JP7198856B2 - 電子部品付き樹脂筐体およびその製造方法 - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
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Description
上記出願には、樹脂製の筐体と下記のような電子部品実装フィルムとを一体化している電子部品付き樹脂筐体が記載されている。すなわち、電子部品実装フィルムは、筐体の内面に沿って配置されているベースフィルムと、ベースフィルムの少なくとも筐体側とは反対側の面に形成されている回路パターン層と、ベースフィルムの筐体側とは反対側の面に回路パターン層と接続されて実装されている電子部品とを有する構造である。
筐体と電子部品実装フィルムとを一体化するには、所謂インサート成形を用いる。具体的には、電子部品実装フィルムの電子部品を実装した面が第1型に面し、かつ、電子部品が第1型のポケットに収納されるように、電子部品実装フィルムを第1型にセットし、次いで第1型と第2型とを型締めし、第1型および電子部品実装フィルムと第2型との間にキャビティを形成した後、最後にキャビティに溶融樹脂を射出して筐体を成形する。
このような構成とすることより、筐体によって電子部品をしっかりと固定できるので、別途基板が不要となり、電子部品を収容する収容空間が小さくて済む。したがって、電気製品を小型化・薄型化できる。また、ネジ止めなどの煩雑な工程も不要となるので、アッセンブリも容易である。さらに、電子部品と筐体の外面との距離を減らして、電気製品の外部空間に電子部品が直接作用する機能効果を高めることができる。
例えば、図10に示すように、電子部品33が基板に複数のパーツを実装し、これらの複数のパーツをアルミニウムなどからなるカバー338で覆っているものの場合、電子部品33の表面側はカバー338で保護されているが、電子部品33の裏面側はカバー338で保護されていないので、裏面側の強度が低い。図10中、331はМEМSチップ、332はICチップ、333は振動膜、334はセラミック基板、335は音孔、336は端子電極、337ははんだボールである。
また、電子部品実装フィルムの電子部品が金型のポケットに収納される部分のベースフィルムは、キャビティ内壁によって支えられていないため、溶融樹脂の熱圧によって電子部品を実装した面がうねり、歪み、凹凸などの変形をすることがある。その結果、ベースフィルムや回路パターン層からの電子部品の剥離も発生することもある。
また、補強層があることにより、ベースフィルムの電子部品を実装した面が溶融樹脂の熱圧によってうねり、歪み、凹凸などの変形をすることがなく、ベースフィルムや回路パターン層からの電子部品の剥離も防ぐこともできる。
上記構成により、補強層の強度が増すため、電子部品の破損や剥離を防ぐ効果を向上させることができる。
上記構成によっても、補強層の強度が増すため、電子部品の破損や剥離を防ぐ効果を得られる。塗膜であるので、補強層の形成やパターン化が容易である。
上記構成により、電磁波シールドなどの電気的機能を付与するメッシュ部材を別途設けることなく、補強層と兼用できる。また、メッシュ部材が芯材としての働きを発揮して補強層の強度を増すこともできる。
上記構成により、スピーカー穴やマイク穴などの開口部を保護するメッシュ部材を別途設けることなく、補強層と兼用できる。また、この場合もメッシュ部材が芯材としての働きを発揮して補強層の強度を増すことができる。
上記構成により、補強層の形成領域が広いので、電子部品のどの部分においても漏れなく、電子部品の破損や剥離を防ぐことができる。
上記構成により、電子部品の耐圧性の低い部分だけをピンポイントで補強し、電子部品の破損や剥離を防ぐことができる。この場合、補強層の平面視した形成面積を小さくすることができる、すなわち補強層の側面面積を小さくすることができるので、溶融樹脂の樹脂圧による補強層の位置ズレや溶融樹脂300の充填不良を防ぐこともできる。また、補強層の材料使用量を減らすことができるので、コストメリットもある。
このような構成を備える電子部品付き樹脂筐体の製造方法は、筐体の内面に沿って電子部品実装フィルムを一体化する。これにより、筐体によって電子部品をしっかりと固定できるので、別途基板が不要となり、電子部品を収容する収容空間が小さくて済む。したがって、電気製品を小型化・薄型化できる。また、ネジ止めなどの煩雑な工程も不要となるので、アッセンブリも容易である。さらに、電子部品と筐体の外面との距離を減らして、電気製品の外部空間に電子部品が直接作用する効果を高めることができる。
上記構成により、補強層がポケットの周囲を構成するキャビティ内壁で支持され、溶融樹脂の樹脂圧に対するベースフィルムのポケット域全体の平坦性を容易に維持するため、電子部品の破損や剥離を防ぐ効果を向上させることができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体およびその製造方法について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体が取り付けられているスマートウオッチの一例を示す斜視図である。図1に示されているスマートウオッチ60は、大画面搭載で小型化・薄型化のニーズが常にあり、本発明の適用される電気製品に適したものである。なお、本実施形態ではスマートウオッチ60が本発明の適用される電気製品の一例であるが、本発明が適用される電気製品はスマートウオッチ60に限られるものではない。
スマートウオッチ60の本体は、表示パネル65の表示面とは反対側の面および側面を覆う形で配される筐体を備えている。図1に示す例では、底面部を構成する筐体20Aと、C字状の枠を構成する筐体20Bと、筐体20Bの両端間に設けられて枠を構成しスピーカーを備えた電子部品付き樹脂筐体10の3つの筐体を組み合わせている。このうちスピーカーを備えた電子部品付き樹脂筐体10が、本発明の第1実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体である。
電子部品付き樹脂筐体10は、インサート成形によって成形されるものであって、図2および図3に示されているように、熱可塑性樹脂からなる筐体20Cと、電子部品実装フィルム30とが完全に一体化されたスマートウオッチ60の部品である。
筐体20Cは、細長い上面部20C1と細長い側面部20C2とを有する断面L字状の樹脂製成形品である。側面部20C2は、長手方向中央付付近に貫通したスピーカー穴20CHを有している。
また、筐体20Cは着色されていてもよいし、筐体20Cの外面が加飾層で被覆されていてもよい。また、その両方であってもよい。
図2および図3には、電子部品実装フィルム30の構造が示されている。
電子部品実装フィルム30は、ベースフィルム31と、回路パターン層32と、スピーカー33(電子部品の例)と、補強層36とを備えている。
ベースフィルム31は、図3に示すように、筐体20Cの側面部20C2に沿って内面20Ca側に配置されている。
ベースフィルム31が配置される筐体20Cの側面部20C2にはスピーカー穴20CHが設けられているが、ベースフィルム31と筐体20Cのスピーカー穴20CHとの間にはメッシュ部材36Мが介在するため、ベースフィルム31はスピーカー穴20CHから露出しない。したがって、ベースフィルム31は透明・不透明を問わない。
ベースフィルム31の材料は、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリマー、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂若しくはABS樹脂からなる樹脂フィルム、アクリル樹脂とABS樹脂の多層フィルム、又はアクリル樹脂とポリカーボネート樹脂の多層フィルムから選択される。ベースフィルム31の厚さは、例えば15μm~400μmの範囲から選択される。このように撓みやすい厚みであるので、この状態で筐体20Cの内部に配置するだけでは位置が安定しない。電子部品実装フィルム30を筐体20Cと一体化することで電子部品33をしっかり固定できる。
回路パターン層32は、図3に示すように、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面に形成される。
回路パターン層32は、銅箔をエッチングして形成されるか、導電性インキを厚膜印刷で印刷して形成される。回路パターン層32の厚さは、例えば1μm~30μmである。導電性インキは、導電性フィラーとバインダーとを含んでいる。導電性フィラーとしては、例えば、導電性材料の粉末や非導電性粒子の表面に金属をメッキした導電性粉末が使用できる。導電性材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、カーボンおよびグラファイトが挙げられる。金属をメッキした導電性粉末としては、例えば、ウレタン粒子やシリカ粒子の表面に銅、ニッケルあるいは銀をメッキした導電性粉末が挙げられる。また、バインダーとしては、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル・マレイン酸共重合樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂にロジン系樹脂、ロジンエステル系樹脂および石油樹脂等の熱により粘着性を発現するタッキファイヤーを配合して使用することができる。このインキに用いられる溶剤は、例えば、厚膜印刷に適合するものである。厚膜印刷として、例えば、スクリーン印刷およびインクジェット印刷が挙げられる。バインダーには、熱可塑性樹脂以外にも、例えば、エポキシ系、ウレタン系あるいはアクリル系の熱硬化性樹脂や紫外線硬化型樹脂を用いることも可能である。なお、バインダーに熱硬化性樹脂や紫外線硬化型樹脂を用いていても、回路パターン層32に分散された導電性フィラーの割合が多いため、補強層36のような強度は得られない。回路パターン層32回路パターン層32は、以上のような材料および厚みで構成されるので、屈曲することで断線が生じやすい。
スピーカー33は、図3に示すように、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面に回路パターン層32と接続されて実装されている。
スピーカー33の音波発生方向は、筐体20C側である。そのため、ベースフィルム31には、背後のスピーカー33からの音波を透過しやすいように貫通穴31Hが設けられている。
スピーカー33は、モバイル機器などに搭載される小型で薄型のスピーカーを用いる。また、スピーカー33は、図示しない半田付け、導電性接着剤ペーストの塗布硬化または異方性導電性ペーストでの圧着にて実装される。
補強層36は、図3に示すように、ベースフィルム31の筐体20C側に電子部品33と対向して形成されている。本実施形態では、補強層36の形成領域は、その形成領域内にスピーカー33の実装領域をすべて含んでいる。
接着層としては接着剤や接着フィルムを用いることができる。接着剤としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エチレンブチルアルコール樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体などを用いることができる。接着層などの形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法を採用することができる。また、接着層として、接着フィルムをベースフィルム31の筐体20C側にラミネートして用いることもできる。接着フィルムは、たとえば未延伸ポリプロピレンフィルムを用い、ドライラミネート方式にて積層することができる。
メッシュ部材36Mは、本実施形態では、補強層36の層内部に含まれるシートである(図3、図4参照)。図4中、図4(a)はメッシュ部材36Mを含む補強層36の平面図であり、図4(b)はその断面図(図4(a)のB-B線断面)である。また、メッシュ部材36Mは、補強層36の貫通穴36Hと少なくとも重複するように、補強層36内に存在する。図3に示すように、筐体20Cのスピーカー穴20CHを覆うように配置されているのが、美観の点から好ましい。
メッシュ部材36Mは、スピーカー穴2CHおよび貫通穴31H,36Hを通じて、スマートウオッチ60のスピーカー33に埃や塵などが入り込んでしまうのを抑制する。
メッシュ部材36Mの材料は、ニッケル、銅、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属およびその合金(例えば、モネル、鋼、黄銅、丹銅、リン青銅、ハステロイ(米ヘインズ社商標)、インコネル(スペシャルメタルズ社商標)、ニクロムなど)の他、アクリル樹脂、ナイロン(デュポン社商標)、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン(デュポン社登録商標)などの樹脂を用いることができる。また、メッシュ部材36Mは織物であってもよい。なお、メッシュ部材36Mの孔は、音波を不要に遮らなければ孔の形状、配列は問わない。例えば、複数の四角形などの多角形状や円形状の孔が配列されていてもよいし、複数のスリット状の孔であってもよい。さらに、防水のために、撥水加工がされていてもよい。
電子部品付き樹脂筐体10の製造方法の一例について図5~図7を用いて説明する。
第1型100および電子部品実装フィルム30と第2型200との間にキャビティ250が形成されている。第2型200には、電子部品実装フィルム30のメッシュ部材36aに対向して突出したピン210が設けられている。ピン210は、成形品20Cのスピーカー穴20CHを形成するためのものである。
(6-1)変形例1
上記第1実施形態では、補強層36の形成領域は、その形成領域内にスピーカー33の実装領域をすべて含んでいる場合を図示して説明したが、補強層36の形成領域はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、補強層36の形成領域が、スピーカー33の実装領域の一部であってもよい。
上記第1実施形態では、回路パターン層32は、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面のみに形成されている場合を図示して説明したが、回路パターン層32の形成の仕方はこれに限定されない。例えば、回路パターン層32は、ベースフィルム31の両面に形成されていてもよい。
上記第1実施形態では、回路パターン層32は、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面のみに形成されている場合を図示して説明したが、回路パターン層32の形成の仕方はこれに限定されない。例えば、回路パターン層32は、ベースフィルム31の両面に形成されていてもよい。
なお、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面に形成され、スピーカー33と電気的に接続される回路パターン層32が、スルーホールを介してベースフィルム31の筐体20C側の面まで引き回されていてもよい。このとき、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面においては、回路パターン層32は、最短の場合はスピーカー33を実装するためのランドだけで構成されていてもよい。
上記第1実施形態では、電子部品実装フィルム30は、ベースフィルム31の筐体20C側の面が筐体20Cと直接一体化している場合を図示して説明したが、電子部品実装フィルム30と筐体20Cとの一体化はこれに限定されない。例えば、電子部品実装フィルム30と筐体20Cとの間に、接着層が介在していてもよい。
接着層としては接着剤や接着フィルムを用いることができる。接着剤の材料や接着層などの形成方法は、補強板の貼合で用いたものと同様である。
上記第1実施形態では、電子部品実装フィルム30は、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面に形成されている回路パターン層32が露出している場合を図示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ベースフィルム31の筐体20C側とは反対側の面に形成されている回路パターン層32が、少なくともスピーカー33を実装するために必要な領域を除いて、カバーフィルムで覆われていてもよい。なお、スピーカー33を実装するために必要は領域とは、スピーカー33およびその周辺でもよいし、スピーカー33との接続領域だけでもよい。また、スピーカー33を実装するために必要な領域以外にも、例えば、他の端子部も露出させることができる。いずれにしろ、カバーフィルムは、スピーカー33を実装するために必要な領域を除いて覆うので、本発明の補強層36の代わりは出来ない。
変形例5において、カバーフィルムは、回路パターン層32の一部を除いて回路パターン層32が外部に露出しないように接着剤により回路パターン層32を覆って貼着されている。カバーフィルムは、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリルフィルムなどで形成されている。
また、回路パターン層32がベースフィルム31の両面に形成されていている場合には、筐体20C側の回路パターン層32が、カバーフィルムで覆われていてもよい。また、両面に形成されている回路パターン層32のいずれもが、カバーフィルムで覆われていてもよい。
なお、筐体20C側の回路パターン層32をカバーフィルムで覆う場合、筐体20Cとの一体化を強固にするために、補強板の貼合で用いた接着層を設けるのが好ましい。
上記第1実施形態では、筐体20Cと電子部品実装フィルム30とが完全に一体化された場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電子部品実装フィルム30のスピーカー33が筐体20Cのスピーカー穴20CHに対して正確な位置で固定されるのであれば、電子部品実装フィルム30の一部が筐体20Cと一体化していなくてもよい。
一例として、電子部品実装フィルム30の一部が、回路パターン層32を有して筐体20Cの内面20Caから離れて自由となっていてもよい。すなわち、電子部品実装フィルム30の一部を、FPC(Flexible printed circuits)として機能させることもできる。この場合、電子部品付き樹脂筐体10の製造時に、第1型100に電子部品実装フィルム30の筐体20Cから自由となる部分を収納させるようにする。
上記第1実施形態では、電子部品付き樹脂筐体10に電子部品としてスピーカー33を実装する場合について説明したが、実装する電子部品はこれに限定されない。例えば、電子部品としてマイクを実装してもよい。この場合、筐体20Cのスピーカー穴20CHは、マイク穴となる。
上記第1実施形態では、電子部品付き樹脂筐体10が組み込まれた電気製品はスマートウオッチ60であったが、本発明が適用される電気製品はスマートウオッチ60に限られるものではない。例えば、スマートグラス、ノートパソコン、タブレット端末、スマートフォン、ゲーム機、その他の各種家電製品や自動車内装品などであってもよい。したがって、筐体20Cの形状も第1実施形態の形状に限定されない。
上記第1実施形態では、筐体20Cと電子部品実装フィルム30とを一体化する製造工程において、スピーカー33のみが、第1型100のポケット110内に収納される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、前述の特願2020-202467にも記載の通り、スピーカー33が、衝撃吸収層40とともに第1型100のポケット110を満たすように、ポケット110内に収納されていてもよい(図16参照)。
衝撃吸収層40の材料は、例えば、1)優れた耐熱性とクッション性を有する材料、2)ホットメルト材料などを用いることができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体について、図11を用いて説明する。第2実施形態は、補強層36が補強板ではなく、硬化塗膜からなる点で第1実施形態と異なる。
塗布方法としては、ポッティング法のほか、ディスペンサー法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、パッド印刷、インクジェット法、オフセット印刷法などの通常の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法、ダイコート法などが挙げられる。硬化塗膜の膜厚は50μm以上で筐体20Cの肉厚の二分の一以下が好ましい。硬化塗膜の膜厚が筐体20Cの二分の一を超えると、溶融樹脂300の樹脂圧を受ける硬化塗膜の側面面積が大きいため、補強板の位置ズレや溶融樹脂300の充填不良が起こる。硬化塗膜の膜厚が50μmに満たないと、硬化塗膜が十分な強度を得られず、溶融樹脂300の樹脂圧によってスピーカー33の構造部材内にベースフィルム31を介して溶融樹脂300が侵入する。
次に、本発明の第3実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体について、図12~図13を用いて説明する。第2実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体が第1実施形態の電子部品付き樹脂筐体と異なるのは、補強層36が層内にメッシュ部材36Mを有しておらず、補強層36にメッシュ部材34が積層されている点である。図13中、図13(a)は補強層36とメッシュ部材34の積層体の平面図であり、図13(b)はその断面図(図13(a)のC-C線断面)である。
メッシュ部材34の固定には、接着層を用いることができる。接着剤の材料や接着層などの形成方法は、補強板の貼合で用いたものと同様である。
なお、図12に示す例では、補強層36の筐体12C側にメッシュ部材34が積層されているが、補強層36とベースフィルム31の間にメッシュ部材34が積層されてもよい。
次に、本発明の第4実施形態に係る電子部品付き樹脂筐体の製造方法について、図14を用いて説明する。第4実施形態は、筐体20Cからベースフィルム31までの積層体を貫通する開口部および開口部からの埃や塵の侵入を保護するメッシュ部材36Mを有していない点で、第1実施形態と異なる。
例えば、スピーカー33やマイク以外の電子部品を実装する場合、音波を透過させるための経路は不要である。例えば、電子部品がIRセンサやLEDの場合、その表面を光透過可能な筐体20Cで完全に被覆してもよい。
20A,20B,20C,50 筐体
20Ca,50a 内面
20CH,50H スピーカー穴
30 電子部品実装フィルム
31 ベースフィルム
31H 貫通穴
32,52 回路パターン層
33,53 スピーカー(電子部品の例)
34,54 メッシュ部材
36 補強層
36М メッシュ部材
36H 貫通穴
40 衝撃吸収層
51 基板
55 電子部品実装基板
56 粘着剤
60 スマートウオッチ
65 表示パネル
100 第1型
110 ポケット
120 吸引孔
130 注入口
200 第2型
210 ピン
250 キャビティ
300 溶融樹脂
331 МEМSチップ
332 ICチップ
333 振動膜
334 セラミック基板
335 音孔
336 端子電極
337 はんだボール
338 カバー
Claims (10)
- 樹脂製である、電気製品の筐体と、
前記筐体の内面に沿って配置されているベースフィルムと、前記ベースフィルムの少なくとも前記筐体側とは反対側の面に形成されている回路パターン層と、前記ベースフィルムの前記筐体側とは反対側の面にのみ前記回路パターン層と接続されて実装されている電子部品と、前記ベースフィルムの前記筐体側に前記電子部品と対向しかつ前記ベースフィルムの前記電子部品付近と重複するように形成されている補強層とを有し、前記電子部品が前記筐体内に埋没することなく前記筐体に一体化している電子部品実装フィルムとを備えている電子部品付き樹脂筐体であって、
前記電子部品付き樹脂筐体がインサート成形物である、電子部品付き樹脂筐体。 - 前記補強層が、前記ベースフィルムに貼り合わせられた補強板からなる、請求項1の電子部品付き樹脂筐体。
- 前記補強板の材料が、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、金属のいずれかである、請求項2の電子部品付き樹脂筐体。
- 前記補強層が、UV硬化性樹脂または熱硬化性樹脂の硬化塗膜からなる、請求項1の電子部品付き樹脂筐体。
- 前記補強層が、層内部にメッシュ部材を含む、請求項2~4のいずれかの電子部品付き樹脂筐体。
- 前記筐体から前記ベースフィルムまでの積層体を貫通する開口部を有しており、
前記補強層における前記開口部を構成する貫通穴と少なくとも重複するように、前記補強層内に前記メッシュ部材が存在する、請求項5の電子部品付き樹脂筐体。 - 前記補強層の形成領域が、その形成領域内に前記電子部品の実装領域をすべて含む、請求項1~6のいずれかの電子部品付き樹脂筐体。
- 前記補強層の形成領域が、前記電子部品の実装領域の一部である、請求項1~6のいずれかの電子部品付き樹脂筐体。
- ベースフィルムと、前記ベースフィルムの少なくとも一方の面に形成されている回路パターン層と、前記ベースフィルムの一方の面において前記回路パターン層と接続されて実装されている電子部品と、前記ベースフィルムの他方の面に前記電子部品と対向して形成されている補強層とを有している電子部品実装フィルムを用意し、
前記電子部品実装フィルムの前記電子部品を実装した面が第1型に面し、かつ、前記電子部品が前記第1型のポケットに収まるように、前記電子部品実装フィルムを前記第1型にセットし、
前記第1型と第2型とを型締めして、前記第1型および前記電子部品実装フィルムと前記第2型との間にキャビティを形成し、
前記キャビティに溶融樹脂を射出して筐体を成形するとともに、前記電子部品が前記筐体内に埋没していない状態で、前記筐体の内面に沿って前記電子部品実装フィルムを一体させる、電子部品付き樹脂筐体の製造方法。 - 前記補強層の形成領域が、前記ポケットの形成領域をすべて含む、請求項9の電子部品付き樹脂筐体の製造方法。
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