JP7459610B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置に関する。

従来、はんだバンプを有する電子部品を回路基板上に実装する技術が提供されている。この形態の電子部品は、使用環境の温度変化に繰り返し曝されることで、はんだ接合部に応力が加わり断線しやすい。またはんだ接合部を介して、回路基板や部品本体にも応力が加わり、剥離や亀裂が発生することでも電気特性の不良につながる。上記した電子部品を含むパッケージ部品を用いたときに、各部位に加わる応力の抑制を目的とした構造が、特許文献１に提示されている。

特開２０１５－１１５５６７号公報

しかし、上記技術によれば、製造工程が増加してしまい、コストも増加してしまう問題がある。特許文献１に係る構造であれば、同問題の解決が期待できるが、電子部品側のランド配置も変更する必要がある。また特殊構造での製造が必要となり、コストが増加する。

コストを考慮して上記技術を用いない場合、はんだ素材の組成を変更することで断線を防ぐことができる。しかし、回路基板に対するケアが無くなり、回路基板の剥離、亀裂の発生により、電気特性の不良を防ぐことができない。

本発明の目的は、温度変化に応じた回路基板に加わる応力を緩和できると共に、回路基板の剥離を防ぐことができる電子装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、回路基板は、締結部材（９、１０）により筐体（１）に締結されており、回路基板は、締結部材に近接して配置された一部の基板側ランドを前記他の基板側ランド（１６）より広く構成している。請求項２記載の発明によれば、電子部品の内部にはＩＣチップ（１４）が設けられており、ＩＣチップの角部（１４ａ）に近接したはんだバンプに対応して設けられた基板側ランドを他の基板側ランドより広く構成している。

第１実施形態に係る電子装置について図２のＡ－Ａ線に沿って示す断面図 電子装置内部の部品配置例を説明する平面図 電子部品内部の実装状態を説明する縦断側面図 回路基板のランドの構成状態を表す平面図 図４のＢ－Ｂ線に沿って模式的に示す縦断側面図 比較例を説明する縦断側面図 第２実施形態に係る電子装置の回路基板への実装状態と拡大した一部のランドの配置内容を俯瞰して示す説明図 第３実施形態に係る電子部品の実装状態を説明する縦断側面図 第４実施形態に係る回路基板のランドの構成状態を表す平面図 図９のＣ－Ｃ線に沿って模式的に示す縦断側面図 第５実施形態に係る回路基板のランドの構成状態を表す平面図 図１１のＤ－Ｄ線に沿って模式的に示す縦断側面図 第６実施形態に係る回路基板のランドの構成状態を表す平面図

以下、電子装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、各実施形態で説明した構成と同一又は類似機能を備えた構成について同一符号又は類似符号を付し、第２実施形態以降では必要に応じて説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に電子装置１の断面構造を例示すると共に 図２に回路基板２の上に搭載される電子部品３～６の配置例を示している。また図３に電子部品３の断面図を例示している。

電子装置１は、回路基板２及び電子部品３～６を筐体７の内部に備える。筐体７は、アルミニウムや鉄等の金属又は樹脂等により構成される。筐体７は、その内部空間の四隅に位置して固定部としてのねじ８～１１が設けられる。回路基板２は、四隅に位置したねじ８～１１により筐体７に固定されている。回路基板２は、固定部としての熱かしめにより筐体７に固定されていても良い。これにより、筐体７は回路基板２を保護している。

回路基板２は、矩形状に構成される。回路基板２は樹脂を主原料とする絶縁層と銅などの導電材料とを積層した多層基板である。回路基板２には、電子部品３、５や、チップタイプの電子部品４、６が実装されている。電子部品４、５は、回路基板２に対しはんだフィレットが形成されるように実装される。

図３に示すように、電子部品３は、複数のはんだバンプ１２が接合部として設けられたＢＧＡ（Ball Grid Array）によるパッケージ部品である。以下の説明では、電子部品３～６のうち、この電子部品３の実装形態に着目して説明する。

電子部品３は、インターポーザ (Interposer)基板１３にＩＣチップ１４を接合して構成される部品であり、その周りが樹脂１５により封止されている。電子部品３は、そのパッケージ底面にはんだバンプ１２を設けている。電子部品３には多数のはんだバンプ１２が接合部として設けられている。

図４に基板側ランド１６の俯瞰図をはんだバンプ１２の接合領域と共に示すと共に、図５に図４のＢ－Ｂ線に沿う縦断側面図を例示している。図５に例示したように、電子部品３は、外部電極端子として部品側ランド１３ａを介してはんだバンプ１２を接続するように設けている。回路基板２は、電子部品３のはんだバンプ１２に対応する位置にランド１６（以下、基板側ランド１６と称す）を設けている。

図４に示したように、電子部品３の左端部及び右端部には、円形状のはんだバンプ１２がｎ列（例えば、３列）に行列状に配列されている。電子部品３の上端部及び下端部には、円形状のはんだバンプ１２がｍ行（例えば、３行）に行列状に配列されている。

図４及び図５に示したように、部品側ランド１３ａ及びはんだバンプ１２は、その広さや径が均一に設けられている。本実施形態に係る電子部品３のはんだバンプ１２は、平面的に円形形状に構成されているが、これらのはんだバンプ１２の径は概ね全て同一径に構成されている。

回路基板２には、これらの多数のはんだバンプ１２と接合するための基板側ランド１６がそれぞれ構成されている。基板側ランド１６もまた平面的に円形形状に構成されている。本実施形態において、図４に示した最角部（左上角部、右上角部、左下角部、右下角部）に配置される基板側ランド１６は、その他の基板側ランド１６よりも広く径大に構成されている。以降、最角部に配置された基板側ランド１６を最角ランド１６ａと称する。逆に言えば、最角ランド１６ａの他の基板側ランド１６は広さが互いに均一に設けられている。

電子部品３が、回路基板２の上に搭載されると、はんだバンプ１２が最角ランド１６ａを含む全ての基板側ランド１６に搭載され、電子部品３は、リフローによりはんだバンプ１２を通じて基板側ランド１６に接合される。なお、回路基板２の表面にはレジスト（図示せず）が塗布されている。

上記構成の技術的意義を説明する。
例えば、車両内に配置される電子装置１は、車両挙動の安全性に直結するため、高い耐久性、信頼性が要求される。電子装置１は、様々な悪環境に晒されるため、耐久性を評価するため冷熱試験を実施している。

図６に例示したように、冷熱試験時には、回路基板２及び電子部品３が変形するため、その周辺に加わる応力が大きくなり、はんだバンプ１２の接合部にも応力が大きく加わることが判明している。

回路基板２の基板側ランド１６の端部では、変形に応じて生じる応力をはんだ接合部から受ける。基板側ランド１６は、その端部に応力集中することで回路基板２に割れＡを生じる。

冷熱環境に晒られることで割れＡが進行する。割れＡが基板側ランド１６の下方を通過し、基板側ランド１６が浮いてしまうと、回路基板２に構成した回路がオープン不良を引き起こす虞がある（図６の左下図参照）。また割れＡが、表層の基板側ランド１６から回路基板２の内層ランドにつながってしまうと、この割れＡに水分が入り込むことで回路基板２の層間が導通してしまい、回路がショート不要を引き起こす虞がある（図６の右下図参照）。

したがって、実車両に搭載された電子装置１が冷熱環境に晒されると、はんだバンプ１２の接合部に大きな応力が加わることで過度に変形したり、信頼性が損なわれる虞がある。

特に、電子部品３を搭載する最角ランド１６ａは、電子部品３の接合部における線膨張係数差による影響や、回路基板２の反りの影響が顕著に表れる。このため、最角ランド１６ａには、他の基板側ランド１６に比較して大きな応力が加わりやすい。この場合、回路基板２に構成される最角ランド１６ａを他の基板側ランド１６に比較して拡大することではんだバンプ１２を通して回路基板２に与えられる応力を緩和できる。

本実施形態によれば、はんだバンプ１２により電子部品３を接合する回路基板２の最角ランド１６ａを、他の基板側ランド１６より広く構成した。このため、温度変化に応じた回路基板２に加わる応力を緩和できると共に、回路基板２の剥離を防ぐことができる。

（第２実施形態）
図７に第２実施形態の説明図を示す。本実施形態では、回路基板２０２が、筐体７に対し締結部材としてのねじ９、１０により締結して固定されている場合の具体例を挙げる。図７に例示したように、回路基板２０２は平面的に矩形状に構成されている。矩形状の回路基板２０２は、その四隅のうち一の対角線上の二つの隅部２０２ａ、２０２ｂの内側近辺に位置して、それぞれねじ９、１０により筐体７に締結されている。

この場合、ねじ９、１０の締付固定部分には大きな応力が加わることが想定され、ねじ９、１０の周辺には大きな歪みを生じることが想定される。このようなことが想定されるときには、電子部品３を搭載する回路基板２０２の基板側ランド１６のうち、ねじ９、１０の締付固定部分に近接した一部の基板側ランド（最角ランド）１６ａをその他の基板側ランド１６に比較して広く構成することが望ましい。

なお図７には、回路基板２０２の上に構成される他の基板側ランド１６の記載を省略しているが、他の基板側ランド１６は、図４に例示した構成と同様である。この一部の最角ランド１６ａは、電子部品３の半導体パッケージの対角の最角部に位置した最角ランド１６ａに相当している。

回路基板２の側の最角ランド１６ａが、他の基板側ランド１６より広く拡大して構成されているため、はんだバンプ１２の接合部と最角ランド１６ａの外縁端部との間の距離を極力長くできる。この結果、最角ランド１６ａの外縁端部がはんだバンプ１２から受ける影響を少なくでき、回路基板２０２の割れＡを抑制できる。

すると、ねじ９、１０が、回路基板２０２に締付固定された状態において、たとえ回路基板２０２が冷熱環境に晒されたとしても、最角ランド１６ａは、この締付固定部分の応力の影響を受けにくくなり、割れＡを抑制できる。

（第３実施形態）
図８に第３実施形態の説明図を示す。図８に例示したように、他の基板側ランド１６より広く構成された一部の最角ランド１６ａは、その拡大したランド拡大部１６ｃをレジスト１７により覆う構造としても良い。

ランド拡大部１６ｃが、レジスト１７により覆われることでランド端部１６ｂの露出をなくすことができ、ランド端部１６ｂ及びランド拡大部１６ｃを回路基板２側へ押圧でき、ランド端部１６ｂ及びランド拡大部１６ｃに対する応力集中を回避できる。これにより、ランド端部１６ｂ及びランド拡大部１６ｃの剥離を極力防止できる。

（第４実施形態）
図９及び図１０に第４実施形態の説明図を示す。図９に回路基板２及び電子部品３の一部を例示すると共に、図１０に図９のＣ－Ｃ線に沿う縦断側面面図を例示している。

図１０に示したように、回路基板２の一部の最角ランド１６ａのランド拡大部１６ｃの直下において、回路基板２の内側にビア１８を設けても良い。例えば、回路基板２に亀裂が入った場合であっても、ビア１８がランド拡大部１６ｃと接合しているため、ランド拡大部１６ｃの剥離の進行を極力抑制できる。

（第５実施形態）
図１１及び図１２に第５実施形態の説明図を示す。熱による悪影響を受けるのは、電子部品３の最角部付近に位置する最角ランド１６ａだけではない。

前述実施形態に説明したように、電子部品３の内部にはＩＣチップ１４が設けられているが、ＩＣチップ１４の端部は異なる物質が接触する部位に該当し物性境界となる。このため、温度等による変形の挙動、変形の程度が他部位と異なることになり、ＩＣチップ１４の角部１４ａの直下のはんだバンプ１２による接合部に加わる応力が他部位と異なることになる。この場合、ＩＣチップ１４の角部１４ａと平面的に同位置に対応した回路基板２にも応力が大きく印加される可能性がある。

そこで図１１及び図１２に例示したように、ＩＣチップ１４の角部１４ａに近接したはんだバンプ１２に対応して設けられた基板側ランド１６ｄを他の基板側ランド１６より広く構成すると良い。ランド拡大部１６ｅ参照。これにより、回路基板２に印加される応力を緩和できる。

（第６実施形態）
図１３に第６実施形態の説明図を示す。第１～第５実施形態では、最角部に対応した最角ランド１６ａを他の基板側ランド１６より広くした形態を説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、最角ランド１６ａと当該最角ランド１６ａから電子部品３の端辺に沿って所定個数ｎ（但しｎ≧１）だけの基板側ランド１６ｆを他の基板側ランド１６より広く構成しても良い。所定個数ｎは、回路基板２や電子部品３の部品サイズに合わせて決定すれば良く、任意の値に定めれば良い。

また、拡大する対象の基板側ランド１６の優先順位を定め、優先順位の高い順で基板側ランド１６を拡大するようにしても良い。例えば、最角ランド１６ａとその周囲の所定個数ｎの基板側ランド１６ｆ（図中ではｎ＝１個）を拡大対象としても良い。また、ＩＣチップ１４の角部１４ａに対応した基板側ランド１６ｄとその周辺又はその周囲の所定個数ｎの基板側ランド１６ｇを拡大対象としても良い。これにより、回路基板２に印加される応力を緩和できる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。

また、回路基板２の最角ランド１６ａや電子部品３の端辺に沿って設けられた基板側ランド１６を拡大対象とした形態を示したが、他の基板側ランド１６を他の基板側ランド１６に比較して広く構成しても良い。本開示が対象とする電子部品３のパッケージは、接合部としてパッドを設けたＬＧＡ（Land Grid Array）であっても良い。

部品側ランド１３ａ、及び、はんだバンプ１２の径は全て同一径に構成した形態を説明したが、これに限定されるものではなく、全て同一径とする必要はない。

前述した複数の実施形態の構成、機能を組み合わせても良い。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、２は回路基板、３は電子部品、１２ははんだバンプ、１６はランド、１６ａ、１６ｄ、１６ｆ、１６ｇは一部の基板側ランド、１６ｃ、１６ｅはランド拡大部、を示す。

Claims (4)

1. 複数のはんだバンプ（１２）が設けられる電子部品（３）と、
   前記電子部品を前記複数のはんだバンプにより接合することで当該電子部品を実装する回路基板（２）と、を備え、
   前記回路基板は、前記電子部品を前記はんだバンプにより接合するように配置された基板側ランド（１６）を備え、前記はんだバンプにより前記電子部品を接合する前記回路基板の一部の基板側ランド（１６ａ；１６ｄ；１６ｆ、１６ｇ）は他の基板側ランド（１６）より広く構成され、
   前記回路基板は、締結部材（９、１０）により筐体（１）に締結されており、
   前記回路基板は、前記締結部材に近接して配置された前記一部の基板側ランドを前記他の基板側ランド（１６）より広く構成している電子装置。
2. 複数のはんだバンプ（１２）が設けられる電子部品（３）と、
   前記電子部品を前記複数のはんだバンプにより接合することで当該電子部品を実装する回路基板（２）と、を備え、
   前記回路基板は、前記電子部品を前記はんだバンプにより接合するように配置された基板側ランド（１６）を備え、前記はんだバンプにより前記電子部品を接合する前記回路基板の一部の基板側ランド（１６ａ；１６ｄ；１６ｆ、１６ｇ）は他の基板側ランド（１６）より広く構成され、
   前記電子部品の内部にはＩＣチップ（１４）が設けられており、
   前記ＩＣチップの角部（１４ａ）に近接した前記はんだバンプに対応して設けられた基板側ランドを他の基板側ランドより広く構成している電子装置。
3. 前記はんだバンプは、前記電子部品に行列状に配置され、
   前記回路基板は、前記電子部品の行列状に配置された前記はんだバンプのうち最角部の前記はんだバンプに対応して設けられた最角ランド（１６ａ）を他の基板側ランドより広く構成している請求項１又は２記載の電子装置。
4. 前記他の基板側ランドより広く構成された前記一部の基板側ランドは、拡大したランド拡大部（１６ｃ）をレジスト（１７）により覆うように構成されている請求項１から３の何れか一項に記載の電子装置。

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