JP5660472B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等において、好適に使用されるプリント配線板に関するものである。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の高出力モータの大電流制御用のプリント配線板は、特許文献１に開示されているように大電流を流すためにバスバーを組み合せて用いている。

一般的に、プリント配線板の表面と裏面との接続には、プリント配線板を貫通する貫通孔の側壁にめっきを設けてなるスルーホール導体を用いている。特許文献２には、貫通孔に導電体ペーストを充填したプリント配線板が開示されている。特許文献３には、貫通孔に金属片を挿入したプリント配線板が開示されている。特許文献４には、層間の接続に導体ペースト、銅球を用いるプリント配線板が開示されている。

特開２００３−２４９２８８号公報 特開平１１−７４６４０号公報 特開２００５−２４３９１１号公報 特開２００８−１８２１６３号公報

しかしながら、特許文献１では、複雑な形状のバスバーを使用するため、部品構造も複雑になり、組み付けの工程数が多いという課題がある。特許文献２では導電体ペーストを用い、特許文献３では金属片を用い、特許文献４では導体ペースト、銅球を用いているため、製造工程が増え、コストが高くなるという課題がある。また、層間接続に高抵抗な半田ペーストを用いると、大電流を流した際に発熱の問題が発生する。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で、プリント配線板の表面側と裏面側とを接続して大電流を流すことができるプリント配線板を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、樹脂層とこの樹脂層を介して対向する第１面側板状回路パターンおよび第２面側板状回路パターンとを備えるプリント配線板であって、
前記第１面側板状回路パターンおよび前記第２面側板状回路パターンの一方には有底筒状の凸部が設けられ、他方には前記凸部の外周面に対して所定の隙間を介して対向する対向部が設けられ、
前記凸部の外周面と前記対向部との間の前記所定の隙間には半田が充填され、
前記対向部は、前記凸部の底部に当接する対向底部を備えることを技術的特徴とする。

請求項１のプリント配線板では、第１面側板状回路パターンと第２面側板状回路パターンとが、有底筒状の凸部の外周面とこの外周面に対向する対向部との間の所定の隙間に充填される半田を介して導体断面積を十分確保した上で電気的に接続されているため、簡易な構成でプリント配線板の表面側と裏面側とを接続して、大電流を流すことができる。

本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の断面図である。 第１実施形態のプリント配線板の製造工程図である。 第１実施形態のプリント配線板の製造工程図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント配線板の製造工程図である。 第２実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 第３実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 第３実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係るプリント配線板の断面図である。 第４実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 第１実施形態の第１変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 第１実施形態の第２変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。 第１実施形態の第３変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係るプリント配線板について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態のプリント配線板１０の断面図である。プリント配線板１０は、コア樹脂層３０に、下面の第１面側回路パターン板２０と、上面の第２面側回路パターン板４０が積層されて成る。すなわち、第１面側回路パターン板２０および第２面側回路パターン板４０は、コア樹脂層３０を介して対向するように配置される。第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とは、第１面側回路パターン板２０に形成された有底筒状の凸部２２の外周に、第２面側回路パターン板４０に形成されたシリンダー状の筒状部４２が嵌入されることで電気的に接続されている。筒状部４２は、凸部２２の外面（外周面）に対して所定の隙間を介して対向するように形成されており、これら凸部２２と筒状部４２とは、介在する半田６０により電気的に接続されている。第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０との所定部位には、半田６０が被覆され、電子部品６２が、該半田６０を介して実装されている。なお、第１面側回路パターン板２０および第２面側回路パターン板４０は、特許請求の範囲に記載の「第１面側板状回路パターン」および「第２面側板状回路パターン」の一例に相当し、凸部２２および筒状部４２は、特許請求の範囲に記載の「凸部」および「対向部」の一例に相当し得る。

第１面側回路パターン板２０及び第２面側回路パターン板４０は、厚さ０．５〜２．０mmの銅板にパターンを打ち抜きプレス加工してなり、それぞれ複数ピースの回路パターンを組み合せてなる。例えば、第２面側回路パターン板４０は、２個の打ち抜かれた回路パターンを組み合せてなる。このプレス加工の際に、同時に、第１面側回路パターン板２０の凸部２２，第２面側回路パターン板４０の筒状部４２を成形する。そして、本実施形態では、金属箔では無く、金属板を用いる。ここで、本実施形態で定義する金属板とは打ち抜き加工が可能で、テンション等の外力を加えることなく形状の維持可能な厚みの板状体を意味し、エッチング加工を行う自ら形状を維持し得ない金属箔を除く概念である。コア樹脂層３０は、ガラスクロス等の芯材にエポキシ等の樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させて成り、厚さ０．５〜４．０mmに形成されている。

引き続き、第１実施形態のプリント配線板の製造工程について、図２及び図３を参照して説明する。
図２（Ａ）に示す厚さ０．５〜２．０mmの銅板２０αを、図２（Ｂ）に示す上型５０Ｕ、下型５０Ｄの間でプレス加工し、上型５０Ｕの凹部５２と下型５０Ｄの凸部５４とにより、第１面側回路パターン板２０の凸部２２を成形し、上型の凸部５６と下型の凹部５８とにより、第１面側回路パターン板２０の開口２４を穿設する。図２（Ｃ）にプレス加工後の第１面側回路パターン板２０を示す。凸部２２は、高さｈ１：１．０〜４．５mmで、外径Ｄ１：３〜５mmに形成する。同様に、第２面側回路パターン板４０は、プレス加工により筒状部４２、開口４４、開口４６を同時に形成する。筒状部４２は、高さｈ２：０．５〜４．０mmで、内径Ｄ２は、Ｄ１＋０．５mmに形成する。該第１面側回路パターン板２０と、第２面側回路パターン板４０とを、凸部２２と筒状部４２とが対応するように位置決めし、間に該筒状部４２に対応する内径Ｄ３：Ｄ２＋（筒状部４２の厚み×２）＋１mmの開口３２の形成されたプリプレグ３０αを介在させる。

凸部２２に筒状部４２を嵌入させ、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とをプリプレグを介在させ加圧・加熱し、プリプレグを熱硬化してコア樹脂層３０を形成する。加熱の際にプリプレグから樹脂が流れ出すが、筒状部４２がバリア壁となって、筒状部４２と凸部２２との間に樹脂が入り込まない。第１面側回路パターン板２０の開口２４、第２面側回路パターン板４０の開口４６を連通させる通孔３４をコア樹脂層３０に形成する（図３（Ａ））。次に、第１面側回路パターン板２０、第２面側回路パターン板４０の表面にソルダーレジスト６４を形成する（図３（Ｂ））。第１面側回路パターン板２０、第２面側回路パターン板４０のソルダーレジスト非形成部に半田６０を塗布し（図３（Ｃ））、所定位置にコンデンサ等の電子部品６２を載置する（図３（Ｄ））。最後に、リフローを行い、半田６０を介して電子部品６２を第２面側回路パターン板４０に実装すると共に、凸部２２と筒状部４２との間に半田６０を流し込み、凸部２２と筒状部４２との接続を取る（図１）。

第１実施形態のプリント配線板では、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とが、円筒形状の凸部２２と該凸部２２の外周に嵌入される筒状部４２とにより導体断面積を十分確保した上で電気的に接続されているため、簡易な構成でプリント配線板の表面側と裏面側とを接続して、大電流を流すことができる。なお、凸部２２は、円筒形状に形成されることに限らず、例えば、四角筒形状などの多角筒形状に形成されてもよい。この場合、筒状部４２は、凸部２２の形状に応じて対向するように形成されることとなる。

第１実施形態のプリント配線板で、厚みの厚い第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とをそれぞれプレス加工して成形されている凸部２２及び筒状部４２は、厚みが厚く、大電流を流すことができる。凸部２２と筒状部４２とをプレス加工により廉価に形成することができる。

第１実施形態のプリント配線板では、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とが、凸部２２及び筒状部４２と共に、プレス加工により同時に形成されているため、凸部２２及び筒状部４２を備える第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とを廉価に製造することができる。

第１実施形態のプリント配線板では、凸部２２と筒状部４２とが介在する半田６０によって接続されている。第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とに半田をリフローして電子部品６２を実装する工程で、凸部２２と筒状部４２との間に半田を流し込むことができるので、接続のための工程を別に設けることなく、凸部２２と筒状部４２とを接続することができる。なお、第１実施形態では、低融点金属として半田を用いたが、銀ペースト等によって接続を取ることも、また、導電性樹脂を用いることも可能である。

[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係るプリント配線板について、図４を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、凸部２２と筒状部４２とを半田を介在させて電気的に接続したが、第２実施形態では、凸部２２と筒状部４２とをスポット溶接により電気的に接続する。第２実施形態では、筒状部４２に底部４８が設けられている。

図４（Ａ）に第１面側回路パターン板２０、プリプレグ３０α、及び、第２面側回路パターン板４０を示す。該第１面側回路パターン板２０と、第２面側回路パターン板４０とを、凸部２２と筒状部４２とが対応するように位置決めし、間に該筒状部４２に対応する開口３２の形成されたプリプレグ３０αを介在させる。

凸部２２に筒状部４２を嵌入し、凸部２２の端部２８を筒状部４２の底部４８に当接させ、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とをプリプレグを介在させ加圧・加熱し、プリプレグを熱硬化してコア樹脂層３０を形成する。第１面側回路パターン板２０の開口２４、第２面側回路パターン板４０の開口４６を連通させる通孔３４をコア樹脂層３０に形成する（図４（Ｂ））。第１面側回路パターン板２０の凸部２２の端部２８にスポット溶接電極７０Ｕを当接させ、第２面側回路パターン板４０の筒状部４２の底部４８にスポット溶接電極７０Ｄを当接させ、スポット電流を流す（図４（Ｃ））。これにより、凸部２２の端部２８と筒状部４２の底部４８とを溶融して、第１面側回路パターン板２０の凸部２２と第２面側回路パターン板４０の筒状部４２との電気的な接続を取る（図４（Ｄ））。

第２実施形態のプリント配線板では、スポット溶接加工により第１面側回路パターン板２０の凸部２２と第２面側回路パターン板４０の筒状部４２とを接続する。ここでは、スポット溶接を用いたが、スポット溶接以外にもアーク溶接、レーザ溶接、超音波接合等の他の溶接方法を用いることも可能である。これにより、層間接続に高抵抗な半田ペーストを用いて大電流を流す場合と比較して、接続時の発熱を抑制することができる。

図５は、本第２実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。本第２実施形態の変形例として、図５（Ａ）に示すように底部４８に対して切削加工等により凹部４８ａを形成してもよいし、図５（Ｂ）に示すように座押し等の塑性加工により凹部４８ｂを設けてもよい。これにより、凸部２２の端部２８と筒状部４２の底部４８との位置決めをより確実に実施することができる。

さらに、図５（Ｃ）に示すように凹部４８ｂのうち端部２８に対向する面に突起部４８ｃを設けてもよい。これにより、両部材間に電流を流して接合（溶接）する場合に、端部２８および底部４８の端面同士を接合する場合と比較して接合面積が小さくなるので、板厚の厚い板状回路パターンを接合する場合でも接合時の入力電流を抑えて発熱を抑制することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係るプリント配線板について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係るプリント配線板１０の要部を示す拡大断面図である。なお、図６では、便宜上、半田６０を省略して図示している。

上述した第１実施形態では、第１面側回路パターン板２０の凸部２２と第２面側回路パターン板４０の筒状部４２との間に半田６０を流し込むことで層間接続されていたが、本第３実施形態では、凸部２２の外面（外周面）と第２面側回路パターン板４０に形成される貫通穴４９の内周面との間に半田６０を流し込むことで層間接続される。

具体的には、図６に示すように、貫通穴４９は、内周面にて凸部２２の外面（外周面）に対して所定の隙間を介して対向するように形成されており、これら凸部２２の外面と貫通穴４９の内周面とは、介在する半田６０により電気的に接続されている。

このように、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とが、凸部２２と貫通穴４９とにより導体断面積が確保されて電気的に接続されているため、簡易な構成でプリント配線板の表面側と裏面側とを接続して、大電流を流すことができる。特に、第２面側回路パターン板４０の板厚が厚くなるほど上記導体断面積が大きくなり、両回路パターン板２０，４０を介在する半田６０により確実に接続することができる。

図７および図８は、第３実施形態の変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。
上記第３実施形態の変形例として、図７（Ａ）に示すように、凸部２２に代えて採用する凸部２２ｂは突出側ほど縮径するように形成されてもよい。このようにしても、凸部２２ｂの外面と貫通穴４９の内周面とを介在する半田６０により電気的に接続することができる。

また、図７（Ｂ）に示すように、凸部２２に代えて採用する凸部２２ｃは、貫通穴４９に向けて突出する突出片２３ａとこの突出片２３ａの先端部からＬ字状に屈曲して形成される導通部２３ｂとを有するように形成されてもよい。この導通部２３ｂは、その外縁にて貫通穴４９の内周面に対して所定の隙間を介して対向するように形成される。このようにしても、導通部２３ｂの外縁と貫通穴４９の内周面とを介在する半田６０により電気的に接続することができる。

また、図８（Ａ）に示すように、図６に示す貫通穴４９の内周面から垂下するように筒状部４９ａが形成されてもよい。また、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す貫通穴４９の内周面から垂下するように筒状部４９ａが形成されてもよい。

[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態に係るプリント配線板について、図９を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、凸部２２に筒状部４２を嵌入させた状態でプリプレグ３０αを熱硬化してコア樹脂層３０を形成したが、本第４実施形態では、図９に示すように、予め硬化させたコア樹脂層３０ｂを用意し、このコア樹脂層３０ｂに対して接着剤８０により第１面側回路パターン板２０及び第２面側回路パターン板４０を固定するとともに凸部２２に筒状部４２を嵌入させている。

本第４実施形態におけるコア樹脂層３０ｂは、予めガラスクロス等の芯材にエポキシ等の樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させて構成されており、その厚さが例えば０．４〜４．０ｍｍ、より好ましくは０．５〜０．８ｍｍに設定されている。

また、接着剤８０としては、接着性、熱伝導性、絶縁性に加えて伸縮性等を考慮してシリコーン系接着剤が採用されており、その厚さが１００μｍ以下、より好ましくは４０〜５０μｍに設定されている。なお、接着剤８０として上述のようにシリコーン系の接着剤を採用することに限らず、例えば接着強度を重視してエポキシ系の接着剤を採用してもよいし、接着強度および耐熱性を重視してポリイミド系の接着剤を採用してもよい。また、接着剤８０として、プリプレグを採用してもよい。

このように、第１面側回路パターン板２０及び第２面側回路パターン板４０は、接着剤８０によりコア樹脂層３０ｂに固定されるため、成膜等で絶縁層上に回路パターンを設ける場合と比較して、両回路パターン板２０，４０の厚さを容易に厚くすることができ、かつ、回路基板の成形時間を短縮することができる。

特に、接着剤８０は、シリコーン系接着剤であるため、他の接着剤と比較して伸縮性が高いので、回路パターン成形時の残留応力により両回路パターン板２０，４０が変形する場合でも、接着剤８０の剥がれや当該両回路パターン板２０，４０の破損等をなくすことができる。

本第４実施形態の第１変形例として、コア樹脂層３０ｂおよび接着剤８０として、通常、絶縁層として採用される樹脂層等よりも放熱性の高いコア材、例えば、一部または全部が金属製のコア材および絶縁性の高い接着剤を採用してもよい。これにより、コア樹脂層３０ｂに代えて採用するコア材には絶縁性が不要になるので、コア材としてより放熱性の高い部材を採用することができる。

本第４実施形態の第２変形例として、コア樹脂層３０ｂおよび接着剤８０に代えて、接着性を有し内部に１または複数の放熱性を有する部材（例えば、銅などの金属部材）が含まれて構成される絶縁層を採用してもよい。これにより、接着剤を塗布等する必要がなく、内部の放熱性を有する部材により絶縁層の放熱性を高めることができる。

図１０は、本第４実施形態の第３〜第５変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。本第４実施形態の第３変形例として、図１０（Ａ）に示すように、筒状部４２を廃止して底部４８を採用し、この底部４８に対して切削加工等により凹部４８ａを形成してもよい。また、本第４実施形態の第４変形例として、図１０（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）に対して座押し等の塑性加工により凹部４８ｂを設けてもよい。これにより、筒状部４２を設けることなく、凸部２２の端部２８と底部４８との位置決めを実施することができる。

さらに、本第４実施形態の第５変形例として、図１０（Ｃ）に示すように凹部４８ｂのうち端部２８に対向する面に突起部４８ｃを設けてもよい。これにより、両部材間に電流を流して接合（溶接）する場合に、端部２８および底部４８の端面同士を接合する場合と比較して接合面積が小さくなるので、板厚の厚い板状回路パターンを接合する場合でも接合時の入力電流を抑えて発熱を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）図１１は、第１実施形態の第１変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。上記第１実施形態の第１変形例として、図１１に示すように、第２面側回路パターン板４０の筒状部４２の端部４２ａが先端ほど拡径するように形成されてもよい。これにより、凸部２２ｄに対する筒状部４２の嵌入作業を容易にすることができる。上記第２実施形態および第３実施形態においても同様の作用効果を奏する。なお、凸部２２ｄは、図１１に示すように先端ほど縮径するように形成されてもよい。

（２）図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態の第２変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。上記第１実施形態の第２変形例として、図１２（Ａ）に示すように、第２面側回路パターン板４０の筒状部４２の端部４２ｂが内方に湾曲するように形成されてもよい。また、図１２（Ｂ）に示すように、筒状部４２ｃ自体が外方に湾曲するように形成されてもよい。また、図１２（Ｃ）に示すように、筒状部４２ｄ自体が内方に湾曲するように形成されてもよい。このようにしても上記第１変形例と同様に、凸部２２ｄに対する筒状部４２，４２ｃ，４２ｄの嵌入作業を容易にすることができる。上記第２実施形態および第３実施形態においても同様の作用効果を奏する。

（３）図１３は、第１実施形態の第３変形例に係るプリント配線板の要部を示す拡大断面図である。上記第１実施形態の第３変形例として、図１３に示すように、第１面側回路パターン板２０の凸部２２の外周面に突起２２ｅを形成するとともに、この突起２２ｅに対応するように第２面側回路パターン板４０の筒状部４２の内周面に凹部４２ｅを形成してもよい。これにより、半田６０と凸部２２および筒状部４２との接触面積が大きくなるので、第１面側回路パターン板２０と第２面側回路パターン板４０とを確実に電気的に接続することができる。

（４）上記回路基板１０は、大電流用として使用されることに限らず、微細電流用（例えば、数ｍＡ）として使用されてもよい。

１０ プリント配線板
２０ 第１面側回路パターン板
２２ 凸部
３０，３０ｂ コア樹脂層
４０ 第２面側回路パターン板
４２ 筒状部
５０Ｕ 上型
５０Ｄ 下型
６０ 半田
８０ 接着剤

Claims (7)

1. 樹脂層とこの樹脂層を介して対向する第１面側板状回路パターンおよび第２面側板状回路パターンとを備えるプリント配線板であって、
   前記第１面側板状回路パターンおよび前記第２面側板状回路パターンの一方には有底筒状の凸部が設けられ、他方には前記凸部の外周面に対して所定の隙間を介して対向する対向部が設けられ、
   前記凸部の外周面と前記対向部との間の前記所定の隙間には半田が充填され、
   前記対向部は、前記凸部の底部に当接する対向底部を備えることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記対向底部には、前記底部が位置決めされる凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 樹脂層とこの樹脂層を介して対向する第１面側板状回路パターンおよび第２面側板状回路パターンとを備えるプリント配線板であって、
   前記第１面側板状回路パターンおよび前記第２面側板状回路パターンの一方には有底円筒状の凸部が設けられ、他方には前記凸部の外周面に対して所定の隙間を介して対向する対向部が設けられ、
   前記凸部の外周面と前記対向部との間の前記所定の隙間には半田が充填されていることを特徴とするプリント配線板。
4. 前記凸部は、底側ほど縮径するように形成されることを特徴とする請求項３に記載のプリント配線板。
5. 前記対向部は、前記凸部の外周に嵌入するように筒状に形成されるとともに、前記凸部の嵌入側ほど拡径するように形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のプリント配線板。
6. 前記凸部の外周には、突起が形成され、
   前記対向部の内周には、嵌入時の前記突起が対向する凹部が形成されることを特徴とする請求項５に記載のプリント配線板。
7. 前記対向部は、少なくとも前記凸部側の端部が内方または外方に湾曲して形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のプリント配線板。

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