WO2024111132A1 - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

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electronic component
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徹 引頭
修平 瀬山
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device and a method for manufacturing an electronic device.
  • the circuit board and the electronic components mounted on the board are housed in a case to ensure robustness and EMC measures (for example, Patent Publication No. 5528641).
  • Some electronic devices as described above are manufactured by placing electronic components inside a case, and then placing a board on top of the electronic components.
  • the electronic components are fixed in the case in advance with screws, so that they are positioned with the board that will be housed later.
  • manufacturing costs increase due to the need to process screw holes for positioning and increase the number of screws.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide an electronic device and a method for manufacturing an electronic device that facilitates the positioning of the board and electronic components housed in the case, while also reducing manufacturing costs.
  • the electronic device comprises a substrate, an electronic component mounted on the substrate, and a case that houses the substrate and the electronic component, and the case has a positioning portion on a surface facing the mounting surface of the substrate on which the electronic component is mounted, which is capable of positioning and arranging the electronic component before the electronic component is mounted on the substrate.
  • the method for manufacturing an electronic device is a method for manufacturing an electronic device comprising a substrate, an electronic component mounted on the substrate, and a case for accommodating the substrate and the electronic component, the case having a positioning portion on a surface facing the mounting surface of the substrate on which the electronic component is mounted, capable of positioning and arranging the electronic component before the electronic component is mounted on the substrate, the method comprising the steps of arranging the electronic component in the case while positioned by the positioning portion, and arranging the substrate from above the electronic component positioned and arranged in the case.
  • the case has a positioning portion on the surface facing the mounting surface of the board on which the electronic component is mounted.
  • This positioning portion can position and arrange the electronic component before it is mounted on the board. Therefore, the electronic component can be positioned with respect to the board to be accommodated later without having to be fixed in place by screws inside the case, which makes it easier to position the board and electronic component and reduces manufacturing costs.
  • the electronic components are positioned in the case by the positioning parts, and then the board is placed on top of the electronic components. This makes it possible to position the electronic components with the board that will be housed later without having to screw them into the case, which makes it easier to position the board and electronic components and reduces manufacturing costs.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the case according to the embodiment, seen from above.
  • 4 is an enlarged plan view showing a state in which the electronic component according to the embodiment is placed on a positioning part.
  • FIG. 4C is a schematic diagram for explaining the manufacturing process of an electronic device, in which (A) shows the process of arranging an electronic component in a positioning portion, (B) shows the process of stacking the board from above the electronic component, (C) shows the process of flipping the case upside down and mounting the electronic component on the board by flow soldering, and (D) shows the process of flipping the case upside down again after the process of FIG. 4C to return it to its original position.
  • 1 is a cross-sectional side view of an electronic device according to an embodiment of the present invention, showing a state after an electronic component has been mounted on a substrate.
  • 1 shows a first modified example of a positioning portion according to this embodiment, in which (A) is a plan view showing an electronic component placed in the positioning portion before being mounted on a substrate, and (B) is a side cross-sectional view showing the electronic component after being mounted on the substrate.
  • a second modified example of the positioning portion according to this embodiment is shown, in which (A) is a plan view showing the state in which an electronic component is placed in the positioning portion before being mounted on a substrate, and (B) is a side cross-sectional view showing the state after the electronic component has been mounted on the substrate.
  • the electronic device 1 constitutes, for example, an ECU (Electronic Control Unit) mounted on a vehicle (not shown).
  • the electronic device 1 controls the operation of the on-board equipment based on information from various sensor devices mounted on the vehicle.
  • the electronic device 1 comprises a substrate 2, a number of electronic components mounted on the substrate 2, and a case 12 that houses the substrate 2 and the number of electronic components.
  • FIG. 1 illustrates a semiconductor element 3 and two connectors 15, 17 as an example of the number of electronic components.
  • the semiconductor element 3 corresponds to an example of an "electronic component" as described in the claims.
  • the substrate 2 has mounting surfaces on both the top and bottom, and a wiring pattern (not shown) made of, for example, copper foil is formed on each mounting surface.
  • the wiring pattern electrically connects multiple electronic components mounted on the substrate 2 to form the circuit of the electronic device 1.
  • the substrate 2 is formed in a rectangular plate shape and is housed in the case 12 with the plate thickness direction extending vertically.
  • Multiple through holes 21 are formed through the substrate 2, and terminals of multiple electronic components mounted on the substrate 2 are inserted into the through holes 21.
  • the multiple electronic components are electrically connected to the wiring pattern of the substrate 2 by soldering the terminals inserted into the through holes 21.
  • the substrate 2 is mounted with a control unit (not shown) including a plurality of circuit elements such as a CPU (Central Processing Unit), a semiconductor element 3, and a capacitor (not shown) as examples of a plurality of electronic components.
  • the semiconductor element 3 is mounted on the mounting surface on the lower surface of the substrate 2, and has a resin-molded main body 31 and a plurality of lead terminals 32 extending from the main body 31 toward the substrate 2.
  • the plurality of lead terminals 32 are inserted into through holes 21 from the lower side of the substrate 2 and are electrically connected to the wiring pattern of the substrate 2 by being soldered.
  • the semiconductor element 3 is also provided with electrodes 33 exposed on the opposing surface (the lower surface in FIG. 1) facing the bottom wall 12E of the case 12 (see FIG. 5).
  • Such a semiconductor element 3 can be configured, for example, as a field effect transistor (FET) constituting a regulator circuit or a switching element constituting an inverter circuit.
  • FET field effect transistor
  • the case 12 is a box-shaped member having an opening 13 that opens upward, and is formed from a metal such as aluminum or iron, for example.
  • the case 12 has a front wall portion 12A, a rear wall portion 12B, a left wall portion 12C, a right wall portion 12D, and a bottom wall portion 12E.
  • a first connector mounting portion 14 is formed in the left wall portion 12C of the case 12.
  • the first connector mounting portion 14 is an opening that penetrates the left wall portion 12C and opens upward.
  • a first connector 15 is mounted in the first connector mounting portion 14.
  • the first connector 15 has a housing 15A and a plurality of connection terminals 15B provided on the housing 15A. One end of the plurality of connection terminals 15B is inserted into a through hole 21 from the lower side of the board 2 and is soldered to be electrically connected to the wiring pattern of the board 2.
  • a cable connector that is electrically connected to the vehicle power source and on-board equipment (not shown) is connected to this first connector 15.
  • a second connector mounting portion 16 is formed in the right wall portion 12D of the case 12.
  • the second connector mounting portion 16 is an opening that penetrates the right wall portion 12D and opens upward.
  • a second connector 17 is mounted in the second connector mounting portion 16.
  • the second connector 17 has a housing 17A and a sensor terminal 17B provided in the housing 17A. One end of the sensor terminal 17B is inserted into a through hole 21 from the lower side of the board 2 and soldered to be electrically connected to the wiring pattern of the board 2.
  • a cable connector that is electrically connected to various sensor devices mounted on the vehicle is connected to this second connector 17.
  • a plurality of storage recesses 41, 42, 43 are formed in the bottom wall 12E of the case 12.
  • a plurality of electronic components arranged on the lower side of the board 2 are accommodated in the plurality of storage recesses 41, 42, 43.
  • a first storage recess 41 recessed in a substantially rectangular shape is formed on the left end side of the bottom wall 12E.
  • the first storage recess 41 accommodates one end portion of the first connector 15 arranged in the case 12.
  • a second storage recess 42 is formed on the right end side of the bottom wall 12E.
  • the second storage recess 42 accommodates one end portion of the second connector 17 arranged in the case 12.
  • a third storage recess 43 recessed in a substantially oval shape is formed on the center side of the bottom wall 12E adjacent to the first storage recess 41.
  • the third storage recess 43 accommodates, for example, a capacitor (not shown) mounted on the board 2.
  • a positioning portion 50 consisting of a pair of left and right protrusions 52, 52 is provided on the front end side of the bottom wall portion 12E. This positioning portion 50 is provided facing the mounting surface on the underside of the board 2, and during the manufacturing process, the semiconductor element 3 is placed on it before being mounted on the board 2. By placing the semiconductor element 3 on the positioning portion 50, it is positioned with respect to the board 2 which will be later housed in the case 12.
  • the pair of protrusions 52, 52 are shaped like protrusions protruding from the bottom wall 12E and are spaced apart in the left-right direction.
  • Each protrusion 52 has a first protrusion 521 that protrudes from the bottom wall 12E in the shape of a rectangular pedestal, and a second protrusion 522 that protrudes from the upper surface of the first protrusion 521 and is provided in a region higher than the height region of the first protrusion 521.
  • This second protrusion 522 forms a protrusion that is approximately T-shaped in plan view.
  • the two second protrusions 52, 52 are arranged symmetrically in the left-right direction and are configured to be convex toward each other toward the inside of the pair of protrusions 52, 52.
  • Each board support part 18 is provided at the four corners of the bottom wall part 12E, standing upward from the bottom wall part 12E.
  • Each board support part 18 forms a base surface for supporting the board in an area within the case 12 that is higher than the height area of the positioning part 50.
  • the board 2 is placed at a distance from the bottom wall part 12E of the case 12 by being housed within the case 12 with its four corners placed on the four board support parts 18.
  • the semiconductor element 3 shows a plan view of the semiconductor element 3 placed on the positioning portion 50 before being mounted on the substrate 2.
  • the semiconductor element 3 has a resin-molded main body 31.
  • a plurality of lead terminals 32 extend upward from the front end 31A and rear end 31B of the main body 31.
  • a pair of positioned portions 34, 34 having a concave shape are formed on the left end 31C and right end 31D of the main body 31.
  • the two positioned portions 34, 34 are formed by cutting out the left end 31C and right end 31D of the main body 31 into a substantially U-shaped shape in a plan view.
  • the two positioned portions 34, 34 penetrate in the vertical direction.
  • the two positioned portions 34, 34 are formed along the surface shape of the positioning portion 50 provided on the bottom wall portion 12E of the case 12, and in this embodiment, correspond to the convex shapes of the two second protrusions 522, 522.
  • the left and right ends of the underside of the main body 31 of the semiconductor element 3 are placed on the upper surfaces of the first protrusions 521, 521 of the positioning section 50.
  • the left and right ends 31C, 31D of the main body 31 closely face the inner surfaces of the second protrusions 522, 522, respectively.
  • the convex portions of the second protrusions 52, 52 are inserted into the insides of the two positioned portions 34, 34 that are concave on the main body 31. This restricts movement of the semiconductor element 3 in the front-rear and left-right directions.
  • the opening 13 of the case 12 is closed by a rectangular plate-shaped case cover 19.
  • the case cover 19 is made of metal, such as aluminum or iron, for example.
  • the case cover 19 is fixed to the upper ends of the front, back, left and right walls 12A to 12D of the case 12 using adhesive, screws, or the like.
  • an accommodation space is formed inside the case 12. This accommodation space is sealed by filling it with potting resin (not shown) after the board 2 and multiple electronic components mounted on the board 2 are accommodated inside the case 12.
  • the manufacturing process of the electronic device 1 will be described with reference to Figures 4(A) to 4(D).
  • the substrate 2 and the multiple electronic components mounted on the substrate 2 are housed in the case 12, and the substrate 2 and the lead terminals of the multiple electronic components are connected by soldering.
  • the first connector 15, the second connector 17, a capacitor (not shown), the semiconductor element 3, and other electronic components are arranged on the lower side of the substrate 2.
  • the first connector 15, the second connector 17, and the capacitor are accommodated in the first accommodating recess 41 to the third accommodating recess 43 formed in the bottom wall portion 12E of the case 12, and are positioned relative to the substrate 2 that will be accommodated later.
  • the semiconductor element 3 is positioned relative to the substrate 2 to be housed later by the positioning portion 50 provided on the bottom wall portion 12E of the case 12. Specifically, both left and right end sides of the main body portion 31 of the semiconductor element 3 are placed on the first protrusions 521, 521 of the positioning portion 50, and the convex portions of the second protrusions 522, 522 of the positioning portion 50 are inserted inside the positioned portions 34, 34 of the main body portion 31. In this state, the first protrusion 521 of the positioning portion 50 supports the semiconductor element 3 in a state separated from the bottom wall portion 12E of the case 12. In addition, the second protrusions 522, 522 restrict movement of the semiconductor element 3 in the front-rear and left-right directions.
  • the board 2 is placed on top of the electronic components in the case 12.
  • the board 2 is supported at a predetermined height by the four board supports 18 in the case 12.
  • the terminals (32, 15B, 17B) extending from the electronic components on the lower side of the board 2 are inserted into the through holes 21 of the board 2.
  • a clearance is provided between the body 31 of the semiconductor element 3 and the board 2 to allow the semiconductor element 3 to move in the height direction. Therefore, the semiconductor element 3 is positioned relative to the board 2 by the positioning part 50 when viewed from the overlapping direction with the board 2 (vertical direction), but movement in the height direction along the overlapping direction is allowed.
  • the tips of the lead terminals 32 of the semiconductor element 3 are arranged in a height region that does not protrude from the top surface of the board 2.
  • a flow soldering process is performed to mount multiple electronic components housed in the case 12 on the board 2.
  • the board 2 inside the case 12 is pressed from above with a jig 62, and the orientation of the case 12 is inverted vertically.
  • the semiconductor element 3 moves in the height direction using its own weight and abuts against the underside of the board 2. This movement is guided by the second protrusions 522, 522 of the positioning portion 50 and the through holes 21 of the board 2, and is guided to an appropriate position on the board 2.
  • the lead terminals 32 of the semiconductor element 3 are positioned in a height region that protrudes from the top surface of the board 2.
  • solder 60 melted in a soldering furnace is jetted from the lower side of the upside-down case 12 toward the upper surface of the board 2 (the lower surface in FIG. 4(C)).
  • This process connects the terminals (32, 15B, 17B) inserted into the through holes 21 of the board 2 to the wiring pattern formed on the board 2.
  • the soldering of multiple electronic components arranged on the lower side of the board 2 can be completed with a single flow soldering process.
  • FIG. 5 shows a cross section of the electronic device 1 manufactured through the steps of FIGS. 4(A)-(D) cut in the left-right and top-bottom directions.
  • the semiconductor element 3 is disposed in the case 12 at a distance from the bottom wall portion 12E that constitutes the surface facing the substrate 2.
  • the first clearance formed between the semiconductor element 3 and the bottom wall portion 12E is indicated by the symbol "T1".
  • the distance of this first clearance T1 is desirably a distance necessary to ensure an insulating distance between the semiconductor element 3 and the case 12. This makes it possible to avoid the need to insert a sheet-like insulating member to ensure insulation between the case 12 and the semiconductor element 3.
  • the semiconductor element 3 is also arranged in a state separated from the positioning portion 50 protruding from the bottom wall portion 12E of the case 12. Specifically, the lower surface of the body portion 31 of the semiconductor element 3 is also arranged in a state separated from the upper surface of the first protrusions 521, 521 of the positioning portion 50.
  • the second clearance formed between the semiconductor element 3 and the first protrusions 521, 521 is indicated by the symbol "T2".
  • This second clearance T2 makes the first clearance T1 formed between the semiconductor element 3 and the bottom wall portion 12E larger, making it easier to spread the potting resin to the lower side of the semiconductor element 3 surrounded by the positioning portion 50. As a result, air pockets are less likely to occur between the semiconductor element 3 and the bottom wall portion 12E, and the heat dissipation efficiency of the semiconductor element 3 can be improved.
  • the bottom wall 12E of the case 12 constitutes an opposing surface that faces the mounting surface on the lower surface of the substrate 2.
  • a semiconductor element 3 is mounted on the mounting surface on the lower surface of the substrate 2 as an electronic component.
  • the case 12 has a positioning portion 50 on the bottom wall 12E, and this positioning portion 50 can position and arrange the semiconductor element 3 before the semiconductor element 3 is mounted on the substrate 2. Therefore, in the electronic device 1, the semiconductor element 3 can be positioned with respect to the substrate 2 that will be accommodated later, without having to be fixed in the case 12 by screws.
  • the semiconductor element 3 is positioned by the positioning portion 50 and then placed inside the case 12.
  • the substrate 2 is then placed on top of the semiconductor element 3 from above, so that the lead terminals 32 of the semiconductor element 3 are inserted into the through holes 21 of the substrate 2. In this way, it is possible to easily position the substrate 2 and the semiconductor element 3, and also to reduce manufacturing costs.
  • the positioning portion 50 has a protruding shape that protrudes from the bottom wall portion 12E of the case 12, and allows the semiconductor element 3 to be positioned and arranged in a state separated from the bottom wall portion 12E of the case 12 before the semiconductor element 3 is mounted on the substrate 2. Therefore, the semiconductor element 3 is positioned relative to the substrate 2, and at the same time, an insulating distance with the case 12 can be secured by the first clearance T1 provided between the semiconductor element 3 and the case 12. As a result, it is possible to eliminate the need to place a sheet-like insulating member between the semiconductor element 3 and the case 12, making manufacturing easier.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and a positioning portion 70 shown in FIG. 6A may be applied instead of the positioning portion 50.
  • the positioning portion 70 is composed of a pair of protrusions 72 protruding from the bottom wall portion 12E of the case 12.
  • Each protrusion 72 has a first protrusion 721 protruding from the bottom wall portion 12E in a rectangular pedestal shape, and a second protrusion 722 protruding from the upper surface of the first protrusion 721 and provided in a region higher than the height region of the first protrusion 721.
  • the second protrusion 722 is composed of a pin protruding upward and corresponds to a positioned portion 78 formed in the main body portion 76 of the semiconductor element 74.
  • the positioned portion 78 is composed of a through hole that penetrates the main body portion 76 in the vertical direction.
  • the semiconductor element 74 After mounting on the board, the semiconductor element 74 has a first clearance T1 between it and the bottom wall portion 12E of the case 12, similar to the above embodiment. In addition, the semiconductor element 74 has a second clearance T2 between it and the positioning portion 70. Therefore, the same effect as the above embodiment can be achieved.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and a positioning portion 80 shown in FIG. 7A may be applied instead of the positioning portion 50.
  • the positioning portion 80 is configured as a recess formed in the bottom wall portion 12E of the case 12.
  • the positioning portion 80 has a recess 82 that is recessed in a substantially rectangular shape in a plan view, and a pair of first protrusions 821 that protrude upward from the bottom surface of the recess 82 inside the recess 82.
  • the semiconductor element 84 has a resin-molded main body portion 86 housed in the recess 82 together with the lead terminals 32.
  • the semiconductor element 84 is disposed in a state separated from the bottom surface of the recess 82 by placing the left and right ends of the main body portion 86 on the pair of first protrusions 821.
  • the semiconductor element 84 after mounting on the board, the semiconductor element 84 is provided with a first clearance T1 between it and the bottom wall portion 12E of the case 12, similar to the above embodiment.
  • the semiconductor element 84 is provided with a second clearance T2 between it and the positioning portion 80. Therefore, the same effects as those of the above embodiment can be achieved. [supplementary explanation]
  • the semiconductor elements 3, 74, and 84 according to the above-mentioned embodiments are configured so that the electrodes 33 are exposed on the surface of the main body 31, 76, and 86, but this is not limited thereto.
  • the electrodes may not be exposed on the surface of the main body, as in a so-called full mold package.
  • the first protrusions 521, 721, and 821 may be omitted from the configurations of the positioning parts 50, 70, and 80 according to the above-mentioned embodiments and modifications.
  • the configuration may be such that no clearance (first clearance) is provided between the semiconductor element and the bottom wall part 12E of the case 12.
  • the configuration is such that a clearance (second clearance T2) is provided between the semiconductor element and the positioning part, but the configuration may be such that no clearance is provided.
  • the inside of the case 12 is sealed with potting resin, but the present invention is not limited to this.
  • the inside of the case 12 may not be sealed with potting resin.
  • the opening 13 of the case 12 is closed by the case cover 19, but the case cover 19 may not be provided.

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Abstract

電子装置１は、基板２と、基板２に実装される半導体素子３と、基板２及び半導体素子３を内部に収容するケース１２と、を備え、ケース１２は、半導体素子３が実装される基板２の実装面と対向する対向面に、半導体素子３が基板２に実装される前の状態において、当該半導体素子３を位置決めして配置可能な位置決め部５０を有する。

Description

電子装置及び電子装置の製造方法
　本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。
　車両に搭載される電子装置では、堅牢性の確保やＥＭＣ対策などの観点から、基板と基板に実装される電子部品とをケースに収容している（例えば、特許第５５２８６４１号公報）。
　ところで、上記のような電子装置では、電子部品をケース内に配置し、その後に当該電子部品の上方側から基板を重ねて配置するように製造されるものがある。そのような電子装置において、大小の電子部品が基板に実装される場合、基板と電子部品との位置決めが容易ではない。そこで、予め、ケース内に電子部品をネジ止めして固定することで、後から収容される基板との位置決めが行われている。しかしながら、位置決め用のネジ孔の加工やネジ点数の増加などにより、製造コストが増加するという課題がある。
　本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ケース内に収容される基板と電子部品との位置決めを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることが可能な電子装置及び電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る電子装置は、基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板及び前記電子部品を内部に収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記電子部品が実装される前記基板の実装面と対向する対向面に、前記電子部品が前記基板に実装される前の状態において、当該電子部品を位置決めして配置可能な位置決め部を有する。
　本発明の第２の態様に係る電子装置の製造方法は、基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板及び前記電子部品を内部に収容するケースと、を備える電子装置の製造方法であって、前記ケースは、前記電子部品が実装される前記基板の実装面と対向する対向面に、前記電子部品が前記基板に実装される前の状態において、当該電子部品を位置決めして配置可能な位置決め部を有し、前記電子部品を前記位置決め部によって位置決めした状態で前記ケース内に配置する工程と、前記ケース内に位置決めされた状態で配置された前記電子部品の上方側から前記基板を重ねて配置する工程と、を備える。
　本発明の第１の態様に係る電子装置によれば、ケースは、電子部品が実装される基板の実装面と対向する対向面に、位置決め部を有する。この位置決め部は、電子部品が基板に実装される前の状態において、当該電子部品を位置決めして配置することができる。従って、ケース内に電子部品をネジ止めして固定することなく、後から収容される基板との位置決めを行うことができるため、基板と電子部品との位置決めを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることができる。
　本発明の第２の態様に係る電子装置の製造方法によれば、電子部品を位置決め部によって位置決めした状態でケース内に配置した後に、電子部品の上方側から基板を重ねて配置する。従って、ケース内に電子部品をネジ止めして固定することなく、後から収容される基板との位置決めを行うことができるため、基板と電子部品との位置決めを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることができる。
本実施形態に係る電子装置を分解して示す斜視図である。 本実施形態に係るケースを上方側から見た平面図である。 本実施形態に係る電子部品が位置決め部に配置された状態を示す拡大平面図である。 電子装置の製造工程を説明するための模式図であって、（Ａ）には、電子部品を位置決め部に配置する工程が示されており、（Ｂ）には、電子部品の上方側から基板を重ねて配置する工程が示されており、（Ｃ）には、ケースの向きを上下に反転させて、フローはんだ処理により、基板に対して電子部品を実装する工程が示されており、（Ｄ）には、図４（Ｃ）の工程の後、再びケースの向きを上下反転させて、元の姿勢に戻す工程が示されている。 本実施形態に係る電子装置の断面図であり、電子部品が基板に実装された後の状態を示す側断面図である。 本実施形態に係る位置決め部の第１の変形例が示されており、（Ａ）は、基板に実装される前の状態において、電子部品が位置決め部に配置された状態を示す平面図であり、（Ｂ）は、電子部品が基板に実装された後の状態を示す側断面図である。 本実施形態に係る位置決め部の第２の変形例が示されており、（Ａ）は、基板に実装される前の状態において、電子部品が位置決め部に配置された状態を示す平面図であり、（Ｂ）は、電子部品が基板に実装された後の状態を示す側断面図である。
　以下、本発明の一実施形態について図１～図５を参照して説明する。本実施形態では、説明の便宜上、各図中に適宜示す上下、左右及び前後の矢印で示す方向を、それぞれ電子装置１の上下方向、左右方向及び前後方向と定義して説明する。また、各図中においては、図面を見易くするため、一部の符号を省略している場合がある。
　電子装置１は、例えば、車両（不図示）に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成している。電子装置１は、車両に搭載された種々のセンサ機器からの情報に基づいて、車載機器の動作を制御する。
　図１に示すように、電子装置１は、基板２と、基板２に実装される複数の電子部品と、基板２及び複数の電子部品を収容するケース１２と、を備えている。なお、図１では、上記複数の電子部品の一例として、半導体素子３と、二つのコネクタ１５，１７を図示している。また、半導体素子３が、請求の範囲に記載の「電子部品」の一例に相当するものである。
　基板２は、上面と下面のそれぞれに実装面を有しており、各実装面には、例えば、銅箔等から成る配線パターン（不図示）が形成されている。配線パターンは、基板２に実装される複数の電子部品同士を電気的に接続して、電子装置１の回路を構成するものである。本実施形態では、基板２は矩形板状に形成され、上下方向を板厚方向とする姿勢でケース１２内に収容される。基板２には、貫通形成された複数のスルーホール２１が形成されており、スルーホール２１には、基板２に実装される複数の電子部品の端子が挿通される。複数の電子部品は、スルーホール２１に挿通された端子がはんだ付けされることにより、基板２の配線パターンに電気的に接続される。
　基板２には、複数の電子部品の一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の複数の回路素子を含む図示しない制御部と、半導体素子３と、図示しないコンデンサが実装される。半導体素子３は、基板２の下面の実装面に実装され、樹脂モールドされた本体部３１と、本体部３１から基板２に向かって延びる複数のリード端子３２を有している。複数のリード端子３２は、基板２の下方側からスルーホール２１に挿通され、はんだ付けされることにより基板２の配線パターンと電気的に接続される。また、半導体素子３は、ケース１２の底壁部１２Ｅと対向する対向面（図１では下面）に、電極３３が露出して設けられている（図５参照）。従って、半導体素子３の作動時の発熱は、外部に露出した電極３３から放熱され、ケース１２の底壁部１２Ｅに伝達される。かかる半導体素子３は、例えば、レギュレータ回路を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、インバータ回路を構成するスイッチング素子等を構成可能である。
　ケース１２は、上方に開口した開口部１３を有する箱状部材であり、一例として、アルミニウムや鉄などの金属で形成されている。ケース１２は、前壁部１２Ａ、後壁部１２Ｂ、左壁部１２Ｃ、右壁部１２Ｄ及び底壁部１２Ｅを備えている。
　ケース１２の左壁部１２Ｃには、第１コネクタ装着部１４が形成されている。第１コネクタ装着部１４は、左壁部１２Ｃに貫通形成され、上方に開口した開口部である。第１コネクタ装着部１４には、第１コネクタ１５が装着される。第１コネクタ１５は、ハウジング１５Ａと、ハウジング１５Ａに設けられる複数の接続端子１５Ｂを有している。複数の接続端子１５Ｂの一端は、基板２の下方側からスルーホール２１に挿通され、はんだ付けされることにより基板２の配線パターンと電気的に接続される。この第１コネクタ１５には、図示しない車両の電源や車載機器と電気的に繋がるケーブルコネクタが接続される。
　ケース１２の右壁部１２Ｄには、第２コネクタ装着部１６が形成されている。第２コネクタ装着部１６は、右壁部１２Ｄに貫通形成され、上方に開口した開口部である。第２コネクタ装着部１６には、第２コネクタ１７が装着される。第２コネクタ１７は、ハウジング１７Ａと、ハウジング１７Ａに設けられるセンサ端子１７Ｂを有している。センサ端子１７Ｂの一端が、基板２の下方側からスルーホール２１に挿通され、はんだ付けされることにより基板２の配線パターンと電気的に接続される。この第２コネクタ１７には、車両に搭載された種々のセンサ機器と電気的に繋がるケーブルコネクタが接続される。
　図２に示すように、ケース１２の底壁部１２Ｅには、複数の収容凹部４１，４２，４３が形成されている。複数の収容凹部４１，４２，４３には、基板２の下方側に配置される複数の電子部品が収容される。底壁部１２Ｅの左端部側には、略矩形状に窪んだ第１収容凹部４１が形成されている。この第１収容凹部４１には、第１コネクタ１５のケース１２内に配置される一端部分が収容される。底壁部１２Ｅの右端部側には、第２収容凹部４２が形成されている。この第２収容凹部４２には、第２コネクタ１７のケース１２内に配置される一端部分が収容される。底壁部１２Ｅの中央部側には、第１収容凹部４１に隣接して、略長円形状に窪んだ第３収容凹部４３が形成されている。この第３収容凹部４３には、例えば、基板２に実装される図示しないコンデンサが収容される。
　底壁部１２Ｅの前端部側には、左右一対の突起部５２，５２で構成された位置決め部５０が設けられている。この位置決め部５０は、基板２の下面の実装面に対向して設けられており、製造時の工程において、基板２に実装される前の半導体素子３が載置される。半導体素子３は、位置決め部５０に載置されることにより、ケース１２内に後から収容される基板２に対して位置決めされる。
　一対の突起部５２，５２は、底壁部１２Ｅから突出した突起形状になっており、左右方向に間隔を空けて配置されている。各突起部５２は、底壁部１２Ｅから矩形台座状に突出した第１突起部５２１と、第１突起部５２１の上面から突出することで、第１突起部５２１の高さ領域よりも高い領域に設けられた第２突起部５２２とを有している。この第２突起部５２２は、平面視略Ｔ字形状の突起をなす。二つの第２突起部５２，５２は、左右方向に対象に配置され、一対の突起部５２，５２の内側に向かって互いに凸をなすように構成されている。
　底壁部１２Ｅの四隅には、底壁部１２Ｅから上方側に立設した四つの基板支持部１８が設けられている。各基板支持部１８は、ケース１２内において、位置決め部５０の高さ領域よりも高い領域に基板支持用の台座面を形成する。基板２は、四つの基板支持部１８の上に四隅を載置してケース１２内に収容されることで、ケース１２の底壁部１２Ｅから離隔した状態で配置される。
　図３には、半導体素子３が、基板２に実装される前の状態において、位置決め部５０に載置された状態が平面図で示されている。この図に示すように、半導体素子３は、樹脂モールドされた本体部３１を有している。本体部３１の前端部３１Ａ及び後端部３１Ｂからは、上方側に向かって複数のリード端子３２が伸びている。また、本体部３１の左端部３１Ｃ及び右端部３１Ｄには、凹形状をなす一対の被位置決め部３４，３４が形成されている。二つの被位置決め部３４，３４は、本体部３１の左端部３１Ｃ及び右端部３１Ｄが、平面視で略Ｕ字形状に切り欠かれることにより形成されている。二つの被位置決め部３４，３４は、上下方向に貫通している。二つの被位置決め部３４，３４は、ケース１２の底壁部１２Ｅに設けられた位置決め部５０の表面形状に沿って形成されており、本実施形態では、二つの第２突起部５２２，５２２の凸形状に対応している。
　半導体素子３は、位置決め部５０の第１突起部５２１,５２１の上面に、本体部３１の下面の左右端部側がそれぞれ載置される。この状態において、本体部３１の左右端部３１Ｃ，３１Ｄがそれぞれ、第２突起部５２２，５２２の内側面に近接対向する。また、第２突起部５２，５２の凸形状部が、本体部３１において凹形状をなす二つの被位置決め部３４，３４の内側に挿入される。これにより、半導体素子３の前後左右方向の移動が規制される。
　図１に戻り、ケース１２の開口部１３は、矩形板状のケースカバー１９によって塞がれる。ケースカバー１９は、一例として、アルミニウムや鉄などの金属で形成されている。ケースカバー１９は、ケース１２の前後左右の壁部１２Ａ～１２Ｄの上端部に、接着剤やネジ等を用いて固定される。ケースカバー１９がケース１２に固定されることにより、ケース１２の内部に収容空間が形成される。この収容空間は、ケース１２内に基板２と基板２に実装された複数の電子部品とを収容した後に、図示しないポッティング樹脂が充填されることによって封止される。
　次に、図４（Ａ）～図４（Ｄ）を参照し、電子装置１の製造工程を説明する。この製造工程では、基板２と基板２に実装される複数の電子部品とをケース１２内に収容した状態で、基板２と複数の電子部品のリード端子とをはんだ付けして接続する。
　図４（Ａ）に示す工程では、半導体素子３等、基板２の下方側に配置される複数の電子部品がケース１２内に収容される。本実施形態では、第１コネクタ１５、第２コネクタ１７、コンデンサ（不図示）、半導体素子３、等の電子部品が基板２の下方側に配置される。第１コネクタ１５、第２コネクタ１７及びコンデンサ、は、ケース１２の底壁部１２Ｅに形成された第１収容凹部４１～第３収容凹部４３に収容され、後から収容される基板２に対して位置決めされる。
　半導体素子３は、ケース１２の底壁部１２Ｅに設けられた位置決め部５０によって、後から収容される基板２に対して位置決めされた状態で配置される。具体的には、半導体素子３の本体部３１の左右両端部側が位置決め部５０の第１突起部５２１，５２１の上に載置され、本体部３１の被位置決め部３４，３４の内側に、位置決め部５０の第２突起部５２２，５２２の凸形状部が挿入される。この状態では、位置決め部５０の第１突起部５２１によって半導体素子３がケース１２の底壁部１２Ｅから離隔した状態で支持される。また、半導体素子３は、第２突起部５２２，５２２によって前後左右方向の移動が規制される。
　図４（Ｂ）に示す工程では、ケース１２内の複数の電子部品の上方側から基板２を重ねて配置する。基板２は、ケース１２内で四つの基板支持部１８によって所定の高さ位置で支持される。この状態では、基板２の下方側で複数の電子部品から延びる端子（３２，１５Ｂ，１７Ｂ）が、基板２のスルーホール２１に挿通される。この際、半導体素子３の本体部３１と基板２との間には、半導体素子３の高さ方向の移動を許容するクリアランスが設けられる。従って、半導体素子３は、位置決め部５０によって、基板２との重なり方向（上下方向）から見て基板２に対する位置決めが行われているが、重なり方向に沿った高さ方向の移動は許容されている。また、半導体素子３のリード端子３２の先端は、基板２の上面から突出しない高さ領域に配置されている。
　図４（Ｃ）に示す工程では、フロー半田処理を行うことで、ケース１２内に収容された複数の電子部品を基板２に実装する。具体的には、ケース１２内の基板２を上方側から治具６２で押さえ、ケース１２の向きを上下方向に反転させる。半導体素子３は自重を利用して高さ方向に移動し、基板２の下面に当接する。この際の移動は、位置決め部５０の第２突起部５２２，５２２と基板２のスルーホール２１によってガイドされることにより、基板２上の適切な位置に案内される。また移動後の位置では、半導体素子３のリード端子３２は、基板２の上面から突出する高さ領域に配置される。
　図４（Ｃ）に示す工程では、更に、上下方向に反転したケース１２の下方側から、はんだ炉内で溶融させたはんだ６０を基板２の上面（図４（Ｃ）では下面）に向かって噴流させる。この工程により、基板２のスルーホール２１に挿通された端子（３２，１５Ｂ，１７Ｂ）が基板２に形成された配線パターンに接続される。即ち、一度のフローはんだ処理によって、基板２の下方側に配置された複数の電子部品のはんだ付けを完了させることができる。
　その後、ケース１２の向きを上下方向に再び反転させて、基板２の治具６２を解除する（図４（Ｄ））。その後、ケース１２内にポッティング樹脂を充填し、ケース１２にケースカバー１９を固定する。
　図５には、図４（Ａ）～（Ｄ）の工程を経て製造された電子装置１を左右上下方向で切断した断面が示されている。この図に示されるように、基板２に実装後の半導体素子３は、ケース１２内において、基板２との対向面を構成する底壁部１２Ｅから離隔した状態で配置される。図５では、半導体素子３と底壁部１２Ｅとの間に形成される第１クリアランスが符号「Ｔ１」で示されている。この第１クリアランスＴ１の距離は、半導体素子３とケース１２との絶縁距離を確保するために必要な距離であることが望ましい。これにより、ケース１２と半導体素子３との絶縁を確保するために、シート状の絶縁部材を介在させる手間を省くことができる。
　また、半導体素子３は、ケース１２の底壁部１２Ｅから突出された位置決め部５０からも離間した状態で配置される。具体的には、半導体素子３の本体部３１の下面が、位置決め部５０の第１突起部５２１,５２１の上面からも離間した状態で配置される。図５では、半導体素子３と第１突起部５２１,５２１との間に形成される第２クリアランスが符号「Ｔ２」で示されている。この第２クリアランスＴ２によって、半導体素子３と底壁部１２Ｅとの間に形成される第１クリアランスＴ１がより大きくなるため、位置決め部５０によって囲われた半導体素子３の下方側にポッティング樹脂を行き渡らせ易くすることができる。その結果、半導体素子３と底壁部１２Ｅとの間に空気溜まりが発生し難くなり、半導体素子３の放熱効率を高めることができる。
　（作用並びに効果）
　以上説明したように、上記実施形態に係る電子装置１によれば、ケース１２の底壁部１２Ｅは、基板２の下面の実装面と対向する対向面を構成している。基板２の下面の実装面には、電子部品としての半導体素子３が実装される。ケース１２は、底壁部１２Ｅに位置決め部５０を有し、この位置決め部５０は、半導体素子３が基板２に実装される前の状態において、当該半導体素子３を位置決めして配置することができる。従って、電子装置１では、ケース１２内に半導体素子３をネジ止めして固定することなく、後から収容される基板２との位置決めを行うことができる。
　具体的には、図４（Ａ）～図４（Ｂ）に示すように、半導体素子３を位置決め部５０によって位置決めした状態でケース１２内に配置する。その後、半導体素子３の上方側から基板２を重ねて配置することで、半導体素子３のリード端子３２が基板２のスルーホール２１に挿通される。このようにして、基板２と半導体素子３との位置決めを容易にするとともに、製造コストの削減を図ることができる。
　位置決め部５０は、ケース１２の底壁部１２Ｅから突出した突起形状になっており、半導体素子３が基板２に実装される前の状態において、当該半導体素子３をケース１２の底壁部１２Ｅから離隔した状態で位置決めして配置可能となっている。従って、半導体素子３は、基板２に対する位置決めを行うと同時に、ケース１２との間に設けられる第１クリアランスＴ１によって、ケース１２との絶縁距離を確保することが可能になる。その結果、半導体素子３とケース１２との間にシート状の絶縁部材を介在させる手間を省くことができるため、製造が容易になる。
　図５に示すように、半導体素子３は、基板２に実装された後の状態において、位置決め部５０とも離間した状態で配置されている。これにより、半導体素子３とケース２の底壁部１２Ｅとの間に形成されるクリアランスがより大きくなるため、半導体素子３とケース１２との間にポッティング樹脂を行き渡らせ易くすることができる。これにより、半導体素子３とケース１２との間に空気溜まりが発生し難くなり、半導体素子の放熱効果を高めることができる。
　（位置決め部の第１の変形例）
　本発明は上記実施形態に限定されず、位置決め部５０に替えて、図６（Ａ）に示す位置決め部７０を適用してもよい。位置決め部７０は、ケース１２の底壁部１２Ｅから突出した一対の突起部７２で構成される。各突起部７２は、底壁部１２Ｅから矩形台座状に突出した第１突起部７２１と、第１突起部７２１の上面から突出することで、第１突起部７２１の高さ領域よりも高い領域に設けられた第２突起部７２２とを有している。第２突起部７２２は、上方側に突出したピンで構成されており、半導体素子７４の本体部７６に形成された被位置決め部７８に対応している。被位置決め部７８は、本体部７６を上下方向に貫通する貫通孔で構成される。半導体素子７４は、ケース１２内に収容される際に、位置決め部７０の第２突起部７２２を被位置決め部７８に挿通させることにより、後から収容される基板２に対する位置決めが可能となっている。また、第２突起部７２２は、基板２の高さ領域に達して配置されることにより、第２突起部７２２の先端を基板２に形成された貫通孔２２に挿通することで、基板２とケース１２との位置決めも行うことができる。
　図６（Ｂ）に示すように、基板実装後の半導体素子７４には、上記実施形態と同様にケース１２の底壁部１２Ｅとの間に第１クリアランスＴ１が設けられる。また、半導体素子７４には、位置決め部７０との間に第２クリアランスＴ２が設けられる。従って、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　（位置決め部の第２の変形例）
　本発明は上記実施形態に限定されず、位置決め部５０に替えて、図７（Ａ）に示す位置決め部８０を適用してもよい。位置決め部８０は、ケース１２の底壁部１２Ｅに形成した凹部で構成されている。位置決め部８０は、平面視で略矩形状に窪んだ凹部８２と、凹部８２の内側において、凹部８２の底面から上方側に突出した一対の第１突起部８２１とを有している。半導体素子８４は、樹脂モールドされた本体部８６が、リード端子３２と共に凹部８２に収容される。この状態では、半導体素子８４の前後左右方向の移動が規制され、ケース１２内に後から収容される基板２に対して位置決めが可能となっている。半導体素子８４は、本体部８６の左右両側の端部が一対の第１突起部８２１の上に載置されることで、凹部８２の底面から離隔した状態で配置される。
　図７（Ｂ）に示すように、基板実装後の半導体素子８４には、上記実施形態と同様にケース１２の底壁部１２Ｅとの間に第１クリアランスＴ１が設けられる。また、半導体素子８４には、位置決め部８０との間に第２クリアランスＴ２が設けられる。従って、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　　[補足説明]
　上記各実施形態及び各変形例の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で組み合わせや変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態に係る半導体素子３，７４，８４は、本体部３１，７６，８６の表面に電極３３が露出した構成とされたが、これに限らない。所謂フルモールドパッケージのように、本体部の表面に電極が露出されない構成としてもよい。この場合、上記実施形態及び各変形例に係る位置決め部５０，７０，８０の構成から、第１突起部５２１，７２１，８２１を省略してもよい。すなわち、半導体素子とケース１２の底壁部１２Ｅとの間にクリアランス（第１クリアランス）が設けられないように構成してもよい。また、上記実施形態では、半導体素子と位置決め部との間にもクリアランス（第２クリアランスＴ２）が設けられるように構成されているが、このクリアランスが設けられないように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、ケース１２内がポッティング樹脂で封止される構成としたが、本発明はこれに限定されない。ケース１２内がポッティング樹脂で封止されない構成としてもよい。また、上記実施形態では、ケース１２の開口部１３がケースカバー１９によって塞がれる構成としたが、ケースカバー１９が無い構成としてもよい。
　　１　　　電子装置
　　２　　　基板
　　３　　　半導体素子（電子部品）
　　１２　　　ケース
　　１２Ｅ　　底壁部（対向面）
　　５０　　　位置決め部
　　７０　　　位置決め部
　　８０　　　位置決め部

Claims (4)

  1. 　基板と、
    　前記基板に実装される電子部品と、
    　前記基板及び前記電子部品を内部に収容するケースと、を備え、
    　前記ケースは、前記電子部品が実装される前記基板の実装面と対向する対向面に、前記電子部品が前記基板に実装される前の状態において、当該電子部品を位置決めして配置可能な位置決め部を有する電子装置。
  2. 　前記位置決め部は、前記ケースの前記対向面から突出した突起形状になっており、前記電子部品が前記基板に実装される前の状態において、当該電子部品を前記対向面から離隔した状態で位置決めして配置可能になっている請求項１に記載の電子装置。
  3. 　前記電子部品は、前記基板に実装された後の状態において、前記位置決め部とも離隔した状態で配置されている請求項２に記載の電子装置。
  4. 　基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板及び前記電子部品を内部に収容するケースと、を備える電子装置の製造方法であって、
    　前記ケースは、前記電子部品が実装される前記基板の実装面と対向する対向面に、前記電子部品が前記基板に実装される前の状態において、当該電子部品を位置決めして配置可能な位置決め部を有し、
    　前記電子部品を前記位置決め部によって位置決めした状態で前記ケース内に配置する工程と、
    　前記ケース内に位置決めされた状態で配置された前記電子部品の上方側から前記基板を重ねて配置する工程と、を備える電子装置の製造方法。
     
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