(57)【要約】【課題】  回路基板の実装部品の電気的接続不良発生が近づいていることをあらかじめ検知することができる電子機器の筐体と回路基板の構造を提供する。【解決手段】組み合わされた筐体の内部に配置され、第１のボス部及び第２のボス部の間に一部が固定された回路基板と、第１のボス部及び回路基板との間に設けられた間隙に形成された第１の導電体及び第２の導電体と、第１のボス部及び第１の導電体、第１のボス部及び第２の導電体間に形成され、第１の導電体及び第２の導電体を電気的に接続する第３の導電体と、回路基板上に形成され、第１の導電体及び第２の導電体にそれぞれ電気的に接続する第１の配線及び第２の配線と、第１の配線及び第２の配線に電気的に接続され、第１の導電体或いは第２の導電体の電気特性値を測定する測定回路を具備する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のボス部が形成された第１の筐体と、
第２のボス部が形成され、前記第１のボス部及び前記第２のボス部が締結されることによって前記第１の筐体と組み合わされひとつの筐体を構成する第２の筐体と、
前記組み合わされた筐体の内部に配置され、前記第１のボス部及び前記第２のボス部の間に一部が固定された回路基板と、
前記第１のボス部及び前記回路基板との間に設けられた間隙に形成された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１のボス部及び前記第１の導電体、前記第１のボス部及び前記第２の導電体間に形成され、前記第１の導電体及び前記第２の導電体を電気的に接続する第３の導電体と、
前記回路基板上に形成され、前記第１の導電体及び前記第２の導電体にそれぞれ電気的に接続する第１の配線及び第２の配線と、
前記第１の配線及び前記第２の配線に電気的に接続され、前記第１の導電体或いは前記第２の導電体の電気特性値を測定する測定回路を具備することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記第１の導電体及び前記第２の導電体がはんだ材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記電気特性値が、抵抗値、電圧値、電流値のいずれかであることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記第１の導電体、前記第２の導電体及び前記第３の導電体が一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項５】
前記電気特性値が所定レベル外になったときに出力を送出する機能回路をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子機器。
【請求項６】
前記電気特性値の変動の傾向が変化したときに出力を送出する機能回路をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体装置を実装した電子機器の高機能化および多機能化が要求され、この要求にともなって半導体チップの高集積化、大規模化が一層進み、この半導体チップを搭載した半導体パッケージと回路基板とを接続する電気的接合部の数が大幅に増加している。
【０００３】
電気的接合部の数が増加することで電子機器の内部で発生した熱の変動が大きくなり、温度変動が繰り返し生じ半導体パッケージと回路基板間には両者の線膨張率差に起因した相対変位が生じ接合部が熱疲労破壊するという問題がある。
【０００４】
この接合部の熱疲労破壊がどれだけ進んでいるかを予め検知する発明が特許文献１に記載されている。
【０００５】
この発明は、電気接続用バンプとは別に、半導体パッケージ側と回路基板側とを電気的に接続するセンサーバンプを設け、このセンサーバンプを含む接続経路の電気抵抗値を自動的に検出し所定レベルを超えたときに熱疲疲労破壊が進んでいることを判別するものである。
【特許文献１】特開平１０−９３２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載の発明は、半導体パッケージに設けられるセンサーバンプの高さは他のバンプと同じ高さになるように設計されなければいけないため設計の自由度が少なく他のバンプに比べて低寿命になるように設計することが難しいという問題がある。すなわち他のバンプと同程度或いはそれ以上の寿命になってしまうとセンサーバンプよりも他のバンプのほうが早く熱疲労破壊を起こしてしまうことになり予め検知する目的を達成できない場合がある。また、特許文献１に記載の発明は、そのパッケージ自身の熱疲労破壊の検知しかできないため、検知する実装部品すべてにセンサーバンプを具備する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、回路基板上の実装部品の接合部が熱応力で破断して電気的接続不良になることを予め正確に検知することによって保守・交換時期の遅れによる電気的接続不良発生にともなう弊害を防ぐことができる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、第１のボス部が形成された第１の筐体と、
第２のボス部が形成され、前記第１のボス部及び前記第２のボス部が締結されることによって前記第１の筐体と組み合わされひとつの筐体を構成する第２の筐体と、
前記組み合わされた筐体の内部に配置され、前記第１のボス部及び前記第２のボス部の間に一部が固定された回路基板と、
前記第１のボス部及び前記回路基板との間に設けられた間隙に形成された第１の導電体及び第２の導電体と、
前記第１のボス部及び前記第１の導電体、前記第１のボス部及び前記第２の導電体間に形成され、前記第１の導電体及び前記第２の導電体を電気的に接続する第３の導電体と、
前記回路基板上に形成され、前記第１の導電体及び前記第２の導電体にそれぞれ電気的に接続する第１の配線及び第２の配線と、
前記第１の配線及び前記第２の配線に電気的に接続され、前記第１の導電体或いは前記第２の導電体の電気特性値を測定する測定回路を具備することを特徴とする電子機器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、筐体内のボス部と回路基板との間に、熱疲労破壊を検出するセンサーとして導電体を設けることによって、接合部が熱応力で破断して電気的接続不良になることを予め正確に検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されること無く種々工夫して用いることができる。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に関する電子機器の断面図である。
【００１２】
図１に示すように、この電子機器は、内部に第１のボス部１８が形成された第１の筐体と１１、内部に第２のボス部１９が形成され、第１のボス部１８及び第２のボス部１９が締結されることによって第１の筐体１１と組み合わされひとつの筐体を構成する第２の筐体１２と、組み合わされた筐体の内部に配置され、第１のボス部１８及び第２のボス部１９の間に一部が固定された回路基板１３と、回路基板１３上にバンプ接続された半導体パッケージ２１及び能動部品２５を有している。
【００１３】
第１の筐体１１と第２の筐体１２と回路基板１３は第１のボス部１８及び第２のボス部１９においてボスネジ１４によって締結固定されている。
【００１４】
図２は、第１の実施形態に関する電子機器の第１のボス部１８、第２のボス部１９及び回路基板１３の部分を拡大した図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は回路基板１３の上面図である。
【００１５】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、この電子機器は、第１のボス部１８及び回路基板１３との間に設けられた間隙２０に形成された第１の導電体１６及び第２の導電体１７と、第１のボス部１８及び第１の導電体１６、第１のボス部１８及び第２の導電体１７間に形成され、第１の導電体１６及び第２の導電体１７を電気的に接続する第３の導電体１５と、回路基板１３上に形成され、第１の導電体１６及び第２の導電体１７にそれぞれ電気的に接続する第１の配線２２及び第２の配線２４とを有している。
【００１６】
第３の導電体１５はリング状に形成されているが、半リング状或いはコイルやキャパシタンスを介した形状でもかまわず、第１の導電体１６及び第２の導電体１７が電気的な接続状態となっていればよい。ここでは、この第３の導電体１５は板状の金属で形成されている。
【００１７】
また、第１の導電体１６と第２の導電体１７はブロック状のSn-3.0Ag-0.5Cuはんだ材料で形成され、回路基板１３の第１のボス部１８及び回路基板１３の間隙２０周辺に、他部品（能動部品２５及び半導体パッケージ２１）と同様にはんだ付け工程で実装されている。
【００１８】
図２（ａ）（ｃ）に示すように、第１の配線２２及び第２の配線２４は、配線基板３上に形成されている半導体パッケージ２１（図１参照）とバンプを介して電気的に接続されており、この半導体パッケージ２１内部には第１の導電体１６或いは第２の導電体１７の電気特性値を測定するための測定回路が形成されている。
【００１９】
また、半導体パッケージ２１内部には、測定回路に接続されて、前記電気特性値が所定レベル外になったときに出力を送出する機能回路を有している。例えば第１の導電体１６や第２の導電体１７が破断などして抵抗値が無限大になった場合に自動的に出力しコンピュータの表示画面などに基盤の寿命が近いなどの警告を出すように設計しても良い。また、半導体パッケージ２１は、前記電気特性値の変動の傾向が変化したときに出力を送出する機能回路を具備している。この場合、電気特性値の正常の特性値の変動の傾向をメモリーなどに格納しておき、定期的に比較し、この正常の特性値の変動の傾向とは異なる傾向を検出することで寿命が近いことを判定できる。
【００２０】
本実施形態では、第１の配線２２、第１の導電体１６、第３の導電体１５、第２の導電体１７、第２の配線２４が、この順に直列に導電されて直列回路を構成しており、半導体パッケージ２１の内部に形成された測定回路は、この直列回路の電気抵抗値を自動的に常時測定する機能を有している。
【００２１】
通常、半導体パッケージ２１と回路基板１３の線膨張率差に起因する両者の相対変位に比べ、第１の筐体１１と回路基板１３の線膨張率差に起因する両者の相対変位の方が大きい。したがって半導体パッケージ２１と回路基板１３のバンプ部分に生じる歪よりも第１の筐体１１と回路基板１３が接合されているボス部１８、１９に生じる歪の方が大きい。相対変位を接合部の高さで除した値が平均歪であるので、第１の導電体１６及び第２の導電体１７の高さが同じか若干高い場合、半導体パッケージ２１よりも若干短い疲労寿命を設定するパラメータとして利用できる。
【００２２】
具体的には、以下のように設計できる。
【００２３】
先ず、第１の筐体１１や第２の筐体１２には一般的に樹脂やマグネシウム合金が使用する場合、それぞれ熱膨張率は樹脂筐体で約80ppm/℃、マグネシウム筐体で約26ppm/℃である。例えば、第１の筐体１１や第２の筐体１２が樹脂で構成されている場合熱膨張率が約80ppm/℃である。また、回路基板１３の熱膨張率が約15ppm/℃、半導体パッケージ２１の熱膨張率が約13ppm/℃であり、温度変動幅を20℃とすると、面内のボス部とボス部の距離を150mm、半導体パッケージ２１のサイズを35mm×35mmとすると、第１の筐体１１や第２の筐体１２と回路基板１３の膨張差は約0.2mm、半導体パッケージ２１と回路基板１３の膨張差は約0.002mmとなる。このように、半導体パッケージ２１と回路基板１３の線膨張率差に起因する両者の相対変位に比べ、第１の筐体１１や第２の筐体１２と回路基板１３の線膨張率差に起因する両者の相対変位の方が大きいことが分かる。
【００２４】
ここで、本実施形態に関する電子機器では、第１の導電体１６或いは第２の導電体１７の高さが回路基板１３上に半導体パッケージ２１のバンプの高さと同程度から１０倍程度の高さであれば回路基板１３上に実装された半導体パッケージ２１や受動部品２５を含む実装部品の接続部よりも短く設定できる。
【００２５】
こうすることで実装部品である半導体パッケージ２１の接合部が破断する前に、第１の導電体１６或いは第２の導電体１７が破断し、電気抵抗値が上昇することにより、回路基板３上の実装部品の接合部の破断が近づいていることをあらかじめ検知できる。
【００２６】
このようにセンサー用の第１の導電体１６、第２の導電体１７を第１のボス部１８の周辺に設けることで、半導体パッケージ２１や受動部品２５を含む実装部品の接続部よりも短い疲労寿命を容易に設定することが可能となる。また、第１の導電体１６及び第２の導電体１７の高さを適宜変更することによって、寿命を調整することができる。 
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２７】
図３（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は回路基板１３の上面図である。
【００２８】
本実施形態では、第１の導電体１６及び第２の導電体１７の形状が弧を描いた形状になっている。第１の導電体１６及び第２の導電体１７の形状が、第１の実施形態と異なるが、それ以外はすべて第一の実施形態と同様であり、同様の効果を有している。
【００２９】
また、本実施形態では、第１の導電対１６及び第２の導電体１７によって、第１のボス部１８及び第２のボス部１９のほぼ全周を囲んでいるため、いずれの方向の負荷に対しても、破断を検知することができる。 
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３０】
図４（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は回路基板１３の上面図である。
【００３１】
本実施形態では、第１の導電体１６が同心円の形状になっており、この第１の導電対の周囲を囲むように同心円の形状の第２の導電体１７が形成されている。第１の導電体１６及び第２の導電体１７の形状が、第１の実施形態と異なるが、それ以外はすべて第一の実施形態と同様であり、同様の効果を有している。
【００３２】
また、本実施形態では、第１の導電体１６及び第２の導電体１７によって、第１のボス部１８及び第２のボス部１９の全周を囲んでいるため、いずれの方向の負荷に対しても、破断を検知することができる。
【００３３】
次に、図５を用いて、本発明の第４の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３４】
図５（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は第３の導電体１５に第１の導電体１６及び第２の導電体１７が一体形成された下面図である。
【００３５】
本実施形態では、第３の導電体１５上に第１の導電体１６及び第２の導電体が一体的に形成されているが、それ以外はすべて第一の実施形態と同様であり、同様の効果を有している。
【００３６】
本実施形態では、第１の筐体１１と第２の筐体１２と回路基板１３は第１のボス部１８及び第２のボス部１９においてボスネジ１４によって締結固定されることによって、いったい形成された第３の導電体１５、第１の導電体１６及び第２の導電体１７が固定されている。例えば、第３の導電体１５、第１の導電体１６と第２の導電体１７はブロック状のSn-3.0Ag-0.5Cuはんだ材料を図５（ｂ）で示すような形状で切り出し加工して形成することができる。また、ねじ止めによって回路基板３上の第１のボス部１８周辺と間に挟まれる。
【００３７】
次に、図６を用いて、本発明の第５の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３８】
図６（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は第３の導電体１５に第１の導電体１６及び第２の導電体１７が一体形成された斜視図であり、（ｃ）はその下面図である。
【００３９】
本実施形態では、第３の導電体１５上に第１の導電体１６及び第２の導電体が一体的に形成されているが、それ以外はすべて第一の実施形態と同様であり、同様の効果を有している。
【００４０】
また、本実施形態では、第３の導電体１５がボスネジ１４でねじ止めされることで、第３の導電体１５の中央部分に下方向への力が作用するため、第３の導電体１５の外周部分は回路基板１３から離れる方向に変形し、第１の導電体１６と第２の導電体１７には引張方向に力が作用する。第１の導電体１６及び第２の導電体１７に、ボスネジ１４のねじ止めによって圧縮方向の力が作用すると、第１の導電体１６及び第２の導電体１７が破断しても破断面が接触して導電するため、電気抵抗値が変化しない可能性がある。しかし、本実形態では、第１の導電体１６と第２の導電体１７には引張方向に力が作用するため、第１の導電体１６及び第２の導電体１７が破断しても電気抵抗値が変化しないという現象を防ぐことができる。
【００４１】
次に、図７を用いて、本発明の第６の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４２】
図７（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は配線基板１３上に複数形成された導電体の様子を示す上面図である。
【００４３】
本実施形態では、間隙２０の周辺に、第１の導電体１６及び第２の導電体１７の他に、さらに別の導電体２３を形成している。複数の導電体のうちどれに配線２２、２４を接続するかによって、第１の導電体１６と第２の導電体１７とする組み合わせは複数あり、各組み合わせについて各接続経路の電気抵抗値が測定される。また、電気抵抗値が測定されない導電体２３も具備されている。導電体の形状及び個数のみが第４の実施形態と異なるが、それ以外はすべて第４の実施形態と同様である。形状は第１の実施形態と異なるがその効果は同様である。
【００４４】
次に、図８を用いて、本発明の第７の実施形態に関する電子機器を説明する。第１の実施形態で説明した同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図８（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は配線基板１３上に第１の導電体１６が形成され、第２の導電体１７と第３の導電体１５が一体形成された様子を示す斜視図である。
【００４６】
図８に示すように、本実施形態では、第１の導電体１６は回路基板１３と第１ボス部１８との間隙２０の周辺に、他部品と同様にはんだ付け工程で実装される。また、回路基板１３上に第１の導電体１６と電気的に接続する第１の配線２２、及び第２の導電体１７と電気的に接続する第２の配線２４が形成されている。第１の導電体１６、第２の導電体１７及び第３の導電体１７の形成方法が一部異なるが、第１の実施形態と異なるがその効果は同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する電子機器の断面図
【図２】第１の実施形態に関する電子機器の第１のボス部１８、第２のボス部１９及び回路基板１３の部分を拡大した図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は回路基板１３の上面図
【図３】本発明の第２の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は回路基板１３の上面図
【図４】本発明の第３の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は回路基板１３の上面図
【図５】本発明の第４の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は第３の導電体１５に第１の導電体１６及び第２の導電体１７が一体形成された下面図
【図６】本発明の第５の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は第３の導電体１５に第１の導電体１６及び第２の導電体１７が一体形成された斜視図であり、（ｃ）はその下面図
【図７】本発明の第６の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は配線基板１３上に複数形成された導電体の様子を示す上面図
【図８】本発明の第７の実施形態に関する電子機器を説明する図であり、（ａ）はボス部の拡大された断面図であり、（ｂ）は配線基板１３上に第１の導電体１６が形成され、第２の導電体１７と第３の導電体１５が一体形成された様子を示す斜視図
【符号の説明】
【００４８】
１１・・・第１の筐体
１２・・・第２の筐体
１３・・・回路基板
１４・・・ボスネジ
１５・・・第３の導電体
１６・・・第１の導電体
１７・・・第２の導電体
１８・・・第１のボス部
１９・・・第２のボス部
２０・・・間隙
２１・・・半導体パッケージ
２２・・・第１の配線
２３・・・その他の導電体
２４・・・第２の配線
２５・・・受動部品
【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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