JP2021068757A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサを同時にショート故障が発生し難いように配置した配線基板を提供する。【解決手段】本配線基板は、直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサが基板に実装され、前記複数の積層セラミックコンデンサは、第１の実装方向に実装された第１の積層セラミックコンデンサと、第２の実装方向に実装された第２の積層セラミックコンデンサと、を含み、前記第１の実装方向と前記第２の実装方向のなす角度が４５±５度である。【選択図】図２
Description
本発明は、配線基板に関する。
配線基板に実装される電子部品の１つとしてコンデンサがある。コンデンサには、例えば、セラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ、アルミ電解コンデンサ等がある。１つの配線基板には通常複数のコンデンサが使用されるため、コンデンサの配置には、様々な工夫がなされている。
例えば、スイッチング回路に用いられる積層セラミックコンデンサに、直流電圧に重畳された可聴周波数領域の電圧が印加されると、電界の交流成分に応じた逆圧電効果が発生して積層セラミックコンデンサのボディがその固有振動数で共振して振動し、その振動が基板に伝達されて騒音が発生する場合がある。そこで、複数の積層セラミックコンデンサの配置角度を変更することで、積層セラミックコンデンサの振動を低減して騒音を軽減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、積層セラミックコンデンサは、クラックが入るとショート故障が発生するタイプのコンデンサである。例えば、積層セラミックコンデンサが実装された配線基板に応力がかかると、その応力により積層セラミックコンデンサにクラックが入り、ショート故障が発生する場合がある。
例えば、積層セラミックコンデンサを異なる直流電位の間（電源と接地との間等）に接続して使用する場合、ショート故障が発生すると、異なる直流電位の間に大電流が流れるおそれがある。
そのため、異なる直流電位の間に複数の積層セラミックコンデンサを直列に接続し、一つの積層セラミックコンデンサにショート故障が発生しても、直列に接続された他の積層セラミックコンデンサによって絶縁を維持し、異なる直流電位の間に大電流が流れることを防止する技術が検討されている。
しかしながら、直列に接続される複数の積層セラミックコンデンサは通常は配線基板に近距離に実装されるため、配線基板に応力がかかると各々の積層セラミックコンデンサに同じ応力がかかり、全ての積層セラミックコンデンサにクラックが入るおそれがある。この場合、全ての積層セラミックコンデンサにクラックに起因するショート故障が発生すると、異なる直流電位の間に大電流が流れるが、この問題は、特許文献１で提案されているコンデンサの配置では解消できない。
本発明は、直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサを同時にショート故障が発生し難いように配置した配線基板を提供することを目的とする。
本配線基板は、直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサが基板に実装され、前記複数の積層セラミックコンデンサは、第１の実装方向に実装された第１の積層セラミックコンデンサと、第２の実装方向に実装された第２の積層セラミックコンデンサと、を含み、前記第１の実装方向と前記第２の実装方向のなす角度が４５±５度である。
開示の技術によれば、直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサを同時にショート故障が発生し難いように配置した配線基板を提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
図１は、本実施形態に係る配線基板を例示する平面図である。図１を参照すると、配線基板１は、基板１０と、能動部品２０と、受動部品３０とを有している。
能動部品２０や受動部品３０は、基板１０の一方の側に実装されている。但し、基板１０の他方の側にも、能動部品２０や受動部品３０を実装し、両面実装としてもよい。
能動部品２０や受動部品３０の端子は、基板１０に形成された部品実装用のランドに、はんだ等により接続されている。基板１０には、能動部品２０や受動部品３０の端子の必要な部分同士を接続する配線パターンや、能動部品２０に接続される電源配線（ＶＤＤ配線）や接地配線（ＧＮＤ配線）が形成されている。
基板１０は、特に制限されないが、例えば、樹脂基板（ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板等）、セラミック基板、シリコン基板等である。基板１０は、片面に配線パターンが形成された片面基板、両面に配線パターンが形成された両面基板、複数の配線パターンが絶縁層を介して積層された多層基板の何れであってもよい。
能動部品２０は、特に制限されないが、例えば、半導体集積回路、トランジスタ、ダイオード等である。受動部品３０は、特に制限されないが、例えば、コンデンサ、抵抗、インダクタ、コネクタ等である。
図２は、図１のＡ部の拡大図であり、本実施形態に係るコンデンサの配置構造を例示している。図３は、図２に対応する回路図である。図２及び図３を参照すると、ＩＣ１には、ＶＤＤ配線Ｈ１（電源電位）とＧＮＤ配線Ｈ２（接地電位）が接続されている。そして、ＶＤＤ配線Ｈ１とＧＮＤ配線Ｈ２との間には、バイパスコンデンサであるコンデンサＣ１とコンデンサＣ２が直列に接続されている。
ＩＣ１は半導体集積回路であり、コンデンサＣ１及びＣ２は積層セラミックコンデンサである。なお、ＩＣ１は、図１に示した能動部品２０の一部である。又、コンデンサＣ１及びＣ２は、図１に示した受動部品３０の一部である。
図４は、コンデンサの外観を例示する図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は平面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、コンデンサＣ１及びＣ２は、略直方体の本体３１と、本体３１の対向する側に形成された電極３２及び３３とを有している。本体３１は、例えば、チタン酸バリウム等からなる誘電体である。電極３２及び３３は、導電体であり、例えば銅の表面に錫めっきを施したものである。
本願では、図４（ｂ）に示すように、平面視において、電極３２の中心３２ａと電極３３の中心３３ａを結ぶ方向（図４（ｂ）の破線Ｄの方向）をコンデンサの実装方向と称する。
図２の説明に戻り、図２において、破線Ｄ１は、コンデンサＣ１の実装方向を示している。言い換えれば、コンデンサＣ１は、破線Ｄ１の方向に実装されている。又、破線Ｄ２は、コンデンサＣ２の実装方向を示している。言い換えれば、コンデンサＣ２は、破線Ｄ２の方向に実装されている。図２に示すコンデンサの配置構造では、破線Ｄ１と破線Ｄ２とのなす角度θが４５±５度である。この理由について、以下に説明する。
配線基板１には、様々な応力がかかり、応力の方向によっては、配線基板１に実装された部品にクラックが入り、ショート故障が発生する場合がある。例えば、図３の回路でコンデンサＣ１及びＣ２にショート故障が発生すると、ＶＤＤとＧＮＤとが短絡して大電流が流れるおそれがある。
そこで、発明者らは、積層セラミックコンデンサについて、応力がかかる方向とクラックの発生し易さとの関係を調査した。以降、特に指定しない限り、コンデンサは積層セラミックコンデンサを指すものとする。
発明者らの検討により、図５（ａ）に示すようにコンデンサＣの実装方向Ｄに対して応力Ｆの角度が９０度（垂直）である場合や、図５（ｂ）に示すようにコンデンサＣの実装方向Ｄに対して応力Ｆの角度が０度（平行）である場合は、クラックが発生し難いことがわかった。
これに対し、図５（ｃ）に示すようにコンデンサＣの実装方向Ｄに対して応力Ｆの角度が４５度である場合は、図５（ａ）や図５（ｂ）の場合に比べてクラックが発生し易いことがわかった。
この結果から、図６（ａ）のように、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の実装方向を同一方向にした場合には、コンデンサＣ１及びＣ２にα１＝α２＝４５度の応力Ｆがかかる場合がある。この場合、コンデンサＣ１及びＣ２にクラックが入ってショート故障が発生し、ＶＤＤとＧＮＤとが短絡して大電流が流れるおそれがある。
一方、図６（ｂ）のように、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の実装方向がθ＝４５度ずれている場合には、コンデンサＣ１にα１＝４５度の応力がかかる場合には、コンデンサＣ２にはα２＝９０度の応力がかかる。図５で説明したように、α２が０度や９０度の場合には同じ応力Ｆがかかってもクラックが発生し難い。その結果、コンデンサＣ１にクラックが入ってショート故障が発生しても、コンデンサＣ２にはクラックが入らずに正常に動作し続けるため、ＶＤＤとＧＮＤとが短絡して大電流が流れるおそれを低減できる。
発明者らの検討結果によれば、上記の効果は、破線Ｄ１と破線Ｄ２とのなす角度θ＝４５±５度であれば、θ＝４５度の場合と同程度に得られる。
このように、本実施形態に係るコンデンサの配置構造は、破線Ｄ１方向に実装されたコンデンサＣ１と、破線Ｄ２方向に実装されたコンデンサＣ２とを含み、破線Ｄ１方向と破線Ｄ２方向のなす角度が４５±５度である。
これにより、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２に加わる応力の方向が変わるため、全てのコンデンサに同一方向の応力が加わってクラックが入り同時にショート故障が発生することを抑制できる。
応力は、例えば、基板１０に実装されたコネクタに、他のコネクタを挿抜する際に発生する。或いは、配線基板１の製造中又は配線基板１の完成後に、作業者が指で配線基板１を押す場合等にも発生する。
このときに発生する応力は、剛性の低い基板を用いるほど、コンデンサＣ１及びＣ２に伝達し易い。従って、基板１０の剛性が低い場合ほど、破線Ｄ１方向と破線Ｄ２方向のなす角度を４５±５度とし、コンデンサＣ１及びＣ２へのクラックの発生を防止する技術的意義が大きい。
すなわち、基板１０としてセラミック基板やシリコン基板を用いる場合よりも、樹脂基板を用いる場合の方が、破線Ｄ１方向と破線Ｄ２方向のなす角度を４５±５度とし、コンデンサＣ１及びＣ２へのクラックの発生を防止する技術的意義が大きい。特に、基板１０として樹脂基板の中でも剛性の低い紙フェノール基板を用いた場合に、破線Ｄ１方向と破線Ｄ２方向のなす角度を４５±５度とし、コンデンサＣ１及びＣ２へのクラックの発生を防止する技術的意義が大きい。
なお、以上の説明では、２つのコンデンサが異なる直流電位の間に直列に接続されている場合を例にして説明した。しかし、３つ以上のコンデンサが異なる直流電位の間に直列に接続されている場合でも、少なくとも２つのコンデンサについて実装方向を４５±５度ずらすことで、上記と同様の効果が得られる。
又、異なる直流電位は、電源電位と接地電位には限られない。例えば、異なる直流電位は、電源電位を分圧した電位と接地電位であってもよい。又、接地電位に対して正側の電源電位と負側の電源電位がある場合には、正側の電源電位と接地電位との間、及び負側の電源電位と接地電位との間の両方に、本実施形態に係るコンデンサの配置構造を適用してもよい。
又、本実施形態に係るコンデンサの配置構造は、異なる直流電位の間には限定されず、直流か交流かにかかわらず、任意の２つの配線間に直列に接続される複数のコンデンサに適用してもよい。この場合は、全てのコンデンサにクラックが入り同時にショート故障が発生して配線同士が短絡することを防止できる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 配線基板
１０ 基板
２０ 能動部品
３０ 受動部品
３１ 本体
３２、３３ 電極
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
ＩＣ１ 半導体集積回路
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Claims (5)
- 直列に接続された複数の積層セラミックコンデンサが基板に実装され、
前記複数の積層セラミックコンデンサは、第１の実装方向に実装された第１の積層セラミックコンデンサと、第２の実装方向に実装された第２の積層セラミックコンデンサと、を含み、
前記第１の実装方向と前記第２の実装方向のなす角度が４５±５度である配線基板。 - 前記複数の積層セラミックコンデンサは、異なる直流電位の間に直列に接続されている請求項１に記載の配線基板。
- 前記異なる直流電位の一方は、半導体集積回路に接続される電源電位であり、
前記異なる直流電位の他方は、前記半導体集積回路に接続される接地電位である請求項２に記載の配線基板。 - 前記基板は樹脂基板である請求項１乃至３の何れか一項に記載の配線基板。
- 前記樹脂基板は紙フェノール基板である請求項４に記載の配線基板。
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