(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品が実装された回路基板と、
前記回路基板の周縁から上方に延在する筒状部を備える樹脂ケースと、
を有する電気回路ユニットであって、
前記回路基板の上面周縁には、環状導体パターンが設けられ、
前記樹脂ケースの下面には、前記環状導体パターンと対面する位置にインサート成形された金属枠が設けられ、
前記導体パターンと前記金属枠は全周にわたってはんだ付けされていることを特徴とする電気回路ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の電気回路ユニットにおいて、
前記樹脂ケースは、前記金属枠と一体的に接続された外部端子を有することを特徴とすることを特徴とする電気回路ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の周縁から上方に延在する筒状部を備える樹脂ケースを有する電気回路ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路ユニットとして、例えばＩＰＭ（Intelligent Power Module）等の複合半導体装置が挙げられる。複合半導体装置ではアルミニウム板上に回路基板を積層形成している。電気回路ユニットの実装時には、まず回路基板上のランド部にクリームはんだを塗布又は印刷しておき、所定の電気部品を装着した後にリフロー炉等を用いて加熱する。これにより、クリームはんだが一度溶融した後に固化して、はんだ付けが行われる。
【０００３】
一方、電気回路ユニットにおける樹脂ケースと金属ベース板との接続部には接着剤やシール剤を塗布し、加熱硬化させることにより接着を行う。この接着剤又はシール剤は、樹脂ケースと金属ベース板との固定作用とともに、接着部における封止作用を奏する。このようなＩＰＭの製造・組立工程においては、接着剤・シール剤の塗布及び固着する作業が繁雑で、且つ長時間を要する。
【０００４】
接着剤、シール剤の塗布、固着する工程を短縮する方法として、金属ベース板上の周縁に金属箔層を形成し、樹脂ケースに金属箔層と接するメタライズ層を形成し、金属箔層と半導体素子、電気部品及びケース（メタライズ層）を同時にはんだ接合した複合半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１１４２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術に係るメタライズ層は極めて薄いため樹脂ケースと回路基板との接合用としては強度が不十分であり、小型の電気回路ユニットに限って適用される。
【０００７】
また、メタライズ層は、樹脂ケースの成形処理とは別の工程として金属溶射法による工程においてめっき膜として形成されており、別工程及び専用設備が必要となる。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、接着剤やシール剤を用いることなく樹脂ケースと回路基板とを固着及び封止するとともに、少ない工程で簡便に組立及び製造を行うことができる電気回路ユニット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】
【０００９】
本発明に係る電気回路ユニットは、電気部品が実装された回路基板と、前記回路基板の周縁から上方に延在する筒状部を備える樹脂ケースと、を有する電気回路ユニットであって、前記回路基板の上面周縁には、環状導体パターンが設けられ、前記樹脂ケースの下面には、前記環状導体パターンと対面する位置にインサート成形された金属枠が設けられ、前記導体パターンと前記金属枠は全周にわたってはんだ付けされていることを特徴とする。
【００１０】
このように樹脂ケースにインサート成形された金属枠を回路基板上の導体パターンとはんだ付けすることにより、接着剤やシール剤を用いることなく樹脂ケースと回路基板とを固着及び封止することができる。
【００１１】
この場合、前記樹脂ケースは、前記金属枠と一体的に接続された外部端子を有するとよい。金属枠と外部接続端子とを一体化することにより部品点数が少なくなり、インサート成形処理がより簡便になるとともに、金属枠及び環状導体パターンを電源ライン等として利用が可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る電気回路ユニットによれば、樹脂ケースにインサート成形された金属枠を回路基板上の導体パターンとはんだ付けすることにより、接着剤やシール剤を用いることなく樹脂ケースと回路基板とを固着及び封止することができる。また、樹脂ケースに対してメタライズ層成形などの特別な処理工程が不要であり、少ない工程で簡便に組立及び製造を行うことができる。
【００１３】
さらにまた、金属枠はインサート成形によって樹脂ケースに強固に結合されることから、回路基板に対する接続上の観点から十分な強度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る電気回路ユニットについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら説明する。
【００１５】
図１〜図３に示すように、電気回路ユニット１０は、積層して張り合わされた下側のアルミニウム板１２及び上側の回路基板１４と、これらのアルミニウム板１２と回路基板１４の側方を覆うと共に周縁から上方に延在する四角筒状部３２を備える樹脂ケース１６と、回路基板１４上に装着された多数の電気部品１８とを有する。電気回路ユニット１０は三相モータの制御用の基板であり、直流電源に基づいてＵ相、Ｖ相及びＷ相の交流出力を行うものである。アルミニウム板１２は強度を高めるとともに放熱板として作用する。
【００１６】
回路基板１４は、例えばガラス・エポキシ製であり、回路を構成する銅箔のパターンがエッチングされ、所定のパターンが形成されている。パターンのうちグランドメインパターン（環状導体パターン）２０は回路基板１４の周縁部に環状に設けられた太いパターンであり、全ての電気部品１８はグランドメインパターン２０の内側に設けられている。グランドメインパターン２０は厳密な意味の環状ではなく、所定のスルーホールや電気部品１８の端子位置まで内側に向かって延出する部分がある。
【００１７】
回路基板１４のほぼ全面にはレジスト処理により絶縁被膜が設けられているが、電気部品１８の端子が実装されるランド部及びグランドメインパターン２０にはレジスト処理がなされず、導体が露呈している。
【００１８】
回路基板１４における一片近傍部には、順にグランド電源用ランド部２２ａ、プラス電源用ランド部２２ｂ、Ｕ相出力ランド部２２ｃ、Ｖ相出力ランド部２２ｄ及びＷ相出力ランド部２２ｅが直列状に設けられている。これらのランド部２２ａ〜２２ｅは四角形状であって導体が露呈している。グランド電源用ランド部２２ａはグランドメインパターン２０とつながっている。
【００１９】
電気部品１８は、電解コンデンサ２４、コイル２６、抵抗２８、ＩＣ３０等であり、チップマウンターにより所定位置に装着され、端子部がランド部に対してはんだ付けされている。電解コンデンサ２４及びコイル２６は、抵抗２８及びＩＣ３０と比較して大型であり、回路基板１４の上面から上方に突出している。なお、回路基板１４に実装される電気部品１８は、表面実装タイプ又はディップタイプのいずれでもよく、若しくは混在していてもよい。
【００２０】
樹脂ケース１６は射出成形等により金型を用いてモールド成形したものであり、回路基板１４の周辺部上面を覆い、上方に向かって延在する四角筒状部３２と、該四角筒状部３２の下部周辺に設けられたフランジ部３４と、四角筒状部３２の一片３２ａにインサート成形された５つの外部端子３６、３８、４０、４２及び４４とからなる。外部端子３６〜４４はアルミニウム又は銅等の金属板により構成される。なお、図３においては、これらの外部端子３６〜４２の形状を容易に理解できるように、樹脂ケース１６の樹脂部分を仮想線で示している。
【００２１】
四角筒状部３２は、電気部品１８のうち最も高い電解コンデンサ２４よりもやや高く設定されている。フランジ部３４は四角筒状部３２の下部から四方に突出するとともにやや下方に延出しており、アルミニウム板１２及び回路基板１４の側面を覆っている。フランジ部３４の四隅には、取付孔３４ａが設けられている。
【００２２】
外部端子３６及び３８は直流電源の負極及び正極用の入力端子であり、外部端子４０、４２及び４４は三相のＵ相、Ｖ相及びＷ相に対応した出力端子である。外部端子３６〜４４の各内側下方端部は、グランド電源用ランド部２２ａ、プラス電源用ランド部２２ｂ、Ｕ相出力ランド部２２ｃ、Ｖ相出力ランド部２２ｄ及びＷ相出力ランド部２２ｅにはんだ付けされている。
【００２３】
このうち外部端子３８〜４４は同形状であって、上端が一片３２ａの上面からやや突出した外部接続部となっており、下端は一片３２ａの内側側面から突出し、下方に向けて折れ曲がり、回路基板１４と接する位置でさらに内側に向けて折れ曲がっている。
【００２４】
外部端子３６は、外部端子３８〜４４と同形状の金属板４６と、四角筒状部３２の下面に露呈し、グランドメインパターン２０対面する位置に設けられた金属枠４８と、金属板４６の屈曲部と金属枠４８の上面を接続する接続バー５０とからなる。四角筒状部３２の下面と金属枠４８の下面は高さが一致している。金属板４６と接続バー５０は一枚の板を二股形状に切り出して形成し、二股の一方を内側への突出部、他方を接続バー５０として用いるとよい。接続バー５０と金属枠４８は溶接により接続しておくとよい。金属枠４８は、金属板４６に合わせて、アルミニウム板又は銅板により構成するとよい。
【００２５】
金属枠４８はグランドメインパターン２０と略同じ幅、かつ平面視略同形状の四角い金属板であり、内周部には四角筒状部３２の内壁面から内側に僅かに突出した堤部４８ａが設けられている。金属枠４８の高さ方向の板厚は、例えば１〜５ｍｍに設定すると好適であり、一般のめっき層等より十分厚く設定される。この金属枠４８は、樹脂ケース１６の成型時に一体的にインサート成形され、樹脂部と強固に連結されている。金属枠４８の上面には四角筒状部３２との結合をより強化するための突起を設けてもよい。グランドメインパターン２０の上面と金属枠４８の下面は全周にわたってはんだ付けされており、回路基板１４の上面部は四角筒状部３２の外周部と遮断されている。
【００２６】
次に、このように構成される電気回路ユニット１０の製造工程について図４を参照しながら説明する。
【００２７】
先ず、ステップＳ１において、外部端子３８〜４４を一体的にインサート成形することにより樹脂ケース１６を成型しておく。
【００２８】
ステップＳ２において、所定の自動機により回路基板１４の部品実装のランド部及びグランドメインパターン２０の全周にわたってクリームはんだ５２を塗布又は印刷する。
【００２９】
ステップＳ３において、チップマウンターにより回路基板１４に対して各電気部品１８を所定位置に装着する。
【００３０】
ステップＳ４において、回路基板１４の下面にアルミニウム板１２を貼り付けるとともに回路基板１４の周囲に合わせて樹脂ケース１６を組み立てる。このとき、回路基板１４と樹脂ケース１６は接着剤等により固着させる必要はなく、樹脂ケース１６を回路基板１４に対して載置し、又は、クリップ等により仮固定するのみで足りる。
【００３１】
ステップＳ５において、図５に示すように、リフロー炉６０におけるヒータプレート６２上に載置し、該ヒータプレート６２に設けられた複数のヒータ６４に通電加熱することにより電気回路ユニット１０を下方から加熱し、印刷したクリームはんだ５２を溶融させる。リフロー炉としては、例えばウォーキングビーム炉を用い、推奨される経時温度変化が得られるように加熱温度の異なる複数のヒータプレート６２に対して順に載置し、加熱するとよい。
【００３２】
ステップＳ６において、電気回路ユニット１０を所定の冷却工程に移し、溶融したクリームはんだ５２を適度な速度で凝固させる。これにより、各電気部品１８の端子部とランド部がはんだ付けされるとともに、金属枠４８の下面とグランドメインパターン２０が全周にわたってはんだ付けされる。すなわち、電気部品１８のはんだ付けと金属枠４８のはんだ付けは同時に行われる。
【００３３】
このようにして製造された電気回路ユニット１０では、樹脂ケース１６にインサート成形された金属枠４８を回路基板１４上のグランドメインパターン２０と全周にわたってはんだ付けをしている。したがって、接着剤、シール剤及びシリコンゴムパッキン等を用いることなく樹脂ケース１６と回路基板１４とを固着及び封止することができる。また、金属枠４８はインサート成形によって樹脂ケース１６に強固に結合されることから、回路基板１４に対する接続上の観点から十分な強度が得られる。
【００３４】
金属枠４８は直流負極の外部端子３６の一部として構成されており、部品点数は少なく、インサート成形処理がより簡便になるとともに金属枠４８及びグランドメインパターン２０をグランドラインとして兼用できる。金属枠４８はグランドメインパターン２０と比較して板厚であることから、抵抗の小さい安定したグランドラインが得られる。また、金属枠４８は板厚であって、しかも回路基板１４の全周囲を覆うように設けられていることから電磁的遮蔽効果を奏し、回路基板１４の耐ノイズ性能の向上が図られる。
【００３５】
また、金属枠４８は樹脂ケース１６の成形工程で一体的にインサート成形されることから、メタライズ層等を成形するめっき工程が不要であり、少ない工程で簡便に組立及び製造を行うことができる。さらに、シール剤を兼ねるクリームはんだ５２は通常のはんだ塗布工程（ステップＳ２）において塗布されることから、シーリングのための専用工程が不要である。このように作業工程が少ないことから作業時間が短縮され、電気回路ユニット１０のコスト抑制を図ることがでる。
【００３６】
さらに、溶融したクリームはんだ５２の一部は、堤部４８ａよりも内側にややはみ出し（図２参照）、はんだ付けの良否が目視により確認が可能である。
【００３７】
さらにまた、金属枠４８はいわゆるバスバーの代用としての利用が可能である。金属枠４８を設けることにより、回路基板１４のパターンレイアウトによっては電気回路ユニット１０の小型化が可能である。電気回路ユニット１０は三相モータ制御用に限られないことはもちろんである。
【００３８】
本発明に係る電気回路ユニットは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】電気回路ユニットの斜視図である。
【図２】電気回路ユニットの断面側面図である。
【図３】電気回路ユニットの分解斜視図である。
【図４】電気回路ユニットの製造工程を示すフローチャートである。
【図５】電気回路ユニットの加熱工程を示す一部断面斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…電気回路ユニット                １２…アルミニウム板
１４…回路基板                        １６…樹脂ケース
２０…グランドメインパターン          ３２…四角筒状部
３４…フランジ部                      ３６〜４４…外部端子
４６…金属板                          ４８…金属枠
５０…接続バー                        ５２…クリームはんだ
６０…リフロー炉
【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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