JP2018170371A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基板実装部品の補強効果が向上された電子機器を得る【解決手段】実施形態にかかる電子機器は、部品が実装された回路基板の反対面に、部品の第１角部に対応した第２角部をもつ補強部を有する。補強部は、第２角部の両側の第１辺部及び第２辺部からそれぞれ第２面の表面方向に沿って突出した、第１突起及び第２突起をさらに含み、第２角部は、第１突起の頂点及び第２突起の頂点を結ぶ線より接続部の中心側にある。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、電子機器に関する。

近年、ノートパソコンは製品の厚さが薄くなり、基板実装部品の低背化が求められている。また、これまでよりさらに持ち運びの頻度が上がることで耐落下衝撃性の向上も求められている。

今まで、基板実装部品の信頼性向上のため，ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）など構造的に壊れやすい部品に対して金属プレートによる補強を実施してきたが，プレートの低背化(薄型化)に伴い、補強効果が低下する。例えば、ねじ留め部からの衝撃波を受けやすいＢＧＡのコーナーバンプに集中して負荷がかかることが課題である。

特開２０１４−０６３８３５号公報 特開２０１１−２５８８３６号公報 特開２０１３−０２６６３３号公報

本発明の実施形態は、基板実装部品の補強効果が向上された電子機器を得ることを目的とする。

実施形態によれば、筐体と、
前記筐体に収容され、第１面、及び該第１面とは反対側の第２面を有する回路基板と、
前記第１面に設けられた複数の接続電極を含み、かつ第１角部を有する接続部を介して、前記第１面に実装された部品と、
前記回路基板の前記第２面に設けられ、前記第１角部に対応して配置される第２角部、及び
前記第２角部の両側の第１辺部及び第２辺部からそれぞれ前記第２面の表面方向に沿って突出した、第１突起及び第２突起を含み、かつ前記第２角部が、前記第１突起の頂点及び前記第２突起の頂点を結ぶ線より前記接続部の中心側に設けられた補強部とを備えた電子機器が提供される。

実施形態に係る電子機器の斜視図である。 図１中に示されたカバーを裏側から見た構造分解図である。 図２の部品の１つを第２面側から見た平面図である。 図３の一部を拡大して示した平面図である。 はんだ応力の時刻歴応答グラフ図である。 比較の回路基板に設けられた補強部の構成を表す図である。 補強部の実装工程の一例を表す図である。 補強部の変形例を表す図である。 補強部の変形例を表す図である。 補強部の変形例を表す図である。 補強部の変形例を表す図である。 補強部の変形例を表す図である。

実施形態にかかる電子機器は、
筐体と、筐体に収容された、第１面、及び第１面とは反対側の第２面を有する回路基板と、第１面に実装された部品と、第２面に設置された少なくとも１つの補強部とを備えている。

部品は、第１面に設けられた複数の接続電極を含む接続部を含む。

接続部は、所定の領域に配列された複数の接続電極を含み、その領域は少なくとも１つの第１角部を有する。

補強部は、少なくとも１つの第２角部を有する。

第２角部は第１面の第１角部に対応して回路基板の第２面に配置され、接続部の第１角部を裏打ちしている。

また、補強部は、第２角部の両側に第１辺部及び第２辺部を有する。

第１辺部から第２面の表面方向に沿って第１突起が突出している。

第２辺部から第２面の表面方向に沿って第２突起が突出している。

また、第２角部は、第１突起と第２突起の間にあり、第１突起の頂点及び第２突起の頂点を結ぶ線より接続部の中心側にある。

ここで、本実施形態において、第２角部は、第１辺部と第２辺部が交わる交差部近傍の領域（あるいは頂部領域）を指し、その領域形状は、角度を有する形状に限らず、角が丸まった形状も含むものとする。

実施形態によれば、第１突起の頂点及び第２突起の頂点が第２角部より接続部の外側にあることにより、もっとも応力が集中しやすい第２角部を保護し、落下などの衝撃波を、第２角部に入る前に第１突起及び第２突起で受けることができる。第１突起及び第２突起で受けた衝撃波を、第１辺部及び第２辺部に伝搬させることにより、第２角部に位置する接続電極に負荷を集中させることなく、周辺の複数の接続電極に負荷を分散することができる。

また、実施形態に適用可能な回路基板は、上記電子機器に適用可能な回路基板であって、第１面、及び第１面とは反対側の第２面を有する基板と、複数の接続電極を含み、かつ第１角部を有する接続部を介して、第１面に実装された部品と、第２面に設置され、第１角部に対応して配置された第２角部を有する少なくとも１つの補強部とを含む。この補強部はまた、第２角部の両側の第１辺部及び第２辺部からそれぞれ回路基板の面方向に突出した、第１突起及び第２突起をさらに含み、かつ第２角部は、第１突起の頂点及び第２突起の頂点を結ぶ線より接続部の中心側にある。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１ないし図４を参照して、実施形態に係る電子機器１１０を説明する。電子機器１１０は、例えばノートブック型ポータブルコンピュータ（ノートＰＣ）である。なお、実施形態にかかる電子機器は、上記例に限られない。本明細書で説明される全ての実施形態及び変形例は、例えばスレート型ポータブルコンピュータ（スレートＰＣ、タブレット）や、テレビジョン受像機、携帯電話（スマートフォンを含む）、ゲーム機など多くの電子機器に広く適用可能である。

図１に示すように、電子機器１１０は、第１ユニット１１１と、第２ユニット１１２と、ヒンジ部１１３ａ，１１３ｂとを有する。

第１ユニット１１１は、第１筐体１１４を備えている。第１筐体１１４は、内部に図２に示すような、例えばメインボードとしての回路基板１１を収容し、この回路基板１１を含む内部構造体をカバー１１９で覆っている。また、カバー１１９上にはキーボード１１７が設けられている。

第２ユニット１１２は、例えば表示ユニットであり、第２筐体１１６と、この第２筐体１１６に収容された表示装置１０５とを備えている。表示装置１０５は、例えば液晶ディスプレイであるが、これに限定されるものではない。

第２筐体１１６は、ヒンジ部１１３ａ，１１３ｂによって、第１筐体１１４の端部に回動可能（開閉可能）に連結され、閉じたときにキーボード１１７と表示装置１０５とが対向し収納されるようになっている。

図２は、前記カバー１１９を裏側からみた構造分解図である。

図２に示すように、カバー１１９の内面には、回路基板１１、バッテリ１２３、及びスピーカ１２４ａ，１２４ｂが取り付けられている。回路基板１１は、キーボード取付部１２１の裏面（下面）に取り付けられ、例えば配線を介して表示装置１０５と電気的に接続されている。

回路基板１１は、第１面１１ａと、第２面１１ｂとを有する。第２面１１ｂは、第１面１１ａとは反対側に位置する。図２では、第１面１１ａは、下面である。第２面１１ｂは、上面である。

図２に示すように、回路基板１１の第１面１１ａには、例えば二つの第１部品１６，１２６が実装されている。第１部品１６，１２６は、其々「部品」、「表面実装部品」、「発熱体」、「発熱部品」、「電子部品」の一例である。第１部品１６，１２６は、例えば表面実装タイプの半導体パッケージである。

図３は、図２の第１部品１６が搭載された部分を回路基板１１の第２面１１ｂ側から見た平面図を示す。また、図３では、回路基板１１の表裏にある各部品の相対的位置関係が分かるように、第２面１１ｂ側から見える部分は実線で、第１面１１ａ側にある部分は点線で示している。

図３に示すように、第１面１１ａに実装された第１部品１６は、例えば、表面実装タイプのＢＧＡを有する半導体パッケージであり、この第１部品１６は、第１面１１ａ上の矩形の領域内に格子状に配列された複数のバンプ２２を含む接続部２２’を備え、これら複数のバンプ２２を介して回路基板１１上の配線に接続されている。

接続部２２’は、格子状に配列された複数のバンプ２２の周縁で規定される矩形領域には、４つの第１角部６３を有する。

第２面１１ｂ上には前記４つの第１角部６３に対応して補強部４１が１つずつ設置されている。

図４は、図３の第２面１１ｂ上の補強部４１の一部（１ヵ所）を拡大した図を示す。ここで、図２の他の補強部４１も同様の構造である。

なお、図３と図４でバンプの数が異なるが、図３は説明の便宜上、模式的に示したものであり、ここでは、図４に示すように、後述する補強部４１の領域内に２列のバンプ２２が位置する。

それぞれの補強部４１は、第１辺部６１及び第２辺部６２を含むＬ字形の補強部本体５０を有し、この補強部本体５０と一体形成され、第１辺部６１から回路基板１１の第２面１１ｂの表面方向に沿って突出する第１突起５１及び、第２辺部６２から回路基板１１の第２面１１ｂの表面方向に沿って突出する第２突起５２とを有する。さらに、第１辺部６１と第２辺部６２が交わる交差部近傍の領域（あるいは頂部領域）に第２角部５３を備えたものとなっている。

また、補強部本体５０の第２角部５３は、第１突起５１の頂点５４及び第２突起５２の頂点５５を結ぶ線５８よりも、接続部の中心２２’ｃ側にある。

補強部４１の第２角部は、接続部の第１角部６３と対応するように設置されている。

例えば、補強部４１の第２角部、第１辺部６１、及び第２辺部６２は、第１面の第１角部６３を含む接続部２２’の外周に沿って、接続部２２’外周より外側に配置され得る。これにより、補強部４１は、コーナーバンプ２２ａを含む接続部２２’を覆うように裏打ちとして設けられている。図３及び図４では、補強部４１の第２角部、第１辺部６１、及び第２辺部６２は、部品１６の外周よりも内側にある。しかしながら、部品１６の外周よりも外側に設けることも可能である。

４つの補強部４１は、それぞれ個別に回路基板１１に取り付けられている。第２の突起の第１辺部６１、及び第２辺部６２の長さの一例は、約５ｍｍである。また、幅Ｗ３は約３ｍｍである。補強部４１の厚さの一例は、約０．５ｍｍである。補強部４１の第１の突起の幅Ｗ１、及び第２の突起の幅Ｗ２は約１．２ｍｍである。第１の突起の長さＬ１、及び第２の突起の長さＬ２は約２．０ｍｍである。なお、補強部４１の大きさは、これに限定されるものではない。

このような構成を有する補強部４１を使用すると、例えば矢印１００の方向から衝撃波が入ったとき、第２角部５３の頂点よりも先に第１突起５１の頂点５４及び第２突起５２の頂点５５が衝撃波を受けて、第１辺部６１付近の領域６４内に位置する複数のバンプ２２ｂ、及び第２辺部６２付近の領域６５内に位置する複数のバンプ２２ｂに負荷が分散するため、コーナーバンプ２２ａに負荷が集中しない。これにより補強部４１による回路基板１１の補強効果を向上させることができる。

ここで、補強部４１の材質の一例は、回路基板１１と線膨張係数が近い材料であり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）である。このため、ユーザー使用環境における温度サイクルにて回路基板１１に大きなストレスが作用しにくい。

なお、補強部４１は、上記例に限定されるものではない。補強部４１は、例えば樹脂材料や、回路基板と同じ材料でもよい。また補強部４１は、回路基板１１に塗布されて硬化された接着剤やはんだでもよい。

なお、第１部品１６は、表面実装タイプのＢＧＡを有する半導体パッケージに限定されるものではなく、エリアアレイ型またはその他の半導体部品を含む種々の部品が適宜該当する。

コーナーバンプにかかる応力を分散させることにより、どれぐらい補強効果を向上するか検証するため、１３０ｍｍ×８０ｍｍの回路基板に、第１及び第２の突起とＬ字補強部本体を有する補強部を設けたサンプル、及び比較として第１及び第２の突起を持たないＬ字補強部を設けたサンプルを作成して、落下衝撃試験を行った。第１及び第２の突起を有する補強部は、図３及び図４に記載の補強部４１と同様の構成を有する。

まず、ＪＤＥＤＣ規格 ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１１に準拠した条件で落下試験機を使用して衝撃波を与え、電気的な導通破断が発生するまでの回数を調査した。

図５に、第１及び第２の突起とＬ字補強部本体とを有する補強部を設けた、実施形態に使用される回路基板と、第１及び第２の突起を持たないＬ字補強部を設けた比較の回路基板について、シミュレーションでのはんだ応力の時刻歴応答グラフ図を示す。

図６に、比較として、第１及び第２の突起を持たないＬ字補強部４１’を設けた回路基板のサンプルの構成を表す概略図を示す。

グラフ１０１，１０２は、各々、第１及び第２の突起とＬ字補強部本体とを有する補強部４１を設けた、実施形態に使用される回路基板と、第１及び第２の突起を持たないＬ字補強部４１’を設けた比較の回路基板について、結果をプロットしたものである。

グラフ１０１，１０２より、上記落下衝撃試験で衝撃波を与えたとき、実施形態に使用される回路基板は、比較の回路基板よりも、バンプにかかるはんだ応力が２０％低減することがわかる。

このとき、第１及び第２の突起とＬ字補強部本体を有する補強部の面積は、突起を持たないＬ字補強部の面積よりも１５％少ない。

このことから、第１及び第２の突起とＬ字補強部本体を有する補強部を用いることにより、面積を１５％低減しても、突起を持たない補強部よりも補強効果を２０％向上することが可能であることがわかる。さらに、この補強部を用いることにより、補強効果を維持したまま、ＰＣ筐体を０．２ｍｍ薄くすることが可能となった。

なお、補強部４１の大きさは、これに限定されるものではない。

補強部４１の一例は、例えば金属プレート（金属片）である。回路基板１１の第２面１１ｂには、パッドが設けられている。補強部４１は、例えばパッドにはんだ固定されることで、回路基板１１に固定されている。

図７は、補強部４１の実装工程の一例を示す。

図示するように、まず回路基板１１が準備される。

次に、第１印刷工程で、回路基板１１の第２面１１ｂに、はんだ４４（はんだペースト）が印刷される。

次に、第１部品実装工程で、補強部４１がマウントされ、第１リフロー工程を経ることで、補強部４１が第２面１１ｂに固定される。すなわち、補強部４１は、第２面１１ｂに実装される他の部品とともに、表面実装工程にて実装される。

次に、第２印刷工程で、回路基板１１の第１面１１ａに、はんだ４４が印刷される。次に、第２部品実装工程で、第１部品１６がマウントされ、第２リフロー工程を経ることで、第１部品１６が第１面１１ａに実装される。これにより、回路基板１１が完成する。

なお、ここで補強部４１のいくつかの変形例について説明する。

図８は、補強部４１の第１変形例を示す。

図示するように、第１変形例では、補強部４１の全体が、接続部２２'よりも外側に位置している。すなわち、補強部４１は、バンプ２２を覆っていない。このような補強部４１によっても、補強部４１は、回路基板１１を伝わって回路基板１１の端部１１ｅから第２角部に向かう応力波を、第２角部よりも外側の第１突起５１及び第２突起５２で受けることができ、かつ補強部４１よりも接続部２２'の中心側にあるコーナーバンプ２２ａを保護することができる。

これにより、コーナーバンプ２２ａの負荷を減らすことができ、耐衝撃性を高めることができる。

なお、図３及び図４のように、補強部４１がバンプ２２の裏側にも位置する方が、この第１変形例よりも高いレベルで耐衝撃性を向上させることができる
図９から図１２は、実施形態に適用可能な補強部の他の変形例を示す。

図９は、Ｌ字補強部本体を有する補強部４１の代わりに、正方形状の補強部本体を有する補強部９８を設けること、補強部９８の第２角部５３、第１辺部６１、及び第２辺部６２が部品１６の外側にあること、及び補強部９８の第２角部５３が丸くなっていること以外は、図３及び図５と同様の構成を有する。

図１０は、Ｌ字補強部本体を有する補強部４１の代わりに、長方形状の補強部９８を設けること、補強部９８の第２角部５３、第１辺部６１、及び第２辺部６２が部品１６の外側にあること、及び補強部９８の第２角部５３が丸くなっていること以外は、図３及び図５と同様の構成を有する。

図１１は、Ｌ字補強部本体を有する補強部４１を４つ設ける代わりに、矩形形状の接続部２２’の隣接する第１角部６３間を結ぶ長方形状の補強部９８を一対設けること、２つ第２角部５３、２つ第２角部５３と接する３つの辺部が部品１６の外側にあること、及び補強部９８の第２角部５３が丸くなっていること以外は図３及び図５と同様の構成を有する。この長方形状の補強部９８は、その両端に第１の突起５１と第２の突起５２がそれぞれ設けられている。

図１２は、Ｌ字補強部本体を有する補強部４１の代わりに、三方形状の補強部本体を有する補強部９８を設けること、及び補強部９８の第２角部５３、第１辺部６１、及び第２辺部６２が部品１６の外側にあること以外は図３及び図４と同様の構成を有する。

図９〜図１２の構成により、補強部９８が、コーナーバンプ２２ａのみならず、部品１６の角部３１自体も覆うように第１部品１６の裏打ちとして設けられているので、第１部品１６自体への耐衝撃性も合わせて向上させることができる。

また、図８と図１０の構成は、図３及び図４とは異なる部品をこの部分に配置したい場合や筐体との干渉を避けるために有効である。

図１１の構成は、全体の曲げ剛性が上がるため、静荷重にも効果が期待できる。また、補強部の部品点数が半分に減ることでコストを安くできるという利点がある。

このように、実施形態に適用可能な補強部の補強部本体は、Ｌ字に限らず、他の形状を使用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…回路基板、１１ａ…第１面、１１ｂ…第２面、１６…部品、２２…バンプ、２２ａ…コーナーバンプ、２２’…接続部、４１…補強部、５１…第１突起、５２…第２突起、５３…第２角部、５４…第１突起の頂点、５５…第２突起の頂点、６１…第１辺部、６２…第２辺部、５８…線、１１０…電子機器、１１４…筐体

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体に収容され、第１面、及び該第１面とは反対側の第２面を有する回路基板と、
   前記第１面に設けられた複数の接続電極を含み、かつ第１角部を有する接続部を介して、前記第１面に実装された部品と、
   前記回路基板の前記第２面に、前記第１角部に対応して配置される第２角部と、
   前記第２角部の両側の第１辺部及び第２辺部からそれぞれ前記第２面の表面方向に沿って突出した、第１突起及び第２突起を含み、かつ前記第２角部が、前記第１突起の頂点及び前記第２突起の頂点を結ぶ線より前記接続部の中心側に設けられた補強部とを備えた電子機器。
2. 前記補強部は、前記第２角部、前記第１辺部、及び前記第２辺部を含むＬ字型の補強部本体を含む請求項１に記載の電子機器。
3. 前記接続部は、矩形形状を有し、前記第１角部を４つ含む請求項１または２に記載の電子機器。
4. 前記部品１つに前記補強部が４つ設けられる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記第２角部、第１辺部、及び第２辺部は、前記接続部の外周に沿って、前記接続部の外周の外側に設けられる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記第２角部、第１辺部、及び第２辺部は、前記部品の外周よりも内側に設けられる請求項５に記載の電子機器。

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