JP5271852B2 - 電子部品付きパッケージ - Google Patents

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この発明は、電子部品付きパッケージに関する。
従来、例えば、特許文献1に示すように、増幅回路、ノイズフィルタ等の電子部品はリードフレームを備えるプリント基板上に配置されたうえで樹脂材によりパッケージされている。プリント基板は、外気温の変化に伴い生じる熱応力及び熱膨張により、電子部品の不具合に繋がる外力が加わらないように、その材質等の適切な選択により熱膨張率が調整されている。
ところで、近年、各種製品の小型化の要求に伴い、よりコンパクトな電子部品付きパッケージが求められている。そこで、プリント基板を省略した電子部品付きパッケージが検討されている。具体的には、図8に示すように、樹脂からなるボディ106の内底面には導電材からなるリードフレーム108が嵌め込まれている。ここで、リードフレーム108はボディ106の内底面と同一面を有している。そして、ボディ106の内底面であって、リードフレーム108に接する位置に電子部品110が設置されている。これにより、電子部品110は、リードフレーム108により電気的に接続される。本構成によれば、プリント基板が不要となるため、よりコンパクトな電子部品付きパッケージの構築が可能となる。
特開平9−321445号公報
ところで、上記記載のプリント基板を省略した電子部品付きパッケージでは、ボディ106は樹脂で形成されているところ、外気温の上昇に伴う熱膨張の影響は上記熱膨張率が調整されたプリント基板に比べて大きい。ボディ106は、主に外部から電子部品110を保護するケースとして機能し、熱膨張率等の物性的観点から熟慮されたものでないからである。この熱膨張により直接又はリードフレーム108を介して電子部品110に外力が加わる。また、外気温の低下に伴う熱収縮時においても、同様に電子部品110に外力が加わる。熱膨張及び熱収縮は温度差に伴い生じるため、例えば、周囲温度の変化が大きい環境に設置された場合等には、電子部品110に外力が半永久的に繰り返し発生することとなる。これにより、電子部品110に不具合が生じることが懸念される。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を実現しつつ、電子部品の動作の信頼性を高めた電子部品付きパッケージを提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、電子部品を通電させるリードフレームが内側に固定される樹脂からなるボディに、カバーが取り付けられてパッケージングされる電子部品付きパッケージにおいて、前記リードフレーム及び前記電子部品間には、前記電子部品を前記ボディに対して離間させる一対の緩和部を設け、前記一対の緩和部はそれぞれ導電材により曲げ弾性変形可能に形成されるとともに、前記電子部品に向かって斜めに形成され、前記一対の緩和部における前記ボディの反対側の端部には、それぞれ前記ボディの内底面に平行をなす設置部が形成され、前記一対の緩和部における設置部の間に前記電子部品が設置されることをその要旨としている。
同構成によれば、外気温の変化(正確には、温度上昇)により樹脂であるボディは熱膨張する。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて高いため、ボディの熱膨張による熱ひずみは大きい。ボディの熱膨張により同ボディに固定されるリードフレームには外力が加わる。この外力に対してリードフレーム及び電子部品間に介在する緩和部が弾性変形することで、同外力が電子部品に伝わることが抑制される。これにより、電子部品の不具合の発生が抑制され、ひいては電子部品の動作の信頼性が高められる。また、上記構成によれば、プリント基板が省略できるため、電子部品付きパッケージの小型化を実現できる。
また、設置部に電子部品が設置されることで、リードフレームから緩和部を介しつつ電子部品をより安定的に保持することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記緩和部は前記リードフレームの一部をボディの内底面と反対側に曲げ加工することで形成されることをその要旨としている。
同構成によれば、リードフレームの一部を曲げ加工することで、緩和部が形成される。よって、緩和部を別部材として新たに形成する必要がなく、電子部品付きパッケージを構成する部品点数を増やすことなく、電子部品の動作の信頼性を高めることができる。
本発明によれば、電子部品付きパッケージにおいて、小型化を実現しつつ、電子部品の動作の信頼性を高めることができる。
本実施形態における電流センサの分解斜視図。 本実施形態におけるボディに内蔵されるリードフレームの斜視図。 本実施形態における図2のA−A線断面図。 本実施形態におけるプレス加工前の図2のA−A線断面図。 本実施形態における(a)は先端が延ばされた通電ラインの斜視図、(b)は先端が曲げられた通電ラインの斜視図。 本実施形態における曲げ加工後、電子部品実装前の図2のA−A線断面図。 他の実施形態におけるリードフレームに取り付けられる連結部材の斜視図。 従来の電子部品付きパッケージの断面図。 他の実施形態における電子部品付きパッケージの断面図。
以下、本発明にかかる電子部品付きパッケージを電流センサ1に具体化した一実施形態について図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、電流センサ1は、導電金属材料からなるリードフレーム8に設けられる各種の電子部品10a〜10cが樹脂製のパッケージ(筐体)に収納されてなる。ここで、パッケージはカバー5及びボディ6からなる。
図2には、各電子部品10a〜10cがリードフレーム8に実装された状態を示している。電子部品10a〜10cは、例えば、それぞれ増幅回路、ホールIC、ノイズフィルタである。電流センサ1は、ホールICである電子部品10bが検出対象である電流経路に流れる電流に応じて生じる磁界の変化を検出することで、検出対象に流れる電流の値を検出する。増幅回路である電子部品10a、ノイズフィルタである電子部品10cはホールICの検出結果を最適化するために設けられている。最適化された検出結果は電流センサ1の外部に突出するリード端子4を介して外部へ出力される。
図2に示すように、ボディ6の内底面にはリードフレーム8が固定されている。リードフレーム8は曲げ加工が容易となるように薄く形成されている。また、リードフレーム8はボディ6の内底面に張り巡らされる所定幅の通電ライン9を備えてなる。通電ライン9の一部分は、ボディ6の外部に突出し、この突出する部分が前述のリード端子4として機能する。通電ライン9は、リードフレーム8の各所に配置される各電子部品10a〜10cを電気的に接続したり、各電子部品10a〜10cからの信号を、リード端子4を介して電流センサ1の外部に出力したりする。
図3に示すように、ボディ6は上方に開口した断面コ字状に形成されている。なお、図3においては、電子部品10aについてのみ示している。図3に一点鎖線で示すカバー5は、ボディ6の外面に嵌るように下方に開口した断面コ字状に形成されている。また、ボディ6の内面であって、電子部品10aが設けられる位置には上下方向に延びる貫通孔7が形成されている。また、通電ライン9は貫通孔7を挟むように位置している。
図3に示すように、貫通孔7を挟む両通電ライン9には、その貫通孔7側を基端として斜め上方向に屈曲されてなる緩和部11と、緩和部11の先端部(上部)が水平方向において、貫通孔7側に延びるように屈曲されてなる設置部12とが形成されている。両設置部12の上面には電子部品10aが固定されている。なお、電子部品10cも同様である。すなわち、ボディ6の電子部品10cに対応する位置に貫通孔7が形成され、緩和部11及び設置部12によりリードフレーム8に固定されている。また、電子部品10bの長手方向の両側面からは、上記緩和部11及び設置部12と同様の形状でなる複数のピン19が突出している。電子部品10bは、ピン19を介してリードフレーム8に固定されている。
次に、電流センサ1の製造方法について説明する。
まず、カバー5を射出成形により成形する。また、ボディ6を、予め薄板状に成形されるリードフレーム8をインサートした状態で射出成形する。これにより、図4に示すように、ボディ6の内面にリードフレーム8が固定された状態となる。このとき、リードフレーム8はボディ6の内面と同一面を形成し、貫通孔7の中央付近において両通電ライン9の端部が対向している。
次に、貫通孔7内において対向する通電ライン9の両端部を以下のように成形する。まず、図5(a)に示すように、通電ライン9の両端部をプレス加工等により圧延して他の部位よりも薄く形成する。これにより、通電ライン9はより変形し易くなる。そして、薄くされた通電ライン9の端部を、貫通孔7を介してプレス加工することで、図5(b)に示すように、通電ライン9の両端部が折り曲げられる。これにより、図6に示すように、リードフレーム8の緩和部11及び設置部12が形成される。そして、図3に示されるように、両設置部12の上面に電子部品10aをレーザー溶接で固定する。電子部品10cについても同様に、通電ライン9に緩和部11及び設置部12を形成して、設置部12に固定される。また、電子部品10bについては、各ピン19が通電ライン9に溶接等で接着される。これにより、電子部品10bはリードフレーム8に固定される。そして、ボディ6にカバー5を嵌め込み固定して電流センサ1が完成する。このように、リードフレーム8を曲げ加工して、緩和部11及び設置部12を形成するため、それらを別部材で形成する場合に比べて、部品点数を削減することが可能となる。また、同時に組み立て工数を削減することができる。
次に、外気温の変化に伴い電流センサ1に生じる熱応力の影響について説明する。
熱応力とは剛体の温度変化に伴い、その剛体の内部に生じる応力である。剛体ではなく、変形が可能な材質の場合には、温度上昇に伴い発生する熱応力により物体の長さが伸びる熱膨張という現象がみられる。単位長さあたりの熱膨張による伸び量(熱ひずみ)は材質毎に異なる値をとる熱膨張率により決まる。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて大きい。このため、ボディ6は、リードフレーム8等に比べて温度の上昇により熱膨張し易い。
ボディ6の熱膨張は、図3に示すように、ボディ6に固定されるリードフレーム8に外力として加わる。しかし、通電ライン9における緩和部11は変形可能に設けられている。すなわち、緩和部11はボディ6により拘束されていない。従って、ボディ6の熱膨張に対して図3の左側の円中に一点鎖線で示すように、両緩和部11が外側からみて凸状に曲げ変形することで、電子部品10aに左右方向において引張力が加わることが抑制される。同様にして、温度が低下した際に生じる熱収縮の場合においても、図3の右側の円中に一点鎖線で示すように、両緩和部11が外側からみて凹状に曲げ変形することで、電子部品10aに左右方向における圧縮力が加わることが抑制される。これにより、熱膨張及び熱収縮により加わる外力に伴う電子部品10aの不具合の発生が抑制され、ひいては電流センサ1の動作の信頼性を高められる。なお、電子部品10cについても同様に、緩和部11が弾性変形することで、熱膨張等に伴い電子部品10cに加わる外力を抑制できる。また、電子部品10bについても、ピン19は緩和部11及び設置部12と同様の形状を有しているため、熱膨張に伴う外力の影響を抑制できる。
ここで、ボディ6において、厳密にはその上下方向にも熱膨張及び熱圧縮が生じるものの、ボディ6の上下方向の厚さは同ボディ6の左右方向の長さに比べて十分に小さいため、熱膨張等による電子部品10aへの影響は無視できる。また、たとえ、ボディ6が上下方向に熱膨張及び熱圧縮したとしても、電子部品10aが上下方向に僅かに変位するのみで、電子部品10aに大きな外力は生じない。
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)外気温の変化(正確には、温度上昇)により樹脂であるボディ6は熱膨張する。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて高いため、ボディ6の熱膨張による熱ひずみは大きい。ボディ6の熱膨張により同ボディ6に固定されるリードフレーム8には外力が加わる。この外力に対してリードフレーム8の電子部品10a側に形成される緩和部11が弾性変形することで、同外力が電子部品10aに伝わることが抑制される。これにより、電子部品10aの不具合の発生が抑制され、ひいては電子部品10aの動作の信頼性が高められる。また、上記構成によれば、プリント基板が省略できるため、電流センサ1の小型化を同時に実現できる。
また、電子部品10aをレーザー溶接等で実装する時にも緩和部11が変形することで、電子部品10aに過剰な外力が加わることがない。よって、余計な外力を加えることなく、電子部品10aを実装することができる。
(2)リードフレーム8の一部を曲げ加工することで、緩和部11が形成される。よって、緩和部11を別部材として新たに形成する必要がなく、電流センサ1を構成する部品点数を増やすことなく、電子部品10aの動作の信頼性を高めることができる。
(3)一対の設置部12に電子部品10aが設置されることで、リードフレーム8から緩和部11を介しつつ電子部品10aをより安定的に保持することができる。
(4)熱膨張等による伸び量は物体の長さに比例する。よって、ボディ6に貫通孔7が形成されていることにより、ボディ6の左右方向の長さを短縮することができ、ひいては熱膨張及び熱圧縮を抑制できる。これにより、電子部品10aに加わる外力をさらに抑制できる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、電子部品10aをレーザー溶接で両設置部12の上面に固定していた。しかし、両設置部12に固定可能であれば、レーザー溶接に限らず、はんだ付け、接着材等で固定してもよい。
・上記実施形態においては、ボディ6にリードフレーム8をインサート成形していた。しかし、ボディ6にリードフレーム8を後から嵌め込んで固定してもよい。この場合には、ボディ6にはリードフレーム8が嵌る溝を形成する。また、溝を形成することなく、リードフレーム8をボディ6の内面に接着してもよい。
・上記実施形態においては、電子部品付きパッケージとして電流センサ1に具体化したが、電子部品付きパッケージであれば、電流センサに限定されない。また、実装される電子部品も上記実施形態に挙げたホールIC、増幅回路等に限られない。
・上記実施形態においては、電子部品10aの両端が両設置部12に支持された状態で固定されていた。しかし、例えば、単一の設置部12により支持されてもよい。この場合には、設置部12は電子部品10aの下面の広域を支持するように形成される。
・上記実施形態においては、図5(a)に示すように、通電ライン9の対向側端部を薄く形成した後に、緩和部11及び設置部12を形成していた。しかし、通電ライン9の対向側端部を薄く延ばすことなく緩和部11及び設置部12を形成してもよい。この場合には、リードフレーム8(通電ライン9)は、予め弾性変形可能となる薄板状に形成される。
・上記実施形態においては、リードフレーム8の通電ライン9を曲げ加工することで、緩和部11及び設置部12を形成していた。しかし、通電ライン9と緩和部11及び設置部12とを別部材で形成してもよい。具体的には、図7に示すように、リードフレーム8とは別に緩和部11及び設置部12を有する連結部材20が設けられる。連結部材20は導電材(金属)をプレス等による曲げ加工により形成される。連結部材20は、緩和部11及び設置部12に加えて、緩和部11の設置部12の反対側の端部に連結されて、設置部12の反対側に突出する取付部21を有する。取付部21には上下方向に延びる取付孔22が形成されている。一方、両通電ライン9の対向側端部の上面には、取付孔22に嵌合する円柱状の位置決めピン25が形成されている。両連結部材20の設置部12の上面には電子部品10aがレーザー溶接等で固定される。そして、電子部品10aと一体となった両連結部材20の取付部21の取付孔22を通電ライン9の位置決めピン25に嵌め込む。そして、連結部材20は通電ライン9にレーザー溶接等で固定される。
なお、取付孔22及び位置決めピン25の嵌め合いをしまり嵌めとする場合には、レーザー溶接等により連結することなく、位置決めピン25が取付孔22に圧入されて、連結部材20はリードフレーム8に固定される。このように、リードフレーム8と電子部品10aとを連結部材20で連結することで、上記実施形態におけるプレス加工時に利用される貫通孔7を形成する必要がない。また、連結部材20は予め曲げ加工することが可能であるため、電子部品10aが取り付けられた両連結部材20を通電ライン9に固定するだけで、容易に電子部品10aの実装作業が行える。
・上記実施形態においては、一対の設置部12により電子部品10aは支持されていた。しかし、例えば、図9に示すように、例えば導電性ゴムからなる緩和部材50を通電ライン9間に固定し、さらに、緩和部材50の上面に電子部品10aを固定してもよい。この場合には、緩和部材50の上面が設置部12に相当する。本構成において、ボディ6の熱膨張により、通電ライン9に外側への外力が加わったときには、緩和部材50の下部が変形して、図9の一点鎖線で示すように、緩和部材50は底辺が長い台形状となる。このように、緩和部材50が台形状に弾性変形することで、電子部品10aに外力が加わることが抑制される。また、本構成においては、貫通孔7の形成及びリードフレーム8の曲げ加工が不要であるため、作業工程を減らすことができる。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
(イ)請求項2に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記リードフレームの前記緩和部は前記リードフレームの他の部位よりも薄く形成された電子部品付きパッケージ。
同構成によれば、リードフレームの緩和部となる部分はリードフレームの他の部位よりも薄く形成されるため、緩和部はいっそう弾性変形し易い。よって、ボディの熱膨張に伴う電子部品へ加わる外力をいっそう抑制できる。
(ロ)請求項1又は2、(イ)のいずれか一項に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記電子部品付きパッケージは電流センサである電子部品付きパッケージ。
同構成において、電子部品付きパッケージは、ホールIC等の磁気センサ、増幅回路及びノイズフィルタ等の電子部品を備える電流センサである。
1…電流センサ、5…カバー、6…ボディ、7…貫通孔、8…リードフレーム、9…通電ライン、10a〜10c…電子部品、11…緩和部、12…設置部、19…ピン、20…連結部材、50…緩和部材。

Claims (2)

  1. 電子部品を通電させるリードフレームが内側に固定される樹脂からなるボディに、カバーが取り付けられてパッケージングされる電子部品付きパッケージにおいて、
    前記リードフレーム及び前記電子部品間には、前記電子部品を前記ボディに対して離間させる一対の緩和部を設け、
    前記一対の緩和部はそれぞれ導電材により曲げ弾性変形可能に形成されるとともに、前記電子部品に向かって斜めに形成され、
    前記一対の緩和部における前記ボディの反対側の端部には、それぞれ前記ボディの内底面に平行をなす設置部が形成され、
    前記一対の緩和部における設置部の間に前記電子部品が設置される電子部品付きパッケージ。
  2. 請求項1に記載の電子部品付きパッケージにおいて、
    前記緩和部は前記リードフレームの一部をボディの内底面と反対側に曲げ加工することで形成される電子部品付きパッケージ。
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