JP6771350B2

JP6771350B2 - 車載用電子装置とその製造方法

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Publication number: JP6771350B2
Application number: JP2016195599A
Authority: JP
Inventors: 良一梶原; 勝鴨志田; 利昭石井
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2036-10-03
Also published as: JP2018060853A

Description

本発明は、車載用電子装置とその製造方法に係り、特に、電子部品を搭載した回路基板と、その回路基板を外気と遮断して保護する保護部材と、を備え、外部の電気回路と電気的に接続される基板端部に設けられた接続端子を保護部材から露出させるようにした、カードエッジコネクタ構造の車載用電子装置とその製造方法に関する。

本技術分野の従来技術として、膨出した形状を有する膨出状接点と、板形状を有し、前記膨出状接点の頂部と電気的に接触する板状接点とからなる電気接点を有するコネクタ端子対において、前記膨出状接点が、Ag-Sn合金層と、前記Ag-Sn合金層の表面を被覆して最表面に露出したAg被覆層と、を有し、前記板状接点が、Ag-Sn合金層を直下に有さずに最表面に露出したAg層を有するものが知られている。この従来技術によれば、最表面にAgを被覆することで、摩擦係数と接触抵抗を低く抑え、かつ高い耐熱性と耐食性が得られ、さらに上記コネクタ端子対によって耐摩耗性に優れた電気接点を提供できる（下記特許文献１等参照）。

ところで、車載用電子装置等に使用されるカードエッジコネクタは、電子装置の回路基板端部を雌型コネクタの基板挿入空間に差し込み、雌型コネクタに組み込まれたバネ機構を有するコネクタ端子で前記回路基板端部に設けられた接続端子を挟み込み、両端子（コネクタ端子と接続端子）を機械的に接触させて電気的導通を得るコネクタである。

このカードエッジコネクタで長期間安定した電気的導通を得るには、1)長期に渡る接触圧力の保持、2)接触界面における摺動摩耗の抑制、3)接触界面における高電気抵抗異物の混入や高電気抵抗皮膜の形成の抑制が重要である。同時に、車載用電子装置やその接続に使われるコネクタ部品では、コストの低減が重要な課題であり、電子装置に組み込まれる回路基板やコネクタ部品の脱金化が求められている。また、車両用電子装置に組み込まれる回路基板やコネクタ部品の動向として、小型化・多ピン化により、接続端子の狭ピッチ化が将来的に避けられない状況にある。

上記特許文献１に所載の従来技術においては、コネクタ端子対の接点部の最表面を両者ともにAg被覆層で構成しているため、低摩擦係数や低接触抵抗、耐摩耗性や耐熱性等の点で優れている。しかし、カードエッジコネクタでは、回路基板側接続端子が絶縁基板上に近接して配置された構造であるため、近年の小型化・多ピン化の動向によって接続端子の狭ピッチ化が進んだ場合、自動車のエンジンルーム内等の高湿度環境下では、接続端子のAgによるマイグレーションが発生して、絶縁不良を引き起こす可能性がある。

ここで、マイグレーションとは、基板表面に水分が吸着して水膜を形成した時に接続端子表面（Ag被覆層）のAgがイオンとして溶出し、隣接する接続端子間の電位差によって形成された電界によってAgイオン（Ag⁺）が移動・析出して発生する現象である。回路基板などでは、このようなマイグレーションの観点からAgを最表面に露出させないことが常識となっているが、嵌合コネクタでは、Agであっても接続端子の表面を露出せざるを得ない場合がある。

このような回路基板のマイグレーションに対する対策技術として、コネクタ端子部を有する絶縁基板と、Ag成分を有し前記コネクタ端子部の絶縁基板表面に平行配列して形成された複数条のリード配線層と、前記各リード配線層の一部を露出させる開口部を有して前記各リード配線層の表面に被覆されたマイグレーション防止用の絶縁物保護層と、前記開口部を通じて前記各リード配線層の表面に接続された電極端子層とを備えるものが知られている。前記リード配線層の材料としては、例えばAgを主成分とする電気回路形成用の導電性ペースト（インク）が用いられ、前記絶縁物保護層の材料としては、例えばソルダーレジストが使用され、前記電極端子層の材料としては、例えば導電性カーボンペーストが使用される（下記特許文献２参照）。

国際公開第２０１５／０８３５４７号特開２００９−１４７１２９号公報

しかし、上記特許文献２に所載の従来技術においては、コネクタ端子と直接接触する電極端子層が導電性カーボンペーストで作製されているため、低摩擦係数や低接触抵抗、耐摩耗性や耐熱性等が低下し、自動車のエンジンルーム内等のような高温・高湿や振動が加わる過酷環境に曝された場合、電子装置が正常に動作できる接続部の低接触抵抗を長期間保持することが難しくなるという問題が発生する。

また、前記のような回路基板のマイグレーション対策として、従来から、基板表面に水膜が形成されないように撥水処理を施す方法や、金属イオン（Agイオン）の移動経路に障害壁を形成する方法などが知られているが、表面処理コストや障害壁を形成するプロセスコストの面で問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路基板の嵌合コネクタ用接続端子に接続信頼性が高いAgを主要元素とする金属材料を用いた構造において、例えば将来的に配線や接続端子の狭ピッチ化が進んだ場合においても、配線や接続端子間においてマイグレーションによる絶縁不良を生じることなく、かつ例えば自動車のエンジンルーム内などで想定される過酷環境下に置かれても、長期に亘って嵌合コネクタ（雌型コネクタ）との接続電気抵抗が大きく上昇することのない、低コストで信頼性の高い車載用電子装置とその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る車載用電子装置は、電子部品を搭載した回路基板と、該回路基板の電子部品が搭載されていない外部接続端子領域を外部空間に突出させるように前記回路基板の電子部品が搭載された実装領域を収納して外気から保護する保護部材と、を備え、前記外部接続端子領域には、電気的導通を得るために外部コネクタに挿入される複数の接続端子が設けられ、前記接続端子は、Cu配線からなるCu接続端子の表面にSn系はんだ層が形成されるとともに、該Sn系はんだ層の表面の外周部分の少なくとも一部を露出するように該Sn系はんだ層の表面にAg金属層が形成された構造を有していることを特徴としている。

また、本発明に係る車載用電子装置の製造方法は、前記車載用電子装置の製造方法であって、前記接続端子に設けられた前記Cu接続端子の表面に、Sn系はんだペーストの印刷およびリフロー、または、Sn系はんだ浴への浸漬およびエアブローによってSn系はんだ層を形成する工程と、前記Sn系はんだ層の表面に、AgインクもしくはAgペーストの塗布および焼成によってAg金属層を形成する工程と、を含むことを特徴としている。

本発明によれば、雌型コネクタのコネクタ端子のメタライズの最表面がAgを主体とする材料で構成されるので、自動車のエンジンルーム内などのような高温・高湿や温度サイクル・機械的振動が加わる過酷環境においても、カードエッジコネクタの接触抵抗を長期に亘って低い値に維持することが可能となるとともに、Agの領域の周辺（の少なくとも一部）がSnを主成分とするSn系はんだで構成されるので、隣接する接続端子間や配線間の絶縁抵抗がAgのマイグレーションにより低下する現象を長期に亘って防ぐことが可能となる。そのため、車載用電子装置のコネクタ接続信頼性と当該電子装置に組み込まれた回路基板の絶縁信頼性を大幅に向上できる。

また、Agインク（Ag含有溶液）やAgペーストの塗布および焼成により、Sn系はんだ層の表面に密着性に優れたAg主体の金属膜（Ag金属層）を低コストかつ生産性に優れたプロセスで形成することが可能となり、車載用電子装置の製造コストを効果的に低減することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る車載用電子装置（カードエッジコネクタ構造を有する車載用電子装置）の第１実施形態の概略構成を示す縦断面図。（Ａ）は、図１に示される車載用電子装置の回路基板に形成された外部接続端子領域の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図。図１に示される車載用電子装置の回路基板の接続端子を外部のコネクタ端子に接続したときの接続部分の断面図。図１に示される車載用電子装置の回路基板の（カードエッジコネクタ用）接続端子にAg焼成膜を形成する工法を説明する図。図１に示される車載用電子装置を組み立てるフローの一例を説明するフロー図。図１に示される車載用電子装置を組み立てるフローの他例を説明するフロー図。本発明に係る車載用電子装置（カードエッジコネクタ構造を有する車載用電子装置）の第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は、車載用電子装置の回路基板に形成された外部接続端子領域の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図、（Ｃ）は、（Ａ）のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図。本発明に係る車載用電子装置（樹脂モールドタイプの車載用電子装置）の第３実施形態の概略構成を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本実施形態では、自動車のエンジンルーム内に設置され、エンジンの駆動を適正に制御する電子装置の例を説明する。

＜車載用電子装置の構成とその効果＞
図１は、本発明に係る車載用電子装置（カードエッジコネクタ構造を有する車載用電子装置）の第１実施形態の概略構成を示す縦断面図である。

図１において、車載用電子装置20を構成する回路基板21は、有機絶縁基板1にCu配線2を形成した実装領域7と、Cu配線2からなる（言い換えれば、Cu配線2の端部に設けられた）Cu接続端子3を形成した基板端部に位置する外部接続端子領域8とから成り、電子部品が搭載される場所のCu配線2や外部コネクタ（雌型コネクタや嵌合コネクタなどともいう）が接続されるCu接続端子3の領域を除いて、はんだレジスト膜4が形成されている（図２も併せて参照）。回路基板21の実装領域7では、電子部品9,10,11,12がCu配線2の接合端子にはんだ接合で搭載されている。また、回路基板21の基板端部に位置する外部接続端子領域8では、露出したCu接続端子3の表面（露出面）にSnを主成分とするSn系はんだ層5が形成され、Sn系はんだ層5が形成された領域の内側にAgを主要元素とするAg金属層としてのAg焼成膜6が部分的に形成されている。ここでは、Sn系はんだ層5は、Cu接続端子3の表面全体を覆うように平面視矩形状に形成され、Ag焼成膜6は、Sn系はんだ層5の表面の中央部を覆うように平面視楕円状に形成されている。Cu接続端子3とSn系はんだ層5とAg焼成膜6とから、外部コネクタに挿入されて電気的導通を得る接続端子8Aが構成される。

電子部品9,10,11,12を搭載した回路基板21の保護ケース（箱型ケースからなる保護部材）13は、回路基板21の実装領域7を収納して外気から保護すべく、例えばAlダイキャストからなる金属製の放熱部材15と樹脂製のケース14及び後蓋16とから成り、ケース14には、外部コネクタ（カードエッジコネクタ）を収容して固定するコネクタ収納部14Aと、コネクタ収納部14Aにより画成されて外部コネクタ（つまり、回路基板21の外部接続端子領域8）を収容するコネクタ収容空間19と回路基板21の実装領域7を収納する回路基板収納空間18との間を遮断する隔壁14Bが設けられている。隔壁14Bには、回路基板収納空間18からコネクタ収容空間19（つまり、外部空間）に外部接続端子領域8を突き出すための開口部14Cが設けられている。ケース14の隔壁14B、後蓋16、及び放熱部材15で囲われる空間が、回路基板21の実装領域7を収納する回路基板収納空間18とされる。また、ここでは、回路基板21（の有機絶縁基板1）の後方部分は、後蓋16に設けられた基板挿入溝16Aに差し込まれて固定されており、図示していないが、側方部分も同様の構造で固定されて、機械的振動に対する耐性を保持している。また、前記電子部品9,10,11,12のうち、発熱の大きい電子部品12は、高熱伝導グリース17によって放熱部材15と熱的に連結されて、放熱経路が確保されている。

図２（Ａ）は、図１に示される車載用電子装置の回路基板に形成された外部接続端子領域の平面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図である。

図示するように、外部接続端子領域8では、有機絶縁基板１上にCu接続端子3と接続端子8Aと電子部品9,10,11,12を結線するCu配線2とがエッチングによりパターン形成され、接続端子8A（のCu接続端子3）の周囲及びCu配線2（の表面）を覆う状態ではんだレジスト膜4が形成されている。回路基板21の先端部はテーパ加工され（図７（Ｃ）参照）、有機絶縁基板1が露出している。Cu接続端子3の露出面（ここでは、露出面全体）を覆うようにSn-Ag-Cu等からなるSn系はんだ層5がSn系はんだ浴への浸漬法・エアブロー法などによって形成されている。Sn系はんだ層5の厚さは、場所によって2〜10μm程度のばらつきがあるが、1〜50μmの範囲内、平均的には4〜6μmとされている。また、Sn系はんだ層5が形成された接続端子8Aの中央領域には、Ag含有溶液（Agインク）を塗布・焼成して形成した、厚さ1〜50μmのAg焼成膜6が形成されている。Ag焼成膜6とSn系はんだ層5の界面には、AgSn反応層26（図３参照）が形成され、Cu接続端子3とSn系はんだ層5の界面には、CuSn反応層25（図３参照）が形成されている。また、Ag焼成膜6の周囲のSn系はんだの幅（つまり、Ag焼成膜6の外端からSn系はんだ層5の外周端までのSn系はんだ層5の表面に沿う方向の沿面距離）は、少なくとも10μm以上となるように作製されている。なお、ここでは、複数の接続端子8Aは、平面視で千鳥状に配列され、隣接する接続端子8A間のギャップ（間隔）22は、回路基板21のサイズの縮小や接続端子8Aの数の増大に伴って、ますます狭ピッチ化が進む傾向にある。

図３は、図１に示される車載用電子装置の回路基板の接続端子を外部のコネクタ端子に接続したときの接続部分の断面図である。

図示するように、隣接する接続端子8Aには、それぞれ異なる電位が印加されており、両端子間には電位差35が発生している。外部のコネクタ端子34は、例えば、バネ特性に優れたCu合金コア30の表面に拡散バリアのNiめっき31を施し、その上に1〜3μmのSnめっき32と、さらにその上に1〜5μmのAgめっき33を施した構造である。前述のように、有機絶縁基板1上のCu接続端子3のはんだレジスト膜4で覆われていない領域には、CuSn反応層25を介してSn系はんだ層5が形成され、そのSn系はんだ層5の表面の中央部分に（部分的に）AgSn反応層26を介してAg焼成膜6が形成されている。コネクタ端子34と接続端子8Aの接触部分は、初期段階では、コネクタ端子34側の最外面のAgめっき33と基板端子8A側のAg焼成膜6とが接触した状態となっている。接続端子8A側の表面に露出した材料構成は、当該接続端子8Aの中央部分がAg焼成膜6であり、その周囲に幅10μm以上のSn系はんだ層5が存在し、CuSn反応層25を経由してはんだレジスト膜4に繋がった構成となっている。

このように、Agの領域（Ag焼成膜6）を接続端子8Aの中央部分にまとめ、接続端子8Aの周辺（外周部分全体）をSn系はんだとした構造にすると、回路基板21全体が吸着水分で覆われて接続端子8Aの中央部分のAgがイオンとして溶出した場合、低電位側の隣接端子に向かって（例えば、隣接する接続端子8Aを結ぶ線分に沿う方向に向かって）Agイオン（Ag⁺）が移動する過程で外周部分に設けられたSn系はんだの領域（Sn系はんだ層5）を通ることになる。AgはSnに比べて標準酸化還元電位が高く、イオン化傾向が小さい。そのため、AgイオンがSn系はんだ上に到達したときに、AgイオンがSnから電子を受け取って金属原子として析出し、隣りの接続端子8Aまで移動しなくなる。一方、替わりに溶出したSnイオンは溶存酸素と結び付いて酸化物（酸化錫）を形成し易いため、その移動途中で析出し、隣接端子まで移動するSnイオンが減少し、耐マイグレーション性（マイグレーション耐性ともいう）が向上すると考えられる。

以上の説明から分かるように、本実施形態によれば、外部接続端子領域8に設けられたCu接続端子3の表面にSnを主成分とするSn系はんだ層5を形成し、そのSn系はんだ層5が形成された領域の中央部分に、周囲のはんだレジスト膜4から沿面距離で10μm以上離して1〜50μmの厚さのAg焼成膜6を形成した構造とした（言い換えれば、Sn系はんだ層5の表面の外周部分全体を、周囲のはんだレジスト膜4から沿面距離で10μm以上露出するように、そのSn系はんだ層5の表面に1〜50μmの厚さのAg焼成膜6を形成した）ことにより、例えば、外部の雌型コネクタ端子34にメタライズ構成が表面側からAg/Sn/Ni/Cu合金コアの材料を使用すれば、自動車のエンジンルーム内などにおける150℃の高温や100%近い高湿、また温度サイクルや機械的振動が加わるような過酷環境に曝されても、Agを主体とする金属材料の特性によってカードエッジコネクタの接触抵抗を長期に亘って低い値に維持することが可能となるとともに、Agの領域の周辺がSnを主成分とするSn系はんだで構成されるので、回路基板21上の隣接する接続端子8A間や配線間の絶縁抵抗がAgのマイグレーションによって低下する現象を長期間に亘って防ぐことが可能となる。そのため、車載用電子装置20のコネクタ接続信頼性と当該電子装置20に組み込まれた回路基板21の絶縁信頼性を大幅に向上できる。

＜車載用電子装置の製造方法とその効果＞
次に、自動車のエンジンルーム内に設置され、エンジンの駆動を適正に制御する車載用電子装置の回路基板の接続端子の形成方法の例と、当該車載用電子装置の組立フローの例を説明する。

図４は、図１に示される車載用電子装置の回路基板のカードエッジコネクタ用接続端子にAg焼成膜を形成する工法を説明する図である。

図示するように、回路基板21を構成する有機絶縁基板1上に形成されたCu接続端子3のはんだレジスト膜4から露出した領域には、Sn系はんだ層5（特に、Sn-Ag-Cu系はんだ層）がディップコート法などによって形成されている。

第１ステップでは、その回路基板21を大気中で100〜150℃に加熱し、Sn系はんだ層5（の表面）の中央部に、ディスペンサー29からAg微粒子を溶媒に分散させたAgインク（Ag含有溶液）6Aを塗布する。このAgインク6Aには、揮発性に優れる溶媒を使ったAgインクを用い、塗布と同時に固形物のみに変わる材料系とすることで、パターニング性を良くし、塗布領域の広がりを防いでいる。この第１ステップで、Sn系はんだ層5への塗布直後は液滴状のAgインク6Bが、即座に未焼成で固形状のAg膜6Cに変わるため、その上に再塗布する方法で厚膜形成が容易である。

第２ステップでは、固形状のAg膜6Cを形成した（仮焼成後の）回路基板21を、還元あるいは非酸化雰囲気中で200〜250℃に1〜20分間加熱処理して、前記Ag膜6Cの焼成処理を行う（本焼成）。焼成処理により生成されるAg焼成膜6は、焼成過程でSn-Ag-Cu系はんだと反応し、その界面にAgSn反応層26が形成され、密着性が向上している。また、前記焼成過程で、Sn-Ag-Cu系はんだとCu接続端子3の界面には、CuSn反応層25が形成される。

なお、第１ステップで使用するAgインク（Ag含有溶液）に代えて、液だれを生じない高粘度のペースト系のAg焼成材料（Agペースト）を使用して、パターニング性を確保してもよい。

図５は、回路基板と電子部品と保護ケースとから、図１に示される車載用電子装置を組み立てるフローの一例を説明するフロー図である。

図示するように、本例では、まず、はんだレジスト膜を形成した回路基板の部品搭載端子と接続端子（Cu接続端子の表面）にSn系はんだペーストを印刷し、所定の位置に電子部品を搭載して、はんだリフロー処理・フラックス洗浄処理を行う。次に、電子部品を搭載した回路基板を大気中で例えば150℃に予備加熱し、高揮発性AgインクをディスペンサーでSn系はんだペーストからなるSn系はんだ層を形成した接続端子の中央部に塗布して、未焼成Ag膜を形成する（仮焼成）。全ての接続端子に未焼成Ag膜を形成した後、前記回路基板をN₂+H₂のフォーミングガス中（非酸化雰囲気中）で例えば200〜250℃に加熱して、未焼成Ag膜の焼成処理を行う（本焼成）。次に、電子部品を搭載した回路基板を保護ケースに組み込んで電子装置の組み立てを完了する。この組立ステップでは、回路基板の外部接続端子領域がケース内空間（回路基板収納空間）からコネクタ接続空間（コネクタ収容空間）に所定の長さだけ突き出された状態で、保護ケースに回路基板を固定する。

図６は、図１に示される車載用電子装置を組み立てるフローの他例を説明するフロー図である。

本例では、はんだレジスト膜を形成した回路基板の接続端子に、予めSn系はんだ層がはんだレベラー法で形成されている。この回路基板の接続端子（のSn系はんだ層の表面の中央部）に、まず、大気中で例えば100〜150℃の予備加熱を行いながら、Agインクをディスペンサーで塗布し、次に、N₂+H₂のフォーミングガス中（非酸化雰囲気中）で例えば250〜300℃に加熱して、Ag焼成膜を形成する。次に、回路基板の部品搭載端子にSn系はんだペーストを印刷し、所定の位置に電子部品を搭載して、はんだリフロー処理してフラックス洗浄処理を行う。最後に、電子部品を搭載した回路基板を保護ケースに組み込んで電子装置の組み立てを完了する。

以上の説明から分かるように、本実施形態によれば、回路基板の接続端子のCu接続端子の表面にSn系はんだペーストを印刷・リフローする方法や、Sn系はんだ浴に浸漬・エアブロー処理する方法によってSn系はんだ層を形成し、そのSn系はんだ層の一部（中央部）にAgインク（Ag含有溶液）やペーストを塗布して100℃〜300℃の温度に加熱・焼成処理して、Ag主体とする金属層を形成したので、回路基板の接続端子への密着性に優れたAg膜の形成を、Agインク（Ag含有溶液）やAgペーストの塗布・焼成処理の２工程で行うことができ、焼成処理時間もAgインクやAgペーストと焼成温度の最適化により短時間化でき、焼成処理後の洗浄や廃棄物処理が不要となるため、低コストで生産性に優れたプロセスで車載用電子装置を組み立てることが可能となり、車載用電子装置の製造コストを効果的に低減することが可能となる。

また、Agの焼成処理プロセスとして、大気中で100〜150℃の温度に回路基板を加熱してAgインクやペーストを接続端子のSn系はんだ層上に供給・仮焼成する工程と、その後に還元性あるいは非酸化性雰囲気中で200〜300℃の温度で回路基板を加熱してAgインクやペーストを本焼成する工程とを含むプロセスとし、接続端子のSn系はんだ層上へのAg主体の金属層の形成工程を２段工程の焼成法としたことにより、塗布と乾燥が同時進行で進んで液だれの無い局所的なAg材料の供給が可能となり、後段のSn系はんだの還元性あるいは非酸化環境での加熱工程でSn系はんだ層とAg主体の金属層との拡散や部分融合が進んで、密着性に優れたAg主体の金属層を形成することが可能となる。

＜車載用電子装置の評価サンプルによる検証実験とその結果＞
本発明者等は、上記実施形態の車載用電子装置の効果を確認するため、複数の評価用サンプルを作製して、その絶縁信頼性（耐マイグレーション性）と接続信頼性を検証した。以下に、本発明者等による検証実験とその結果を概説する。

本発明者らは、回路基板側接続端子のメタライズ構成として、回路基板のはんだ接続端子（部品搭載端子）やコネクタ用接続端子以外にはんだレジスト膜を形成した回路基板を作製し、その回路基板の露出したCu接続端子にはんだ浴浸漬法によって平均膜厚4〜20μmのSn系はんだ層を形成し、コネクタ用接続端子に膜厚1〜5μmの無電解Agめっきを形成した評価用回路基板を作製した。また、雌型コネクタのコネクタ端子のメタライズ構成を種々変更したサンプルを作製し、前記評価用回路基板と組み合わせて長期信頼性を調査する評価サンプルを組み立てた。雌型コネクタに回路基板の接続端子を挿入して組み立てる場合、エンボス加工で凸状に加工されたコネクタ端子の接触部が回路基板面や接続端子面に擦られることになるため、形状的に削られ易いコネクタ端子面の損耗を小さく抑える必要があり、評価用回路基板側接続端子面の表層を軟質な層で構成している。この評価サンプルで信頼性を調査した結果、回路基板側接続端子面をSn系はんだ層の上に軟質なAg層を形成した面とし、コネクタ端子面の最表面をAgを主要元素とする金属層とした場合（従来構造の評価サンプル）、150℃-2000h保持や-45/125℃-2000回後の条件で接触抵抗10mΩ以下を維持できることが確認された。しかし、高温・高湿環境下のバイアス試験においては、マイグレーションによる絶縁不良が発生することが確認された。

それに対し、本発明者等は、前記したSn系はんだの耐マイグレーション性に優れる性質を利用するため、回路基板の接続端子の全面に低コストプロセスであるはんだ浴浸漬法でSn系はんだ層を形成し、その表面の中央部分に限定して（言い換えれば、その表面の外周部分を露出するように）Agインクを塗布し、その回路基板を加熱処理してAg膜を形成した。ここで、部分的にAg膜を形成する方法として、マスクによるAgめっき法があるが、レジストの形成と除去処理やめっき液の廃液処理や洗浄処理が必要であり、プロセスコストが高くなる問題がある。一方、Agインク焼成法は、回路基板のレジスト処理が不要であり、廃棄物が出ず、洗浄処理も不要であるため、低コストである。ただし、Agインクの塗布に際しては、Agインクのはじきや濡れ拡がりによって目的の場所への塗布が難しいという問題がある。そのため、本発明者等は、前記のように、低沸点溶剤を溶媒としたAgインクを採用し、回路基板側の温度を高温（100〜150℃）に予熱（予備加熱）してからAgインクを塗布し、塗布と同時に溶液成分を揮発させて固形成分のみを所定の場所に形成することで、目的の場所へのAg塗布を達成した。そして、その回路基板をさらにAgインクの焼成温度（200〜250℃）に加熱処理してAg膜（Ag焼成膜）を形成した（本発明構造の評価サンプル）。その回路基板に対して、前記と同様のマイグレーション評価試験とAgめっきしたコネクタ端子との接続信頼性評価を行った結果、マイグレーション寿命は、全面Agの場合（従来構造の評価サンプル）に比べて２倍以上に改善され、接続信頼性は、前記と同等の寿命が得られることが確認された。

［第２実施形態］
本実施形態では、前記した車載用電子装置におけるカードエッジコネクタの接続信頼性と回路基板の絶縁信頼性を向上する接続端子構造の他例を説明する。

図７は、本発明に係る車載用電子装置（カードエッジコネクタ構造を有する車載用電子装置）の第２実施形態を示す図であり、図７（Ａ）は、車載用電子装置の回路基板に形成された外部接続端子領域の平面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図である。なお、上記第１実施形態の車載用電子装置20と同様の構成については、同様の符号（第１実施形態に対して40を加算した符号）を付してその詳細な説明は省略する。

図示実施形態の車載用電子装置60の外部接続端子領域48において、Cu配線42と、Cu接続端子43の左右と後方で50μm以上の幅と、有機絶縁基板41の先端部分を除いた領域とに、絶縁性のはんだレジスト膜44が（略均一な厚さで）形成されている。つまり、ここでは、Cu接続端子43（の表面）の左右と後方とがはんだレジスト膜44で覆われている。接続端子48Aにおける開口部（平面視矩形状の開口部）には、その全面にSn系はんだ層45がペースト印刷・リフロー法などによって10〜50μmの厚さで形成され、その表面に1〜50μmの厚さのAg焼成膜46が（平面視楕円状に）形成されている。

本実施形態によれば、接続端子48Aの金属が露出した領域の隣接間距離をCu接続端子43間距離より遠くできること、隣接する接続端子48A間の電位差で発生する電界強度が最も高くなる接続端子48Aの端部にAg焼成膜46が形成されない（言い換えれば、Cu接続端子43上に形成されたSn系はんだ層45の表面の外周部分のうち、隣接する接続端子48Aを結ぶ線分63上に位置する部分を露出するように、Sn系はんだ層45の表面にAg焼成膜46が形成される）構造となっていることにより、高温高湿の環境に曝されても、Agのマイグレーションによる絶縁抵抗の低下がより確実に抑制され、回路基板の絶縁信頼性を更に向上できる。また、同時に、雌型コネクタのコネクタ端子の最表面にAgをメタライズしたカードエッジコネクタと組み合わせる構成にすれば、例えば自動車のエンジンルーム等の過酷環境に設置されても、接続抵抗の増加で電気的な動作不良が発生することがより確実に抑制され、カードエッジコネクタの接続信頼性を更に向上できる。

［第３実施形態］
本実施形態では、車載用電子装置の回路基板の実装領域を熱硬化性樹脂で封止した樹脂モールドタイプの車載用電子装置の例を説明する。

図８は、本発明に係る車載用電子装置（樹脂モールドタイプの車載用電子装置）の第３実施形態の概略構成を示す縦断面構図である。なお、上記第１実施形態の車載用電子装置20と同様の構成については、同様の符号（第１実施形態に対して70を加算した符号）を付してその詳細な説明は省略する。

図示実施形態の車載用電子装置90において、有機絶縁基板71とCu配線72から成る回路基板91には、電子部品79,80,81,82がはんだ接合で搭載され、前記電子部品79,80,81,82のうち、発熱量の多い電子部品82には、高熱伝導部材87が固着されている。前記電子部品79,80,81,82が搭載された回路基板91の実装領域77は、表裏両面に、保護部材83を構成する熱硬化型の封止樹脂（モールド樹脂ともいう）84が全ての電子部品79,80,81,82（及び高熱伝導部材87）を覆った状態でモールドされている。モールド樹脂84から露出した基板端部に位置する外部接続端子領域78には、実装領域77側のCu配線72と繋がったCu接続端子にSn-Ag-Cu系はんだをディップコートし、そのSn系はんだ層の表面の中央部に（部分的に）Ag膜を焼成した接続端子78Aが形成されている（詳細構造は、上記第１及び第２実施形態参照）。露出した基板端部に位置するCu配線上には、絶縁性のはんだレジスト膜（不図示）が形成されている。そして、基板端部（外部接続端子領域78）を覆うように、カードエッジコネクタを収容して固定する機能を有する（コネクタ収容空間89を画成する）コネクタ収納部材84Aが前記モールド樹脂84と一体的に形成されている。このコネクタ収納部材84Aは、例えば、モールド・接続端子形成後に、熱可塑性樹脂の射出成型で作成される。

本実施形態によれば、電子装置90の回路基板91を電子部品搭載高さとほぼ同等の高さで熱硬化性封止樹脂84をモールドした構造としたことにより、回路基板91を保護するケース部材が不要となって、電子装置本体のサイズの大幅な小型化が図れる。また、電子部品79,80,81,82のはんだ接合部が封止樹脂84の収縮力で固定されて圧縮応力が加えられた状態となるため、はんだ接合部の熱疲労寿命が大幅に改善され、回路基板91の実装領域77の信頼性を高めることができる。同時に、上記第１及び第２実施形態と同様に、コネクタ接続信頼性や回路基板の絶縁信頼性を高めることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施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。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

1 有機絶縁基板
2 Cu配線
3 Cu接続端子
4 はんだレジスト膜
5 Sn系はんだ層
6 Ag焼成膜（Ag金属層）
7 実装領域
8 外部接続端子領域
8A 接続端子
9〜12 電子部品
13 保護ケース（保護部材）
14 ケース
14A コネクタ収納部
14B 隔壁
14C 開口部
15 放熱部材
16 後蓋
17 高熱伝導グリース
18 回路基板収納空間
19 コネクタ収容空間
20 車載用電子装置（第１実施形態）
21 回路基板
60 車載用電子装置（第２実施形態）
90 車載用電子装置（第３実施形態）

Claims

電子部品を搭載した回路基板と、該回路基板の電子部品が搭載されていない外部接続端子領域を外部空間に突出させるように前記回路基板の電子部品が搭載された実装領域を収納して外気から保護する保護部材と、を備え、
前記外部接続端子領域には、電気的導通を得るために外部コネクタに挿入される複数の接続端子が設けられ、
前記接続端子は、Cu配線からなるCu接続端子の表面にSn系はんだ層が形成されるとともに、該Sn系はんだ層の表面の外周部分の少なくとも一部を露出するように該Sn系はんだ層の表面にAg金属層が形成された構造を有していることを特徴とする車載用電子装置。
請求項１に記載の車載用電子装置において、
前記Ag金属層は、前記Sn系はんだ層の表面の外周部分のうち、隣接する接続端子を結ぶ線分上に位置する部分を露出するように該Sn系はんだ層の表面に形成されていることを特徴とする車載用電子装置。
請求項１に記載の車載用電子装置において、
前記Ag金属層は、前記Sn系はんだ層の表面の外周部分全体を露出するように該Sn系はんだ層の表面に形成されていることを特徴とする車載用電子装置。
請求項３に記載の車載用電子装置において、
前記Ag金属層の外端から前記Sn系はんだ層の外周端までの前記Sn系はんだ層の表面に沿う方向の沿面距離が10μm以上に設定されていることを特徴とする車載用電子装置。
請求項１に記載の車載用電子装置において、
前記Sn系はんだ層の厚みが1〜50μmの範囲内に設定され、前記Ag金属層の厚みが1〜50μmの範囲内に設定されていることを特徴とする車載用電子装置。
請求項１に記載の車載用電子装置において、
前記保護部材は、樹脂と金属とから構成され、前記回路基板の実装領域を収納する回路基板収納空間と前記回路基板の外部接続端子領域を収容するコネクタ収容空間とを有する箱型ケース、または、絶縁性の樹脂から構成され、前記回路基板の実装領域をモールドした封止樹脂からなることを特徴とする車載用電子装置。
請求項１に記載の車載用電子装置の製造方法であって、
前記接続端子に設けられた前記Cu接続端子の表面に、Sn系はんだペーストの印刷およびリフロー、または、Sn系はんだ浴への浸漬およびエアブローによってSn系はんだ層を形成する工程と、
前記Sn系はんだ層の表面に、AgインクもしくはAgペーストの塗布および焼成によってAg金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする車載用電子装置の製造方法。
請求項７に記載の車載用電子装置の製造方法において、
前記Ag金属層を形成する工程が、大気中で前記回路基板を加熱して前記AgインクもしくはAgペーストを前記Sn系はんだ層の表面に仮焼成する工程と、還元性あるいは非酸化性雰囲気中で前記回路基板を加熱して前記AgインクもしくはAgペーストを前記Sn系はんだ層の表面に本焼成する工程と、を含むことを特徴とする車載用電子装置の製造方法。