JP5086209B2

JP5086209B2 - 電気電子モジュール

Info

Publication number: JP5086209B2
Application number: JP2008217683A
Authority: JP
Inventors: 法美漆原
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010056186A

Description

本発明は、樹脂封止構造を有する電気電子モジュールに関する。

自動車などに搭載される電気電子モジュールは、水や腐食性ガスの侵入を防止して電子回路基板を保護する構成であることが求められる。

このような電気電子モジュールとしては、電子回路が搭載される電子回路基板と、この電子回路基板を搭載するための金属ベースとを備え、電子回路基板を樹脂により封止する構成のものが知られている（特許文献１等参照）。

特開２００７−２７３７９６号公報

上記従来技術の電気電子モジュールにおいては、金属ベースと封止樹脂の接着面に接着阻害物質（例えば機械油）が付着した場合、その接着阻害物質により金属ベースと封止樹脂の間の接着力が弱まり、接着面が剥離してしまうことが考えられる。このような接着面の剥離が電子回路基板と外部環境の間に連続して生じた場合には、電子回路基板が外部環境に接することになるため、水分の浸入による回路配線間の短絡、或いは、腐食性ガスの浸入による回路配線の断線等が発生する恐れがある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電子回路基板の外部環境との接触を抑制することができる電気電子モジュール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、電子回路基板と、この電子回路基板を取り付ける金属ベースとを備え、前記電子回路基板を封止樹脂で封止する電気電子モジュールにおいて、前記金属ベースは、前記封止樹脂との接着界面の外周部に対向する立ち上がり面を備え、前記封止樹脂と前記立ち上がり面の間に形成される凹部に樹脂組成物が充填されているものとする。

電子回路基板の外部環境との接触を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態における電気電子モジュールを示す五面図であり、図１（ａ）〜図１（ｅ）は、それぞれ、正面図、底面図、背面図、右側面図、平面図である。また、図２は、電気電子モジュールの全体を示す斜視図、図３は図１（ｅ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、図４は樹脂による樹脂封止前の電気電子モジュールを示す斜視図、図５はその分解断面図である。

図１〜図５において、本実施の形態の電気電子モジュールは、電子部品が搭載・実装される電子回路基板５を搭載する金属ベース１と、金属端子３が組み付けられたコネクタ２と、電子回路基板５を封止する封止樹脂８とで概略構成されている。

金属ベース１の前面側（図３中左側等）には、コネクタ２に組み付けられた金属端子３を通すための開口部が設けられており、この開口部の周辺部にはコネクタ２を固定するための取付部１ｂが設けられている。コネクタ２は、コネクタ固定ネジ６や接着剤（図示せず）により取付部１ｂに固定される。コネクタ２が取付部１ｂに取り付けられると金属端子３は、金属ベース１の取付部１ｂと連なる立ち上がり部１ａの内側に沿うように収容される。金属端子３の先端部（立ち上がり部１ａの上部）には、金属端子３を通すためのガイド穴が設けられた端子整列板４が配置されており、金属端子３は、端子整列板４のガイド穴に挿入されて整列され、電子回路基板５に設けられた端子接続用穴への挿入が容易となる。

電子回路基板５は、電子回路のパターンが配線され、その電子回路の機能に応じた各種電子部品が半田や銀ペースト接着剤（共に図示せず）により搭載・実装されるものであり、基板固定ネジ７や接着剤（図示せず）により金属ベース１に取り付け固定される。電子回路基板５には端子接続用穴が設けられており、電子回路基板５が金属ベース１に搭載される際に金属端子３と半田等により導電接続される。電子回路基板５の材料としては、例えば、セラミック、ガラエポ、金属が用いられる。

金属ベース１は、電気電子モジュールを取り付ける際の固定部材であるとともに、金属ベース１に固定された電子回路基板５から発生する熱の放熱部材としての働きがある。この金属ベース１には、例えば、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金、鉄（表面をメッキ（加工）したものを含む）が材料として用いられ、ダイカスト、プレス、焼結、或いは切削加工などにより成形される。

コネクタ２は、電気電子モジュールの外部に設けられたハーネス（図示せず）と電子回路基板５を電気的に接続するための部品であり、電子回路基板５は、コネクタ２の金属端子３を介して、電源の供給を受けたり、外部センサ（図示せず）からの信号入力、或いは外部アクチュエータ（図示せず）への信号出力を行う。コネクタ２のハウジング材料としては、例えば、無機質フィラを含む熱可塑性樹脂（ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）など）が用いられる。また、金属端子３の材料としては、例えば、錫めっき、或いは金めっきが施された黄銅材が用いられる。

封止樹脂８の材料としては、例えば、無機質フィラを含み４０度以下において固形であるエポキシ樹脂（熱硬化樹脂）が用いられる。

エポキシ樹脂材料は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤とから組成されている。このエポキシ樹脂としては、例えば、４０度以下で固形のオルソクレゾール型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などが用いられる。また、フェノール樹脂硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、オルソクレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノール樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノール樹脂などが用いられる。

エポキシ樹脂成形材料は低弾性率化を図るため、例えば、シリコーンゴム又はオイル系やブタジエン系のゴムなどの低応力化剤を含んでも良い。

また、エポキシ樹脂に添加する無機質フィラとしては、例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、酸化マグネシウムなどの破砕状、又は球状のフィラがある。エポキシ樹脂に添加する場合は、１種類以上のフィラを添加することができる。

以上のように構成した電気電子モジュールにおいて、封止樹脂８を除く構成（すなわち、樹脂封止前の組立体）をモジュールサブアッシ１３と呼ぶ。

本実施の形態における電気電子モジュールは、モジュールサブアッシ１３をトランスファモールド成形方法により樹脂封止することにより得られる。

なお、本発明の特徴部分は、電気電子モジュールの金属ベース１における封止樹脂８との接着面の外周部分にあるが、図面が煩雑となるため図１〜図５においては図示を省略し、後に詳しく説明する。

図６〜図８は、本実施の形態における電気電子モジュールのトランスファモールド成形方法の一例を示す図である。

本実施の形態におけるトランスファモールド成形方法においては、成形金型である上型１４、下型１５、及び成形樹脂タブレット８Ｔ等を用いてモジュールサブアッシ１３の樹脂封止を行う。

上型１４及び下型１５は、外形成形のために所望の封止樹脂形状に掘り込まれている。また、下型１５には、常温で固形状態である成形樹脂タブレット８Ｔを装填するポット１５ａと、成形樹脂タブレット８Ｔをポット１５ａから金型内に押し出すプランジャ１６とが設けられている。

以下、トランスファモールド成形方法の手順を説明する。

（手順１）上型１４及び下型１５は、１７０℃〜１８０℃に予め加熱されており、下型１５にモジュールサブアッシ１３をセットすると共に、成形樹脂タブレット８Ｔをポット１５ａに装填する（図６（１））。なお、モジュールサブアッシ１３を予め規定の温度で予備加熱しておくことにより、サイクルタイムを短縮することができる。

（手順２）上型１４と下型１５を数十トンの力で型締めする（図６（２））。

（手順３）任意の速度で、プランジャ１６を押し上げることにより（図６（３））、溶けた成形樹脂タブレット８Ｔ（封止樹脂８）が樹脂充填用の開口部（ゲート）を介して金型内（キャビティ）に充填される（図７（４））。

（手順４）金型内に封止樹脂８が充填されたところで、数十ｋｇｆ／ｃｍ^２の成形圧力を印加し、約３分間その状態を保持する（図７（５））。

（手順５）成形金型（上型１４、下型１５）を開き、封止樹脂８による樹脂封止が施されたモジュールサブアッシ１３を取り出す（図７（６）、図８（７））。

（手順６）電気電子モジュールとして余分な箇所であるカル１８を除去する（図８（８））。

本実施の形態における電気電子モジュールにおいては、トランスファモールド成形によりモジュールサブアッシ１３を樹脂封止した後、金属ベース１と封止樹脂８との接着界面の外周部に形成される凹部９（後述）に樹脂組成物を充填する。以下、この点について図９〜図１１を参照しつつ詳細に説明する。

図９及び図１０は、樹脂組成物充填前の電気電子モジュールを示す図であり、図１１は樹脂組成物充填後の電気電子モジュールを示す図である。図９は、図１（ｅ）におけるＢ−Ｂ線に相当する位置での断面図であり、図１０は図９におけるＣ部の拡大図である。また、図１１は樹脂組成物充填後の電気電子モジュールにおける図９に対応する断面図である。

図９〜図１１において、金属ベース１は、封止樹脂８との接着界面の外周部に対向する立ち上がり面２１を有する段差部２０を備えている。

段差部２０は、金属ベース１と封止樹脂８の接着界面１０（説明の便宜上、点線１０で示す）よりも上側（金属ベース１において、電子回路基板５が搭載され封止樹脂８により封止される側）に形成した段差面１１（説明の便宜上、点線１１で示す）を有しており、接着界面１０と立ち上がり面２１と段差面１１とが連続して形成されている。すなわち、立ち上がり面２１は接着界面１０から上側に延びるように形成されている。

段差部２０、立ち上がり面２１は、トランスファモールド成形時における樹脂充填用の開口部（ゲート）を除いて、金属ベース１と封止樹脂８の接着界面（の外周）を囲むように設けられている。

このように形成された段差部２０の立ち上がり面２１と封止樹脂８によって、凹部９が形成されており、その凹部９には、樹脂組成物１２が充填されている（図１１参照）。

樹脂組成物１２の材料としては、例えば、シリコーン系又はポリイソブチレン系の液状ガスケット、或いは、シリコーン系又はエポキシ系の接着剤が用いられる。

以上のように構成した本実施の形態における効果を従来技術と比較しつつ説明する。

電気電子モジュールにおいて、金属ベース１は、ダイカスト、プレス、焼結、或いは切削加工などにより成形されるため、成形の工程で用いられる機械油などが金属ベース１に付着・残留することが考えられる。

従来技術の電気電子モジュールにおいては、電子回路基板を封止する封止樹脂と金属ベースは、これらの間に生じる接着力によって接着されている。したがって、金属ベースと封止樹脂の接着面（接着界面）に接着阻害物質（例えば機械油）が付着・残留した場合、その接着阻害物質により金属ベースと封止樹脂の間の接着力が弱まり、接着界面が剥離してしまう恐れがある。

特に、内燃機関の制御回路を有する電子回路基板は大型の場合があり、時には１００ｍｍ×１００ｍｍを超える大きさとなることもある。そのような電子回路基板を金属ベースに搭載して樹脂封止し、電気電子モジュールを形成する場合においては、金属ベースと封止樹脂の接着界面の外周の長さが長くなるため、製造上管理が困難な部品の欠陥（例えば、接着阻害物質の接着界面への付着）の影響を受けやすくなり、接着界面が剥離してしまう恐れがより大きくなる。

このような接着面の剥離が電子回路基板と外部環境の間に連続して生じた場合には、電子回路基板が外部環境に接することになるため、水分の浸入による回路配線間の短絡、或いは、腐食性ガスの浸入による回路配線の断線等が発生する恐れがある。

これに対し、本実施の形態における電気電子モジュールにおいては、金属ベース１に、封止樹脂８との接着界面の外周部に対向する立ち上がり面２１を有する段差部２０を設け、その立ち上がり面２１と封止樹脂８との間に形成される凹部９に樹脂組成物１２を充填して構成したので、万一、封止樹脂８と金属ベース１の接着界面が剥離しても、接着界面の外周部が外部環境に接することが抑制され、電子回路基板５の外部環境への接触を抑制することができる。

また、立ち上がり面２１が段差部２０のみで形成されるよう構成したので、立ち上がり面２１を設けることにより樹脂成形（トランスファモールド成形）に用いる金型構造が複雑となることを抑制することができる。

なお、以上においては、封止樹脂８と立ち上がり面２１の立ち上がり部（接着界面１０との境界部）の間に間隔が有る場合を例にとり説明したが、これに限られず、例えば、封止樹脂８と立ち上がり面２１の立ち上がり部が接する構成としても良い。

また、以上においては、樹脂組成物１２を充填する凹部９を封止樹脂８と段差部２０の立ち上がり面２１により形成したが、これに限られず、例えば、立ち上がり面２１を有するテーパ部、或いは、立ち上がり面２１を有する凸部を金属ベース１の封止樹脂８との接着界面の外周部に設け、これらの立ち上がり面２１と封止樹脂８により凹部９を形成して樹脂生物１２を充填するよう構成しても良い。

本実施の形態における電気電子モジュールを示す五面図である。本実施の形態における電気電子モジュールの全体を示す斜視図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。樹脂による樹脂封止前の電気電子モジュールを示す斜視図である。図４における分解断面図であるトランスファモールド成形方法の一例を示す図である。トランスファモールド成形方法の一例を示す図である。トランスファモールド成形方法の一例を示す図である。樹脂組成物充填前の電気電子モジュールを示す断面図である。樹脂組成物充填前の電気電子モジュールを示す断面図である。樹脂組成物充填後の電気電子モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１金属ベース
２コネクタ
３金属端子
４端子整列板
５電子回路基板
６コネクタ固定ネジ
７基板固定ネジ
８封止樹脂
９凹部
１０接着界面
１１段差面
１２樹脂組成物
１３モジュールサブアッシ
１４上型
１５下型
２０段差部
２１立ち上がり面

Claims

電子回路基板と、この電子回路基板を取り付ける金属ベースとを備え、前記電子回路基板を封止樹脂で封止する電気電子モジュールにおいて、
前記金属ベースは、前記封止樹脂との接着界面の外周部に対向する立ち上がり面を備え、
前記封止樹脂と前記立ち上がり面の間に形成される凹部に樹脂組成物が充填されていることを特徴とする電気電子モジュール。
請求項１記載の電気電子モジュールにおいて、
前記樹脂組成物は、接着剤であることを特徴とする電気電子モジュール。
請求項２記載の電気電子モジュールにおいて、
前記接着剤は、シリコーン系接着剤又はエポキシ系接着剤であることを特徴とする電気電子モジュール。
請求項１記載の電気電子モジュールにおいて、
前記樹脂組成物は、液状ガスケットであることを特徴とする電気電子モジュール。
請求項４記載の電気電子モジュールにおいて、
前記液状ガスケットは、シリコーン系液状ガスケット又はポリイソブチレン系液状ガスケットであることを特徴とする電気電子モジュール。