JP2009016662A

JP2009016662A - メタルコア基板

Info

Publication number: JP2009016662A
Application number: JP2007178525A
Authority: JP
Inventors: Mitsuji Kubota; 満治久保田; Shigeo Ishizuka; 重男石塚
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】スルーホールへのプレスフィット端子のプレスフィットを高い信頼性をもって可能にするメタルコア基板を提供すること。
【解決手段】メタルコア基板１００は、中空円筒形の本体３１を有する導電金属製のハトメ３０を備える。ハトメ３０の本体３１はスルーホール７に嵌め込まれており、このハトメ３０の本体３１の穴３１ａにはプレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａをプレスフィット可能である。プレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａが、ハトメ３０の穴３１ａにプレスフィットされると、ハトメ３０の穴３１ａを画成する本体３１の内周面に拡径する方向の圧接力を持って接触し、これによりプレスフィット部１０ａとハトメ３０との電気接続が維持される。また、この際、プレスフィット端子１０がハトメ３０の本体３１を介してスルーホール７に電気的に導通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタルコアに形成された貫通孔を貫通するスルーホールを有するメタルコア基板にプレスフィット技術を適用できるようにする技術に係り、より詳細には、従来実現できなかったスルーホールへのプレスフィット端子の信頼性の高いプレスフィット｛即ち、圧入および固定（電気接続）｝を可能にするメタルコア基板に関する。

メタルコアプリント配線板、メタルコア型プリント基板、メタルコアプリント回路板、等といったメタルコア基板は、その実装面上に実装された電気部品が発する熱を放熱するとともに均熱化するのに好適な電気回路基板であって、アルミニウム、銅、等といった熱伝導性の良好な金属板をメタルコア（即ち、メタルベース）とし、このメタルコアに樹脂を主体とする絶縁層を介して導体層を設けたものである。

絶縁層を形成するために、通常、プリプレグ（即ち、ガラス繊維を編んでシート状に形成したガラス繊維織物に絶縁樹脂として例えばエポキシ樹脂を含浸させたもの）が使用される。メタルコアにスルーホール用の貫通孔が設けられたメタルコア基板では、導体層とメタルコアとを絶縁するため、メタルコアの貫通孔が絶縁樹脂で埋められる。この孔埋めは、メタルコアにプリプレグを積層するように重ねたものを加熱加圧して一体化するときにプリプレグから流出する絶縁樹脂を貫通孔に流し込む方法によるのが一般的である（例えば、特許文献１〜３参照）。

スルーホールを有するメタルコア基板は、例えば、より具体的には次のように製造される。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、スルーホールを有するメタルコア基板の製造方法を説明するための図であって、工程それぞれにおける状態を示す断面図である。まず、ドリル加工、Ｘ線穴あけ（即ち、レーザードリル加工）、パンチング、等といった穴あけ加工によりスルーホール用の貫通孔１が板厚方向に形成された板状のメタルコア２を用意する｛図３（ａ）参照｝。

次いで、図３（ｂ）に示されるように、メタルコア２の両主面側に複数のプリプレグ３および導電金属箔として銅箔４を順次積層し、この状態で加熱加圧成形を施す。すると、図３（ｃ）に示されるような銅箔張り積層体５が得られる。つまり、メタルコア２に複数のプリプレグ３および銅箔４を積層した図３（ｂ）に示される状態ではメタルコア２の貫通孔１は空隙を成しているが、前記加熱加圧成形により、プリプレグ３からの絶縁樹脂の流動、充填、そして硬化によって、前述の貫通孔１も一体的に埋められた状態を成した銅箔張り積層体５が得られる。

こうして得た銅箔張り積層体５に、メタルコア２の貫通孔１と同軸的に且つ、貫通孔１の径よりも小径の貫通孔６をドリル加工、Ｘ線穴あけ（即ち、レーザードリル加工）、等といった穴あけ加工により形成する｛図３（ｄ）参照｝。その後、貫通孔６を画成する内壁面も含めて銅箔張り積層体５の表面全体にメッキ処理を施し、これにより導電金属製のスルーホールを形成する。そしてその後、例えば、感光フィルム貼付、露光、現像、エッチング、感光フィルム剥離、等による所要の回路パターン形成処理、レジスト形成処理、等を施すことによって、メタルコア基板が得られる。

特許文献４には、上述したようなメタルコア基板の製造工程中で銅箔張り積層体の貫通孔を形成するドリル加工時にメタルコアの貫通孔内の絶縁樹脂にクラック（即ち、亀裂）が発生することを防止するための参考例が開示されている。この参考例ではメタルコアに貫通孔を形成した後、この貫通孔に耐クラック性に優れる樹脂を充填する。

この耐クラック性に優れる樹脂には、プリプレグに用いる樹脂に比べて、硬化後でも十分な可撓性をもつ材料が用いられる。この耐クラック性に優れる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂にアルミナやガラス短繊維等のフィラーを混入して、エポキシ樹脂だけの場合に発生し易いクラックを防ぐようにしたものが適する。この樹脂は、スキージ（即ち、へら）を用いてメタルコアに表面を擦ることにより、メタルコアの貫通孔に充填することができる。

このようにメタルコアの貫通孔を耐クラック性に優れる樹脂で充填し、そして或る程度硬化させた後、プリプレグを積層し、全体を硬化させる。そして小径のドリルを用いてメタルコアの貫通孔を貫通するように細い貫通孔を加工する。このとき、その細い貫通孔とメタルコアの貫通孔の内周面との間には耐クラック性に優れる樹脂の一部が環状に残る。この環状の樹脂（即ち、耐クラック層）は可撓性を持つから、ドリルで前述の細い貫通孔を加工する際に、亀裂が入りにくい。このためその後無電解銅メッキを施す際にメッキ液が耐クラック層に浸み込まないので、メタルコアとスルーホールメッキとの短絡（即ち、ショート）を防止することができる。

他方、プレスフィット技術は、周知のとおり、電気回路基板のスルーホールの径よりも大きな径あるいは幅を持つプレスフィット部を備えた導電金属製のプレスフィット端子をスルーホールに圧入し、プレスフィット部の弾性変形、つまり弾性復元力によるスルーホール内周面への圧接力で接触を維持する電気接続技術の一つである。

プレスフィット端子は、そのプレスフィット部に様々な形状を備えたものが従来から提案されており、例えば、ニードルアイタイプ、アクションピンタイプ、等といった分割梁型プレスフィット部を備えたものや、断面Ｃ形タイプ、断面Σ形（あるいは断面Ｍ形）タイプ、ボウタイタイプ、等といった断面形状変形型プレスフィット部を備えたもの等がある（例えば、特許文献５、６参照）。

プレスフィット技術導入のメリットとしては、ハンダを用いずに端子を電気回路基板のスルーホールに固定できるので環境保護の点で優れていること、同様に、電気回路基板のスルーホールへの端子フローハンダ付け工程を無くせるので実装作業の簡素化を図れること、ハンダ付けされた端子と比較して電気回路基板のスルーホールからの取り外しが容易であること（つまり、リサイクルを考慮して解体容易性が高いこと）、等を挙げることができる。

しかし、従来のメタルコア基板のスルーホールにプレスフィット端子をプレスフィット｛即ち、圧入および固定（電気接続）｝することは、信頼性を確保できず、実用化が困難であった。その理由について図４を参照しながら説明する。

図４は、従来のメタルコア基板のスルーホールにプレスフィット端子を圧入した状態を示す断面図である。尚、この図４では図３（ａ）〜図３（ｄ）と同一の部分に同一符号を付しているので、それらの部分の説明については簡略化あるいは省略する。図４に示される例では、プレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａに上述でも挙げた分割梁型（より詳細には、ニードルアイタイプ）のものを用いている。

図４に示されるように、このメタルコア基板５０でも、上述の加熱加圧成形により、プリプレグ３のガラス繊維織物３ａからの絶縁樹脂３ｂの流動、充填、そして硬化によって、メタルコア２の貫通孔１が埋められ、メッキ処理により形成されたスルーホール７とメタルコア２の貫通孔１の内周面との間に絶縁樹脂３ｂからなる環状の埋設樹脂部８が形成されている。

スルーホール７に圧入されたプレスフィット端子１０は、そのプレスフィット部１０ａがスルーホール７の内周面の中央部分辺り、即ち、環状の埋設樹脂部８内のスルーホール７の内周面の部分に弾性接触する。

スルーホール７に対するプレスフィット端子１０の挿入方向の位置決めは、例えば、特許文献７等で教示され、また、図５にも例示したように、コネクタハウジング７０の下面７０ａからプレスフィット部１０ａを含むプレスフィット端子１０の部分が突出するようにプレスフィット端子１０を収容および保持するコネクタハウジング７０の下面７０ａを基板８０の上面８０ａに当接させるといった位置決め手段で行なわれるものであってもよいし、或いは、プレスフィット端子１０を、そのプレスフィット部１０ａよりも上の端子本体の部分に位置決め突起を一体形成したものとし、その位置決め突起の下面をメタルコア基板５０の上面に当接させるといった位置決め手段で行なわれるものであってもよいし、或いは、プレスフィット端子１０をスルーホール７に圧入する圧入装置でスルーホール７へのプレスフィット端子１０の挿入深度を調整するといった位置決め手段で行なわれるものであってもよく、こういった適宜な位置決め手段で行なわれる。

上述のように、プレスフィット部１０ａは環状の埋設樹脂部８内のスルーホール７の内周面の部分に弾性接触するのだが、埋設樹脂部８が、強度の低い絶縁樹脂３ｂからなるため、プレスフィット部１０ａの弾性復元力によって、スルーホール７と共にクリープ変形する（即ち、拡径する方向に凹んだままとなってしまう）。

そのため、本来求めているプレスフィット部１０ａのスルーホール７の内周面への接圧が得られず、信頼性の極めて低いプレスフィットになってしまう。尚、特許文献４に開示されている参考例に関しても同様に、本来求めているプレスフィット部１０ａのスルーホール７の内周面への接圧が得られないことは言うまでもない。

特開平２−８９３９６号公報特開平５−２５１８３６号公報特開平１０−４１６２３号公報特許第３６８８３９７号明細書特開昭６０−４４９８３号公報特公昭５９−１９４１６号公報特開２００７−１０３０８８号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スルーホールへのプレスフィット端子のプレスフィットを高い信頼性をもって可能にするメタルコア基板を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るメタルコア基板は、下記（１）および（２）を特徴としている。
（１）貫通孔が両主面を貫通するように板厚方向に形成されたメタルコアと、
前記メタルコアの貫通孔を貫通する導電金属製のスルーホールと、
前記メタルコアの貫通孔内に該貫通孔を画成する前記メタルコアの内周面と前記スルーホールの外周面との間を埋めるように配置された埋設樹脂部と、
中空円筒形を有する導電金属製部材と、
を備え、
前記導電金属製部材が前記スルーホールに嵌め込まれており、前記導電金属製部材の穴にプレスフィット端子のプレスフィット部をプレスフィット可能であり、そして前記プレスフィット部が、前記導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際、該導電金属製部材を介して前記スルーホールに電気的に導通すること。
（２）上記（１）の構成のメタルコア基板において、
前記メタルコアの両主面上に前記板厚方向にそれぞれ積層されたプリプレグを更に備え、該プリプレグを前記スルーホールが貫通し、前記プリプレグがそれぞれ前記埋設樹脂部と接合されており、そして前記プレスフィット端子のプレスフィット部が、前記導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際、該導電金属製部材の穴を画成する内周面に拡径する方向の圧接力を持って接触し、これにより前記導電金属製部材との電気接続が維持されること。

上記（１）の構成のメタルコア基板では、中空円筒形を有する導電金属製部材がスルーホールに嵌め込まれており、該導電金属製部材の穴にプレスフィット端子のプレスフィット部をプレスフィット可能であり、そして該プレスフィット部が、導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際に該導電金属製部材を介してスルーホールに電気的に導通する。従って、この構成のメタルコア基板によれば、埋設樹脂部内に位置するスルーホールにプレスフィット端子のプレスフィット部が挿入されても（より詳細には、スルーホール内の導電金属製部材の穴にプレスフィット部が挿入されても）、スルーホールならびに埋設樹脂部が導電金属製部材により補強されているため、プレスフィット部の接圧を受ける範囲が広がり、プレスフィット部の弾性復元力によってスルーホールと共に埋設樹脂部がクリープ変形することが防止される（即ち、拡径する方向に凹んだままとなってしまうことが防止される）。よって、プレスフィット部の導電金属製部材の内周面への十分な接圧が得られ、信頼性の高いプレスフィットを実現するメタルコア基板のスルーホールとプレスフィット端子とのプレスフィット構造を提供できる。
上記（２）の構成のメタルコア基板では、メタルコアの両主面上に前記板厚方向にそれぞれ積層されたプリプレグをスルーホールが貫通し、該プリプレグがそれぞれ埋設樹脂部と接合されており、そしてプレスフィット端子のプレスフィット部が、導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際、該導電金属製部材の穴を画成する内周面に拡径する方向の圧接力を持って接触し、これにより導電金属製部材との電気接続が維持される。従って、この構成のメタルコア基板によれば、スルーホール内の導電金属製部材の穴にプレスフィット部が挿入されても、スルーホールならびに埋設樹脂部が導電金属製部材により補強されているため、プレスフィット部の接圧を受ける範囲がプリプレグ側に広がり、プレスフィット部の弾性復元力によってスルーホールと共に埋設樹脂部が拡径する方向に凹んだままとなってしまうことが防止される。よって、プレスフィット部の導電金属製部材の内周面への十分な接圧が得られる。

本発明によれば、メタルコア基板のスルーホールへのプレスフィット端子の信頼性の高いプレスフィットを実現できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係るメタルコア基板の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るメタルコア基板の実施形態の要部を示す図であって、メタルコア基板のハトメの穴にプレスフィット端子を圧入した状態を示す断面図である。尚、図１では図４と同一の部分に同一符号を付しているので、それらの部分の説明については簡略化あるいは省略する。

図１に示されるように、メタルコア基板１００は、貫通孔１が両主面を貫通するように板厚方向に形成されたメタルコア２と、メタルコア２の上の主面上にメタルコア２の板厚方向に積層されたプリプレグ３と、メタルコア２の下の主面上にメタルコア２の板厚方向に積層されたプリプレグ３と、メタルコア２の貫通孔１およびプリプレグ３それぞれを貫通するスルーホール７と、メタルコア２の貫通孔１内に該貫通孔１を画成するメタルコア２の内周面とスルーホール７の外周面との間を埋めるように配置され、且つプリプレグ３それぞれと接合された環状の埋設樹脂部８と、を備える電気回路基板である。

このメタルコア基板１００は、更に、図２にも示される中空円筒形の本体３１を有する導電金属製のハトメ（即ち、導電金属製部材）３０を備える。このメタルコア基板１００では、ハトメ３０の本体３１がスルーホール７に嵌め込まれており、このハトメ３０の本体３１の穴３１ａにはプレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａをプレスフィット可能である。プレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａが、ハトメ３０の穴３１ａにプレスフィットされると、ハトメ３０の穴３１ａを画成する本体３１の内周面に拡径する方向の圧接力を持って接触し、これによりプレスフィット部１０ａとハトメ３０との電気接続が維持される。また、この際、プレスフィット端子１０がハトメ３０の本体３１を介してスルーホール７に電気的に導通する。即ち、ハトメ３０の本体３１の外周面とスルーホール７の内周面とは面接触している。

尚、このメタルコア基板１００では、プレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａがプレスフィット可能なハトメ３０の本体３１を、スルーホール７に嵌め込む構造を備えるので、それに応じてメタルコア２の貫通孔１の直径、埋設樹脂部８の直径、小径の貫通孔６の直径、およびスルーホール７の直径が、図４のメタルコア基板５０に比べて大きく形成されている。また、ハトメ３０の穴３１ａに対するプレスフィット端子１０の挿入方向の位置決めについては、上述の説明を参照されたい。

この構成のメタルコア基板１００では、中空円筒形の本体３１を有する導電金属製のハトメ３０がスルーホール７に嵌め込まれており、該ハトメ３０の穴３１ａにプレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａをプレスフィット可能であり、そして該プレスフィット部１０ａが、ハトメ３０の穴３１ａにプレスフィットされた際に該ハトメ３０を介してスルーホール７に電気的に導通する。

従って、この構成のメタルコア基板１００によれば、埋設樹脂部８内に位置するスルーホール７にプレスフィット端子１０のプレスフィット部１０ａが挿入されても（より詳細には、スルーホール７内のハトメ３０の穴３１ａにプレスフィット部１０ａが挿入されても）、スルーホール７ならびに埋設樹脂部８がハトメ３０により補強されているため、プレスフィット部１０ａの接圧を受ける範囲がメタルコア２の板厚方向に（即ち、プリプレグ３側に）広がり、プレスフィット部１０ａの弾性復元力によってスルーホール７と共に埋設樹脂部８がクリープ変形することが防止される（即ち、拡径する方向に凹んだままとなってしまうことが防止される）。よって、プレスフィット部１０ａのハトメ３０の穴３１ａを画成する本体３１の内周面への十分な接圧が得られ、信頼性の高いプレスフィットを実現するメタルコア基板１００のスルーホール７とプレスフィット端子１０とのプレスフィット構造を提供できる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、組み合わせ、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

尚、メタルコア基板１００の製造方法については、上述した製造方法の説明から容易に類推可能であるので、これ以上の説明は省略する。

本発明に係るメタルコア基板の実施形態の要部を示す図であって、メタルコア基板のハトメの穴にプレスフィット端子を圧入した状態を示す断面図である。スルーホールに圧入されるハトメを示す斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、スルーホールを有する従来のメタルコア基板の製造方法を説明するための図であって、工程それぞれにおける状態を示す断面図である。従来のメタルコア基板のスルーホールにプレスフィット端子を圧入した状態を示す断面図である。メタルコア基板のスルーホールに対するプレスフィット端子の挿入方向の位置決めを行なうための位置決め手段の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：貫通孔
２：メタルコア
３：プリプレグ
３ａ：ガラス繊維織物
３ｂ：絶縁樹脂
４：銅箔（導電金属箔）
６：小径の貫通孔
７：スルーホール
８：埋設樹脂部
１０：プレスフィット端子
１０ａ：プレスフィット部
３０：ハトメ（導電金属製部材）
３１：本体
３１ａ：穴
１００：メタルコア基板

Claims

貫通孔が両主面を貫通するように板厚方向に形成されたメタルコアと、
前記メタルコアの貫通孔を貫通する導電金属製のスルーホールと、
前記メタルコアの貫通孔内に該貫通孔を画成する前記メタルコアの内周面と前記スルーホールの外周面との間を埋めるように配置された埋設樹脂部と、
中空円筒形を有する導電金属製部材と、
を備え、
前記導電金属製部材が前記スルーホールに嵌め込まれており、前記導電金属製部材の穴にプレスフィット端子のプレスフィット部をプレスフィット可能であり、そして前記プレスフィット部が、前記導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際、該導電金属製部材を介して前記スルーホールに電気的に導通することを特徴とするメタルコア基板。
前記メタルコアの両主面上に前記板厚方向にそれぞれ積層されたプリプレグを更に備え、該プリプレグを前記スルーホールが貫通し、前記プリプレグがそれぞれ前記埋設樹脂部と接合されており、そして前記プレスフィット端子のプレスフィット部が、前記導電金属製部材の穴にプレスフィットされた際、該導電金属製部材の穴を画成する内周面に拡径する方向の圧接力を持って接触し、これにより前記導電金属製部材との電気接続が維持されることを特徴とする請求項１に記載したメタルコア基板。