JP2009088351A - 電子回路装置の製造方法および電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング成形により回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能な電子回路装置の製造方法およびこの製造方法により形成される電子回路装置を提供すること。
【解決手段】（ａ）に示すように、ケーシング４を成形する前に、回路基板２と回路基板２に実装された回路部品３との間に液状のアンダーフィル７を注入し、（ｂ）に示すように、注入した液状のアンダーフィル７を固化して、回路基板２と回路部品３との間を充満するように固化したアンダーフィル７を介在させて、回路基板２と回路部品３との間から空気を排除している。
【選択図】図６

Description

本発明は、回路基板の電子部品非実装面がケーシングの外表面の一部をなす電子回路装置の製造方法および電子回路装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された電子回路装置がある。この電子回路装置は電子キー送受信機であり、片面のみに電子部品が実装された回路基板の電子部品非実装面が内壁面に密着するように、回路基板を金型キャビティ内に配置した後、キャビティ内に樹脂を充填して固化させ、回路基板の非実装面が外表面の一部をなすようにケーシングが成形されている。

これにより、ケーシング成形時の圧力等により回路基板が大きく変形することを防止することができるようになっている。
特開２００６−３０３３２７号公報

しかしながら、上記従来技術の電子回路装置では、キャビティ内への樹脂充填時に電子部品と回路基板との間に空気が残留していると、成形時の熱や圧力の影響により、ケーシング成形後に外表面の一部として露出する回路基板の非実装面に、膨れが発生する場合があるという問題がある。非実装面の膨れは、その変形量は小さいものの、発生した場合には電子回路装置の意匠性が低下する（見栄えが悪くなる）という不具合を発生する。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、ケーシング成形により回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能な電子回路装置の製造方法、および、この製造方法により形成される電子回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の製造方法では、
両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板を、電子部品の実装面とは反対側の非実装面が、内面に密着するように金型のキャビティ内に保持する保持工程と、
保持工程の後に、キャビティ内に樹脂を充填して固化し、回路基板の非実装面が外表面の一部をなすように電子部品を封止するケーシングを成形する成形工程と、を備える電子回路装置の製造方法であって、
保持工程の前に、回路基板と電子部品との間を充満するように介在部材を配置して、介在部材により回路基板と電子部品との間から空気を排除する空気排除工程を具備することを特徴としている。

これによると、ケーシングを成形する成形工程を行うときには、介在部材により回路基板と電子部品との間から空気が排除されている。したがって、ケーシングの成形工程において回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能である。

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の製造方法は、ケーシングの形状が略カード状である電子回路装置に適用することができる。

また、請求項３に記載の発明では、空気排除工程は、回路基板と回路基板に実装された電子部品との間に液状樹脂を注入する液状樹脂注入工程と、液状樹脂注入工程の後で、注入した液状樹脂を固化して介在部材とする液状樹脂固化工程と、を有することを特徴としている。

これによると、回路基板と回路基板に実装された電子部品との間が、成形工程において充填される樹脂が進入し難いほど狭い場合であっても、回路基板と電子部品との間に容易に介在部材を配置することができる。

また、請求項４に記載の発明では、空気排除工程では、回路基板に電子部品を実装する際に、回路基板と電子部品との間に塑性変形可能な介在部材を配置して、回路基板と電子部品との間から空気を排除することを特徴としている。

これによると、介在部材を塑性変形させて回路基板と電子部品との間から空気を排除しつつ回路基板に電子部品を実装することで、回路基板と電子部品との間に容易に介在部材を配置することができる。

また、請求項５に記載の発明の電子回路装置では、
両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板と、
回路基板の電子部品の実装面とは反対側の非実装面が外表面の一部をなすように、電子部品を封止する樹脂材料からなるケーシングと、を備える電子回路装置であって、
回路基板と電子部品との間を充満する介在部材を具備し、
この介在部材により回路基板と電子部品との間から空気が排除されていることを特徴としている。

この電子回路装置は請求項１に記載の発明の製造方法により形成することができる。したがって、ケーシング成形時に回路基板の非実装面に膨れが発生することを防止することが可能である。

また、請求項６に記載の発明では、ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴としている。この電子回路装置は請求項２に記載の製造方法により形成することができる。

また、請求項７に記載の発明では、回路基板と実装部品との間に、注入された液状樹脂が固化してなる前記介在部材が充満していることを特徴としている。この電子回路装置は請求項３に記載の製造方法により形成することができる。

また、請求項８に記載の発明では、回路基板と実装部品との間に、回路基板と電子部品とに押圧され塑性変形した介在部材が充満していることを特徴としている。この電子回路装置は請求項４に記載の製造方法により形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

本発明を適用した一実施形態における電子回路装置は、自動車等に用いられる電子キーシステムの送受信機である電子キー送受信機１であり、図１は、電子キー送受信機１に用いられる電子部品が実装された回路基板２を示す平面図である。また、図２〜図５は、電子キー送受信機１の製造工程の一例を示す工程別断面図である。

本実施形態の電子キー送受信機１は、図１に示す、回路部品（電子部品）３が実装されたプリント回路基板２と、この回路基板２に半田付けされたプラス極側ターミナル５およびマイナス極側ターミナル６の一部とを、樹脂材料により封止して形成されている。

回路基板２は、例えばガラスエポキシ樹脂（ガラス繊維強化エポキシ樹脂）等からなる絶縁基材に電気導体、例えば銅箔により配線パターン（図１図示略）を形成してなるものである。基板としては、絶縁基材がガラスエポキシ樹脂からなるものに限定されるものではなく、他の種類の樹脂基板等を用いてもよい。

プリント回路基板２に実装されている回路部品（電子部品）３としては、例えば、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ、アンテナ等がある。回路部品３は、プリント回路基板２の両面のうち、片側の面である実装面２１のみに実装されており、実装面２１の反対面である非実装面（裏面）２２には、何も実装されておらず平滑な面となっている。

図１に示すように、回路基板２には、切欠き部２３が設けられて電池収容空間が形成され、給電源としてのボタン型電池のプラス極に接触するプラス極側ターミナル５と、ボタン型電池のマイナス極に接触するマイナス極側ターミナル６とが実装されている。両ターミナル５、６は、電池収容空間に臨み且つ切欠き部２３を横断するように（図１において、上下方向に横切るように）配置され、その両端において、回路基板２の実装面２１の配線パターン（図示略）に半田付けされている。

電子キー送受信機１を製造するときには、まず、図２に示すように、回路部品３および両ターミナル５、６（図２では図示略）が半田付け実装された回路基板２を、非実装面２２が金型１００のキャビティ（製品部、すなわち樹脂が充填されて後述するケーシング４の実体となる部分）１０４の内面に密着するように保持する。

金型１００は、大きくは、上型１０１、下型１０２および図示を省略したスライドコアを備えている。スライドコアは、前述した両ターミナル５、６の中央部を覆い電池収容空間を形成するためのものである。上型１０１、下型１０２は、それぞれ図示を省略した固定盤もしくは可動盤を有しており、成形機のプラテンに固定されている。

上型１０１には、ゲート１０８からキャビティ１０４内へ充填される樹脂の供給通路としてのスプルー（ランナ）１０７が形成されており、スプルー１０７の上流側には樹脂を投入するための上下方向に延びるポット１０５が設けられている。そして、ポット１０５の上方には、図示しないプラテンの貫通孔を介してポット１０５内に進退可能なプランジャ（ピストン）１０６が配設されている。

一方、下型１０２には、キャビティ１０４内にセットされた回路基板２を負圧により吸引して保持するための吸引孔１０９が形成されている。吸引孔１０９は、図示しない配管を介して外部の真空ポンプ（図示略）に接続されており、必要に応じて吸引孔１０９内の圧力が負圧に制御される。

実装済みの回路基板２は、上下型１０１、１０２が離間した状態において下型１０２の表面（型締めした際にキャビティ１０４の内面となる下型１０２の上面）１０２ａに、非実装面２２が接するように所定位置に配設され、型締めされる。このとき、吸引孔１０９内を負圧にすることにより、回路基板２には図示下方へ向かう力が作用し、回路基板２は下型１０２の表面１０２ａに完全に密着する。

図２に示すように、金型１００を型締めしてキャビティ１０４内に回路基板２を保持したら、ポット１０５の上端開口部から成形用の樹脂材料からなるタブレット１１０を投入する。

この樹脂材料として、本実施形態の電子キー送受信機１においては、熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂を用いている。予め、Ｂステージ状の粉末のエポキシ樹脂を押し固めてタブレット１１０を形成している。投入樹脂材料をタブレット１１０とすることで、作業性が良好となるとともに、成形樹脂中に空気が混入することを抑制することができる。タブレット１１０は、必要に応じて予熱してから、ポット１０５に投入される。

このとき、金型１１０の型温は、熱硬化性樹脂の硬化反応に適した温度とする必要がある。キャビティ１０４内に配設されインサート成形される回路基板２には、回路部品３および両ターミナル５、６が半田付けにより実装されているので、樹脂材料の硬化反応に必要な温度、すなわち金型１００の温度は、実装に用いられる半田の融点よりも充分に低く設定されている。本実施形態の電子キー送受信機１の場合、融点が２４０℃の半田を採用し、樹脂材料としては、硬化反応温度が１７０℃のエポキシ樹脂を用いている。

熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は耐熱性及び機械強度に優れる性質を有している。一方、電子キー送受信機１は、常時運転者に携帯されるので、ケーシング４をエポキシ樹脂により形成することで電子キー送受信機１の信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態における電子キー送受信機１では、封止用の成形材料としてエポキシ樹脂を用いているが、これに限定されるものではなく、他の種類の熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等を用いてもよい。その場合も、「半田の融点＞樹脂材料の硬化反応温度」なる関係を成立させる必要がある。

上述したようなエポキシ樹脂からなるタブレット１１０を金型１００のポット１０５内に投入したら、図３に示すように、ポット１０５内にプランジャ１０６を下降させ、タブレット１１０状をなしていたエポキシ樹脂を軟化させて液状とし、スプルー１０７を介してゲート１０８からキャビティ１０４内に充填する。キャビティ１０４内に充填された液状のエポキシ樹脂は、金型１００から受熱して硬化反応を進行させ固化する。

キャビティ１０４内に充填したエポキシ樹脂の固化が完了したら、図４に示すように、金型１００の上型１０１と下型１０２とを型開きし、図示しないエジェクタ機構を作動して、回路部品３等を実装した回路基板２がインサート成形されたケーシング４を離型する。離型されたケーシング４には、スプルー（ランナ）１０７内で固化した樹脂（スプルー部（ランナ部））およびポット１０５内で固化した樹脂（カル）が一体となっているので、ゲート部で切断してカルおよびランナ部を除去し、図５に示す電子キー送受信機１を得る。

なお、この後、電子キー送受信機１の外面には必要に応じて塗装等の表面処理が施され、回路基板２が露出した領域が見栄えを悪くすることはない。

キャビティ１０４内で成形されたケーシング４は、回路基板２に実装された回路部品３の全体と、回路基板２の実装面２１および側面２４と、両ターミナル５、６の一部、つまり図１に示す回路基板２への接続部およびその近傍とを、樹脂材料により封止して形成されている。

すなわち、回路基板２の非実装面２２はケーシング４の表面に露出している。詳しくは、ケーシング４の樹脂部表面とプリント基板２の非実装面２２とは互いに滑らかに連続して同一面を形成している。換言すれば、回路基板２の非実装面２２が、ケーシング４の外表面の一部を構成している。

ケーシング４の成形が完了すると、回路基板２、回路基板２に実装された回路部品３、両ターミナル５、６の接続部分は、ケーシング４を形成する樹脂内に完全に内蔵されて封止される。これにより、ケーシング４内の電気回路は両ターミナル５、６の電池収容空間に臨む部分を除いて完全に密閉されるので、電子キー送受信機１を完全防水とすることができる。

図５に示す回路基板２をインサート成形したケーシング４、すなわち電子キー送受信機１の形状は、略カード状、たとえば通常のクレジットカードとして用いられているＩＤ−１型カードと、厚さを除いてほぼ同等の寸法に設定されている。

ここで、図２に示す工程が本実施形態における保持工程であり、図３に示す工程が本実施形態における成形工程である。また、図４に示す工程が本実施形態における離型工程である。

本実施形態では、図２に示す保持工程でキャビティ１０４内に保持される回路部品３が実装された回路基板２には、予め回路基板２と回路部品３との間を充満するように介在部材であるアンダーフィル７を充填して、アンダーフィル７により回路基板２と回路部品３との間から空気が排除されている。

具体的には、図６（ａ）に示すように、回路基板２には、導体パターン３４１の接続端子としてのランドに、接続端子電極であるリード端子３１を半田付け等により電気的に接続された回路部品３が実装されている。そして、この回路基板２と回路部品３との間に、ディスペンサ９０等の介在部材供給手段を用いてアンダーフィル７が注入される。

図６（ａ）に示すアンダーフィル７は、例えば未硬化のエポキシ樹脂材からなる液状樹脂であり、成形工程においてキャビティ１０４内に供給されるケーシングとなる樹脂よりも低粘度を呈するものである。

前述したように、本例では、回路基板２の絶縁基材はガラスエポキシ樹脂からなり、図６（ａ）に示す回路部品３の本体部３２のパッケージ材もエポキシ樹脂とすることができる。したがって、低粘度の液状エポキシ樹脂からなるアンダーフィル７は、回路基板２と回路部品３との両者に対して濡れ性がよく、回路基板２と回路部品３との間の隙間を速やかに進行して全域に充満し、回路基板２と回路部品３との間から空気を排除することができる。

回路基板２と回路部品３との間にアンダーフィル７材を注入したら、加熱処理を施して図６（ｂ）に示すようにアンダーフィル７を硬化し、回路基板２と回路部品３との間から空気を排除した状態を安定的に維持する。そして、その後成形工程が行われ、図６（ｃ）に示すように、回路部品３を封止するようにケーシング４が成形される。

なお、ここでは、回路基板２と回路部品３との間にアンダーフィル７材を注入してから、加熱処理を行ないアンダーフィル７を硬化していたが、回路部品３を実装した回路基板２を予め昇温しておき、注入したアンダーフィル７材が回路基板２と回路部品３との間の隙間の全域に充満した後に、実質的な硬化（硬化反応に伴う粘度上昇）を始めるものであってもよい。

ここで、図６（ａ）に示す工程が、本実施形態において、回路基板２と回路基板２に実装された回路部品３との間に液状樹脂を注入する液状樹脂注入工程であり、図６（ｂ）に示す工程が、本実施形態において、液状樹脂注入工程の後で、注入した液状樹脂を固化して介在部材とする液状樹脂固化工程である。そして、図６（ａ）、（ｂ）に示す工程が本実施形態における空気排除工程である。

上述の製造方法およびその製造方法により得られる構成によれば、保持工程および成形工程を行ってケーシング４を成形する前に、回路基板２と回路基板２に実装された回路部品３との間に液状のアンダーフィル７を注入し、注入した液状のアンダーフィル７を固化して、回路基板２と回路部品３との間を充満するように固化したアンダーフィル７を介在させて、回路基板２と回路部品３との間から空気を排除している。

これによると、ケーシング４を成形するときには、アンダーフィル７により回路基板２と回路部品３との間から空気が排除されてので、ケーシング４の成形工程において熱や圧力の影響で残留空気が膨張することにより軟化した回路基板２の非実装面２２に膨れが発生することを防止することができる。

また、液状樹脂の注入および硬化により回路基板２と回路部品３との間から空気を排除でき、回路基板２と回路部品３との間が、成形工程において充填される樹脂が進入し難いほど狭くても、回路基板２と回路部品３との間に容易にアンダーフィル７を配置することができる。

また、本実施形態の電子キー送受信機１の構成によれば、回路基板２の表裏両面側に樹脂をモールドしてケーシングを形成する必要がない。換言すれば、回路基板を取り囲むケーシングの壁面の一方を省略することができる。したがって、略カード状の電子キー送受信機１の厚さ寸法を小さくすることができる。

そして、回路基板２の絶縁基材にガラス繊維強化エポキシ樹脂を採用しているので、略カード形状である電子キー送受信機１の回路基板２に要求される剛性および靭性を両立することが比較的容易である。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、保持工程の前に、回路基板２と回路基板２に実装された回路部品３との間にアンダーフィル７を注入して固化し介在部材としていたが、介在部材はアンダーフィル７に限定されるものではない。また、介在部材の配置も液状樹脂を注入固化する方法に限定されるものではない。

例えば、まず、図７（ａ）に示すように、回路部品３の本体部３２のパッケージ下面（実装時回路基板側となる面）に、例えば粘着性を有し塑性変形可能な塑性変形部材７１を、実装時の回路基板２と回路部品３本体部３２との間隔より若干厚くなるように配置する。次に、図７（ｂ）に示すように、回路部品３を回路基板２上の所定位置に配設し、この際に回路部品３の本体部３２と回路基板２とで塑性変形部材７１を上下両面から押圧して塑性変形させ、塑性変形部材７１により回路基板２と回路部品３との間から空気を排除する。その後、図７（ｃ）に示すように、回路基板２の導体パターン３４１の接続端子としてのランドと、回路部品３の接続電極であるリード端子３１を半田付け等により電気的に接続し、回路部品３を実装するものであってもよい。

このように、空気排除工程は、回路基板２に回路部品３を実装する際に、回路基板２と回路部品３との間に塑性変形可能な塑性変形部材７１を介在部材として配置して、回路基板２と回路部品３との間から空気を排除するものであってもよい。これによれば、塑性変形部材７１を塑性変形させて回路基板２と回路部品３との間から空気を排除しつつ回路基板２に回路部品３を実装することで、回路基板２と回路部品３との間に容易に介在部材を配置することができる。

また、上記一実施形態では、ケーシング４はトランスファー成形法により成形されていたが、これに限定されるものではない。例えば、インジェクション成形法やコンプレッション成形法を採用するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、本発明を自動車用の電子キー送受信機１およびその製造に適用した場合を例に説明したが、電子回路装置は電子キー送受信機１に限定されるものではない。自動車に搭載される他の電子回路装置に適用してもよい。さらに、自動車用の各種電子回路装置に限らず、民生用各種装置に用いられる電子回路装置に適用してもよい。また、電子回路装置の形状も略カード状に限定されるものではない。

本発明を適用した一実施形態における電子キー送受信機１に用いられる電子部品が実装された回路基板２を示す平面図である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部である。 電子キー送受信機１の製造工程を示す工程別断面図の一部であり、完成した電子キー送受信機１を示している。 回路基板と電子部品との間に介在部材を配置する方法を説明する工程別断面図であり、（ａ）は液状樹脂注入工程、（ｂ）は液状樹脂固化工程、（ｃ）は成形工程を示している。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、他の実施形態において回路基板と電子部品との間に介在部材を配置して空気排除を行う工程を説明する工程別断面図である。

符号の説明

１ 電子キー送受信機（電子回路装置）
２ 回路基板
３ 回路部品（電子部品、実装部品）
４ ケーシング
７ アンダーフィル（介在部材）
２１ 実装面
２２ 非実装面
７１ 塑性変形部材（介在部材）
１００ 金型
１０１ 上型
１０２ 下型
１０２ａ 下型の表面（キャビティの内面）
１０４ キャビティ（製品部）

Claims (8)

1. 両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板を、前記電子部品の実装面とは反対側の非実装面が、内面に密着するように金型のキャビティ内に保持する保持工程と、
   前記保持工程の後に、前記キャビティ内に樹脂を充填して固化し、前記非実装面が外表面の一部をなすように前記電子部品を封止するケーシングを成形する成形工程と、を備える電子回路装置の製造方法であって、
   前記保持工程の前に、前記回路基板と前記電子部品との間を充満するように介在部材を配置して、前記介在部材により前記回路基板と前記電子部品との間から空気を排除する空気排除工程を具備することを特徴とする電子回路装置の製造方法。
2. 前記ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置の製造方法。
3. 前記空気排除工程は、
   前記回路基板と前記回路基板に実装された前記電子部品との間に液状樹脂を注入する液状樹脂注入工程と、
   前記液状樹脂注入工程の後で、前記液状樹脂を固化して前記介在部材とする液状樹脂固化工程と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子回路装置の製造方法。
4. 前記空気排除工程では、前記回路基板に前記電子部品を実装する際に、前記回路基板と前記電子部品との間に塑性変形可能な前記介在部材を配置して、前記回路基板と前記電子部品との間から空気を排除することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子回路装置の製造方法。
5. 両面のうち片面のみに電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板の前記電子部品の実装面とは反対側の非実装面が外表面の一部をなすように、前記電子部品を封止する樹脂材料からなるケーシングと、を備える電子回路装置であって、
   前記回路基板と前記電子部品との間を充満する介在部材を具備し、
   前記介在部材により前記回路基板と前記電子部品との間から空気が排除されていることを特徴とする電子回路装置。
6. 前記ケーシングは、形状が略カード状であることを特徴とする請求項５に記載の電子回路装置。
7. 前記回路基板と前記実装部品との間に、注入された液状樹脂が固化してなる前記介在部材が充満していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子回路装置。
8. 前記回路基板と前記実装部品との間に、前記回路基板と前記電子部品とに押圧され塑性変形した前記介在部材が充満していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子回路装置。

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