JP2018098302A

JP2018098302A - 電子装置

Info

Publication number: JP2018098302A
Application number: JP2016239712A
Authority: JP
Inventors: 松本　栄一; Eiichi Matsumoto; 栄一松本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US20180168031A1

Abstract

【課題】クラックの発生を抑制するとともに電子部品との剥離を抑制できる電子装置を提供する。
【解決手段】この電子装置は、プリント基板と、プリント基板に実装される電子部品と、プリント基板と電子部品とを互いに電気的に接合するためのはんだ部と、を備える。さらに、電子部品およびはんだ部を覆うように封止する封止樹脂体を備え、はんだ部は、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下であり、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下であり、封止樹脂体は、硬化収縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下とされることにより、封止樹脂体の内側に向かう圧縮応力が電子部品およびはんだ部に印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品がはんだによりプリント基板に実装されてなる電子装置に関する。

電子装置において、プリント基板上に電子部品を実装するにあたり、はんだによる電気的な接続が一般に行われている。プリント基板および電子部品がおかれる環境によっては、はんだに冷熱負荷や振動、衝撃などの負荷が印加されることがある。これらの負荷ははんだにクラックを生じさせる原因となり、ひいては電子装置の信頼性の低下の原因となる。

特許文献１に記載の鉛フリーはんだ合金は、その組成を調整することによりはんだ中に金属間化合物を析出させ、クラックのはんだ内部への進展を阻止するようになっている。

特開２０１６−４７５５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のはんだは従来のはんだに較べて引張強度が大きくなる傾向にあり、プリント基板と電子部品との接合に供されると、経時劣化による電子部品の変形に対して剥離を生じる虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、クラックの発生を抑制するとともに電子部品との剥離を抑制できる電子装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、プリント基板（１０）と、プリント基板に実装される電子部品（４０）と、プリント基板と電子部品とを互いに電気的に接合するためのはんだ部（５０）と、を備える電子装置であって、さらに、電子部品およびはんだ部を覆うように封止する封止樹脂体（６０）を備え、はんだ部は、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下であり、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下であり、封止樹脂体は、硬化収縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下とされることにより、封止樹脂体の内側に向かう圧縮応力が電子部品およびはんだ部に印加されるものである。

これによれば、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下とされ、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下とされることにより、はんだ部のクラックの進展を抑制することができる。加えて、硬化収縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下とされた封止樹脂体を採用することで、前記はんだ部と前記電子部品との間で互いを押さえつけるような圧縮応力を印加することができるので、電子部品とはんだ部との間の剥離を抑制することができる。

第１実施形態にかかる電子装置の概略構成を示す断面図である。電極とはんだ部との間で作用する引張応力の時間変化を示す図である。第２実施形態にかかる電子装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明する。

この電子装置は、例えばモータなどの駆動機構を制御する電子制御装置であり、駆動機構と一体的にモジュールを構成するなどして過酷な冷熱環境に置かれることを想定する。

図１に示すように、電子装置１００は、板状のプリント基板１０と、プリント基板１０を保護するレジスト２０と、後述の電子部品４０が載置されるランド３０と、電子部品４０と、はんだ部５０と、封止樹脂体６０と、を備えている。

プリント基板１０は一般的に知られる絶縁基板であり、電子部品４０が実装される一面１０ａと、その裏面１０ｂとを有している。プリント基板１０は単層基板でも良いし多層基板でもよいが、本実施形態ではプリント基板１０を単層基板として説明する。

レジスト２０は、一面１０ａ上に塗布された絶縁材料体である。レジスト２０は電子部品４０の実装時において、一面１０ａ上の意図しない部分にはんだが付着しないようにするためのものである。電子部品４０が載置されるランド３０など、外部に露出して電気的接続を担う部分を除いてレジスト２０が形成される。換言すれば、電子部品４０は、一面１０ａにおいてレジスト２０が塗布されずに導体が露出した部分に接続される。

ランド３０は、プリント基板１０の一面１０ａ上に形成され、電子部品４０が載置される部分である。ランド３０と電子部品４０とは電気的に接続される。ランド３０は、図示しない配線やスルーホールに接続されることにより、その配線やスルーホールの先に接続された別の電子部品等とランド３０に載置された電子部品３０とを電気的に接続する。

電子部品４０は、例えば抵抗器やコンデンサなどであり、特に限定されないが、図１においては代表例としてチップ抵抗器を図示している。この電子部品４０は略直方体であり、長手方向の互いに対向する面に電極４１が形成されている。

はんだ部５０は例えば鉛フリーはんだにより形成された部分である。はんだ部５０はランド３０と電子部品４０における電極４１との間を仲介してランド３０と電子部品４０とを電気的に接続している。本実施形態におけるはんだ部を構成するはんだは、錫（Ｓｎ）のほか、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびニッケル（Ｎｉ）を含み、コバルト（Ｃｏ）やインジウム（Ｉｎ）が添加されている。なお、構成比率は、例えば、Ａｇが１．０〜４．５質量％、Ｃｕが０．６〜０，８質量％、Ｂｉが４〜５質量％、Ｓｂが２〜５質量％、Ｎｉが０．０４〜０.１２質量％、ＣｏおよびＩｎから選択された元素を少なくとも１種を合計で０．００〜０．０１質量％添加され残部がＳｎで構成されている。はんだ部５０は、ランド３０と電子部品４０とを接続した固体としての状態で、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下であり、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下となるように上記元素の組成が決定されている。

封止樹脂体５０は例えばエポキシ樹脂であり、適宜フィラーが添加されている。フィラーの種類は増量用にシリカ、難燃付与用に水酸化アルミニウムで構成され、６０〜７０質量％で添加されている。また、フィラー形状は粒径であり、その径は１０〜１００μｍ程度である。封止樹脂体５０は、少なくとも電子部品４０、電子部品４０が載置されたランド３０、電子部品４０とランド３０とを仲介するはんだ部５０をすべて覆うようにプリント基板１０を内包して形成されている。封止樹脂体５０は注型によって成形されており、硬化時に内包した要素を圧縮するような圧縮応力Ｆが作用する。特に、本実施形態における封止樹脂体５０は、硬化収縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下となり、線膨張係数が１３ｐｐｍ以上、且つ、１７ｐｐｍ以下になるようにフィラーの種類および添加量が調整される。なお、硬化収縮率とは、樹脂の硬化前後での体積変化率である。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る電子装置１００を採用することによる作用効果について説明する。

電子装置１００は、はんだ部５０が、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下であり、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下となるように組成が調整されている。これにより、従来のはんだをはんだ部に採用した形態に較べて耐久性を向上することができる。なお、従来のはんだは、錫（Ｓｎ）のほか、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）で構成され、その比率は例えば、Ａｇが３．０質量％、Ｃｕが０．５質量％、残部はＳｎである。また、上記比率で構成される、従来のはんだの引張強度は５３〜５５ＭＰa、破断伸びは５５〜５７％となるように組成が調整される。

一方で、本実施形態におけるはんだ部５０は、外部からの力学的作用が存在しない場合には電子部品４０における電極４１とはんだ部５０との間で剥離しようとする方向、すなわち引張方向に力が働く。例えば電子装置１００に封止樹脂体６０が形成されない状態で冷熱サイクル下に置かれると、図２に示すように、電極４１とはんだ部５０との間に作用する平均の引張応力は正側となる。つまり、電極４１とはんだ部５０との間で剥離が生じやすい。

これに対して、本実施形態における電子装置１００は封止樹脂体６０を有している。上記したように封止樹脂体６０は硬化圧縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下に設定されており、この場合の冷熱サイクルに係る引張応力は負側となり、その平均の大きさは略２ＭＰａとなる。これは、封止樹脂体６０が電子部品４０とはんだ部５０とを互いに押さえつける方向に作用しているのであり、電極４１とはんだ部５０との間で剥離を抑制することができる。

上記したように、本実施形態に係る電子装置１００を採用することにより、はんだ部５０に生じるクラックの発生を抑制しつつ、電極４１とはんだ部５０との間で剥離を抑制することができるのである。

さらに、本実施形態における封止樹脂体６０は、線膨張係数が１３ｐｐｍ以上、且つ、１７ｐｐｍ以下になるようにされている。一般的なプリント基板は線膨張係数が略１４ｐｐｍであるから、封止樹脂体６０の線膨張係数をプリント基板１０と略同一とすることができ、冷熱サイクル下において線膨張係数差に起因する剥離を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態における電子装置１１０は、第１実施形態における電子装置１００に対してプリント基板１０の構成が異なる。

電子装置１１０におけるプリント基板１０は、電子部品４０の実装面である一面１０ａ側に位置する実装基板１１と、裏面１０ｂ側に位置して実装基板１１を支持する支持基板１２と、を有している。実装基板１１は低弾性高伸び特性を有する可とう性低弾性樹脂と高耐熱性を有するエポキシ樹脂を５０〜８０の質量％程度含むように構成され、一面１０ａにおける弾性率が略８ＧＰａとされている。一方、支持基板１２はエポキシ樹脂、銅箔、ガラスクロスを主成分に構成され、弾性率は略１６ＧＰａである。

このように、プリント基板１０において、実装面を含む実装基板１１の弾性率を支持基板１２よりも小さくすることにより、プリント基板１０がはんだ部５０に対して作用する応力を小さくでき、はんだ部５０の変形を抑制できるので、はんだ部５０が電極４１に与える歪を抑制できる。これにより、はんだ部５０のクラック発生率をさらに低減することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態にように圧縮応力を電子部品４０およびはんだ部５０に対して作用させる封止樹脂体６０を有しない場合には、プリント基板１０の一面１０ａ上にフラックス残渣が存在するとはんだ部５０と電子部品４０における電極４１との間の剥離を誘発する虞があった。このように、フラックス残渣は存在しないことが好ましいものの、その洗浄工程は工数面に占める割合が大きく、コストへの影響が大きいので洗浄工程を省略することはメリットとなる。上記した各実施形態では、封止樹脂体６０が電子部品４０とはんだ部５０とを圧縮方向に押さえつけるので、多少のフラックス残渣は許容できる。換言すれば、フラックス残渣の洗浄工程を省略できる場合がある。

また、上記した各実施形態では、電子部品４０をチップ抵抗器として記載したが、電子部品４０の種類は問わない。

１０…プリント基板，２０…レジスト，３０…ランド，４０…電子部品，４０…はんだ部，６０…封止樹脂体

Claims

プリント基板（１０）と、前記プリント基板に実装される電子部品（４０）と、前記プリント基板と前記電子部品とを互いに電気的に接合するためのはんだ部（５０）と、を備える電子装置であって、
さらに、前記電子部品およびはんだ部を覆うように封止する封止樹脂体（６０）を備え、
前記はんだ部は、引張強度が１００ＭＰａ以上、且つ、１１０ＭＰａ以下であり、破断伸びが２１％以上、且つ、２４％以下であり、
前記封止樹脂体は、硬化収縮率が０．０５％以上、且つ、０．２０％以下とされることにより、前記封止樹脂体の内側に向かう圧縮応力が前記電子部品および前記はんだ部に印加される電子装置。
前記封止樹脂体は、線膨張係数が１３ｐｐｍ以上、且つ、１７ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の電子装置。
前記プリント基板は、前記電子部品が実装される実装基板（１１）と、前記実装基板を支持する支持基板（１２）とが積層されて形成され、前記実装基板は、前記支持基板よりも弾性率が小さい、請求項１または請求項２に記載の電子装置。
前記実装基板の弾性率は８ＧＰａである、請求項３に記載の電子装置。
前記封止樹脂体はエポキシ樹脂である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
前記プリント基板における前記電子部品が実装された面にフラックス残渣を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子装置。