(57)【要約】【課題】樹脂に添加するフィラが樹脂硬化の際に沈降する場合でも、はんだ実装した電子部品の応力の影響によるはんだ寿命の低下を抑制できる電子装置および電子装置の製造方法を提供する。【解決手段】両面に電子部品３、４をはんだ５、６で実装したプリント基板２の裏面２ｂ側に、予め第２封止部８が形成される。電子部品４を覆う第１樹脂層８ａの上に第２樹脂層８ｂが積層される。筐体１の凹部１ａにプリント基板２が表面２ａを上にして配置される。第１および第３封止部７、９は、筐体１の凹部１ａ、１ｂに液状樹脂を供給して形成される。第１樹脂層７ａは電子部品３の部分を覆う。第１樹脂層７ａ、８ａは、フィラ７ｃ、８ｃが沈降して熱膨張係数が第２樹脂層７ｂ、８ｂよりも小さい。電子部品３、４のはんだ５、６に対する応力を低減してはんだクラック率を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品（３、４）がはんだ（５、６）を用いて実装されたプリント基板（２、２０）と、
前記プリント基板が格納される筐体（１）と、
前記筐体内に形成され、前記プリント基板の両面に前記電子部品を含む部分を覆う第１樹脂層（７ａ、８ａ）および前記第１樹脂層に接する第２樹脂層（７ｂ、８ｂ）を有する第１封止部（７）および第２封止部（８）とを備え、
前記第１および第２封止部は、添加材（７ｃ、８ｃ）の沈降により、前記第１樹脂層の線膨張率が、前記第２樹脂層の線膨張率よりも小さくなるように形成されている電子装置。
【請求項２】
前記第１樹脂層は、線膨張率が２０ｐｐｍ以下に設定されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とは、同一の材料から成る請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記プリント基板（２０）は、基材の弾性率が５〜１５ＧＰａの範囲に設定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記プリント基板の一方の面には、前記電子部品を囲む枠状部材（１２）が設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項６】
電子部品（３、４）がはんだ（５、６）を用いて実装されたプリント基板（２、２０）を筐体内に格納し、前記プリント基板を封止部で覆うように形成する電子装置の製造方法において、
前記プリント基板の一方の面に、前記電子部品を覆う高さで液状樹脂を充填し、前記液状樹脂を硬化させて下層に第１樹脂層（８ａ）およびその上層に第２樹脂層（８ｂ）を有する第２封止部（８）を形成する過程と、
前記プリント基板を、前記第２封止部を下側に向けて前記筐体内に組み付ける過程と、
前記筐体内に液状樹脂を充填し、前記液状樹脂を硬化させて前記プリント基板の他方の面と接する第１樹脂層（７ａ）および前記第１樹脂層に積層される第２樹脂層（７ｂ）を有する第１封止部（７）を形成するとともに、前記プリント基板の一方の面に形成された前記第２封止部を覆うように第３封止部（９）を形成する過程とを備え、
前記第１および第２封止部の前記第１樹脂層の線膨張率は、添加材の沈降により、前記第２樹脂層の線膨張率よりも小さくなるように形成される電子装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１封止部および前記第２封止部の前記第１樹脂層の線膨張率は、いずれも２０ｐｐｍ以下となるように形成する請求項６に記載の電子装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とは、同一の材料から成る請求項６または７に記載の電子装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２封止部を形成する過程に先立って、前記プリント基板の一方の面に前記電子部品を囲む枠状部材（１１、１２）を設ける過程を設けた請求項６から８のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置および電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置として、プリント基板などに電子部品を実装してケース内に配置した状態で樹脂封止をする構成のものがある。樹脂封止をするのは、電子部品を実装したプリント基板を樹脂で封止することで、防水、防塵、耐振動性を向上させるためである。この場合、一般に封止樹脂では、密着させるプリント基板・はんだ・ケースとの熱膨張による歪みを小さくするため、樹脂に無機フィラを添加している。
【０００３】
しかしながら、樹脂層として液状封止材を用いる場合に、ケース内への樹脂注入から硬化までの間に、そのフィラが沈降するため、樹脂上面にはフィラを含まない層が形成されることがある。プリント基板に電子部品を両面実装で配置する電子装置を樹脂封止する場合には、プリント基板の裏面側すなわち下面側では、樹脂とプリント基板の界面にフィラを含まない層が形成される。このため、フィラを含まない樹脂層の熱膨張の歪みが大きく、電子部品を実装する部分に設けているはんだは、寿命が低下しやすくなるという課題がある。
【０００４】
これに対して材料組成を変更することにより、樹脂中のフィラの沈降を抑制することができるようにした技術がある。しかし、完全に樹脂上面のフィラの沈降を抑制することは難しく、しかも、コスト面でも実用化には課題が残るものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０３４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、樹脂に添加するフィラが樹脂硬化の際に沈降する場合でも、はんだ実装した電子部品の応力の影響によるはんだ寿命の低下を抑制できるようにした電子装置および電子装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の電子装置は、電子部品がはんだを用いて実装されたプリント基板と、前記プリント基板が格納される筐体と、前記筐体内に形成され、前記プリント基板の両面に前記電子部品を含む部分を覆う第１樹脂層および前記第１樹脂層に接する第２樹脂層を有する第１封止部および第２封止部とを備え、前記第１および第２封止部は、添加材の沈降により、前記第１樹脂層の線膨張率が、前記第２樹脂層の線膨張率よりも小さくなるように形成されている。
【０００８】
上記構成を採用することにより、プリント基板の両面に実装した電子部品は、第１封止部および第２封止部により樹脂封止する場合に、いずれの電子部品も添加材の沈降によって線膨張率が小さく設定された第１樹脂層で覆うように形成されているので、電子部品を実装するためのはんだの劣化による不具合の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態を示す縦断側面図
【図２】作用説明図（その１）
【図３】作用説明図（その２）
【図４】製造工程の説明図（その１）
【図５】製造工程の説明図（その２）
【図６】製造工程の説明図（その３）
【図７】製造工程の説明図（その４）
【図８】製造工程の説明図（その５）
【図９】第２実施形態を示す縦断側面図
【図１０】製造工程の説明図（その１）
【図１１】製造工程の説明図（その２）
【図１２】製造工程の説明図（その３）
【図１３】第３実施形態を示す縦断側面図
【図１４】プリント基板の縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
電子装置の全体構成の断面を示す図１において、筐体１は、上面が開口された矩形容器状をなす樹脂製のもので、内部には２段に凹部１ａ、１ｂが形成される。開口側の凹部１ａの底部に凹部１ａよりも開口が狭い凹部１ｂが設けられている。凹部１ａと凹部１ｂとの間に、プリント基板２を載置可能な段差部が形成される。プリント基板２には、表面２ａに複数の電子部品３が実装され、裏面２ｂに複数の電子部品４が実装されている。プリント基板２は、例えば弾性率が１６ＧＰａ程度の材料で形成されている。
【００１１】
電子部品３、４は、図１ではそれぞれ１個を代表で示しているが、複数個実装されている。電子部品３、４は、トランジスタ、抵抗、コイル、コンデンサなどの種々の電子部品であり、ここでは、後述するように、それぞれはんだ５、６により面実装されている。プリント基板２は、筐体１の凹部１ａ内に格納され、上面２ａは凹部１ａ内、下面２ｂは凹部１ｂ内にそれぞれ面する状態とされている。
【００１２】
筐体１の凹部１ａ内には第１封止部７が充填形成され、凹部１ｂ内には第２封止部８および第３封止部９が形成されている。第１封止部７、第２封止部８、第３封止部９は、エポキシなどの液状樹脂にシリカなどの同じ材料からなるフィラ７ｃ、８ｃ、９ｃをそれぞれに添加材として添加したもので、同一の材料である液状樹脂を充填した状態で硬化させて形成されている。なお、第１封止部７および第３封止部９は後述するように同一の工程で形成される。
【００１３】
第２封止部８は、プリント基板２の裏面２ｂ側の表面に実装された電子部品４を覆うように設けられ、この裏面２ｂに接する部分が、第１樹脂層８ａとして形成され、この第１樹脂層８ａに重なるように第２樹脂層８ｂが形成されている。第１樹脂層８ａにはフィラ８ｃが多く充填され、第２樹脂層８ｂにはフィラ８ｃがほとんど含まれていない。
【００１４】
第１封止部７および第３封止部９は、同じく後述するように、プリント基板２の表面２ａを上にして、筐体１内に載置した状態で液状樹脂を凹部１ａ、１ｂ内に充填して硬化形成している。第１封止部７は、凹部１ａ内に形成され、プリント基板２の表面２ａおよび電子部品３を覆うように第１樹脂層７ａが形成され、この上部に接するように第２樹脂層７ｂが形成されている。第１封止部７に添加されたフィラ７ｃは硬化時に沈降するので、第１樹脂層７ａにはフィラ７ｃが多く充填され、第２樹脂層７ｂにはフィラ７ｃがほとんど含まれていない状態となっている。
【００１５】
同様に、第３封止部９は、凹部１ｂ内に形成されるが、筐体１の内底面部に第１樹脂層９ａが形成され、この上部に第２樹脂層９ｂが形成されている。第３封止部９に添加されたフィラ９ｃは硬化時に沈降し、凹部１ａ内からはフィラ７ｃがほとんど供給されないので、第１樹脂層９ａにはフィラ９ｃが多く充填され、第２樹脂層９ｂにはフィラ９ｃがほとんど含まれない状態となっている。なお、この状態で、プリント基板２の裏面２ｂおよび電子部品４を覆う部分には、第２封止部８の第１樹脂層８ａが形成されているので、第２樹脂層９ｂは、第２封止部８を除いた領域を充填するように形成されている。
【００１６】
上記構成において、第１封止部７、第２封止部８、第３封止部９においては、それぞれフィラ７ｃ、８ｃ、９ｃが多く含有された部分つまり第１樹脂層７ａ、８ａ、９ａでは、線膨張率αが２０ｐｐｍ以下となっている。これに対して、第２樹脂層７ｂ、８ｂ、９ｂでは、線膨張率αが２０ｐｐｍ以下とならず、２０ｐｐｍを超えて例えば５０ｐｐｍの範囲に及ぶ大きい値となっている。すなわち、フィラ７ｃ、８ｃ、９ｃが含有されているか否かによって線膨張率αの大きさに大きな差が発生する。第２樹脂層７ｂ、８ｂ、９ｂは、樹脂硬化の過程でフィラ７ｃ、８ｃ、９ｃが沈降することで、フィラ７ｃ、８ｃ、９ｃがほとんど含まれない状態となり、線膨張率αが大きくなる傾向にある。
【００１７】
この構成においては、筐体１内におけるプリント基板２は、表面２ａおよび裏面２ｂのそれぞれに実装されている電子部品３、４は、いずれも第１封止部７、第２封止部８の第１樹脂層７ａ、８ａにより覆われた状態に設けられている。つまり、電子部品３、４が実装された部分には、フィラ７ｃ、８ｃが充填された線膨張率αが２０ｐｐｍ以下の第１樹脂層７ａ、８ａが設けられている。
【００１８】
図２および図３は、プリント基板２に実装した電子部品３および４の近傍の第１封止部７、第２封止部８について、その構成を断面で模式的に示している。プリント基板２には、表面２ａに電子部品３、裏面２ｂに電子部品４がそれぞれはんだ５、６により面実装されている。この場合、プリント基板２には、表面２ａおよび裏面２ｂに、銅箔などをパターニングして形成したランド５ａ、６ａが電子部品３、４に対応して配置されている。電子部品３および４は、それぞれの電極３ａ、４ａとプリント基板２のランド５ａ、６ａとの間を、はんだ５、６により電気的に接続された状態に実装されている。
【００１９】
図２に示すように、第２封止部８は、プリント基板２の裏面２ｂを上向きに配置し、上から液状樹脂を供給配置して硬化させて形成している。このとき、電子部品４を配置した領域は、後述するように、液状樹脂が流れないように囲いが装着されている。フィラ８ｃを添加した液状樹脂をプリント基板２の裏面２ｂ上に供給配置して硬化する際に、液状樹脂内に包含されている気泡８ｄは上方に浮かびあがり、フィラ８ｃは重力により沈降する傾向にある。
【００２０】
これにより、硬化後の第２封止部８は、気泡８ｄが少なくフィラ８ｃが多く充填された第１樹脂層８ａと、フィラ８ｃが少ない第２樹脂層８ｂとが積層した状態に形成される。この場合、第１樹脂層８ａは、電子部品４およびこれを実装するためのはんだ６を内包した状態に形成されている。
【００２１】
次に、図３に示すように、第１封止部７は、プリント基板２の表面２ａを上向きにして筐体１内に配置し、上から液状樹脂を供給配置して硬化させて形成している。フィラ７ｃを添加した液状樹脂をプリント基板２の裏面２ｂ上に供給配置して硬化させる際に、液状樹脂内に包含されている気泡は上方に浮かびあがり、フィラ７ｃは重力により沈降する。
【００２２】
これにより、硬化後の第１封止部７は、気泡が少なくフィラ７ｃが多く充填された第１樹脂層７ａと、フィラ７ｃが少ない第２樹脂層７ｂとが積層した状態に形成される。この場合、第１樹脂層７ａは、電子部品３およびこれを実装するためのはんだ５を内包した状態に形成されている。
【００２３】
上記のようにプリント基板２の表面２ａおよび裏面２ｂのいずれの電子部品３、４についても、第１樹脂層７ａ、８ａで覆われた状態に設けられるので、熱応力による歪がはんだ５、６に与える影響を低減することができ、この結果、はんだクラック率を低減させて長寿命化を図ることができる構成とすることができる。
【００２４】
次に、図４〜図８を参照して本実施形態における電子装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、樹脂封止の工程を主として述べる。図４は、プリント基板２に電子部品３および４をはんだ５および６により実装した状態を示している。プリント基板２の裏面２ｂを上にして、プリント基板２よりも狭い領域で、すべての電子部品４を含む領域に囲いとなる成形用の枠体１１を配置している。枠体１１は、枠状部材として設けられるもので、プリント基板２の裏面２ｂに密着させるように装着される。
【００２５】
この後、図５に示すように、プリント基板２の裏面２ｂ上にエポキシ系の液状樹脂を供給配置する。液状樹脂は、枠体１１の高さを超えない量を供給する。液状樹脂にはフィラ８ｃが添加されている。液状樹脂が硬化していく過程で、フィラ８ｃは沈降する傾向にあるので、同一の材料を用いてフィラ８ｃを多く含む第１樹脂層８ａとその上部のフィラ８ｃが少ない第２樹脂層８ｂが積層された第２封止部８が形成される。電子部品４ははんだ６とともにほぼ第１樹脂層８ａに包含された状態に形成される。
【００２６】
次に、図６に示すように、プリント基板２の裏面２ｂに装着した枠体１１を取り外し、形成された第２封止部８を裏面２ｂ上に残した状態とする。
続いて、図７に示すように、プリント基板２の表面２ａを上に向けた状態で、筐体１内に収容する。プリント基板２の表面２ａが凹部１ａ内に上向きに配置され、裏面２が凹部１ｂ内に下向きに配置された状態となる。
【００２７】
次に、図８に示すように、筐体１の凹部１ａ、１ｂ内に液状樹脂を供給する。このとき、凹部１ｂには図示しない隙間を介して凹部１ａから液状樹脂が流入して充填される。この場合、液状樹脂が硬化する過程で、凹部１ａ側のフィラ７ｃは凹部１ａ内で沈降するが、凹部１ｂ側に移動する量は少ない。
【００２８】
この結果、凹部１ｂ内では、プリント基板２の裏面２ｂに近い部分ではフィラ９ｃが沈降により少なくなり、凹部１ｂ底面側に移動した状態となる。これにより、筐体１の凹部１ａ内に第１封止部７が形成される。また、筐体１の凹部１ｂ内に第２封止部８を包囲するように第３封止部９が形成される。
【００２９】
このような第１実施形態によれば、プリント基板２の表面２ａ、裏面２ｂのそれぞれに電子部品３、４を実装したものに対して、電子部品３を含んだ部分にフィラ７ｃを沈降させた第１樹脂層７ａを有する第１封止部７を設け、電子部品４を含んだ部分にフィラ８ｃを沈降させた第１樹脂層８ａを有する第２封止部８を設ける構成とした。
【００３０】
これにより、電子部品３、４を実装するはんだ５、６の部分に線膨張率αが小さい第１樹脂層７ａ、８ａを設けることで、プリント基板２の両面において、実装している電子部品３、４のはんだクラック率の低減を抑制でき、長寿命化を図ることができる。
【００３１】
また、プリント基板２の裏面２ｂ側に第２封止部８を予め形成するので、プリント基板２を筐体１内に配置して液状樹脂で封止を行う際に、凹部１ｂ側でフィラ９ｃが沈降しても電子部品４のはんだ６の部分は、第２封止部８の第１樹脂層８ａを確保できる。
【００３２】
（第２実施形態）
図９から図１２は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。図９に示すように、この実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、プリント基板２の裏面２ｂに設けた第２封止部８の側面周囲を囲うように枠体１２を接着固定した構成としている。第３封止部９は、第２封止部８および枠体１２を包囲するように一体に形成されている。枠体１２は、枠状部材として設けられるものである。
【００３３】
図１０から図１２は製造工程を示すもので、以下簡単に説明する。図１０に示すように、プリント基板２は、電子部品３および４をはんだ５および６により実装した状態を示している。プリント基板２の裏面２ｂを上にして、プリント基板２よりも狭い領域で、すべての電子部品４を含む領域に囲いとなる枠体１２が接着固定されている。枠体１２は、例えば第１封止部７、第２封止部８、第３封止部９の線膨張率αを考慮して同程度の線膨張率αを有する樹脂製の材料を使用しており、プリント基板２の裏面２ｂに密着させ、内部に封止樹脂８を充填形成する高さに対応した高さに接着されている。
【００３４】
次に、図１１に示すように、プリント基板２の裏面２ｂ上にエポキシ系の液状樹脂を供給配置する。液状樹脂は、枠体１２の高さを超えない量を供給する。液状樹脂にはフィラ８ｃが添加されている。液状樹脂が硬化していく過程で、フィラ８ｃは沈降する傾向にあるので、フィラ８ｃを多く含む第１樹脂層８ａとその上部のフィラ８ｃが少ない第２樹脂層８ｂが積層された第２封止部８が形成される。電子部品４ははんだ６とともにほぼ第１樹脂層８ａに包含された状態に形成される。なお、この実施形態では、プリント基板２の裏面２ｂに装着した枠体１２はそのまま残した状態とする。
【００３５】
続いて、図１２に示すように、プリント基板２の表面２ａを上に向けた状態で、筐体１内に収容する。プリント基板２の表面２ａが凹部１ａ内に上向きに配置され、裏面２が凹部１ｂ内に下向きに配置された状態となる。この状態で、筐体１の凹部１ａ、１ｂ内に液状樹脂を供給し、第１実施形態と同様にして第１封止部７および第３封止部９を形成する。この結果、図９に示した構成の電子装置が形成される。
【００３６】
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この実施形態では、枠体１２をプリント基板２に装着したまま第１封止部７および第３封止部９を形成するので、枠体１２を取り外す手間を省くことができる。
【００３７】
（第３実施形態）
図１３および図１４は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、プリント基板２に代えて、プリント基板２０を用いる構成としている。
【００３８】
全体の構成としては、図１３に示すように、プリント基板２０を用いる構成としたことを除くと、第１実施形態の構成とほぼ同じである。プリント基板２０は、図１４にも断面で示すように、基材２１、２２、２３を有する三層構造となっている。
【００３９】
基材２１は、プリント基板２０のコア層を構成するもので、例えば弾性率が１６ＧＰａ程度のものを用いている。この場合、基材２１は、第１実施形態で使用したプリント基板２とほぼ同じ材料を用いている。基材２２、２３は、基材２１の両面に貼り合わせるように設けられた層で、弾性率が基材２１よりも小さく、５〜１５ＧＰａ程度のものを用いている。
【００４０】
上記のようなプリント基板２０を用いることで、プリント基板２０に実装した電子部品３、４について、はんだ５、６に対する封止樹脂７、８からの応力を受けたときに、基材２２、２３が、従来相当のプリント基板２の弾性率である１６ＧＰａのものよりも小さい弾性率５〜１５ＧＰａ程度の範囲に設定されているので、はんだ５、６への応力を緩和することができる。これによって、さらにはんだクラック率を低減して長寿命化を図ることができるようになる。
【００４１】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００４２】
上記各実施形態においては、筐体１の凹部１ａ、１ｂを上面に向けた状態を基準としてプリント基板２、２０の表面２ａ、２０ａ、裏面２ｂ、２０ｂを規定したが、電子装置として筐体１を図１のように配置して使用することを前提とするものではなく、適宜の配置状態を適用することができる。
【００４３】
第１実施形態で示した枠体１１や第２実施形態で示した枠体１２は、プリント基板２の裏面２ｂに配置して第２封止部８を形成することができれば、適宜の形状のものを使用することができる。
第３実施形態で使用したプリント基板２０は、第２実施形態においてもプリント基板２に代えて使用することができる。
【００４４】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００４５】
図面中、１は筐体、１ａ、１ｂは凹部、２、２０はプリント基板、３、４は電子部品、５、６ははんだ、７は第１封止部、８は第２封止部、９は第３封止部、７ａ、８ａ、９ａは第１樹脂層、７ｂ、８ｂ、９ｂは第２樹脂層、７ｃ、８ｃ、９ｃはフィラ（添加材）、１１、１２は枠体（枠状部材）、２１、２２、２３は基材である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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