(57)【要約】【課題】外部応力による集積回路とプリント基板の間のはんだクラックの発生を防止し、導通を保つことができる電子装置を提供すること。【解決手段】電子装置において、基板と、前記基板の一方の板面上の所定の位置に表面実装される第１の表面実装部品と、前記第１の表面実装部品を所定の間隔をあけて覆うようにして前記基板に取り付けられるフレーム部材と、前記第１の表面実装部品が表面実装された面と反対側の面であって、前記基板の法線方向から見て前記フレーム部材が配置された領域内に表面実装される第２の表面実装部品と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2004080375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の板面上の所定の位置に表面実装される第１の表面実装部品と、
前記第１の表面実装部品を所定の間隔をあけて覆うようにして前記基板に取り付けられるフレーム部材と、
前記第１の表面実装部品が表面実装された面と反対側の面であって、前記基板の法線方向から見て前記フレーム部材が配置された領域内に表面実装される第２の表面実装部品と、
を備えることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第２の表面実装部品は、前記基板の法線方向から見て前記第１の表面実装部品が配置された領域内に表面実装されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項３】
前記基板は、前記第１の表面実装部品が表面実装された領域の外側に複数のスルーホールを有し、
前記フレーム部材は、前記スルーホールに差し込まれる複数の突起部を有し、
前記スルーホールと前記突起部は、はんだ接合されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子装置。
【請求項４】
前記基板は、前記フレーム部材の端面と当接する板面の所定の位置に導体パターンを有し、
前記フレーム部材の端面と前記導体パターンは、はんだ接合されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１の表面実装部品及び前記第２の表面実装部品の一方又は両方がエリアアレイ端子型パッケージであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項６】
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の板面上の所定の位置に表面実装される第１の表面実装部品と、
前記第１の表面実装部品を所定の間隔をあけて覆うようにして前記第１の基板に取り付けられるフレーム部材と、
前記第１の表面実装部品が表面実装された面と反対側の面であって、前記第１の基板の法線方向から見て前記フレーム部材が配置された領域内に表面実装される第２の表面実装部品と、
前記基板の前記フレーム部材が取り付けられた面側に配される１又は複数のキーボタンと、
少なくとも前記フレーム部材と前記キーボタンの間に配されるとともに、前記キーボタンを押下したときに当該キーボタンの押圧力を受ける第２の基板と、
を備えることを特徴とする電子装置。
【請求項７】
２つ以上の切欠部を有する基板と、
前記切欠部を結ぶライン以外の前記基板の片面又は両面に表面実装される１又は複数の表面実装部品と、
を備えることを特徴とする電子装置。
【請求項８】
前記電子装置は、携帯電話端末であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に表面実装部品が実装された電子装置に関し、特に、外部応力による表面実装部品と基板の間のはんだクラックの発生を防止することができる電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話端末の集積回路は、携帯電話端末の小型化、薄型化、高密度実装化に伴い、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイプのはんだボールを溶融し基板に接合させるものや、ＱＦＮ（クワッドフラットノンリードパッケージ）などリードレスのもので基板に接合させるものが増加している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのパッケージではリードレスのために基板とパッケージの間に応力が生じたときにはんだ付けパッド部で応力が緩和できず、はんだクラックを引き起こし導通が断たれるといった問題があった。
【０００４】
このような問題について図面を用いて説明すると、図５に示すように基板１０１の法線方向（板面に対する垂直方向）から見て表面側のＩＣパッケージ１０２が表面実装された領域から全体又は一部がはみ出すように裏面側のＩＣパッケージ１０３を表面実装した場合や、図７に示すように基板１０１の法線方向から見て表面側のＩＣパッケージ１０２が表面実装された２つの領域の間に裏面側のＩＣパッケージ１０３を表面実装した場合に、キーボタン１０５の強い押下力が働いたり、落下衝撃が発生したりすると、基板１０１とＩＣパッケージ１０３の間に応力が生じたときにＩＣパッケージのはんだ付けパッド部１０３ａで応力が緩和できず、はんだクラックを引き起こし、導通が断たれることがあった（図６及び図８参照）。
【０００５】
また、基板の片面実装の場合にＩＣパッケージを、所定間隔をあけて覆うとともに、ノイズのシールドを兼ねた金属製フレーム（例えば、図５の１０４、図６の１０４参照）などで補強を行って、はんだクラックの発生を防止し、導通を保つ場合がある。このようなフレームを基板に取り付ける場合、基板上へのシールド位置決めのスルーホールの作成などが必要となる。しかし、このようなフレームを基板の両面実装の場合に適用すると、基板の裏面側にフレームを取り付けるための基板のスルーホールと、基板表面側に実装されるＩＣパッケージに対応する導体パターンと、抵触する場合があり、高密度実装化された基板にシールドを取り付けることは設計上困難を伴うといった問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、外部応力による集積回路とプリント基板の間のはんだクラックの発生を防止し、導通を保つことができる電子装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点においては、電子装置において、基板と、前記基板の一方の板面上の所定の位置に表面実装される第１の表面実装部品と、前記第１の表面実装部品を所定の間隔をあけて覆うようにして前記基板に取り付けられるフレーム部材と、前記第１の表面実装部品が表面実装された面と反対側の面であって、前記基板の法線方向から見て前記フレーム部材が配置された領域内に表面実装される第２の表面実装部品と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１の表面実装部品を覆うフレーム部材の剛性によりフレーム部材で囲まれた領域の外側の領域で基板の撓みが発生するため、第２の表面実装部品の接続パッド部に掛かる応力を抑えることができる。また、第２の表面実装部品を、前記基板の法線方向から見て第１の表面実装部品が配置された領域内に表面実装すれば、第２の表面実装部品の接続パッド部に掛かる応力をより一層抑えることができる。
【０００９】
本発明の第２の視点においては、電子装置において、第１の基板と、前記第１の基板の一方の板面上の所定の位置に表面実装される第１の表面実装部品と、前記第１の表面実装部品を所定の間隔をあけて覆うようにして前記第１の基板に取り付けられるフレーム部材と、前記第１の表面実装部品が表面実装された面と反対側の面であって、前記第１の基板の法線方向から見て前記フレーム部材が配置された領域内に表面実装される第２の表面実装部品と、前記基板の前記フレーム部材が取り付けられた面側に配される１又は複数のキーボタンと、少なくとも前記フレーム部材と前記キーボタンの間に配されるとともに、前記キーボタンを押下したときに当該キーボタンの押圧力を受ける第２の基板と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、キーボタンの押圧力が強すぎて第２の基板が撓んでフレーム部材に押圧力が掛かったときでも、フレーム部材の剛性によりフレーム部材で囲まれた領域内での基板の撓みがほとんどないため、第１の表面実装部品だけでなく第２の表面実装部品の接続パッド部に掛かる応力を抑えることができる。
【００１１】
本発明の第３の視点においては、電子装置において、２つ以上の切欠部を有する基板と、前記切欠部を結ぶライン以外の前記基板の片面又は両面に表面実装される１又は複数の表面実装部品と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、基板において応力が掛かり易い領域（各切欠部を結ぶライン）が予めわかる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施携帯に係る電子装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。
【００１４】
この電子装置は、携帯電話端末、電話機、ファクシミリ、リモコン、ポータブルゲーム機、キーボードなどの完成製品や中間製品に用いられ（図１では携帯電話端末に関するもの）、基板１と、第１の表面実装部品２と、第２の表面実装部品３と、フレーム部材４と、を有する。
【００１５】
基板１は、高密度実装・高密度配線可能な多層基板、ＡＬＩＶＨ（Ａｎｙ　Ｌａｙｅｒ　Ｉｎｎｅｒ　Ｖｉａ　Ｈｏｌｅ）基板などのプリント配線基板（ＰＷＢ）である。基板１は、一方の板面（表面）の所定の位置に第１の表面実装部品２と電気的に接続させるための第１の導体パターン（図示せず）を有し、他方の板面（裏面）の所定の位置（第１の導体パターンが配される領域の裏側あたり）に第２の表面実装部品３と電気的に接続させるための第２の導体パターン（図示せず）を有する。基板１は、基板１の法線方向から見て第１の導体パターンが配される領域より外側の所定の位置にフレーム部材４を取り付けるための複数のスルーホール１ａを有するとともに、フレーム部材４をスルーホール１ａに取り付けたときにフレーム部材４の端面と当接する板面の所定の位置に、はんだ接合するための第３の導体パターン（図示せず）を有する。なお、基板１とフレーム部材４の端面は、はんだ以外にも接着剤によって接着してもよい。
【００１６】
第１の表面実装部品２は、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ　ＳＯＰ）、ＳＯＪ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｊ−ｌｅａｄｅｄ　ｐａｃｋａｇｅ）、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）などの周辺端子型パッケージ、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｎｏｎ−Ｌｅａｄｅｄ　Ｐａｃｋａｇｅ）、フリップチップなどのエリアアレイ端子型パッケージなどの表面実装部品であり、ＩＣ、ＬＳＩなどの１又は複数のデバイス素子を含む。第１の表面実装部品２は、はんだ、導電性ペースト、異方性導電材料、樹脂などの接続材料を用いて、基板１の第１の導体パターン上の対応する位置に表面実装される。
【００１７】
第２の表面実装部品３は、周辺端子型パッケージ、エリアアレイ端子型パッケージなどの表面実装部品であり、ＩＣ、ＬＳＩなどの１又は複数のデバイス素子を含む。第２の表面実装部品３は、基板１の法線方向から見てフレーム部材４の外形より小さく（好ましくは、第１の表面実装部品２と同じ外形若しくはそれより小さく）、基板１の法線方向から見たときのフレーム部材４の領域内であってプリント基板１の第２の導体パターン上の対応する位置に表面実装される。第２の表面実装部品３は、はんだ、導電性ペースト、異方性導電材料、樹脂などの接続材料を用いて、基板１と電気的に接続される。
【００１８】
フレーム部材４は、第１の表面実装部品２を補強する枠状部材であり、基板１のスルーホール１ａと対応する位置に当該スルーホール１ａに差し込まれる複数の突起部４ａ（図１では角部に４つ）を有する。突起部４ａ及びこれに対応するスルーホール１ａは、はんだにより接合される。フレーム部材４は、第１の表面実装部品２の厚み方向の表面及び側端面と離間して覆う（囲い込む）ようにして、基板１に実装される。フレーム部材４は、ノイズシールドを兼ねて金属製（ステンレス製）にする場合があり、表面にはんだメッキが施され、枠部分の端面とこれと当接する基板１の第３の導体パターンとは、はんだにより接合される。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例１について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００２０】
実施例１は、図１に示した第１の表面実装部品２、第２の表面実装部品３及びフレーム部材４が搭載された基板１を携帯電話端末に適用したときの一例である。実施例１では、第１の表面実装部品２にはＢＧＡタイプのＣＳＰを用いており、第２の表面実装部品３にはＱＦＮを用いている。
【００２１】
この携帯電話端末は、メイン基板１のフレーム部材４が取り付けられた板面をキー操作側に向けて携帯電話端末の筐体の中に収納されており、キーボタン５と、フロントケース６と、キー操作基板７と、メタルドーム８と、を有する。キーボタン５は、フロントケース６の外側から押下されるボタンである。フロントケース６は、キーボタン５、キー操作基板７、メタルドーム８等を収納する筐体である。キー操作基板７は、メイン基板１とキーボタン５の間に配され、キーボタン５を押下したときに当該キーボタン５の押圧力を受け、基板１にコネクタ等を介して接続される。メタルドーム８は、キーボタン５からの押下信号をキー操作基板７に伝達する。
【００２２】
実施例１の動作について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合であってキーボタンを押下したときの状態を模式的に示した部分断面図である。
【００２３】
実施例１による携帯電話端末の構成によると、キーボタン５が図３の矢印Ａ方向に押下された場合、その荷重によりメタルドーム８が撓み、メタルドーム８がキー操作基板７に接して信号を伝える。キーボタン５の押下力が非常に大きい場合は、キーボタン５に押されてキー操作基板７が撓み、撓んだキー操作基板７の底面がフレーム部材４に接し、フレーム部材４を通じて基板１が押下され、基板１は矢印Ｂ方向に撓む。
【００２４】
この場合、第１の表面実装部品２とフレーム部材４の剛性により、基板１におけるフレーム部材４が配された領域よりも外側の領域で撓みが発生し、基板１におけるフレーム部材４が配された領域内では撓みが抑えられる。第２の表面実装部品３は、第１の表面実装部品２とフレーム部材４よりも外形が小さく、しかも基板１におけるフレーム部材４が配された領域内に実装されているため、第２の表面実装部品３の接続パッド部３ａに応力がほとんど掛からない。
【００２５】
次に、本発明の実施例２について図面を用いて説明する。図４（ａ）は、比較例３に係る電子装置の構成を模式的に示した部分平面図である。図４（ｂ）は、本発明の実施例２に係る電子装置の構成を模式的に示した部分平面図である。
【００２６】
実施例２（図４（ｂ）参照）では、基板１には、フロントケースに設けられたボス（図示せず）に位置決めするために、複数の切欠部９、１０が設けられている。切欠部９の側端面と切欠部１０の側端面の最短距離となるライン付近では応力の掛かり易いライン１１が発生する。このライン１１上に表面実装部品１２を表面実装しないようにしたものである。ライン１１は、基板１の材質、厚さ、大きさ、重さ等によってライン幅が異なるが、例えば、携帯電話端末に適用されるものであれば最短距離となるラインから約３ｍｍ程度の幅である。なお、実施例２では基板は片面実装と両面実装の両方とも想定している。
【００２７】
実施例２では、基板１において切欠部９及び切欠部１０を結んだライン１１に応力が掛かり易いため、比較例に係る図４（ａ）のようにライン１１上の位置に表面実装部品１２を実装することを避け、実施例２に係る図４（ｂ）のようにライン１１以外の位置に表面実装部品１２を実装する。このような構成によれば、外部応力が装置に掛かったときに、かかる外部応力は、基板１におけるライン１１上に集中（誘導）され、基板１の弾性力によって吸収される。その結果、表面実装部品１２の接続パッド部（図示せず）に掛かる応力が抑えられ、表面実装部品１２のはんだクラックの発生を抑止できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
【００２９】
本発明の第１の効果は、キーボタンを連続的に強く押下されても、ＩＣパッケージのはんだクラックの発生を抑止できる。
【００３０】
その理由は、基板表面側に実装されたＩＣパッケージの真裏に、それより外形が小さいＩＣパッケージが基板裏面側に実装されているため、表面側のＩＣパッケージを覆うフレームの剛性によりフレームで囲まれた領域の外側の領域で基板の撓みが発生するため、裏面側のＩＣパッケージの接続パッド部に応力が掛からないためである。
【００３１】
本発明の第２の効果は、基板裏面側に実装されるＩＣパッケージの補強フレームが必要なくなり、実装面積および質量削減の効果がある。
【００３２】
その理由は、従来、両面実装になると基板上へのシールド位置決めの貫通穴の作成など実装に困難な場合があり（裏面側のＩＣパッケージにシールドを付けると位置決め用貫通穴を作成しなければならないため、その表面側のＩＣパッケージがあると基板に貫通穴が空けられない）、また、これには第１の効果にあるようにはんだクラックの発生を抑止できるため、補強フレームを必要としないからである。
【００３３】
本発明の第３の効果は、基板において応力が掛かり易いラインを予め設定しておき、当該ライン以外の位置にＩＣパッケージを実装することにより、ＩＣパッケージの接続パッド部に掛かる応力が抑えられ、ＩＣパッケージのはんだクラックの発生を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を模式的に示した分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合であってキーボタンを押下したときの状態を模式的に示した部分断面図である。
【図４】図４（ａ）は、比較例３に係る電子装置の構成を模式的に示した部分平面図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施例２に係る電子装置の構成を模式的に示した部分平面図である。
【図５】本発明の比較例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図６】本発明の比較例１に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合であってキーボタンを押下したときの状態を模式的に示した部分断面図である。
【図７】本発明の比較例２に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図８】本発明の比較例２に係る電子装置を携帯電話端末に適用した場合であってキーボタンを押下したときの状態を模式的に示した部分断面図である。
【符号の説明】
１、１０１　　基板
１ａ　穴
２、１０２　第１の表面実装部品（ＩＣパッケージ）
３、１０３　第２の表面実装部品（ＩＣパッケージ）
３ａ、１０３ａ　パッド部
４、１０４　フレーム部材
４ａ　突起部
５、１０５　キーボタン
６、１０６　フロントケース
７、１０７　キー操作基板
８、１０８　メタルドーム
９、１０　切欠部
１１　ライン
１２　表面実装部品
【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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