JP6322764B2 - 回路基板の実装構造体および回路基板の実装方法 - Google Patents

回路基板の実装構造体および回路基板の実装方法 Download PDF

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Description

この発明は、回路基板の実装構造体および回路基板の実装方法に関する。
基板を保護する実装構造体として、基板をケースに収容してケース内にゲル状樹脂を充填させた混成集積回路装置が知られている(特許文献1)。
特許文献1:特開平5−121881号公報
実装構造体では、放熱効率を高める目的で金属製のケースが採用される場合がある。この場合、基板上の配線パターンから金属ケースへの放電を抑制するために基板上の配線パターンとケースとの絶縁距離を十分に確保する必要が生じる。このため、基板が大きくなり、それに伴い実装構造体が大型化するという問題がある。
本発明の一態様は、回路基板とケースと絶縁性を確保しながら小型化を図ることが可能な回路基板の実装構造体および回路基板の実装方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る回路基板の実装構造体は、筒状に形成された金属製のケースであって、底面と、第1の内側面と、前記底面と接続され、平面視で前記第1の内周面よりも内径が小さい第2の内側面と、前記第1の内側面と前記第2の内側面とを接続する平坦状かつ平面視環状の載置面とを有するケースと、前記載置面に接着された絶縁シートと、周縁部が前記絶縁シートを介して前記載置面に載置された回路基板と、を備える。前記絶縁シートは、前記第2の内側面よりも前記ケースの内側に延びている。前記絶縁シートは、前記ケースの前記第2の内側面及び前記底面の内面は覆わない。
本発明の第2の態様に係る回路基板の実装方法は、回路基板および前記回路基板を収容するためのケースを用意する工程と、前記回路基板の一方の主面に絶縁シートを接着する工程と、前記回路基板を前記絶縁シートを介して前記ケースの内周に設けられた載置面に接着する工程と、を有する。前記絶縁シートを接着する工程は、前記絶縁シートの一方の面に予め貼り付けられた剥離紙を剥がして、前記絶縁シートの一方の面に予め設けられた接着層を露出させ、前記露出させた接着層を前記回路基板の前記一方の主面に接着する工程を含む。前記回路基板を前記載置面に接着する工程は、前記絶縁シートの他方の面に予め貼り付けられた前記剥離紙を剥がして、前記絶縁シートの他方の面に予め設けられた接着層を露出させ、前記露出させた接着層を前記載置面に貼付する工程を含む。
本発明の一態様によれば、回路基板とケースとの絶縁性を確保しながら回路基板の実装構造体の小型化を図ることができる。
第1実施形態の回路基板の実装構造体を示す断面図である。 図1の領域IIの拡大図である。 第1実施形態の回路基板の実装構造体を示す平面図である。 絶縁シートの使用前の状態を示す平面図である。 図3のV−V線矢視断面図である。 第2実施形態の回路基板の実装構造体の要部を示す断面拡大図である。
以下、図面を参照して実施形態の回路基板の実装構造体について説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
〔第1実施形態〕
図1〜3に示すように、第1実施形態の回路基板の実装構造体1(以下、単に実装構造体)は、筒状に形成されたケース10と、ケース10に収容される回路基板20と、ケース10内において回路基板20の一方の主面(第1の主面20a)を覆う樹脂部30と、回路基板20をケース10に固定するネジ(固定具)50と、を備える。回路基板20は、ケース10の内部を第1の空間A1と第2の空間A2とに区画する。
回路基板20は、例えばガラスエポキシからなるプリント基板である。回路基板20は、図1,2に示すように、上側を向く面である第1の主面20aとその反対の第2の主面20bとを有する。第1の主面20aおよび第2の主面20bには、それぞれ複数の実装部品21が実装されている。また、第1の主面20aおよび第2の主面20bには、回路基板20上の実装部品21同士を接続する配線パターン22が形成されている。複数の実装部品21は、半田等の導電性接着剤(不図示)によって回路基板20の配線パターン22と電気接続されている。
図3に示す平面視において、回路基板20は、略矩形状を有する。また、回路基板20は、四隅にそれぞれ外側に延びる略矩形状の突出部25を有する。突出部25には、回路基板20の板厚方向に貫通し、ネジ50が挿入される固定孔26(図5参照)が設けられている。
図1〜図3に示すように、ケース10は、底部11および側壁12を有する有底筒状(容器状)に形成されている。ケース10は、金属からなる。例えばケース10は、熱伝導効率の高いアルミニウム合金からなり、ダイカストにより製造される。ケース10の内部には、底部11および側壁12によって、収容空間が構成されている。
底部11は、板状であり、上側を向く第1の面11aと下側を向く第2の面11bと、を有する。底部11の第1の面11aは、図示例のように平坦に形成されてもよいし、例えば収容対象物(後述する実装部品21等)の形状に対応して適宜設定されていてもよい。底部11の第2の面11bには、複数の放熱フィン11cが設けられている。これにより、ケース10内に収容される回路基板20等から発生する熱を外部に高効率で放出できる。
なお、本明細書において、第1の面11aが向く方向を上側として説明する場合があるが、実装構造体1の姿勢はこの向きには限定されない。
側壁12は、底部11の第1の面11aの外周から底部11の板厚方向へほぼ垂直に延びる。側壁12は、底部11の外周に沿って一続きに延びており、ケース10の収容空間を囲んでいる。
側壁12の外側面12cは、ケース10の外側面を構成する。外側面12cの形状は、ケース10の意匠性や放熱性など、あるいはケース10を取り付ける対象の形状などを考慮して、適宜設定されてよい。
側壁12の内周には、載置面13と第1の内側面12aと第2の内側面12bとが設けられている。載置面13は、ケース10の軸方向(図1に符号Xで示す方向)を向いている。本実施形態において、載置面13は、上側を向く面である。
本実施形態において、載置面13は、ケース10の周方向に一続きに延びている。すなわち、載置面13は、平面視で環状に形成されている。
図2に示すように、載置面13は、回路基板20の周縁部を載せる面である。載置面13は、平坦面をなしている。載置面13は、第1の内側面12aと第2の内側面12bとの間に位置する。載置面13と第1の内側面12aとの境界には、コーナー部13bが設けられている。また、載置面13と、第2の内側面12bとの境界には、縁13aが設けられている。載置面13は、図3に示す平面視において、コーナー部13bを外縁とし、縁13aを内縁とした枠形状を有する。本実施形態において、載置面13は平面視略矩形の枠形状を有する。載置面13の外縁(すなわちコーナー部13b)は、平面視で回路基板20の外形に倣った形状を有する。また、載置面13の四隅には、回路基板20を固定するためのネジ50を挿入するネジ穴15(図5参照)が設けられている。ネジ穴15は、載置面13の四隅において、外側に張り出した部分に形成されている。
図2に示すように、第1の内側面12aは、載置面13の上側に位置する。第1の内側面12aは、載置面13の外周から、載置面13に対してほぼ垂直に延びている。第1の内側面12aは、ケース10の第1の空間A1を四方から囲む。第1の内側面12aは、回路基板20の側面20cと対向する。第1の内側面12aは、回路基板20の外形に倣った形状を有する。
第2の内側面12bは、載置面13の下側に位置する。第2の内側面12bは、載置面13の内縁から、載置面13に対してほぼ垂直に延びている。第2の内側面12bは、ケース10の第2の空間A2を四方から囲む。
樹脂部30は、ケース10の第1の空間A1において、回路基板20の第1の主面20aを覆う。また、樹脂部30は、少なくとも回路基板20と、第1の主面20aに実装された実装部品21との電気接続部分を覆う。樹脂部30は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化型の封止樹脂から形成されている。これにより、樹脂部30は、実装部品21等を埃や水分などから保護する。また、樹脂部30は、回路基板20と実装部品21との電気接続部分を衝撃から保護する。
図2に示すように、ケース10の内周に設けられた載置面13は、絶縁シート40を介して回路基板20の周縁部を支持する。すなわち、載置面13と回路基板20との間には、絶縁シート40が配されている。
絶縁シート40は、絶縁性を有し、シート状に形成されている。また、絶縁シート40は、高い熱伝導性を有してもよい。絶縁シート40の材料は、特に限定されるものではないが、例えば樹脂材料や合成ゴムなどからなる。
絶縁シート40は、弾性部材であることが好ましい。より具体的には、絶縁シート40を構成する素材の弾性率は、回路基板20を構成する素材の弾性率よりも低いことが好ましい。絶縁シート40が弾性を有することで、載置面13と回路基板20との間に緩衝機能を作用させることができる。すなわち、絶縁シート40は、ケース10に付与された衝撃を緩和して回路基板20に伝達される衝撃を軽減することができる。なお、絶縁シート40の内部に空隙を形成するなどして絶縁シート40に緩衝作用を付与してもよい。
また、弾性を有する絶縁シート40は、載置面13および回路基板20の第2の主面20bの表面形状に倣って変形する。これにより、絶縁シート40と載置面13および絶縁シート40と回路基板20の接触面積が増大し、熱を回路基板20からケース10に効率よく伝えることができる。結果として、回路基板20の放熱効率を高めることができる。
絶縁シート40の両面には、それぞれ接着層41が形成されている。絶縁シート40は、接着層41により載置面13および回路基板20の第2の主面20bに接着されている。接着層41は、絶縁性のものであればその種類を限定されない。
図2〜図4に示すように、絶縁シート40は、略矩形の環状に形成されている。絶縁シート40の外周縁40bは、回路基板20の外形を外側にオフセットした形状を有する。すなわち、絶縁シート40は、平面視で回路基板20の外縁より外側に延びている。また、絶縁シート40の四隅には、回路基板20の突出部25に対応する略矩形状の突出部45が形成されている。また、突出部45には、平面視で回路基板20の固定孔26と重なる貫通孔46(図4および図5参照)が設けられている。
図2および図3に示すように、絶縁シート40の内周縁40aは、平面視で載置面13の内側に位置する。すなわち、絶縁シート40は、載置面13よりもケース10の内側に延びている。
絶縁シート40は、回路基板20の配線パターン22と平面視で重なって配置されている。絶縁シート40のうち載置面13の縁13aよりも内側に延びる部分は、回路基板20の配線パターン22と平面視で重なっている。なお、絶縁シート40のうち載置面13上に位置する部分が、回路基板20の配線パターン22と平面視で重なっていてもよい。
上述したように、絶縁シート40の両面には接着層41が形成されている。したがって絶縁シート40は、いわゆる両面テープである。
図4に示すように、使用前の絶縁シート40の一方の面には、絶縁シート40より十分に大きい第1の剥離紙48が貼付されており、他方の面には絶縁シート40と同形状の第2の剥離紙49が貼付されている。第1の剥離紙48および第2の剥離紙49は、絶縁シート40の両面に設けられた接着層41を保護するものであり、絶縁シート40の使用時に剥がされる。
図5に示すように、回路基板20の突出部25に設けられた固定孔26および絶縁シート40の貫通孔46には、ネジ(固定具)50が挿入されている。ネジ50は、金属材料(例えば鋼)からなり導電性を有する。また、ネジ50は、頭部50aと軸部50bとを有する。ネジ50の軸部50bは、載置面13に設けられたネジ穴15に挿入されている。ネジ50は、軸部50bがネジ穴15に挿入されることで、頭部50aと載置面13との間に回路基板20および絶縁シート40を挟み込んで固定する。
突出部25の上面(第1の主面20a)には、配線パターン22の一部としてアースパターン23が形成されている。アースパターン23は、固定孔26の周囲を囲む。アースパターン23は、ネジ50の頭部50aの下面と接触する。ネジ50は、ケース10と接触するため、アースパターン23の電位をケース10の電位と一致させることができる。アースパターン23は、回路基板20を含む回路構成において、基準電位(グラウンド)として使用される。本実施形態の実装構造体1は、基準電位をケース10の電位と一致させることで、より信頼性の高い回路構成を実現することができる。
(作用効果)
本実施形態では、ケース10が金属製であるため、回路基板20および回路基板20上の実装部品21からの発熱を、ケース10に効率よく伝えることが可能となる。すなわち、本実施形態では、放熱効率の高い実装構造体1を提供できる。
本実施形態では、ケース10の内周に設けられた載置面13に絶縁シート40を介して回路基板20の周縁部が載置されている。これにより、回路基板20の配線パターン22が、平面視で載置面13と重なって配置された場合であっても、電流が配線パターン22からケース10に直接的に流れることがない。すなわち、本実施形態では、配線パターン22を回路基板20の外縁近傍まで形成できるため、結果としてケース10の寸法を小さくすることができる。したがって、回路基板20とケース10との電気絶縁性を確保しながら、実装構造体1の小型化を図ることができる。
本実施形態では、絶縁シート40は平面視で載置面13よりもケース10の内側に延びている。これにより、図2に示すように、配線パターン22からケース10の第2の内側面12bまでの沿面距離CD1を長く確保することができる。より具体的には、沿面距離CD1は、少なくとも、載置面13の縁13aから内側へ延び出る絶縁シート40の延出長さD1以上となる。すなわち、本実施形態では、絶縁距離を十分に確保して配線パターン22とケース10との間で放電が起こることを抑制又は防止できる。
本実施形態では、絶縁シート40と回路基板20の第2の主面20bとが接着されているため、回路基板20と絶縁シート40との間に隙間が形成されることがない。したがって、本実施形態では、回路基板20と絶縁シート40との間の隙間を放電経路として放電が生じることを抑制又は防止できる。
本実施形態では、載置面13に回路基板20の周縁部が載置されることで、回路基板20がケース10の内部を第1の空間A1と第2の空間A2とに区画する。また、絶縁シート40が載置面13および回路基板20に接着されている。これにより、第1の空間A1から第2の空間A2又は第2の空間A2から第1の空間A1に埃や水分などが流入することが抑制又は防止される。加えて本実施形態では、回路基板20と実装部品21との電気接続部分を保護する目的で、回路基板20の一方の面(第1の主面20a)が樹脂部30で覆われている。さらに絶縁シート40が載置面13および回路基板20に接着されていることで、未硬化の樹脂部30が、載置面13と絶縁シート40との間又は回路基板20と絶縁シート40との間から第2の空間A2側に流入することを抑制又は防止できる。
本実施形態では、絶縁シート40が回路基板20の外縁より外側に延びている。このため、回路基板20の側面20cとケース10の第1の内側面12aとの距離は、絶縁シート40の外側への延出長さD2以上に確保される。これにより、配線パターン22と第1の内側面12aとの絶縁距離を十分に確保することができる。また、回路基板20は、載置面13に対し貫通孔46とネジ50の軸部50bとの間の隙間分だけ位置ずれが生じる。本実施形態では、絶縁シート40が回路基板20の外縁より外側に延びることで、絶縁シート40が回路基板20の位置ずれを制限する。位置ずれ量を制限することで、配線パターン22から第2の内側面12bに達する沿面距離CD1を確保することができ放電が起こることを効果的に抑制又は防止できる。なお、載置面13の縁13aから内側へ延び出る絶縁シート40の延出長さD1を長くしすぎると、回路基板20の第2の主面20bにおいて、実装部品21を実装できる領域(実装領域)を狭くする。本実施形態によれば、絶縁シート40が回路基板20の外縁より外側に延ばすことで、絶縁シート40の内側への延出長さD1を長くすることなく、放電を抑制又は防止できるため、回路基板20の実装領域を大きく確保できる。
(製造工程)
次に、本実施形態の実装構造体1の製造方法、すなわち回路基板20の実装方法について説明する。
まず、回路基板20および回路基板20を収容するためのケース10を用意する。回路基板20には、フロー方式又はリフロー方式により実装部品21が半田付けされている。
次いで、実装構造体1の組立てを行う作業者は、絶縁シート40から第1の剥離紙48を剥がす。これにより絶縁シート40は、一方の接着層41が露出し、他方の接着層41が絶縁シート40の外形と一致する第2の剥離紙49が貼り付けられた状態となる。なお、絶縁シート40には、突出部45が設けられていることで、作業者は、突出部45を湾曲させることで容易に第1の剥離紙48を剥がすことができる。さらに作業者は、露出した接着層41を回路基板20の第2の主面20bの周縁部に貼付する。これにより、回路基板20の第2の主面20bに、絶縁シート40を接着する。
次いで、作業者は、絶縁シート40から第2の剥離紙49を剥がす。これにより、露出された接着層41を載置面13に貼付する。これにより、回路基板20を、絶縁シート40を介してケース10の内周に設けられた載置面13に接着する。
次いで、作業者は、ケース10の第1の空間A1に未硬化の樹脂材料を注入して、回路基板20の第1の主面20aを覆う。未硬化の樹脂材料は、硬化することで樹脂部30となる。
本実施形態の実装方法では、絶縁シート40を回路基板20に接着固定した後に絶縁シート40の載置面13に接着固定する。絶縁シート40は、シート状に形成されているため屈曲性が高く、第1の内側面12aに囲まれた載置面13に位置合わせして貼りつけることが困難である。絶縁シート40は、回路基板20に貼付されることで屈曲し難くなり、容易に位置合わせして載置面13に貼付できる。また、絶縁シート40を回路基板20に予め接着することで、絶縁シート40の貫通孔46と回路基板20の固定孔26とにピンを挿通させた状態で絶縁シート40と回路基板20とを貼り合わせることが可能となる。したがって、本実施形態の実装方法では、回路基板20に対する絶縁シート40の位置合わせが容易となる。
なお、本実施形態の実装方法では、第1の剥離紙48、第2の剥離紙49の順で剥離する場合を例示したが、この順序は逆であってもよい。すなわち、第2の剥離紙49を剥がし第1の剥離紙48が残った状態で、回路基板20に絶縁シート40を貼り付けてもよい。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図6を参照して第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第1実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態の実装構造体101は、第1実施形態の実装構造体1と比較して、主に絶縁シート140の構成が異なる。
ケース10の内周に設けられた載置面13は、絶縁シート140を介して回路基板20の周縁部を支持する。すなわち、載置面13と回路基板20との間には、絶縁シート140が配されている。
絶縁シート140の両面には、それぞれ接着層141が形成されている。これにより、絶縁シート140は、接着層141により載置面13および回路基板20の第2の主面20bに接着されている。
絶縁シート140は、平面視で回路基板20の外縁より外側に延びた上で、ケース10の第1の内側面12aに沿って上側に屈曲して屈曲部142を形成する。これにより、絶縁シート140は、回路基板20の側面20cと対向する。
本実施形態では、第一実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、回路基板20の配線パターン22からケース10の第1の内側面12aまでの沿面距離CD2を長く確保することができる。より具体的には、沿面距離CD2は、回路基板20の外側に延びる絶縁シート140の延出長さとなる。絶縁シート140が屈曲部142を有することで、載置面13の幅(すなわち、縁13aとコーナー部13bとの距離)に関わらず、沿面距離CD2を長くすることができる。したがって、載置面13の幅を狭くすることで実装構造体101を小型化した場合であっても、沿面距離CD2を十分に確保して、配線パターン22からケース10への放電を抑制又は防止できる。
なお、図6に図示するように、本実施形態の絶縁シート140の屈曲部142には、接着層141が設けられていない。しかしながら、屈曲部142にも接着層141が設けられていてもよい。この場合、屈曲部142が第1の内側面12aに接着されるため、絶縁シート140がより強固に固定される。
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
たとえば、上記の実施形態において、ケース10は、底部11を有さない筒形状であってもよい。
また、上記の実施形態において、ケース10と回路基板20とは、固定具としてのネジ50で固定されている。しかしながら、ケース10と回路基板20とは、リベットなどのその他の固定具で固定されていてもよい。
また、載置面13は、少なくとも回路基板20を支持できればよく、例えばケース10の周方向に間隔をあけて複数に分けて配されていてもよい。
本発明は、ケース内に回路基板が樹脂封止された実装構造体、およびこの実装構造体の製造方法として、利用可能である。
1,101 実装構造体
10 ケース
13 載置面
13a 縁
20 回路基板
20c 側面
23 アースパターン
30 樹脂部
40,140 絶縁シート
50 ネジ(固定具)
142 屈曲部

Claims (10)

  1. 筒状に形成された金属製のケースであって、底面と、第1の内側面と、前記底面と接続され、平面視で前記第1の内周面よりも内径が小さい第2の内側面と、前記第1の内側面と前記第2の内側面とを接続する平坦状かつ平面視環状の載置面とを有するケースと、
    前記載置面に接着された絶縁シートと、
    周縁部が前記絶縁シートを介して前記載置面に載置された回路基板と、
    を備え、
    前記絶縁シートは、前記第2の内側面よりも前記ケースの内側に延びており、
    前記絶縁シートは、前記ケースの前記第2の内側面及び前記底面の内面は覆わない、
    回路基板の実装構造体。
  2. 前記絶縁シートは、平面視で前記回路基板の外縁より外側に延びている、請求項1に記載の回路基板の実装構造体。
  3. 前記絶縁シートは、前記ケースの前記第1の内側面に沿って屈曲し、前記回路基板の前記第1の内側面と対向する屈曲部を有する、
    請求項2に記載の回路基板の実装構造体。
  4. 前記回路基板と前記ケースとを固定する導電性の固定具を備え、
    前記固定具は、前記回路基板に形成されたアースパターンと接触して前記ケースに接地させる、請求項1〜3の何れか一項に記載の回路基板の実装構造体。
  5. 前記絶縁シートが、弾性部材である、請求項1〜4の何れか一項に記載の回路基板の実装構造体。
  6. 前記回路基板の一面を覆う樹脂部を備える、請求項1〜5の何れか一項に記載の回路基板の実装構造体。
  7. 前記回路基板は、その四隅にそれぞれ外延する突出部であって、それぞれが前記回路基板及び前記絶縁シートを前記載置面に固定するための固定部を挿入する固定孔を有する突出部を有し、
    前記絶縁シートは、その四隅に前記回路基板の前記突出部に対応する突出部を有する、
    請求項1〜6の何れか一項に記載の回路基板の実装構造体。
  8. 前記ケースは、前記底部の外面に複数の放熱フィンを有している、
    請求項1〜7の何れか一項に記載の回路基板の実装構造体。
  9. 回路基板および前記回路基板を収容するためのケースを用意する工程と、
    前記回路基板の一方の主面に絶縁シートを接着する工程と、
    前記回路基板を前記絶縁シートを介して前記ケースの内周に設けられた載置面に接着する工程と、
    を有し、
    前記絶縁シートを接着する工程は、前記絶縁シートの一方の面に予め貼り付けられた剥離紙を剥がして、前記絶縁シートの一方の面に予め設けられた接着層を露出させ、前記露出させた接着層を前記回路基板の前記一方の主面に接着する工程を含み、
    前記回路基板を前記載置面に接着する工程は、前記絶縁シートの他方の面に予め貼り付けられた前記剥離紙を剥がして、前記絶縁シートの他方の面に予め設けられた接着層を露出させ、前記露出させた接着層を前記載置面に貼付する工程を含む、
    回路基板の実装方法。
  10. 前記絶縁シートを接着する工程は、前記絶縁シートの四隅に設けられた突出部を湾曲させることによって前記剥離紙を剥がす工程を含む、
    請求項9に記載の回路基板の実装方法。
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