JP6405897B2 - 電子部品ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を備えるプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを有する電子部品ユニット及びその製造方法に関する。

近年、電子部品が搭載されたプリント基板とこれを収容する筐体とを有する電子部品ユニットは、各種電子機器のみならず、携帯端末、自動車等の様々な技術分野で使用されている。電子部品ユニットにおいて、電子部品は、はんだや接着剤等によりプリント基板上に固定されている（特許文献１参照）。

特開２００９−８８０４８号公報

しかしながら、電子部品の基端側のみをプリント基板上に固定させた電子部品ユニットは、耐振性が不十分である。即ち、外部からの衝撃などにより、固定されていない電子部品の先端側が振動することにより、接合部が疲労破壊するおそれがある。また、耐振性を高めるために、電子部品全体を樹脂等により封止することも可能であるが、この場合には、電子部品ユニットの重量が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、軽量でかつ耐振性に優れた電子部品ユニット及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、プリント基板と、
該プリント基板上に基端側が固定された電子部品と、
上記プリント基板及び上記電子部品を収容する筐体と、
該筐体内に注入された発泡樹脂とを有し、
上記発泡樹脂は、該発泡樹脂を介して上記電子部品の先端側を上記筐体に固定すると共に、上記筐体に設けられた穴部を塞いでいることを特徴とする電子部品ユニットにある。

本発明の他の態様は、上記電子部品ユニットの製造方法において、
上記プリント基板及び上記電子部品を収容する筐体内に、上記穴部から発泡性樹脂を注入し、該発泡性樹脂を筐体内で発泡させつつ硬化させることを特徴とする電子部品ユニットの製造方法にある。

上記電子部品ユニットにおいては、上記のように電子部品の先端側が発泡樹脂によって筐体に固定されている。そのため、例えば電子部品が背の高い部品であったとしても、外部からの衝撃等により、電子部品の先端が大きく振動することを抑制することができる。その結果、振動により電子部品の基端側とプリント基板との接合に損傷が起こることを防止し、疲労破壊の防止が可能になる。即ち、電子部品ユニットは、優れた耐振性を発揮することができる。

また、上記電子部品ユニットにおいては、電子部品と筐体との固定のために、比較的比重が小さい発泡樹脂が用いられている。さらに、電子部品の先端側が発泡樹脂により固定されていればよく、電子部品の全体を発泡樹脂で覆う必要がなく、また、筐体内の空間を全て発泡樹脂で満たす必要もないため、必要な発泡樹脂量を少なくすることができる。そのため、電子部品ユニットの軽量化や材料コストの低減が可能になる。

また、筐体は、穴部を有しており、電子部品ユニットの製造時には、穴部から筐体内に発泡樹脂を注入することができる。そして、電子部品ユニットにおいて、筐体に設けられた穴部は、発泡樹脂によって塞がれている。そのため、電子部品ユニット内に外部から異物が混入することを防止することができる。それ故、電子部品ユニットは、防塵性等にも優れている。

また、電子部品ユニットの製造においては、プリント基板及び電子部品を収容する筐体内に、穴部から発泡性樹脂を注入し、該発泡性樹脂を筐体内で発泡させつつ硬化させる。これにより、発泡樹脂が電子部品の先端側を固定すると共に、筐体の穴部を塞いだ電子部品ユニットを製造することができる。

実施例１における電子部品ユニットの断面図。 実施例１の電子部品ユニットにおける電子部品とプリント基板との接合部の部分拡大断面図。 実施例１における電子部品ユニットの製造工程を示す説明図。 実施例２における電子部品ユニットの断面図。 比較例１における電子部品ユニットの断面図。 比較例２における電子部品ユニットの断面図であって、粘度の高い接着剤用いた場合（ａ）、粘度の低い接着剤を用いた場合（ｂ）。

次に、電子部品ユニットの好ましい実施形態を説明する。
発泡樹脂としては、例えば物理発泡剤又は化学発泡剤等により発泡させた熱硬化性樹脂がある。熱硬化性樹脂としては、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂等を用いることができる。

電子部品は、基端側がプリント基板に固定されており、先端側は発泡樹脂を介して筐体に固定されている。本明細書において、電子部品における基端は、プリント基板に固定する側の端部であり、先端は、基端の反対側に位置する端部である。

プリント基板には、１つ又は２つ以上の電子部品が搭載されていてもよい。複数の電子部品が搭載されている場合には、これらのうち少なくとも一つの電子部品の先端側が発泡樹脂により固定されていればよい。特に、例えば電子部品の基端側の端面における最大幅Ｗと、電子部品の最大高さＨとの関係がＨ／Ｗ＞０．５となるような背の高い電子部品の先端側が発泡樹脂により固定されていることが好ましい。このような背の高い電子部品は、外部からの衝撃により先端の振動が起こり易くなるため、上述のように発泡樹脂によって電子部品の先端を固定することによる耐振性の向上効果が顕著になる。同様の観点から、より好ましくはＨ／Ｗ＞１、さらに好ましくはＨ／Ｗ＞１．５となる電子部品の先端を発泡樹脂により固定することがよい。また、プリント基板の一部は、筐体の外部に露出していてもよく、電子部品ユニットは、筐体の外部に露出する電子部品を有していてもよい。

電子部品ユニットにおいては、少なくとも電子部品の先端が発泡樹脂により固定されていればよい。好ましくは、電子部品の先端から電子部品の高さの１／２以下までの部分が発泡樹脂により覆われることにより固定されていることがよい。この場合には、電子部品ユニットの耐振性を確保しつつ、発泡樹脂の量を少なくすることができるため、更なる軽量化及び低コスト化を図ることができる。さらに、この場合には、電子部品ユニットの製造時に、発泡樹脂が筐体から漏れ出てしまうことを防止することができる。

発泡樹脂の発泡倍率や密度は、任意に設定することが可能である。具体的には、例えば発泡倍率を調整することにより、発泡樹脂の密度を０．０２〜０．５ｋｇ／ｍ³の範囲にすることができる。この場合には、電子部品ユニットの耐振性を十分に高めることができると共に、十分な軽量化が可能になる。また、上記範囲内で発泡樹脂の密度をより小さくすると、電子部品ユニットの更なる軽量化を図ることができる。また、発泡樹脂の密度をより高くすると、筐体の穴部からの異物の混入をより防止することができる。さらに、防水性を高めることも可能になる。

（実施例１）
次に、実施例にかかる電子部品ユニットを、図面を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電子部品ユニット１は、プリント基板２と、電子部品３と、これらを収容する筐体４とを有する。また、電子部品ユニット１は、筐体４内に注入された発泡樹脂５を有する。電子部品ユニット１において、筐体４には穴部４１が設けられている。発泡樹脂５は、この発泡樹脂５を介して電子部品３の先端３２側を筐体４に固定すると共に、筐体４の穴部４１を塞いでいる。以下、本例の電子部品ユニット１を詳細に説明する。

本例の電子部品ユニット１は、具体的には車載用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。プリント基板２は、一般的なガラスエポキシ基板からなり、その両面には、複数の電子部品３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが搭載されている。電子部品３ａ、３ｂ、３ｃは、プリント基板上に実装された各種電子部品であり、電子部品３ｄは、外部接続端子（コネクタ）である。また、電子部品３ａ、３ｂは、アルミ電解コンデンサであり、背の高い部品からなる。

各電子部品３は、いずれも基端３１側がはんだや接着剤等によりプリント基板２に接合されている。図２に示すごとく、プリント基板２は、樹脂基板２１とその上に形成されたＣｕからなる回路２２とを有し、電子部品３は、回路２２に電気的に接続され、プリント基板２上に固定されている。

図１に示すごとく、プリント基板２と電子部品３ａ、３ｂ、３ｃは、筐体４内に収容されており、電子部品３ｄの端部は、筐体４から露出している。筐体４内に収容された電子部品のうち、プリント基板２の搭載面から垂直方向の長さが比較的大きく、背の高い電子部品３ａ、３ｂは、先端３２側が発泡樹脂５に覆われている。そして、これらの電子部品３ａ、３ｂは、発泡樹脂５を介して筐体４に固定されている。発泡樹脂５は、筐体４に設けられた穴部４１から注入され、電子部品３ａ、３ｂの先端３２側を固定すると共に、筐体４の穴部４１を塞いでいる。なお、発泡樹脂５は、ウレタン発泡樹脂からなる。筐体４内の空間は、発泡樹脂５によって完全に満たされているわけではなく、発泡樹脂５が注入されていない空間４０が存在している。

次に、本例の電子部品ユニット１の製造方法を説明する。まず、図３（ａ）に示すごとく、複数の電子部品３が搭載されたプリント基板２を筐体４内に収容させる。筐体４は、２つの部材からなり（図示略）、電子部品３ｄを間に挟んだ状態でこれら二つの部材を接合させることにより、図３（ａ）に示すとごく、プリント基板２を筐体４内に収容している。筐体４内において、電子部品３の基端３１はプリント基板２に固定されている。一方、電子部品３の先端３２はプリント基板２や筐体４の内壁には接合されていない開放端である。電子部品３の先端３２と筐体４の内壁との間には隙間が存在している。この隙間の大きさは、任意に設計可能であるが、電子部品ユニット１の小型化という観点からは、可能な限り小さくすることがよい。本例においては、電子部品３のうち、電子部品３ａ、３ｂは、基端３１側の端面における最大幅Ｗと、最大高さＨ（プリント基板２における載置面２０から垂直方向における電子部品３の長さ）との関係がＨ／Ｗ＞１．５となっている。

図３（ａ）に示すごとく、プリント基板２における電子部品３ａ、３ｂの載置面２０に対して垂直な方向、即ち、電子部品３ａ、３ｂの高さＨ方向において、電子部品３ａ、３ｂの先端３２からの延長線Ｌ上には、筐体４に穴部４１が設けられている。本例においては、上述のように背の高い２つの電子部品３ａ、３ｂにおける先端３２の延長線Ｌ上にそれぞれ穴部４１が設けられている。

次いで、図３（ｂ）に示すごとく、穴部４１から筐体４内に発泡性樹脂５０を注入した。発泡性樹脂５０は、例えば樹脂成分と発泡剤とを含有し、発泡により発泡樹脂となる材料である。本例のように、ウレタン発泡樹脂からなる発泡樹脂を得るためには、例えばポリオール原料とイソシアネート原料とからなる２液混合型の材料を用いることができる。この発泡性樹脂５０を穴部４１から注入すると共に、筐体４内において発泡させつつ硬化させる。これにより、電子部品３ａ、３ｂの先端３２側を発泡樹脂５で覆う共に、筐体の穴部４１内に発泡樹脂５を充填させて穴部４１を塞ぐ（図１参照）。このとき、発泡性樹脂５０の注入量や発泡倍率を調整することにより、比較的背の高い電子部品３ａ、３ｂの先端３２を発泡樹脂５で被覆させつつ、筐体４内に発泡樹脂５が充填されていない空間４０を十分に確保することが可能である。

次に、本例の電子部品ユニット１の作用効果について図面を用いて説明する。
図１に示すように、本例の電子部品ユニット１においては、背の高い電子部品３ａ、３ｂの先端３２側が発泡樹脂５によって筐体４に固定されている。そのため、外部からの衝撃等により、電子部品３ａ、３ｂの先端３２が大きく振動することを抑制することができる。その結果、振動により電子部品３ａ、３ｂの基端３１側とプリント基板２との接合に損傷が起こることを防止することができる。即ち、電子部品ユニット１は、耐振性に優れている。特に、本例のように、基端３１側の端面における最大幅Ｗと、最大高さＨとの関係がＬ／Ｗ＞１．５となるような背の高い電子部品３ａ、３ｂの先端３２側が発泡樹脂５により固定されていることが好ましい（図１、図３参照）。この場合には、発泡樹脂５がないと外部からの衝撃により電子部品３ａ、３ｂの先端３２の振動が起こり易くなるため、上述のように発泡樹脂５によって電子部品３ａ、３ｂの先端３２を固定することによる耐振性の向上効果が顕著になる。また、本例のように、発泡樹脂５は、ウレタン発泡樹脂であることが好ましい。この場合には、発泡樹脂５が、優れた柔軟性を示すため、電子部品ユニット１の耐振性をより向上させることができる。

また、電子部品ユニット１においては、電子部品３ａ、３ｂと筐体４との固定のために、例えば非発泡の樹脂よりも比重が小さい発泡樹脂５が用いられている。さらに、電子部品３ａ、３ｂの先端３２側が発泡樹脂５により固定されていればよく、電子部品３ａ、３ｂの全体を発泡樹脂５で覆う必要がなく、また、筐体４内の空間を全て発泡樹脂５で満たす必要もない。そのため、発泡樹脂５の量を少なくすることができ、電子部品ユニット１の軽量化や材料コストの低減が可能になる。筐体４内には、発泡樹脂５が充填されていない空間４０を形成することができる。軽量化や低コスト化の観点から、電子部品ユニット１において、発泡樹脂５が筐体４内の空間を占める割合は、５０体積％以下であることが好ましく、３０体積％以下であることがより好ましい。換言すれば、筐体４内には、空間４０が５０体積％以上存在することが好ましく、７０体積％以上存在することがより好ましい。

また、筐体４は、穴部４１を有しており、電子部品ユニット１の製造時には、穴部４１から筐体４内に発泡性樹脂５０を注入して発泡樹脂５を形成することができる。そして、電子部品ユニット１において、筐体４に設けられた穴部４１は、発泡樹脂５によって塞がれている。そのため、電子部品ユニット１内に外部から異物が混入することを防止することができる。それ故、電子部品ユニット１は、防塵性等にも優れている。さらに、発泡樹脂の密度などを調整することにより、防水性の付与も可能である。

また、穴部４１は、発泡樹脂５により固定される電子部品３ａ、３ｂの先端３２の延長線Ｌ上に設けられていることが好ましい。この場合には、電子部品ユニット１の製造時における穴部４１からの発泡性樹脂５０の注入により、発泡樹脂５による電子部品３ａ、３ｂの先端３２の固定が容易になる。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示すごとく、電子部品３ａ、３ｂが鉛直方向の下側、穴部４１が上側となるように、プリント基板２と電子基板２とを収容する筐体４を設置した状態で、穴部４１から発泡性樹脂５０を注入する。これにより、発泡性樹脂５０は、自重により鉛直方向の下向きに膨らみながら硬化し、発泡樹脂５が形成される。したがって、上述のように発泡性樹脂５０の注入口となる穴部４１が、電子部品３ａ、３ｂの先端３２の延長線Ｌ上に位置する場合には、発泡性樹脂５０が膨らむ方向（鉛直方向の下向き）に電子部品３ａ、３ｂの先端３２が位置しているため、より確実に電子部品３ａ、３ｂの先端３２を固定化することが可能になる。なお、延長線Ｌと穴部４１の中心とが交わらなくとも、電子部品３ａ、３ｂの先端３２からの延長線Ｌが穴部４１とが交わる部分が存在していればよい。例えば延長線Ｌと穴部４１の外縁とが交わっていてもよい。また、電子部品３ａ、３ｂの先端３２が例えば平坦面であり、先端３２から複数の延長線Ｌが想定される場合には、いずれかひとつの延長線Ｌと穴部４２とに交わる箇所が存在していればよい。

また、本例の電子部品ユニット１は車載用であるが、同様の構成の電子部品ユニットは、その優れた耐振性や軽量性を生かして、車載用電子部品の他に、携帯用機器等にも好適である。特に好ましくは車載用であり、オートバイ、車等を含む自動車に搭載されることがよい。このような用途においては、エンジンの振動やタイヤから伝わる衝撃などが長期間に亘って連続的又は断続的に電子部品ユニット１に加わる。本例の電子部品ユニット１は、このような振動や衝撃に対しても優れた耐振性を発揮することができるため、耐振性に優れるという上述の作用効果が顕著になる。また、燃料価格の高騰という情勢を背景に、近年の自動車には更なる燃費の向上が求められている。本例の電子部品ユニット１は、上記のごとく軽量化が可能であるため、燃費の向上にも寄与できる。さらに、本例の電子部品ユニット１は、必要に応じて、防水性を高めることも可能である。この場合には、水の浸入が想定される車載用により一層好適になる。

以上のように、本例によれば、軽量でかつ耐振性に優れた電子部品ユニット１の製造が可能である。

（実施例２）
本例は、リブ部を有する筐体を用いた電子部品ユニットの例である。
図４に示すごとく、本例の電子部品ユニット１は、筐体４１の内側に立設されたリブ部４２を有している。リブ部４２は、筐体４に一体的に形成されている。筐体４内に注入された発泡樹脂５はリブ部４２によって堰き止められている。

リブ部４２の形成位置は任意であるが、例えば筐体４に設けられた穴部４１から所定の間隔を開けた位置に形成することができる。リブ部４２を穴部４１の近くに形成することにより、穴部４１から注入された発泡性樹脂の発泡時の広がりが一層抑制され、発泡性樹脂の添加量を少なくしても、電子部品３ａ、３ｂの先端３２を発泡樹脂５によって確実に固定することが可能になる。また、発泡樹脂５の広がりを抑制することができるため、筐体４内の空間４０をより広くすることが可能になる。その結果、電子部品ユニット１の更なる軽量化が可能になる。その他の作用効果は、実施例１と同様である。なお、本例及び後述の比較例１及び２において、実施例１と同じ符号は、実施例１と同様の構成を示し、先行する説明を参照する。

（比較例１）
本例は、電子部品の基端側を固定し、先端を開放した電子部品ユニットの例である。
図５に示すごとく、本例の電子部品ユニット８においては、背の高い電子部品３ａ、３ｂの基端３１側が接着剤８１によりプリント基板２に固定されている。電子部品３ａ、３ｂの先端３２は、電子部品ユニット８内のどこにも固定されておらず、開放端となっている。また、筐体４には、実施例１のように、外部から発泡樹脂を注入する必要がないため、穴部は形成されていない。その他の構成は、実施例１と同様である。

本例の電子部品ユニット８においては、上述のごとく、背の高い電子部品３ａ、３ｂの先端３２が固定されていない。そのため、外部からの衝撃により、電子部品３ａ、３ｂの先端が振動する。その結果、基端３１側における電子部品３ａ、３ｂとプリント基板２との接合が損なわれ、疲労破壊が起こるおそれがある。これに対し、実施例１及び実施例２の電子部品ユニット１においては、電子部品３ａ、３ｂの先端３２が発泡樹脂５により筐体４に固定されているため、電子部品３ａ、３ｂの先端３２の振動が緩和される（図１及び図４参照）。その結果、疲労破壊を防止することができる。

（比較例２）
本例は、接着剤を用いて電子部品の先端の固定を試みた電子部品ユニットの例である。
図６に示すごとく、本例の電子部品ユニット９は、発泡樹脂の代わりに接着剤９１が筐体４の穴部４１から注入されている点を除いては、実施例１と同様の構成を有する。接着剤９１により、電子部品３ａ、３ｂの先端を固定するためには、接着剤９１の粘度、量、速乾性等の様々な条件を検討する必要が生じる。しかし、穴部４１から注入した接着剤９１によって、電子部品３の先端３２と筐体４とを固定することは非常に困難である。

例えば、接着剤９１の粘度を高くすると、図６（ａ）に示すごとく、接着剤９１が電子部品３ａ、３ｂの先端３２上の全体に濡れ広がることができなくなるおそれがある。一方、図６（ｂ）に示すごとく、接着剤９１の粘度を低くすると、電子部品３ａ、３ｂの先端３２からプリント基板２上にまで接着剤９１が流れ落ちてしまうおそれがある。

このように、筐体４の穴部４１から接着剤９１を注入することにより、背の高い電子部品３ａ、３ｂの先端３２を固定しつつ、穴部４１を塞ぐことは非常に困難である。これに対し、実施例１及び実施例２のように、発泡樹脂５により電子部品３ａ、３ｂの先端３２を固定することにより、先端３２の固定と穴部４１を塞ぐことが可能になる。

１ 電子部品ユニット
２ プリント基板
３ 電子部品
４ 筐体
４１ 穴部
５ 発泡樹脂

Claims (6)

1. プリント基板（２）と、
   該プリント基板（２）上に基端（３１）側が固定された電子部品（３）と、
   上記プリント基板（２）及び上記電子部品（３）を収容する筐体（４）と、
   該筐体（４）内に注入された発泡樹脂（５）とを有し、
   上記発泡樹脂（５）は、該発泡樹脂（５）を介して上記電子部品（３）の先端（３２）側を上記筐体（４）に固定すると共に、上記筐体（４）に設けられた穴部（４１）を塞いでいることを特徴とする電子部品ユニット（１）。
2. 上記筐体（４）の穴部（４１）は、上記電子部品（３）の上記先端（３２）の延長線（Ｌ）上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品ユニット（１）。
3. 上記筐体（４）は、該筐体（４）の内側に立設されたリブ部（４２）を有しており、上記筐体（４）内に注入された上記発泡樹脂（５）は上記リブ部（４２）によって堰き止められていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品ユニット（１）。
4. 上記発泡樹脂（５）は、ウレタン発泡樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品ユニット（１）。
5. 上記電子部品ユニット（１）は車載用であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品ユニット（１）。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品ユニット（１）の製造方法において、
   上記プリント基板（２）及び上記電子部品（３）を収容する筐体（４）内に、上記穴部（４１）から発泡性樹脂（５０）を注入し、該発泡性樹脂（５０）を筐体（４）内で発泡させつつ硬化させることを特徴とする電子部品ユニット（１）の製造方法。

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