(57)【要約】【課題】プリント基板と発熱素子との接続信頼性を確保しつつ、放熱性および絶縁性のばらつきを低減する。【解決手段】この電子装置は、一面、該一面と反対の裏面、および、一面と裏面とを繋ぐ側面を有するプリント基板と、リード端子を有し、通電により発熱する発熱素子と、を備える。  プリント基板は、一面と裏面とに亘って貫通するとともに、側面に開口する切欠き状のスルーホールと、スルーホールの壁面に形成されたランドと、を有する。  そして、発熱素子は、一面に沿う方向において、一面と重ならない位置に配置されて、リード端子がランドと、はんだにより電気的に接続される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１０ａ）、該一面と反対の裏面（１０ｂ）、および、前記一面と前記裏面とを繋ぐ側面（１０ｃ）を有するプリント基板（１０）と、
リード端子（２２）を有し、通電により発熱する発熱素子（２０）と、を備え、
前記プリント基板は、前記一面と前記裏面とに亘って貫通するとともに、前記側面に開口する切欠き状のスルーホール（１３）と、前記スルーホールの壁面に形成されたランド（１４）と、を有し、
前記発熱素子は、前記一面に沿う方向において、前記一面と重ならない位置に配置されて、前記リード端子が前記ランドと、はんだ（５０）により電気的に接続されることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記プリント基板および前記リード端子を、前記一面に沿う面に正投影したとき、
前記リード端子の少なくとも一部が、前記プリント基板の前記側面に沿う線と、前記スルーホールの壁面とにより囲まれた領域に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記リード端子は、前記側面に沿う前記スルーホールの開口面に直交するように延設された直交部（２２ａ）を有し、
前記直交部の少なくとも一部と前記ランドとがはんだにより電気的に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記リード端子は、一部が前記スルーホールの内部に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記スルーホールは前記ランドとともに円弧状を成し、その中心角（Ｈ）が１８０度以上３６０度未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記プリント基板および前記発熱素子が配置される筐体（３０）を備え、
前記プリント基板の前記裏面は、前記筐体と対向するように接着材（４０）を介して前記筐体に固定され、
前記発熱素子は、前記プリント基板の前記一面に沿う方向において、前記一面と重ならないように、前記接着材（４０）を介して前記筐体に固定されることを特徴とする請求項１〜５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】
本発明は、発熱素子とプリント基板とが互いに離間して配置されつつ、リードにより電気的に接続された電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載する電装品の増加に伴って、モータ等の機構系にＥＣＵ等の電子装置を実装する機電一体化が進められている。電子装置に含まれる素子の小型化により発熱密度が増加することに加えて、電子装置がエンジン近傍等の高温環境下に置かれるため、放熱性能の優れた電子装置が求められている。
【０００３】
従来、発熱素子を取り付ける構造としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の、電子部品の固定構造は、発熱素子としてのパワートランジスタをヒートシンクとしての機能を兼ねる筐体に固定するものである。そして、パワートランジスタから延びるリードは、プリント基板にはんだ付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プリント基板は、リフロー等の加熱工程を経ることによって反り変形することがある。特許文献１のように、発熱素子の放熱効率を向上させることを目的に、発熱素子をプリント基板と重ならない位置に配置し、発熱素子およびプリント基板をそれぞれ筐体に固定する場合、反り変形に起因する組付公差が大きくなる。これによってはんだ付け部に応力が加わり、はんだ付け部が破損して断線する虞がある。
【０００６】
また、発熱素子およびプリント基板を、それぞれ接着材を用いて筐体に固定する場合にあっては、プリント基板の反り変形によって、発熱素子と筐体との間に介在する接着材の厚さに、装置毎のばらつきが生じる。このため、装置毎に放熱性にばらつきが生じる、あるいは発熱素子の絶縁性にばらつきが生じるという問題がある。具体的には、接着材が厚くなる部分では放熱性が悪化し、薄くなる部分では絶縁性が悪化する。
【０００７】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、プリント基板と発熱素子との接続信頼性を確保しつつ、放熱性および絶縁性のばらつきを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される発明は、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、特許請求の範囲及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、発明の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、本発明は、一面（１０ａ）、該一面と反対の裏面（１０ｂ）、および、一面と裏面とを繋ぐ側面（１０ｃ）を有するプリント基板（１０）と、リード端子（２２）を有し、通電により発熱する発熱素子（２０）と、を備え、プリント基板は、一面と裏面とに亘って貫通するとともに、側面に開口する切欠き状のスルーホール（１３）と、スルーホールの壁面に形成されたランド（１４）と、を有し、発熱素子は、一面に沿う方向において、一面と重ならない位置に配置されて、リード端子がランドと、はんだ（５０）により電気的に接続されることを特徴としている。
【００１０】
これによれば、スルーホールが側面に開口して形成されているため、ランドと発熱素子のリード端子とをはんだによって固定できる位置であれば、スルーホールの位置に制限されることなく、発熱素子を任意の場所に配置することができる。換言すれば、プリント基板に対する発熱素子の相対位置を任意に決めることができる。このため、本発明に係る電子装置を筐体等に設置する際に、設計者が接着材の厚さを制御することができる。
【００１１】
例えば、プリント基板が反り変形を生じた場合であっても、発熱素子の、プリント基板に対する相対位置に自由度があるため、接着材を所望の厚さに設定しつつ筐体に固定することができる。したがって、プリント基板と発熱素子との接続信頼性を確保しつつ、放熱性および絶縁性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１における領域ＩＩＩの詳細を示す断面斜視図である。
【図４】図１における領域ＩＩＩの詳細を示す上面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】プリント基板の加工プロセスにおいて、樹脂基板にスルーホールを形成する工程を示す上面図である。
【図７】樹脂基板を切断する工程を示す上面図である。
【図８】接着材を厚くする場合における、プリント基板と発熱素子との相対位置を示す断面図である。
【図９】接着材を薄くする場合における、プリント基板と発熱素子との相対位置を示す断面図である。
【図１０】反り変形したプリント基板を用いる場合における、プリント基板と発熱素子との相対位置を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る電子装置の詳細な構成を示す断面図である。
【図１２】電子装置の詳細な構成を示す断面図である。
【図１３】その他実施形態に係る電子装置の詳細な構成を示す上面図である。
【図１４】その他実施形態に係る電子装置の詳細な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。なお、各図において、ｘ方向と、ｘ方向に直交するｙ方向と、ｘ方向とｙ方向とで規定されるｘｙ平面に直交するｚ方向を定義する。そして、後述のプリント基板が固定される筐体の厚さ方向をｚ方向とする。また、図５、図８〜図１２、図１４における破線は、スルーホール１３の内部を示している。
【００１４】
（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。
【００１５】
本実施形態における電子装置は、例えば、エンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）であり、金属の筐体に、電子部品が実装されたプリント基板が接着材を介して接着されて成る。
【００１６】
図１に示すように、この電子装置１００は、プリント基板１０と、発熱素子２０と、筐体３０と、を備えている。
【００１７】
プリント基板１０は、よく知られる樹脂基板であり、図１および図２に示すように、平面矩形状を成している。そして、その一面１０ａに電子部品１１が実装されている。また、一面１０ａには、図示しないコネクタが接続されるコネクタハウジング１２も実装されている。プリント基板１０は、図２に示すように、一面１０ａと、一面１０ａと反対の裏面１０ｂと、一面１０ａと裏面１０ｂを繋ぐ側面１０ｃとを有している。そして、図１に示すように、側面１０ｃのうちの一辺に相当する部分にスルーホール１３が形成されている。なお、プリント基板１０は、裏面１０ｂが接着材４０を介して筐体３０に固定されている。
【００１８】
プリント基板１０に形成されたスルーホール１３は、一面１０ａと裏面１０ｂとに亘って貫通されて成る。すなわち、スルーホール１３はｚ方向に貫通して形成されている。このスルーホール１３は、一面１０ａと裏面１０ｂを繋ぐ側面１０ｃに開口するように形成されている。
【００１９】
発熱素子２０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）であり、通電によって発熱する。発熱素子２０は、基体２１とリード端子２２とを有し、リード端子２２は、基体２１から外部に向かって延設されている。図１および図２に示すように、本実施形態では、リード端子２２の延設方向をｘ方向とする。なお、本実施形態では、ひとつの発熱素子２０が３本のリード端子２２を有し、３つの発熱素子がｙ方向に並んで配置されている。すなわち、９本のリード端子２２に対して、それぞれ対応したスルーホール１３がプリント基板１０に形成されている。
【００２０】
発熱素子２０において、図１および図２に示すように、基体２１はプリント基板１０に直接実装されず、接着材４０を介して筐体３０に固定されている。これにより、金属よりも熱伝導率の低いプリント基板１０を介さず、直接的に筐体３０に放熱することができるようになっている。発熱素子２０とプリント基板１０との電気的接続は、リード端子２２により成されている。リード端子２２とプリント基板１０との接続構造は、追って詳述する。
【００２１】
筐体３０は、金属製であり、例えば箱型を成している。筐体３０は、プリント基板１０および発熱素子２０を収容できるようになっており、発熱素子２０が生じる熱を外部に伝熱するヒートシンクの機能を兼ねている。なお、図１および図２においては、筐体３０の底部のみを図示しており、底部はｘｙ平面に沿って配置されている。
【００２２】
次に、図３〜図５を参照して、リード端子２２とプリント基板１０との接続構造について説明する。
【００２３】
図３は、図１に示す領域ＩＩＩの拡大斜視図である。プリント基板１０は、上記したようにスルーホール１３を有している。スルーホール１３は、プリント基板１０における一面１０ａと裏面１０ｂとに亘ってｚ方向に貫通するように形成されている。このスルーホール１３はプリント基板１０の周縁部に形成されており、図３に示すように、側面１０ｃに開口するように形成されている。これにより、スルーホール１３は、ｘｙ平面に沿う断面形状が略円弧状となっている。
【００２４】
スルーホール１３の壁面にはランド１４が形成されている。ランド１４は、図示しない配線と電気的に接続され、発熱素子２０とプリント基板１０に実装された電子部品１１等とを電気的に接続している。ランド１４はスルーホール１３の壁面を被覆するように形成される。このため、ランド１４はスルーホール１３の形状を反映してｘｙ平面に沿う断面形状が略円弧状となっている。この円弧形状は、図４に示すように、その中心角Ｈが１８０度以上、かつ、３６０度未満とされている。本実施形態では、図４に示すように、中心角Ｈがほぼ２６０度となっている。
【００２５】
図３に示すように、発熱素子２０は、基体２１と、基体２１からｘ方向に突出して延設されたリード端子２２とを有している。リード端子２２は、図４および図５に示すように、その先端が、スルーホール１３における側面１０ｃに沿う開口面からスルーホール１３内に挿入されている。換言すれば、リード端子２２の先端は、スルーホール１３の内部の座標に位置している。この構成では、プリント基板１０およびリード端子２２を、一面１０ａに沿う面に正投影したとき、リード端子２２は、少なくとも一部が、プリント基板１０の側面１０ｃに沿う線と、スルーホール１３の壁面とにより囲まれた領域に位置する。そして、リード端子２２における先端を含む一部が、はんだ５０によってランド１４と電気的接続されている。図３では、リード端子２２のうち、はんだ５０に覆われた部分を破線で示してある。また、図４では、リード端子２２の配置を分かり易くするため、はんだ５０を破線で示してある。
【００２６】
なお、本実施形態におけるリード端子２２は、長手方向全体においてｘ方向に延設されており、スルーホール１３の開口面（すなわち、側面１０ｃ）に直交する。このため、リード端子２２全体が、特許請求の範囲に記載の直交部２２ａに相当する。
【００２７】
次に、図６および図７を参照して、切欠き状のスルーホール１３を有するプリント基板１０の加工プロセスについて説明する。
【００２８】
すべての加工は、一般的なプリント基板の製造方法にて行うことができる。
【００２９】
まず、図６に示すように、樹脂基板２００に一面１０ａと裏面１０ｂとに亘る貫通孔を空ける。この貫通孔がスルーホール１３であり、例えばドリル等で形成することができる。そして、銅めっきなどの方法によって、スルーホール１３の内壁にランド１４を形成する。
【００３０】
次いで、図６における一点鎖線に示す位置をルータ加工により切断する。これにより、図７に示すような、ｘｙ平面に沿う断面形状が円弧状のスルーホール１３を有するプリント基板１０を製造することができる。
【００３１】
次に、本実施形態に係る電子装置１００の作用効果について説明する。
【００３２】
本実施形態では、スルーホール１３がプリント基板１０の側面１０ｃに開口して形成されている。このため、発熱素子２０のリード端子２２をスルーホール１３に挿入する方法について、従来のように、プリント基板１０の一面１０ａ側あるいは裏面１０ｂ側からリード端子２２を挿入しなければならないという制限を受けることがない。スルーホール１３の側面１０ｃに沿う開口は、プリント基板１０の厚さ方向（ｚ方向）の任意のｚ座標で開口しているから、リード端子２２は、スルーホール１３の開口面の任意の箇所から挿入され得る。すなわち、図８および図９に示すように、リード端子２２のｚ方向位置を任意に決めることができる。このため、設計者は、発熱素子２０のｚ方向の位置を自在に制御することができる。なお、図５を比較対象として、図８に示す電子装置１００においては、発熱素子２０の基体２１と筐体３０との間に介在する接着材４０の厚さが厚くされている。これによれば、発熱素子２０の筐体３０に対する絶縁性を向上させることができる。一方、図９に示す電子装置１００においては、発熱素子２０の基体２１と筐体３０との間に介在する接着材４０の厚さが薄くされている。これによれば、発熱素子２０から筐体３０への放熱量を増加させることができる。
【００３３】
上記したように、設計者は、発熱素子２０と筐体３０との間の接着材４０の厚さを自在に制御することができる。したがって、絶縁性および放熱性を、従来に較べて、より精度よく制御することができる。
【００３４】
また、図１０に示すように、プリント基板１０が反りを生じ、プリント基板１０が、その周縁部において、ｘｙ平面に対して傾斜している場合でも、スルーホール１３の開口面を通して、リード端子２２とランド１４とをはんだ５０により接続することができる。換言すれば、図１０に示すように、リード端子２２の延設方向を、プリント基板１０の一面１０ａに沿う方向に合わせることなく、リード端子２２とランド１４を電気的に接続することができる。このため、プリント基板１０の反り変形に依存することなく、発熱素子２０を、所望の接着材４０の厚さをもって、筐体３０に配置することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る電子装置１００の構成によれば、設計者が、プリント基板１０に対する発熱素子２０のｚ方向の相対位置を任意に決めることができる。このため、設計者は、接着材４０の厚さを制御することができる。したがって、プリント基板１０と発熱素子２０との接続信頼性を確保しつつ、放熱性および絶縁性のばらつきを低減することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、図３および図４に示すように、リード端子２２が、側面１０ｃに沿うスルーホール１３の開口面に直交するように、ｘ方向に延設されている。すなわち、リード端子２２が直交部２２ａを有している。そして、はんだ５０は、直交部２２ａを覆うようにして、リード端子２２とランド１４とを接続している。これによれば、はんだ５０が直交部２２ａを覆うようにしてリード端子２２を固定していない場合に較べて、はんだ５０のフィレット形状を良好にすることができ、プリント基板１０と発熱素子２０との接続信頼性を向上することができる。
【００３７】
とくに、本実施形態では、リード端子２２の先端がスルーホール１３の内部に配置されるようになっている。すなわち、リード端子２２の先端が、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向いずれの座標においても、スルーホール１３の内部領域にある。これによれば、はんだ５０のランド１４との接触面積を十分に確保することができる。したがって、プリント基板１０と発熱素子２０との接続信頼性を向上することができる。
【００３８】
また、本実施形態におけるスルーホール１３は、ランド１４とともに、ｘｙ平面に沿う断面形状が略円弧状に形成され、その中心角Ｈが１８０度以上３６０度未満とされている。これによれば、中心角Ｈが１８０度未満とされている態様に較べて、ランド１４におけるはんだ５０の接触面積を大きくすることができる。また、はんだ５０がリード端子２２に濡れ広がりすぎるのを抑制し、はんだ５０のフィレット形状を良好にすることができる。したがって、プリント基板１０と発熱素子２０との接続信頼性を向上することができる。
【００３９】
なお、プリント基板１０および発熱素子２０の、筐体３０への実装順は任意である。例えば、プリント基板１０を筐体３０に固定した後に、発熱素子２０を筐体３０に固定し、その後、リード端子２２とランド１４とをはんだ５０により接続することができる。あるいは、発熱素子２０を筐体３０に固定した後に、プリント基板１０を筐体３０に固定し、その後、リード端子２２とランド１４とをはんだ５０により接続してもよい。いずれの順番においても、設計者は、プリント基板１０に対する発熱素子２０の相対位置を任意に決めることができるため、両者の間に残留応力が印加されることなく、互いを接続することができる。また、プリント基板１０および発熱素子２０をそれぞれ筐体３０に固定した後に互いをはんだ５０により固定するため、はんだ５０のフィレット形状が残留応力の影響を受けることなく、良好な形状を保持することができる。したがって、プリント基板１０と発熱素子２０との接続信頼性を向上することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
第１実施形態では、おもに、リード端子２２がスルーホール１３の内部に挿し込まれる構成について例示した。しかしながら、リード端子２２は、図１１および図１２に示すように、スルーホール１３の外部に配置されていてもよい。
【００４１】
本実施形態に係る電子装置１００は、図１１に示すように、プリント基板１０およびリード端子２２を、一面１０ａに沿う面に正投影したとき、リード端子２２の先端が、プリント基板１０の側面１０ｃに沿う線と、スルーホール１３の壁面とにより囲まれた領域に位置するようになっている。すなわち、この態様の上面図は、第１実施形態における図４と同様となる。第１実施形態との相違点は、リード端子２２の先端が、スルーホール１３の形成されたｚ座標に対して、異なるｚ座標に配置されている点である。換言すれば、本実施形態におけるリード端子２２は、ｘ方向においてスルーホール１３の内部に位置し、ｚ方向において外部に位置している。
【００４２】
このような態様であっても、スルーホール１３が側面１０ｃに対して開口しているため、ランド１４とリード端子２２とをはんだ５０を介して電気的に接続することができる。ただし、はんだ５０のフィレット形状や接続信頼性という観点では、第１実施形態のように、リード端子２２の少なくとも一部がスルーホール１３内に位置することが好ましい。
【００４３】
また別の形態として、図１２に示すように、リード端子２２が、スルーホール１３の形成されたｘ座標に対して、異なるｘ座標に配置されている。すなわち、リード端子２２は、ｘ方向においても、ｚ方向においても、スルーホール１３の外部に位置している。
【００４４】
このような態様であっても、スルーホール１３が側面１０ｃに対して開口しているため、ランド１４とリード端子２２とをはんだ５０を介して電気的に接続することができる。
【００４５】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００４６】
上記した各実施形態では、ｙｚ平面に沿う、プリント基板１０の側面１０ｃに対して、リード端子２２が直交して延設された例を示したが、この例に限定されない。例えば、図１３に示すように、リード端子２２は、側面１０ｃに対して斜めになるようにスルーホール１３の内部に挿入されてもよい。
【００４７】
また、上記した各実施形態では、リード端子２２の先端がランド１４との間で互いに接続される例を示したが、この例に限定されない。図１４に示す例では、リード端子２２が、ｘ方向に延びる直交部２２ａと、側面１０ｃに平行にｚ方向に延びる平行部２２ｂとを有するＬ字形状を成している。このような発熱素子２０についても、本発明を適用することができる。図１４に示すように、リード端子２２の先端ではなく、直交部２２ａの一部および平行部２２ｂの一部と、ランド１４とをはんだ５０を介して接続することができる。なお、図１４に示す態様では、直交部２２ａの一部および平行部２２ｂの一部がスルーホール１３の内部に配置されている。そして、直交部２２ａの少なくとも一部が、はんだ５０を介してランド１４と接続されている。このため、直交部２２ａを含まずに接続される態様に較べて、はんだ５０のフィレット形状を良好にすることができる。したがって、リード端子２２とランド１４との接続信頼性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・電子装置
１０・・・プリント基板
１３・・・スルーホール
１４・・・ランド
２０・・・発熱素子
２１・・・基体
２２・・・リード端子
３０・・・筐体
４０・・・接着材
５０・・・はんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015065234.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015065234.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015065234.tif 000013
【図１２】
2015065234.tif 000014
【図１３】
2015065234.tif 000015
【図１４】
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