JP2016082026A

JP2016082026A - プリント基板

Info

Publication number: JP2016082026A
Application number: JP2014210829A
Authority: JP
Inventors: 健太小池; Kenta Koike; 敦之角谷; Atsushi Sumiya
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-05-16

Abstract

【課題】配線パターンの断面積および表面積を簡便に増加し、パターン抵抗を減らして電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失および熱容量を低減し、小型化、低コスト化を図ることができるプリント基板を提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁材によって構成される基板本体２と、基板本体２上に形成される配線パターン３と、配線パターン３上に実装される少なくとも１本以上の導電性の線材４と、を備え、線材４が配線パターン３上に導電性の溶融金属５を介して実装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターン抵抗を低減し、電流容量を増加しながら、小型化することができるプリント基板に関するものである。

プリント基板においては、例えば、モータの駆動電流のように、１０Ａを超えるような大電流を流す場合、配線パターンの抵抗を低減するため、通常、配線パターンの断面積を増加するよう設計している。配線パターンの断面積を大きくするには、一般にパターン幅を広くする（配線パターンを太くするとも云う。）か、もしくは配線パターンを構成する銅箔の厚さを厚くする必要がある。

前者のように、パターン幅を広げた場合、プリント基板が大型化し、それを収容する制御ボックスが大型化するとともに、沿面距離（パターン間の間隔）が制約されることになるため、パターン幅を広げるには限界があった。また、後者のように、銅箔の厚さを厚くした場合、その厚さに比例してコストアップする等の課題があった。

そこで、特許文献１に示されるように、配線パターンに電流の流れ方向に沿って複数の長孔を設け、その複数の長孔のより電流の流れ方向に沿って第１の長孔列と、第１の長孔列と並んで設けられる第２の長孔列とを構成し、その第１の長孔列および第２の長孔列を構成する長孔に半田を充填して塞ぐことにより、配線パターンの断面積を増やし、パターン抵抗を低減して発熱量を抑制するようにしたものが提供されている。

国際公開第２０１３／１９０６０４号

しかしながら、特許文献１に示すものでは、配線パターンに電流の流れ方向に沿って複数の長孔を設けて第１の長孔列と第２の長孔列とを構成しなければ、また、それら各長孔列の複数の長孔に対して、半田を溢れないに、あるいは自重により落下しないように充填しなければならず、それによって、配線パターンの断面積を増やし、パターン抵抗を低減して発熱量を抑制し得たとしても、構成が複雑化し、生産性が低下するとともに、コストアップ要因となることは避けられない等の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、配線パターンの断面積および表面積を簡便に増加し、パターン抵抗を減らして電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失および熱容量を低減し、小型化、低コスト化を図ることができるプリント基板を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のプリント基板は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるプリント基板は、絶縁材によって構成される基板本体と、前記基板本体上に形成される配線パターンと、前記配線パターン上に実装される少なくとも１本以上の導電性の線材と、を備え、前記線材が前記配線パターン上に導電性の溶融金属を介して実装されていることを特徴とする。

本発明によれば、基板本体上に形成されている配線パターン上に、少なくとも１本以上の導電性の線材が導電性の溶融金属を介して実装されているため、電流を流す配線パターン部（導体部）の断面積を、元々の配線パターンの断面積に対し、配線パターン上に実装された線材の断面積相当分と、その線材の実装に供された導電性溶融金属の断面積相当分とを加えたものとすることができる。従って、プリント基板において、大電流を流すことができるように、配線パターン部の断面積および表面積を簡便に増加し、基板の大型化や高コスト化を回避しつつ、パターン抵抗を低減して電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失や熱容量を低減して放熱効果および抵抗低減効果を高め、発熱量を抑制することができる。

さらに、本発明のプリント基板は、上記のプリント基板において、前記線材がジャンパー線、前記溶融金属が半田とされていることを特徴とする。

本発明によれば、線材がジャンパー線、溶融金属が半田とされているため、基板の回路間を接続するための電線等として広範に使用されているジャンパー線を配線パターン上に配設し、その上に溶融した半田を流すことにより、簡便にジャンパー線を線材として配線パターン上に実装することができるとともに、半田を表面張力により一定の厚さを持って線材を覆うように配線パターン上で固化させることができる。従って、ジャンパー線および半田の断面積相当分を利用して配線パターン部の断面積を増加することができ、プリント基板のパターン抵抗を低減し、電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失や熱容量を低減することができる。

さらに、本発明のプリント基板は、上述のいずれかのプリント基板において、前記線材は、所定の間隔をあけて複数本並設されていることを特徴とする。

本発明によれば、線材が所定の間隔をあけて複数本並設されているため、プリント基板が必要とする電流容量に対し、適宜本数の線材を所定の間隔で並設するだけで、確保したい電流容量に見合った断面積を持つ配線パターン部を備えた基板を簡易に設計することができる。従って、プリント基板における電流容量の増加を、パターン幅を広げたり、銅箔を厚くしたりすることなく、線材の数を増やすだけで、小型化を維持したままで簡易に実現することができ、コスト上昇を抑制することができる。

さらに、本発明のプリント基板は、上述のいずれかのプリント基板において、前記線材の両端部は、スルーホールを通して前記基板本体の裏面に半田付けされていることを特徴とする。

本発明によれば、線材の両端部がスルーホールを通して基板本体の裏面に半田付けされているため、線材を配線パターン上に実装する際、その両端部をスルーホールに通して基板本体の裏面に半田付けするだけでよく、簡単に自動化することができる。従って、プリント基板における電流容量の増加を、線材を配線パターン上にスルーホールを通して実装するだけで簡易に実現することができ、構成の複雑化や生産性の低下を回避し、低コスト化することができる。

本発明によると、電流を流す配線パターン部（導体部）の断面積を、元々の配線パターンの断面積に対し、配線パターン上に実装された線材の断面積相当分と、その線材の実装に供された導電性溶融金属の断面積相当分とを加えたものとすることができるため、プリント基板において、大電流を流すことができるように、配線パターン部の断面積および表面積を簡便に増加し、基板の大型化や高コスト化を回避しつつ、パターン抵抗を低減して電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失や熱容量を低減して放熱効果および抵抗低減効果を高め、発熱量を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプリント基板の一部の概略斜視図（Ａ）とその正面視図（Ｂ）である。上記プリント基板の一部の平面視図である。図２中のＡ−Ａ断面相当図である。図２中のＢ−Ｂ断面相当図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るプリント基板の一部の概略斜視図（Ａ）とその正面視図（Ｂ）が示され、図２には、そのプリント基板の一部の平面視図、図３および図４には、Ａ−Ａ断面相当図およびＢ−Ｂ断面相当図が示されている。
プリント基板１は、絶縁材等の基材によって構成された基板本体２と、その表面に形成された所定の幅および厚さを有する銅箔３Ａ等からなる配線パターン３とを備えている。

このようなプリント基板１において、大きな電流を流せるように、電流容量を増加する場合、パターン抵抗を低減するため、基本的には配線パターン３の断面積が大きくなるように設計する。一般的に配線パターン３の断面積を大きくするには、配線パターン３の幅を広げるか、もしくは銅箔３Ａの厚さを厚くする必要があるが、前述の通り、様々なデメリットがある。

本実施形態においては、そのデメリットを解消すべく、配線パターン３上にジャンパー線等により構成される導電性の線材４を少なくとも１本以上（本実施形態では、２本の例を示す。）、電流の流れ方向に沿って配設し、その上部に半田等の導電性の溶融金属５を流すことにより、溶融金属（半田）５を、その表面張力により一定の厚さを有して線材４を覆うように配線パターン３上にて固化させ、線材４を配線パターン３上に実装した構成としている。

線材（ジャンパー線）４の両端部４Ａは、図３に示されるように、折り曲げられ、プリント基板１に設けられているスルーホール６に通されることにより、基板本体２の裏面に半田付けされるようになっている。

ここで、例えば、配線パターン３を構成する銅箔３Ａの幅Ｗを１０ｍｍ、厚さｔを３５μｍとした場合、その断面積Ａ１は、以下となる。
Ａ１＝１０ｍｍ×３５μｍ＝０．３５ｍｍ^２
一方、線材４の太さΦを１．０ｍｍとした場合、その断面積（線材が２本）Ａ２は、
Ａ２＝π（１．０ｍｍ／２）^２×２（本）＝１．９２ｍｍ^２
これに、表面張力により線材４の上部を覆うように形成される半田５の山部の高さＴを１．１ｍｍとした場合の半田５部分による断面積Ａ３（≒７．６ｍｍ^２）を加えると、配線パターン部（導体部）の断面積Ａは、概ね以下の通りとなる。
Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＝９．８７ｍｍ^２

このように、プリント基板１の配線パターン３上に少なくとも１本以上の線材（ジャンパー線）４を実装し、その上に導電性の溶融金属である半田５を流して固化することによって、配線パターン部（導体部）の断面積Ａおよびその表面積を、線材４の本数に応じて適宜増加することができる。

斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記プリント基板１において、例えば１０Ａを超えるような大電流を流すため、その電流容量を増加する場合、配線パターン３を構成する銅箔３Ａの幅Ｗを広げたり、厚さｔを厚くしたりすることなく、配線パターン３上に少なくとも１本以上の導電性の線材（ジャンパー線）４を配設し、その上部に導電性の溶融金属（半田）５を流して固化することにより、溶融金属（半田）５を介して線材（ジャンパー線）４を実装し、電流を流す配線パターン部（導体部）の断面積を増加することができる。

つまり、電流を流す配線パターン部（導体部）の断面積を、元々の配線パターン３の断面積Ａ１に対して、配線パターン３上に実装された線材４の断面積相当分Ａ２と、その線材４の実装に供された導電性溶融金属（半田）５の断面積相当分Ａ３とを加えた面積Ａとすることができる。

これによって、プリント基板１において、大電流を流すことができるように、配線パターン部（導体部）の断面積および表面積を簡便に増加し、プリント基板１の大型化や高コスト化を回避しながら、パターン抵抗を低減して電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失や熱容量を低減して放熱効果および抵抗低減効果を高め、発熱量を抑制することができる。

また、線材４がジャンパー線、溶融金属５が半田とされているため、基板１の回路間を接続するための電線等として広範に使用されているジャンパー線を配線パターン３上に配設し、その上に溶融した半田５を流すことにより、簡便にジャンパー線を線材４として配線パターン３上に実装することができるとともに、半田５を表面張力により一定の厚さを持って線材４を覆うように配線パターン３上で固化させることができる。

従って、ジャンパー線４および半田５の断面積相当分Ａ２，Ａ３を利用して配線パターン部の断面積を増加することができ、プリント基板１のパターン抵抗を低減し、電流容量を大きくすることができるとともに、電流損失や熱容量を低減することができる。

さらに、線材（ジャンパー線）４を所定の間隔をあけて複数本並設することにより、プリント基板１が必要とする電流容量に対し、適宜本数の線材４を所定の間隔で並設するだけで、確保したい電流容量に見合った断面積を持つ配線パターン部を備えたプリント基板１を簡易に設計することができる。
このため、プリント基板１の電流容量の増加を、パターン幅Ｗを広げたり、銅箔３Ａの厚さｔを厚くしたりすることなく、線材４の数を増やすだけで、小型化を維持したままで簡易に実現することができ、コスト上昇を抑制することができる。

また、線材４の両端部４Ａをスルーホール６に通して基板本体２の裏面に半田付けするようにしているため、線材４を配線パターン３上に実装する際、その両端部４Ａをスルーホール６に通して基板本体２の裏面に半田付けするだけでよく、簡単に自動化することができる。従って、プリント基板１における電流容量の増加を、線材４を配線パターン３上にスルーホール６を通して実装するだけで簡易に実現することができ、構成の複雑化や生産性の低下を回避し、低コスト化することができる。

さらに、本実施形態では、ジャンパー線である線材４を基板本体２の片面である表面側において、配線パターン３上に実装し、その両端部４Ａをスルーホール６に通して裏面で半田付けしているものの、基本的には、基板本体２の片面のみで電流容量の増加対策を完結する構成としている。このため、プリント基板１の裏面において、基板スペースを圧迫する等問題を惹起する虞もない。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態におけるプリント基板１は、モータを駆動するインバータ用の回路基板において、１０Ａを超えるような電流が流れるパワートランジスタへの給電回路等に適用して有益なものである。

また、上記実施形態では、プリント基板１の配線パターン３上に線材４を平行に複数本並設した例について説明したが、線材４の配設パターンは、このような形態に限定されるものではなく、例えば格子状に配設する等、様々なパターンに変更してもよい。
更に、溶融金属５である半田の固化後の断面形状は、上記実施形態の如く、なだらかな山形形状とされているが、これに限定されるものではなく、断面積および表面積が出来る限り大きくされる形状であることが望ましい。

１プリント基板
２基板本体
３配線パターン
３Ａ銅箔
４線材（ジャンパー線）
４Ａ線材の両端部
５溶融金属（半田）
６スルーホール

Claims

絶縁材によって構成される基板本体と、
前記基板本体上に形成される配線パターンと、
前記配線パターン上に実装される少なくとも１本以上の導電性の線材と、を備え、
前記線材が前記配線パターン上に導電性の溶融金属を介して実装されていることを特徴とするプリント基板。
前記線材がジャンパー線、前記溶融金属が半田とされていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
前記線材は、所定の間隔をあけて複数本並設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。
前記線材の両端部は、スルーホールを通して前記基板本体の裏面に半田付けされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプリント基板。