JP4107930B2 - Press-fit bonded wiring board and electronic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に組み込まれるプレスフィット接合配線基板に関し、特に、自動車などの車両に搭載され、高温環境下で使用される電子制御装置内における配線基板に設けられたスルーホールにプレスフィット端子を圧入して電気接合する場合に、端子圧入による配線基板への影響を抑制するようにしたプレスフィット接合配線基板に関し、さらに、該プレスフィット接合配線基板を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自動車などの車両内には、エンジン等の設置機器に対する制御を行うECUと呼ばれる電子制御装置が、各種制御対象の機能毎に、一つのユニットとしてまとめられて複数搭載されている。各ECUは、各センサで検出された電子情報に基づいて動作するマイクロコンピュータなどを含み、論理的な制御演算を行う制御回路部分と、演算結果に従って制御対象を駆動するアクチュエータなどの外部への電力制御を行うパワー回路部分とを有している(例えば、特許文献1を参照)。
【0003】
そこで、特許文献1に開示されている従来から使用されている電子制御装置の概略的な組み立て構成について、図3に示した。この電子制御装置1としての主要部分は、コネクタケースを一体成形したコネクタ一体樹脂ケース2内に収納される。制御用コネクタ3及びパワー用コネクタ4、5は、コネクタ一体樹脂ケース2の側面の1つに集められて備えられる。これによって、電子制御装置1への外部との電気接続を、一つの方向からのみ行うことができる構成になっている。
【0004】
コネクタ一体樹脂ケース2内には、制御回路部分とパワー回路部分とが収納される。パワー回路部分としては、複数のパワー電子部品6、7等が含まれ、これらのパワー電子部品を搭載しているモジュール部に、接続用端子8、9とが装着されている。この接続用端子8、9は、制御回路部分に含まれる制御基板10との電気的接続に用いられる。ここで、制御基板10は、コネクタ一体樹脂ケース2の上面側に装着されるものである。該基板10の端部には、複数のスルーホール11、12が設けられており、接続用端子8、9をスルーホール11、12に挿入するようにして、ハンダなどにより制御回路とパワー回路とが電気的に接続される。制御基板10上には、複数の制御電子部品13、14、15が実装される。そして、コネクタ一体樹脂ケース2の上側に制御基板10を装着した後に、その上方に、蓋16が被せられる。一方、コネクタ一体樹脂ケース2の底面側においては、パワー回路のパワー電子部品6、7の発熱を冷却するためのヒートシンク17が装着される。蓋16及びヒートシンク17とコネクタ一体樹脂ケース2との間の接合部には、防水用のパッキン18、19が介在される。
【0005】
以上のように、従来における車載用電子制御装置では、電子制御装置の組み立ての途中において、制御基板10に設けられたスルーホール11、12に、パワー回路を内蔵するモジュールに立設されている接続用端子8、9が挿入された後、接続用端子8、9は、スルーホール11、12内にめっきなどで形成された導電部材と半田付けされる。これにより、接続用端子8、9が制御基板10上に形成されている配線パターンと電気的に接続されると共に、制御基板10がコネクタ一体樹脂ケース2内で固定される。
【0006】
また、半田付けによる接続を行うには、半田付け作業のみならず、洗浄作業等も行う必要があるため、作業工数が増加するばかりでなく、作業環境が悪化していた。さらに、鉛フリー半田化によるリード部品の半田付けの技術課題が多く、管理工数も増加する。
【0007】
ここで、接続用端子と制御基板との接続を確実に行うため、上述の従来の電子制御装置では、制御基板に形成されたスルーホールに接続用端子を挿入した後に半田付けを行うようにしているが、スルーホールに半田付けを行うと、接続用端子が挿入された側と反対側の穴が半田によって塞がれるため、スルーホールと接続用端子とが接触しているか否かの確認することが難しくなり、接続不良を発見しにくいものとしている。また、接続用端子と制御基板とが固着されることにより、例えば、アクチュエータを取り付けたハウジングの振動が、制御基板に直接伝わり、制御基板に搭載された電子部品に悪影響を与えていた。
【0008】
そこで、制御基板と接続用端子の接続を確実に行うとともに、作業工数の減少を図り、且つ、作業環境の悪化を招くこともない基板接続を実現するものとして、接続用端子に、プレスフィット端子を、例えば、電子制御装置に適用したものが開発されている(例えば、特許文献2を参照)。この電子制御装置における制御基板と端子の接続の様子を図4に示した。
【0009】
図4(a)は、制御基板のスルーホールにおける縦断面を示している。この制御基板は、図3に示された電子制御装置1に用いられているものと同様であり、その制御基板10のスルーホール11、12部分である。図4(a)では、これらのスルーホールをH1、H2の符号で示した。実際には、もっと多くのスルーホールが設けられているが、ここでは、代表的に2つを示した。各スルーホールは、間隔pを置いて配列されている。そして、スルーホールH1、H2の内周面の壁から制御基板10表面のホール開口近傍にかけて、銅めっきなどによる導電部材18が設けられている。スルーホール径をwで表した。
【0010】
一方、図4(b)には、接続用端子ハウジングに埋め込まれて立設されたプレスフィット端子P1、P2が示されている。これらのプレスフィット端子は、制御基板10に設けられたスルーホールの数分立設されているが、図4(b)では、図4(a)に示されたスルーホールH1、H2に対応して、2本のプレスフィット端子P1、P2が示され、スルーホールの間隔pに合わせた位置に立設されている。プレスフィット端子P1、P2の長さは、制御基板10がケース内で所定の位置に固定されるように調節されたものとなっている。プレスフィット端子の圧入前の最大幅は、Wで表した。
【0011】
プレスフィット端子は、銅合金などの導電性材料からなる金属板を打ち抜き加工することにより形成されて、1本の端子となっている。プレスフィット端子は、本体部、圧力保持部、導入部、そして先端部が軸方向に一体的に形成されている。圧力保持部と導入部とで圧入時のバネ部が形成され、本体部は、図4(b)の例では、接続用端子ハウジングに埋め込まれ、立設されるための基端部となる。導入部は、プレスフィット端子がスルーホールに圧入される際に、その先端が挿入されやすくするために、細く形成されている。
【0012】
プレスフィット端子の軸中心の長手方向に、金属板の打ち抜きと同時に形成されて貫通する開口部が設けられている。この開口部によって、圧力保持部と導入部とが形成されることになり、圧力保持部のA−A線で示される位置の幅Wは、端子中で最も幅広くなっている。導入部の幅は、先端部に向かって徐々に狭くなっていく。
【0013】
プレスフィット端子における圧力保持部と導入部の断面積は、同じ大きさになっている。プレスフィット端子がスルーホールに圧入される場合、上方からプレスフィット端子が降りてくる、或いは、制御基板がせり上がってくることにより、導入部の一部がスルーホールの開口周辺に最初に接触して荷重がかかり、導入部が弾性変形される。さらに、荷重が継続してかけられると、圧力保持部が弾性変形されてスルーホール内に圧入される。ここで、プレスフィット端子のスルーホールに対する圧入シロは、(W−w)となっている。
【0014】
ここで、図4(a)に示された制御基板10のスルーホールH1、H2に、図4(b)に示されたプレスフィット端子P1、P2を圧入した状態を、図5に示した。プレスフィット端子の圧力保持部は、図5に示されるように、スルーホール内に全て圧入されて、制御基板10が接続用端子モジュールに近接した位置で保持され、制御基板10が固定化され、しかも、圧力保持部がスルーホールH1、H2内の導電材料18に密着して電気接続される。
【0015】
一方、上述の電子制御装置に搭載される制御基板には、接続信頼性の面から、小さい熱膨張率のものが要求されている。従来、その要求に対応するため、セラミック基板、セラミック−樹脂複合基板、繊維複合樹脂基板等が開発されているが、小さい熱膨張率、良好な加工性の両方を満足するような基板は存在しなかったため、シート状基材にエポキシ樹脂を含浸乾燥して得たプリプレグの層とその表面に載置した金属箔を加熱加圧成形して一体化した金属箔張りの積層板を基板に用いている。
【0016】
そこで、エポキシ樹脂に可とう化材を添加することにより、樹脂の弾性率を低下させ、積層板の面方向の熱膨張を抑制した積層基板が提案されている(例えば、特許文献3を参照)。特許文献3で提案された積層基板では、高温で、しかも温度変動が激しい環境内でも、金属箔が基板の熱膨張によって剥がれることがないように、樹脂内にゴム弾性を有する微粒子を含有させて、熱膨張により樹脂に発生した応力を吸収緩和している。これにより、積層基板の平面方向の熱膨張を小さく抑えている。
【0017】
【特許文献1】
特開2000−323848号公報(図10)
【特許文献2】
特開平10−208798号公報
【特許文献3】
特開平8−309920号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、制御基板に設けられたスルーホールにプレスフィット端子を圧入すると、図5において丸印で示した制御基板のスルーホール入口部分に、プレスフィット端子圧入時の応力集中による微細な損傷が発生する場合がある。一般の電子機器においても、プレスフィット端子による接合工法はよく使われているが、この場合には、基板のスルーホールの径公差を重点管理して、端子を圧入するようにしている。しかし、この場合でも、端子を圧入して、基板との保持力を得ていることから、基板に不要な荷重を与えていた。
【0019】
通常、制御基板には、ガラス繊維を縦横に組み合わせエポキシ樹脂を含浸させたシートを多数重ね合わせ、圧着固化した積層構造の基板が使用されている。そのため、基板に設けられたスルーホールの開口周辺部においても積層構造となっており、プレスフィット端子の圧入時には、その開口周辺部に大きな力が基板面方向に作用することとなり、スルーホール周辺付近で、積層されたシートの剥がれなどの基材破壊による損傷が発生する場合がある。プレスフィット端子の固定保持を強固にするには、圧入シロを大きく採るなどプレスフィット端子の弾性を強くせざるを得ず、この場合には、特に、圧入時の損傷発生が顕著となる。
【0020】
しかしながら、制御基板の動作環境に関し、例えば、周囲温度がそれ程高くないとか、或いは、空調されているなど温度コントロールがなされているという場合には、圧入時の損傷が制御基板に存在していたとしても問題にならない。一方、特に、自動車などのエンジンルームに備え付けられる電子制御装置のような場合には、過酷な動作環境、例えば、周囲温度が高温であり、多湿であり、しかも振動が激しいなどの場合には、圧入時の微細な損傷が基板特性に影響することがある。
【0021】
制御基板に圧入時の損傷があるということは、シート層間の剥離の長さに応じて絶縁距離が短くなることを意味する。つまり、制御基板が高温、多湿の環境にあると、損傷部分において吸湿しやすくなり、結果として、導電材料の銅イオンが溶け出すこととなり、基板の絶縁劣化を促進してしまうという問題がある。特に、最近では、電子制御装置に多種多様な制御機能が求められるため、制御基板の高密度化、さらには、小型化が図られ、制御基板の電気接続箇所が増え、スルーホール間の距離が小さくなるので、基板の絶縁劣化を助長するという大きな問題がある。
【0022】
また、振動の激しいエンジンルームなどに設置される電子制御装置の制御基板に対しては、プレスフィット端子による保持力をさらに強化する必要があるということになる。そこで、プレスフィット端子の保持力を上げるために、圧入シロを大きくすると、反って、圧入時の負担を大きくする結果となる。圧入時の負担を小さくするには、この圧入シロを小さくすることにより負担(荷重)発生を抑制できても、プレスフィット端子の保持力低下を来たすという問題がある。
【0023】
そこで、本発明の目的は、例えば、高温環境下で使用される電子制御装置内における配線基板に設けられたスルーホールにプレスフィット端子を圧入して電気接合される場合に、端子圧入されるとき、外部応力を吸収するようにして、基板内に発生する負担を抑制するプレスフィット接合配線基板を提供することである。また、従来のプレスフィット端子をそのまま使用可能とし、端子から受ける基板への応力を基板が吸収できる基板構造を提供することである。さらに、本発明の別の目的は、該プレスフィット接合配線基板を備えた電子機器を提供することである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を解決するために、本発明では、プレスフィット接合配線基板として、複数の繊維シート状基材が樹脂で結合され積層された基板を用い、プレスフィット端子が前記基板の厚さ方向に圧入保持されるスルーホールを有し、弾性材が前記基板の表層部分における前記樹脂中に充填されていることとした。
【0025】
そして、前記弾性材は、可とう性粒子であり、基板の樹脂中に分散されており、アクリルゴム、シリコンゴム、ニトリルブタジエンゴム、又はこれらの組み合わせのものから選択されるとした。
【0026】
また、前記スルーホールの内周面には、銅より硬い金属による導電部材が形成され、例えば、ニッケル、パラジウム等を有することとした。
さらに、本発明の電子機器では、複数の繊維シート状基材が樹脂で結合され積層された基板と、前記基板の厚さ方向に設けられたスルーホールと、を有し、弾性材が前記基板の表層部分における前記樹脂中に充填されたプレスフィット接合配線基板を備え、プレスフィット端子が前記プレスフィット接合配線基板の前記スルーホールに圧入保持された状態で、前記プレスフィット接合配線基板に固定されるようにした。
【0027】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のプレスフィット接合配線基板に係る実施形態について、図を参照しながら説明する。
【0028】
そこで、先ず、本実施形態のプレスフィット接合配線基板を説明する前に、このプレスフィット接合配線基板を改良するに至った考え方を、図1に示した。図1(a)は、従来のプレスフィット端子Pを、図4(a)に示される制御基板10のスルーホールH1又はH2に圧入する様子を表している。図1(a)では、図を簡単化するため、プレスフィット端子Pを概略形状とし、スルーホールH1又はH2内にある導電部材18の表示を省略した。
【0029】
図1(a)は、プレスフィット端子PがスルーホールH内に圧入される様子を示している。プレスフィット端子PがスルーホールH内に挿入され、導入部がスルーホールHの開口周縁部に接触したとき、挿入ストロークを0mmとしている。そして、プレスフィット端子Pに力を加え、導入部を経て、圧力保持部がスルーホールH内に圧入され始めたとき、挿入ストロークを0.6mmとしている。図示していないが、これ以降、継続して圧入動作が進み、挿入ストロークは、さらに長くなる。この圧入動作中の端子には、一定押圧力が加えられている。
【0030】
図1(b)には、図1(a)で示されるように、プレスフィット端子PをスルーホールH内に圧入するとき、制御基板10にかかる荷重の変化を示している。横軸が、挿入ストロークを、縦軸が、荷重(N)を夫々示している。実線で示した荷重曲線が、図1(a)で示したプレスフィット端子Pの圧入動作における荷重の変化を表している。挿入ストロークが0.6mm付近で、荷重がピークとなる。
【0031】
図1(c)に、この荷重曲線に対応して、基板のスルーホールHの開口周縁部に発生する応力の変化を応力曲線に示した。横軸は、挿入ストロークであるが、縦軸は、発生応力(N/mm2)である。この応力曲線から分かるように、発生応力の大きさは、挿入ストロークが0.6mm付近において最大となり、圧入動作が進行するにつれて低下している。ここで、従来の基板の設計基準値と比較してみると、図1(c)に示されるように、挿入ストロークが0.6mm付近の最大値は、この基板設計基準値を超えている。そのため、基板に設けられたスルーホールの開口周縁部に過大な応力が発生し、その周縁部の積層構造を破壊すると考えられる。
【0032】
そこで、プレスフィット端子PをスルーホールH内に圧入するとき、スルーホールHの開口周縁部に損傷が発生しないようにするには、この応力曲線の最大値が、基板設計基準値を超えないようにすればよい。
【0033】
以上の知見に基づいて、本実施形態のプレスフィット接続配線基板では、配線基板に設けられた複数のスルーホールの夫々にプレスフィット端子を圧入するとき、基板に加えられる外部応力を低減することができる基板構造とし、この応力の低減するために、積層構造の基板自体に弾力性を付与するものとし、その具体的手段として、基板のシート状基材を結合する樹脂中に弾性材を充填するようにした。
【0034】
以下に、本実施形態によるプレスフィット接続配線基板について、説明する。基板のシート状基材を結合する樹脂、例えば、エポキシ樹脂中に弾性材を充填する仕方としては、種々の方法が存在する。
【0035】
例えば、硬化剤を含有するエポキシ樹脂ワニスをシート状基材に含浸乾燥して得たプリプレグの層とその表面に載置した金属箔とを加熱加圧成形して一体化するとき、このプリプレグの層の一部ないし全部に、エポキシ樹脂と相溶しないゴム弾性を有する微粒子を分散させ、エポキシ樹脂ワニスをシート状基材に含浸乾燥して得たプリプレグの層を形成するようにする。
【0036】
ここで、分散される微粒子は、ワニス中のエポキシ樹脂と相溶しないゴム弾性を有したものであり、その粒子材料は、アクリルゴム、シリコンゴム、ニトリルブタジエンゴムのうちの一種か、或いは、これらを組み合わせて配合したものの中から選択される。
【0037】
次に、このような微粒子が樹脂中に分散され、基板を構成する樹脂に弾性が付与された配線基板について、スルーホールにおけるプレスフィット接合に適用した場合、プレスフィット端子圧入時の基板内における損傷発生状況を図2に示した。図2のグラフでは、本実施形態による樹脂に弾性が付与されたプレスフィット接続配線基板の場合を実施例として示し、比較のため、従来から用いられているエポキシ樹脂によるコンポジット基板(FR−4)、例えば、ガラス織布樹脂基板の場合を従来例として示している。
【0038】
図2は、基板に設けられたスルーホールにプレスフィット端子を圧入したときに基板に発生する損傷として、シート状基材の剥がれなどの破壊長さを計測した結果であり、スルーホール内の壁面に応力が加わることを想定した基板試験片に対して、基板のシート状基材の積層面と平行な方向に荷重を加えることによって、破壊長さを計測した。図2のグラフにおいて、黒丸印が、従来例における計測結果を、そして、黒四角印が、実施例における計測結果を夫々示している。太い実線が、実施例に対応し、細い実線が、従来例に対応している。これらの線は、各計測結果のプロットによる傾向を表している。
【0039】
そこで、従来例について破壊長さの進展傾向をみると、基板に加えられる応力の増加に応じて、破壊長さが大きくなっているが、これに対して、実施例の場合には、加えられる応力が増加しても、破壊長さの進展の度合いを抑制している様子が示されている。この破壊の発生結果の差は、樹脂中に、弾性材を充填したことによっていると考えられる。この破壊長さの結果は、充填される微粒子の種類で、図2の実施例とそれほどの差異はなかった。
【0040】
従来例に用いられた基板では、プレスフィット接合を行う場合、基板との保持力に注目しているだけで、スルーホールにプレスフィット端子を圧入するときの基板へのダメージを考慮していなかった。そこで、端子密度が大きくなってきたとき、スルーホール間の間隔が短くなり、基板の絶縁信頼性を高めるうえで、上述した破壊長さの進展は大きな障害となっていた。結果として、高温環境下で使用するためには、この破壊長さを考慮してスルーホール間隔を広く設計するか、或いは、プレスフィット端子の保持力を小さなものに設計せざるを得なかった。
【0041】
この従来例に対して、樹脂中に弾性材を充填した基板の場合の実施例では、スルーホールにプレスフィット端子を圧入したとき、図2に示されるように、発生する基板への応力が高まっても、破壊長さの進展を低く抑えることができるため、圧入時の応力に強い基板が得られることになる。そこで、スルーホール間隔が短くなっても、基板の絶縁信頼性を保証することができる。
【0042】
例えば、スルーホール間隔(端部間間隔)が300μmの場合、このときに破壊長さの限界は、150μmとなる。図2において、この範囲が、斜線を施した許容破壊長さ領域として示される。従来例の基板においては、例えば、スルーホール間隔を300μmで設計し、必要な絶縁信頼性を得ようとすると、プレスフィット端子の保持力を弱めて、端子圧入時の応力を小さくしなければならない。通常、端子をスルーホールに圧入するときの発生応力は、400〜500N/mm2程度必要であるので、従来例による基板では、その要求を満足できない。なお、図2では、この発生応力は、f1として示される。
【0043】
これに対して、実施例による基板の場合では、樹脂中に弾性材を充填した基板としたので、基板に加えられる外部応力を吸収緩和することによって、基板の強度を強める結果となり、図2に示される応力f2のように、例えば、600μmの応力が加えられても、破壊長さを150μm以下に抑えることができ、上述の要求を十分満足するものとなった。
【0044】
これまでの説明では、配線基板への弾性材の充填は、基板全体に行われる場合を例にしたが、基板に加わる外部応力を吸収緩和する必要がある部分は、図1(c)に示されるように、プレスフィット端子においては、基板に形成されたスルーホールの圧入入口付近であることに注目して、弾性材の樹脂中への充填は、基板表面部分になされてもよい。
【0045】
また、端子のスルーホールへの圧入時の発生応力が大きい場合には、樹脂中に弾性材を充填することに加えて、スルーホール内面に形成されている導電材料に、銅より硬い金属(例えば、ニッケル、パラジウム、ロジュウム等)を用いて高強度にし、端子の圧入時における応力を一部負担することにより、応力集中を分散させ、耐応力性能を上げることができ、基板の信頼性を向上させることができる。
【0046】
なお、上述した実施形態では、自動車などに搭載される電子制御装置等の制御回路装置に適用した場合であるが、本発明は、係る用途に限定されるものではなく、他の回路基板、例えば、省力機器の制御回路基板、通信機器の制御回路基板等についても、同様に適用することができ、同様の効果が得られるものである。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、本発明のプレスフィット接合配線基板では、基板のシート状基材を結合する樹脂中に弾性材を充填したので、基板に設けられたスルーホールに圧入されるプレスフィット端子の形状などを変えることなく、従来プレスフィット接合における保持力を確保でき、スルーホール間の絶縁信頼性を向上できる。そのため、プレスフィット接合配線基板を、特に、高温、多湿、かつ強振動の厳しい環境下にある電子制御装置の制御基板に使用することが可能となった。
【0048】
また、樹脂中に弾性材を充填することにより、基板に加えられる外部応力を吸収緩和することができる。従って、従来の端子を使いながら、つまり、従来の端子に改良を加えなくとも、効果が得られ、また、従来基板の圧入シロを管理するために、プリント配線基板の穴径公差が、例えば、レンジ50μm必要であったものが、レンジ150μm〜200μmで管理できるようになり、プリント配線基板の設計自由度を増すことができる。そして、スルーホール間隔を短くすることができ、制御基板の高密度設計を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】プレスフィット端子のスルーホールへの圧入時における基板内に発生する応力の状態を説明する図である。
【図2】圧縮応力に対する破壊長さの関係について、実施例と従来例との比較を示すグラフである。
【図3】従来の車載用電子制御装置における電子部品の搭載状況を説明する分解斜視図である。
【図4】電子部品を搭載した配線基板のスルーホールにプレスフィット端子を圧入する構成を説明する図である。
【図5】プレスフィット端子が配線基板のスルーホールに圧入された状態を説明する図である。
【符号の説明】
1…電子制御装置
2…コネクタ一体樹脂ケース
3…制御用コネクタ
4、5…パワー用コネクタ
6、7…パワー電子部品
8、9…接続用端子
10…制御基板
11、12…スルーホール
13、14、15…制御電子部品
16…蓋
17…ヒートシンク
18…導電部材
H、H1、H2…スルーホール
P、P1、P2…プレスフィット端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a press-fit bonded wiring board to be incorporated in an electronic device, and more particularly to a press-fit terminal in a through-hole provided in a wiring board in an electronic control device mounted on a vehicle such as an automobile and used in a high temperature environment. This is a press-fit bonded wiring board that suppresses the influence of terminal press-fitting on the wiring board when it is press-fitted for electrical bonding.Furthermore, the present invention relates to an electronic device provided with the press-fit bonded wiring board.To do.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle such as an automobile, a plurality of electronic control devices called ECUs that control installed devices such as an engine are mounted as a unit for each function to be controlled. Each ECU includes a microcomputer that operates based on electronic information detected by each sensor, and includes a control circuit portion that performs logical control calculations, and external power such as an actuator that drives a control target according to the calculation results. A power circuit portion for performing control (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
Therefore, FIG. 3 shows a schematic assembly configuration of an electronic control device conventionally used disclosed in
[0004]
A control circuit portion and a power circuit portion are accommodated in the connector-integrated
[0005]
As described above, in the on-vehicle electronic control device according to the related art, in the middle of the assembly of the electronic control device, the through-
[0006]
In addition, in order to perform connection by soldering, it is necessary to perform not only soldering work but also cleaning work and the like, which not only increases the number of work steps but also deteriorates the work environment. Furthermore, there are many technical problems in soldering lead parts by lead-free soldering, and the number of man-hours for management increases.
[0007]
Here, in order to ensure the connection between the connection terminal and the control board, in the above-described conventional electronic control device, soldering is performed after the connection terminal is inserted into the through hole formed in the control board. However, when soldering to the through hole, the hole on the side opposite to the side where the connection terminal is inserted is blocked by solder, so check whether the through hole is in contact with the connection terminal. It is difficult to detect poor connections. Further, since the connection terminal and the control board are fixed, for example, the vibration of the housing to which the actuator is attached is directly transmitted to the control board, and the electronic components mounted on the control board are adversely affected.
[0008]
Therefore, it is necessary to connect the control board and the connection terminal securely, reduce the work man-hours, and realize the board connection that does not cause deterioration of the work environment. For example, a device that is applied to an electronic control device has been developed (see, for example, Patent Document 2). FIG. 4 shows how the control board and terminals are connected in this electronic control unit.
[0009]
FIG. 4A shows a longitudinal section in the through hole of the control board. This control board is the same as that used in the
[0010]
Meanwhile, figure4(B) shows a press-fit terminal P embedded and standing in a connection terminal housing.1, P2It is shown. These press-fit terminals are erected as many as the number of through holes provided in the control board 10.4(B)4Through hole H shown in (a)1, H2Corresponding to two press-fit terminals P1, P2Is shown and is erected at a position corresponding to the interval p of the through holes. Press-fit terminal P1, P2Is adjusted so that the
[0011]
The press-fit terminal is formed by punching a metal plate made of a conductive material such as a copper alloy to form one terminal. In the press-fit terminal, a main body portion, a pressure holding portion, an introduction portion, and a tip portion are integrally formed in the axial direction. The pressure holding portion and the introduction portion form a spring portion at the time of press-fitting. In the example of FIG. 4B, the main body portion is a base end portion that is embedded in the connection terminal housing and is erected. The introduction part is formed to be thin so that the tip end can be easily inserted when the press-fit terminal is press-fitted into the through hole.
[0012]
In the longitudinal direction of the axial center of the press-fit terminal, there is provided an opening that is formed simultaneously with the punching of the metal plate. By this opening, a pressure holding portion and an introduction portion are formed, and the width W of the position indicated by the AA line of the pressure holding portion is the widest among the terminals. The width of the introduction part gradually decreases toward the tip part.
[0013]
The cross-sectional areas of the pressure holding portion and the introduction portion in the press-fit terminal are the same size. When the press-fit terminal is press-fitted into the through hole, the press-fit terminal comes down from the top or the control board rises, so that a part of the introduction part first contacts the periphery of the through-hole opening. Thus, a load is applied and the introduction portion is elastically deformed. Further, when the load is continuously applied, the pressure holding portion is elastically deformed and press-fitted into the through hole. Here, the press-fit size for the through hole of the press-fit terminal is (W−w).
[0014]
Here, the through hole H of the
[0015]
On the other hand, a control board mounted on the above-described electronic control device is required to have a low thermal expansion coefficient from the viewpoint of connection reliability. Conventionally, ceramic substrates, ceramic-resin composite substrates, fiber composite resin substrates, etc. have been developed to meet these requirements, but there are substrates that satisfy both a low coefficient of thermal expansion and good workability. Because there was not, using a metal foil-clad laminate integrated by heat-pressure molding of a prepreg layer obtained by impregnating and drying an epoxy resin on a sheet-like base material and a metal foil placed on the surface, as a substrate Yes.
[0016]
Then, the laminated substrate which reduced the elasticity modulus of resin and suppressed the thermal expansion of the surface direction of a laminated board by adding a flexible material to an epoxy resin is proposed (for example, refer patent document 3). . In the multilayer substrate proposed in
[0017]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-323848 (FIG. 10)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-208798
[Patent Document 3]
JP-A-8-309920
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a press-fit terminal is press-fitted into a through-hole provided in the control board, fine damage due to stress concentration at the press-fit terminal press-fitting occurs in the through-hole entrance portion of the control board indicated by a circle in FIG. There is a case. Even in general electronic equipment, a press-fit terminal joining method is often used. In this case, the terminal tolerance is controlled by emphasizing the diameter tolerance of the through hole of the board. However, even in this case, since the terminal is press-fitted to obtain a holding force with the substrate, an unnecessary load is applied to the substrate.
[0019]
Usually, a substrate having a laminated structure in which a large number of sheets in which glass fibers are vertically and horizontally combined and impregnated with an epoxy resin is superposed and pressed and solidified is used as a control substrate. Therefore, it has a laminated structure in the periphery of the opening of the through hole provided on the board, and when press-fit terminals are press-fitted, a large force acts on the periphery of the opening in the direction of the board surface. Thus, damage due to substrate destruction such as peeling of the laminated sheets may occur. In order to firmly fix and hold the press-fit terminal, it is necessary to increase the elasticity of the press-fit terminal, for example, by using a large press-fit terminal. In this case, particularly, the occurrence of damage during press-fitting becomes significant.
[0020]
However, regarding the operating environment of the control board, for example, if the ambient temperature is not so high, or if temperature control is performed such as air-conditioning, it is assumed that damage during press fitting existed in the control board Is not a problem. On the other hand, particularly in the case of an electronic control device installed in an engine room such as an automobile, in a severe operating environment, for example, when the ambient temperature is high, the humidity is high, and the vibration is intense, Minor damage during press fitting may affect the substrate characteristics.
[0021]
The fact that the control board is damaged during press-fitting means that the insulation distance is shortened according to the length of peeling between the sheet layers. That is, when the control substrate is in a high temperature and high humidity environment, it becomes easy to absorb moisture at the damaged portion, and as a result, there is a problem that copper ions of the conductive material are melted and the insulation deterioration of the substrate is promoted. In particular, recently, electronic control devices are required to have a wide variety of control functions, so that the density of control boards has been increased and the size has been reduced, the number of electrical connections on the control boards has increased, and the distance between through holes has increased. Since it becomes small, there exists a big problem of promoting the insulation deterioration of a board | substrate.
[0022]
Further, it is necessary to further strengthen the holding force by the press-fit terminal for the control board of the electronic control device installed in the engine room where vibration is intense. Therefore, if the press-in force is increased in order to increase the holding force of the press-fit terminal, the result is an increase in the load during press-fitting. In order to reduce the load at the time of press-fitting, there is a problem that even if the generation of a load (load) can be suppressed by reducing the press-fitting silo, the holding force of the press-fit terminal is lowered.
[0023]
Therefore, an object of the present invention is, for example, when a press-fit terminal is press-fitted into a through-hole provided in a wiring board in an electronic control device used in a high-temperature environment, and when the terminal is press-fitted. An object of the present invention is to provide a press-fit bonded wiring board that absorbs external stress and suppresses a burden generated in the board. Another object of the present invention is to provide a substrate structure in which a conventional press-fit terminal can be used as it is, and the substrate can absorb the stress applied to the substrate received from the terminal.Furthermore, another object of the present invention is to provide an electronic apparatus provided with the press-fit bonded wiring board.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, as a press-fit bonded wiring board,Using a substrate in which a plurality of fiber sheet base materials are bonded and laminated with a resin,Press-fit terminalsIn the thickness direction of the substrateIt has a through-hole that is press-fitted and holds an elastic material.In the surface layer portion of the substrateFilled in resinDecided.
[0025]
The elastic material is flexible particles, is dispersed in the resin of the substrate, and is selected from acrylic rubber, silicon rubber, nitrile butadiene rubber, or a combination thereof.
[0026]
Also,SaidThrough hole inner surfaceIn, Metal harder than copperConductive member is formed byFor example, nickel, palladium and the like are included.
Furthermore, in the electronic device of the present invention,A substrate in which a plurality of fiber sheet-like base materials are bonded and laminated with a resin, and a through hole provided in the thickness direction of the substrate, and an elastic material is filled in the resin in a surface layer portion of the substrate WasPress-fit bonded wiring boardPreparation, The press-fit terminal of the press-fit bonded wiring boardSaidThe press-fit bonded wiring board is fixed while being press-fitted and held in the through hole.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment according to the press-fit bonded wiring board of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
Therefore, first, before explaining the press-fit bonded wiring board of the present embodiment, the concept that led to the improvement of this press-fit bonded wiring board is shown in FIG. FIG. 1A shows a conventional press-fit terminal P connected to a through hole H of the
[0029]
FIG. 1A shows a state in which the press-fit terminal P is press-fitted into the through hole H. When the press-fit terminal P is inserted into the through hole H and the introduction portion contacts the opening peripheral edge of the through hole H, the insertion stroke is set to 0 mm. When a force is applied to the press-fit terminal P and the pressure holding portion starts to be press-fitted into the through hole H through the introduction portion, the insertion stroke is set to 0.6 mm. Although not shown in the figure, the press-fitting operation continues thereafter, and the insertion stroke becomes longer. A constant pressing force is applied to the terminal during the press-fitting operation.
[0030]
FIG. 1B shows a change in the load applied to the
[0031]
In FIG. 1C, the stress curve shows the change in the stress generated at the peripheral edge of the opening of the through hole H of the substrate corresponding to this load curve. The horizontal axis is the insertion stroke, while the vertical axis is the generated stress (N / mm2). As can be seen from this stress curve, the magnitude of the generated stress becomes maximum when the insertion stroke is around 0.6 mm, and decreases as the press-fitting operation proceeds. Here, when compared with the design standard value of the conventional board, as shown in FIG. 1C, the maximum value when the insertion stroke is around 0.6 mm exceeds the board design standard value. For this reason, it is considered that excessive stress is generated in the opening peripheral portion of the through hole provided in the substrate, and the laminated structure of the peripheral portion is destroyed.
[0032]
Therefore, when the press-fit terminal P is press-fitted into the through hole H, the maximum value of the stress curve does not exceed the board design reference value in order to prevent damage to the peripheral edge of the through hole H. You can do it.
[0033]
Based on the above knowledge, in the press-fit connection wiring board of the present embodiment, when press-fit terminals are press-fitted into each of a plurality of through holes provided in the wiring board, external stress applied to the board can be reduced. In order to reduce this stress, the substrate itself of the laminated structure is given elasticity, and as a specific means, an elastic material is filled in the resin that binds the sheet-like substrate of the substrate. I did it.
[0034]
The press-fit connection wiring board according to the present embodiment will be described below. There are various methods for filling an elastic material into a resin, for example, an epoxy resin, that binds the sheet-like base material of the substrate.
[0035]
For example, when a prepreg layer obtained by impregnating and drying an epoxy resin varnish containing a curing agent on a sheet-like substrate and a metal foil placed on the surface of the prepreg are heat-pressed and integrated, Part or all of the layer is made to disperse fine particles having rubber elasticity that is incompatible with the epoxy resin, and an epoxy resin varnish is impregnated and dried on a sheet-like substrate to form a prepreg layer.
[0036]
Here, the dispersed fine particles have rubber elasticity that is incompatible with the epoxy resin in the varnish, and the particle material is one of acrylic rubber, silicon rubber, nitrile butadiene rubber, or these It is selected from those blended in combination.
[0037]
Next, when such fine particles are dispersed in the resin and applied to the press-fit bonding in the through hole for the wiring substrate in which the resin constituting the substrate is given elasticity, damage in the substrate during press-fit terminal press-fitting The occurrence situation is shown in FIG. In the graph of FIG. 2, the case of the press-fit connection wiring board in which elasticity is imparted to the resin according to the present embodiment is shown as an example. For comparison, a composite board (FR-4) using an epoxy resin conventionally used is shown. For example, the case of a glass woven resin substrate is shown as a conventional example.
[0038]
FIG. 2 shows the result of measuring the length of breakage such as peeling of the sheet-like base material as damage that occurs in the substrate when a press-fit terminal is press-fitted into the through-hole provided in the substrate. The fracture length was measured by applying a load in a direction parallel to the laminated surface of the sheet-like base material of the substrate to the substrate test piece on which stress was assumed to be applied. In the graph of FIG. 2, black circles indicate the measurement results in the conventional example, and black squares indicate the measurement results in the example. A thick solid line corresponds to the embodiment, and a thin solid line corresponds to the conventional example. These lines represent the tendency by plotting each measurement result.
[0039]
Therefore, when looking at the development trend of the fracture length for the conventional example, the fracture length increases as the stress applied to the substrate increases. On the other hand, in the case of the embodiment, it is added. It is shown that even if the stress increases, the degree of progress of the fracture length is suppressed. It is considered that the difference in the fracture occurrence results is due to the fact that the resin is filled with an elastic material. The result of the fracture length was the kind of fine particles to be filled, and was not so different from the example of FIG.
[0040]
In the substrate used in the conventional example, when performing press-fit bonding, only attention is given to the holding force with the substrate, and damage to the substrate when press-fitting the press-fit terminal into the through hole is not considered. . Therefore, when the terminal density is increased, the interval between the through holes is shortened, and the above-described progress of the breakdown length has been a great obstacle to improving the insulation reliability of the substrate. As a result, in order to use it in a high temperature environment, the through-hole interval must be designed wide in consideration of the fracture length, or the holding force of the press-fit terminal must be designed small.
[0041]
In contrast to this conventional example, in the case of a substrate in which an elastic material is filled in a resin, when a press-fit terminal is press-fitted into a through hole, as shown in FIG. 2, the stress generated on the substrate increases. However, since the progress of the fracture length can be kept low, a substrate that is resistant to the stress during press-fitting can be obtained. Therefore, even if the through-hole interval is shortened, the insulation reliability of the substrate can be guaranteed.
[0042]
For example, when the through-hole interval (inter-edge interval) is 300 μm, the fracture length limit is 150 μm. In FIG. 2, this range is shown as an allowable fracture length region that is shaded. In the substrate of the conventional example, for example, when the through hole interval is designed to be 300 μm and the required insulation reliability is to be obtained, the holding force of the press-fit terminal must be weakened to reduce the stress at the time of terminal press-fitting. . Usually, the stress generated when a terminal is press-fitted into a through hole is 400 to 500 N / mm.2Therefore, the substrate according to the conventional example cannot satisfy the requirement. In FIG. 2, the generated stress is f.1As shown.
[0043]
On the other hand, in the case of the substrate according to the embodiment, since the substrate is filled with an elastic material in the resin, the external stress applied to the substrate is absorbed and relaxed, thereby increasing the strength of the substrate. The indicated stress f2As described above, for example, even when a stress of 600 μm is applied, the fracture length can be suppressed to 150 μm or less, and the above-described requirements are sufficiently satisfied.
[0044]
In the description so far, the case where the elastic material is filled into the wiring board is exemplified as the case where the entire board is filled. However, the portion where the external stress applied to the board needs to be absorbed and relaxed is shown in FIG. As described above, in the press-fit terminal, paying attention to the vicinity of the press-fit entrance of the through hole formed in the substrate, the elastic material may be filled in the resin on the surface portion of the substrate.
[0045]
In addition, when the generated stress at the time of press-fitting the terminal into the through hole is large, in addition to filling the resin with an elastic material, the conductive material formed on the inner surface of the through hole is made of a metal harder than copper (for example, , Nickel, palladium, rhodium, etc.), and by partially bearing the stress when the terminals are press-fitted, the stress concentration can be dispersed and the stress resistance performance can be improved, improving the reliability of the board Can be made.
[0046]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a control circuit device such as an electronic control device mounted on an automobile or the like. However, the present invention is not limited to such use, and other circuit boards, for example, The same can be applied to the control circuit board of the labor-saving device, the control circuit board of the communication device, and the like, and the same effect can be obtained.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, in the press-fit bonded wiring board of the present invention, since the elastic material is filled in the resin for bonding the sheet-like base material of the board, the shape of the press-fit terminal that is press-fitted into the through hole provided in the board Without changing the above, it is possible to secure the holding force in conventional press-fit bonding and improve the insulation reliability between through holes. For this reason, the press-fit bonded wiring board can be used particularly for a control board of an electronic control device in an environment of high temperature, high humidity, and severe vibration.
[0048]
Further, by filling the resin with an elastic material, it is possible to absorb and relax external stress applied to the substrate. Therefore, while using the conventional terminal, that is, without improving the conventional terminal, an effect can be obtained, and in order to manage the press-fitting white of the conventional board, the hole diameter tolerance of the printed wiring board is, for example, What is required in the range of 50 μm can be managed in the range of 150 μm to 200 μm, and the degree of freedom in designing the printed wiring board can be increased. In addition, the interval between the through holes can be shortened, and a high-density design of the control board is made possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a state of stress generated in a substrate when a press-fit terminal is press-fitted into a through hole.
FIG. 2 is a graph showing a comparison between an example and a conventional example regarding the relationship of the fracture length to the compressive stress.
FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining a mounting state of electronic components in a conventional in-vehicle electronic control device.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration in which a press-fit terminal is press-fitted into a through hole of a wiring board on which an electronic component is mounted.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which a press-fit terminal is press-fitted into a through hole of a wiring board.
[Explanation of symbols]
1 ... Electronic control unit
2. Connector integrated resin case
3. Control connector
4, 5 ... Power connector
6, 7 ... Power electronic components
8, 9 ... Terminal for connection
10 ... Control board
11, 12 ... Through hole
13, 14, 15 ... control electronic components
16 ... Lid
17 ... Heatsink
18 ... Conductive member
H, H1, H2... through hole
P, P1, P2... Press-fit terminals
Claims (6)
プレスフィット端子が前記基板の厚さ方向に圧入保持されるスルーホールと、を有し、
弾性材が前記基板の表層部分における前記樹脂中に充填されていることを特徴とするプレスフィット接合配線基板。 A substrate in which a plurality of fiber sheet base materials are bonded and laminated with a resin;
Has a through-hole press-fit terminal is press-fitted held in the thickness direction of the substrate, and
An elastic material is filled in the resin in the surface layer portion of the substrate.
プレスフィット端子が前記プレスフィット接合配線基板の前記スルーホールに圧入保持された状態で、前記プレスフィット接合配線基板に固定されることを特徴とする電子機器。 A substrate in which a plurality of fiber sheet-like base materials are bonded and laminated with a resin, and a through hole provided in the thickness direction of the substrate, and an elastic material is filled in the resin in a surface layer portion of the substrate comprising a press-fit junction wiring board that is,
In a state where the press-fit terminal is press-fitted held in the through hole of the press-fit junction wiring board, electronic apparatus, characterized in that it is fixed to the press-fit junction wiring board.
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