JP2006173489A - 電子部品実装構造 - Google Patents

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孝幸 大熊
Takahiro Oshima
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Abstract

【課題】 基板とは反対側から電子部品に付与される圧力による電子部品の撓曲を効果的に抑制できる電子部品実装構造を得る。
【解決手段】 電子部品14のチップ本体16の裏面側では、基板12に薄肉平板状の支持部32が形成されており、この支持部32がチップ本体16の裏面に当接している。このため、射出成形により封止部材30を形成する際に、成形圧力がチップ本体16の基板12とは反対側の面に作用しても、チップ本体16に当接した支持部32がチップ本体16を支持してチップ本体16の撓曲が防止される。これにより、チップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電子部品を基板上に表面実装する電子部品実装構造に関する。
電子部品を基板上に取り付ける構造には、基板の表面上に形成されたプリント配線に電子部品の端子を対向させた状態でプリント配線に端子を接触させ、この状態で半田等によってプリント配線と端子とを電気的且つ機械的に接続して電子部品を基板上に取り付ける所謂「表面実装」があり、その一例が下記特許文献1に開示されている。
このような表面実装では、基板に形成された小孔に電子部品の端子を貫通配置し、基板の裏面側から半田で端子を固定する構造に比べて、基板の表面側から電子部品の配置や半田による固定が可能である。このため、組立工程の自動化が容易になると言うメリットがある。
また、一方で、特許文献1に開示されているように、このような電子部品が設けられた基板を、例えば、車両に搭載するにあたっては、基板上に取り付けられた電子部品に、合成樹脂材により所謂「ポッティング」を施して、電子部品を合成樹脂材により被覆することが多い。
このように、電子部品を合成樹脂材により被覆することで、例えば、車両走行時における振動で、電子部品の端子が基板上のプリント配線から剥がれたり、また、電子部品に水滴等が直接付着することを防止できる。
特開平11−156143号公報
ところで、上記のようなポッティングでは、例えば、ゲル状のシリコーン樹脂を電子部品の周囲に充填して、更に、シリコーン樹脂を硬化させている。このようなシリコーン樹脂は、原価が高いうえ、充填作業の工数が大きい等の欠点がある。
このようなシリコーン樹脂のポッテイングに代えて、電子部品の周囲を金型で覆い、金型内に熱可塑性樹脂を射出成形することが考えられている。しかしながら、表面実装される電子部品は、端子が表面に接した状態で本体部分と基板との間に隙間が形成されていることが多い。しかも、端子を基板上に半田付けした状態では端子と基板との間に半田が入り込む。このため、これによっても僅かではあるが電子部品が基板から浮き上がり、電子部品の本体部分と基板との間に隙間が形成される。
基板と電子部品の本体部分との間の隙間は極めて小さく、射出成形時に熱可塑性樹脂が入り込み難いため、隙間に熱可塑性樹脂が充填されることなく維持されてしまう。このため、射出成形時の成形圧が基板とは反対側から電子部品の本体部分を押圧すると、電子部品の本体部分が基板に接近するように撓み、電子部品が破損する可能性がある。
本発明は、上記事実を考慮して、基板とは反対側から電子部品に付与される圧力による電子部品の撓曲を効果的に抑制できる電子部品実装構造を得ることが目的である。
請求項1に記載の本発明に係る電子部品実装構造は、基板の表面上に載置された電子部品の本体部分から前記基板の表面へ向けて延出された接続端子の先端側を、前記基板の表面に対向させた状態で前記基板の表面に形成された配線に電気的且つ機械的に接続する電子部品実装構造であって、熱可塑性樹脂により形成されて前記基板上の前記電子部品を周囲から封止する封止手段と、前記電子部品と前記基板との間に形成される隙間に対応して前記基板上に設けられ、前記電子部品の前記基板側の面に当接して前記電子部品を支持する支持手段と、を備えることを特徴としている。
請求項1に記載の本発明に係る電子部品実装構造によれば、基板の表面上に電子部品が載置される。電子部品の本体部分からは基板の表面へ向けて接続端子が延出されており、接続端子の先端側が基板の表面に対向した状態で、基板の表面に形成された配線に電気的且つ機械的に接続される。
さらに、このように基板上に設けられた電子部品の周囲には、熱可塑性樹脂によって形成された封止手段が設けられ、封止手段により電子部品が封止される。このように、電子部品が合成樹脂製の封止手段によって封止されることで、電子部品に対する塵や水滴等の付着を防止できると共に、電子部品全体が封止手段により保持されて、不用意に電子部品が変位することを防止できる。
ここで、本発明に係る電子部品実装構造では、電子部品と基板との間に隙間が形成されるが、この隙間に対応した支持手段が基板上に設けられる。これにより、基板とは反対側から電子部品に対して圧力が作用して、電子部品が基板側へ接近するように撓曲しようとすると、支持手段が基板側から電子部品に当接する。このように、電子部品に支持手段が当接することで、電子部品の撓曲が制限され、機械的な限界を超えて電子部品が撓曲することによる電子部品の破損を防止できる。
このように、本発明に係る電子部品実装構造では、基板とは反対側から電子部品に圧力が作用しても、電子部品の破損等を防止できるため、例えば、射出成形等、成形時に成形圧を生じさせる成形方法にて封止手段を形成しても、封止手段の成形により電子部品が破損することがない。
なお、本発明に係る電子部品実装構造における支持手段は、上記のように基板側から電子部品に当接して電子部品を支持する構成であれば、その具体的な構造に関しては何ら限定されるものではない。
したがって、基板と支持手段とを別体で構成しても構わない。このように基板と支持手段とを別体で構成した場合には、従来の基板(すなわち、支持手段が形成されていない通常の基板)を用いることができ、基板の大きな設計変更をせずに本発明を採用できる。
また、支持手段は、基板側から当接することで電子部品の撓曲を制限して、電子部品の破損を防止できればよい。したがって、電子部品の本体部分の基板側の面に対して全域に支持手段が当接していなくても、その一部にのみ支持手段が当接していれば、当接部分を介した両側で電子部品に撓曲が生じることになるため、電子部品の撓曲を抑制でき、撓曲による電子部品の破損を防止できる。
さらに、上記のように、撓曲による電子部品の破損を防止すると言う観点からすれば、電子部品の撓曲を完全に防止しなくても、電子部品が破損しない程度までは電子部品の撓曲を許容できる。したがって、封止手段を設ける前や封止手段を設けた後の状態で、支持手段と電子部品との間に隙間が形成されていても、電子部品が撓曲して支持手段に接近した際に、支持手段が電子部品に当接して電子部品を支持できればよい。
このように、電子部品と支持手段との間の隙間を許容する構成の場合には、電子部品と基板との対向方向に沿った支持手段の寸法精度を厳格に設定しなくてもよくなるというメリットがある。
請求項2に記載の本発明に係る電子部品実装構造は、請求項1に記載の本発明において、前記基板に前記支持手段を一体形成した、ことを特徴としている。
請求項2に記載の本発明に係る電子部品実装構造によれば、基板に予め支持手段が一体形成されるため、支持手段を基板とは別部品で構成した場合に比べて部品点数が少なくなりコストが安価になる。
しかも、支持手段を基板とは別に構成した場合には、基板上に支持手段を配置する工程が必要になり、基板上に支持手段を配置するにあたっては、基板上での支持手段の位置決めを行なわなくてはならない。
これに対して、本発明に係る電子部品実装構造では、予め基板に支持手段が形成されることで、基板上での支持手段の配置工程そのものが不要になり、また、基板上での支持手段のずれ等が防止される。
さらに、予め基板に支持手段が形成されることで、支持手段を目安に電子部品を配置できるため、電子部品の配置も容易になる。
請求項3に記載の本発明に係る電子部品実装構造は、請求項1に記載の本発明において、前記支持手段を熱硬化性樹脂により形成した、ことを特徴としている。
請求項3に記載の本発明に係る電子部品実装構造によれば、支持手段が熱硬化性樹脂により形成される。このため、例えば、熱可塑性樹脂を加熱して封止手段を形成して基板上の電子部品を封止する際に、支持手段が加熱されても支持手段が溶融したりすることがなく、封止手段の形成時に支持手段により確実に電子部品が支持される。これにより、封止手段の形成時における電子部品の撓曲が制限され、機械的な限界を超えて電子部品が撓曲することによる電子部品の破損を防止できる。
以上説明したように、本発明では、基板とは反対側から電子部品に付与される圧力による電子部品の撓曲を効果的に抑制でき、これにより、支持手段を射出成形により形成することができる。
<第1の実施の形態の構成>
図1には本発明の第1の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路10の要部を拡大した断面図が示されており、図2には電気回路10の要部を拡大した分解斜視図が示されている。
これらの図に示されるように、電気回路10は基板12を備えている。基板12は平板状に形成されており、その厚さ方向一方の側の表面には図示しないプリント配線が施されている。基板12の表面側(厚さ方向一方の側)には電子部品14が載置されている。電子部品14は本体部分としてのチップ本体16を備えている。チップ本体16は、例えば、アルミナによって略長方形状(ブロック状)に形成されている。
チップ本体16の基板12とは反対側の面には、メタルグレーズにより形成された抵抗体18が設けられている。抵抗体18を介してチップ本体16とは反対側にはエポキシ系の合成樹脂材により形成された保護膜20が形成されており、この保護膜20と抵抗体18との間にはプリコートガラス22が設けられている。
一方、本実施の形態では、チップ本体16の幅方向一端側に、接続端子としての電極24が設けられている。電極24はチップ本体16の幅方向他端側へ向けて開口した凹形状に形成されている。このように凹形状に形成された電極24の内側形状は、チップ本体16の幅方向一端側での断面形状に対応しており、電極24はチップ本体16の幅方向一端側に沿って形成されている。
詳細な図示は省略するが、電極24は内部電極、中間電極、及び外部電極により構成されている。上記のように、凹形状に形成された電極24の内側を内部電極が構成しており、その一端は抵抗体18に接している。
中間電極は内部電極の外側に形成されており、更に、外部電極は中間電極の外側に形成され、その一端は保護膜20に接している。
また、チップ本体16の幅方向他端側には接続端子としての電極26が設けられている。電極26は基本的に電極24と同じ構成であるが、電極26はチップ本体16の幅方向一端側へ向けて電極24と対向するように開口した凹形状に形成されている。
以上のような構成の電極24、26は、各々の他端がチップ本体16と基板12との間に介在している。さらに、電極24、26は半田28によって基板12に機械的に接続されていると共に、基板12のプリント配線の所定位置に電気的に接続されている。半田28は、電極24、26の両側面(電極24、26の形状を凹形状として見た場合には、その外底部)に固着していると共に、電極24、26の基板12と対向する側の面と、基板12との間に入り込んだ状態で基板12と電極24、26との双方に固着している。
さらに、以上のように半田28によって基板12に固着された電子部品14の周囲には、封止手段としての封止部材30が設けられている。封止部材30は電子部品14の周囲を金型で覆い、その内部に射出成形により熱可塑性樹脂を充填して硬化させることで、チップ本体16よりも十分に大きなブロック状に形成されており、基板12上に一体的に固着され、電子部品14の全体が封止部材30に被覆されている。
一方、図1に示されるように、基板12とチップ本体16との間には支持手段としての支持部32が設けられている。図2に示されるように、支持部32は平面視で薄肉板状に基板12に一体形成されている。支持部32の長手寸法は、チップ本体16の長手寸法に略等しく、また、幅寸法は、チップ本体16の幅方向内方側へ向いたチップ本体16と基板12との間での電極24の端部から電極26の端部までの間隔に略等しい(厳密には極僅かに小さい)。
図1に示されるように、支持部32の厚さ寸法は、基板12とチップ本体16との対向方向に沿った基板12とチップ本体16との間での電極24、26の寸法と同じ程度とされ、支持部32のチップ本体16側の面はチップ本体16に当接している。
<第1の実施の形態の作用、効果>
次に、本実施の形態の作用並びに効果について説明する。
本実施の形態では、基板12上に電子部品14が載置された状態で、電極24、26が半田28により基板12のプリント配線に電気的に接続され、これにより、電子部品14が基板12に機械的に一体に固着される。
次いで、基板12の全部又は一部が射出成形用の金型内に配置され、この状態で金型内に熱可塑性樹脂が充填される。金型内に充填された熱可塑性樹脂は基板12上の電子部品14の全体を覆う。このように金型内に充填された熱可塑性樹脂が冷却されて硬化すると、熱可塑性樹脂、すなわち、封止部材30は基板12に固着すると共に、図1に示されるように、封止部材30内に電子部品14が埋設される。
このように、基板12に一体的に固着した封止部材30に電子部品14が被覆されることで、振動等による半田28の剥離を防止でき、基板12のプリント配線に対する電極24、26の電気的な接続を長期に亘り良好に維持できる。
また、このように封止部材30に電子部品14が被覆されることで、水滴や塵等が電子部品14に付着することが防止され、電子部品14の誤作動や腐食、破損等を防止できる。
ところで、本実施の形態では、上記のように封止部材30が射出成形により形成される。このような射出成形にあたっては、電子部品14に射出成形時における成形圧力が作用し、例えば、チップ本体16の基板12とは反対側の面に作用した成形圧力は、チップ本体16を基板12へ押し付けようとする。
ここで、本実施の形態では、基板12に形成された支持部32がチップ本体16の基板12側の面に当接している。このため、上記のような成形圧力によりチップ本体16の幅方向中央部が基板12に接近するようにチップ本体16が撓もうとしても、チップ本体16に当接した支持部32によってチップ本体16の撓曲が防止される。
これにより、チップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できる。上記のように、成形圧力がチップ本体16に作用してもチップ本体16の撓曲を防止でき、ひいては、このようなチップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できるため、上記のような射出成形により封止部材30を形成でき、所謂「ポッティング」に比べて極めて高い生産性で安価に電子部品14を被覆することができる。
さらに、本実施の形態では、基板12に予め支持部32が形成される。このため、電子部品14を基板12上に載置する際には、支持部32を目安に載置すればよい。しかも、基板12上に載置された電子部品14が基板12上でその幅方向に変位しようとすると、支持部32が電極24、26に干渉する。
これにより、半田28によって電極24、26を基板12に接続する前の状態での電子部品14の不用意なずれを効果的に防止でき、基板12に対する電子部品14の組み付けの作業性を向上させることができる。
<第2の実施の形態の構成>
次に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するうえで、前記第1の実施の形態を含めて説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位に関しては、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。
図3には、本発明の第2の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路40の要部を拡大した分解斜視図が示されている。この図に示されるように、本電気回路40は基板12に支持部32が形成されておらず、代わりに支持手段としてのアンダーフィル42を基板12とは別に備えている。アンダーフィル42は熱硬化樹脂、例えば、エポキシ樹脂によって薄肉シート状に形成されており、その長手寸法、幅寸法、及び厚さ寸法は支持部32と同様に設定されている。
アンダーフィル42は、支持部32と同様に基板12とチップ本体16との間に設けられ、基板12とチップ本体16との双方に接している。
<第2の実施の形態の作用、効果>
上記のように、本実施の形態では、アンダーフィル42が基板12とは別体で設けられているものの、基板12とチップ本体16との間に設けられて基板12とチップ本体16との双方に接している。このため、封止部材30を形成する際の成形圧力がチップ本体16の基板12とは反対側から作用して、チップ本体16の幅方向中央部が基板12に接近するようにチップ本体16が撓もうとしても、チップ本体16に当接したアンダーフィル42によってチップ本体16の撓曲が防止される。
また、上記のようにアンダーフィル42は熱硬化樹脂、例えば、エポキシ樹脂によって形成されているため、熱可塑性樹脂を金型内で射出成形して封止部材30を形成する際には、アンダーフィル42が熱で溶融したりすることがなく、これによっても、確実にアンダーフィル42によりチップ本体16を支持してチップ本体16の撓曲を防止できる。
このように、本実施の形態でも、チップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できる。上記のように、成形圧力がチップ本体16に作用してもチップ本体16の撓曲を防止でき、ひいては、このようなチップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できるため、上記のような射出成形により封止部材30を形成でき、所謂「ポッティング」に比べて安価に電子部品14を被覆することができる。
また、本実施の形態では、アンダーフィル42が基板12とは別体で構成されているため、基板12を基本的にそれまでに使用していた従来の基板をそのまま適用できる。このため、基板12の大きな設計変更が不要になる。
<第3の実施の形態の構成>
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
図4には本実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路50の要部を拡大した分解斜視図が示されている。
この図に示されるように、本電気回路40は基板12に支持部32が形成されておらず、代わりに支持手段としての支持部52が基板12に1乃至複数(図4に示される本実施の形態では3つ)形成されている。支持部52は長手寸法及び厚さ寸法は支持部32と同様に設定されている。
しかしながら、支持部52の幅寸法は支持部32の幅寸法、すなわち、チップ本体16の幅方向内方側へ向いたチップ本体16と基板12との間での電極24の端部から電極26の端部までの間隔よりも十分に短い。
このような寸法設定の複数の支持部52はチップ本体16の幅方向に断続的(すなわち、所定間隔毎)に基板12に形成されている。
<第3の実施の形態の作用、効果>
前記第1の実施の形態や前記第2の実施の形態では、チップ本体16の基板12側の面の略全域に支持部32やアンダーフィル42が接していた。これに対して、本実施の形態では、上記のように、チップ本体16の幅方向に沿って断続的に支持部52が形成されているため、チップ本体16の基板12側の面にはその幅方向に断続的に支持部52が接している。
したがって、封止部材30を形成する際の成形圧力がチップ本体16の基板12とは反対側から作用すると、電極24と支持部52との間、隣合う支持部52の間、及び支持部52と電極26との間でチップ本体16が基板12に接近するように撓もうとする。
しかしながら、チップ本体16の撓みの両端間の長さは電極24と支持部52との間隔、隣合う支持部52の間隔、及び支持部52と電極26との間隔になり、支持部52を設けない場合での電極24の端部から電極26の端部の間隔よりも十分に短くなる。
これにより、チップ本体16の撓曲が極めて効果的に抑制され、このようなチップ本体16の撓曲に起因するチップ本体16の破損を防止できる。
なお、本実施の形態では、支持部52によってチップ本体16をその幅方向に沿って断続的に支持する構成であった。しかしながら、例えば、図5に示されるように、直径寸法がチップ本体16の長手寸法やチップ本体16の幅方向内方側へ向いたチップ本体16と基板12との間での電極24の端部から電極26の端部までの間隔よりも十分に短く、厚さ寸法が支持部32、52と同じに設定された円板状又は突起状の複数の支持部62を支持手段としてもよく、このような構成としても支持部62は支持部52と同様の作用を奏し、その結果、同様の効果を得ることができる。
また、上記の各実施の形態では、支持部32、52、62やアンダーフィル42の厚さ寸法を基板12とチップ本体16との間の隙間と同じかそれよりも僅かに大きな構成とした。しかしながら、チップ本体16に対して基板12とは反対側から作用した圧力によるチップ本体16の破損を防止すると言う観点からすれば、破損に至らないまでのチップ本体16の撓曲は許容できる。
したがって、支持部32、52、62やアンダーフィル42の厚さ寸法を基板12とチップ本体16との間の隙間よりも僅かに小さく設定して、封止部材30を形成する際の射出成形時に成形圧力によるチップ本体16の撓曲を、チップ本体16が破損しない程度に制限する構成としてもよい。
このような構成とすることで、支持部32、52、62やアンダーフィル42の厚さ寸法の寸法精度を厳格に設定しなくてもよく、これにより、支持部32、52、62やアンダーフィル42の寸法不良の発生を抑制できる。これにより、基板12やアンダーフィル42の生産コストを安価にできる。
<第4の実施の形態>
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
図6には本実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路70の要部を拡大した断面図が示されている。
図6は、封止部材30を基板12上に設ける前の状態、すなわち、半田28により電子部品14の電極24、26が基板12に固着されて電気的に接続された状態を示している。本電気回路70は、このように半田28により電極24、26が基板12に接続された状態で、基板12とチップ本体16との間の隙間に液状又はゲル状で時間が経過することで硬化する合成樹脂材72が充填される。
合成樹脂材72は時間の経過によって硬化することにより、平面視で薄肉板状の支持手段としての支持部74(硬化後は実質的に支持部32と同じ)になる。このように、本実施の形態では、基板12とチップ本体16との間の隙間に充填した液状又はゲル状の合成樹脂材72が硬化することで支持部74が形成されるため、例えば、電気回路70毎に基板12とチップ本体16との間の隙間の大きさがばらついたとしても、隙間の大きさに応じて合成樹脂材72の充填量を変えれば隙間の大きさに応じた厚さの支持部74を形成できる。
また、前記第1乃至第3の実施の形態では、電気回路10、40、50の種類毎に上記の隙間の広さや厚さが異なる場合には、その種類に応じて支持部32、52、62やアンダーフィル42を用意しておかなくてはならない。
これに対して、本実施の形態では、上記のように、基板12とチップ本体16との間の隙間に、液状又はゲル状の合成樹脂材72を充填して硬化させることで支持部74を形成するため、上記のような広さや厚さが異なる隙間にもそのまま対応できる。
本発明に第1の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路の要部を拡大した断面図である。 本発明に第1の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路の要部を拡大した分解斜視図である。 本発明に第2の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路の要部を拡大した分解斜視図である。 本発明に第3の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路の要部を拡大した分解斜視図である。 本発明に第3の実施の形態に係る電子部品実装構造の変形例の適用した電気回路の要部を拡大した分解斜視図である。 本発明に第4の実施の形態に係る電子部品実装構造を適用した電気回路の要部を拡大した断面図である。
符号の説明
12 基板
14 電子部品
24 電極(接続端子)
26 電極(接続端子)
30 封止部材(封止手段)
32 支持部(支持手段)
42 アンダーフィル(支持手段)
52 支持部(支持手段)
62 支持部(支持手段)
72 合成樹脂材
74 支持部(支持手段)

Claims (3)

  1. 基板の表面上に載置された電子部品の本体部分から前記基板の表面へ向けて延出された接続端子の先端側を、前記基板の表面に対向させた状態で前記基板の表面に形成された配線に電気的且つ機械的に接続する電子部品実装構造であって、
    熱可塑性樹脂により形成されて前記基板上の前記電子部品を周囲から封止する封止手段と、
    前記電子部品と前記基板との間に形成される隙間に対応して前記基板上に設けられ、前記電子部品の前記基板側の面に当接して前記電子部品を支持する支持手段と、
    を備えることを特徴とする電子部品実装構造。
  2. 前記基板に前記支持手段を一体形成した、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装構造。
  3. 前記支持手段を熱硬化性樹脂により形成した、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装構造。
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