JP2020096031A - 回路基板及び車両用灯具 - Google Patents
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Abstract
【課題】省スペース化を図りつつ、長期信頼性を確保することができる回路基板及び車両用灯具を提供する。【解決手段】第１基板部（１１）と、第１基板部（１１）とは別体に形成された第２基板部（１２）と、可撓性を有し表面に配線パターンが形成された配線基板（３０）を備え、配線基板（３０）は、裏面が第１基板部（１１）に接着された第１領域（３１）と、裏面が第２基板部（１２）に接着された第２領域（３２）と、第１領域（３１）及び第２領域（３２）の間に設けられた第３領域（３３）とを有する回路基板。【選択図】図１
Description
本発明は、回路基板及び車両用灯具に関する。
車両用灯具の技術分野において、発光部に発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いるものが普及している。また、複数のＬＥＤを一次元または二次元的に配列し、対向車両や前走車両の位置に応じて各ＬＥＤの点灯と消灯を切り替える配光可変ヘッドランプ（ＡＤＢ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）も実用化されてきている。また、発光部に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いて複雑な表示を行う標識灯なども提案されている（例えば特許文献１を参照）。
このようなＡＤＢ技術を用いた車両用前照灯や、有機ＥＬ素子を用いた標識灯では、十数個〜数十個のように多数の発光部を個別に点灯及び消灯の制御をする必要があり、点灯制御用の配線も発光部の個数に応じて増大する傾向にある。従来から車両用灯具の技術分野において用いられてきたワイヤハーネスでは、このように多数の配線を高密度で電気的に接続することは困難であり、ワイヤ本数の増加によって小型化や軽量化も困難であった。
そこで、車両用灯具の技術分野においても、基板上に高密度なプリント配線を形成して、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）等の可撓性のある高密度なフレキシブルケーブルで基板間を電気的に接続することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
このような従来技術では、基板上に搭載されたコネクタ部にフレキシブルケーブルを挿入することで、フレキシブルケーブルの着脱を可能にしている。しかし、フレキシブルケーブルの着脱をする必要がない場合には、コネクタ部の搭載領域を必要とするため省スペース化を図ることが困難であった。そこで、基板間の端子にフレキシブルケーブルをリフロー工程で直接接続する方法も提案されている。
図６は、従来のフレキシブルケーブルを用いた基板間の接続を示す模式図であり、図６（ａ）は接続前の二つの基板を示し、図６（ｂ）はフレキシブルケーブルを接続した状態を示している。
図６（ａ）に示すように、基板１と基板２にはそれぞれ配線パターン３とランド４ａ，４ｂが形成されている。ハンダ材を塗布したランド４ａ，４ｂ間にフレキシブルケーブル５を配置してリフロー工程で加熱すると、ランド４ａ，４ｂ間にフレキシブルケーブル５が接続される。このように、二つの基板１と基板２の間をフレキシブルケーブル５で電気的に接続することで、フレキシブルケーブル５が可撓性を有しているため、基板部１２をそれぞれ別平面上に搭載することが可能である。
しかし、リフロー工程でフレキシブルケーブル５をランド４ａ，４ｂに接続する従来の構造では、ランド４ａ，４ｂの面積が必須であり、さらなる省スペース化を図ることが困難であった。また、フレキシブルケーブル５の接続にはハンダ材を用いるため、熱衝撃等のストレスが加わるとクラックが発生する等、長期信頼性を確保することが困難であった。
また、フレキシブルケーブル５を構成しているポリイミド層と銅箔層とは、接着剤で接着されているため、接着剤の耐熱性がフレキシブルケーブル５の耐熱性に影響して、後工程の環境温度が制限されてしまうという問題もあった。
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、省スペース化を図りつつ、長期信頼性を確保することができる回路基板及び車両用灯具を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の回路基板は、第１基板部と、前記第１基板部とは別体に形成された第２基板部と、可撓性を有し、表面に配線パターンが形成された配線基板を備え、前記配線基板は、裏面が前記第１基板部に接着された第１領域と、裏面が前記第２基板部に接着された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に設けられた第３領域とを有することを特徴とする。
このような本発明の回路基板では、配線基板の第１領域と第２領域がそれぞれ第１基板部と第２基板部に接着され、第１基板部と第２基板部間が第３領域で接続されるため、ランドやフレキシブルケーブルが不要であり、省スペース化を図りつつ、長期信頼性を確保することができる。
また本発明の一態様では、前記第１領域は、前記第１基板部と略同形状である。
また本発明の一態様では、前記第３領域の裏面には、接着剤層が形成されていない。
また本発明の一態様では、前記配線基板は、ガラスエポキシ樹脂からなる。
また本発明の一態様では、前記配線基板は、厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲である。
また、本発明の車両用灯具は、上述した何れか一つに記載の回路基板と、前記回路基板上に搭載された発光素子を備え、前記第１基板部と前記第２基板部とが、異なる平面上に搭載されたことを特徴とする。
本発明では、省スペース化を図りつつ、長期信頼性を確保することができる回路基板及び車両用灯具を提供することができる。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る回路基板１００を示す模式斜視図である。回路基板１００は、第１基板部１１と、第２基板部１２と、配線基板３０と、レジスト層４０とを備えている。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る回路基板１００を示す模式斜視図である。回路基板１００は、第１基板部１１と、第２基板部１２と、配線基板３０と、レジスト層４０とを備えている。
第１基板部１１と第２基板部１２は、熱伝導性が良好な材料で形成された略平板状の部材であり、それぞれ別体に形成されている。第１基板部１１と第２基板部１２には、一方の表面に配線基板３０が接着され、複数の発光素子５１，５２が搭載されている。第１基板部１１、第２基板部１２を構成する材料は限定されないが、銅やアルミニウム等の熱伝導性が良好な金属を用いることが好ましい。
配線基板３０は、表面に配線パターン３４が形成された基板であり、可撓性を有している。配線基板３０は、後述する接着剤層２０で第１基板部１１及び第２基板部１２に接着されている。また配線基板３０は、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３の３つの領域が一体に形成されており、３つの領域にわたって連続して配線パターン３４が形成されている。
配線基板３０を構成する材料は限定されないが、ガラスエポキシ樹脂を用いることが可撓性と機械的強度を備えるため好ましい。また配線基板３０の厚さは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることが好ましい。厚さが０．３ｍｍよりも大きいと可撓性が十分ではなく曲げ半径が大きくなり、０．１ｍｍよりも小さいと機械的強度を十分に確保できず取り扱いが難しくなる。
第１領域３１は、第１基板部１１と対応した外形に形成された領域であり、裏面側が第１基板部１１に後述する接着剤層２０で接着されている。また、第１領域３１の所定領域には開口部３１ａが形成されており、開口部３１ａ内では第１基板部１１の表面が露出している。
第２領域３２は、第２基板部１２と対応した外形に形成された領域であり、裏面側が第２基板部１２に後述する接着剤層２０で接着されている。また、第２領域３２の所定領域には開口部３２ａが形成されており、開口部３２ａ内では第２基板部１２の表面が露出している。
第３領域３３は、第１領域３１及び第２領域３２の間に設けられた領域である。第３領域３３の裏面側には第１基板部１１も第２基板部１２も存在せず、したがって接着剤層２０も貼り付けられておらず、第１基板部１１と第２基板部１２の間を橋渡しする構造となっている。
配線パターン３４は、配線基板３０の表面に形成された導電性パターンであり、回路基板１００内での各領域間での電気的接続を確保するためのものである。図に示したように、配線パターン３４は、第１領域３１、第２領域３２、第３領域３３の３つの領域にわたって連続して形成されており、第１基板部１１と第２基板部１２との間で一つの回路を構成している。また配線パターン３４を覆うようにレジスト層４０が形成されている。
開口部３１ａ，３２ａは、それぞれ第１領域３１と第２領域３２に形成された開口である。開口部３１ａ，３２ａからはそれぞれ第１基板部１１と第２基板部１２の表面が露出しており、発光素子５１，５２が搭載されている。
レジスト層４０は、配線基板３０の表面側に配線パターン３４を覆うように形成された絶縁性の膜状部材である。レジスト層４０は、発光素子５１，５２との間を金属ワイヤでボンディングする部分と、外部からの電気的接続をする部分を除いた領域に形成されている。レジスト層４０を構成する材料は限定されないが、配線基板３０の表面と配線パターン３４での光反射率が異なることによる迷光を抑制するために、レジスト層４０を形成した領域内の光反射率を均一化するように光反射性材料または光吸収性材料を用いることが好ましい。
発光素子５１，５２は、電圧が印加されると発光する部材であり、ＬＥＤチップと蛍光体材料との組み合わせによって構成されている。図１〜図５では図示を省略しているが、発光素子５１，５２は、金属ワイヤ等を用いてそれぞれ第１領域３１及び第２領域３２の配線パターン３４と電気的に接続されている。ＬＥＤチップとしては青色や紫色、紫外光の波長を一次光として出射するＧａＮ系などの公知の化合物半導体材料を用いることができる。蛍光体材料としては、一次光により励起されて所望の二次光を照射する公知の材料を用いることができ、ＬＥＤチップからの一次光と混色により白色を得るものや、複数の蛍光体材料を用いて複数の二次光の混色により白色を得るものを用いることができる。
本実施形態の回路基板１００は、第１基板部１１と第２基板部１２の間は、配線基板３０の第３領域３３で電気的にも機械的にも接続されている。配線基板３０は可撓性を有する材料で構成されているため、第１基板部１１と第２基板部１２を異なる面に搭載しても、第３領域３３が曲がって両者間の電気的接続が維持される。また、ＦＰＣをハンダで接続するためのランドを回路基板１００上に形成する必要が無いため、省スペース化を図ることができる。また、配線基板３０としてガラスエポキシ樹脂を用いる場合には、耐熱性を１５０℃以上まで向上させることができる。また、ガラスエポキシ樹脂は従来のＦＰＣよりも剛性があるため、取り付け工程などでのハンドリングが容易になる。
図２は、回路基板１００の構造を模式的に示す分解斜視図である。図２に示すように回路基板１００は、第１基板部１１と第２基板部１２からなる放熱部１０と、第１接着シート２１と第２接着シート２２からなる接着剤層２０と、上述した配線基板３０とを積層した構造を有している。
接着剤層２０は、放熱部１０の表面と配線基板３０の裏面の間に配置されたシート状の接着材料である。図２に示したように、接着剤層２０は第１接着シート２１と第２接着シート２２の二つに分離して形成されている。接着剤層２０を構成する材料は特に限定されないが、例えばプリプレグを２０〜２００μｍの厚さでシート状に形成したものを用いることができる。
第１接着シート２１は、第１基板部１１と対応した外形に形成されたシート状であり、裏面側が第１基板部１１に接触し、表面側が第１領域３１に接触する。また、開口部３１ａに対応する領域と形状で開口部２１ａが形成されている。
第２接着シート２２は、第２基板部１２と対応した外形に形成されたシート状であり、裏面側が第２基板部１２に接触し、表面側が第２領域３２に接触する。また、開口部３２ａに対応する領域と形状で開口部２２ａが形成されている。
上述した放熱部１０及び接着剤層２０は、それぞれ打ち抜き加工等で一枚の板状部材から複数個の外形を一括して形成することができる。同様に配線基板３０も、一枚のガラスエポキシ樹脂シート上に、配線パターン３４をパターニングした後、レジスト層４０を配線パターン３４上の所定領域に形成し、打ち抜き加工で外形を形成することができる。
回路基板１００の製造方法としては、大きなサイズの放熱部１０、接着剤層２０及び配線基板３０をそれぞれ重ね、積層プレス工程で加熱及び加圧することで、放熱部１０上に配線基板３０が接着剤層２０で接着された積層構造を得る。得られた積層構造を一括して打ち抜き加工することで、回路基板１００の外形が得られる。開口部２１ａ，３１ａ，２２ａ，３２ａは積層プレス加工前に形成してもよく、積層プレス加工後に切削加工することで形成してもよい。また、配線基板３０上に配線パターン３４を形成する工程は、積層プレス工程の前に実施してもよく、後に実施してもよい。
その後、開口部２１ａ，３１ａ内で露出した第１基板部１１の表面に発光素子５１を搭載し、開口部２２ａ，３２ａ内で露出した第２基板部１２の表面に発光素子５２を搭載する。最後に、発光素子５１，５２と配線パターン３４を金属ワイヤでワイヤボンドすることで、本発明における回路基板１００が得られる。
図３は、回路基板１００上を製造する際の配線基板３０の配置例を模式的に示す平面図である。図１，２に示したように、本実施形態の回路基板１００では、第１領域３１と第２領域３２の中央から一方に偏った位置に一箇所だけ第３領域３３が設けられている。したがって図３に示したように、一方の第３領域３３の横に他方の第１領域３１が位置するように、一枚のガラスエポキシ樹脂シートに二つの回路基板１００が互いに１８０度回転した位置となるような配置とすることができる。これにより、一枚のガラスエポキシ樹脂シートから、複数の回路基板１００を効率よく形成することができる。
図４は、回路基板１００をヒートシンク６０に搭載した状態を示す模式斜視図である。ヒートシンク６０は、回路基板１００の背面に接触して配置された熱伝導性の良好な部材であり、例えばアルミニウム等を用いることができる。ヒートシンク６０の前方には第１面６１と第２面６２が形成されており、背面側には複数の放熱フィン６３が形成されている。
第１面６１は、ヒートシンク６０の前方に形成された略平坦な面であり、第１基板部１１が搭載される領域である。第２面６２は、ヒートシンク６０の前方に形成された略平坦な面であり、第２基板部１２が搭載される領域である。第１面６１と第２面６２とは、互いに所定角度で交差して略Ｖ字形状をなしている。ここでは第１面６１と第２面６２が略Ｖ字形状で交差する例を示したが、第１面６１と第２面６２とが異なる面であればよく、その相対的な位置関係は限定されない。
図４に示したように、回路基板１００は、配線基板３０が可撓性を有する材料で構成されているため、第１基板部１１と第２基板部１２を異なる面である第１面６１と第２面６２に搭載しても、第３領域３３が曲がって両者間の電気的接続が維持される。また、第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３は一体に形成された一枚のシート状であるため、機械的にも熱的にも安定性が高く長期信頼性に優れている。
図５は、回路基板１００を用いた車両用灯具２００の構造を示す模式断面図である。車両用灯具２００は、回路基板１００と、ヒートシンク６０と、リフレクタ７１と、隠蔽部７２と、レンズ８０と、レンズホルダ８１と冷却ファン９０とを備え、各部材が相互に位置決めされて図示しない固定手段で固定されている。回路基板１００では、第３領域３３の裏面側には接着剤層２０が形成されておらず、第３領域３３はヒートシンク６０とは間隙を空けて第１領域３１と第２領域３２を橋渡ししている。
リフレクタ７１は、配線基板３０の前方に配置されて発光素子５１，５２からの光を前方に反射する部材である。隠蔽部７２は、レンズ８０の前方から視認した際に、車両用灯具２００内の不要な個所を隠蔽するとともに、迷光を防止するための部材である。
レンズ８０は、透光性材料で構成されて発光素子５１，５２からの光を所定の配光分布となるように前方に照射するための部材である。レンズホルダ８１は、レンズ８０と配線基板３０及びリフレクタ７１との相対的位置関係を維持した状態で保持するための部材である。
冷却ファン９０は、ヒートシンク６０の背面側に配置されて、電力が供給されることで複数の放熱フィン６３の間に空気の流れを生じさせる部材である。
車両用灯具２００では、外部から電力及び信号が供給されると、配線基板３０に搭載された発光素子５１，５２が電力と信号に応じて発光し、リフレクタ７１で前方に反射された光がレンズホルダ８１内及びレンズ８０を介して前方に照射される。また、配線基板３０の発光に伴う熱はヒートシンク６０を介して空気中に放熱され、冷却ファン９０からの送風によって冷却される。
本発明の車両用灯具２００を用いた車両用灯具では、外部から配線パターン３４、金属ワイヤを介して、選択的に電力が供給された発光素子５１，５２が点灯する。選択された発光素子５１，５２が点灯することで車両用灯具２００全体での配光分布が決定され、リフレクタ７１及びレンズ８０を介してＡＤＢ技術により車両用灯具２００前方に配光パターンを照射する。
上述したように、本実施形態の回路基板１００及び車両用灯具２００では、第１基板部１１と第２基板部１２を異なる面である第１面６１と第２面６２に搭載しても、第３領域３３が曲がって両者間の電気的接続が維持される。また、第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３は一体に形成された一枚のシート状であるため、機械的にも熱的にも安定性が高く長期信頼性に優れている。また、ＦＰＣをハンダで接続するためのランドを回路基板１００上に形成する必要が無いため、省スペース化を図ることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態では、互いに交差する第１面６１と第２面６２をブロック状のヒートシンク６０上に形成した例を示したが、一枚の平坦な金属板に第１基板部１１と第２基板部１２を搭載した後に、折り曲げ加工で第１面６１と第２面６２を形成するとしてもよい。この方法では、互いに交差する面上に第１基板部１１と第２基板部１２を搭載するよりも、搭載作業を簡便化することができる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態では、互いに交差する第１面６１と第２面６２をブロック状のヒートシンク６０上に形成した例を示したが、一枚の平坦な金属板に第１基板部１１と第２基板部１２を搭載した後に、折り曲げ加工で第１面６１と第２面６２を形成するとしてもよい。この方法では、互いに交差する面上に第１基板部１１と第２基板部１２を搭載するよりも、搭載作業を簡便化することができる。
また第１実施形態では、第３領域３３を一つだけ設けた例を示したが、第１領域３１と第２領域３２の間に複数の第３領域３３を設けるとしてもよい。これにより、第１領域３１と第２領域３２の間を接続する配線パターン３４の本数が増加しても、十分に配線パターン３４を形成する面積を確保するとともに、必要な可撓性を得ることができる。
また第１実施形態では、第１領域３１と第２領域３２の二つの間に第３領域３３を設けた例を示したが、配線基板３０をさらに多数に分割してそれぞれの間に第３領域３３を設けるとしてもよい。
また、発光素子５１，５２として発光ダイオードを用いる例を示したが、有機ＥＬ素子やその他の光素子を設けるとしてもよく、他の電子部品を搭載するとしてもよい。
また、図４では第１基板部１１と第２基板部１２がそれぞれ第１面６１と第２面６２内に収まった例を示したが、一部がヒートシンク６０外に突出しているとしてもよい。特に、外部との電気的接続を行うための端子部をコネクタに接続する形状として、端子部を突出させるとしてもよい。また外部との電気的接続構造は、カードエッジ方式に限らず、表面実装コネクタを用いてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１００…回路基板
２００…車両用灯具
１０…放熱部
１１…第１基板部
１２…第２基板部
２０…接着剤層
２１…第１接着シート
２２…第２接着シート
２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…開口部
３０…配線基板
３１…第１領域
３２…第２領域
３３…第３領域
３４…配線パターン
４０…レジスト層
５１，５２…発光素子
６０…ヒートシンク
６１…第１面
６２…第２面
６３…放熱フィン
７１…リフレクタ
７２…隠蔽部
８０…レンズ
８１…レンズホルダ
９０…冷却ファン
２００…車両用灯具
１０…放熱部
１１…第１基板部
１２…第２基板部
２０…接着剤層
２１…第１接着シート
２２…第２接着シート
２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…開口部
３０…配線基板
３１…第１領域
３２…第２領域
３３…第３領域
３４…配線パターン
４０…レジスト層
５１，５２…発光素子
６０…ヒートシンク
６１…第１面
６２…第２面
６３…放熱フィン
７１…リフレクタ
７２…隠蔽部
８０…レンズ
８１…レンズホルダ
９０…冷却ファン
Claims (6)
- 第１基板部と、
前記第１基板部とは別体に形成された第２基板部と、
可撓性を有し、表面に配線パターンが形成された配線基板を備え、
前記配線基板は、裏面が前記第１基板部に接着された第１領域と、裏面が前記第２基板部に接着された第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に設けられた第３領域とを有することを特徴とする回路基板。 - 請求項１に記載の回路基板であって、
前記第１領域は、前記第１基板部と略同形状であることを特徴とする回路基板。 - 請求項１または２に記載の回路基板であって、
前記第３領域の裏面には、接着剤層が形成されていないことを特徴とする回路基板。 - 請求項１から３の何れか一つに記載の回路基板であって、
前記配線基板は、ガラスエポキシ樹脂からなることを特徴とする回路基板。 - 請求項１から４の何れか一つに記載の回路基板であって、
前記配線基板は、厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする回路基板。 - 請求項１から５の何れか一つに記載の回路基板と、
前記回路基板上に搭載された発光素子を備え、
前記第１基板部と前記第２基板部とが、異なる平面上に搭載されたことを特徴とする車両用灯具。
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