JP2018526637A - 回路カードのための強化された液体検出機構 - Google Patents

Abstract

水を含む液体を検出器アレイに誘導する回路カードおよび電子アセンブリフィーチャを使用することによる、短絡による損傷からの保護の強化。典型的な実施形態では、回路カードは、外側の回路層上にアートワークとして実装される１つまたは複数の箇所に検出要素を有する。完成した回路カードアセンブリは、検出アートワーク上のマスクされた領域とともにコンフォーマルにコーティングされる。マスクが除去されると、液体が検出アートワークに向かって流れ、同検出アートワーク上に貯留されるようにチャネルが残される。成形、付加製造プロセスまたは除去製造プロセスによる他の実施形態では、液体が検出アートワーク上に収集される凹部が残される。

Description

本発明の分野は回路カードである。

背景技術の記載は、本発明を理解する上で有用であり得る情報を含む。本明細書で提供される情報のいずれかが従来技術であるか、または現在特許請求されている発明と関連していることを認めるものではなく、或いは具体的または暗示的に参照されている任意の刊行物が従来技術であることを認めるものではない。

電子機器は、滴下、こぼれ、浸水および凝縮による導電性液体への意図しない曝露が起こりうる環境において、安全上の問題が存在する。地絡検出は、感電からの保護を提供する。他の故障機構は、煙、アーク放電および他の意図しない動作を引き起こす可能性があり、それらは別の方法では検出されないかもしれない。密閉型包囲体は、いくらかの場合においては、コストと熱性能が決定的な要因ではない選択肢である。冷却穴は熱伝達を向上させるが、防水要件を満たすことは困難である。

プリント回路基板（ＰＣＢ）は、導電性の液体によって容易に損傷を受ける。ＰＣＢに疎水性コーティングを無差別に適用することによってこの問題を解決しようと試みた者もいるが、コーティングが不完全であると、特に、液体が長期間にわたって存在した状態にあると、最終的に同液体が露出した導体へたどり着くこととなるので、短絡に関連する危険性および損傷を招くこととなる。

液体の検出機構も使用されている。液体は、多くの場合、２つの電極間の抵抗測定によって検出される。最も単純な形態では、そのような検出素子は、２つの導体を並べて有する。導電性の液体が導体の上に注がれると、それらの間を電流が流れる。検出回路が電圧または電流の変化を取得し、何らかの処置がとられる。例えば、特許文献１はこの技術について論じており、フラッディングを防止するためにパイプの漏れが発生した場合には、水を遮断している。本明細書で論じられているこの資料および他の全ての外的な資料は、その全体が参考として援用される。組み込まれた参考文献における用語の定義または使用が矛盾しているか、または本明細書で提供されるその用語の定義に反する場合、本明細書で提供されるその用語の定義が適用され、参考文献におけるその用語の定義は適用されない。

検出アートワーク（ａｒｔｗｏｒｋ）として機能する２つの導電プレートを有する回路を示す検出回路１００の非常に単純な例が図１Ａに示されている。同プレートは、回路カードの外層に露出した銅の円として容易に実装できるため、ここでは「アートワーク」という用語が使用される。この例のコンパレータは検出を処理する。導電性の液体が図１Ｂに示すようにプレートを短絡すると、コンパレータは発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯させてアラートを発する。

容量性の手段も液体を検出するために使用されている。最も基本的な形態では、このような機構は、空気またはそれらが取り付けられる基板のような誘電体によって隔てられた２つの導体を利用する。導体は露出させる必要はないが、それらの間にキャパシタンスを有する。液体が検出導体に接近または接触すると、導体間の誘電特性、したがって導体間のキャパシタンスが警告を発する。これは、回路を測定し、取るべき動作を通知することによって検出することができる。

これらの技術はそれぞれ、液体を検知する問題に対する潜在的な解決策を提示するものであるが、他の構成要素への損傷が生じる前に検出器が液体にさらされる必要性に対処することはできない。このような方法では、液体が検出されるまでに、損傷が既に発生している可能性がある。

米国特許第４２９７６８６号明細書

したがって、ＰＣＢに対する導電性液体への保護の改善に対する技術の必要性が依然として存在する。

本発明は、導電性の液体をＰＣＢ上の液体検出アートワークに導くことに関する装置、システム、および方法を提供する。好ましい実施形態では、ＰＣＢが導電性の液体によって損傷される前に、同導電性の液体の存在を検出することができる。ＰＣＢの構成要素は、導電性の液体の検出時にシャットダウンされ、従って構成要素の損傷を防ぐことができる。

一実施形態では、カード上の構成要素が液体から主に保護されるように回路カードがコーティングされる一方で検出アートワークは露出したままであり、センサは導電性の液体の存在を迅速に識別して信号を送信し、それにより再び安全に動作する（例えば、導電性の液体が除去される）まで回路はシャットダウンされる。

他の企図される実施形態では、コーティングが必要ではない場合がある。その代わりに、回路カードに取り付けられた包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）の構造または構成要素またはフィーチャを使用して、液体を検出アートワークに誘導する（ｓｔｅｅｒ）ことができる。ここでも、その後、検出アートワークは液体の存在を知らせて回路をシャットダウンさせることができる。

また、回路カードは、製造時にその構造内に液体ステアリング（ｌｉｑｕｉｄ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を含むことができると考えられる。例えば、回路カード上のエッチングされた開口部または経路形成された（ｒｏｕｔｅｄ）開口部を使用して、液体を下層の検出アートワークに送ることができる。１つの企図される実施形態では、表面上の銅の形状は、銅を欠く領域（ａｒｅａｓ ｖｏｉｄ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ）に対して物理的に上がっている（ｒａｉｓｅｄ）。回路カード設計のこの特性は、検出アートワークの周りの液体の誘導および貯留に利用され得る。

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点は、同様の符号が同様の構成要素を表す添付の図面とともに、以下の好ましい実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。

単純な検出アートワークの１つの可能な実装を示す従来技術の回路図を示す。 単純な検出アートワークの１つの可能な実装を示す従来技術の回路図を示す。 回路カードの、他の回路構成要素の横にエッチングされた液体検出アートワークを有する回路カードアセンブリの一実施形態の斜視図である。 液体が存在した状態の図２の回路カードアセンブリを示す。 露出された検出アートワークが液体の存在に対して最も影響を受けやすい構成要素であるように改良された回路カード設計の概念を示す。 露出された検出アートワークが液体の存在に対して最も影響を受けやすい構成要素であるように改良された回路カード設計の概念を示す。 露出された検出アートワークが液体の存在に対して最も影響を受けやすい構成要素であるように改良された回路カード設計の概念を示す。 液体が存在した状態の図４Ｃの回路カードアセンブリを示す。 回路カードに沿って液体流を送るように構成された回路カードアセンブリの別の実施形態を示す。 湾曲した構成または屈曲した構成を有する回路カードアセンブリの別の実施形態を示す。

以下の説明は、本発明の主題の例示的な実施形態を提供する。各実施形態は、本発明の要素の単一の組み合わせを提示するが、その発明の主題は、開示される要素のすべての可能な組み合わせを含むものとみなされる。したがって、ある実施形態が要素Ａ、Ｂ、およびＣを含み、第２の実施形態が要素ＢおよびＤを含む場合、本発明の主題は、明示的に開示されていなくても、Ａ、Ｂ、ＣまたはＤの他の残りの組み合わせも含むものとみなされる。

本明細書における記載および以下の特許請求の範囲を通して用いられる場合、「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」の意味は、文脈によって別途明確に指示されない限り、複数の指示対象を含む。また、本明細書における記載において用いられる場合、「ｉｎ」の意味は、文脈によって別途明確に指示されない限り、「ｉｎ」および「ｏｎ」を含む。

また、本明細書において用いられる場合、文脈によって別途指示されない限り、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」という用語は、直接的な結合（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）、及び、間接的な結合（少なくとも１つの付加的な要素が２つの要素の間に位置する）の双方を含むことが意図される。したがって、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」及び「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ）」という用語は同義に用いられる。

いくつかの実施形態では、本発明の特定の実施形態を記載及び特許請求するために用いられる、成分の量を表す数字、濃度、反応条件等の特性は、いくつかの場合に「約」という用語によって修飾されるものと理解されるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、特定の実施形態によって得られると考えられる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。

コンピュータを対象とする任意の言語は、サーバ、インタフェース、システム、データベース、エージェント、ピア、エンジン、コントローラ、または個々に若しくはまとめて動作する他のタイプのコンピューティングデバイスを含むコンピューティングデバイスの任意の適切な組み合わせを含むように読むべきであることに留意すべきである。コンピューティングデバイスは、有形の一時的でないコンピュータ可読記憶媒体（例えばハードドライブ、ソリッドステートドライブ、ＲＡＭ、フラッシュ、ＲＯＭ等）に記憶されるソフトウェア命令を実行するように構成されているプロセッサを含むことを理解されたい。ソフトウェア命令は、好ましくは、開示される装置に関して以下で説明するような役割、責任又は他の機能を与えるようにコンピューティングデバイスを構成する。特に好ましい実施形態では、種々のサーバ、システム、データベース又はインタフェースは、標準化プロトコル又はアルゴリズムを用いて、可能性としてはＨＴＴＰ、ＨＴＴＰＳ、ＡＥＳ、公衆−プライベート鍵交換、ウェブサービスＡＰＩ、既知の金融取引プロトコル又は他の電子情報交換方法に基づいてデータを交換する。データ交換は好ましくは、パケット交換ネットワーク、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ、ＶＰＮ、又は他のタイプのパケット交換ネットワークを通じて行われる。以下の説明は、本発明を理解する上で有用であり得る情報を含む。本明細書で提供される情報のいずれかが従来技術であるか、または現在特許請求されている発明と関連していることを認めるものではなく、或いは具体的または暗示的に参照されている任意の刊行物が従来技術であることを認めるものではない。

本発明者らは、導電性の液体（例えば、水）がＰＣＢに損傷を与えないようにするために、液体を検出アートワークに向けて送るために、構造または構成要素（すなわち、ＰＣＢ自体またはＰＣＢに追加された材料を使用する）を介してプリント回路基板を構成できることを発見した。検出アートワークは、導電性の液体の存在下で電子機器をパワーダウンする（ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ）ための簡単な回路を備えた１つ以上のセンサを含むことができる。このような検出アートワークは、例えば、成形されたパッド、ビア及びトレースを含むことができる。このように、導電性流体が図面に示すような検出アートワークと接触すると、危険な回路の電力を直接的または間接的にパワーダウンするか、または構成要素が電源を切るべきであることを知らせるために使用される回路が完成する。

ＰＣＢは、電子機器包囲体内への液体の侵入を妨げる検出アートワークを含み得ることがさらに企図されている。例えば、いくつかの実施形態では、ＰＣＢと接触する液体の流れを検出アートワークに向けるフィーチャをその表面上に有するように、同ＰＣＢを印刷することができる。このようなフィーチャには、例えば、選択的に隆起したコーティング、エッチングされたフィーチャ、経路形成された（ｒｏｕｔｅｄ）フィーチャ、または液体を通過させることを助ける他の地形的な（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）フィーチャが含まれ得る。さらに他の実施形態では、液体がＰＣＢを横断するように、コーティングをＰＣＢに選択的に適用することができる。これらの実施形態のそれぞれにおいて、導電性の流体が検出アートワークに導かれ、そして、好ましくは反応性の高い構成要素から離れるか、少なくとも反応性の高い構成要素に向けられないといった結果となる。

図２は、カード２０２上に配置された様々な構成要素２０４、２０６を有する回路カード２０２を含む典型的な回路カードアセンブリ２００を示す。液体検出アートワーク２１０が回路カード２０２にエッチングされる。

図３は、カード２０２上に配置された液体２２０を有する図２の回路カードアセンブリ２００を示す。カードの配置のため、構成要素は、検出アートワーク２１０と同様に液体と接触する可能性を有する。

図４Ａ乃至４Ｃは、回路カード３０２を含む回路カードアセンブリ３００の別の実施形態の製造段階を示す。図４Ａでは、最初に検出アートワーク３１０がカード３０２上にてマスクされる。図４Ｂでは、検出アートワーク３１０および構成要素３０４、３０６を含む回路カード３０２が、コーティング３１２でコーティングされる。最後に、図４Ｃにおいて、検出アートワーク３１０上のマスクが剥がされてチャネル３１４が残り、検出アートワーク３１０を露出させる一方で他の構成要素３０４、３０６はコーティングされたままとなる。そのような実施形態では、コーティングされた構成要素３０４、３０６は、液体との接触を有利に避けることができ、チャネル３１４は、液体を検出アートワーク３１０に指向させるのに使用することができる。

図５は、図４Ｃに示された回路カードアセンブリ３００が液体にさらされた状態を示す。図３に示されているものとは対照的に、コーティング３１２は構成要素の短絡の可能性を低下させる。同時に、チャネル３１４等を介して重力が任意の静置液滴を検出アートワーク３１０に引き込むので、露出された検出アートワーク３１０が液体と接触する可能性が高くなる。

いくつかの実施形態では、チャネル３１４に向かって下向きの傾斜を提供するためにコーティングをさらに先細にして、液体流を、チャネル３１４および検出アートワーク３１０に指向させることをさらに補助することが企図されている。

これまでのところ、すべての図は、頂部から来る液体を扱ってきた。図６は、チャネル４１１、４１３を含む回路カード４０２を有する回路カードアセンブリ４００の別の実施形態を示しており、有利には、液体流を、回路カード４０２に沿ってチャネル４１４および検出アートワーク４１０などへと横方向に導く。ここでも、重力はチャネル４１１、４１３内に液体を含む。検出アートワーク４１０を含むチャネル４１４にほぼ垂直であることが好ましい１つ以上のさらなるチャネルを追加することにより、検出アートワーク４１０がカバーする領域は、検出アートワーク４１０に至る経路またはチャネルの数が増加することによって、増加する。

これらのチャネルは、検出アートワークに向かって傾斜するフィーチャを含んでいても含んでいなくてもよい。
上記の例は、回路カード上のコーティングの堆積について議論しているが、本明細書に記載された発明概念の範囲から逸脱することなく他の技術を使用することもできる。例えば、回路カード上に流路形成チャネルを、回路カードおよびその層上に隆起したエッチングを、または回路の上部に配置された成形フィーチャを、含むことによって、同様の結果を達成することができる。さらにまた、回路カードの内層を使用することができ、掘削または切断を使用することができ、ならびに基礎となる検出アートワークを露出させる他の方法も使用することができる。

図７は、湾曲したまたは屈曲した回路構成を有する回路カード５０２を有する回路カードアセンブリ５００を示す。そのような実施形態では、カード５０２は、液体が存在するときに信号を送信する露出された検出アートワーク５１０を含むことができる。回路カード５０２の湾曲したまたは屈曲した構成は、重力を介して液体を有利に検出アートワーク５１０に（および構成要素から離れるように）導くことができる。選択的に露出した導体を有するケーブルまたはフレックスアセンブリをこのような検出アートワーク５１０として使用することができると考えられる。本明細書で使用されるように、用語「フレックスアセンブリ（ｆｌｅｘ ａｓｓｅｍｂｌｙ）」は、フレックスケーブルおよびリジッドフレックスの両方を含む。企図されたフレックスアセンブリには、例えば、単純なワイヤインインシュレータ型ケーブル、フレックスケーブル、およびＰＣＢおよびフレックスケーブル技術を混合するリジッドフレックスアセンブリが含まれる。

したがって、回路カードの検出アートワークを改善する特定の組成および方法が開示されている。しかしながら、本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明した以外の多くの変更が可能であることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本発明の主題は、本開示の精神を除いて限定されるものではない。さらに、本開示を解釈する上で、全ての用語は、文脈と一致する最も広い可能な方法で解釈されるべきである。特に、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、要素、構成要素またはステップを非排他的な方法で参照するものと解釈され、参照された要素、構成要素またはステップが存在するか、明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップとともに利用されるか、或いは組み合わせられることを示している。

Claims (26)

1. 回路カードアセンブリであって、
   １つまたは複数の構成要素および第１のチャネルを有する回路カードと、
   前記第１のチャネル内に配置される検出アートワークと、
   を含み、
   前記回路カードは、同回路カードの上面にコーティングをさらに含み、
   前記第１のチャネルは前記コーティングによる第１の側壁および第２の側壁によって画定され、かつ前記第１のチャネルは、前記回路カード上に存在する液体を前記検出アートワークに指向させるように構成されている、回路カードアセンブリ。
2. 前記第１のチャネルの方向に垂直な方向に配置される第２のチャネルをさらに含む、請求項１に記載の回路カードアセンブリ。
3. 前記第２のチャネルは、前記コーティングによる第１の側壁および第２の側壁によって画定される、請求項２に記載の回路カードアセンブリ。
4. 前記第１のチャネルと前記第２のチャネルは交差している、請求項２に記載の回路カードアセンブリ。
5. 前記回路カード上かつ前記コーティングの下に配置される１つまたは複数の構成要素をさらに含む、請求項１に記載の回路カードアセンブリ。
6. 前記検出アートワークは、成形されたパッド、ビアまたはトレースを含む、請求項１に記載の回路カードアセンブリ。
7. 前記検出アートワークは液体が存在しているときに信号を送信するように構成されているセンサを含む、請求項１に記載の回路カードアセンブリ。
8. 回路カードアセンブリであって、
   １つまたは複数の構成要素および第１のチャネルを有する回路カードと、
   前記第１のチャネル内に配置される検出アートワークと、
   を含み、
   前記第１のチャネルは、隆起したエッチング、経路形成されたチャネル、および成形されたフィーチャのうちの少なくとも１つによって画定され、かつ
   前記第１のチャネルは、前記回路カード上に存在する液体を前記検出アートワークに指向するように構成されている、回路カードアセンブリ。
9. 前記第１のチャネルは隆起したエッチングによって画定される、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
10. 前記第１のチャネルは経路形成されたチャネルによって画定される、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
11. 前記第１のチャネルは、成形されたフィーチャによる第１の側壁および第２の側壁上にある、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
12. 前記第１のチャネルの方向に垂直な方向に配置される第２のチャネルをさらに含む、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
13. 前記第１のチャネルと前記第２のチャネルは交差している、請求項１２に記載の回路カードアセンブリ。
14. 前記検出アートワークは、成形されたパッド、ビアまたはトレースを含む、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
15. 前記検出アートワークは液体が存在しているときに信号を送信するように構成されているセンサを含む、請求項８に記載の回路カードアセンブリ。
16. 回路カードアセンブリであって、
    １つまたは複数の構成要素を有する湾曲した回路カードと、
    前記湾曲した回路カードの谷または最下点に配置される露出された検出アートワークと、
    を含み、
    前記湾曲した回路カードは、同回路カードと接触する液体の貯留を容易にする、回路カードアセンブリ。
17. 前記検出アートワークを有するケーブルまたはフレックスアセンブリをさらに含み、かつ前記検出アートワークは選択的に露出された導体を含む、請求項１６に記載の回路カードアセンブリ。
18. １つまたは複数の構成要素と露出された検出アートワークとを有する回路カードアセンブリを形成する方法において、前記方法は、
    回路カードに配置される検出アートワークにマスクを適用する工程と、
    前記回路カードおよび検出アートワークをコーティングする工程と、
    前記検出アートワークを覆う前記マスクを除去して、チャネルを形成するとともに前記検出アートワークを露出させる工程と、
    を含み、
    前記コーティングにより前記チャネルの第１の側壁および第２の側壁が画定される、方法。
19. 第２のチャネルを形成するために、前記回路カードの第２の部分から前記コーティングを除去する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２のチャネルは、前記コーティングにより第１の側壁および第２の側壁に画定され、かつ前記第２のチャネルは前記チャネルと交差している、請求項１９に記載の方法。
21. 前記検出アートワークは、成形されたパッド、ビアまたはトレースを含む、請求項１８に記載の方法。
22. 前記検出アートワークは液体が存在しているときに信号を送信するように構成されているセンサを含む、請求項１８に記載の方法。
23. １つまたは複数の構成要素と露出された検出アートワークとを有する回路カードアセンブリを形成する方法において、前記方法は、
    回路カードに配置される１つまたは複数の構成要素と検出アートワークとを有する回路カードを提供する工程と、
    前記回路カードの上面に検出アートワークへのチャネルまたは凹部を形成する工程と、
    を含む方法。
24. 前記チャネルまたは凹部を形成する工程は、前記回路カードに材料をデポーズする工程を含み、前記材料は前記チャネルまたは凹部の第１の側壁および第２の側壁を画定する、請求項２３に記載の方法。
25. 前記チャネルまたは凹部を形成する工程は、前記回路カードから材料を除去する工程を含み、前記材料は前記チャネルまたは凹部の第１の側壁および第２の側壁を画定する、請求項２３に記載の方法。
26. 前記材料を除去する工程は銅エッチングを含み、前記エッチングは液体を前記検出アートワークに指向するように構成される前記チャネルまたは凹部を形成する、請求項２５に記載の方法。