JP2013110413A - 電子素子及び／又は電気素子のための回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点が改善された回路装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）と、支持体（１０，１０’）とを有する回路装置であって、
前記少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子は、該電子素子及び／又は電気素子と前記支持体との間に空気層（ＬＳ，ＬＳ’）を形成しつつ、少なくとも１つのはんだ層（４０，４０’）を介して前記支持体と導電的に接続されている、
回路装置において、
前記支持体の中に少なくとも１つの３次元収容構造（２０，２０’）が組み込まれており、
前記３次元収容構造内にて、該３次元収容構造の少なくとも２つのコンタクト領域（２２，２２’）の間に、前記少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子が軸方向に配置されている、
ことを特徴とする回路装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、独立請求項１の上位概念に記載の、電子素子及び／又は電気素子のための回路装置を基礎としている。

回路装置は通常、電気的にコンタクトされる少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子と、支持体とを含む。この場合、電子素子及び／又は電気素子は、平坦な支持体の上、とりわけ平坦なプリント基板の上に取り付けられることが多い。回路装置は、コスト的に有利に製造できるように、回路装置自体の加工に関して、及び／又は、取り付けられる電子素子及び／又は電気素子に関して、及び／又は、プリント基板材料に関して、及び／又は、製造工程に関して、最適化されている。例えばプリント基板と電子素子及び／又は電気素子との間に発生する、電子素子及び／又は電気素子及び／又は電気的接続箇所に対する熱的負荷及び／又は機械的負荷、ならびに、当該熱的負荷及び機械的負荷の原因が知られている。とりわけ電子素子及び／又は電気素子の材料特性と、プリント基板の材料特性とが異なることにより、材料同士の熱膨脹率も異なってしまい、このせいで例えば剪断応力のような機械的応力や、場合によっては例えばはんだ欠損のような損傷が生じることがある。所与の周辺条件に応じて、例えば電気的な接続箇所の耐久性をチェックするために必要となる対応手段及び／又はテスト方法は非常に高コストとなっている。

さらに、３次元ないし立体的な線路支持体の製造を可能にするいわゆるＭＩＤ（Moulded Interconnecting Devices：成形回路部品）が公知である。このＭＩＤ回路支持体は、例えば立体的な回路支持体として容易に使用可能であるという点で、上に挙げた平坦な回路支持体とは異なっている。今日では、製造方法の進歩によって、予め製造しておいた金属製の挿入部分と組み合わせることなく完全にプラスチックから製造されたコンポーネントも存在する。この完全にプラスチックからなるコンポーネントは、２コンポーネント射出成形法により、金属被覆可能なプラスチックコンポーネントと、絶縁性のコンポーネントとを有するか、又は、１コンポーネント射出成形法とレーザ処理とにより、規定領域が金属被覆されて回路支持体として使用可能となっている。このようなＭＩＤ部材の上に電子素子及び／又は電気素子を直接載置することは、材料同士が異なるという問題、及び材料の特性の点で失敗することが多い。例えば熱膨脹率が異なる場合には、電子素子及び／又は電気素子とＭＩＤ部材部材との間の導電接続部が損傷することがあり、これによって動作中に、正確には予測できない機能エラーが生じてしまうことがある。この接続部をより詳細に考察すると、とりわけ、例えばはんだ接続部の幾何学的形状によって発生し得る剪断応力が、構造の耐久性に関してむしろ不利であると認識される。しかしながらプリント基板の場合には、２次元性の理由から、その他の解決手段を有利に実施することは不可能である。

ＤＥ３８１３４３５Ａ１には、例えば回路板上に固定された電子的機能基体を有するチップ形デバイスの中の素子が記載されている。ここでは電子的機能基体が、絶縁材料から予め製造されたバケット形のケース内に取り付けられる。ケースは、電子的機能基体を外部影響から保護している。

ＤＥ３４１２４９２Ａ１には、例えばチップデバイスとして構成された電気的コンデンサが記載されている。ここに記載されているコンデンサは、コンデンサ体を含み、該コンデンサ体の対向する２つの端面には金属被覆が被着されており、該金属被覆には曲げ可能な金属のテープが固定されており、この金属のテープはケースから引き出されており、ケースの表面に沿ってはんだ付け面を形成している。

ＤＥ３８１３４３５Ａ１ ＤＥ３４１２４９２Ａ１

本発明の課題は、上に述べた従来技術の欠点が改善された回路装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載の特徴を有する、電子素子及び／又は電気素子のための回路装置は、従来技術に比べて、支持体の中に少なくとも１つの３次元収容構造が組み込まれており、３次元収容構造内にて、該３次元収容構造の少なくとも２つのコンタクト領域の間に、少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子が軸方向に（axial）配置されているという利点を有する。このようにして有利には、立体的な配置によって生まれる３次元の支持体の幾何学的形状の自由度を利用して、不均一な熱膨脹及び／又は機械的応力によって生じ得る影響を緩和及び／又は減少させる。このような影響は例えば、電子素子及び／又は電気素子と支持体との間に、及び、はんだ接続部に作用する剪断応力である。熱的応力及び／機械的応力を低減させることによって、有利には電気接続部の耐久性、ひいては回路装置の耐久性を上昇させることができる。

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子と、少なくとも１つの支持体とを有する回路装置が使用される。ここではこの少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子は、該電子素子及び／又は電気素子と支持体との間に空気層を形成しつつ、少なくとも１つのはんだ層を介して支持体と導線的に接続されている。本発明によれば、支持体の中に３次元収容構造が組み込まれており、この３次元収容構造内にて、該３次元収容構造の少なくとも２つのコンタクト領域の間で、少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子が軸方向に配置されている。

３次元収容構造は、電気的接続箇所における機械的応力を低減又は除去するためのＭＩＤ部材の利用可能な付加的特性によって、例えば簡単かつ低コストに形成することができる。幾何学的形状に応じて、剪断応力を、接続場所のみに基づいて、より良好な適合性を有する引張応力に変換するか、又は、接続場所の"撓みやすい"形状に基づいて、剪断応力が電気接続部に対して無害となる程に低減させることさえ可能である。電子素子及び／又は電気素子は、付加的な平坦なプリント基板の上を迂回する必要なく、３次元ＭＩＤ線路支持体の上に直接配置することが可能となり、これによって構造は当然簡単化され、構造スペースに関する形状の自由度が全体として格段に改善される。

従属請求項に記載した手段及び実施形態によって、独立請求項１に記載した電子素子及び／又は電気素子のための回路装置の有利な改善が可能となる。

特に有利には、少なくとも１つの３次元収容構造が、それぞれ少なくとも１つのコンタクト領域を有する少なくとも２つのコンタクト支持体を有しており、少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子は、前記少なくとも２つのコンタクト支持体の間にある自由空間内に配置されている。有利には、少なくとも２つのコンタクト支持体間の接続と、その結果得られるはんだ接続部の形状とによって、とりわけ剪断応力を低減させることができる。ここでは、はんだペーストを支持体ないし３次元収容構造における相応の箇所に取り付け、理想的にはその後に電子素子及び／又は電子素子を挿入させることができるが、この順序は変更可能である。例えばレフローはんだによって形成されるはんだ接続部は自動的に形作られ、はんだペーストならびに素子を最適な位置へと引っ張る。例えばレーザはんだのような他の公知の接続技術ないし相応の接続方法も同じように有利に使用することができる。

本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、少なくとも１つの３次元収容構造が凹部を含み、該凹部の一部である壁部が、少なくとも２つのコンタクト支持体を形成している。凹部を実現するために、例えば割れ目及び／又はノッチ及び／又は切欠きを支持体の中に形成することができる。有利には、電子素子及び／又は電気素子は、従来技術とは異なり、はんだフィレット（Lotkehle）と軸方向にコンタクトすることができる。さらに有利には、３次元収容構造を、電子素子及び／又は電気素子の周囲で壁部によって閉鎖すること、及び／又は、３次元収容構造の少なくとも１つの面を開放させておくことができる。このようにして３次元収容構造を、予め決められた支持体構造及び／又は支持体形状に適合させることができる。さらに、この解決手段は省スペースであり、３次元収容構造の構成を簡単にする。これに加えて有利には、構造スペースに関する形状の自由度を改善することができる。さらに、有利には電子素子及び／又は電気素子を支持体の中に良好に収容させることができ、剪断応力が低減される。

本発明の有利な１つの実施形態においては、少なくとも２つのコンタクト支持体が、支持体から突出している。このようにして３次元収容構造の少なくとも２つのコンタクト支持体は、いわゆる曲げビームとして構成されている。この場合にはコンタクト支持体の材料は、有利には、応力の発生時ないし曲げビームの変位時に変形し、負荷が緩和されることによって電気的接続箇所における部分負荷が低減されるように選択される。幾何学的形状に関する実施形態は、有利には種々の細部において、取り付け安定性及び位置決め精度を簡単にするための公知の要素と任意に組み合わせることができる。本発明で使用される、例えば射出成形法のような形状付与方法も、種々の幾何学的形状に関する選択肢を提供する。

本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、支持体を、亜鉛メッキ可能（galvanisierbar）なプラスチックと、亜鉛メッキ不可能（nicht galvanisierbar）な第２のプラスチックとからなるプラスチック予備射出成形部材から形成することができ、支持体のうち、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる領域の上には、亜鉛メッキ工程にて、所定の寸法を有する金属層が被着されている。この場合には支持体は、例えばＭＩＤ・２コンポーネント・技術（ＭＩＤ：成形回路部品）によって形成することができる。つまり、射出成形される支持体は２つのコンポーネントから製造され、これら２つのコンポーネントは、亜鉛メッキ可能なプラスチックを含み、この亜鉛メッキ可能なプラスチックの上に、部分的に、亜鉛メッキ不可能な第２のプラスチックが射出成形されるのである。予備射出成形部材の部分的に突出した表面には、亜鉛メッキ工程によって金属表面が被着され、これによって外側に位置する導体路、コンタクト面等が形成される。このように射出成形されたＭＩＤ支持体の使用は、この実施形態の場合には特に良好である。というのは、形状の自由度を改善することができ、電気的機能と機械的機能とが統合されるので、回路支持体装置の小型化を推進することができるからである。

さらに、このようにして付加的な３次元構造を負荷軽減要素によって有利に構成することができる。

選択的に、このＭＩＤ支持体をレーザによって直接構造化することができる。ＭＩＤ回路支持体を射出成形部材から形成し、この射出成形部材においてレーザを用いて導体路の場所を構造化し、その後、亜鉛メッキ工程によって金属表面を被着させ、このようにして外側に位置する導体路、コンタクト面等が形成される。

本発明の有利な別の実施形態においては、少なくとも２つのコンタクト支持体は、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる領域と、亜鉛メッキ不可能なプラスチックからなる領域とを含むことができる。このようにして有利には、コンタクト支持体をフレキシブルに適合及び構成することが可能となる。さらに、この製造技術の場合には、コンタクト支持体の付加特性を実現することができる。

本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、各コンタクト支持体の、実質的に互いに垂直な少なくとも２つの表面上に、金属層を被着させることができる。この金属被覆は、ＭＩＤ支持体の表面の所期の位置及び角部の周囲に"ＭＩＤ支持体の凹部の中に至るまで形成することができる。この実施形態は、例えば射出成形、レーザ構造化、又は亜鉛メッキ等の通常の製造方法によって問題なく実行することができる。このようにして有利には、電子素子及び／又は電気素子の良好な取り付けを実現することができる。本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、金属層を、コンタクト領域及び／又は導体路として構成することができる。有利には、形状及び寸法に適合した簡単なコンタクトを実現することができる。

本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、少なくとも２つのコンタクト支持体は、所定の弾性特性を有することができ、したがって有利には、剪断応力が生じることなく引張応力を直接伝達することができる。幾何学的形状に応じて、剪断応力を、接続箇所のみに基づいて、より良好な適合性を有する引張応力に変換することができるか、又は、接続箇所の"撓みやすい"形状に基づいて、この剪断応力が電気接続部に対して無害となる程に低減させることさえ可能である。

本発明の回路装置の別の有利な実施形態においては、少なくとも１つの３次元収容構造内にて、少なくとも２つのコンタクト支持体の間に、少なくとも１つの支持エレメントを配置することができる。このようにして例えば、凹部の中、ないし、２つの突出したコンタクト支持体同士の間に、支持部を形成することができ、この支持部の上に電子素子及び／又は電気素子を載置することができる。

本発明の実施形態を図面に示し、以下で詳しく説明する。図面では、同一ないしは同様の機能を実施するコンポーネントないし部材に、同じ参照番号が付与されている。

図１は、本発明の回路装置の第１実施形態の概略断面図である。 図２は、図１に図示した回路装置の部分拡大図である。 図３は、本発明の回路装置の第２実施形態の断面図である。 図４は、図３に図示した回路装置の部分拡大図である。

公知の回路装置においては、電子素子及び／又は電気素子は平坦なプリント基板上に取り付けられ、場合によっては立体的な接続のためにＭＩＤ部品と組み合わされる。平坦なプリント基板の場合には剪断応力が形成されることがあり、これによって、電気接続部及び／又は素子が損傷してしまうことがある。

図１から図４から見て取れるように、図示されている本発明の回路装置１，１’の実施形態は、電子素子及び／又は電気素子３０，３０’と、支持体１０，１０’とを含む。電子素子及び／又は電気素子３０，３０’は、該電子素子及び／又は電気素子３０，３０’と支持体１０，１０’との間に空気層ＬＳ，ＬＳ’を形成しつつ、はんだ層４０，４０’を介して支持体１０，１０’と導電的に接続されている。電子素子及び／又は電気素子３０，３０’は、図示した実施形態においては、端面にてそれぞれ１つのコンタクト領域３０．１，３０．１’を有している。コンタクト領域３０．１，３０．１’は、金属又は他の導電性材料から形成されている。さらに図示した実施形態においては、電子素子及び／又は電気素子３０，３０’の端面全体が、それぞれコンタクト領域３０．１，３０．１’として形成されている。これに加えて電子素子及び／又は電気素子３０，３０’は、コンタクト領域３０．１，３０．１’のみにはんだ層４０，４０’が形成された後、支持体１０，１０’に接続されている。図示していない択一的な実施形態においては、電子素子及び／又は電気素子の端面全体をコンタクト領域として構成しないようにすることも可能である。

本発明によれば、支持体１０，１０’の中に少なくとも１つの３次元収容構造２０，２０’が組み込まれており、この３次元収容構造においては、該３次元収容構造２０，２０’の少なくとも２つのコンタクト領域２２，２２’間に、少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子３０，３０’が軸方向に配置されている。

図１から図４からさらに見て取れるように、少なくとも１つの３次元収容構造２０，２０’は、それぞれ少なくとも１つのコンタクト領域２２，２２’を備える少なくとも２つのコンタクト支持体１２，１２’を有している。少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子３０，３０’は、少なくとも２つのコンタクト支持体１２，１２’の間にある自由空間２４，２４’内に配置されている。

図１〜４からさらに見て取れるように、３次元収容構造２０，２０’において、少なくとも２つのコンタクト支持体１２，１２’の間に少なくとも１つの支持エレメント２６，２６’が配置されており、はんだ工程の前には、この支持エレメント２６，２６’の上に電子素子及び／又は電気素子３０，３０’が載置される。はんだ工程中に、対応するはんだ層４０，４０’が自動的に形作られ、はんだペーストと電子素子及び／又は電気素子３０，３０’とが最適位置へと引き寄せられる。

回路装置１，１’の支持体１０，１０’は、図示した実施形態においては、プラスチック予備射出成形として、亜鉛メッキ可能な第１プラスチックと、亜鉛メッキ不可能な第２プラスチックとから製造されており、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる支持体１０，１０’の領域には、亜鉛メッキ工程において、所定の寸法の金属層１２．１，１２．１’が被着されている。この場合、コンタクト面はそれぞれほぼ任意の形状をとることができる。支持体１０．１０’のコンタクト支持体１２，１２’も同様に、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる領域を含み、当該領域は、例えば銅、ニッケル、銀、金等のような金属によって被覆されている。このようにしてコンタクト支持体１２，１２’のフレキシブルな形状が可能となり、したがってコンタクト支持体１２，１２’のコンタクト領域１２．１，１２．１’は導電性に構成されており、さらに、コンタクト支持体１２，１２’における電気絶縁が可能となっている。さらに、コンタクト支持体１２，１２’は、複数のコンタクト面１２．１，１２．１’を有することもでき、したがって複数の電子素子及び／又は電気素子３０，３０’を固定して電気的にコンタクトさせることが可能である。さらに、２つのコンタクト支持体１２，１２’は所定の弾性特性を有しており、したがって剪断応力を引張応力に変換することができる。

図１及び図２からさらに見て取れるように、第１実施形態における３次元収容構造２０は凹部２１を含み、凹部２１の一部である壁部１２が、少なくとも２つのコンタクト支持体１２を形成している。凹部２１は、例えば少なくとも１つの空間方向に開放されたノッチとすること、及び／又は、任意の幾何学的形状を有する閉鎖された中空空間とすることができる。対応するコンタクト面１２．１同士は、互いに対向して凹部２１の中に設けられており、支持体１０そのものは任意の幾何学的形状を有することができる。第１の実施形態においては、支持体は、中に凹部が設けられた矩形の底面を有するプレートとして構成されている。

図２からさらに見て取れるように、金属層１２．１は、各コンタクト支持体１２の、実質的に互いに垂直な少なくとも２つの表面上に"角部を覆うように"被着されている。この場合には金属層１２．１は、凹部２１の壁部にてコンタクト領域２２を形成しており、凹部２１の外側では導体路２８を形成している。電子素子及び／又は電気素子３０は、各コンタクト領域２２及び対応する導体路２８を介して、詳細には図示していない電子回路及び／又は電気回路に接続されている。

図３及び図４からさらに見て取れるように、２つのコンタクト支持体１２’は、支持体１０’の表面から突出している。これらの突出したコンタクト支持体１２’は、支持体の底面の上に固定させるか、又は、支持体１０’と一体的に形成することができる。

図４からさらに見て取れるように、金属層１２．１’は、各コンタクト支持体１２’の、実質的に互いに垂直な少なくとも２つの表面上に被着されている。ここでは金属層１２．１’は、コンタクト領域２２’及び／又は導体路２８’を形成しており、電子素子及び／又は電気素子３０’は導体路２８’を介して電気的に接続されている。図４からさらに見て取れるように、突出したコンタクト支持体１２’は非常に細密（filigran）に形成されており、したがってコンタクト支持体１２’は、機械的な応力ないしずれが生じた場合には、この生じた負荷を少なくとも部分的に減じさせるために変形ないし屈曲する。これによって電気的接続箇所４０には、低減された部分負荷しか到着しなくなる。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）と、支持体（１０，１０’）とを有する回路装置であって、
   前記少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）は、該電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）と前記支持体（１０，１０’）との間に空気層（ＬＳ，ＬＳ’）を形成しつつ、少なくとも１つのはんだ層（４０，４０’）を介して前記支持体（１０，１０’）と導電的に接続されている、
   回路装置において、
   前記支持体（１０，１０’）の中に少なくとも１つの３次元収容構造（２０，２０’）が組み込まれており、
   前記３次元収容構造（２０，２０’）内にて、該３次元収容構造（２０，２０’）の少なくとも２つのコンタクト領域（２２，２２’）の間に、前記少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）が軸方向に配置されている、
   ことを特徴とする回路装置。
2. 前記少なくとも１つの３次元収容構造（２０，２０’）は、それぞれ少なくとも１つのコンタクト領域（２２，２２’）を有する少なくとも２つのコンタクト支持体（１２，１２’）を有しており、
   前記少なくとも１つの電子素子及び／又は電気素子（３０，３０’）は、前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２，１２’）の間にある自由空間（２４，２４’）内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の回路装置。
3. 前記少なくとも１つの３次元収容構造（２０）は、凹部（２１）を含み、
   前記凹部（２１）の一部である壁部（１２）が、前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２）を形成している、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の回路装置
4. 前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２’）は、前記３次元構造（２０’）を形成するために前記支持体（１０’）から突出している、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の回路装置。
5. 前記支持体（１０，１０’）は、亜鉛メッキ可能なプラスチックと、亜鉛メッキ不可能な第２プラスチックからなるプラスチック予備射出成形部材から形成されており、
   前記支持体（１０、１０’）のうち、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる領域の上には、亜鉛メッキ工程にて、所定の形状及び所定の寸法を有する金属層（１２．１，１２．１’）が被着されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の回路装置。
6. 前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２，１２’）は、亜鉛メッキ可能なプラスチックからなる領域と、亜鉛メッキ不可能なプラスチックからなる領域とを含む、
   ことを特徴とする請求項５記載の回路装置。
7. 前記金属層（１２．１，１２．１’）は、各前記コンタクト支持体（１２，１２’）の、実質的に互いに垂直な少なくとも２つの表面の上に被着されている、
   ことを特徴とする請求項５又は６記載の回路装置。
8. 前記金属層（１２．１，１２．１’）は、コンタクト領域（２２，２２’）及び／又は導体路（２８，２８’）を形成している、
   ことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項記載の回路装置。
9. 前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２，１２’）は、所定の弾性特性を有する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の回路装置。
10. 前記少なくとも１つの収容構造（２０，２０’）内にて、前記少なくとも２つのコンタクト支持体（１２，１２’）の間に、少なくとも１つの支持エレメント（２６，２６’）が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の回路装置。

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