JP2008085274A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】センサユニットではハンダ５０にクラックが生じるのを抑制する。
【解決手段】センサユニットでは、スペーサ３０の４本の柱部材３１が、回路基板１０、２０の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するようにスリット３３で撓む。ここで、スリット３３は、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも小さいと、当該熱膨張する際に生じる応力の一部がハンダ５０に加わる可能性があるが、本実施形態では、スリット３３は、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも大きく設定されているので、当該熱膨張する際に生じる応力がハンダ５０に全く加わらない。このため、温度変化が繰り返され、スペーサ３０の熱膨張が繰り返されても、ハンダ５０にクラックが生じるのを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板を備えた電子機器に関する。

従来、車室内の被検出対象の表面温度を検出する非接触型温度センサを回路基板に搭載したセンサユニットがある。このセンサユニットは、車室内の意匠壁に対して奥側（すなわち、車室内と反対側）に配置され、非接触型温度センサが車室内の被検出対象（例えば、乗員）から意匠壁の開口部を通して入射する赤外線に基づいて被検出対象の表面温度を検出するようになっている。

本発明者は、センサユニットの検出範囲を広くする設定することを検討したところ、次のようなことが分かった。すなわち、センサユニットを意匠壁の開口部に近づけると、開口部の開口面積を広げることなく、非接触型温度センサの検出範囲を広くすることができる。

しかし、意匠壁の奥側の構造によっては、回路基板が他の構造物に干渉して、センサユニット（すなわち、非接触型温度センサ）を意匠壁の開口部に近づけることができない場合がある。

これに対して、本発明者は、図４に示すように、第１の回路基板１と、第１の回路基板よりも小さい面積の第２の回路基板２とを並行に配設し、第２の回路基板２に、センサエレメント（図示省略）等を搭載して構成されるセンサユニットを考えた。

このものにおいては、第２の回路基板２が第１の回路基板よりも小さいため、第２の回路基板２が意匠壁の奥側の構造により干渉することなく、意匠壁の開口部に近づけることができる。

ここで、このセンサユニットでは、第１、第２の回路基板１、２の間にスペーサ３を挟んだ状態で、金属製のリード線４の両端側を第１、第２の回路基板１、２にそれぞれに対してハンダにより接続して構成される。

しかし、スペーサ３として、金属製のリード線４よりも熱膨張（熱膨張率）の大きな樹脂材料からなるものを用いた場合には、スペーサ３の伸びる寸法の方が、金属製のリード線４の伸びる寸法よりも、長くなる。したがって、スペーサ３が熱膨張により第１、第２の回路基板１、２の間の間隔を広げるように働き、第１、第２の回路基板１、２およびハンダ５に応力がかかる。

しかも、センサユニットの環境温度が高温→低温→高温→低温といったように繰り返し変化すると、スペーサ３が繰り返し伸縮する。このため、第１、第２の回路基板１、２のハンダ５に繰り返し応力が加わり、ハンダ５にクラックが生じて、導通不良が発生する。

また、スペーサ３として、リード線３と同様に金属材料からなるものを用いて、スペーサ３およびリード線３の間の熱膨張の差を小さくすることも考えられるが、重量の増加を招くことになる。

また、このような熱膨張によりハンダ５にクラックが生じる問題は、上述のセンサユニットに限らず、２枚の回路基板の間にスペーサを狭持した状態で２枚の回路基板に対してリード線をハンダ付けして構成される電子機器にも生じる可能性があると考えられる。

本発明は、上記点に鑑み、金属製のスペーサを用いることなく、ハンダにクラックが生じるのを抑制するようにした電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、第１、第２の回路基板と、金属材料からなり、第１、第２の回路基板のそれぞれに対してハンダを用いて接続されて、第１、第２の回路基板の間を電気的接続する金属接続部材と、金属接続部材よりも熱膨張の大きな樹脂材料からなり、第１、第２の回路基板の間の狭持されるスペーサと、を備えており、スペーサには、スリットが設けられ、スリットは、第１、第２の回路基板に対するスペーサの接触面積よりも大きくなっており、スペーサは、第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するようにスリットで撓むことを第１の特徴とする。

したがって、スペーサが第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張してもその熱膨張の際に生じる応力がハンダには加わらない。このため、温度変化が繰り返されても、ハンダにクラックが生じるのを抑制することができる。

本発明は、第１、第２の回路基板と、金属材料からなり、第１、第２の回路基板のそれぞれに対してハンダを用いて接続されて、第１、第２の回路基板の間を電気的接続する金属接続部材と、金属接続部材よりも熱膨張の大きな樹脂材料からなり、第１、第２の回路基板の間の狭持されるスペーサと、を備えており、スペーサには、第１、第２の回路基板うち少なくとも一方の回路基板に向けて突出する突出部が形成されており、スペーサは、第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するように突出部が潰れるようになっていることを第２の特徴とする。

したがって、スペーサが第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張してもその熱膨張の際に生じる応力がハンダには加わらない。このため、温度変化が繰り返されても、ハンダにクラックが生じるのを抑制することができる。

（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態のセンサユニットを示す。図１は本実施形態のセンサユニットを側方から見た図である。

本実施形態のセンサユニットは、車室内の意匠壁に対して奥側（すなわち、車室内と反対側）に配置され、意匠壁の開口部から入射する赤外線に基づいて車室内の被検出対象（例えば、乗員）の表面温度を検出するものである。

具体的には、センサユニットは、回路基板１０、２０と、スペーサ３０、４本のリード線４０（図１では２本のリード線４０を示す）、缶部材６１、センサエレメント６０、および集光レンズ６２から構成されている。

回路基板１０、２０は、それぞれ、ガラスエポキシ樹脂からなる回路基板であり、回路基板１０、２０は、所定間隔を開けた状態で並列に配置されている。回路基板１０は、回路基板２０よりも大きな面積を有している。

なお、回路基板１０は特許請求の範囲に記載の第１の回路基板に相当し、回路基板２０は特許請求の範囲に記載の第１の回路基板に相当する。

図２にスペーサ３０を上側（回路基板１０側）から視た図を示す。

スペーサ３０は、ＡＢＳ等の金属よりも熱膨張率の大きな樹脂材料から一体成形されるものであって、回路基板１０、２０の間の間隔（すなわち、寸法）を安定させるために用いられる。

具体的には、スペーサ３０は、４本の角柱状の柱部材３１とおよび４本の角柱状の梁部材３２から構成される。各柱部材３１は、図１に示すように、回路基板１０、２０の間に狭持されており、４本の梁部材３２は、図２に示すように、回路基板１０（２０）側から視て四角形状になるように配置され、４本の柱部材３１のうち隣接する柱部材３１を連結する。

ここで、４本の柱部材３１には、それぞれ、長手方向に形成される貫通穴３１ａが設けられている。また、４本の柱部材３１には、図１に示すように、スリット（切り込み）３３が形成されている。スリット３３は、図１に示すように、柱部材３１から梁部材３２に突出するように形成されている。すなわち、スリット３３は、柱部材３１だけでなく梁部材３２の一部にも形成されることになる。このため、スリット３３の面積Ｓａは、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも大きく設定されている。

ここで、本実施形態では、柱部材３１および回路基板１０の間の接触面積Ｓｂと、柱部材３１および回路基板２０の間の接触面積Ｓｃとは同一になっている。 なお、接触面積Ｓｂ＞接触面積Ｓｃのときには、スリット３３の面積Ｓａ＞接触面積Ｓｂになるように設定し、接触面積Ｓｃ＞接触面積Ｓｂのときには、スリット３３の面積Ｓａ＞接触面積Ｓｃになるように設定する。

４本のリード線４０は、それぞれ、アルミニウム等の金属製の棒状部材であって、４本の柱部材３１の貫通穴３１ａ内に挿入されており、４本のリード線４０は、それぞれ、回路基板１０、２０の間をハンダ５０によって電気的に接続されている。

センサエレメント６０は、非接触温度センサ（赤外線受光素子）を構成するもので、回路基板２０に搭載されている。センサエレメント６０は、意匠壁の開口部および集光レンズ６２（すなわち、缶部材６１の開口部６２ａ）を通して車室内の被検出対象（例えば、乗員）から入射する赤外線に基づいて、被検出対象の表面温度を検出する。

缶部材６１は、金属製の缶状部材であって、回路基板２０に搭載されており、缶部材６１は、センサエレメント６０を覆うように形成されて、開口部６２ａ以外からセンサエレメント６０に入光することを妨げる。集光レンズ６２は、開口部６２ａに填め込まれている。

次に、本実施形態のセンサユニットの組み付けについて説明する。

まず、回路基板１０、２０と、スペーサ３０、４本のリード線４０、缶部材６１、センサエレメント６０、および集光レンズ６２を用意する。

次に、スペーサ３０の各貫通穴３１ａ内に４本のリード線４０を挿入し、この状態でスペーサ３０および４本のリード線４０を回路基板１０、２０の間に配置する。

次に、４本のリード線４０の端部を回路基板１０、２０の各貫通穴１１に挿入し、さらに４本のリード線４０の端部をそれぞれ曲げる。これに伴い、４本のリード線４０の端部を回路基板１０、２０に対してハンダにより接続する。これにより、回路基板１０、２０の間にスペーサ３０を狭持した状態で、４本のリード線４０により回路基板１０、２０の間を電気的に接続する。

以上のように構成されるセンサユニットでは、スペーサ３０の４本の柱部材３１には、スリット３３が設けられ、スリット３３の面積Ｓａは、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも大きく設定されている。

したがって、スペーサ３０の４本の柱部材３１が熱膨張しても、４本の柱部材３１が、回路基板１０、２０の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するようにスリット３３で撓む。

ここで、スリット３３は、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも小さいと、当該熱膨張する際に生じる応力の一部がスリット３３の撓みにより吸収できずに、その１部の応力のハンダ５０に加わる可能性があるが、本実施形態では、スリット３３は、柱部材３１および回路基板１０（２０）と間の接触面積Ｓｂ（Ｓｃ）よりも大きく設定されているので、当該熱膨張する際に生じる応力がハンダ５０に全く加わらない。このため、温度変化が繰り返され、スペーサ３０の熱膨張が繰り返されても、ハンダ５０にクラックが生じるのを抑制することができる。

（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、スペーサ３０の４本の柱部材３１が熱膨張する際に生じる応力を吸収するようにスリット３３で撓むようにしたものについて説明したが、これに代えて、本第２実施形態では、図３に示すように、スペーサ３０Ａは、梁部材が除かれ、４本の柱部材だけからなるものが用いられ、４本の柱部材には、それぞれの両端側（すなわち回路基板１０、２０側）に向けて形成される円錐形状の突出部３４が設けられる。

本実施形態においても、スペーサ３０Ａ（４本の柱部材）は、ＡＢＳ等の樹脂材料からなるものであるため、スペーサ３０Ａは、回路基板１０、２０の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するように突出部３４が潰れる。したがって、当該熱膨張する際に生じる応力がハンダ５０に加わることを抑制することができる。このため、温度変化が繰り返され、スペーサ３０Ａの熱膨張が繰り返されても、上述の第１実施形態と同様、ハンダ５０にクラックが生じるのを抑制することができる。

上述の第２実施形態では、スペーサ３０Ａの両端側に突出部３４を設けた例について説明したが、これに代えて、スペーサ３０Ａの一端側にだけ突出部３４を設けるようにしてもよい。

上述の第１、第２実施形態では、センサユニットのセンサとして非接触温度センサを適用した例について説明したが、これに限らず、非接触温度センサ以外の圧力センサ、湿度センサなど各種のセンサを適用しても良い。

上述の第１、第２実施形態では、電子機器としてセンサユニットを用いた例について説明したが、これに限らず、２枚の回路基板の間にスペーサを狭持した状態で２枚の回路基板に対してリード線をハンダ付けして構成されるものならば、いかなる電子機器であってもよい。

本発発明の第１実施形態のセンサユニットの構成を示す側面図である。 図１のスペーサを示す上面図である。 本発発明の第２実施形態のセンサユニットの構成を示す側面図である。 二枚の回路基板からなる電子機器を示す側面図である。

符号の説明

１０、２０…回路基板、３０…スペーサ、３１…柱部材、３２…梁部材、
３３…スリット、４０…リード線、Ｓｂ、Ｓｃ…接触面積、５０…ハンダ。

Claims (5)

1. 第１の回路基板と、
   前記第１の回路基板に並行で、かつ前記第１の回路基板に対して所定間隔を開けて配置される第２の回路基板と、
   金属材料からなり、前記第１、第２の回路基板のそれぞれに対してハンダを用いて接続されて、前記第１、第２の回路基板の間を電気的接続する金属接続部材と、
   前記金属接続部材よりも熱膨張の大きな樹脂材料からなり、前記第１、第２の回路基板の間の狭持されるスペーサと、を備えており、
   前記スペーサには、スリットが設けられ、
   前記スリットは、前記第１、第２の回路基板に対する前記スペーサの接触面積よりも大きくなっており、
   前記スペーサは、前記第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するように前記スリットで撓むことを特徴とする電子機器。
2. 前記スペーサは、前記第１、第２の回路基板の間に配置され、かつ前記スリットが設けられる複数本の柱部材と、前記複数本の柱部材の間を接続する梁部材と、を備えており、
   前記スリットは、前記柱部材側から前記梁部材側に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記柱部材には、前記金属接続部材が貫通される貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
4. 第１の回路基板と、
   前記第１の回路基板に並行で、かつ前記第１の回路基板に対して所定間隔を開けて配置される第２の回路基板と、
   金属材料からなり、前記第１、第２の回路基板のそれぞれに対してハンダを用いて接続されて、前記第１、第２の回路基板の間を電気的接続する金属接続部材と、
   前記金属接続部材よりも熱膨張の大きな樹脂材料からなり、前記第１、第２の回路基板の間の狭持されるスペーサと、を備えており、
   前記スペーサには、前記第１、第２の回路基板うち少なくとも一方の回路基板に向けて突出する突出部が形成されており、
   前記スペーサは、前記第１、第２の回路基板の間を広げる方向に熱膨張する際に生じる応力を吸収するように前記突出部が潰れるようになっていることを特徴とする電子機器。
5. 前記第１、第２の回路基板のうちいずれか一方の回路基板には、被対象物の物理量を検出するセンサが搭載されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子機器。

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