(57)【要約】【課題】温度変化にさらされる場合であっても回路基板の表層部材の剥離を抑制することのできる電子装置を提供する。【解決手段】この電子装置は、電子部品が実装された回路基板と、回路基板が固定される筐体と、回路基板を筐体との間で挟持して締結するための固定部材と、を備えている。回路基板は、板厚方向に直交する表層であって、筐体または固定部材と接する部分に導体層を有し、筐体または固定部材は、導体層に接する接触表面において、めっき層を有し、さらに、導体層とめっき層との間で形成される合金層を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品（４０）が実装された回路基板（２０）と、
前記回路基板が固定される筐体（１０）と、
前記回路基板を前記筐体との間で挟持して締結するための固定部材（３０）と、を備え、
前記回路基板は、板厚方向に直交する表層であって、前記筐体または前記固定部材と接する部分に導体層（２４）を有し、
前記筐体または前記固定部材は、前記導体層に接する接触表面において、めっき層（５０）を有し、
さらに、前記導体層と前記めっき層との間で形成される合金層（６０）を有する、電子装置。
【請求項２】
前記めっき層は、摂氏１００度以上において前記導体層との間で合金化して前記合金層を生じる、請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記導体層は銅を主成分とし、前記めっき層は錫を主成分とする、請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記合金層は、前記固定部材と前記回路基板との間に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記合金層は、前記筐体と前記回路基板との間に形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記回路基板は、絶縁基材（２３）と前記導体層とを有するとともに前記絶縁基材の表層に前記導体層が形成されるものであり、
前記絶縁基材は曲げ弾性率が１０ＧＰａ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記回路基板は、絶縁基材（２３）と前記導体層とを有するとともに前記絶縁基材の表層に前記導体層が形成されるものであり、
前記絶縁基材と前記導体層との界面の算術平均粗さが０．４μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書の開示は、筐体に回路基板が固定されてなる電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、回路基板が筐体にねじ固定されて成る電子機器が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１７８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば車両のエンジンルーム内などにおいて、エンジンやモータを制御するための電子装置は、低温から高温に至る温度変化にさらされる。
【０００５】
高温の環境下において回路基板がねじによって固定されていると、ねじの締結力に起因して回路基板におけるねじに締められた部分が凹んだ状態になる。すなわち、クリープ変形を生じる。とくに、基材として主に絶縁基材を採用する回路基板と、金属製のねじ（ワッシャが存在する場合はワッシャも含む）と、の間には線膨張係数の差が存在する。例えば高温環境においては、回路基板が板厚方向にねじに較べて大きく膨張するため、回路基板におけるねじとの接触部分においてクリープ変形が発生しやすい。その後、回路基板が置かれる環境温度が低下して常温あるいは低温の状態になると回路基板が板厚方向に収縮するが、ねじの収縮量に対して大きく収縮するため軸力が低下する。この軸力低下によって、板厚方向に直交する方向に回路基板がずれてしまう場合がある。すなわち、回路基板がねじに対して相対的に変位する。このとき、クリープ変形によって生じた凹みの縁の部分がねじ頭あるいはワッシャに当接された状態となり、再び回路基板が高温にさらされて膨張すると、縁の部分に過剰な応力が印加されて、回路基板の表層の部材が剥離してしまう虞がある。
【０００６】
とくに、絶縁基材に低弾性体を採用したり、ねじ固定する部位の表層導体の粗度を小さくしたりする態様ではピール強度が小さくなるため、上記剥離が生じやすい。また、この表層の部材が表層導体のような導電性部材である場合には、剥離した導体が回路基板上の意図しない場所に移動してしまい、ショート故障を生じる虞がある。
【０００７】
そこで、この明細書の開示は、温度変化にさらされる場合であっても回路基板の表層部材の剥離を抑制することのできる電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この明細書の開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
上記目的を達成するために、この明細書に開示される電子装置は、電子部品（４０）が実装された回路基板（２０）と、回路基板が固定される筐体（１０）と、回路基板を筐体との間で挟持して締結するための固定部材（３０）と、を備え、回路基板は、板厚方向に直交する表層であって、筐体または固定部材と接する部分に導体層（２４）を有し、筐体または固定部材は、導体層に接する接触表面において、めっき層（５０）を有し、さらに、導体層とめっき層との間で形成される合金層（６０）を有する。
【００１０】
これによれば、高温から低温への温度変化など、固定部材と筐体の間での回路基板の固定に係る力が小さくなる状況下であっても、固定部材あるいは筐体と、回路基板との固定を維持できるので、これらの相対的な変位を抑制でき、導体層の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態にかかる電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】固定部材の近傍の詳細を示す断面図であり、図１に示すII領域の拡大図である。
【図３】第２実施形態にかかる電子装置における固定部材の近傍の詳細を示す断面図である。
【図４】第３実施形態にかかる電子装置における固定部材の近傍の詳細を示す断面図である。
【図５】その他の実施形態にかかる電子装置における固定部材の近傍の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１３】
（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明する。
【００１４】
本実施形態にかかる電子装置は、筐体内に回路基板とモータなどのコンポーネントが収容されて一体的なモジュールを構成するものであり、例えばＩＳＧ（Integrated Starter Generator）などがある。なお、以下の説明では、モータなどのコンポーネントについての説明を省略し、回路基板と筐体との接続について詳細に述べる。
【００１５】
図１に示すように、電子装置１００は、筐体１０と、回路基板２０と、固定部材３０と、を備えている。回路基板２０の実装面には電子部品４０が適宜実装されている。図１においては電子部品４０が回路基板２０に片面実装された様子を図示しているが、両面実装でも良い。
【００１６】
固定部材３０およびその近傍の構成について、図２を参照して説明する。
【００１７】
筐体１０は、例えばアルミダイキャストにより成形されており、回路基板２０を収容する収容空間に突出した台座１１を有している。台座１１にはねじ３０が螺合するようにねじ穴１１ａが設けられている。
【００１８】
回路基板２０は多層構造のプリント基板であり、内層絶縁体２１と、内層導体２２と、表層絶縁体２３と、導体層２４と、ソルダレジスト２５と、を有している。内層絶縁体２１を基材として、その両面に内層導体２２が貼り付けられている。内層導体２２は例えば銅を主成分とする層状の導体であり、基板におけるグランド電位を規定したり、その他配電用の配線に供されたりするものである。内層導体２２は内層絶縁体２１の両面に適宜パターニングされている。内層導体２２の外側には表層絶縁体２３が貼り付けられている。
【００１９】
表層絶縁体２３の外側には導体層２４が形成されている。表層絶縁体２３は導体層２４を貼り付ける先の基材であるから、特許請求の範囲に記載の絶縁基材に相当する。導体層２４は、例えば銅を主成分とする層状の導体であり、内層導体２２と同様に、基板におけるグランド電位を規定したり、その他配電用の配線に供されたりするものである。また、導体層２４は固定部材３０を介して筐体１０と電気的に接続されており、導体層２４が筐体１０と同電位となるように構成されている。導体層２４は回路基板２０に形成される回路構成に基づいて表層絶縁体２３上にパターニングされている。
【００２０】
表層絶縁体２３および導体層２４の表面のうち、外部に露出すべきでない部分はソルダレジスト２５が被膜されて保護されている。なお、回路基板２０を固定するために固定部材３０と筐体１０とが当接する部分にはソルダレジスト２５は形成されず、導体層２４が外部に露出している。
【００２１】
回路基板２０には、後述する固定部材３０としてのねじ３１の軸を挿通するためのスルーホール２０ａが形成されている。スルーホール２０ａは回路基板２０における一面から裏面に亘って貫通している。スルーホール２０ａの内径はねじ３１の軸の直径よりもやや大きくなっており、軸３１に切られた螺旋状の溝と、筐体１０の台座１１に設けられた螺旋状の溝とが螺合することにより、ねじ３１の頭と台座との間で回路基板２０が挟持される。
【００２２】
固定部材３０は、筐体１０との間で回路基板２０を挟持して固定する部分であり、本実施形態においては、ねじ３１と、ワッシャ３２とを有している。ねじ３１は軸と頭を有しており、軸の部分が回路基板２０のスルーホール２０ａに挿通されて、軸の先端が筐体１０の台座１１に形成されたねじ穴１１ａにねじ込まれる。ねじ３１の頭の部分はワッシャ３２を介して導体層２４を押さえつけるようにされる。ワッシャ３２は円環状の金属板であり、中央に開けられた穴にねじ３１の軸が挿通される。
【００２３】
なお、ねじ穴１１ａが形成された台座１１は、回路基板２０のうち、ねじ３１の頭が接触する面とは反対の面における導体層２４に接触している。これにより、回路基板２０は固定部材３０と筐体１０の台座１１との間に挟持される。
【００２４】
上記したように、ねじ３１はワッシャ３２を介して導体層２４に接触している。本実施形態における電子装置１００は、ワッシャ３２における導体層２４の対向面にめっき層５０を備えている。換言すれば、ワッシャ３２の一面には、導体層２４との接触表面にめっき層５０が形成されている。ワッシャ３２が円環状であるため、ワッシャ３２の表面に沿って形成されるめっき層も円環状である。めっき層５０を構成する成分は、回路基板２０が置かれる環境温度のうち、高温側の温度において導体層２４との間で合金化が進むような金属を採用することが好ましく、例えば摂氏１００度において銅製の導体層２４との間で合金化する材料を採用すると良い。本実施形態におけるめっき層５０は錫を主成分とする金属層を採用することができる。
【００２５】
さらに、電子装置１００は、回路基板２０における導体層２４とめっき層５０との間に合金層６０を備えている。合金層６０は、めっき層５０を構成する金属と、導体層２４を構成する金属とが互いに合金化して形成された層であり、本実施形態ではＣｕ−Ｓｎ系の合金である。合金層６０はめっき層５０の金属原子と導体層２４の金属原子とが互いに熱拡散して混ざりあったものであるため、合金層６０とめっき層５０との境界面、および合金層６０と導体層２４との境界面は曖昧であるが、図２においては便宜的に別の部位として境界線を図示している。
【００２６】
合金層６０の形成方法について簡単に説明する。まず、筐体１０と、回路基板２０と、ねじ３１およびワッシャ３２とを用意する。円環状のワッシャ３２の片面に錫めっきの処理を施してめっき層５０を形成する。そして、めっき層５０を施した面を導体層２４に対向するようにワッシャ３２を配置し、ねじ３１と筐体１０とで回路基板２０を挟むようにして挟持する。これにより、ワッシャ３２に形成されためっき層５０は導体層２４に接触する。その後、収容された回路基板２０ごと筐体１０を加熱する。めっき層５０と導体層２４とが合金化する温度まで加熱して所定時間置き、合金層６０を形成する。なお、めっき層５０と導体層２４とが合金化する温度まで意図的に筐体１０を加熱しても良いし、例えばエンジンルーム内の温度変化を利用して車両の運転中に合金化が促進されるようにしても良い。
【００２７】
次に、本実施形態に係る電子装置１００を採用することによる作用効果について説明する。
【００２８】
電子装置１００は合金層６０を有している。合金層６０が形成される前の時点では固定部材３０と回路基板２０は別体の要素であり、ねじ３１の軸力が低下すれば回路基板２０が固定部材３０（ねじ３１およびワッシャ３２）に対して相対的に変位してしまう。これに対して、電子装置１００は合金層６０を有しているので、回路基板２０と固定部材３０は合金層６０を介して実質的に一体となっている。このため、回路基板２０と固定部材３０とが相対的に変位することがない。回路基板２０と固定部材３０とが相対的に変位しないので、回路基板２０がクリープ変形を生じていたとしても、固定部材３０が回路基板２０の意図しない箇所に接触して導体層２４や表層絶縁体２３の剥離を生じさせることを抑制することができる。すなわち、電子装置１００が冷熱の温度変化にさらされる場合であっても回路基板２０の表層部材（導体層２４や表層絶縁体２３）の剥離を抑制することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
第１実施形態では、固定部材３０として、ねじ３１とワッシャ３２とを含む例について説明した。その場合には、めっき層５０が形成されるのは導体層２４との接触表面を有するワッシャ３２である。これに対して、本実施形態における固定部材３０は、ワッシャを有さないつば付きねじ３３である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態における電子装置１１０は、第１実施形態において説明した電子装置１００の固定部材３０を、ねじ３１およびワッシャ３２の構成から、つば付きねじ３３の構成に置き換えたものである。
【００３１】
めっき層５０はつば付きねじ３３におけるつばの部分に形成されている。具体的には、めっき層５０は、つばにおける導体層２４の対向面に形成されている。めっき層５０が導体層２４と合金化して合金層６０を生じることにより、つば付きねじ３３と回路基板２０とが実質的に一体となっている。
【００３２】
本実施形態における電子装置１１０も、第１実施形態と同様に、回路基板２０と固定部材３０とが合金層６０を介して一体的になっているので、回路基板２０と固定部材３０とが相対的に変位することがない。よって、固定部材３０が回路基板２０の意図しない箇所に接触して導体層２４や表層絶縁体２３の剥離を生じさせることを抑制することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、固定部材３０と回路基板２０との間にめっき層５０が形成され、めっき層５０と回路基板２０の導体層２４とが合金層６０を形成する例について説明した。
【００３４】
これに対して、本実施形態における電子装置１２０は、図４に示すように、筐体１０と回路基板２０との間にめっき層５０を備え、めっき層５０と導体層２４との間で合金層６０が形成されている。めっき層５０は、筐体１０における台座１１のうち、回路基板２０の露出した導体層２４に対向する面に形成されている。そして、めっき層５０と導体層２４との間に合金層６０が形成されている。
【００３５】
合金層６０は、第１実施形態および第２実施形態と同様に、めっき層５０を構成する金属と、導体層２４を構成する金属とが互いに合金化して形成された層であり、本実施形態ではＣｕ−Ｓｎ系の合金である。合金層６０はめっき層５０の金属原子と導体層２４の金属原子とが互いに熱拡散して混ざりあったものであるため、合金層６０とめっき層５０との境界面、および合金層６０と導体層２４との境界面は曖昧であるが、図４においては便宜的に別の部位として境界線を図示している。
【００３６】
一方、本実施形態における固定部材３０は、第１実施形態と同様に、ねじ３１とワッシャ３２とを有している。ねじ３１はワッシャ３２を介して導体層２４に接触しており、ねじ３１を締結することにより回路基板２０が筐体１０と固定部材３０との間で挟持され固定されている。
【００３７】
本実施形態における電子装置１２０は筐体１０と回路基板２０との間に合金層６０を有しているので、回路基板２０と筐体１０は合金層６０を介して実質的に一体となっている。このため、回路基板２０と筐体１０とが相対的に変位することがない。ここで、筐体１０と固定部材３０とはねじ締結により結合しているので、筐体１０と固定部材３０も一体的である。よって、固定部材３０と回路基板２０も実質的に一体的であり、回路基板２０と固定部材３０とが相対的に変位しない。このため、回路基板２０がクリープ変形を生じていたとしても、固定部材３０が回路基板２０の意図しない箇所に接触して導体層２４や表層絶縁体２３の剥離を生じさせることを抑制することができる。すなわち、電子装置１００が冷熱の温度変化にさらされる場合であっても回路基板２０の表層部材（導体層２４や表層絶縁体２３）の剥離を抑制することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
上記した各実施形態では、回路基板２０を構成する各要素について、構成材料やその状態の詳細を説明していないが、導体層２４が表層絶縁体２３から比較的剥離しやすい回路基板２０を対象にするとき、合金層６０を備えることによる効果をより効果的に発揮することができる。
【００３９】
例えば回路基板２０がフレキシブル基板等の変形を前提とした基板であることを想定する。フレキシブル基板のように弾性率の低い回路基板２０では、例えば内層絶縁体２１および表層絶縁体２３に低弾性率の材料を用いる。低弾性率とは、例えば曲げ弾性率が１０ＧＰａ以下の材料である。このような低弾性率の材料を表層絶縁体２３に用いた回路基板２０では、その変形に伴って表層絶縁体２３と導体層２４との相対位置も変わりやすい。よって、低弾性率の表層絶縁体２３を採用した回路基板２０は、回路基板２０の変形に伴う表層絶縁体２３と導体層２４との間でのせん断力により、高弾性率の表層絶縁体２３を採用した回路基板２０に較べてピール強度が小さくなる。すなわち、導体層２４の剥離が生じやすい。
【００４０】
このような、ピール強度が比較的小さい回路基板２０を採用する場合には、合金層６０を備えることによって、回路基板２０と固定部材３０、あるいは回路基板２０と筐体１０とを一体的に固定し、相対的な変位を抑制することで導体層２４が表層絶縁体２３から剥離することをより効果的に抑制できる。
【００４１】
また、回路基板２０が高周波の電気信号を扱うものである場合、表層絶縁体２３と導体層２４との界面の面粗度をできるだけ低くすることが好ましいが、面粗度の低下は、ピール強度とのトレードオフである。すなわち、表層絶縁体２３と導体層２４との界面の面粗度を低くすると、導体層２４が表層絶縁体２３から剥離しやすくなる。
【００４２】
すなわち、表層絶縁体２３と導体層２４との界面の面粗度が低粗度である回路基板２０を採用する場合には、合金層６０を備えることによって、回路基板２０と固定部材３０、あるいは回路基板２０と筐体１０とを一体的に固定し、相対的な変位を抑制することで導体層２４が表層絶縁体２３から剥離することをより効果的に抑制できる。なお、低粗度とは、例えば表層絶縁体２３と導体層２４との界面の算術平均粗さが０．４μｍ以下である場合をいう。
【００４３】
（その他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００４４】
上記した各実施形態では、めっき層５０および合金層６０が、固定部材３０と回路基板２０との間、あるいは、筐体１０と回路基板２０との間、のいずれか一方にのみ形成される例について説明したが、めっき層５０および合金層６０が、回路基板２０の両面であって固定部材３０との間および筐体１０との間の両方に形成されていても良い。
【００４５】
また、上記した各実施形態では、固定部材３０としてねじ３１およびワッシャ３２や、つば付きねじ３３など、回路基板２０が筐体１０にねじ締結される例を示したが、回路基板２０の固定方法はねじ締結に限定されない。例えば、図５に示すように、金属製で板状の片持ち梁３４が筐体１０との間で回路基板２０を挟持するような構成としても良い。この態様では、固定部材３０は片持ち梁３４であり、対応する筐体１０の台座１１にもねじ穴は形成されていない。片持ち梁３４による付勢と台座１１による抗力とで回路基板２０を挟持する。この態様においても片持ち梁３４の付勢によって回路基板２４の表層にクリープ変形が生じる虞がある。
【００４６】
この態様においては、図５に示すように、片持ち梁３４の回路基板２０に対向する一面にめっき層５０が形成され、めっき層５０と導体層２４との接触部分に合金層６０が形成されている。また、筐体１０の台座１１の回路基板２０に対向する一面にめっき層５０が形成され、めっき層５０と導体層２４との接触部分に合金層６０が形成されている。これにより、回路基板２０は、筐体１０および固定部材３０と一体的にされるため、回路基板２０が固定部材３０や筐体１０に対して相対的に変位することがない。よって、万一回路基板２０にクリープ変形が生じていても、固定部材３０が導体層２４における意図しない箇所に接触することを抑制でき、導体層２４の剥離を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…筐体，１１…台座，２０…回路基板，２３…表層絶縁体（絶縁基材），２４…導体層，３０…固定部材，４０…電子部品
【図１】
2019110255.tif 000003
【図２】
2019110255.tif 000004
【図３】
2019110255.tif 000005
【図４】
2019110255.tif 000006
【図５】
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