(57)【要約】【課題】電子部品と基板との間のはんだ接合が破断しているか否かを、確実に検知することが可能な電子回路基板を提供する。【解決手段】電子回路基板１は、基板本体１０と電子部品１１を接合するはんだ接合部１２の状態を、はんだ接合部１２に含まれる２点間で監視し、破断を検知する監視手段１３を備える。監視手段１３は、基板本体１０と電子部品１１との間のはんだ接合部のうち、一定以上の熱ストレスによって破断するはんだ接合部１２の状態を監視することが好ましい。【選択図】図１
2009257863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品をはんだ接合により基板上に搭載した電子回路基板において、該基板と該電子部品を接合するはんだ接合部の状態を、該はんだ接合部に含まれる２点間で監視し、破断を検知する監視手段を備えたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項２】
前記監視手段は、前記基板と前記電子部品との間のはんだ接合部のうち、一定以上の熱ストレスによって破断するはんだ接合部の状態を監視することを特徴とする請求項１に記載の電子回路基板。
【請求項３】
前記電子部品はマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子回路基板。
【請求項４】
前記監視手段を、前記マイクロプロセッサの４隅に位置するはんだ接合部にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項３に記載の電子回路基板。
【請求項５】
前記監視手段で破断が検知されたことを記憶する検知記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子回路基板。
【請求項６】
前記監視手段で破断が検知されたことを外部に発信する発信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板に関し、より詳細には、ガスメータ、水道メータ、集中監視装置などの屋外に設置する電子機器に搭載するのに適した電子回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板は、プリント基板等の絶縁処理を施した基板上に、電子部品がはんだ接合により接合されてなる。ところで、屋外設置の製品に搭載されている電子回路基板は、直射日光や雨、雪などの露天環境にさらされるため、寒暖差による熱ストレスが大きい。この熱ストレスにより、電子回路基板上では電子部品を接合しているはんだの破断が起こることがある。はんだ接合部に破断が発生した場合には、製品としての一機能又は全機能を果たさなくなり、製品の動作・機能停止として発見される。
【０００３】
特許文献１には、電子部品（回路部品）をはんだ付けで実装したプリント基板上に、電子部品の回路動作に影響しないダミー部品としての抵抗器をはんだ付け実装し、このダミー部品による監視を行うプリント基板が開示されている。特許文献１に記載のプリント基板は、このような構成により、はんだ付け部分の劣化を診断するための専門的な知識や特別な装置を必要とせずに、実装した電子部品のはんだ付け部分の劣化を診断することを可能にしている。
【特許文献１】特開２００５−１０９０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のプリント基板は、喩え、実際に機能させるために搭載された電子部品と同じ電子部品をダミー部品として搭載したとしても、その設置箇所が実際に機能させる電子部品とは異なるため、実際に機能させる電子部品とは破断する限界が異なる。また、ダミー部品を設けることで、コストアップや基板スペースの確保などの問題も生じる。
【０００５】
本発明は、上述のごとき実状に鑑みてなされたものであり、電子部品と基板との間のはんだ接合が破断しているか否かを、確実に検知することが可能な電子回路基板を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述のごとき課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、電子部品をはんだ接合により基板上に搭載した電子回路基板において、該基板と該電子部品を接合するはんだ接合部の状態を、該はんだ接合部に含まれる２点間で監視し、破断を検知する監視手段を備えたことを特徴としたものである。
【０００７】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記監視手段は、前記基板と前記電子部品との間のはんだ接合部のうち、一定以上の熱ストレスによって破断するはんだ接合部の状態を監視することを特徴としたものである。
【０００８】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記電子部品はマイクロプロセッサであることを特徴としたものである。
【０００９】
第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記監視手段を、前記マイクロプロセッサの４隅に位置するはんだ接合部にそれぞれ設けたことを特徴としたものである。
【００１０】
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれかの技術手段において、前記監視手段で破断が検知されたことを記憶する検知記憶手段を備えたことを特徴としたものである。
【００１１】
第６の技術手段は、第１〜第５のいずれかの技術手段において、前記監視手段で破断が検知されたことを外部に発信する発信手段を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子回路基板において、電子部品と基板との間のはんだ接合が破断しているか否かを、確実に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す一部断面図で、図中、１は電子回路基板である。本発明に係る電子回路基板１は、電子部品１１をはんだ接合により基板（基板本体と呼ぶ）１０上に搭載してなる。この電子回路基板１は、電子機器（電子機器製品）に搭載されるものであり、特にガスメータ、水道メータ、集中監視装置などの屋外に設置する電子機器に有用である。
【００１４】
図１では、はんだ接合が電子部品１１の突起電極（バンプ）１１ａにはんだ１２を付けてなされた例を挙げているが、これに限ったものではない。電子部品１１と基板本体１０とがはんだ１２で接合されていればよい。
【００１５】
本発明の主たる特徴として、電子回路基板１は、基板本体１０上に次の監視手段１３を備える。監視手段１３は、電子部品１１を接合するはんだ接合部１２の状態（はんだ接合状態）を、はんだ接合部１２に含まれる２点（Ａ点、Ｂ点とする）間で監視し、破断を検知する手段である。なお、図１においては、監視手段１３及びその配線を基板本体１０に図示していないが、上述したようにこの監視手段１３も電子部品１１と同様に基板本体１０の上に設けられている。
【００１６】
はんだ接合部１２の破断とは、電気的には接続（ショート）していたものが無接続（オープン）になることを指す。従って、監視手段１３は、１つのはんだ接合部１２の２点（Ａ点及びＢ点）間の電圧又は抵抗を定期的に計測して、電圧値又は抵抗値が急激に大きくなったときに、Ａ点とＢ点との間のはんだ接合が破断したと検知すればよい。２点のうちいずれか（この例ではＢ点）はＧＮＤ接続しておくとよい。また、監視手段１３は、一定間隔でパルス信号を発生させておき、そのパルス信号が確認できなくなったときに、Ａ点とＢ点との間のはんだ接合が破断したと検知してもよい。また、監視手段１３の設置数は監視対象のはんだ接合部１２の数と同じになる。
【００１７】
このように、本発明の電子回路基板１によれば、ダミー部品を用いず、実際に電子回路基板１上で機能する電子部品１１のはんだ接合部１２を監視対象とするため、電子部品１１と基板本体１０との間のはんだ接合が破断しているか否か、すなわちその電子回路基板１ではんだ接合が破断しているか否かを、確実に検知することができる。また、ダミー部品とその監視手段とを設けるより、監視手段１３のみを設けているため、コストダウンや基板スペースの確保もし易くなる。なお、監視した結果の報知等については後述する。
【００１８】
次に、監視対象とすることが好ましいはんだ接合部１２について説明する。はんだ接合部の破断は、温度変化などの熱ストレスによる電子部品１１と基板本体１０の熱膨張係数の違いから発生するため、熱膨張係数の違いが大きく、形状の大きい電子部品１１のはんだ接合部から先に破断する。このような経験則からや実際シミュレーションを用いた解析結果から、或いは、評価試験を行った結果などから、製品の電子回路基板１ではどの電子部品１１のどのはんだ接合部が最も早く破断するかという予測ができる。そして、そのようにして予測したはんだ接合部１２を監視対象としておくことが好ましい。
【００１９】
このように、監視手段１３は、基板本体１０と電子部品１１との間の複数のはんだ接合部のうち、一定以上の熱ストレスによって破断するはんだ接合部１２の状態を監視することが好ましい。このような監視手段１３により、製品に搭載する電子回路基板１上の他の箇所より最も早く、製品の他の動作・機能に異常が起こる前に、はんだ接合部１２の破断を検知することができる。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す上面図で、図１の電子回路基板１の一例を示す図である。図中、１２は監視対象の電子部品の一例としてのマイクロプロセッサであり、１３ａ〜１３ｄはそれぞれ図１の監視手段１３を指し、また１２ａ〜１２ｄはそれぞれ監視手段１３ａ〜１３ｄの監視対象となるはんだ接合部（図１の監視手段１３）を指す。他の構成要素は図１と同じ符号で示している。
【００２１】
図２で例示する電子回路基板１は、マイクロプロセッサ１１が基板本体１０上にはんだ接合されている。そのうち、４隅にある電極ピンに接合されたはんだ接合部１２ａ〜１２ｄにのみ、それぞれの監視手段１３ａ〜１３ｄが接続されている。
【００２２】
電子回路基板１のようにマイクロプロセッサ１１が搭載されている場合には、マイクロプロセッサ１１が特に重要な機能をその電子回路基板１で果たす電子部品であるとともに、搭載されている電子部品の中では大きな部品の一つである。図２の電子回路基板１のように、使用している電子部品の中で、特に監視する電子部品（この例ではマイクロプロセッサ１１）を決めて監視を行うことが好ましい。また、マイクロプロセッサ１１の形状は四角形であり、熱ストレスによる応力は４つの頂点（４隅）に近い電極ピンのはんだ接合部１２ａ〜１２ｄが最も大きくなる。そのため、はんだ接合部１２ａ〜１２ｄにそれぞれの監視手段１３ａ〜１３ｄを接続して監視対象としている。このように、電子部品の中でも特に監視する箇所を設定してはんだ接合の破断を監視することが好ましい。このような監視により、重要部品であるマイクロプロセッサ１１が故障するまでの時間が精度よく推定できる。
【００２３】
このように、マイクロプロセッサ１１のはんだ接合部を監視対象としているので、熱ストレスによる破断を予測したはんだ接合部がマイクロプロセッサ１１のはんだ接合部（この例でははんだ接合部１２ａ〜１２ｄ）であった場合には、フェイルセーフとして信頼性向上につながる。
【００２４】
一方、熱ストレスによる破断を予測したはんだ接合部がマイクロプロセッサ１１以外の電子部品である場合には、予測したはんだ接合部とはんだ接合部１２ａ〜１２ｄとの想定応力の違いに応じて、例えば電圧値や抵抗値が「破断」と検知される値から所定値手前の値を示したときに、破断を予測したはんだ接合部の破断が推測できるため、信頼性が向上する。また、マイクロプロセッサ１１のはんだ接合部１２ａ〜１２ｄが電子回路基板１上で最も早く破断する場所で無い場合でも、最も早く破断する他の電子部品のはんだ接合部と大きな部品であるマイクロプロセッサ１１の監視とを併用することで、信頼性の向上につながる。
【００２５】
次に、図３を参照して監視結果の報知について説明する。図３は、本発明の他の実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す図である。図中、１４は検知記憶手段、１５は発信手段であり、他の構成要素は図１及び図２と同じ符号で示している。なお、図３において、この監視手段１３には電子部品のはんだ接合部１２が接続されているものとする。
【００２６】
電子回路基板１は、図３に示すように、監視手段１３で破断が検知されたこと（破断検知情報）を記憶する検知記憶手段１４を備えることが好ましい。検知記憶手段１４は、監視手段１３に接続された不揮発性メモリ等のメモリ及びその記憶を制御する部位で構成できる。
【００２７】
例えば、監視対象がマイクロプロセッサのはんだ接合部であった場合には、その監視対象で且つ破断検知されたはんだ接合部に対応する電極ピンが電源ピンである場合を除き、そのマイクロプロセッサに監視結果を伝送すればよい。また、監視対象がマイクロプロセッサでなかった場合にも、電子回路基板１上にマイクロプロセッサが搭載されていればそこに監視結果を伝えればよい。いずれにも該当しない場合には、メモリを搭載した電子部品に、そのはんだ接合部が監視対象であるか否かを問わずに監視結果を伝送すればよい。このように検知記憶手段１４を設けることで、検知記憶手段１４から破断検知情報を読み出すことができるため、検知されてから時間が経過した後であってもはんだ接合部の破断が起こったことを認知することができる。
【００２８】
また、監視対象が複数のはんだ接合部であり、監視手段１３が複数設けられている場合には、検知記憶手段１４では監視手段１３を識別するための情報も破断検知情報として記憶しておくことで、修理の際に役に立つ。また、破断検知情報としては、発生時期（発生日時）も含むことが好ましい。日時は監視対象のはんだ接合部で接合された電子部品から取得してもよいし、その電子部品が日時を出力できない電子部品の場合には他の電子部品から取得すればよい。或いは別の電子回路基板から取得してもよい。
【００２９】
また、電子回路基板１は、図３に示すように、監視手段１３で破断が検知されたことを外部に発信する発信手段を備えることが好ましい。発信手段１５は、電子回路基板１上ではんだ接合部の破断が起きたことを、ユーザに知らせるための手段である。発信手段１５は、例えば、電話回線のモデムや無線通信インターフェースといった通信手段で構成してもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）点灯により警報信号として外部に発信させる手段、或いは警告音として外部に報知させる手段であってもよい。またＬＥＤは監視手段１３として搭載すれば発信手段１５としての役割も兼ねることができる。このような発信手段１５を備えることで、はんだ接合部の破断が電子回路基板１を観察することなく確認することができ、電子機器を実際に開ける前に対策を考えることも可能になる。
【００３０】
また、発信手段１５では、破断検知有りの発信と同時に、電子回路基板１上の他の箇所で破断が起こり得る可能性があることを発信してもよい。上述した最も早く破断することが予想される電子部品を監視対象とすることで、電子回路基板上の他のはんだ接合部、例えば、その電子部品の機能が停止すれば製品として致命的な故障となるはんだ接合部が破断する前に知ることができ、致命的な故障となる部品の機能が停止する前に対策を打つことも可能となる。
【００３１】
また、発信手段１５は検知記憶手段１４と併設する方が好ましい。これにより、検知記憶手段１４に１又は複数蓄積された破断検知情報を、必要な分だけ一度に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す一部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す上面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る電子回路基板の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…電子回路基板、１１…電子部品（マイクロプロセッサ等）、１１ａ…突起電極、１２ａ〜１２ｄ…はんだ接合部、１３，１３ａ〜１３ｄ…監視手段、１４…検知記憶手段、１５…発信手段。
【図１】
2009257863.tif 000003
【図２】
2009257863.tif 000004
【図３】
2009257863.tif 000005