JP2010232207A - 基板固定構造および物理量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】基板固定構造および物理量センサにおいて、簡単な構造により基板を強固に位置決めして半田部への応力負荷を低減し、耐衝撃性を向上させる。
【解決手段】基板１１を、この基板１１との電気的接続用のコネクタ端子１２を備えた筐体１３の基板収容部１４に収容して固定すると共に、基板収容部１４を蓋体１６によって封止する基板固定構造において、基板１１に対向して配設された平坦部１５ａを有する複数の段部１５が、基板収容部１４の内壁１４ｂ側に分散配置され、段部１５が樹脂成形により筐体１３と一体成形され、蓋体１６と段部１５の平坦部１５ａとが基板１１を基板１１の両面側から狭持して固定している。基板１１をその両面側から狭持しているので、基板１１に対して垂直方向の衝撃が加わった際に半田部１２ａに対する剪断応力を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を筐体に固定する基板固定構造およびその構造を備えた物理量センサに関する。

従来から、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサ素子は基板に実装固定して用いられ、基板は、基板の保護のためや、基板上の電気回路をコネクタ端子などに電気接続するために筐体に収容固定される。そのような基板固定構造について、種々の工夫が成されている。例えば、基板固定構造として、基板とコネクタ端子との半田付け部分への熱応力による負荷の軽減と半田付け工数の軽減のために、半田付けするコネクタ端子群と、基板に挿入して固定するための複数の支柱の一部とを並設したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０３０７２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような基板固定構造は、基板に挿入した支柱の先端部分をかしめることによって基板を固定するものであって、支柱は銅製の円柱状部材を別途製作してインサート成形により筐体に作り込む必要があり、製造工程が複雑であるという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、大型化することのない簡単な構造により強固に基板を位置決めして半田部への応力負荷を低減し、耐衝撃性の向上を実現した基板固定構造および物理量センサを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、基板を、この基板との電気的接続用のコネクタ端子を備えた筐体の基板収容部に収容して固定すると共に、前記基板収容部を蓋体によって封止する基板固定構造において、前記基板に対向して配設された平坦部を有する複数の段部が、前記基板収容部の内壁側に分散配置され、前記複数の段部が樹脂成形により前記筐体と一体成形され、前記蓋体と前記複数の段部の平坦部とが前記基板を該基板の両面側から狭持して固定しているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の基板固定構造において、前記蓋体は、前記基板収容部の内壁に近接して該基板収容部の内部に向けて突出する突出部を有し、前記突出部と前記基板収容部の内壁側に配設された前記段部の平坦部とによって前記基板を狭持するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の基板固定構造において、前記蓋体の前記突出部が前記基板収容部の内周に沿って分散配置されているものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の基板固定構造において、前記蓋体の前記突出部の先端が円弧状となっているものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の基板固定構造において、前記基板は、前記筐体のコネクタ端子と半田付けされ、前記コネクタ端子の半田付け部分が前記基板収容部の内壁に近接した位置に配置されているものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の基板固定構造において、前記蓋体は外周部に設けられた蓋体凸部を有し、前記筐体は前記基板収容部の開口を囲むように設けられた溝部を有し、前記蓋体は前記蓋体凸部を前記筐体の前記溝部に挿入した状態で当該溝部に充填された封止材によって前記筐体に接着固定されているものである。

請求項７の発明は、センサ素子を実装した基板を、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の基板固定構造によって前記基板収容部に収容固定した物理量センサである。

請求項１の発明によれば、蓋体と複数の段部の平坦部とによって基板を両面から狭持して固定しているので、簡単な構造によって強固に基板を位置決めでき、基板とコネクタ端子との電気的接続部への応力負荷の低減と耐衝撃性の向上を実現できる。

請求項２の発明によれば、蓋体の突出部と基板収容部の段部の平坦部とによって基板の周辺部を狭持することができるので、周辺部以外の基板面を回路用に有効に利用でき、大型化しない簡単な構造で基板を固定できる。

請求項３の発明によれば、蓋体の突出部を全周としないで部分的に設けるので、基板面をより有効に回路用に利用でき、筐体や基板を小型化できる。

請求項４の発明によれば、基板における蓋体との接触面積をより小さくできるので、筐体や基板をより小型化できる。

請求項５の発明によれば、基板とコネクタ端子との電気的接続部である半田部が、基板を両面から狭持している位置の近くとされるので、その半田部への応力負荷をより低減でき、耐衝撃性の向上を実現できる。

請求項６の発明によれば、溝部に充填された封止材によって蓋体を筐体に強固に固定できる。また、溝部に封止材を局在させることができるので、効率良く封止処理をすることができる。封止材として、固化して収縮する接着剤などを用いれば、その収縮に伴う応力を、基板を狭持する力として用いることができ、基板をより強固に確実に固定することができる。また、蓋体が外周部に備えた蓋体凸部は、蓋体の変形を防止することができるので、より確実に基板を狭持して固定することができる。

請求項７の発明によれば、簡単な構造により強固に基板を位置決めして半田部などへの応力負荷を低減して耐衝撃性を向上させた、信頼性の高い物理量センサが実現される。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す側方断面図、（ｂ）は同構造の部分拡大断面図。 同基板固定構造および物理量センサを示す分解斜視図。 同物理量センサを後方から見た断面図。 （ａ）は同物理量センサの蓋体の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は斜視図。 同物理量センサの斜視図。 （ａ）は同物理量センサの正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図。 第１の実施形態の変形例を示す分解斜視図。 同変形例を後方から見た断面図。 第２の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを後方から見た断面図。 （ａ）は同物理量センサの蓋体の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は斜視図。 第３の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを後方から見た断面図。 （ａ）は同物理量センサの蓋体の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は斜視図。

以下、本発明の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサについて、図面を参照して説明する。各部の空間配置の説明のために、図示した上下左右などの方向を参照するが、物理量センサは、実空間における上下左右などの取付姿勢に関わりなく用いることができる。

（第１の実施形態）
図１乃至図６は第１の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本基板固定構造において、センサ素子１０を実装した基板１１が、この基板１１との電気的接続用の複数のコネクタ端子１２を備えた筐体１３の基板収容部１４に収容され、基板収容部１４を封止する蓋体１６によって固定されている。筐体１３において、基板１１に対向して配設された平坦部１５ａを有する複数の段部１５が、基板収容部１４の内壁１４ｂ側に分散配置され、各段部１５が樹脂成形により筐体１３と一体成形されている。本基板固定構造は、蓋体１６と各段部１５の平坦部１５ａとが基板１１を基板１１の両面側から狭持して固定すると共に封止する構造であり、この構造によって物理量センサ１が構成される。以下、基板固定構造と物理量センサ１を詳述する。

基板１１は、矩形の回路基板であって、コネクタ端子１２に電気的接続するための半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅを有している。半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅは、孔内部と上下開口周辺部に半田付け用の導体を備えている。基板１１には、センサ素子１０とセンサ素子１０の信号増幅のための増幅回路（不図示）などが実装され、これらの回路とコネクタ端子１２とは不図示の回路パターンなどによって電気接続されている。センサ素子１０は、例えば、１軸加速度センサ用の素子である。この場合、物理量センサ１は、増幅回路を備えてスタンドアロン型の１軸加速度センサとなっている。

筐体１３は、基板収容部１４を有する本体部分と、物理量センサ１を外部回路に電気接続して用いるため本体部分から前方に突設されたコネクタソケット部１３ａと、本体部分を固定するための固定用孔１３ｂを有する左右翼形状の拡設部とを備えている。基板収容部１４は略直方体の凹部であり、その底面１４ａは平坦である。筐体１３は、コネクタ端子１２の一部を内包した状態で樹脂成形により一体成形されている。コネクタ端子１２の一端部（内部端子部）は、基板収容部１４の底面１４ａから導出されて立設されている。内部端子部は、基板１１と半田付けされる端子部であり、基板収容部１４の内壁１４ｂに近接した位置に立設され配置されている。これに対応して、基板１１の半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅは、基板１１の外周近くに配置されており、コネクタ端子１２との半田部１２ａは、基板１１の外周近くとされ、基板１１を両面側から狭持する位置近くとされている。また、他端部（外部端子部）は、コネクタソケット部１３ａにおける前方方向の凹部の底面から前方に突出するように樹脂部から導出されてソケット用のピンを構成している。外部端子部は、例えば、１軸加速度センサの場合、電圧印加用の端子、センシング信号用の端子、および接地端子の３本である。

基板収容部１４の内壁１４ｂ側には、基板１１の前後左右方向の位置決めをするための膨出部１３ｄ（せり出し部）と、上下方向の位置決めをする段部１５とが、それぞれ、基板収容部１４の内周に沿って適宜分散配置されて設けられている。すなわち、略直方体の凹部からなる基板収容部１４の４つの内壁１４ｂのそれぞれにおいて、１つの段部１５が設けられ、各段部１５を両側から挟むように２つの膨出部１３ｄが設けられている。各段部１５は底面１４ａから一定高さの位置に平坦部１５ａを有し、各平坦部１５ａは互いに共通の１平面を構成している。膨出部１３ｄは、その壁面を底面１４ａに対して垂直にして、少なくとも平坦部１５ａの上下の高さ範囲に設けられている。

また、基板収容部１４の開口部は、拡径した段部と、その段部に設けられた溝部１３ｅとを有している。従って、基板収容部１４の開口と溝部１３ｅとの間には凸部１３ｆが形成されることになる。溝部１３ｅと凸部１３ｆとは、基板収容部１４を囲むように１周して設けられている。蓋体１６は、筐体１３に組み込まれた状態において基板収容部１４の内壁１４ｂに近接して基板収容部１４の内部に向けて突出する突出部１７を有する。突出部１７は１周して設けられており、その先端面１７ａは平坦であり、先端面１７ａの外周側には面取部１７ｂ（Ｃ面やＲ面など、フィレット部）が設けられている。この面取部１７ｂは、突出部１７を基板収容部１４に挿入容易とするものであり、面取部１７ｂが組みつけのガイドとなり作業性が向上する。面取部１７ｂを設けることにより、突出部１７の外形を基板収容部１４の内径により密接させる構造とすることができる。また、蓋体１６は外周部に、突出部１７と同じ方向に突出するように設けられた蓋体凸部１６ｂを有する。従って、突出部１７と蓋体凸部１６ｂとの間には蓋体溝部１６ｃが形成されることになる。蓋体１６が筐体１３に組み付けられた状態において、蓋体１６の突出部１７が基板収容部１４に挿入され、蓋体凸部１６ｂが溝部１３ｅに挿入され、蓋体溝部１６ｃに凸部１３ｆが挿入される。

基板１１を筐体１３に収容固定する組立について説明する。基板１１を、基板収容部１４における段部１５の平坦部１５ａの上に配置すると、膨出部１３ｄが基板１１の外周に接して水平方向の位置決めがなされ、コネクタ端子１２の各内部端子部が半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅに挿通された状態となる。基板１１を平坦部１５ａに密着させた状態で、コネクタ端子１２と半田用貫通孔１１ａ〜１１ｅとが半田付けされる。この半田付けにより、基板１１が基板収容部１４の底面１４ａ側に引き込まれる力を受けて、基板１１が平坦部１５ａに強固に密着される。次に、蓋体１６を基板収容部１４に被せて、蓋体１６の外周部に封止材１３ｃ、例えば熱硬化性接着剤や紫外線硬化性接着剤などを塗布し、蓋体１６と筐体１３とを接着して基板収容部１４を封止する。封止材１３ｃとしての接着剤の塗布は、蓋体１６を筐体１３に配置する前に行うこともでき、溝部１３ｅに充填しておけばよい。蓋体１６が封止材１３ｃによって筐体１３に固着された状態において、基板１１は、その両面側から平坦部１５ａと突出部１７とによって強固に狭持された状態となる（図１（ｂ）参照）。また、封止材１３ｃは、基板収容部１４の内壁１４ｂと突出部１７の外壁面との間にも介在させることができ、この場合、接着面積を広くでき、基板固定および封止をより強固とすることができる。

封止材１３ｃが充填された溝部１３ｅは、いわゆる水封構造となっている。そして、封止材１３ｃが固化して収縮することにより、突出部１７が基板１１をより強く押さえることができる構成となっている。従って、突出部１７が基板１１を効果的に押さえられるように、突出部１７の突出高さ、蓋体凸部１６ｂの高さ、蓋体溝部１６ｃの深さ、凸部１３ｆの高さ、溝部１３ｅの深さが設定されている。

本実施形態によれば、蓋体１６と複数の段部１５の平坦部１５ａとによって基板１１をその両面から狭持して固定しているので、簡単な構造によって強固に基板１１を位置決め固定でき、基板１１とコネクタ端子１２との電気的接続部（半田部１２ａ）への応力負荷の低減と耐衝撃性の向上を実現できる。また、蓋体１６の突出部１７と基板収容部１４の段部１５の平坦部１５ａとによって、基板１１の周辺部のみを狭持するので、基板１１における周辺部以外の表面を回路用に有効に利用でき、大型化しない簡単な構造で基板１１を固定できる。また、基板１１とコネクタ端子１２との電気的接続部である半田部１２ａが、基板１１を両面から狭持している位置の近くとされるので、その半田部１２ａへの外力による応力負荷をより低減でき、耐衝撃性の向上を実現できる。さらに述べると、基板１１を狭持せずに、半田部１２ａのみで、または半田部１２ａと平坦部１５ａのみで基板１１を固定する場合には、基板１１に対する垂直方向の衝撃が加わった際に半田部１２ａが剪断応力を受けてクラック発生の虞がある。これに対し、本実施形態においては、基板１１の一方の面の一部に筐体１３の位置決め面（段部１５の平坦部１５ａ）を接触させ、基板１１の他方の面の一部に蓋体１６の突出部１７の先端面１７ａを接触させ、基板１１の上下面から基板１１を押さえつけることにより、基板垂直方向に加わる衝撃を筐体１３の樹脂部で受けるようにして、半田部１２ａへの剪断応力を緩和して対クラック性を向上している。

また、溝部１３ｅに充填された封止材１３ｃによって蓋体１６を筐体１３に強固に固定できる。また、液状であっても溝部１３ｅに封止材１３ｃを局在させることができるので、効率良く封止処理をすることができる。封止材１３ｃとして、固化して収縮する接着剤などを用いることにより、その収縮に伴う応力を、基板１１を狭持する力として用いることができ、基板１１をより強固に確実に固定することができる。また、蓋体１６が外周部に備えた蓋体凸部１６ｂは、蓋体１６の変形を防止することができるので、より確実に基板１１を狭持して固定することができる。このような基板固定構造により、簡単な構造で強固に基板を位置決めして半田部などへの応力負荷、特に基板垂直方向の剪断応力を低減して耐衝撃性を向上させた信頼性の高い物理量センサを得ることができる。

（第１の実施形態の変形例）
図７、図８は第１の実施形態の変形例を示す。本変形例は、第１の実施形態における基板収容部１４の膨出部１３ｄ（せり出し部）を備えない構造であり、また、水封構造、すなわち、第１の実施形態における蓋体１６の蓋体溝部１６ｃと、筐体１３の溝部１３ｅとを備えない構造であって、他は第１の実施形態と同様である。膨出部１３ｄを備えない構造により、筐体１３を小型化できるという効果がある。また、水封構造を備えないことにより、簡単な構造とすることができ、樹脂成形における金型製造コストなどを低減することができる。また、筐体１３における蓋体１６の載置部と蓋体１６との間に封止材１３ｃが介在するように構成することにより、封止材１３ｃの固化時の収縮力を基板１１を狭持する力として、基板１１を強固に固定することができる。

（第２実施形態）
図９、図１０は第２の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本実施形態は、第１の実施形態における蓋体１６の突出部１７が、１周せずに、蓋体１６が筐体１３に組み込まれた状態において基板収容部１４の内周に沿うように分散配置されているものであり、他の点は同様である。突出部１７は、四角い基板収容部１４の４つの各内壁１４ｂ（図２参照）に設けられた４つの段部１５に対応して、４ヶ所に設けられている。各突出部１７の各先端面１７ａは平坦で互いに同一平面内にあり、各先端面１７ａの外周側には面取部１７ｂがそれぞれ設けられている。

本実施形態によれば、突出部１７を全周としないで分散させて部分的に設けるので、基板１１の表面を、回路用やコネクタ端子１２との半田付け用により広く有効に利用でき、筐体１３や基板１１をより小型化できる。また、突出部１７の大きさ（体積）が小さくなった分、蓋体１６を樹脂成形するための金型の作りこみ精度を出す面積が小さくなり、コスト低減や歩留まり向上の効果が得られる。また、簡単な構造で強固に基板１１を位置決めして半田部などへの外部からの応力負荷、特に基板垂直方向の剪断応力に対する耐衝撃性を向上させた信頼性の高い物理量センサ１を得ることができる。

（第３の実施形態）
図１１、図１２は第３の実施形態に係る基板固定構造および物理量センサを示す。本実施形態は、第２の実施形態における分散配置した突出部１７の先端が円弧状となっているものであり、他の点は同様である。突出部１７は、半円形状の外形面１７ｃを有し、その先端面１７ａは基板１１に対して点接触に近い接触の仕方で、基板１１を狭持する。また、外形面１７ｃにおける外周側には面取部１７ｂがそれぞれ設けられている。本実施形態によれば、基板１１における突出部１７の接触面積をより小さくできるので、基板１１の表面をより有効利用でき、筐体１３や基板１１をより小型化でき、小型化すると共に耐衝撃性を向上させた、信頼性の高い物理量センサ１を得ることができる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、基板や基板収容部は四角形に限らず、円形その他の任意の広がりを有する形状とすることができ、段部や蓋体の突出部を、そのような基板の外周形状や基板収容部の外周形状に合わせて構成することができる。また、水封構造は全周に設けなくて、分散配置してもよい。また、コネクタ端子の個数は３つに限らず、基板の用途や構成、基板に実装するセンサ素子の構成や個数などに応じて、２つとしたり、４つ以上としたり任意の個数にすることができる。また、筐体が、コネクタソケット部の代わりにコネクタプラグ部を備える構成であってもよい。また、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成として、例えば、四角形状の突出部と円弧形状の突出部とを併用するようにすることもできる。

１ 物理量センサ
１０ センサ素子
１１ 基板
１２ コネクタ端子
１３ 筐体
１３ｃ 封止材
１３ｅ 筐体の溝部
１４ 基板収容部
１４ｂ 基板収容部の内壁
１５ 段部
１５ａ 段部の平坦部
１６ 蓋体
１６ｂ 蓋体凸部
１７ 突出部
１７ａ 突出部の先端

Claims (7)

1. 基板を、この基板との電気的接続用のコネクタ端子を備えた筐体の基板収容部に収容して固定すると共に、前記基板収容部を蓋体によって封止する基板固定構造において、
   前記基板に対向して配設された平坦部を有する複数の段部が、前記基板収容部の内壁側に分散配置され、
   前記複数の段部が樹脂成形により前記筐体と一体成形され、
   前記蓋体と前記複数の段部の平坦部とが前記基板を該基板の両面側から狭持して固定していることを特徴とする基板固定構造。
2. 前記蓋体は、前記基板収容部の内壁に近接して該基板収容部の内部に向けて突出する突出部を有し、前記突出部と前記基板収容部の内壁側に配設された前記段部の平坦部とによって前記基板を狭持することを特徴とする請求項１に記載の基板固定構造。
3. 前記蓋体の前記突出部が前記基板収容部の内周に沿って分散配置されていることを特徴とする請求項２に記載の基板固定構造。
4. 前記蓋体の前記突出部の先端が円弧状となっていることを特徴とする請求項３に記載の基板固定構造。
5. 前記基板は、前記筐体のコネクタ端子と半田付けされ、
   前記コネクタ端子の半田付け部分が前記基板収容部の内壁に近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の基板固定構造。
6. 前記蓋体は外周部に設けられた蓋体凸部を有し、前記筐体は前記基板収容部の開口を囲むように設けられた溝部を有し、前記蓋体は前記蓋体凸部を前記筐体の前記溝部に挿入した状態で当該溝部に充填された封止材によって前記筐体に接着固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の基板固定構造。
7. センサ素子を実装した基板を、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の基板固定構造によって前記基板収容部に収容固定したことを特徴とする物理量センサ。

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