(57)【要約】【課題】筐体の内部に電子部品を搭載した回路基板を収容し、筐体と電子部品及び回路基板との隙間に充填剤を充填した電子回路モジュールにおいて、防水性、制振性及び熱拡散性を維持しつつ小型軽量化を可能とする。【解決手段】マグネシウムを主成分とする材料を用いて筐体（筐体ベース２及び筐体カバー４）を形成し、無機系材料からなる充填剤５１を筐体と回路基板３及びその上に搭載された電子部品３４との間に充填する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内部に電子部品を搭載した回路基板を収容し、前記筐体と前記電子部品及び前記回路基板との隙間に充填剤を充填した電子回路モジュールであって、
前記筐体はマグネシウムを主成分とする材料で形成され、
前記充填剤は無機系材料からなることを特徴とする電子回路モジュール。
【請求項２】
前記充填剤は粉末状であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路モジュール。
【請求項３】
前記充填剤はビーズ状であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路モジュール。
【請求項４】
前記充填剤は疎水性シリカエアロゲルであることを特徴とする請求項１に記載の電子回路モジュール。
【請求項５】
前記電子回路は放電点灯装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体内に電子回路を収容した電子回路モジュール、特に、比較的環境条件の悪い場所で使用される電子回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、照明装置にはランプ点灯用の電子回路等が備えられており、電子回路を保護するために筐体の内部に収容してモジュール化している。照明装置はさまざまな用途に使用されるため、電子回路モジュールが比較的環境条件の悪い場所に設置される場合も少なくない。
【０００３】
例えば、自動車の前照灯の場合、ランプ点灯用の電子回路モジュールも自動車の前部近傍に設置されることになるが、空気中の塵埃や水分にさらされるだけでなく、走行中の振動やはね水等の影響を直接受けることになる。従って、このような環境条件の悪い場所で使用される電子回路モジュールでは、従来から防水対策及び制振対策等が施されている。また、自動車の製造から廃車まで長期間にわたって使用されるため、電子回路の信頼性を向上させるために、電子部品から発生される熱の拡散対策も施されている。これら防水、制振、熱拡散等の具体的対策として、従来から筐体と電子回路の隙間に有機系（主にシリコン系）充填剤を充填することが行われている。
【０００４】
一方、電子回路モジュールの筐体としては、鉄板等の金属板をプレスで所定形状に成形した板金部品やアルミニウム合金等の溶融金属を金型で成形したダイキャスト部品等が用いられている。
【０００５】
なお、従来技術として、特許文献１には、電磁波シールドを目的としてマグネシウム合金を塑性加工した携帯通信端末用筐体が示されている。特許文献１では、マグネシウム合金筐体の振動減衰特性については言及していない。
【０００６】
特許文献２には、発熱回路部品からの熱を効率良く放熱するために、反応型高分子材料と無機絶縁高熱伝導性粒子の混合物からなる充填剤を絶縁ケースの内部に充填した電源装置が示されている。特許文献２は熱拡散に関するものであり、防水や振動の減衰については言及していない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１８５８６５号公報　（段落０００７）
【特許文献２】
特開２０００−５０６１７号公報　（段落００１３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、筐体を板金加工で成形する場合、加工方法による制限から形状の自由度が低く、部品の複合化を図ることが困難である。また、金属とはいえ、薄板を加工しているため、必ずしも充分な剛性が得られるとは限らず、また振動に対しても大きな減衰特性（振動吸収性）は望めない。
【０００９】
一方、筐体をダイキャスト成形する場合、ダイキャスト成形時における溶融したアルミニウム合金の流動性の低さから、肉厚を薄くすることが困難であり、小型化及び軽量化を図ることは困難であった。また、肉厚を薄くできたとしても、剛性が低下し、また振動に対して大きな減衰特性は望めない。
【００１０】
そのため、筐体自体をある程度大きくせざるを得ず、それにともなって、筐体と電子部品との間に充填する充填剤の量も多くなり、小型化、軽量化及びコストダウンの要請に逆行する結果となっていた。
【００１１】
また、上記のように筐体自体の減衰特性に大きな期待をすることができないことから、振動に対して一定の減衰特性を得るために、減衰特性の大きな材料を使用することになり、結果的に電子回路モジュールの重量がさらに増加するという問題を生じていた。これに対して、充填剤として軽量のものを使用すると、振動に対する充分な減衰特性が得られず、振動の影響により電子回路の信頼性が低下する可能性が高い。
【００１２】
本発明は、上記従来例の課題を解決するためになされたものであり、最適な筐体材料と充填剤の組み合わせにより、外部からの水や振動の影響を低減し、長期的な信頼性を維持しつつ、小型軽量化が可能な電子回路モジュールを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子回路モジュールは、筐体の内部に電子部品を搭載した回路基板を収容し、前記筐体と前記電子部品及び前記回路基板との隙間に充填剤を充填した電子回路モジュールであって、前記筐体はマグネシウムを主成分とする材料で形成され、前記充填剤は無機系材料からなる。
【００１４】
このような構成によれば、マグネシウム合金の優れた振動吸収性により、外部から加えられた振動を筐体で吸収することができ、内部に収容された電子回路を振動から保護することができる。また、マグネシウム合金は成形性に優れているので、従来の鉄板の板金加工やアルミニウム合金のダイキャスト加工では成形できなかった複雑な形状に成形することができる。そのため、筐体を小型化することが可能である。また、マグネシウム合金は軽量であるため、筐体を軽量化することも可能である。
【００１５】
さらに、マグネシウム合金の振動吸収性により、充填剤により振動を吸収する割合が低下するので、充填剤を密に充填する必要がなく、また充填剤として密度の小さいものを使用することが可能となる。さらに、筐体の小型化にともなって充填剤の使用量が少なくなるので、充填剤による重量を低減することも可能である。また、充填剤として熱伝導性の高い無機系材料を用いることにより、電子部品から発生される熱を効率良く筐体に伝えることができ、筐体表面から放熱することができる。その結果、電子回路の安定した動作を維持することができる。
【００１６】
前記充填剤は粉末状であることが好ましい。これにより、筐体と電子部品等の間の空間に充填剤を充填しても、充填剤の粒子間に空間が残るため、空間体積率を高くすることができ、充填剤を軽量化することができる。
【００１７】
または、前記充填剤はビーズ状であることが好ましい。これにより、筐体と電子部品等の間の空間に充填剤を充填しても、充填剤の粒子間に空間が残るだけでなく、粒子自体が中空であるため、空間体積率を高くすることができ、充填剤を軽量化することができる。
【００１８】
または、前記充填剤は疎水性シリカエアロゲルであることが好ましい。シリカエアロゲルは均一性に優れた超微細多孔体であるため、筐体と電子部品等の間の空間に均一に充填剤を充填することができる。また、疎水性により防水効果を向上させることができる。
【００１９】
また、前記電子回路は放電点灯装置であることが好ましい。このように、トランスやＦＥＴ等の自己発熱電子部品を多数含む放電点灯装置を上記のようにモジュール化することにより、自己発熱部品からの熱を効率良く放出することができ、放電点灯装置の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、例えば自動車の前照灯のランプ点灯用電子回路モジュールの構成を図１に示す。
【００２１】
ランプ点灯用電子回路モジュール１は、マグネシウムを主成分とする材料で形成された筐体ベース２と、筐体ベース２の内部に収容される電子部品を搭載した回路基板３と、筐体カバー４と、筐体ベース２及び筐体カバー４で構成される筐体と回路基板３及びその上に設けられた電子部品３１〜３７との隙間に充填された無機材料系からなる充填剤（図示せず）等で構成されている。充填剤については後に詳述する。
【００２２】
筐体ベース２の底部には、回路基板３の裏面と筐体ベース２の接触によるショートを防止するための絶縁板２１が設けられている。回路基板３上には、外部電源からの電力ケーブルが接続され、電力を受けるための入力用カプラ３１と、ランプ点灯用電子回路を構成するトランス３２、パワーモジュール３３、ハイブリッドＩＣ３４、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３５、ＦＥＴを固定するための固定クリップ３６、ランプ（図示せず）に対して点灯用の電力を供給するためのケーブルが接続される出力用カプラ３７等が設けられている。
【００２３】
入力用カプラ３１及び出力用カプラ３７は、それぞれねじ１１により回路基板３に固定される。また、回路基板３は、ねじ１２により筐体２に固定される。筐体カバー４は、回路基板３を筐体ベース２に固定し、さらに筐体ベース２と回路基板３及びその上の電子部品３１〜３７との隙間に充填剤を充填した後、ねじ１３により筐体ベース２に固定される。なお、入力用カプラ３１及び出力用カプラ３７のうち少なくとも結合部分は、筐体ベース２の側壁に設けられた切り欠き部２２及び２３から筐体ベース２の外側に突出するように取り付けられる。
【００２４】
筐体ベース２及び筐体カバー４は、マグネシウムを主成分とする材料、例えばＡＺ９１Ｄ、ＡＺ９１Ｂ、ＡＭ６０Ｂ等のマグネシウム合金で形成されている。筐体ベース２及び筐体カバー４の加工方法としては、ダイキャスト、射出成形（チクソモールディングを含む）、鋳造等を用いることができ、比較的複雑な形状であっても所望する形状に成形することが可能である。
【００２５】
マグネシウム合金の密度は、合金の種類によって若干異なるが、約１．８であり、例えばダイキャスト用アルミニウム合金ＡＤＣ１０〜１２の密度約２．７に比べてはるかに軽量である。従って、筐体各部の肉厚を同じにする場合、マグネシウム合金製の筐体の重量は、アルミニウム合金製の筐体の重量の２／３程度である。従って、筐体ベース２及び筐体カバー４の材料としてマグネシウム合金を用いることにより、筐体全体の軽量化が可能となる。
【００２６】
また、マグネシウム合金は、軽量でありながら十分な強度を有し、さらに成形性に優れ、寸法精度を高くすることが可能である。そのため、筐体ベース２の内側に薄肉のリブ構造を適宜配置することにより、一定の強度を維持しつつ筐体ベース２の各部の肉厚を薄くすることができる。その結果、筐体全体の小型化及び著しい軽量化が可能となる。さらに、高密度に実装された電子部品３１〜３７の隙間にリブ構造を配置することができ、このリブ構造を利用して回路基板３を筐体ベース２に固定することができる。
【００２７】
また、マグネシウム合金は、表１に示すように、鋳鉄やアルミニウム展伸材（３５６−Ｔ６）等の他の材料と比較して、高い振動吸収性（減衰能）を有している。この振動吸収性（ＳＤＣ）は、被験材料に振動を加えたとき、振動の１サイクルで失われるエネルギー損失率（％）を示しており、初期の振動エネルギーをＡ０、１サイクル後のエネルギーをＡ１として、
ＳＤＣ＝１００×（Ａ０２−Ａ１２）／Ａ０２
により求められる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１から、マグネシウム合金は、鋳鉄の約２〜３倍、アルミニウム展伸材（３５６−Ｔ６）の約３０〜４０倍の振動吸収性を有していることがわかる。このように、マグネシウム合金は振動吸収性に優れているため、マグネシウム合金で筐体ベース２及び筐体カバー４を形成することにより、外部から筐体に加えられた振動を抑制し、内部の電子回路に伝わる振動を低減することができる。筐体自体により外部から加えられた振動を抑制することができるので、充填剤により振動を吸収する割合を小さくすることができ、充填剤を選択する自由度が大きくなる。すなわち、充填剤として振動吸収性の低い軽いものを使用することが可能であるし、また充填剤の量を少なくすることも可能である。
【００３０】
なお、使用される環境に応じて、筐体ベース２及び筐体カバー４の表面に化成処理、塗装、めっき等の防錆処理を施してもよいし、外観の見栄えを向上させるために塗装や印刷等を施してもよい。
【００３１】
次に、筐体ベース２及び筐体カバー４と回路基板３及びその上に搭載された電子部品３１〜３７との間の隙間に充填される充填剤について説明する。本実施の形態では、無機系材料からなる充填剤を用いている。無機系充填剤は有機系充填剤に比べて熱伝導性が高いので、電子部品、トランス３２、パワーモジュール３２、ハイブリッドＩＣ３４、ＦＥＴ３５等で発生した熱を筐体ベース２及び筐体カバー４に効率良く伝達することができる。その結果、電子部品モジュール１全体の熱拡散性を向上させることができる。さらに、筐体ベース２及び筐体カバー４で構成される筐体がマグネシウム合金で形成されているため、筐体に伝達された熱を効率良く放出することができる。
【００３２】
さらに、マグネシウム合金の優れた振動吸収性により、必ずしも充填剤が振動吸収性を有している必要はなく、また充填剤によって振動を吸収させる場合であっても、それほど大きな振動吸収性を充填剤に持たせる必要はない。そのため、充填剤を、筐体ベース２と筐体カバー４で構成される筐体と回路基板３及びその上に搭載された電子部品３１〜３７との間の隙間がなくなるまで密に充填する必要はなく、粉末状の充填剤やビーズ状の充填剤を用いて、筐体と電子部品等との間に空間が残るように充填することも可能である。さらに、充填剤の材料として、振動吸収性（減衰特性）の低い比較的密度の小さいものを使用することも可能である。このように、充填剤の量を少なくし及び／又は充填剤として密度の小さいものを使用することにより、充填剤による電子回路ユニット１の重量の増加を小さくすることができる。
【００３３】
図２は、粉末状の無機系材料からなる充填剤５１を使用した例を示す。粉末状の無機系材料としては、タルク、カオリンクレー、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等を使用することができる。なお、粉末状無機系材料からなる充填剤としては、これらのいずれか限定されず、本発明の目的が達成できるものであればよい。
【００３４】
一般的に、タルクの粒子径は０．９〜５μｍ程度であり、密度は２．６〜２．８ｇ／ｃｍ３程度である。また、カオリンクレーの粒子径は０．５〜５０μｍ程度であり、密度は２．６ｇ／ｃｍ３程度である。タルクやカオリンクレーは有機系材料であるシリコン充填剤よりも密度が大きいため、充填後に筐体と電子部品等との間に残る空間の空間体積率が約５０％以上となるように、充填の仕方や粒径を選択すれば、シリコン充填剤を充填した従来のものよりも軽量化を図ることができる。
【００３５】
図３は、ビーズ状の無機系材料からなる充填剤５２を使用した例を示す。ビーズ状の無機系材料としては、シリカ（ＳｉＯ２）系ビーズ、ガラスバルーン（中空ガラス体）、シラスバルーン（火山ガラス中空体）等を使用することができる。なお、ビーズ状無機系材料からなる充填剤としては、これらのいずれか限定されず、本発明の目的が達成できるものであればよい。また、軽量化効果の高い中空体を用いることが好ましい。
【００３６】
一般的に、シリカ系ビーズの粒子径は０．０１５〜０．１μｍ程度であり、密度は１．９５〜２．５ｇ／ｃｍ３程度である。また、ガラスバルーンの粒子径は１０〜２５０μｍ程度であり、密度は１．１ｇ／ｃｍ３程度である。また、シラスバルーンの粒子径は４２〜２４０μｍ程度であり、密度は１．１ｇ／ｃｍ３程度である。シリカ系ビーズは有機系材料であるシリコン充填剤よりも密度が大きいため、充填後に筐体と電子部品等との間に残る空間の空間体積率が約３８％以上となるように、充填の仕方や粒径を選択すれば、シリコン充填剤を充填した従来のものよりも軽量化を図ることができる。
【００３７】
図４は、疎水性エアロシリカゲルからなる充填剤５３を使用した例を示す。疎水性シリカエアリゲルは、図５に示すようなシリカの多孔質骨格構造を有するものであり、均一性に優れた超微細多孔体である。
【００３８】
疎水性シリカエアロゲルの製造方法について説明する。米国特許第４４０２８２７号明細書、同第４４３２９５６号明細書及び同第４６１０８６３号明細書等に示されているように、アルコキシシラン（シリコンアルコキシド、アルキルシリケートとも称される）を加水分解し、重合反応させることにより、シリカ骨格構造からなる湿潤状態のゲル状化合物を生成し、これをアルコール又は二酸化炭素等の溶媒（分散媒）の存在下で、この溶媒の超臨界点以上の超臨界状態で乾燥させることにより、シリカエアロゲルを製造することができる。また、米国特許第５１３７２９７号明細書及び同第５１２４３６４号明細書に示されているように、ケイ酸ナトリウムを原料としても同様にシリカエアロゲルを製造することができる。
【００３９】
シリカエアロゲルに疎水性を付与するには、例えば特開平５１−２７９０１１号公報及び特開平７−１３８３７５号公報に示されているように、アルコキシシランを加水分解し、重合反応することによって得られたゲル状化合物を、超臨界状態で乾燥させる前に、又は超臨界状態で乾燥させている間に、疎水化処理剤を用いて疏水化処理を行う。
【００４０】
疎水化処理剤としては、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン等の有機シラン化合物を用いることができる。また、これら以外にも、酢酸、ギ酸、コハク酸等のカルボン酸や、メチルクロリド等のハロゲン化アルキル等の有機化合物を用いることができる。
【００４１】
このようにして、疎水性を付与することにより、エアロシリカゲルに湿気や水等がしにくくなる。従って、疎水性エアロシリカゲルを充填剤として使用することにより、防水性が向上する。疎水性エアロシリカゲルの密度は０．０４〜０．２ｇ／ｃｍ３程度であり、シリコン充填剤等と比較して非常に軽いため、十分な軽量化を図ることができる。
【００４２】
以上のように、筐体を構成する筐体ベース２及び筐体カバー４を、それぞれマグネシウム合金を用いて成形することにより、マグネシウム合金の有する優れた成形性により、加工方法による形状の制限が少なく、筐体を複雑な形状に成形することも可能である。そのため、筐体を小型化することが可能である。また、マグネシウム合金は軽量である上に機械的強度が高いので、筐体各部の肉厚を薄くすることができ、著しい軽量化を図ることができる。
【００４３】
さらに、マグネシウム合金は振動吸収性に優れるため、外部から加えられる振動を筐体自体で減衰させることが可能である。そのため、充填剤による振動吸収効果は小さくてよくなり、充填剤の充填量を少なくしたり、あるいは密度の小さい充填剤を使用することが可能である。筐体の小型軽量化及び充填剤の軽量化により、電子回路モジュール全体の軽量化を図ることができる。また、筐体の小型化及び充填剤の充填量の削減等により充填剤の使用量が少なくなるため、コストダウンを図ることができる。さらに、充填剤として無機系材料を用いることにより、有機系材料からなる充填剤を用いた場合と比較して熱伝導性が高いので、電子部品から発生する熱を効率良く筐体に伝え、筐体表面から発散させることができる。そのため、電子部品の熱や振動による劣化が少なくなり、長期的な信頼性を確保することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、電子回路モジュールの一例として、自動車の前照灯のランプ点灯用電子回路モジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体と内部の電子部品や回路基板等の間に充填剤が充填された全ての電子回路モジュールに適用することができる。また、回路基板を筐体ベースにねじ止めする構成を示したが、回路基板の固定方法はこれに限定されず、その他の方法で固定することができることは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、筐体の材料としてマグネシウム合金を用い、充填剤として無機系材料を用いることにより、外部からの振動の影響を低減し、長期的な信頼性を維持しつつ、小型軽量化が可能な電子回路モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子回路モジュールの構成を示す斜視図。
【図２】充填剤として粉末状の無機系材料を使用した電子回路モジュールの構成を示す断面図。
【図３】充填剤としてビーズ状の無機系材料を使用した電子回路モジュールの構成を示す断面図。
【図４】充填剤として疎水性シリカエアロゲルを使用した電子回路モジュールの構成を示す断面図。
【図５】疎水性シリカエアロゲルの構造を示すモデル図。
【符号の説明】
１　電子回路モジュール
２　筐体ベース
３　回路基板
４　筐体カバー
３１〜３７　電子部品
５１　粉末状の充填剤
５２　ビーズ状の充填剤
５３　疎水性シリカエアロゲルの充填剤
【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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