JP2015002323A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続端子とスルーホールとを接続部材にて接合する場合において、接続部材による応力緩和効果が得られ、かつ、接続部材による接合が良好に行われているか否かの確認が容易に行える構造を提供する。
【解決手段】接続端子６５に鍔状部６５ａを備え、基板１０から鍔状部６５ａを離間させると共に、スルーホール１３と接続端子６５との接合において、鍔状部６５ａの上に接続部材１５が配置されるようにする。鍔状部６５ａを備えることで、接続部材１５の容積を増やすことが可能となり、鍔状部６５ａの表面において広範囲に濡れ広がった接続部材１５のフィレットによって、応力緩和効果を発揮させられる。また、鍔状部６５ａを基板１０から離間させているため、鍔状部６５ａと基板１０との間において、接続部材１５を確認できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の一面側に電子部品を搭載すると共に、その一面側をモールド樹脂で封止するようにした電子装置に関するものである。

従来、特許文献１において、電気回路が形成された複数枚の回路基板の接続構造として、回路基板に形成されたスルーホール内に、もう一枚の回路基板に立設させた接続端子を挿入し、はんだ付けすることで電気的に接続する構造が開示されている。この接続構造では、接続端子の先端が先端方向においてその径が段階的に縮小させられた階段状とされ、最も径の大きな部分においてスルーホールが形成された回路基板に当接させることで、接続端子の挿入方向の位置決めを行っている。

特開２００７−１０９８３２号公報

しかしながら、特許文献１に示される接続構造では、接続端子における径が最も大きくされた部分が基板に当接させられているため、はんだ付けなどの接続部材がスルーホールよりも接続端子の先端側にしか配置されない。このため、接続部材による十分な応力緩和効果が発揮できないため、回路基板の熱膨張・収縮などに起因する接続部材の局所的な歪み（変形）を抑制できず、接続部材の破損を招き、ひいては接続不良の問題を発生させ得る。また、接続部材がスルーホール内に隠れてしまうため、接続部材による接続が良好に行われているか否かの確認を的確に行うことができなかった。

本発明は上記点に鑑みて、接続端子とスルーホールとを接続部材にて接合する場合において、接続部材による応力緩和効果が得られ、かつ、接続部材による接合が良好に行われているか否かの確認が容易となる接続構造を有する電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし６に記載の発明では、一面（１１）および一面の反対面となる他面（１２）とを有し、配線パターンが形成されていると共に該配線パターンに接続されたスルーホール（１３）が形成された基板（１０）と、基板の一面側に実装された電子部品（２０、３０）と、スルーホールに先端から挿入されると共に、スルーホールに対してはんだにて構成された接続部材（１５）を介して電気的に接続される棒状の接続端子（６５）と、を有し、接続端子は、該接続端子のうちスルーホールに挿入される先端位置よりも後端側に、スルーホールへの挿入方向と垂直な方向の少なくとも一方向の寸法がスルーホール内に挿入される部分よりも大きくされ、かつ、基板から所定距離離間した位置に配置された鍔状部（６５ａ）を備えており、接続部材は、鍔状部において、前記一方向に濡れ広がった状態になっていることを特徴としている。

このように、接続端子に鍔状部を備え、基板から鍔状部を離間させると共に、スルーホールと接続端子との接合において、鍔状部の上に接続部材が配置されるようにしている。このため、鍔状部を備えていない場合と比較して、鍔状部の上に配置される接続部材の容積を増やすことが可能となり、鍔状部の表面において広範囲に濡れ広がった接続部材のフィレットによって、応力緩和効果を発揮させられる。これにより、基板の熱膨張・収縮などに起因する接続部材の局所的な歪み（変形）を抑制でき、接続部材の破損に基づく接続不良の問題を抑制することが可能となる。また、鍔状部が基板から離間させられており、鍔状部と基板との間において、接続部材を確認できることから、接続部材による接続が良好に行われているか否かの確認も的確に行うことが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる電子装置の断面図である。 図１のII−II斜視断面図である。 接続端子６５の近傍の上面レイアウト図である。 本発明の第２実施形態にかかる電子装置に備えられる接続端子６５の近傍の上面レイアウト図である。 本発明の第３実施形態にかかる電子装置に備えられる接続端子６５の近傍の上面レイアウト図である。 本発明の第４実施形態にかかる電子装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態にかかる電子装置Ｓ１の全体構成について説明する。この電子装置Ｓ１は、例えば自動車などの車両に搭載され、車両用の各装置を駆動するための装置として適用される。

図１および図２に示すように、電子装置Ｓ１は、基板１０、電子部品２０、３０、モールド樹脂４０、ヒートシンク５０、ケース６０、蓋７０および放熱ゲル８０などを有した構成とされている。

図１に示すように、基板１０は、電子部品２０、３０が実装されると共にモールド樹脂４０にて覆われる一面１１と、その反対面となる他面１２とを有する板状部材をなすものである。本実施形態では、基板１０は、図２に示すように上面形状が矩形状の板状部材とされている。具体的には、基板１０は、エポキシ樹脂等の樹脂をベースとした配線基板とされ、例えば、ガラス繊維を編み込んでフィルム状としたガラスクロスの両面を熱硬化性の樹脂で封止してなるプリプレグで構成される。プリプレグの樹脂としては、エポキシ樹脂等が用いられ、必要に応じて、アルミナやシリカ等の電気絶縁性かつ放熱性に優れたフィラーが含有される場合もある。

基板１０には、内層配線もしくは表層配線などによって構成される図示しない配線パターンが形成されており、配線パターンがモールド樹脂４０の外部まで延設されることで、配線パターンを通じて電子部品２０、３０との電気的な接続が図れるようになっている。また、基板１０のうちの長手方向（図１の左右方向）の両側には、配線パターンに繋がる金属メッキなどが施されたスルーホール１３が備えられている。スルーホール１３は、基板１０のうちの相対する二辺、具体的には基板１０のうちの両短辺に沿って複数個ずつ並べられて配列されている。このスルーホール１３を通じて、配線パターンと基板外部との電気的な接続が行えるようになっている。

このように構成された基板１０が四隅においてケース６０に支持されている。本実施形態の場合、基板１０の四隅に貫通孔となる固定用孔１４を形成しており、この中にケース６０の底面６１から突出させた機械的接続部６４を嵌め込んだ後、機械的接続部６４の先端を熱かしめすることで、基板１０をケース６０に支持している。

電子部品２０、３０は、基板１０に実装されることで配線パターンに電気的に接続されるものであり、表面実装部品やスルーホール実装部品などどのようなものであってもよい。本実施形態の場合、電子部品２０、３０として、半導体素子２０および受動素子３０を例に挙げてある。半導体素子２０としては、マイコンや制御素子もしくはＩＧＢＴ（（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の発熱が大きいパワー素子等が挙げられる。この半導体素子２０は、ボンディングワイヤ２１およびはんだ等のダイボンド材２２により、基板１０の配線パターンに繋がるランドもしくは配線パターンの一部によって構成されたランドに接続されている。また、受動素子３０としては、チップ抵抗、チップコンデンサ、水晶振動子等が挙げられる。この受動素子３０は、はんだ等のダイボンド材３１により基板１０に備えられたランドに接続されている。これらの構成により、電子部品２０、３０は、基板１０に形成された配線パターンに電気的に接続され、配線パターンに接続されたスルーホール１３を通じて外部と電気的に接続可能とされている。

モールド樹脂４０は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等より構成されるもので、金型を用いたトランスファーモールド法やコンプレッションモールド法により形成されている。本実施形態の場合、基板１０の一面１１側をモールド樹脂４０で封止しつつ、基板１０の他面１２側をモールド樹脂４０で封止せずに露出させた、いわゆるハーフモールド構造とされている。

また、モールド樹脂４０は、図２に示すように上面形状が矩形状とされ、基板１０の相対する二辺、具体的には基板１０のうち長手方向と垂直な両辺を露出させるように、この両辺よりも内側にのみ形成されている。つまり、基板１０の長手方向両端がモールド樹脂４０からはみ出してモールド樹脂４０から露出させられている。このモールド樹脂４０から露出させられている部分にスルーホール１３が配置されており、このスルーホール１３を通じて、基板１０に形成された配線パターンと外部との電気的接続が可能とされている。また、基板１０の両辺がモールド樹脂４０から露出させられることで、基板１０の四隅が露出させられており、このモールド樹脂４０から露出させられた部分において、上記したように基板１０がケース６０に支持されている。

ヒートシンク５０は、熱伝達率の高い金属材料、例えばアルミニウムや銅によって構成されており、基板１０の他面１２側に、接合部材５１を介して密着させられている。接合部材５１としては、例えば金属フィラーを含有した導電性接着剤、はんだ材料などの導電材料、放熱ゲルや放熱シートなどの絶縁材料を用いている。ヒートシンク５０は、電子部品２０、３０が発した熱が基板１０の他面１２側から伝えられると、それを放熱させる役割を果たすものであり、熱伝導率の高い金属材料、例えば銅などにより構成されている。特に、半導体素子２０がＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴによって構成される場合、これらが発熱素子であることから、多くの熱を発するが、この熱がヒートシンク５０に伝えられることで、半導体素子２０や受動素子３０の高温化が抑制されるようになっている。本実施形態の場合、ヒートシンク５０は、放熱ゲル８０を介して蓋７０に対して熱的に接続されており、基板１０の裏面から伝えられた熱を更に放熱ゲル８０を通じて蓋７０に伝え、蓋７０から外部に放熱させるようにしている。

ケース６０は、基板１０の一面１１側に電子部品２０、３０を実装してモールド樹脂４０で封止したものを収容する長方体形状の筐体となるものである。本実施形態の場合、ケース６０は、底面６１の周囲を側壁面６２によって覆った収容凹部６３を構成する部材とされ、電子部品２０、３０を実装してモールド樹脂４０で封止した基板１０を、一面１１側が底面６１側を向くようにして収容凹部６３内に収容している。

ケース６０の底面６１には、上記したように基板１０を支持する機械的接続部６４が形成されている。機械的接続部６４は、底面６１から垂直方向に突出し、部分的に断面寸法が変化させられた段付き棒状部材とされている。具体的には、機械的接続部６４は、基板１０を固定する前の状態では、底面側の断面寸法が基板１０に形成した固定用孔１４より大きく、先端側の断面寸法が固定用孔１４とほぼ同じもしくは若干小さくされている。このような寸法とされているため、機械的接続部６４は、先端側が固定用孔１４に挿入されつつ、先端側と底面側との段差部にて基板１０を保持する。そして、機械的接続部６４の先端側が固定用孔１４内に嵌め込まれてから熱かしめされることで、基板１０から突き出した部分が固定用孔１４よりも断面寸法が大きくされ、その部分と段差部との間に基板１０が挟み込まれて支持されている。

なお、機械的接続部６４の突き出し量は、側壁面６２の高さよりも低くされており、基板１０が側壁面６２の先端よりも収容凹部６３の内側に入り込むようにしてある。

さらに、ケース６０の底面６１には、棒状の複数本の接続端子６５が底面６１に対して垂直方向に立設されている。各接続端子６５は、基板１０に形成されたスルーホール１３の配置に合わせて配置されている。例えば、各接続端子６５は、銅合金に錫メッキやニッケルメッキが施されたものにより構成されている。複数本の接続端子６５は、それぞれ、基板１０に形成されたスルーホール１３に挿通させられており、はんだにて構成される接続部材１５を介してスルーホール１３に電気的に接続されている。

また、各接続端子６５のうちスルーホール１３に挿入される先端位置よりも後端（ケース６０の底面６１）側に、鍔状部６５ａが形成されている。この鍔状部６５ａは、スルーホール１３への挿入方向と垂直な方向の少なくとも一方向の寸法がスルーホール１３内に挿入される部分よりも大きくされた部分である。本実施形態の場合、スルーホール１３への挿入方向と垂直な方向の断面における断面積がスルーホール１３内に挿入される部分よりも拡大させられている。具体的には、図３に示すように、本実施形態では、鍔状部６５ａは上面形状が円形状とされており、その径がスルーホール１３の径よりも大きくされていて、接続端子６５の軸線が鍔状部６５ａの中心位置を通る構造とされている。

この鍔状部６５ａは、機械的接続部６４における基板１０との接触部、つまり断面寸法が変化させられた段差部よりもケース６０の底面６１側に位置しており、基板１０とは非接触となっており、基板１０から所定距離離間して配置されている。そして、鍔状部６５ａの上方において接続部材１５が配置され、接続部材１５が鍔状部６５ａのうちの基板１０側の面の広範囲に濡れ広がって形成されている。このため、接続部材１５は、鍔状部６５ａの上において先端部側よりも幅広となったフィレットとなる。

なお、ケース６０は、基本的にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂をベースとした絶縁体によって構成されているが、ケース６０の外部まで延設された配線パターンを備えている。この配線パターンに対して複数本の接続端子６５が接続され、各接続端子６５および配線パターンを通じて、各電子部品２０、３０が実装された基板１０の配線パターンと外部との電気的接続がなされている。

蓋７０は、ケース６０の開口端、つまり側壁面６２の先端に接続されることで、ケース６０内を密閉するものである。蓋７０は、例えば接着剤などを介してケース６０に固定される。本実施形態の場合、蓋７０は、熱伝達率の高い金属材料、例えばアルミニウムや銅によって構成されており、矩形板状部材によって構成されている。

放熱ゲル８０は、ヒートシンク５０と蓋７０との間に配置されており、これら両方に接するように配置されることで、ヒートシンク５０から蓋７０への伝熱を行う。例えば、放熱ゲル８０は、熱伝導率の高いシリコーンオイルコンパウンドなどによって構成されている。放熱ゲル８０をなくしてヒートシンク５０と蓋７０とが直接接する構造とすることもできるが、ヒートシンク５０の高さ合わせなどが難しく、蓋７０を固定する際にヒートシンク５０を押圧してしまう可能性があることから、変形自在な放熱ゲル８０を備えると好ましい。

以上のようにして、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が構成されている。このような電子装置Ｓ１は、次のような製造方法により製造される。

まず、配線パターンおよびスルーホール１３などが形成された基板１０を用意すると共に、鍔状部６５ａを有する接続端子６５が備えられたケース６０を用意する。そして、基板１０の一面１１上に電子部品２０、３０を実装したのち、電子部品２０、３０が実装された基板１０を、トランスファーモールド法やコンプレッションモールド法によってモールド樹脂４０で封止する。そして、基板１０の他面１２側に接合部材５１を介してヒートシンク５０を接合したのち、基板１０をケース６０の収容凹部６３内に、一面１１側が底面６１側を向くようにして配置する。このとき、スルーホール１３に複数の接続端子６５が挿入され、固定用孔１４内に機械的接続部６４の先端が嵌め込まれるようにする。

その後、機械的接続部６４の先端を熱かしめすると共に、はんだ付けによりスルーホール１３と複数の接続端子６５とを接続部材１５にて接続する。このとき、はんだ付けされた接続部材１５は、鍔状部６５ａの表面において濡れ広がった状態り、この状態で硬化させられる。最後に、ヒートシンク５０の表面に放熱ゲル８０を配置したのち、その上に蓋７０を配置し、蓋７０とケース６０の側壁面６２との間を接着剤などによって固定することで、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が完成する。

このように構成された電子装置では、接続端子６５に鍔状部６５ａを備え、基板１０から鍔状部６５ａを離間させると共に、スルーホール１３と接続端子６５との接合において、鍔状部６５ａの上に接続部材１５が配置されるようにしている。このため、鍔状部６５ａを備えていない場合と比較して、鍔状部６５ａの上に配置される接続部材１５の容積を増やすことが可能となり、鍔状部６５ａの表面において広範囲に濡れ広がった接続部材１５のフィレットによって、応力緩和効果を発揮させられる。これにより、基板１０やケース６０の熱膨張・収縮などに起因する接続部材１５の局所的な歪み（変形）を抑制でき、接続部材１５の破損に基づく接続不良の問題を抑制することが可能となる。また、鍔状部６５ａが基板１０から離間させられており、鍔状部６５ａと基板１０との間において、接続部材１５を確認できることから、接続部材１５による接続が良好に行われているか否かの確認も的確に行うことが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して鍔状部６５ａの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態では、鍔状部６５ａの上面形状を十字型（矩形状の各角部を取り除いた形状）にしている。十字型を構成する各ライン（紙面左右方向に平行なラインと紙面上下方向に平行なライン）の各幅は、共にスルーホール１３の径よりも大きくされており、基板１０の垂直方向から見て、鍔状部６５ａの内側にスルーホール１３が配置されるレイアウトになっている。そして、接続端子６５の軸線が鍔状部６５ａの中心位置を通る構造としてある。

このように、鍔状部６５ａの上面形状を十字型としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して鍔状部６５ａの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、鍔状部６５ａの上面形状を矩形状、より詳しくは長方形状（一文字型）にしている。このように、鍔状部６５ａを矩形状にする場合にも、接続端子６５の軸線が鍔状部６５ａの中心位置を通る構造としてあり、鍔状部６５ａの少なくとも長辺寸法がスルーホール１３の径よりも大きくしてある。本実施形態の場合、鍔状部６５ａの短辺寸法についてもスルーホール１３と同じもしくは大きくしてある。

このように、鍔状部６５ａの上面形状を矩形状としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して鍔状部６５ａの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態では、鍔状部６５ａをプレスフィット形状としている。つまり、接続端子６５を部分的に押し潰すことで鍔状部６５ａを構成し、接続部材１５のうちスルーホール１３への挿入方向と垂直な断面における一方向の寸法をスルーホール１３内に挿入される部分よりも拡大している。本実施形態の場合、鍔状部６５ａに対して接続端子６５の軸線と垂直な方向に貫通する孔６５ｂが形成されているが、孔６５ｂは形成されていなくても良い。

このように、鍔状部６５ａをプレスフィット形状とする場合にも、接続部材１５のうちスルーホール１３への挿入方向と垂直な断面における一方向の寸法をスルーホール１３内に挿入される部分よりも拡大できる。このため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、基板１０の一面１１上に電子部品２０、３０を実装したのち、電子部品２０、３０をモールド樹脂４０で樹脂封止する形態が適用された電子装置Ｓ１の一例を示したが、上記各実施形態で説明した構造でなくても良い。例えば、基板１０の一面１１側、つまりモールド樹脂４０側がケース６０の底面６１側に向けられるように配置しているが、他面１２側、つまりモールド樹脂４０と反対側が底面６１側に向けられるように配置しても良い。

また、機械的接続部６４のによる基板１０の固定手法も、熱かしめに限らず、プレスフィットやネジ締め固定などであっても良い。また、接続端子６５とスルーホール１３との接続も、はんだ付けに限らず、プレスフィットなどであっても良い。

また、上記各実施形態では、基板１０に形成したスルーホール１３内にケース６０に立設された接続端子６５を接続する形態について説明したが、接続端子６５を他の基板などに立設した構造において、スルーホール１３と接続する場合にも適用できる。

１０ 基板
１１ 一面
１２ 他面
１３ スルーホール
２０、３０ 電子部品
６０ ケース
６４ 機械的接続部
６５ 接続端子
６５ａ 鍔状部
Ｓ１ 電子装置

Claims (6)

1. 一面（１１）および前記一面の反対面となる他面（１２）とを有し、配線パターンが形成されていると共に該配線パターンに接続されたスルーホール（１３）が形成された基板（１０）と、
   前記基板の一面側に実装された電子部品（２０、３０）と、
   前記スルーホールに先端から挿入されると共に、前記スルーホールに対してはんだにて構成された接続部材（１５）を介して電気的に接続される棒状の接続端子（６５）と、を有し、
   前記接続端子は、該接続端子のうち前記スルーホールに挿入される先端位置よりも後端側に、前記スルーホールへの挿入方向と垂直な方向の少なくとも一方向の寸法が前記スルーホール内に挿入される部分よりも大きくされ、かつ、前記基板から所定距離離間した位置に配置された鍔状部（６５ａ）を備えており、
   前記接続部材は、前記鍔状部において、前記一方向に濡れ広がった状態になっていることを特徴とする電子装置。
2. 底面（６１）を有し、前記基板を機械的に支持する機械的接続部（６４）が前記底面に備えられていると共に、前記接続端子が前記底面から前記基板に向けて立設されたケース（６０）を有し、
   前記基板には、前記機械的接続部の先端が挿入される固定用孔（１４）が形成され、
   前記機械的接続部には、前記固定用孔に挿入される部位と、該部位よりも前記ケースの底面側において該部位よりも前記固定用孔への挿入方向に対する垂直方向の断面寸法が大きくされた部分と、による段差部が備えられ、
   前記鍔状部は、前記段差部よりも前記ケースの底面側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記鍔状部は、前記接続端子の前記スルーホールへの挿入方向から見た形状が円形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記鍔状部は、前記接続端子の前記スルーホールへの挿入方向から見た形状が十字状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
5. 前記鍔状部は、前記接続端子の前記スルーホールへの挿入方向から見た形状が矩形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
6. 前記鍔状部は、前記接続端子を部分的に押し潰すことで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。

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