JP3961735B2 - プリント配線基板及び焼損検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を搭載したプリント配線基板及び焼損検出方法に係り、特に、焼損による障害を検出することができるプリント配線基板及びその焼損検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子装置は、使用している電子部品がショートする等の障害が発生した場合、電源の過電流や電圧の変動を監視し、ブレーカ、ヒューズ等により電源の供給側から負荷側を保護してきた。この種の従来技術の１例として、例えば、特開平８−１４９６８４号公報等に記載された技術が知られている。
【０００３】
しかし、電子装置は、使用している電子部品の高密度化が進むに従い、１つの電源から供給する電流量が増加してきており、供給電流が５００Ａを越えることも珍しくなくなってきた。また、使用されている電子部品の種類によっては、部品にショートが発生しても、そのとき流れるショート電流が４Ａから２０Ａと小さく、電源供給側から見れば通常の消費電流の範囲内にある。このため、ショートしたことを検出できず、電子部品およびプリント配線基板が焼損し、電子装置全体が焼損してしまうことが発生してしまう。このため、電源の過電流や電圧の変動を監視して、電源の供給側から負荷側を保護するという前述した従来技術は、電子部品のショートを検出できなくなっており、負荷側での対策が必要となっている。
【０００４】
このような負荷側で電子部品のショート等の障害の発生を検出して、電子装置の保護を行うことができる従来技術として、例えば、特開平１１−１１１１３６号公報等に記載された技術が知られている。この従来技術は、電子部品がショートし電子部品が加熱されることを利用して障害の発生を検出するものである。すなわち、この従来技術は、具体的にはプリント配線基板上に、ウッド・メタル、リポウィッツ・メタル、ローズ・メタル等の特別な溶融部材によるパターンを設け、電子部品が発熱することによりこの溶融部剤が溶融することを検出して、電子部品の異常発熱によりショート等の障害を検出するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術は、温度上昇を検出するために、プリント配線基板上に特別な溶融部材によるパターンを設ける必要があるため、コスト上昇の要因になるという問題点を有している。また、前述した従来技術は、検出時間を縮めるためにはプリント配線基板上の溶融部材によるパターン間隔を狭める必要があるが、搭載される部品の種類によっては、パターン間隔を１ｃｍ以下にすることができず、すなわち、パターン間隔として１ｃｍ以上の間隔を必要とするため、検出時間を縮められないという問題点が生じてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、焼損検出を確実に短時間で行うことができる安価なプリント配線基板及びその焼損検出方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、プリント配線基板に焼損プレートを埋め込み、このプレートと他のプレート間の電圧あるいは電流を計測しておき、プリント配線基板の焼損が進行し、プレート間の誘電体が炭化し、プレート間の抵抗が下がり、このプレート間の電圧あるいは電流が変化することによりプリント配線基板の焼損検出信号を出力することにより達成される。この方法であれば、プリント配線基板一面にプレートがあるため、プリント配線基板の一部が焼損した段階ですばやく焼損を検出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプリント配線基板及び焼損検出方法の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図、図２は本発明の第１の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。図１、図２において、１はプリント配線基板、２は電源回路、３は電源制御回路、１０、１１は電子部品、１２は終端抵抗、１３はインバータゲート、２０は焼損検出用配線パターン（以下、焼損パターンという）、３０、３３は信号プレート、３１は電源プレート、３２はグランドプレートである。
【００１１】
本発明が適用されるプリント配線基板１は、図１に示すように、電子部品Ａ１０と電子部品Ｂ１１とが搭載され、これらの部品に電源回路２から電圧３．３Ｖの電源が供給されて動作するように構成されている。そして、本発明の第１の実施形態によるプリント配線基板１は、搭載されている電子部品Ａ１０と電子部品Ｂ１１との直下に、焼損パターン２０が張り巡らされて全体が１本のラインに形成されて構成されている。焼損パターン２０は、プリント基板の配線材と同一の配線材、例えば、銅箔等により形成され、基板の配線を形成する工程で同時に形成される。また、焼損パターン２０は、各電子部品の端子になるべく近い位置となるように張り巡らされる。
【００１２】
前述した焼損パターン２０の一端は、電源回路２からの電源電圧３．３Ｖに接続され、他端は、終端抵抗Ｒ１２及び焼損検出用のインバータゲート１３の入力に接続されている。焼損検出用のインバータゲート１３の出力は、焼損検出信号２１となりプリント配線基板１の外部に出力され、これが電源制御回路３に接続されている。電源制御回路３は、焼損が検出されると電源回路２に電源オフ信号２２を出力する。
【００１３】
また、本発明が適用されるプリント配線基板１は、図２にその断面構造を示すように、４層基板であり、部品搭載面より信号プレートＡ３０、３．３Ｖ電源プレート３１、グランドプレート３２及び信号プレートＢ３３とにより構成され、各プレート間には、ガラスエポキシ等による誘電体層３４が設けられてプレート相互間を絶縁しいる。図２には搭載される電子部品として、電子部品Ａ１０のみを示しているが、電子部品Ａ１０、Ｂ１１は、信号プレートＡ３０上に搭載される。信号プレートＡ３０上には、この信号プレート上での配線パターンと、本発明のための焼損パターン２０が、電子部品の接続ピンの間等を通るように設けられている。
【００１４】
次に、前述したように構成される本発明の第１の実施形態において、電子部品Ａ１０がショートした場合の動作について説明する。
【００１５】
焼損パターン２０は、前述したようにその一端が電源電圧３．３Ｖに接続されているので、プリント配線基板に焼損が生じていなく正常に動作している場合、検出インバータゲート１３の入力はハイレベルとなっている。このため、正常時、焼損検出インバータゲート１３の出力である焼損検出信号２１はローレベルとなつており、電源制御回路３は何の動作も行わない。
【００１６】
ここで、電子部品Ａ１０がショートしたとする。これにより、電子部品Ａ１０は発熱をし始め、部品直下を加熱する。プリント配線基板１の誘電体層３４は、難燃性の材料であるエポキシ、ガラスエポキシ材等を使用しているため、発火することはないが炭化してくる。このため、電源プレート３１とグランドプレート３２との間の誘電体層３４の絶縁抵抗が小さくなり、電源プレート３１とグランドプレート３２とがプリント配線基板内でショートし発熱を始める。プリント配線基板１がショートすると、その部分の銅プレート及び銅パターンが溶け、プリント配線基板１は、益々加熱され、誘電体３４の炭化が進行する。
【００１７】
この炭化部分３５が焼損パターン２０の部分まで進行すると、焼損パターン２０は、その部分で焼き切れることになる。この結果、終端抵抗Ｒ１２には、３．３Ｖの電圧が印加されなくなるので、この終端抵抗Ｒ１２の焼損パターン２０との接続点の電位がグランドレベルまで落ちる。このため、焼損検出インバータゲート１３の入力はローレベルとなり、その出力である焼損検出信号２１をハイレベルにする。電源制御回路３は、焼損検出信号２１がハイレベルになったことを受け取ると、電源オフ信号２２をハイレベルにして電源回路２に電源断指示を行う。電源回路２は、プリント配線基板１への電力提供を中止し、これにより、プリント配線基板１及び電子部品Ａ１０のこれ以上の発熱を停止させる。
【００１８】
前述した本発明の第１の実施形態によれば、通常のプリント配線基板に通常の配線パターンと同じ手段で焼損パターンを形成しておくことにより、プリント配線基板の焼損を検出することができるので、確実に、短時間ので焼損を検出することができるプリント配線基板を安価に提供することができる。
【００１９】
前述した本発明の第１の実施形態は、焼損パターンが設けられていないと焼損を検出することができない。しかし、電子部品によってはその直下に検出パターンを引けない場合があり、検出パターンが引けるエリアまで焼損しないと検出できないという欠点がある。次に、このような欠点を補うことのできる本発明の他の実施形態について説明する。
【００２０】
図３は本発明の第２の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図、図４は本発明の第２の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。図３、図４において、１４は焼損検出ドライバゲート、３６は焼損プレートであり、他の符号は図１、図２の場合と同一である。
【００２１】
図３、図４に示す本発明の第２の実施形態によるプリント配線基板１の前述した第１の実施形態との相違は、プリント配線基板１上に焼損パターン２０を設けることなく、プリント配線基板の内層に基板面全面を覆うように設けられる銅箔等による焼損プレート３６を設けていることである。この焼損プレート３６は、終端抵抗Ｒ１２と焼損検出ドライバゲート１４とに接続されていて、他のどこにも接続されていない。また、焼損プレート３６は、信号プレートＡ３０と３．３Ｖ電源プレート３１との間に挿入されており、通常のプリント配線基板の製造技術により形成することができる。焼損検出ドライバゲート１４は、焼損検出信号２１を電源制御回路３に出力する。
【００２２】
次に、前述したように構成される本発明の第２の実施形態において、電子部品Ａ１０がショートした場合の動作について説明する。
【００２３】
焼損プレート３６は、前述したように終端抵抗Ｒ１２に接続されているだけで他のどこにも接続されていないので、プリント配線基板に焼損が生じていなく正常に動作している場合、焼損検出ドライバゲート１４の入力はローレベルとなっている。このため、正常時、焼損検出ドライバゲート１４の出力である焼損検出信号２１はローレベルとなっており、電源制御回路３は何も動作も行わない。
【００２４】
ここで、電子部品Ａ１０がショートしたとする。これにより、電子部品Ａ１０は、発熱し初め部品の直下を加熱するため、第１の実施形態の場合と同様に、プリント配線基板１の誘電体層３４を炭化させ始める。このため、電源プレート３１と焼損プレート３６との間の誘電体層３４が炭化して絶縁抵抗が低減して導通状態となり、終端抵抗Ｒ１２に３．３Ｖの電圧が印加されることになる。
【００２５】
焼損検出ドライバゲート１４は、これにより入力信号のレベルがハイレベルとなるので、その出力である焼損検出信号２１をハイレベルにする。電源制御回路３は、焼損検出信号２１がハイレベルになったことを受け取ると、電源オフ信号２２をハイレベルにして電源回路２に電源断指示を行う。電源回路２は、プリント配線基板１への電力提供を中止し、これにより、プリント配線基板１及び電子部品Ａ１０のこれ以上の発熱を停止させる。
【００２６】
前述した本発明の第２の実施形態によれば、プリント配線基板に別のプレートを設けているので、電子部品の実装上の制限を受けることがないという効果を得ることができる。また、この第２の実施形態によれば、焼損を面で検出することができるため、焼損の進行が焼損プレートから３．３Ｖ電源プレートまで進めば、即座に焼損の発生を検出することができるという利点がある。さらに、本発明の第２の実施形態によれば、通常のプリント配線基板技術で焼損プレートを含んだプリント配線基板を製造することができるため、製造原価の上昇をプレート１層分の追加だけに押さえることができる。
【００２７】
前述した本発明の第２の実施形態は、焼損プレートを独自に設けなければならないため、コスト高となるという欠点がある。次に、このような欠点を補うことのできる本発明の他の実施形態について説明する。
【００２８】
図５は本発明の第３の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図、図６は本発明の第３の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。図５、図６において、１５は電圧コンパレータ、３７は１．５Ｖ電源プレートであり、他の符号は図１、図２の場合と同一である。以下に説明する本発明の第３の実施形態は、複数の電源種により動作するプリント配線基板に本発明を適用した場合の例で、電源プレートを焼損プレートと兼用することを可能にした例である。すなわち、現在の電気部品は、電源種が増えており、この電源種の差を利用して、電源プレートを焼損プレートと兼用することができる。
【００２９】
図５、図６に示す本発明の第３の実施形態によるプリント配線基板１の前述した第２の実施形態との相違は、電子部品Ａ１０、電子部品Ｂ１１の少なくとも一方が１．５Ｖと３．３Ｖとの２種の電源を必要とするものであり、このため、１．５Ｖ電源プレートがプリント配線基板１の内部に設けられている点、及び、プリント配線基板の内部に特別に焼損プレート３６を設けることなく、プリント配線基板１の内部に設けられている１．５Ｖ電源プレート３７を利用する点である。この１．５Ｖ電源プレート３７は、電子部品Ａ１０、電子部品Ｂ１１に１．５Ｖの電源を供給すると共に、電圧コンパレータ１５に接続されている。電圧コンパレータ１５は、他の入力端子に、１．５Ｖ電源プレート３７とは別のルートからリファレンス電圧１．５Ｖが入力されており、１．５Ｖ電源プレート３７からの電圧がリファレンス電圧１．５Ｖより１０％の差が生じると焼損検出信号２１を電源制御回路３に出力する。１．５Ｖ電源プレート３７は信号プレートＡ３０と３．３Ｖ電源プレート３１との間に挿入されている。
【００３０】
次に、前述したように構成される本発明の第２の実施形態において、電子部品Ａ１０がショートした場合の動作について説明する。
【００３１】
１．５Ｖ電源プレート３７は、前述したように、１．５Ｖ電源に接続されると共に、電圧コンパレータ１５の一方の端子に接続されており、また、電圧コンパレータ１５の他方の端子には１．５Ｖのリファレンス電圧が入力されているので、プリント配線基板に焼損が生じていなく正常に動作している場合、電圧コンパレータ１５の出力である焼損検出信号２１はローレベルとなっており、電源制御回路３は何も動作も行わない。
【００３２】
ここで、電子部品Ａ１０がショートしたとする。これにより、電子部品Ａ１０は、発熱し初め部品の直下を加熱するため、第１の実施形態の場合と同様に、プリント配線基板１の誘電体層３４を炭化させ始める。このため、３．３Ｖ電源プレート３１と１．５Ｖ電源プレート３７との間の誘電体層３４が炭化して絶縁抵抗が低減して導通状態となり、１．５Ｖ電源プレート３７の電位が上昇する。電圧コンパレータ１５は、この上昇する一方の端子に入力される電位と変化しない１．５Ｖのリファレンス電圧との差により、その出力である焼損検出信号２１をハイレベルにする。電源制御回路３は、焼損検出信号２１がハイレベルになったことを受け取ると、電源オフ信号２２をハイレベルにして電源回路２に電源断指示を行う。電源回路２は、プリント配線基板１への電力提供を中止し、これにより、プリント配線基板１及び電子部品Ａ１０のこれ以上の発熱を停止させる。
【００３３】
前述した本発明の第３の実施形態は、１．５Ｖ電源プレート３７に隣接して３．３Ｖ電源プレート３１が設けられているとして説明したが、本発明は、１．５Ｖ電源プレート３７に隣接してグランドプレート３２が設けらた基板であってもよく、すなわち、３．３Ｖ電源プレート３１とグランドプレート３２とが入れ替わった基板であってもよく、全く同一の結果を得ることができる。但し、この場合、１．５Ｖ電源プレート３７の電位は下降することになるが、電圧コンパレータ１５は、前述した場合とまったく同一の動作を行う。
【００３４】
また、前述した本発明の第３の実施形態は、１．５Ｖ電源プレート３７の電位変化を検出するとして説明したが、本発明は、１．５Ｖ電源プレート３７の電流変化を検出するようにしてもよい。また、本発明は、３．３Ｖ電源プレート３１の電圧、電流の変化を検出するようにしてもよい。但し、この場合、一般には、消費電流の小さい側の電源プレートの電圧または電流の変化を検出する方が検出感度を上げることができる。
【００３５】
前述した本発明の第３の実施形態によればプリント配線基板に専用の焼損プレートを設ける必要がないため、プリント配線基板の製造コストの上昇を抑えることができる。
【００３６】
本発明は、前述した本発明の第１〜第３の実施形態の構成以外に、１枚のプリント配線基板に、第１の実施形態の焼損パターン、第２の実施形態の焼損プレート、第３の実施形態の電源プレートを部分的に組み合わせ、そのプリント配線基板の特質にあった焼損検出回路を有するプリント配線基板を作成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、特別な部材を使用することなく、既存のプリント配線基板製造技術のみで、電子部品のショート等によるプリント配線基板の焼損を検出することのできるプリント配線基板を製造することができ、このため、装置の製造原価を安価に抑えることができる。さらに、本発明によれば、焼損プレートを設けることにより、焼損検出の感度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるプリント配線基板の構成を説明するブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態によるプリント配線基板の断面構造を説明する図である。
【符号の説明】
１ プリント配線基板
２ 電源回路
３ 電源制御回路
１０、１１ 電子部品
１２ 終端抵抗
１３ インバータゲート
１４ 焼損検出ドライバゲート
１５ 電圧コンパレータ
２０ 焼損パターン
３０、３３ 信号プレート
３１ 電源プレート
３２ グランドプレート
３６ 焼損プレート
３７ １．５Ｖ電源プレート

Claims (2)

1. 電子部品を搭載したプリント配線基板において、該プリント配線基板は、信号プレート、電源プレート、焼損プレートを含む複数のプレートにより構成され、前記プレート間は誘電体により構成され、前記焼損プレートと電源プレートとは隣接して配置されており、前記焼損プレートと電源プレートとの間の誘電体の炭化による焼損プレートと電源プレートとの間の抵抗の変化を検出し、その抵抗値が小さくなったことを検出した場合に、焼損が発生したことを外部に通知する回路を備えることを特徴とするプリント配線基板。
2. 電子部品を搭載したプリント配線基板の焼損検出方法において、前記プリント配線基板は、信号プレート、電源プレート、焼損プレートを含む複数のプレートにより構成され、前記プレート間は誘電体により構成され、前記焼損プレートと電源プレートとは隣接して配置されており、前記焼損プレートと電源プレートとの間の誘電体の炭化による焼損プレートと電源プレートとの間の抵抗の変化を検出し、その抵抗値が小さくなったことを検出した場合に、焼損が発生したことを外部に通知することを特徴とするプリント配線基板の焼損検出方法。

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