JP2007525841A - フレキシブル回路基板アセンブリ - Google Patents

Abstract

フレキシブル回路基板アセンブリは、曲げ領域（２０６）により分離された第一部分（２０４）と第二部分（２０８）を有する硬質回路基板（１０４）を含む。複数の溝（３０、４０、５０）が曲げ領域（２０６）内に切り込まれている。溝（３０、４０、５０）は、曲げ領域（２０６）の周囲にある軸に対して略平行に切り込まれている。溝（３０、４０、５０）は、回路基板（１０４）の内側曲げ半径上に位置しているが、外側半径や、内側半径及び外側半径の両方に位置していいてもよい。

Description

本発明は、プリント回路基板に係り、詳しくは、フレキシブルアセンブリに硬質な回路基板を用いることに関する。

自動車エンジンの制御ユニットは、高い雰囲気温度と大きな振動とを受け易い環境下にある閉鎖空間に配置されている。通常、伝熱性能やエンジンの耐振動性を高めるため、制御回路を備えるプリント回路基板は、小型のモジュールを形成するとともに、放熱性を得るため屈曲された硬質体に対して取付けられている。例えば、電子制御ユニットのパッケージに使用される屈曲型のフレキシブル回路を備えたプリント回路基板を用いる場合、プリント回路基板は、アルミニウム製の硬質体に対して取付けられている。硬質体は、プリント回路基板を機械的に支持するとともに、構成部品から下部にある硬質体への伝熱を通じて、プリント回路基板上の構成部品から発生する熱を放散させ易くしている。

図１及び図２は、従来技術の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００を示す。図１は、電子制御ユニット１００を端部から見たときの平行透視図である。図２は、電子制御ユニット１００を側方から見たときの断面図である。電子制御ユニット１００は、フレキシブルプリント回路基板１０４を備え、それは、接着剤２０２を用いて硬質体１０６に取付けられている。通常、回路基板１０４の表面には、複数の電子構成部品１０２が取り付けられている。接着剤２０２は、硬質体１０６とプリント回路基板１０４との間に介装されており、プリント回路基板１０４を硬質体１０６に固定するように機能する。平坦な硬質体１０６に固定した後、硬質体１０６とプリント回路基板１０４とのアセンブリを折畳むことによって、互いに角度をなし、かつ硬質体１０６の屈曲部分１１６の凹部１１２内の曲げ部２０６を介して接続された二つの主部２０４、２０８からなる折畳みプリント回路基板が形成される。回路基板１０４を屈曲させるため、フレキシブル回路基板が使用される。ところが、フレキシブル回路基板は、硬質な回路基板と比べてコストがかかる。例えば、フレキシブルガラス繊維製エポキシ樹脂（ＦＲ４）回路基板は、硬質ＦＲ４回路基板と比べてかなりコストがかかる。そうしたコスト差は、基本的には、パネルメッキ及びソルダーレジスト等によりフレキシブル基板を取り扱う際に、低い収量及びかなり高いコストをもたらすといった製造業者が抱える問題に起因している。

更に、フレキシブル回路基板は、より複雑になっている。電子制御ユニットが長い年月を経て多機能化したため、対応する回路は益々高密度化し、かつ複雑化している。その結果、電子制御ユニットは、プリント回路基板１０４等の二層式プリント回路基板の使用から四層式プリント回路基板の使用へと移行してきた。四層式プリント回路基板の製造方法の一つの成果として、曲げ部分が二層式回路である場合にさえ、肉厚なフレキシブル回路となることが挙げられる。大きな曲げ半径が得られなければ、これらの厚さのため、フレキシブル回路基板には、屈曲時にクラックや割れが生じることが知られており、結果として、廃棄される制御モジュールが製造されてしまう。特に、プリント回路基板は、折畳まれるのに先立ち、構成部品を実装する必要があることから、廃棄される制御モジュールによって、過剰な製造コストと廃棄品とをもたらすことになる。

一つ解決策として、平坦な部分よりも曲げられる部分で、層の数を少なくした回路基板を提供することがある。別の解決策として、屈曲する際に、回路基板を加熱することがある。これらの解決策は、いずれも回路基板の製造や電子制御ユニットの組立ての際に、更に特異な処理工程を行う必要がある。

従って、フレキシブルプリント回路基板アセンブリに硬質回路基板の有益性を提供するための方法及び装置が求められている。

本発明は、フレキシブルプリント回路基板アセンブリに使用されるための硬質回路基板のための方法及び装置を提供する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、硬質回路基板を含み、その硬質回路基板は、フレキシブルな屈曲性領域を介して第二部分に接続された第一部分を有している。電子制御ユニットは、更に、実質的に硬質な基板（例えば、アルミニウム）又は硬質体を含み、それらは、凹部を有する曲げ領域を介し第二部分に接続された第一部分を有している。硬質体及び回路基板の第一及び第二部分は、それぞれ平坦状のアセンブリとして一体結合されている。ＥＣＵが折畳まれている場合、回路基板の曲げ領域は屈曲部とみなされる。特別に構成された硬質基板を使用することにより、従来技術のフレキシブル回路基板を使用したときよりもコストが節約される。本発明の様々な実施形態において、回路基板の曲げ領域を、硬質体の曲げ領域の開口又は凹部によって容易に屈曲させることができる。

一般的に、本発明の一実施形態は、実質的に硬質な基板又は硬質体を有する電子制御ユニットアセンブリシステムを含み、それは、曲げ領域を介して分離された第一部分と及び第二部分とを備えている。硬質基板は、内面及び外面を有している。電子制御ユニットは、更に、第一部分及び第二部分を有する硬質回路基板を含み、各部分は、曲げ領域の曲げ軸と平行に走る溝により形成された曲げ領域によって分離されている。基板の曲げ領域は、基板の内面から外方に延びる凹部を含み、その凹部は、回路基板の曲げ領域を収容可能な寸法に設定されている。回路基板の第一及び第二部分は、接着剤等を使用することにより、略平坦な基板の第一及び第二部分にそれぞれ取付けられている。電子制御ユニットは、硬質体の内面が回路基板を含む電子制御ユニットの内部領域を形成するように、０〜１８０°の角度で折り曲げられている。回路基板の曲げ領域は、硬質体の内部領域を超えて基板の曲げ領域に形成された凹部へと延びている。このことにより、折り曲げられている場合、折畳まれた結果として、回路基板の曲げ領域は、大きな半径を有する曲げ形状をなす。

本発明の更に別の実施形態は、電子制御ユニットアセンブリに回路基板を形成する方法を含み、それは、曲げ領域により分離された第一部分及び第二部分を有する硬質回路基板と、曲げ領域により分離された第一部分及び第二部分を有する実質的に硬質な基板又は硬質体とを提供するステップを含む。その方法は、回路基板の曲げ領域に一組の溝を形成してその内部をフレキシブルにするステップを含む。更に別のステップは、基板の曲げ領域に、回路基板の曲げ領域を受容する大きさで、内面から外方に延びる凹部を形成するステップを含む。この方法は、回路基板の第一及び第二部分を基板の第一及び第二部分にそれぞれ取付ける更に別のステップを含む。このステップには、平坦な硬質体の内面に接着剤を塗布し、その接着剤を介して、硬質体の表面にフレキシブル回路基板の平面を取付けるサブステップを含めてもよい。この方法は、更に、回路基板の曲げ領域が変形して基板の凹部の中に押し込まれるように、第一部分と第二部分との間の曲げ領域において硬質基板を屈曲させるステップを含む。

新規なものと確信する本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。本発明は、更に別の目的とその利点と共に、添付の図面と以下の説明とを参照することにより、最もよく理解でき、その幾つかの図面において、同じ部材番号は、同じ構成要素を示す。

図３〜図５を参照して、電子制御ユニット１００のアセンブリ用回路基板の様々な実施形態を説明する。これらの実施形態では、四層式回路基板が図示されている。しかし、本発明は、任意の数の層に適用することができる。図３は、本発明の第一実施形態に従う回路基板１０４の側断面図であり、硬質回路基板の曲げ領域２０６を機械加工するか、或いは切り欠いて形成された一組のＶ字状の切り欠き溝３０が図示されている。図４は、本発明の第二実施形態に従う回路基板１０４の側断面図であり、硬質回路基板の曲げ領域２０６を機械加工するか、或いは切り欠いて形成された一組のＵ字状の切り欠き溝４０が図示されている。図５は、本発明の第三実施形態に従う回路基板１０４の側断面図であり、硬質回路基板の曲げ領域２０６を機械加工するか、或いは切り欠いて形成された一組の略長方形状の切り欠き溝５０が図示されている。四層式回路基板の中間位置（２層）まで下方に延びる溝が図示されているが、様々な深さが用いられる。様々な断面形状についても良好に用いられる。図示される実施形態は、機械加工の容易さを理由として、最もよく用いられる形状を表している。

図８に示すように、制御ユニット１００は、少なくとも一つの電子構成部品１０２、回路基板１０４、及び実質的に硬質な基板（硬質体）１０６を備えている。電子構成部品１０２としては、例えば、電池、コンデンサ、レジスタ、半導体チップ、ダイオード、インダクタ及びコイル等のプリント回路基板に実装される任意の電子構成部品や装置等が挙げられる。電子構成部品１０２は、回路基板１０４の表面に実装されている。これは、硬質体１０６上に回路基板を組み付ける前や、組立て工程中に、ハンダリフローによって、平坦な回路基板に部品を接合して得られる。通常、回路基板１０４は、その表面に実装された多くの電子構成部品１０２を備えている。これらの電子構成部品１０２は、回路基板１０４の表面上と、回路基板１０４の内層上やその内部とに配置された幾つかの伝導性パッドやランド（図示せず）、伝導性トレース（図示せず）及び伝導性バイアス（図示せず）を通じて、相互に電気的に接続されている。

回路基板１０４は、プリント回路基板であって、例えばエポキシ樹脂ガラス、ＦＲ４、樹脂被覆銅及びポリイミド等、当業者にとって公知の多くの材料のいずれかから製造されている。好ましくは、回路基板１０４は、硬質ＦＲ４材料から多層で製造される。好ましくは、四層以上のＦＲ４材料が提供され、回路を構成する層としては、最大５層まで提供される。当然のことながら、曲げ領域では、回路が溝を超えて広がらない。よって、回路は、溝形成工程により支障の無い回路基板の層に制限されている。

回路基板１０４は、硬質体１０６の内面に固定されている。回路基板１０４は、好ましくは、感圧接着剤（ＰＳＡ）テープやフィルムといった接着剤２０２によって内面に固定されている。本発明の別の実施形態において、接着剤２０２は、硬質体１０６上でスクリーン印刷される熱硬化性の液体接着剤であってもよい。例えば、ねじや表面に配置される他の接着性薄板等の機械式締め具により回路基板１０４を表面に固定する多くの方法がある。それらの方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書にて使用可能であることは、当業者にとって、明らかである。

組立て後、硬質体１０６は、回路基板１０４を包囲し、かつ回路基板１０４及び電子構成部品１０２を、それらを破損する電荷から保護するように設計されている。また、硬質体１０６は、回路基板１０４を機械的に支持し、熱を伝導的に放散させる。好ましくは、硬質体１０６は、回路基板１０４への硬質な機械的支持を提供する材料、即ち、硬質体や安定化装置として機能するのに十分な硬さを有する材料から製造されている。また、硬質体１０６は、例えば、アルミニウム、銅、鋼鉄、工業用プラスチック、マグネシウム、及び亜鉛又は自動車で多用される化学薬品や成分に対して耐久性を持つ任意の材料等、熱、水、化学薬品及び静電荷から電子部品を保護するように設計された要素も含む。好ましくは、硬質体１０６は、電子制御ユニット１００の動作中、構成部品１０２から熱を伝達させ、構成部品から熱を放散させ易くする熱伝導性材料から製造されている。しかし、熱の問題や、硬質体１０６の熱伝導度の重要性が小さい低電力動作時に、電子制御ユニット１００が使用可能であることは、当業者にとって明らかである。

回路基板１０４及び硬質体１０６は、略Ｕ字状に曲げられるか、折畳まれている。しかし、０°より大きく１８０°未満の角度であれば、本発明において任意の角度を使用してもよい。回路基板及び硬質体は、当業者にとって公知の任意の方法によって曲げられてもよい。硬質体は、第一及び第二部分と屈曲性領域との間で硬質体を横切る主軸に沿った二つの接点で曲げることができる。硬質体は、曲げ領域が基板の第一及び第二部分と略直交し、更に互いに略平行になるよう、Ｕ字型アセンブリを形成するように、両接点で９０°に曲げられることが好ましい。

図６は、曲げる前の状態であって、硬質体１０６の内面に塗布された接着剤を含む硬質体１０６の平面図である。図示されるように、硬質体１０６の第二部分１０８は、屈曲性領域に含まれるブリッジ１１６を介し、第一部分１０１に対して接続されている。図６には、更に、屈曲性領域の凹部１１２が図示されている。基板及び硬質体が曲げられるとき、ブリッジ１１６及び凹部１１２は、回路基板１０４をＵ字状に折り畳み易くする。

図７は、回路基板１０４が接着剤２０２上の平面に取付けられ、それにより、硬質体１０６に取付けられた後で、かつ、取付けられた基板と構成部品１０２上とにハンダペーストがスクリーンされた後の電子制御ユニット１００の平面図である。好ましくは、構成部品１０２は、表面実装可能な構成部品であり、技術的に公知の技術を用いて、回路基板１０４上に自動的に実装することができる。構成部品１０２の表面実装を可能にしなくてもよいことは、当業者にとって明らかである。例えば、構成部品１０２は、作業者の手で、回路基板１０４上に実装されるスルーホール部品であってもよい。一方、硬質体上にスクリーンされる液体接着剤２０２を用い、更に、表面実装可能な構成部品１０２を用いることによって、電子制御ユニット１００の組立工程を完全に自動化することもできる。

図７に示すように、回路基板１０４は、硬質体１０６の第二部分１０８に取付けられる第二部分２０８、硬質体１０６の曲げ領域１１２に隣接して配置される（結合されず）フレキシブル回路１０４の屈曲性領域２０６、及び硬質体１０６の第一部分１０１に取付けられる第一部分２０４を備えている。屈曲性領域は、三つの部分に分割されて図示されており、各部分によって、硬質体１０６の複数の凹部１１２のうちの一つが覆われている。また、屈曲性領域は、硬質体１０６の複数の各ブリッジ１１６を覆う複数の切り欠き部分１２０も有している。一方で、多かれ少なかれ、屈曲性領域、開口及び切り欠きが提供されることを理解すべきである。溝（図３中３０として図示）は、回路基板１０４の曲げ領域２０６に提供され、アセンブリの曲げ軸１０３と平行である。図４の溝４０、図５の溝５０又は他の種類の溝も使用できることを理解すべきである。

図８を参照すれば、フレキシブル回路基板アセンブリを収容するための電子制御ユニット１００が、本発明の好適な実施形態に従い図示されている。図８は、電子制御ユニット８００の側断面図である。回路基板１０４及び硬質体１０６が折畳まれているとき、回路基板１０４の曲げ領域２０６の三つの部分のうち少なくとも一つの部分が凹部１１２内に広がり、それにより、硬質体１０６の内部領域を超えて広がる。回路基板１０４及び硬質体１０６が折畳まれているとき、回路基板１０４が内部領域を超えて広がることが可能になるため、凹部１１２は、回路基板１０４をＵ字状に折畳み易くすることができる。Ｕ字状の折畳みは、回路基板１０４の曲げ領域２０６に大きな半径の湾曲をもたらし、回路基板１０４が曲げられるときに生じるクラックや割れを抑制することができる。

実際に、硬質ＦＲ４基板は、屈曲箇所で圧縮された状態になる側の曲げ軸と平行である表面内を進み、かつ切り込まれた一組の溝を有する。本発明は、屈曲の外側半径に位置する溝で同様に良好に使用されるが、これにより、溝に引張応力が生じて、その応力により、クラックが生じることがある。従って、溝は、それに生じる圧縮力によりクラックを生じさせないようにするため、屈曲の内側半径上に配置されていることが好ましい。しかし、溝は外側半径上や、内側半径上及び外側半径上の両方に配置されていてもよい。いずれにしろ、溝によって、基板は、半径７ｍｍで曲げられるのに十分な可撓性を有するようになる。このことは、上部に約０．３３ｍｍの開口を持つ５つのＶ溝によって実現される。最初の回路基板の厚さは、約０．５〜１．０ｍｍである。溝の深さは、溝の底部で残りの基板の厚さが約０．２５〜０．３８ｍｍになるように設定されている。

硬質ＦＲ４をフレキシブルにする別の方法を同じように使用してもよい。例えば、曲げ領域の基板を加熱プレスして選択領域を薄肉にすること、曲げる前に加熱して基板を更にフレキシブルにすること、化学的にエッチング処理して選択領域を薄くすること、ＦＲ４材料を化学的に溶解して曲げ領域を軟化させること、又は基板に小径の孔を形成すること等が挙げられる。曲げ領域の全ての領域を薄くできるが、溝と、その間に形成されるリブとは、全体的に薄くされた領域では得られない横方向への剛性を提供する。また、コネクタ（図示せず）は、硬質体の外面の任意の場所に取付けられ、硬質体の適切な孔を通じて、回路基板に対して電気的に接続されることは明らかである。

図９は、本発明の任意の実施形態に従う硬質体及び回路基板アセンブリを含む電子制御アセンブリの組立法を示すフローチャート１０００である。そのフローチャート１０００は、第一部分及び第二部分を有する実質的に硬質な回路基板を提供するステップ１００２から開始され、前記各部分は、屈曲性領域により分離された第一部分及び第二部分を有する硬質な基板と曲げ領域とによって分離されている。好ましくは、回路基板を提供するステップ１００２は、電気的な構成部品を固定及び接続するため、伝導性トレース、伝導性バイアス及び伝導性パッドにより形成されたＦＲ４材料の複層膜からなる多層回路基板を提供するステップを含み、更には、ハンダリフローによって、構成部品を回路基板に接合するステップも含む。

続いて、フローは、複数の溝を切り込むことにより、曲げられるべき曲げ領域の周囲の軸と略平行な曲げ領域にするステップ１００３に移行する。その切断は、図３〜図５を参照して上述した説明によって行われる。

続いて、フローは、基板の第一及び第二部分に対してそれぞれ回路基板の第一及び第二部分を取付けるステップ１００４に移行する。これは、硬質体に接着剤を塗布するステップと、接着剤上に回路基板平面を取付けて、それにより、硬質体の内面に取付けるステップを含む。次に、回路基板及び硬質体を、硬質体の第一及び第二部分と屈曲性領域との接点で、曲げ領域を中心に折畳むか、曲げるステップ１００６に移行する。硬質体及び回路の第一及び第二部分は、回路基板及び基板の第一及び第二部分を内面から測定したとき互いに約１８０°の角度で曲げられていることが好ましい。硬質体及び回路は、溝を曲げ領域の内側半径に沿って圧縮させるように曲げられる。フレキシブル回路基板及び硬質体の折畳みによって、Ｕ字状の折畳みフレキシブル回路基板の屈曲性領域が得られる。

本発明の一実施形態では、更に別のステップが、硬質体の屈曲性領域に、硬質体の内面からその外面へと外方に延びる少なくとも一つの凹部を形成するステップ１００８を含み、更に、屈曲性領域を横切って硬質体の第一部分と第二部分とを接続する複数のブリッジを含む。この場合、凹部は、回路基板の曲げ領域を収納可能な大きさに設定されている。その結果、曲げるステップ１００６にあっては、回路基板の曲げ領域が変形して基板の凹部へと押し込まれ、その凹部により硬質体の内部領域を超えて広がることによって、フレキシブル回路基板の曲げ領域をＵ字状に容易に折畳むことが可能になる。凹部の深さは、少なくとも５ｍｍあって、硬質体の内面から外方に広がることが好ましい。

本発明は、モジュール内への折畳みを可能にするため選択領域で大きく曲げられる硬質な回路を備えたフレキシブルプリント回路基板の交換を可能にする。二つの硬質回路基板を取付けるための曲げジャンパをハンダ付けする必要がなくなり、また、組立て工程において支持するために必要な極めて薄い基板を加工する必要もなくなる。

本発明は、特定の実施形態を参照して具体的に図示され、説明されてきたが、当業者にとって、本発明の範囲から逸脱せず、様々な変更を行い、均等物をその構成要素と交換できることは、明白である。更に、その本質的な範囲から逸脱せず、多くの変更を行なって、特定の状態又は材料を本発明の技術に適用してもよい。従って、本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を網羅している。

従来技術の電子制御ユニットを端部から見たときの平行透視図。 図１の電子制御ユニットの側断面図。 本発明の第一実施形態に従うフレキシブル回路基板の側断面図。 本発明の第二実施形態に従うフレキシブル回路基板の側断面図。 本発明の第三実施形態に従うフレキシブル回路基板の側断面図。 本発明の実施形態に従って硬質体に塗布された接着剤を含む屈曲前の図３の硬質体の平面図。 本発明の実施形態に従って、湾曲前で、回路基板が硬質体に取付けられ、かつハンダペーストが回路基板上にスクリーンされた後の図３の電子制御ユニットの平面図。 図３のフレキシブル回路基板アセンブリを備えた電子制御ユニットの側断面図。 本発明の実施形態に従って硬質体及び回路基板を含む電子制御ユニットのフレキシブル回路基板アセンブリの組み立てる方法を示す論理的流れ図。

Claims (8)

1. フレキシブル回路基板アセンブリであって、
   曲げ領域により分離された第一部分及び第二部分を有し、かつ複数の層を有する硬質回路基板と、
   前記曲げ領域内において、曲げられる曲げ領域の周囲の軸に対して略平行に切り込まれた複数の溝とを備え、
   前記溝は、前記硬質回路基板の少なくとも中間位置を通過するように切り込まれているアセンブリ。
2. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記溝は、前記硬質回路基板の約２／３の位置を通過するように切り込まれているアセンブリ。
3. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記硬質回路基板は、ガラス繊維製エポキシ樹脂材料からなるアセンブリ。
4. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記溝は、前記曲げ領域の内側半径上に配置されているアセンブリ。
5. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記溝は、Ｖ字状に形成されているアセンブリ。
6. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記溝は、略長方形状に形成されているアセンブリ。
7. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記硬質回路基板は、前記曲げ領域において、その硬質回路基板の内面から測定したとき、最大１８０°の角度をなして曲げられているアセンブリ。
8. 請求項１記載のアセンブリにおいて、
   前記硬質回路基板は、前記硬質回路基板の曲げ領域で切り込まれていない層のうちの一つの層上で第一部分と第二部分とを分離する曲げ領域を横断するように、同硬質回路基板の第一部分から第二部分にかけて配置される電気トレースを含むアセンブリ。

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