JP4128722B2 - 回路基板および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装後の信頼性を向上させた回路基板とその実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、電子部品が搭載されている機器の高度化、多機能化などにともない、電子部品と回路基板を接合する電気的接合部の数が非常に多数となり、接合信頼性の確保が容易でない状況にある。
【０００３】
以下、図６を参照し、接合部信頼性低下の原因を具体的に説明する。多数の電気的接合部を有する代表的な電子部品であるＢＧＡ型半導体パッケージ６１を例に説明する。ＢＧＡ型半導体パッケージ６１は回路基板６３に対して電気接合用はんだバンプ６２を用いて直接実装する構造をなす。実装面積の低減に有効であり、半導体装置の小形化に適している。回路基板６３は筐体取付け部６４において筐体６５に固定されている。さらに、筐体６５はその外部に設けられた脚部６７により、図示していない机や地面に接している。
【０００４】
ＢＧＡ型半導体パッケージ６１のはんだバンプ接合部６２には様々な接合信頼性問題が生じる。先ず、半導体パッケージ６１と回路基板６３の線膨張率差に起因した接合部信頼性低下の問題がある。半導体装置の動作あるいは環境温度の変動に起因して、電子機器には温度変動が繰り返し生じる。この際、ＢＧＡ型半導体パッケージ６１と回路基板６３の間には、両者の線膨張率に起因した相対変形が生じる。その結果、接合部であるはんだバンプ６２接合部には厳しい熱応力が繰り返し生じ、熱疲労破壊する可能性も高くなり、機械的、電気的接合信頼性が著しく低下する。
【０００５】
また、ＢＧＡ型半導体パッケージ６１のはんだバンプ接合部６２においては、強制的な反りや衝撃など機械的な荷重入力が加わった際に生じる回路基板６３の過大な反り変形に起因する、はんだバンプ接合部６２の破壊も近年問題視されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
熱疲労破壊に対する接合信頼性を検証するために、電子部品が接合された回路基板に対する温度サイクル試験が一般的に実施されている。温度サイクル試験は高温側（例えば、１２５℃）と低温側（例えば、−６５℃）を一定時間間隔で繰返し反復させる試験であり、通常、数百〜数千サイクルにわたって実施される。ただし、電子機器筐体に組みつけられた状態での温度サイクル試験は通常実施されていない。電子機器使用時においては、電子部品が接合された回路基板は電子機器筐体にネジ止めなどで接続固定されるのが一般的である。電子部品が接合された回路基板は筐体からの力学的拘束条件下にあるため、温度変動が生じた際に生じる回路基板の変形状態は、筐体に固定されていない温度サイクル試験時における変形状態とは必ずしも一致しない点が温度サイクル試験に基づく設計上の課題といえる。
【０００７】
また、強制的な反りや衝撃など機械的な荷重入力が加わった際に生じる回路基板の過大な反り変形に起因する、はんだバンプ接合部の破壊も課題である。
【０００８】
以上のように、はんだバンプで生じる各種の力学的な強度信頼性の低下が本発明が解決しようとする課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、電子部品が接合されるための第１の領域と、電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、第２の領域は、第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、第２の領域は、前記第１の領域よりも薄いことを特徴とする回路基板と、
電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、前記第２の領域の基板層数が、前記第１の領域の基板層数よりも少ないことを特徴とする回路基板と、
電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、前記第２の領域を構成する材料が、前記第１の基板領域を構成する材料よりも柔らかいことを特徴とする回路基板と、
電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、前記第１の領域中にガラス繊維もしくは金属配線を含み、前記第２の領域は、前記第１の領域の構成から前記ガラス繊維もしくは前記金属配線が除去された構成、あるいは分断された構成であることを特徴とする回路基板を提供する。
また、このような回路基板と、第１の領域に接合される電子部品と、第２の領域の筐体取り付け部に配置されるネジと、ネジにより回路基板が固定される電子機器筐体を備えることを特徴とする電子機器を提供する。
【００１０】
かかる回路基板および電子機器によれば、電子部品が接合されている回路基板と電子機器筐体との間の力学的な相関が低くなり、温度変動が生じた際に発生する電子部品が接合されている回路基板の変形状態は、筐体に固定されていない温度サイクル試験時における変形状態に近くなる。その結果、温度サイクル試験に基づく接合信頼性設計の高精度化が図れる。併せて、強制的な反りや衝撃など機械的荷重が入力された際も、低剛性領域が大きく変形することで通常基板面の反り変形量を低減できるため、強度信頼性の確保が容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、回路基板の筐体取付け部近傍に、断面２次モーメントが他の部分より小さく、剛性の低い領域を設けることを特徴とする。断面２次モーメントは梁の曲がり易さを示す係数で、断面の形状と弾性定数より算出することができる。曲げ荷重が作用する梁では、断面２次モーメントが小さい領域では、他の領域より変形しやすい。ほぼ同様の効果が回路基板においても期待される。
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図１乃至５を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の第一の実施形態を示す。図１（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。回路基板１３の筐体取付け部１４近傍に、他の基板領域よりも薄い低剛性領域１６が形成されている回路基板とその筐体への実装構造を示している。
【００１５】
他の基板領域よりも薄い低剛性領域１６は、他の基板領域の層構成の一部を延長して形成されており、基板製造も比較的容易にできる。このような構造であれば、温度変動が生じた際に発生する電子部品が接合されている回路基板の変形状態は、温度サイクル試験時、すなわち筐体に固定されていない場合の変形状態に近くなる。その結果、温度サイクル試験の妥当性が高まる。
【００１６】
併せて得られる効果として、強制的な反りや衝撃など機械的な荷重入力に対する信頼性向上が挙げられる。筐体取付け部１４から機械荷重が入力された際、低剛性領域１６が大きく変形することで低剛性領域１６以外の通常基板面の反り変形量を低減できる。その結果、回路基板の過大な反り変形に起因する接合部の破壊を防止できる。
【００１７】
図２に本発明の第二の実施形態を示す。図２（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。回路基板２３の筐体取付け部２４が回路基板２３の四隅ではなく、基板中央部にある点を除き、第一の実施形態と同様な構造をなす。回路基板２３と筐体２５との接続剛性を低下させる効果には同様である。
【００１８】
図３に本発明の第三の実施形態を示す。図３は本発明の断面図であるが、回路基板３３の筐体取付け部３４近傍に、他の基板領域よりも柔らかい材料で低剛性領域３６が形成されている点が第一の実施形態と異なる。柔らかい材料の形成される低剛性領域３６は、例えば、積層材である回路基板中のガラス繊維層を除去あるいは分断されている領域を設けることで実現できる。あるいは、銅などの金属配線層を除去あるいは分断させている領域を設けることで実現できる。従来の回路基板と概ね同様な製造方法で製造可能であり、実現にあたり多大なコストアップは必要としない。
【００１９】
図４に本発明の第四の実施形態を示す。図４（ａ）は断面図、（ｂ）は筐体内部の上面図である。筐体取付け部４４近傍の低剛性領域４６が、他の基板領域よりも形状的に細いことが本実施形態の特徴である。形状を細くするに限らず、切れ込みを設ける等でも同様な効果を得ることができる。
【００２０】
図５に本発明の第五の実施形態を示す。図５は本発明の断面図であるが、回路基板５３の筐体取付け部５４と筐体５５全体を支持する脚部５７が回路基板５３に対して斜めに形成されている。特に脚部５７はゴムなどの柔らかい材料より形成されている。かかる構造によれば上下方向からの機械荷重入力時にせん断方向に変形しやすい。各構造の剛性を低下させることにより、外部から機械的荷重が入力された際の回路基板５３の過大な反り変形に起因する、はんだ接合部の破壊を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の構造であれば、温度変動が生じた際に発生する電子部品が接合されている回路基板の変形状態は、筐体に固定されていない温度サイクル試験時の変形状態に近くなる。その結果、温度サイクル試験の妥当性が高まる。併せて、強制的な反りや衝撃など機械的な荷重入力に対する信頼性向上も期待できる。
【００２２】
また、回路基板の筐体取付け部と筐体全体を支持する脚部を回路基板に対して斜めに形成し、上下方向からの機械荷重入力時にせん断方向に変形し易くさせることで、機械的荷重が入力された際の回路基板の過大な反り変形に起因する、はんだ接合部の破壊を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す断面図および上面図。
【図２】本発明の第二の実施形態を示す断面図および上面図。
【図３】本発明の第三の実施形態を示す断面図。
【図４】本発明の第四の実施形態を示す断面図および上面図。
【図５】本発明の第五の実施形態を示す断面図。
【図６】従来技術を示す断面図。
【符号の説明】
１１ ＢＧＡ型半導体パッケージ
１２ はんだバンプ接合部
１３ 回路基板
１４ 筐体への取付け部
１５ 筐体
１６ 低剛性領域
１７ 脚部

Claims (5)

1. 電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、
   前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、
   前記第２の領域が、前記第１の領域よりも薄いことを特徴とする回路基板。
2. 電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、
   前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、
   前記第２の領域の基板層数が、前記第１の領域の基板層数よりも少ないことを特徴とする回路基板。
3. 電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、
   前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、
   前記第２の領域を構成する材料が、前記第１の基板領域を構成する材料よりも柔らかいことを特徴とする回路基板。
4. 電子部品が接合されて電子機器筐体に接続固定される回路基板において、
   前記電子部品が接合されるための第１の領域と、前記電子機器筐体に接続固定されるための筐体取付け部が配置される第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記第１の領域より剛性の低いまたは断面２次モーメントが小さく、
   前記第１の領域中にガラス繊維もしくは金属配線を含み、前記第２の領域は、前記第１の領域の構成から前記ガラス繊維もしくは前記金属配線が除去された構成、あるいは分断された構成であることを特徴とする回路基板。
5. 請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の回路基板と、前記第１の領域に接合される電子部品と、前記第２の領域の前記筐体取り付け部に配置されるネジと、前記ネジにより前記回路基板が固定される電子機器筐体を備えることを特徴とする電子機器。

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