(57)【要約】【課題】前述したコネクタピンにおいて、ビスマス（Ｂｉ）入り錫（Ｓｎ）系はんだで接合すると、コネクタ側の銅（Ｃｕ）とはんだ中の錫（Ｓｎ）が反応し、コネクタピン表層に厚い銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）化合物（主にＣｕ６Ｓｎ５）が成長することにより、はんだ中で過飽和になったビスマス（Ｂｉ）相が連続的に析出する。やがてビスマス（Ｂｉ）相はクラックの起点となり伝播するため、接合強度が低下する。【解決手段】電子制御装置の製造方法において、電子部品と、前記電子部品を実装する基板と、コネクタと、前記基板と前記コネクタとを接合するコネクタピンであって、その一部の表面に亜鉛（Ｚｎ）を含有するコネクタピンと、前記基板とを、ビスマス（Ｂｉ）を添加されたはんだを用いてフロープロセスにより接合する工程を有する電子制御装置の製造方法とする。【選択図】図１
2014175132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が実装された基板を備えた電子制御装置において、
前記基板にはコネクタが実装されており、
前記コネクタのコネクタピンはＣｕを母材とし、
前記基板と前記コネクタピンとはＢｉが添加されたはんだにより接合されており、
前記はんだと前記コネクタピンとの間にはＣｕ−Ｚｎ化合物層が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
前記はんだはＳｎを主体とする材料であって、添加されたＢｉの含有率が０．１重量％〜５７重量％であることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
【請求項３】
電子部品とコネクタが実装された基板を備えた電子制御装置の製造方法において、
前記電子部品が実装された基板に、母材をＣｕとし基板に挿入される部分の界面にＺｎ層、又はＳｎ−Ｚｎ層とＮｉ層を有する前記コネクタのコネクタピンを挿入するステップと、
前記挿入されたコネクタピンにＢｉを添加された溶融状態の噴流はんだを付着させてはんだ接合するステップと、
を有することを特徴とする電子制御装置の製造方法。
【請求項４】
前記コネクタピンのはんだ接合された部分近傍の亜鉛含有率が０．７５％以上であることを特徴とする請求項３記載の電子制御装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板と前記電子部品が、上部筐体と下部筐体とコネクタとによって封止されていることを特徴とする請求項３又は４いずれか記載の電子制御装置の製造方法。
【請求項６】
前記上部筐体と前記コネクタとが予め一体形成されていることを特徴とする請求項３乃至５いずれか記載の電子制御装置の製造方法。
【請求項７】
前記上部筐体と前記コネクタとが融点を２５０℃以下とする樹脂を主体とする材料で構成されていることを特徴とする請求項３乃至６いずれか記載の電子制御装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御装置及びその製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、エンジンや電子機器などを制御する様々な電子制御装置が搭載されている。電子制御装置は主に下部筐体、上部筐体、コネクタ、基板、電子部品から成り、電子機器の低コスト化のためにカバーとコネクタを樹脂で製造する場合がある。コネクタと基板の接合は、コネクタピンと基板をフロープロセスというはんだ接合方法で接合されるが、この際、樹脂製のコネクタと上部筐体がフロープロセス中に加熱されて軟化し、変形することがある。そこで、フロープロセスで軟化するような前記樹脂部品を電子制御装置に使う場合には、従来はんだより低融点なはんだを用いて、接合時に樹脂製のコネクタと上部筐体が軟化しないように、周囲の温度上昇を抑制する必要がある。はんだの低融点化には錫(Ｓｎ)系はんだへのビスマス（Ｂｉ）添加が効果的であることが知られている。だが、Ｂｉ含有量の多いＳｎ系はんだで接合された接合部は、接合強度が低下したり、リフトオフが発生するため、低融点はんだを用いるためには、このような事象を抑制することが重要である。
【０００３】
強度を向上させる技術としては、アルミニウム(Ａｌ)を主成分とするコネクタピンの表層に亜鉛（Ｚｎ）層、銅（Ｃｕ）層を順番に形成し、最表面に錫(Ｓｎ)層を形成することで接合強度を向上するもの（特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術には、次のような課題があることが本発明者により見出された。前述したコネクタピンにおいて、主成分のアルミニウム(Ａｌ)は銅（Ｃｕ）より熱伝導率が劣るため、コネクタピンを介した放熱性が不十分となってしまう。また、アルミニウム(Ａｌ)側からアルミニウム(Ａｌ)／亜鉛（Ｚｎ）／銅（Ｃｕ）／錫(Ｓｎ)と形成するため、ビスマス（Ｂｉ）入り錫(Ｓｎ)系はんだで接合すると、コネクタ側の銅（Ｃｕ）／錫(Ｓｎ)とはんだ中の錫(Ｓｎ)が反応し、コネクタピン表層に厚い銅（Ｃｕ）−錫(Ｓｎ)化合物（主にＣｕ６Ｓｎ５）が成長することにより、はんだ中で過飽和になったビスマス（Ｂｉ）相が連続的に析出する。やがてビスマス（Ｂｉ）相はクラックの起点となり伝播するため、接合強度が低下してしまう。
【０００６】
そこで本発明の目的は、電子制御装置のコネクタピンをビスマス（Ｂｉ）添加により低融点化した低融点はんだで接合しても強度劣化せず、信頼性の高い電子制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、電子制御装置の製造方法において、電子部品と、前記電子部品を実装する基板と、コネクタと、前記基板と前記コネクタとを接合するコネクタピンであって、その一部の表面に亜鉛（Ｚｎ）を含有するコネクタピンと、前記基板とを、ビスマス（Ｂｉ）を添加されたはんだを用いてフロープロセスにより接合する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電子制御装置のコネクタピンを低融点はんだで接合しても強度劣化せず、信頼性の高い電子制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による電子制御装置の製造方法における構成の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１のコネクタ、およびコネクタピンの断面の一例を示す説明図である。
【図３】図１の電子制御装置における製造工程の例を示す説明図である。
【図４】図３に続く説明図である。
【図５】図４に続く説明図である。
【図６】図５に続く説明図である。
【図７】図１の電子制御装置におけるコネクタピン接合部とその周辺の断面の一例を示す説明図である。
【図８】はんだ接合部界面とその近傍で起こる事象の説明図である。
【図９】はんだ接合部界面とその近傍で起こる事象の説明図である。
【図１０】はんだ接合部近傍の亜鉛含有率と接合強度劣化率を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による電子制御装置の製造方法における構成の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
（実施の形態１）  
図１は、本発明の実施の形態１による電子制御装置の製造方法における構成の一例を示す断面模式図である。
【００１２】
本実施の形態１における電子制御装置は、例えば、自動車などに搭載され、エンジンや電子機器などの各種制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ)である。電子制御装置には、図１に示すように、基板１０が設けられている。
【００１３】
この基板の主面には、電子部品（例えば電子部品６〜９）およびコネクタ２がはんだ５で実装されている。なお、図１では、電子部品（例えば電子部品６〜９）のみを記載しているが、基板には、電子部品（例えば電子部品６〜９）以外にも、図示しない複数の電子部品が搭載されている。
【００１４】
電子部品６は、例えば、抵抗、およびコンデンサなどの電子部品である。電子部品７は、例えば、マイクロコンピュータなどの電子部品である。電子部品８は、例えば、電界コンデンサなどの電子部品である。電子部品９は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの半導体集積回路装置からなり、例えば、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）などのパッケージ形状からなる。コネクタ２は主に、銅（Ｃｕ）を主成分とし、その表面の一部に亜鉛（Ｚｎ）を含有する合金、あるいは、その表面にＳｎ−Ｚｎ層を形成、あるいはＮｉ層、Ｓｎ−Ｚｎ層を順に形成、あるいはＺｎ層、Ｓｎ層を順に形成されているコネクタピン４とＰＢＴ（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＡ（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ）などを主成分とする樹脂などからなる。基板に搭載されている図示しない電子部品は、例えば、パワー半導体などである。
【００１５】
基板１０は上部筐体１、下部筐体１１、コネクタ２で覆われており、上部筐体１、および下部筐体１１は例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、またはアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）などを主成分とする合金、あるいは、ＰＢＴ（）、ＰＰ、ＰＡ、ＰＰＳなどを主成分とする樹脂などからなる。
【００１６】
はんだ５は錫（Ｓｎ）を主体とする材料であって、添加するビスマス（Ｂｉ）含有率が０．１重量％以上５７％重量以下である。
【００１７】
電子部品（例えば電子部品６〜９）、コネクタ２を実装した基板は接着剤３で上部筐体１と下部筐体１１に覆われている。接着剤３はシリコーンなどを主成分とする樹脂などからなる。
【００１８】
図２は、図１のコネクタ２、およびコネクタピン４の断面の一例を示す説明図である。
【００１９】
コネクタ２は例えば、ＰＢＴ、ＰＡ、ＰＰＳなどを主成分とする樹脂などからなる。コネクタピン４は例えば、銅（Ｃｕ）１２を主体とする材料であって、コネクタピン４表面のうち、少なくともはんだ接合後、はんだと接する領域には次の方法で亜鉛（Ｚｎ）含有層１３を形成する。亜鉛含有層１３は例えば、錫（Ｓｎ）−亜鉛（Ｚｎ）層であり、又はニッケル（Ｎｉ）層、錫（Ｓｎ）−亜鉛（Ｚｎ）層を順に形成したものであったり、あるいは亜鉛（Ｚｎ）層、錫（Ｓｎ）層を順に形成したものである。
【００２０】
〈電子制御装置の製造工程例〉
次に、図１の電子制御装置における製造工程の一例について説明する。
図３は、図１の電子制御装置における製造工程の一例を示す説明図である。図４は、図３に続く説明図であり、図５は、図４に続く説明図であり、図６は、図５に続く説明図である。
【００２１】
まず、電子部品（例えば電子部品６〜９）と基板１０を準備し、図３に示すように、電子部品（例えば電子部品６〜９）の外部接続端子が接続される基板１０の電極に、例えば、はんだ印刷機などによる印刷やディスペンサによるはんだペーストの塗布などによってはんだを形成する。
【００２２】
続いて、電子部品（例えば電子部品６〜９）を搭載するマウンタによって基板１０の電極上に形成されたはんだ上に電子部品（例えば電子部品６〜９）の外部電極が接するように搭載され、はんだ付け装置によって電子部品（例えば電子部品６〜９）のはんだ付けが行われる。
【００２３】
このはんだ付け装置によるはんだ付けは、例えば、加熱することによってはんだを溶融させて接合する、いわゆるはんだリフローなどによって行われる。
【００２４】
電子部品（例えば電子部品６〜９）のはんだ付けが終了すると、図４に示すように、コネクタ２のコネクタピン４を基板１０に形成された穴に挿入し、基板１０下方から溶融状態の噴流はんだを用いて接合する、いわゆるフロープロセスなどによって基板１０に形成されている電極１５とコネクタピン４の接合が行われる。接合後の接合部とその周辺の拡大図を図７に示す。基板１０に形成されている電極１５とコネクタピン４がはんだ５で接合されている。コネクタピン４表面には亜鉛（Ｚｎ）含有層１３が形成されているため、はんだで接合された後の接合部界面とその近傍は図８に示すように、コネクタピン４の内側から順に銅（Ｃｕ）層１２、Ｃｕ６Ｓｎ５層１６、Ｃｕ５Ｚｎ８層１９、はんだ５、となる。従来、コネクタピン４表面に亜鉛（Ｚｎ）含有層１３を形成せずにはんだで接合しており、その接合部界面とその近傍は図９に示すように、コネクタピン４の内側から順に銅（Ｃｕ）層１２、Ｃｕ３Ｓｎ層１７、Ｃｕ６Ｓｎ５層１６、はんだ５、となり、時間が経つにつれて銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）が少しずつ反応していき、接合部界面に生成するＣｕ６Ｓｎ５層１６が厚く成長することではんだ中の錫（Ｓｎ）の割合が小さいなり、過飽和になったビスマス（Ｂｉ）１８が析出する。その結果、ビスマス（Ｂｉ）１８は脆いため、ビスマス（Ｂｉ）１８析出エリアでクラックが発生しやすくなり、接合部の特性劣化につながる。
【００２５】
そこで本発明では、銅（Ｃｕ）と反応しやすい金属である亜鉛（Ｚｎ）を使い、銅（Ｃｕ）１２をの表面に亜鉛（Ｚｎ）含有層１３を形成しておくことで、図８に示すように、フロープロセスを通じて接合部界面にＣｕ５Ｚｎ８層１９を形成する。これにより、銅（Ｃｕ）とはんだ中の錫（Ｓｎ）との反応を抑制し、はんだ中で析出するビスマス（Ｂｉ）１８の量を減らして、接合部の特性劣化を抑制することが可能となる。
【００２６】
図１０は接合部の亜鉛含有率と接合強度劣化率を示した図である。接合強度劣化率とは、接合部に亜鉛を含まない場合に引張り試験で得られる接合強度に対し、接合部の亜鉛含有量の違いによる接合強度の劣化率を表したものである。接合部の亜鉛含有率が１重量％に達すると接合強度が劣化しなくなることがわかる。そこで、コネクタピン４表面に形成する亜鉛（Ｚｎ）含有層の厚さは、接合部界面近傍の亜鉛（Ｚｎ）含有率がおおよそ０．７５重量％〜１重量％より多くなるように設定することが重要である。
【００２７】
そして、図５に示すように、下部筐体１１上のコネクタ２搭載部に接着剤３をディスペンサなどを用いて塗布し、図４の状態の基板１０およびコネクタ２を下部筐体１１に搭載した後、コネクタ２の上部筐体１と接着する箇所と、下部筐体１１の周辺部に接着剤３をディスペンサなどを用いて塗布し、図６に示すように上部筐体１を搭載後、ヒータなどによって加熱することにより下部筐体１１とコネクタ２および上部筐体１、コネクタ２と上部筐体１とを接着し封止する。これにより、図１に示す電子制御装置の製造が終了となる。
【００２８】
なお、本実施例ではコネクタピン４のみに亜鉛（Ｚｎ）含有層を形成したが、基板１０に形成する電極１５表面にも形成してもよい。ただし、フロープロセスに使うはんだに亜鉛（Ｚｎ）を含有させると、亜鉛（Ｚｎ）が容易に酸化するため溶融状態のはんだが短期間に酸化し、フロープロセスで使えなくなるので、フロープロセスで使うはんだ内に亜鉛（Ｚｎ）を混入するのは避けた方がよい。
【００２９】
（実施の形態２）
〈電子制御装置の構成例〉
本実施の形態２において、電子制御装置は、前記実施の形態１の図１と同様の構成となっており、異なるところは、図１１に示すように、コネクタ２と上部筐体１を一体成型して作製したコネクタ一体上部筐体１４を用いている点である。
【００３０】
コネクタ一体上部筐体１４は例えば、ＰＢＴ、ＰＰ、ＰＡ、ＰＰＳなどを主成分とする樹脂などからなる。コネクタ２と上部筐体１を一体成型することでコネクタ２と上部筐体１とを接着する必要がないので、接着剤使用量の減少と接着剤塗布時間を削減できるため、低コスト化できる。また、この実施例のようにコネクタ２と上部筐体１とを一体成型している場合には、筐体がフロープロセスによる熱で変形してしまわないように低融点はんだを用いることが望まれるため、特に本発明の実施が効果を発揮する。本実施例の製造工程については、予めコネクタ２と筐体とが一体形成されている点以外は実施例１と基本的に同様である。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
１  上部筐体
２  コネクタ
３  接着剤
４  コネクタピン
５  はんだ
６  電子部品
７  電子部品
８  電子部品
９  電子部品
１０  基板
１１  下部筐体
１２  Ｃｕ層
１３  Ｚｎ含有層（Ｚｎ層、Ｓｎ−Ｚｎ層、Ｎｉ層とＳｎ−Ｚｎ層のいずれか）
１４  コネクタ一体上部筐体
１５  電極
１６  Ｃｕ６Ｓｎ５層
１７  Ｃｕ３Ｓｎ層
１８  Ｂｉ
１９  Ｃｕ５Ｚｎ８層
【図１】
2014175132.tif 000003
【図２】
2014175132.tif 000004
【図３】
2014175132.tif 000005
【図４】
2014175132.tif 000006
【図５】
2014175132.tif 000007
【図６】
2014175132.tif 000008
【図７】
2014175132.tif 000009
【図８】
2014175132.tif 000010
【図９】
2014175132.tif 000011
【図１０】
2014175132.tif 000012
【図１１】
2014175132.tif 000013