JP6034223B2 - 基板および基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車等に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータ等の基板の製造方法等に関するものである。

自動車に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧変換用のトランスや平滑化用のチョークコイル等の複数の部品から構成される。これらの部品のうち、高電圧・大電流が負荷される部品については、それぞれのパーツを別々に製造後、それらを基板の外部に接続する必要があった。しかし、このような構成は、装置の大型化や組付け性不良を招くため、よりコンパクトなＤＣ−ＤＣコンバータが要求されていた。

これに対し、プレスにより複数の回路素材を成形し、回路素材を接合した状態で、射出成形によって基板を一体成形する方法がある（たとえば特許文献１）。しかし、射出成型基板に電子部品等を実装するための、リフロー実装の冷却過程において、射出成型基板が変形する恐れがある。

特に、鉛フリー化によるリフロー実装温度の上昇により、冷却過程の反りによる実装部への負荷低減は、信頼性が重要視される車載基板の中では特に重要である。このような、リフロー実装の冷却過程において生じる変形は、銅板と実装部品との熱膨張の差によると考えられる。それらを軽減するためには、基板が平坦に保たれるような補強構造が必要となる。

このように、基板のような板状部材を補強する方法としては、例えば、板状成形体の平面部及び底面部に複数列の凹状のリブを配置する方法がある（特許文献２）。

特開２０１１−１４６４５９号公報 特開２００５−２２４９９１号公報

しかし、特許文献２のように、板状成形体の底面等に凹状リブを形成すると、その分、板状成形体を厚くする必要がある。したがって、基板が大型化するという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、電子部品等をリフロー炉によって実装した後の冷却時においても、変形を抑制することが可能な基板の製造方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、複数の回路素材を形成し、前記回路素材同士の所定部位を接合して、回路導体を形成する工程ａと、前記回路導体を射出金型内にセットし、前記回路導体の表面または層間に射出成型樹脂を射出して、射出成型基板を形成する工程ｂと、前記射出成型基板に電子部品をリフロー炉で実装する工程ｃと、を具備し前記工程ｂでは、前記射出成型基板には、補強部が一体で成型され、前記補強部に、金属またはセラミックスの補強部材をインサート成型し、前記補強部と前記射出成型基板との連結部には、平面視において幅方向にくびれているくびれ部を設け、前記射出成型樹脂は熱可塑性樹脂であり、前記工程ｃの後、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に刃を加熱して熱可塑性樹脂製の前記くびれ部を切断して、前記補強部を除去することを特徴とする基板の製造方法である。

前記くびれ部は、前記補強部と前記射出成型基板との間の中央近傍に設けられることが望ましい。

第１の発明によれば、射出成型基板と補強部が一体で成型される。したがって、リフロー炉で電子部品を実装する際の変形を抑制することができる。また、リフロー実装後には、補強部を除去することができる。このため、基板が大型化することがない。また、補強部と本体部とが連結部で連結されており、連結部にくびれ部を設けることで、連結部の切断が容易である。また、射出成型樹脂を熱可塑性樹脂で構成し、連結部を切断する際に、刃を加熱して切断することで、連結部を切断する際の衝撃をなくすことができる。このため、実装された電子部品等が衝撃で破損することを防止することができる。また、補強部に、金属またはセラミックスの補強部材をインサート成型することで、より確実に、基板の変形を抑制することができる。

また、くびれ部を中央近傍に設けることで、切断位置が基板近傍とならないため、切断時に基板に熱変形や衝撃等が生じることを抑制することができる。

第２の発明は、複数の回路素材同士の所定部位が接合されている回路導体と、前記回路導体の表面または層間に射出成型樹脂が射出されて形成されている射出成型基板と、を具備し、前記射出成型基板は熱可塑性樹脂であり、前記射出成型基板は、金属またはセラミックスの補強部材がインサート成型された補強部と一体で成型され、前記補強部は、前記射出成型基板の外周部全周を囲むように設けられ、前記補強部と前記射出成型基板との連結部には、平面視において幅方向に、Ｖ字状にくびれている熱可塑性樹脂製のくびれ部が設けられることを特徴とする基板である。

切断後の前記連結部が、前記射出成型基板の外周から突出しないように、前記射出成型基板の外周部の、前記連結部との境界部に凹部が設けられ、前記くびれ部が、前記凹部からはみ出さない位置に設けられてもよい。

前記基板には、複数の端子部が突出しており、併設された前記端子部同士が、射出成型樹脂による端子連結部によって連結されてもよい。前記くびれ部は、前記補強部と前記射出成型基板との間の中央近傍に設けられてもよい。

第２の発明によれば、射出成型基板が補強部と一体で成型された後に、補強部が除去されるため、リフロー実装の際の変形の影響が小さい基板を得ることができる。

また、連結部と基板本体との境界部近傍に凹部を形成することで、切断後の連結部が基板の外周から突出することがない。このため、基板が大型化することを防止することができる。

また、基板に端子が設けられる場合に、端子同士が樹脂によって連結されることで、端子間距離の変動などを抑制することができる。

本発明によれば、電子部品等をリフロー炉によって実装した後の冷却時においても、変形を抑制することが可能な基板の製造方法等を提供することができる。

基板１０を示す平面図。 射出後の射出成型基板１を示す平面図。 電子部品等を実装した後の射出成型基板１を示す平面図。 射出後の射出成型基板１ａを示す平面図。 基板１０ａを示す平面図。 射出後の射出成型基板１ｂを示す平面図。 （ａ）は基板１０ｂを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。

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は、基板１０を示す平面図である。基板１０は、例えば自動車用のＤＣ−ＤＣコンバータとして用いられる基板である。基板１０は、プリント基板設置部１５、電子部品設置部１７ａ、１７ｂ等において内部の導体部が外部に露出し、その他の部位が射出樹脂によって被覆される。

プリント基板設置部１５には、プリント基板３が実装される。また、電子部品設置部１７ａ、１７ｂには、電子部品５ａ、５ｂが実装される。プリント基板３、電子部品５ａ、５ｂは、射出成型基板１から露出する導体と電気的に接続される。すなわち、基板１０は、射出成型基板１に対し、プリント基板３や電子部品５ａ、５ｂ等が設置されて形成される。なお、本発明にかかる基板は、図に示すような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。

次に、基板１０の製造方法について説明する。まず、基板１０（射出成型基板１）に必要な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。なお、この際、プレス金型の表面に凹凸形状を設けておき、各回路素材表面に細かな凹凸形状を形成してもよい。表面の粗度を上げることでアンカー効果により樹脂との密着性を向上することができる。また、プレス金型による凹凸形成の他にも、ブラスト処理による表面処理や、銅メッキ粗化、ニッケルメッキ粗化等により回路素材表面を粗面化してもよい。

次に、各回路素材同士を接合し、または所定の位置に配置して、回路導体を形成する。接合は例えば溶接により行われる。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。なお、以下の説明においては、回路導体の図示を省略するが、基板１０に要求される性能を確保できるように、各回路素材の形状及び配置、また、これと接続される各電子部品等は適宜設定される。このように回路導体が適切に組み立てられた状態で、周囲に射出樹脂が射出され、射出成型基板１が形成される。

次に、得られた回路導体を金型に設置する。この状態で、金型内に射出樹脂を射出することで、射出成型基板１が形成される。射出樹脂は、回路導体を被覆するように、または各回路素材同士の間隔を保持するために、回路導体の表面、および回路導体の層間に射出される。射出樹脂としては、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、ポリフェニレンスルファイド、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を使用することができるが、熱可塑性樹脂であることが望ましい。

図２は、得られた射出成型基板１を示す平面図である。前述したように、プリント基板設置部１５、電子部品設置部１７ａ、１７ｂ等において内部の導体部が外部に露出し、その他の部位が射出樹脂によって被覆される。また、射出成型基板１の外周部には、周囲を囲むように、補強部１１が設けられる。補強部１１と射出成型基板１本体（回路導体が内蔵される部位）とは、連結部７によって連結される。すなわち、補強部１１と射出成型基板１の本体は一体で成型される。

連結部７には、くびれ部９が設けられる。くびれ部９は、他の部位に対して断面積が小さな部位である。補強部１１には、必要に応じて補強部材である補強フレーム１３がインサート成型される。補強フレーム１３は、金属またはセラミックス製であり、補強部１１の剛性を高めるものである。

次に、図３に示すように、プリント基板設置部１５にプリント基板３を実装し、電子部品設置部１７ａ、１７ｂには、電子部品５ａ、５ｂを実装する。プリント基板３および電子部品５ａ、５ｂの実装は、リフロー炉で一括して行うことができる。

通常、このようなリフロー炉による電子部品等の実装を行うと、その冷却時に、基板本体が変形する恐れがある。しかし、本発明では、補強部１１が射出成型基板１の外周を囲むように設けられるため、射出成型基板１の変形を抑制することができる。

このように、電子部品等のリフロー実装が完了した後、補強部１１が除去される。補強部１１を除去する方法としては、連結部７を切断刃で切断すればよい。この際、連結部７にくびれ部９が設けられるため、連結部の切断断面積を小さくすることができる。このため、切断が容易である。

また、射出樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、切断刃を加熱して連結部７を切断することもできる。切断刃の温度を、射出樹脂の軟化温度よりも高くすることで、連結部７を軟化させて切断することができる。このようにすることで、より小さな力で連結部７を切断することができる。また、切断時に衝撃が生じることを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態の基板１０によれば、射出成型基板１を射出成型する際に、補強部１１が一体で形成される。このため、射出成型基板１の変形を抑制することができる。また、補強部１１は、電子部品等のリフロー実装後に切除される。このため、基板１０が大型化することを防止することができる。

また、補強部１１に補強フレーム１３をインサート成型することで、確実に射出成型基板１を補強することができる。

また、連結部７にくびれ部９を設けることで、連結部７の切断が容易である。また、射出樹脂が熱可塑性樹脂であれば、切断刃を加熱することで、切断作業が容易となる。さらに、切断時の衝撃の発生を防止することができるため、電子部品等の破損を防止することができる。

次に、他の実施形態について説明する。図４は射出後の射出成型基板１ａを示す平面図である。なお、以下の説明において、射出成型基板１、基板１０等と同様の機能を奏する構成については、図１〜図３と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

射出成型基板１ａは、射出成型基板１と略同様であるが、連結部７近傍の射出成型基板１ａの形状が異なる。射出成型基板１ａは、連結部７との境界部近傍に凹部１９が設けられる。凹部１９は、平面視において、射出成型基板１ａの外周部に形成された切欠き部である。連結部７は、凹部１９に設けられる。また、連結部７のくびれ部９は、平面視において、凹部１９からはみ出さない位置に設けられる。

図５は、基板１０ａを示す平面図である。前述した射出成型基板１ａに、電子部品等をリフロー実装し、補強部１１を切除する。連結部７は、凹部１９内に設けられるため、射出成型基板１ａの外周から突出することがない。このため、基板１０ａが大型化することを防止することができる。

図６は、さらに他の実施形態を示す図で、射出後の射出成型基板１ｂを示す平面図である。射出成型基板１ｂは、射出成型基板１ａと略同様であるが、外周部に端子２１が露出し、端子２１同士の間が、端子連結部２３で連結される点で異なる。端子２１は、内部の回路導体の一部が外部に露出し、他の電子機器との接続部となる。

図７（ａ）は、射出成型基板１ｂ上に電子部品等をリフロー実装し、補強部１１を切除した基板１０ｂを示す図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。なお、射出成型基板１ｂの内部の回路導体等については、図示を省略する。

端子２１は、基板上のどこにでも突出させられる。例えば、射出成型基板１ｂの側面から突出して、Ｌ字状に屈曲して形成される。また、端子２１は、射出成型基板１ｂの同一方向に向けて、互いに間隔をあけて複数設けられる。同一辺上に設けられる端子２１は、端子連結部２３によって連結される。端子連結部２３は、射出成型基板１ｂの本体と射出成型によって一体で形成される。

前述したように、端子２１は射出成型基板１ｂの側面から外方に突出して、上方または下方に略垂直に折り曲げられる。端子連結部２３は、端子２１よりも外側にはみ出さない範囲で、端子２１同士の間を埋めて連結するように設けられる。なお、端子２１の先端は、他の電子機器との接続部となるため、金属部が露出する。

このように、隣り合う端子２１同士の間を埋めるように、端子連結部２３を設けることで、端子２１同士の位置ずれを抑制することができる。このため、電子部品等のリフロー実装時においても、射出成型基板１ｂの変形を抑制し、端子２１間の距離等が変化することを抑制することができる。

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。

１、１ａ、１ｂ………射出成型基板
３………プリント基板
５ａ、５ｂ………電子部品
７………連結部
９………くびれ部
１０、１０ａ、１０ｂ………基板
１１………補強部
１３………補強フレーム
１５………プリント基板設置部
１７ａ、１７ｂ………電子部品設置部
１９………凹部
２１………端子
２３………端子連結部

Claims (6)

1. 複数の回路素材を形成し、前記回路素材同士の所定部位を接合して、回路導体を形成する工程ａと、
   前記回路導体を射出金型内にセットし、前記回路導体の表面または層間に射出成型樹脂を射出して、射出成型基板を形成する工程ｂと、
   前記射出成型基板に電子部品をリフロー炉で実装する工程ｃと、
   を具備し
   前記工程ｂでは、前記射出成型基板には、補強部が一体で成型され、前記補強部に、金属またはセラミックスの補強部材をインサート成型し、
   前記補強部と前記射出成型基板との連結部には、平面視において幅方向にくびれているくびれ部を設け、
   前記射出成型樹脂は熱可塑性樹脂であり、
   前記工程ｃの後、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に刃を加熱して熱可塑性樹脂製の前記くびれ部を切断して、前記補強部を除去することを特徴とする基板の製造方法。
2. 前記くびれ部は、前記補強部と前記射出成型基板との間の中央近傍に設けられることを特徴とする請求項１記載の基板の製造方法。
3. 複数の回路素材同士の所定部位が接合されている回路導体と、
   前記回路導体の表面または層間に射出成形樹脂が射出されて形成されている射出成型基板と、
   を具備し、
   前記射出成型基板は熱可塑性樹脂であり、
   前記射出成型基板は、金属またはセラミックスの補強部材がインサート成型された補強部と一体で成型され、
   前記補強部は、前記射出成型基板の外周部全周を囲むように設けられ、
   前記補強部と前記射出成型基板との連結部には、平面視において幅方向に、Ｖ字状にくびれている熱可塑性樹脂製のくびれ部が設けられることを特徴とする基板。
4. 切断後の前記連結部が、前記射出成型基板の外周から突出しないように、前記射出成型基板の外周部の、前記連結部との境界部に凹部が設けられ、前記くびれ部が、前記凹部からはみ出さない位置に設けられることを特徴とする請求項３記載の基板。
5. 前記基板には、複数の端子部が突出しており、併設された前記端子部同士が、射出成型樹脂による端子連結部によって連結されることを特徴とする請求項３または請求項４記載の基板。
6. 前記くびれ部は、前記補強部と前記射出成型基板との間の中央近傍に設けられることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の基板。

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