JP4128722B2 - 回路基板および電子機器 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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