JP2016162846A - 基板ユニット、時計及び基板接合方法 - Google Patents

基板ユニット、時計及び基板接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化が可能な基板構造、時計、及び基板接合方法を提供する。【解決手段】一形態において、基板構造は、第1の基板と、前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有し、前記重合部において、少なくとも平面を規定する複数箇所に、前記第1の基板に接合される接合部を有する、第2の基板と、を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、基板構造、時計及び基板接合方法に関する。
腕時計等に用いられる基板構造として、複数の基板を接続する技術が用いられる(例えば、特許文献1参照)。例えば一方の基板を他方の基板の上面の一部に重ね、一対のコネクタを用いて基板同士を電気的及び機械的に接続する構造が知られている。例えば一方の基板の全周に、基板面から対向する他方の基板に向かって延びるガイドピンが設けられ、他方の基板にはガイドピンに対応する位置にガイド孔が形成されている。このガイド孔にガイドピンが挿入されるとともに、一対のコネクタが嵌合することで、一方の基板が他方の基板に、電気的及び機械的に接続される。
特開2007−227229号公報
基板を他の基板上に配置しコネクタを介在させて接続させる基板構造では接続に要するスペースが大きいため、小型化が困難である。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、小型化が可能な基板構造、時計及び基板接合方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態において、基板構造は、第1の基板と、前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有し、前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所に、前記第1の基板と接合される接合部を有する、第2の基板と、を備える。
本発明によれば、小型化が可能な基板を提供することが可能となる。
第1実施形態に係る時計の構成を示す平面図。 同時計の構成を示す断面図。 同時計の基板ユニットを示す平面図。 図3の一部を拡大した平面図。 図4のB−B断面図。 同基板ユニットの分解図。 同実施形態に係るモジュール基板の下面図。 他の実施形態に係る基板ユニットの断面図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態にかかる時計10の構成について、図1乃至図7を参照して説明する。なお、各図において、適宜構成を拡大、縮小、省略して概略的に示す。
図1は時計10の構成を示す平面図、図2は断面図である。図3は時計10の基板構造を示す平面図であり、図4は図3の一部を拡大した図である。図5は図4のB−B断面図であり、図6は基板構造を分解した図である。図7はモジュール基板22の下面図である。
図1及び図2に示すように、時計10は、腕時計である。時計10は、外郭を構成する腕時計ケース11と、腕時計ケース11内に設けられた基板構造である基板ユニット12と、基板ユニット12上に搭載された時計モジュール13と、腕時計ケース11内において時計モジュール13上に配置された文字盤14と、文字盤14の上方を覆う時計ガラス15と、基板ユニット12の裏側を覆う裏蓋16と、腕時計ケース11の外周に配された複数のスイッチ17と、を備えている。
腕時計ケース11は、円環状の本体ケース11aと、本体ケース11aの外側に配置された外装ケース11bと、を備えている。
本体ケース11aは円環状に構成され、内部に時計モジュール13等を収容する空間を有している。本体ケース11aの収容空間の下部には、円形の基板ユニット12が収容されている。
本体ケース11aの上部開口には文字盤14が配置されている。文字盤14の外周部分であって、本体ケース11aの内周縁には、補強部材18aや見切り部材18bが配置されている。また、本体ケース11aの裏面側の面には溝が形成され、この溝に裏蓋16との間を気密にする防水リング11dが装着されている。
外装ケース11bは本体ケース11aの外周に設けられている。外装ケース11bは、ビス11c等の接続部材によって本体ケース11aに固定されている。
文字盤14の中心部分には、貫通孔が形成され、この貫通孔に指針軸14aが挿入されている。文字盤14上には、回転可能な指針軸14aに支持される複数の指針14bが配置されている。指針14bは例えば時針や分針、秒針である。文字盤14の表面外周部部分には各種の時字14cが設けられた見切り部材18bが配置されている。
文字盤14の上方は透明な円板形状の時計ガラス15で覆われている。時計ガラス15は本体ケース11aの上部開口の内周縁において見切り部材18b上に支持されている。時計ガラス15の外周と本体ケース11aの内周縁の間にはパッキン19が介在している。
スイッチ17は、操作者が押し込み操作を行うことで時計モジュール13のモード切替や時刻修正などを行う。
図3乃至図6に示すように、基板ユニット12は、第1の基板であるマザー基板21と、第2の基板であるモジュール基板22とを備える。基板ユニット12は、マザー基板21の一部とモジュール基板22の一部が互いに重ね合わされる重合部23を構成する。基板ユニット12は、その重合部23において、マザー基板21とモジュール基板22が互いに接合される接合部24が複数設けられている。
図5に示すように、マザー基板21は、3層の基材31と、基材31間及び両表面にそれぞれ形成される4層の所定の配線パターン32と、を備える4層構造の多層基板である。マザー基板21上には、各種電子部品を有する時計モジュール13が搭載されている。
マザー基板21は、その外周の一部に略矩形状に凹む切欠部21aを有する、円板状に構成されている。マザー基板21の外周縁は中心角180度以上の円弧状の湾曲縁部21bと、湾曲縁部21bの両端より径方向内側に位置する直線状の端縁部21cと、湾曲縁部21bの両端から内方に向かって端縁部21cの両端に至る接続縁部21dと、を有する。端縁部21cと接続縁部21dとによって切欠部21aの周縁が形成される。また、湾曲縁部21bの両端と接続縁部21dとにより突出片25の周縁が形成される。
マザー基板21は、端縁部21cの両側から外方に突出する一対の突出片25を備えている。端縁部21cには、モジュール基板22との位置決めのための位置決めピンの周りに係合可能なガイド凹部21eが形成されている。また、マザー基板21の所定位置には電池が配置される開口21fが形成されている。
マザー基板21の外周縁の一部は、モジュール基板22と重なる重合部23を構成する。重合部23は、平面を規定する複数箇所に、接合部24が設けられる。
接合部24は、端縁部21cにおいて所定の方向に並列に複数設けられるとともに、突出片25にそれぞれ2カ所ずつ設けられる。本実施形態において、端縁部21cの一端側に3つ、他端側に4つの接合部24が並列配置される。また、この端縁部21cの接合部24の並列方向から外れた位置であって、端縁部21cの並列方向と交差する方向に沿って、湾曲縁部21bの外周縁の両端部、すなわち突出片25に、2つずつ接合部24が並列配置される。接合状態において、複数の接合部24は、モジュール基板22の外周部分を囲む。
マザー基板21は、各接合部24において、第1接合パッド27と、第1ビアホール28と、を備える。
第1接合パッド27は、メタル層で構成され、基板の各配線パターン32に接続される。第1接合パッド27は、例えば信号パッドやGNDパッドやFGパッドである。第1接合パッド27は上面視で方形の板状であって、第1ビアホール28を介して各層の配線パターン32にそれぞれ接続される。
第1ビアホール28は、各接合部24において、第1接合パッド27が形成されたマザー基板21を貫通するスルーホールであり、内部にメタライズ層が形成されている。
モジュール基板22は、3層の基材31と、基材31間及び両表面にそれぞれ形成される4層の所定の配線パターン32と、を備える4層構造の多層基板である。モジュール基板22の表面上には、例えばブルートゥース通信や、ANT通信などの、通信用アンテナ33が搭載されている。またモジュール基板22の裏面には、通信用IC34(通信用の集積回路)等が搭載されている。
モジュール基板22は、中心角が180度より小さい円弧状の湾曲縁部22bと、湾曲縁部22bの両端を結ぶ直線状の端縁部22cとからなる外周を有する所定形状の板状である。モジュール基板22は、マザー基板21の切欠部21a上に配され、切欠部21aの縁部分を覆う。端縁部22cには、マザー基板21との位置決めの際に位置決めピンの周りに係合可能なガイド凹部22eが形成されている。
モジュール基板22の外縁の一部は、マザー基板21と重なる重合部23を構成する。重合部23の、平面を規定する複数箇所に、接合部24が設けられている。換言すると、複数の接合部24によって、マザー基板21上にモジュール基板22を支持する平面が規定される。
モジュール基板22において、接合部24は、端縁部22cに並列して複数設けられるとともに、湾曲縁部22bの両端部にそれぞれ2箇所ずつ設けられる。本実施形態では、モジュール基板22において、端縁部22cの一端側に3つ、他端側に4つの接合部24が並列配置されるとともに、この端縁部22cの接合部24の並列方向から外れた位置であって、端縁部22cの並列方向と交差する方向に沿って、湾曲縁部22bの両端部に2つずつ接合部24が並列配置される。これらの複数の接合部24によって、モジュール基板22の外周部分が囲まれている。
モジュール基板22は、各接合部24に、第2接合パッド35と、第2ビアホール36と、を備えて構成される。
モジュール基板22の、各接合部24における端縁には、断面視半円形状の湾曲面を構成する湾曲凹部22dが形成されている。したがって、モジュール基板22の各接合部24における端面が断面視半円形に湾曲している。モジュール基板22の各接合部24には端面にメタライズが施されている。したがって、モジュール基板22の各接合部における湾曲凹部22dを含む端面に、端面メタル38が形成されている。この端面メタル38は第2接合パッド35の一部を構成する。
第2接合パッド35は、基材31の表面に形成され基板の各配線パターン32に接続されるメタル層と、端面メタル38とを連続して備えて構成される。第2接合パッド35は、例えば信号パッドやGNDパッドやFGパッドである。第2接合パッド35は、第2ビアホール36を介して各層の配線パターン32にそれぞれ接続される。
第2ビアホール36は、各接合部24において、第2接合パッド35が形成されたモジュール基板22を貫通するスルーホールであり、内部にメタル層が形成されている。
基板ユニット12において、マザー基板21の重合部23の表面と、モジュール基板22の重合部23の裏面とが、対向して重ね合わされ、モジュール基板22と、マザー基板21とが、複数の接合部24で電気的及び機械的に接続されている。基板ユニット12は、接合状態において、円弧状の湾曲縁部22bが連続し、外周が平面視円形状になる。
各接合部24には、第1接合パッド27から第2接合パッド35にかかるように半田37が設けられている。すなわち、マザー基板21とモジュール基板22が、各接合部24で半田付けされ、電気的及び機械的に接続されている。
半田37は、モジュール基板22の接合パッドの表面及び端面の一部と、マザー基板21の接合パッドの表面の一部を含む領域にわたって形成される。また、マザー基板21の裏面とモジュール基板22の表面との間に形成された隙間にも、半田37が配されている。すなわち、マザー基板21の裏面とモジュール基板22の表面とに半田37が密着している。この半田37は、基板21,22間の電気的及び機械的な接続機能と、接続の補強機能を備える。
基板ユニット12において、マザー基板21は重合部23から一方側に延び、モジュール基板22は重合部23から他方側に延びている。すなわち、基板ユニット12は、モジュール基板22の片側の一部がマザー基板21に支持される片持ちの支持構造となっている。
以上の様に構成された基板ユニット12の製造方法及び基板接合方法について説明する。
まず、マザー基板21とモジュール基板22をそれぞれ製造する。マザー基板21の製造方法としては、例えば予め所定の配線パターン32が形成された3層の基材31を積層し、外周縁にガイド凹部21eや切欠部21aを所定の形状に切断し、その後外周縁部分にドリルやレーザー加工により第1ビアホール28を形成する。そして、メッキ法などにより、マザー基板21の所定位置にメタル層を形成し、複数の第1接合パッド27をそれぞれ形成するとともに、第1ビアホール28内をメタライズする。
モジュール基板22の製造方法としては、例えば予め所定の配線パターン32が形成された3層の基材31を積層し、ガイド凹部22eを有する所定の形状に切断する。その後、外周縁部分にドリルやレーザー加工により第2ビアホール36や湾曲凹部22dを形成する。そして、メッキ法などにより所定位置にメタル層を形成し、湾曲凹部22dの端面メタル38を含む複数の第2接合パッド35をそれぞれ形成するとともに、第2ビアホール36内をメタライズする。
次に、別部材である位置決めピンに、各ガイド凹部21e、22eを係合させることで、マザー基板21とモジュール基板22を位置決めし、重合部23を重ねて配置する。このとき、スペーサ等の隙間形成手段によって重合部23であるマザー基板21とモジュール基板22の接合面の間に隙間が形成される。この位置決め状態において、マザー基板21の第1接合パッド27の一部の上面に、モジュール基板22の第2接合パッド35の一部が配置される。そして、重合部23を重ねた状態で、所定箇所を半田付けすることにより、マザー基板21とモジュール基板22とを電気的及び機械的に接合する。このとき、接合部24における両基板21,22上と端面を含む領域を覆うように半田37が形成されるとともに、基板21,22の間の隙間にも半田37が入り込み、両基板21,22の面に密着することで、高い接合強度を確保することができる。
以上により、平面を規定する複数箇所、すなわち本実施形態では端縁部21c,22cと湾曲縁部21b、22bの両端部の複数箇所の接合部24で、モジュール基板22がマザー基板21上に接合及び支持される。
以上のように構成された基板ユニット12の各基板21,22上に、それぞれ各種電子部品を搭載する。例えば、マザー基板21上には、例えば時計用マイコン(図示せず)や電子部品等を搭載する。また、モジュール基板22の表面上には例えばブルートゥース等の通信用アンテナ33や電子部品等を搭載する。モジュール基板22の裏面側には例えば通信用IC34等を搭載する。
なお、部品の搭載は基板21,22同士の接合工程の前としてもよい。
以上のように構成された基板ユニット12及び時計10は、マザー基板21の一部とモジュール基板22の一部を重ねて、平面を規定する複数の接合部24で接合することで、基板構造の小型化と、強固な接合が可能である。すなわち、複数の基板の一部同士を重ねて接合する片持ちの構造とすることで接合に要するスペースを小さくすることができる。また、平面を規定する複数箇所、すなわち本実施形態では端縁部21c,22cに並列する複数箇所と、その両端で並列方向と交差する方向に沿う複数の箇所に、接合部24を設けることにより、高い支持強度を確保できる。また、半田付けによる接合構造とすることで、コネクタを介して全面を接続する構造に比べて接合に要する厚さ寸法を抑えることができる。
また、接合部24において、端面を含む領域で半田付けすることにより、より大きな接合面積を確保し、立体的な接合構造とすることができる。また接合部24における端面に湾曲面を構成することで、接合面積を増加し、耐衝撃性、耐振動性を向上することができ、強固な接合を実現できる。さらに、接合パッド27、35にビアホール28、36を設けることにより、メタル層の剥がれを防止できる。
また、モジュール基板22とマザー基板21とは重合部23で重なりそれぞれ一方と他方に延びる配置としたことにより、基板21,22の両面のスペースを有効利用できる。また、モジュール基板22は切欠部21aに対応して配置する構成としたことで、モジュール基板22の他方の主面にも通信用IC34等の各種電子部品を搭載可能である。
また、本実施形態のモジュール基板22は、外周に設けられる所定位置で接合することで支持可能であるため、重合部23及び複数の接合部24を備える種々の機種及び形状のマザー基板21に対して接続することが容易であり、高い汎用性を確保できる。例えば個別認証が必要な電子部品を用いる場合にあっても、共通の基板を利用することができる。
なお、上記実施形態では、マザー基板21の表面(文字盤14側)に、モジュール基板22を重ねる配置としたが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、図8に示すように、マザー基板21の裏面(裏蓋16側)に、モジュール基板22を重ねて接続することも可能である。この場合、モジュール基板22の表面がマザー基板21の裏面と同位置になることから、モジュール基板22の表側の電子部品搭載用の高さスペースが確保できる。
上記実施形態においては、一方のモジュール基板22側に、端面メタライズを施したが、これに限られるものではなく、例えばマザー基板21側にメタル層を施してもよいし、両方の基板21,22の接合部24における端面にメタル層を形成してもよい。
また、第1ビアホール28と第2ビアホール36とが、互いに重なり、積層方向に連続する位置に配置してもよい。この場合には積層方向の一方から第1ビアホール28と第2ビアホール36にまで半田付けすることができるという効果が得られる。
なお、上記実施例では、腕時計ケース11に対する基板ユニット12の向きを、モジュール基板22側が腕時計ケース11の3時方向とする配置としたが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、12時、6時、9時方向としてもよい。すなわち、配置する方向は、スイッチ17が配置されていない方向であればよい。
なお、上記実施例では、モジュール基板22の裏面側に通信用IC34を搭載したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、通信用アンテナと同様にモジュール基板22の表面側に搭載してもよい。
なお、上記実施例では、接合部24は、端縁部21cにおいて所定の方向に並列して複数設けられるとともに、突出片25にそれぞれ2カ所ずつ設けるとしたが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として、端縁部21cを直線状では無く、段差部を設け、その段差部の両側にだけ接合部24を設けるようにしてもよい。すなわち、マザー基板21とモジュール基板22との接合部は、重合部23の少なくとも平面を規定する複数箇所に設けられていればよい。
なお、上記実施例では、マザー基板21に対してモジュール基板22を文字盤14側に接合したが、マザー基板21に対してモジュール基板22を裏蓋16側に接合してもよい。
なお、上述した実施形態は例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記]
[1]
第1の基板と、
前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有し、前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所に、前記第1の基板と接合される接合部を有する、第2の基板と、
を備える基板構造。
[2]
前記重合部は、前記第1の基板及び前記第2の基板の外周縁の少なくとも一部に設けられ、
前記第2の基板の、一方側の端縁に複数の前記接合部が並列配置されるとともに、前記端縁の両端から、前記端縁における前記接合部の並列方向から外れた位置に、それぞれ前記接合部が設けられることを特徴とする[1]記載の基板構造。
[3]
前記接合部には、メタル層を有する接合用のパッドが形成され、
少なくともいずれかの基板において、前記基板の端面にメタル層が形成されることを特徴とする[1]または[2]記載の基板構造。
[4]
前記第1の基板及び前記第2の基板の少なくともいずれかは、複数の基材と複数の配線パターンを備える多層基板であって、前記接合部にビアが形成されたことを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか記載の基板構造。
[5]
前記接合部において前記第1の基板と前記第2の基板とが半田付けされ、前記重合部において、前記第1の基板と前記第2の基板との間に半田が配されたことを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか記載の基板構造。
[6]
前記第1の基板は、外周の一部が凹状の切欠部を有する形状であって、前記切欠部の両側において外方に突出する一対の突出片を有し、
前記第2の基板の両端部が前記突出片と重なり、
前記第1の基板は前記重合部から一方に延び、前記第2の基板は前記重合部の他方に延び、接合状態において、外周が平面視円形状に構成されることを特徴とする[1]
乃至[5]のいずれか記載の基板構造。
[7]
前記第1の基板に時計モジュールが搭載され、
前記第2の基板に通信用の集積回路及びアンテナが搭載されることを特徴とする[1]
乃至[6]のいずれか記載の基板構造。
[8]
[1]乃至[7]の基板構造を備えたことを特徴とする時計。
[9]
第1の基板と前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有する第2の基板とを接合する基板接合方法において、
前記第1の基板と前記第2の基板との前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所の接合部を介して接合する基板接合方法。
10…時計
11…腕時計ケース
12…基板ユニット
13…時計モジュール
14…文字盤
15…時計ガラス
16…裏蓋
21…マザー基板
21a…切欠部
21b…湾曲縁部
21c…端縁部
21d…接続縁部
21e…ガイド凹部
21f…開口
22…モジュール基板
22b…湾曲縁部
22c…端縁部
22d…湾曲凹部
22e…ガイド凹部
23…重合部
24…接合部
25…突出片
27…第1接合パッド
28…第1ビアホール
31…基材
32…配線パターン
33…通信用アンテナ
34…通信用IC
35…第2接合パッド
36…第2ビアホール
37…半田
38…端面メタル
本発明は、基板ユニット、時計及び基板接合方法に関する。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、小型化が可能な基板ユニット、時計及び基板接合方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態において、基板ユニットは、第1の基板と、前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を備え、前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所に、前記第1の基板と接合される接合部を有する、第2の基板と、を備える。

Claims (9)

  1. 第1の基板と、
    前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有し、前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所に、前記第1の基板と接合される接合部を有する、第2の基板と、
    を備える基板構造。
  2. 前記重合部は、前記第1の基板及び前記第2の基板の外周縁の少なくとも一部に設けられ、
    前記第2の基板の、一方側の端縁に複数の前記接合部が並列配置されるとともに、前記端縁の両端から、前記端縁における前記接合部の並列方向から外れた位置に、それぞれ前記接合部が設けられることを特徴とする請求項1に記載の基板構造。
  3. 前記接合部には、メタル層を有する接合用のパッドが形成され、
    少なくともいずれかの基板において、前記基板の端面にメタル層が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の基板構造。
  4. 前記第1の基板及び前記第2の基板の少なくともいずれかは、複数の基材と複数の配線パターンを備える多層基板であって、前記接合部にビアが形成されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の基板構造。
  5. 前記接合部において前記第1の基板と前記第2の基板とが半田付けされ、前記重合部において、前記第1の基板と前記第2の基板との間に半田が配されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の基板構造。
  6. 前記第1の基板は、外周の一部が凹状の切欠部を有する形状であって、前記切欠部の両側において外方に突出する一対の突出片を有し、
    前記第2の基板の両端部が前記突出片と重なり、
    前記第1の基板は前記重合部から一方に延び、前記第2の基板は前記重合部の他方に延び、接合状態において、外周が平面視円形状に構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の基板構造。
  7. 前記第1の基板に時計モジュールが搭載され、
    前記第2の基板に通信用の集積回路及びアンテナが搭載されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の基板構造。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載の基板構造を備えたことを特徴とする時計。
  9. 第1の基板と前記第1の基板の少なくとも一部に重なる重合部を有する第2の基板とを接合する基板接合方法において、
    前記第1の基板と前記第2の基板との前記重合部内の少なくとも平面を規定する複数箇所の接合部を介して接合する基板接合方法。
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