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