JP7458836B2 - 電子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が実装された基板を有する電子モジュールに関する。

コンデンサなどの電子部品を異物から保護する技術として、電子部品をケースに収納してケース内を充填物で封止する、又は電子部品をエポキシ樹脂にディッピングして外装を形成する、という技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４－１２５１８号公報

特許文献１に例示されるような、ケース又は樹脂外装によって保護された電子モジュールは、様々な環境で使用されうる。例えば、電子モジュールは、湿度の高い空間、塩分を含んだ空気が流通する空間、又は腐食性ガスが流通する空間などで使用されることがあり、電子部品及びこれに接続されるリード線の、水、塩分及び腐食性ガスによる腐食を、長期間にわたって防ぐことが望まれる。

また、特許文献１に例示されるような電子モジュールは、限られたスペースに組み込まれることもある。小さな収納スペースの筐体に電子モジュールを組み込む際には、電子モジュールのリード線が曲げられたり、電子モジュールが押し込まれたり、といったことが生じうる。特許文献１に示されたエポキシ樹脂のディッピングによって外装が形成された電子モジュールは、筐体へ組み込まれる際にリード線が曲げられると、リード線とその周囲の外装との間に隙間ができやすい。また、エポキシ樹脂のディッピングによって形成された外装は、固いため、電子モジュールが筐体へ組み込まれる際に強く押し込まれると、外装にひび割れが生じやすい。このようにして生じた隙間は、水、塩分及び腐食性ガスの侵入経路となってしまう。したがって、水、塩分、及び腐食性ガス等の異物が電子部品に接触しにくい電子モジュールが望まれていた。

本発明は、上記のような課題を背景とした発明であり、電子部品への異物の接触を抑制できる電子モジュールを提供するものである。

本発明に係る電子モジュールは、電子部品と、前記電子部品が実装された基板と、前記電子部品と電気的に接続されるようにして前記基板に取り付けられた端部を有するリード線と、一面に開口を有し、前記電子部品、前記基板、及び前記リード線の一部を収容するケースと、前記ケース内に充填された充填物とを備え、前記基板が前記ケースに収納された状態において、前記リード線の前記端部及び前記端部に連なる第１部分が前記ケース内に収容され、前記リード線の前記第１部分に連なる第２部分が前記開口から前記ケースの外に出ており、前記基板の端部には切欠きが設けられ、前記リード線の前記第１部分の一部が前記切欠きに配置されていて、前記基板の厚み方向において、前記第１部分の前記一部は前記切欠きと重なっており、前記第１部分の前記一部と前記切欠きが設けられた前記基板の端面との間の空間に、前記充填物が充填されているものである。

本発明によれば、電子部品が実装された基板と、この基板に取り付けられたリード線の一部とが、ケースに収容され、ケース内には充填物が充填される。そして、基板に設けられた切欠きにリード線の一部が配置されている。ケース内のリード線と基板の切欠きとが重なっていることにより、切欠きがない場合と比べて多くの充填物によってリード線の周囲が封止され、リード線の周囲からの異物の侵入が抑制される。このため、ケース内の電子部品への異物の接触を抑制することができる。

実施の形態に係る電子モジュールの平面図である。 実施の形態に係る電子モジュールのケースの構成を説明する図である。 実施の形態に係る電子モジュールのケースの斜視図である。 実施の形態に係る電子モジュールの正面図である。

実施の形態．
（電子モジュール１の構造）
図１は、実施の形態に係る電子モジュール１の平面図である。電子モジュール１は、基板２と、基板２に取り付けられたリード線１０と、リード線１０の一部及び基板２を収容するケース２０とを備えている。ケース２０の一面には開口２９が形成されており、この開口２９からリード線１０の一部がケース２０の外に出ている。図１では、ケース内に収容された基板２及びリード線１０を、破線で示している。

ここで、図１及びこれ以降の説明において、ケース２０の開口２９とこれに対向する面とを結ぶ方向を、ケース２０の前後方向、又は奥行き方向と称する。図１では、紙面上下方向とケース２０の奥行き方向とが一致している。

基板２には、電子部品４が実装されている。電子部品４は、例えば、コンデンサ、抵抗、ダイオード、メモリ等の電気回路部品である。本実施の形態では、基板２の平板面のうち、電子部品４が実装された面を、実装面と称する。また、基板２の実装面の反対側の面を、非実装面と称する。

基板２には、切欠き３が形成されている。切欠き３は、ケース２０に収容された状態の基板２において、ケース２０の開口２９側の端部に設けられている。切欠き３は、基板２に取り付けられたリード線１０と同数設けられている。本実施の形態では、２本のリード線１０が設けられており、２つの切欠き３が基板２に設けられている。基板２に切欠き３が設けられていることにより、平面視において基板２の開口２９側の辺は、階段状になっている。つまり、切欠き３は、平面視において矩形の基板から図１の基板２のように階段状になるように切り取った部分を指す。ここで、基板２のうち、２つの切欠き３の間の部分を、突出部２ａと称する。切欠き３の奥行き方向の長さは、例えば、５ｍｍ程度とすることができる。

リード線１０は、基板２に実装された電子部品４と電源とを電気的に接続するための電線である。本実施の形態のリード線１０は、端部１１と、第１部分１２と、第２部分１３とで構成されている。端部１１は、リード線１０のうち基板２に取り付けられた部分である。端部１１は、はんだ等によって基板２に取り付けられている。第１部分１２は、リード線１０のうち、端部１１に連なる部分であってケース２０に収容された部分である。第２部分１３は、リード線１０のうち、第１部分１２に連なる部分であってケース２０の外に出ている部分である。本実施の形態のリード線１０は、端部１１及び第１部分１２がケース２０内に収容され、第２部分１３がケース２０の外に位置する。リード線１０の外周は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の絶縁材料で構成された被覆１４で覆われている。

ケース２０の後部には、ケース２０の内側に凹んだ凹部３１が形成されている。凹部３１については、後述する。また、ケース２０内には、後述する充填物５が充填されている。

（ケース２０の構造）
図２は、実施の形態に係る電子モジュール１のケース２０の構成を説明する図である。図２（ａ）はケース２０の平面図、図２（ｂ）はケース２０の側面図、図２（ｃ）はケース２０の背面図である。図３は、実施の形態に係るケース２０の斜視図である。図４は、実施の形態に係る電子モジュール１の正面図である。図１～図４を参照して、ケース２０の構造を説明する。

ケース２０は、上壁２１と、上壁２１と対向する底２２と、底２２から起立して上壁２１に至る右側及び左側の側壁２３と、上壁２１、底２２及び側壁２３に連なる後壁２４とを備える。上壁２１と、底２２と、左右一対の側壁２３と、後壁２４とによって、図１で示した基板２が収容される収容空間が形成されている。ケース２０の開口２９は、後壁２４に対向している。上壁２１と側壁２３と後壁２４とによって挟まれた角を、角２７と称する。

上壁２１は、基板２の実装面と対面しており、基板２の実装面に概ね沿って延びている。すなわち基板２の実装面は、上を向いている。本実施の形態の上壁２１の上面は、開口２９から後壁２４に向かって下降している。また、上壁２１には、上へ突出した凸部２１１が形成されている。凸部２１１は、上壁２１の開口２９側の端部から後壁２４側の端部に至る領域に前後方向に沿って設けられている。図４に示すように、凸部２１１は、上壁２１の上面及び下面の両方を上へ隆起させて形成されている。したがって、凸部２１１の下側には、凸部２１１以外の領域よりも高さのある空間が形成されている。この凸部２１１の下に、基板２に実装された電子部品４の一部が収容されている。凸部２１１の突出高さは、電子部品４の高さに応じて設定される。このように、電子部品４の高さに合わせて、上壁２１のうちの一部のみに凸部２１１を設けることで、上壁２１の高さを最高位の電子部品４の高さに合わせるよりも、ケース２０を小型化することができる。また、上壁２１の一部を隆起させた凸部２１１を設けて上壁２１に段差を形成することで、平坦な上壁２１と比べて上壁２１の強度を向上させることができる。なお、複数の電子部品４の高さが均一である場合には、上壁２１に凸部２１１を設けなくてもよい。

凸部２１１の後ろ側の領域には、前から後ろに向かって下降した凸部傾斜面２１２を有する。凸部傾斜面２１２の左右の幅は、後部側ほど狭くなっている。また、上壁２１のうち、凸部傾斜面２１２の左右の領域には、前から後ろに向かって下降した傾斜面２１３が設けられている。凸部傾斜面２１２と傾斜面２１３は、底２２に対する傾斜角度が概ね同じである。図２（ｂ）及び図３に示されるように、ケース２０の後部は、後壁２４に向かって高さが小さくなっている。このような傾斜をケース２０の先端に設けることで、ケース２０を小型化できるとともに、電子モジュール１を設置する際に作業者がケース２０を設置スペースに挿入しやすい。

底２２の内面（以降、ケース２０における内側を示す）には、第１リブ２５が設けられている。第１リブ２５は、底２２の内面からケース２０の内部に向かって突出している。第１リブ２５は、底２２の内面において、ケース２０の前後方向に沿って延びている。第１リブ２５の一端は、後壁２４の内面に接しており、第１リブ２５の他端は、開口２９よりも後ろ側に位置している。すなわち、第１リブ２５は、開口２９には到達しておらず、第１リブ２５の開口２９側の端部と開口２９との間の底２２の内面には、第１リブ２５が設けられていない領域がある。図２（ｂ）に示すように、第１リブ２５の開口２９側の端部において、底２２からの突出量は一定ではなく、開口２９に近いほど突出量が小さくなっている。第１リブ２５の開口２９側の端部において、突出量が変化している部分を傾斜部２５１と称する。傾斜部２５１は、後側から開口２９側に向かって底２２に近づくように下降している。本実施の形態では、２条の第１リブ２５が設けられた例を示しているが、第１リブ２５の数はこれに限定されない。

左右の側壁２３の内面には、第２リブ２６が設けられている。第２リブ２６は、側壁２３の内面からケース２０の内部に向かって突出している。第２リブ２６は、側壁２３の内面において、ケース２０の前後方向に沿って延びている。第１リブ２５に載置された基板２の上下方向の位置と、第２リブ２６の上下方向の位置とは、一致している。すなわち、図４に示すように、基板２と同じ高さに、第２リブ２６が設けられている。第２リブ２６の一端は、後壁２４の内面に接しており、第２リブ２６の他端は、開口２９よりも後ろ側に位置している。すなわち、第２リブ２６は、開口２９には到達しておらず、第２リブ２６の開口２９側の端部と開口２９との間における、側壁２３の内面には、第２リブ２６が設けられていない領域がある。第２リブ２６の開口２９側の端部において、側壁２３からの突出量は一定ではなく、開口２９に近いほど突出量が小さくなっている。第２リブ２６の開口２９側の端部において、突出量が変化している部分を傾斜部２６１と称する。傾斜部２６１は、後部側から開口２９側に向かって側壁２３に近づくように傾斜している。

ケース２０の左右の角２７の外表は、凹んでおり、当該凹んだ部分を凹部３１と称する。ケース２０の外表面を凹ませることで、ケース２０を小型化している。

ケース２０の左右の角２７の内側には、図４に示すように、ケース２０の内側に向かって突出した第３リブ２８が設けられている。第３リブ２８は、上壁２１の内面から下へ向かって突出するとともに、側壁２３の内面からケース２０の内側へ向かって突出し、また後壁２４の内面から開口２９側に向かって突出している。第３リブ２８の下端は、ケース２０内に基板２が収容されたときに基板２の実装面に実質的に接触する位置にある。このため、第３リブ２８は、基板２を上下方向に位置決めすることができる。本実施の形態において、第３リブ２８は、凹部３１と対応する位置に設けられている。すなわち、角２７において、ケース２０の外郭を内側に凹ませることで、ケース２０の外表面においては凹部３１を形成し、ケース２０の内面には第３リブ２８を形成している。

ケース２０の後壁２４の内面には、ケース２０の内側、すなわち開口２９側に向かって突出する第４リブ３２が設けられている。第４リブ３２は、本実施の形態では、２条設けられているが、第４リブ３２の数はこれに限定されない。また、本実施の形態では、第４リブ３２は、第１リブ２５の延長線上に位置している。第１リブ２５と後壁２４との接触位置の上に、第４リブ３２が設けられており、図２（ｂ）に示すように第１リブ２５と第４リブ３２とで側面視にてＬ字状をなしている。

ケース２０は、金型を用いた射出成形によって製造されうる。この場合、金型からケース２０を取り出しやすくするために、ケース２０の外形に抜きテーパー（抜き勾配）を設けるとよい。ケース２０の外形に設ける抜きテーパーの角度は、例えば２度程度である。また、第１リブ２５、第２リブ２６及び第３リブ２８の外表面にも、抜きテーパーを形成するとよい。

（ケース２０、基板２及びリード線１０の配置関係）
図４を参照して、ケース２０、基板２及びリード線１０の上下方向及び左右方向の位置関係を説明する。ケース２０の内部において、第１リブ２５の上に基板２が載置されている。基板２の非実装面が、第１リブ２５の上面と接している。基板２と底２２との間には、第１リブ２５の高さ分の隙間３０が設けられている。

基板２の左右の端部は、第２リブ２６と接している、又は第２リブ２６に近接している。第２リブ２６は、基板２を左右方向に位置決めしている。

第３リブ２８の下面には、基板２の後部側の実装面と接している、又は基板２の後部側の実装面と近接している。第３リブ２８は、基板２を上下方向に位置決めしている。

図４において、基板２の切欠き３と対応する位置に、リード線１０が配置されている。より詳しくは、基板２の厚み方向において、切欠き３と重なる位置に、リード線１０の一部が配置されている。基板２の左右方向において、リード線１０と、切欠き３とが重なる位置に配置されている。

基板２及びリード線１０の一部を収容したケース２０内には、充填物５が充填されている。充填物５は、基板２、基板２に実装された電子部品４及びリード線１０を固定するとともに、ケース２０内への水、塩分又はガス等の異物の侵入を防ぐ部材である。充填物５は、例えば、合成樹脂である。より好ましくは、充填物５は、柔軟性及び対薬品性を有するエポキシやポリウレタン等の合成樹脂である。

（電子モジュール１の製造方法）
次に、実施の形態に係る電子モジュール１の製造方法を説明する。

（１）電子部品４が実装され、かつリード線１０が取り付けられた基板２を準備する。ここで、基板２には、図１で示したように左右の両端に切欠き３が設けられている。リード線１０の端部１１は、基板２の前後方向における切欠き３の延長線上に、取り付けられている。リード線１０のうち端部１１に連なる部分は、基板２を平面視したときに切欠き３と重なる位置に配置されている。すなわち、リード線１０のうち端部１１に連なる部分は、基板２を平面視したときに基板２と重なっていない。

（２）空のケース２０に、充填物５の一部を入れる。ここで入れる充填物５は、次の工程において挿入される基板２を一時的に保持するために使用される。充填物５の充填量の目安として、ケース２０の第４リブ３２を目盛りとして用いてもよい。たとえば、開口２９が上に向くように配置したケース２０に充填物５を入れる場合、第４リブ３２の開口２９側の端部の位置まで、充填物５を入れる。このように第４リブ３２を、充填物５を入れるときの目盛りとすることで、他に目盛りを設けたり、予め充填量を量ったりする必要がなく、所望の充填量を容易に充填することができる。

（３）電子部品４が実装され、かつリード線１０が取り付けられた基板２を、充填物５の一部が入れられたケース２０内に挿入する。ケース２０内には、予め少量の充填物５が入れられているため、その充填物５の摩擦力によって基板２がケース２０内でぐらつきにくい。ケース２０の側壁２３の内面には、第２リブ２６が突出しており、基板２がケース２０内に挿入されるときには、基板２の左右の端面は、第２リブ２６の先端に案内される。基板２のケース２０内への挿入が進められると、基板２の後部の実装面は、ケース２０内における第３リブ２８の表面に接し、第３リブ２８によって上下方向に位置決めされる。また、基板２の後部の先端は、第４リブ３２に接し、第４リブ３２によって前後方向に位置決めされる。基板２は、リード線１０が開口２９から外へ出るようにして、ケース２０内に収容される。ケース２０の底２２に設けられた第１リブ２５の上に、基板２の非実装面が載置される。

（４）ケース２０内に基板２及びリード線１０の第１部分１２が収容された状態において、開口２９から基板２内に液状の充填物５を充填する。ケース２０の底２２の内面には、第１リブ２５が設けられていることにより、基板２と底２２との間には隙間３０がある。液状の充填物５は、この隙間３０にも充填されるため、基板２の非実装面にも充填物５を行き渡らせることができる。例えば、第１リブ２５が設けられていない場合には、固い基板２とケース２０の底２２とが面で接することになるので、基板２と底２２との間には充填物５が入り込みにくいが、本実施の形態ではそのような不具合がない。また、本実施の形態では、後壁２４の内面に、開口２９側に向かって突出する第４リブ３２が設けられている。このため、第４リブ３２の表面に基板２の後端が接触するようにして基板２がケース２０に収容されると、基板２の後端面と後壁２４の内面との間には、隙間が形成される。この隙間にも充填物５が充填されるため、基板２及びこれに取り付けられたリード線１０が充填物５によってより強固に保持される。

また、左右方向において２本のリード線１０の間に、基板２の突出部２ａが位置している。このため、ケース２０内に充填物５を充填する際に充填物５が流動するが、この流動する充填物５によるリード線１０の左右への過度な揺れを抑制できる。すなわち、充填物５の流動によってリード線１０に力が加わっても、２つの切欠き３の間にある突出部２ａがリード線１０の移動を妨げるので、リード線１０が所望の位置に保持される。

なお、第１リブ２５と第２リブ２６のいずれか又は両方の開口２９側の端部の位置を、ケース２０の充填物５の充填量を示す目盛りとして使用してもよい。すなわち、充填物５の充填量に応じて、第１リブ２５と第２リブ２６のいずれか又は両方の開口２９側の端部の位置を定めてもよい。このようにすることで、別の目盛り等の構成を設けなくても、ケース２０への充填物５の充填量を統一することができる。

（５）ケース２０内に充填された液状の充填物５に対し、硬化処理を施す。硬化処理は、充填物５の材料に応じた処理が採用される。たとえば、充填物５が熱硬化性の樹脂である場合には、充填物５が所定の温度で所定の時間加熱される。

上記の工程（１）～（５）が実施されることで、電子モジュール１が製造される。

以上のように、本実施の形態の電子モジュール１は、電子部品４が実装された基板２の一部に切欠き３が設けられている。基板２にはリード線１０の端部１１が取り付けられており、リード線１０のうち端部１１に連なる部分は、ケース２０内に収容されている。このケース２０内に収容されているリード線１０の第１部分１２の一部は、切欠き３と重なる位置に配置されている。すなわち、リード線１０の第１部分１２の一部は、平面視において基板２と重なっていない。このため、リード線１０の第１部分１２の一部の周囲には空間があり、基板２には接していない。したがって、ケース２０に充填剤が充填された状態において、第１部分１２の周囲は充填剤に覆われ、第１部分１２がより強固に保持される。また、基板２の一部を切り欠いて基板２の体積を減らすことで、ケース２０内に充填する充填物５の量を増やすことができる。充填量を増やすことで、充填物５によるケース２０内の封止性能が高まり、水、塩分又はガス等の異物の侵入をより強固に抑制することができる。また、基板２の一部を切欠いて、リード線１０の第１部分１２を長くすることにより、リード線１０と充填物５との接触面積及び奥行き方向の接触距離を大きくできる。そのため、リード線１０に力が加わり、開口２９付近でリード線１０と充填物５が剥がれて、隙間ができたとしても、基板２付近まで隙間ができることがなく、異物の侵入をより強固に抑制することができる。

また、本実施の形態のケース２０の底２２の内面には、開口２９側から後壁２４側に向かって延びる第１リブ２５が設けられている。このため、第１リブ２５の上に基板２が載置されると、基板２と底２２との間に隙間３０が形成される。この隙間３０に充填物５が充填されることで、基板２の非実装面が充填物５で覆われ、基板２への水、塩分、ガス等の異物の接触をより抑制することができる。

また、本実施の形態のケース２０の側壁２３の内面には、開口２９側から後壁２４側に向かって延びる第２リブ２６が設けられている。第２リブ２６の開口２９側の位置を、充填剤の充填量を示す目盛りとして使用することができ、適量の充填が容易になる。

本実施の形態で説明した電子モジュール１は、火災感知器と火災受信機との間を伝送線で接続してこの伝送線を介して火災信号を含む伝送信号を送受信する火災監視システムに適用されうる。より具体的には、電子モジュール１は、火災受信機からみて最遠端に接続されて伝送線における断線を監視する終端器として利用されうる。この場合、電子モジュール１は、電子部品４として、電送線に電気的に接続されたコンデンサを含み、このコンデンサによって伝送線に電圧が保持されているか否かが検出される。終端器としての電子モジュール１は、例えば、火災感知器の筐体内に収容される。本実施の形態の電子モジュール１は、凸部傾斜面２１２、傾斜面２１３及び凹部３１を備えることによってケース２０が小型化されているので、火災感知器の限られた筐体スペースに組み込みやすい。また、凸部傾斜面２１２及び傾斜面２１３を設けることでケース２０の後部の先端が先細り形状になっているので、電子モジュール１の収容先のスペースにケース２０の後部の先端を差し込みやすい。また、基板２に切欠き３が設けられていて、リード線１０の第１部分１２の全周が充填物５によって覆われており、リード線１０が充填物５によってより強固に保持されている。このため、電子モジュール１を火災感知器の限られたスペースに組み込む際に、リード線１０の第２部分１３が曲げられても、充填物５とリード線１０との間には隙間ができにくく、当該隙間からの異物の侵入が抑制される。

なお、ケース２０の内側には、ケース２０内に収容された基板２が開口２９から外へ出るのを規制するための突起を設けてもよい。

１ 電子モジュール、２ 基板、２ａ 突出部、３ 切欠き、４ 電子部品、５ 充填物、１０ リード線、１１ 端部、１２ 第１部分、１３ 第２部分、１４ 被覆、２０ ケース、２１ 上壁、２２ 底、２３ 側壁、２４ 後壁、２５ 第１リブ、２６ 第２リブ、２７ 角、２８ 第３リブ、２９ 開口、３０ 隙間、３１ 凹部、３２ 第４リブ、２１１ 凸部、２１２ 凸部傾斜面、２１３ 傾斜面、２５１ 傾斜部、２６１ 傾斜部。

Claims (2)

1. 電子部品と、
   前記電子部品が実装された基板と、
   前記電子部品と電気的に接続されるようにして前記基板に取り付けられた端部を有するリード線と、
   一面に開口を有し、前記電子部品、前記基板、及び前記リード線の一部を収容するケースと、
   前記ケース内に充填された充填物とを備え、
   前記基板が前記ケースに収納された状態において、前記リード線の前記端部及び前記端部に連なる第１部分が前記ケース内に収容され、前記リード線の前記第１部分に連なる第２部分が前記開口から前記ケースの外に出ており、
   前記基板の端部には切欠きが設けられ、
   前記リード線の前記第１部分の一部が前記切欠きに配置されていて、前記基板の厚み方向において、前記第１部分の前記一部は前記切欠きと重なっており、
   前記第１部分の前記一部と前記切欠きが設けられた前記基板の端面との間の空間に、前記充填物が充填されている
   電子モジュール。
2. 前記ケースは、
   前記基板の前記電子部品の実装面に沿って延びる上壁と、
   前記上壁と対向する底と、
   前記底から起立して前記上壁に至る一対の側壁と、
   前記上壁、前記底及び前記一対の側壁に連なる後壁とを有し、
   前記開口は、前記後壁に対向しており、
   前記底の内面には、前記開口側から前記後壁側に向かって延びる第１リブが設けられ、
   前記一対の側壁それぞれの内面には、前記開口側から前記後壁側に向かって延びる第２リブが設けられ、
   前記側壁と前記上壁と前記後壁とに挟まれた角には、前記ケースの内側に突出した第３リブが設けられており、
   前記第１リブの上に前記基板が載置され、
   一対の前記第２リブの間に前記基板が配置され、
   前記第３リブの下面の下に前記基板が配置されている
   請求項１記載の電子モジュール。

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