(57)【要約】      （修正有）【課題】耐衝撃性のさらなる向上によりはんだボールの接続信頼性を向上させ、かつ薄型化携帯機器に対応して特性、性能向上を実現できる基板取付治具および基板取付方法を提供する。【解決手段】ハウジング７に接続または一体として成形されている円錐コマ１とスペーサ３とでプリント配線基板４の端部上下面から挟んだ上、固定ネジ２でハウジング７に確実に固定することにより、固定ネジ２の変形を防止し、プリント配線基板４のたわみと、はんだボールに生じる応力を大幅に低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングにアーチ状に変形させたプリント配線基板を接続する基板取付治具において、円錐コマを前記ハウジングに接続または一体として成形し、スペーサとの間に前記プリント配線基板の端部を挟み込み、固定ネジで固定することを特徴とする基板取付治具。
【請求項２】
前記スペーサをハウジングに接続または一体として成形することを特徴とする請求項１記載の基板取付治具。
【請求項３】
前記スペーサが前記プリント配線基板と接触する面は、前記プリント配線基板をアーチ状に変形させた時の端部の曲率と同一、あるいはこれに近い値を有することを特徴とする請求項１記載の基板取付治具。
【請求項４】
ハウジングにアーチ状に変形させたプリント配線基板を接続する基板取付方法において、円錐コマを前記ハウジングに接続または一体として成形し、スペーサとの間に前記プリント配線基板の端部を挟み込み、固定ネジで固定することを特徴とする基板取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）及びＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等のＬＳＩパッケージを表面実装したプリント配線基板を電子機器内に装着する基板取付治具および基板取付方法に関し、特に、プリント配線基板を携帯用電子機器等の電子機器内部に装着する新たな方法を提供して落下時の耐衝撃性を向上させる基板取付治具および基板取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽薄短小化への急速な傾向は、ＬＳＩ実装方法にも影響を与え、従来のリード線接続方式から実装面積を大幅に低減できるＢＧＡやＣＳＰ等、チップ直下ではんだボールにより直にプリント配線基板と接続するエリアタイプに移行しつつある。特に携帯用電子機器の代表である携帯電話においてはＣＳＰの使用は必須となっている。
【０００３】
一方、携帯用電子機器には落下や衝撃が加わる機会が非常に多くなり、落下時に極めて大きな衝撃力が伝達されると、はんだボールに大きな応力が生じ、クラック発生、破断に到るトラブルが増加し、大きな問題となっている。この原因は図５の従来例に示すように、プリント配線基板４をハウジング７へ接続する方法として、固定ネジ２で止めているだけなので、落下時にプリント配線基板４がたわみ、その際発生する曲げモーメントがＬＳＩパッケージ５とプリント配線基板４とを電気的に接続しているはんだボール６に大きな応力を発生させるためである。
【０００４】
この問題に対し、例えば、特許文献１では、図６に示すようにプリント配線基板４をアーチ状にしてハウジング７に取付け、耐衝撃特性を向上させる方法が提案されている。なお、ハウジング７の落下姿勢がＢＧＡやＣＳＰなどのＬＳＩパッケージ５を接続しているはんだボール６へ与える影響を考えると、図７に示す垂直落下では、はんだボール６には主にせん断応力が均等に発生する。一方、図８に示す水平落下では、プリント配線基板４の曲げモーメントが最外はんだボールに集中するため、水平落下の姿勢が最も厳しいことは周知の事実となっており、例えば、非特許文献１において実験的に確認されている。このため、本発明は、この水平落下時の耐衝撃構造を念頭においている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０４０８１号公報
【非特許文献１】矢口昭弘著「基板ひずみによるＢＧＡはんだ接続部の落下衝撃強度評価」、第１１回マイクロエレクトロニクスシンポジウム、２００１年、ｐｐ．４２３−４２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に開示された基板取付治具および基板取付方法の問題点は、プリント配線基板４のたわみおよびはんだボール６に発生する衝撃応力の低減効果には限界が存在することである。例えば、基板のサイズ１００mm×４０mm、厚さ０．６５mmのＦＲ−４基板では、図５に示す平坦な取付けと比較して、ほぼ半減までが限界であることが有限要素法（ＦＥＭ）を用いた落下シミュレーションから判明している。
【０００７】
この原因は、図６において、アーチ状に変形させたプリント配線基板４がたわんでくると、両端の固定ネジ２にプリント配線基板４の面内方向（横方向）の力が加わり固定ネジが広がるためである。現状では、この半減効果で耐衝撃特性は要求を満足しているが、携帯用電子機器の軽薄短小化がさらに加速すると、プリント配線基板４は薄くたわみやすくなり、さらなる耐衝撃特性の向上が必要となってくる。
【０００８】
本発明の目的は、耐衝撃性のさらなる向上によりはんだボール６の接続信頼性を向上させ、かつ薄型化携帯機器に対応して特性・性能向上を実現できる基板取付治具および基板取付方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［発明の特徴］
本発明の基板取付治具および基板取付方法は、ハウジングに接続または一体として成形されている円錐コマと固定ネジとスペーサとでプリント配線基板をアーチ状に固定することにより、落下時に固定ネジの広がりを防止できるため、プリント配線基板のたわみとはんだボールに発生する応力の大幅な低減が実現できるという特徴を有する。
【００１０】
［作用］
図６において、ＢＧＡまたはＣＳＰなどのＬＳＩパッケージ５を実装したプリント配線基板４を固定ネジ２だけでハウジング７に固定した場合、ハウジング７が水平落下して床などに衝突すると、衝突によってプリント配線基板４は落下方向へたわもうとするためアーチが横方向に広がることになり、固定ネジ２には横方向の強い力が加わる。
【００１１】
しかし、図１に示す本発明の固定方法では、円錐コマ１とスペーサ３とでプリント配線基板４の端部を上下面から挟み、これを固定ネジ２で締め付けるため、落下時に発生するプリント配線基板４の横方向への力に対しても固定ネジ２の広がりは発生しない。なお、アーチが逆向きの場合は内側へ引張られるが、いずれにおいても取付け端部における変形（変位）は発生しない。このため、プリント配線基板４のたわみとはんだボール６に発生する応力を大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の効果は、図１に示すように円錐コマ１、固定ネジ２、スペーサ３によりプリント配線基板４の端部を挟み込んでハウジング７に強固に固定することにより、プリント配線基板４の両端が広がることを防止できるため、落下方向へのたわみが大幅に低減でき、かつはんだボール６に発生する応力も低減できるため、クラックの発生を防止できるという効果がある。
【００１３】
第２の効果は、本発明により、落下時にはんだボール６に発生する応力を大幅に低減できるため、アーチの高さを低くしても要求される耐衝撃特性の確保が可能となり、携帯電子機器のさらなる薄型化を実現できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す側面方向の断面図である。図１を参照すると、アーチ状に変形させたプリント配線基板４を内蔵したハウジング７の断面図が示されており、ハウジング７に接続または一体として成形されている円錐コマ１と、固定ネジ２と、スペーサ３と、ＬＳＩパッケージ５と、はんだボール６より構成されている。
【００１５】
BＧＡまたはＣＳＰなどのＬＳＩパッケージ５は、はんだボール６によりプリント配線基板４と電気的に接続されており、プリント配線基板４はハウジング７の中に組込まれている。また、プリント配線基板４は、円錐コマ１とスペーサ３で上下面端部を挟まれた上で固定ネジ２によりハウジング７に固定されている。
【００１６】
また、図２は本発明の第２の実施の形態を示す側面方向の断面図である。図２に示すように、円錐コマ１とスペーサ３とのプリント配線基板４に対する位置関係を図１とは逆にしても同様の効果が得られる。
【００１７】
また、図３は本発明の第３の実施の形態を示す側面方向の断面図である。図３に示すように、押さえブロック８を用いてプリント配線基板４に設けたネジ穴を使用せず、直接外周部を固定しても良い。なお、図４にはアーチ状に変形させたプリント配線基板４の端部拘束部と同じ曲率、またはこれに近い曲率とした基板との接触面９（湾曲面）を有するスペーサ３の詳細図を示す。
【００１８】
本発明により、アーチ状に変形させたプリント配線基板４のたわみの主たる原因である固定ネジ２の変形を防止することにより、落下時におけるプリント配線基板４のたわみとはんだボール６に発生する応力を大幅に低減することが可能となり、クラックの発生を確実に防止できるという効果が得られる。
【００１９】
次に、プリント配線基板をアーチ状にしてハウジングに取り付けることにより、電子機器落下の際、プリント配線基板中央のたわみ、はんだボールに発生する応力に関するメカニズムについて有限要素法（ＦＥＭ）によるシミュレーション結果を用いて説明する。
【００２０】
図９は従来の取付方法である図５の３次元ＦＥＭモデル、図１０は図６のアーチ状に変形させて取り付けた場合の３次元ＦＥＭモデル、図１１は本発明の第１、第２、第３の実施の形態共通の３次元ＦＥＭモデルである。ただし、図１１のモデルでは、円錐コマ１、スペーサ３、押さえブロック８のモデル化はしておらず、代わりに基板の動きを拘束する条件を入力している。
【００２１】
各ＦＥＭモデルには、各材質のヤング率、ポアソン比、質量密度が入力されており、これらのＦＥＭモデルを衝突ブロック１０上に落とす（速度を与えて接触させる）シミュレーションを行った。なお、モデルの寸法、材質、落下高さについては、特許文献１と同一とした。
【００２２】
図１２、１３、１４はそれぞれのＦＥＭモデルが衝突ブロック１０に衝突した直後からのプリント配線基板４中央のたわみを時刻歴で示している。従来の平坦にプリント配線基板４を取付けた場合の図１２と本発明の図１４の結果を比較すると、本発明の方が約１／７、アーチ状のみの図１３と比較しても本発明は約１／４たわみが減少する。
【００２３】
さらに、図１５，１６、１７はそれぞれのＦＥＭモデルが衝突ブロック１０に衝突した直後からのはんだボール６に発生する最大応力（コーナーのはんだボールで最大となる）を時刻歴で示している。従来の平坦にプリント配線基板を取付けた場合の図１５と本発明の図１７を比較すると、本発明の方が約１／１３、アーチ状のみの図１６と比較しても約１／５に応力は低減することが判明した。このように桁違いの応力低減効果が得られるため、今後、携帯電子機器の薄型化により基板が薄くたわみ易くなっても耐衝撃性を十分確保できる。
【実施例】
【００２４】
次に、具体的な実施例を用いて、本発明の基板取付治具および基板取付方法の実施の形態を説明する。
【００２５】
第１の実施の形態は、図１に示すように、ハウジング７に接続または一体として成形されている円錐コマ１とスペーサ３とでアーチ状に変形させたプリント配線基板４の端部の上下面を挟み込み、固定ネジ２で固定する。この際、スペーサ３の接触面９は固定するプリント配線基板４の曲率に合わせてあり、固定がより確実となる。従って、落下時においてアーチ状に変形させたプリント配線基板４のたわみの原因となる、固定ネジ２の横方向への変形を防止することができ、プリント配線基板４のたわみと、プリント配線基板４とＬＳＩパッケージ５とを電気的に接続しているはんだボール６に発生する応力とを大幅に低減できる。
【００２６】
次に、第２の実施の形態は、図２に示すように、円錐コマ１がプリント配線基板４の上面、スペーサ３が下面となりハウジング７に接続または一体として成形され、図１の形態とは逆となっているが、同じ動作と効果が得られる。
【００２７】
最後に、第３の実施の形態は、図３に示すように、円錐コマ１を使用せず、プリント配線基板４を外側から押さえブロックにより直接固定するものである。本方法ではプリント配線基板に設けてあるネジ穴を使用しないため、任意の位置での取付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す側面方向の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す側面方向の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す側面方向の断面図である。
【図４】本発明の湾曲スペーサの詳細図である。
【図５】従来例のプリント配線基板を平坦に取付ける場合を示す側面方向の断面図である。
【図６】特許文献１の従来例の説明図である。
【図７】従来のハウジング垂直落下の説明図である。
【図８】従来のハウジング水平落下の説明図である。
【図９】従来例の図５に対応する有限要素法モデルである。
【図１０】特許文献１の従来例に対応する有限要素法モデルである。
【図１１】本発明の第１、第２、第３の実施の形態共通の有限要素法モデルである。
【図１２】図９の有限要素法モデルによる基板中央のたわみの時刻歴変動を示す図である。
【図１３】図１０の有限要素法モデルによる基板中央のたわみの時刻歴変動を示す図である。
【図１４】図１１の有限要素法モデルによる基板中央のたわみの時刻歴変動を示す図である。
【図１５】図９の有限要素法モデルによるはんだボール応力の時刻歴変動を示す図である。
【図１６】図１０の有限要素法モデルによるはんだボール応力の時刻歴変動を示す図である。
【図１７】図１１の有限要素法モデルによるはんだボール応力の時刻歴変動を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    円錐コマ
２    固定ネジ
３    スペーサ
４    プリント配線基板
５    ＬＳＩパッケージ
６    はんだボール
７    ハウジング
８    押さえブロック
９    基板との接触面
１０    衝突ブロック
１１    プリント配線基板端部拘束を示す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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