JP2010509782A - 非常に強い電流がその中を流れることが可能なプリント基板及びそれに対応する製造方法 - Google Patents

Abstract

電子的コンポーネントを受けるようにデザインされ且つ上にプリントされた導電性トラック（１２）を有するプリント回路または基板ボード（１０）の上に、一つまたはそれ以上の導電性バー（１８）が設けられ、これらの導電性バーは、導電性の接続面（１４０，１４２，１４４）の間に、順に取り付けられている。これらの導電性バー（１８）は、後続のハンダ付けプロセスの間に電気的に相互に接続され、そのハンダ付けプロセスは、流動ハンダ付けプロセス、またはリフロー炉の中でのハンダ付けプロセスのいずれかである。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント回路または基板の上にパワー・コンポーネントを取り付ける分野に係り、特に、５００アンペア（Ａ）以上のオーダー大電力の電流を流すことを可能にするアーキテクチャに係る。

今日、プリント回路または基板上に大電流を流そうとするとき、導電性トラックのサイズが増大されることが可能であることが知られている。もし、トラックの幅が増大された場合、例えば、標準的な３ｍｍの代わりに４０ミリメーター（ｍｍ）に増大された場合、それは、特に高価なものになる。その理由は、その場合には、プリント回路または基板の表面の大半が、トラックだけのために使用されることになるからである。このようにして、その代わりに、トラックの厚さを増大させることが、しばしば、好ましいことになる。このようにして、標準的な技術では、幅３ｍｍのトラックに対して、厚さ３５マイクロメーター（μｍ）の銅を使用して、１０Ａの最大電流を流すことが可能であるが、厚さ１４０μｍを使用することにより、幅３ｍｍのトラックを使用して、２５Ａの電流に到達することが可能であり、幅２５ｍｍのトラックを使用して、１００Ａの電流に到達することが可能である。

また、積層による多層技術を用いて、厚さ２１０μｍの銅を使用することにより、２５０Ａの電流に到達することが可能になることも知られている。しかしながら、それを実現するコストは、かなり高くなる。大電流を流すための他の技術は、十分な配線を使用するソリューションを採用することである。しかしながら、このソリューションもまた、非常にコストが掛かり、且つ、配線エラーの頻度が増大するおそれがある。それに加えて、このやり方は、差込可能なモジュールに対して、適応することが困難である。

このようにして、本発明の目的は、新規なプリント回路アーキテクチャを提案することにより、上述の欠点を緩和することにあり、このアークテクチャによれば、同等のプリント回路構造に対して、非常に大きな電流を流すことが可能なる。本発明の目的はまた、従来のプリント回路または基板組み立て方法を使用して、このアーキテクチャを実施することにある。

これらの目的は、電子的コンポーネントを受けるようにデザインされ、その上にプリントされた導電性トラックを有するプリント基板により実現される。このプリント基板の特徴は、それが、更に、規則的に間隔を開けて配置された複数の導電性の接続面を有していて、それらの接続面は、後続のハンダ付けプロセスの間に、複数の導電性バーを電気的に相互に接続するようにデザインされ、これらのバーは、順に取り付けられ、且つ、電気的に相互に接続される互いに隣接する導電性バーの一部が、共通の導電性の接続面の上にあることにある。

このようにして、大電流が、単一の導電性のパワー・トラックの中を流れる代わりに、今や、一種のパワー“レール”の中を流れることになり、それによって、レールを形成する導電性バーの断面によってのみ制限されるレベルの電流を流すことが可能になる。

前記ハンダ付けプロセスの間に電気的に相互に接続される導電性バーの前記一部は、前記導電性バーの端部または長手方向のエッジである。

好ましくは、前記導電性バーは、接着剤のスポットにより、基板の上に保持される。

好ましくは、前記ハンダ付けプロセスは、前記プリント基板の上に、前記電子的コンポーネントをハンダ付けすることによるプロセスである。

好ましくは、前記導電性バーは、金属のバー、好ましくは銅またはアルミニウムで作られたバーであって、それらは、好ましくは、ニッケル合金で作られた保護層で覆われていても良い。前記導電性バーのそれぞれは、流れる電流のレベルにより決定される断面を有している。

前記導電性の接続面は、互いに接続されて、連続する導電性表面を形成しても良い。その場合、前記連続する導電性表面は、好ましくは、その上に前記接着剤のスポットを受けるため抵抗ゾーンを含んでいる。この形態において、連続する導電性表面はまた、オプションとして、電流の一部を流しても良いが、そのような伝導がなす寄与は、導電性バーによる寄与と比べて、僅かなものに止まる。

他の実施形態、特に、リフロー炉の中でのハンダ付けに適用される実施形態において、前記導電性の接続面の寸法は、リフロー炉の中で加熱されることによって、導電性の接続面の、オプションとしてオフセットされたゾーンの上に堆積されたハンダ・ペーストが、前記導電性の接続面の上にある二つの隣接する導電性バーの間の間隙を正確に満たすことになるように、設定される。

本発明はまた、前記基板の少なくとも一つの連続する導電性表面の上に、非常に大きな電流を通すことを可能にするプリント基板を製造する方法を提供する互いに。この方法の特徴は、前記連続する導電性表面が、規則的に間隔を開けて配置された複数の導電性の接続面から作られ、これらの接続面は、後続のハンダ付けプロセスの間に、複数の導電性バーを電気的に相互に接続するようにデザインされ、これらのバーは、順に取り付けられ、且つ、電気的に相互に接続された互いに隣接する導電性バーの一部が、共通の導電性の接続面の上にあることにある。好ましくは、前記導電性の接続面は、銅またはニッケルで作られた表面である。

考慮される実施において、前記ハンダ付けプロセスは、流動ハンダ付け（wave soldering）によりまたはリフロー炉の中で、前記プリント基板の上に電子的コンポーネントをハンダ付けすることにある。

図１は、本発明の第一の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する三つの連続するステップ（その１）を示す。 図２は、本発明の第一の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する三つの連続するステップ（その２）を示す。 図３は、本発明の第一の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する三つの連続するステップ（その３）を示す。 図４は、本発明の第二の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する四つの連続するステップ（その１）を示す。 図５は、本発明の第二の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する四つの連続するステップ（その２）を示す。 図６は、本発明の第二の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する四つの連続するステップ（その３）を示す。 図７は、本発明の第二の実施において、プリント回路または基板ボードを製造する四つの連続するステップ（その４）を示す。 図８は、先行技術によるプリント回路ボードを示す。

本発明の特徴及び優位性は、非限定的な例として、添付図面を参照しながら行われる以下の説明から、より明らかになる。

図８は、プリント回路ボードなどのような、プリント基板のための従来のアーキテクチャの詳細を示す。このプリント基板は、コンダクタまたは導電性トラック１２、及び、絶縁性回路ボードまたは基板１０の上面の上に取り付けられたパワー・トラック１４を含んでいる。標準的な形態において、例えば、トラックを形成する銅レイヤの厚さは、３５μｍであり、パワー・トラックの幅は、３ｍｍである。

良く知られているように、様々なトラックが、プリント基板の上に取り付けられた様々な電子的コンポーネント（図示されていない）を相互に接続するために使用され、電気的な接触が、高温の締結手段（図示されていない）によりもたらされ、この締結手段は、リフロー炉の中で加熱されることにより“ハンダ”スポットの上に堆積されているか、あるいは、流動ハンダ付けプロセスの間に、アクセス可能な導電性のゾーンの全ての上に堆積されている。

電子的カードを組み立ててハンダ付けするための今日のプロセスを変更することなく、本発明は、所与の銅の厚さに対して、そのような銅の厚さを使用して流すことがこれまで可能でなかった電流を通すことを可能にするプリント基板を提案する。特に、従来のプロセスにより、流動ハンダ付けによりまたはリフロー炉の中で製造されるプリント基板の構造が提案され、この構造は、標準的な銅の厚さの３５μｍ及びパワー・トラックの幅の３ｍｍを使用して、５００Ａ以上の電流を流すことを可能にするものである。

この目的のために、本発明によれば、そして、図１から３の中に示された第一の実施形態に示されているように、且つ、特に、流動ハンダ付けプロセスに適切であるように、パワー・トラックが、複数の導電性の接続面１４０，１４２，１４４により置き換えられ、それらの接続面は、好ましくは銅で作られるが、ニッケルで作られることも可能であり、それらは、規則的に間隔を開けて配置される。基板に複数の導電性バー１８を固定するために、これらの接続面の間に、接着剤のスポット１６が堆積され、二つの隣接する導電性バーの互いに向かい合う端部は、共通の接続面の上にある。前記導電性バーは、好ましくは、金属によりより作られ、例えば銅またはアルミニウムで作られ、好ましくは、ニッケル ・スルファミン酸塩またはニッケル−銀合金などのようなニッケル合金で作られた保護層で覆われることが可能である。

前記導電性バーのそれぞれは、１０ｍｍの長さ（但し、その長さに制限はない）、例えば、１ｍｍから５ｍｍの範囲にある高さ（但し、流される電流のレベルに依存する）を有することが可能であり、幅は、様々に変わることが可能であり、例えば３ｍｍであり、それは、前記バーが互いに固定される銅の接続面の幅と同じオーダーの値である。

図２は、バーの配置例を示し、この例において、バーは、それらの端部の間に間隙を有して、順に配置され、それらの間隙は、約０．４ｍｍの幅を有し、この幅は、接続面の幅より小さいが、流動ハンダ付けプロセスの間に、ハンダのブリッジ２０を形成するためには、十分に大きく、それにより、二つの隣接するバーの間に導電性の接合部をもたらす（図３）。このハンダ付けは、好ましくは、プリント基板の上に取り付けられた他のコンポーネントの全てをハンダ付けするウェーブ（wave：流動波）を用いて実施される。しかし、ハンダ付けが、コンポーネントを固定するウェーブとは異なる第一のウエーブにより実施されることもまた、可能である。

このハンダ付けプロセスの最後に、パワー・トラックが得られる代わりに、パワー“レール”が得られ、その場合に、このパワー・レールは、非常に大きな電流を流すことを可能にする。その電流は、例えば、寸法１０ｍｍＸ５ｍｍＸ３ｍｍのバーを使用して、１００Ａである。この電流は、もはやパワー・トラックを通って直接流れることがなく、ハンダ接合部により相互に接続された、導電性バーの中を通って流れ、この場合、この導電性バーの断面が、許容可能な電流強度を決定することになる。

ここで注意すべきことは、レールが直角を形成するとき（形態は示されていない）、順に配置された互いに隣接する導電性バーの間の接触は、もはや、それらの端部を介して確立されることがなく、例えば、第一のバーの一方の端部と第二のバーの長手方向に伸びるエッジの間で、確立される。

図４から７に、本発明の第二の実施形態を示す。この実施形態は、リフロー炉の中で行われるハンダ付けプロセスに、特に適用される。

図４は、プリント基板を示し、このプリント基板は、その導電性トラック１２及びその導電性の接続面１４０，１４２，１４４を有し、それらは、基板ボード１０の表面に付けられている。先の例と同様に、前記導電性の接続面は、銅またはニッケルで作られていて、導電性バーの長さにより、実質的に間隔を開けて配置されている。しかしながら、この第二の実施形態において、表面のそれぞれが、ハンダ・ペーストのブロックを受けるようにデザインされたオフセット・ゾーン２２を有することが可能である（図６参照方）。図４の例に示されているように、各導電性の接続面の、寸法及び特定の断面形状は、炉の中で加熱されることにより、オフセット・ゾーン２２の上に堆積されたハンダ・ペースト２０が、二つの隣接する導電性バーの間隙を正確に満たすことになるように設定される（図７）。

先行する実施形態と同様に、各導電性の接続面の間に位置する各基板ゾーンは、一つまたはそれ以上の接着剤のスポット１６を有していて、それにより、順に配置された導電性バーは、後続のハンダ付けプロセスの間に、基板に十分に接着される。

本発明によれは、電流が、パワー・トラックを介してもはや流れることがなく、従って、そのトラックの中を流れる際に“ボトル・ネック”による影響を受けることがなく、ハンダ接合部を介して導電性バーの中を流れることになるで、５００Ａまでの電流、またはそれよりも大きい非常に大きな電流を、特に低いコストで流すことが可能になる。その理由は、ハンダ付けプロセス及びプリント基板のデザインの、何れもが変更されることがなく、基板が、接続面を含めて、３５μｍの厚さを有する銅のトラックを備えた標準的な回路のままで止まるからである。

注意すべきことは、以上で示された例において、パワー・レールは直線状であって、バーが順に配置されているが、当然ながら、パワー・レールが、全く異なる形態を取ることが可能である。それは、例えば、ドミノ（dominos）のやり方であって、一つのレールが他のレールの端部に対してまたはそれを横切って９０°曲げられた形態を取ることが可能であり、その場合、ハンダ付けプロセスの間に形成される電気的な接続は、共通の導電性の接続面の上にあるバーの一部を介して行われる。当然、レールを作るバーの少なくとも二つは、直接の外部リンクのための、それぞれ組み込まれたコネクター（ターミナル）を有していて（即ち、基板のトラックを介して行われることがなく、各バーのコネクターは、その端部の内の一つに配置される。

ここに示された例においては、接続面は、互いに対して独立であるが、それらを相互に接続することも、全く可能である。その場合には、その上に接着剤のスポットを堆積させる目的のため、その結果得られる連続する導電性表面に抵抗ゾーンを設けることが、好ましい。この形態は、更なる電流の伝導を保証するが、それは低い電流であって、導電性バーを通る電流伝導と比べて、全く比較にならない。

本発明は、非常に大きな電力コンポーネント、整流器、または同等のデバイスのための、プリント回路カードの設計に、特に適用される。

Claims (15)

1. プリント基板であって、
   電子的コンポーネントを受けるようにデザインされ且つ当該プリント基板（１０）上にプリントされた導電性トラック（１２）を有するプリント基板において、
   当該プリント基板は、規則的に間隔を開けて配置された複数の導電性の接続面（１４０，１４２，１４４）を、更に有し、それらの接続面は、後続のハンダ付けプロセスの間に複数の導電性バー（１８）を電気的に相互に接続するようにデザインされ、
   それらの導電性バーは、順に取り付けられ、且つ電気的に相互に接続される互いに隣接する導電性バーの一部が、共通の導電性の接続面の上にあること、
   を特徴とするプリント基板。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記ハンダ付けプロセスの間に電気的に相互に接続される導電性バーの前記一部は、前記導電性バーの端部または長手方向のエッジである。
3. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記導電性バーは、接着剤のスポット（１６）により、前記基板の上に保持される。
4. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記ハンダ付けプロセスは、前記電子的コンポーネントを前記プリント基板の上にハンダ付けすることによるプロセスである。
5. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記導電性バー（１８）は、金属のバーであって、好ましくは、銅またはアルミニウムで作られたバーである。
6. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記導電性バー（１８）は、ニッケル合金で作られた保護層で覆われている。
7. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記導電性バー（１８）のそれぞれは、流される電流のレベルにより決定される断面を有している。
8. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
   前記導電性の接続面の寸法は、リフロー炉の中で加熱されることにより、導電性の接続面のゾーン（２２）の上に堆積されたハンダ・ペーストが、前記導電性の接続面の上にある互いに二つの隣接する導電性バー（１８）の間の間隙を正確に満たすことになるように、設定される。
9. 下記特徴を有する請求項８に記載のプリント基板：
   前記ゾーンは、オフセットされる。
10. 下記特徴を有する請求項１に記載のプリント基板：
    前記導電性の接続面は、互いに接続されて、連続する導電性表面を形成する。
11. 下記特徴を有する請求項１０に記載のプリント基板：
    前記連続する導電性表面は、その上に前記接着剤のスポットを堆積させるための抵抗ゾーンを含んでいる。
12. プリント基板を製造する方法であって、当該プリント基板（１０）の連続する導電性表面上で非常に大きな電流を通すことを可能にする方法において、
    前記連続する導電性表面は、規則的に間隔を開けて配置された複数の導電性の接続面（１４０，１４２，１４４）から作られ、それらの接続面は、後続のハンダ付けプロセスの間に、複数の導電性バー（１８）を電気的に相互に接続するようにデザインされ、
    前記バーは、順に取り付けられ、且つ電気的に相互に接続される互いに隣接する導電性バーの一部が、共通の導電性の接続面の上にあること、
    を特徴とする方法。
13. 下記特徴を有する請求項１２に記載のプリント基板を製造する方法：
    前記導電性の接続面は、銅またはニッケルで作られた表面である。
14. 下記特徴を有する請求項１２に記載のプリント基板を製造する方法：
    前記ハンダ付けプロセスは、流動ハンダ付けにより、前記プリント基板の上に電子的コンポーネントをハンダ付けすることにある。
15. 下記特徴を有する請求項１２に記載のプリント基板を製造する方法：
    前記ハンダ付けプロセスは、リフロー炉の中で、前記プリント基板の上に電子的コンポーネントをハンダ付けすることにある。

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