JP2010219206A - 積層回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】部品追加をすることなく簡単な構造で半田接続部に対する熱応力による影響を緩和でき、組み付け工数及びコストの削減を図ることのできる積層回路基板を提供する。
【解決手段】積層回路基板は、回路部を構成するバスバー６を樹脂モールド７してなる第１回路基板４に対して所定距離Ｈを置いて第２回路基板５を対向配置し、バスバー６に形成した接続端子９を、第２回路基板５に形成したスルーホールに挿入し半田１４にて接続して、第１回路基板４と第２回路基板５の回路部を電気的に接続させた構造である。本発明では、接続端子９をバスバー６から一体的に形成し、その接続端子９のうち第１回路基板４と第２回路基板５間の部位に応力緩和部１５を設ける。応力緩和部１５は、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位に切欠き部１６を形成して構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回路基板同士を所定間隔を置いて対向配置し、一方の回路基板の接続端子を他方の回路基板に形成したスルーホールに挿入し半田接続してなる積層回路基板に関する。

例えば、電動パワーステアリングユニット内構造では、大電流が流れる回路基板と、小電流が流れる回路基板と、に分かれている。

大電流が流れる回路基板は、熱の影響によりガラスエポキシ樹脂基板での対応は厳しいことから１枚の厚みのある銅板を打ち抜き加工してバスバーを形成し、そのバスバーを樹脂モールドした後に、電子部品を実装することで形成されている。

一方、小電流が流れる回路基板は、ガラスエポキシ樹脂基板が使われていて、その基板に電子部品を実装して形成されている。これら両回路基板は、所定距離を置いて対向配置され、接続端子をスルーホールに挿入し半田接続することで電気的に回路同士を接続させている。

しかし、両回路基板は、モールド樹脂とガラスエポキシ樹脂のように異なる樹脂で構成されているため、熱膨張係数の相違から熱変形量が異なる。そのため、両回路基板を接続する接続端子は、半田接続部に熱応力による歪みを与えてしまう。歪みが大きい場合には、半田接続部に割れやヒビ等が生じ、接続端子による接続信頼性が低下する。

前記接続端子による前記半田接続部への応力緩和技術としては、例えば、屈曲部を有した接続端子を応力緩和部品として別途用意し、その応力緩和部品としての接続端子をバスバーに接続する等の技術がある。この他、応力緩和技術として、別途用意した接続端子にスリットを形成するようにした技術もある（例えば、特許文献１等に記載）。

特開２００７−１６５６００号公報

しかしながら、応力緩和部品を別途追加すると、部品点数と組み付け工数が増え、コスト及びサイズがアップする。

そこで、本発明は、部品追加をすることなく簡単な構造で半田接続部に対する熱応力による影響を緩和でき、組み付け工数及びコストの削減を図ることのできる積層回路基板を提供することを目的とする。

本発明の積層回路基板では、第２回路基板に形成したスルーホールに挿入し半田接続される接続端子をバスバーから一体的に形成する。また、その接続端子のうち第１回路基板と第２回路基板間の部位に応力緩和部を設ける。

本発明の積層回路基板によれば、接続端子をバスバーから一体的に形成しているので、バスバー形成時に接続端子を同時に形成することができる。したがって、本発明によれば、組み付け工数及びコストの削減を図ることができる。

図１は本実施形態の積層回路基板を組み込んだモータユニットの断面図である。 図２は図１の積層回路基板のうち大電流が流れる第１回路基板を表側から見たときの斜視図である。 図３は図１の積層回路基板のうち大電流が流れる第１回路基板を裏側から見たときの斜視図である。 図４は図１の接続端子による半田接続部の要部拡大断面図である。 図５は応力緩和部が設けられた図４の接続端子を示す図である。 図６は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位の両側縁に切欠き部をその長さ方向で同じ位置に形成して応力緩和部とする加工例を示す図である。 図７は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位の両側縁に切欠き部をその長さ方向で互い違いの位置に形成して応力緩和部とする加工例を示す図である。 図８は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位の一方の側縁に切欠き部を形成して応力緩和部とする加工例を示す図である。 図９は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰すことなくその一方の側縁に切欠き部を形成して応力緩和部とした加工例を示す図である。 図１０は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰すことなく両側縁にその長手方向で互い違いの位置に切欠き部を形成して応力緩和部とする加工例を示す図である。 図１１は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰すことなく両側縁にその長手方向で同じ位置に切欠き部を形成して応力緩和部とする加工例を示す図である。 図１２は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端を潰すことなく捻って応力緩和部とする加工例を示す図である。 図１３（Ａ）は、例えば銅板を打ち抜き加工して形成する各バスバーの打ち抜きパターンを示し、図１３（Ｂ）は接続端子の打ち抜き後のブランク図、図１３（Ｃ）は接続端子の一部を曲げ加工して応力緩和部を形成した図をそれぞれ示している。 図１４（Ａ）は、例えば銅板を打ち抜き加工して形成する本実施形態における各バスバーの打ち抜きパターンを示し、図１４（Ｂ）は本実施形態の切欠きを形成して応力緩和部１５を形成した接続端子をそれぞれ示している。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［積層回路基板の構成説明］
図１は本実施形態の積層回路基板を組み込んだモータユニットの断面図、図２は図１の積層回路基板のうち大電流が流れる第１回路基板を表側（コンデンサ、コイル等の部品端子突出側）から見たときの斜視図、図３は図１の積層回路基板のうち大電流が流れる第１回路基板を裏側（コンデンサ、コイル等の部品実装面側）から見たときの斜視図、図４は図１の接続端子による半田接続部の要部拡大断面図、図５は応力緩和部が設けられた図４の接続端子を示す図である。

本実施形態は、本発明に係る積層回路基板を、電動パワーステアリングシステムに用いられるモータを駆動するための回路基板に適用した例である。ハウジング１には、図１に示すように、モータ２と、このモータ２を駆動制御するための駆動制御回路を構成する積層回路基板３と、が収容されている。

ハウジング１は、例えば熱伝導性の比較的良好なアルミニウム合金板等により形成される。かかるハウジング１は、その内部にモータ２と、積層回路基板３と、を収容させる筐体として形成され、例えば鋳造によって形成されている。

モータ２は、例えば三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のインバータモータとして構成されており、駆動制御回路により駆動される。

積層回路基板３は、大電流（例えば５０〜１００Ａ程度）が流れる第１回路基板４と、小電流（例えば１〜１０Ａ程度）が流れる第２回路基板５からなり、第１回路基板４に対して所定距離Ｈをおいて第２回路基板５を対向配置させ、両者の回路部を接続端子により電気的に接続させた構成としている。

第１回路基板４は、図２及び図３に示すように、回路部を構成するバスバー６を樹脂モールド７することにより形成されている。バスバー６は、例えば銅等の導電性に優れた１枚の厚みの厚い金属平板をプレス機で所定回路パターンに打ち抜いた後、所定部位を折曲げ加工することにより形成される。

樹脂モールド７は、バスバー６を金型内に配置し、その金型内に絶縁樹脂を充填し固化させるインサート成形によって形成される。インサート成形時には、バスバー６の一部（例えば接続端子が形成される部分）や第１回路基板４に実装される各種電子部品の接続端子をモールド樹脂７の外に露出させる。絶縁樹脂には、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）等を使用することができる。

樹脂モールド７には、表裏を貫く貫通孔８が複数形成されている。これら複数ある貫通孔８のうち一部の貫通孔８には、バスバー６から一体的に形成された接続端子９が設けられている。接続端子９は、第１回路基板４の一面４ａから略垂直に起立するようにされている。この他の貫通孔８には、例えば第１回路基板４に実装されるコンデンサ１０、リレー１１、コイル１２等の如き電子部品の端子部１３が設けられている。第１回路基板４の他面４ｂには、コンデンサ１０やリレー１１やコイル１２等の電子部品が実装される。

第２回路基板５は、第１回路基板４とは異なり大電流ではなく小電流が流れることからバスバーを用いた回路構成ではなく、ガラスエポキシ樹脂基板に形成した銅箔をマスキングしエッチングすることで所定パターンの回路部を構成している。

第１回路基板４と第２回路基板５は、所定距離Ｈを置いて対向配置され、バスバー６に形成した接続端子９を、第２回路基板５に形成したスルーホール（図示は省略する）に挿入し半田接続して、これら第１回路基板４と第２回路基板５の回路部を電気的に接続させた積層回路基板３を構成する。

接続端子９は、第１回路基板４と第２回路基板５の回路部を電気的に接続する端子で、前記バスバー６から一体的に形成されている。接続端子９は、第２回路基板５に形成されたスルーホールに挿入されて一面５ａ側から他面５ｂ側に貫通され、その他面５ｂ側に突き出た部位に半田１４が載せられてランド１４Ａに接続されることで半田接続部を形成する。

前記接続端子９には、図４及び図５に示すように、第１回路基板４と第２回路基板５間の部位に、応力緩和部１５が設けられている。応力緩和部１５は、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバー６と一体的に形成される接続端子９をプレス等で潰して、厚みの厚い図６（Ａ）の状態から図６（Ｂ）に示すように厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位に図６（Ｃ）に示すように切欠き部１６を形成して構成される。図５（Ａ）では、厚みを薄くした接続端子９の幅方向における両側縁９ａ、９ｂにコ字状をなす切欠き部１６をその長さ方向で互い違いの位置に形成した応力緩和部１５としている。図５（Ｂ）では、同じく厚みを薄くした接続端子９の幅方向における両側縁９ａ、９ｂにコ字状をなす切欠き部１６をその長さ方向で同一位置に形成した応力緩和部１５としている。これら２つの応力緩和部１５は、何れもスルーホールに挿入されて半田接続される接続端子９のみに形成される。

図５では、応力緩和部１５は、バスバー６のうち樹脂モールド７で被覆される部位の厚みに比べてその厚みが薄くされた樹脂モールド７から飛び出た部位である接続端子９の第１回路基板４と第２回路基板５間に対応する部位に形成した切欠き部１６によって、他の部位に対して厚みが薄い上に切欠きにより剛性が弱められている。このため、第１回路基板４と第２回路基板５を構成するそれぞれの樹脂材料の熱膨張係数の相違により生じる熱膨張で、例えば樹脂モールド７が第２回路基板５に比べて熱膨張係数が大きいとすると、樹脂モールド７が膨張して接続端子９を下方（図４中矢印Ｚ方向）へ押し上げ又は接続端子９を端子延在方向と直交する方向（図４矢印Ｘ方向）へ移動させて前記第２回路基板５の半田１４にＸ、Ｚ方向の応力を加えるが、その応力を接続端子９に設けた剛性の弱い応力緩和部１５が吸収する。その結果、この応力緩和部１５でエネルギー吸収されるため、半田１４へ加わる応力が緩和される。

前記応力緩和部１５を形成するには、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバー６と一体的に形成した接続端子９を潰して、厚みを薄くする。ここでは、図５（Ｂ）で示す応力緩和部１５の形状とする場合を例にとり説明する。図６（Ａ）は、金属厚板打ち抜き後のバスバー６に一体的に形成した潰し加工前の接続端子９を示す。潰し加工前の接続端子９の厚みＴを１．０ｍｍ、幅Ｗを１．０ｍｍとしている。図６（Ｂ）は、潰し加工後の接続端子９を示す。潰し加工は、プレス機に取り付けた鍛造用パンチで鍛造用ダイの上に載せた接続端子９を上から叩くことで、その厚みを薄くする。潰し加工後は、その厚みが薄くなると共に幅が広がり、厚みＴが元の半分の０．５ｍｍで幅Ｗが倍の２．０ｍｍになる。

次に、厚みＴが薄く幅Ｗが倍となった接続端子９に対して、図６（Ｃ）に示すように、切欠き部１６を形成する。切欠き加工は、プレス機に取り付けた打ち抜きパンチで打ち抜きダイの上に載せた接続端子９を打ち抜くことで、切欠き１６を形成する。ここでは、接続端子９の幅方向における両側縁９ａ、９ｂにコ字状をなす切欠き部１６をその長さ方向で同一位置に形成することで、応力緩和部１５としている。切欠き加工に際しては、その前段階で潰し加工によって厚みＴを薄くしているため、切欠き深さＬを多少深く取っても接続端子９が寄れることなく切欠くことができる。

図５（Ａ）で示す応力緩和部１５の形状とするには、同じく一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバー６と一体的に形成した図７（Ａ）で示す接続端子９を潰して、図７（Ｂ）で示すように厚みを薄くする。その後、厚みＴが薄く幅Ｗが広くなった接続端子９の幅方向における両側縁９ａ、９ｂにコ字状なす切欠き部１６をその長さ方向で互い違いの位置に形成して応力緩和部１５とする。

この他、応力緩和部１５は、図８で示すような形状に形成してもよい。先ず、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバー６と一体的に形成した図８（Ａ）で示す接続端子９を潰して、図８（Ｂ）で示すように厚みを薄くする。その後、厚みＴが薄く幅Ｗが広くなった接続端子９の幅方向における一方の側縁９ａのみにコ字状をなす切欠き部１６を形成して応力緩和部１５とする。

以上、本実施形態では、接続端子９全体を潰す例を示したが、接続端子９の一部を潰し薄くなった部分に応力緩和部を設けても良い。

「本実施形態の効果」
以上のように構成された積層回路基板３によれば、接続端子９をバスバー６から一体的に形成したので、バスバー形成時に接続端子９を同時に形成することができる。また、本実施形態の積層回路基板３によれば、接続端子９のうち第１回路基板４と第２回路基板５間の部位に応力緩和部１５を設けたので、その応力緩和部１５で接続端子９から受ける半田接続部への応力を緩和することができる。したがって、半田１４に割れやヒビが入るのを回避することができる。

従来では、応力を緩和するための湾曲部を形成した接続端子を別部品として用意していた。しかし、本実施形態では、バスバー６から一体的に形成した接続端子９に応力緩和部１５を設けることで、部品点数を削減することができる。これにより、本実施形態によれば、組立工数を減らすことができ、コストの低減ができる。

更に、図１３を用いて説明すると、バスバー６から接続端子９を形成すると、従来の接続端子９は曲げ加工により応力緩和部３０が形成されていたため、曲げ加工分βだけ端子を長くする必要がある。図１３（Ａ）は、例えば銅板を打ち抜き加工して形成する各バスバー６（６Ａ、６Ｂ）の打ち抜きパターンを示し、図１３（Ｂ）は接続端子９の打ち抜き後のブランク図、図１３（Ｃ）は接続端子９の一部を曲げ加工して応力緩和部３０を形成した図をそれぞれ示している。この一方で、バスバー基板上に形成される大電流パターン６Ａは、大電流を流すため一定幅Ａは必須になる。そのため、バスバー基板サイズが、前記曲げ加工分βだけ拡大する。並列される２つのバスバー６Ａ、６Ｂは、プレス加工上、両者の間に所定のクリアランスＢが必要となる。

これに対し本実施形態では、接続端子９に切欠き１６を形成したため、図１４に示すように接続端子９を前記した曲げ加工分βだけ短くでき、バスバー基板サイズを前記βだけ小型化することができる。図１４（Ａ）は、例えば銅板を打ち抜き加工して形成する本実施形態における各バスバー６（６Ａ、６Ｂ）の打ち抜きパターンを示し、図１４（Ｂ）は本実施形態の切欠き１６を形成して応力緩和部１５を形成した接続端子をそれぞれ示している。

また、本実施形態の積層回路基板３によれば、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバー６と一体的に形成される接続端子９を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位に切欠き部１６を形成して応力緩和部１５としたので、厚みを薄くすることでその後の切欠き部１６形成が容易になる。

また、本実施形態の積層回路基板３によれば、スルーホールに挿入されて半田接続される接続端子９のみに応力緩和部１５を設けたので、全ての接続端子に応力緩和部１５を設ける場合に比べて、その加工工数を削減することができ、コストダウンを図れる。

「その他の実施形態」
図９は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子に切欠き部を形成して応力緩和部とした加工例を示す図である。

この実施形態では、先の実施形態のように潰し加工をすることなくバスバー６から一体的に形成した厚みの厚い図９（Ａ）の接続端子９の状態で、切欠き部１６を形成する。ここでは、切欠き加工前の接続端子９の厚みＴを１．０ｍｍ、幅Ｗを１．０ｍｍとしている。図９（Ｂ）は、切欠き加工後の接続端子９を示す。切欠き部１６は、プレス機に取り付けた打ち抜き用パンチで打ち抜き用ダイの上に載せた接続端子９を打ち抜くことで、接続端子９の一方の側縁９ａに切欠き部１６を形成する。切欠き部１６の深さＬは、板厚Ｔが厚いため深くは入れることはできず０．２ｍｍとする。

このように、切欠き部１６の深さＬは深くはないが切欠き部１６を入れることで、この部位の剛性が他の部位よりも弱くなり、該切欠き部１６を入れた部位が応力緩和部１５として機能することになる。

図１０は同じく一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子の両側縁にその長さ方向で互い違いに切欠き部を形成して応力緩和部とした加工例を示す図である。この実施形態では、潰し加工をすることなくバスバー６から一体的に形成した厚みの厚い図１０（Ａ）の接続端子９の状態で、切欠き部１６を形成する。切欠き加工前の接続端子９の厚みＴ及び幅Ｗは、図９（Ａ）と同様、共に１．０ｍｍとしている。図１０（Ｂ）は、切欠き加工後の接続端子９を示す。切欠き部１６は、接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに切欠き部１６をその長手方向で互い違いに形成する。切欠き部１６の深さＬは、接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに入れるため、図９（Ｂ）の場合の半分の０．１ｍｍとする。

接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに切欠き部１６を入れることで、この部位の剛性が他の部位よりも弱くなり、該切欠き部１６を入れた部位が応力緩和部１５として機能することになる。

図１１は同じく一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子の両側縁にその長さ方向で同じ位置に切欠き部を形成して応力緩和部とした加工例を示す図である。この実施形態では、潰し加工をすることなくバスバー６から一体的に形成した厚みの厚い図１１（Ａ）の接続端子９の状態で、切欠き部１６を形成する。切欠き加工前の接続端子９の厚みＴ及び幅Ｗは、図９（Ａ）と同様、共に１．０ｍｍとしている。図１１（Ｂ）は、切欠き加工後の接続端子９を示す。切欠き部１６は、接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに切欠き部１６をその長手方向で同じ位置に形成する。切欠き部１６の深さＬは、接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに入れるため、図９（Ｂ）の場合の半分の０．１ｍｍとする。

接続端子９の両側縁９ａ、９ｂに切欠き部１６を入れることで、この部位の剛性が他の部位よりも弱くなり、該切欠き部１６を入れた部位が応力緩和部１５として機能することになる。特に、同じ位置に切欠き部１６を入れたので、図１０（Ｂ）のものに比べて剛性がさらに弱くなり、熱膨張による接続端子９からの半田１４への応力をより一層吸収することが可能となる。

図１２は一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を捻って応力緩和部を形成した加工例を示す図である。この実施形態では、潰し加工をすることなくバスバー６から一体的に形成した厚みの厚い図１２（Ａ）の接続端子９の状態で、捻って応力緩和部１５を形成する。捻り加工前の接続端子９の厚みＴ及び幅Ｗは、図９（Ａ）と同様、共に１．０ｍｍとしている。図１２（Ｂ）は、捻り加工後の接続端子９を示す。接続端子９の第１回路基板４と第２回路基板５間の部位をその長手方向を軸として回転するように捻ることで、剛性が他の部位よりも弱くなり、その捻られた部位が応力緩和部１５となる。

前記した図９から図１２で示す実施形態では、何れも潰し加工をせずに応力緩和部１５を形成するため、潰し加工を行う場合に比べて加工工数を減らすことができ、コストを低減することができる。中でも、図１２の接続端子９を捻ることで応力緩和部１５とした実施形態では、切欠き部１６を形成しないため加工が容易である。

以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態に制限されることはない。

本発明は、回路基板同士を所定間隔を置いて対向配置し、一方の回路基板の接続端子を他方の回路基板に形成したスルーホールに挿入し半田接続してなる積層回路基板に利用することができる。

１…ハウジング
２…モータ
３…積層回路基板
４…第１回路基板
５…第２回路基板
６…バスバー
７…樹脂モールド
９…接続端子
１５…応力緩和部
１６…切欠き部

Claims (3)

1. 回路部を構成するバスバーを樹脂モールドしてなる第１回路基板に対して所定距離を置いて第２回路基板を対向配置し、バスバーに形成した接続端子を、第２回路基板に形成したスルーホールに挿入し半田接続して、第１回路基板と第２回路基板の回路部を電気的に接続させた積層回路基板であって、
   前記接続端子を前記バスバーから一体的に形成し、前記接続端子のうち前記第１回路基板と前記第２回路基板間の部位に応力緩和部を設けた
   ことを特徴とする積層回路基板。
2. 請求項１に記載の積層回路基板であって、
   前記応力緩和部は、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子を潰して厚みを薄くし、その厚みが薄くされた部位に切欠き部を形成してなる
   ことを特徴とする積層回路基板。
3. 請求項１に記載の積層回路基板であって、
   前記応力緩和部は、一枚金属厚板を打ち抜いて形成したバスバーと一体的に形成される接続端子に、切欠き部を形成してなる
   ことを特徴とする積層回路基板。

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