JP2018200985A - 電流補強部品を備えた回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板上に取り付けられる大電流を許容する電子部品のための電流補強部品を備えた回路装置を提供する。【解決手段】電子部品が配置される表面と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための裏面とを有し、該表面から裏面に貫通するスルーホールを有するプリント基板と、前記プリント基板には表面側及び裏面側に形成される、前記電子部品のための導電パターンと、前記スルーホール介して前記プリント基板に取り付けられる電流補強部品と、を備え、前記電流補強部品は前記スルーホールを介して前記表面側と裏面側の導電パターン間を連通させる構造を有しており、これによって、前記表面側と裏面側の導電パターン間で前記スルーホールを介して電流補強を行うように構成されている回路装置。前記表面側と裏面側の導電パターン間で前記スルーホールを介して電流補強を行うように構成されている回路装置。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板上に設けられる電流補強部品を備えた回路装置に関し、とりわけ、プリント基板上に取り付けられる大電流を許容する電子部品のための電流補強部品を備えた回路装置に関する。

プリント基板に取り付けられる電子部品には様々な用途、機能を持つ電子部品が含まれる。最近では、プリント基板上に取り付けられる電子部品の中には小型で極めて大容量の電流、いわゆる大電流を許容する電子部品を組み込むことができるプリント基板を提供することが求められるようになってきている。たとえば、特許文献１には大容量の電流を受けいれる電子部品を有する半導体プリント基板の構成が開示されている。
また、特許文献２には、ジャンパ線を有効使用することによって、大電流プリント基板の信頼性を高めるようにした構成が開示されている。
また、特許文献３には、基板の上・下に導電させるための貫通孔を利用して大電流を流すために、導電用貫通孔内に核を形成し、核と貫通孔の内壁によりメッキを成長させ、貫通孔にメッキを充填するようにして貫通孔を利用して部品面（表面）と半田面（裏面）との間で大電流を流すようにした構成が開示されている。

特開２０１４−２３６１５０号公報 特開平１０−２００２２１号 特開２０１１−４０５０８号

このような大電流を伴う電子部品については、当該電子部品の円滑な動作を保障するためには、プリント基板上において大容量の電流に耐える導電パターンを当該電子部品の配置に合わせて提供する必要がある。
従来では、プリント基板上に配置される大容量の電流で動作する電子部品、すなわち大電流電子部品への対応が不十分となっていた。最近では大電流電子部品が配置されるプリント基板上では当該電子部品に対しては大電流を許容する導電パターンを安定的に確保する必要があるとともに、大電流に伴う導電パターンの発熱を効果的に放熱する必要がある。また、プリント基板上への電子部品の配置によっては、導電パターンを交差させる必要が生じる。この場合には従来では、プリント基板の表面側だけでなく、裏面側にも導電パターンを形成して導電パターンの交差の問題を回避するようにしていた。しかし、電子部品の許容する電流が大電流のため、とりわけスルーホール及び裏面側の導電パターンには熱が蓄積しても、放熱できないという問題が生じていた。したがって、従来では結果として、プリント基板上での電子部品の配置の自由度が低下する、あるいは導電パターンの放熱が不十分となり、回路に機能障害が生じる等の問題が生じていた。
特許文献１に開示された構成では大電流容量を確保するための特別のバスバーを半導体モジュールの外部接続端子にレーザ溶接で接合するようになっているため大電流許容のための特別の接続工程が必要になるという問題がある。
特許文献２では、プリント基板の表裏面に導電パターンを形成して、導電パターン間を、スルーホール（貫通孔）を介して接合された近接ジャンパ線を用いて大電流を許容するように構成されている。しかし、この構成は隣接するペアのスルーホール毎にジャンパ線を互いに近接させて挿入配置した大電流用基板において、近接したジャンパ線間の導電パターン上に半田を設け、近接した各ジャンパ線を半田を介して接合し、近接ジャンパ線の活用の効率を高めることを意図しているものであって、貫通孔を用いて部品面（表面）と半田面（裏面）との間で大電流を流すことを前提とするものではない。
貫通孔に大電流を流すこと念頭においた構成はたとえば特許文献３に開示されている。この開示された構成では回路基板の導電用貫通孔に絶縁性感光剤で核を露光・現像して形成し、該核と貫通孔の内壁によりメッキを成長させ、貫通孔にメッキを充填する回路基板の貫通孔に核を形成するようになっている。
しかしながらこの開示された手法では、貫通孔（スルーホール）内に大電流を許容する導電路を形成するための労力が多大となり、コスト面での負担も大きくなるという問題がある。
したがって、本件発明は、プリント基板において部品面（表面）、半田面（裏面）の導電パターン及びその間の貫通孔を介して設けられる導電路における大電流を許容できる効率的な回路構成を提供することを目的とする。
さらに、本件発明は大電流許容部品の動作に伴う部品面（表面）、半田面（裏面）における導電パターンからの発熱の問題を有効の処理できる効率的なプリント基板を備えた回路装置及び電流補強部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本件発明は、電子部品が配置される表面と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための裏面とを有し、該表面から裏面に貫通するスルーホールを有するプリント基板と、
前記プリント基板には表面側及び裏面側に形成される、前記電子部品のための導電パターンと、
前記スルーホール介して前記プリント基板に取り付けられる電流補強部品と、を備え、
前記電流補強部品は前記スルーホールを介して前記表面側と裏面側の導電パターン間を連通させる構造を有しており、これによって、前記表面側と裏面側の導電パターン間で前記スルーホールを介して電流補強を行うように構成されていることを特徴とする。
また、好ましい態様としては、前記電流補強部品は前記導電パターンからの熱を放熱するための放熱構造を備えていることを特徴とする。
好ましい態様としては、前記電流補強部品は前記電子部品と同様の自動挿入動作により、プリント基板に取り付けられる。
好ましい態様としては、電流補強部品の放熱構造は前記表面側の導電パターンと接することにより放熱するようになっている。
好ましい態様としては、放熱構造はハンダ付けにより前記表面側の導電パターンと接することにより放熱するようになっている。
また、電流補強部品の放熱構造は、好ましい態様としては、複数のそろばん玉を直線的に連結した構造をしており、それぞれのそろばん玉の下端が前記表面側の導電パターンと接するように構成することができる。
それぞれそろばん玉の間には空間が形成されるので、導電パターンに蓄積された熱を効率的に放熱することができる。
また、別の好ましい態様としては、電流補強部品の放熱構造は直線的に延びるぜんまい型の構造とすることができ、それぞれの巻き線の下端部が前記表面側の導電パターンと接するように構成することができる。それぞれの巻き線は空間的に隔離されているので、導電パターンに蓄積された熱を、該ぜんまい構造を介して効率的に放熱することができる。
さらに、別の好ましい態様としては、前記電流補強部品の放熱構造が下方に延びる複数の脚部を有して直線的に延びるむかで型の構造をしており、それぞれの脚部の下端部が前記表面側の導電パターンと接するように構成することができる。
さらに、本件発明は、別の特徴として、電子部品が配置される表面と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための裏面とを有し、該表面から裏面に貫通するスルーホール及び前記表面と裏面に形成された、導電パターンを有するプリント基板上に取り付けられる電流補強部品であって、
前記導電パターン間を前記スルーホールを介して連通させる構造を有する電流補強部品が構成される。
また、電流補強部品が前記導電パターンからの熱を放熱するための放熱構造を備えていてもよい。

本件発明は、プリント基板において部品面（表面）、半田面（裏面）の導電パターン及びその間を連通させる貫通孔（スルーホール）を介して設けられる導電路における大電流を許容する効率的な回路構成を提供することができる。
また、プリント基板上に配置された、放熱が必要な、とりわけ大電流を許容する電子部品に起因する表面側及び裏面側の導電パターンに蓄積される熱を、電流補強部品を介して効率的に放熱することができるとともに当該電流補強部品のプリント基板への取り付けを効率的に行うことができる。
さらに、上記のように部品面（表面）、半田面（裏面）の導電パターン及びその間を連通させる貫通孔（スルーホール）を介しての導電路の全体的にわたって大電流を許容できるため、プリント基板の表面側及び裏面側の導電パターンの形成の自由度を確保することができる。この結果、大電流を伴う電子部品のプリント基板上の配置の自由度を高めることもできる。

本発明の１つの実施例にかかる電流補強部品を有するプリント基板を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１の電流補強部品の斜視図である。 図１のＢ−Ｂ線部分断面図である。 電流補強部品の他の実施例の斜視図である。 図５に示す電流補強部品をプリント基板に取り付けた状態のＣ−Ｃ線部分断面図である。 電流補強部品のさらに他の実施例の斜視図である。 電流補強部品のさらに他の実施例の斜視図である。 図８に示す電流補強部品をプリント基板に取り付けた状態のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、図面を参照して、本件発明を説明する。図１、図２、図３及び図４には電流補強部品を備えたプリント基板の例が示されている。
図１に示されているプリント基板１０は、電子部品（図示せず）、とりわけ大電流を許容する電子部品を含む多様な電子部品が配置される部品側の表面１１と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための半田面となる裏面１２とを有している。
そして、本実施例ではプリント基板１０上には、該プリント基板１０に配置される電子部品のための導電パターン１３、１４が表面側及び裏面側に形成されている。
本実施例の導電パターン１３と導電パターン１４とは重ね合わせると交差する状態になっている。
しかし、両者は表面側と裏面側に別々に互いに独立して形成されるため、異なる電子部品のためにそれぞれ機能することができる。
そして、本実施例では表面側及び裏面側においてそれぞれの導電パターン１３、１４はプリント基板上で平面的に延びている。
そして、導電パターン１３の両端部には、一対のスルーホール１５、１６が設けられている。また、導電パターン１３は、スルーホール１５、１６を介してプリント基板の表面側から裏面側に延びる導電パターン１３ａ、１３ｂを有している。そしてプリント基板１０の表面側にはスルーホール１５、１６を介して電流補強のための電流補強部品２０が取り付けられている。裏面側の導電パターン１３ａ及び１３ｂはスルーホール１５、１６に挿入される電流補強部品２０を介して表面側の導電パターン１３と大電流を許容する導通状態にされている。
また、表面側の導電パターン１３とはプリント基板１０を挟んで裏面側で交差する導電パターン１４の両端部にも、一対のスルーホール１７、１８が設けられており、そのスルーホール１７、１８を介して導電パターン１４からの放熱及びスルーホール１７、１８の電流補強のための電流補強部品２０がプリント基板１０の表面側に取り付けられている。 そして、この裏面側に主要部分を有する導電パターン１４のための電流補強部品２０の下方部分に当たるプリント基板の表面側の部分の対応した表面側の領域にはそれぞれ導電パターン１４ａ、１４b が形成されている。
本実施例における導電パターン１３、１４、スルーホール１５、１６、１７、１８及び電流補強部品２０の構造及び接続関係について図２、図３及び図４を参照しながら説明する。
本実施例における電流補強部品２０は、複数のそろばん玉２１を直線的に連結したような構造をしている。すなわち、電流補強部品２０は、銅などの導電性材料からなる部品であり、プリント基板に設けられた一対のスルーホールに取り付けられる一対のリード線からなる両端部と、前記一対のリード線を連結する中間部とを備え、該中間部は、一のリード線から他のリード線に向かう方向に拡径する拡径部と、同方向に縮径する縮径部とを有するものであり、前記拡径部と縮径部とを交互に連続させた構造によって、いわば複数のそろばん玉２１を直線的に連結した構造になっている。
また、電流補強部品２０は、リード線２２、２３に比して電流容量が大となる部分を有するものであり、具体的には、前記中間部は、リード線からなる両端部に比して電流容量が大となる部分を有するものであるから、大電流をより効果的に許容することができる。
そして、それぞれのそろばん玉２１の下端が表面側の導電パターン１４ａ、１４ｂと接している。この場合、それぞれのそろばん玉２１の下端部は導電パターンの上面とは半田１９ａを介して接続されている。すなわち両者はハンダ付けされている。
また、図４に示すように電流補強部品２０はいわゆるアキシャル構造を有しており、自動挿入機に供給される前段階では、リード線２２、２３がプリント基板に対して水平方向に延びる構造である一方、自動挿入機によってプリント基板に取り付けられた段階では、その長手方向の両端からはリード線２２、２３がプリント基板に対して垂直方向に延びておりスルーホール１７、１８を表面側から裏面側に貫通している。そして、その先端部２２ａ、２３ａは折り曲げられて、プリント基板１０の裏面側の表面１２に押しつけられた状態になっている。
裏面１２において電流補強部品２０のリード線の先端部とプリント基板１０の裏面１２との間は半田１９ｂによってハンダ付けされてプリント基板１０の裏面上に接着されている。
この上記の構造を構成するに当たっては、まず所定の平面形状を有する導電パターン１３、１４をプリント基板１０の表面１１及び裏面１２に形成する。
次に、表面側の導電パターン１３の電流補強部品２０を取り付ける部分に対応した裏面側導電パターンの投影部分を含む領域１４ａ、１４ｂ（すなわち電流補強部品２０を取り付けたプリント基板１０を上方から見たときに電流補強部品で隠れる領域）を含む導電パターン１４ａ、１４ｂの表面にクリーム状半田１９ａを所定の厚さで塗って半田層を形成する。
次に、所定の電子部品（図示せず）及び電流補強部品２０を、スルーホールを介して自動挿入によりプリント基板１０に取り付ける。
つぎに、プリント基板１０の表面１１の側のハンダ付けによる半田１９ａは、上記のクリーム状半田を溶融させて電流補強部品２０と導電パターン１３とのハンダ付けを行う。裏面１４の側については、プリント基板１０の裏面１４を半田槽に漬ける（ディップ）か、または流動するフロー半田を用いては電子部品及び電流補強部品のアキシャル構造を裏面側の導電パターン１４との間で半田１９ｂよって補強部品の脚すなわちリード線２２、２３とプリント基板１０とを接着する。
このように大電流を許容する電子部品を含む電子部品及び電流補強部品を好ましくは自動挿入動作によりプリント基板１０の上に取り付ける。
これによって、プリント基板の表面１１と裏面１２の導電パターン１３、１４及びその間を連通させるスルーホール１７、１８を介しての導電路の全体的にわたって大電流を許容できる。プリント基板の表面側及び裏面側の導電パターンの形成の自由度を確保することができる。その結果、大電流を伴う電子部品のプリント基板上の配置の自由度を高めることもできる。
この構造では、それぞれそろばん玉２１の間には空間２４が形成されるので、導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）に蓄積された熱を効率的に放熱することができる。
図５及び図６には別の態様の電流補強部品３０が示されている。本実施例の電流補強部品３０の放熱構造は直線的に延びるぜんまい型になっている。すなわち、電流補強部品３０は、銅などの導電性材料からなる部品であり、プリント基板に設けられた一対のスルーホールに取り付けられる一対のリード線からなる両端部と、前記一対のリード線を連結する中間部とを備え、該中間部は、導電線材を螺旋状に巻き回してなる構造によって、直線的に延びるぜんまい型になっている。
この構造では、それぞれの巻き線３１の両端の脚３２、３３（リード線）が導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）と半田１５（１６）により接着されている。
実施例の電流補強部品３０は、それぞれの巻き線は空間的に隔離されているので、導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）に蓄積された熱を、空間的に離れた巻き線を介して効率的に放熱することができる。
また、電流補強部品３０の中間部を螺旋状に構成することにより、両端のリード間を水平方向に直線状に連結する場合に比して、導電容量が大となる部分を有するものであるから、大電流をより効果的に許容することができる。
図７にはさらに別の態様の電流補強部品４０が示されている。本実施例では電流補強部品４０の放熱構造は、下方に延びる複数の足４１を有して直線的に延びるむかで型４０の構造をしており、むかで型の電流補強部品４０は直線的に延びる胴部４１と、該胴部４１の両端の脚４２、４３（リード線）及び当該胴部４１の長手方向の側部から所定の間隔を置いて下方に延びる複数の足４４を備えており、その足４４の下端部がハンダ付けにより半田１９ａ（１９ｂ）を介して導電パターン１３（１４ａ、１４ｂ）と接するように構成されている。
このようなむかで型の構造の電流補強部品においても、導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）に蓄積された熱を、効率的に放熱することができる。
また、電流補強部品４０は、電流補強部品３０は、脚４２、４３よりも断面積が大となる胴部４１及び複数の足４４を備えることにより、両端のリード線間を一本の線状部材によって連結する場合に比して、導電容量が大となる部分を有するものであるから、大電流をより効果的に許容することができる。
図８及び図９にはさらに別の態様の電流補強部品５０が開示されている。本実施例の電流補強部品５０は、両端部が垂直方向に折れ曲がった脚部５１を備えた細長い平面状の本体部５２を備えており、該本体部の中央部分には下方に延びる円錐部５３とその円錐部５３の下端には、本体部の平面と平行な平面を有する下端部５４が形成されている。円錐部５３は上端が本体部に一体的に結合し、下端部が下端部と一体的に結合される円錐面に沿って斜め方向に延びる複数（本例では４つ）の棒状部材５３ａからを有する。従って、円錐部５２には円周方向に、棒状部材の数に対応した複数の空間部５３ｂが設けられることになる。
本実施例の構造では図８に示すように下端部５４の下面が導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）の上面と密着した構造になっている。両者の間は半田によって結合されている。
これによって、導電パターン１３（１４、１４ａ、１４ｂ）に接続される大電流が通電する部品足およびスルーホールの電流負荷を電流補強部品５０は共有することができるので、大電流に適した構造を容易に得ることができる。
なお、本実施例ではスルーホールの内壁に金属メッキを施していない場合を示したが、スルーホールの内壁に銅箔などの金属メッキを施しても良い。
本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
例えば、上記各実施例では、電流補強部品として、そろばん玉型（電流補強部品２０）、ぜんまい型（電流補強部品３０）、むかで型（電流補強部品３０）を示したが、これに限るものではなく、例えば、両端のリード間を直線状の導電性線材によって同径のまま水平方向に連結する場合に比して電流容量が大となるものであれば良く、例えば、電流補強部品の両端部であるリードよりも電流容量が大となる大きさを有する中間部として円柱体や四角柱体などの多角柱体を採用しても良い。

１０ プリント基板
１１ 表面
１２ 裏面
１３、１４ 導電パターン
１５、１６ スルーホール
１９ａ、１９ｂ 半田
２０ 電流補強部品（そろばん型）
２１ そろばん玉
２２、２３ 脚（リード線）
３０ 電流補強部品（ぜんまい型）
３１ 巻き線
３２、３３ 脚（リード線）
４０ 電流補強部品（むかで型）
４１ 胴部
４２、４３ 脚（リード線）
４４ 足
５０ 電流補強部品
５１ 脚部
５２ 本体部
５３ 円錐部
５４ 下端部

Claims (11)

1. 電子部品が配置される表面と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための裏面とを有し、該表面から裏面に貫通するスルーホールを有するプリント基板と、
   前記プリント基板には表面側及び裏面側に形成される、前記電子部品のための導電パターンと、
   前記スルーホール介して前記プリント基板に取り付けられる電流補強部品と、を備え、
   前記電流補強部品は前記スルーホールを介して前記表面側と裏面側の導電パターン間を連通させる構造を有しており、これによって、前記表面側と裏面側の導電パターン間で前記スルーホールを介して電流補強を行うように構成されていることを特徴とする回路装置。
2. 前記電流補強部品は、前記導電パターンからの熱を放熱するための放熱構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記電流補強部品は、前記電子部品と同様の自動挿入動作により、プリント基板に取り付けられることを特徴とする請求項１または２にいずれかの請求項に記載の回路装置。
4. 前記電流補強部品は、前記表面側の導電パターンと接することにより放熱することを特徴とする請求項１または３のいずれかの請求項に記載の回路装置。
5. 前記電流補強部品は、ハンダ付けにより前記表面側の導電パターンと接するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの請求項に記載の装置。
6. 前記電流補強部品は、複数のそろばん玉を連結した構造をしており、それぞれのそろばん玉の下端が前記表面側の導電パターンと接するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの請求項に記載の回路装置。
7. 前記電流補強部品は、ぜんまい型の構造をしており、それぞれの巻き線の下端部が前記表面側の導電パターンと接するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの請求項に記載の回路装置。
8. 前記電流補強部品は、下方に延びる複数の脚部を有するむかで型の構造をしており、それぞれの脚部の下端部が前記表面側の導電パターンと接するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの請求項に記載の回路装置。
9. 前記電流補強部品は、前記表面側の導電パターンと平面的に接する平面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置
10. 電子部品が配置される表面と、該電子部品のリード線をハンダ付けするための裏面とを有し、該表面から裏面に貫通するスルーホール及び前記表面と裏面に形成された、導電パターンを有するプリント基板上に取り付けられる電流補強部品であって、
    前記導電パターン間を前記スルーホールを介して連結する構造を有することを特徴とする電流補強部品。
11. 前記電流補強部品は、前記導電パターンからの熱を放熱するための放熱構造を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の電流補強部品。

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