JP5042207B2 - 箱型電子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが接着材を介して接合される金属ベースと、前記回路基板及び前記金属ベースを覆うべく該金属ベースに接着材を介して接合される密封用のカバーと、が一体的に組み付けられてなる箱形電子モジュールに係り、特に、前記接着材として、湿気硬化型接着材が用いられている箱形電子モジュールに関する。

自動車の各種コントロールユニットやセンサーモジュールは、電子回路を搭載したセラミック製あるいは樹脂製の電子回路基板、入出力コネクタ部を有する金属又はプラスチック製のケース、及び／又はキャップからなる構造を有する。これらの構造の中には、半導体チップの放熱性を向上させるために、放熱用金属ベース上に前記回路基板を搭載する構造も含まれる。

図８は、自動車又は民生用で採用されている箱形電子モジュールの一例を示す。図示例の箱形電子モジュール５０は、上面と前面が開口され、かつ左右に取り付け部を有するプラスチックケース５８、電子部品６１を搭載した樹脂プリント電子回路基板５４、所要本数の外部接続端子５３ｂを有するコネクタ５３を備え、このコネクタ５３は、前記ケース５８の一端部に取り付けられる。この箱形電子モジュール５０では、電子部品６１が実装された回路基板５４を外部の湿気から保護し、かつ振動に対する固定のため、保護樹脂（封止樹脂）層６６が形成されている。この箱形電子モジュール５０を製作するにあたっては、電子部品６１が実装された回路基板５４にコネクタ５３の前記端子５３ｂをはんだ付けなどにより接続し、前記回路基板５４を前記ケース５８に位置決めして取り付け、その後、ケース５８内に液状樹脂を注入充填、加熱硬化して前記保護樹脂層６６を形成する。

このような箱形電子モジュールの代表例としては、下記特許文献１に所載の自動車用エンジンコントロールユニットが挙げられる。

ところで、一般に、室外で使う電気器具の電源配線や信号配線の接続用基板の収納箱は、雨水の浸入を防ぐ為に、上面が開口した箱に、接続用基板を収納し、開口部の蓋との間に環状のゴム製パッキングを嵌め込むことで、箱と蓋との隙間を塞ぎ、防水性を得ている。

また、他方では環状のゴム製パッキングに代え、箱に蓋を、環状に配在した接着材を介して接合することにより、箱と蓋との間に形成される隙間を接着材で塞ぎ、これによって防水性を得ている例がある。接着材に代えた場合、箱と蓋が複雑な形状でも確実に密封できる利点がある。

特開２００３−２５８４５１号公報

また、接着材として湿気硬化型のものを用いると、加熱硬化炉を用いずに接着材を硬化できるので、設備投資等が軽減され、安価に箱型電子モジュールを提供できる。

ただし、湿気硬化型であるため、湿気を持った空気が接着材に触れないと硬化しないという性質がある。そのため、環状に配在された接着材より外周側（空気に触れる側）で箱と蓋をねじ止めした場合、箱と蓋で空気が遮断されて、接着材に外部空気が接触しなくなるため、接着材が硬化しなくなる。あるいは、外部空気に触れて硬化した接着材からの水の拡散により水が供給されて、遅れて硬化することになる（特に、ねじ止めしている部分（四隅）の硬化が遅くなる）。接着材が硬化しないか、遅れて硬化することにより、硬化するまでは防水性が発揮されず、防水信頼性に劣るという欠点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、湿気硬化型の接着材を用いた場合でも、耐久性や防水性を向上させることができ、安価で信頼性の高い自動車用エンジンコントロールユニット等の箱型電子モジュールを提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係る箱形電子モジュールの一つは、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが接着材を介して接合される金属ベースと、前記回路基板及び前記金属ベースを覆うべく該金属ベースに接着材を介して接合される密封用のカバーと、が一体的に組み付けられてなり、前記金属ベースの外周に前記接着材が環状に配在され、該接着材より内周側に、前記カバーの締付固定用螺子がねじ込まれる取付座が設けられるとともに、該取付座の周囲にＯリング等のシール材が配在され、前記螺子で前記カバーが前記金属ベースに締め付け固定されるとともに、前記Ｏリング等のシール材が前記金属ベースと前記カバーで挟圧されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、前記金属端子を保持する、前記ソケット部に略垂直の鍔状部を有する端子保持壁部、及び、前記端子保持壁部から内方に前記ソケット部と略平行に突出する内方突出部を有し、該内方突出部が前記金属ベースに前記接着材を介して接合される。

好ましい態様では、前記接着材として、湿気硬化型接着材が用いられる。

前記コネクタのハウジングは、好ましくは、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン等の熱可塑性樹脂製とされる。

前記カバーは、好ましくは、鋼板を素材としたプレス成形品とされる。

前記金属ベースは、好ましくは、アルミダイカスト製とされる。

本発明に係る箱形電子モジュールの好ましい態様では、金属ベースの外周に接着材が環状に配在され、該接着材より内周側に、カバーの締付固定用螺子がねじ込まれる取付座が設けられているので、接着材の外周部を全周にわたって外部空気に触れさせることができる、そのため、接着材として湿気硬化型のものが用いられた場合に、それを速やかに硬化させることができ、短時間で接着材による防水効果が得られることになる。

また、取付座の周囲にＯリング等のシール材を配在し、このシール材を金属ベースとカバーで挟圧することにより、接着材より内周側に位置するカバー締付固定用螺子部分の防水性を確保することができる。

したがって、本発明によれば、箱形電子モジュールにおいて、加熱硬化炉等の設備投資を必要とすることなく、低コストで防水信頼性、耐久性等を効果的に高めることができる。

また、既存の箱形電子モジュールにおいて、カバー締付固定用螺子のねじ込み位置を変更して、Ｏリング等のシール材を追加するだけでよいので、費用対効果に優れるといった利点も得られる。

以下、本発明の箱形電子モジュールの実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る箱形電子モジュールの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示される箱形電子モジュールの平面図、図３は、図１に示される箱形電子モジュールの前面図、図４は、図１に示される箱形電子モジュールの分解図、図５は、図１に示される箱形電子モジュールからカバーを取り去った状態の平面図である。

図示実施形態の箱形電子モジュール１０は、自動車用エンジンコントロールユニットとして用いられるもので、基本的には、所要の電子部品２１が実装された回路基板１４と、この回路基板１４と外部とを電気的に接続するためのコネクタ１３と、回路基板１４が搭載されるとともに、コネクタ１３が取付保持される放熱用金属ベース１５と、前記回路基板１４、金属ベース１５、及びコネクタ１３の一部を覆う密封用の金属製カバー１１と、が一体的に組み付けられて構成される。

ここで、密封用のカバー１１は、金属ベース１５に湿気硬化型の接着材２０を介して接合されている。すなわち、金属ベース１５の外周に前記接着材２０が矩形環状（コ字状部分＋コネクタ部分）に配在され、前記金属ベース１５における前記接着材２０より内周側に、前記カバー１１の締付固定用螺子１９がねじ込まれるねじ穴（雌ねじ）２８が形成された短円筒状の取付座２７が設けられ、また、前記カバー１１における前記接着材２０より内周側に、底部に通し穴２６が形成されたねじ止め用凹部２５が設けられ、前記取付座２７の周囲にシール材としてのＯリング２３が配在され、図６に示される如くに、前記螺子１９で前記カバー１１が前記金属ベース１５に締め付け固定されるとともに、前記Ｏリング２３が前記金属ベース１５と前記カバー１１で挟圧されている（後で詳述）。

前記コネクタ１３は、所要本数の金属端子１３Ｂと、樹脂製のハウジング１３Ａとからなり、ハウジング１３Ａは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、回路基板１４と略平行なソケット部１３ｃ、金属端子１３Ｂを保持する、ソケット部１３ｃに略垂直の鍔状部１３ｅを有する端子保持壁部１３ｄ、及び、金属ベース１５に接着材２０を介して接合される、端子保持壁部１３ｄから内方にソケット部１３ｃと略平行に突出する内方突出部１３ｆを有する。

そして、前記コネクタ１３の内方突出部１３ｆが金属ベース１５に前記接着材２０を介して接合されるとともに、金属製カバー１１が金属ベース１５及びコネクタ１３の内方突出部１３ｆに前記接着材２０を介して接合されている。

次に、上記構成の箱形電子モジュール１０の製作手順並びに各部の詳細を説明する。
前記回路基板１４は、長方形（１６０ｍｍ×１５４ｍｍ）の樹脂プリント電子回路基板であり、表面に共晶はんだペーストをスクリーン印刷機で印刷したものである。この回路基板１４にチップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどの電子部品２１を自動搭載機にて搭載後、リフロー炉内を通過してはんだ接合を行なう。

前記コネクタ１３のハウジング１３Ａは、概略直方体に熱可塑性樹脂で成形されたものである。

前記金属端子１３Ｂは、厚さ０．５ｍｍの銅板を幅０．５ｍｍに打ち抜きプレス成形され、さらにＬ字状にプレス成形されたもので、回路基板１４との接続部分１３ｓには錫めっきが施されている。金属端子１３Ｂは、例えば、入力用８０本と出力用４０本に仕切られて前記端子保持壁部１３ｄ（に形成された透孔）に差し込まれて保持固定されている。

前記コネクタ１３は、回路基板１４に固定用の爪で固定される。コネクタ１３の金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓは、回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈから貫通して約１ミリ出るように固定される。

ここでは、前記回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈから出した金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと、回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈに、フラックスをスプレーフラクサー装置で塗付し、さらに、金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈを約１５０℃に加熱後、金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈに鋼板の枠を合わせて、溶融はんだを噴流で吹き上げて金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓと貫通孔部分１４ｈをはんだ接合する（スポットフロー・ソルダリング）。

一方、放熱用金属ベース１５はアルミダイカスト製であり、平面視長方形で厚さが８．５ｍｍあり、回路基板１４を搭載する主面側には、回路基板１４の裏面に接触する（回路基板１４を底面から浮かせて支持する）ように凹凸部１５ｄが突設されるとともに、裏面側には放熱用のフィン１５ｂが成形されている。

また、この金属ベース１５のカバー１１との接着位置より内側（前記矩形環状に配在された接着材２０の内周側）の４隅には、カバー１１の締付固定用螺子１９がねじ込まれるねじ穴（Ｍ４サイズの雌ねじ）２８が形成された短円筒状の取付座２７が設けられている。また、ベース１５のコネクタ１３が搭載される辺ａ側ではない２辺q、ｒから延長された部分に自動車への取り付け孔が穿設されている。

ここでは、金属ベース１５に設けられた前記取付座２７の外周にＯリング２３を嵌め込んだ後、前記金属ベース１５における前端部ａ（コネクタ１３の取付部分）と、ベース１５の中央部分に、シリコーン系で湿気硬化型（例えば、脱アセトン型又は脱アルコール型）の接着材２０をエア圧力制御方式の自動塗布機、又はタンクに入れた接着材２０にエア圧力をかけ開閉バルブ制御して塗布する方式の自動塗布機を用いて塗付後、コネクタ１３をはんだ接合した回路基板１４を自動搭載機で搭載する。ここで、中央部分の接着は、回路基板１４の浮き上がり防止が目的である。

次に、図５に示される如くに、金属ベース１５における辺ａ以外の３辺ｓ、ｑ、ｒと、主面３ｍと対向する主面３ｎと、コネクタ１３の主面３ｎとベース１５の辺ｑ、ｒとの間の斜辺ｎｑ、斜辺ｎｒに、それぞれ前記接着材２０を自動塗付機を用いて塗布する。ここで、接着剤２０の厚みは、取付座２７の高さより若干厚く、かつ、自然状態におけるＯリング２３の厚み（断面の直径）より若干薄くする。

前記金属製カバー１１は、厚さ０．５ｍｍの鋼板をトレー状にプレス成形したもので、平面視矩形とされ、回路基板１４を覆う部分１１Ａが深さ１９ｍｍ程度、また、コネクタ１３に載せる部分１１Ｂが深さ３０ｍｍ程度となっている。また、カバー１１の中央部分には防水フィルタ２２取り付け用の孔が形成されている。さらに、カバー１１における前記接着材２０より内周側に、底部に通し穴２６が形成されたねじ止め用凹部２５が設けられている。なお、カバー１１は、全面に亜鉛めっきが施されている。

前記接着材２０が塗付されたコネクタ１３の金属端子１３Ｂをはんだ接合した回路基板１４が搭載された金属ベース１５上にカバー１１を自動搭載機で搭載し、次いで、回路基板１４とカバー１１を搭載しねじ止めしたベース１５を温度６０℃、湿度６０％ＲＨの恒温高湿槽に３時間入れ、接着材２０の表面を硬化する。

次に、カバー１１の防水フィルタ取り付け用の孔から圧縮空気を入れた後、圧力を確認し、圧力変化が無いことで接着材２０により接着接合されているか否かを検査する。さらに、カバー１１の防水フィルタ取り付け用の孔に防水フィルタ２２をはめ込んで当該箱形電子モジュール１０の組立が完了する。

最後に、箱形電子モジュール１０にプログラムを書き込み、電気導通検査を経て、完成品が得られる。

以上の説明から理解されるように、本実施形態の箱形電子モジュール１０では、金属ベース１５の外周に湿気硬化型の接着材２０が環状に塗布され、該接着材２０より内周側に、カバー１１の締付固定用螺子１９がねじ込まれる取付座２７が設けられているので、接着材２０の外周部を全周にわたって外部空気に触れさせることができる、そのため、湿気硬化型の接着材２０を速やかに硬化させることができ、短時間で接着材による防水効果が得られることになる。

また、取付座２７の周囲にＯリング２３を配在し、このＯリング２３を金属ベース１５とカバー１１で挟圧しているので、接着材２０より内周側に位置するカバー締付固定用螺子１９部分の防水性を確保することができる。

したがって、本実施形態の箱形電子モジュール１０では、加熱硬化炉等の設備投資を必要とすることなく、低コストで防水信頼性、耐久性等を効果的に高めることができる。

また、既存の箱形電子モジュールにおいて、カバー締付固定用螺子のねじ込み位置を変更して、Ｏリング等のシール材を追加するだけでよいので、費用対効果に優れるといった利点も得られる。

なお、上記実施形態では、カバー１１と金属ベース１５における接着材２０より内周側を４本の螺子１９で締付固定するようにしているが、この他、図７に他の実施形態の箱形電子モジュール１０’が示される如くに、矩形環状の接着材２０部分の４隅を１／４円弧状に凹ませ、該接着材２０（の４隅凹み部分）から若干離れた外周側に、前記ねじ止め用凹部２５や前記取付座２７を設けるようにしてもよい。このようにしても、接着材２０の外周部を全周にわたって外部空気に触れさせることができるので、前記実施形態と同様な効果が得られる。なお、この場合は、螺子１９が接着材２０より外周側にねじ込まれるので、Ｏリング２３は必ずしも必要ではない。

本発明に係る箱形電子モジュールの一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される箱形電子モジュールの平面図。 図１に示される箱形電子モジュールの前面図。 図１に示される箱形電子モジュールの分解図。 図１に示される箱形電子モジュールからカバーを取り去った状態の平面図。 図１に示される箱形電子モジュールのカバー締付固定用螺子、ねじ止め用凹部、取付座、Ｏリング等の説明に供される図であり、（Ａ）は取付座とＯリングの分解斜視図、（Ｂ）はそれらの組付状態を示す断面図。 本発明に係る箱形電子モジュールの他の実施形態を示す平面図。 従来の箱形電子モジュールの一例を示す縦断面図。

符号の説明

１０ 箱形電子モジュール
１１ 金属製カバー
１３ コネクタ
１３Ａ ハウジング
１３Ｂ 金属端子
１４ 回路基板
１５ 金属ベース
１９ 締付固定用螺子
２０ 湿気硬化型の接着材
２１ 電子部品
２３ Ｏリング
２５ ねじ止め用凹部
２７ 取付座

Claims (6)

1. 電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが接着材を介して接合される金属ベースと、前記回路基板及び前記金属ベースを覆うべく該金属ベースに接着材を介して接合される密封用のカバーと、が一体的に組み付けられてなる箱形電子モジュールであって、
   前記金属ベースの外周に前記接着材が環状に配在され、該接着材より内周側に、前記カバーの締付固定用螺子がねじ込まれる取付座が設けられるとともに、該取付座の周囲にＯリング等のシール材が配在され、前記螺子で前記カバーが前記金属ベースに締め付け固定されるとともに、前記Ｏリング等のシール材が前記金属ベースと前記カバーで挟圧されていることを特徴とする箱形電子モジュール。
2. 前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、前記金属端子を保持する、前記ソケット部に略垂直の鍔状部を有する端子保持壁部、及び、前記端子保持壁部から内方に前記ソケット部と略平行に突出する内方突出部を有し、該内方突出部が前記金属ベースに前記接着材を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載の箱形電子モジュール。
3. 前記接着材として、湿気硬化型接着材が用いられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の箱型電子モジュール。
4. 前記コネクタのハウジングは、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン等の熱可塑性樹脂製であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。
5. 前記カバーは、鋼板を素材としたプレス成形品であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。
6. 前記金属ベースは、アルミダイカスト製であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。

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