JP2005238867A - Fixing method for electric part - Google Patents
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Abstract
Description
衛星搭載用の電気部品を主材に接着剤を使用して固定するための電気部品の固定方法に関するものである。 The present invention relates to a method for fixing an electric component for fixing an electric component for use on a satellite to a main material using an adhesive.
セラミック基板上に配置された電子素子をエポキシ樹脂によって樹脂封止する場合において、エポキシ樹脂の耐久性があり、かつエポキシ樹脂の剥離が防げるようにするために、樹脂の線膨張係数αがα≦20(ppm/℃)であり、かつ樹脂の弾性率Eと線膨張係数αの関係がEα1.7 ≦1000{(ppm/℃)1.7 GPa}を満たす樹脂物性を有するエポキシ樹脂を用いると共に、フィレット角θがθ≦50°になるように樹脂封止を行う。すなわち、樹脂の線膨張係数αと弾性率Eの選択によって耐久性を確保し、さらにフィレット角θの設定によってセラミック基板からエポキシ樹脂が剥離することを防止することは開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 In the case where an electronic element placed on a ceramic substrate is resin-sealed with an epoxy resin, the resin has a linear expansion coefficient α of α ≦ in order to have durability of the epoxy resin and to prevent peeling of the epoxy resin. An epoxy resin having a resin property of 20 (ppm / ° C.) and satisfying Eα 1.7 ≦ 1000 {(ppm / ° C.) 1.7 GPa} in which the relationship between the elastic modulus E of the resin and the linear expansion coefficient α satisfies Eα 1.7 ≦ 1000 {(ppm / ° C.) 1.7 GPa} Resin sealing is performed so that the angle θ is θ ≦ 50 °. That is, it is disclosed that durability is ensured by selecting the linear expansion coefficient α and elastic modulus E of the resin, and that the epoxy resin is prevented from peeling from the ceramic substrate by setting the fillet angle θ (for example, patents). Reference 1).
従来技術はセラミック基板からエポキシ樹脂が剥離することを防止するものであるが、本発明ではエポキシ系接着剤によってアルミハニカム上の表面材(CFRP)に剥離が生じること課題としている。衛星搭載の平板上の電気部品をサブストレートに接着固定する際、接着剤塗布量を充分に確保することで振動.衝撃等の外力印加時にも耐えられるようにしているが、振動.衝撃等の機械環境に耐え得る平板上の電気部品を固定するために接着剤の塗布量を確保した場合熱環境として温度サイクルが印加された時に接着剤の熱収縮時に発生する応力がサブストレート側に伝わり、サブストレート応力が集中し主材表面が剥離するという問題がある。 The prior art is to prevent the epoxy resin from peeling from the ceramic substrate, but the present invention has a problem that the surface material (CFRP) on the aluminum honeycomb is peeled off by the epoxy adhesive. When electrical components on a satellite-mounted flat plate are bonded and fixed to a substrate, vibration is ensured by securing a sufficient amount of adhesive. It is designed to withstand even when external force such as impact is applied, but it is vibration. When securing the amount of adhesive applied to fix electrical components on a flat plate that can withstand mechanical environments such as impact, the stress generated during thermal shrinkage of the adhesive when the temperature cycle is applied as the thermal environment is on the substrate side There is a problem that the substrate stress is concentrated and the surface of the main material is peeled off.
かかる課題を解決するために、接着剤塗布量を充分に確保することで振動.衝撃等の外力印加時にも耐えられるようにしているが、振動.衝撃等の機械環境に耐え得るワイヤ固定用接着剤の塗布量を確保した場合熱環境として温度サイクルが印加された時に接着剤の熱収縮時に発生する応力が剥離限界へ達しない接着剤による固定方法を得ることを目的としている。 In order to solve this problem, vibration is ensured by ensuring a sufficient amount of adhesive. It is designed to withstand even when external force such as impact is applied, but it is vibration. When the amount of wire fixing adhesive that can withstand the mechanical environment such as impact is secured The fixing method using an adhesive that does not reach the peeling limit when the thermal shrinkage of the adhesive is applied as a thermal environment The purpose is to obtain.
第1の発明の電気部品の固定方法は、基板となるサブストレ−トと発生電流を伝達させる電気部品と前記電気部品を前記サブストレートに接着剤により固定する電気部品の固定方法において、前記接着剤と前記サブストレートとの接触部両端に同一接着による30度以下の角度を持ったフィレットを形成させて接着するものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for fixing an electric component, the substrate comprising a substrate, an electric component for transmitting generated current, and an electric component fixing method for fixing the electric component to the substrate with an adhesive. And a fillet having an angle of 30 degrees or less by the same adhesion is formed on both ends of the contact portion between the substrate and the substrate.
第2の発明の電気部品の固定方法は、基板となるサブストレ−トと発生電流を伝達させる電気部品と前記電気部品を前記サブストレートに接着剤により固定する電気部品の固定方法において、前記接着剤と前記サブストレートとの接触部両端に同一接着による30度以下の角度を持ったフィレットを形成し、前記フィレットと前記サブストレートの接触面に座を形成して接着するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for fixing an electric component, the substrate comprising a substrate, an electric component for transmitting a generated current, and an electric component fixing method for fixing the electric component to the substrate with an adhesive. A fillet having an angle of 30 degrees or less by the same adhesion is formed at both ends of the contact part between the fillet and the substrate, and a seat is formed on the contact surface between the fillet and the substrate for adhesion.
接着剤の熱収縮により発生するサブストレートへ伝わる応力を低減させ且つ、サブストレートへの応力中を低減させることが可能となり、サブストレート応力集中部での応力集中を緩和でき、衛星搭載機器は信頼性が高く長寿命が可能に成るので、低コストが実現できるという効果がある。 It is possible to reduce the stress transmitted to the substrate caused by the thermal contraction of the adhesive and to reduce the stress on the substrate. Since it has high performance and a long service life, it is possible to realize a low cost.
実施の形態1.
図3は従来のワイヤ接着剤塗布形状を説明するための図面であり、1は接着剤、2はワイヤ、3はサブストレート、3aはサブストレート応力集中部である。
FIG. 3 is a view for explaining a conventional wire adhesive application shape, wherein 1 is an adhesive, 2 is a wire, 3 is a substrate, and 3a is a substrate stress concentration portion.
振動.衝撃等の機械環境に耐え得るワイヤ2固定用接着剤1の塗布量を確保した場合熱環境として温度サイクルが印加された時に接着剤1の熱収縮時に発生する応力がサブストレート3側に伝わり、サブストレート応力集中部3aを形成するという課題があった。
vibration. When the application amount of the
図4は解析モデルの接着剤塗布形状を説明するための図面であり、4はアルミハニカム、5は接着剤、6は基板、7は接着剤高さ、8は基板高さ、9はフィレット張出高さである。接着剤5はエポキシ系接着剤であり、S691の特性を使用して解析した。 FIG. 4 is a drawing for explaining the adhesive application shape of the analysis model. 4 is an aluminum honeycomb, 5 is an adhesive, 6 is a substrate, 7 is an adhesive height, 8 is a substrate height, and 9 is a fillet tension. Height. Adhesive 5 is an epoxy adhesive and was analyzed using the characteristics of S691.
主材はアルミハニカム4として、高さ12.5mm、基板6でフィレット張出し部分を含めた長さがLj、基板6の基板高さ8が1.5mm、接着剤7の高さがhj、フィレット張出高さ9がfh、フィレットの角度はθjを解析設定値及びパラメータとした。
The main material is
熱応力解析条件として、太陽電池パネルの表面材(CFRP)の発生応力を求めるために、熱応力解析を実施した。ワイヤーポッティング解析の場合は、図4の解析モデルの接着剤塗布形状をモデル化している。 As a thermal stress analysis condition, a thermal stress analysis was performed in order to obtain the generated stress of the surface material (CFRP) of the solar cell panel. In the case of wire potting analysis, the adhesive application shape of the analysis model in FIG. 4 is modeled.
解析は汎用FEM―S/WのANSYSを用い、要素は2次元ソリッドの平面応力要素を用い、最小メッシュサイズは0.1mmとした。ガラス転移温度Tg以上では、接着材のクリープ変形が支配的で表面材に生じる熱応力は無視できると仮定し、温度負荷はTgから−180℃を与えた。 The analysis used general purpose FEM-S / W ANSYS, the element was a plane stress element of a two-dimensional solid, and the minimum mesh size was 0.1 mm. Above the glass transition temperature Tg, it was assumed that the creep deformation of the adhesive was dominant and the thermal stress generated in the surface material was negligible, and the temperature load was -180 ° C from Tg.
表1はワイヤーポッティング解析結果を示す表であり、表1aは繊維方向が垂直の場合、表1bは繊維方向が平行の場合である。 Table 1 shows the results of wire potting analysis. Table 1a shows the case where the fiber direction is vertical, and Table 1b shows the case where the fiber direction is parallel.
これらの実験事実と解析結果から繊維と垂直方向で剥離する応力は約5kgf/mm2であるので、許容応力は安全を見込んで約4kgf/mm2として判定した。
同様に、繊維方向で剥離する応力は約25kgf/mm2であるので、許容応力は安全を見込んで約20kgf/mm2として判定した。
From these experimental facts and analysis results, the stress peeling in the direction perpendicular to the fiber is about 5 kgf / mm 2 , so the allowable stress was determined to be about 4 kgf / mm 2 in anticipation of safety.
Similarly, the stress for peeling in fiber direction is about 25 kgf / mm 2, the allowable stress was determined as about 20 kgf / mm 2 in anticipation of safety.
表面材の応力は表層(1層目)の最大主応力およびx方向最大応力とし、接着材の応力は最大主応力とした。
繊維と垂直方向で剥離する応力について、表1aの解析結果の表面材応力が許容応力4kgf/mmより小さい結果から、
(1)フィレット角が約30度の場合(表1aNO3、4より)
(2)接着材長さLjが5mmの場合(表1aNO9より)
(3)接着材高さが0.5mmの場合(表1aNO5より)
にはCFRP剥離が発生しにくいとの結果が得られた。
The stress of the surface material was the maximum principal stress of the surface layer (first layer) and the maximum stress in the x direction, and the stress of the adhesive was the maximum principal stress.
From the result of the surface material stress of the analysis result of Table 1a being smaller than the
(1) When the fillet angle is about 30 degrees (from Table 1a NO3, 4)
(2) When the adhesive length Lj is 5 mm (from Table 1a NO9)
(3) When the adhesive height is 0.5 mm (from Table 1a NO5)
The result showed that CFRP peeling hardly occurred.
繊維と平行方向で剥離する応力について、表1bの解析結果の表面材応力が許容応力20kgf/mmより小さい結果から、
(4)フィレット角が30度の場合(表1bNO3、4より)
(5)接着材長さLjが5mmの場合(表1bNO9より)
(6)接着材高さが0.5mmの場合(表1bNO5より)
にはCFRP剥離が発生しにくいとの結果が得られた。
For the stress peeling in the direction parallel to the fiber, the surface material stress of the analysis result of Table 1b is smaller than the allowable stress 20 kgf / mm,
(4) When fillet angle is 30 degrees (from Table 1b NO3, 4)
(5) When the adhesive length Lj is 5 mm (from Table 1b NO9)
(6) When the adhesive height is 0.5 mm (from Table 1b NO5)
The result showed that CFRP peeling hardly occurred.
繊維垂直方向の場合の主応力方向は、表面材を剥離および破壊させる方向で、繊維平行方向の場合の主応力方向は、表面材を破壊させる方向であり、いずれの場合も、フィレット角が約30度の場合、接着材長さLjが5mmの場合、接着材高さが0.5mmの場合である結果になり、特に最も影響が大きいと思われるのが、主応力と許容応力の差が大きく現れているフィレット角が30度の場合であることが分かる。また、表1a、表1bのNO1〜NO4により、フィレット角が90度、60度、30度へと小さくなるに従って、表面材主応力が減少していることから、30度以下の角度における表面材主応力が30度の表面材主応力より小さくなることが明らかに推測できる。 The principal stress direction in the case of the fiber vertical direction is the direction in which the surface material is peeled and broken, and the principal stress direction in the case of the fiber parallel direction is the direction in which the surface material is broken. In each case, the fillet angle is about In the case of 30 °, when the adhesive length Lj is 5 mm, the result is that the adhesive height is 0.5 mm, and the difference between the main stress and the allowable stress is considered to have the greatest effect. It can be seen that the large fillet angle is 30 degrees. In addition, as the fillet angle is reduced to 90 degrees, 60 degrees, and 30 degrees according to NO1 to NO4 in Tables 1a and 1b, the surface material principal stress decreases, so the surface material at an angle of 30 degrees or less. It can be clearly estimated that the main stress is smaller than the surface material main stress of 30 degrees.
表2はワイヤーポッティング解析結果を示す表であり、表2aは繊維方向が垂直でフィレット角度が30度の場合、表2bは繊維方向が平行でフィレット角度が30度の場合である。 Table 2 shows the results of wire potting analysis. Table 2a shows the case where the fiber direction is vertical and the fillet angle is 30 degrees. Table 2b shows the case where the fiber direction is parallel and the fillet angle is 30 degrees.
表面材の応力は表層(1層目)の最大主応力およびX方向最大応力とし、接着材の応力は最大主応力とした。 The stress of the surface material was the maximum principal stress of the surface layer (first layer) and the maximum stress in the X direction, and the stress of the adhesive was the maximum principal stress.
これまでの経験値から繊維と垂直方向で剥離する応力は、安全を見込んで許容応力は4kgf/mm2、繊維方向で剥離する応力は、安全を見込んで許容応力は約20kgf/mm2とする。 The stress that peels in the direction perpendicular to the fiber is 4 kgf / mm 2 in view of safety, and the stress that peels off in the fiber direction is about 20 kgf / mm 2 in view of safety. .
表2の結果よりフィレット角度30度の場合、接着材高さhjおよび接着材長さLjによらず、繊維と垂直方向の表面材主応力は表2aのNO5が最大で2.59kgf/mm2から分かるように、繊維方向の表面材主応力は表2bのNO5が最大で10.13kgf/mm2から分かるように、全てが許容応力以下であり、表面材CFRP剥離の可能性は低いことが分かり、フィレット角度30度が最も重要な要素であり、必要十分な条件であることが分かった。 From the results in Table 2, when the fillet angle is 30 degrees, the surface material principal stress in the direction perpendicular to the fiber is 2.59 kgf / mm 2 at the maximum for NO5 in Table 2a regardless of the adhesive height hj and the adhesive length Lj. As can be seen from the graph, the surface material principal stress in the fiber direction is not more than the allowable stress as shown by the maximum NO5 in Table 2b of 10.13 kgf / mm 2 , and the possibility of peeling of the surface material CFRP is low. As can be seen, the fillet angle of 30 degrees is the most important factor and is a necessary and sufficient condition.
図1は実施の形態1によるワイヤ接着剤塗布形状を説明するための図面であり、1aは接着剤フィレットであり、1〜3は図3と同じものである。
FIG. 1 is a view for explaining a wire adhesive application shape according to
例えば、サブストレ−ト3は宇宙用太陽電池パネルの基板となると発生電流を伝達させるワイヤ2とワイヤ2をサブストレート3に接着剤により固定するワイヤ2の固定方法に関するものである。
For example, the
ワイヤ2を固定用接着剤1の両端に接着剤フィレット1aを同一接着剤で構成することにより接着剤1の熱収縮により発生するサブストレート3へ伝わる応力を低減させ且つ、サブストレートへの応力中を低減させることが可能となる。
By constructing the
本発明におけるワイヤ2は電気部品の代表として、ワイヤ2として表現しているが、これはあくまでも、例として表現したものであり、プリント基板、超高周波用デバイスには、ダイオード、トランジスタ、IC、光素子、表面弾性波素子あるいは共振子等で平板上の形状をしているもの全てを表している。以下実施の形態においても同様である。
The
接着剤1の熱収縮により発生するサブストレート3へ伝わる応力を低減させ且つ、サブストレートへの応力中を低減させることが可能となるため、サブストレート応力集中部3aでの応力集中を緩和できるという効果がある。
It is possible to reduce the stress transmitted to the
実施の形態2.
図2は実施の形態2によるワイヤ接着剤塗布形状を説明するための図面であり、1bは接着剤座、1〜3は従来の説明と同じ、1aは実施の形態1の説明と同じものである。
FIG. 2 is a diagram for explaining a wire adhesive application shape according to the second embodiment, wherein 1b is an adhesive seat, 1-3 are the same as the conventional description, and 1a is the same as the description of the first embodiment. is there.
例えば、サブストレ−ト3は宇宙用太陽電池パネルの基板となると発生電流を伝達させるワイヤ2とワイヤ2をサブストレート3に接着剤により固定するワイヤ2の固定方法に関するものである。
For example, the
ワイヤ2を固定用接着剤1の両端に接着剤フィレット1aを同一接着剤で構成し且つ、接着剤フィレット1aのサブストレートとの接触面に接着剤座1bを構成したものである。
An
接着剤座1bを構成したことにより更にサブストレートへの応力集中を低減させることが可能となる。
By configuring the
サブストレートへの応力集中を低減させることが可能となるため、サブストレート応力集中部3aにおける応力集中を緩和させ信頼性を向上することができるという効果がある。
Since the stress concentration on the substrate can be reduced, there is an effect that the stress concentration in the substrate
1 接着剤、 2 ワイヤ、 3 サブストレート、 4 アルミハニカム、 5 接着剤、 6 基板、 7 接着剤高さ、 8 基板高さ、 9 フィレット張出高さ。 1 Adhesive, 2 Wire, 3 Substrate, 4 Aluminum honeycomb, 5 Adhesive, 6 Substrate, 7 Adhesive height, 8 Substrate height, 9 Fillet overhang height.
Claims (6)
前記接着剤と前記サブストレートとの接触部両端に同一接着剤による30度以下の角度を持ったフィレットを形成させて接着することを特徴とする電気部品の固定方法。 In the fixing method of the electric component for fixing the substrate and the electric component for transmitting the generated current and the electric component to the substrate with an adhesive,
An electrical component fixing method comprising: forming and bonding a fillet having an angle of 30 degrees or less with the same adhesive at both ends of a contact portion between the adhesive and the substrate.
前記接着剤と前記サブストレートとの接触部両端に同一接着による30度以下の角度を持ったフィレットを形成し、
前記フィレットと前記サブストレートの接触面に座を形成して、
接着することを特徴とする電気部品の固定方法。 In the fixing method of the electric component for fixing the substrate and the electric component for transmitting the generated current and the electric component to the substrate with an adhesive,
Forming a fillet having an angle of 30 degrees or less by the same adhesion at both ends of the contact portion between the adhesive and the substrate,
Forming a seat on the contact surface of the fillet and the substrate;
An electrical component fixing method comprising bonding.
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