JP6956552B2 - 車載用電子回路実装基板 - Google Patents

Description

本発明は、車載用電子回路実装基板に関する。

例えば、特許文献１には、携帯端末に組み込まれる電子部品が開示されている。この電子部品は、おもて面に半導体素子などの部品が実装され、裏面に複数の実装用電極が形成された平面視矩形状の回路基板を備える。携帯端末の落下時など外的衝撃による回路基板の破損を防止するために、回路基板の４つの隅部近傍の実装用電極が、回路基板裏面の対角線からずれた位置に配置されている。

国際公開第２０１２／１０１９７８号

本発明者らは、車載用電子回路実装基板について鋭意研究を重ねた結果、以下の課題を認識するに至った。基板とそこに実装されるＩＣなどの電子部品とは異なる材料で形成され、すなわち異なる熱膨張係数を有する。基板と電子部品は、はんだで接続されている。電子部品の発熱や周囲温度変化のもとで、基板と電子部品には熱変形の大きさに差異が生じ、基板とはんだの接合界面、または電子部品とはんだの接合界面に比較的大きな熱応力が作用しうる。こうした接合界面への応力集中が繰り返し作用することで、接合界面にクラックが発生しうる。クラックの成長は、基板と電子部品の良好な電気接続を妨げ、最終的には電気的開放状態をもたらしうる。基板と電子部品が同じ材料で形成される等、たとえ両者の熱膨張係数に顕著な差異がなかったとしても、局所的な発熱や不均一な温度分布など熱的環境によっては、はんだ接続部に同様の問題が起こりうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載用電子回路実装基板のはんだ接続部に作用する熱応力の影響を緩和することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車載用電子回路実装基板は、部品底面の外周に沿って並ぶ複数の電極パッドを備える表面実装型パッケージ部品と、複数の電極パッドに沿って並ぶ複数のランドを部品底面と対向する配線板上面に備え、各ランドが対応する電極パッドと対向して配置され、互いにはんだ接続により電気的に接続されるプリント配線板と、を備える。複数のランドのうちあるランドと当該ランドに対応する電極パッドとの間に、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面が形成され、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面の一方が配線板側を向くとともに他方が部品側を向くように、あるランドが対応する電極パッドに対してずれて配置されている。

この態様によると、車載用電子回路実装基板のはんだ接続部に作用する熱応力の影響を緩和することができる。

あるランドは、対応する電極パッドに対して部品外側にずれて配置され、あるランドの寸法が、ランドと電極パッドとのずれ方向について、対応する電極パッドの寸法より長くてもよい。

部品底面は、矩形状の外形を有してもよい。あるランドおよび対応する電極パッドが、矩形状の外形の一辺の端に位置してもよい。

部品底面は、矩形状の外形を有してもよい。矩形状の外形の対向する二辺のそれぞれ、または矩形状の外形の四辺のそれぞれに、複数のランドおよび複数の電極パッドが設けられ、二辺または四辺のそれぞれについて、複数のランドのうちあるランドと当該ランドに対応する電極パッドとの間に、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面が形成され、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面の一方が配線板側を向くとともに他方が部品側を向くように、あるランドが対応する電極パッドに対してずれて配置されていてもよい。

本発明によれば、車載用電子回路実装基板のはんだ接続部に作用する熱応力の影響を緩和することができる。

実施の形態に係る車載用電子回路実装基板の概略上面図である。 図１に示されるプリント配線板の概略上面図である。 図２に示されるＡ領域を拡大して示す概略図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、図１に示されるはんだ接続部およびその周辺構造を示す概略側断面図である。 ある典型的なはんだ接合形状に生じうるクラックを説明するための概略図である。 実施の形態に係るはんだ接合形状に生じうるクラックを説明するための概略図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に用いられる「第１」、「第２」等の用語は、いかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。

図１は、実施の形態に係る車載用電子回路実装基板の概略上面図である。車載用電子回路実装基板（以下、単に電子回路基板ともいう）１０は、例えば、自動車などの車両に用いられる車両用灯具の制御装置またはその一部であってもよいし、他の任意の電子回路装置であってもよい。

電子回路基板１０は、表面実装型パッケージ部品の一例である半導体集積回路部品（以下、単にＩＣともいう）と、ＩＣ１２が実装されるプリント配線板１４と、を備える。ＩＣ１２は、多数のはんだ接続部１６によってプリント配線板１４と電気的に接続される。後述するが、ＩＣ１２の底面の外周に沿って多数の電極パッドが並ぶとともにプリント配線板１４の上面には多数のランドが電極パッドの列に沿って並んでおり、個々のはんだ接続部１６によって、対応する電極パッドとランドとが接続される。ＩＣ１２は、平面視にて矩形状の外形をもち、その四辺それぞれに沿って複数のはんだ接続部１６が並んでいる。電子回路基板１０には、ＩＣ１２に加えて、ＩＣ１２のまわりに種々の電子部品も実装されてもよいが、ここでは簡単のため記載を省略している。

図２は、図１に示されるプリント配線板１４の概略上面図である。図２には、理解のために、プリント配線板１４の上面（以下、配線板上面ともいう）１５と対向するＩＣ１２の底面（以下、部品底面ともいう）１３と、部品底面１３の外周に沿って並ぶ多数の電極パッド１８とを破線で示す。

部品底面１３は、矩形状の外形を有し、その四辺それぞれに沿って複数の電極パッド１８が並んでいる。電極パッド１８は、外部との電気接続のための金属製の端子部であり、ＩＣ１２の封止樹脂部から部品底面１３に露出されている。電極パッド１８は、部品底面１３および部品側面の両方に露出されていてもよい。なお、ＩＣ１２は、リードを有しない。

部品底面１３のある辺に沿って並ぶ電極パッド１８は、その辺と垂直に部品内側に向けて細長く延びる形状をもつ。各電極パッド１８の外縁１８ａは部品底面１３の辺の一部をなす。各電極パッド１８の内縁１８ｂは、図示される例では半円状とされているが、これに限られず、矩形状その他の任意の形状であってもよい。ここでは、すべての電極パッド１８が同じ形状であるが、それは必須ではない。

プリント配線板１４は、配線板上面１５に形成された多数のランド２０を含む導体パターンと、絶縁樹脂層とを備える。ランド２０は、部品底面１３の四辺それぞれに沿って矩形状に並んでいる。各ランド２０が対応する電極パッド１８と対向して配置され、互いにはんだ接続により電気的に接続される。プリント配線板１４の導体パターンは、これら多数のランド２０に囲まれた矩形状の中心導体領域２１を含む。プリント配線板１４の絶縁樹脂層はＩＣ１２の封止樹脂部とは異なる材料で形成され、ＩＣ１２とプリント配線板１４は互いに異なる熱膨張係数を有する。

各ランド２０は、対応する電極パッド１８の直下に位置し、その電極パッド１８に沿って細長く延びている。各ランド２０の外縁２０ａは部品底面１３の辺より外側に位置し、ランド２０の内縁２０ｂは部品底面１３の辺より内側に位置する。各ランド２０は、矩形状の形状とされているが、これに限られない。

以下では、説明の便宜上、部品底面１３の矩形状の外形の一辺の端に位置する電極パッド１８を末端パッド１８１と称し、末端パッド１８１以外の電極パッド１８を中央パッド１８２と称することがある。すなわち、末端パッド１８１は、部品底面１３の矩形状の外形の頂点近傍に位置する。中央パッド１８２は、部品底面１３のある辺の両端の末端パッド１８１に挟まれている。同様に、説明の便宜上、末端パッド１８１に対向するランド２０を末端ランド２０１と称し、中央パッド１８２と対向するランド２０を中央ランド２０２と称することがある。

図３は、図２に示されるＡ領域を拡大して示す概略図である。図３には、末端パッド１８１と末端ランド２０１との位置関係、および、中央パッド１８２と中央ランド２０２との位置関係を示す。

図３に示される例では、末端ランド２０１は、末端パッド１８１に対して部品外側にずれて配置されている。すなわち、末端ランド２０１の外縁２０１ａが末端パッド１８１の外縁１８１ａに対し外側に位置するとともに、末端ランド２０１の内縁２０１ｂが末端パッド１８１の内縁１８１ｂに対し外側に位置する。

末端ランド２０１の長さＬ２は、末端パッド１８１の長さＬ１より長い。ここで、電極パッド１８およびランド２０の長さとは、ランド２０と電極パッド１８とのずれ方向、つまり部品底面１３の辺に垂直な方向についての電極パッド１８およびランド２０の寸法をいう。また、末端ランド２０１の内縁２０１ｂと末端パッド１８１の内縁１８１ｂとの距離Ｄ１に比べて、末端ランド２０１の外縁２０１ａと末端パッド１８１の外縁１８１ａとの距離Ｄ２が長くなっている。

中央ランド２０２の外縁２０２ａは、中央パッド１８２の外縁１８２ａに対し外側に位置するとともに、中央ランド２０２の内縁２０２ｂは、中央パッド１８２の内縁１８２ｂに対し内側に位置する。中央ランド２０２の長さＬ３は中央パッド１８２の長さＬ１より長い。中央ランド２０２の内縁２０２ｂと中央パッド１８２の内縁１８２ｂとの距離Ｄ３に比べて、中央ランド２０２の外縁２０２ａと中央パッド１８２の外縁１８２ａとの距離Ｄ２が長くなっている。

なお、図３に示される例では、末端ランド２０１の幅は、末端パッド１８１の幅より大きい。同様に、中央ランド２０２の幅は、中央パッド１８２の幅より大きい。電極パッド１８およびランド２０の幅とは、部品底面１３の辺に沿う方向についての電極パッド１８およびランド２０の寸法をいう。ただし、ランド２０の幅は、電極パッド１８の幅と等しくてもよいし、あるいは、電極パッド１８の幅より小さくてもよい。

上述のランド２０と電極パッド１８との相対的な寸法関係は例示にすぎず、それに限定されない。ランド２０および電極パッド１８はその他の寸法関係を有してもよい。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、図１に示されるはんだ接続部１６およびその周辺構造を示す概略側断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）には、ＩＣ１２の対向する二辺に形成された２つの異なるはんだ接続部１６が例示されている。図４（ａ）には、末端パッド１８１を末端ランド２０１に接続する第１はんだ接続部１６１を例示し、図４（ｂ）には、中央パッド１８２を中央ランド２０２に接続する第２はんだ接続部１６２を例示する。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、はんだ接続部１６の表面傾斜形状が説明される。

末端パッド１８１と末端ランド２０１との間には、第１はんだ接続部１６１の第１外側はんだ傾斜面１６１ａおよび第１内側はんだ傾斜面１６１ｂが形成される。第１外側はんだ傾斜面１６１ａは、末端ランド２０１の外縁２０１ａを末端パッド１８１の外縁１８１ａに接続する。第１内側はんだ傾斜面１６１ｂは、末端ランド２０１の内縁２０１ｂを末端パッド１８１の内縁１８１ｂに接続する。

第１内側はんだ傾斜面１６１ｂがプリント配線板１４側を向くとともに第１外側はんだ傾斜面１６１ａがＩＣ１２側を向くように、末端ランド２０１が末端パッド１８１に対してずれて配置されている。上述のように、末端ランド２０１は、末端パッド１８１に対して部品外側にずれて配置されている。

部品底面１３と配線板上面１５の距離は一定であり、距離Ｄ１よりも距離Ｄ２が長いので、第１外側はんだ傾斜面１６１ａの傾斜角度は、第１内側はんだ傾斜面１６１ｂに比べて緩やかである。もし、距離Ｄ１と距離Ｄ２が等しい場合には、第１外側はんだ傾斜面１６１ａと第１内側はんだ傾斜面１６１ｂは概ね平行となり、第１はんだ接続部１６１は側面視にて平行四辺形状の形状となる。

中央パッド１８２と中央ランド２０２との間には、第２はんだ接続部１６２の第２外側はんだ傾斜面１６２ａおよび第２内側はんだ傾斜面１６２ｂが形成される。第２外側はんだ傾斜面１６２ａは、中央ランド２０２の外縁２０２ａを中央パッド１８２の外縁１８２ａに接続する。第２内側はんだ傾斜面１６２ｂは、中央ランド２０２の内縁２０２ｂを中央パッド１８２の内縁１８２ｂに接続する。第２外側はんだ傾斜面１６２ａおよび第２内側はんだ傾斜面１６２ｂはともにＩＣ１２側に向けられている。距離Ｄ３よりも距離Ｄ２が長いので、第２外側はんだ傾斜面１６２ａの傾斜角度は、第２内側はんだ傾斜面１６２ｂに比べて緩やかである。

図５は、ある典型的なはんだ接合形状に生じうるクラックを説明するための概略図である。図５に例示される典型的な構成では、電子部品３０の電極３１と基板３２のランド３３とで形状および位置が一致し、そのため、はんだ接合形状３４は傾斜面を有しない。はんだ接合形状３４の外縁３４ａおよび内縁３４ｂはともに、基板３２に垂直となっている。この構成では、電極３１とはんだ接合形状３４との接合界面に熱応力が集中し（黒丸Ｘ１、Ｘ２）、その結果、同じ接合界面に沿ってはんだ接合形状３４の外縁３４ａおよび内縁３４ｂからクラックが進行し（波状の矢印Ｙ１、Ｙ２で示す）、それらクラックがつながって、電気的開放状態に至りやすい。

図６は、実施の形態に係るはんだ接合形状に生じうるクラックを説明するための概略図である。電子部品３０の電極３１に対して基板３２のランド３３は部品外側にずれて位置する。そのため、はんだ接合形状３４の外縁３４ａおよび内縁３４ｂはともに、基板３２に対し傾斜し、はんだ接合形状３４は、平行四辺形状またはこれに類似する形状をとる。この場合、熱応力は、電極３１とはんだ接合形状３４との接合界面と、ランド３３とはんだ接合形状３４との接合界面とに分散させることができる（黒丸Ｘ３、Ｘ４）。たとえ、これら２つの接合界面それぞれにクラックが進行したとしても（波状の矢印Ｙ３、Ｙ４で示す）、それらクラックは異なる界面にあるため直接つながりにくい。よって、実施の形態によれば、図５に示される構成に比べて、電気的開放状態は生じにくい。理解されるように、電子部品３０および基板３２はそれぞれ、例えばＩＣ１２およびプリント配線板１４であってもよい。

以上説明したように、実施の形態に係る電子回路基板１０によると、第１内側はんだ傾斜面１６１ｂがプリント配線板１４側を向くとともに第１外側はんだ傾斜面１６１ａがＩＣ１２側を向くように、末端ランド２０１が末端パッド１８１に対してずれて配置されている。このようなはんだ接続部１６の形状により、はんだ接続部１６に作用する熱応力の影響を緩和し、はんだ接続部１６の破断を防止または遅延することができる。よって、クラック進行により起こりうる電気的開放を抑制することができる。

電子回路基板１０は、車載用として設計される場合にはしばしば、かなり広い温度範囲の使用環境が想定される。熱応力の影響が緩和されるので、電子回路基板１０は、そうした熱的に過酷な使用環境への適合が容易となる。したがって、電子回路基板１０は、車載用の電子回路実装基板として有利である。

ＩＣ１２が矩形状の外形をもつ場合、より大きな熱応力が生じうるのは、矩形の頂点近傍である。矩形状の外形の一辺の端に位置する末端ランド２０１および末端パッド１８１が互いにずれて配置されていることは、そうした熱応力の影響を緩和するのに効果的である。

また、ランド２０が電極パッド１８に対して部品外側にずれて配置され、ずれ方向についてランド２０が電極パッド１８より長くなっている。このようにすれば、はんだ接続部１６をＩＣ１２の外部または上方から観察することが容易である。熱応力の緩和に加えて、はんだ接続部１６の欠陥を検出しやすくなる利点がある。

本発明は、上述した実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、実施の形態及び変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせられ、もしくはさらなる変形が加えられた実施の形態や変形例も本発明の範囲に含まれる。上述した実施の形態や変形例、及び上述した実施の形態や変形例と以下の変形との組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、変形例及びさらなる変形それぞれの効果をあわせもつ。

上述の実施の形態では、末端ランド２０１が末端パッド１８１に対して部品外側にずれて配置され、ずれ方向について末端ランド２０１が末端パッド１８１より長くなっているが、本発明の実施の形態は、これに限られない。末端ランド２０１と対応する末端パッド１８１の組に代えて、または末端ランド２０１と対応する末端パッド１８１の組とともに、本発明の実施の形態は、中央ランド２０２と対応する中央パッド１８２の組にも適用可能である。本発明の実施の形態は、任意のランド２０と対応する電極パッド１８の組にも適用可能である。

上述の実施の形態では、末端ランド２０１が末端パッド１８１に対して部品外側にずれて配置されているが、本発明の実施の形態は、これに限られない。第１外側はんだ傾斜面１６１ａがプリント配線板１４側を向くとともに第１内側はんだ傾斜面１６１ｂがＩＣ１２側を向くように、末端ランド２０１が末端パッド１８１に対して部品内側にずれて配置されてもよい。同様にして、中央ランド２０２が中央パッド１８２に対して部品内側にずれて配置されてもよい。

上述の実施の形態では、四方向接続の表面実装型パッケージ部品を例として説明したが、本発明の実施の形態は、二方向接続の表面実装型パッケージ部品にも適用可能である。部品底面１３の矩形状の外形の対向する二辺のそれぞれに、複数のランド２０および複数の電極パッド１８が設けられいてもよい。それら二辺のそれぞれについて、複数のランド２０のうちあるランド（例えば、末端ランド２０１）と当該ランドに対応する電極パッド（例えば、末端パッド１８１）との間に、第１はんだ接続部１６１の第１外側はんだ傾斜面１６１ａおよび第２内側はんだ傾斜面１６２ｂが形成されてもよい。第１外側はんだ傾斜面１６１ａおよび第２内側はんだ傾斜面１６２ｂの一方がプリント配線板１４側を向くとともに他方がＩＣ１２側を向くように、前記あるランドが前記対応する電極パッドに対してずれて配置されていてもよい。

１０ 電子回路基板、 １２ ＩＣ、 １３ 部品底面、 １４ プリント配線板、 １５ 配線板上面、 １６ はんだ接続部、 １８ 電極パッド、 ２０ ランド、 １６１ 第１はんだ接続部、 １６１ａ 第１外側はんだ傾斜面、 １６１ｂ 第１内側はんだ傾斜面、 １６２ 第２はんだ接続部、 １６２ａ 第２外側はんだ傾斜面、 １６２ｂ 第２内側はんだ傾斜面、 １８１ 末端パッド、 １８２ 中央パッド、 ２０１ 末端ランド、 ２０２ 中央ランド。

Claims (3)

1. 矩形状の外形を有する部品底面の対向する二辺のそれぞれに沿って、または前記矩形状の外形の四辺のそれぞれに沿って並ぶ複数の電極パッドを備える表面実装型パッケージ部品と、
   前記複数の電極パッドに沿って並ぶ複数のランドを前記部品底面と対向する配線板上面に備え、各ランドが対応する電極パッドと対向して配置され、互いにはんだ接続により電気的に接続されるプリント配線板と、を備え、
   前記複数のランドの各ランドと当該ランドに対応する電極パッドとの間に、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面が形成され、
   前記複数の電極パッドのうち前記部品底面の辺の端に位置する末端パッドと前記複数のランドのうち前記末端パッドに対応する末端ランドについては、前記外側はんだ傾斜面および前記内側はんだ傾斜面の一方が配線板側を向くとともに他方が部品側を向くように、前記末端ランドが前記末端パッドに対してずれて配置され、
   前記末端パッド以外の中央パッドと前記中央パッドに対応する中央ランドについては、前記外側はんだ傾斜面および前記内側はんだ傾斜面がともに部品側を向くように、前記中央ランドが前記対応する中央パッドに対してずれて配置されていることを特徴とする車載用電子回路実装基板。
2. 前記末端ランドは、前記末端パッドに対して部品外側にずれて配置され、
   前記末端ランドの寸法が、前記末端パッドが設けられた前記部品底面の辺に垂直な方向について、前記末端パッドの寸法より長いことを特徴とする請求項１に記載の車載用電子回路実装基板。
3. 前記二辺または前記四辺のそれぞれについて、前記末端ランドと前記末端パッドとの間に、外側はんだ傾斜面および内側はんだ傾斜面が形成され、前記外側はんだ傾斜面および前記内側はんだ傾斜面の一方が配線板側を向くとともに他方が部品側を向くように、前記末端ランドが前記末端パッドに対してずれて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車載用電子回路実装基板。

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