JP2013165139A - 電子部品ユニットの封止構造及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化しつつ、ポッティングの効果を十分に得ることが可能な電子部品ユニットの封止構造及び製造方法を提供する。
【解決手段】基板２１を収容するケース３１が、上下分割可能に形成され、下ケース３３内に基板２１が支持され、上ケース３５に設けた開口孔３５Ｋからポッティング材を上下のケース３５，３３の合わせ部４１の高さまで注入して上下のケース３５，３３の合わせ部４１までをポッティング材を充填した封止層ＬＡとし、上記開口孔３５Ｋを閉じて封止層ＬＡと上ケース３５との間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間ＬＢとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットの封止構造及び製造方法に関する。

電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットにおいては、ケース内にポッティング材を充填し、絶縁対策や防水対策等を図ることが行われている。この種の封止構造には、ケース内の全体にポッティング材を充填する構造の他、基板に設けられた特定の部品だけを包囲する内壁をケースの底部に設け、その内壁内にポッティング材を充填して特定の部品だけを密閉する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４７２６０号公報

しかし、ケース内の全体にポッティング材を充填する構造では、ポッティング材の使用量が多く、重くなってしまうデメリットがあり、特に軽量化が要求される自動二輪車等の小型車両には採用し難い。
一方、特定の部品だけを密閉する構造は、軽量化できるが、基板に設けられた他の部品は密閉されないので、それら部品についてはポッティングの効果が得られなくなってしまう。また、ケースの形状が複雑になってしまうデメリットや、基板の片側の特定部品だけがポッティングされるため、振動による応力が基板に作用するおそれがある、といったデメリットがある。このため、特定の部品だけを密閉する構造についても、比較的車体振動が大きく、かつ、部品が外観に露出する自動二輪車等の小型車両には採用し難い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、軽量化しつつ、ポッティングの効果を十分に得ることが可能な電子部品ユニットの封止構造及び製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットの封止構造において、前記ケースは上下分割可能に形成され、下ケース内に前記基板が支持され、上ケースに設けた開口孔からポッティング材を前記上下のケースの合わせ部の高さまで注入して前記上下のケースの合わせ部までをポッティング材を充填した封止層とし、前記封止層と前記上ケースとの間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間としていることを特徴とする。この構成によれば、封止層によって上下のケースの合わせ部からの水等の浸入を防止し、かつ、ポッティングによる電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等の各種効果を十分に得ながら、閉空間の容積分、ポッティング材の使用量を低減でき、軽量化できる。

上記構成において、前記上ケースは、下方に開口する箱形状を有し、前記封止層の上面は、前記上ケースの側壁の下端よりも上方に設定されるようにしても良い。この構成によれば、上ケースの下方開口部からの水等の浸入を確実に防止できる。
また、上記構成において、前記上ケースの側壁は、前記下ケースの側壁の内側に入り、前記封止層の上面は、前記下ケースの側壁の上端よりも下方に設定されるようにしても良い。この構成によれば、上下のケースの合わせ部からの水等の浸入をより確実に防止することができる。

また、上記構成において、前記電子部品の一部が前記閉空間に露出し、前記上ケースは、前記閉空間に露出する前記電子部品を保持するクリップ部を有するようにしても良い。この構成によれば、閉空間に露出する大型の電子部品の固定強度を十分に確保し、且つ、その電子部品の熱を上ケースを介して簡易に放熱させることができる。
また、上記構成において、前記クリップ部の下端は、前記封止層に入って保持されるようにしても良い。この構成によれば、ポッティングによるクリップ部の防振、固定といった効果を得ることもできる。

また、本発明は、電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットの製造方法において、上下分割可能な前記ケースの下ケース内に前記基板を支持した後に、上ケースに設けた開口孔からポッティング材を前記上下のケースの合わせ部の高さまで注入して前記上下のケースの合わせ部までをポッティング材が充填される封止層とし、前記封止層と前記上ケースとの間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間とすることを特徴とする。この構成によれば、封止層によって上下のケースの合わせ部からの水等の浸入を防止し、かつ、ポッティングによる電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等の各種効果を十分に得ながら、閉空間の容積分、ポッティング材の使用量を低減でき、軽量化できる。

本発明では、封止層によって上下のケースの合わせ部からの水等の浸入を防止し、かつ、ポッティングによる電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等の各種効果を十分に得ながら、閉空間の容積分、ポッティング材の使用量を低減でき、軽量化できる。

本発明の実施形態に係るパワードライブユニットの側断面図である。 （Ａ）はクリップ部を拡大して示す側断面図であり、（Ｂ）はクリップ部を下方から見た平面図である。 （Ａ）は上ケースの開口孔を示す斜視図であり、（Ｂ）は開口孔を栓部材で閉じた状態を示す斜視図である。 パワードライブユニットの製造方法を説明するフローチャートである。 （Ａ）は変形例に係る付勢部材を用いたクリップ部を拡大して示す側断面図であり、（Ｂ）はクリップ部を下方から見た平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るパワードライブユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ：ＰＤＵ）１０の側断面図である。
パワードライブユニット１０は、電気自動車或いはハイブリッド自動車等の車両に搭載された直流電源の直流電流を交流電流に変換し、当該車両の駆動源として機能する車両駆動用モータ（三相誘導モータ）に供給して駆動する車載の電子部品ユニットであり、電子部品１１を配置した基板２１と、基板２１を収容するケース３１とを備えている。なお、図１における上下方向が設置時の上下方向に対応し、左右方向や紙面奥行き方向が設置時の水平方向に対応している。

ケース３１は、上下分割可能なケースであり、内部へのゴミや塵の進入を防止する箱形の密閉ケースとして機能する。このケース３１の下ケース３３は、耐熱性及び絶縁性を有する樹脂材で形成され、底板部３３Ａと、底板部３３Ａの周囲から矩形枠状に立設する側壁部３３Ｂとを有し、上方に向かって開口する上方開口部３３Ｃを有する箱形状に形成されている。この下ケース３３内には、基板２１を下方から支持する支持部（不図示）が設けられ、この支持部によって下ケース３３内に基板２１が支持される。この場合、基板２１は、下ケース３３の底板部３３Ａと略平行の姿勢で、底板部３３Ａとの間に上下に間隔を空けて支持され、下ケース３３の上方開口部３３Ｃを略覆うように配置される。

上ケース３５は、軽量かつ放熱性に優れるアルミニウム合金で形成されており、天板部３５Ａと、天板部３５Ａの周囲から矩形枠状に立ち下がる側壁部３５Ｂとを有し、下方に向かって開口する下方開口部３５Ｃを有する箱形状に形成されている。同図１に示すように、上ケース３５の側壁部３５Ｂの下端は、下ケース３３の側壁部３３Ｂの上端の内側に入り、側面視で各側壁部３５Ｂ，３３Ｂが重なる。そして、上下のケース３３，３５は不図示の固定構造によって連結される。なお、樹脂製の下ケース３３とアルミ製の上ケース３５との上下合わせ部分である合わせ部４１は、僅かに隙間が空いていても良い。

上ケース３５には、天板部３５Ａから下方に延びて下ケース３３内の基板２１の上面（部品実装面に相当）２１Ａに略当接する複数の基板当接部３６と、天板部３５Ａから下方に延びて基板２１に設けられた比較的大型の電子部品である複数のパワー素子１２を保持するクリップ部３７とが一体に設けられている。これによって、基板当接部３６によって基板２１の上方への移動が規制され、クリップ部３７によってパワー素子１２が位置決めされる。

図２（Ａ）は、クリップ部３７を拡大して示す側断面図であり、図２（Ｂ）はクリップ部３７を下方から見た平面図である。
図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、クリップ部３７は、下方に開口する下方開口部３７Ａを空けて下方に延びる下方延出部３７Ｂを有し、この下方開口部３７Ａ内にパワー素子１２の素子部１２Ａが入り、且つ、下方延出部３７Ｂに予め装着された付勢部材（本実施形態ではバネ性を有する金属製ワッシャ）３８によって、素子部１２Ａを上ケース３５の基板当接部３６の側面に押し付ける。これによって、パワー素子１２が弾性保持される。
この場合、パワー素子１２の素子部１２Ａは、放熱シート１２Ｃを介して付勢部材３８及び基板当接部３６の側面に接触し、金属製の付勢部材３８及び基板当接部３６を介して、素子部１２Ａの熱を効率よくアルミ製の上ケース３５に伝えることができる。これにより、電子部品１１のうちでも発熱量が多いパワー素子１２の熱を、上ケース３５に効率よく伝えて放熱させることができる。従って、上ケース３５を、パワー素子１２の保持部材及びヒートシンクに兼用することができる。なお、上ケース３５を、アルミニウム合金以外の金属材等の他の放熱性に優れた材料で形成しても良い。

基板２１は、プリント配線板で形成された基板本体２２の上面２１Ａに電子部品１１を実装して形成され、電子部品１１としては、パワー素子１２、トランス１３、不図示のコンデンサやダイオード等がある。パワー素子１２には、絶縁ゲート型トランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチングトランジスタ（スイッチング素子）が用いられ、端子部１２Ｂが、基板本体２２を貫通し、素子部１２Ａが基板本体２２の上方に立設するように取り付けられている。なお、図示は省略しているが、この基板２１は、制御装置や車両駆動用モータ等の外部機器と配線接続されるようになっている。

上ケース３５の天板部３５Ａには、図３（Ａ）に示すように、ケース３１内にポッティング材（注型封止材とも言う）を注入する注入口となる開口孔３５Ｋが形成される。この開口孔３５Ｋには、ポッティング材をケース３１内に注入した後に、図３（Ｂ）に示すように、この開口孔３５Ｋを閉じるためのゴム製の栓部材４５が装着され、この栓部材４５によって開口孔３５Ｋを閉塞可能である。ポッティング材は、液体又はゲル状のシリコン系の熱硬化性樹脂が用いられ、ケース３１内に注入され、硬化することによって、電子部品１１や基板本体２２を封止し、これらの電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿を行う。ポッティング材は、シリコン系に限らず、ウレタン系、エポキシ系等の他の材料を適用しても良い。

次にこのパワードライブユニット１０を組み立て、ポッティング材で封止して製造する製造方法を説明する。図４は、この場合の各工程を時系列に示すフローチャートである。
まず、樹脂製の下ケース３３に、電子部品１１が実装された基板２１を取り付け、その後、アルミ製の上ケース３５を基板２１を覆うように被せて下ケース３３に取り付ける（ステップＳ１；組立工程）。この上ケース３５の取り付け時に、上ケース３５に設けられたクリップ部３７が、基板２１から上方に突出するパワー素子１２を保持するので、パワー素子１２が固定され、また、上ケース３５に設けられた基板当接部３６が基板本体２２に当接するので、基板２１の上下動が押さえられ、基板２１の支持剛性が十分に確保される。

次いで、上ケース３５を上方、下ケース３３を下方にした姿勢（設置時の姿勢に相当）で、上ケース３５の開口孔３５Ｋからポッティング材を注入する（ステップＳ２；注型・硬化工程）。図１に示すように、ポッティング材は、上下のケース３５，３３の合わせ部４１まで注入され、その状態で硬化される。このため、下ケース３３の底板部３３Ａからケース３５，３３の合わせ部４１までが、ポッティング材が充填された封止層ＬＡとなる。
より具体的には、封止層ＬＡの上面の位置は、上ケース３５の側壁部３５Ｂの下端よりも上方、且つ、下ケース３３の側壁部３３Ｂの上端よりも下方であって、パワー素子１２の素子部１２Ａの少なくとも一部が浸かる位置に設定されている。この位置の設定は、ポッティング材の充填量を制御する方法、又は、液面の位置を直接検知する方法等を適用すれば良い。

ポッティング材を注入し、硬化させた後、上ケース３５の開口孔３５Ｋが栓部材４５で閉じられ、封止層ＬＡと上ケース３５との間の空間が閉空間ＬＢとされる（ステップＳ３；栓取り付け工程）。この閉空間ＬＢは、外部から水等が浸入しない閉空間であれば良く、空気を流通可能な小径の孔等は適宜に設けても良い。以上の工程によって、パワードライブユニット１０が製造される。

図１に示すように、本構成では、ポッティング材を充填して形成される封止層ＬＡが、上下のケース３５，３３の合わせ部４１までとされ、その上方がポッティング材が充填されない閉空間ＬＢとされるので、上下のケース３５，３３の合わせ部４１の隙間、より具体的には、上ケース３５の側壁部３５Ｂと下ケース３３の側壁部３３Ｂとの間にできる隙間をポッティング材で塞ぐことができる。
これにより、上下のケース３５，３３の隙間からの水等の浸入を防止しつつ、閉空間ＬＢの容積分、ポッティング材の使用量が少なくて済み、軽量化できる。
この場合、封止層ＬＡには、基板本体２２と電子部品１１（パワー素子１２、トランス１３等）の端子部１２Ｂ，１３Ｂが埋没しているので、電子部品１１の端子部１２Ｂ，１３Ｂについて、電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等のポッティングの効果を得ることができる。さらに、電子部品１１の素子部（パワー素子１２の素子部１２Ａやトランス１３の素子部１３Ａ等）の一部が封止層ＬＡに入るので、素子部１２Ａ，１３Ａについても、ポッティングにより防振、固定等の効果が得られる。

また、本構成では、上ケース３５のクリップ部３７の下端が、封止層ＬＡ内に入るので（図１参照）、クリップ部３７及び上ケース３５についても、ポッティングによる防振、固定等の効果を得ることができる。しかも、クリップ部３７の下方開口部３７Ａがポッティングによって密閉されることとなり、下方開口部３７Ａへの水等の浸入をより確実に防止し、パワー素子１２の防水・防湿をより十分に図ることができる。
さらに、パワー素子１２は、封止層ＬＡから露出する部分が上ケース３５のクリップ部３７に保持されるので、パワー素子１１２をより十分に固定でき、かつ、特別な伝熱部品を使用することなくパワー素子１２の熱を外部に放出することが可能になる。

以上説明したように、本実施のパワードライブユニット１０では、基板２１を収容するケース３１が、上下分割可能に形成され、下ケース３３内に基板２１が支持され、上ケース３５に設けた開口孔３５Ｋからポッティング材を上下のケース３５，３３の合わせ部４１の高さまで注入して上下のケース３５，３３の合わせ部４１までをポッティング材を充填した封止層ＬＡとし、上記開口孔３５Ｋを閉じて封止層ＬＡと上ケース３５との間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間ＬＢとしたので、水等の浸入を防止しつつ、ケース３１全体にポッティング材を充填する構成に比して、ポッティング材の使用量を低減でき、軽量化できる。また、基板２１に設けられた特定の部品だけを専用の内壁に充填したポッティング材で密閉する構成に比して、ケース３１の形状を複雑にする必要がなく、ポッティングによる電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等の各種効果を十分に得ることができる。

さらに、上ケース３５は、下方に開口する箱形状を有し、封止層ＬＡの上面は、上ケース３５の側壁部３５Ｂの下端よりも上方に設定されるので、上ケース３５の下方開口部３５Ｃを封止層ＬＡで塞ぐことができ、上ケース３５の下方開口部３５Ｃからの水等の浸入を確実に防止できる。
また、上ケース３５の側壁部３５Ｂは、下ケース３３の側壁部３３Ｂの内側に入り、封止層ＬＡの上面は、下ケース３３の側壁部３３Ｂの上端よりも下方に設定されるので、上下のケース３５，３３の合わせ部４１に隙間があったとしても、その隙間からの水等の浸入を封止層ＬＡによって確実に防止することができる。
また、上ケース３５は、閉空間ＬＢに露出するパワー素子１２を保持するクリップ部３７を有するので、比較的大型のパワー素子１２の固定強度を十分に確保し、且つ、パワー素子１２の熱を上ケース３５を介して簡易に放熱させることができる。
また、クリップ部３７の下端が封止層ＬＡに入って保持されるので、ポッティングによるクリップ部３７の防振、固定といった効果を得ることもでき、パワー素子１２をより好適に保持することができる。

このようにして本実施形態では、軽量で、電気的絶縁、防振、固定、保護、防水・防湿等の各種効果を有するパワードライブユニット１０を得ることができるので、軽量化が要求され、且つ、部品が外観に露出し易い自動二輪車等の小型車両に好適なパワードライブユニットを得ることができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、付勢部材３８は、図２（Ａ）（Ｂ）に示した２つ折り形状に限らず、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、平面視で波形状にする等、適宜に変更しても良い。また、上述の実施形態では、パワードライブユニット１０に本発明を適用する場合を説明したが、これに限らず、電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットに本発明を広く適用することが可能である。

１０ パワードライブユニット（電子部品ユニット）
１１ 電子部品
１２ パワー素子（電子部品）
２１ 基板
３１ ケース
３３ 下ケース
３３Ａ 底板部
３３Ｂ，３５Ｂ 側壁部
３５ 上ケース
３５Ａ 天板部
３５Ｋ 開口孔
３７ クリップ部
４１ 合わせ部
４５ 栓部材
ＬＡ 封止層
ＬＢ 閉空間

Claims (6)

1. 電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットの封止構造において、
   前記ケースは上下分割可能に形成され、下ケース内に前記基板が支持され、
   上ケースに設けた開口孔からポッティング材を前記上下のケースの合わせ部の高さまで注入して前記上下のケースの合わせ部までをポッティング材を充填した封止層とし、前記封止層と前記上ケースとの間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間としていることを特徴とする電子部品ユニットの封止構造。
2. 前記上ケースは、下方に開口する箱形状を有し、
   前記封止層の上面は、前記上ケースの側壁の下端よりも上方に設定されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品ユニットの封止構造。
3. 前記上ケースの側壁は、前記下ケースの側壁の内側に入り、
   前記封止層の上面は、前記下ケースの側壁の上端よりも下方に設定されることを特徴とする請求項２に記載の電子部品ユニットの封止構造。
4. 前記電子部品の一部が前記閉空間に露出し、
   前記上ケースは、前記閉空間に露出する前記電子部品を保持するクリップ部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品ユニットの封止構造。
5. 前記クリップ部の下端は、前記封止層に入って保持されることを特徴とする請求項４に記載の電子部品ユニットの封止構造。
6. 電子部品を配置した基板をケース内に収容する電子部品ユニットの製造方法において、
   上下分割可能な前記ケースの下ケース内に前記基板を支持した後に、上ケースに設けた開口孔からポッティング材を前記上下のケースの合わせ部の高さまで注入して前記上下のケースの合わせ部までをポッティング材が充填される封止層とし、前記封止層と前記上ケースとの間の空間を、ポッティング材が充填されない閉空間とすることを特徴とする電子部品ユニットの製造方法。

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