JPH1093206A - プリント基板及びその製造方法、補強部位置決定方法、応力・変形量分布表示装置及び表示方法 - Google Patents

プリント基板及びその製造方法、補強部位置決定方法、応力・変形量分布表示装置及び表示方法

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JPH1093206A
JPH1093206A JP24530396A JP24530396A JPH1093206A JP H1093206 A JPH1093206 A JP H1093206A JP 24530396 A JP24530396 A JP 24530396A JP 24530396 A JP24530396 A JP 24530396A JP H1093206 A JPH1093206 A JP H1093206A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プリント基板の補強部の位置を簡易にかつ、よ
り合理的な方法で決定することができる方法を提供す
る。 【解決手段】多面取りプリント基板10の溝部11に、
その周辺部位と比較して剛性を低下させたダミー材料1
2を埋め込む工程と、ダミー材料12が埋め込まれた状
態の多面取りプリント基板10に対して反り変形シミュ
レーションを行なって、溝部11の応力あるいは変形量
分布を求める工程と、得られた応力あるいは変形量分布
に基づいて、溝部11における高応力部あるいは高変形
量部13を特定する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】プリント基板及びその補強部
位置決定方法、応力・変形量分布表示方法及び装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】プリント基板においては、リフロー時、
図6に示すように両端支持のために自重により、あるい
は熱負荷により反り変形が発生する。小型、薄型化の傾
向にある各種電子部品をプリント基板に搭載する場合、
プリント基板の僅かな反り変形が部品と基板の接続精
度、信頼性に大きく影響することになる。
【0003】そこで、プリント基板に熱負荷が作用した
場合に生じる反りを低減することは実装の高信頼性化を
実現する上で必要であり、プリント基板の溝部(基板ブ
レイク線部あるいは、ルーター加工部とも呼ぶが、本願
では以下、基板ブレイク線部と呼ぶ)に補強部を設ける
ことが行われている。ところが、基板製造工程では、補
強部を切断場合(割板時)手で折ることが多いので、補
強部幅または補強部数を増やすことは作業効率が低下す
る。
【0004】この相反する要求の中で、プリント基板の
基板ブレイク線に配置すべき補強部の位置を移動するこ
とで大幅に反りが低減できることが経験的に明らかにさ
れている。そこで妥当な補強部数において最適な配置を
探索することは、高精度なプリント基板を製造する上で
必要不可欠となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、補強部の配
置は、従来設計者の経験によるところが大きく、試行錯
誤による反り量低減が行われており、試作基板作成には
多大な労力とコストを要していた。このような状況の中
で簡易的で合理的な補強部位置決定方法が求められてい
るが、このような要望を実現するための手段は知られて
いない。
【0006】本発明はこのような課題に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、プリント基板
の補強部の配置位置を簡易にかつ、より合理的に決定し
て表示することができる方法及び装置、かつそのような
方法で作成されたプリント基板を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明に係るプリント基板製造方法は、多面
取りプリント基板の溝部位において、応力あるいは変形
量が発生する部位を探索する探索工程と、この探索工程
において探索された部位に補強部を配置する配置工程と
を具備する。
【0008】また、第2の発明に係るプリント基板は、
第1の発明に記載のプリント基板製造方法によって製造
される。また、第3の発明に係る補強部位置決定方法
は、多面取りプリント基板の溝部位に、その周辺部位と
比較して剛性を低下させたダミー材料を埋め込む工程
と、ダミー材料が埋め込まれた状態の多面取りプリント
基板に対して反り変形シミュレーションを行なって、前
記溝部位の応力あるいは変形量分布を求める工程と、得
られた応力あるいは変形量分布に基づいて、前記溝部位
における高応力部あるいは高変形量部を特定する工程と
を具備する。
【0009】また、第4の発明に係る応力・変形量分布
表示方法は、溝部位にダミー材料が埋め込まれた状態の
多面取りプリント基板に対して反り変形シミュレーショ
ンを行なって、前記溝部位の応力あるいは変形量分布を
求める工程と、得られた応力あるいは変形量分布に基づ
いて、応力あるいは変形量の大きさに応じた表示形態で
表示を行なう工程とを具備する。
【0010】また、第5の発明に係る応力・変形量分布
表示装置は、溝部位にダミー材料が埋め込まれた状態の
多面取りプリント基板に対して反り変形シミュレーショ
ンを行なって、前記溝部位の応力あるいは変形量分布を
求める分布算出手段と、得られた応力あるいは変形量分
布に基づいて、応力あるいは変形量の大きさに応じた表
示形態で表示を行なう表示手段とを具備する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を詳細に説明する。まず、本実施形態に係る補
強部位置決定方法の概略を説明する。図1において、ま
ず、多面取りプリント基板(以下、単にプリント基板と
呼ぶ)10の溝部(基板ブレイク線部位)11を、その
周辺部と比較して線膨張率、比重が同じで弾性率がかな
り低いダミー材料12で埋める。次に、このようなプリ
ント基板10を解析対象として有限要素法または境界要
素法を用いて応力解析するために要素分割を行う。そし
て、室温からリフロー温度までの熱履歴を荷重条件とし
て、一様温度分布の弾性解析を行う。このとき、プリン
ト基板10の変形モードがダミー材料で埋めていない通
常のプリント基板10の変形モードと同じになるように
ダミー材料の弾性率の設定を行う。例えば、多層プリン
ト基板用銅張積層板(ガラス布基材エポキシ樹脂)の場
合、溝に埋め込むダミー材料の弾性率を周辺部の1/1
000から1/100程度に設定する。
【0012】次に、自重と熱負荷が作用した状態での応
力分布図、変形量分布図(歪分布図とも呼ぶ)を計算し
て、溝部11において相対的に応力、歪が高くなる高応
力部13を求め、図2に示すように、補強材14を順次
配置する。
【0013】このように本実施形態では、基板ブレイク
線部位に他部位と比較してかなり剛性を低下させたダミ
ー材料を埋め込んだ数値モデルによる反り変形シミュレ
ーションを行い、埋め込んだダミー材料部分の高応力・
高変形量部に補強部を配置することを特徴とする。
【0014】以下に上記した本実施形態の概略をさらに
詳細に説明する。 1.まず、補強部の位置決定方法の概略を述べる。 自重と熱負荷(温度一様分布)が作用するときの反り変
形解析を行う。以下に補強材の配置位置を決定する方法
の概略を図3を参照しながら説明する。 (1) プリント基板10の溝部11に、他部位に比べ
て線膨張率、比重は同じで、かなり剛性を下げたダミー
材料12を埋める(図3(a))。 (2) このようなモデルに対してメッシュを切り、有
限要素法(FEM)による解析を行なうために所定の入
力データを作成する(図3(b))。 (3) プリント基板10の自重と熱負荷が作用した状
態での応力分布を有限要素法により計算する(図3
(c))。図では溝部のみの分布を示している。 (4) 溝部11の中で相対的に応力が高い部分(高応
力部)13に補強材14を配置する(図3(d)))。
【0015】ここで、溝部11に埋め込むダミー材料1
2の弾性率を小さくするのは、ダミー材料12による影
響を小さくするためである。ダミー材料12の弾性率が
小さすぎれば溝部11の変形が大きくなりすぎ、また、
弾性率が大き過ぎればプリント基板10は中心を軸にた
わむ変形となり、実際の変形と異なってくる。従って、
ダミー材料12の弾性率の設定はプリント基板10の変
形モードがダミー材料で埋めていない通常のプリント基
板の変形モードと同じになるように行う。 2.次に、有限要素法による解析例を説明する。
【0016】ここでは、ノート型パソコン用多層プリン
ト基板を対象として本実施形態の適用例を示す。 (1) 解析コード、要素 解析に用いるプログラムは汎用有限要素法プログラムA
BAQUS(Ver.5.4)を用い、使用要素は3次
元4節点シェル要素とする(一部3次元3節点シェル要
素)。解析に使用する単位系は、mm、N、MPa、℃
とする。 (2) 構造モデル 解析に用いるプリント基板の形状は横238mm、高さ
195mm、板厚1.2mmである。このプリント基板
の断面図を図4に示す。実際には配線パターンを有する
鋼板をモデル化したものを用いる。また、面内、厚さ方
向とも一様温度分布とする。プリント基板の反りは熱負
荷を掛けた後、室温に戻しても反りが残っていることを
考えると、基本的には材料の非線形性を考慮した非弾性
解析を行うべきであるが、ここでは、高温での応力分布
を相対的に比較することを目的としているので、計算時
間の短縮化のために弾性解析を用いる。
【0017】図4において、プリント基板の積層材(1
3層)の板厚は上から10−1及び10−13が18μ
m、10−2、10−4、10−6、10−8、10−
10、10−12(銅材からなる)が35μm、10−
3、10−5、10−7、10−9、10−11(FR
−4(プリプレグ)材からなる)が194.8μmであ
る。 (3) 材料定数 以下の表1は銅の物性値であり、表2はFR−4の物性
値であり、表3はFR−4の平均熱膨張係数である。高
温での応力分布を相対的に比較することを目的とするの
で、ここでは材料の弾性特性値のみを記すが、定量的な
精度の良い解析を行うためには、銅、FR−4とも材料
の非線形特性を考慮する必要がある。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】 (4) 境界条件 境界条件を図5に示す。また、プリント基板には自重が
作用するため、ここでは25℃→200℃の条件で弾性
解析を行なう。 (5) 解析項目 1.まず、溝部をすべてダミー材料(線膨張率と比重と
ポアソン比は周辺部と同じ)で埋めた場合の弾性解析を
25℃→200℃の条件で行なう。変形モードが、溝部
を埋めていないときのプリント基板と同じになるような
ダミー材料の弾性定数を探索する。
【0021】2.次に、変形モードが、溝部を埋めてい
ないときのプリント基板と同じになる場合について、溝
部のσ22方向の応力分布図を出力する。 3.次に、2.で出力した応力分布図をもとに相対的に
応力値が高くなっている部分(高応力部)に補強部を配
置し、反り変形シミュレーションを行なう。
【0022】4.次に、従来の経験的な方法で補強部配
置が行われたプリント基板と比較する。 (6) 解析結果 1.解析項目1の結果 溝部に埋め込むダミー材料の弾性率が周辺部の1/10
0の場合、変形モードは従来例とある程度類似する。変
形モードが異なる例として弾性率が周辺部の1/105
の場合の変形量分布図を求める。変形モード溝を埋めて
いない場合と類似するダミー材料の物性値を探索した結
果、本解析対象の材料、形状の場合、弾性率が周辺部の
1/1000〜1/100程度が望ましいことがわかっ
た。
【0023】2.解析項目2、3の結果 変形モードが類似する場合(ダミー材料の弾性率が周辺
部の1/100)の200℃での応力分布図(σ22)を
出力する(図3(c))。同図では溝部のみの応力分布
を出力している。この結果から相対的に応力が高くなっ
ている部分に補強部を配置する(図3(d))。 (7) 最大反り変形量 以下の表4で示すように、本方法を用いて補強部の位置
を決定した場合、従来例1と補強材個数が同じでも反り
量は低減している。また、従来例2は補強材個数を多く
して反りを従来例1より低減した場合の結果である。
【0024】
【表4】 (8) 考察 本実施形態によるプリント基板の弾性変形シミュレーシ
ョンでは、オリジナルモデル(従来例1)、さらには補
強部数を増やしたモデル(従来例2)よりも最大反り量
が低減されていることがわかる。
【0025】なお、前述のように、プリント基板の反り
は熱負荷を加えた後に室温に戻しても反りが残っている
ことを考えると、基本的には材料の非線形性を考慮した
非弾性解析を行うべきである。ここでは、高温での応力
分布を相対的に比較するという目的のもとで、計算時間
の短縮化のために弾性解析を採用した。3.結論上記し
たように、本実施形態では、補強部位置の合理的な決定
法として、ダミー材料(変形モードが変化しないように
弾性率を設定)で溝部を埋めたモデルで弾性解析を行
い、200℃での溝部応力分布を反映して補強材の位置
を決定する方法を示した。ノート型パソコン用基板をモ
チーフにして解析を行い、本実施形態による方法の優位
性を示した。また、ダミー材料の物性値は、線膨張率が
周辺部の材料と同じで、本解析対象の場合、弾性率が周
辺部の1/1000〜1/100程度が望ましいことが
わかった。なお、上記した実施形態では応力分布を求め
たが、歪分布を求めても同様の結論を得ることができ
る。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、プリント基板の補強部
の位置を簡易にかつ、より合理的な方法で決定すること
ができる。これによって、プリント基板作成の労力が低
減でき、開発期間、コストの面からも有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る補強部位置決定方法
の概略を説明するための図である。
【図2】プリント基板の溝部位に補強部を配置した状態
を示す図である。
【図3】補強材の配置位置を決定する方法の概略を説明
するための図である。
【図4】本解析に用いるプリント基板の断面図である。
【図5】境界条件を示す図である。
【図6】反り変形が発生する原因を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
10…プリント基板、11…溝部、12…ダミー材料、
13…高応力部、14…補強部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多面取りプリント基板の溝部位におい
    て、応力あるいは変形量が発生する部位を探索する探索
    工程と、 この探索工程において探索された部位に補強部を配置す
    る配置工程と、 を具備することを特徴とするプリント基板製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のプリント基板製造方法
    によって製造されたことを特徴とするプリント基板。
  3. 【請求項3】 多面取りプリント基板の溝部位に、その
    周辺部位と比較して剛性を低下させたダミー材料を埋め
    込む工程と、 ダミー材料が埋め込まれた状態の多面取りプリント基板
    に対して反り変形シミュレーションを行なって、前記溝
    部位の応力あるいは変形量分布を求める工程と、 得られた応力あるいは変形量分布に基づいて、前記溝部
    位における高応力部あるいは高変形量部を特定する工程
    と、を具備することを特徴とする補強部位置決定方法。
  4. 【請求項4】 溝部位にダミー材料が埋め込まれた状態
    の多面取りプリント基板に対して反り変形シミュレーシ
    ョンを行なって、前記溝部位の応力あるいは変形量分布
    を求める工程と、 得られた応力あるいは変形量分布に基づいて、応力ある
    いは変形量の大きさに応じた表示形態で表示を行なう工
    程と、を具備することを特徴とする応力・変形量分布表
    示方法。
  5. 【請求項5】 溝部位にダミー材料が埋め込まれた状態
    の多面取りプリント基板に対して反り変形シミュレーシ
    ョンを行なって、前記溝部位の応力あるいは変形量分布
    を求める分布算出手段と、 得られた応力あるいは変形量分布に基づいて、応力ある
    いは変形量の大きさに応じた表示形態で表示を行なう表
    示手段と、 を具備することを特徴とする応力・変形量分布表示装
    置。
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