JP2002538599A - 電気的な接続法および接続箇所 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フレキシブルなプリント配線板（１）と金属製のコンタクトパートナ（８）との間に電気的な接続部を製造する方法では、第１の絶縁層（２）に照射開口（５）がかつ第２の絶縁層（３）に接続開口（６）が形成される。金属製のコンタクトパートナ（８）の区分（８ａ）は、接続開口（６）を通って導体路（４）に接触させられる。照射開口（５）を通って向けられたレーザ光（９）を用いて、放射加熱によって接続区分（８ａ）への導体路（４）の溶着または鑞着が生ぜしめられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、フレキシブルなプリント配線板と金属製のコンタクトパートナとの
間に電気的な接続部を製造する方法、前記エレメントの間に実現された電気的な
接続箇所ならびにこのような電気的な接続箇所を使用する、自動車のエンジンま
たは伝動装置もしくは変速機内に完全に組み込むための装置に関する。

【０００２】 電気的な構成素子をフレキシブルなプリント配線板に結合するための結合技術
はすでに多く知られている。

【０００３】 アメリカ合衆国特許第５６７６８６５号明細書には、フレキシブルなプリント
配線板と金属製の導体路との間に溶接結合部を実現する方法が記載されている。
この方法ではまず、互いに対置する開口がフレキシブルなプリント配線板の底部
側の絶縁層とカバー側の絶縁層とに形成され、これによって、両絶縁層の間で延
びる導体路が開口領域において両側で露出する。この露出した導体路には中央孔
が設けられる。引き続き、導体路の孔縁部が電気的な導体に接触するように変形
加工される。この導体上にはフレキシブルなプリント配線板が底部側で載置して
いる。最後に、導体路がレーザによって孔領域で導体に溶着される。

【０００４】 この方法の問題点は、中央孔に基づき、確実なかつ永続的な溶接結合部のため
の導体路材料が折りに触れて十分に提供されていないという点にある。さらに、
導体路への孔縁部の、規定された下方への折曲げが技術的な問題点を提供し得る
。

【０００５】 ヨーロッパ特許第０１６３５８１号明細書に基づき、曲げられたフレキシブル
な２層の結合プリント配線板によって形成された、ヒートシンクによって分離さ
れている平行な２つのプリント配線板の間の電気的な接続部が公知である。平行
な両プリント配線板は、突出するコンタクト片をそれぞれ有している。このコン
タクト片は、プリント配線板の、露出したコンタクト箇所に鑞接されている。フ
レキシブルな２層のプリント配線板とコンタクト片との間の溶接結合部の製造は
不可能である。

【０００６】 本発明の課題は、フレキシブルなプリント配線板と金属製のコンタクトパート
ナとの間に電気的な接続部を製造する方法を改善して、当該方法が簡単にかつ廉
価に実施可能であると同時に、機械的に安定したかつ電気的に確実な結合部を実
現することである。特に、当該方法によって提供された接続箇所が、自動車の変
速機またはエンジン内を支配しているような困難な環境条件下での電気的な構成
部分の接触接続のためにも適していることが望ましい。

【０００７】 この課題を解決するために、独立請求項の特徴部に記載の特徴が提案されてい
る。

【０００８】 接続開口の開口幅が、金属製のコンタクトパートナの接続区分の側方の寸法よ
りも大きく寸法設定されているので、この接続区分は、露出した導体路に問題な
しに到達することができる。導体路は平らなままである。すなわち、導体路の変
形加工は不要である。したがって、後続のレーザ溶接またはレーザ鑞接のために
必要となる、導体路と金属製のコンタクトパートナの接続区分との間の当付けコ
ンタクトまたは接触コンタクトを確実に保証することができる。

【０００９】 溶着の事例では、導体路が中央の領域で迅速に溶融する。これによって、安定
した溶接結合部を形成するための材料が十分に提供されるということが保証され
る。溶融された導体路材料と、この導体路材料の下側に位置するコンタクトパー
トナの接続区分との間の良好な熱的なコンタクトに基づき、接続区分の溶融も生
ぜしめられる。

【００１０】 鑞接結合の場合には、自体公知の形式でまずはんだ材料が導体路と接続区分と
の間に提供され得る。はんだ材料は、たとえば端面側のはんだ層として接続区分
上にまたは導体路に積層することができる。

【００１１】 本発明による方法の有利な変化形は、接続開口と照射開口との間に、接続開口
の開口幅よりも小さな側方の寸法を備えた、導体路を貫通する貫通孔が形成され
、コンタクトパートナの接続区分に設けられた突出部が、貫通孔を通って案内さ
れることによって特徴付けられている。溶接工程時には、レーザ光が突出部を直
接照射する。その後、この突出部が溶融しかつ導体路上に流れ、この導体路の溶
融下で導体路と共に溶接結合部を実現する。したがって、突出部は、提供したい
結合部のための「溶接材料ストック」を成している。

【００１２】 鑞接工程時には、はんだ材料を突出部上にまたは導体路に積層することができ
る。

【００１３】 導体路の、レーザ光によって照射される側には、溶接プロセス時に導体路を溶
融するためのエネルギが十分に入力されるために、付加的な吸収層は不要になる
ということが分かった。

【００１４】 フレキシブルなプリント配線板の製造時に、導体路を照射開口の内部でカバー
する有機的な防食層を導体路に被着させることが有利となり得る。この防食層に
よって、導体路の望ましくない表面酸化が開口領域で回避される。

【００１５】 導体路が、４０〜１５０μｍ、特に５０〜７０μｍの間の厚さを有していると
有利である。この厚さ範囲で十分に問題なしに高品質の溶接結合部を獲得できる
ということが分かった。

【００１６】 本発明による方法が、電気的な構成部分のコンタクトピンまたは接続ピンをフ
レキシブルなプリント配線板に直接接触接続するために使用されると特に有利で
ある。

【００１７】 これに関連して、本発明による電気的な接続箇所の重要な技術的な使用事例は
、制御装置と共に自動車のエンジンまたは変速機内に収納されている電気構成部
分への接触接続にある。最近では、このような「機電的な制御システム」のため
に、ある技術的なコンセプトが開発された。このコンセプトでは、制御装置ケー
シング内に収納された電子的な回路が、ケーシングのシールギャップを介して外
方に案内されたフレキシブルなプリント配線板を介して電気構成部分に電気的に
接続されている。電子的な回路と、フレキシブルなプリント配線板と、ケーシン
グ貫通案内部とに関する構造の詳細は、国際公開第９８／４４５９３号パンフレ
ットに記載されていて、本発明の内容に関連している。いま、このテクノロジの
ために、本発明による電気的な接続箇所は、変速機（エンジン）内に存在する電
気構成部分（センサ、アクチュエータ等）をフレキシブルなプリント配線板に同
様に直接的に、すなわち、構成部分コネクタまたはこれに類するものなしに接続
するための適切な（かつ廉価な）可能性を提案している。この場合、接続部は、
変速機（エンジン）内を支配している環境条件（約−４０℃〜１５０℃の温度範
囲、約４０ｇまでの振動）に耐えることができるようになっている。

【００１８】 本発明のさらに有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

【００１９】 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００２０】 図１ａによれば、フレキシブルなプリント配線板１は第１の絶縁層２と第２の
絶縁層３とを有している。両絶縁層２，３の間には導体路４が埋め込まれている
。

【００２１】 導体路４は、たとえば銅から成っていてよく、約４０μｍ〜１５０μｍの範囲
内の厚さを有することができる。絶縁層２，３はポリイミド材料またはポリエス
テル材料から形成されていてよく、それぞれ約２５μｍまたは５０μｍもの厚さ
を有することができる。さらに、導体路４と絶縁層２，３との間には、図示しな
い形式でアクリル樹脂接着剤またはエポキシ樹脂接着剤が存在していてよい。

【００２２】 第１の絶縁層２には照射開口５が形成されている。この照射開口５に対置して
第２の絶縁層３は接続開口６を有している。両開口５，６は円板状に形成するこ
とができる。

【００２３】 開口５，６は、有利にはプリント配線板１の製造前に、まだ分離されている絶
縁層２，３に形成される。絶縁層２，３の接合後、照射開口５の領域でかつ場合
によっては接続開口６の領域でも肉薄の防食層７が導体路４上に積み重ねられ得
る。

【００２４】 導体路４の下方には、この導体路４に溶着させたい円筒状の金属製のコンタク
トパートナ８が位置している。このコンタクトパートナ８は差込みコネクタのコ
ンタクトピンであり、銅合金、たとえばＣｕＳｎ４／５／６、ＣｕＳｎ５Ｐｂ１
、ＣｕＳｎ４Ｐｂ１、ＣｕＴｅＴまたはＣｕＮｉ１Ｐｂ１Ｔから成っていてよい
。

【００２５】 以下に、図１ａおよび図１ｂにつき溶接結合部の製造の事例のための本発明に
よる方法の第１実施可能性を説明する。

【００２６】 最初、フレキシブルなプリント配線板１とコンタクトパートナ８とは互いに空
間的に分離されている。その後、プリント配線板１とコンタクトパートナ８とが
側方で互いに位置決めされて、コンタクトパートナ８の中心軸線Ｘが接続開口６
のほぼ中心を通るようになる。引き続き、コンタクトパートナ８とプリント配線
板１とが互いに接近させられて、コンタクトパートナ８の端面側の区分８ａが接
続開口６を通りかつ導体路４に接触するようになる。このことを可能にするため
には、コンタクトパートナ８の端面側の区分８ａが、接続開口６（たとえば３ｍ
ｍ）の開口直径Ａよりも小さく寸法設定されている直径Ｂ（たとえば２ｍｍ）を
有している。

【００２７】 接近ステップは、位置決めされたプリント配線板１および運動させられるコン
タクトパートナ８の場合だけでなく、位置決めされたコンタクトパートナ８およ
び運動させられるプリント配線板１の場合でも実施することができる。

【００２８】 図１ｂには、プリント配線板１とコンタクトパートナ８との位置が平面図で示
してある。輪郭線４′は導体路４の幅Ｃを示している。導体路４の幅Ｃは、図示
しない形式で開口５，６の領域で拡幅されていてよく、この開口５，６以外の領
域で場合によってはＡまたはＢよりも小さく寸法設定されていてよい。

【００２９】 次のステップでは、レーザによってレーザ光９が照射開口５を通って防食層７
にまたはこのような防食層７が存在していない場合には直接導体路４に送られる
。

【００３０】 防食層（たとえばカーボン層）７は約６０℃で蒸発する、すなわち、まだ導体
路４の溶融が生ぜしめられる前のレーザ使用の開始時に蒸発する。このことは、
防食層７の材料が、組織強度に損傷を与えない程度に溶接組織を汚染し得ないと
いうことを保証している。

【００３１】 いま、レーザ光９がまず導体路４を溶融し、次いで区分８ａの表面を溶融する
。この場合、レーザパラメータ（パルスエネルギ、繰返し率）は、一方では十分
に溶融された溶接材料が形成されるが、しかし、他方では導体路４の完全な溶落
ち（Ｗｅｇｓｃｈｍｅｌｚｅｎ）またはプリント配線板１の損傷が回避されるよ
うに調整され得る。

【００３２】 良好な溶接結果はパルス式のＮｄ：ＹＡＧレーザによって得られる。

【００３３】 溶融された十分な量の溶接材料が形成された後、レーザがスイッチオフされる
ので、溶融物の冷却と凝固とによって溶接結合部が形成される。

【００３４】 図２に示した本発明の変化形は、主として、コンタクトパートナ１８の構造的
に異なる構成ならびに接続開口６の中央の領域で導体路４を通って延びる貫通孔
１０の点でしか図１ａおよび図１ｂに示した実施例と異なっていない。

【００３５】 コンタクトパートナ１８はその端面側の区分１８ａに突出部１８ｂを装備して
いる。この突出部１８ｂは、前述した接近ステップの後に貫通孔１０を通って突
出している。この結果、後続のレーザ溶接ステップ時にはまずコンタクトパート
ナ１８の突出部１８ｂが溶融される。突出部１８ｂを十分に大きく寸法設定する
ことによって、溶接ステップ時に十分に溶接材料が提供されるということを保証
することができる。

【００３６】 図３には、本発明の別の変化形が平面図で示してある。コンタクトパートナ２
８は同じく円筒状であるが、ここでは、図１ａ、図１ｂおよび図２とは異なり、
導体路４がコンタクトパートナ２８の周壁に接触している。すなわち、ここでは
、コンタクトパートナ２８の、接続開口６内に突入する区分２８ａが、コンタク
トパートナ２８の壁曲面によって実現される。この変化形では、導体路４とコン
タクトパートナ２８との接触線に沿ったマルチスポット溶接が実現可能である。

【００３７】 図４によれば、本発明が、フレキシブルなプリント配線板１を介して電気的な
構成部分（アクチュエータ、センサ）に接触接続するために変速機またはエンジ
ン内で使用することができると特に有利である。図４には、変速機制御装置１０
０が例示的に示してある。この変速機制御装置１００はケーシングカバー１０１
と金属製の底部プレート１０２とを有している。ケーシングカバー１０１と底部
プレート１０２とは中空室１０３を取り囲んでいる。この中空室１０３内には回
路支持体１０４が位置している。この回路支持体１０４上には電子的な回路が実
現されている。回路支持体１０４としてセラミックス基板を設けることができる
。このセラミックス基板は、電気的に絶縁性の熱伝導性接着剤によって、ヒート
シンクとして働く金属製の底部プレート１０２に接着されている。

【００３８】 回路支持体１０４は全ての側でフレキシブルなプリント配線板１によって取り
囲まれている。このプリント配線板１は従来の明細書に相応して製造されていて
、かつ形成されている。フレキシブルなプリント配線板１の導体路４は、ボンデ
ィングワイヤ１０６または直接的な電気的なコンタクト接着手段（図示せず）を
介して、回路支持体１０４に設けられた相応のコンタクトパッドに接続されてい
る。

【００３９】 ケーシングカバー１０１は、全周にわたって延びる段状のシール面１０７を有
している。このシール面１０７には環状シール部材１０９が接触している。フレ
キシブルなプリント配線板１は、環状シール部材１０９と金属製の底部プレート
１０２との間で制御装置ケーシング１０１．１０２の中空室１０３から導出され
ている。

【００４０】 ケーシングカバー１０１は制御装置１００の支持体として形成されていて、さ
らに、中空室１０３の外側に配置された電気構成部分のための組付けプレートを
成している。電気構成部分のための例として、図４には、温度センサ１０５が示
してある。この温度センサ１０５はケーシングカバー１０１の組付け開口内に固
定されている。

【００４１】 フレキシブルなプリント配線板１はケーシングカバー１０１の下側で温度セン
サ１０５に向かって案内されていて、そこで、温度センサ１０５の接続ピン１０
８に接触接続している。この接続ピン１０８はコンタクトパートナを実現してい
る。

【００４２】 図５ａおよび図５ｂには、フレキシブルなプリント配線板１と接続ピン１０８
との間の接続部が斜視図で示してある。明らかであるように、フレキシブルなプ
リント配線板１は、接続ピン８に接触接続するための、周面側で突出するフィン
ガ１ａ，１ｂ，１ｃを備えて形成することができる。

【００４３】 まとめると、図４、図５ａおよび図５ｂに示した機電的な装置では、制御装置
とプリント配線板との間の接続部の領域だけでなく、接続ピン１０８と導体路４
との間の本発明による直接接続に基づき、プリント配線板と電気構成部分との間
の接続部の領域でも、コネクタおよびこれに類するもののような付加的な部分が
節約されるということを保証することができる。これによって、特に大量生産時
に著しいコスト節約が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 本発明の実施例による、溶接結合部または鑞接結合部が形成される前の、金属
製のコンタクトパートナが下側に配置されたフレキシブルなプリント配線板の概
略的な断面図である。

【図１ｂ】 図１ａに示したフレキシブルなプリント配線板の部分的な平面図である。

【図２】 本発明の第１変化形の概略的な断面図である。

【図３】 本発明の別の変化形の概略的な平面図である。

【図４】 変速機制御装置と、フレキシブルなプリント配線板と、直接結合された電気構
成部分とから成る機電的な装置の概略的な断面図である。

【図５ａ】 フレキシブルなプリント配線板と電気構成部分との間の接続部をプリント配線
板の側方上側から見た斜視図である。

【図５ｂ】 フレキシブルなプリント配線板と電気構成部分との間の接続部をプリント配線
板の側方下側から見た斜視図である。

【符号の説明】

１ プリント配線板、 ２ 絶縁層、 ３ 絶縁層、 ４ 導体路、 ４′
輪郭線、 ５ 照射開口、 ６ 接続開口、 ７ 防食層、 ８ コンタクトパ
ートナ、 ８ａ 区分、 ９ レーザ光、 １０ 貫通孔、 １８ コンタクト
パートナ、 １８ａ 区分、 １８ｂ 突出部、 ２８ コンタクトパートナ、
２８ａ 区分、 １００ 変速機制御装置、 １０１ ケーシングカバー、
１０２ 底部プレート、 １０３ 中空室、 １０４ 回路支持体、 １０５
温度センサ、 １０６ ボンディングワイヤ、 １０７ シール面、 １０８
接続ピン、 １０９ 環状シール部材、 Ａ 開口直径、 Ｂ 直径、 Ｃ 幅
、 Ｘ 中心軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｇ 3/16 Ｈ０２Ｇ 3/16 Ａ ５Ｅ３４８ Ｈ０５Ｋ 5/00 Ｈ０５Ｋ 5/00 Ａ ５Ｇ３６１ 7/14 7/14 Ｂ Ｋ // Ｂ２３Ｋ 101:38 Ｂ２３Ｋ 101:38 (72)発明者 フランク フランツェン ドイツ連邦共和国 バート アプバッハ アム クアパルク ２ベー Ｆターム(参考） 3G301 JA00 4E068 DA11 4E360 AB13 CA03 EA03 EA18 ED27 FA09 GA29 GB99 5E051 LA03 LB06 5E085 BB09 BB23 CC03 DD03 FF08 HH12 JJ06 JJ36 5E348 AA02 AA07 AA30 AA31 CC07 CC08 CC09 EE40 EF04 FF01 5G361 BA01 BB01 BC01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの絶縁層（２，３）と、両絶縁層（２，３）の間で延び
   る少なくとも１つの金属製の導体路（４）とから形成されているフレキシブルな
   プリント配線板（１）と金属製のコンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８
   ）との間に電気的な接続部を製造する方法において、 −第１の絶縁層（２）に照射開口（５）を形成し； −第２の絶縁層（３）に、照射開口（５）に対置して接続開口（６）を形成し；
   −金属製のコンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８）の、該コンタクトパ
   ートナ（８，１８，２８，１０８）の側方の寸法に関して接続開口（６）の開口
   幅（Ａ）よりも小さく寸法設定された接続区分（８ａ，１８ａ，２８ａ）を接続
   開口（６）を通して金属製の導体路（４）に接触させ； −照射開口（５）を通って向けられたレーザ光（９）によって、導体路（４）と
   、該導体路（４）に接触する接続区分（８ａ，１８ａ，２８ａ）とを放射加熱し
   、こうして、溶接結合部または鑞接結合部を形成する ことを特徴とする、電気的な接続部を製造する方法。
2. 【請求項２】 −接続開口（６）と照射開口（５）との間に、接続開口（６
   ）の開口幅（Ａ）よりも小さな側方の寸法を備えた、導体路（４）を貫通する貫
   通孔（１０）を形成し、 −コンタクトパートナの接続区分（８ａ，１８ａ，２８ａ）に設けられた突出部
   （１８ｂ）を貫通孔（１０）を通して案内する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 フレキシブルなプリント配線板（１）が、４０〜１５０μｍ
   、特に５０〜７０μｍの間の厚さを有している、請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 金属製のコンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８）が
   、電気的な構成部分（１０５）の接続ピンであり、接続区分（８ａ，１８ａ）が
   、接続ピン（１０８）の自由端面によって実現されている、請求項１から３まで
   のいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 金属製のコンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８）が
   、電気的な構成部分（１０５）の接続ピンであり、接続区分（２８ａ）が、接続
   ピン（１０８）の周壁面によって実現されている、請求項１から３までのいずれ
   か１項記載の方法。
6. 【請求項６】 導体路（４）に、照射開口（５）をカバーする有機的な防食
   層（７）を被着させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 フレキシブルなプリント配線板（１）と、金属製のコンタク
   トパートナ（８，１８，２８，１０８）との間の電気的な接続箇所において、 −フレキシブルなプリント配線板（１）が、２つの絶縁層（２，３）と、両絶縁
   層（２，３）の間で延びる少なくとも１つの金属製の導体路（４）とから形成さ
   れており、 −第１の絶縁層（２）に照射開口（５）が形成されており、 −第２の絶縁層（３）に、照射開口（５）に対置して接続開口（６）が形成され
   ており、 −金属製のコンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８）が、該コンタクトパ
   ートナ（８，１８，２８，１０８）の側方の寸法に関して接続開口（６）の開口
   幅（Ａ）よりも小さく寸法設定された接続区分（８ａ，１８ａ，２８ａ）を有し
   ており、 −該接続区分（８ａ，１８ａ，２８ａ）が、接続開口（６）を通って突入してい
   て、結合工程時に照射開口（５）を通る放射熱を入力するレーザを使用して金属
   製の導体路（４）に溶着または鑞着されている ことを特徴とする、電気的な接続箇所。
8. 【請求項８】 コンタクトパートナ（８，１８，２８，１０８）が、接続ピ
   ンまたはコンタクトピンである、請求項７記載の電気的なコンタクト箇所。
9. 【請求項９】 自動車のエンジンまたは変速機内に完全に組み込むための装
   置において、 −制御装置（１００）が設けられており、該制御装置（１００）が、油密なケー
   シング（１０１，１０２）を有しており、該ケーシング（１０１，１０２）内に
   電子的な回路が収納されており、 −フレキシブルなプリント配線板（１）が設けられており、該プリント配線板（
   １）が、電子的な回路に電気的に接続されていて、ケーシング（１０１，１０２
   ）のシールギャップを通って外方に案内されており、 −制御装置（１００）の外側に配置された電気構成部分（１０５）、特にセンサ
   およびアクチュエータが設けられており、該電気構成部分（１０５）の接続ピン
   （１０８）が、請求項７記載の電気的な接続箇所を介してフレキシブルなプリン
   ト配線板（１）に直接接続されている ことを特徴とする、自動車のエンジンまたは変速機内に完全に組み込むための装
   置。