JP2019125759A

JP2019125759A - マルチチップモジュール及び電子制御装置

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Publication number: JP2019125759A
Application number: JP2018007251A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　大; Masaru Ito; 大伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: JP7077632B2

Abstract

【課題】製品寿命を極力長くし、しかも、製品故障が発生する前に確実に故障を予知して報知する。【解決手段】本実施形態のＭＣＭは、少なくとも２個の演算装置３、４、５を備え、配線基板２に半田ボール接続されたものであって、ＭＣＭ１の裏面の４つの隅部８に設けられ、２つ以上の検出レベルに分けて配置された断線検出用の複数の半田ボール９ａ、９ｂと、前記断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの断線が検出されたときに断線対応処理を実行する機能を有し、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行する制御部６とを備えたものである。【選択図】図３

Description

本発明は、マルチチップモジュール及び電子制御装置に関する。

配線基板に半田ボール接続されるように構成されたマルチチップモジュール（以下、ＭＣＭと称す）は、裏面に多数の半田ボールが格子状に配設されている。ＭＣＭの多数の半田ボールのうちの、ＭＣＭのコーナー部に配置された半田ボールには、半田クラックが発生しやすい。そこで、ＭＣＭのコーナー部に配置された複数の半田ボールを、製品の機能損失にはつながらない無効ボールとし、無効ボールの一部の断線を検知することにより、ＭＣＭの故障、即ち、機能損失を早期に発見し、ユーザに報知する構成が知られている。

例えば、ＭＣＭのコーナー部の角に配設された１個の半田ボールで断線を検知するように構成した場合、検知用の半田ボールと有効半田ボールとの距離が長いことから、検知用の半田ボールと有効半田ボールが同時に断線することはない。このため、検知用の半田ボールの断線を検知することにより、確実に機能損失前、即ち、製品故障前に、故障予知が可能となる。しかし、上記構成の場合、ＭＣＭとマザーボードの熱膨張差による応力は、ＭＣＭのコーナー部の角が最大となるため、検知用の半田ボールは、比較的早く断線する可能性が高い。従って、故障検知が早くなることから、ユーザへ報知するまでの期間、即ち、製品寿命が短くなるという問題があった。

また、ＭＣＭのコーナー部におけるＭＣＭの中心寄りに配置された半田ボールで断線を検知する構成が考えられる。この構成の場合、角に近い半田ボールから徐々に断線していくため、検知用の半田ボールが断線するまでに要する時間が長くなることから、製品寿命を長くすることができる。しかし、この構成の場合、検知用の半田ボールと有効半田ボールとの距離が短いため、検知用の半田ボールと有効半田ボールが同時に断線する可能性があることから、故障検知をユーザに報知することなく、製品故障が発生する可能性がある。

特開２００７−３５８８９号公報

本発明の目的は、製品寿命を極力長くすることができ、しかも、製品故障が発生する前に確実に故障を予知して報知することができるマルチチップモジュールを提供することにある。

請求項１の発明は、少なくとも２個の演算装置３、４、５を備え、配線基板２に半田ボール接続されたマルチチップモジュール１であって、マルチチップモジュール１の裏面の４つの隅部８に設けられ、２つ以上の検出レベルに分けて配置された断線検出用の複数の半田ボール９ａ、９ｂと、前記断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの断線が検出されたときに断線対応処理を実行する機能を有し、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行する制御部６とを備えたものである。

第１実施形態を示すマザーボード及びＭＣＭの上面図ＭＣＭの下面図ＭＣＭのコーナー部及び断線検出の電気的構成を示す図断線検出制御のフローチャート

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のＭＣＭ１は、配線基板である例えばマザーボード２上に半田ボール接続されている。尚、マザーボード２には、上記ＭＣＭ１の他に各種の回路や種々の電子部品が実装されており、マザーボード２は電子制御装置、即ち、ＥＣＵを構成している。

ＭＣＭ１の上面、即ち、表面には、少なくとも２個例えば３個の演算装置３、４、５と、マイコン６とが配設されている。演算装置３、４、５は、高機能・高性能のプロセッサであり、半導体チップで構成されている。マイコン６は、演算装置３、４、５を制御する機能を有しており、半導体チップで構成されている。マイコン６は、制御部としての機能を有している。

図２に示すように、ＭＣＭ１の下面、即ち、裏面には、多数の半田ボール７が格子状に配設されている。ＭＣＭ１の多数の半田ボール７のうちの、４つの隅部であるコーナー部８、即ち、破線Ａの外側のエリア８に配置された複数の半田ボール７を、製品の機能損失にはつながらない無効半田ボール９としている。そして、ＭＣＭ１の多数の半田ボール７のうちの、実線Ａの内側のエリア１０に配置された複数の半田ボール７を、有効半田ボール１１としている。

また、ＭＣＭ１の各コーナー部８には、無効半田ボール９が例えば６個配置されており、そのうちの、ＭＣＭ１のコーナー部８の角部に配置された例えば１個の無効半田ボール９ａと、それよりも内側に配置された例えば２個の無効半田ボール９ｂとが、断線検出用の半田ボールとなっている。ＭＣＭ１の角部に配置された１個の断線検出用の半田ボール９ａが、有効半田ボール１１に遠い側に配置された断線検出用の半田ボールを構成している。そして、それよりも内側に配置された２個の断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂが、有効半田ボール１１に近い側に配置された断線検出用の半田ボールを構成している。

なお、遠い側もしくは近い側を判定する際、複数存在する有効半田ボールの内、最もボール間距離が短い有効半田ボールを対象として、判定する。
ここで、ＭＣＭ１の４つのコーナー部８のうちの例えば右上のコーナー部８において、１個の断線検出用の半田ボール９ａの断線を検出する構成と、２個の断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂの断線を検出する構成について、図３を参照しながら説明する。

上記１個の断線検出用の半田ボール９ａは、抵抗１２を介してマザーボード上の電源端子Ｖｃｃに接続されていると共に、マザーボード上のグランドに接続されている。そして、半田ボール９ａと抵抗１２の中間接続点１３を断線判定部１４の端子１４ａに接続している。断線判定部１４は、中間接続点１３の電圧を検出することにより、半田ボール９ａが断線しているか否かを判定することができる構成となっている。例えば、断線判定部１４は、中間接続点１３の電圧が、電源端子Ｖｃｃの電圧であれば断線と判定し、電源端子Ｖｃｃの電圧よりも低い電圧例えばグランドに近い電圧であれば断線していないと判定する。

また、２個の断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂは、ＭＣＭ上の導体パターン１５で接続されている。半田ボール９ｂ、９ｂのうちの一方の半田ボール９ｂは、抵抗１６を介してマザーボード上の電源端子Ｖｃｃに接続されている。半田ボール９ｂ、９ｂのうちの他方の半田ボール９ｂは、マザーボード上のグランドに接続されている。そして、一方の半田ボール９ｂと抵抗１６の中間接続点１７を断線判定部１４の端子１４ｂに接続している。断線判定部１４は、中間接続点１７の電圧を検出することにより、２個の半田ボール９ｂ、９ｂの少なくとも１つが断線しているか否かを判定することができる構成となっている。例えば、断線判定部１４は、中間接続点１７の電圧が、電源端子Ｖｃｃの電圧であれば断線と判定し、電源端子Ｖｃｃの電圧よりも低い電圧例えばグランドに近い電圧であれば断線していないと判定する。

さて、上記構成の場合、熱膨張差による応力は、ＭＣＭ１のコーナー部８の角が最大となるため、断線検出用の半田ボール９ａは、断線検出用の半田ボール９ｂに比べて早く断線する可能性が高い。このため、半田ボール９ａは、半田ボール９ｂに比べて断線検出が早くなる、即ち、半田ボール９ａと半田ボール９ｂは検出レベルが異なる。この構成では、断線検出用の半田ボール９ａと、断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂは、２つの検出レベルに分けて配置される構成となっている。断線検出用の半田ボール９ａ、即ち、有効半田ボールに遠い側の半田ボールが、検知レベル１に対応している。断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂ、即ち、有効半田ボールに近い側の半田ボールが、検知レベル２に対応している。

また、ＭＣＭ１の他の３つのコーナー部８、即ち、右下、左上、左下の各コーナー部８においても、上記した右上のコーナー部８の断線検出構成と同じ構成が設けられている。即ち、右下、左上、左下の各コーナー部８の半田ボール９ａと抵抗１２の中間接続点１３が、断線判定部１４の端子１４ｃ、１４ｅ、１４ｇに接続されると共に、一方の半田ボール９ｂと抵抗１６の中間接続点１７が、断線判定部１４の端子１４ｄ、１４ｆ、１４ｈに接続されている。

これにより、断線判定部１４は、右下、左上、左下の各コーナー部８の各半田ボール９ａが断線しているか否かを判定することができると共に、右下、左上、左下の各コーナー部８の各２個の半田ボール９ｂ、９ｂの少なくとも１つが断線しているか否かを判定することができる構成となっている。そして、断線判定部１４は、断線を判定した結果の情報、即ち、各コーナー部８における半田ボール９ａが断線しているか否かの情報並びに２個の半田ボール９ｂ、９ｂの少なくとも１つが断線しているか否かの情報を、マイコン６へ送信するように構成されている。

また、本実施形態では、断線判定部１４、抵抗１２、１６等をマザーボード２に配設するように構成したが、これに限られるものではなく、断線判定部１４、抵抗１２、１６等をＭＣＭ１に配設するように構成しても良い。また、断線判定部１４、抵抗１２、１６等のうちの一部をＭＣＭ１に配設し、残りをマザーボード２に配設するように構成しても良い。

次に、上記構成の作用、即ち、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの断線を検出する断線検出制御について、図４を参照して説明する。図４のフローチャートは、マイコン６の制御のうちの断線検出制御の内容を示す。

図４のステップＳ１０においては、マイコン６は、断線判定部１４によって判定された判定結果の情報、即ち、ＭＣＭ１の４つのコーナー部８の断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂが断線したか否かの各判定結果の情報を入力する。続いて、ステップＳ２０へ進み、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの中の少なくとも１つが断線したか否かを判断する。ここで、断線がないときには（ＮＯ）、ステップＳ１０へ戻り、断線判定部１４による判定を続ける。

また、上記ステップＳ２０において、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの中の少なくとも１つが断線したときには（ＹＥＳ）、ステップＳ３０へ進み、断線の検出レベルを判定する。この場合、断線した断線検出用の半田ボール９が、断線検出用の半田ボール９ａであるか、即ち、検出レベル１であるか、それとも、２個の半田ボール９ｂ、９ｂの少なくとも１つであるか、即ち、検出レベル２であるかを判定し、判定結果を記憶する。

そして、ステップＳ４０へ進み、断線した断線検出用の半田ボール９が検出レベル１、即ち、半田ボール９ａであるか否かを判断する。ここで、検出レベル１であるときには（ＹＥＳ）、ステップＳ６０へ進み、マイコン６は、断線箇所を特定する。この場合、ＭＣＭ１の４つのコーナー部８の中のいずれかのコーナー部８において、検出レベル１の断線が発生し、かつ４つのコーナー部８の中の全てのコーナー部８において、検出レベル２の断線が発生していないこと、即ち、角の半田ボール９ａの断線が発生したことを特定する。

続いて、ステップＳ７０へ進み、マイコン６は、特定した断線箇所のコーナー部８の位置情報に基づいて、３つの演算装置３、４、５への処理分配比率を変更、即ち、更新する。この場合、断線が発生したコーナー部８から遠い演算装置３に対して優先的に処理を割り当てる、即ち、処理の分配比率を高くする。そして、断線が発生したコーナー部８に近い演算装置３に対しては、なるべく処理を割り当てないようにする、即ち、処理の分配比率を小さくするように構成されている。このステップＳ７０の処理が、第１の断線対応処理に相当する。上記処理分配比率の変更により、断線位置に近い演算装置の処理配分を小さくして、即ち、上記演算装置の発熱量を小さくして、熱応力を緩和させることが可能となるから、製品寿命を一層長くすることができる。これにより、本断線検出制御を終了する。

また、上記ステップＳ４０において、検出レベル１でないとき、即ち、検出レベル２の断線が発生したときには（ＮＯ）、ステップＳ５０へ進み、マイコン６は、ユーザへ警告通知する。この場合、ユーザへ警告通知する警告信号例えば検出レベル２の断線、即ち、有効半田ボール１１に近い側の半田ボール９ｂ、９ｂの断線が発生したことを示す警告信号を外部へ出力する。このステップＳ５０の処理が、第２の断線対応処理に相当する。上記検出レベル２の警告信号によって、ユーザは、ＭＣＭ１のいずれかのコーナー部８において有効半田ボール１１に近い側の断線検出用の半田ボール９ｂ、９ｂが断線したことを認識することができる。この結果、ユーザは、このＭＣＭ１を使用し続けると、この後、近いうちに、有効半田ボール１１が断線したりする可能性が高くなることがわかる。これにより、本断線検出制御を終了する。

このような構成の本実施形態においては、ＭＣＭ１の裏面の４つのコーナー部８に、２つ以上の検出レベルに分けて配置された断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂを設け、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの断線が検出されたときに、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行するように構成した。この構成によれば、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂの断線が検出されたときに、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行するので、製品寿命を極力長くする断線対応処理が実行可能となるから、製品寿命を極力長くすることができる。そして、製品故障が発生する前に確実に故障を予知して報知することができる。

また、上記実施形態では、断線検出用の半田ボール９のうちの、有効半田ボール１１に遠い側の半田ボール９ａの断線、即ち、検出レベル１が検出されたときに、第１の断線対応処理を実行する。具体的には、断線位置を特定し、特定した断線位置に基づいて３個の演算装置３、４、５の処理配分を変更するように構成した。この構成によれば、断線位置に近い演算装置の処理配分を小さくする、即ち、該演算装置の発熱量を小さくして、検出レベル１で断線したコーナー部８の温度上昇を抑えて熱応力を緩和させることが可能となる。この結果、検出レベル２の断線が発生するまでの期間、即ち、警告通知までの期間を長くすることができ、製品寿命を一層長くすることができる。

また、上記実施形態では、断線検出用の半田ボール９のうちの、有効半田ボール１１に近い側の半田ボール９ｂ、９ｂの断線、即ち、検出レベル２が検出されたときに、第２の断線対応処理としてユーザに警告を報知するように構成した。この構成によれば、製品機能損失の前に、確実にユーザに警告通知することができる。

尚、上記実施形態では、マイコン６、即ち、制御部を、ＭＣＭ１に配設するように構成したが、これに代えて、マイコン６をマザーボード２に配設するように構成しても良い。また、上記実施形態では、ＭＣＭ１のコーナー部８に６個の無効半田ボール９を設けたが、これに限られるものではなく、７個以上の無効半田ボール９を設けても良いし、５個以下の無効半田ボール９を設けても良い。

また、上記実施形態では、断線検出用の半田ボール９ａ、９ｂを２つの検出レベルに分けて配置するように構成したが、これに限られるものではなく、３つ以上の検出レベルに分けて配置するように構成しても良い。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はマルチチップモジュール、２はマザーボード、３、４、５は演算装置、６はマイコン（制御部）、７は半田ボール、８はコーナー部、９ａ、９ｂは断線検出用の半田ボール、１１は有効半田ボール、１４は断線判定部である。

Claims

少なくとも２個の演算装置（３、４、５）を備え、配線基板（２）に半田ボール接続されたマルチチップモジュール（１）であって、
マルチチップモジュールの裏面の４つの隅部（８）に設けられ、２つ以上の検出レベルに分けて配置された断線検出用の複数の半田ボール（９ａ、９ｂ）と、
前記断線検出用の半田ボールの断線が検出されたときに断線対応処理を実行する機能を有し、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行する制御部（６）と、
を備えたマルチチップモジュール。
前記制御部は、前記断線検出用の半田ボールのうちの、有効半田ボールに遠い側の半田ボールの断線が検出されたときに、第１の断線対応処理を実行するように構成された請求項１記載のマルチチップモジュール。
前記第１の断線対応処理は、断線位置を特定し、特定した断線位置に基づいて前記少なくとも２個の演算装置の処理配分を変更するように構成された請求項１または２記載のマルチチップモジュール。
前記制御部は、前記断線検出用の半田ボールのうちの、有効半田ボールに近い側の半田ボールの断線が検出されたときに、第２の断線対応処理としてユーザに警告を報知するように構成された請求項１記載のマルチチップモジュール。
配線基板と、少なくとも２個の演算装置を備え前記配線基板に半田ボール接続されたマルチチップモジュールとを備えた電子制御装置であって、
マルチチップモジュールの裏面の４つの隅部に設けられ、２つ以上の検出レベルに分けて配置された断線検出用の複数の半田ボールと、
前記配線基板に設けられ、前記断線検出用の半田ボールの断線を検出する検出部と、
前記配線基板に設けられ、前記断線検出用の半田ボールの断線が検出されたときに断線対応処理を実行する機能を有し、検出レベルに応じて異なる断線対応処理を実行する制御部と、
を備えた電子制御装置。