JP2020009939A - 回路基板装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー工程のみで、回路基板へ電気部品、電極端子、樹脂枠を実装できる回路基板装置を得る。【解決手段】電気部品１と、外部回路に接続される電極端子２と、金属基材９を有すると共に、電気部品１と電極端子２が接続部材３を介して取り付けられる配線層８、及び金属基材９と配線層８とを絶縁する絶縁層１０を有する金属基板５と、金属基板５、電気部品１、配線層８、電極端子２の各々の少なくとも一部を覆うポッティング樹脂材６と、電極端子２を保持すると共に、金属基板５との間でポッティング樹脂材６の流出を防止する樹脂枠７を備えた。【選択図】図２

Description

本願は、樹脂枠を備えた回路基板装置に関するものである。

電気部品が搭載される回路基板には、絶縁性向上、放熱性向上、耐湿性向上、耐ヒートサイクル性向上、ヒートショック性向上などの種々の理由により、電気部品あるいは配線をポッティング樹脂材などで封止することが行われている。また、回路基板に搭載される電気部品のパッケージも様々な形態のものがあり、トランジスタあるいはダイオードなどの半導体素子を例に挙げると、回路基板の配線層に直接ベアチップを半田付けなどで搭載し、ワイヤボンディングあるいはリードフレームで配線した形態、ベアチップがモールドされているモールドパッケージ品を回路基板に半田付けなどで搭載する形態など、様々な形態がとられている。

従来、例えば、特許文献１に開示されているように、ポッティング樹脂材で封止された回路基板装置として、樹脂枠と回路基板を接着剤を介して接着することにより、ポッティング樹脂材の流出を防止する形態が知られている。このポッティング樹脂材で封止された回路基板装置としては、回路基板に電気部品をリフロー工程によって半田付けなどで電気的接続した後に、樹脂枠を接着剤を介して回路基板に接着する順序で製造されたものが知られている。

特開２０１７−９２０５９号公報

しかしながら、回路基板にリフロー工程によって電気部品を半田付けなどで電気的接続した後、樹脂枠を接着剤などにより接着する場合、インサート成形などの一体成形、あるいはアウトサート成形により樹脂枠で保持された回路基板装置と外部回路とを電気的接続する電極端子は、回路基板上のパターンあるいは電気部品とワイヤボンディングで接続する必要があり、接着工程、及びワイヤボンディング工程が別途必要となる課題がある。

また、インサート成形などの一体成形、あるいはアウトサート成形により樹脂枠に保持された回路基板装置と外部回路とを電気的接続する電極端子と、回路基板上のパターンあるいは電気部品をレーザー半田装置などを用いて半田付け接続する場合には、接着工程、及びレーザー半田工程が必要となる課題がある。

更に、電極端子をリフロー工程で接続する場合は、電極端子用の保持部材と封止用の部材とが必要となって、部品点数あるいは各部材の固定面積が増加することになり、接着工程が別途必要となる課題がある。

更にまた、回路基板に半田を印刷し、電気部品を配置し、接着剤を塗布し、電極端子一体の樹脂枠を組み付けてリフロー工程とする場合は、一般的な回路基板への部品実装工程に加えて、接着剤塗布工程が必要となる課題がある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、リフロー工程のみで、回路基板へ電気部品、電極端子、樹脂枠を実装できる回路基板装置を提供することを目的とするものである。

本願に開示される回路基板装置は、電気部品と、外部回路に接続される電極端子と、回路基材を有すると共に、前記電気部品と前記電極端子が接続部材を介して取り付けられる配線層、及び前記回路基材と前記配線層とを絶縁する絶縁層を有する回路基板と、前記回路基板、前記電気部品、前記配線層、前記電極端子の各々の少なくとも一部を覆うポッティング樹脂材と、前記電極端子を保持すると共に、前記回路基板との間で前記ポッティング樹脂材の流出を防止する樹脂枠と、を備えたものである。

本願に開示される回路基板装置によれば、電気部品と、外部回路に接続される電極端子と、回路基材を有すると共に、前記電気部品と前記電極端子が接続部材を介して取り付けられる配線層、及び前記回路基材と前記配線層とを絶縁する絶縁層を有する回路基板と、前記回路基板、前記電気部品、前記配線層、前記電極端子の各々の少なくとも一部を覆うポッティング樹脂材と、前記電極端子を保持すると共に、前記回路基板との間で前記ポッティング樹脂材の流出を防止する樹脂枠とを備えたので、リフロー工程のみで回路基板へ電気部品、電極端子、樹脂枠を実装できる回路基板装置が得られる。

実施の形態１に係る回路基板装置の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態１に係る回路基板装置の変形例を示す断面図である。 実施の形態１に係る回路基板装置の他の変形例を示す断面図である。 実施の形態２に係る回路基板装置の断面図である。 実施の形態２に係る回路基板装置の変形例を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例１を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例２を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例３を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例４を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例４を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例４を示す断面図である。 実施の形態３に係る回路基板装置の実施例５を示す断面図である。

以下、本願の実施の形態に係る回路基板装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一もしくは相当部分を示している。また、各図は、この実施の形態を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回路基板装置を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図１及び図２に示すように、実施の形態１に係る回路基板装置は、表面実装型の電気部品１と、外部回路に接続される電極端子２と、接続部材３を介して電気部品１の電極部４及び電極端子２が取り付けられる回路基板である金属基板５と、封止樹脂材、例えばポッティング樹脂材６と、電極端子２の保持及びポッティング樹脂材６の流出を防ぐように構成された樹脂枠７を備えている。なお、ポッティング樹脂材６は、電気部品１の電極部４及び電極端子２、並びに金属基板５の配線層８を密封する。

電気部品１としては、例えば表面実装型半導体パッケージに搭載されたトランジスタあるいはダイオード、表面実装型チップ抵抗あるいはコンデンサ、または表面実装型のＩＣチップ、または配線用の板金などであり、これらが金属基板５に搭載される。電気部品１は金属基板５の配線層８に接続部材３を介して電気的接続が確保されている。接続部材３としては例えば半田などが用いられる。半田を金属部材間に挟み、リフロー工程などで溶融させることにより金属部材間を接合する。

金属基板５は、接続部材３に接続される配線層８と、回路基板装置が実装される製品の筐体（図示せず）に取り付けられる回路基材である金属基材９と、配線層８と金属基材９との間の絶縁を確保する絶縁層１０とを有している。金属基板５は、金属基材９、絶縁層１０、配線層８の順に重ねられて形成されている。電極端子２は、回路基板装置が実装される製品の外部回路（図示せず）と、金属基板５の配線層８に接続部材３を介して電気的接続されている。

樹脂枠７は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂などの樹脂が用いられる。樹脂枠７は、電極端子２を一体成形により保持すると共に、ポッティング樹脂材６による電気部品１の電極部４及び配線層８、並びに電極端子２の少なくとも一部の密封ができる封止形態に形成されている。

ポッティング樹脂材６による電気部品１の電極部４及び配線層８、並びに電極端子２の少なくとも一部を密封する封止形態に、例えば板金を枠型に加工した金属枠１１が用いられ、この金属枠１１は、樹脂枠７に対してインサート成形などの一体成形、もしくはアウトサート成形により樹脂枠７に取り付けられている。金属枠１１は、樹脂枠７と金属基板５の間隙からポッティング樹脂材６が流出することを防止するために、接続部材３を介して金属基板５の配線層８に接続されている。

ポッティング樹脂材６は、シリコーンゲル、あるいはエポキシ樹脂などが用いられる。ポッティング樹脂材６は、金属基板５、電気部品１、配線層８、電極端子２の各々の少なくとも一部を覆い、上述のように電気部品１の電極部４及び電極端子２、並びに金属基板５の配線層８を密封する。また、ポッティング樹脂材６は、電気部品１の電極部４、配線層８、及び電極端子２の間隙に充填される必要があるため、充填時はチクソ性が低いが、充填後に加熱あるいは湿気により硬化あるいは増粘することで、電気部品１、配線層８、及び電極端子２の周囲に留まる。材質によって特性は異なるが、絶縁性向上、放熱性向上、耐湿性向上、耐ヒートサイクル性向上、耐ヒートショック性向上が図られている。

このように構成された回路基板装置によれば、電気部品１を金属基板５に接続部材３を介して実装するリフロー工程で、電気部品１と金属基板５の配線層８の電気的接続、電極端子２と金属基板５の配線層８の電気的接続、封止形態の金属枠１１と金属基板５の封止枠の機械的接続を同時に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る回路基板装置によれば、樹脂枠７に電極端子２及び金属枠１１を一体的に設けることにより、半田付けを行うリフロー工程で、電極端子２を金属基板５の配線層８に接続部材３を介して接続すると同時に、金属枠１１を金属基板５の配線層８に接続部材３を介して接続し、樹脂枠７と金属基板５を接合することができる。従って、リフロー工程の後に接着剤などを使用して樹脂枠７と金属基板５の接着工程を行うことなく、ポッティング樹脂材６により封止形態を構成することができる。

また、樹脂枠７に電極端子２が一体成形されている形態で、配線層８と電極端子２をワイヤボンディングにより接続する工程と比較して、後工程で電気的な接続を行う必要がないので、ワイヤボンディング工程を削減することができる。また、密封のための樹脂枠７と、電極端子２のための端子保持構成を別に設けて、リフロー工程で電極端子２を半田付けし、後工程で樹脂枠７を接着剤により回路基板に接着する構成と比較して、部品点数の削減と、部品点数の削減に伴う搭載面積の削減により製品サイズを低減できる。更に、リフロー工程で樹脂枠７と回路基板を接着剤を用いて接着する構成と比較して、接着剤の塗布工程が削減できる。また、金属枠１１が接続部材３を介して接続される配線層８を、回路の一部として利用することにより、基板配線の削減を図ってもよい。

なお、実施の形態１に係る回路基板装置では、金属枠１１にＩ字型断面をもつ板金を用いたが、図３に示すようにＩ字型断面の代わりに、Ｌ字型断面をもつ金属Ｌ字枠１２を使用してもよい。

また、実施の形態１に係る回路基板装置では、封止形態の金属枠１１を用いたが、図４に示すように金属枠１１の代わりに、樹脂枠７の一部に金属めっき１３を施し、金属めっき１３と配線層８を半田などの接続部材３で接続してもよい。

実施の形態２．
次に、本願の実施の形態２に係る回路基板装置について説明する。
図５は、実施の形態２に係る回路基板装置を示す断面図である。実施の形態２に係る回路基板装置は、封止形態のみが実施の形態１と異なる。そのため、実施の形態２においては異なる部分についてのみ説明し、その他の部分についての説明は省略する。

実施の形態２に係る回路基板装置は、樹脂枠７と金属基板５の封止形態として、枠体１４を樹脂枠７とインサート成形などの一体成形、もしくはアウトサート成形により形成している。枠体１４は熱変形材によって成形された樹脂材で形成されており、例えば熱可塑性エラストマーにより形成されている。
このように構成された回路基板装置によれば、電気部品１と電極端子２を金属基板５に接続部材３を介して実装するリフロー工程で、枠体１４が変形することにより枠体１４と金属基板５の間隙を埋めることができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る回路基板装置によれば、樹脂枠７に電極端子２、及び封止形態の枠体１４を備えることにより、金属基板５に電気部品１を接続部材３を用いた接続、即ち、半田付けを行うリフロー工程で、電極端子２を金属基板５の配線層８に接続すると同時に、封止形態である枠体１４が金属基板５との間隙を充填して樹脂枠７と金属基板５を接合するので、リフロー工程の後に接着剤などを使用して樹脂枠７と金属基板５の接着工程を行うことなく、ポッティング樹脂材６の封止形態を構成することができる。

また、樹脂枠７に電極端子２が一体成形されている形態で、配線層８と電極端子２をワイヤボンディングで接続を確保する工程と比較して、後工程で電気的な接続を確保する必要がないので、ワイヤボンディング工程を削減することができる。また、密封のための樹脂枠７と、電極端子２のための端子保持構成を別に設けて、リフロー工程で電極端子２を半田付けし、後工程で樹脂枠７を接着剤により回路基板を接着する構成と比較して、部品点数を削減することができ、部品点数の削減に伴う搭載面積の削減により、製品サイズ低減することができる。また、リフロー工程で樹脂枠７と回路基板を接着剤を用いて接着する構成と比較して、接着剤の塗布工程を削減することができる。

なお、上記実施の形態２では、封止形態に熱変形材を用いたが、図６に示すように熱変形材の代わりに、ゴム成形枠１５などを樹脂枠７にインサート成形などの一体成形あるいはアウトサート成形し、樹脂枠７と金属基板５の間隙を埋めてもよい。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び２については、本願に係る回路基板装置の一例を示したものであり、これ以外に種々の形態を取り得る。
（実施例１）
例えば、実施の形態１及び２においては、樹脂枠７と金属基板５の密封、及び電極端子２と配線層８の接続を同時にリフロー工程で実施する場合について説明したが、図７に示すように、樹脂枠７と金属基板５の密封のみをリフロー工程で行い、配線層８と電極端子２との接続、半導体ベアチップなどの電気部品１と配線層８の接続の一部をワイヤボンディング工程でボンディングワイヤ１６を用いてもよい。なお、その他の構成については、実施の形態１あるいは２と同様であり、説明を省略する。

（実施例２）
また、図８に示すように、樹脂枠７に樹脂枠７と金属基板５を固定する固定端子１７を設け、リフロー工程後に樹脂枠７と金属基板５が固定される形態とすることで、樹脂枠７と金属基板５の封止形態の強度確保、及び回路基板装置の振動耐久性向上を図ってもよい。なお、その他の構成については、実施の形態１あるいは２と同様であり、説明を省略する。

（実施例３）
また、図９に示すように、配線層８の間、配線層８と電気部品１の間、電気部品１の間を電気的接続する接続端子１８または電気部品１、もしくはその両方をインサート成形などの一体成形あるいはアウトサート成形などで樹脂枠７で保持し、リフロー工程時に同時に接続部材３を介して金属基板５の配線層８に電気的接続することにより、金属基板５と樹脂枠７の金属基板５の面外方向に立体的に回路を設けてもよい。なお、その他の構成については、実施の形態１あるいは２と同様であり、説明を省略する。

（実施例４）
また、図１０または図１１、もしくは図１２に示すように、樹脂枠７に位置決め部材１９を設置し、樹脂枠７と金属基板５の基板面内外方向の位置ずれを制限する構成にしてもよい。
前記位置決め部材１９は、金属基板５の外形、あるいは金属基板５に形成された穴の少なくとも一部を覆うか、もしくは貫通することにより樹脂枠７と金属基板５の基板面内外方向の位置を制限する。なお、図１２の符号２０は筺体を示し、その他の構成については、実施の形態１あるいは２と同様であり、説明を省略する。

（実施例５）
上記において説明した各実施の形態においては、種々の形態を取り得る回路基板装置の中で、金属基板５を構成する金属基材９の回路基板について説明したが、これに限らず、図１３に示すように、ガラスエポキシ基材からなるガラスエポキシ基板２１など、金属基材９以外の回路基材で構成してもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電気部品、２ 電極端子、３ 接続部材、４ 電極部、５ 金属基板、６ ポッティング樹脂材、７ 樹脂枠、８ 配線層、９ 金属基材、１０ 絶縁層、１１ 金属枠、１２ 金属Ｌ字枠、１３ 金属めっき、１４ 枠体、１５ ゴム成形枠、１６ ボンディングワイヤ、１７ 固定端子、１８ 接続端子、１９ 位置決め部材、２０ 筺体、２１ ガラスエポキシ基板。

本願に開示される回路基板装置は、電気部品と、外部回路に接続される電極端子と、回路基材を有すると共に、前記電気部品と前記電極端子が接続部材を介して取り付けられる配線層、及び前記回路基材と前記配線層とを絶縁する絶縁層を有する回路基板と、前記回路基板、前記電気部品、前記配線層、前記電極端子の何れかの少なくとも一部を覆う封止樹脂材と、前記電極端子を保持すると共に、前記回路基板との間で前記封止樹脂材の流出を防止する樹脂枠と、を備え、前記樹脂枠は、前記接続部材を介して前記配線層に接続される金属枠を有するものである。

Claims (10)

1. 電気部品と、
   外部回路に接続される電極端子と、
   回路基材を有すると共に、前記電気部品と前記電極端子が接続部材を介して取り付けられる配線層、及び前記回路基材と前記配線層とを絶縁する絶縁層を有する回路基板と、
   前記回路基板、前記電気部品、前記配線層、前記電極端子の何れかの少なくとも一部を覆うポッティング樹脂材と、
   前記電極端子を保持すると共に、前記回路基板との間で前記ポッティング樹脂材の流出を防止する樹脂枠と、
   を備えたことを特徴とする回路基板装置。
2. 前記樹脂枠は、前記配線層と前記接続部材を介して接続された金属枠を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
3. 前記金属枠は、前記樹脂枠に板金を一体成形することにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回路基板装置。
4. 前記金属枠は、前記樹脂枠に金属めっきを施すことにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回路基板装置。
5. 前記樹脂枠は、前記回路基板と密着するゴム成形枠を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
6. 前記樹脂枠は、前記回路基板に密着すると共に、熱変形材によって成形された枠体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置。
7. 前記樹脂枠は、前記樹脂枠と前記回路基板を固定する固定端子を備え、
   前記固定端子は、前記樹脂枠と一体成形されると共に、前記配線層と前記接続部材を介して接続されたことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の回路基板装置。
8. 前記樹脂枠は、前記配線層と前記電気部品とを接続する接続端子を備え、
   前記接続端子は、前記接続部材を介して前記配線層と前記電気部品の少なくとも一部に接続されたことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の回路基板装置。
9. 前記樹脂枠は、前記樹脂枠と前記回路基板の基板面内外方向の位置ずれを制限する位置決め部材を備えたことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の回路基板装置。
10. 前記位置決め部材は、前記樹脂枠と前記回路基板、並びに前記回路基板が取り付けられる筺体の前記基板面内外方向の位置ずれを制限することを特徴とする請求項９に記載の回路基板装置。

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