JP5132399B2 - 制御基板およびその製造方法、電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、制御基板およびその製造方法、電気機器に関するものであり、特に、耐湿性、防水性を確保するために樹脂による封止処理を施した制御回路基板等の制御基板およびその製造方法、この制御基板を備えた電気機器に関するものである。

従来、電気機器は生活におけるあらゆる分野において使用されており、使用環境によって耐久性等に関する対策が施されている。たとえばトイレや洗面所など水を使用する場所等、一般的に高湿度環境下において使用される電気機器は、制御回路の耐湿性、防水性を確保するために、制御回路をケースに組み込んだ状態でウレタン等の樹脂をケース内に充填して機器に搭載することが行われている。

また、このような電気機器においては、耐湿信頼性を確保するために、樹脂充填後に制御回路内部に気泡が残留しないようなプリント基板を用いており、たとえば面実装電子部品の実装部外周囲近傍のプリント基板上に少なくとも一箇以上の気泡抜き孔を設けるようにしたプリント基板が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平９−２１４０７１号公報（第１図）

しかしながら、上記従来の技術は、はんだ面側に搭載する面実装電子部品にしか適用できず、プリント基板に穴を開けなければならないため、周辺電子部品の配置位置に大きな制約が生じる、という問題があった。

また、気泡が発生しやすい大型の電解コンデンサ等の実装電子部品を使用する場合には、これらの実装電子部品を下向きにして配置した状態で樹脂を充填しなければならないため、ケースの側面の高さを高くする必要があり、また樹脂充填量も増大するため、コストアップにつながる、という問題があった。

また、気泡を抜ききれない場合には実装電子部品のボディーまたはリード部周辺に気泡が溜まることになるため耐湿性に問題がある。このため、信頼性を確保するために、気泡部分に樹脂を再充填するという煩わしい作業を実施する必要があった。更に、プリント基板自体からの気泡発生を抑制するために、制御回路を乾燥（予備加熱）させてから樹脂を充填するため工程が煩雑となり、手間とコストがかかる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板における電気電子部品の配置位置の自由度に優れ、容易に且つ低コストで耐湿性、防水性を確保することができる制御基板およびその製造方法、この制御基板を備えた電気機器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる制御基板は、基板と、前記基板の一面側に該一面側と所定の隙間を有して実装された第１の電子部品と、前記基板の一面側の面内において所定の間隔を有して設けられ、前記隙間の前記第１の電子部品の外周縁部において前記第１の電子部品の前記基板との対向面に当接する複数の凸部と、前記凸部により前記基板の一面側の面内において前記第１の電子部品の実装領域と区分された領域のみに実装された第２の電子部品と、少なくとも前記隙間を埋め込むように前記基板の一面側および他面側を覆って設けられた樹脂部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、基板上における第２の電子部品の配置位置の自由度が高く任意の位置に配置することができ、また、制御基板の耐湿性、防水性を容易に且つ低コストで確保することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる制御基板およびその製造方法、電気機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下の図面においては、理解の容易のため部材間の縮尺が実際とは異なる場合がある。

実施の形態
以下において説明する実施の形態は、電子部品を実装したプリント基板に樹脂による封止処理を施すことにより、耐湿性、防水性の向上が図られた制御基板（プリント基板組立回路）に関するものである。図１は、本発明の実施の形態にかかる制御基板の概略構成を説明するための模式図であり、本発明にかかる制御基板を絶縁基板の両面に配線パターンを形成した両面プリント基板に適用した場合の実施形態を説明するための模式図である。

図２は、本実施の形態にかかる制御基板を作製する際の中間材であり、プリント基板の基材１に電子部品を実装した後の、樹脂による封止処理を施す前の状態のプリント基板を説明するための模式図である。なお、図２においては、電解コンデンサ（Ｃ１）６を透過して見た状態を示している。

図３は、本発明の実施の形態にかかる制御基板を作製する際の中間材であり、基材１に電子部品を実装した状態を説明するための上面図である。図１は、図３の線分Ａ−Ａにおける断面を示す模式図である。図４は、基材１に電子部品を実装した後の制御基板に対する樹脂封止の工程の状態を説明するための断面図である。図４は、図３の線分Ｂ−Ｂにおける断面を示す模式図である。

図１に示す制御基板は、基材１の一面側（図１中の上面側）に銅箔３が配置され、該銅箔３を覆うように基材１の一面側表面がソルダレジスト２で覆われ、更に銅箔３の上部のソルダレジスト２の上にシルクスクリーン印刷４が被せられて、凸部である３層構造の積層構造１１、１２、１３が形成されている。この積層構造１１、１２、１３の上には、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面部の外周縁部が載せられて配置されている。３層構造の積層構造１１、１２、１３は、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面部の外周縁部の形状と略同等程度の外形を有するリング分断した形状に所定の間隔をおいて電解コンデンサ（Ｃ１）６の下部に配置されている。すなわち、積層構造１１、１２、１３の間には、積層構造が配置されていない領域２１、２２、２３が設けられている。

また、基材１に銅箔で形成されたスルーホール５と電解コンデンサ（Ｃ１）６のリード線６ａとは、半田付けされている。そして、基材１の少なくとも電解コンデンサ（Ｃ１）６における基材１との対向面を埋め込むように基材１の一面側および他面側（図１中の下面側）を覆って樹脂部１５が設けられている。なお、図１においては図示しないが、図３に示すように基材１には、電解コンデンサ（Ｃ１）６の周辺電子部品である電解コンデンサ（Ｃ１）６の他にコンデンサ（Ｃ２）７、抵抗（Ｒ１）８、コネクタ（ＣＮ１）９、抵抗１０が基板上において、３層構造の積層構造１１、１２、１３により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域に搭載されている。

つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる制御基板の作製方法について説明する。まず、基材１の一面側に厚みが１８μｍ、３５μｍまたは７０μｍの銅箔３を配置する。このとき、銅箔３は、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面部の外周縁部の形状と略同等程度の外形を有するリング形状とされ、且つ円周方向において銅箔３が配置されていない領域（積層構造が配置されていない領域）２１、２２、２３（図３参照）を設ける。また、銅箔３の配置位置は、コンデンサ（Ｃ２）７、抵抗（Ｒ１）８、コネクタ（ＣＮ１）９、抵抗（Ｒ２）１０の実装位置を考慮して決められる。

つぎに、該銅箔３を覆うように基材１の一面側表面を、印刷法あるいは写真法により厚みが１５μｍのソルダレジスト２で覆い、更に銅箔３の上部のソルダレジスト２の上に印刷法、あるいは写真法により厚みが７μｍのシルクスクリーン印刷４を被せて、３層構造の積層構造１１、１２、１３を形成する。このとき、３層構造の積層構造１１、１２、１３における基材１の面内方向と略平行方向の面の外形は、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面部の外形と略同等以上の大きさとする。

そして、図２に示すように積層構造１１、１２、１３の上に、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面部の外周縁部が積層構造１１、１２、１３の上に載るように電解コンデンサ（Ｃ１）６を配置する。また、周辺電子部品であるコンデンサ（Ｃ２）７、抵抗（Ｒ１）８、コネクタ（ＣＮ１）９、抵抗（Ｒ２）１０を基材１上に配置する。

ここで、コンデンサ（Ｃ２）７、抵抗（Ｒ１）８、コネクタ（ＣＮ１）９、抵抗（Ｒ２）１０は、基材１上において３層構造の積層構造１１、１２、１３により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域の任意の位置に搭載される。

図３においては、コンデンサ（Ｃ２）７は、積層構造１１により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域の、電解コンデンサ（Ｃ１）６の中心軸Ｓに向かう面が積層構造１１に対向する位置に搭載される。また、図３においては、抵抗（Ｒ１）８は、積層構造１３により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域の、電解コンデンサ（Ｃ１）６の中心軸Ｓに向かう面が積層構造１３に対向する位置に搭載される。また、図３においては、コネクタ（ＣＮ１）９は、積層構造１１により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域の、電解コンデンサ（Ｃ１）６の中心軸Ｓに向かう面が積層構造１１に対向する位置に搭載される。また、図３においては、抵抗（Ｒ２）１０は、積層構造１２により電解コンデンサ（Ｃ１）６の実装領域と区分された領域の、電解コンデンサ（Ｃ１）６の中心軸Ｓに向かう面が積層構造１２に対向する位置に搭載される。

そして、電解コンデンサ（Ｃ１）６等の電子部品を基材１に挿入した後、電解コンデンサ（Ｃ１）６のリード線６ａ、およびその他の電子部品のリード線を、基材１に銅箔で形成されたスルーホール５に半田付けする。これにより、図３に示すように、電子部品が搭載されたプリント基板が構成される。

基材１に形成された積層構造１１、１２、１３は、銅箔が１８μｍ、３５μｍ、または７０μｍ、ソルダレジストが１５μｍ、シルクスクリーン印刷が７μｍの厚みを有しており、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面は、積層構造１１、１２、１３の上に乗るため、電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面と基材１との間に最大９２μｍの隙間が形成される。

つぎに、このように構成したプリント基板をケース（図示せず）の中に、電解コンデンサ（Ｃ１）６等の電子部品を実装した側を上にして配置し、ケース内に樹脂を充填する。このとき、電解コンデンサ（Ｃ１）６の周辺電子部品側、すなわちコンデンサ（Ｃ２）７、抵抗（Ｒ１）８、コネクタ（ＣＮ１）９、抵抗（Ｒ２）１０側には積層構造１１、１２、１３が形成されている。このため、ケースに樹脂を充填した時および樹脂が硬化する時に電解コンデンサ（Ｃ１）６から発生した気泡１４は、積層構造１１、１２、１３それぞれの間にある積層構造が配置されていない領域２１、２２、２３、すなわち周辺電子部品が配置されていない箇所から上面に抜けていく。これにより、気泡１４は周辺電子部品と干渉しない方向から抜けていくこととなり、気泡１４が周辺電子部品近傍に溜まることが防止され、周辺電子部品近傍に溜まった気泡１４に起因する制御基板の耐湿信頼性の低下が防止される。

たとえば図４においては、電解コンデンサ（Ｃ１）６の下に銅箔３とソルダレジスト２とシルクスクリーン印刷４で形成される積層構造１１を、基材１の面内方向においてコンデンサ（Ｃ２）７が配置される方向に形成している。この場合には、ケースに樹脂を充填した時および樹脂が硬化する時に電解コンデンサ（Ｃ１）６の底面と基材１との間に発生した気泡１４は、積層構造１１が存在することによりコンデンサ（Ｃ２）７側には流れず、積層構造１１が存在しない方向、すなわち積層構造が配置されていない領域２２から上面に抜けていく。これにより、気泡１４はコンデンサ（Ｃ２）７と干渉しない方向から抜けていくこととなり、気泡１４がコンデンサ（Ｃ２）７近傍に溜まることが防止され、コンデンサ（Ｃ２）７近傍に溜まった気泡に起因する制御基板の耐湿信頼性の低下が防止される。また、気泡１４がコンデンサ（Ｃ２）７近傍に溜まることが防止されるため、信頼性を確保のために、気泡部分に樹脂を再充填するという煩わしい作業も不要である。

また、上記のように構成、製作された制御基板を電機機器に搭載することにより、その製品の耐湿性能、防水性能を高めることができ、長寿命化、品質の安定化に優れた高品質の電気機器が実現できる。このような電機製品として、たとえば手乾燥装置、洗濯乾燥機、食器洗い乾燥機、浴室用換気乾燥送風機、換気扇、便座、自動水栓など、湿度の高い環境で使用される電気製品や水などの液体に触れる電気製品において、長寿命化、品質の安定化に優れた高品質の電気機器が実現可能である。

上述したように本実施の形態にかかる制御基板によれば、基材１の電解コンデンサ（Ｃ１）６の下部領域に積層構造１１、１２、１３を形成し、周辺電子部品を電解コンデンサ（Ｃ１）６の中心軸Ｓに向かう面がそれぞれ積層構造１１、１２、１３のいずれかに対向する位置の任意の位置に配置しているので、ケースに樹脂を充填した時および樹脂が硬化する時に電解コンデンサ（Ｃ１）６から発生する気泡１４は周辺電子部品と干渉しない方向から抜けている。これにより、本実施の形態にかかる制御基板においては、気泡１４が周辺電子部品近傍に溜まることが防止され、周辺電子部品近傍に気泡１４が溜まることに起因する制御基板の耐湿信頼性の低下が防止されている。

また、本実施の形態にかかる制御基板によれば、ケースに樹脂を充填した時および樹脂が硬化する時に電解コンデンサ（Ｃ１）６から発生した気泡１４を抜くための気泡抜き穴をプリント基板に開ける必要がない。このため、気泡抜き穴に起因した周辺電子部品の配置位置の制約がなく、周辺電子部品の配置位置の自由度が高い制御基板が実現されている。

また、本実施の形態にかかる制御基板によれば、気泡が発生しやすい大型の電解コンデンサ等の実装電子部品を使用する場合においても、大型電子部品を実装したプリント基板をケースに入れて樹脂で封止する際に、大型実装電子部品を上向きに配置した状態で樹脂を充填して作製することが可能である。これにより、ケースの側面の高さを高く設ける必要がなく、また樹脂充填量も少量で済むため、原材料の減量化、およびコストの低減を図ることが可能である。

また、本実施の形態にかかる制御基板によれば、樹脂封止の工程においてプリント基板自体から発生する気泡を確実に抜くことができるため、樹脂封止を行う前の乾燥工程（予備加熱）が不要であるため、工程数の削減を図ることができ、また乾燥工程（予備加熱）に要するエネルギー消費量の削減を図ることができる。

また、本実施の形態にかかる電機機器によれば、上記のような本実施の形態にかかる制御基板を搭載しているので、湿度の高い環境で使用される電気製品や水などの液体に触れる電気製品においても、長寿命化、品質の安定化に優れた高品質の電気機器を提供することができる。

なお、上記においては、基材１に３層構造の積層構造１１、１２、１３を形成する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、積層構造１１、１２、１３の代わりにソルダレジストとシルクスクリーン印刷との２層からなる凸部を形成してもよい。この場合にも。それぞれの凸部間にはソルダレジストおよびシルクスクリーン印刷を形成しない隙間領域を設けておく。

また、上記の積層構造１１、１２、１３は、ソルダレジストのみの単層またはシルクスクリーン印刷のみの単層からなる凸部であってもよい。この場合にも。それぞれの凸部間にはソルダレジストまたはシルクスクリーン印刷を形成しない隙間領域を設けておく。

また、上記においては、本発明を両面プリント基板に適用する場合を例に説明したが、本発明を片面プリント基板に適用してもよい。この場合には、積層構造１１、１２、１３の代わりに、たとえばソルダレジスト２および／またはシルクスクリーン印刷４からなる凸部を積層構造１１、１２、１３と同様の配置で基材１に複数形成し、この凸部の上に電解コンデンサ（Ｃ１）６を配置する。この場合にも、上述した両面プリント基板の例の場合と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる制御基板は、耐湿性、防水性が要求される用途に有用であり、特に、トイレや洗面所など水を使用する場所等、一般的に高湿度環境下において使用される電気機器に搭載される制御基板に適している。

本発明の実施の形態にかかる制御基板の概略構成を説明するための模式図である。 本実施の形態において基材に電子部品を実装した後の、樹脂による封止処理を施す前の状態のプリント基板を説明するための模式図である。 本発明の実施において基材に電子部品を実装した状態の一例を説明するための上面図である。 本発明の実施において基材に電子部品を実装した後の制御基板に対する樹脂封止の工程の状態を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 基材
２ ソルダレジスト
３ 銅箔
４ シルクスクリーン印刷
５ スルーホール
６ａ リード線
７ コンデンサ（Ｃ２）
８ 抵抗（Ｒ１）
９ コネクタ（ＣＮ１）
１０ 抵抗
１１ 積層構造
１２ 積層構造
１３ 積層構造
１４ 気泡
１５ 樹脂
２１ 積層構造が配置されていない領域
２２ 積層構造が配置されていない領域
２３ 積層構造が配置されていない領域

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の一面側に該一面側と所定の隙間を有して実装された第１の電子部品と、
   前記基板の一面側の面内において所定の間隔を有して設けられ、前記隙間の前記第１の電子部品の外周縁部において前記第１の電子部品の前記基板との対向面に当接する複数の凸部と、
   前記凸部により前記基板の一面側の面内において前記第１の電子部品の実装領域と区分された領域のみに実装された第２の電子部品と、
   少なくとも前記隙間を埋め込むように前記基板の一面側および他面側を覆って設けられた樹脂部と、
   を備えることを特徴とする制御基板。
2. 前記凸部が、導電材料と絶縁材料とシルクスクリーン印刷とが前記基板の一面側にこの順で積層された３層構造、前記絶縁材料と前記シルクスクリーン印刷とが前記基板の一面側にこの順で積層された２層構造、前記絶縁材料の単層構造、および前記シルクスクリーン印刷の単層構造のうちいずれか１つの構造を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の制御基板。
3. 請求項１または２に記載の制御基板を搭載すること、
   を特徴とする電気機器。
4. 基板上に第１の電子部品と第２の電子部品とを実装し、第１の電子部品の前記基板との対向面を樹脂封止した制御基板の製造方法であって、
   前記基板の一面上に所定の間隔をおいて複数の凸部を形成する工程と、
   前記複数の凸部のうちの少なくとも１つの凸部上に前記第１の電子部品の前記基板との対向面の外周縁部を載置するように前記第１の電子部品を前記複数の凸部上に載置して実装する工程と、
   前記外周縁部が載置された前記凸部により前記基板の一面側の面内において前記第１の電子部品の実装領域と区分された領域のみに第２の電子部品を実装する工程と、
   前記第１及び第２の電子部品を実装した前記基板に対して、少なくとも前記第１の電子部品の前記基板との対向面を埋め込むように前記基板の一面側および他面側を覆って樹脂封止を行う工程と、
   を備えることを特徴とする制御基板の製造方法。

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