JP2009088352A - 電子回路装置の製造方法および電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング成形により回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能な電子回路装置の製造方法およびこの製造方法により形成される電子回路装置を提供すること。
【解決手段】（ａ）に示すように、金型キャビティ内に保持される回路基板２には、回路基板２側となる面に突起部３３が形成された回路部品３が実装されており、突起部３３の先端が回路基板２に対し実質的に点接触している。そして、（ｂ）に示すように、突起部３３により形成された回路基板２と回路部品３との間の隙間部にケーシング４となる樹脂を充填して、隙間部から空気を排除することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、回路基板の電子部品非実装面がケーシングの外表面の一部をなす電子回路装置の製造方法および電子回路装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された電子回路装置がある。この電子回路装置は電子キー送受信機であり、片面のみに電子部品が実装された回路基板の電子部品非実装面が内壁面に密着するように、回路基板を金型キャビティ内に配置した後、キャビティ内に樹脂を充填して固化させ、回路基板の非実装面が外表面の一部をなすようにケーシングが成形されている。

これにより、ケーシング成形時の圧力等により回路基板が大きく変形することを防止することができるようになっている。
特開２００６−３０３３２７号公報

しかしながら、上記従来技術の電子回路装置では、キャビティ内への樹脂充填時に電子部品と回路基板との間に空気が残留していると、成形時の熱や圧力の影響により、ケーシング成形後に外表面の一部として露出する回路基板の非実装面に、膨れが発生する場合があるという問題がある。非実装面の膨れは、その変形量は小さいものの、発生した場合には電子回路装置の意匠性が低下する（見栄えが悪くなる）という不具合を発生する。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、ケーシング成形により回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能な電子回路装置の製造方法、および、この製造方法により形成される電子回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の製造方法では、
両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板を、電子部品の実装面とは反対側の非実装面が、内面に密着するように金型のキャビティ内に保持する保持工程と、
保持工程の後に、金型のキャビティ内に樹脂を充填して固化し、回路基板の非実装面が外表面の一部をなすように電子部品を封止するケーシングを成形する成形工程と、を備える電子回路装置の製造方法であって、
保持工程で保持される回路基板には、回路基板側となる面に突起部が形成された電子部品が実装されており、突起部の先端が回路基板に対し実質的に点接触して、成形工程で回路基板と電子部品との間にケーシングとなる樹脂を充填可能な隙間部を形成していることを特徴としている。

これによると、成形工程で金型のキャビティ内に樹脂を充填したときに、回路基板と電子部品との間の隙間部にも樹脂を充填し、回路基板と電子部品との間から空気を排除することが可能である。また、回路基板と電子部品の突起部とは実質的に点接触しているので、接触部位近傍に樹脂が充填できなくても残留する空気層の回路基板延在面の投影面積は僅かである。したがって、ケーシングの成形工程において、残留した空気が膨張して回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、電子部品の突起部は、略円錐形状であることを特徴としている。これによると、成形工程において、回路基板と電子部品との接触部位の極近傍にまで樹脂を充填することが可能である。したがって、ケーシングの成形工程において、残留した空気が膨張して回路基板の非実装面に膨れが発生することを確実に防止することが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、電子部品の突起部は、電子部品の回路基板側となる面に、配設密度が略均一となるように複数設けられていることを特徴としている。これによると、成形工程でキャビティ内に充填される樹脂の圧力により電子部品が回路基板側に変位して隙間部が狭くなることを抑止することが容易である。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の製造方法は、ケーシングの形状が略カード状である電子回路装置の製造に適用することができる。

また、請求項５に記載の発明の電子回路装置では、
両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板と、
回路基板の電子部品の実装面とは反対側の非実装面が外表面の一部をなすように、電子部品を封止する樹脂材料からなるケーシングと、を備える電子回路装置であって、
回路基板側となる面に突起部が形成された電子部品が回路基板に実装されて、突起部の先端が回路基板に対し実質的に点接触しており、回路基板と電子部品との間にケーシングとなる樹脂材料が充填されていることを特徴としている。

この電子回路装置は請求項１に記載の発明の製造方法により形成することができる。したがって、ケーシング成形時に回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能である。

また、請求項６に記載の発明では、電子部品の突起部は、略円錐形状であることを特徴としている。この電子回路装置は請求項２に記載の製造方法により形成することができる。

また、請求項７に記載の発明では、電子部品の突起部は、電子部品の回路基板側となる面に、配設密度が略均一となるように複数設けられていることを特徴としている。この電子回路装置は請求項３に記載の製造方法により形成することができる。

また、請求項８に記載の発明では、ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴としている。この電子回路装置は請求項４に記載の製造方法により形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

本発明を適用した一実施形態における電子回路装置は、自動車等に用いられる電子キーシステムの送受信機である電子キー送受信機１であり、図１は、電子キー送受信機１に用いられる電子部品が実装された回路基板２を示す平面図である。また、図２〜図５は、電子キー送受信機１の製造工程の一例を示す工程別断面図である。

本実施形態の電子キー送受信機１は、図１に示す、回路部品（電子部品）３が実装されたプリント回路基板２と、この回路基板２に半田付けされたプラス極側ターミナル５およびマイナス極側ターミナル６の一部とを、樹脂材料により封止して形成されている。

回路基板２は、例えばガラスエポキシ樹脂（ガラス繊維強化エポキシ樹脂）等からなる絶縁基材に電気導体、例えば銅箔により配線パターン（図１図示略）を形成してなるものである。基板としては、絶縁基材がガラスエポキシ樹脂からなるものに限定されるものではなく、他の種類の樹脂基板等を用いてもよい。

プリント回路基板２に実装されている回路部品（電子部品）３としては、例えば、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ、アンテナ等がある。回路部品３は、プリント回路基板２の両面のうち、片側の面である実装面２１のみに実装されており、実装面２１の反対面である非実装面（裏面）２２には、何も実装されておらず平滑な面となっている。

図１に示すように、回路基板２には、切欠き部２３が設けられて電池収容空間が形成され、給電源としてのボタン型電池のプラス極に接触するプラス極側ターミナル５と、ボタン型電池のマイナス極に接触するマイナス極側ターミナル６とが実装されている。両ターミナル５、６は、電池収容空間に臨み且つ切欠き部２３を横断するように（図１において、上下方向に横切るように）配置され、その両端において、回路基板２の実装面２１の配線パターン（図示略）に半田付けされている。

電子キー送受信機１を製造するときには、まず、図２に示すように、回路部品３および両ターミナル５、６（図２では図示略）が半田付け実装された回路基板２を、非実装面２２が金型１００のキャビティ（製品部、すなわち樹脂が充填されて後述するケーシング４の実体となる部分）１０４の内面に密着するように保持する。

金型１００は、大きくは、上型１０１、下型１０２および図示を省略したスライドコアを備えている。スライドコアは、前述した両ターミナル５、６の中央部を覆い電池収容空間を形成するためのものである。上型１０１、下型１０２は、それぞれ図示を省略した固定盤もしくは可動盤を有しており、成形機のプラテンに固定されている。

上型１０１には、ゲート１０８からキャビティ１０４内へ充填される樹脂の供給通路としてのスプルー（ランナ）１０７が形成されており、スプルー１０７の上流側には樹脂を投入するための上下方向に延びるポット１０５が設けられている。そして、ポット１０５の上方には、図示しないプラテンの貫通孔を介してポット１０５内に進退可能なプランジャ（ピストン）１０６が配設されている。

一方、下型１０２には、キャビティ１０４内にセットされた回路基板２を負圧により吸引して保持するための吸引孔１０９が形成されている。吸引孔１０９は、図示しない配管を介して外部の真空ポンプ（図示略）に接続されており、必要に応じて吸引孔１０９内の圧力が負圧に制御される。

実装済みの回路基板２は、上下型１０１、１０２が離間した状態において下型１０２の表面（型締めした際にキャビティ１０４の内面となる下型１０２の上面）１０２ａに、非実装面２２が接するように所定位置に配設され、型締めされる。このとき、吸引孔１０９内を負圧にすることにより、回路基板２には図示下方へ向かう力が作用し、回路基板２は下型１０２の表面１０２ａに完全に密着する。

図２に示すように、金型１００を型締めしてキャビティ１０４内に回路基板２を保持したら、ポット１０５の上端開口部から成形用の樹脂材料からなるタブレット１１０を投入する。

この樹脂材料として、本実施形態の電子キー送受信機１においては、熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂を用いている。予め、Ｂステージ状の粉末のエポキシ樹脂を押し固めてタブレット１１０を形成している。投入樹脂材料をタブレット１１０とすることで、作業性が良好となるとともに、成形樹脂中に空気が混入することを抑制することができる。タブレット１１０は、必要に応じて予熱してから、ポット１０５に投入される。

このとき、金型１１０の型温は、熱硬化性樹脂の硬化反応に適した温度とする必要がある。キャビティ１０４内に配設されインサート成形される回路基板２には、回路部品３および両ターミナル５、６が半田付けにより実装されているので、樹脂材料の硬化反応に必要な温度、すなわち金型１００の温度は、実装に用いられる半田の融点よりも充分に低く設定されている。本実施形態の電子キー送受信機１の場合、融点が２４０℃の半田を採用し、樹脂材料としては、硬化反応温度が１７０℃のエポキシ樹脂を用いている。

熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は耐熱性及び機械強度に優れる性質を有している。一方、電子キー送受信機１は、常時運転者に携帯されるので、ケーシング４をエポキシ樹脂により形成することで電子キー送受信機１の信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態における電子キー送受信機１では、封止用の成形材料としてエポキシ樹脂を用いているが、これに限定されるものではなく、他の種類の熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等を用いてもよい。その場合も、「半田の融点＞樹脂材料の硬化反応温度」なる関係を成立させる必要がある。

上述したようなエポキシ樹脂からなるタブレット１１０を金型１００のポット１０５内に投入したら、図３に示すように、ポット１０５内にプランジャ１０６を下降させ、タブレット１１０状をなしていたエポキシ樹脂を軟化させて液状とし、スプルー１０７を介してゲート１０８からキャビティ１０４内に充填する。キャビティ１０４内に充填された液状のエポキシ樹脂は、金型１００から受熱して硬化反応を進行させ固化する。

キャビティ１０４内に充填したエポキシ樹脂の固化が完了したら、図４に示すように、金型１００の上型１０１と下型１０２とを型開きし、図示しないエジェクタ機構を作動して、回路部品３等を実装した回路基板２がインサート成形されたケーシング４を離型する。離型されたケーシング４には、スプルー（ランナ）１０７内で固化した樹脂（スプルー部（ランナ部））およびポット１０５内で固化した樹脂（カル）が一体となっているので、ゲート部で切断してカルおよびランナ部を除去し、図５に示す電子キー送受信機１を得る。

なお、この後、電子キー送受信機１の外面には必要に応じて塗装等の表面処理が施され、回路基板２が露出した領域が見栄えを悪くすることはない。

キャビティ１０４内で成形されたケーシング４は、回路基板２に実装された回路部品３の全体と、回路基板２の実装面２１および側面２４と、両ターミナル５、６の一部、つまり図１に示す回路基板２への接続部およびその近傍とを、樹脂材料により封止して形成されている。

すなわち、回路基板２の非実装面２２はケーシング４の表面に露出している。詳しくは、ケーシング４の樹脂部表面とプリント基板２の非実装面２２とは互いに滑らかに連続して同一面を形成している。換言すれば、回路基板２の非実装面２２が、ケーシング４の外表面の一部を構成している。

ケーシング４の成形が完了すると、回路基板２、回路基板２に実装された回路部品３、両ターミナル５、６の接続部分は、ケーシング４を形成する樹脂内に完全に内蔵されて封止される。これにより、ケーシング４内の電気回路は両ターミナル５、６の電池収容空間に臨む部分を除いて完全に密閉されるので、電子キー送受信機１を完全防水とすることができる。

図５に示す回路基板２をインサート成形したケーシング４、すなわち電子キー送受信機１の形状は、略カード状、たとえば通常のクレジットカードとして用いられているＩＤ−１型カードと、厚さを除いてほぼ同等の寸法に設定されている。

ここで、図２に示す工程が本実施形態における保持工程であり、図３に示す工程が本実施形態における成形工程である。また、図４に示す工程が本実施形態における離型工程である。

本実施形態では、図２に示す保持工程でキャビティ１０４内に保持される回路基板２には、図６（ａ）に示すように、図示下方側の回路基板２側となる面に突起部３３が形成された回路部品３が実装されている。突起部３３は回路部品３の本体部３２を構成するパッケージ材を成形する際に本体部３２と一体的に成形されており、本例では本体部３２側が底面をなす円錐形状に成形されている。ここで、パッケージ材としては、例えば、エポキシ樹脂や液晶ポリマー等を採用することができる。

回路部品３は、回路基板２の導体パターン３４１の接続端子としてのランドに、接続端子電極であるリード端子３１を半田付け等により電気的に接続されて実装されている。そして、回路部品３の円錐形状の突起部３３の先端部（頂部）は、回路基板２に対して実質的に点接触している。

ここで、突起部３３が回路基板２に実質的に点接触するとは、厳密な意味での点での接触ではなく、回路基板２に実装された回路部品３に図示上方側から成形工程時の樹脂圧力等が印加されても、突起部３３の先端部が変形せず回路部品３が回路基板２側へ変位しない範囲において、極めて小さい面積の面で接触することである。

回路部品３に突起部３３を設けて回路基板２に接触させることにより、回路基板２と回路部品３との間には所定高さ（本例では０．２ｍｍ）の隙間部が形成されている。この隙間部の高さ（図示上下方向の寸法）、すなわち突起部３３の高さは、成形工程で金型１００のキャビティ１０４内に充填される樹脂材料の流動状態に基づいて、成形工程でキャビティ１０４内に充填される樹脂が進入し充填可能な寸法に設定されている。

本例では、突起部３３の高さを０．２ｍｍとしていたが、高さは０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。突起部３３の高さが０．１ｍｍ未満であると、回路基板２と回路部品３との間の隙間部の寸法が狭すぎて、成形工程において隙間部に樹脂を進入させ良好に充填することができない。また、突起部３３の高さが０．３ｍｍを超えると、樹脂の充填性は向上するものの電子キー送受信機１の体格が大きくなり（厚さが厚くなり）、携帯時の収納性が低下し好ましくない。

図６（ａ）に示す回路部品３を実装した回路基板２を保持する保持工程の後、成形工程が行われて、図６（ｂ）に示すように、ケーシング４が成形される際に回路基板２と回路部品３との間の隙間部にもケーシング４と同一の樹脂材料が充填される。これにより、回路基板２と回路部品３との間の隙間部から空気が排除される。

このとき、突起部３３の先端部（円錐形状の頂点部）の近傍には樹脂が完全には充填されず僅かに空気が残留する場合がある。これは突起部３３と回路基板２との距離が小さくなることに起因するものであるので、突起部３３の先端部の角度（先端部の縦断面の角度、円錐形状の頂角）は、樹脂充填性からは小さいほうが好ましい。

換言すれば、樹脂充填性から突起部３３の底面の直径に対する高さは大きいほうが好ましい。一方、成形工程時の樹脂圧力等への耐力からは、突起部３３の底面の直径に対する高さは小さいほうが好ましい。そこで本例では、突起部３３の底面の直径と突起部３３の高さをほぼ同等としている。

ここで、本実施形態では、突起部３３の形状を円錐形状としていたが、略円錐形状であればよい。例えば、円錐形状の母線が内方側もしくは外方側に若干湾曲しているものであってもよい。

上述の製造方法およびその製造方法により得られる構成によれば、保持工程で金型１００キャビティ１０４内に保持される回路基板２には、回路基板２側となる面に突起部３３が形成された回路部品３が実装されており、突起部３３の先端が回路基板２に対し実質的に点接触している。そして、成形工程では、突起部３３により形成された回路基板２と回路部品３との間の隙間部にケーシング４となる樹脂を充填することができる。したがって、成形工程で金型１００のキャビティ１０４内に樹脂を充填したときに、回路基板２と回路部品３との間の隙間部から空気を排除することができる。

また、突起部３３は略円錐形状をなしており、頂点が回路基板２に実質的に点接触しているので、接触部位の極近傍にまで樹脂を充填することができる。接触部位近傍に樹脂が充填できず空気が僅かに残留しても、残留する空気層の回路基板２延在面への投影面積を極めて小さくすることができる。空気層の投影面積を小さくすることができれば、残留空気の圧力が上昇しても回路基板に直交する方向への応力、すなわち回路基板２を非実装面２２側に膨らせようとする方向への応力を小さくすることができる。

このようにして、ケーシング４の成形工程を行う際に、回路基板２と回路部品３との間から成形樹脂材料により大部分の空気を排除することができ、ケーシング４の成形工程において熱や圧力の影響で残留空気が膨張することにより軟化した回路基板２の非実装面２２に膨れが発生することを防止することができる。

また、突起部３３の形状を略円錐形状としているので、本体部３２のパッケージと同時に突起部３３の一体成形を行うことが比較的容易である。

また、本実施形態の電子キー送受信機１の構成によれば、回路基板２の表裏両面側に樹脂をモールドしてケーシングを形成する必要がない。換言すれば、回路基板を取り囲むケーシングの壁面の一方を省略することができる。したがって、略カード状の電子キー送受信機１の厚さ寸法を小さくすることができる。

そして、回路基板２の絶縁基材にガラス繊維強化エポキシ樹脂を採用しているので、略カード形状である電子キー送受信機１の回路基板２に要求される剛性および靭性を両立することが比較的容易である。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、回路基板２に実装される電子部品である回路部品３に形成された突起部３３の数については説明を省略したが、突起部３３は単数であってもよいし複数であってもよい。図６（ａ）に示した回路部品３において紙面表裏方向に複数の突起部３３を、間隔を空けて配列したものであってもよい。また、図７に示す回路部品３Ａのように、複数の突起部３３を、間隔を空けて配列したものであってもよいし、図７に示す突起部３３を、さらに紙面表裏方向に、間隔を空けて配列したものであってもよい。

これらのように、１つの回路部品３、３Ａに複数の突起部３３を設ける場合には、それぞれの間隔を同一とする等して、回路部品３の回路基板２側となる面における突起部３３の配設密度が、略均一となるように設定することが好ましい。これによると、成形工程でキャビティ１０４内に充填される樹脂圧力により回路部品３、３Ａが回路基板２側に変位して隙間部が狭くなることを抑止することが容易である。

また、上記一実施形態では、回路部品３の突起部３３の形状を略円錐形状としていたが、成形工程において回路基板２と回路部品３との間への樹脂の充填性が確保できるものであれば、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、回路部品３Ｂに略半球形状の突起部３３Ｂを設けるものであってもよい。略半球形状の突起部３３Ｂであれば、本体部３２のパッケージと同時に突起部３３Ｂの一体成形を行うことが極めて容易である。

また、上記一実施形態では、両側にリード端子３１を備える回路部品３を用いて説明したが、回路部品３のタイプ（素子タイプ）はこれに限定されるものではない。例えば、片側のみにリード端子を備える電子部品や、本体部表面に外部接続電極が直接形成された電子部品であっても、本発明を適用することは可能である。

また、上記一実施形態では、ケーシング４はトランスファー成形法により成形されていたが、これに限定されるものではない。例えば、インジェクション成形法やコンプレッション成形法を採用するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、本発明を自動車用の電子キー送受信機１およびその製造に適用した場合を例に説明したが、電子回路装置は電子キー送受信機１に限定されるものではない。自動車に搭載される他の電子回路装置に適用してもよい。さらに、自動車用の各種電子回路装置に限らず、民生用各種装置に用いられる電子回路装置に適用してもよい。また、電子回路装置の形状も略カード状に限定されるものではない。

本発明を適用した一実施形態における電子キー送受信機１に用いられる電子部品が実装された回路基板２を示す平面図である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部であり、完成した電子キー送受信機１を示している。 回路部品３が実装された回路基板２の要部を示す断面図であり、（ａ）は保持工程での状態、（ｂ）は成形工程を完了した状態を示している。 他の実施形態における回路部品３Ａが実装された回路基板２の要部を示す断面図である。 他の実施形態における回路部品３Ｂが実装された回路基板２の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 電子キー送受信機（電子回路装置）
２ 回路基板
３、３Ａ、３Ｂ 回路部品（電子部品、実装部品）
４ ケーシング
２１ 実装面
２２ 非実装面
３３、３３Ｂ 突起部
１００ 金型
１０１ 上型
１０２ 下型
１０２ａ 下型の表面（キャビティの内面）
１０４ キャビティ（製品部）

Claims (8)

1. 両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板を、前記電子部品の実装面とは反対側の非実装面が、内面に密着するように金型のキャビティ内に保持する保持工程と、
   前記保持工程の後に、前記キャビティ内に樹脂を充填して固化し、前記非実装面が外表面の一部をなすように前記電子部品を封止するケーシングを成形する成形工程と、を備える電子回路装置の製造方法であって、
   前記保持工程で保持される前記回路基板には、前記回路基板側となる面に突起部が形成された前記電子部品が実装されており、前記突起部の先端が前記回路基板に対し実質的に点接触して、前記成形工程で前記回路基板と前記電子部品との間に前記樹脂を充填可能な隙間部を形成していることを特徴とする電子回路装置の製造方法。
2. 前記突起部は、略円錐形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置の製造方法。
3. 前記突起部は、前記電子部品の前記回路基板側となる面に、配設密度が略均一となるように複数設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子回路装置の製造方法。
4. 前記ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子回路装置の製造方法。
5. 両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板の前記電子部品の実装面とは反対側の非実装面が外表面の一部をなすように、前記電子部品を封止する樹脂材料からなるケーシングと、を備える電子回路装置であって、
   前記回路基板側となる面に突起部が形成された前記電子部品が前記回路基板に実装されて、前記突起部の先端が前記回路基板に対し実質的に点接触しており、前記回路基板と前記電子部品との間に前記樹脂材料が充填されていることを特徴とする電子回路装置。
6. 前記突起部は、略円錐形状であることを特徴とする請求項５に記載の電子回路装置。
7. 前記突起部は、前記電子部品の前記回路基板側となる面に、配設密度が略均一となるように複数設けられていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子回路装置。
8. 前記ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の電子回路装置。

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