JP6362889B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
この対応として、回路配線基板にチップ部品の電極にはんだ付けされるランドと、ランドと配線パターンとを接続する配線とを設けた表面実装構造とすることが知られている。この表面実装構造では、配線の幅をランドに半田付けされるチップ部品の幅よりも小さくすることにより半田にかかる応力を吸収することができるとされている。各ランドと配線との接続部は、チップ部品の幅の領域を長手方向に延出した領域内またはチップ部品の長さの領域を短手方向に延出した領域内に配置されている(例えば、特許文献1の図1(a)参照)。
[電子制御装置の全体構造]
以下、図面を参照して、本発明に係る電子制御装置の一実施の形態を説明する。
図1は、電子制御装置10の断面図であり、図2は、図1に図示されたチップ部品が実装された回路配線基板の拡大断面図である。
図1に図示された電子制御装置10は、例えば、自動車等の車両のエンジン制御、モータ制御、自動変速機制御等に用いられる。
電子制御装置10は、筐体ベース部1と、筐体ベース部1を封止する筐体カバー部2とにより構成された筐体3を備えている。筐体3内には、回路配線基板30と、回路配線基板30に実装されたチップ部品(電子部品)41と、コンデンサモジュール6と、制御用回路基板4と、バスバー等の導体5が収容されている。
コンデンサモジュール6は、図示はしないが、コンデンサケース内に、相間に介挿されるXコンデンサおよび各相とシャーシとの間に介挿されるYコンデンサが収納されて構成されており、制御用回路基板4に入力されるノイズを平滑化する。
コンデンサモジュール6の一方の電極6aは、制御用回路基板4に接続され、他方の電極6bは、回路配線基板30に接続されている。制御用回路基板4と回路配線基板30とは、導体5により接続されている。
なお、絶縁層37上には、スイッチング用のMOSFET等の能動部品や、多数のチップ部品が接続される多数の配線パターンが形成されているが、以下では、1つのチップ部品41と、このチップ部品がはんだ付けされる一対の配線パターン31A、31Bについて説明することとする。
ランド33aとランド33bとは、x方向に、間隔Sだけ離間して配置されており、チップ部品41の電極41a、41bは、それぞれ、ランド33a、33b上に載置されて、はんだ42によりはんだ付けされている。図3(a)、3(b)においては、はんだ42は、図面を明確にするために図示を省略している。
配線部34aと配線部34bとは、同一形状、同一サイズに形成され、それぞれ、y方向の長さである幅Waは、ランド33aのy方向の長さよりも小さく形成されている。配線部34a、34bの幅Waは、例えば、0.4mmである。配線部34a、34bのy方向における最も外側の側辺は符号55で表し、配線部y方向最外側辺と呼ぶ。また、ランド33a、33bのy方向における最も外側の側辺は符号54で表し、ランドy方向最側辺と呼ぶ。
ランド33aとランド33b、および配線部34aと配線部34bとは、それぞれ、中心線Xoに対して線対称に配置されている。
配線部34aと配線部34bとは、ランド33a、33bからy方向に対してほぼ直交するように、換言すれば、x方向と平行に延出されて、パターン部32a、32bとランド33a、33bとをそれぞれ接続している。配線部34a、34bは、ランド33a、33bの側辺51に接続部56で接続されている。中心線Yoから、ランドy方向最外側辺54までの距離と、中心線Yoから、配線部y方向最外側辺55までの距離とは等しい。すなわち、ランドy方向最外側辺54と配線部y方向最外側辺55とは一直線上に並ぶ。
(a)チップ部品長手方向に延在する中心線Yoからランドy方向最外側辺54までの距離と、中心線Yoから配線部y方向最外側辺55までの距離とは、等しい。また、チップ部品短手方向に延びる中心線Xoに対して、ランド33aとランド33b、および配線部34aと配線部34bとは、それぞれ、線対称に配置されている。
(b)配線部34a、34bは、チップ部品短手方向に対してほぼ直交するチップ部品長手方向に延出されて、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを、それぞれ接続している。
(c)ランド33a、33bと配線部34a、34bとの接続部である線分56のy方向における中心Yaは、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向(チップ部品長手方向)に延出した領域の外側に配置されている。また、接続部56のy方向における中心Yaは、チップ部品41の長さLcの領域をy方向(チップ部品短手方向)に延出した領域の外側に配置されている。
(1)配線パターン31A、31Bはベース基板38上に絶縁層37を介して形成されている。配線パターン31A、31Bは、それぞれ、パターン部32a、32bと、パターン部32a、32bより幅が小さいランド33a、33bと、ランド33a、33bより幅が小さく、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続する配線部34a、34bとにより構成されている。
ここで、「パターン部32a、32bより幅が小さいランド33a、33b」とは、x方向とy方向の両方向についてランド33a、33bの寸法がパターン部の寸法よりも小さいこと、すなわち、ランド面積がパターン部の面積よりも十分に小さいことを意味する。また、「ランド33a、33bより幅が小さい配線部34a、34b」とは、配線部34a、34bのy方向(チップ部品短手方向)について寸法がランドのy方向(チップ部品短手方向)の寸法よりも小さいことを意味している。
このようなパターン構造を採用することにより、温度変化に起因してベース基板38と配線パターン31A、31Bが膨張、収縮した場合、絶縁層37も熱膨張、熱収縮して変形する。この絶縁層37の変形によりはんだ接続部に生じる応力を抑制することができる。加えて、ランド33a、33bより小さい幅を有する配線部34a、34bにおいて、はんだ接続部に生じる応力を吸収させることができる。このため、熱ストレスによるはんだ42のクラックの発生を抑制することができる。
従来技術では、接続部56のy方向の中心Yaが、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向(チップ部品長手方向)に延出した領域内に配置されている。つまり、配線部からチップ部品41の両側面に接続されるはんだ接続部までの距離がほぼ等しい。このため、ランド上に形成されたはんだ接続部の幅方向の両側に大きい応力が生じ、このランド状に形成されたはんだ接続部の幅方向の両側にクラックが生じ易い。はんだ接続部に生じたクラックは、はんだ接続部の幅方向の両側から中心に向かって進行するが、クラックが接続部の幅方向の中心に達し断線するまでの距離が短いので、寿命時間が短くなり、信頼性に欠ける。
なお、従来例では、y方向両端のはんだ接続部に同じようなクラックが発生して互いに進展するから、断線するまでの距離はy方向両端のはんだ接続部間の距離の半分となる。
なお、配線パターン31A、31Bは、以下に示すように、種々の実施形態を採用することができる。
図4(a)、図4(b)は、本発明の実施形態2に係り、図4(a)は、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図であり、図4(b)は、図4(a)の領域IVbの拡大図である。
実施形態2の配線パターン31A、31Bが、実施形態1と相違する点は、配線部34aと配線部34bとが、ランド33a、33bの側辺からy方向に延出されて、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続している点である。
(a)ランド33aとランド33b、および配線部34aと配線部34bとは、中心線Xoに対して、それぞれ、線対称に形成されている。
(b)配線部34a、34bは、x方向(チップ長手方向)に対してほぼ直交するy方向(チップ短手方向)に延出され、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続している。配線部34a、34bは、ランド33a、33bの側辺54に接続部53で接続されている。ランド側辺54は、ランド33a、33bの輪郭線である4つの辺の中で中心線Xoからx方向に最も外側に位置する。
(c)ランド33a、33bと配線部34a、34bとの接続部である線分53(以下、接続部53とも呼ぶ)のx方向における中心Xaは、チップ部品41の長さLcの領域をy方向に延出した領域の外側に配置されている。また、接続部53のx方向における中心Xaは、チップ部品41の幅Wc領域をx方向に延出した領域の外側に配置されている。
実施形態2においても、はんだ42のクラックに関しては実施形態1と同様であり、実施形態1と同様な効果を奏する。
図5は、本発明の実施形態3に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態3の配線パターン31A、31Bが、実施形態2と相違する点は、配線部34aと配線部34bとが、それぞれ、傾斜部を有している点である。
実施形態3における他の構成は、実施形態2と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態3も、実施形態1、2と同様な効果を奏する。
図6は、本発明の実施形態4に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態4の配線パターン31A、31Bが、実施形態3と相違する点は、配線部34a,34bの傾斜部が、実施形態3の傾斜部とは逆方向に傾斜している点である。
実施形態4における他の構成は、実施形態3と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態5も、実施形態1〜4と同様な効果を奏する。
図7は、本発明の実施形態5に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態5の配線パターン31A、31Bが、図5に示す実施形態3と相違する点は、配線部34aと配線部34bとが、全長に亘り傾斜されている点である。
配線部34a、34bは、それぞれ、ランド接続部56から傾斜して延出されて、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続している。
配線部34a、34bは、接続部56から、パターン部32a、32bに向かって、中心線Yoから、漸次、離間する方向に傾斜して形成されている。
実施形態5においても、ランド33a、33bに接続される配線部34a、34bの接続部56は、実施形態3、4と同一の位置関係にある。すなわち、接続部56のy方向における中心Yaは、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向に延出した領域、およびチップ部品41の長さLcの領域をy方向に延出した領域の外側に配置されている。また、接続部56は、ランド33a、33bのx方向における最も外側のランドx方向最外側辺51のy方向に最も外側部分で接続されている。
実施形態5における他の構成は、実施形態3、4と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態5も、実施形態1〜4と同様な効果を奏する。
図8は、本発明の実施形態6に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態6の配線パターン31A、31Bが、図3に示す実施形態1と相違する点は、配線部34a、34bが接続部53から傾斜して延出されて、パターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続している点である。
ランド33aとランド33b、および配線部34aと配線部34bとは、中心線Xoに対して、それぞれ、線対称に形成されている。
実施形態6において、接続部53のx方向における中心Xaは、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向に延出した領域、およびチップ部品41の長さLcの領域をy方向に延出した領域の外側に配置されている。また、接続部53は、ランド33a、33bのy方向における最も外側のランドy方向最外側辺54のx方向に最も外側部分で接続されている。
実施形態6における他の構成は、実施形態1と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態6も、実施形態1〜5と同様な効果を奏する。
図9は、本発明の実施形態7に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態7の配線パターン31A、31Bが、図6に示す実施形態4と相違する点は、配線部34aと配線部34bとが、傾斜部ではなく、階段状の引き回し部を有している点である。
実施形態7における他の構成は、実施形態2と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態7も、実施形態1〜6と同様な効果を奏する。
図10は、本発明の実施形態8に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態1〜7とは異なり、実施形態8における配線パターン31Aの配線部34aと配線パターン31Bの配線部34bとは、チップ部品41の中心Oに対して点対称に形成されている。
ランド33aに接続される配線部34aの接続部53とランド33bに接続される配線部34bの接続部53とは、中心線Xoおよび中心線Yoに対して、対称となる位置に配置されている。しかし、接続部53のx方向における中心Xaは、それぞれ、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向に延出した領域およびチップ部品41の長さLcの領域をy方向に延出した領域の外側に配置されている。また、配線部34a、34bのx方向における最も外側の配線部であるx方向最外側辺52は、それぞれ、ランド33a、33bのx方向における最も外側のランドx方向最外側辺51と同一の直線上にある。
実施形態8における他の構成は、実施形態2と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態8も、実施形態1〜7と同様な効果を奏する。
図11は、本発明の実施形態9に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態9においても、配線パターン31Aの配線部34aと、配線パターン31Bの配線部34bは、チップ部品41の中心Oに対して、点対称に形成されている。
配線部34a、34bは、それぞれ、ランド33a、33bのx方向における最も外側のランドx方向最外側辺51に接続されている。配線部34a、34bは、それぞれ、傾斜部と直線部とを有し、傾斜部がランド33a、33bから斜めに延在され、傾斜部の端部にx方向に連設された直線部が配線パターン31A,31Bに接続されている。
実施形態9における他の構成は、実施形態4と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態9も、実施形態1〜8と同様な効果を奏する。
図12は、本発明の実施形態10に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態10は、配線パターン31A、31Bの配線部34a、34bが、傾斜部だけで形成されている点で実施形態9と相違する。
配線部34a、34bはそれぞれ傾斜部を有し、この傾斜部によりパターン部32a、32bとランド33a、33bとを接続している。配線部34aと配線部34bとは、チップ部品41の中心Oに対して、点対称に形成されている。
実施形態10における他の構成は、実施形態4と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態10も、実施形態1〜9と同様な効果を奏する。
図13は、本発明の実施形態11に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態11は、配線パターン31A、31Bの配線部34a、34bが傾斜部だけで形成されている点では、実施形態10と同じであるが、配線部34a、34bがランド33a、33bのy方向における最も外側のランドy方向最外側辺54に接続されている点で、実施形態10と相違する。
実施形態11における他の構成は、実施形態1と同様であるので、説明を省略する。
従って、実施形態11も、実施形態1〜10と同様な効果を奏する。
図14は、本発明の実施形態12に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態12においては、配線パターン31Aの配線部34aと配線パターン31Bの配線部34bとは、チップ部品41の中心Oに関して、非対称の位置に配置されている。
配線部34bは、ランド33bのx方向における最も外側のランドx方向最外側辺51に接続部56で接続されている。ランド33bのy方向における最も外側のランドy方向最外側辺54は、配線部34bのy方向における最も外側の配線部y方向最外側辺55と同一直線上にある。
配線部34aの接続部53のx方向における中心Xa、および配線部34bの接続部56のy方向における中心Yaは、それぞれ、チップ部品41の幅Wcの領域をx方向に延出した領域、およびチップ部品41の長さLcの領域をy方向に延出した領域の外側に配置されている。
実施形態2の他の構成は、実施形態1と同様である。
従って、実施形態12においても、実施形態1〜11と同様な効果を奏する。
図15は、本発明の実施形態13に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態13は、配線パターン31Aの配線部34aと配線パターン31Bの配線部34bとが、チップ部品41の中心Oに関して非対称の位置に配置されているものであるが、実施形態12とは異なる態様を示す。
配線部34bは、ランド33bのx方向における最も外側のランドx方向最外側辺51に接続部53で接続されている。また、配線部34bは、直線部と傾斜部とを有し、直線部がランド33bからy方向に延在され、直線部の端部に傾斜部が連設されてパターン部32Bに接続されている。上述した通り、接続部56からパターン部32bに向かって延出される引き出し部の形状は、はんだ42の接続部に発生するクラックの作用には影響しない。
実施形態13における他の構成は、実施形態1と同様である。
従って、実施形態13においても、実施形態1〜12と同様な効果を奏する。
図16は、本発明の実施形態14に係り、チップ部品41が実装された配線パターン31A、31Bを上方から観た平面図である。
実施形態14も、配線パターン31Aの配線部34aと配線パターン31Bの配線部34bとが、チップ部品41の中心Oに関して非対称の位置に配置されているものであるが、実施形態12、13とは異なる態様を示す。
実施形態14は、配線パターン31Bの配線部34bが傾斜部を有する点では、実施形態13と同じであるが、傾斜部の傾斜方向が反対である点でのみ、実施形態13と相違する。
しかし、他の構成はすべて実施形態13と同一である。
従って、実施形態14においても、実施形態1〜13と同様な効果を奏する。
チップ部品41の電極41a、41bとランド33a、33bとのはんだ接続部におけるクラックに起因する断線を試験により評価した。
試験は、実施形態2、実施形態8、比較例1、比較例2を比較することとした。
図17は、チップ部品41が実装された配線パターン131A、131Bを上方から観た比較例1の平面図である。
配線パターン131A、131Bは、ベタ状のパターンであり、ランドおよび配線部を有していない。チップ部品41の電極41a、41bを、直接、配線パターン131A、131Bにはんだ付けした。
図18は、チップ部品41が実装された配線パターン131A、131Bを上方から観た比較例2の平面図である。
配線パターン131A、131Bは、パターン部132a、132b、ランド133a、133bおよび配線部134a、134bを有している。
回路配線基板30は、50mm角で厚さ2mmのアルミニウム材のベース基板38を有するものを用いた。ベース基板38上に絶縁層37を設け、絶縁層37上に、銅箔により配線パターン31A、31Bまたは131A、131Bを形成した。
チップ部品41は、1608(1.6mm×0.8mm)サイズのチップ抵抗を用いた。
Sn3Ag0.5Cuの鉛フリーはんだを用いて、チップ部品41の電極41a、42bを配線パターン31A、31Bまたは131A、131Bにはんだ付けした。
はんだ付けした後、−30/80℃の温度サイクル試験を実施した。500サイクル毎に各試料の抵抗値を測定し、10%以上の抵抗値変動があった場合に断線と判断した。各試料のサンプル数N=5とした。
比較例1では、1500サイクルで3個、2000サイクル以上で5個すべてが断線し、
比較例2では、1500サイクルで2個、2000サイクル以上で5個すべてが断線した。
これに対して、本発明の実施形態2および実施形態8では、3000サイクル行った後も断線は発生しないことが確認された。
この試験によって、本発明による効果が裏付けられた。
以上要するには本発明の電子制御装置は、ランドと接続される配線部の接続部における幅方向の中心が、電子部品の幅の領域を電子部品の長手方向に延出した領域、および電子部品の長さの領域を電子部品の短手方向に延出した領域のいずれからも外れた位置に配置されるようにしたものであればよい。
2 筐体カバー部
3 筐体
10 電子制御装置
30 回路配線基板
31、31A、31B 配線パターン
32a、32b パターン部
33a、33b ランド
34a、34b 配線部
41 チップ部品(電子部品)
41a、41b 電極
51、52、54、55 側辺
53、56 接続部
Lc (チップ部品の)長さ
Wc (チップ部品の)幅
Wa (配線部の)幅
Xo (チップ部品の)x方向における中心線
Yo (チップ部品の)y方向における中心線
Xa (接続部の)x方向における中心
Ya (接続部の)y方向における中心
Claims (12)
- 面積の大きい一対のパターン部、前記一対のパターン部の間に所定の間隔をあけて設けられ、前記パターン部よりも面積が小さい一対のランド、および前記一対のランドと前記一対のパターン部とをそれぞれ接続する一対の配線部を備えた配線パターンがベース金属上に形成された回路配線基板と、
所定の長さと所定の幅を有し、長手方向の一端部と他端部にそれぞれ設けられた電極がそれぞれ前記各ランドに接続された電子部品とを備え、
前記配線部は、前記ランドと接続される接続部の幅方向の中心が、前記電子部品の前記所定の幅の領域を前記電子部品の長手方向に延出した領域、および前記電子部品の前記所定の長さの領域を前記電子部品の短手方向に延出した領域のいずれからも外れた位置に配置されるように設けられている、電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記回路配線基板は、金属製のベースと、前記ベースと前記各配線パターン間に介在する絶縁層とを備えている、電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部の少なくとも一方は、前記電子部品の長手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の短手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されている、電子制御装置。 - 請求項3に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部のそれぞれは、前記電子部品の長手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の短手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されている、電子制御装置。 - 請求項4に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部は、前記電子部品の短手方向に延在する中心線に対して線対称に形成されている、電子制御装置。 - 請求項4に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部は、前記電子部品の中心に対して点対称に形成されている、電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部の少なくとも一方は、前記電子部品の短手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の長手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されている、電子制御装置。 - 請求項7に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部のそれぞれは、前記電子部品の短手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の長手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されている、電子制御装置。 - 請求項8に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部は、前記電子部品の短手方向に延在する中心線に対して線対称に形成されている、電子制御装置。 - 請求項8に記載の電子制御装置において、
一対の前記配線部は、前記電子部品の中心に対して点対称に形成されている、電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記配線部の一方は、前記電子部品の長手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の短手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の短手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されており、
前記配線部の他方は、前記電子部品の短手方向に直交する方向に延出され、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記ランドの側辺と、前記電子部品の長手方向に延在する中心線から遠い側の前記配線部の側辺とは、前記電子部品の長手方向に延在する中心線からの距離が等しい位置で接続されている、電子制御装置。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の電子制御装置において、
前記各ランドは、平面視で、前記電子部品の長手方向に平行な長さが、前記電子部品の短手方向に平行な長さよりも小さい矩形形状を有し、前記電子部品の前記各電極と前記各ランドとは鉛を含まないはんだにより接続されている、電子制御装置。
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