JP2010258373A

JP2010258373A - 電子回路基板の収納容器

Info

Publication number: JP2010258373A
Application number: JP2009109616A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Takagi; 辰彰高木
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】放熱性が良好で、かつ高い気密性を保持できるため、長期に渡って信頼性の高い製品の提供を可能とする電子回路基板の収納容器を得る。
【解決手段】筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器において、電子回路基板に連結される、少なくとも片側に同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートと荷重たわみ温度が100℃以上の熱可塑性樹脂とによって複合一体的に形成された筐体と、蓋から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器に関する。

筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器が知られており、例えば自動車の電子制御装置に使用されている。この自動車に搭載される電子制御装置では、電子回路基板に実装される電子部品には、パワートランジスタなどの消費電力の大きな電力部品があるため、比較的熱に弱いマイコン等の他の電子部品に悪影響を与えないように放熱構造が必要になる。また、電子回路基板に実装される各種の電子部品は、水分、湿気、ダストなどによっても悪影響を受けるため、この電子回路基板を収納するための容器には密閉構造が必要になる。

ところで、パワートランジスタ等の大電力部品から発生する熱を放熱させるため、大電力部品を搭載した電子回路基板をアルミ等のヒートシンクに熱伝導性接着剤等で接合し、これをアルミダイカスト製の筐体にねじ止めすることで、大電力部品から発生した熱を最終的に金属製の筐体に放熱したものがある（特許文献１）。また、特許文献１では、電子回路基板を湿気等の影響から保護する方法として、筐体と蓋との隙間を液状のエポキシ樹脂等を充填して防水シールする方法が提案されている。

特開２００１−１６８５４５号公報

しかし、上記特許文献１に記載の技術では、大電力部品が搭載されたヒートシンクを金属製の筐体の複数箇所の取り付け部にねじ止め等の方法により締結する必要があり、装置の組立て作業性が劣るという問題点があった。更に、筐体が金属製の場合、筐体内の気密性を確保する際には、筐体と蓋との間にパッキン等のシール部材によるシール構造を設ける必要があり、組立作業が煩雑になる等の問題もあった。一方、上記特許文献１に記載の技術では、電子回路基板を収納した筐体内に隙間なく液状の樹脂を充填する必要があり、また、充填後にその充填剤を固化させるための工程が必要になることから、作業性が劣るという問題があった。更に、電子回路基板上の発熱性素子から発生した熱は、上記充填剤を介して金属製の蓋に伝わる構造になっているため、直接金属製の蓋に放熱させるのと異なり、放熱効率の点でも問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決すべくなされたものである。

上記課題を解決するための本発明の電子回路基板の収納容器は、筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器において、電子回路基板に連結される、少なくとも片側に同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートと荷重たわみ温度が100℃以上の熱可塑性樹脂とによって複合一体的に形成された筐体と、蓋から成ることを特徴とする。

本発明の方法によって構成される電子回路基板の収納容器は、放熱性が良好で、かつ高い気密性を保持できるため、長期に渡って信頼性の高い製品が提供可能になる。

従って、本発明の電子回路基板の収納容器は、自動車の電子制御装置、半導体照明装置、各種産業機器用パワーモジュールを始めとして、幅広い分野におけるに電子回路基板の収納容器として好適に使用し得るものである。

本発明の電子回路基板の収納容器を備えた自動車用電子制御装置の概略を示す断面図本発明の第１の実施例を示す収納容器の断面図本発明の第２の実施例を示す収納容器の断面図本発明の第4の実施例を示す筐体の断面図第１の比較例を示す収納容器の断面図第２の比較例を示す収納容器の断面図第３の比較例を示す筐体の断面図第４の比較例を示す筐体の断面図

１自動車用電子制御装置
２筐体
３熱可塑性樹脂部位
４アルミプレート部位
４a 円柱状の一次突起形状
５蓋
６コネクター部位６
７電子回路基板
８発熱素子

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

本発明の第１は、筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器において、
電子回路基板に連結される、少なくとも片側に同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートと荷重たわみ温度が100℃以上の熱可塑性樹脂とによって複合一体的に形成された筐体と、蓋から成ることを特徴とする電子回路基板の収納容器である。

電子回路基板上の素子によって発生した熱は、電子回路基板に連結される、少なくとも片側に複数の一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートに伝わり、この金属製プレートから外気に放出される。金属プレートは複数の一次突起形状を有するため放熱効率が良い。

本発明の第２の態様は、同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状が、鍛造加工によってプレート平面部と一体的に形成されていることを特徴とする上記電子回路基板の収納容器である。

少なくとも片側に複数の一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートは、鋳造加工、切削加工、鍛造加工などの方法によって作製できるが、本発明の電子回路基板の収納容器において、本発明の第２の態様のように、インパクトプレスのような鍛造加工によって作製することで薄肉化ができ、かつ製造コストも低減できる。

本発明の第３の態様は、熱可塑性樹脂が、熱伝導率0.6W/m・K以上のものである上記電子回路基板の収納容器であり、本発明の第４の態様は、熱可塑性樹脂が、結晶性ポリマーを主体とする上記電子回路基板の収納容器であり、本発明の第５の態様は、複合一体的に形成された筐体が、射出成形法によってなることを特徴とする上記電子回路基板の収納容器である。

本発明の第３の態様のように、荷重たわみ温度が100℃以上で、かつ熱伝導率が0.6W/m・K以上の熱可塑性樹脂を使用することで、耐熱性に優れた筺体が得られ、かつ電子回路基板上の素子によって発生した熱を、上記金属製プレートを介して、金属プレートと一体的に形成された熱伝導率の良い熱可塑性樹脂の筺体部分にも伝熱するため、放熱効率をより一層向上できる。

上記熱可塑性樹脂には種々の種類があるが、本発明の第４の態様のように、結晶性ポリマーを主体とする熱可塑性樹脂を使用することにより、薬品等に対する筐体の耐性が向上し、かつ本発明の第５の態様のように、射出成形法による成形方法と併用することにより、成形サイクル時間を短縮することができ、従って製造コストを低減できる。

このような結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、6ナイロン樹脂、66ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂などが知られている。

本発明の第６の態様は、アルミ又はアルミ合金製プレートの表面の一部又は全部が、化学的又は物理的な方法によって微細な二次凹凸形状が形成されている上記電子回路基板の収納容器である。

このように、複数の一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートの表面に、微細な二次凹凸形状を形成することにより、金属表面からの放熱性を更に向上することができる。微細な二次凹凸形状を形成する方法としては、化学的な方法、或いは物理的な方法のいずれでも構わないが、例えば、前者の例としてはアルマイト処理などが知られており、後者の例としてはサンドブラスト処理などの方法が知られている。

本発明の第７の態様は、蓋が熱可塑性樹脂であって、かつそのポリマー主成分が筐体の熱可塑性樹脂のポリマー主成分と互いに相溶性があるか又は同一のものであって、筐体と蓋とが接する面の全部又は一部が溶融接合されている上記電子回路基板の収納容器である。

本発明で使用する蓋は、金属、或いは樹脂のいずれの材質でも構わないが、金属を使用する場合には、筐体に固定するためのネジ止や、防湿のため、筐体と蓋との間にパッキン等のシール部材を設置する必要がある。これに対して、本発明の第７の態様のように、蓋を熱可塑性樹脂とし、筐体の熱可塑性樹脂の部位と溶融接合することにより、防塵性や防湿性に優れた電子回路基板の収納容器が製造でき、かつ、ネジ止めやパッキン等のシール部材が不要なため、製造コストも低減できる。熱可塑性樹脂同士を溶融接合する方法としては、熱板溶着法、振動溶着法、レーザー溶着法などが知られている。また、蓋と筐体を上記のような方法で溶融接合する場合、両者の熱可塑性樹脂のポリマー主成分は互いに相溶性があるか、又は同一であることが好ましい。互いに相溶性がない場合、十分な接合強度が得られない。互いに相溶性がある熱可塑性樹脂の組合せとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂／ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂／ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。

本発明による電子回路基板の収納容器は防湿性に優れ、かつ放熱性にも優れるため、本発明の第８の態様のように、使用環境が厳しい自動車用電子制御装置の収納容器として特に好適に用いることができる。

以下、本発明の電子回路基板の収納容器を自動車用電子制御装置に採用した例で説明する。図１に示すものは本発明の電子回路基板の収納容器を備えた自動車用電子制御装置の概略を示す断面図である。自動車用電子制御装置１は、筐体２、蓋５、及び電子回路基板７から基本構成されている。

筐体２はアルミプレート部位４と熱可塑性樹脂部位３から構成されている。更に詳細に説明すると、アルミプレート部位４は、アルミ製スラグを所定のプレス金型を使用してインパクトプレスによって成形されたものであり、プレートの片面（上面）は平坦で、もう一方の面（下面）には円柱状の一次突起形状４aが形成されている。アルミプレート部位４は成形後、表面全体をアルマイト処理しているので、微細な二次凹凸形状が全面に形成されている。熱可塑性樹脂部位３は、カーボンブラックで黒着色し酸化マグネシウム系の熱伝導剤を配合したポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度195℃、熱伝導率1.0W/m・K）を使用し、所定の射出成形用金型と通常の射出成形機を使用して形成されているが、上記アルミプレート部位４が所定の射出成形用金型に予めインサートされたのち射出成形が行われているため、この射出成形によって熱可塑性樹脂部位３とアルミプレート部位４は複合一体的に筐体２を形成している。

また、コネクター部位６も射出成形と同時に熱可塑性樹脂で筐体２に一体的に形成される。この筐体２内に電子回路基板７が設置される。回路の詳細は省くが、電子回路基板７には、パワートランジスタ等の発熱素子８が実装されている。電子回路基板７は熱伝導性の接着剤によってアルミプレート部位４に接着され、熱伝播回路を形成している。これにより、発熱素子８から発生した熱はこの熱伝播回路を経由して筐体２に放熱され、更に筐体２表面を通じて空気中に放散されるため、電子回路基板７が異常な発熱をすることなく、熱に弱いマイコンチップ等が保護される。蓋５は、熱可塑性樹脂部位３と同様にポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度270℃、熱伝導率0.4W/m・K、着色なし）を用い、所定の金型を使用して通常の射出成形によって成形される。蓋５と筐体２はレーザー溶着法によって接合されている。このレーザー溶着法について更に説明すると、市販の半導体レーザー溶着装置を使用し、蓋５と筐体２をセットした状態で蓋５側からスポット径0.8mmの近赤外線レーザーを、蓋５と筐体２が接する面に沿って照射する。近赤外線レーザー光の一部は蓋５の内部で吸収されるが、大半は蓋５を透過して筐体２の表面で吸収され、発熱することにより蓋５と筐体２が接するそれぞれの表面部分が溶融し、強固に熱溶着している。

以下に本発明の実施例について説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
本実施例の気密性試験で使用した収納容器の断面を図２に示す。アルミプレート部位10aは、アルミスラグを所定の金型を使用してインパクトプレスした後、アルマイト処理をして得た。このアルミプレート部位10aを所定の射出成形用金型にインサートし、カーボンブラックで黒着色したポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度270℃、熱伝導率0.4W/m・K）を用いて射出成形することにより、アルミプレート部位10aと熱可塑性樹脂部位10bが複合一体化した筐体10を得た。一方、蓋９は無着色のポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度270℃、熱伝導率0.4W/m・K）を用いて所定の射出成形用金型で射出成形することにより得た。筐体10の内部に純銅片12（15mm×15mm×0.1mmt）を置き、上記方法により得た筐体10と蓋９を、半導体レーザー溶着装置を使用して筐体10と蓋９が接する面全体を溶着し、図2に示す収納容器11を得た。

この収納容器11を、温度70℃、相対湿度95％に制御された恒温恒湿槽内に30日間放置した。所定の日数が経過後、収納容器11を恒温恒湿槽から取り出して室温に冷却後、バンドソーで収納容器11を切断、純銅片12’を取り出した。この純銅片12’と初期状態の純銅片12の表面状態を目視で観察、外観変化の有無を比較した。結果を表1に示す。

実施例２
本実施例の気密性試験で使用した収納容器の断面を図３に示す。実施例1と同様にして筐体10を得た。また、厚み1mmtのアルミ板を所定のプレス打抜き型を使用して蓋9を得た。筐体10の内部に純銅片12（15mm×15mm×0.1mmt）を置き、次に筐体10と蓋9が接する面にNBR製シート14を間に挟み、タッピングスクリュー13で筐体10と蓋9を固定し、図３に示す収納容器15を得た。
この収納容器15を、実施例１と同様に処理して、得られた純銅片12’を同様に比較した。結果を表１に示す。

実施例３
実施例１において、アルミプレート部位10aをインパクトプレスした後、アルマイト処理をしなかった他は、実施例1と同様にして気密試験用の収納容器を得、同様の処理をした上で、同様の比較を行った。結果を表１に示す。

実施例４
本実施例の放熱性試験で使用した筐体の断面を図４に示す。実施例１と同様にして筐体10を作成した。次に、重さ30gの円柱状銅塊16を100℃に設定された恒温槽内に１時間放置、すばやく取り出して筐体10内の中央部に置き、市販のサーモグラフィーで円柱状銅塊16の表面温度を観察しながら、ストップウォッチを用いて円柱状銅塊16の表面温度が室温になるまでの時間を計測した。結果を表２に示す。

実施例５
熱可塑性樹脂として、カーボンブラックで黒着色し酸化マグネシウム系の熱伝導剤を配合したポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度195℃、熱伝導率1.0W/m・K）を使用した他は、実施例４と同様にして筐体10を作成し、同様の計測を行った。結果を表２に示す。

実施例６
アルミプレート部位10aをインパクトプレスした後、アルマイト処理をしなかった他は、実施例５と同様にして筐体10を作成し、同様の計測を行った。結果を表２に示す。

比較例１
本比較例の気密性試験で使用した収納容器の断面を図５に示す。筐体17は、アルミダイカスト法で作成した。また、蓋９は実施例２と同様に作成した。筐体17の内部に純銅片12（15mm×15mm×0.1mmt）を置き、筐体17と蓋9をネジで固定し、収納容器19を得た。この収納容器19を実施例１と同様に処理して、得られた純銅片12’を同様に比較した。結果を表１に示す。

比較例２
本比較例の気密性試験で使用した収納容器の断面を図６に示す。筐体20はカーボンブラックで黒着色したポリフェニレンサルファイド樹脂（荷重たわみ温度270℃、熱伝導率0.4W/m・K）を用い、所定の射出成形用金型で射出成形することにより得た。蓋９は実施例１と同様にして得た。筐体20と蓋2は実施例1と同様にしてレーザー溶着を行い、気密性試験用の収納容器21を得た。この収納容器20を実施例１と同様に処理して、得られた純銅片12’を同様に比較した。結果を表１に示す。

比較例３
比較例2と同様にして筐体20を得た。この筐体20を用い、実施例４と同様の計測を行った（図７）。結果を表2に示す。

比較例４
比較例1と同様にして筐体17を得た。この筐体17を用い、実施例４と同様の計測を行った（図８）。結果を表２に示す。

Claims

筐体と蓋から構成される電子回路基板の収納容器において、
電子回路基板に連結される、少なくとも片側に同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状を有するアルミ又はアルミ合金製プレートと荷重たわみ温度が100℃以上の熱可塑性樹脂とによって複合一体的に形成された筐体と、蓋から成ることを特徴とする電子回路基板の収納容器。
同一方向に平行に配設された複数の角柱状または円柱状に形成された一次突起形状が、鍛造加工によってプレート平面部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子回路基板の収納容器。
熱可塑性樹脂が、熱伝導率0.6W/m・K以上のものである請求項１又は２記載の電子回路基板の収納容器。
熱可塑性樹脂が、結晶性ポリマーを主体とするものである請求項１〜３の何れか１項記載の電子回路基板の収納容器。
複合一体的に形成された筐体が、射出成形法によってなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の電子回路基板の収納容器。
アルミ又はアルミ合金製プレートの表面の一部又は全部が、化学的又は物理的な方法によって微細な二次凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の電子回路基板の収納容器。
蓋が熱可塑性樹脂であって、かつそのポリマー主成分が筐体の熱可塑性樹脂のポリマー主成分と互いに相溶性があるか又は同一のものであって、筐体と蓋とが接する面の全部又は一部が溶融接合されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の電子回路基板の収納容器。
自動車用電子制御装置に使用されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の電子回路基板の収納容器。