JP2017220567A - 回路基板及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
支持体によって挟持される回路基板において、該支持体及びまたは回路基板の熱膨張による当該挟持部の損傷を効果的に防止する。
【解決手段】
２つの支持体（１０１ａ、１０１ｂ）により厚さ方向に挟持されて固定される回路基板（１０２）であって、前記回路基板のうち、前記２つの支持体により挟持される部分の厚さ方向の一部に、空間（２０７ａ、２０７ｂ）が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体により挟持されて支持される回路基板、及び、該回路基板を備えた電子装置に関し、特に、筐体や回路基板の熱膨張による該挟持部の損傷を効果的に防止することのできる回路基板、及び、該回路基板を備えた電子装置に関する。

電子装置の筐体内に回路基板を固定する手段として、当該筐体を構成する２つの機械的構造物により回路基板を挟持する技術が知られている。
この場合、例えば使用環境の温度が上昇すると、該回路基板を挟持する機械的構造物（例えば金属）や回路基板が熱膨張し、この熱膨張に起因した応力が回路基板の挟持部に加わって、回路基板内に亀裂などの損傷が生じ得る。

これを解決する構成として、機械的構造物により挟持される回路基板の当該挟持される領域の外周に沿って貫通孔たるスリットを設けることで、該ストレスを低減させることが開示されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に記載の回路基板では、スリットの形成領域の大きさによって応力低減効果の大きさが左右されるため、期待する応力低減効果の程度によっては、電子回路が形成できる回路基板の有効面積が減少し得る。

特開２０１４−９９５７２号公報

このような背景から、筐体により挟持されて支持される回路基板又は当該回路基板を備える電子装置において、電子回路を形成し得る回路基板上の有効面積を低減することなく、筐体等の熱膨張に起因する上記挟持部分の損傷を効果的に防止することが望まれている。

本発明の一の態様は、２つの支持体により厚さ方向に挟持されて固定される回路基板である。本回路基板では、前記２つの支持体により挟持される部分の厚さ方向の一部に、空間が形成されている。
本発明の他の態様によると、前記回路基板の少なくとも一つの側面において開口している。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、多層基板であり、前記空間は、内層の一部に形成されている。
本発明の他の態様によると、前記２つの支持体と当接する部分に、導電パターンが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記導電パターンはグランドパターンである。
本発明の他の態様は、前記回路基板と、前記２つの支持体を備える筐体筐体と、を備える電子装置である。
本発明の他の態様によると、前記２つの支持体は、前記回路基板とそれぞれ当接する部分が相対向するように配されている。
本発明の他の態様によると、前記２つの支持体を前記回路基板に対して加圧する締結部を備え、前記回路基板の前記空間は、前記締結部から予め定めた所定の距離範囲内に配されている。

本発明の第１の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る回路基板の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 本発明の変形例に係る回路基板の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係る電子装置１００は、例えば車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）であるが、本発明の電子装置の構成は、これに限らず、広く一般の電子装置に適用することができる。

図１（ａ）は、電子装置１００の上面図である。本電子装置１００は、筐体１０１と、当該筐体１０１内に収容された回路基板１０２（図示点線）と、回路基板１０２に搭載されたコネクタ１０３と、を有する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す本電子装置１００のＡ−Ａ断面矢視図の概略図である。筐体１０１は、カバー１０１ａとベース１０１ｂとの２つの支持体から構成されており、カバー１０１ａとベース１０１ｂとは、４つのネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄにより互いに固定されて内部空洞を形成し、当該内部空洞に回路基板１０２を収容する。

本実施形態では、特に、回路基板１０２は、２つの支持体であるカバー１０１ａとベース１０１ｂとにより厚さ方向（図１（ｂ）において上下方向）に挟持されて固定されており、回路基板１０２のうちカバー１０１ａとベース１０１ｂとにより挟持される図示左右端部の部分の厚さ方向の一部に、それぞれ空間２０７ａ及び２０７ｂが形成されている。

また、空間２０７ａ、２０７ｂは、回路基板１０２の図示左右の側面において開口している。これにより、本実施形態の電子装置１００では、環境温度の変動や回路基板１０２上に搭載された電気部品（不図示）の動作に伴う発熱等により周囲温度が変動し、２つの支持体であるカバー１０１ａ及びベース１０１ｂが回路基板１０２を加圧する力が増加した場合でも、回路基板１０２のうち空間２０７ａ、２０７ｂを構成する図示上下部分の突出部が変形することで回路基板１０２に発生する応力が緩和されるので、回路基板１０２における損傷の発生が防止される。また、当該応力の緩和は、電子回路を構成しない回路基板１０２の側部に設けられた空間２０７ａ、２０７ｂにより行われるので、回路基板１０２の表裏における電気部品実装や配線パターン形成を行うための有効面積を減少させることもない。

以下、回路基板１０２の構成と、筐体１０１により回路基板１０２が挟持される部分の構成について更に説明する。
図２は、回路基板１０２の構成を示す図である。ここで、図２（ａ）は、回路基板１０２の上面図（図１に示す上面図と同じ側から見た図）、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す回路基板１０２のＣ−Ｃ断面矢視図である。

回路基板１０２は矩形の平板であり（図２（ａ））、３つの絶縁層２０４、２０５、２０６が積層された多層基板である（図２（ｂ））。ここで、図２（ｂ）における絶縁層２０４の図示上面を回路基板１０２のオモテ面（図２（ａ）に示す面に対応する）、絶縁層２０６の図示下面を回路基板１０２のウラ面と称する。回路基板１０２のオモテ面及びまたはウラ面には、電子回路を構成する電気部品（不図示）が搭載されており、当該電子回路は、回路基板１０２に搭載されたコネクタ１０３を介して外部装置（例えば、外部の電源装置など）と電気的に接続されて、電源などからの電力供給や他装置（不図示）との間の情報伝送が行われる。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態においては、特に、内層である絶縁層２０５が、当該絶縁層２０５の図示上方に隣接して形成された絶縁層２０４、及び、当該絶縁層２０５の図示下方に隣接して形成された絶縁層２０６よりも図示左右方向の長さが小さく構成されている。これにより、絶縁層２０４、２０６の図示左右の両側面は、内層である絶縁層２０５の側面から突出した構成となり、当該突出部と絶縁層２０５の側面とにより、回路基板１０２の図示左右の側面においてそれぞれ開口する２つの空間２０７ａ、２０７ｂが形成される。なお、図２（ａ）においては、絶縁層２０４と絶縁層２０５との大小関係を明瞭にするために、絶縁層２０５の端部を破線で示している。

また、回路基板１０２のオモテ面には、図２（ａ）の図示左右の２つの辺に沿って、導電パターン２０８ａ及び２０８ｂ（それぞれ図示斜線部分）が形成されている。また、回路基板１０２のウラ面にも、オモテ面の導電パターン２０８ａ及び２０８ｂと対向する位置に、導電パターン２０８ｃ及び２０８ｄがそれぞれ形成されている（図２（ｂ））。

なお、回路基板１０２のオモテ面、ウラ面、及び又は絶縁層２０４、２０５、２０６の層間には、導電パターン２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄのほか、種々の信号用の導電パターンなども形成され得るが、図を簡略化して理解を容易にするため、図２においてはこれらの図示を省略している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、図１に示す電子装置１００のＡ−Ａ断面矢視図の詳細図、及びＢ−Ｂ断面矢視図である。

回路基板１０２は、空間２０７ａ及び２０７ｂが形成された図示左右の端部近傍において、それぞれカバー１０１ａとベース１０１ｂとにより厚さ方向に挟持されて固定される（図３（ａ））。

すなわち、回路基板１０２は、当該回路基板１０２を構成する絶縁層２０４のうち、空間２０７ａ及び２０７ｂをそれぞれ構成する図示左右の突出部の図示上面が、カバー１０１ａの内面の一部とそれぞれ当接するよう配され、且つ回路基板１０２を構成する絶縁層２０６うち、空間２０７ａ及び２０７ｂをそれぞれ構成する図示左右の突出部の図示下面が、ベース１０１ｂの内面の一部とそれぞれ当接するよう配される（図３（ａ））。

そして、回路基板１０２は、カバー１０１ａとベース１０１ｂとを固定するネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄが各々締結されることにより、図示左右におけるカバー１０１ａ及びベース１０１ｂとの当接部において図示上下方向（すなわち、回路基板１０２の厚さ方向）に加圧されて、当該厚さ方向において挟持される。ここで、ネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄは、２つの支持体であるカバー１０１ａとベース１０１ｂとを互いに締結して、カバー１０１ａとベース１０１ｂを回路基板１０２に対して加圧する締結部である。

ここで、環境温度の変動等により電子装置１００の温度が上昇すると、筐体１０１を構成するカバー１０１ａ、ベース１０１ｂ及び回路基板１０２の各部材は熱膨張する。このため、各部材の体積は増加し、回路基板１０２のうち、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂと当接する図示左右端部には、各部材の体積の増分に応じた応力が蓄積し始める。

回路基板１０２は、当該応力が蓄積される図示左右の端部に空間２０７ａ、２０７ｂを備えているので、各当接領域に蓄積した当該応力が所定の応力に達すると、当該空間２０７ａ、２０７ｂを形成する絶縁層２０４及び絶縁層２０６の図示左右の突出部は、当該空間２０７ａ、２０７ｂに向かって弾性変形する。その結果、当該突出部の弾性変形により、回路基板１０２には、当該所定の応力以上のストレスは蓄積されず、回路基板１０２の損傷や破損が防止される。なお、弾性変形を始める応力である上記所定の応力は、例えば、当該突出部を構成する絶縁層２０４及び絶縁層２０６の材質や、当該突出部の突出量に応じて適宜調整することができる。また、空間２０７ａ、２０７ｂは、制御回路などの電子回路などが主として形成される回路基板１０２のオモテ面及びウラ面を避けて、該電子回路などが通常形成されない基板内層の側面を利用するため、電子部品や配線などを実装する有効面積を減少させることもない。

さらに、本実施形態の電子装置１００では、２つの支持体であるカバー１０１ａ及びベース１０１ｂが当接する回路基板１０２上の部分に、例えばグランドパターンである上記導電パターン２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄが形成されているので、筐体１０１（すなわち、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂ）を、例えば金属等の導電性材料（例えば、アルミニウム）とすれば、当該筐体１０１を介して、回路基板１０２上に構成された電子回路のグランドラインを、電子装置１００外部に設けられた電源のグランドラインに接続することができる。

なお、本実施形態では、導電パターン２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄは、グランドパターンであるものとしたが、これに限らず、例えば電子回路を構成しない導電パターン（例えば、熱伝導用のパターン）とすることもできる。

また、２つの支持体であるカバー１０１ａ及びベース１０１ｂが当接する回路基板１０２上の部分に導電パターン２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄを設けない構成とすることもできる。この場合でも、空間２０７ａ、２０７ｂにより、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂから回路基板１０２に加わる応力を低減して、回路基板１０２の損傷や破損を効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、２つの支持体であるカバー１０１ａ及びベース１０１ｂにより回路基板１０２が挟持される部分（すなわち、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂが回路基板１０２に当接する部分）の全域に空間２０７ａ、２０７ｂを設ける構成としたが、これに限らず、当該挟持される部分の少なくとも一部において、回路基板１０２の厚さ方向の一部分に空間２０７ａ等と同様の空間が設けられるものとしてもよい。この場合でも、一定の応力緩和効果を得ることができる。

また、本実施形態では、空間２０７ａ、２０７ｂは、回路基板１０２の側面に開口を有するように設けられるものとしたが、これに限らず、例えば回路基板１０２のオモテ面、及び又はウラ面の任意の領域が、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂにより挟持されるものとし、当該領域において、回路基板１０２の厚さ方向の一部分に空間２０７ａ等と同様の空間を設けるものとしてもよい。

また、本実施形態では、カバー１０１ａが回路基板１０２と当接する部分と、ベース１０１ｂが回路基板１０２と当接する部分とが、互いに対応する同一の形状を有し、且つ回路基板１０２を挟んで相対向して配されるものとしたが、これに限らず、これら当接する部分の形状及び又は配置は、これには限られない。例えば、図３において、回路基板１０２のウラ面の全面がベース１０１ｂと当接しているものとしてもよい。また、例えば、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂと回路基板１０２との当接部分は、それぞれ、回路基板１０２の一の辺の全体ではなく、当該一の辺の一部に設けられていても良いし、当該一の辺に沿って複数の部分で構成されていてもよい。また、カバー１０１ａ及びベース１０１ｂと回路基板１０２との当接部分は、当該回路基板１０２を挟んで相対向する位置に配されていなくてもよい（例えば、図３（ａ）に示す平面視において、カバー１０１ａと回路基板１０２の当接部分と、ベース１０１ｂと回路基板１０２との当接部分とが、ずれた位置に配されているものとしてもよい）。

さらに、本実施形態では、回路基板１０２として多層基板を用いるものとしたが、これに限らず、例えば、単層のプリント基板を用いるものとし、当該単層のプリント基板の側面を加工して上記空間２０７ａ、２０７ｂを設けるものとしてもよい。

〔変形例〕
次に、図１に示す電子装置１００に用いられる回路基板１０２の変形例について説明する。

図４は、本変形例に係る、回路基板１０２に代えて用いることのできる回路基板４０２の構成を説明するための図である。ここで、図４（ａ）は、回路基板４０２の上面図（図１に示す上面図と同じ側から見た図）、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す回路基板４０２のＤ−Ｄ断面矢視図である。

本変形例に係る電子装置の回路基板４０２は、当該回路基板４０２のうちカバー１０１ａ及びベース１０１ｂからの加圧応力が集中するカバー１０１ａ及びベース１０１ｂを締結するネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ（すなわち、締結部）の近傍においてのみ、回路基板４０２の厚さ方向の一部に空間が設けられている。

ここで、締結部たるネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄの近傍とは、当該ネジから予め定められた所定の距離範囲内の近傍をいい、例えば、当該ネジを中心として略同心円状に分布する応力が所定のレベル以上である領域をいう。

本変形例に係る回路基板４０２は、図２に示す回路基板１０２と同様に矩形の平板であり（図４（ａ））、３つの絶縁層４０４、４０５、４０６が積層された多層基板である（図４（ｂ））。回路基板４０２は、特に、内層である絶縁層４０５の平面視形状が、他の絶縁層４０４、４０６の平面視形状とは異なり、締結部たるネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄの位置を中心として所定距離を半径とする半円形の切欠き（図４（ａ）の点線）が設けられている。この構成により、内層である絶縁層４０５の上記半円形の切欠き部分を挟むように、他の絶縁層４０４、４０６の側面の突出部が形成されて、回路基板４０２の側面に、４つの半円柱状の空間（例えば、図４（ｂ）に示す断面における４０７ａ、４０７ｂ）が形成される。

この４つの半円柱状の空間では、カバー１０１ａ、ベース１０１ｂ、及び、回路基板４０２の熱膨張による応力に加えて、ネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄの締結で発生する応力も効果的に吸収される。このように、本変形例に係る回路基板４０２では、比較的大きな応力が発生する該締結部たるネジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄの近傍の当接領域に、該締結部から発生する応力の分布に合わせた半円形の空間が設けられているため、各当接領域に蓄積した応力が効果的に緩和できる。なお、本変形例に係る回路基板４０２では、当該切欠き部の形状を半円形としたが、締結部の形状や配置に応じて、矩形状などの種々の形状で当該切欠き部を構成することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回路基板（１０２等）は、２つの支持体（１０１ａ、１０１ｂ）により厚さ方向に挟持される部分の、厚さ方向の一部に空間（２０７ａ、２０７ｂ等）が形成されている。これにより、当該回路基板（１０２等）における電子部品や配線などを実装する有効面積を減少させることなく、上記支持体から当該回路基板に加わる応力が温度変化等に起因して過剰に増大するのを防止して、回路基板１０２に損傷や破損が生ずるのを効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

１００・・・電子装置、１０１・・・筐体、１０１ａ・・・カバー、１０１ｂ・・・ベース、１０２、４０２・・・回路基板、１０３、４０３・・・コネクタ、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ・・・ネジ、２０４、２０５、２０６、４０４、４０５、４０６・・・絶縁層、２０７ａ、２０７ｂ、４０７ａ、４０７ｂ・・・空間、２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄ、４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ、４０８ｄ・・・導電パターン。

Claims (8)

1. ２つの支持体により厚さ方向に挟持されて固定される回路基板であって、
   前記回路基板のうち、前記２つの支持体により挟持される部分の厚さ方向の一部に、空間が形成されている、
   回路基板。
2. 前記空間は、前記回路基板の少なくとも一つの側面において開口している、
   請求項１に記載の回路基板。
3. 前記回路基板は、多層基板であり、
   前記空間は、内層の一部に形成されている、
   請求項１又は２に記載の回路基板。
4. 前記２つの支持体と当接する部分に、導電パターンが形成されている、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回路基板。
5. 前記導電パターンはグランドパターンである、
   請求項４に記載の回路基板。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の回路基板と、
   前記２つの支持体を備える筐体と、
   を備える電子装置。
7. 前記２つの支持体は、前記回路基板とそれぞれ当接する部分が相対向するように配されている、
   請求項６に記載の電子装置。
8. 前記筐体は、前記２つの支持体を前記回路基板に対して加圧する締結部を備え、
   前記回路基板の前記空間は、前記締結部から予め定めた所定の距離範囲内に配されている、
   請求項６又は７に記載の電子装置。

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