JP2013094986A - 複合基板および複合基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特殊な工具や作業工数を要することなく、簡易に射出成形基板とプリント配線基板とを接合することが可能な複合基板の製造方法等を提供する。
【解決手段】 回路導体１３を所定位置にピン等で射出成形金型である金型１９ａ、１９ｂに固定する。この際、プリント配線基板１５を所定の位置に配置し、プリント配線基板５のパット１５と回路導体１３とを接触させる。この状態で、金型１９ａ、１９ｂにより形成されるキャビティ内に樹脂１１を射出して射出成形を行う。金型１９ａ、１９ｂ内に樹脂１１を射出する際、射出温度によって回路導体１３（めっき層１７）の温度が上昇する。射出温度がめっき層１７の溶融温度よりも高ければ、射出時にめっき層１７が溶融する。したがって、回路導体１３の表面とパット１５との接触部において、めっき層１７が溶融し、その後の冷却時にろう付けされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、家電、産業機器等に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の大電流回路が設けられた射出成形基板と、制御回路である小電流用のプリント配線基板とが接合された、複合基板の製造方法等に関するものである。

従来、自動車・家電・産業機器等に用いられている大電流回路が設けられた射出成形基板は、それらを制御するための制御回路が設けられたプリント配線基板と接続されて用いられる場合がある。このような射出成形基板とプリント配線基板との接続は、配線によるジャンパー接続、バスバー半田付け接続、またはコネクタ接続等で接続されており、それらを簡易的にかつ小型化するための様々な工夫がなされている。

このような基板としては、例えば、ランド部分を有するプリント基板と、プリント基板のランド部分に挿入され、プリント基板を介して一端側にはフランジを有し、他端側にはカシメ部を有するファスナーと、プリント基板のランド部分及びファスナーを接続すると共にプリント基板及びファスナーを固定するはんだ部とを備えた大電流基板がある（特許文献１）。

また、配線板に大電流回路を形成するために上部銅バスバーおよび下部銅バスバーを、圧着部品を介して接続した大電流配線板において、圧着部品の両端部にメネジを設けて上部銅バスバーおよび下部銅バスバーを個別に接続するように構成した大電流配線板がある（特許文献２）。

また、導電体を用いて形成した導体パターンを樹脂で覆うように成形された樹脂成形回路基板と、樹脂成形回路基板に形成される回路より微細でかつ導体パターンの接合部と接合される接合部を有する微細回路を有する微細基板とを備えて、樹脂成形回路基板の導体パターンの接合部と微細基板の接合部とを半田等の接続導体を介して電気的に接合する回路基板がある（特許文献３）。

特開平１０−２５５８８０号公報 特開平０５−２０５７９１号公報 特開２００１−２２３４５２号公報

しかし、特許文献１のような方法では、接続にはカシメ部を有するファスナーを用いる必要がある。また、ファスナーをかしめるための専用工具とその工程が必要となる。したがって、部品点数が増え、かしめ作業の工数を要する。

また、特許文献２のように、両端部にメネジが設けられた圧着部品を介して上部銅バスバーおよび下部銅バスバーを個別に接続する場合は、特許文献１と同様に、圧着部品およびこれを圧着する専用工具が必要となるとともに、圧着作業が必要となる。また、ネジによる接続であるため、振動等によって電気的接続の信頼性に問題が生じる恐れがある。

また、特許文献３の方法では、半田等の接合導体を用いるため、圧着等に用いられる専用工具は不要であるものの、半田を接合部にあらかじめ配置する必要がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、特殊な工具や作業工数を要することなく、簡易に射出成形基板とプリント配線基板とを接合することが可能な複合基板の製造方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、複合基板の製造方法であって、表面にめっき層が形成された回路導体と、プリント配線基板と、を用い、前記回路導体の一部を前記プリント配線基板の接合部と接触させた状態で、前記回路導体の表面に樹脂を射出し、射出時の前記樹脂の熱によって、前記回路導体の表面のめっき層を溶融させて、前記回路導体と前記接合部とをろう付けすることで、前記回路導体の表面に前記樹脂が射出成形された射出成形基板と前記プリント配線基板とを接合することを特徴とする複合基板の製造方法である。

前記樹脂の溶融温度は、前記めっき層の溶融温度よりも高いことが望ましい。

前記回路導体の一部には、凸部が形成されており、前記プリント配線基板には、内面に前記接合部を有するスルーホールが設けられ、前記スルーホールに前記凸部を挿入した状態で射出成形金型を閉じることで、前記射出成形金型の内面に形成される突起により、前記スルーホールから露出する前記凸部の先端を潰すことで、前記射出成形基板と前記プリント配線基板とをかしめるとともに、前記スルーホールの内面の前記接合部が前記回路導体とろう付けされてもよい。

第１の発明によれば、射出成形基板を形成するための樹脂の射出時に、その熱を利用してプリント配線基板と回路導体とがろう付けされる。したがって、接合のための部材や、工具および他の接続工程が不要である。

また、このようなろう付けは、あらかじめ回路導体の表面に施されためっき層が、射出成形時の温度によって溶融することで行うことができるため、接合部に半田等を配置する必要がない。

また、樹脂の溶融温度がめっき層の溶融温度よりも高ければ、確実にめっき層を溶融して、ろう付けを行うことができる。

また、回路導体の一部に凸部を形成しておき、プリント配線基板のスルーホールに凸部を挿入した状態で、射出成形金型を閉じることで、射出成形金型の内面に形成される突起により、スルーホールから露出する凸部の先端を潰すことができる。したがって、射出成形工程において、プリント配線基板を回路導体と確実に一体化することができる。この際、かしめのための工具や、別途のかしめ工程が不要である。

また、この際、スルーホールの内面に接合部が形成されているため、スルーホール内面の接合部で回路導体をろう付けすることができる。

第２の発明は、複合基板であって、表面にめっき層が形成された回路導体と、前記回路導体の表面に樹脂が射出成形された射出成形基板と、電子部品が搭載されたプリント配線基板と、を具備し、前記回路導体の一部には、凸部が形成されており、前記プリント配線基板には、内面に接合部を有するスルーホールが設けられ、前記スルーホールから露出する前記凸部の先端が潰れることで前記射出成形基板と前記プリント配線基板とがかしめられており、前記スルーホールの内面の前記接合部と前記凸部の外面とが前記めっき層によってろう付けされていることを特徴とする複合基板である。

第２の発明によれば、プリント配線基板と射出成形基板とが確実に接合され、信頼性に優れた複合基板を得ることができる。

本発明によれば、特殊な工具や作業工数を要することなく、簡易に射出成形基板とプリント配線基板とを接合することが可能な複合基板の製造方法等を提供することができる。

複合基板１を示す斜視図。 （ａ）は複合基板１の断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図。 複合基板１の製造工程を示す図。 プリント配線基板５ａを示す図。 プリント配線基板５ａと回路導体１３ａの接合工程を示す図。 プリント配線基板５ａと回路導体１３ａの接合工程を示す図。 プリント配線基板５ａと回路導体１３ａの他の接合工程を示す図。 プリント配線基板５ａと回路導体１３ａの他の接合工程を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は複合基板１を示す斜視図である。複合基板１は、トランス７、チョークコイル９等を有する例えば自動車用のＤＣ−ＤＣコンバータとして用いられる基板である。複合基板１には、電子部品があらかじめ搭載されたプリント配線基板５が設けられる。プリント配線基板５は、例えば複数の電子部品が搭載された、従来のガラスエポキシ基板を用いることができる。

プリント配線基板５は、内部の回路導体が樹脂１１で被覆された射出成形基板と接合される。すなわち、複合基板１は、樹脂１１によって被覆された射出成形基板３に、プリント配線基板５等が搭載されたものである。

したがって、複合基板１によれば、信号系の小電流はプリント配線基板５の回路（小型コンデンサ等）を利用するとともに、パワー系の大電流は射出成形基板３の回路導体を利用することができる。

なお、本発明の複合基板としては、図示したような、トランス７、チョークコイル９を有するＤＣ−ＤＣコンバータに限られず、その他大電流が流れる基板に対しても当然に適用可能である。すなわち、図に示すような配置および形状に限られることはなく、その他の部品等を適宜搭載することや、配置および形状を適宜変更することが可能なことは言うまでもない。

図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、複合基板１の断面図である。前述の通り、射出成形基板３の内部には、回路導体１３が設けられる。回路導体１３は、複合基板１を構成する電子部品等を電気的に接続する導体である。プリント配線基板５は、回路導体１３と電気的に接続される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図である。プリント配線基板５の底面には、接合部であるパット１５が形成される。パット１５は、プリント配線基板と電気的に接続される部位である。一方、回路導体１３の表面には、めっき層１７が形成される。めっき層１７は、例えばＳｎめっき等である。

プリント配線基板５と回路導体１３との接合部は、めっき層１７によってろう付けされている。すなわち、めっき層１７の一部が溶融することで、パット１５と回路導体１３の表面とがろう付けされる。なお、回路導体１３の表面に形成されるめっき層１７は、接合対象となるプリント配線基板５や、図示を省略した他の電子部品等との接触部に形成されれば良く、必要に応じて回路導体１３の両面に形成してもよく、片面であってもよい。

次に、複合基板１の製造方法について説明する。図３は、複合基板１の製造工程を示す図である。まず、銅板等の導体である回路素材をプレスにより打ち抜き、必要な曲げ加工を施して所望の形状に形成する。銅板等には、あらかじめＳｎめっき等のめっき層１７が形成される。

得られた複数の回路素材同士は溶接または絶縁部材等を介して接合することで、回路導体１３が形成される。なお、回路導体１３は、平面のみではなく、複数層に層状に形成されてもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、得られた回路導体１３を所定位置にピン等で射出成形金型である金型１９ａ、１９ｂに固定する。この際、プリント配線基板５を所定の位置に配置し、プリント配線基板５のパット１５と回路導体１３の所定位置とを接触させる。

この状態で、図３（ｂ）に示すように、金型１９ａ、１９ｂにより形成されるキャビティ内に樹脂１１を射出して射出成形を行う。この際、回路導体１３の大部分が樹脂９により被覆され、また、回路素材同士の層間等にも樹脂１１が射出される。すなわち、射出成形基板が形成される。

ここで、金型１９ａ、１９ｂ内に樹脂１１を射出する際、射出温度によって回路導体１３表面（めっき層１７）の温度が上昇する。射出温度がめっき層１７の溶融温度よりも高ければ、射出時にめっき層１７が溶融する。したがって、回路導体１３の表面とパット１５との接触部において、めっき層１７が溶融し、その後の冷却時に、パット１５と回路導体１３とがろう付けされる。このようにして射出成形基板３とプリント配線基板５とが一体で形成される。

なお、樹脂９としては、絶縁性があり、射出成形が可能であればよいが、めっき層よりも溶融温度が高い樹脂が望ましい。例えば、めっき層としてＳｎめっきを適用する場合には、樹脂９としては、ポリフェニレンスルファイド等を使用することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、プリント配線基板と射出成形基板とを確実に接合して一体化することができる。この際、特殊な接合部材や工具等は不要である。また、接合工程を別途設ける必要がなく、樹脂の射出工程において、ろう付けを完了することができる。また、接合部にろう付けのための半田等を塗布する必要がないため、作業性にも優れる。

なお、前述の実施形態においては、プリント配線基板５と回路導体１３との接合の例を説明したが、本発明では、図示を省略した電子部品等を回路導体１３に接合する場合にも当然に適用することができる。

次に、他の実施の形態について説明する。図４（ａ）は、プリント配線基板５ａを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ部拡大図である。プリント配線基板５ａには、スルーホール２１が形成される。スルーホール２１は、プリント配線基板５を貫通する孔である。スルーホール２１の内面には、接合部である金属部材２３が形成される。なお、金属部材２３は、プリント配線基板５の回路と導通していてもよく、または、回路とは導通せず、接合部のみとして機能させてもよい。

また、プリント配線基板５ａには、別途パットが形成されてもよく、金属部材２３がプリント配線基板５ａの回路と導通する場合には、パットに代えてスルーホール（金属部材）のみで接合されてもよい。金属部材２３としては、例えば銅部材が使用でき、めっきにて形成されてもよい。

図５〜図６は、プリント配線基板５ａを用いた複合基板の製造工程を示す図である。まず、前述の通り、回路素材から、回路導体１３ａを形成する。この際、回路導体１３ａの一部には、上方に突出するように凸部２７が形成される。凸部２７は、例えば回路素材をプレスによって打ち抜く際に形成される。また、凸部２７は、少なくとも外面側にめっき層１７が設けられるように形成される。

次に、図５（ａ）に示すように、回路導体１３ａおよびプリント配線基板５ａは、射出成形金型に設置される。この際、凸部２７の外径は、スルーホール２１の内径よりもやや小さく、凸部２７はスルーホール２１に挿入される。すなわち、回路導体１３ａの凸部２７は、プリント配線基板５ａのスルーホール２１の位置にあらかじめ形成される。

射出成形金型は、一方の型である金型２５ａと、他方の型である金型２５ｂ、２５ｃで構成される。金型２５ａのスルーホール２１（凸部２７）に対応する部位には、突起２９が形成される。突起２９の周囲には、なだらかに凹部が形成される。

金型２５ｂは、金型２５ｃに設置される。金型２５ｂは金型２５ｃに対して移動することができる。金型２５ｂには、回路導体１３ａの凸部２７の下端部に挿入可能な凸形状を有する。

このように、射出成形金型にプリント配線基板５ａおよび回路導体１３ａを配置した状態で、図５（ｂ）に示すように、金型２５ａと金型２５ｂ、２５ｃとを閉じる（図中矢印Ｄ方向）。この際、金型２５ｂの凸形状は、回路導体１３ａの下面（凸部２７の下端部）と接触する。

一方、金型２５ａの突起２９が凸部２７の先端と接触する。この際、回路導体１３ａの下面が金型２５ｂによって保持されているため、凸部２７の先端は、突起２９によって押しつぶされる。押しつぶされた凸部２７の先端は、突起２９の周囲の凹部の形状に応じて潰されて外方に押しつぶされる。したがって、プリント配線基板５ａが、凸部２７によってかしめられる。

次に、図６（ａ）に示すように、金型２５ｂを金型２５ｃに対して移動させて、回路導体１３ａから離れる方向に移動させる（図中矢印Ｅ方向）。なお、この状態において、金型２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって、キャビティが形成される。

次に、図６（ｂ）に示すように、図示を省略したゲートから樹脂１１が金型２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって形成されるキャビティに射出される。すなわち、凸部２７内に樹脂が射出される。この際、射出樹脂温度によって、凸部２７表面のめっき層１７が溶融する。したがって、その後の冷却によって、金属部材２３と回路導体１３ａ（凸部２７）とがろう付けされる。このようにして射出成形基板３ａとプリント配線基板５ａとが一体で形成される。

本実施形態によれば、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、凸部２７内部にも樹脂を充填するため、確実に凸部２７の外面におけるめっき層１７を溶融し、回路導体１３ａとプリント配線基板５ａとのろう付けを行うことができる。

また、樹脂射出時の熱によるろう付けのみではなく、回路導体１３ａの一部によってプリント配線基板５ａがかしめられる。このため、より高い強度で回路導体１３ａとプリント配線基板５ａとを接合することができる。また、回路導体１３ａに、あらかじめ凸部２７を形成しておくことで、かしめ部材が不要であり、射出成形金型の型閉じ力によって当該部分のかしめを行うため、別途かしめ作業が不要である。

次に、プリント配線基板５ａを用いた他の複合基板の製造方法について説明する。図７〜図８は、プリント配線基板５ａを用いた複合基板の製造工程を示す図である。なお、以下の説明において、図３〜図６に示した実施形態と同一の機能を奏する構成については、図３〜図６と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７（ａ）に示すように、本実施形態では、金型２５ｂ、２５ｃに代えて、金型２５ｄが使用される。金型２５ｄには、金型２５ｂのような移動型が形成される代わりに、孔３１が形成される。孔３１は、樹脂の射出経路である。

金型２５ｄには、回路導体１３ａの凸部２７の下端部に挿入可能な凸形状を有する。孔３１は、当該凸形状の略中央に形成される。

まず、図７（ａ）に示すように、凸部２７が形成された回路導体１３ａおよびスルーホール２１が形成されたプリント配線基板５ａが、射出成形金型に設置される。凸部２７はスルーホール２１に挿入される。

このように、射出成形金型にプリント配線基板５ａおよび回路導体１３ａを配置した状態で、図７（ｂ）に示すように、金型２５ａと金型２５ｄを閉じる（図中矢印Ｆ方向）。この際、金型２５ｄの凸形状は、回路導体１３ａの下面（凸部２７の下端部）と接触する。

一方、金型２５ａの突起２９は凸部２７の先端と接触し、凸部２７の先端は、突起２９によって押しつぶされる。押しつぶされた凸部２７の先端は、突起２９の周囲の凹部の形状に応じて潰されて外方に押しつぶされる。したがって、プリント配線基板５ａが、凸部２７によってかしめられる。

次に、図８に示すように、孔３１から樹脂１１が金型２５ａ、２５ｄによって形成されるキャビティに射出される。すなわち、凸部２７内部に樹脂が射出される。この際、射出樹脂温度によって、凸部２７表面のめっき層１７が溶融する。したがって、その後の冷却によって、金属部材２３と回路導体１３ａ（凸部２７）とがろう付けされる。このようにして射出成形基板３ａとプリント配線基板５ａとが一体で形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、凸部２７内部への樹脂の充填も容易である。このため、確実に凸部２７の外面のめっき層１７を溶融し、回路導体１３ａとプリント配線基板５ａとのろう付けを行うことができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………複合基板
３………射出成形基板
５、５ａ………プリント配線基板
７………トランス
９………チョークコイル
１１………樹脂
１３、１３ａ………回路導体
１５………パット
１７………めっき層
１９ａ、１９ｂ………金型
２１………スルーホール
２３………金属部材
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ………金型
２７………凸部
２９………突起
３１………孔

Claims (4)

1. 複合基板の製造方法であって、
   表面にめっき層が形成された回路導体と、
   プリント配線基板と、を用い、
   前記回路導体の一部を前記プリント配線基板の接合部と接触させた状態で、前記回路導体の表面に樹脂を射出し、
   射出時の前記樹脂の熱によって、前記回路導体の表面のめっき層を溶融させて、前記回路導体と前記接合部とをろう付けすることで、前記回路導体の表面に前記樹脂が射出成形された射出成形基板と前記プリント配線基板とを接合することを特徴とする複合基板の製造方法。
2. 前記樹脂の溶融温度は、前記めっき層の溶融温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。
3. 前記回路導体の一部には、凸部が形成されており、
   前記プリント配線基板には、内面に前記接合部を有するスルーホールが設けられ、
   前記スルーホールに前記凸部を挿入した状態で射出成形金型を閉じることで、前記射出成形金型の内面に形成される突起により、前記スルーホールから露出する前記凸部の先端を潰すことで、前記射出成形基板と前記プリント配線基板とをかしめるとともに、
   前記スルーホールの内面の前記接合部が前記回路導体とろう付けされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複合基板の製造方法。
4. 複合基板であって、
   表面にめっき層が形成された回路導体と、
   前記回路導体の表面に樹脂が射出成形された射出成形基板と、
   電子部品が搭載されたプリント配線基板と、を具備し、
   前記回路導体の一部には、凸部が形成されており、
   前記プリント配線基板には、内面に接合部を有するスルーホールが設けられ、
   前記スルーホールから露出する前記凸部の先端が潰れることで前記射出成形基板と前記プリント配線基板とがかしめられており、
   前記スルーホールの内面の前記接合部と前記凸部の外面とが前記めっき層によってろう付けされていることを特徴とする複合基板。

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