JP2020502765A - フレキシブルプリント基板に設けられたコンタクト面を金属コンタクトに接触接続するための方法、圧着片、フレキシブルプリント基板と金属コンタクトとの接続部ならびに制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、フレキシブルプリント基板（１０）に設けられたコンタクト面（１８）をフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクト（２０）にプレスフィットピン（３０）によって接触接続するための方法に関する。この目的のために、フレキシブルプリント基板（１０）には、プレスフィットピン（３０）を収容するためのスリーブを有する付設片が機械的にかつ電気的に接続される。

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板に設けられたコンタクト面をフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクトに接触接続するための方法に関する。本発明は、また、本発明に係る方法の好適な実施の形態において使用するための圧着片にも関する。本発明は、さらに、本発明に係る方法により提供される接続部と、このような接続部を備えた制御装置とに関する。

特に自動車用、好ましくは車両変速機用の制御装置の構造では、環境条件にも、三次元の構成スペースにも応じるために、フレキシブルプリント基板（「Flex-PCB」、ここで、「PCB」は「printed circuit board」を表している）の使用が必要となる。

従来使用されているリジッドプリント基板（「rigid PCB」）は容易に接触接続可能である。このようなリジッドプリント基板に設けられたコンタクト面をリジッドプリント基板以外の金属コンタクト、典型的には打抜き格子体のコンタクトに接触接続するために、従来では、いわゆるプレスフィットピンが設けられる。プリント基板には、スリーブ、つまり、典型的には円形の横断面のビア（「層間接続部」または貫通路を表す英語）が形成されていて、このビア内にプレスフィットピンが押し込まれる。このプレスフィットピンは、圧入ゾーンの領域に弾性特性（例えば針の穴の形状；Eye-of-the-Needle-Geometrien）を有している。スリーブ内への押込みによって、この形状が圧縮される。このとき、弾性的な戻し力がプレスフィットピンをスリーブの内壁に向かって押圧する。こうして、この内壁に設けられた層間接続部、つまり、好ましくは銅から成る金属被覆層が、プレスフィットピンの金属的に伝導性の表面に電気的に接触し、これによって、プレスフィットピンを介して、このプレスフィットピンのネックへと外向きに伝導性の接続部が付与される。プレスフィット接触接続用のリジッドプリント基板の典型的な厚さは、１．５〜１．８ｍｍの範囲内にあり、好適には１．６ｍｍである。

単層のフレキシブルプリント基板は、典型的には０．２５ｍｍの厚さ（シート・層構造に応じて）を有しており、典型的には、銅導体路とカバーシートとが被着されたベースシートから形成されている。このベースシートは、典型的にはプラスチック、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリエステル、ポリイミド、フルオロポリマーまたはこれに類するものから成っている。

フレキシブルプリント基板は、その柔軟性および小さい総厚さのため、プレスフィットピンのばね力を受け止めることができない。

この理由から、従来では、フレキシブルプリント基板に設けられたコンタクト面は、レーザ溶接またはろう接によってフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクトに接続される。しかしながら、両方法は欠点を有している。レーザ溶接の場合には、フレキシブルプリント基板と、このフレキシブルプリント基板に被着された導体路との強度に局所的な減少が生じてしまう。選択的なろう接法による接続も同じく不利であると判った。なぜならば、ろう接中の位置が極端に危険をはらんでいるからである。その後の機械的な負荷がろう接箇所の破壊に繋がってしまう。

本発明の課題は、フレキシブルプリント基板に設けられたコンタクト面をフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクトに接触接続するための方法を改良して、この方法が、上述した欠点を有していないようにすることである。さらに、本発明の課題は、第１にフレキシブルプリント基板と、第２に金属コンタクトとの相応の接続部を提供し、さらに、相応の制御装置を提案することである。

この課題は、１つの態様では、請求項１の特徴を有する、フレキシブルプリント基板に設けられたコンタクト面をフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクトに接触接続するための方法によって解決される。別の態様では、本発明に係る方法の好適な実施の形態に使用するための特定の圧着片が規定される。別の態様では、請求項９に記載の、第１にフレキシブルプリント基板と、第２に金属コンタクトとの接続部が提供され、さらに別の態様では、本発明に係る接続部を備えた、特に自動車用の制御装置が規定される。

したがって、本発明に係る方法は、フレキシブルプリント基板が付設片に機械的に連結されることを含んでいる。特に、載置片も付設片と見なすことができる。ゆえに、付設片はフレキシブルプリント基板に付設されているかまたはフレキシブルプリント基板に載置されている。これは、付設片がプリント基板に載置され、コンタクト面に機械的に接続されることを意味している。この場合、付設片はフレキシブルプリント基板内に係合しないかまたはフレキシブルプリント基板の貫通路内に配置されていない。言い換えると、載置片は、フレキシブルプリント基板に対してずらされて、または平行に配置されて、このフレキシブルプリント基板に接続されている。付設片は、プレスフィットピンを収容するためのスリーブを有している。このスリーブの内側の表面は伝導性（導電性）の材料を含んでいる。この材料はコンタクト面に電気的に接続され、特に機械的な連結の途中に自動的に電気的に接続される。しかしながら、この材料は、またさらに、別個の作業ステップによって電気的に接続されてもよい。上述した形態のプレスフィットピンは、金属コンタクトの範囲内にまたは金属コンタクトに設けられた導通路と、スリーブとを通して案内される。これによって、プレスフィットピンがスリーブ内に嵌まり込み、スリーブの内側の表面と金属コンタクトとの間に、ひいてはコンタクト面と金属コンタクトとの間にも、電気的な接触接続を提供する。

本発明は、リジッドプリント基板に設けられたコンタクト面を接触接続するための技術を引き合いに出し、したがって、フレキシブルプリント基板に設けられたこのようなコンタクト面を接触接続するための方法の欠点を取り除いている。特に、付設片は、プレスフィットピンを導入するために、（１．６ｍｍの厚さの範囲を超える）所要スペースと、ある程度の剛性または強度とを提供しており、金属コンタクトとの十分に良好な接続のために機能する。

好ましくは、付設片は、フレキシブルプリント基板に設けられたビアまたは貫通路の領域において、頑強なろう接法（例えばリフローはんだ付け）を介してフレキシブルプリント基板にろう接される（これによって、好適には、付設片がコンタクト面に導電接続されるかまたは少なくともスリーブの内側の表面がコンタクト面に電気的に接続される）。これは、付設片が、フレキシブルプリント基板に設けられた貫通路および／またはビアの領域に配置されていて、かつ／または載置されていて、フレキシブルプリント基板に機械的に接続されることを意味している。付設片は、フレキシブルプリント基板の貫通路内に侵入せず、かつ／または貫通路内に係合しない。これは、重要な観点である。なぜなら、こうして、プレスフィットピンが、金属コンタクトの取付けのために、ビアと付設片とを通して案内され、その際、プレスフィットピンが付設片に緊締され、本来のフレキシブルプリント基板には緊締されないからである。貫通路の領域では、プレスフィットピンがプリント基板に接触せずに配置されている、かつ／または形成されている。

付設片は、好ましくは銅から成る金属スリーブとして全く簡単に形成することができ、これによって、スリーブの内側の表面の特殊なコーティングが必ずしも必要なくなる。スリーブの内側は、圧入力を減少させるために、電気めっきによりまたは化学的にスズでコーティングすることができる。また、別の機能的な層（有機表面保護層；OSP＝Organic Surface Protection）も可能である。

代替的には（または同一のフレキシブルプリント基板に設けられた別のコンタクト面の接触接続時には付加的に）、付設片が、リジッドプリント基板用の支持体（または本発明による機能を実現するために、導体路を形成しているリジッドプリント基板自体）を含むことができる。支持体（ＰＣＢではない）の場合には、貫通路が、スリーブを形成するための伝導性のコーティングを備えて形成されている。典型的な支持体は、高温熱可塑性樹脂、例えばＰＰＡ（部分芳香族ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳＵ（ポリエーテルスルホン）から成っていてもよいし、熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂またはエポキシ樹脂を含んでいてもよい。付設片は、特に例えば１．２ｍｍ〜２ｍｍの典型的なリジッドプリント基板の厚さも有することが望ましい。

スリーブを備えた付設片のろう接の代わりに、この付設片は、プリント基板に設けられた貫通路の領域でプリント基板にラミネートされてもよい。ラミネート後、伝導性の材料を提供するために、スリーブの内側の表面に金属コーティングが被着される。このために、特に銅コーティングまたはスズコーティングを提供する目的で、例えば電気めっき法または化学的な析出法を規定することができる。

ラミネートされる付設片は、典型的にはリジッドプリント基板を製造する材料、例えばガラス繊維強化されたエポキシ樹脂から成っていてもよい。

すでに記載した実施の形態が実現されている同一のフレキシブルプリント基板において別のコンタクト面を接触接続するために規定されていてもよい別の実施の形態では（しかしながら、代替的には完全に置き換えられてもよい）、付設片として、少なくとも１つの圧着金属薄板を備えた圧着領域と、スリーブを備えた別の領域とを有する圧着片が規定されている。この圧着片は、圧着領域でもってフレキシブルプリント基板に圧着される。圧着時には、少なくとも１つの圧着金属薄板がコンタクト面に接触接続する。これによって、圧着片全体もコンタクト面に電気的に接続される。スリーブは、フレキシブルプリント基板の縁部に並んでまたはフレキシブルプリント基板の下方または上方に配置されている。この実施の形態では、スリーブとフレキシブルプリント基板との間に分離が付与されている。スリーブは、特にフレキシブルプリント基板に設けられた貫通路の延長部に必ずしも設けられている必要はなく（しかしながら、このことは、圧着の場合にも同じく可能である）、フレキシブルプリント基板から離れた全く別の箇所において接触接続のために働くことができる。

別の態様によれば、本発明に係る方法のこの実施の形態に対して規定された圧着片が提供されている。この圧着片は、少なくとも１つの圧着金属薄板を支持する舌片を有する第１の領域と、プレスフィットピンを収容することができる貫通路を有する第２の領域とを備えている。このような圧着片は、特に変速機用の制御装置の構造における打抜き格子体へのフレキシブルプリント基板の組付け時に極めて迅速に把持することができ、接触接続のために使用することができる。

第１にフレキシブルプリント基板と、第２に金属コンタクト、特に打抜き金属薄板の金属コンタクトとの本発明に係る接続部は、本発明によれば、プレスフィットピンによって提供される。接続部は、好ましくは、本発明に係る方法の前述した実施の形態のうちの１つまたは複数の実施の形態により提供されている。

特に車両（自動車）用、好ましくは自動車変速機用に規定された本発明に係る制御装置は、本発明に係る接続部を有している。したがって、打抜き金属薄板またはその他の金属コンタクトが、制御装置用の制御電子装置を支持するフレキシブルプリント基板にプレスフィットピンによって接続されており、これによって、外部から制御電子装置へのアクセスが可能となる。

以下に、本発明の好適な実施の形態を図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明に係る方法の第１の実施の形態により提供される本発明による形態の接続部の断面図であって、銅スリーブがフレキシブルプリント基板にろう接されている。 図１に示したフレキシブルプリント基板の部分ＩＩにおける構造の拡大図である。 本発明に係る方法の第２の実施の形態により提供される本発明による形態の接続部の断面図であって、リジッドプリント基板が、場所に関して限定された領域において局所的にフレキシブルプリント基板にろう接されている。 本発明に係る方法の第３の実施の形態により提供される本発明による形態の接続部の断面図であって、フレキシブルプリント基板に使用されるような支持体が、フレキシブルプリント基板に局所的に（つまり、場所に関して限定された領域において）ラミネートされている。 本発明に係る方法の第４の実施の形態により提供される本発明による形態の接続部の断面図であって、プレスフィットピンを収容するためのスリーブを備えた圧着ストリップが、フレキシブルプリント基板に圧着されている。 図５において使用される本発明の別の態様による圧着ストリップの斜視図である。 フレキシブルプリント基板への圧着後の図６ａに示した圧着ストリップの斜視図である。

図１に示した本発明に係る接続部の第１の実施の形態は、全体を符号１０で示した電気的なプリント基板を有している。このプリント基板１０は、全体を符号２０で示した打抜き金属薄板の金属コンタクトに電気的にかつ機械的に接続されている。図２から明らかであるように、フレキシブルプリント基板１０は、プラスチック、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリエステル、ポリイミド、フルオロポリマーまたはこれに類するものから成るベースシートを有している。このベースシートには、少なくとも１つの銅導体路１４が被着されている。この銅導体路１４は、引き続き、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）から成るカバーシート１６によって覆われている。フレキシブルプリント基板１０と打抜き金属薄板２０との間に機械的なかつ電気的な接続部を提供するために、カバーシート１６が、ろう接過程によって部分的に除去されている。これによって、銅コンタクト面１８が露出される。この銅コンタクト面１８には、はんだまたはその他の軟ろう２２が被着されている。この軟ろう２２によって、フレキシブルプリント基板に銅スリーブ２４がろう接されている。この銅スリーブ２４は、フレキシブルプリント基板を局所的に補強していて、プレスフィットピン３０を挿入するのに十分である総厚さを提供している。このプレスフィットピン３０は、中空スペース３３が形成されたヘッド３２を有している。このヘッド３２は、大まかに六角形の形を有している。この六角形には、ネック３４が続いている。このネック３４はベース３６によって画定されている。プレスフィットピン３０は、接続部を提供するために、打抜き金属薄板２０に設けられた貫通路３８と、フレキシブルプリント基板に設けられていて、スリーブ２４の内部へのプレスフィットピン３０のヘッド３２のための経路を解放する、適切に打ち抜かれた貫通路４０とを通して案内される。

プレスフィットピン自体は、打抜き金属薄板２０とスリーブ２４との間に、ひいては、コンタクト面１８に対しても、電気的な接続部を提供している。

図３には、接続部の第２の実施の形態が示してある。この第２の実施の形態では、銅スリーブ２４の代わりに（その他のエレメントについては変更なし）、銅から成るビア４４、つまり、層間接続部を備えたリジッドプリント基板４２が、フレキシブルプリント基板１０にまたはフレキシブルプリント基板１０上にろう接されている。リジッドプリント基板４２は、フレキシブルプリント基板の小さな領域、例えば縁部に限定されており、これによって、フレキシブルプリント基板の柔軟性の利点は維持されたままとなる。

ビア４４は、軟ろう２２とプレスフィットピン３０のヘッド３２との間に接続部を提供している。

図４に示すような第３の実施の形態では、フレキシブルプリント基板１０の相応の貫通路３７の領域にスリーブを形成するために、リジッドプリント基板用の典型的な支持材料が、局所的に限定された領域においてフレキシブルプリント基板１０に載置されるようにまたは取り付けられるようにラミネートされている（図４に示した層４６を参照）。ラミネートは、高温法またはシート接着材を用いたコールドラミネートによって行うことができる。

ラミネート後、特に電気めっきによる析出法または化学的な析出法によって、銅から成るコーティング４８が貫通路に設けられる。スリーブ内へのプレスフィットのためには、銅の代わりに、特にスズ（化学的／電気めっき）も適している。

したがって、図４には示していないものの、図１に類似して設けられた打抜き金属薄板と、フレキシブルプリント基板１０に設けられた電気的なコンタクト面１８との間に、プレスフィットピン３０を介して接続部が提供される。

図５に示した本発明の第４の実施の形態では、圧着ストリップ５０が設けられている。この圧着ストリップ５０は、第１の領域５２でフレキシブルプリント基板に圧着される。第２の領域５４には、プレスフィットピン３０のヘッド３２を収容するためのスリーブ５６が形成されている。

圧着ストリップについては、例えばSumida-Flexcon社のものが知られている（2016年12月08日に呼出し可能なリンクhttp://sumida-flexcon.com/hp458/PANTA-FIX-CRIMP.htm.参照）。

しかしながら、このような圧着ストリップにおいて慣用の雄形または雌形の差込みコンタクトの代わりに、図示の構成では、スリーブ５６が設けられている（図６ａ参照）。別の領域には、複数の圧着金属薄板５８，６０が提供されている。これらの圧着金属薄板５８，６０はフレキシブルプリント基板に押し込まれ、その後、図６ｂに従って曲げ返され、これによって、圧着が実現される。この圧着は矢印６２による力の作用下で行われる。圧着ストリップは、金属薄板を含む材料から成っていて、好ましくは、金属薄板片から製造されている。

上述した接続部は、特に車両変速機用の制御装置の構造において使用するために規定されているものの、一般に、フレキシブルプリント基板が、このフレキシブルプリント基板以外の金属コンタクトに電気的に接触接続されなければならない場合には、常に本発明に係る方法の使用下で一般的に提供することもできる。

Claims (9)

1. 特に自動車用の制御装置の構造においてフレキシブルプリント基板（１０）に設けられたコンタクト面（１８）を前記フレキシブルプリント基板（１０）以外の金属コンタクト（２０）に接触接続するための方法であって、
   前記フレキシブルプリント基板（１０）を、プレスフィットピン（３０）を収容するための、伝導性の材料（４４，４８）を含む内側の表面を備えたスリーブを有する付設片（２４，４２，４６，５０）に機械的に連結し、または前記フレキシブルプリント基板（１０）が付設片（２４，５０）によって形成されており、
   前記伝導性の材料を前記コンタクト面（１８）に電気的に接続し、
   プレスフィットピン（３０）を、前記金属コンタクトの範囲内に、または前記金属コンタクトに設けられた導通路と前記スリーブとを通して案内する
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記付設片（２４，４２）を、前記フレキシブルプリント基板に設けられた貫通路の領域で前記フレキシブルプリント基板にろう接し、前記プレスフィットピン（３０）を前記貫通路と前記付設片（２４，４２）とを通して案内することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記付設片は、好ましくは銅スリーブ（２４）である金属スリーブであるかまたは金属スリーブを有していることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 前記付設片は、リジッドプリント基板用の支持体（４２）を含んでおり、該支持体（４２）に、前記スリーブを形成するためのビア（４４）が形成されていることを特徴とする、請求項２記載の方法。
5. スリーブを備えた前記付設片（４６）を、前記フレキシブルプリント基板に設けられた貫通路（３７）の領域で前記フレキシブルプリント基板（１０）にラミネートし、ラミネート後、金属コーティング（４８）を被着することを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 前記付設片（４６）は、少なくとも一種類の高温熱可塑性樹脂、例えば部分芳香族ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルスルホンを含む材料および／または少なくとも一種類の熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料から成っていることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 圧着片（５０）であって、少なくとも１つの圧着金属薄板（５８，６０）を含む舌片を有する第１の領域（５１）と、プレスフィットピン（３０）を収容するための貫通路（５６）を有する第２の領域（５４）とを備えた圧着片（５０）。
8. 第１にフレキシブルプリント基板（１０）と、第２に金属コンタクト（２０）、特に打抜き金属薄板（２０）の金属コンタクトとの接続部であって、該接続部の一部としてのプレスフィットピン（３０）によって提供される接続部。
9. 請求項８記載の接続部を有する、特に自動車用の制御装置。

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