JP2011253849A

JP2011253849A - プリント配線基板及び電子装置

Info

Publication number: JP2011253849A
Application number: JP2010124940A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Usa; 博樹宇佐
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP5562725B2

Abstract

【課題】プリント配線基板上の配線パターンの劣化度合い、余寿命の算出が可能なプリント配線基板を提供する。
【解決手段】基板に形成された配線パターンの劣化度合いを判定する導体のテストパターン２０を備えるプリント配線基板１０であって、テストパターン２０は、くし歯形状の２つの導体パターン部２０１、２０３を備え、これら２つの導体パターン部２０１、２０３の互いの歯が噛み合うように、プリント配線基板１０上に形成されている。又は、テストパターン２０は、プリント配線基板１０の上下面を貫通するスルーホールビア、又はプリント配線基板１０の上面又は下面を貫通するブラインドビアとして形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリント配線基板及び電子装置に関する。

近年、アジア地域の経済発展によりアジア地域への電子装置の輸出が増加している。アジア地域、特に経済発展の著しい新興国は、大気中の硫化水素（Ｈ２Ｓ）の平均濃度が、ヨーロッパ、北アメリカ地域の硫化水素（Ｈ２Ｓ）の平均濃度よりも約１００倍以上であることが確認されている。これは、アジアの新興国が現在でも石炭を主要な原料とし、これを莫大に使用しているからである。硫化水素は、プリント配線基板上の配線パターンを腐食して劣化させ、プリント配線基板を誤動作、故障させる原因となる。硫化水素以外にも、二酸化硫黄も配線パターンを腐食させる原因となる。また、煤、ほこり、海上輸送による塩害などもプリント配線基板の誤動作、故障の原因となる。さらに、イオンマイグレーション等によりプリント配線基板上に金属や化合物が析出し、電極間に短絡が生じることが知られている。イオンマイグレーションとは、プリント配線基板を高湿条件下に置いて、電圧を印加した場合に、プリント配線基板上の一方の金属電極から他方の金属電極に金属イオンが移行し、金属または化合物が析出する現象をいう。溶解、析出が進行すると電極間に短絡が生じる。

特許文献１には、パッケージングされた半導体素子の劣化度を検出する技術が開示されている。

特開２０００―２１４２０５号公報

プリント配線基板の寿命は、実際に運用する現場での大気中の腐食性ガス（硫化水素、二酸化硫黄や塩化水素等）の濃度、湿度等の条件によって異なる。このため、単純に製造年月日等からプリント配線基板の交換時期を推定することは難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プリント配線基板上の配線パターンの劣化度合いや余寿命を精度よく推定することが可能なプリント配線基板、電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプリント配線基板は、基板に形成された配線パターンの劣化度合いを判定する導体の判定パターンを備えるプリント配線基板であって、前記判定パターンは、導体表面が絶縁材料で覆われていない導体露出部分を備えると共に、導体と導体との間隔を一定で形成した部分を複数箇所備えている。

上記プリント配線基板において、前記判定パターンは、くし形形状の２つの導体パターンを備え、一方の導体パターンのくし歯とくし歯との間に、他方の導体パターンのくし歯が挿入され、互いのくし歯が交互に噛み合うように一定間隔を隔てて配置されているとよい。

上記プリント配線基板において、前記判定パターンは、前記プリント配線基板の全層を貫通するスルーホールビア、又は前記プリント配線基板の一部の層を貫通するブラインドビアであるとよい。

上記プリント配線基板において、前記判定パターンは、渦巻き状に前記基板上に形成されたパターンであるとよい。

上記プリント配線基板において、前記判定パターンは、前記基板上に搭載される電子部品の位置決めのために設けられた位置決めパターンを再利用したものであることを特徴とする。

本発明の電子装置は、請求項１から５のいずれか一項に記載のプリント配線基板を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プリント配線基板上の配線パターンの劣化度合いや余寿命を精度よく推定することが可能となる。

プリント配線基板の構成の一例を示す図である。テストパターンの例を示す図であり、（Ａ）はくし形導体パターンを示し、（Ｂ）はスルーホール型パターンを示し、（Ｃ）は渦巻き型パターンを示す図であり、（Ｄ）は渦巻き型パターンの変形例を示し、（Ｅ）はくし形型導体パターンの変形例を示す図である。テストパターンとしてのスルーホールビアとブラインドビアとを説明するための図である。劣化度合い判定装置の構成の一例を示す図であり、（Ａ）はテストパターンに電圧を印加して、テストパターンの劣化度合いを判定する装置の構成を示す図であり、（Ｂ）はテストパターンに光を照射してテストパターンの劣化度合いを判定する装置の構成を示す図である。テストパターンの劣化度合いを判定するためのテーブルの一例を示す図であり、測定したテストパターンの電圧によりプリント配線基板の交換時期を判定するためのしきい値と、プリント配線基板を含む装置を設置してからの経過時間に基づいてプリント配線基板の交換時期を判定するためのしきい値との関係を記録したテーブルの一例である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

図１は、本実施例のプリント配線基板１０の構成を示した平面図である。なお、プリント配線基板１０は、コンピュータ装置、画像形成装置、家電製品等の電子装置（不図示）に搭載される。
プリント配線基板１０上には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を搭載したＩＣチップ１１や、各種コンデンサ、抵抗、トランジスタ等の電子部品１２が搭載されている。また、プリント配線基板１０上には、配線パターン（不図示）が形成されており、ＩＣチップ１１と電子部品１２とは配線パターンによって電気的に接続されている。また、プリント配線基板１０には、基板の表面と裏面とを貫通するスルーホールビア１３が形成されており、ＩＣチップ１１や電子部品１２の接続端子をスルーホールビア１３を介して配線することで、プリント配線基板１０の表面と裏面とに搭載したＩＣチップ１１や電子部品１２が配線パターンで電気的に接続される。

また、プリント配線基板１０の縁部には、プリント配線基板１０上に形成された配線パターンの劣化度合いをテストするためのテストパターン２０が設けられている。このテストパターン２０は、金属（例えば、銅、銀、金等）の導体パターンで形成される。なお、テストパターン２０のプリント配線基板１０上での位置は、特に縁部に限定されるものではなく、ＩＣチップ１１、電子部品１２、配線パターン、スルーホールビア１３等が配置されていない、プリント配線基板１０上の空きスペースを利用することができる。

図２（Ａ）には、テストパターン２０の一例として、くし形導体パターン２０Ａを示す。くし形導体パターン２０Ａは、２つのくし形導体パターン部２０１、２０３を備えている。くし形導体パターン部２０１のくし歯とくし歯との間に、くし形導体パターン部２０３の他方の導体パターンのくし歯が挿入され、互いのくし歯が交互に噛み合うように一定間隔を隔てて配置されている。なお、２つのくし形導体パターンの間隔は、プリント配線基板１０上に形成された配線パターンの間隔と同等かそれ以下の間隔で形成するとよい。これは、イオンマイグレーションの影響や、錆の影響がくし形導体パターン２０Ａに顕著に現れるようにするためである。なお、くし形導体パターン部２０１のくし歯と、くし形導体パターン部２０３のくし歯との間隔は、すべて一定で形成する必要はなく、くし歯とくし歯との間隔を一定で形成した部分を複数箇所有していればよい。
また、くし形導体パターン２０Ａは、後述する劣化度合い判定装置との接続用の配線２０２、２０４を備えている。
また、くし形導体パターン２０Ａは、導体露出部２０５を備えている。導体露出部２０５は、その表面に絶縁材料等の他の材料が塗布されずに、導体パターンを露出させる部分である。例えば、くし形導体パターン２０Ａをソルダレジスト剤等の絶縁材料でコーティングした場合であっても、導体露出部２０５には絶縁材料をコーティングせず、プリント配線基板１を搭載した電子装置内で露出させる。導体露出部２０５が外気に触れることで、他の絶縁材料等を塗布した部分に比べて導体露出部２０５の金属劣化が早まる。このため、くし形導体パターン２０Ａの劣化度合いや腐食原因物質を早期に判別することができる。

図２（Ｂ）には、テストパターン２０の他の例として、スルーホール型パターン２０Ｂを示す。スルーホール型パターン２０Ｂは、複数個のスルーホールビアを連ねたスルーホール列２１１、２１２、２１４、２１５を有している。各スルーホール列２１１、２１２、２１４、２１５のスルーホールビアは、それぞれ配線で接続され、さらにスルーホール列２１１とスルーホール列２１２とは、配線２１３で接続され、スルホール列２１４とスルーホール列２１５とは、配線２１６で接続される。スルーホール型パターン２０Ｂとして形成される各スルーホールビアの形状は、イオンマイグレーションの影響や、錆の影響が顕著にスルーホール型パターン２０Ｂに現れるように、プリント配線基板１０上に形成されたスルーホールビアのピッチと同等かそれ以下となるように形成している。また、スルーホール型パターン２０Ｂも、後述する劣化度合い判定装置との接続用の配線２１３、２１６を備えている。なお、スルーホール型パターン２０Ｂは、図３に示すようにプリント配線基板１０の全層を貫通するスルーホールビアとして形成してもよいし、プリント配線基板１０の一部の層間（図３には、最上位層を貫通するブラインドビアと、最下位層を貫通するブラインドビアとを示す）を貫通するブラインドビア４０として形成してもよい。また、このスルーホール型パターン２０Ｂも、くし形導体パターン２０Ａと同様に、導体露出部２１７を設けている。例えば、スルーホール型パターン２０Ｂを構成するスルーホールビアの表面をソルダレジスト材等の絶縁材料でコーティングした場合であっても、導体露出部２１７には絶縁材料をコーティングせず、プリント配線基板１を搭載した電子装置内で露出させる。

図２（Ｃ）には、テストパターン２０の他の例として、渦巻き型パターン２０Ｃを示す。渦巻き型パターン２０Ｃの導体パターン部２２１は、導体を渦巻き状に形成したものである。導体を渦巻き状に形成された導体パターン部２２１は、イオンマイグレーションの影響や、錆の影響が顕著に現れるように、プリント配線基板１０上に形成された配線パターンの間隔と同等かそれ以下の間隔で形成したパターン部分を複数箇所備えている。また、渦巻き型パターン２０Ｃも、上述したくし形導体パターン２０Ａ、スルーホール型パターン２０Ｂと同様に、後述する劣化度合い判定装置との接続用の配線２２２、２２３を備えている。
また、渦巻き型パターン２０Ｃも、くし形導体パターン２０Ａと同様に、導体露出部２２４を設けてもよい。例えば、渦巻き型パターン２０Ｃをソルダレジスト材等の絶縁材料でコーティングした場合であっても、導体露出部２２４には絶縁材料をコーティングせず、プリント配線基板１を搭載した電子装置内で露出させる。

なお、テストパターン２０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すものだけではなく、例えば、図２（Ｄ）に示す渦巻き型パターン２０Ｃの変形パターン２０Ｄや、図２（Ｅ）に示すくし形導体パターン２０Ａの変形パターン２０Ｅであってもよい。
図２（Ｄ）に示す渦巻き型パターン２０Ｃの変形パターン２０Ｄは、導体パターンが渦巻き状に形成されているが、渦巻き状の導体パターンの一部に切欠部２３６、２３７が設けられている。さらに、変形パターン２０Ｄは、劣化度合い判定装置との接続用の配線２３３、２３４を中央に配置し、その左右に渦巻き状の導体パターン部２３１、２３２を配置している。この変形パターン２０Ｄも左右の導体パターン部２３１、２３２にそれぞれ導体露出部２３５を設けている。
また、図２（Ｅ）に示すくし形導体パターン２０Ａの変形パターン２０Ｅの導体パターン部２４１は、図２（Ａ）に示すくし形導体パターン２０Ａをリング状に丸くした形状を備えている。くし形導体パターン２０Ａの変形パターン２０Ｅにも、後述する劣化度合い判定装置との接続用の配線２４２、２４３と、導体露出部２４４とが設けられている。
なお、テストパターン２０として、プリント配線基板１０上での電子部品の位置を決める位置決め用の基準マークを使用することもできる。

次に、図４を参照しながらテストパターン２０の劣化度合いを判定する劣化度合い判定装置の構成について説明する。
図４（Ａ）に示す劣化度合い判定装置は、電圧源Ｖ１と抵抗３１とマイコン３０とを備えている。テストパターン２０の一方の配線（例えば、図２（Ａ）に示す配線２０２）には、電圧源Ｖ１と抵抗３１とを直列に接続している。また、テストパターン２０の他方の配線（例えば、配線２０４）は接地している。また、テストパターン２０と抵抗３１との接続点と、マイコン３０のアナログ入力ポート（不図示）とを配線で接続している。
直列に接続した抵抗３１とテストパターン２０に電圧源Ｖ１からの電圧を印加する。マイコン３０は、抵抗３１とテストパターン２０との接続点に流れる電流（テストパターン２０に流れ込む電流）の変化から、接続点の電圧の変動値を読み込む。マイコン３０は、読み込んだ電圧の変動値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した電圧の変動値に基づいてテストパターン２０の電圧を検出する。マイコン３０の不図示のメモリには、例えば、図５に示すように、検出されるテストパターン２０の電圧と、プリント配線基板１０の交換時期との関係を示すテーブルが記録されている。マイコン３０は、検出したテストパターン２０の電圧に基づいてテーブルを参照し、プリント配線基板１０の交換が必要であるか否かを判定する。例えば、マイコン３０は、検出した電圧が予め設定された交換時期設定判定しきい値よりも小さい場合に、プリント配線基板１０の交換を促す表示を、例えばマイコン３０に接続した表示画面（不図示）に表示させる。また、マイコン３０は、検出したテストパターン２０の電圧と、交換時期時期判定しきい値との比較により、あとどの程度、プリント配線基板１０を使用することができかを示す余寿命を表示画面に表示させることもできる。また、プリント配線基板１０を搭載した電子装置が設置された日付（設置日付）をマイコン３０の具備するメモリに記録しておいて、この設置日付と現在の日付との差の日数と、予め設定された交換時期時期判定しきい値とを比較して、プリント配線基板１０の交換が必要であるか否かを判定してもよい。

また、図４（Ｂ）に示す劣化度合い判定装置は、発光素子３２と、受光センサ３３とを備えている。発光素子３２のアノード電極側は、電源Ｖ２に接続しており、カソード電極側は、制限抵抗３４に接続している。制限抵抗３４の発光素子３２と接続した側とは反対側は、接地している。また、受光センサ３３は、一方の端部を電源Ｖ３に接続し、他方の端部を制限抵抗３５に接続している。また、受光センサ３３と制限抵抗３５との接続点と、マイコン３０のアナログ入力ポートとを配線で接続している。発光素子３２は、電源Ｖ２に応じた光量で発光する。発光素子３２で照射された光は、プリント配線基板１０上のテストパターン２０で反射して、受光センサ３３に受光される。受光センサ３３は、受光した光の受光量に応じた電流を出力する。マイコン３０は、受光センサ３３と制限抵抗３４との接続点に流れる電流の変化から、接続点の電圧の変動値を読み込む。マイコン３０は、読み込んだ電圧の変動値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した電圧の変動値に基づいてテストパターン２０の劣化度合いを判定する。

なお、図４に示す装置以外にも、他の装置を用いてテストパターン２０の劣化度合いを判定してもよい。例えば、蛍光Ｘ分析によって、テストパターン２０に含まれる硫黄（Ｓ）等の濃度を測定して、テストパターン２０の劣化度合いを判定することもできる。また、混合ガス流腐食試験機を用いたテストパターン２０の劣化度合いから、各種ソルダーレジスト等のコーティング剤別の耐久力の比較やレジスト材の選定を容易に判断することができ、劣化を進行段階別に判定することも可能となる。また、金属の腐食度合いを示す標本を用意し、テストパターン２０の色と標本の色との目視による比較によって、プリント配線基板１０の交換時期を判定してもよい。

以上説明したように本実施例は、プリント配線基板１０上に形成されたテストパターン２０の劣化度合いを判定することで、プリント配線基板上の配線パターンの劣化度合いや、余寿命を精度よく推定することが可能となる。

上述した実施例は本発明の好適な実施例である。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が可能である。

１０プリント配線基板
１１ＩＣチップ
１２電子部品
１３スルーホールビア
２０テストパターン
３０マイコン
３２発光素子
３３受光センサ

Claims

基板に形成された配線パターンの劣化度合いを判定する導体の判定パターンを備えるプリント配線基板であって、
前記判定パターンは、導体表面が絶縁材料で覆われていない導体露出部分を備えると共に、導体と導体との間隔を一定で形成した部分を複数箇所備えることを特徴とするプリント配線基板。
前記判定パターンは、くし形形状の２つの導体パターンを備え、一方の導体パターンのくし歯とくし歯との間に、他方の導体パターンのくし歯が挿入され、互いのくし歯が交互に噛み合うように一定間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
前記判定パターンは、前記プリント配線基板の全層を貫通するスルーホールビア、又は前記プリント配線基板の一部の層を貫通するブラインドビアであることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
前記判定パターンは、渦巻き状に前記基板上に形成されたパターンであることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
前記判定パターンは、前記基板上に搭載される電子部品の位置決めのために設けられた位置決めパターンを再利用したものであることを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板。
請求項１から５のいずれか一項に記載のプリント配線基板を備えたことを特徴とする電子装置。