(57)【要約】【課題】高い信頼性、高精度が要求される電子部品のポッティング方法及びそれを用いた電子装置を得る。【解決手段】回路基板１と、回路基板１に搭載された電子部品３と、回路基板１及び電子部品３が収納された金属製の筐体２と、回路基板１及び電子部品３を被覆・保護するように筐体２内に充填・硬化されるポッティング材７と、を有する電子装置において、ポッティング材７が弾性接着剤で構成され、ポッティング材７の表面にＰＥＴフィルム８が貼りつけられている。【選択図】図１０
2020113605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板が収納された金属製の筐体内に開口部からポッティング材を流し込み、封止する電子部品のポッティング方法であって、
前記ポッティング材を弾性接着剤とし、前記筐体を治具に設置して前記開口部から前記筐体の内部に未硬化の前記ポッティング材を流し込み、前記ポッティング材の表面にＰＥＴフィルムを貼りつけ、前記ポッティング材を硬化させることを特徴とする電子部品のポッティング方法。
【請求項２】
前記治具をポリアセタールとし、前記ポッティング材をエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤としたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品のポッティング方法。
【請求項３】
未硬化の前記ポッティング材を流し込む際に、前記開口部の大きさに合わされた穴が設けられた塩化ビニル樹脂のマスキングテープを前記治具の表面斜面に合わせて貼り合わせることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品のポッティング方法。
【請求項４】
前記ポッティング材の表面に前記ＰＥＴフィルムを貼りつける際に、前記ＰＥＴフィルムを予め前記開口部よりも大きいポリプロピレンシートと貼り付かせた状態とし、前記ＰＥＴフィルムを前記開口部に位置を合わせ、流し込んだ前記ポッティング材の上から押し付けることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の電子部品のポッティング方法。
【請求項５】
前記ポッティング材を硬化させる際に、貼り付いた状態である前記ポリプロピレンシートと前記ＰＥＴフィルムの上におもりを乗せた状態で所定時間経過させることを特徴とする請求項４に記載の電子部品のポッティング方法。
【請求項６】
回路基板と、前記回路基板に搭載された電子部品と、前記回路基板及び前記電子部品が収納された金属製の筐体と、前記回路基板及び前記電子部品を被覆・保護するように前記筐体内に充填・硬化されるポッティング材と、を有する電子装置において、
前記ポッティング材が弾性接着剤で構成され、前記ポッティング材の表面にＰＥＴフィルムが貼りつけられたことを特徴とする電子装置。
【請求項７】
前記ポッティング材をエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤としたことを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
【請求項８】
前記ＰＥＴフィルムは、厚みが０．０８〜０．１２ｍｍとされたことを特徴とする請求項６又は７に記載の電子装置。
【請求項９】
前記筐体の内部が仕切り板で区切られた空間を有し、外部に面した部分が前記ポッティング材で充填・硬化されたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記空間に可動部として、レバー、支点、デジタルスケールが収容されたことを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板が収納された筐体内に樹脂を流し込み、回路基板を樹脂で封止する電子部品のポッティング方法及びそれを用いた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品の多様化、商品寿命の短期化といった市場の流れに対応する生産設備の手段として加工機のフレキシブル化、自動化については、小中量、大量生産に係らず、加工品質の維持、監視など、インライン計測が必要となる。インライン計測は、加工現場での環境下で信頼性の高い、高精度かつ高能率な測定が必要とされる。
【０００３】
また、スリムでコンパクトなゲージで、隣接した多点計測を得意とし様々な形状の測定を正確に行うことができる高精度な接触式の小型デジタル測長器が知られている。小型デジタル測長器は、センサ部として直径１０ｍｍ程度の中に小型光学スケールが内蔵され、隣接した多点測定を可能としたペンシル型高精度デジタル測長器、あるいはインライン用のマシンコントロールゲージ測定ヘッドとして用いられている。
【０００４】
小型デジタル測長器センサ部は、電子部品やプリント基板などを有し、温度変化が大きな環境や、工作機械のクーラント液や油などが飛散する環境で使われる装置である。したがって、現場での外径測定、段差測定、厚さ測定、多点測定等のため、高精度のみならず、小型省スペース、防水性、一般的なクーラント・油に対する耐性等の高い耐環境性、繰り返し測定のための耐久性、メンテナンス不要で長寿命などが強く要望されている。
【０００５】
小型デジタル測長器は、センサ部を小型省スペース、防水、油に対する耐性等の高い耐環境性とするため、デジタルスケールを金属製の筐体に収納し、筐体内部の気密性を高める必要がある。小型デジタル測長器のように防水性や耐油性が求められる電子装置では、装置内部、特に重要部、例えばセンサ部への液体の侵入を防ぐために金属製の筐体を用い、接合部には、Ｏリングやパッキンなどのシール材を用いている。しかし、プリント基板を覆うために箇体に金属製フタをねじ止めする方法では、少なくとも数ｍｍはフタの分の寸法が増えてしまい、小型化の障害となる。
【０００６】
そこで、回路基板上に半導体ベアチップやコンデンサ等の電子部品を配置する場合、回路基板をプラスチックや金属のケースなどに収納し、回路基板とケースとの空隙部分にポッティング材を充填して封止して、電子部品を被覆・保護することが行われている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属、あるいはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックなどから成る筺体状のケースとし、ケースの内部と回路基板との空隙部分には、ポッティング材を充填して硬化すること、ケースの開口部分には、ケースと同一の材料からなる蓋体を取り付けること、が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、回路基板上の回路構成によってはポッティングの必要がない電源部などが含まれている場合が有るので、仕切り部材を用いてケーシング内の回路基板の一部をポッティングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−８５１１６号公報
【特許文献２】特開２０１７−４５９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載のように、単に、回路基板を金属のケースなどに収容し、回路基板を樹脂でポッティングしたものでは、樹脂と金属に線膨張係数の差があるため、硬化後の硬度が高い樹脂では、温度変化によってポッティング材が剥がれ、隙間ができ、防水性が損なわれることがある。また、筐体をプラスチックにすると回路基板によっては、電磁シールドや磁気シールドが必要となるものには採用が困難である。
【００１１】
特に、小型デジタル測長器などでは高精度化のためにデジタルスケールを金属製の筐体に収納せざるを得ない。また、硬化後の硬度が高い樹脂の代わりに、弾力性に富んだ樹脂を外部に露出する個所にポッティングすることは、強度的に不利となる。さらに、弾力性に富んだ樹脂は、耐クーラント性が硬度の高い樹脂よりも劣るので、インライン計測などのように、環境に対して高い信頼性が要求されるものには使用が困難であった。
【００１２】
また、小型デジタル測長器のデジタルスケールのように筐体内に可動部があるような場合では、特許文献２に記載のように筐体内の一部に空間を設けることが必要とされるが、仕切り部材を用いることは密封性を高める上で困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、インライン計測で用いられるような、加工現場などのような厳しい環境下で高い信頼性、高精度が要求される電子装置に対しても十分に実用が可能な電子部品のポッティング方法及びそれを用いた電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する本発明は、回路基板が収納された金属製の筐体内に開口部からポッティング材を流し込み、封止する電子部品のポッティング方法であって、前記ポッティング材を弾性接着剤とし、前記筐体を治具に設置して前記開口部から前記筐体の内部に未硬化の前記ポッティング材を流し込み、前記ポッティング材の表面にＰＥＴフィルムを貼りつけ、前記ポッティング材を硬化させる。
【００１５】
また、上記において、前記治具をポリアセタールとし、前記ポッティング材をエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤としたことが望ましい。
【００１６】
さらに、未硬化の前記ポッティング材を流し込む際に、前記開口部の大きさに合わされた穴が設けられた塩化ビニル樹脂のマスキングテープを前記治具の表面斜面に合わせて貼り合わせることが望ましい。
【００１７】
さらに、前記ポッティング材の表面に前記ＰＥＴフィルムを貼りつける際に、前記ＰＥＴフィルムを予め前記開口部よりも大きいポリプロピレンシートと貼り付かせた状態とし、前記ＰＥＴフィルムを前記開口部に位置を合わせ、流し込んだ前記ポッティング材の上から押し付けることが望ましい。
【００１８】
さらに、前記ポッティング材を硬化させる際に、貼り付いた状態である前記ポリプロピレンシートと前記ＰＥＴフィルムの上におもりを載せた状態で所定時間経過させることが望ましい。
【００１９】
また、本発明は、回路基板と、前記回路基板に搭載された電子部品と、前記回路基板及び前記電子部品が収納された金属製の筐体と、前記回路基板及び前記電子部品を被覆・保護するように前記筐体内に充填・硬化されるポッティング材と、を有する電子装置において、前記ポッティング材が弾性接着剤で構成され、前記ポッティング材の表面にＰＥＴフィルムが貼りつけられたものである。
【００２０】
さらに、上記のものにおいて、前記ポッティング材をエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤としたことが望ましい。
【００２１】
さらに、上記のものにおいて、厚みが０．０８〜０．１２ｍｍとされたことが望ましい。
【００２２】
また、前記筐体の内部が仕切り板で区切られた空間を有し、外部に面した部分が前記ポッティング材で充填・硬化されたことを特徴とする。
【００２３】
さらに、前記空間に可動部として、レバー、支点、デジタルスケールが収容されたことが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ポッティング材を弾性接着剤とし、金属製の筐体を治具に設置して筐体の内部に未硬化のポッティング材を流し込み、ポッティング材の表面にＰＥＴフィルムを貼りつけ、ポッティング材を硬化させるので、金属の筐体との接合部に掛かる機械的応力及び温度変化による熱応力を吸収・分散し、耐久性を向上すると共に、耐クーラント性、耐油性に優れ、気泡などの外観上の不良もなくすことができる。
【００２５】
したがって、インライン計測で用いられるような、加工現場などのような厳しい環境下で高い信頼性、高精度が要求される電子装置に対しても十分に実用が可能な電子部品のポッティング方法及びそれを用いた電子装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子装置の平面図
【図２】本発明の一実施形態に係る電子装置の断面図（ポッティング前の状態）
【図３】図２で示した電子装置の筐体を治具に設置した状態を示す断面図
【図４】図３においてマスキングテープを治具の表面に貼り合わせた状態を示す断面図
【図５】図４において、筐体の内部に未硬化のポッティング材を流し込んだ状態を示す断面図
【図６】ＰＥＴフィルムを貼る準備作業を示す断面図
【図７】ＰＥＴフィルムを貼った状態を示す断面図
【図８】ポッティング材を硬化するときの状態を示す断面図
【図９】ポッティング材の硬化後の状態を示す断面図
【図１０】ポッティングが完了した状態を示す断面図
【図１１】他の実施の形態に係る電子装置の断面図（ポッティングが完了した状態）
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の平面図である。図２は断面図であり、ポッティング前の状態である。回路基板１は金属製の筐体２に収納されている。そして、回路基板１には所定回路を形成する配線パターンが形成されており、配線パターン上にミニモールドされた半導体、チップ抵抗器、チップコンデンサなどのチップ部品、厚膜抵抗体膜、などの電子部品３が搭載されている。
【００２８】
なお、小型デジタル測長器の測定ヘッドでは、筐体の大きさは３０×９ｍｍ程度と小さい。回路基板１から延びるケーブルはＯリングやパッキンなどのシール材を用いて筐体２の側面や底面などを介して外部に延出されている。
【００２９】
図３は、筐体２を治具４に設置した状態を示す断面図であり、図４は、マスキングテープ５を治具４の表面に貼り合わせた状態を示す断面図である。ポッティングの開始に際して、筐体２は周囲を囲むような治具４に設置される。治具４は、中央部が筐体２の高さと同じ高さとされ、外周部はそれより低くなるような斜面が形成されている。図３で筐体２の中央上部は開口部であり、開口部の大きさに合わされた穴が設けられたマスキングテープ５を治具４の表面斜面に合わせて図４に示すように貼り合わせる。
【００３０】
図５は、筐体２の内部に未硬化のポッティング材７を流し込んだ状態を示す断面図である。マスキングテープ５を治具４の表面に図４に示すように貼り合わせた後、図５に示すように、筐体２内部に開口部からポッティング材７である弾性接着剤を流し込む。未硬化の樹脂を流し込むことで、ポッティング材７でミニモールドされた半導体、チップ抵抗器、チップコンデンサなどのチップ部品、厚膜抵抗体膜、などの電子部品３が搭載された回路基板１及びその他の部品を覆い、外気と遮断するポッティングが行われる。
【００３１】
ポッティング材７としては、耐衝撃性、耐湿性に優れ、回路基板１に形成された配線パターン上にミニモールドされた半導体、チップ抵抗器、チップコンデンサなどのチップ部品、厚膜抵抗体膜、などの電子部品３を良好に保護すると共に、回路基板１や筐体２との密着性に優れることが必要である。さらに、充填・硬化の作業性に優れていることが重要となる。また、ポッティング材７は、一般に使用されている硬化後の硬度が高い樹脂ではなく、温度変化に強くするため、弾力性に富んだ弾性接着剤とする。
【００３２】
そこで、ポッティング材７は、シリコンが入っている２液性のエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤を用いる。したがって、ポッティング材７は、プラスチック材料、特にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂に対しても良好な接着性を持ったものとしている。また、ステンレス、アルミの接着にも適している。また、信頼性が高く、２３℃の環境において混合して４０分後から硬化が始まる。ただし、ポッティング材７は、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリアセタール等に対しては接着できない。
【００３３】
エポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤で構成されたポッティング材７は、容易に剥がれない接着であり、硬化した接着層が強靱にして柔軟な性質を持つ非常に安定したゴム状弾性体となる。したがって、金属の筐体２との接合部に掛かる機械的応力及び熱応力を吸収・分散し、耐久性を向上して、より質の高い接着を実現できる。
【００３４】
ポッティング材７はゴム状弾性体として硬化するようにしたので、（１）外的な振動、衝撃などの応力を吸収し、接着界面に応力が集中しにくい、（２）線膨張率の差の大きい異種材料の接着に適応する、（３）高い剥離接着強さを示す、利点がある。したがって、従来のように、硬くて脆いエポキシ系接着剤の性質や、エラストマー系接着剤の低接着強さは、過酷な環境条件下ではマイナスに作用し、剥がれの原因となることがない。
【００３５】
また、ゴム状弾性体として硬化するポッティング材７としたので、内部応力を分散・吸収する効果がある。また、ヒートサイクルに強く、膨張、収縮などの熱歪みを吸収し、幅広い環境下で安定した接着性が得られる。
【００３６】
マスキングテープ５は、接着剤が意図しない部分に付着することを防ぐために使用する。治具４は、マスキングテープ５を貼る面積を増やして、テープがずれにくくするために用いる。マスキングテープ５は、塩化ビニル樹脂とし、厚さは０．１ｍｍのものを用いる。そして、塩化ビニル樹脂は、予め筐体２の開口部と同じ形に穴が開いている。治具４は、ポッティング材７が付着したとしても剥離しやすいようにポリアセタールとする。
【００３７】
図６、７は、開口部の処理を示す断面図であり、図６はＰＥＴフィルム８（ポリエチレンテレフタラート：高分子フィルム）を貼る準備作業、図７はＰＥＴフィルム８を貼った状態を示す断面図である。弾性接着剤であるポッティング材７の表面にＰＥＴのフィルム８を貼り付け、ポッティング材７が露出する部分、開口部を極力なくして強度と耐クーラント性を高める。ＰＥＴフィルム８は、耐クーラント性が高く、気泡などの外観上の不良も隠すことができる。
【００３８】
また、ＰＥＴフィルム８は、強靭なプラスチックで、ガスバリア性や耐薬品性に優れ、耐酸、耐アルカリに優れているほか、耐油性もあるので、ポッティング材７を弾性接着剤としたことによる弱点、耐クーラント性が硬度の高い樹脂よりも劣るということを補うことができる。
【００３９】
ＰＥＴフィルム８は、厚みが０．０８〜０．１２ｍｍ（望ましくは０．１ｍｍ）であり、筐体２の開口部と同じ形状でほぼ同じ大きさ、厳密には０．２ｍｍほど小さくカットされている。また、予めポリプロピレンシート（ＰＰシート）９とＰＥＴフィルム８の間にアルコールを１滴たらして貼り付かせた状態とする。そして、ポリプロピレンシート（ＰＰシート）９に貼りついたＰＥＴフィルム８を開口部に位置を合わせ、流し込んだポッティング材７の上から押し付ける。
【００４０】
ＰＥＴフィルム８のみだと、はみ出たポッティング材７がはみ出し接着剤２０としてＰＥＴフィルム８の表面にも付着してしまうため、それを防ぐために開口部より十分に大きいポリプロピレンシート９を用いる。これにより、はみ出し接着剤２０はマスキングテープ５とポリプロピレンシート９との間に溜ることになり、余分な個所には至らないことになる。
【００４１】
ポリプロピレンシート９は、エポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤であるポッティング材７とは非接着性を示すため、ポッティング材７の硬化後も容易に剥離できる。また、ポリプロピレンシート９は、透明なので、ＰＥＴフィルム８の位置が開口部の中心に来るように目視で確認しながら押し付けることができる。
【００４２】
図８は、ポッティング材７を硬化するときの状態を示す断面図であり、貼り付いた状態であるポリプロピレンシート９とＰＥＴフィルム８の上におもり２１を乗せる。この状態で所定時間経過すればポッティング材７が硬化する。そして、ＰＥＴフィルム８は、おもり２１によって、フラットになり接着される。ここで、ポッティング材７は、ＰＥＴ樹脂に対しても良好な接着性を持ったエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤であるので、ＰＥＴフィルム８の剥離も防止される。
【００４３】
図９はポッティング材７の硬化後の状態を示す断面図であり、ポリプロピレンシート９、マスキングテープ５を剥がす。ポッティング材７はポリプロピレンシート９とは接着性を持たないので、ＰＥＴフィルム８だけをきれいに、かつ隙間、剥がれ等がないようにすることができる。
【００４４】
図１０は、ポッティングが完了した状態を示す断面図であり、治具４から筐体２を取り外し、樹脂で封止され回路基板１及び電子部品３が被覆・保護された電子装置である。単に、回路基板１を金属の筐体２に収容し、ポッティングしたものでなく、温度変化によっても隙間がなく防水性に優れる。また、ポッティング材７が外部に直接に露出しないので、ＰＥＴフィルム８の強靭性も相まって強度的にも強く、特に耐クーラント性、耐油性に優れる。さらに、気泡などの外観上の不良もない。
【００４５】
図１１は、他の実施の形態に係る電子装置の断面図である。内部に可動部があり、空間を必要とする電子装置のポッティングが完了した状態を示す断面図である。例えば、小型デジタル測長器の場合、触針部２４に対してレバー２５、支点２３、デジタルスケール２２が筐体２の内部に収容されている。そして、触針部２４、レバー２５は支点２３を中心として回動し、その動きを拡大してデジタルスケール２２で検出する。デジタルスケール２２は、触針部２４の変位を数値化するために回路基板１に接続される。回路基板１側は、ポッティング材７を充填して耐環境性を高める必要がある。
【００４６】
筐体２内を仕切り板１２で区切り、または基板１自体を仕切り板の代わりとして、内部に空間１１を持たせたまま、外部に面した部分、回路基板１側のみポッティング材７を充填する。また、高精度化のためにデジタルスケールを金属製の筐体２に収納せざるを得ない。
【００４７】
この場合、硬化前の粘度が低いポッティング材７を用いると仕切り板１２から空間１１へポッティング材７が漏れ出てしまい、可動部であるレバー２５、支点２３、デジタルスケール２２の動きを阻害する恐れがある。また、内部に空間１１を持たせたまま、必要な個所、外部に面した部分のみポッティング材７を充填すると、ポッティング材７は、漏れ等により凸凹状態で硬化してしまう恐れがある。また、隙間ができるので、外観を損なうと共に、防水性が損なわれる。
【００４８】
そこで、既に図１から１０で説明したように、ポッティング材７は、シリコンが入っている２液性のエポキシ・変性シリコン樹脂系の弾性接着剤を用い、ポッティング材７の表面にＰＥＴのフィルム８を貼り付け、おもり２１で押し付ける。
【００４９】
通常、内部に空間１１を持たせたまま、必要な個所、外部に面した部分のみポッティング材７を充填するには、内部空間に漏れ出ない程度に硬化前の粘度が高いポッティング材を使用する必要がある。ただし、硬化前の粘度が高いと、充填後に表面が平面にならず、凸凹のまま硬化してしまうし、気泡も入りやすい。しかし、以上説明した方法であれば、表面も含めてきれいに整形された状態とすることができる。そして、内部に空間１１を持たないポッティングが完了した電子装置と何ら遜色のないものとすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…回路基板
２…筐体
３…電子部品
４…治具
５…マスキングテープ
７…ポッティング材
８…ＰＥＴフィルム
９…ポリプロピレンシート（ＰＰシート）
１１…空間
１２…仕切り板
２０…はみ出し接着剤
２１…おもり
２２…デジタルスケール
２３…支点
２４…触針部
２５…レバー
【図１】
2020113605.tif 000003
【図２】
2020113605.tif 000004
【図３】
2020113605.tif 000005
【図４】
2020113605.tif 000006
【図５】
2020113605.tif 000007
【図６】
2020113605.tif 000008
【図７】
2020113605.tif 000009
【図８】
2020113605.tif 000010
【図９】
2020113605.tif 000011
【図１０】
2020113605.tif 000012
【図１１】
2020113605.tif 000013