JP4577839B2 - Electronic device using package having solder balls, and method for detecting abnormal state of package having solder balls - Google Patents
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Description
本発明は、パーソナルコンピュータ(PC)をはじめとする各種電子機器などに係り、より詳しくは、半田ボールが配置されるパッケージ基板を搭載した電子機器などに関する。 The present invention relates to various electronic devices including a personal computer (PC), and more particularly to an electronic device mounted with a package substrate on which solder balls are arranged.
ノートブック型PCやデスクトップ型PCなどの電子機器では、近年、その主要コンポーネントとして、パッケージ基板が広く用いられている。このパッケージ基板は、例えばBGA(Ball Grid Array:ボール・グリッド・アレイ)パッケージやCSP(Chip Size Package:チップ サイズ パッケージ)などの小型電子部品に代表されるプリント基板である。そしてこれらには、LSI(大規模集積回路)が内蔵されて、シリコンチップとLSIの外部とを電気的に接続する機能を備えている。このBGAパッケージは、集積回路(IC)パッケージのひとつであり、パッケージの裏面に入出力用のパッドが並べられ、多ピンのICを表面実装するために広く用いられている。BGAパッケージにおけるICチップと基板との接続はワイヤーボンディングやフリップチップが採用されている。そして、プリント基板との接続は、二次元格子状に配置された半田ボールの電極にて行なわれている。一方、CSPは、BGAパッケージと同じ基本構造にて、ICチップとほぼ同じ大きさを実現する超小型パッケージである。そして、これが二次元格子状に配置され、プリント基板との接続がなされる。 In recent years, electronic devices such as notebook PCs and desktop PCs have widely used package substrates as their main components. The package substrate is a printed circuit board represented by a small electronic component such as a BGA (Ball Grid Array) package or a CSP (Chip Size Package). These include an LSI (Large Scale Integrated circuit) and have a function of electrically connecting the silicon chip and the outside of the LSI. This BGA package is one of integrated circuit (IC) packages, and input / output pads are arranged on the back surface of the package, and are widely used for surface mounting of multi-pin ICs. Wire bonding or flip chip is used for connection between the IC chip and the substrate in the BGA package. The connection to the printed circuit board is made by solder ball electrodes arranged in a two-dimensional lattice pattern. On the other hand, the CSP is an ultra-small package that realizes almost the same size as an IC chip with the same basic structure as a BGA package. And this is arrange | positioned at a two-dimensional lattice form, and a connection with a printed circuit board is made.
公報記載の従来技術として、例えば、BGAパッケージを搭載したBGA基板において、温度ストレスに弱いBGA基板の内周部を連結し、定電流回路および電圧監視回路に接続されるように構成したものが存在する。そして、BGA接合部の良否を、BGA基板、BGA、BGA受け基板を接続する配線とこの配線に一定の電流を供給する定電流回路と電圧監視回路とで判定することで、温度ストレスによるBGA基板の接合部の状態を常時監視している(例えば、特許文献1参照。)。また、矩形(方形状)パッケージであるBGA/CSP型の電子部品のコーナー部に配置された半田ボールと、プリント配線基板の各コーナー部に設けられた半田接続パッドとの接続不良を検査する技術の開示もある(例えば、特許文献2参照。)。ここでは、実使用環境においてBGA/CSP型の電子部品に機械的ストレスが加わった場合に、BGA/CSP型の電子部品とプリント配線との物理的な接続不良が発生し易いコーナー部の接触不良を検出している。 As a conventional technique described in the publication, for example, there is a BGA substrate mounted with a BGA package, in which the inner periphery of a BGA substrate that is vulnerable to temperature stress is connected and connected to a constant current circuit and a voltage monitoring circuit. To do. The quality of the BGA junction is determined by the wiring connecting the BGA substrate, the BGA, and the BGA receiving substrate, the constant current circuit supplying a constant current to the wiring, and the voltage monitoring circuit. Is constantly monitored (see, for example, Patent Document 1). In addition, a technique for inspecting a connection failure between a solder ball arranged at a corner portion of a BGA / CSP type electronic component which is a rectangular (square shape) package and a solder connection pad provided at each corner portion of a printed wiring board. (For example, refer to Patent Document 2). Here, when mechanical stress is applied to a BGA / CSP type electronic component in an actual use environment, a poor contact between the corner portion and the physical connection between the BGA / CSP type electronic component and the printed wiring is likely to occur. Is detected.
このように、BGA/CSP型の電子部品である半田ボールを用いたパッケージ基板は、曲げ等のストレスに対して他のパッケージよりも強度的には弱い。そのために、基板に過度のストレスが加わると、半田ボールにクラックが生じ、導通不良となり、システムの動作異常を引き起こしてしまう。かかる半田ボールを用いたパッケージ基板の問題に対し、上記特許文献1および特許文献2に記載した技術を用いることで、BGA接合部の接続状態を把握することは可能である。しかしながら、例えば、特許文献1に記載の技術では、LSIの実装に最も重要な領域であるBGA基板の内周部を、検査用に確保している。そのために、この技術は、特殊な基板仕様が採用可能な場合を除き、通常の使用状態にて実現することは困難であり、実用上、好ましいものではない。
Thus, the package substrate using the solder ball, which is a BGA / CSP type electronic component, is weaker in strength than other packages against stress such as bending. For this reason, if excessive stress is applied to the substrate, the solder balls are cracked, resulting in poor conduction, and system operation abnormalities. With respect to the problem of the package substrate using such solder balls, it is possible to grasp the connection state of the BGA junction by using the techniques described in
また、上記特許文献1および特許文献2では、図11に示すように、半田ボールをチェーン状に連結する方法が採用されている。この図11に示すシステム基板200では、BGAパッケージ201とBGA受け基板204とを備えている。BGAパッケージ201は、BGA基板202上に半田ボール203が配列され、BGA基板202が半田ボール203を介してBGA受け基板204と接続可能に構成されている。また、BGA受け基板204には連結パターン206が設けられ、BGA基板202にも連結パターン205が設けられている。これらの連結パターン205、206と、半田ボール203とによって、図11に示す例ではデイジーチェーンが形成されている。上記特許文献1および特許文献2では、このようなデイジーチェーンを用いて複数の半田ボール203のループを作り、その両端の導通を確認することで、これらの複数の半田ボール203における検査を実現している。
Moreover, in the said
しかしながら、この特許文献1および特許文献2には、検査対象の基板や実装形態については説明があるものの、具体的な欠陥の認識方法やその認識結果のソフトウェア処理などについては言及されていない。そのために、例えばノートブック型PCなどの電子機器に搭載された状態にて欠陥を認識するために必要な技術については未解決のままである。即ち、市場において最も問題となるのは、実際の使用環境下において、どのような使用態様のときに半田ボールのクラックが生じたか、であるが、従来技術では、電子機器への実装時に生じた異常状態を監視することは困難である。
However, although
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、BGAパッケージやCSPなどの半田ボールを用いたパッケージが機器に実装された状態にて、半田ボールにクラックが入ったときの欠陥を良好に認識することにある。
また他の目的は、装置へ実装された状態において、半田ボールにクラックが入ったことによる欠陥について、クラックの場所などを特定することにある。
更に他の目的は、装置へ実装された状態において、半田ボールにクラックが入ったことによる欠陥について、クラックの状況をメモリに格納し、履歴として利用することにある。
また更に他の目的は、半田ボールを用いたパッケージが実装される装置の稼働状態にて、故障の早期発見、および解決時間の短縮を図ることにある。
The present invention has been made in order to solve the technical problems as described above. The object of the present invention is to make a package using solder balls such as a BGA package and a CSP mounted on a device. Thus, the defect is to be recognized well when the solder ball is cracked.
Another object is to identify the location of a crack or the like for a defect caused by a crack in a solder ball in a state where it is mounted on an apparatus.
Still another object of the present invention is to store the crack status in a memory and use it as a history for a defect caused by a crack in a solder ball in a state where it is mounted on a device.
It is still another object of the present invention to detect failures early and shorten the solution time in the operating state of an apparatus on which a package using solder balls is mounted.
かかる目的のもと、本発明は、BGAパッケージやCSPなどの半田ボールを有するパッケージが実装された電子機器であって、半田ボールから選択された複数の半田ボールにおける状態を監視し、複数の半田ボールの中から異常が生じた半田ボールを特定するための回路と、この複数の半田ボールのそれぞれと回路とを接続する導電部材とを含むことを特徴としている。 For this purpose, the present invention is an electronic device on which a package having a solder ball such as a BGA package or a CSP is mounted, monitors the state of a plurality of solder balls selected from the solder balls, and The circuit includes a circuit for identifying a solder ball in which an abnormality has occurred from among the balls, and a conductive member that connects each of the plurality of solder balls to the circuit.
ここで、このパッケージの複数箇所にある半田ボールは、パッケージの複数のコーナー領域にある半田ボールであることを特徴とすることができる。一般に、パッケージのコーナー領域はLSIの信号端子として用いられる場合が少ないことから、検査用の配線を組み込みやすい。またパッケージのコーナー領域は半田ボールのクラックが最も生じやすい箇所である。そこで、パッケージのコーナー領域にて異常状態を検知することが好ましい。 Here, the solder balls in a plurality of locations of the package can be characterized in that they are solder balls in a plurality of corner regions of the package. In general, since the corner area of the package is rarely used as an LSI signal terminal, it is easy to incorporate inspection wiring. The corner area of the package is the place where the solder ball is most likely to crack. Therefore, it is preferable to detect an abnormal state in the corner area of the package.
また、回路は、複数の半田ボールの中から少なくとも何れか1つの半田ボールについて異常があったことを検知するOR回路と、電子機器を制御するシステム側からの指示に基づいて個々に異常箇所を検知するためのセレクタ回路とを含む。
更に、この回路は、半田ボールに対する電位の変化が生じたときにその状態を保持するラッチ回路を備えたことを特徴とすることができる。
In addition, the circuit detects an abnormality in at least one of the plurality of solder balls, and detects an abnormal point individually based on an instruction from the system side that controls the electronic device. And a selector circuit for detection.
Further, this circuit can be characterized by comprising a latch circuit that holds the state when a potential change with respect to the solder ball occurs.
また、この複数の半田ボールは、パッケージが有するアース(GND)層に接続されていることを特徴とすることができる。
更に、この複数の半田ボールは、電源(VDD)に接続されていることを特徴とすることができる。この電源(VDD)接続では、このパッケージが有する電源(VDD)層に接続されていることを特徴とすることができる。
The plurality of solder balls may be connected to a ground (GND) layer included in the package.
Further, the plurality of solder balls may be connected to a power source (VDD). This power supply (VDD) connection can be characterized by being connected to a power supply (VDD) layer of this package.
他の観点から捉えると、本発明は、半田ボールが配列されたパッケージとパッケージの受け基板とにより形成されたシステム基板が実装された電子機器であって、パッケージのコーナー領域の半田ボールに接続される配線と、この配線に接続され、コーナー領域の半田ボールの状態を監視する回路と、この回路に接続され、半田ボールの異常を認識するCPUと、このCPUによって認識された異常に関する情報を記憶するメモリとを含むことを特徴としている。 From another viewpoint, the present invention is an electronic device on which a system board formed by a package in which solder balls are arranged and a receiving board of the package is mounted, and is connected to the solder balls in the corner area of the package. A wiring connected to the wiring for monitoring the state of the solder ball in the corner area, a CPU connected to the circuit for recognizing the abnormality of the solder ball, and information relating to the abnormality recognized by the CPU And a memory to be used.
ここで、この配線は、受け基板とパッケージを形成する基板とによって、コーナー領域の複数個の半田ボールがデイジーチェーンを形成し、この回路は、デイジーチェーンを形成する複数個の半田ボールの何れかにクラックが入ったことを、システム基板のアウトプットレベルから検知することを特徴とすることができる。 Here, in this wiring, a plurality of solder balls in the corner region form a daisy chain by the receiving substrate and the substrate forming the package, and this circuit is one of the plurality of solder balls forming the daisy chain. It can be characterized in that a crack is detected from the output level of the system board.
また、このCPUは、回路から異常のある半田ボールを特定し、メモリは、特定された半田ボールの情報を履歴として記憶することを特徴とすることができる。 In addition, the CPU may identify an abnormal solder ball from the circuit, and the memory may store information on the identified solder ball as a history.
一方、本発明は、半田ボールを用いたパッケージが実装された電子機器にて半田ボールに生じた異常を検知する異常状態検知方法であって、パッケージのコーナー領域の半田ボールに生じた異常状態を検知回路を用いて検知し、検知された異常状態を検知回路から電子機器を制御するシステム側に伝え、このシステム側では、検知された異常状態に関する情報をメモリに格納することを特徴とすることができる。
ここで、このシステム側は、異常状態にある半田ボールの場所を検知回路を用いて特定することを更に特徴としている。
On the other hand, the present invention is an abnormal state detection method for detecting an abnormality occurring in a solder ball in an electronic device in which a package using the solder ball is mounted, and the abnormal state occurring in the solder ball in the corner area of the package is detected. Detecting using a detection circuit, transmitting the detected abnormal state from the detection circuit to the system controlling the electronic device, and storing information on the detected abnormal state in the memory on this system side Can do.
Here, the system side is further characterized in that the location of the solder ball in an abnormal state is specified using a detection circuit.
また、パッケージを形成する基板と、このパッケージの受け基板とによってコーナー領域の半田ボールの一端がアース(GND)に他端が電流ソースに接続され、この半田ボールの一端と他端との電位の変化を検知することにより半田ボールに生じた異常状態を検知することを特徴とすることができる。 Further, one end of the solder ball in the corner region is connected to ground (GND) and the other end is connected to a current source by the substrate forming the package and the receiving substrate of the package, and the potential between the one end and the other end of the solder ball is connected. By detecting the change, it is possible to detect an abnormal state generated in the solder ball.
更に、このパッケージを形成する基板とパッケージの受け基板とによってコーナー領域の複数個の半田ボールがデイジーチェーンを形成し、このデイジーチェーンの一端がアース(GND)に他端が電流ソースに接続され、この一端と他端の電位の変化を検知することによりデイジーチェーンを形成する半田ボールに生じた異常状態を検知することを特徴とすることができる。 Furthermore, a plurality of solder balls in the corner region form a daisy chain by the substrate forming the package and the receiving substrate of the package, and one end of the daisy chain is connected to the ground (GND) and the other end is connected to the current source, By detecting a change in potential between the one end and the other end, an abnormal state generated in the solder balls forming the daisy chain can be detected.
また、このシステム側のBIOS(Basic Input/Output System)は、取得した情報をメモリに記憶するとともに、コンピュータの電源投入時に実行されるPOST(Power On Self Test)時に、異常状態を検知した際および異常状態の履歴によりエラー表示を行なうことを特徴とすることができる。
また、このシステム側は、OSが稼働中に異常状態を取得した際、このOSの制御下で実行されるアプリケーションソフトウェアによりエラー表示を行なうことを特徴とすることができる。
The BIOS (Basic Input / Output System) on the system side stores the acquired information in the memory and detects an abnormal state during POST (Power On Self Test) executed when the computer is turned on. An error display can be performed based on the history of abnormal conditions.
In addition, the system side can display an error by application software executed under the control of the OS when an abnormal state is acquired while the OS is operating.
本発明によれば、BGAパッケージやCSPなどの半田ボールを用いたパッケージが機器に実装された状態にて、半田ボールにクラックが入ったときの欠陥を良好に認識することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the defect when a crack enters into a solder ball in the state where the package using solder balls, such as a BGA package and CSP, was mounted in the apparatus can be recognized well.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔実施の形態1〕
図1は、ノートブック型パーソナルコンピュータ(ノートブック型PC)などのコンピュータ装置1の外観を示した図である。本実施の形態はノートブック型PCに代表される電子機器に対して適用されるが、必ずしもノートブック型PCに限定されるものではなく、他の電子機器に適用できる。特に、内装される基板に対して曲げ等のストレス発生が高い頻度で発生することが予測される電子機器(携帯電話やPDA、携帯型DVD装置など)に適用されて好適である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a
図1に示すコンピュータ装置1は、主要コンポーネント(LSI)が実装されたシステム基板や各種ボード、周辺機器類を収容するベース側筐体2と、蓋体である表示パネル側筐体3とを備えている。この表示パネル側筐体3は、回動軸4によってベース側筐体2に結合され、開閉可能に構成されている。ベース側筐体2は、その表面に、ユーザがキー入力を行うためのキーボード5や、カーソルを移動させるためのトラックポイント6、カーソルで指示された項目を指定するクリックボタン7等を備えている。また、表示パネル側筐体3の内側の略中央部には、表示手段としてのLCD(液晶表示装置)8が埋設されている。表示パネル3の例えば外周側面の両側には、無線通信を行なうためのアンテナ構造9が配置されている。
このベース側筐体2には、CPUや各種システム基板等の各種コンポーネントが内蔵されている。この各種コンポーネントの中には、BGA(Ball Grid Array)パッケージやCSP(Chip Size Package)等の半田ボールにより接続されるデバイス(パッケージ基板)が用いられたものが存在している。
A
The
図2は、コンピュータ装置1のハードウェアから見たシステム構成を示した図である。CPU11は、コンピュータ装置1全体の頭脳として機能しOSの制御下で各種プログラムを実行している。このCPU11は、システムバスであるFSB(Front Side Bus)12、高速のI/O装置用バスであるPCI(Peripheral Component Interconnect)バス20、ISA(Industrial Standard Architecture)バスに代わるインタフェースであるLPC(Low Pin Count)バス40を介して、各構成要素と相互接続されている。また、CPU11の内部に設けられる1次キャッシュの容量不足を補うために、専用バスであるBSB(Back Side Bus)13を介して2次キャッシュ14が置かれる場合がある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a system configuration viewed from the hardware of the
FSB12とPCIバス20は、CPUブリッジ15によって連絡されている。このCPUブリッジ15は、メインメモリ16へのアクセス動作を制御する機能や、FSB12とPCIバス20との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータバッファ等を含んだ構成となっている。メインメモリ16は、CPU11の実行プログラムの読み込み領域、処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。この実行プログラムには、OSや各種ドライバ、各種アプリケーションプログラム(後述するクラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア)、BIOS(Basic Input/Output System)等のファームウェアが含まれる。ビデオサブシステム17は、CPU11からの描画命令を処理して描画情報をLCD8に出力している。
The
PCIバス20には、I/Oブリッジ21、カードバスコントローラ22、オーディオサブシステム25、ドッキングステーションインターフェース(Dock I/F)26、miniPCIコネクタ(スロット)27等が夫々接続されている。カードバスコントローラ22は、PCIバス20のバスシグナルをカードバススロット23のカードバスに直結させるための専用コントローラであり、このカードバススロット23には、PCカード24を装填することが可能である。ドッキングステーションインターフェース26は、コンピュータ装置1の機能拡張装置を接続する際に用いられる。また、miniPCIコネクタ27には、例えばミニPCI(miniPCI)カード28が接続される。
I/Oブリッジ21は、PCIバス20とLPCバス40とのブリッジ機能を備えている。また、ハードディスクドライブ(HDD)31、CD−ROMドライブ32、USBコネクタ30が接続される。更に、I/Oブリッジ21には、SMバスを介してEEPROM33が接続されている。また、I/Oブリッジ21からAC97(Audio CODEC '97)、LCI(LAN Connect Interface)、USB等を介して、コネクタ47が接続され、コミュニケーションカード48が接続可能に構成されている。更に、I/Oブリッジ21は、ACアダプタやバッテリなどから電力の供給を受ける電源回路29に接続されている。
The
The I /
LPCバス40には、サブCPUであるエンベデッドコントローラ(EC)41、フラッシュROM44、SuperI/Oコントローラ45が接続されている。エンベデッドコントローラ41は、電源回路29に対する電源管理機能の一部を担っており、また、ゲートアレイロジック42が接続されている。SuperI/Oコントローラ45にはI/Oポート46が接続されている。更に、LPCバス40には、CPU11にて実行されるBIOSの設定等を保持するNVRAM(non-volatile RAM)49が接続されている。本実施の形態において、エンベデッドコントローラ41は、BGAパッケージやCSP等の半田ボールにより接続されるデバイスが用いられたLSIにおいて、この半田ボールのクラックが起きた際の検知結果をBIOSに通知している。
An embedded controller (EC) 41, a
次に、本実施の形態の特徴的な構成である、半田ボールのクラック検知について説明する。
図3は、半田ボールのクラック検知のための仕組みを有するシステム基板50と、クラック検知回路70の構成例を示した図である。また、図4は、図3に示すシステム基板50の一部について、その断面を示した図である。
Next, detection of cracks in the solder ball, which is a characteristic configuration of the present embodiment, will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
システム基板50は、図3および図4に示すBGAパッケージ51と、図4に示すBGA受け基板56とを備えている。このBGAパッケージ51では、BGA基板52上に複数の半田ボール53が互いに微小な間隔を隔てて配置されている。BGA基板52のコーナー部分の4箇所には、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dが配置されている。そして、図4に示すBGA受け基板56には、これらの半田ボール53a, 53b, 53c, 53dに各々接続される配線パターン57が形成されている。一方、BGA基板52には、図4に示すように、その内部にGND層54が形成されている。そして、このBGA基板52には、図3および図4に示すように、コーナー部分の4箇所の半田ボール53a, 53b, 53c, 53dとGND層54とを結ぶGND配線55が形成されている。
The
コーナー部分の4箇所の半田ボール53a, 53b, 53c, 53dから伸びる配線パターン57は、クラック検知回路70に接続されている。このクラック検知回路70は、図3に示すように、電位測定回路71と、セレクタ回路75と、OR回路76とを備えている。電位測定回路71は、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの各々について、GNDからの電位を測定する回路である。この電位測定回路71は、例えば3.3Vの電位を供給するプルアップ(電流ソース)72と、電位の変化(エッジ)が生じたときにその状態を保持するラッチ回路73とを備えている。このプルアップ72およびラッチ回路73は、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dからの配線パターン57であるOUT1〜OUT4の各々に設けられており、図3の例では4組が備えられている。
OR回路76は、何れかのラッチ回路73が動作することにより、エンベデッドコントローラ41に対して割り込みをかける。セレクタ回路75は、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの中の、どの半田ボールに対してクラック障害が生じたかをエンベデッドコントローラ41が認識する際に用いられる。
The
The OR
例えば、図1に示すコンピュータ装置1に実装されたシステム基板50が、何らストレスを受けていない状態では、プルアップ72からの電流は、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dを介してGND層54に流れる。その後、コンピュータ装置1に実装されたシステム基板50に何らかのストレスがかかり、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの少なくとも何れか一つに割れや剥がれ等のクラック障害が生じた場合に、OUT1〜OUT4からの電位に変化が生じる。この電位の変化は、ラッチ回路73に保持される。このとき、OR回路76は、何れかのラッチ回路73による動作に応じて、割り込み信号(INT)をエンベデッドコントローラ41に出力する。エンベデッドコントローラ41は、OR回路76から割り込みがかけられた際、セレクタ回路75を動作させて、OUT1〜OUT4に接続されたラッチ回路73の状態を順次、観察する。これによって、エンベデッドコントローラ41は、BGAパッケージ51における四隅の、どこに障害が生じたかを認識することが可能となる。
For example, when the
ここで、半田ボールを用いたパッケージでは、四隅についてはクラック障害が大きいことが知られており、従来のパッケージでは、敢えて四隅には半田ボールを設けないように設計されるものも存在する。本実施の形態では、一般に利用され難いコーナー部分について、その四隅の半田ボール53a, 53b, 53c, 53dから一方をGNDに接続し、他方から電位を測定している。このように四隅の半田ボール53a, 53b, 53c, 53dに簡単な配線を施すだけであり、システム基板50を製造する製造者にとって、設計の負担が大幅に軽減される。尚、完全な四隅である必要はなく、コーナー部分の一定の領域にあって実装に際して用いられていない半田ボール53に対して、同様な配線を接続し、回路を形成するように構成することもできる。
Here, it is known that the cracks are large at the four corners in the package using the solder balls, and some conventional packages are purposely designed not to provide the solder balls at the four corners. In this embodiment, one of the four corners of the
また、ラッチ回路73によるラッチ状態は、意図的にクリアされるまで保持されるように構成することができる。例えばエンベデッドコントローラ41が問題箇所を特定できた後に、任意にリセットをかけるように構成しても良い。例えば、故障回数の積算をとるような場合には、任意にリセットをかけることが必要となる。例えばユーザによる装置の使用中に半田ボールの一部にクラック等の障害が生じた場合でも、ユーザは「問題なし」として継続して使用する場合がある。このような場合には、故障状態をメモリに一旦、格納した後、ラッチ回路73をリセットし、故障回数の積算をとることで、ユーザの使用状態に応じた故障診断等を実行することが可能となる。
Further, the latch state by the
次に、ソフトウェアによる処理について説明する。
図5は、エンベデッドコントローラ41によるクラック検知処理の流れを示すフローチャートである。まず、BGAパッケージ51にて、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの少なくとも何れか一つについてクラックが発生した場合に(ステップ101)、クラック検知回路70によってクラックが検知される(ステップ102)。より詳しくは、各ピンのアウトプット(OUT1〜OUT4)に対してラッチ回路73がハイレベル出力をモニタし続ける。何れかのアウトプットがハイレベルになるとクラックが発生したとしてラッチし、OR回路76によりそのOR結果を割り込み信号としてエンベデッドコントローラ41に伝達する。ステップ101でクラックが発生していない場合には、ステップ102以下の処理は行なわれずに、そのまま処理が終了する。クラック検知回路70のOR回路76を介してクラックの発生が検知されると、エンベデッドコントローラ41は、クラック検知回路70のセレクタ回路75を制御し、どのラッチ回路73が割り込みの原因になっているかを調べることにより、クラックの場所を特定する(ステップ103)。またエンベデッドコントローラ41は、自らが有する所定のメモリ(図示せず)にクラック発生情報を保持する(ステップ104)。そして、エンベデッドコントローラ41は、BIOS93に対してSMI/SCIを通知して(ステップ105)、処理が終了する。
Next, processing by software will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of crack detection processing by the embedded
次に、クラックのエラーが生じた場合の処理について説明する。
図6は、OS稼働時にクラックのエラーが生じた場合のソフトウェア処理を実行する機能図である。ここでは、ソフトウェア機能として、図2に示すCPU11にて実行されコンピュータ装置1の全体を管理する基本ソフトウェアであるOS91と、OS91の制御下にて実行されるアプリケーションソフトウェアであるクラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92と、コンピュータ装置1に接続される各種デバイスを制御するBIOS93とが示されている。クラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92は、OS91の稼働時にエラー表示を行い、ユーザに対してクラックのエラーが生じたことを知らせるために実行される。
Next, processing when a crack error occurs will be described.
FIG. 6 is a functional diagram for executing software processing when a crack error occurs during OS operation. Here, as software functions, an
エンベデッドコントローラ41は、クラック検知回路70によりクラックが検知されると、BIOS93にSMI(System Management Interrupt)/SCI(System Control Interrupt)を通知する。BIOS93は、クラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92にクラック発生を通知し、NVRAM49にクラック発生情報を書き込む。このNVRAM49に書き込まれるクラック発生情報としては、クラックの発生箇所(場所)に関する情報の他に、クラックが発生した時刻に関する情報などを格納することが可能である。
When the crack is detected by the
図7は、OS稼働時にクラックのエラーが生じた場合の処理の流れを示したフローチャートである。まず、BGAパッケージ51にて、半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの少なくとも何れか一つについてクラックが発生した場合に(ステップ201)、クラック検知回路70によってクラックが検知される(ステップ202)。ステップ201でクラックが発生していない場合には、ステップ202以下の処理は行なわれずに、そのまま処理が終了する。クラック検知回路70のOR回路76を介してクラックの発生が検知されると、エンベデッドコントローラ(EC)41は、クラック検知回路70のセレクタ回路75を制御してクラック場所を特定し、BIOS93に対してSMI/SCIを通知する(ステップ203)。SMI/SCIを受けたBIOS93は、エンベデッドコントローラ41からクラックの場所情報を読み取る(ステップ204)。またBIOS93は、読み取られた場所情報から、クラックの発生情報(クラック場所情報、日付)をNVRAM49に書き込む(ステップ205)。更にBIOS93は、クラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92にクラックの発生を伝える(ステップ206)。クラックの発生を伝えられたクラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92は、OS91にエラーの発生を伝える(ステップ207)。また、クラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92は、図1および図2に示すLCD8にエラーの表示を行ない(ステップ208)、処理が終了する。
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing when a crack error occurs during OS operation. First, when a crack occurs in at least one of the
次に、POST(Power On Self Test)時にクラックのエラーを認識した場合の処理について説明する。ここで、POSTは、コンピュータ装置1の電源投入時に自動的に実行される各機器のテストである。
図8は、POST時にてクラックエラー処理を実行するソフトウェアの機能図である。POST時ではOSが動作していないことから、図8に示す機能図では、図6に示すOS91とクラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア92とが示されていない。
エンベデッドコントローラ41は、クラック検知回路70によりクラックが検知されると、BIOS93にSMI/SCIを通知し、BIOS93により、クラックエラーの表示を行なう。また、BIOS93は、NVRAM49にクラック発生情報を書き込むと共に、履歴表示などの必要に応じて、クラック発生情報をNVRAM49から読み出す。
Next, processing when a crack error is recognized during POST (Power On Self Test) will be described. Here, POST is a test of each device that is automatically executed when the
FIG. 8 is a functional diagram of software that executes crack error processing during POST. Since the OS is not operating during POST, the
When a crack is detected by the
図9は、POST時において、BIOS93にて実行されるクラックエラーの処理の流れを示したフローチャートである。まず、システムの立ち上げでCPU11がパワーオンすると、BIOS93は、エンベデッドコントローラ(EC)41よりクラック発生状況を確認する(ステップ301)。クラックが発生しているとの情報が得られると(ステップ302)、BIOS93は、エンベデッドコントローラ(EC)41よりクラックの場所情報を読み取る(ステップ303)。また、BIOS93は、クラックの発生情報(クラック場所情報、日付)をNVRAM49に書き込む(ステップ304)。そして、BIOS93によりLCD8にPOSTエラーの表示を行なう(ステップ305)。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of crack error processing executed by the
一方、ステップ302でクラックが発生しているとの情報が得られない場合には、BIOS93は、NVRAM49よりクラックの発生情報を読み取る(ステップ306)。NVRAM49内にクラックの発生経歴の情報がある場合には(ステップ307)、ステップ305へ移行し、BIOS93によりLCD8にPOSTエラーの表示が行われる。一方、ステップ307でクラックの発生経歴の情報がないと判断される場合には、BIOS93によるノーマル・ブートが実行され、HDD31からOS91がメモリに読み込まれて起動し、コンピュータ装置1は操作可能な状態になる。
On the other hand, if information indicating that a crack has occurred is not obtained in step 302, the
以上、詳述したように、本実施の形態によれば、実装されたシステム基板50などに用いられるBGA/CSPデバイスにて、半田ボール53にクラックが入ったときなどの異常状態が生じたときに、電気的にいち早くその現象を検知し、動作不良が発生することをユーザに知らせることができる。また、本実施の形態によれば、クラックの発生を検知するだけではなく、クラックの場所を特定することも可能である。これによって、不具合の検証を容易にし、検証時間や解析時間を大幅に短縮することが可能となる。尚、実施の形態1では、BGAパッケージ51の例を挙げて説明したが、CSPでも同様に適用できる。また、図3に示す例では四隅の半田ボール53a, 53b, 53c, 53dの一端をGND層54に接続したが、プルアップ電流の供給源に接続し、他方で電圧値を得るように構成することも可能である。 即ち、GNDを電源に、プルアップをプルダウンとすることにより、立下りエッジのラッチにより異常を検知することが可能となる。また、極性が逆になることから、OR回路を使用する場合には、極性を反転しておく必要がある。
As described above, according to the present embodiment, when an abnormal state occurs such as when the
〔実施の形態2〕
実施の形態1では、クラックの発生を検知するだけではなく、クラックの場所を特定可能としている。この実施の形態2では、クラックの場所を特定することはできないが、システム側にて簡易にクラックの発生を検出し、ユーザに知らせることを特徴としている。尚、実施の形態1と同様の機能については同様の符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, not only the occurrence of a crack is detected, but also the location of the crack can be specified. In the second embodiment, the location of a crack cannot be specified, but the system side is characterized by simply detecting the occurrence of a crack and notifying the user. In addition, the same code | symbol is used about the function similar to
図10(a)〜(c)は、実施の形態2における半田ボールのクラック検知方法を説明するための図である。図10(a)に示すシステム基板60にて、BGAパッケージ51の検知対象となるコーナー部分の半田ボール53は、実装によってデイジーチェーンを構成する。このデイジーチェーンは、図10(b)に示すBGAパッケージ51上の基板設計と、図10(c)に示すBGA受け基板65側の配線66によって形成されている。BGAパッケージ51上の基板設計では、最も四隅にある半田ボール53(図3に示した53a〜53dに対応)と、それらと隣接するコーナー部分(一定の領域)にある半田ボール53とが配線61で接続されてショートされている。デイジーチェーンの一方の側(IN側)は、GNDまたは隣接する同様の構造を持った次のBGAパッケージ51に接続されている。また他方の側(OUT側)は、配線81によってエンベデッドコントローラ41に接続されている。配線81には電流ソースであるプルアップ82が接続され、配線81の先のエンベデッドコントローラ41内には、OUT側の状態を保持するためのラッチ83が設けられている。また、電圧検知機能(図示せず)を備えている。更に、エンベデッドコントローラ41内には、システム側への伝達やNVRAM49などに記録するためのソフトウェアを備えている。
尚、このIN側は、電源に接続されていても構わない。但し、この場合には、プルアップの代わりにプルダウン、またラッチは立ち下がりエッジとなる。
FIGS. 10A to 10C are views for explaining a solder ball crack detection method according to the second embodiment. In the
The IN side may be connected to a power source. However, in this case, pull-down instead of pull-up, and the latch becomes a falling edge.
ここで、IN側をGNDに接続しておくと、OUT側からLOWレベルが出力され続ける。ところが、デイジーチェーンの途中の半田ボール53にクラックが入ると、OUT側に接続されている電流ソース(プルアップ82)により、アウトプットのレベルはHighとなる。エンベデッドコントローラ41は、この変化を検出し、システム(例えば図8に示すBIOS93)に伝達することにより、ユーザに対してハードウェア(H/W)による動作不安定な状況が起こることを知らせることができる。またエンベデッドコントローラ41は、クラック発生が検知されたことを、フラッシュメモリ等のNVRAM49に直接、またはBIOS93等を介して記録する。これによって、再現がされ難いクラック発生の初期状態についても、後から知ることが可能となる。
Here, if the IN side is connected to GND, the LOW level continues to be output from the OUT side. However, when a crack occurs in the
以上、詳述したように、本実施の形態(実施の形態1および/または実施の形態2)によれば、BGAパッケージやCSPなどの半田ボールを用いたパッケージが、ノートブック型パーソナルコンピュータなどの各種電子機器(装置)に実装された状態にて、半田ボールに生じたクラックなどの異常状態を良好に認識することができる。また、電子機器への実装時、半田ボールに生じた異常状態について、クラックなどの異常箇所を特定することが可能となる。更に、電子機器への実装時、半田ボールにクラックが入ったこと等による欠陥について、クラックの状況をメモリに格納し、履歴として利用することもできる。また更に、半田ボールを用いたパッケージが実装される電子機器の稼働状態にて、故障の早期発見、および解決時間の短縮を図ることが可能となる。
As described above in detail, according to the present embodiment (
本発明は、ノートブック型PCやデスクトップPCなどのコンピュータ装置や各種電子機器などに適用することができる。 The present invention can be applied to computer devices such as notebook PCs and desktop PCs, various electronic devices, and the like.
1…コンピュータ装置、8…LCD(液晶表示装置)、11…CPU、41…エンベデッドコントローラ、49…NVRAM(non-volatile RAM)、50…システム基板、51…BGAパッケージ、52…BGA基板、53…半田ボール、54…GND層、55…GND配線、56…BGA受け基板、57…配線パターン、60…システム基板、61…配線、70…クラック検知回路、71…電位測定回路、72…プルアップ、73…ラッチ回路、75…セレクタ回路、76…OR回路、91…OS、92…クラック・エラー・ディテクション・ソフトウェア、93…BIOS
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半田ボールから選択された複数の半田ボールにおける状態を監視し、当該複数の半田ボールの中から異常が生じた半田ボールを特定するための回路と、
前記複数の半田ボールのそれぞれと前記回路とを接続する導電部材と
を含み、
前記回路は、前記半田ボールに対する電位の変化が生じたときにその状態を保持するラッチ回路を備えたことを特徴とする電子機器。 An electronic device on which a package having solder balls is mounted,
A circuit for monitoring a state of a plurality of solder balls selected from the solder balls and identifying a solder ball in which an abnormality has occurred from the plurality of solder balls;
Look including a conductive member for connecting the respective said circuit of said plurality of solder balls,
The electronic device according to claim 1, wherein the circuit includes a latch circuit that holds a state when a potential change occurs with respect to the solder ball.
前記パッケージのコーナー領域の半田ボールに接続される配線と、
前記配線に接続され、前記コーナー領域の半田ボールの状態を監視する回路と、
前記回路に接続され、前記半田ボールの異常を認識するCPUと、
前記CPUによって認識された異常に関する情報を記憶するメモリと
を含み、
前記配線は、前記受け基板と前記パッケージを形成する基板とによって、前記コーナー領域の複数個の半田ボールがデイジーチェーンを形成し、
前記回路は、前記デイジーチェーンを形成する複数個の半田ボールの何れかにクラックが入ったことを、前記システム基板のアウトプットレベルから検知し、
前記CPUは、前記回路から異常のある半田ボールを特定し、
前記メモリは、前記特定された半田ボールの情報を履歴として記憶することを特徴とする電子機器。 An electronic device on which a system board formed by a package in which solder balls are arranged and a receiving board of the package is mounted,
Wiring connected to solder balls in corner areas of the package;
A circuit connected to the wiring and monitoring the state of the solder ball in the corner region;
A CPU connected to the circuit and recognizing an abnormality of the solder ball;
Look including a memory for storing information relating to anomalies that is recognized by the CPU,
In the wiring, a plurality of solder balls in the corner region form a daisy chain by the receiving substrate and the substrate forming the package.
The circuit detects from the output level of the system board that a crack has occurred in any of the plurality of solder balls forming the daisy chain,
The CPU identifies an abnormal solder ball from the circuit,
The electronic device is characterized in that the memory stores information of the identified solder ball as a history.
前記パッケージのコーナー領域の半田ボールに生じた異常状態を検知回路を用いて検知し、
検知された異常状態を、前記電子機器を制御するシステム側に前記検知回路から伝え、
前記システム側では、検知された異常状態に関する情報をメモリに格納するものであり、
前記パッケージを形成する基板と当該パッケージの受け基板とによって前記コーナー領域の半田ボールの一端がアース(GND)に他端が電流ソースに接続され、
前記半田ボールの前記一端と前記他端との電位の変化を検知することにより当該半田ボールに生じた異常状態を検知することを特徴とする異常状態検知方法。 An abnormal state detection method for detecting an abnormality occurring in the solder ball in an electronic device in which a package using a solder ball is mounted,
Detecting an abnormal state generated in the solder ball in the corner area of the package using a detection circuit,
The detected abnormal state is transmitted from the detection circuit to the system controlling the electronic device,
On the system side, information on the detected abnormal state is stored in a memory ,
One end of the solder ball in the corner region is connected to ground (GND) and the other end is connected to a current source by the substrate forming the package and the receiving substrate of the package,
An abnormal state detection method, wherein an abnormal state generated in the solder ball is detected by detecting a change in potential between the one end and the other end of the solder ball.
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