説明

基板および基板の製造方法

【課題】 DC−DCコンバータなどのような大電流にも使用可能な基板であって、小型電子部品を1枚の基板上に配置可能であり、基板上の電気接続部の信頼性に優れる基板および基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板1は、射出成型基板3にプリント基板5が接続されて形成される。プリント基板搭載部11では、内部の回路導体が、導体部15bにおいて露出する。プリント基板5には、スルーホール21が設けられる。導体部15bはプリント基板搭載部11に略垂直に形成され、スルーホール21に挿入される。プリント基板搭載部11の導体部15b近傍には、雌ネジ部17が形成される。雌ネジ部17は、固定部材であるボルト23と螺合可能である。プリント基板5は、導体部15bと半田25で接続される。プリント基板5の半田5近傍には、あらかじめ孔19が形成される。ボルト23は、孔19を貫通して、雌ネジ部17に固定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車、家電、産業機器等に用いられるDC−DCコンバータやインバータ等の大電流回路が設けられた射出成形基板と制御回路となる小電流用プリント配線基板が接続された基板等に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車・家電・産業機器等に用いられている大電流回路が設けられた射出成形基板は、それらを制御するための制御回路が設けられたプリント配線基板と接続されて用いられる。射出成型基板とプリント配線基板とは、配線によるジャンパー接続やバスバー半田付け接続、コネクタ接続等で電気接続されており、それらを簡易的にかつ小型化するための様々な工夫がなされている。
【0003】
このような基板としては、例えば、大電流回路側の金属導体を切り立てて制御回路と半田付けする方法がある(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−134870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1には、半田付けに関する電気接続信頼性までは述べられていない。事実、大電流用回路基板と小電流用プリント配線基板とは樹脂材料が異なり、その線膨張係数の差から温度変化時にはお互いの伸縮の違いにより半田部分に過大な負荷がかかる恐れがある。
【0006】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、DC−DCコンバータ等のような大電流にも使用可能な基板であって、小型電子部品を1枚の基板上に配置可能であり、基板上の電気接続部の信頼性に優れる基板および基板の製造方法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】
【0007】
前述した目的を達するために第1の発明は、回路導体の表面に対して樹脂が射出成型された射出成型基板と、あらかじめ表面に電子部品が搭載されたプリント基板と、を具備し、前記射出成型基板からは、前記回路導体の一部が露出し、露出した前記回路導体の一部が前記プリント基板と半田で電気的に接続され、前記半田の近傍で前記プリント基板が前記射出成型基板と固定部材で固定されることを特徴とする基板である。
【0008】
前記固定部材はボルトであり、あらかじめ射出成型基板の樹脂部には雌ネジ部が形成されており、前記ボルトを前記雌ネジ部に固定することで、前記プリント基板が固定されてもよい。
【0009】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部は前記プリント基板に形成されたスルーホールを貫通して前記プリント基板に半田で電気的に接続されることが望ましい。
【0010】
前記固定部材の径をD(mm)、前記半田による電気的な接合部の径をd(mm)とした場合に、前記半田の中心位置と前記固定部材の中心位置との距離が(D+d)/2+9mm以下であることが望ましい。
【0011】
前記射出成型基板には、少なくとも一対の凸部が形成され、前記凸部上に前記プリント基板が配置され、前記固定部材であるボルトが、前記凸部に形成された雌ネジ部に固定されてもよい。前記凸部上には、前記回路導体が露出し、前記凸部上に配置された前記プリント基板のスルーホールに、露出した前記回路導体が貫通して、前記プリント基板と半田で電気的に接続されてもよい。
【0012】
前記射出成型基板と前記プリント基板との間には空間が形成され、前記空間において、前記射出成型基板上に電子部品が設置されてもよい。
【0013】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部には、応力緩和部が形成され、前記応力緩和部は、回路導体が屈曲されて構成され、少なくとも水平部および鉛直部を一部に有してもよい。
【0014】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部には、応力緩和部が形成され、前記応力緩和部は、回路導体の一部に低剛性部が形成されてもよい。
【0015】
第1の発明によれば、例えばプレス加工された回路導体と、射出成型により形成された樹脂とからなる射出成型基板を用いるため、回路導体の厚さを厚くすることができる。このため大電流での使用に耐える基板を得ることができる。また、射出成型基板上には、電子部品が搭載される電子部品搭載部の他に、プリント基板が搭載されるプリント基板搭載部が形成される。このため、あらかじめ小型電子部品を別途搭載したプリント基板をも同一基板上に搭載することができる。
【0016】
また、プリント基板と射出成型基板とが半田で接続され、当該半田部近傍において固定部材でプリント基板と射出成型基板とが固定される。このため、射出成型基板の材質とプリント基板の材質の線膨張係数の違いにより、温度変化に伴う半田部に付与される応力の発生を緩和することができる。また、雌ネジ部を射出成型基板の樹脂部に埋設させておくことで、固定部材であるボルトでの固定が容易である。
【0017】
また、射出成型基板から露出した回路導体の一部をプリント基板に形成されたスルーホールに貫通させてプリント基板に半田で電気的に接続されれば、半田部がプリント基板上に形成される。このため、半田部を容易に確認することができる。
【0018】
また、固定部材の径をD(mm)、半田による電気的な接合部の径をd(mm)とした場合に、半田の中心位置と固定部材の中心位置との距離が(D+d)/2+9mm以下であれば、半田部に過剰な応力が付与されることを確実に防止することができる。
【0019】
また、射出成型基板には、少なくとも一対の凸部が形成され、凸部上にプリント基板が配置され、固定部材であるボルトが、凸部に形成された雌ネジ部に固定されれば、プリント基板の半田部とボルトが同じ凸部上に配置される。このため、確実に半田部に発生する応力を抑制することができる。また、射出成型基板とプリント基板との間には空間が形成され、空間において、前記射出成型基板上に電子部品が設置されれば、電子部品を層構造で配置できる。このため、基板の小型化を達成することができる。
【0020】
また、射出成型基板から露出した回路導体の一部に、応力緩和部が形成されれば、射出成型基板とプリント基板との間の熱膨張に伴う変位を、当該応力緩和部で緩和することができる。このため、半田部に直接応力が付与されることを抑制することができる。ここで、応力緩和部としては、回路導体を屈曲し、少なくとも水平部および鉛直部を一部に有するように構成することで、水平方向および鉛直方向のいずれに対しても確実に応力を緩和することができる。
【0021】
また、応力緩和部として、回路導体の一部に低剛性部が形成されるように構成することで、当該低剛性部が容易に変形し、確実に応力を緩和することができる。
【0022】
第2の発明は、導体である回路素材を接合して、回路導体を形成し、前記回路導体の表面に対して樹脂を射出成型して射出成型基板を成型し、前記射出成型基板の上面に露出する回路導体の一部が、プリント基板のスルーホールを貫通するように前記プリント基板を設置し、前記回路導体と、前記プリント基板および電子部品とを、半田で電気的に接続し、あらかじめ前記射出成型基板の樹脂部に形成された雌ネジ部を用い、前記プリント基板を前記射出成型基板にボルトで固定することを特徴とする基板の製造方法である。
【0023】
第2の発明によれば、大電流にも耐えることができ、また、小型電子部品であっても同一基板上に配置可能であり、射出成型基板とプリント基板との接続部である半田部に過剰な応力が付与されることがない。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、DC−DCコンバータ等のような大電流にも使用可能な基板であって、小型電子部品を1枚の基板上に配置可能であり、基板上の電気接続部の信頼性に優れる基板および基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】基板1を示す斜視図であり、(a)は分解斜視図、(b)は組立斜視図。
【図2】基板1の断面図であり、図1(b)のA−A線断面図。
【図3】図2のB部拡大図。
【図4】ボルトと半田との距離と、半田にかかる応力との関係を示す図。
【図5】プリント基板の変形例を示す図で、基板30の断面図。
【図6】プリント基板の変形例を示す断面図で、(a)はプリント基板40aを示す図、(b)はプリント基板40bを示す図。
【図7】プリント基板の変形例を示す図で、基板50の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1、図2は、基板1を示す図であり、図1(a)は分解斜視図、図1(b)は組立斜視図、図2は基板1の断面図であって図1(b)のA−A線断面図である。基板1は、大電流で用いることが可能な基板である。
【0027】
基板1は、射出成型基板3にプリント基板5が接続されて形成される。射出成型基板3には、電子部品搭載部7、プリント基板搭載部11が形成される。電子部品搭載部7、プリント基板搭載部11では、それぞれ内部の回路導体が、導体部15a、15bにおいて露出する。また、導体部以外の部位は樹脂9によって被覆される。
【0028】
プリント基板5は、従来のガラスエポキシ基板を用いて構成する。プリント基板5には電子部品13bがあらかじめ搭載される。
【0029】
電子部品搭載部7は、電子部品13aが搭載される部位である。また、プリント基板搭載部11は、プリント基板5が搭載される部位である。プリント基板5には、スルーホール21が設けられる。層間接続のためのスルーホール21にはメッキが施される。導体部15bはプリント基板搭載部11に略垂直に形成され、スルーホール21に挿入される。
【0030】
プリント基板搭載部11の導体部15b近傍には、雌ネジ部17が形成される。雌ネジ部17は、固定部材であるボルト23と螺合可能である。電子部品13aは、電子部品搭載部7の導体部15aに半田等で接続される。また、プリント基板5は、導体部15bがスルーホール21を貫通して、プリント基板5上面において半田25で接続される。プリント基板5の半田5(スルーホール21)近傍には、あらかじめ孔19が形成される。ボルト23は、孔19を貫通して、雌ネジ部17に固定される。
【0031】
なお、本発明の基板としては、図示したような形状の基板に限られず、トランスやチョークコイルを有するDC−DCコンバータなど、大電流が流れる基板に対しては、当然に適用可能である。すなわち、本発明は、図に示すような部品配置および形状に限られることはなく、その他の部品等を適宜搭載することや、配置および形状を適宜変更することが可能なことは言うまでもない。
【0032】
図3は、図2のB部拡大図である。ボルト23の中心線と半田25(スルーホール21)の中心との距離をLとする。また、ボルト23の頭部の径をD(mm)とし、電気的な接合部である半田25の径(スルーホール21における導体パッドの径)をd(mm)とする。
【0033】
この場合、Lは、(D+d)/2+1mm以上であり、(D+d)/2+9mm以下であることが望ましい。Lが(D+d)/2+1mm以上であれば、固定部材と半田部とが干渉することがない。また、Lが(D+d)/2+9mmを超えると、急激に半田部へ付与される応力が増大する。したがって、Lを(D+d)/2+9mm以下とすることで、射出成型基板3とプリント基板5を構成するそれぞれの樹脂の熱膨張係数の違いにより、半田25に生じる応力を低減することができる。
【0034】
図4は、ボルト23と半田25との中心距離Lと、半田25に付与される応力σとの関係を解析した図である。ボルトの頭部径を10mmΦ、スルーホール導体パットを4mmΦとして、それぞれの中心間距離Lを変えたときに、半田25にかかる最大応力をFEMで解析した。応力は、プリント基板の熱膨張係数を15ppm/℃(ガラスエポキシ基板FR−4に相当)とし、射出成型基板の熱膨張係数を40ppm/℃(ポリフェニレンサルファイドに相当)として、−40℃〜120℃まで温度を変化させた際の最大応力を算出した。
【0035】
図4より明らかなように、Lが16mmを超えると急激に応力が増加する。したがって、本発明では、Lを16mm以下とすることが望ましい。すなわち、ボルト23の頭部の径をD(mm)とし、スルーホール21における導体パッドの径)をd(mm)とすると、(D+d)/2+9mmとすることが望ましい。
【0036】
基板1は例えば以下のように製造される。まず、銅板等の導体である回路素材をプレスにより打ち抜き、必要な曲げ加工を施して所望の形状に形成する。銅板等には、必要に応じてSnメッキ等を施してもよい。次いで、複数の回路素材同士を溶接、または絶縁部材等を介して接合して回路導体を形成する。回路導体は、平面のみではなく、複数層に層状に形成されてもよい。
【0037】
得られた回路導体を所定位置にピン等で射出成型金型に固定し、樹脂を射出して射出成型を行う。この際、必要な導体露出部以外の部位が樹脂9により被覆され、また、回路素材同士の層間等にも樹脂が射出される。このようにして射出成型基板3が形成される。なお、雌ネジ部を構成する金属ナット等をあらかじめ設置して、射出時に樹脂で一体化してもよい。
【0038】
樹脂9としては、絶縁性があり、射出成型が可能であればよく、例えば、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフタルアミド等が使用できる。
【0039】
なお、導体回路素材としては、例えば400μm以上の厚さの銅板等が用いられる。400μm未満では、大電流に耐えることが難しく、また、射出成型時の樹脂圧によって変形等の恐れがあるためである。なお、導体回路素材の厚さとしてさらに望ましくは、400μm〜1000μmである。厚すぎると、コスト及び重量等が増加し、コンパクトな基板を形成することができなくなるためである。
【0040】
次に、電子搭載部7に電子部品13aを搭載し、電子部品の電極を導体部15a等に電気的に接続する。同様に、プリント基板搭載部11には、プリント基板5を搭載し、プリント基板5のスルーホール21に導体部15bを挿入して電気的に接続する。それぞれの電気的な接続は、例えば半田、ワイヤーボンディング等を用いればよい。最後に、プリント基板5をボルト23で固定する。
【0041】
なお、プリント基板5上への部品の搭載は、所定位置にクリーム状の半田を印刷し、小型コンデンサ等の部品を所定位置に設置した後、リフロー炉を通して半田を溶融して接合をすればよい。
【0042】
以上説明したように、本実施形態の基板1によれば、回路素材をプレスで形成するため、厚銅基板を形成することができ、さらに樹脂9を射出成型により形成するため、製造性に優れ、大電流にも耐えうる基板1を得ることができる。このようにしてなる基板1では、信号系の小電流はプリント基板5上の回路(小型コンデンサ等)を利用するとともに、パワー系の大電流は射出成型基板の回路導体を利用することができる。したがって、1枚の基板上にこれら回路を全て搭載できるため、基板同士のケーブル等による接続が不要となり、低コストおよび小型化が達成できる。
【0043】
また、プリント基板5と射出成型基板3とが半田25で接続され、半田25の近傍においてボルト23で固定されるため、半田25に過剰な応力が生じることがない。
【0044】
また、スルーホール21に導体部15bを挿入して半田25で接続するため、半田部を容易に視認することができる。
【0045】
次に、第2の実施の形態について説明する。図5は、第2の実施の形態にかかる基板30を示す図である。なお、以下の説明において、基板1と同様の機能を奏する構成については、図1等と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0046】
基板30は、基板1と略同様の構成であるが、射出成型基板31等の態様が異なる。射出成型基板31には、一対の凸部33a、33bが形成される。凸部33a、33bは、射出成型基板31におけるプリント基板搭載部として機能する。
【0047】
射出成型基板31より露出する導体部15bは、当該凸部33a、33b上面に露出する。プリント基板5は、少なくとも一対の凸部33a、33bにまたがるように設置される。導体部15bは、プリント基板5のスルーホール21を貫通し、半田25によりプリント基板5と電気的に接続される。
【0048】
凸部33bには、雌ネジ部17が設けられる。したがって、凸部33bにおいて、プリント基板5は、ボルト23によって射出成型基板31に固定される。また、凸部33aには、雌ネジ部17および導体部15bが露出する。凸部33a上には、プリント基板5のスルーホール21が配置される。したがって、凸部33aにおいて、プリント基板5は、導体部15bと電気的に接続されるとともに、ボルト23によって射出成型基板31に固定される。なお、凸部33a、33bの両者に、雌ネジ部17、導体部15bを露出させてもよい。また、以下の説明では、凸部33a、33bを合わせて凸部33と称する。
【0049】
なお、基板30においては、凸部33で挟まれた部位において、プリント基板5と射出成型基板31との間に空間が形成される。射出成型基板31に搭載される電子部品13aは、当該空間に配置されてもよい。すなわち、電子部品搭載部7は、凸部33の間に形成される。
【0050】
第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、射出成型基板上に搭載される電子部品とプリント基板に搭載される電子部品を層状に配置することができるため、小型な基板を得ることができる。
【0051】
次に、第3の実施の形態について説明する。図6(a)は、第3の実施の形態にかかる基板40aを示す図である。基板40aは、基板30に対して、さらに応力緩和部41が形成される。
【0052】
基板40aでは、プリント基板5と接続される導体部15bが、樹脂9の表面からまっすぐにはプリント基板5に貫通しない。導体部15bは、射出成型基板43aの側面から側方に向かって略水平(基板の面に略平行)に突出し、さらに屈曲されて上方に向けて形成される。屈曲部においては、少なくとも一部に、水平部および鉛直部が形成されることが望ましい。
【0053】
導体部15bの屈曲部が応力緩和部41として機能する。応力緩和部41は、プリント基板5と射出成型基板43aとの間の熱膨張差に伴う変形に対し、導体部15bが拘束されず、一部が変形可能である。このため、半田25に対して応力が発生することを緩和することができる。
【0054】
応力緩和部41として、水平方向および鉛直方向の少なくとも2方向の部位が形成されれば、半田に生じる水平方向および鉛直方向の応力を容易に緩和することができる。
【0055】
なお、応力緩和部41の構成は、図6(a)の例には限られない。例えば、図6(b)に示す基板40bのように、応力緩和部41が射出成型基板43bの側面に露出する必要はない。すなわち、応力緩和部41は、プリント基板5との接続部と射出成型基板表面からの露出部との間に、導体部15bが拘束されずに変形可能な部位が形成されれば良い。
【0056】
図7は、応力緩和部のさらに変形例を示す図である。図7に示す基板50は、基板40aと略同様の構成であるが、導体部15bに屈曲部が形成される代わりに、細径部が形成される。すなわち、導体部15bの非拘束部において、他の部位よりも低剛性部が設けられる。低剛性部は他の部位よりも容易に変形可能である。このため、前述したような、プリント基板と射出成型基板との間の変位に対しても、当該応力緩和部が容易に変形して、半田25に付与される応力を緩和することができる。
【0057】
第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、プリント基板と射出成型基板とを接続する導体部15bの一部が、射出成型基板の樹脂から露出して応力緩和部を構成するため、半田25に付与される応力を緩和することができる。
【0058】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0059】
たとえば、上述した各構成は、当然にそれぞれ組み合わせることができる。また、プリント基板と射出成型基板との接続は、スルーホールを用いなくてもよい。また、ボルトに代えて、機械的に固定可能なピン等の固定部材を用いて、プリント基板と射出成型基板とを固定してもよい。
【符号の説明】
【0060】
1、30、40a、40b、50………基板
3………射出成型基板
5………プリント基板
7………電子部品搭載部
9………樹脂
11………プリント基板搭載部
13a、13b………電子部品
15a、15b………導体部
17………雌ネジ部
19………孔
21………スルーホール
23………ボルト
25………半田
31………射出成型基板
33a、33b………凸部
41、51………応力緩和部
43a、43b………射出成型基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路導体の表面に対して樹脂が射出成型された射出成型基板と、
あらかじめ表面に電子部品が搭載されたプリント基板と、
を具備し、
前記射出成型基板からは、前記回路導体の一部が露出し、
露出した前記回路導体の一部が前記プリント基板と半田で電気的に接続され、
前記半田の近傍で前記プリント基板が前記射出成型基板と固定部材で固定されることを特徴とする基板。
【請求項2】
前記固定部材はボルトであり、
あらかじめ射出成型基板の樹脂部には雌ネジ部が形成されており、
前記ボルトを前記雌ネジ部に固定することで、前記プリント基板が固定されることを特徴とする請求項1記載の基板。
【請求項3】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部は前記プリント基板に形成されたスルーホールを貫通して前記プリント基板に半田で電気的に接続されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の基板。
【請求項4】
前記固定部材の径をD(mm)、前記半田による電気的な接合部の径をd(mm)とした場合に、前記半田の中心位置と前記固定部材の中心位置との距離が(D+d)/2+9mm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の基板。
【請求項5】
前記射出成型基板には、少なくとも一対の凸部が形成され、
前記凸部上に前記プリント基板が配置され、
前記固定部材であるボルトが、前記凸部に形成された雌ネジ部に固定されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の基板。
【請求項6】
前記凸部上には、前記回路導体が露出し、
前記凸部上に配置された前記プリント基板のスルーホールに、露出した前記回路導体が貫通して、前記プリント基板と半田で電気的に接続されることを特徴とする請求項5記載の基板。
【請求項7】
前記射出成型基板と前記プリント基板との間には空間が形成され、
前記空間において、前記射出成型基板上に電子部品が設置されることを特徴とする請求項5または請求項6記載の基板。
【請求項8】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部には、応力緩和部が形成され、前記応力緩和部は、回路導体が屈曲されて構成され、少なくとも水平部および鉛直部を一部に有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の基板。
【請求項9】
前記射出成型基板から露出した前記回路導体の一部には、応力緩和部が形成され、前記応力緩和部は、回路導体の一部に低剛性部が形成されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の基板。
【請求項10】
導体である回路素材を接合して、回路導体を形成し、
前記回路導体の表面に対して樹脂を射出成型して射出成型基板を成型し、
前記射出成型基板の上面に露出する回路導体の一部が、プリント基板のスルーホールを貫通するように前記プリント基板を設置し、
前記回路導体と、前記プリント基板および電子部品とを、半田で電気的に接続し、
あらかじめ前記射出成型基板の樹脂部に形成された雌ネジ部を用い、前記プリント基板を前記射出成型基板にボルトで固定することを特徴とする基板の製造方法。

【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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【公開番号】特開2012−190883(P2012−190883A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−51166(P2011−51166)
【出願日】平成23年3月9日(2011.3.9)
【出願人】(000005290)古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】(391045897)古河AS株式会社 (571)
【Fターム(参考)】