JP4676012B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装部品のはんだ接合部を接着剤を用いて補強したプリント回路板を備える電子機器に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器では、プリント回路板の実装密度を高めるために、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）のような表面実装部品が用いられている。この種の表面実装部品をプリント回路板に実装する場合、これらの接合部を保護するため、特許文献１のように表面実装部品とプリント回路板との間に跨るようにコーティング剤などを塗布することがある。

例えば衝撃によるストレスを受けやすい表面実装部品とプリント回路板とのはんだ接合部を補強するためには、熱硬化性の接着剤が用いられる。接着剤は、表面実装部品の外周縁部とプリント回路板との間に跨るように供給された状態で硬化される。これにより、表面実装部品とプリント回路板との相互のはんだ接合が断裂しないように補強することができる。

特開平４−１２２０５３号公報

ＢＧＡのような表面実装部品では、基板の上に発熱するチップが露出した状態で搭載されることがある。このようなチップを冷却するために、ヒートシンク等の冷却機構がチップと熱的に接続されて表面実装部品に取り付けられている。冷却機構はチップとの間に隙間を有して配置され、この隙間に熱伝導性を有するグリースが充填されている。

冷却機構は、傾いたり、直接チップに接触したりすると、チップを破損させてしまうおそれがある。このため、冷却機構とチップとの間の隙間を維持するため、表面実装部品の基板にインシュレータが取り付けられる。インシュレータは、例えば樹脂で成形された矩形状の部品であり、冷却機構とチップとの間の隙間を適切に維持することにより、冷却機構の傾きや接触によるチップの破損を防止する。

しかしその反面、インシュレータを表面実装部品の基板に取り付けるための余分な作業が必要となる。さらに、表面実装部品の性能に直接関与しない部品であるインシュレータが必要となるため、部品点数が多くなり、電子機器のコスト高を招く要因になる。

本発明の目的は、表面実装部品と冷却機構との間の隙間を維持するための専用の部材が不要となり、コストを低減することができる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一つの形態にかかる電子機器は、
筐体と、前記筐体に収容されたプリント回路板と、前記プリント回路板に実装された表面実装部品と、を備えている。前記表面実装部品は、前記プリント回路板と向かい合う第１の面と、当該第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する基板と、前記基板の第１の面に配列されるとともに前記プリント回路板にはんだ付けされた複数の接続端子と、前記基板の第２の面に実装されたチップと、前記チップを覆うとともに前記基板の第２の面と向かい合って配置され、前記チップに熱的に接続された冷却機構と、接着剤を前記基板の外周縁部と前記プリント回路板との間に跨るように供給することで構成され、前記接続端子と前記プリント回路板との相互のはんだ接合部を補強する補強手段と、を備えている。前記補強手段は、前記基板の第２の面と前記冷却機構との間に介在して前記冷却機構を支えるスペーサ部を含んでいる。

本発明によれば、表面実装部品と冷却機構との間の隙間を維持するための専用の部材が不要となり、電子機器のコストを低減することができる

本発明の第１の実施の形態に係るポータブルコンピュータの一部を切り欠いて示す斜視図。 本発明の第１の実施の形態において、プリント回路板に実装されたＢＧＡを示す斜視図。 本発明の第１の実施の形態において、ＢＧＡの一部を側方から見た断面図。 本発明の第２の実施の形態において、プリント回路板に実装されたＢＧＡを部分的に示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態において、プリント回路板に実装されたＢＧＡを部分的に示す斜視図。 本発明の第４の実施の形態に係るＰＧＡの実装構造を示す断面図。 本発明の第５の実施の形態に係るＱＦＰの実装構造を示す断面図。

以下に、本発明の第１の実施の形態を、図１ないし図３に基づいて説明する。
図１は、電子機器の一例であるポータブルコンピュータ１を示す。ポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２と、ディスプレイモジュール３とを有している。

ディスプレイモジュール３は、コンピュータ本体２の後端に一対のヒンジ部４を介して連結されている。ディスプレイモジュール３は、ヒンジ部４を支点として、コンピュータ本体２の上に横たわる閉じ位置と、コンピュータ本体２の後端から起立する開き位置との間で回動可能となっている。

コンピュータ本体２は、偏平な箱状の筐体１０を備えている。筐体１０の上面には、キーボード取付部１１が形成されている。キーボード取付部１１には、キーボード１２が支持されている。

ディスプレイモジュール３は、偏平な箱状のディスプレイ筐体１５と、ディスプレイ筐体１５に収容された液晶表示パネル１６とを備えている。液晶表示パネル１６は、スクリーン１６ａを有している。スクリーン１６ａは、ディスプレイ筐体１５の前面に開けた開口部１７を通じてディスプレイモジュール３の外に露出している。

筐体１０には、プリント回路板２０が収容されている。図１に示すように、表面実装部品の一例であるＢＧＡ２２と、コンデンサや抵抗器などの電子部品２３とが、それぞれプリント回路板２０に実装されている。

図２および図３に示すように、ＢＧＡ２２は、四角形の基板２５と、複数のはんだボール２６と、ベアチップ２７とを有している。基板２５は、プリント回路板２０と向かい合う第１の面２５ａと、第１の面２５ａと反対側に位置する第２の面２５ｂと、４つの角部２５ｃとを有している。なお、基板２５は四角形に限らず、例えば八角形のような他の多角形でも良い。

はんだボール２６は接続端子の一例であって、基板２５の第１の面２５ａにマトリックス状に配列されている。はんだボール２６は、プリント回路板２０の図示しない導体パターンにはんだ付けされている。ベアチップ２７は、ポータブルコンピュータ１の動作中に発熱する。ベアチップ２７は、基板２５の第２の面２５ｂに実装されている。

図３に示すように、ＢＧＡ２２にヒートシンク３０が取り付けられている。ヒートシンク３０は冷却機構の一例である。ヒートシンク３０は、ベアチップ２７を覆うように基板２５の第２の面２５ｂの上に配置されている。

ヒートシンク３０は、ベアチップ２７と向かい合う第１の領域３０ａと、この第１の領域３０ａを取り囲むとともに基板２５の第２の面２５ｂと向かい合う第２の領域３０ｂとを有している。第１の領域３０ａとベアチップ２７との間には、熱伝導性を有するグリース３１が充填されている。これにより、ヒートシンク３０とベアチップ２７とは、グリース３１を介して熱的に接続されている。ベアチップ２７が発する熱は、グリース３１を介してヒートシンク３０に伝わるとともに、このヒートシンク３０から放熱される。

ＢＧＡ２２は、はんだボール２６とプリント回路板２０の導体パターンとの相互のはんだ接合部２８を補強する補強手段４０を有している。補強手段４０は、硬化した接着剤によって形成されており、基板２５の外周縁部２５ｄとプリント回路板２０との間に跨がる補強部４２を有している。補強部４２は、基板２５の周方向に互いに間隔を存して配置された複数のブリッジ部４１を含んでいる。図２に示すように、ブリッジ部４１は、基板２５の４つの角部２５ｃに対応する位置と、各角部２５ｃの周辺とに配置されている。

図３に示すように、各ブリッジ部４１は、基板２５の外周縁部２５ｄとプリント回路板２０との間を接合している。さらに、各ブリッジ部４１は、基板２５の外周縁部２５ｄからプリント回路板２０の方向に進むに従い広がる形状を有している。

補強手段４０は、補強部４２に一体的に連続する複数のスペーサ部４３を有している。スペーサ部４３は、基板２５の第２の面２５ｂの上に延出されて、この第２の面２５ｂとヒートシンク３０の第２の領域３０ｂとの間に介在されている。

図３に示すように、スペーサ部４３は、ベアチップ２７の高さＤ１よりも大きい高さＤ２の支持部４４を有している。支持部４４の高さＤ２は、全てのブリッジ部４１においておおよそ同じである。なお、図２および図３に示す支持部４４は平坦な面であるが、おおよそ同じ高さＤ２を有しているのであれば、曲面であってもかまわない。

スペーサ部４３は、支持部４４でヒートシンク３０を支えることで、第２の領域３０ｂと基板２５との間の隙間ｇを維持している。さらに、スペーサ部４３は、グリース３１が充填された、第１の領域３０ａとベアチップ２７との間の隙間も維持している。

ＢＧＡ２２は、次のようにプリント回路板２０に実装される。
プリント回路板２０の導体パターン上にＢＧＡ２２を配置した状態で、加熱してはんだボール２６を溶かし、ＢＧＡ２２をプリント回路板２０にはんだ付けする。これにより、はんだボール２６とプリント回路板２０の導体パターンとの相互のはんだ接合部２８が形成され、ＢＧＡ２２とプリント回路板２０とが電気的に接続される。

ペースト状の接着剤を、基板２５の第２の面２５ｂ、基板２５の外周縁部２５ｄ、および、プリント回路板２０の間に跨るように、線状に供給する。この際、接着剤の硬化に伴う接着剤の変形があったとしても、スペーサ部４３の支持部４４の高さＤ２がベアチップの高さＤ１よりも大きくなるように接着剤の供給量を制御する。接着剤は、基板２５の４つの角部２５ｃに対応する位置と、各角部２５ｃの周辺とに、それぞれ供給される。

供給された接着剤を加熱して、硬化させる。加熱は、はんだボール２６の融点より低い温度で行なわれる。なお、接着剤の硬化は熱硬化に限らず、例えば経時的な硬化や、紫外線照射による硬化でも良い。

接着剤を硬化させることで、補強手段４０が形成される。次に、ベアチップ２７にグリース３１を塗布し、ヒートシンク３０を、ベアチップ２７を覆うように基板２５の第２の面２５ｂの上に配置する。ヒートシンク３０は、補強手段４０のスペーサ部４３の上に載せられる。ヒートシンク３０を、例えばねじや公知の十字形のスプリングを用いて、プリント回路板２０に固定する。この固定により、プリント回路板２０に対するＢＧＡ２２の実装作業が完了する。

次に、前記構成のポータブルコンピュータ１の効果について説明する。
補強手段４０のスペーサ部４３は、従来用いられていたインシュレータ等の専用の部材と同様に、基板２５の第２の面２５ｂとヒートシンク３０との間に介在されて、ヒートシンク３０を支える。

スペーサ部４３がヒートシンクを支持することで、第２の面２５ｂとヒートシンク３０の第２の領域３０ｂとの間の隙間ｇが維持され、かつ、ベアチップ２７とヒートシンク３０の第１の領域３０ａとの間の隙間も維持される。これにより、スペーサ部４３が従来のインシュレータと同様の機能を発揮し、ヒートシンク３０の傾きを防止することができる。よって、ヒートシンク３０とベアチップ２７との接触を回避できるとともに、ベアチップ２７の不所望な破損も防ぐことができる。

スペーサ部４３は、補強用の接着剤により補強部４２と一緒に形成されている。したがって、隙間ｇを維持するためのインシュレータのような専用の部品が不要となり、ポータブルコンピュータ１の部品点数が減少する。さらに、スペーサ部４３は、補強部４２と同時に形成されるので、インシュレータ等の取付作業も不要となる。これにより、ポータブルコンピュータ１の生産コストを低減させることができる。

さらに、ヒートシンク３０は、硬化した接着剤で形成されるスペーサ部４３の上に配置される。これにより、ヒートシンク３０は、ＢＧＡ２２から容易に取り外すことができるので、メンテナンスなども容易である。

補強手段４０に耐熱性の接着剤を用いることで、例えば電子部品２３を取り外すためにプリント回路板２０を加熱する際に、補強手段４０の取り外しが不要となる。これにより、部品を取り外す際の作業の増加を防ぐことができる。

さらに、ＢＧＡ２２とプリント回路板２０との相互のはんだ接合部２８を補強するための補強部４２は、プリント回路板２０の第２の面２５ｂの上に延出するスペーサ部４３を有している。言い換えると、補強手段４０がプリント回路板２０の第２の面２５ｂにまで拡張されるので、補強手段４０とＢＧＡ２２との接着面が従来よりも大きく確保される。これにより、補強手段４０は、はんだボール２６とプリント回路板２０との相互のはんだ接合部２８を、より強固に補強することができる。

なお、第１の実施の形態では、接着剤を熱硬化させた後に、基板２５の第２の面２５ｂの上にヒートシンク３０を配置したが、本発明はこれに限らない。例えば、接着剤を熱硬化させる前に、基板２５の第２の面２５ｂの上にヒートシンク３０を配置しても良い。

すなわち、プリント回路板２０にＢＧＡ２２のはんだボール２６をはんだ付けした後、ペースト状の接着剤を、基板２５の第２の面２５ｂ、基板２５の外周縁部２５ｄ、および、プリント回路板２０の間に跨るように、線状に供給する。

次にベアチップ２７にグリース３１を塗布し、ヒートシンク３０を、ベアチップ２７を覆うように基板２５の第２の面２５ｂの上に配置する。ヒートシンク３０は、第２の面２５ｂに供給されたペースト状の接着剤の上に載せられ、ヒートシンク３０の第２の領域３０ｂが硬化前の接着剤に密着する。

ヒートシンク３０を接着剤の上に載せる際、接着剤の高さＤ２が、ベアチップの高さＤ１よりも大きくなるように制御する。これにより、接着剤の上にヒートシンク３０を載せても、ヒートシンク３０とベアチップ２７との間に隙間が形成される。
供給された接着剤を加熱して硬化させる。接着剤は、ヒートシンク３０の第２の領域３０ｂに密着したまま硬化する。

このように硬化する前の接着剤にヒートシンク３０を載せることで、ヒートシンク３０の第２の領域３０ｂを補強手段４０のスペーサ部４３に接着することができる。すなわち、ヒートシンク３０は、補強手段４０のスペーサ部４３を介して基板２５に固定される。これにより、ヒートシンク３０を固定するためのねじや十字形のスプリングが不要となり、部品点数を削減できる。

さらに、接着剤を供給する際に、硬化後の変形を考慮した接着剤の高さ制御が不要となり、接着剤の供給作業を容易に行なうことができる。

次に、本発明の第２ないし第５の実施の形態について、各々の図面を参照して説明する。このとき、第１の実施の形態のポータブルコンピュータ１と同一の構成部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。

本発明の第２の実施の形態を、図４に基づいて説明する。
第２の実施の形態の補強手段４０は、基板２５の角部２５ｃと、角部２５ｃを挟んだ両辺とに沿って連続して設けられている。なお、補強手段４０は、図４のように基板２５の外周の一部に設けられたものに限らず、基板２５の全周にわたって設けられていても良い。

補強手段４０を形成する際、補強部４２を形成する接着剤を基板２５の外周縁部２５ｄとプリント回路板２０との間に跨るように供給する供給作業と、スペーサ部４３を形成する接着剤を第２の面２５ｂに供給する供給作業とを別個に行なうなど、複数の供給作業によって補強手段４０を形成しても良い。

次に、本発明の第３の実施の形態を、図５に基づいて説明する。
第３の実施の形態の補強手段４０は、補強部４２と、スペーサ部４３とがそれぞれ独立して設けられている。

補強部４２は、接着剤を基板２５の外周縁部２５ｄとプリント回路板２０との間に跨るように供給して設けられている。スペーサ部４３は、接着剤を第２の面２５ｂの上に供給して設けられている。なお、図５において、スペーサ部４３は線状に形成されているが、点状に形成されていたり、曲がった形状に形成されていたりしても良い。
スペーサ部４３を補強部４２とは独立して設けることにより、スペーサ部４３のレイアウトを自由に行なうことができる。

次に、本発明の第４の実施の形態を、図６に基づいて説明する。
第４の実施の形態によると、プリント回路板２０に表面実装部品の一例であるＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）５１が実装されている。ＰＧＡ５１は、プリント回路板２０と向かい合う第１の面５１ａと、第１の面５１ａに配列されるとともにプリント回路板２０にはんだ付けされた複数のピン状の接続端子５２とを有している。
なお、第４の実施の形態の表面実装部品としては、ＰＧＡ５１に限らず、プリント回路板２０と向かい合う面に他の形状を有する接続端子が配列された表面実装部品を適用することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態を、図７に基づいて説明する。
第５の実施の形態によると、プリント回路板２０に表面実装部品の一例であるＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）５５が実装されている。ＱＦＰ５５は、パッケージ本体５５ａの外周縁部に複数の接続端子５６を有している。接続端子５６は、パッケージ本体５５ａとプリント回路板２０との間に入り込むことなく、パッケージ本体５５ａの周囲に張り出している。接続端子５６の先端は、プリント回路板２０の導体パターンにはんだ付けされている。

補強手段４０の補強部４２は、ペースト状の接着剤をパッケージ本体５５ａの外周縁部とプリント回路板２０との間に跨るように供給することで構成され、接続端子５６とプリント回路板２０の導体パターンとの相互のはんだ接合部５７を補強している。

補強手段４０のスペーサ部４３は、補強部４２に連続して形成されている。スペーサ部４３は、ＱＦＰ５５とヒートシンク３０との間に介在されて、ヒートシンク３０を支えている。
以下に、本出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]筐体と、
前記筐体に収容されたプリント回路板と、
前記プリント回路板に実装された表面実装部品と、を具備する電子機器であって、
前記表面実装部品は、
前記プリント回路板と向かい合う第１の面と、当該第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する基板と、
前記基板の第１の面に配列されるとともに前記プリント回路板にはんだ付けされた複数の接続端子と、
前記基板の第２の面に実装されたチップと、
前記チップを覆うように前記基板の第２の面に配置され、前記チップに熱的に接続された冷却機構と、
接着剤を前記基板の外周縁部と前記プリント回路板との間に跨るように供給することで構成され、前記接続端子と前記プリント回路板との相互のはんだ接合部を補強する補強手段と、を備え、
前記補強手段は、前記基板の第２の面と前記冷却機構との間に介在されて前記冷却機構を支えるスペーサ部を含むことを特徴とする電子機器。
[２]前記冷却機構は、前記チップと向かい合う第１の領域と、前記第１の領域を取り囲むとともに前記基板の第２の面と向かい合う第２の領域とを有し、前記スペーサ部は、前記冷却機構の第２の領域と前記基板との間の隙間を維持することを特徴とする[１]に記載の電子機器。
[３]前記補強手段は、前記基板の外周縁部と前記プリント回路板との間を接合する補強部を有し、前記スペーサ部は、前記補強部に連続していることを特徴とする[２]に記載の電子機器。
[４]前記チップと前記冷却機構との間に充填された熱伝導性を有するグリースをさらに備えていることを特徴とする[３]に記載の電子機器。
[５]前記補強部は、前記基板の周方向に互いに間隔を存して配置された複数のブリッジ部を含むことを特徴とする[３]に記載の電子機器。
[６]前記補強部は、前記基板の外周縁部から前記プリント回路板の方向に進むに従い広がる形状を有することを特徴とする[４]に記載の電子機器。
[７]前記基板は複数の角部を有し、前記補強部は各角部に対応する位置に設けられていることを特徴とする[１]に記載の電子機器。
[８]前記冷却機構は、前記補強手段のスペーサ部を介して前記基板に固定されていることを特徴とする[１]に記載の電子機器。
[９]筐体内に収容されたプリント回路板と、
前記プリント回路板にはんだ付けされた表面実装部品と、
前記表面実装部品を前記プリント回路板とは反対側から覆う冷却機構と、
接着剤を前記表面実装部品の外周縁部と前記プリント回路板との間に跨るように供給することで構成され、前記表面実装部品と前記プリント回路板との相互のはんだ接合部を補強するための補強部と、
前記接着剤により構成され、前記表面実装部品と前記冷却機構との間に介在されて前記冷却機構を支えるスペーサ部と、を備えていることを特徴とする電子機器。
[１０]前記表面実装部品は、発熱するチップを有し、前記チップは前記表面実装部品から前記プリント回路板とは反対側に突出するとともに、前記スペーサ部は、前記表面実装部品と前記冷却機構との間の隙間を維持することを特徴とする[９]に記載の電子機器。

１…ポータブルコンピュータ，１０…筐体，２０…プリント回路板，２２，５１，５５…表面実装部品（ＢＧＡ，ＰＧＡ，ＱＦＰ），２５…基板，２５ａ…第１の面，２５ｂ…第２の面，２５ｃ…角部，２５ｄ…外周縁部，２６，５２，５６…接続端子（はんだボール），２７…ベアチップ，２８…はんだ接合部，３０…ヒートシンク，３０ａ…第１の領域，３０ｂ…第２の領域，３１…グリース，４０…補強手段，４１…ブリッジ部，４２…補強部，４３…スペーサ部，４４…支持部。

Claims (8)

1. 筐体と、
   前記筐体に収容されたプリント回路板と、
   前記プリント回路板に実装された表面実装部品と、を具備する電子機器であって、
   前記表面実装部品は、
   前記プリント回路板と向かい合う第１の面と、当該第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する基板と、
   前記基板の第１の面に配列されるとともに前記プリント回路板にはんだ付けされた複数の接続端子と、
   前記基板の第２の面に実装されたチップと、
   前記チップを覆うとともに前記基板の第２の面と向かい合って配置され、前記チップに熱的に接続された冷却機構と、
   接着剤を前記基板の外周縁部と前記プリント回路板との間に跨るように供給することで構成され、前記接続端子と前記プリント回路板との相互のはんだ接合部を補強する補強手段と、を備え、
   前記補強手段は、前記基板の第２の面と前記冷却機構との間に介在されて前記冷却機構を支えるスペーサ部を含むことを特徴とする電子機器。
2. 前記冷却機構は、前記チップと向かい合う第１の領域と、前記第１の領域を取り囲むとともに前記基板の第２の面と向かい合う第２の領域とを有し、前記スペーサ部は、前記冷却機構の第２の領域と前記基板との間の隙間を維持することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記補強手段は、前記基板の外周縁部と前記プリント回路板との間を接合する補強部を有し、前記スペーサ部は、前記補強部に連続していることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記チップと前記冷却機構との間に充填された熱伝導性を有するグリースをさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記補強部は、前記基板の周方向に互いに間隔を存して配置された複数のブリッジ部を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
6. 前記補強部は、前記基板の外周縁部から前記プリント回路板の方向に進むに従い広がる形状を有することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
7. 前記基板は複数の角部を有し、前記補強部は各角部に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
8. 前記冷却機構は、前記補強手段のスペーサ部を介して前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。

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