JP2014175399A - 静電気保護回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板側で回路基板に備えられた各種回路を外部接続端子から印加されるサージから保護できるようにした静電気保護回路基板を提供する。
【解決手段】誘発突起６ａとスルーホール２の間にマイグレーション堰止部８を備える。これにより、マイグレーションが生じたとしても、ショート故障の発生を防止することができる。また、マイグレーションが生じてマイグレーション堰止部８にてそれが堰き止められた場合、サージ時にコネクタターミナル３と誘発突起６ａとの間に電界が発生したときにマイグレーション堰止部８の垂直方向（高さ方向）では等電位となる。このため、その垂直方向へはマイグレーションが原理的に成長しない。したがって、マイグレーション堰止部８を乗り越えてマイグレーションが成長することはなく、ショート故障の発生を効果的に防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コネクタターミナルなどの外部接続端子が挿入されるスルーホール内において、外部接続端子と基板内部の回路配線との電気的接続を行いつつ、外部接続端子からの静電気（サージ）が回路配線に入り込むことを防止する静電気保護回路基板に関する。

従来、プリント基板などの回路配線が形成された回路基板では、回路基板の表裏を貫通するスルーホールに繋がるように基板表面の回路パターンが形成され、スルーホールの周囲を囲むようにレジスト膜がコーティングされることで、回路保護が為されている。そして、スルーホール内にコネクタターミナルを挿入し、はんだ等で回路パターンとコネクタターミナルとの電気的な接続を行うことで、コネクタターミナルを介して外部部品と回路基板内の各種回路との接続が行われている。

このような回路基板においては、コネクタターミナルを通じてサージが印加されることがあり、回路基板に備えられる各種回路をサージから保護する必要がある。このため、従来では、スルーホール毎に保護コンデンサを備えるなどの対策が取られている。

しかしながら、スルーホール毎に保護コンデンサを備えるのは部品点数増加、基板スペースの拡大、それに伴うコスト増大などの問題が発生する。このため、特許文献１において、コネクタターミナルが複数本一体化されたコネクタのハウジングの内部に放電部材を備えた構造が提案されている。

特開２００５−３２２５７３号公報

しかしながら、コネクタターミナルが複数本一体化されたコネクタとするとは限らないし、コネクタのハウジングの内部に放電部材を備える構造が複雑で、コストアップを招いてしまう。

本発明は上記点に鑑みて、回路基板側で回路基板に備えられた各種回路を外部接続端子から印加されるサージから保護できるようにした静電気保護回路基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし５に記載の発明では、複数の基材（１ａ）が積層される多層基板によって構成され、複数の基材の間に内部配線（４）が備えられていると共に、多層基板を貫通するスルーホール（２）が形成されており、該スルーホール内に外部接続端子（３）を挿入すると共に接合部材（５）にて外部接続端子を固定することで内部配線との接続が行われる静電気保護回路基板（以下、単に回路基板という）であって、スルーホールの開口端から離間して設けられ、該スルーホールを囲む金属薄膜にて構成されていると共に、部分的にスルーホールとの距離が短くされることでアーク放電を誘発させる誘発突起（６ａ）が形成された接地パターン（６）と、接地パターンを覆いつつ、接地パターンのうちの誘発突起を露出させる絶縁膜（７）と、スルーホールと誘発突起との間に備えられたマイグレーション堰止部（８）と、を備えていることを特徴としている。

このように、誘発突起とスルーホールの間にマイグレーション堰止部を備えるようにしているため、マイグレーションが生じたとしても、ショート故障の発生を防止することができる。また、マイグレーションが生じてマイグレーション堰止部にてそれが堰き止められた場合、サージ時に外部接続端子と誘発突起との間に電界が発生したときにマイグレーション堰止部の垂直方向では等電位となる。このため、その垂直方向へはマイグレーションが原理的に成長しない。したがって、マイグレーション堰止部を乗り越えてマイグレーションが成長することはなく、ショート故障の発生を効果的に防止することが可能となる。そして、このようなショート故障の発生の防止をマイグレーション堰止部を備えるという簡素な構成によって実現できるため、複雑なコネクタを備える必要もないし、スルーホール毎に保護コンデンサを設ける必要もない。よって、サージ保護を行うことが可能な回路基板とすることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる回路基板１におけるスルーホール２の近傍の上面拡大図である。 図１に示す回路基板１のII-II線上の断面図である。 図２において回路基板１の詳細構造を模式的に描いた拡大図である。 本発明の第２実施形態にかかる回路基板１におけるスルーホール２の近傍の上面拡大図である。 図４に示す回路基板１のV-V線上の断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる回路基板１におけるスルーホール２の近傍の上面拡大図である。 図６に示す回路基板１のVII-VII線上の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる回路基板１におけるスルーホール２の近傍の上面拡大図である。 図８に示す回路基板１のIX-IX線上の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。本実施形態で説明する回路基板１は、例えば車両におけるブレーキ制御装置（ブレーキＥＣＵ）におけるＥＣＵ基板などに適用される。

図１および図２に示すように、回路基板１には、回路基板１の表裏面を貫通する例えば円形状のスルーホール２が形成されており、このスルーホール２内に外部接続端子に相当するコネクタターミナル３が挿入されている。図１および図２では、回路基板１のうち１つのスルーホール２の近傍のみを図示しているが、実際には回路基板１には複数のスルーホール２が形成されており、各スルーホール２が図に示した構造とされている。

具体的には、図３に示されるように、回路基板１は、ガラスエポキシなどで構成される複数の基材１ａを積層した多層基板によって構成されている。複数の基材１ａの間には銅箔などの金属薄膜で形成された内部配線４が備えられ、多層基板の表裏を貫通するように設けられたスルーホール２内において内部配線４が露出させられている。そして、スルーホール２内にコネクタターミナル３が挿入された状態ではんだ等の接合部材５を介してコネクタターミナル３が回路基板１に固定されると、内部配線４とコネクタターミナル３とが電気的に接続されるようになっている。

また、回路基板１には、内部配線４の他に、少なくとも表面と裏面のうちの一面、本実施形態の場合は表面側に形成されたＧＮＤ（接地）パターン６が形成されており、ＧＮＤパターン６がスルーホール２の周囲を囲むように配置されている。ＧＮＤパターン６は、銅箔などの金属薄膜で形成されており、エッチングなどによってパターニングされたもので、スルーホール２の開口端から所定距離離間した位置より形成されている。また、ＧＮＤパターン６の一部には、スルーホール２の開口端からの距離が短くされた誘発突起６ａが備えられている。このため、コネクタターミナル３からサージが印加されたときに、コネクタターミナル３もしくは接合部材５からの距離が短くされた誘発突起６ａに対してアーク放電を誘発させ、サージがＧＮＤパターン６側に逃げるようになっている。

誘発突起６ａは、ＧＮＤパターン６をスルーホール２の周囲を単なる円形状で囲んだ形状にする場合よりもサージが集中するように部分的に径方向内方に突出させた部分であり、その先端部ができるだけスルーホール２や接合部材５側に近づけられている。誘発突起６ａの形状は任意であるが、例えば図１に示したように、回路基板１の表面に対する法線方向から見た形状が三角形となるようにすると好ましい。すなわち、誘発突起６ａを三角形のような先端が先細りとなる形状にすると、誘発突起６ａからコネクタターミナル３もしくは接合部材５までの距離が短くなる部分を限定することができ、よりサージの集中が局所的に起こるようにできて、アーク放電を発生させ易くすることが可能となる。

さらに、回路基板１の表面には、ＧＮＤパターン６のうちの誘発突起６ａ以外の部分を覆うように絶縁膜７が形成されている。絶縁膜７は、レジスト膜などで構成されており、スルーホール２の開口端から所定距離離間した位置より形成されつつ、誘発突起６ａについては覆わずに露出させられるようにレイアウトされている。

なお、回路基板１のＧＮＤパターン６は、図示しない箇所においてＧＮＤ電位とされる部位に接続されることで接地されている。例えば、回路基板１がブレーキＥＣＵにおけるＥＣＵ基板として適用される場合には、ＧＮＤパターン６がボディーアースされることで接地されている。

このように、本実施形態の回路基板１は、回路基板１の表裏面のうちスルーホール２の周囲の位置には配線パターンが形成されておらず、内部配線４を通じてコネクタターミナル３に接続されている。これにより、コネクタターミナル３に繋がる外部部品（例えばブレーキ装置に備えられる液圧制御用の電磁弁のソレノイド）などと内部配線４に繋がる回路基板１内の各種回路との電気的接続が行われている。そして、回路基板１の表面にＧＮＤパターン６を形成しつつ、ＧＮＤパターン６を部分的にスルーホール２側に突出させた誘発突起６ａを備えるようにしている。このような構成とされているため、コネクタターミナル３を通じてサージが印加されたときには、内部配線４側に印加される前にコネクタターミナル３もしくは接合部材５と誘発突起６ａとの間においてアーク放電が起きるようにできる。したがって、コネクタターミナル３から印加されるサージが内部配線４を通じて各種回路に印加されないように保護することが可能となる。

このように誘発突起６ａでアーク放電を起こさせるためには、誘発突起６ａの先端からコネクタターミナル３もしくは接合部材５までの距離が短いことが必要になり、短いほどよりアーク放電が生じ易くなるようにできる。しかしながら、この距離が短いほど誘発突起６ａや接合部材５の構成金属のマイグレーションによるショート故障が発生し易くなるという背反がある。

このため、回路基板１には更に、誘発突起６ａとスルーホール２との間に、回路基板１の表面に対して段差を構成するマイグレーション堰止部８を備えてある。本実施形態では、マイグレーション堰止部８を多層基板の表面から突出した絶縁材料にて構成された突起状の障壁８ａによって構成しており、スルーホール２の周囲を１周囲むように障壁８ａを備えるようにしている。これにより、マイグレーションが生じたとしても障壁８ａによって堰き止めされて、ショート故障の発生が防止されるようになっている。

例えば、マイグレーション堰止部８を障壁８ａによって構成する場合には、絶縁膜７の一部によってマイグレーション堰止部８を形成することができる。すなわち、回路基板１を形成する際には、回路基板１の基材１ａの表面に成膜した金属薄膜をパターニングすることでＧＮＤパターン６を形成し、その後にその上に絶縁膜７を成膜したのち、更にエッチングにより絶縁膜７を本実施形態のような形状にパターニングしている。このときのエッチングマスクのパターン選択により、絶縁膜７の構成材料によって障壁８ａを形成することができる。

以上説明したように、誘発突起６ａとスルーホール２の間にマイグレーション堰止部８を備えることにより、マイグレーションが生じたとしても、ショート故障の発生を防止することができる。また、マイグレーションが生じてマイグレーション堰止部８にてそれが堰き止められた場合、サージ時にコネクタターミナル３と誘発突起６ａとの間に電界が発生したときにマイグレーション堰止部８の垂直方向（高さ方向）では等電位となる。このため、その垂直方向へはマイグレーションが原理的に成長しない。したがって、マイグレーション堰止部８を乗り越えてマイグレーションが成長することはなく、ショート故障の発生を効果的に防止することが可能となる。そして、このようなショート故障の発生の防止を回路基板１にマイグレーション堰止部８を備えるという簡素な構成によって実現できるため、複雑なコネクタを備える必要もないし、スルーホール２毎に保護コンデンサを設ける必要もない。これにより、サージ保護を行うことが可能な回路基板１とすることができる。

また、このように構成される障壁８ａを絶縁膜７と同時に形成することにより、部品の増加なしでマイグレーション堰止部８を形成でき、製造工程の簡略化が図れると共にコストアップを防ぐことも可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図４および図５を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してマイグレーション堰止部８の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、図４は断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。

図４および図５に示すように、本実施形態では、マイグレーション堰止部８を回路基板１の基材１ａの表面から形成した溝８ｂによって構成している。溝８ｂは、スルーホール２の周囲を１周囲むように形成されており、好ましくは基材表面から垂直方向に凹まされた形状とされている。このような溝８ｂは、例えば絶縁膜７まで形成したのち、ルーターなどを用いて溝掘加工を行うことで形成可能である。

このように、誘発突起６ａとスルーホール２の間にマイグレーション堰止部８として溝８ｂを備えるようにしても良い。このような構成とする場合も、マイグレーションが生じたとしても、ショート故障の発生を防止することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図６および図７を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してマイグレーション堰止部８のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、図６は断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。

図６および図７に示すように、本実施形態では、マイグレーション堰止部８を障壁８ａによって構成しているが、障壁８ａをスルーホール２の周囲を１周囲むように形成するのではなく、誘発突起６ａとスルーホール２との間にのみ部分的に備えた構造としている。具体的には、誘発突起６ａから接合部材５の外周に向けて拡がる両直線（図中一点鎖線参照）に至るように障壁８ａを形成している。

このように、スルーホール２の周囲のうち少なくともマイグレーション堰止部８を誘発突起６ａとスルーホール２との間に備え、スルーホール２の周囲を１周囲むように設けていなくても良い。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図８および図９を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態に対してマイグレーション堰止部８のレイアウトを変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、図８は断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。

図８および図９に示すように、本実施形態では、マイグレーション堰止部８を溝８ｂによって構成しているが、溝８ｂをスルーホール２の周囲を１周囲むように形成するのではなく、誘発突起６ａとスルーホール２との間にのみ部分的に形成した構造としている。具体的には、誘発突起６ａから接合部材５の外周に向けて拡がる両直線（図中一点鎖線参照）に至るように溝８ｂを形成している。

このように、スルーホール２の周囲のうち少なくともマイグレーション堰止部８を誘発突起６ａとスルーホール２との間に備えていれば、スルーホール２の周囲を１周囲むように設けていなくても良い。このような構成としても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、回路基板１に備えられるスルーホール２のうちサージが問題になり得るコネクタターミナル３が配置されるものについては、上記実施形態で示した構造とする必要がある。しかし、サージが問題とならない部品が接続されるようなスルーホールについては、上記実施形態で示した構造としなくても良い。

１ 回路基板
２ スルーホール
３ コネクタターミナル
４ 内部配線
５ 接合部材
６ ＧＮＤパターン
６ａ 誘発突起
７ 絶縁膜
８ マイグレーション堰止部
８ａ 障壁
８ｂ 溝

Claims (6)

1. 複数の基材（１ａ）が積層される多層基板によって構成され、前記複数の基材の間に内部配線（４）が備えられていると共に、前記多層基板を貫通するスルーホール（２）が形成されており、該スルーホール内に外部接続端子（３）を挿入すると共に接合部材（５）にて前記外部接続端子を固定することで前記内部配線との接続が行われる回路基板であって、
   前記スルーホールの開口端から離間して設けられ、該スルーホールを囲む金属薄膜にて構成されていると共に、部分的に前記スルーホールとの距離が短くされることでアーク放電を誘発させる誘発突起（６ａ）が形成された接地パターン（６）と、
   前記接地パターンを覆いつつ、前記接地パターンのうちの前記誘発突起を露出させる絶縁膜（７）と、
   前記スルーホールと前記誘発突起との間に備えられたマイグレーション堰止部（８）と、を備えていることを特徴とする静電気保護回路基板。
2. 前記マイグレーション堰止部は、前記多層基板の表面に形成された段差であることを特徴とする請求項１に記載の静電気保護回路基板。
3. 前記マイグレーション堰止部は、前記スルーホールを１周囲んで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電気保護回路基板。
4. 前記マイグレーション堰止部は、前記スルーホールの周囲のうち、誘発突起と前記スルーホールとの間にのみ形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電気保護回路基板。
5. 前記マイグレーション堰止部は、前記多層基板の表面から突出した突起状の絶縁材料にて構成された障壁（８ａ）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の静電気保護回路基板。
6. 前記マイグレーション堰止部は、前記多層基板の表面を凹ませて形成した溝（８ｂ）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の静電気保護回路基板。

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