JP2018074058A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体格の増加を抑制しつつ耐振動性と放熱性の両立を可能にする電子装置を提供する。
【解決手段】この電子装置は、電子部品と、電子部品が実装される実装面を有する回路基板と、を備える。回路基板は、電子部品の全体が内部に挿入可能な穴部を有し、電子部品に取り付けられ、電子部品と回路基板とを仲介して固定する支持部を電気的接続とは別に備え、電子部品は、穴部に挿入されるように実装されつつ、支持部により回路基板に支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品が実装されたプリント基板を含む電子装置に関する。

車両に搭載される電子部品は、車両の電子化に伴って増加傾向にある。また、その搭載環境はより厳しくなっており、特にエンジン直載製品等は過酷な振動環境に搭載される。その中で、近年では高出力の電子制御が要求されるようになっている。

高出力の電子制御を実現するために、必要な電子部品の体格が大型化する傾向にあり、これらが実装された電子装置についても大型化する虞がある。

この問題に対し、特許文献１には、回路基板における実装面に直交する方向における体格（厚さ）を小さくする目的で、基板に穴を設け、電子部品が穴に挿入されるように実装される電気装置が開示されている。

特開平８−５１２６４号公報

しかしながら、穴に電子部品を挿入するように実装する形態は、例えばコンデンサなどのディスクリート部品では振動による負荷がリードに印加されやすく、耐振動に係る信頼性が低下する虞がある。

また、放熱についても、特許文献１には、実装面と反対の面に放熱板を設けて、挿入された電子部品の熱を放熱板へ伝熱する例が開示されているものの、放熱板の厚さだけ電子装置全体の厚さが大きくなる虞があることや、放熱板を設けることができない構造上の制約がある場合には放熱性の要求を満たせない虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増加を抑制しつつ耐振動性と放熱性の両立を可能にする電子装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品（１０）と、電子部品が実装される実装面（２０ａ）を有する回路基板（２０）と、を備える電子装置であって、回路基板は、電子部品の全体が内部に挿入可能な穴部（２１）を有し、電子部品に取り付けられ、電子部品と回路基板とを仲介して固定する支持部（３０）を電気的接続とは別に備え、電子部品は、穴部に挿入されるように実装されつつ、支持部により回路基板に支持される。

これによれば、電子部品は穴部の内部に挿入されるので、回路基板の厚さ方向において体格を小さくすることができる。また、電気的接続とは別に設けられた支持部が電子部品と回路基板とを仲介しているから、電気的接続を担う部位、例えば振動に起因する負荷がリードに集中せず、支持部へ分散させることができる。このため、耐振動性を向上させることができる。加えて、支持部は電子部品と回路基板とを仲介しているから、効率よく回路基板へ熱を逃がすことができる。

第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す斜視図である。 電子装置の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る電子装置の概略構成を示す斜視図である。 電子装置の概略構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態の変形例に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第５実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第５実施形態の変形例に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第６実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 第６実施形態の変形例に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。 その他の実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明する。

この電子装置は、例えばコンデンサなどの電子部品が実装された回路基板を含む装置である。本実施形態では、電子部品として、例えばコンデンサを例にして、コンデンサが実装された電子装置について説明する。

図１に示すように、電子装置１００は、電子部品１０と、回路基板２０と、を備え、さらに支持部３０を備えている。

電子部品１０は、抵抗器やコンデンサ、トランジスタといったディスクリート部品のほか、ＩＣも含むものである。本実施形態では電子部品１０としてコンデンサを例示する。電子部品１０は、後述の回路基板２０との間で電気的な接続を確立するためのリード１１を有している。例えばコンデンサであれば、略円柱状の外形において、その底部となる円形面から２本のリード１１が導出されている。電子部品１０は、回路基板２０に設けられた図示しないスルーホールにリード１１が挿通され、図示しないはんだ等により固定されるとともに電気的に接続される。

回路基板２０は一般的に用いられるプリント基板である。回路基板２０は、図１および図２に示すように、電子部品１０が実装される実装面２０ａとその裏面２０ｂを有している。回路基板２０は、実装面２０ａから裏面２０ｂに亘って貫通する穴部２１を有している。穴部２１は電子部品１０におけるリード１１を含まない本体部分が収まるように、電子部品１０、具体的には本体部分よりもわずかに大きく形成されている。本実施形態では、電子部品１０として円柱状のコンデンサを想定しており、図１に示すように、部品の高さ方向が実装面２０ａに沿うように実装される形態に対応して、穴部２１は長方形状で設けられている。電子部品１０は穴部２１の長辺方向がコンデンサの軸方向になるように収容される。リード１１は穴部２１の短辺側で固定されている。

支持部３０は例えば樹脂片あるいは金属片であり、図１に示すように円柱状のコンデンサの側面に固定されて形成されている。本実施形態における電子装置１００は２つの支持部３０を有しており、各支持部３０は穴部２１の２つの長辺それぞれの周縁部に接するようになっている。これにより、電子部品１０は、リード１１と合わせて穴部２１における３辺の周縁部により支持されることになる。換言すれば、電子部品１０は、穴部２１をまたぐ少なくとも２点と２本のリード１１による２点の計４点で支持されていることになる。

次に、本実施形態に係る電子装置１００を採用することによる作用効果について説明する。

電子装置１００における回路基板２０には、電子部品１０の本体部よりもわずかに大きい穴部２１が形成されているから、電子部品１０を穴部２１の内部に収容しつつ、実装することができる。これにより、穴部２１が形成されていない構成に較べて、回路基板２０の厚さ方向における電子装置１００全体の体格を小さくすることができる。

また、電子部品１０は、電気的接続を担うリード１１とは別に、２つの支持部３０によって回路基板２０に支持されるので、振動に起因する負荷がリード１１に集中せず、支持部３０へ分散させることができる。このため、耐振動性を向上させることができる。

加えて、支持部３０は電子部品１０と回路基板２０とを仲介しているから、電子部品１０から回路基板２０へ効率よく熱を逃がすことができる。

（第２実施形態）
本実施形態における電子装置１１０は、図３および図４に示すように、第１実施形態における電子装置１００を構成する回路基板２０が、凹部２２を有する。

具体的に、凹部２２は、回路基板２０の実装面２０ａにおける穴部２１の外縁部に設けられている。図３および図４に示すように、凹部２２は支持部３０と実装面２０ａとが接する位置に形成されており、支持部３０が実装面２０ａに載置された際に支持部３０と実装面２０ａとの接触面が実装面２０ａよりも沈み込むようになっている。つまり、凹部２２は穴部２１に連通しており、支持部３０の形状は第１実施形態と同一のままに、支持部３０は凹部２２内に挿入可能になっている。本実施形態における凹部２２の形状は、略直方体とされた支持部３０の形状に合わせて、矩形の枡状に形成されている。

これによれば、図４に示すように、凹部２２が形成されていない形態に較べて、穴部２１のより深い位置に電子部品１０を挿入することができるので、厚さ方向の体格をより小さくできる。

また、凹部２２は支持部３０の形状に合わせて形成されているから、電子部品１０は回路基板２０の所定の位置にしっかりと納まるのであり、実装時の位置ずれを抑制することができる。

（第３実施形態）
本実施形態における電子装置１２０は、図５に示すように、第１実施形態における電子装置１００に加えて第１樹脂体４０を備えている。

第１樹脂体４０は、支持部３０を覆うようにして設けられ、電子部品１０にも接触しつつ回路基板２０にも接触している。第１樹脂体４０は支持部３０と回路基板２０との接着の機能も果たすものであり、支持部３０と回路基板２０とを連結している。

第１樹脂体４０は伝熱性のフィラーを添加するなどした比較的熱伝導率を高く設定した樹脂を用いるのが良い。これによれば、第１樹脂体４０による支持部３０と回路基板２０との固定機能だけでなく、電子部品１０から回路基板２０への熱伝導性を向上させることができる。すなわち、耐振動性と放熱性とを兼ね備えることができる。

（第４実施形態）
本実施形態における電子装置１３０は、図６に示すように、第１実施形態における電子装置１００に加えて第２樹脂体５０を備えている。

第２樹脂体５０は、回路基板２０に設けられた穴部２１に、電子部品１０が挿入された状態で充填されて成る。すなわち、第２樹脂体５０は回路基板２０、電子部品１０および支持部３０にそれぞれ接し、穴部２１に対して電子部品１０の相対的な位置が変化しにくいようにしている。

第２樹脂体５０は、電子部品１０の回路基板２０に対する相対的な位置ずれを抑制するだけでなく、電子部品１０から回路基板２０への伝熱を仲介する機能を奏するから、耐振動性と放熱性とを兼ね備えることができる。

とくに、図７に示す電子装置１３１のように、回路基板２０が例えばグランドパターンのような銅製の回路パターン層２３を有する場合には、より効果的に放熱性を発揮することができる。図７に示すように、回路基板２０が、その内層において、銅を含む回路パターン層２３を有し、穴部２１の内壁面に回路パターン層２３が露出する形態を想定する。このような形態では、穴部２１に充填された第２樹脂体５０が回路パターン層２３に接することになる。内層銅箔とされた回路パターン層２３はグランド電位として機能するだけでなく放熱板としても機能するので、本例における電子装置１３１では、電子部品１０が発生する熱を、第２樹脂体５０を介して回路パターン層２３に伝熱することができる。つまり、より放熱性を向上できる。

（第５実施形態）
ところで、銅箔たる回路パターン層を有する構造においては、第４実施形態に示す電子装置１３１のように第２樹脂体５０を設けることができない場合でも、例えば第１実施形態における電子装置１００や第２実施形態における電子装置１１０に較べて放熱性を向上させることが可能である。

本実施形態における電子装置１４０は、図８に示すように、第４実施形態同様、内層銅箔たる回路パターン層２３を有している。加えて、第２実施形態と同様に、回路基板２０が凹部２２を有している。本実施形態における凹部２２は回路パターン層２３が外部に露出するように形成されている。支持部３０は凹部２２に挿入されつつ、回路パターン層２３に接するようにして載置される。すなわち、電子部品１０は、支持部３０を介して回路パターン層２３上に支持される。

これによれば、発熱部品となりえる電子部品１０が、支持部３０を介して放熱板として機能する内層銅箔に接することになるから、第２樹脂体５０を設けることなく放熱性を向上することができる。

また、放熱に係る回路パターン層２３が必ずしも内層銅箔である必要はない。例えば図９に示す電子装置１４１は、実装面２０ａ上に表層銅箔たる回路パターン層２３を有している。表層銅箔には、例えば素子を接続するためのランドや、導線としての回路パターンなどがある。電子装置１４１における支持部３０は、回路パターン層２３を介して実装面２０ａ上に実装されている。

これによれば、発熱部品となりえる電子部品１０が、支持部３０を介して放熱板として機能する表層銅箔に接することになるから、第２樹脂体５０を設けることなく放熱性を向上することができる。

（第６実施形態）
第１〜第５実施形態における電子装置では、回路基板２０における支持部３０が接触する位置について、２つの支持部３０が穴部２１の２つの長辺それぞれの周縁部に接するようになっている旨説明したが、図１０に示すように、リード１１が接続される側の短辺からより遠い位置に接触するように支持部３０が形成されていると好適である。これによれば、リード１１を含めて電子部品１０を支持する点を結んでできる図形の面積がより広くなるため、振動に対してより安定に電子部品１０を実装することができる。

また、支持部３０は必ずしも複数必要なわけではなく、図１１に示すように、１つであっても良い。この場合、図１１に示すように、穴部２１の輪郭線となる長方形において、リード１１が接続される側の短辺の対辺に支持部３０が接触するようにされると電子部品１０を安定して実装することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば第４実施形態、第５実施形態および第６実施形態においては、説明を簡単にするために第１樹脂体４０が形成されていない例について説明しているが、第１樹脂体４０によって支持部３０と回路基板２０とを連結することによって、耐振動性と放熱性を向上させることができる。

また、第５実施形態および第６実施形態においては、説明を簡単にするために第２樹脂体５０が形成されていない例について説明しているが、第２樹脂体５０によって穴部２１の内部を充填することによって、耐振動性と放熱性を向上させることができる。

また、上記した各実施形態において説明した各電子装置は、筐体に収容されて用いられることが想定されるが、図１２に示すように、穴部２１に挿入された電子部品１０を、回路基板２０の厚さ方向において挟持するように筐体を構成すると良い。具体的には、実装面２０ａ側において、電子部品１０は接着材６２を介して上筐体６０に支持され、裏面２０ｂ側において接着材６３を介して下筐体６１に支持されている。

これによれば、電子部品１０は、リード１１や支持部３０に加えて、筐体６０，６１にも支持されることになるから、耐振動性をより向上することができる、また、接着材６２，６３として、熱伝導率の比較的高い材料を用いれば、電子部品１０が生ずる熱を筐体６０，６１に逃がすことができる。

ところで、上筐体６０と下筐体６１との間の距離、すなわち、筐体厚は、回路基板２０の厚さ方向においてもっとも体格が大きくなる部分を基準に決定される。上記した各実施形態における電子装置を採用すれば、穴部２１を有しない構成に較べて上下筐体間の距離を小さくすることができ、結果、筐体厚を小さくすることができる。

ここで、体格の比較的小さな部品が実装された部分では、筐体６０，６１の内側となる部分に丘部を設けて該部品に接触するようにし、放熱性を高める。この丘部の形成にあたってはテーパが発生してしまうため、実装される部品に基板厚さ方向での体格差に開きがあると、テーパ形成に必要な距離を確保するため、部品間距離が大きくなってしまう。すなわち、実装面積の増大の虞がある。これに対して、上記した各実施形態における電子装置を採用すれば、穴部２１を有しない構成に較べて上下筐体間の距離を小さくすることができるので、部品間の体格差を緩和でき、実装面積を増大させることができる。

１０…電子部品，２０…回路基板，２１…穴部，２２…凹部，３０…支持部

Claims (7)

1. 電子部品（１０）と、前記電子部品が実装される実装面（２０ａ）を有する回路基板（２０）と、を備える電子装置であって、
   前記回路基板は、前記電子部品の全体が内部に挿入可能な穴部（２１）を有し、
   前記電子部品に取り付けられ、前記電子部品と前記回路基板とを仲介して固定する支持部（３０）を電気的接続とは別に備え、
   前記電子部品は、前記穴部に挿入されるように実装されつつ、前記支持部により前記回路基板に支持される電子装置。
2. 前記回路基板は、前記支持部に対応した凹部（２２）を有し、
   前記支持部は、前記電子部品が前記穴部に挿入される際に前記凹部に挿入されつつ前記回路基板に接触する請求項１に記載の電子装置。
3. 前記支持部を覆うようにして前記支持部と前記回路基板とを連結する第１樹脂体（４０）をさらに備える請求項１または請求項２に記載の電子装置。
4. 前記穴部の内部空間において、前記電子部品と前記回路基板との間の隙間を埋めるように充填された第２樹脂体（５０）をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。
5. 前記回路基板は、内層において、銅を含む回路パターン（２３）を形成する内層銅箔を有し、
   前記穴部は内壁から前記内層銅箔が露出するように設けられる請求項４に記載の電子装置。
6. 前記回路基板は、銅を含む回路パターン層（２３）を形成する銅箔を有し、
   前記支持部は、前記銅箔を介して前記回路基板に接触することで前記電子部品を支持する請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子装置。
7. 前記支持部は、前記穴部をまたぐ少なくとも２点で前記回路基板に接触する請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子装置。

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