(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、
前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、
前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、
前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、
を備え、
前記熱膨張抑制部材は、前記封止材に固着する表面に複数の凹部および複数の凸部の少なくとも一方を有する、
医療機器用電子基板。
【請求項２】
第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、
前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、
前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、
前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、
を備え、
前記熱膨張抑制部材は、前記封止材に固着する表面に開口する複数の貫通孔を有する、
医療機器用電子基板。
【請求項３】
第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、
前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、
前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、
前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、
を備え、
前記熱膨張抑制部材は、少なくとも、前記封止材に固着する表面に段差が形成されており、
前記複数の電子部品のうち少なくとも一つの電子部品と前記熱膨張抑制部材との間の前記封止材の層厚は、前記少なくとも一つの電子部品の外周部における未実装領域の前記電子回路基板と前記熱膨張抑制部材との間における前記封止材の層厚以上である、
医療機器用電子基板。 
【請求項４】
前記熱膨張抑制部材は、
前記封止材に固着する表面に、前記封止材との密着性を向上する下地層を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療機器用電子基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器用電子基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器は滅菌処理されるため、医療機器用電子基板は、滅菌処理に対応する耐熱性、耐ガス浸透性、耐薬品性などが求められる。
耐環境性を向上した半導体装置に関する技術として、例えば、特許文献１には、電子部品の耐久性を向上するため、半導体チップを樹脂封止した樹脂封止型半導体装置が記載されている。この樹脂封止型半導体装置では、熱硬化性エポキシ樹脂に無機充填剤を配合させた組成物の硬化体によって半導体チップが封止されている。特許文献１には、熱硬化性エポキシ樹脂に充填剤が配合されることによって硬化体の線膨張率が低下するため、封止後の反りが少なくなって実装後の信頼性が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０６０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題がある。
医療機器における滅菌処理として、例えば、オートクレーブ滅菌処理が用いられる。オートクレーブ滅菌処理は、例えば、１３０℃２気圧程度の高温高圧水蒸気に医療機器を曝す過酷な滅菌処理である。オートクレーブ滅菌処理においては、電子部品が実装された電子基板全体が過酷な熱的ストレスを受けるとともに、高湿環境に曝される。
そこで、例えば、特許文献１のような樹脂封止技術を、医療機器用電子基板上の電子部品全体に適用することも考えられる。この場合、広範囲の温度変化に耐える程度に無機充填剤を増加させると、封止材の粘度が高くなるため封止材の塗布が困難になるという問題がある。封止材が塗布できたとしても、電子部品および電子回路基板と封止材との間に隙間や気泡などが形成されたりして、充分な密着性が得られなくなるおそれがあるという問題がある。封止材が電子部品および電子回路基板と密着しないと、封止材が剥がれたり高温水蒸気が電子部品に触れたりして、医療機器としての信頼性が損なわれるおそれがある。
電子部品および電子回路基板に対する密着性を向上するために充填剤を減らすと、封止材の硬化体の線膨張係数が大きくなる。この場合、滅菌サイクルによって発生する封止材の硬化体の膨張収縮によって、電子部品に応力が掛かるため、電子部品が破損してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、加熱による滅菌処理に対する耐久性を向上することができる医療機器用電子基板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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の医療機器用電子基板は、第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、を備え、前記熱膨張抑制部材は、前記封止材に固着する表面に複数の凹部および複数の凸部の少なくとも一方を有する。
【０００９】
本発明の第２の態様の医療機器用電子基板は、第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、を備え、前記熱膨張抑制部材は、前記封止材に固着する表面に開口する複数の貫通孔を有する。
【００１０】
本発明の第３の態様の医療機器用電子基板は、第１の線膨張係数を有する電子回路基板と、前記電子回路基板に実装された複数の電子部品と、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有し、前記複数の電子部品を覆った状態で前記電子回路基板および前記複数の電子部品に固着している封止材と、前記第２の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し、前記電子回路基板との間に前記封止材を挟んで前記複数の電子部品を覆った状態で、前記封止材に固着している熱膨張抑制部材と、を備え、前記熱膨張抑制部材は、少なくとも、前記封止材に固着する表面に段差が形成されており、前記複数の電子部品のうち少なくとも一つの電子部品と前記熱膨張抑制部材との間の前記封止材の層厚は、前記少なくとも一つの電子部品の外周部における未実装領域の前記電子回路基板と前記熱膨張抑制部材との間における前記封止材の層厚以上である。
上記各態様の医療機器用電子基板においては、前記熱膨張抑制部材は、前記封止材に固着する表面に、前記封止材との密着性を向上する下地層を有してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の医療機器用電子基板によれば、加熱による滅菌処理に対する耐久性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の変形例（第１変形例）の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。
【図６】図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な縦断面図である。
【図８】熱膨張抑制部材を平板に代えた場合の作用を説明する模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例〜第５変形例）の医療機器用電子基板に用いる熱膨張抑制部材の模式的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の医療機器用電子基板について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１５】
図１に示す本実施形態の医療機器用電子基板１１は、図示略の医療機器に用いられる電子回路を構成する複数の電子部品が実装されている。医療機器用電子基板１１が用いられる医療機器は、特に限定されない。医療機器用電子基板１１が使用される医療機器の例としては、例えば、内視鏡装置、処置具、超音波メス、レーザーメス、歯科用ＬＥＤ照明、手術用センサー類（パルスオキシメーターなど）などが挙げられる。
医療機器用電子基板１１を用いることが特に好適である医療機器としては、例えば、オートクレーブ滅菌処理等の加熱滅菌処理が施される医療機器が挙げられる。
図１、図２に示すように、医療機器用電子基板１１は、回路基板１（電子回路基板）、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、封止材３（図２参照）、および熱膨張抑制部材４を備える。
【００１６】
回路基板１には、後述する電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを実装する配線パターン（図示略）が形成されている。
回路基板１の材質としては、後述する封止材３よりも熱膨張しにくい材質が用いられる。回路基板１の線膨張係数α１（第１の線膨張係数）は、後述する封止材３の線膨張係数α２（第２の線膨張係数）よりも小さい。例えば、回路基板１の材質としては、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）、セラミック基板、半導体基板（Ｓｉ）などが用いられてもよい。
例えば、ガラスエポキシ基板の線膨張係数は、種類にもよるが、１３×１０−６（Ｋ−１）程度である。セラミック基板の線膨張係数は、種類にもよるが、７．３×１０−６（Ｋ−１）程度である。Ｓｉ基板の線膨張係数は、種類にもよるが、２．４×１０−６（Ｋ−１）程度である。
【００１７】
回路基板１の基板構造は特に限定されない。例えば、回路基板１は、片面基板でもよいし、両面基板でもよい。回路基板１は、単層基板でもよいし、多層基板でもよい。
図１には、一例として、回路基板１が平面視矩形状の場合の例が図示されているが、回路基板１の外形は矩形には限定されない。
【００１８】
電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、回路基板１の図示略の配線パターンに実装されている。
電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの種類は、図示略の医療機器に用いる電子回路の一部を構成する部品であれば特に限定されない。例えば、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、ＩＣ、コンデンサ、チップ抵抗などであってもよい。
図１には、医療機器用電子基板１１の電子部品が電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの３個の場合の例が示されているがこれは一例である。医療機器用電子基板１１の電子部品の個数は、必要な電子回路に応じて、２個以上の適宜個数が用いられてもよい。
【００１９】
以下では、一例として、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、表面実装型のＩＣであるとして説明する。
電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれのパッケージから延出されたリードを備えている。電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、各リードが、回路基板１上の図示略のランドパターンに半田付けされている。
電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、回路基板１に実装された状態で、それぞれの部品上面２ａ、２ｂ、２ｃが回路基板１の基板表面１ａと略平行に配置されている。
図２では、一例として、基板表面１ａに対する部品上面２ａ、２ｂ、２ｃの実装高さが、それぞれｈ１になっている。
【００２０】
封止材３は、回路基板１上の電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを封止する部材である。
封止材３は、回路基板１の基板表面１ａおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面（リードの表面を含む）を覆うように配置されている。すなわち、封止材３の下面３ｂは、回路基板１の基板表面１ａに密着しており、封止材３の下面３ｂから上面３ａまでの距離を層厚ｈ２とすると、ｈ２＞ｈ１である。本実施形態では、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの部品上面２ａ、２ｂ、２ｃ上には、厚さがｈ２−ｈ１の封止材３の層状部が形成されている。
封止材３は、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの下面と基板表面１ａとの間にも隙間なく充填されている。
回路基板１の基板表面１ａおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面と当接する封止材３は、回路基板１の基板表面１ａおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面に固着した状態で固化している。
【００２１】
封止材３の材質としては、上述の線膨張係数α２（α２＞α１）を有し、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを封止可能であって、滅菌処理などの際に医療機器用電子基板１１に加えられる加熱温度に耐える耐熱性と、電気絶縁性とを有する材料が用いられる。
さらに、封止材３の線膨張係数α２は、後述する熱膨張抑制部材４の線膨張係数α３（第３の線膨張係数）よりも大きい。
封止材３は、水分または滅菌処理に使用するガスが浸透しにくい材質であることがより好ましい。
封止材３に用いることができる樹脂材料の例としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。封止材３に用いる樹脂材料は、熱硬化性樹脂であってもよい。
封止材３に好適に用いることができるエポキシ樹脂系の材料の例としては、コーティング剤１５７０−２、１０５７系、１０３３系、１０２０系（商品名；ナミックス（株）製）が挙げられる。
封止材３に好適に用いることができるエポキシ樹脂系の材料の他例としては、耐衝撃（ヒートサイクル）性２液型エポキシ樹脂ＥＸ−５６５／Ｈ−５６５（商品名；サンユレック（株）製）が挙げられる。
これらのエポキシ樹脂は高い耐熱性を有しており、高温の滅菌処理に対して有用である。
【００２２】
封止材３に用いる樹脂材料には、適宜の添加剤が添加されていてもよい。添加剤の例としては、例えば、充填剤、着色剤、カップリング剤、酸化防止剤などが挙げられる。ただし、添加剤を含む場合には、塗布時の作業性を低下させないように、粘度が高くなりすぎない程度の含有量にする。
後述するように、本実施形態では、熱膨張抑制部材４によって封止材３の熱膨張が抑制されるため、線膨張係数を低減する目的の充填剤は、封止材３に添加されなくてもよい。
【００２３】
図１、２に示すように、熱膨張抑制部材４は、回路基板１との間に封止材３を挟んで電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを覆った状態で、封止材３に固着している。本実施形態では、熱膨張抑制部材４の固着面４ｂが、封止材３の上面３ａに固着している。
図１、２に示すように、本実施形態では、熱膨張抑制部材４の平面視の外形が封止材３の平面視の外形と一致している。ただし、熱膨張抑制部材４は、少なくとも電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの全体を覆う一続きの部材であれば封止材３の平面視の外形と異なる形状であってもよい。例えば、封止材３の一部は、熱膨張抑制部材４の外形よりも外側に形成されていてもよい。封止材３の全体は、熱膨張抑制部材４の外形よりも内側に固着していてもよい。
熱膨張抑制部材４の線膨張係数α３は、上述したように、α３＜α２の関係にある。熱膨張抑制部材４の線膨張係数α３と、回路基板１の線膨張係数α１とは、同程度であることがより好ましい。ただし、後述する滅菌サイクルによる熱変形によって、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび回路基板１の配線パターンの破損などが生じない程度の差は許容できる。
【００２４】
熱膨張抑制部材４の形状は、封止材３に固着できれば特に限定されない。図２に示す熱膨張抑制部材４は、一例として平板が用いられている。
熱膨張抑制部材４の材質は、上述した線膨張係数α３の条件が満たされていれば、特に限定されない。例えば、熱膨張抑制部材４に好適な材質としては、ステンレス鋼（線膨張係数：１７．３×１０−６（Ｋ−１））、アルミニウム合金（線膨張係数：２３．５×１０−６（Ｋ−１））などの金属、セラミックス、あるいは補強繊維等によって線膨張係数が調整された樹脂などが用いられてもよい。さらに、熱膨張抑制部材４は、これらの材質を適宜組み合わせた複合材料で構成されてもよい。
熱膨張抑制部材４に好適なセラミックスとしては、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの酸化物系セラミックスが挙げられる。これらの酸化物系セラミックスは、封止材３との密着性が良好となるため、高い耐久性が得られる。
熱膨張抑制部材４に好適な樹脂材料としては、例えば、ガラスエポキシ基板などが挙げられる。例えば、ガラス繊維あるいは金属繊維などが編まれた布状の補強材は、編まれた構造により変形しやすい方向が決まっているため、熱膨張係数の異方性が生じやすい。さらに、これらの布状の補強材は座屈しやすいため、繊維方向における引っ張りに比べると繊維方向の圧縮に弱い。このため、封止材３が低温下で収縮する場合のように、熱膨張抑制部材４の固着面４ｂに沿って圧縮応力を受けると、変形しやすくなる。これらの理由によって、布状の補強材を含む樹脂材料は、熱膨張抑制部材４としては好適とは言えない。
しかし、ガラスエポキシ基板のように、繊維方向の異なる複数の布が重ねられた構造を有している場合には、線膨張係数および剛性の違法が低減されるため、熱膨張抑制部材として用いることができる。
熱膨張抑制部材４として、回路基板１と同材質のガラスエポキシ基板を用いる場合には、α１＝α３となるため、熱膨張による医療機器用電子基板１１の反り変形が抑制される。
【００２５】
熱膨張抑制部材４の線膨張係数α３と回路基板１の線膨張係数α１との差が大きい場合には、熱膨張抑制部材４の剛性が、回路基板１の剛性よりも高くなるようにすることがより好ましい。熱膨張抑制部材４の剛性は、後述する滅菌サイクルによる医療機器用電子基板１１の熱変形が、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび回路基板１の配線パターンの破損などが生じない大きさとする。
熱膨張抑制部材４に必要な剛性は、医療機器用電子基板１１の熱変形解析を行うなどして、算出することができる。
【００２６】
熱膨張抑制部材４の材質は、水分または滅菌処理に使用するガスを浸透させない材質であってもよい。この場合、封止材３に固着する領域において、水分または滅菌処理に使用するガスに対する耐浸透性が向上する。
熱膨張抑制部材４の材質は、導電性を有する材質であってもよい。この場合、熱膨張抑制部材４を電磁波シールド用の導体として用いることが可能になるため、良好なＥＭＣ特性を実現することが可能になる。
熱膨張抑制部材４の材質としては、水分または滅菌処理に使用するガスを浸透させず、導電性を有し、かつ高剛性が得られる点で、ステンレスを用いることがより好ましい。
【００２７】
このような構成の医療機器用電子基板１１は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、回路基板１の基板表面１ａに、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃが半田付けされる。
この後、硬化後に封止材３となる塗液が、基板表面１ａ上において電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを覆う範囲に塗布される。
塗布方法は特に限定されない。例えば、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを囲むように基板表面１ａ上に塗布用枠を配置してから、ディスペンサによって塗布枠の内側に塗液を吐出する塗布方法が用いられてもよい。この場合、塗液の粘度が低くても電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを確実に覆う所定高さに塗液を塗布することができる。本実施形態の場合、塗布用枠の高さは、封止材３の層厚よりも高い。塗布用枠の内周面の平面視形状は、封止材３の形成範囲および熱膨張抑制部材４の外形に等しい。
塗布用枠としては、例えば、封止材３との離型性が良好な樹脂を硬化させて形成された樹脂枠などが用いられてもよい。例えば、封止材３をエポキシ樹脂で構成する場合には、塗布用枠として、シリコーン樹脂枠が用いられてもよい。
【００２８】
塗液は、塗布用枠の内部で流動できるため、例えば、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃと基板表面１ａとの間の隙間にも容易に浸透できる。このため、塗液は、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面の全体に密着する。
【００２９】
この後、熱膨張抑制部材４が塗液上に載置される。例えば、上述の塗布用枠が用いられる場合、熱膨張抑制部材４は、塗布用枠の内周面に上方から挿入することで、塗布用枠内の塗液の表面全体を覆うように載置される。熱膨張抑制部材４は、自重によって塗液の表面を押圧する。これにより、熱膨張抑制部材４の固着面４ｂは、塗液の表面と密着する。
熱膨張抑制部材４は、塗布用枠に嵌合した状態で塗液に対して位置決めされる。
熱膨張抑制部材４の平面視の外形が塗布用枠の上側の開口よりも大きい場合には、例えば、塗液を塗布用枠の上端からわずかに盛り上がるように塗布した後、塗布用枠の上端に熱膨張抑制部材４を重ねればよい。
【００３０】
このように、熱膨張抑制部材４が塗液上に載置されたら、塗液を硬化させる。
塗液の硬化方法は、塗液の材質に応じて適宜の硬化方法が用いられる。例えば、塗液が熱硬化性樹脂の場合には、熱硬化樹脂が硬化する温度まで塗液を加熱する。
塗液が硬化すると封止材３が形成される。封止材３の下面３ｂは、回路基板１の基板表面１ａと固着する。封止材３の上面３ａは、熱膨張抑制部材４の固着面４ｂと固着する。
塗液の硬化が終了したら、塗布用枠を除去する。
このようにして、医療機器用電子基板１１が製造される。
【００３１】
医療機器用電子基板１１の作用について説明する。
封止材３は、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面全体に密着した状態で、回路基板１の基板表面１ａと熱膨張抑制部材４の固着面４ｂとの間で硬化している。この結果、封止材３は、基板表面１ａ上の電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを封止している。封止材３は、加熱による滅菌処理に耐える材質からなるため、滅菌処理の間も、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃと封止材３で覆われた基板表面１ａとが、封止材３によって保護される。例えば、封止材３がエポキシ樹脂などの耐熱性、耐浸透性を有する材質である場合には、例えば、オートクレーブ滅菌などの高温高湿環境であっても、水蒸気の浸透を防止できる。
【００３２】
加熱による滅菌処理が行われると、医療機器用電子基板１１を構成する各部材は熱膨張する。滅菌処理では医療機器用電子基板１１の全体が略一定の温度に加熱されるため、各部材は、それぞれの線膨張係数に応じて熱膨張する。
ここで、回路基板１に半田付けされた電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、回路基板１、封止材３、および熱膨張抑制部材４に比べて小さく、封止材３の線膨張係数α２に比べると線膨張係数も小さいため、回路基板１と一体に動くと考えてよい。
【００３３】
回路基板１、封止材３、および熱膨張抑制部材４は、互いに略平行（平行の場合を含む）に積層した状態で層の界面で互いに固着して一体化している。回路基板１、封止材３、および熱膨張抑制部材４は、それぞれの線膨張係数に応じて、板厚方向（層厚方向）に直交する方向（以下、面方向と言う）に伸びようとする。
しかし、回路基板１、封止材３、および熱膨張抑制部材４のうち、最も大きい線膨張係数α２を有する封止材３は、より線膨張係数が小さい回路基板１および熱膨張抑制部材４に固着している。封止材３の面方向の変形は、回路基板１および熱膨張抑制部材４によって拘束される。すなわち、回路基板１および熱膨張抑制部材４にそれぞれ固着している封止材３の下面３ｂおよび上面３ａの面方向の熱膨張量は、それぞれ線膨張係数α１、α３に対応する基板表面１ａおよび平面部成形面４ｂの面方向の熱膨張量に等しい。
【００３４】
例えば、封止材３が熱膨張抑制部材４によって拘束されていない場合、α２＞α１であるため、封止材３から回路基板１に、基板表面１ａが凸となる反り変形を起こす応力が作用する。このため、基板表面１ａ上の配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃにも応力が作用する。この応力負荷は、滅菌が終了すると消失する。
このように、熱膨張抑制部材４を有しない場合には、滅菌処理が繰り返されると、基板表面１ａ上の配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃが、繰り返し応力を受ける。この結果、配線パターンが疲労して断線したり、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃが破損したりする可能性がある。
このような繰り返し応力が作用すると、封止材３が回路基板１および電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃから剥離することによって隙間が発生する可能性もある。この場合、封止材３による封止状態が損なわれて水分および得薬液が封止材３に浸透しやすくなる。配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、封止材３に浸透した水分および薬液は、配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを腐食させるおそれがある。
【００３５】
しかし、本実施形態の医療機器用電子基板１１では、封止材３の上面３ａに熱膨張抑制部材４が固着している。α３＜α２であるため、封止材３の上面３ａの面方向の熱膨張が抑制される。この結果、回路基板１の反り変形が抑制されて、基板表面１ａ上の配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの応力負荷も低減される。
この結果、配線パターンが疲労して断線したり、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃが破損したりする可能性が低減される。さらに、滅菌処理が繰り返されても、封止材３による封止状態も良好に保たれるため、配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの腐食の進行が抑制される。
このようにして、医療機器用電子基板１１によれば、加熱による滅菌処理に対する耐久性が向上する。
【００３６】
熱膨張抑制部材４が水分または滅菌処理に使用するガスを浸透させない材質で構成される場合には、封止材３に固着する領域において、水分または滅菌処理に使用するガスに対する耐浸透性が向上する。このため、医療機器用電子基板１１の耐久性をさらに向上することができる。
熱膨張抑制部材４が導電性を有する金属を含む場合には、熱膨張抑制部材４を電磁波シールド用の導体として用いることができる。
熱膨張抑制部材４の材質として、ステンレス鋼板など高剛性の材質が用いられる場合には、熱膨張抑制部材４の板厚を低減することができるため、医療機器用電子基板１１を軽量化することができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の医療機器用電子基板について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００３８】
図３、図４に示すように、本実施形態の医療機器用電子基板１２は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１の熱膨張抑制部材４、封止材３に代えて、熱膨張抑制部材２４、封止材２３を備える。
医療機器用電子基板１２は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１が用いられる医療機器において、医療機器用電子基板１１に代えて用いることができる。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
熱膨張抑制部材２４は、上記第１の実施形態における熱膨張抑制部材４において、板厚方向に貫通する複数の貫通孔２４ｃが形成されて構成されている。貫通孔２４ｃは、熱膨張抑制部材２４の固着面４ｂに対する凹部になっている。
上記第１の実施形態と同様、熱膨張抑制部材２４の平面視の外形は、後述する封止材２３の平面視の外形と同じでもよいし、大きくてもよいし、小さくてもよい。図３、図４には、一例として、熱膨張抑制部材２４の平面視の外形が、封止材２３の平面視の外形よりも小さい場合の例が示されている。熱膨張抑制部材２４がこのような大きさであると、熱膨張抑制部材２４の外周部が封止材２３の内部に埋もれる。このため、熱膨張抑制部材２４の外周部のエッジが封止材２３よって被覆される。
【００４０】
貫通孔２４ｃの孔形状、個数は限定されない。図３に示された貫通孔２４ｃは、一例として、等ピッチの正方格子状に配列された多数の円孔である。貫通孔２４ｃの個数は、多い程、封止材３に対する固着性が高まるため、後述する封止材３の熱膨張を抑制する作用が高まる。ただし、貫通孔２４ｃの個数が多すぎると、熱膨張抑制部材２４の剛性が低下する。熱膨張抑制部材２４の剛性が低下すると、後述するように封止材３が熱変形する際の医療機器用電子基板１２の反り変形を充分に抑制できなくなるおそれがある。このため、貫通孔２４ｃの個数は熱膨張抑制部材２４に必要な剛性を考慮して適宜の個数にする。
各貫通孔２４ｃ配列ピッチおよび孔径は、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの平面視の外形の短手方向の長さよりも小さい。ただし、各貫通孔２４ｃの孔径は、後述する封止材２３を形成する材料が進入可能な大きさである。
熱膨張抑制部材２４は、例えば、パンチングメタル、セラミックス成形品、樹脂成形品などが用いられてもよい。
【００４１】
封止材２３は、上記第１の実施形態の封止材３と同じ材質で構成される。ただし、上記第１の実施形態における封止材３は、回路基板１と熱膨張抑制部材４との間に挟まれているのに対して、封止材２３は、熱膨張抑制部材２４の貫通孔２４ｃの内側に入り込んでいる点が上記第１の実施形態と異なる。
図４では、一例として、貫通孔２４ｃ内の封止材２３の上面２３ａが、熱膨張抑制部材２４の外面４ａと同じ高さになっている例が示されている。しかし、貫通孔２４ｃ内の封止材２３の上面２３ａは、熱膨張抑制部材２４の固着面４ｂよりも高ければ、外面４ａより低くてもよいし、外面４ａよりも高くてもよい。貫通孔２４ｃ内の封止材２３の上面２３ａが、外面４ａよりも高い場合、一部の封止材２３は、貫通孔２４ｃの開口の周囲にはみ出していてもよい。
【００４２】
このような構成の医療機器用電子基板１２は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１と同様にして製造される。
【００４３】
本実施形態の医療機器用電子基板１２において、封止材２３は、上記第１の実施形態における封止材３と同様に、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面全体に密着した状態で、回路基板１の基板表面１ａと熱膨張抑制部材２４の固着面４ｂとの間で硬化している。
このため、封止材２３は、上記第１の実施形態における封止材３と同様に、滅菌処理の間も、電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃと封止材２３で覆われた基板表面１ａとを保護することができる。
熱膨張抑制部材２４は上記第１の実施形態における熱膨張抑制部材４と同一の材質であるため、上記第１の実施形態と同様に、加熱を受けた場合の医療機器用電子基板１２の反り変形が抑制される。この結果、回路基板１の反り変形が抑制されて、基板表面１ａ上の配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの応力負荷が低減される。さらに、滅菌処理が繰り返されても、封止材２３による封止状態も良好に保たれるため、配線パターンおよび電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃの腐食の進行が抑制される。
このようにして、医療機器用電子基板１２によれば、加熱による滅菌処理に対する耐久性が向上する。
【００４４】
［第１変形例］
本発明の第２の実施形態の変形例（第１変形例）の医療機器用電子基板について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態の変形例（第１変形例）の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な平面図である。図６は、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００４５】
図５、図６に示すように、本変形例の医療機器用電子基板１３は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１２の封止材２３に代えて、封止材３３を備える。
医療機器用電子基板１３は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１が用いられる医療機器において、医療機器用電子基板１１に代えて用いることができる。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
封止材３３は、貫通孔２４ｃの内部に貫入するとともに、熱膨張抑制部材２４の外面４ａ全体を覆っている点が、上記第２の実施形態における封止材２３と異なる。
本変形例の封止材３３は、熱膨張抑制部材２４も内部に封止している。
本変形例は、封止材３３の上面３３ａが、熱膨張抑制部材２４の外面４ａを覆っている場合の例になっている。
【００４７】
このような構成の医療機器用電子基板１３は、封止材３３を形成するための塗液を、熱膨張抑制部材２４の外面４ａを覆うように塗布する点を除いて、上記第２の実施形態の医療機器用電子基板１２と同様にして製造される。
【００４８】
本変形例の医療機器用電子基板１３によれば、上記第２の実施形態の医療機器用電子基板１２と同様に、加熱による滅菌処理に対する耐久性が向上する。
さらに、本変形例の医療機器用電子基板１３によれば、封止材３３が熱膨張抑制部材２４も封止している。封止材３３の材質が滅菌処理に対する耐性を有する材質であれば、滅菌処理の間、封止材３３によって、熱膨張抑制部材２４が保護される。この場合、熱膨張抑制部材２４の材質として、滅菌処理に対する耐性を有しない材質を使用することもできる。
【００４９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の医療機器用電子基板について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態の医療機器用電子基板の構成例を示す模式的な縦断面図である。
【００５０】
図７に示すように、本実施形態の医療機器用電子基板１４は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１の電子部品２Ｂ、熱膨張抑制部材４、封止材３に代えて、電子部品４２Ｂ、熱膨張抑制部材４４、封止材４３を備える。
医療機器用電子基板１４は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１が用いられる医療機器において、医療機器用電子基板１１に代えて用いることができる。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
電子部品４２Ｂは、部品上面４２ｂの基板表面１ａからの実装高さが、電子部品２Ａ、２Ｃの部品上面２ａ、２ｃの実装高さｈ１よりも高いｈ３である点が、上記第１の実施形態における電子部品２Ｂと異なる。
【００５２】
熱膨張抑制部材４４は、上記第１の実施形態における熱膨張抑制部材４が平板であるのに対して、平板の一部に凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃが形成されている板部材である点が、熱膨張抑制部材４と異なる。
凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃは、後述する封止材４３と固着する平面である下面４４ｂに対する凹部である。本実施形態では、熱膨張抑制部材４４は均一肉厚を有するため、凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃは、下面４４ｂと反対側の上面４４ａに対しては凸部である。
凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃは、それぞれ電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃと重なる範囲に形成されている。
凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの下面４４ｂ側の底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅは、それぞれ電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃの部品上面２ａ、４２ｂ、２ｃと対向している。
底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅをそれぞれ囲む凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内周面は、下面４４ｂおよび底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅに垂直でもよいし、適宜の傾斜が設けられていてもよい。本実施形態では、一例として、凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内周面は、底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅから下面４４ｂに向かって外側に拡がる傾斜を有している。
以下では、特に断らない限り、熱膨張抑制部材４４の主面である下面４４ｂを構成する平板部の板厚方向および面方向を、それぞれ熱膨張抑制部材４４の板厚方向および面方向として説明する。
【００５３】
下面４４ｂに対する底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅの段差の大きさは、電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃの部品上面２ａ、４２ｂ、２ｃの基板表面１ａからの実装高さ、ｈ１、ｈ３、ｈ１に応じて決められている。
下面４４ｂに対する底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅの段差の大きさを適宜に設定することで、底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅと電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃの部品上面２ａ、４２ｂ、２ｃとの間に挟まれる後述の封止材４３の層厚が変えられる。
本実施形態では、基板表面１ａから測った下面４４ｂの高さがｈ４とされたとき、基板表面１ａから測った底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅの高さは、それぞれ、ｈ１＋ｔａ、ｈ３＋ｔｂ、ｈ１＋ｔａとなっている。ただし、ｔａ≧ｔｂである。ｔａは、ｈ４と同じか、またはｈ４に近い値であることがより好ましい。
【００５４】
封止材４３は、回路基板１と熱膨張抑制部材４４との間に挟まれて、回路基板１上の電子部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃを封止する部材である。封止材４３は、上記第１の実施形態の封止材３と同じ材質で構成される。
封止材４３の下面３ｂは、上記第１の実施形態と同様に、基板表面１ａと固着している。
封止材４３の上面４３ａは、熱膨張抑制部材４４の下面４４ｂと、凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内面とに密着して固着している。
封止材４３の層厚は、本実施形態では、基板表面１ａと下面４４ｂとの間ではｈ４、部品上面２ａと底面４４ｃとの間ではｔａ、部品上面４２ｂと底面４４ｄとの間ではｔｂ、部品上面２ｃと底面４４ｅとの間ではｔａである。
【００５５】
このような構成の医療機器用電子基板１４は、必要な変更を適宜行った上で、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１と略同様にして製造される。
例えば、塗液の粘度や電子部品の形状によっては、熱膨張抑制部材４４を塗液上に載置しただけでは、凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内部に封止材４３となる塗液が充填されにくい場合がある。この場合、例えば、上記第１の実施形態と上下を逆さにして塗液の塗布が行われてもよい。例えば、塗布用枠に下面４４ｂが上を向くように熱膨張抑制部材４４が配置されて、熱膨張抑制部材４４の下面４４ｂおよび凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内部に塗液が塗布される。その後、電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃが実装された回路基板１の実装面が塗液上に載置される。回路基板１の載置後、硬化を開始する前に、必要に応じて脱泡処理が行われてもよい。
【００５６】
本実施形態の医療機器用電子基板１４の作用について説明する。
図８は、熱膨張抑制部材を平板に代えた場合の作用を説明する模式図である。
【００５７】
医療機器用電子基板１４において、封止材４３の封止に関する作用と、熱膨張抑制部材４４が面方向における熱膨張を抑制する作用とは、上記第１の実施形態における封止材３、熱膨張抑制部材４の作用と同様である。このため、医療機器用電子基板１４によれば、上記第１の実施形態と同様にして、加熱による滅菌処理に対する耐久性が向上する。
以下では、第１の実施形態と異なる熱膨張抑制部材４４の板厚方向における作用を中心に説明する。
【００５８】
図８に示す医療機器用電子基板１５は、上記第１の実施形態において、電子部品２Ｂを電子部品４２Ｂに置換した構成例である。ここで、封止材３は、電子部品４２Ｂを封止するため、ｈ２＞ｈ３の関係にある。
電子部品４２Ｂの部品上面４２ｂの基板表面１ａからの高さｈ３が、封止材３の層厚ｈ２に近いと、電子部品４２Ｂの外周における基板表面１ａと固着面４ｂとの間の封止材３Ａの層厚ｈ２と、部品上面４２ｂと固着面４ｂとの間の封止材３Ｂの層厚（ｈ２−ｈ３）との差が大きくなる。このため、医療機器用電子基板１５が加熱されると、層厚方向において、封止材３Ａの膨張量が封止材３Ｂの膨張量に比べて格段に大きくなる。
一方、電子部品４２Ｂは、封止材３よりも線膨張係数が小さくかつ、回路基板１上に半田付けされているため、電子部品４２Ｂの部品上面４２ｂの高さの変化は無視できる。
この結果、電子部品４２Ｂの外周部では、封止材３Ａの熱膨張によって、回路基板１および熱膨張抑制部材４が、層厚方向において互い離間する方向に押圧される。しかし、封止材３Ｂの熱膨張量は封止材３Ａの熱膨張量に比べて小さいため、封止材３Ｂは、部品上面４２ｂおよび熱膨張抑制部材４から層厚方向に引っ張られる。
このため、層厚ｈ２と層厚（ｈ２−ｈ３）との差が大きくなりすぎると、部品上面４２ｂと封止材３Ｂとの間、あるいは固着面４ｂと封止材３Ｂとの間が剥離しやすくなる。
【００５９】
このように、電子部品の実装高さにばらつきがある場合でも、各電子部品の部品上面と熱膨張抑制部材４との間の封止材３の層厚を厚くすれば、層厚方向における熱膨張量の相対的な差が低減される。
しかし、電子部品のいずれかの実装高さが突出して高い場合、封止材３の使用量が増大し、かつ封止材３の硬化時間も増大するおそれがあるため、部品コスト、製造コストが増大するおそれがある。
【００６０】
本実施形態の医療機器用電子基板１４においては、熱膨張抑制部材４４が電子部品２Ａ、４２Ｂ、２Ｃを覆う範囲に、凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを備えるため、部品上面２ａ、４２ｂ、２ｃと熱膨張抑制部材４４との間の封止材４３の層厚を、それぞれ独立に代えることができる。
例えば、ｈ４＝ｔａ＝ｔｂとすることによって、封止材４３の熱膨張によって、層厚方向に作用する押圧力を、実質的に均一にすることができる。
ただし、上述のような各部位における封止材４３の層厚差によって生じる熱応力が封止材４３の剥がれ強度以下になっていれば、ｈ４とｔａ（ｔｂ）とは互いに異なる値でもよい。ｈ４、ｔａ、およびｔｂの値は、例えば、有限要素法等の数値解析ソフトによって熱応力解析を行うなどして、適正に決めることができる。
【００６１】
例えば、実装高さが高い電子部品は、大型の電子部品であることが多いため、回路基板１側により確実に押圧されていることが好ましい。例えば、電子部品４２Ｂが押圧されることが好ましい電子部品であるとする。
この場合、ｔｂ＞ｈ４とすると、加熱時に電子部品４２Ｂが常に回路基板１側に押圧されるため、電子部品４２Ｂにおける封止材４３の剥離をより確実に防止できる。
このとき、電子部品４２Ｂの周囲のより実装高さの低い電子部品２Ａ、２Ｃにおいても、ｔａ＞ｈ４としてもよい。しかし、電子部品の数が多いと、押圧力の合力も大きくなってくるため、実装高さに応じて、ｔｂ＞ｔａ、あるいは、ｔｂ＞ｔａ＝ｈ４としてもよい。
【００６２】
［第２変形例〜第５変形例］
本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例〜第５変形例）の医療機器用電子基板について説明する。
図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例、第３変形例）の医療機器用電子基板に用いる熱膨張抑制部材の模式的な拡大断面図である。図９（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の変形例（第４変形例、第５変形例）の医療機器用電子基板に用いる熱膨張抑制部材の模式的な拡大断面図である。
【００６３】
図１、図２に示す本発明の第１の実施形態の第２変形例〜第５変形例の医療機器用電子基板１６、１７、１８、１９は、いずれも熱膨張抑制部材の表面に複数の凹部および複数の凸部の少なくとも一方（図示略）が形成されている点のみが、上記第１の実施形態と異なる。
以下、各変形例について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６４】
第２変形例の医療機器用電子基板１６は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１の熱膨張抑制部材４に代えて、熱膨張抑制部材５４を備える。
図９（ａ）に示すように、熱膨張抑制部材５４は、固着面４ｂに、複数の凸部５４ｃが形成されている。凸部５４ｃの反対側には、凹部がなくてもよいが、本変形例では、一例として、凹部５４ｄが形成されている。このような凸部５４ｃ、凹部５４ｄは、金属板の場合には半抜き加工などによって、セラミックス板および樹脂板の場合には成形などによって形成される。
凸部５４ｃの形状、大きさ、配列パターン、個数などは、平板状の固着面４ｂに比べて、面方向における封止材３の拘束力を高めることができれば限定されない。
例えば、凸部５４ｃの平面視の形状、大きさ、配列パターン、個数は、上記第２の実施形態の熱膨張抑制部材２４の貫通孔２４ｃの平面視の形状、大きさ、配列パターン、個数と同じでもよい。
例えば、凸部５４ｃの形状は、図示例とは異なり、円錐状、角錐状、角柱状、半球状などであってもよい。
【００６５】
本変形例の医療機器用電子基板１６は、熱膨張抑制部材５４の固着面４ｂに複数の凸部５４ｃが形成されているため、封止材３の内部に複数の凸部５４ｃが食い込む。熱膨張抑制部材５４は、凸部５４ｃが形成されていない場合に比べて、封止材３に対する面方向における拘束力が向上する。このため、医療機器用電子基板１６が加熱された場合に、熱膨張抑制部材５４は、固着面４ｂおよび凸部５４ｃに固着している封止材３をより確実に面方向に拘束することができる。
【００６６】
図１、図２に示すように、第３変形例の医療機器用電子基板１７は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１の熱膨張抑制部材４に代えて、熱膨張抑制部材６４を備える。
図９（ａ）に示すように、熱膨張抑制部材６４は、固着面４ｂに、複数の凹部６４ｃが形成されている。凹部６４ｃの反対側には、凸部がなくてもよいが、本変形例では、一例として、凸部６４ｄが形成されている。このような凹部６４ｃ、凸部６４ｄは、例えば、凹部６４ｃは、金属板の場合には半抜き加工などによって、セラミックス板および樹脂板の場合には成形などによって形成される。
凹部６４ｃの形状、大きさ、配列パターン、個数などは、平板状の固着面４ｂに比べて、面方向における封止材３の拘束力を高めることができれば限定されない。
例えば、凹部６４ｃの平面視の形状、大きさ、配列パターン、個数は、上記第２の実施形態の熱膨張抑制部材２４の貫通孔２４ｃの平面視の形状、大きさ、配列パターン、個数と同じでもよい。
例えば、凹部６４ｃの形状は、図示例とは異なり、円錐穴状、角錐穴状、角穴状、半球穴状などであってもよい。
【００６７】
本変形例の医療機器用電子基板１７は、熱膨張抑制部材６４の固着面４ｂに複数の凹部６４ｃが形成されているため、封止材３の一部が複数の凹部６４ｃが入り込む。熱膨張抑制部材６４は、凹部６４ｃが形成されていない場合に比べて、封止材３に対する面方向における拘束力が向上する。このため、医療機器用電子基板１７が加熱された場合に、熱膨張抑制部材６４は、固着面４ｂおよび凹部６４ｃに固着している封止材３をより確実に面方向に拘束することができる。
【００６８】
図１、図２に示すように、第４変形例の医療機器用電子基板１８は、上記第１の実施形態の医療機器用電子基板１１の熱膨張抑制部材４に代えて、熱膨張抑制部材７４を備える。
図９（ｂ）に示すように、熱膨張抑制部材７４は、平面状の固着面４ｂに代えて、粗面からなる固着面７４ｂが形成されている。例えば、固着面７４ｂは、平板の表面をブラスト加工、エッチング処理などの粗面加工によって、粗面化することによって形成される。
固着面７４ｂの表面粗さは、熱膨張抑制部材７４に必要な拘束力に応じて適宜に決めることができる。例えば、固着面７４ｂの表面粗さは、算術平均粗さＲａで、１００μｍ以上、５００μｍ以下とされてもよい。
【００６９】
本変形例の医療機器用電子基板１８は、固着面７４ｂが粗面であるため、平滑面に比べて、封止材３に対する固着力が高まる。この結果、固着面が平滑面である場合に比べて、封止材３に対する面方向における拘束力が向上する。このため、医療機器用電子基板１８が加熱された場合に、熱膨張抑制部材７４は、固着面７４ｂに固着している封止材３をより確実に面方向に拘束することができる。
【００７０】
図１、図２に示すように、第５変形例の医療機器用電子基板１９は、上記第１の実施形の医療機器用電子基板１１の熱膨張抑制部材４に代えて、熱膨張抑制部材８４を備える。
図９（ｃ）に示すように、熱膨張抑制部材８４は、熱膨張抑制部材４と同様の平板における外面４ａと反対側の表面８４ｂに、下地層８４ｃが形成されている。
下地層８４ｃは、適宜の化学的な表面処理によって形成された、封止材３との密着性を向上する層状部である。
下地層８４ｃを形成する表面処理の例としては、例えば、シランカップリング処理が挙げられる。
【００７１】
本変形例の医療機器用電子基板１９は、熱膨張抑制部材８４の表面に下地層８４ｃが形成されているため、封止材３に対する密着性および固着力が高まる。この結果、下地層８４ｃが形成されていない場合に比べて、封止材３に対する面方向における拘束力が向上する。このため、医療機器用電子基板１９が加熱された場合に、熱膨張抑制部材８４は、下地層８４ｃを介して熱膨張抑制部材８４に固着している封止材３をより確実に面方向に拘束することができる。
【００７２】
なお、上記第１、第２の実施形態および各変形例では、熱膨張抑制部材の形状が平板状の場合の例で説明した。しかし、熱膨張抑制部材の形状は、平板状には限定されない。例えば、熱膨張抑制部材は、湾曲板、波板、チャンネル材、平板の外周に側壁を設けられた部材、皿状部材などであってもよい。
これらの平板状以外の形状の熱膨張抑制部材において、表面に複数の凹部および複数の凸部の少なくとも一方が形成されていてもよい。複数の凹部が形成される場合、複数の凹部は貫通孔で形成されていてもよい。
【００７３】
上記第３の実施形態の説明では、電子部品の実装高さが異なる場合に、各電子部品に対向する凹状部が形成された場合の例で説明した。しかし、例えば、第１の実施形態のように、電子部品の実装高さが異なる場合に、各電子部品に対向する凹状部が形成されてもよい。
【００７４】
上記第３の実施形態の説明では、電子部品と熱膨張抑制部材との間の封止材の層厚と、電子部品の外周部における未実装領域の電子回路基板と熱膨張抑制部材との間の層厚とを適宜の寸法に調整するため、熱膨張抑制部材に電子部品に対向する凹状部が形成された例で説明した。しかし、例えば、封止材の層厚を適宜寸法にするための形状は、熱膨張抑制部材に段差が形成されていればよい。例えば、熱膨張抑制部材には、平板部に対する凸状部が含まれていてもよい。
【００７５】
上記各実施形態、各変形例の説明では、医療機器用電子基板の熱変形に関して、常温時と、滅菌時の加熱による熱膨張時との間の膨張収縮の例で説明した。しかし、医療機器用電子基板の熱変形の抑制作用は、常温時と、低温時との間の膨張収縮の際にも同様に機能する。このため、上記各実施形態、各変形例の医療機器用電子基板は、例えば、寒冷地など低温で保存されることが多い場合にも、耐久性を向上することができる。
【実施例】
【００７６】
次に、上述した第１の実施形態の第５変形例、第１変形例、および第３の実施形態に対応する医療機器用電子基板の実施例１〜３について、比較例１、２とともに説明する。下記［表１］に、各実施例、比較例の概略構成および評価結果を示す。
【００７７】
【表１】
0006602255.tif 000002
【００７８】
［実施例１］
実施例１は、上記第１の実施形態の第５変形例の医療機器用電子基板１９の実施例である。
本実施例の回路基板１としては、ＦＲ−４規格のガラスエポキシ基板が用いられた。回路基板１の外形は３０ｍｍ×５０ｍｍ、板厚は１ｍｍとされた。回路基板１の線膨張係数は、α１＝１３×１０−６（Ｋ−１）である。
本実施例の電子部品としては、コンデンサ、チップ抵抗、ＩＣ部品が用いられた。これらの電子部品は、回路基板１の中央付近の２０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状範囲の内側に表面実装された。それぞれの実装高さは、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍであった。
［表１］に示すように、封止材３（［表１］では符号は省略されている。以下、他の部材の符号も同じ）は、エポキシ樹脂系のコーティング剤１５７０−２（商品名；ナミックス（株）製）が用いられた。１５７０−２の硬化後の線膨張係数は、α２＝３２×１０−６（Ｋ−１）である。
封止材３の回路基板１と後述する熱膨張抑制部材８４との間の層厚は、４．０ｍｍとされた。このため、各電子部品の部品上面と固着面４ｂとの間の封止材３の層厚は、それぞれ、３．５ｍｍ、３．０ｍｍ、２．５ｍｍであった。
熱膨張抑制部材８４は、外形が２０ｍｍ×３０ｍｍ、板厚１ｍｍのステンレス鋼板が用いられた。熱膨張抑制部材８４の具体的な材質は、ＳＵＳ３０４が用いられた。ＳＵＳ３０４の線膨張係数は、α３＝１３×１０−６（Ｋ−１）である。
熱膨張抑制部材８４の下地層８４ｃは、シランカップリング剤ＫＢＭ−４０３（商品名；信越化学工業（株）製）を用いたシランカップリング処理によって形成された。
【００７９】
本実施例の医療機器用電子基板１９は、以下のようにして製造された。
電子部品が表面実装された回路基板１において、塗布用枠として、電子部品が搭載されたエリアを囲うように高さ５ｍｍシリコーン樹脂枠が配置された。このシリコーン樹脂枠は、両面テープによって回路基板１の基板表面１ａ上に固定された。
ディスペンサを用いて、シリコーン樹脂枠の内部に、硬化後にコーティング剤１５７０−２が塗布された。塗布量は、硬化後に基板表面１ａからの高さが４ｍｍとなる量とされた。これにより、各電子部品はコーティング剤１５７０−２によって覆われた。
この後、下地層８４ｃが形成されている熱膨張抑制部材８４が、下地層８４ｃが塗布されたコーティング剤１５７０−２に向いた姿勢で、コーティング剤１５７０−２上に載置された。
この状態で、例えば、加熱炉などを用いて、２２０℃で３０分間の加熱が行われた。これにより、コーティング剤１５７０−２が硬化し、封止材３が形成された。冷却後に、シリコーン樹脂枠が除去され、実施例１の医療機器用電子基板１９が製造された。
【００８０】
［実施例２］
実施例２は、上記第１の実施形態の第１変形例の医療機器用電子基板１２の実施例である。
実施例２は、上記実施例１の熱膨張抑制部材８４に代えて、熱膨張抑制部材２４が用いられた点が上記実施例１と異なる。
熱膨張抑制部材２４は、外形が２０ｍｍ×３０ｍｍ、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４に、貫通孔２４ｃとして直径１ｍｍの円孔が板厚方向に貫通されたパンチングメタル材である。貫通孔２４ｃの配列ピッチは、３ｍｍとされた。
【００８１】
［実施例３］
実施例３は、上記第３の実施形態の医療機器用電子基板１４の下面４４ｂと凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの内面に、上記第５変形例と同様の下地層８４ｃを形成した実施例である。
医療機器用電子基板１４は、板厚１ｍｍのＳＵＳ３０４を絞り加工することによって形成された。凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの底面４４ｃ、４４ｄ、４４ｅは、下面４４ｂをｈ４＝３．０（ｍｍ）の高さに配置したとき、各電子部品上の封止材３の層厚が、各電子部品の実装高さに等しくなるように形成された。
下地層８４ｃは、上記実施例１と同様にして形成された。
本実施例の熱膨張抑制部材８４は、上記実施例１の熱膨張抑制部材４に比べると凹状部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを有するため曲げ剛性が大きくなっているため、熱膨張抑制部材８４に対して、回路基板１の曲げ剛性が相対的に低下してしまう。そこで、本実施例では、回路基板１の板厚は、２ｍｍとされた。
【００８２】
本実施例の医療機器用電子基板は、上記第３の実施形態において説明したように、熱膨張抑制部材４４の下面４４ｂを上に向けて、コーティング剤１５７０−２が塗布されてから、部品実装面を下に向けた回路基板１がコーティング剤１５７０−２上に載置されて製造された。
熱膨張抑制部材４４の載置位置は、下面４４ｂと基板表面１ａとの間における硬化後の封止材４３の層厚がｈ４＝３．０（ｍｍ）となる位置とされた。これにより、各電子部品の部品上面と各凹状部の底面との間の硬化後の封止材４３の層厚は、各電子部品の実装高さに等しい層厚であった。
【００８３】
［比較例１、２］
［表１］に示すように、比較例１の医療機器用電子基板は、回路基板１上の各電子部品を上記実施例１と同様の層厚の封止材３が覆う構成とされた。比較例１は、上記実施例１の熱膨張抑制部材４が削除されたのと同様の構成である。
比較例２は、上記比較例１において、封止材３の材質を、シリコーン樹脂系のシール材であるダウ  コーニング（登録商標）ＳＥ  ９１８６（商品名；東レダウコーニング（株）製）に代えた点が比較例１と異なる。ＳＥ  ９１８６の硬化体の線膨張係数は、α２＝２５０×１０−６（Ｋ−１）である。
【００８４】
［評価方法］
これら実施例１〜３、比較例１、２の医療機器用電子基板を供試サンプルとして、オートクレーブ滅菌処理に対する耐久性の評価が行われた。
オートクレーブ滅菌は、１３０℃、２気圧の水蒸気ガスに供試サンプルを３０分曝す処理を１例（１回）とした。各実施例、各比較例の供試サンプルは、それぞれ５個を一組として、１０例、１００例、３００例のオートクレーブ滅菌処理が実施された。オートクレーブ滅菌処理の各例の間は、供試サンプルは、２５℃６０％ＲＨの環境に６０分間放置された。
それぞれのオートクレーブ滅菌処理のすべて終了した後、各供試サンプルの通電試験が行われた。通電試験の結果、５個の供試サンプルすべての電気特性に異常がない場合には、良（［表１］には、○（ｇｏｏｄ）と記載）と評価し、１個以上の供試サンプルの電気特性が不良になった場合には、不良（［表１］には、×（ｎｏ  ｇｏｏｄ）と記載）と評価した。［表１］には、良品の個数をｎ（ｎ＝０，…，５）、評価個数をＮ（＝５）として、（ｎ／Ｎ）のように試験結果が示されている。
【００８５】
［評価結果］
［表１］に示すように、実施例１〜３は、いずれも、１０例、１００例、３００例のオートクレーブ滅菌処理が行われても供試サンプルの全数の電気特性に異常が現れることが無かった。
これに対して、比較例１の供試サンプルは、１０例で良品が１つ存在したのみで、１００例、３００例では、全数の電気特性が不良になった。
比較例２の供試サンプルは、１０例の場合、良と評価されたが、１００例、３００例では、それぞれ、２個、４個の電気特性が不良になったため、不良と評価された。
比較例１、２の不良は、電子部品のハンダ実装部にクラックが生じていることで発生した電気特性の不良であった。これらの不良は、滅菌処理サイクルによって熱膨張が繰り返されることによって、生じたと考えられる。
また、比較例２の不良は、ガラスエポキシ基板上の配線が腐食することで導通不良を起したことによる不良であった。この不良は、封止樹脂を水蒸気が透過して内部に侵入してしまったために生じたと考えられる。
これに対して、実施例１〜３は、いずれも、熱膨張抑制部材によって、封止材の熱膨張に起因する熱応力、あるいは回路基板の繰り返しの反り変形に起因する応力負荷が低減されたため、耐久性が向上したと考えられる。また、水蒸気透過性が低いが弾性率の高い封止樹脂を採用できるため、水蒸気の透過を効果的に防ぐことが出来たと考えられる。
【００８６】
以上、本発明の好ましい各実施形態、各変形例を、各実施例とともに説明したが、本発明はこれらの各実施形態、各変形例、各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００８７】
１  回路基板（電子回路基板）
１ａ  基板表面
２ａ、２ｂ、２ｃ、４２ｂ  部品上面
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、４２Ｂ  電子部品
３、３Ａ、３Ｂ、２３、３３、４３  封止材
３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ  上面
３ｂ  下面
４、２４、４４、５４、６４、７４、８４  熱膨張抑制部材
４ｂ、７４ｂ  固着面
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９  医療機器用電子基板
２４ｃ  貫通孔
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ  凹状部
４４ｂ  下面
４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ  底面
５４ｃ  凸部
６４ｃ  凹部
８４ｂ  表面
８４ｃ  下地層
【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】
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【図８】
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【図９】
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