JP4291215B2 - 電子機器の密閉筐体 - Google Patents

Description

この発明は、電子部品が実装されたプリント基板（以下、電子基板と称す）を収納した外装ケースに熱伝導性樹脂を充填して電子基板の両面全体を気密封鎖した電子機器の密閉筐体において、例えば自動車の車室外に設置して使用される車載電子機器のように、温度、振動、衝撃、被水、浸水等の悪環境で使用される電子機器の密閉筐体に関するものである。

電子基板を収納した外装ケースに樹脂を充填した従来の電子機器の密閉筐体としての内燃機関用制御ユニットは、内燃機関の制御を行う制御回路で使用する電子部品がプリント基板に接続され、この制御回路が外部の接続対象物に接続されるように構成された制御回路構成体を備える。そして、この制御回路構成体はケース内にプリント基板がケースの底部側に位置するようにして配置され、ケース内には制御回路構成体の各構成要素の電位の異なる部分の間を電気的に絶縁するようにして樹脂が充填されている。また、制御回路構成体は、その構成要素の電位の異なる部分のうちプリント基板よりの高さの一番高い部分をプリント基板の周縁部の一部側に偏って存在するように配置し、樹脂表面の高さは、上記構成要素の一番高い部分が存在する側でこれを埋め込むように高くその反対側で低くなるようにしてケース内に樹脂表面が傾斜面になるようにして樹脂が充填される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３２４７０５号公報

従来の電子機器の密閉筐体では、樹脂表面の高さを、電子部品の高さが一番高い部分が存在する側でこれを埋め込むように高くその反対側で低くなるようにし、ケース内に樹脂をその表面が傾斜面になるようにして充填することで、樹脂の充填量を減らすものである。しかしながら、通常、高さの高い電子部品は少なく、多くは薄型の電子部品が実装されているため、薄型の電子部品上を不要に厚い樹脂で覆う領域が存在することになり、樹脂量を十分に低減することは困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電子部品が実装された電子基板を収納した外装ケース内に該電子基板の両面全体を気密封鎖するように充填される熱伝導性樹脂の樹脂量を低減して低コスト化、軽量化を図ることを目的とする。

この発明に係る電子機器の密閉筐体は、電子部品が実装された電子基板を収納した外装ケースに熱伝導性樹脂を充填して上記電子基板の両面全体を気密封鎖したものであって、上記電子部品のうち所定の高さを超える背高部品およびその他の薄型部品の双方が実装された上記電子基板の第１面を上記外装ケースの内壁面側に、上記背高部品の実装がない上記電子基板の第２面を上記外装ケースの開口面側にそれぞれ対向させて該電子基板を配置する。そして、上記外装ケースの側面に設けられた樹脂製のコネクタハウジングと、上記電子基板の第１面に一片が半田実装され、直交する他の一片が上記コネクタハウジングを貫通して外部との接続のために上記外装ケースから突出した複数の接続ピンとで構成され上記背高部品となる外部接続コネクタを備え、上記電子基板は、上記熱伝導性樹脂を上記外装ケース内に注入するための切欠部を上記複数の接続ピンの両側に位置する２つの角部に有すると共に、上記外装ケースの内側壁面と該電子基板の端面との間に隙間を有し、上記外装ケース内で上記電子基板の両面に実装された全ての上記電子部品を覆って該外装ケース内を埋め込むように上記熱伝導性樹脂を充填し、上記電子基板の第１面に対向する上記外装ケースの壁面に、該第１面上の上記背高部品および薄型部品の高さに応じた段差を設け、該壁面外側の該段差による凹部に放熱フィンを設けたものである。

この発明によると、電子基板の第１面上の背高部品および薄型部品の高さに応じた段差を外装ケースの壁面に設けるため、薄型部品上を不要に厚い樹脂で覆うことが防止され、熱伝導性樹脂の樹脂量を効果的に低減でき、低コスト化、小型化、軽量化が促進できる。また、外装ケース壁面外側の上記段差による凹部に放熱フィンを設けるため、発熱を伴う電子部品の放熱性の良好な電子機器の密閉筐体が得られる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１〜図５は、この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の断面図、底面図、上面図、側面図、および断面部分拡大図であり、主に図１に基づいて説明する。
図に示すように、電子機器の密閉筐体１００（以下、密閉電子機器１００と称す）は、プリント基板に電子部品を実装して成る電子基板１１０を収納した外装ケース１３０に、熱伝導性樹脂から成る充填材１０１を充填して電子基板１１０の両面全体を気密封鎖して構成する。外装ケース１３０の内壁面側（図中上面側）に対向する電子基板１１０の第１面１１１ａには、電子部品のうち所定の高さを超える背高部品としての外部接続コネクタ１２０や電解コンデンサ等の背高部品１１２と、マイクロプロセッサ等、上記所定の高さ以下の薄型部品１１３との双方が実装される。また、外装ケース１３０の開口面側（図中底面側）に対向する電子基板１１０の第２面１１１ｂには、少なくとも背高部品１１２は実装されない、即ち、電子部品が実装されないか薄型部品１１３のみが実装され、このような電子基板１１０は、四隅の取付けねじ１１４で外装ケース１３０の内壁に固定されている。

また、背高部品１１２は電子基板１１０の第１面１１１ａの外部接続コネクタ１２０側の端部に集約して実装され、外装ケース１３０は、該第１面１１１ａと対向する外装ケース１３０壁面（以下、ケース上面１３１と称す）に段差を設けて、外部接続コネクタ１２０の一部を含む集約された背高部品１１２を内部に収納すると共に充填材１０１が厚く充填された大深度部１３２ａと、薄型部品１１３のみを内部に収納すると共に充填材１０１が薄く充填された小深度部１３２ｂとで構成される。また、電子基板１１０を取り巻く輪郭周縁部１３４と、該輪郭周縁部１３４の３方に設けられた取付足部１３５とを備える。

充填材１０１は、熱安定性、柔軟性および熱伝導性を備えた電気的絶縁体で、電子部品に加わるストレスを低減するのに適した、例えば電気絶縁用耐熱ウレタン樹脂が使用され、電子基板１１０の両面１１１ａ、１１１ｂに実装された全ての電子部品を覆って外装ケース１３０内を埋め込むように充填されている。図２の底面図に示すように、大深度部１３２ａに位置する電子基板１１０の角部に切欠部１１５が設けられ、この切欠部１１５から充填材１０１を外装ケース１３０内に注入することにより充填する。

また、外装ケース１３０の小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１外側に放熱フィン１３３が設けられ、大深度部１３２ａのケース上面１３１には充填材１０１の膨張収縮に伴う内圧の変化を吸収するための所定の大きさの減圧窓穴１３６が設けられている。放熱フィン１３３は、図３の上面図に示すように、大深度部１３２ａと直交する方向に所定の間隔で複数個設けられる。

外部接続コネクタ１２０は、図示しない外部の接続先コネクタの接続ピンと圧接接続される接続ピン１２１と、該接続ピン１２１が圧入固定され、外装ケース１３０の側面に係合設置された樹脂製のコネクタハウジング１２２と、該コネクタハウジング１２２の端部に設けられた鍔部１２３と、該鍔部１２３の外周３面に設けられた係合溝１２４とによって構成され、接続ピン１２１の一端は直角方向に折り曲げられて電子基板１１０に半田付けにて実装される。
図４の側面図に示すように、外装ケース１３０の側面に設けられた側面開口部１３９に外部接続コネクタ１２０のコネクタハウジング１２２が取付けられ、接続ピン１２１はコネクタハウジング１２２を貫通して外装ケース１３０から突出される。また、側面開口部１３９には外装ケース１３０の金型の抜き勾配による斜面が形成されている。さらに、図４の断面による部分拡大図である図５に示すように、コネクタハウジング１２２端部の鍔部１２３に設けられた係合溝１２４は、側面開口部１３９の周縁部に圧入係合されるようになっている。なお、係合溝１２４の幅や側面開口部１３９の周縁部は金型の抜き勾配による傾斜を一致させるように構成されている。

以上のように構成される密閉電子機器１００を形成するには、電子基板１１０に外部接続コネクタ１２０を含む全ての電子部品を実装した後、まず電気的な性能検査を行ない、必要に応じて手直し修理等を施した後、電子基板１１０を外装ケース１３０内に固定する。外装ケース１３０の減圧窓穴１３６の外面には図示しない耐熱シートを接着しておき、電子基板１１０の切欠部１１５から外装ケース１３０内に充填材１０１を注入し、自然放置又は加熱によって充填材１０１が羊羹状に固化した時点で減圧窓穴１３６に接着されていた耐熱シートをはがして完成する。
なお、外装ケース１３０はアルミダイキャストで成型されたものであって、小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１外側には放熱フィン１３３が一体成型される。また、外装ケース１３０の開口面を密閉電子機器１００の被取付面と隣接対向して設置する。

以上のように、この実施の形態では、外部接続コネクタ１２０を含む背高部品１１２を一方の端部に集約して実装し、外装ケース１３０のケース上面１３１に段差を設け、接続コネクタ１２０の一部を含む集約された背高部品１１２を内部に収納すると共に充填材１０１が厚く充填された大深度部１３２ａと、薄型部品１１３のみを内部に収納すると共に充填材１０１が薄く充填された小深度部１３２ｂとで外装ケース１３０を構成した。これにより、薄型部品１１３上を不要に厚い充填材１０１で覆うことがなく、高価な充填材１０１の使用量が効果的に削減でき、安価で軽量小型化が促進された密閉電子機器１００が得られる。また、小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１外側、即ち、ケース上面１３１外側の段差による凹部に放熱フィン１３３を設けたため、発熱を伴う電子部品の放熱性が良好で小型で簡便な形状に成型された密閉電子機器１００が得られる。また、ケース上面１３１の段差により、電子部品の多くを占める薄型部品１１３と放熱フィン１３３との間の伝熱距離が短縮されているため、熱伝導性が向上する。なお、充填材１０１に用いたウレタン樹脂に無機フィラー充填材を添加して熱伝導性を高めても良い。

また、大深度部１３２ａのケース上面１３１に所定の大きさの減圧窓穴１３６を設けたため、温度変化等による充填材１０１の膨張収縮があっても、内圧の変化を吸収して電子部品に作用する機械的ストレスを軽減することができる。
さらにまた、外装ケース１３０はアルミダイキャストで成型され、小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１外側には放熱フィン１３３が容易に一体成型できる。また、外装ケース１３０の開口面を密閉電子機器１００の被取付面と隣接対向して設置し、取付足部１３５から被取付面への伝熱効果が得られると共に、開口面を塞がずに異物進入などを防いで設置することができる。

また、接続ピン１２１はコネクタハウジング１２２を貫通して外装ケース１３０から突出して接続先コネクタの接続ピンと圧接接続されるため、電子基板１１０を外装ケース１３０内に固定するに先立って、電子基板１１０に外部接続用コネクタ１２０を取付けて性能検査を行なうことができる。また、温度変化による接続ピン１２１の伸縮に対してプリント基板（電子基板１１０）に過大なストレスがかかるのを防止できる。
また、外装ケース１３０は樹脂製のコネクタハウジング１２２が係合設置される側面開口部１３９を備えると共に、コネクタハウジング１２２は側面開口部１３９の周縁に圧入係合する係合溝１２４を備えたため、外部接続用コネクタ１２０と外装ケース１３０を容易に一体化できると共に、相手側コネクタの着脱による外力がプリント基板（電子基板１１０）に作用するのを防止できる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、外部接続コネクタ１２０を含む背高部品１１２を一方の端部に集約して実装し、外装ケース１３０を大深度部１３２ａと小深度部１３２ｂとで構成したが、所定の高さよりも高い電子部品で、他の背高部品１１２と共に端部に集約して実装することが困難な、例えば水晶振動子等の異形の中型部品１１６がある場合について、以下に説明する。
図６に示すように、背高部品１１２は電子基板１１０の第１面１１１ａの外部接続コネクタ１２０側の端部に集約して実装されているが、所定の高さよりも高い中型部品１１６は薄型部品１１３が形成された領域に実装されている。この密閉電子機器１００ａでは、外装ケース１３０ａのケース上面１３１ａに、外部接続コネクタ１２０、背高部品１１２、薄型部品１１３、中型部品１１６の高さに応じた段差を設けて、充填材１０１の厚さが異なる複数種（この場合４種）の深度部で外装ケース１３０を構成する。この場合、接続コネクタ１２０の一部を収納する第１の深度部１３２ｃと、端部に集約された背高部品１１２を収納する第２の深度部１３２ｄと、薄型部品１１３のみを収納する第３の深度部１３２ｅと、中型異形部品１１６を収納する第４の深度部１３２ｆとで外装ケース１３０ａが構成され、ケース上面１３１外側の段差による凹部に放熱フィン１３３ａが図に示すように設けられる。

この実施の形態においても、電子部品上を不要に厚い充填材１０１で覆うことがなく、高価な充填材１０１の使用量が効果的に削減でき、密閉電子機器１００ａが安価で軽量小型に構成できる。また、段差による凹部に放熱フィン１３３ａを設け、また電子部品と放熱フィン１３３ａとの間の伝熱距離が短縮できるため、発熱を伴う電子部品の放熱性が良好で信頼性の高い密閉電子機器１００ａが得られる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、放熱フィン１３３が大深度部１３２ａと直交する方向に所定の間隔で複数個設けられたが、この実施の形態による密閉電子機器１００ｂでは、図７に示すように、外装ケース１３０ｂの小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１ｂ外側に、放熱フィン１３３ｂを大深度部１３２ａの長手方向と平行な方向に所定の間隔で複数個設ける。
これにより、放熱フィン１３３ｂの表面気流が大深度部１３２ａによって阻害されないで流れるため、放熱性が向上する。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、外装ケース１３０はアルミダイキャストで成型され、放熱フィン１３３が一体成型されていたが、この実施の形態よる密閉電子機器１００ｃでは、図８に示すように、外装ケース１３０ｃは板金材をプレス加工して製造し、板金製の放熱フィン１３３ｃが小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１ｃ外側に溶接される。この場合も、ケース上面１３１ｃに段差を設け、さらに放熱フィン１３３ｃを設けた外装ケース１３０ｃを容易に製造でき、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、この場合、電子基板１１０ｃに実装される背高部品が外部接続コネクタ１２０のみである場合を示した。
また、ここでは、放熱フィン１３３ｃを波型形状とする。このため、同じ高さの放熱フィンであっても放熱面積が拡大して放熱効果を高めることができると共に、放熱フィン１３３ｃの外力による折れ曲がりなどが防止でき、薄型、軽量化を図ることができる。

実施の形態５．
上記各実施の形態では外装ケース１３０、１３０ａ〜１３０ｃは金属製としたが、樹脂材を成型して製造しても良い。この実施の形態による密閉電子機器１００ｄでは、図９に示すように、外装ケース１３０ｄは、ケース上面１３１ｄに段差を有し、小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１ｄに開口部１３７を有するように樹脂材を成型して形成され、成型時にアルミダイキャスト製の放熱フィン１３３ｄを開口部１３７に埋め込み一体成型する。
この場合も、ケース上面１３１ｄに段差を設け、さらに放熱フィン１３３ｄを設けた外装ケース１３０ｄを容易に製造できて、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、外装ケース１３０ｄを樹脂製にしたため、軽量化が一層促進できる。また、実装された電子部品による発熱量が比較的少ない場合や、密閉電子機器１００ｄの被取付面との伝熱が好ましくない場合に、好適である。

実施の形態６．
上記実施の形態５では放熱フィン１３３ｄを外装ケース１３０ｄの開口部１３７に埋め込み一体成型したが、この実施の形態による密閉電子機器１００ｅでは、図１０に示すように、外装ケース１３０ｅは外部接続コネクタ１２０の樹脂製コネクタハウジング１２２と共に一体成型され、かつ、ケース上面１３１ｅに段差を有し、小深度部１３２ｂにおけるケース上面１３１ｅに開口部１３７を有するように、樹脂材にて成型される。また、成型後に、アルミダイキャスト製の放熱フィン１３３ｅをケース上面１３１ｅの開口部１３７に挿入してねじ１３９で固定する。

このような密閉電子機器１００ｅを形成するには、電子部品が実装された電子基板１１０を外部接続コネクタ１２０と一体成型された外装ケース１３０ｅ内に取付固定し、予め外部接続コネクタ１２０のコネクタハウジング１２２に圧入されている接続ピン１２１を電子基板１１０に半田付にて実装する。次いで、電気的な性能検査を行ない、必要に応じて手直し修理等を施した後、放熱フィン１３３ｅをケース上面１３１ｅの開口部１３７に挿入してねじ１３９で固定する。そして、放熱フィン１３３ｅが後付け固定されてから充填材１０１の注入による充填が行われる。これは、上述したように、外装ケース１３０の減圧窓穴１３６の外面に耐熱シートを接着しておき、電子基板１１０の切欠部１１５から外装ケース１３０ｅ内に充填材１０１を注入し、自然放置又は加熱によって充填材１０１が羊羹状に固化した時点で減圧窓穴１３６に接着されていた耐熱シートをはがして完成する。

この実施の形態においても、上記実施の形態５と同様に、外装ケース１３０ｅを樹脂製にしたため、軽量化が一層促進できる。また、電子基板１１０を外装ケース１３０ｅ内に収納して、外部接続コネクタ１２０を接続した状態で性能検査を行い、正常を確認してから放熱フィン１３３ｅを取り付けて充填材１０１の注入を行うため、性能検査や充填材１０１の注入工程に至る工程間移送で電子基板１１０が露出状態とならず信頼性の高い移送が行える。なお、性能検査で異常が発見されたときには、通常、ケース上面１３１ｅの開口部１３７あるいは減圧窓穴１３６を利用して修理する。例外的な部位に関しては接続ピン１２１の半田を外して電子基板１１０を取り外してから修理を行うこともできる。

この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の構造を示す底面図である。 この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の構造を示す上面図である。 この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の構造を示す側面図である。 この発明の実施の形態１による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面部分拡大図である。 この発明の実施の形態２による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態６による電子機器の密閉筐体の構造を示す断面図である。

符号の説明

１００，１００ａ〜１００ｅ 密閉電子機器（電子機器の密閉筐体）、
１０１ 熱伝導性樹脂としての充填材、１１０，１１０ａ，１１０ｃ 電子基板、
１１１ａ 第１面、１１１ｂ 第２面、１１２ 背高部品、１１３ 薄型部品、
１１６ 中型部品、１２０ 外部接続コネクタ（背高部品）、１２１接続ピン、
１２２ コネクタハウジング、１２４ 係合溝、
１３０，１３０ａ〜１３０ｅ 外装ケース、１３１，１３１ａ〜１３１ｅ ケース上面、
１３２ａ 大深度部、１３２ｂ 小深度部、１３３，１３３ａ〜１３３ｅ 放熱フィン、
１３６ 減圧窓穴、１３９ 側面開口部。

Claims (11)

1. 電子部品が実装されたプリント基板（以下、電子基板と称す）を収納した外装ケースに熱伝導性樹脂を充填して上記電子基板の両面全体を気密封鎖した電子機器の密閉筐体において、
   上記電子部品のうち所定の高さを超える背高部品およびその他の薄型部品の双方が実装された上記電子基板の第１面を上記外装ケースの内壁面側に、上記背高部品の実装がない上記電子基板の第２面を上記外装ケースの開口面側にそれぞれ対向させて該電子基板を配置し、
   上記外装ケースの側面に設けられた樹脂製のコネクタハウジングと、上記電子基板の第１面に一片が半田実装され、直交する他の一片が上記コネクタハウジングを貫通して外部との接続のために上記外装ケースから突出した複数の接続ピンとで構成され上記背高部品となる外部接続コネクタを備え、
   上記電子基板は、上記熱伝導性樹脂を上記外装ケース内に注入するための切欠部を上記複数の接続ピンの両側に位置する２つの角部に有すると共に、上記外装ケースの内側壁面と該電子基板の端面との間に隙間を有し、
   上記外装ケース内で上記電子基板の両面に実装された全ての上記電子部品を覆って該外装ケース内を埋め込むように上記熱伝導性樹脂を充填し、
   上記電子基板の第１面に対向する上記外装ケースの壁面に、該第１面上の上記背高部品および薄型部品の高さに応じた段差を設け、該壁面外側の該段差による凹部に放熱フィンを設けたことを特徴とする電子機器の密閉筐体。
2. 上記熱伝導樹脂は電気絶縁用耐熱ウレタン樹脂、あるいは該ウレタン樹脂に無機フィラー充填材を添加したものであることを特徴とする請求項１記載の電子機器の密閉筐体。
3. 上記背高部品を上記電子基板の第１面の一方の端部に集約して実装し、上記外装ケースを、内部に上記集約された背高部品を収納すると共に上記熱伝導性樹脂の厚さが大きい大深度部と、内部に上記薄型部品のみを収納すると共に上記熱伝導性樹脂の厚さが小さい小深度部とで構成し、上記放熱フィンを上記小深度部の壁面外側に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電子機器の密閉筐体。
4. 上記外装ケースの大深度部の壁面には、内圧の変化を吸収するための所定の大きさの窓穴が設けられていることを特徴とする請求項３記載の電子機器の密閉筐体。
5. 上記放熱フィンは、複数のフィンを上記外装ケースの大深度部の長手方向と平行する方向に所定の間隔で配置して構成することを特徴とする請求項３または４記載の電子機器の密閉筐体。
6. 上記外装ケースは板金をプレス加工して形成し、波型形状である板金製の上記放熱フィンが溶接されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。
7. 上記外装ケースはアルミダイキャストで上記放熱フィンと一体に成型され、上記コネクタハウジングは上記外装ケースの側面に係合設置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。
8. 上記外装ケースはプラスチック材で成型され、成型時に上記放熱フィンが埋め込み一体成型され、上記コネクタハウジングは上記外装ケースの側面に係合設置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。
9. 上記外装ケースは上記コネクタハウジングが係合設置される側面開口部を備え、上記コネクタハウジングは上記側面開口部の周縁に圧入係合する係合溝を備えたことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。
10. 上記外装ケースは上記コネクタハウジングと共にプラスチック材で一体成型され、上記放熱フィンが上記外装ケースに後付固定されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。
11. 該電子機器の密閉筐体の被取付面と上記外装ケースの開口面を隣接対向して設置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器の密閉筐体。

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