JP4812856B2

JP4812856B2 - 接続異常検出装置およびそれを用いた車載用電子機器

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Publication number: JP4812856B2
Application number: JP2009123243A
Authority: JP
Inventors: 佳早瀬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP2010271182A

Description

本発明は接続異常検出装置に関し、特に、信号端子とは別に半田接続異常検知専用のモニタ端子を設けることなく、半田接続異常を検出することが可能な接続異常検出装置およびそれを用いた車載用電子機器に関するものである。

近年、電子機器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（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）パッケージやＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）などの小型電子部品に代表されるプリント基板である。ＢＧＡパッケージは、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。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。

半導体パッケージは、一般的に、プラスチック樹脂あるいはアルミナなどのセラミックを主材料にして形成されている。この半導体パッケージはエポキシ系樹脂材料などによって形成された回路基板の上に搭載され使用される。その際、ＩＣ自身で発生した熱や環境温度の変動に起因して、温度変動が繰り返し生じる。このとき、半導体パッケージと基板との間に線膨張率差に起因した機械的応力が加わり、半田の接続異常が発生する。このような半田の接続異常を検知するために、機械的応力が一番大きく、理論的に半田接続寿命が短いとされるＢＧＡコーナー付近に、電気的接続確認用の半田接続部を設ける手法がとられる（例えば、特許文献１参照）。

また、接続確認用半田接続部の接続異常をラッチ回路とＯＲ回路及びセレクタ回路で実現している技術の開示もある（例えば、特許文献２参照）。ここでは、ＢＧＡパッケージにおいて、接続確認用半田接続部が複数箇所あり、基板にはＢＧＡパッケージの半田接続部から各々導出される配線パターンを有する。半田の接続異常による電位の変化をラッチ回路により取り込む。ＯＲ回路で異常状態を検知し、セレクタ回路で複数個所の半田接続部の中から異常が生じた半田接続部を特定している。

また、半導体パッケージ内部配線を使用することなく、半田の接続異常を検知する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。ここでは、半導体パッケージ内部ではなく、半田接続部が搭載されている領域である半導体パッケージ裏面にて接続確認用半田接続部同士を接続する配線を設けることで、半導体内部へ接続される配線やボンディングワイヤが不要となり、パッケージの小型化に有効である。

特開平１０−９３２９７号公報（第３−４頁、図１）特開２００７−３５８８９号公報（第５頁、図３）特開２００１−２４４３５９号公報（第４頁、図１）

上述のように、特許文献１では、接続確認用半田接続部を半導体パッケージのコーナー付近に設けて、クラックを確認することで、信号用半田接続部に重大な接続不良が発生する前に異常を検出することができる。また、特許文献２では、どの半田接続部に異常が発生したか記録することで、故障診断時に有効となる。

しかしながら、近年の半導体パッケージの小型化によって、パッケージに搭載できる半田接続部総数が制限される上に、半導体パッケージへの入出力信号数は増加する傾向にある。このような状況下では半導体パッケージの本来の用途に必要な信号用半田接続部以外に、別途端子を搭載するのは難しいという問題点があった。

特許文献１や特許文献３にあるような方法では、１つの半田接続部の接続異常を検知するには２つのモニタ半田接続部が必要となる。具体的には、接続異常検知用の信号を回路基板から入力するための入力用モニタ半田接続部と、その信号が半導体パッケージ内部またはパッケージ底面の配線を通り、半田接続異常を判定するために回路基板に取り出すための出力用モニタ半田接続部である。つまり、接続異常検知のために専用のモニタ半田接続部を設けなければならず、半導体パッケージの小型化の妨げになるという問題点があった。

特許文献２では半導体パッケージ内部のＧＮＤを基準電位としているため、出力用モニタ半田接続部は不要だが、入力用モニタ半田接続部は依然必要である。また、半田接続異常は同心円上に半導体パッケージの隅部より中心に向かって進行する傾向にあるが、４隅のどこから接続異常が発生するかの予想は困難であり、半田接続異常を早期に発見するためには少なくとも隅部４箇所のモニタ半田接続部を設ける必要がある。さらに、接続異常検知の信頼性の向上や詳細な故障解析を行う場合には、信号用半田接続部とは別に膨大なモニタ半田接続部が必要となっていた。従って、この場合においても、半導体パッケージの小型化の妨げになるという問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、信号用半田接続部をモニタ半田接続部と兼用することで、別途半田接続異常検知専用のモニタ半田接続部を設けることなく、半田接続異常を検出する接続異常検出装置およびそれを用いた車載用電子機器を得ることを目的としている。

本発明は、半導体パッケージが回路基板に実装され、前記半導体パッケージ内部に実装されている内部回路が、前記回路基板に実装されている外部回路に、半田接続部を介して接続されている電子機器における、前記半田接続部の接続異常を検出するための接続異常検出装置であって、１以上の半田接続部で構成される信号用兼モニタ半田接続部と、前記信号用兼モニタ半田接続部と前記外部回路とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する電圧測定手段と、前記内部回路と前記信号用兼モニタ半田接続部とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部と前記電圧測定手段とを接続して前記信号用兼モニタ半田接続部の接続異常判定を可能にする測定用回路接続手段と、前記電圧測定手段の電圧測定結果に基づき前記接続異常を判定する接続異常判定手段とを備え、前記測定用回路接続手段は、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧計測を可能にするための電圧計測補助手段と、前記信号用兼モニタ半田接続部を前記内部回路もしくは前記電圧計測補助手段のいずれと接続させるかを選択する計測補助部選択手段とを有し、前記電圧測定手段は、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する計測手段と、前記信号用兼モニタ半田接続部を前記外部回路もしくは前記計測手段のいずれと接続させるかを選択する計測部選択手段とを有することを特徴とする接続異常検出装置である。

本発明は、半導体パッケージが回路基板に実装され、前記半導体パッケージ内部に実装されている内部回路が、前記回路基板に実装されている外部回路に、半田接続部を介して接続されている電子機器における、前記半田接続部の接続異常を検出するための接続異常検出装置であって、１以上の半田接続部で構成される信号用兼モニタ半田接続部と、前記信号用兼モニタ半田接続部と前記外部回路とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する電圧測定手段と、前記内部回路と前記信号用兼モニタ半田接続部とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部と前記電圧測定手段とを接続して前記信号用兼モニタ半田接続部の接続異常判定を可能にする測定用回路接続手段と、前記電圧測定手段の電圧測定結果に基づき前記接続異常を判定する接続異常判定手段とを備え、前記測定用回路接続手段は、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧計測を可能にするための電圧計測補助手段と、前記信号用兼モニタ半田接続部を前記内部回路もしくは前記電圧計測補助手段のいずれと接続させるかを選択する計測補助部選択手段とを有し、前記電圧測定手段は、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する計測手段と、前記信号用兼モニタ半田接続部を前記外部回路もしくは前記計測手段のいずれと接続させるかを選択する計測部選択手段とを有することを特徴とする接続異常検出装置であるので、信号用半田接続部をモニタ半田接続部と兼用することで、別途半田接続異常検知専用のモニタ半田接続部を設けることなく、半田接続異常を検出することができる。

本発明に係る接続異常検知装置の原理構成を示した構成図である。本発明の実施の形態１に係る接続異常検知装置の構成を示した構成図である。図２に示した本発明の実施の形態１に係る接続異常検知装置の動作を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る接続異常検知装置における半導体パッケージ内の基準電位を用いる場合の構成図である。本発明の実施の形態２に係る接続異常検知装置における半導体パッケージ内の固定電位を用いる場合の構成図である。本発明の実施の形態３に係る接続異常検知装置における３つ以上の半田接続部の接続異常を検知する場合の構成図である。

図１は、本発明に係る接続異常検出装置の原理構成と、当該装置により接続異常が検出される検出対象の電子機器の構成とを示した図である。図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は部分側面図である。半導体パッケージ１０１は、複数の半田接続部１０２（１０２ａ，１０２ｂ）を介して、回路基板１０３に実装されている。半田接続部１０２における１０２ａは信号用半田接続部、１０２ｂ（１０２ｂ１，１０２ｂ２）は信号用兼モニタ半田接続部である。信号用半田接続部１０２ａは、通常の回路動作時に内部回路１０４と外部回路１０５との間の信号が伝達される信号用半田接続部であるが、信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂは、通常の信号伝達のほかに、接続異常検知のためにも使用できる信号用半田接続部である。

このように、本発明に係る接続異常検出装置は、半田接続部１０２を持つ半導体パッケージ１０１が回路基板１０３に実装され、半導体パッケージ１０１内部に実装されている内部回路１０４が回路基板１０３に実装されている外部回路１０５に半田接続部１０２を介して接続されている電子機器において、半田接続部１０２のクラックや破断などの接続異常を検知するためのものである。

内部回路１０４は半導体パッケージ１０１内部に設けられた回路であり、外部回路１０５は半導体パッケージ１０１の外部で、かつ、回路基板１０３に設けられた回路である。測定用回路接続手段１０６は半導体パッケージ１０１内部にあり、２つの信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂと内部回路１０４とを接続するか、あるいは、当該２つの信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂを電圧測定用回路（図示せず）に接続させるかを選択する。電圧測定手段１０７は半導体パッケージ１０１外部にあり、２つの信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂと外部回路１０５とを接続するか、あるいは、当該２つの信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂを電圧測定用回路（図示せず）に接続するかを選択する。

内部回路１０４及び外部回路１０５が相互に関連して動作している回路動作時には、信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂは信号用半田接続部として使用され、内部回路１０４は、測定用回路接続手段１０６と信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂと電圧測定手段１０７とを介して、外部回路１０５と接続されている。一方、接続異常判定時には、信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂはモニタ用半田接続部として使用され、測定用回路接続手段１０６が２つの信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂを短絡させ、電圧測定手段１０７により信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂの電圧値が測定される。その測定値に基づき、異常判定手段１０８が接続異常を判定する。

このように、本発明によれば、内部回路１０４と外部回路１０５の回路動作時においては、測定用回路接続手段１０６が信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂと内部回路１０４とを接続し、電圧測定手段１０７が信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂと外部回路１０５とを接続し、一方、接続異常検知時には、測定用回路接続手段１０６が測定用回路として働き、電圧測定手段１０７が信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂの電圧を測定し、接続異常判定手段１０８によって測定電圧をもとに接続異常を検知するようにしたので、信号用半田接続部を接続異常検知のモニタ半田接続部としても使用できるため、専用のモニタ半田接続部を別途設ける必要が無く、半導体パッケージの半田接続部リソースを信号端子用に確保しながら、半田接続部の接続異常を検出することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係る接続異常検出装置および当該装置により接続異常が検出される検出対象の電子機器の構成を示した図である。図２においては、図１に示した各構成に相当する部分については同一符号を付して示している。なお、以降の実施の形態では、半田接続部を半田ボールで構成した場合を例に挙げて示す。

まず、半導体パッケージ１０１内部の構成を説明する。２つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２が、それぞれ、スイッチ２０１ａ，２０１ｂと接続している。各スイッチ２０１ａ，２０１ｂは、例えば、アナログスイッチやリレーなど制御信号によって出力が制御されるものである。その制御は、内部制御部２０２によって行われる。各スイッチ２０１ａ，２０１ｂの一方の端子であるＡｉ１端子およびＢｉ１端子は、それぞれ、内部回路１０４に接続され、同じく、各スイッチ２０１ａ，２０１ｂの他方の端子であるＡｉ２，Ｂｉ２端子は、電圧計測補助回路２０３と接続している。本実施の形態では、電圧計測補助回路２０３は、２つの端子（Ａｉ２，Ｂｉ２端子）を短絡させる回路（測定用回路接続手段１０６）である。ここで、内部制御部２０２は例えばマイクロコントローラで実現する。

本実施の形態においては、図２に示す電圧計測補助回路２０３とスイッチ２０１とが、図１の測定用回路接続手段１０６を構成している。電圧計測補助手段である電圧計測補助回路２０３は、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの電圧計測を可能にするものである。また、計測補助部選択手段であるスイッチ２０１は、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂを内部回路１０４もしくは電圧計測補助回路２０３のいずれと接続させるかを選択する。

次に、半導体パッケージ１０１の外部の構成を説明する。半導体パッケージ１０１内部に設けられた信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２が、それぞれ、半導体パッケージ１０１の外部に設けられたスイッチ２０４ａ，２０４ｂと接続している。各スイッチ２０４ａ，２０４ｂは例えばアナログスイッチやリレーなど制御信号によって出力が制御されるものである。その制御は外部制御部２０５によって行われる。各スイッチ２０４ａ，２０４ｂの一方の端子であるＡｏ１端子およびＢｏ１端子は、外部回路１０５に接続され、スイッチ２０４ａの他方の端子であるＡｏ２端子は参照抵抗２０６（Ｒｒｅｆ）を介して基準電位２０７に、スイッチ２０４ｂの他方の端子であるＢｏ２端子は参照電圧２０８（Ｅ）（参照電圧発生器）に接続されている。接続異常判定手段１０８はスイッチ２０４ａのＡｏ２端子と参照抵抗２０６との接続点の電圧Ｖ_ｏｕｔを測定し、接続異常を判定する。その判定結果により、外部制御部２０５から、スイッチ２０４ａ，２０４ｂをそれぞれＡｏ１，Ｂｏ１端子に接続するか、あるいは、Ａｏ２，Ｂｏ２端子に接続するかの制御を行う。ここで、外部制御部２０５や接続異常判定手段１０８は例えばマイクロコントローラで実現する。

本実施の形態においては、参照抵抗２０６，基準電位２０７，参照電圧２０８からなる計測手段と、スイッチ２０４からなる計測部選択手段とが、図１の電圧測定手段１０７を構成している。参照抵抗２０６，基準電位２０７，参照電圧２０８は、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの電圧を計測するための計測手段であり、スイッチ２０４は、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂを外部回路１０５もしくは上記計測部のいずれと接続させるかを選択する計測部選択手段を構成している。

次に、接続異常の判定方法について説明する。信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２が持つ合成抵抗成分をｒとすると、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは以下の式で表される。

ここで、Ｒ_ｒｅｆは参照抵抗２０６の抵抗値、Ｅは参照電圧２０８の電圧値である。

つまり、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２に接続異常がなければ、合成抵抗成分ｒ≒０となり、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは参照電圧Ｅとなる。一方、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２にクラックや破断などの接続異常が発生すると合成抵抗成分ｒが大きくなり、接続異常が進行するほど、観測電圧Ｖ_ｏｕｔの電圧は小さくなる。

そこで、基準電位２０７から参照電圧Ｅまでの間であらかじめ閾値を決めておき、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値よりも小さくなると、接続異常判定手段１０８は接続異常と判定する。

次に、図２の構成図と図３のフローチャートを参照しながら動作について説明する。内部回路１０４と外部回路１０５とが相互に関連して動作している回路動作時において、スイッチ２０１ａ，２０１ｂ，２０４ａ，２０４ｂは、それぞれ、Ａｉ１，Ｂｉ１，Ａｏ１，Ｂｏ１端子を選択し、内部回路１０４と外部回路１０５とが接続された状態にある。本実施の形態では、半導体パッケージ１０１への電源投入時に接続異常判定を行う場合の例について説明する。

まず、ステップＳ３０１で電源をＯＮした後、ステップＳ３０２にてスイッチ２０１ａ，２０１ｂ，２０４ａ，２０４ｂをそれぞれＡｉ２，Ｂｉ２，Ａｏ２，Ｂｏ２端子に設定し、接続異常判定状態に入る。ステップＳ３０３では、スイッチ２０４ａのＡｏ２端子と参照抵抗２０６との接続点の電圧Ｖ_ｏｕｔを測定する。

そこで、ステップＳ３０４にて、予め設定された所定の閾値と観測電圧Ｖ_ｏｕｔとを比較して、閾値よりも観測電圧Ｖ_ｏｕｔが大きければ、ステップＳ３０５で、スイッチ２０４ａ，２０４ｂを、それぞれ、Ａｏ１，Ｂｏ１端子にセットして、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２と外部回路１０５とを接続する。

一方、ステップＳ３０４にて、既定の閾値よりも、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが小さければ、接続異常と判断して、ステップＳ３０６で接続異常検知信号を出力する。この場合、スイッチ２０４ａ，２０４ｂは、それぞれ、Ａｏ２，Ｂｏ２端子にセットされたままであり、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２と外部回路１０５とは接続されていない。

ステップＳ３０７で、接続異常判定状態に入って予め設定した既定の時間が経過したか否かを計測し、当該既定の時間が経過すると、ステップＳ３０８で、スイッチ２０１ａ，２０１ｂを、それぞれ、Ａｉ１、Ｂｉ１端子にセットし、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２と内部回路１０４とを接続する。この既定の時間経過は、例えば、電源投入時から接続異常判定までにかかる時間をあらかじめ測定しておき、その時間を既定の時間として設定し、内部制御部２０２が持つタイマによりカウントすればよい。

次に、ステップＳ３０９で、上記のステップＳ３０４の接続異常判定において、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値以下、つまり、接続異常と判定されたか否かを確認し、判定されていれば、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２と外部回路１０５とが接続されていないので、ステップＳ３１０で、回路動作を停止させる。

一方、ステップＳ３０９で、上記のステップＳ３０４で接続異常と判定されていないと確認されれば、内部回路１０４が信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２を介して外部回路１０５に接続されているので、ステップＳ３１１で通常の回路動作状態に移行する。

なお、本実施の形態では、接続異常判定を行うタイミングを半導体パッケージ１０１の電源投入時としたが、その場合に限らず、接続異常判定対象の信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２を含む信号ラインが停止している状態、つまり、内部回路１０４と外部回路１０５とが相互に関連して動作していない時であればいつでも良い。例えば、内部回路１０４のリセット直後やアイドリング時、また、半導体パッケージ１０１がＦＰＧＡやＣＰＬＤなどリコンフィギュレーション可能なＩＣの時には、内部回路１０４のリコンフィギュレーション直後などである。

また、スイッチ２０１ａ，２０１ｂをそれぞれＡｉ１，Ｂｉ１端子にセットするのは、接続異常判定後であればいつでも良い。

さらに、本実施の形態では、参照電圧２０８が固定電圧（固定値）で、ステップＳ３０８における既定の時間経過を内部制御部２０２のタイマにより行う例について示したが、その場合に限らず、以下のように行ってもよいこととする。すなわち、電圧計測補助回路２０３と内部制御部２０２とを接続し、参照電圧２０８があらかじめ決められた電圧パターンを発生するもので、その電圧パターンを内部制御部２０２で受信すれば、スイッチ２０１ａ，２０１ｂをそれぞれＡｉ１，Ａｉ２端子に接続するというようにしても、スイッチ２０１ａ，２０１ｂの制御は可能である。

この場合には、内部制御部２０２のタイマ及び接続異常判定開始から判定までの時間を計測する必要がなくなる。また、半導体パッケージ１０１内部と外部でそれぞれ判定を行い、スイッチ２０１ａ，２０１ｂ，２０４ａ，２０４ｂを切り替えるので、判定精度が向上する。

本実施の形態では、スイッチ２０４ａのＡｏ２端子に参照抵抗２０６を接続して、両者の接続点の電圧を観測電圧Ｖ_ｏｕｔとして測定したが、スイッチ２０４ｂのＢｏ２端子と参照電圧２０８の間に参照抵抗２０６を挿入し、スイッチ２０４ｂのＢｏ２端子と参照抵抗２０６が接続する点の電圧を観測電圧Ｖ_ｏｕｔとすることも可能である。スイッチ２０４ａのＡｏ２端子は基準電位２０７に接続する。その場合、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは次の式で与えられる。

なお、（式２）における各記号の説明は、上述の（式１）と同一であるため、ここでは省略する。

本構成では、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２に接続異常がなければ、合成抵抗成分ｒ≒０となり、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは基準電位２０７となる。一方、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２にクラックや破断などの接続異常が発生すると、合成抵抗成分ｒが増加し、接続異常が進行するほど、観測電圧Ｖ_ｏｕｔの電圧は大きくなる。

この場合、基準電位２０７から参照電圧Ｅの間であらかじめ閾値を決めておき、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値よりも大きくなると接続異常判定手段１０９は接続異常と判定する。

以上のように、本実施の形態１においては、内部回路１０４及び外部回路１０５が相互に関連して動作している回路動作時には、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２は信号用半田接続部として使用され、内部回路１０４は外部回路１０５と接続されている。一方、接続異常判定時には、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１、１０２ｂ２はモニタ用半田接続部として使用され、電圧計測補助回路２０３が２つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２を短絡させ、参照抵抗２０６，基準電位２０７，参照電圧２０８，及び，スイッチ２０４からなる電圧測定手段（図１の符号１０７）により、信号用兼モニタ半田接続部１０２ｂの電圧値が測定される。その測定値に基づき、接続異常判定手段１０８が接続異常を判定する。当該構成により、本実施の形態１によれば、半田ボールからなる信号用半田接続部を接続異常検知用のモニタ半田接続部としても使用できるため、専用のモニタ半田接続部を別途設ける必要が無く、半導体パッケージ１０１の半田接続部リソースを信号端子用に確保しながら半田接続部の接続異常を検出することができる。これにより、半導体パッケージの小型化を図ることが可能となるとともに、半導体パッケージへの入出力信号数の増加にも対応可能である。

実施の形態２．
図４は、１つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの接続異常を検出できる様に、簡素化した構成である。スイッチ４０１のＡｉ１端子は内部回路１０４に接続され、Ａｉ２端子は半導体パッケージ１０１内部に設けられた基準電位４０２に接続されている。また、半導体パッケージ１０１外部に設けられたスイッチ４０３のＡｏ１端子は外部回路１０５に接続され、Ａｏ２端子は参照抵抗２０６を介して参照電圧Ｅ２０８に接続されている。参照抵抗２０６とスイッチ４０３のＡｏ２端子の接続点の電圧Ｖ_ｏｕｔを測定し、異常判定手段１０８にて接続異常の有無を判定する。本構成は電子機器の動作上、特に重要な半田接続部１つの接続異常を検知したい場合に有効であり、スイッチの数を削減することができる。なお、他の構成は、上述の実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。また、図４においては、図１に示した各構成に相当する部分については同一符号を付して示している。

本構成の場合、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの抵抗をｒとすると、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは前述の（式２）で表される。つまり、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂに異常が無ければ、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは基準電位４０２となり、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂにクラックが生じると抵抗成分ｒが増加するので、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは増加する。信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂが破断すると、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは参照電圧Ｅ２０８となる。したがって、基準電位４０２と参照電圧Ｅ２０８との間で閾値電圧を設け、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値よりも大きくなれば、接続異常と判断する。

本実施の形態２では、半導体パッケージ１０１内部の基準電位４０２の代わりに半導体パッケージ１０１内部の固定電位を使うこともできる。その場合の構成を図５に示す。スイッチ４０１のＡｉ１端子は内部回路１０４に接続され、Ａｉ２端子は半導体パッケージ１０１内部の固定電位５０１に接続されている。スイッチ４０３のＡｏ１端子は外部回路１０５に接続され、Ａｏ２端子は参照抵抗２０６を介して基準電位２０７に接続されている。このとき、参照抵抗２０６とスイッチ４０３のＡｏ２端子との接続点の電圧Ｖ_ｏｕｔを測定し、接続異常の有無を判定する。

本構成の場合、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの抵抗をｒ、固定電位５０１の電圧をＥとすると、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは前述の（式１）で表される。つまり、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂに異常が無ければ、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは固定電位Ｅとなる。一方、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂにクラックが生じると抵抗成分ｒが増加するので、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは減少する。信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂが破断すると、観測電圧Ｖ_ｏｕｔは基準電位２０７となる。したがって、基準電位２０７と参照電圧Ｅとの間で閾値電圧を設け、観測電圧Ｖ_ｏｕｔが閾値よりも小さくなれば、接続異常と判断する。

以上のように、本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、１つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの接続異常を検出できる様に簡素化した構成であるため、さらなる小型化が図れるとともに、製造コストが抑えられ、１つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂの接続異常を検出する際に有効である。

実施の形態３．
本実施の形態においては、３つ以上の半田ボールの接続異常を検知する場合の実施の形態について述べる。図６は４つの半田ボールの接続異常を検知する構成例である。図２と共通な部分は同一の記号を用いている。また、図６においては、図１に示した各構成に相当する部分については同一符号を付して示している。

まず、半導体パッケージ１０１内部の構成を説明する。４つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４は、それぞれ、半導体パッケージ１０１内部のスイッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄに接続されている。スイッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄのＡｉ１端子，Ｂｉ１端子，Ｃｉ１端子，Ｄｉ１端子は、内部回路１０４に接続され、Ａｉ２端子，Ｂｉ２端子，Ｃｉ２端子，Ｄｉ２端子は、抵抗計測補助回路６０２に接続されている。本実施の形態では、抵抗計測補助回路６０２は、Ａｉ２とＢｉ２を、および、Ｃｉ２とＤｉ２を短絡する回路である。抵抗計測補助回路６０２は、図１の測定用回路接続手段１０６を、スイッチ１０２ｂとともに構成している。

次に、半導体パッケージ１０１外部の構成を説明する。４つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４は、それぞれ、半導体パッケージ１０１外部のスイッチ６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄに接続されている。スイッチ６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄのＡｏ１端子，Ｂｏ１端子，Ｃｏ１端子，Ｄｏ１端子は、外部回路１０５に、Ａｏ２端子は参照抵抗２０６を介して基準電位２０７に，Ｂｏ２端子はＣｏ２端子に，Ｄｏ２端子は参照電圧２０５にそれぞれ接続されている。

回路動作時は、スイッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄは、それぞれ、Ａｉ１端子，Ｂｉ１端子，Ｃｉ１端子，Ｄｉ１端子が選択され、スイッチ６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄは、それぞれ、Ａｏ１端子，Ｂｏ１端子，Ｃｏ１端子，Ｄｏ１端子が選択されて、内部回路１０４と外部回路１０５とが接続される。一方、接続異常検知状態では、スイッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄが、それぞれ、Ａｉ２端子，Ｂｉ２端子，Ｃｉ２端子，Ｄｉ２端子を選択し、スイッチ６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄが、それぞれ、Ａｏ２端子，Ｂｏ２端子，Ｃｏ２端子，Ｄｏ２端子を選択することで、信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４がディジーチェーン接続し、１つでも接続異常が発生すると、異常判定手段１０８により当該接続異常を判断することができる。接続異常検知の動作は、上述の図３のフローチャートと同様である。

４つの半田ボールの接続異常を検知するには、実施の形態１の構成を２つ、もしくは、実施の形態２の構成を４つ使ってももちろん可能であるが、本実施の形態では、４つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４をディジーチェーン接続することで、参照電圧２０５や参照抵抗２０６を共通化することができる。

以上、本実施の形態３においては、実施の形態１と同様に、上記に詳述した方法によれば、信号用半田接続部をモニタ半田接続部としても使用することで、半田接続異常検知のために信号用半田接続部とは別に専用のモニタ半田接続部を用いる必要がなく、半田の接続異常を検知することができる。さらに、４つの信号用兼モニタ半田ボール１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４をディジーチェーン接続することで、参照電圧２０５や参照抵抗２０６を共通化することができ、半田ボールの個数が増えたにもかかわらず、小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態１〜３における説明においては、構成例として、信号用兼モニタ半田接続部としての半田ボールを有するＢＧＡ等のパッケージについての例を示したが、その場合に限らず、本発明は、信号用兼モニタ半田接続部としてピン部材やガルウイング型及びＪ型のリードを用いたパッケージにおいても同様の効果が期待できる。

また、本発明による接続異常検出装置および接続異常検出方法は種々の電子機器に対して用いることができ、従って、自動車等の車両に搭載する車載用電子機器に本発明による接続異常検出装置を設けて接続異常検出に用いることができるのは言うまでもなく、また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

１０１半導体パッケージ、１０２ａ信号用半田接続部（信号用半田ボール）、１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４信号用兼モニタ半田接続部（信号用兼モニタ半田ボール）、１０３回路基板、１０４内部回路、１０５外部回路、１０６測定用回路接続手段、１０７電圧測定手段、１０８接続異常判定手段、２０１ａ，２０１ｂ，４０１，６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄスイッチ、２０２内部制御部、２０３，６０２電圧計測補助回路、２０４ａ，２０４ｂ，４０３，６０３ａ，６０３ｂ，６０４ｃ，６０４ｄスイッチ、２０５外部制御部、２０６参照抵抗、２０７基準電位、２０８参照電圧、４０２基準電位、５０１固定電位。

Claims

半導体パッケージが回路基板に実装され、前記半導体パッケージ内部に実装されている内部回路が、前記回路基板に実装されている外部回路に、半田接続部を介して接続されている電子機器における、前記半田接続部の接続異常を検出するための接続異常検出装置であって、
１以上の半田接続部で構成される信号用兼モニタ半田接続部と、
前記信号用兼モニタ半田接続部と前記外部回路とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する電圧測定手段と、
前記内部回路と前記信号用兼モニタ半田接続部とを接続するとともに、前記信号用兼モニタ半田接続部と前記電圧測定手段とを接続して前記信号用兼モニタ半田接続部の接続異常判定を可能にする測定用回路接続手段と、
前記電圧測定手段の電圧測定結果に基づき前記接続異常を判定する接続異常判定手段と
を備え、
前記測定用回路接続手段は、
前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧計測を可能にするための電圧計測補助手段と、
前記信号用兼モニタ半田接続部を前記内部回路もしくは前記電圧計測補助手段のいずれと接続させるかを選択する計測補助部選択手段と
を有し、
前記電圧測定手段は、
前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を計測する計測手段と、
前記信号用兼モニタ半田接続部を前記外部回路もしくは前記計測手段のいずれと接続させるかを選択する計測部選択手段と
を有する
ことを特徴とする接続異常検出装置。
前記信号用兼モニタ半田接続部は２つの半田接続部から構成されているものであって、
前記電圧計測補助手段は、前記計測補助部選択手段が前記電圧計測補助手段を選択した際に、前記信号用兼モニタ半田接続部を構成する前記２つの半田接続部を短絡させる回路であることを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段及び前記計測部選択手段は、前記内部回路の電源投入時に、それぞれ、前記電圧計測補助手段及び前記計測手段を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段及び前記計測部選択手段は、前記内部回路のリコンフィギュレーション時に、それぞれ、前記電圧計測補助手段及び前記計測手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段及び前記計測部選択手段は、前記内部回路のリセット時に、それぞれ、前記電圧計測補助手段及び前記計測手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段及び前記計測部選択手段は、前記内部回路のアイドリング時に、それぞれ、前記電圧計測補助手段及び前記計測手段を選択することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段は、前記内部回路のタイマにより所定時間を計測し、当該所定時間経過後に、前記内部回路を選択することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段は、前記半導体パッケージ内部の制御信号により切り替えられるスイッチを用いることを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測手段は、前記計測部選択手段が前記計測手段を選択した際に、一方の前記信号用兼モニタ半田接続部を参照電圧発生器に、もう一方の前記信号用兼モニタ半田接続部を抵抗を介して基準電位に接続することを特徴とした請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記参照電圧発生器は、定電圧を発生することを特徴とする請求項９に記載の接続異常検出装置。
前記参照電圧発生器は、あらかじめ決められた固定電圧パターンを発生することを特徴とする請求項９に記載の接続異常検出装置。
前記計測補助部選択手段は、前記電圧計測補助手段が固定電圧パターンを受信した後に、前記内部回路を選択することを特徴とする請求項１１に記載の接続異常検出装置。
前記計測部選択手段は、前記外部回路の制御信号により切り替えられるスイッチから構成されることを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測手段は、前記計測部選択手段が前記計測手段を選択した後に、前記信号用兼モニタ半田接続部の電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記計測手段は、前記計測部選択手段と前記参照抵抗とが接続される接続点の電圧を計測することを特徴とする請求項９に記載の接続異常検出装置。
前記接続異常判定手段は、前記計測手段により測定した電圧が許容値を下回る場合、外部に接続異常信号を出力することを特徴とする請求項９に記載の接続異常検出装置。
前記接続異常判定手段は、前記計測手段により測定した電圧が許容値を上回る場合、外部に接続異常信号を出力することを特徴とする請求項９に記載の接続異常検出装置。
前記計測部選択手段は、前記判定手段が異常を検知しなかった場合に、前記外部回路を選択することを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記タイマは、あらかじめ決められた前記接続異常判定手段が接続異常の有無を検知する時間をカウントすることを特徴とする請求項７に記載の接続異常検出装置。
前記信号用兼モニタ半田接続部は、１つの半田接続部から構成されることを特徴とする請求項１記載の接続異常検出装置。
前記電圧計測補助手段は、前記１つの半田接続部を前記半導体パッケージ内の基準電位に接続し、前記計測手段は当該１つの半田接続部を抵抗を介して参照電圧発生器に接続することを特徴とする請求項２０に記載の接続異常検出装置。
前記電圧計測補助手段は、前記１つの半田接続部を半導体パッケージ内の固定電位に接続し、前記計測手段は当該１つの半田接続部を抵抗を介して基準電位に接続することを特徴とする請求項２０に記載の接続異常検出装置。
前記信号用兼モニタ半田接続部は、３つ以上の半田接続部から構成されることを特徴とする請求項１に記載の接続異常検出装置。
前記電圧計測補助手段と前記計測手段は、前記３つ以上の半田接続部をディジーチェーン接続することを特徴とする請求項２３に記載の接続異常検出装置。
前記半田接続部は半田ボールからなることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の接続異常検出装置。
前記半導体パッケージは、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）であることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の接続異常検出装置。
前記半田接続部はピン部材からなることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の接続異常検出装置。
前記半田接続部はガルウイング状もしくはＪ型のリードからなることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の接続異常検出装置。
請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の接続異常検出装置を用いたことを特徴とする車載用電子機器。