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公開番号2021027177
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019144052
出願日20190805
発明の名称回路基板
出願人日立オートモティブシステムズ株式会社
代理人特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H05K 1/02 20060101AFI20210125BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】最大主応力を小さくできる。
【解決手段】回路基板は、プレスフィット端子部が深さ方向に挿入されたスルーホールを有する回路基板であって、スルーホールの内壁に設けられた内壁ランドと、回路基板の内層に設けられ、回路基板の実装面と略平行な平面であり、内壁ランドと接する複数の内層ランドと、を有し、内壁ランドは、プレスフィット端子部と接する第1領域と、プレスフィット端子部と接しない第2領域とがあり、複数の内層ランドのうち、内壁ランドの第1領域と同じ面に配される内層ランドである第1内層ランドは、内壁ランドの第2領域と同じ面に配される内層ランドである第2内層ランドより広い。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項1】
プレスフィット端子部が深さ方向に挿入されたスルーホールを有する回路基板であって、
前記スルーホールの内壁に設けられた内壁ランドと、
前記回路基板の内層に設けられ、前記回路基板の実装面と略平行な平面であり、前記内壁ランドと接する複数の内層ランドと、を有し、
前記内壁ランドは、前記プレスフィット端子部と接する第1領域と、前記プレスフィット端子部と接しない第2領域とがあり、
前記複数の内層ランドのうち、前記内壁ランドの前記第1領域と同じ面に配される前記内層ランドである第1内層ランドは、前記内壁ランドの前記第2領域と同じ面に配される前記内層ランドである第2内層ランドより広い回路基板。
続きを表示(約 490 文字)【請求項2】
請求項1に記載の回路基板において、
前記第1内層ランドと電気的に接続する引出線は、前記回路基板の実装面と略平行な面において、前記プレスフィット端子部の軸心と、前記第1領域の周方向中心と、を結ぶ線分の延長方向に延伸されている回路基板。
【請求項3】
請求項1に記載の回路基板において、
前記第1内層ランドは、前記プレスフィット端子部の軸心と、前記第1領域の周方向中心とを結ぶ線分を中心線とする略扇形をなしている回路基板。
【請求項4】
請求項3に記載の回路基板において、
前記第1内層ランドの半径方向角度は、前記プレスフィット端子部が前記内壁ランドと接触する角度の2倍より大きい回路基板。
【請求項5】
請求項1に記載の回路基板において、
前記第1内層ランドは、前記第1領域の前記深さ方向中央に配される回路基板。
【請求項6】
請求項1に記載の回路基板において、
前記第1内層ランドは、前記第2内層ランドよりも前記深さ方向の厚みが大きい回路基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板に関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
自動車等の車両には、たとえば、エンジン制御用、モータ制御用、自動変速機制御用等の電子制御装置が搭載される。電子制御装置には、制御対象機器などと信号や電力をやりとりするためコネクタを備えている。コネクタの接続端子としてプレスフィット端子部を用いた電子制御装置がある。このプレスフィット端子部は、回路基板に設けられたスルーホールに圧入されることにより機械的に固定されるとともに、挿入孔の壁面と接触することにより回路基板の配線と電気的に接続されるものである。特許文献1には、基材と、該基材に形成されている導電部と、該基材に穿設され外縁の少なくとも一部に該導電部が表出しているスルーホールと、を備え、端子部が該スルーホールに圧入されると該導電部が該端子部に電気的に接続する素子装置であって、該スルーホールの周縁に位置する該基材の内層には、硬質の強化部が該基材と一体形成されていることを特徴とする素子装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2005−286209号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されている発明は、最大主応力の低減の観点から改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第1の態様による回路基板は、プレスフィット端子部が深さ方向に挿入されたスルーホールを有する回路基板であって、前記スルーホールの内壁に設けられた内壁ランドと、前記回路基板の内層に設けられ、前記回路基板の実装面と略平行な平面であり、前記内壁ランドと接する複数の内層ランドと、を有し、前記内壁ランドは、前記プレスフィット端子部と接する第1領域と、前記プレスフィット端子部と接しない第2領域とがあり、前記複数の内層ランドのうち、前記内壁ランドの前記第1領域と同じ面に配される前記内層ランドである第1内層ランドは、前記内壁ランドの前記第2領域と同じ面に配される前記内層ランドである第2内層ランドより広い。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、最大主応力を小さくできる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
第1の実施の形態における電子制御装置の外観斜視図
図1に図示された電子制御装置100のコネクタ1と回路基板3(回路基板3の表層配線は非表示)とを表示した外観斜視図
プレスフィット端子部が圧入された回路基板のスルーホール近傍の断面図
内壁ランドとプレスフィット端子部との位置関係を示す図
比較例1の断面図
実施例1と比較例1の最大主応力を示す図
第2の実施の形態における回路基板3の透視図
図7を斜め上方向から見た斜視図
比較例2の構成を示す図
図9を斜め上方向から見た斜視図
実施例2と比較例2の最大主応力を示す図
第3の実施の形態における第1内層ランドの周方向の位置および範囲を示す図
θおよびζの比率と最大主応力との関係を示す図
第4の実施の形態における第1内層ランドの位置を説明する図
第1内層ランドのZ方向の位置と最大主応力との関係を示す図
第5の実施の形態における回路基板の断面図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0009】
―第1の実施の形態―
以下、図1〜図4を参照して、本発明に係る回路基板の第1の実施の形態を説明する。第1の実施の形態では、一例として、本発明を電子制御装置の一部である回路基板に適用した例を採用する。
【0010】
図1は、第1の実施の形態における電子制御装置100の外観斜視図である。図2は、図1に図示された電子制御装置100のコネクタ1と回路基板3(回路基板3の表層配線は非表示)とを表示した外観斜視図である。図3は回路基板3の断面図であり、より詳細には、電子制御装置100の回路基板3と、コネクタピン11のプレスフィット端子部4との接続部の拡大断面図である。図1に示すように、電子制御装置100はコネクタ1およびベース2を備える。電子制御装置100は、不図示のカバーとベース2で略箱型をなす筐体を有する。ベース2と不図示のカバーは、不図示のねじ等の締結部材により固定されている。なお各図には、相互関係を示すために便宜的にXYZ軸を記載している。
【0011】
ベース2は、アルミニウムなど、たとえばADC12などの熱伝導性に優れた部材により形成されている。ベース2は、周囲に側壁を有し、下方側、すなわちカバー側が開放された略箱状に形成されている。ベース2の放熱フィン5を有する面と反対側の面には、回路基板3側に突出する不図示の基板固定部が設けられている。回路基板3は、不図示のねじ等により基板固定部の端面に固定されている。
【0012】
コネクタ1は、ガラス繊維が含有された熱硬化性樹脂で形成されたコネクタハウジング12に、コネクタピン11が、圧入またはインサート成型等で組みつけられている。ベース2の側壁には、コネクタ1を挿通するための孔または切欠きが形成されている。この孔または切欠きを通して、コネクタ1のコネクタピン11が回路基板3に形成された不図示の配線に接続されている。コネクタピン11の先端に設けられたプレスフィット端子部4はばね状の構造を有している。
【0013】
コネクタピン11のプレスフィット端子部4を回路基板3のスルーホールに圧入することにより機械的に接続するとともに、回路基板3のスルーホール内壁に設けられた内壁ランド31とコネクタピン11のプレスフィット端子部4とが圧接することで電気的に接続されている。コネクタ1を介して、外部と電子制御装置100との電力や制御信号、車に搭載された各種センサーからのデータの送受信が行われる。
【0014】
不図示のカバーは、ベース2と同様に、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料により形成してもよいし、鋼材等の板金、あるいは樹脂材料等のベース2により熱伝導率が低い材料で形成し、低コスト化を図ることもできる。
【0015】
図2は、図1に図示された電子制御装置100のコネクタ1と回路基板3(回路基板3の表層配線は非表示)とを表示した外観斜視図である。回路基板3は、複数の不図示の電子部品が実装されている電子部品実装領域と、複数のコネクタピン11が接続された端子部領域とを有している。
【0016】
図3は、図1に図示された電子制御装置の端子部領域における、プレスフィット端子部4が圧入された回路基板3のスルーホール近傍の断面図である。図3は、プレスフィット接続部の拡大断面図とも言える。回路基板3は、たとえば、エポキシ樹脂等の有機材料とガラスクロス等の無機材料との積層35により形成される。回路基板3は、内層ランド32と表層ランド34とを有する多層基板である。回路基板3において、コネクタピン11のプレスフィット端子部4が圧入されるスルーホールの内壁には内壁ランド31が形成されている。回路基板3の表面、すなわち実装面はXY平面に略平行である。スルーホールはZ方向に形成されているので、以下ではZ方向を「深さ方向」とも呼ぶ。
【0017】
内壁ランド31、内層ランド32、および表層ランド34は銅で形成されている。図3に示すとおり、本実施の形態の回路基板3においては、コネクタピン11のプレスフィット端子部4と、内壁ランド31との接触領域にある内層ランド32の径は、その他のランド径に比べて広い。図示はしないが、回路基板3には、マイコンやメモリ、電源ICのほかコイル、コンデンサ等の受動素子も実装され、これらの電子部品とコネクタ1とを接続する配線も形成されている。回路基板3は、コネクタピン11のプレスフィット端子部4が通る、貫通スルーホールを有している。この貫通スルーホールにコネクタピン11のプレスフィット端子部4が圧入されることで、回路基板3とコネクタピン11のプレスフィット端子部4とがプレスフィット接続される。
【0018】
回路基板3は、スルーホールの内壁に設けられた内壁ランド31と、回路基板3の内層に設けられ内壁ランド31と接する複数の内層ランド32とを有する。内壁ランド31は、コネクタピン11のプレスフィット端子部4と接する第1領域31Aと、プレスフィット端子部4と接しない第2領域31Bに分類される。
【0019】
内層ランド32は、第1内層ランド32Aと第2内層ランド32Bとに分類される。第1内層ランド32Aおよび第2内層ランド32Bのいずれも、回路基板3の実装面と略平行な平面である。なお略平行とは、隣接する内層ランド同士が接触しない程度の平行を意味し、厳密な平行性は必須の要件ではない。第1内層ランド32Aと第2内層ランド32Bの厚みは同一である。第1内層ランド32Aの方が、第2内層ランド32Bよりも広く、XY平面での広がりが大きい。第1内層ランド32Aは、内壁ランド31の第1領域31Aと同じXY平面に配される。第2内層ランド32Bは、内壁ランド31の第2領域31Bと同じXY平面に配される。
【0020】
本実施の形態における回路基板3は、図3に示すとおり、2層の表層ランド34と、2層の第1内層ランド32Aと、2層の第2内層ランド32Bとの合計6層を有する。なお図3において図示横方向をX軸としているが、Y軸に変更しても図面は同一である。
【0021】
図4は、内壁ランド31とコネクタピン11のプレスフィット端子部4との位置関係を示す図であり、図3におけるIV−IV断面図である。図4に示すように、プレスフィット端子部4は4点で内壁ランド31に接している。すなわち第1領域31Aは、図示左上の第1領域31A1、図示右上の第1領域31A2、図示右下の第1領域31A3、および図示左下の第1領域31A4から構成される。
【0022】
なお図4では、内層ランド32の形状も併せて図示している。第1内層ランド32Aと第2内層ランド32Bは、中空の円形、いわゆるドーナツの形状を有する。第1内層ランド32Aの方が第2内層ランド32Bよりも面積が広いので、第1内層ランド32Aの方が第2内層ランド32Bよりも半径が大きい。
【0023】
電子制御装置100の製造方法の一例を説明する。まず、不図示の接合材を回路基板3上にスクリーン印刷等により形成する。印刷した接合材の上に、電子部品を搭載機で搭載する。この状態でリフロー炉に投入する。接合材は、リフロー中に溶融・凝固することにより、回路基板3上に電子部品が実装される。
【0024】
電子部品実装後、コネクタ1のコネクタピン11の先端部にあるプレスフィット端子部4を、挿入用の装置を用いて回路基板3に設けたスルーホールに圧入する。コネクタピン11のプレスフィット端子部4は中空部を有しており、プレスフィット端子部4をスルーホールに圧入して中空部を圧縮した状態にすると、復元作用によりプレスフィット端子部4がスルーホール内に保持される。また、プレスフィット端子部4の挿入は専用の装置を用いて行い、挿入量は事前に設定しておくことが可能である。
【0025】
次に、電子部品とコネクタ1が搭載された回路基板3を、ねじ等を用いてベース2の固定部に取り付ける。回路基板3に実装された電子部品のうち、発熱量が多い部品や放熱性が悪い部品がある場合、ベース2から電子部品方向へ突起を伸ばし、ベース2の突起に、熱伝導部材を塗布してもよい。また防水性を電子制御装置100に付与する場合、コネクタ1とベース2とが接する部分、およびベース2とカバーとが接する部分に接着剤等を塗布するとよい。最後に、不図示の締結部材を用いて、不図示のカバーをベース2に組付けることにより、電子制御装置100が得られる。
【0026】
不図示の熱伝導部材や不図示の接着剤が熱硬化型である場合は、各部材を塗布後、加熱炉に電子制御装置を通すことで硬化させるとよい。または最後に1回の加熱工程を設けて同時硬化させてもよい。
【0027】
(実施例1と比較例1)
回路基板3のガラスクロスに生じる最大主応力を実施例1と比較例1で比較する。まず実施例1と比較例1に共通する構成を説明する。実施例1と比較例1はいずれも、図1、図2、および図4に示す構成を有する。また実施例1と比較例1のいずれのコネクタ1も、ガラスクロスが30%含有されたPBT(Poly-Butylene Terephthalate)製のコネクタハウジング12に、熱伝導率が121W/(m・K)で弾性率が110GPaの銅合金からなる128本のコネクタピン11が圧入されて形成されたものを用いた。コネクタピン11のプレスフィット端子部4は中央にO字型の穴を有する、いわゆるニードルアイ形状とした。
【0028】
実施例1と比較例1はいずれも、ベース2は、熱伝導率が96W/(m・K)のADC12を用いた。成型は鍛造で行い、放熱フィンも一体成型した。さらに不図示のカバーは、熱伝導率が65W/(m・K)の鋼板をプレス成型した。回路基板3は、面積が200mm×140mm、厚さ1.6mmのFR4材料により形成した。なお、内壁ランド31はめっきで形成されたCuで、平均めっき厚さは38μmであった。また内層ランド32は平均厚さ35μmであった。図3に示すとおり、実施例1では回路基板3の表面にある表層ランド34が2層と、内層ランド32が4層の、合計6層の基板を用いた。
【0029】
次に実施例1と比較例1の相違点を説明する。プレスフィット部の拡大図が、実施例1は図3に示したものであるが、比較例1は次に説明する図5である。図5に示すように、比較例1における回路基板3Zは、内層ランド32が第2内層ランド32Bのみから構成される点が実施例1と異なる。すなわち比較例1では全ての内層ランド32の面積が同一である。それ以外の比較例1の構成は、実施例1と同一である。
【0030】
図6は、回路基板3のスルーホールに、コネクタピン11のプレスフィット端子部4を圧入した際の回路基板3のガラスクロスに生じる最大主応力を示す図である。図6に示すとおり、実施例1の回路基板3のガラスクロスに生じる最大主応力は、比較例1の回路基板3のガラスクロスに生じる最大主応力より小さい。
(【0031】以降は省略されています)

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