板３０ａがねじによって本体部２０の筐体内に固定される箇所は予めわかっているため、各箇所によるプリント基板３０ａの撓み量などを推定することができる。また、高熱を発する電子部品の位置なども予めわかっている。従って、４つの隅部５５のうち、ミーゼス応力の最大値が最も大きい箇所を推定して、その箇所にのみ孔３５ａを設けてもよい。

図９Ａは、第２変形例に係るプリント基板３０ｂの図である。孔３５ｂは、１つの隅部５５に対して２箇所にわたって形成されている。換言すれば孔３５ｂは、本実施例における孔３５をパッケージ５０の対角線で２つに分断したように形成されている。孔３５ｂは、パッケージ５０の直交し且つ隣接した２辺のそれぞれに沿うように形成されている。また、孔３５ｂのそれぞれの長さはバンプ５３ａの直径よりも若干長い。孔３５ｂは、図９Ａに示すようにバンプ５３ａと対向している。

孔３５ｂが分断していることにより、孔３５ｂの間に配線パターンを通すことができる。特に、バンプ５３ａと接続する配線パターンを施すことが容易となる。

尚、孔３５ｂは、パッケージ５０の対角線で２つに分断されたように形成されているが、これに限定されず、１つの隅部５５に対向する孔が少なくとも２つ以上となるように分断されていればよい。これによって、孔同士の間に配線パターンを通すことができるからである。

図９Ｂは、第３変形例に係るプリント基板３０ｃの図である。孔３５ｃは、円形に形成されている。孔３５ｃの直径はバンプ５３ａの直径よりも長い。これにより、バンプ５３ａへの負荷の効果的に低減することができる。

図９Ｃは、第４変形例に係るプリント基板３０ｄの図である。孔３５ｄは、楕円形に形成されている。孔３５ｄの長辺の長さはバンプ５３ａの直径よりも長い。これにより、バンプ５３ａへの負荷の効果的に低減することができる。また、孔３５ｄの長辺とパッケージ５０の一辺との角度は４５度に設定されている。

尚、以上の変形例で説明した孔３５ａ〜３５ｄは、それぞれルータ加工によって形成される。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

孔の形状は上記以外であっても良い。上記実施例においては、電子機器としてノートパソコンを例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばデスクトップ型のパソコンであってもよい。また、携帯電話や携帯可能な外付け用ハードディスク装置のような、携帯可能な電子機器であってもよい。ＢＧＡパッケージに限られず、半導体チップと略同じ大きさのパッケージを備えたＣＳＰ（Chip Size Package）であってもよい。

ノートパソコンを示した図である。 ノートパソコンに搭載されたプリント基板を示した図である。 ノートパソコンに搭載されたプリント基板を示した図である。 パッケージの説明図である。 パッケージの実装領域の拡大図である。 パッケージの隅部の拡大図である。 ミーゼス応力の最大値の比較図である。 第１変形例に係るプリント基板の図である。 第２、第３、及び第４変形例に係るプリント基板の図である。

符号の説明

１ ノートパソコン（電子機器） ３０ プリント基板
３０Ｒ 実装領域 ３２ パッド
３５ 孔 ５０ パッケージ（電子部品）
５３ 半田バンプ

Claims (10)

1. 電子部品が実装される多角形状の実装領域内に設けられた複数のパッドと、
   前記実装領域の周縁と対向する位置に、少なくとも前記多角形の隣接する２辺に沿って延びる孔と、
   を有するプリント基板。
2. 前記孔は、少なくとも、前記多角形の第１辺と第２辺に沿って延びる第１孔と、前記多角形の第３辺と第４辺に沿って延びかつ前記第１孔と離間した第２孔とを含む、請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記第１辺と前記第３辺が前記多角形における対向辺であり、かつ前記第２辺と前記第４辺が前記多角形における対向辺である、請求項２に記載のプリント基板。
4. 前記孔は、前記多角形の前記第１辺と前記第４辺に沿って延びかつ前記第１孔および前記第２孔と離間した第３孔と、前記多角形の前記第２辺と前記第３辺に沿って延びかつ前記第１孔、前記第２孔および前記第３孔と離間した第４孔とを含む、請求項２又は３に記載のプリント基板。
5. 前記電子部品は、前記複数のパッドと接続される複数の半田バンプを有していると共に該プリント基板に実装され、
   前記孔は、前記電子部品の周縁辺と対向する、請求項１乃至４の何れかに記載のプリント基板。
6. 前記半田バンプは鉛フリー半田で構成されている、請求項５記載のプリント基板。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のプリント基板と、
   前記プリント基板を収容する筐体と、
   を備えた電子機器。
8. 電子部品が実装される多角形状の実装領域内に設けられた複数のパッドと、
   前記実装領域の隅部と対向する位置に形成された孔と、
   を有するプリント基板。
9. 前記電子部品は、前記複数のパッドと接続される複数の半田バンプを有していると共に該プリント基板に実装され、
   前記孔は、前記電子部品の隅部と対向する、請求項８に記載のプリント基板。
10. 請求項８又は９に記載のプリント基板と、
    前記プリント基板を収容する筐体と、
    を備えた電子機器。

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