JP5198748B2 - 回路基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、大電流回路基板では、ガラスエポキシ材などからなる絶縁基板71の表面71aに張り付けた銅箔を、所定のパターンにエッチングして形成された信号用導体72やパターン導体73として有する。また、大電流用の厚肉導体74が、銅板を所定のパターンに打ち抜き加工して形成され、それと同じ形状にエッチングされたパターン導体73に半田付けにより張り付けられている。
なお、ここで形成される凹孔は、スルーホールに対して同心円となることや、中心がオフセットした状態としても構わない。
このように構成した回路基板では、鍔部と導体層の一部露出面とにより電気的接続部を形成できるため、接触面積が大きな電流路の確保が容易となる。また、導体端子の鍔部が凹孔により露出する導体層に当接されるまで、導体端子の胴部をスルーホール内に挿入することで、導体端子の嵌装する位置を容易に特定することができる。
このように構成した回路基板では、スルーホールピンまたは金属メッキ部により、導体端子の挿入を容易かつ確実にする。
このように構成した回路基板では、導電性接続材が介在することで導体層と導体端子の接触状態がより確実に行うことができる。
このように構成した回路基板では、対向する導体層に互いに逆極性の電圧を印加することにより、導体層の電流路における電流により発生する磁界がお互いキャンセルする状態となり、合成インダクタンスの低減効果が大きくなる。
このように構成した回路基板では、積層基板の表面あるいは裏面に対して凹孔により接続したい導体層の一部露出面と導体端子との接触面積を大きくすることができるため、導体端子と所定積層位置にある導体層との接続の選択肢を増やすことができる。
このように構成した回路基板では、導体端子のネジ止め用の溝に、例えば、スイッチング素子等の電子部品を容易に取付けることができる。
このような手順による回路基板の製造方法では、スルーホールピンをスルーホール内に嵌装してから導体端子をスルーホールピン内に嵌装するか、あるいは、スルーホールに金属メッキを塗設してから導体端子を嵌装することで、導体端子の挿入を容易かつ確実にする。
このような手順による回路基板の製造方法では、導電性接続材としてハンダ等を用い、浸漬ハンダ付け法、リフロー法、フロー法のいずれかにより、導体端子を積層基板と電気的な接続を行う。
このような手順による回路基板の製造方法では、凹孔を積層基板の両面に形成することで、接触面積が大きな電流路を確保した導体端子と導体層との接続状態を、積層基板の表面と裏面において、その凹孔により露出する導体層の一部露出面より確保することができる。
このような手順による回路基板の製造方法では、導体端子をスルーホール内に嵌装し、凹孔により露出する導体層の一部露出面に導体端子の鍔部を当接することで、導体層と導体端子の接触面積が大きな電流路を確保することができる。
このような手順による回路基板の製造方法では、導体端子の胴部の一端に設けた第1鍔部と導体層の上面となる一部露出面との接触、ならびに、導体端子の胴部の他端に設置した第2鍔部と導体層の下面となる一部露出面との接触により、導体層と導体端子の接触面積が大きな電流路を確保することができる。
このような手順による回路基板の製造方法では、導体端子を積層基板に設置するときに、第2鍔部を胴部へ螺合させることで、凹孔により露出する導体層の一部露出面に、確実に当該第2鍔部を接触させることができる。
このような手順による回路基板の製造方法では、おもしを乗せた状態で加熱することで、例えば、第2鍔部を安定して適性位置に確実にハンダ付けすることができる。
回路基板は、凹孔を形成することで、導体層の一部が露出する一部露出面と導体端子とが電気的な接続をする電気的接続部により接触面積が大きな電流路を確保できるため、厚み方向のサイズを拡大させることなく比較的簡易な構成で大電流を流すことができる。また、回路基板は、導体端子に鍔部を備えることで、導体端子のスルーホール内への嵌装が容易となる。
図1に示すように、回路基板1は、積層基板11と、導体端子15A,15Bと、スルーホールピン14c,14dを備えている。
積層基板11は、絶縁層13a,13b,13cと導体層12a,12bとが交互に積層された構造を有する。
絶縁層13a,13b,13cは、例えば、ガラスエポキシ樹脂のような絶縁材により形成された薄板状の層である。また、導体層12a,12bは、例えば、銅製の薄板状の層であり、所定の回路パターンとなっている。
絶縁層13a,13b,13cおよび導体層12a,12bの厚みは、それぞれ素材や導体層12a,12bに流す電流の大きさ、回路基板1のサイズ等に応じて適宜決められる。
図1に示すように、スルーホール14a,14bは、共に円筒形状であり、板厚方向に貫通する孔である。スルーホール14a,14bは、後記するザグリ孔17a,17bの形成により結果的に、当該スルーホール14aが、導体層12a,12bおよび絶縁層13b,13cを貫通して設けられた状態となり、また、スルーホール14bが、導体層12bおよび絶縁層13cを貫通して設けられた状態となる。
図1に示すように、ザグリ孔17a,17bは、それぞれスルーホール14a,14bと同心円状に設けられ、かつ、スルーホール14a,14bの直径より大きく形成された円筒形状の孔である。ザグリ孔17aは、絶縁層13aを連通して導体層12aの一部上面(一部露出面)16aが露出するように形成され、また、ザグリ孔17bは、絶縁層13a,導体層12aおよび絶縁層13bまでを連通して導体層12bの一部上面(一部露出面)16bが露出するように形成されている。
スルーホールピン14c,14dは、銅等の導電性部材で円筒形状に形成されている。このスルーホールピン14c,14dは、スルーホール14a,14b内における導体層12aあるいは導体層12bに当接する直径に形成されている。また、このスルーホールピン14c,14dは、スルーホール14a,14bの深さ寸法に対応して形成されている。
導体端子15A,15Bは、それぞれ銅等の導電性部材で形成され、スルーホール14a,14bの直径より大径の鍔部18a,18bと、この鍔部18a,18bより小径の胴部15a,15bとからなり、その内部に当該導体端子15A,15Bの上下端を貫く円筒孔(連通孔)15c,15dが設けられている。胴部15a,15bは、それぞれスルーホールピン14c,14dの内側に嵌装される直径に形成されている。一方、鍔部18aは、その径がザグリ孔17aの径より小さく、電気的接続部19bにおいて導体層12aの一部上面16aと電気的に接続され、また、鍔部18bは、その径がザグリ孔17bの径より小さく、電気的接続部19bにおいて導体層12bの一部上面16bと電気的に接続されている。さらに、鍔部18a,18bおよび胴部15a,15bは、ザグリ孔17a,18bおよびスルーホール14a,14bの深さ寸法に対応した長さに形成されている。
胴部15aとスルーホールピン14cとの間、胴部15bとスルーホールピン14dとの間、および、電気的接続部19bには、導電性接続材19が配設されている。本実施の形態における導電性接続材19は、ハンダであり、例えば周知の浸漬ハンダ付け法や、クリームハンダ付け法によって付されたものである。導電性接続材19は、導体端子15A,15Bとスルーホールピン14c,14dや導体層12a,12bとの隙間を埋め、かつ、導電性を維持しながら積層基板11に導体端子15A,15Bを固定するものである。
以上のような構成を有する回路基板1では、導体端子15Aと導体層12aが電気的に接続され、導体端子15Bと導体層12bが電気的に接続された状態となっている。より具体的には、導体層12aは、スルーホールピン14cへの接続部19aを介しての接続のみならず、電気的接続部19bにおいても導体端子15Aに電気的に接続されている。つまり、導体端子15Aの鍔部18aと導体層12aの一部上面16aとが導電性接続材19により接触することで電流路の面積が大きくなっている。また、導体層12bは、スルーホールピン14dへの接続部19aを介しての接続のみならず、電気的接続部19bにおいても導体端子15Bに電気的に接続されている。つまり、導体端子15Bの鍔部18bと導体層12bの一部上面16bとが導電性接続材19により接触することで電流路の面積が大きくなっている。
なお、回路基板1では、絶縁層13a,13b,13c、導体層12a,12b、導体端子15A,15B、スルーホールピン14c,14dの素材や、形状については、図1に示すものに限らず、他の素材や形状を用いてもよい。また、図1では導体層12a,12bを、2層設けた例を示したが、これに限らず4層以上を設けてもよい。さらに、導体端子15A,15Bは、2つ設置した例を示したが、これに限らず、最終的に実装される電子部品(図4参照)あるいは導体層数に対応して3つ以上設置する構成としても構わない。
また、導体端子15A,15Bは、その内部に円筒孔15c,15dではなく、ネジ止め用の溝を設けて後記するような電子部品を締結できるようにしてもよい。
なお、回路基板1は、その一層分の導体層および絶縁層の厚みは、例えば、導体層が400μm程度であり、絶縁層が500μm程度である。
つぎに、回路基板1の製造方法について図2を主に参照しながら説明する。図2は、図1の回路基板の製造方法の主要工程について順を追って模式的に示す断面図、図3(a)、(b)、(c)は回路基板の各層を示す平面図、図4は回路基板に電子部品を接続した状態を示すとともにサージ低減の原理を示す図であり、(a)は、回路基板に電子部品を接続した例を示す平面図、(b)は(a)の断面図、(c)は(a)の回路基板におけるインダクタンスを説明する模式図である。なお、図1は、例えば、図3(a)、(b)、(c)において、X1−X1で示す位置における断面図である。
なお、積層基板11は、図3(a)に示すように、上端となる絶縁層13a上において、スルーホール用のマーキングM1およびザグリ孔用のマーキングM2が施され加工時に作業者が目視でも加工位置が確認できるように構成されている。マーキングM1,M2は、その一方または両方が、図3(b)、(c)に示すように、導体層12a、絶縁層13bのそれぞれにおいても施されている。また、ここで使用されるドリルd1,d2は、NC制御されて加工位置、加工深さ等が設定されるものとして説明する。
なお、導体端子15A,15Bが設置されると、その鍔部18a,18bがザグリ孔17a,17bにより露出する一部上面16a,16bに当接し、導体端子15A,15Bによる導体層12a、12bとの接触面積が大きくなることで、電流路の面積を大きくしている。
図5(c)、(d)に示すように、第2実施形態の回路基板2は、積層基板21と、この積層基板21に設置されるスルーホールピン24c,24dおよび導体端子32A,32Bを備えている。
積層基板21は、絶縁層23a,23b,23c,23d,23eと導体層22a,22b,22c,22dとが交互に積層された構造を有している。
積層基板21では、導体端子32Aと導体層22bとの絶縁が確実に行われるように、絶縁部g4が設けられ、導体端子32Aと導体層22dとの絶縁が確実に行われるように絶縁部g6が設けられている。また、積層基板21では、導体端子32Bと導体層22aとの絶縁が確実に行われるように絶縁部g3が設けられ、導体端子32Bと導体層22cとの絶縁が確実に行われるように絶縁部g5が設けられている。
図5(d)に示すように、導体端子32A,32Bは、スルーホールピン24c,24dを介してスルーホール24a,24b内に設置されると、胴部32a,32bの一部がスルーホール24a,24bの下端から突出する状態となる。そして、導体端子32A,32Bは、胴部32a,32bの突出した部分の周縁に塗布される導電性接続材34を介して、一部下面26c,26dとの接触面積を大きくしている。
つぎに、回路基板2の製造工程について説明する。なお、すでに図2において説明した同じ工程についてはその説明を簡略化する。
はじめに、積層基板21を作成する。つぎに、図5(a)に示すように、第1工程として、スルーホール24a,24b(図5(b)参照)を形成する。スルーホール24a、24bは、積層基板21に対して、NC制御された小径のドリルd3、d3を板厚み方向に貫通させて形成する。
また、導体端子32A,32Bは、鍔部31a,31bが設けられている上、胴部32a,32bのそれぞれの長さが、第2ザグリ孔29a,29bの深さに対応して決定されているため、導体端子32A,32Bをスルーホール24a,24b内(スルーホールピン24c,24dに合わせて)に鍔部31a,31bの下端が一部上面26a,26bに当接するように最後まで挿入することで容易に位置決めがなされる。
また、図5で示す第2実施形態の導体層22a、22bには逆極性の電圧が印加され(結果として、逆向きに電流が流れる)、導体層22c、22dには逆極性の電圧が印加され、これによって第1実施形態と同様に合成インダクタンス(サージ)が抑制されている。
なお、すでに説明した構成との違いはスルーホールピンを使用していないこと、および、第2鍔部を備えていることであり、異なる部分を中心に説明し、同じ構成についてはその説明を省略する。
図6(a)、(b)、(c)に示すように、回路基板3は、積層基板41と、この積層基板41の所定位置に貫通するスルーホール44a,44bに対して同心円に形成した第1ザグリ孔47a,47bおよび第2ザグリ孔49a,49bと、この第1ザグリ孔47a,47bおよび第2ザグリ孔49a,49bを介してスルーホール44a,44bに設置する導体端子52A,52Bとを備えている。また、導体層42a,42b,42c,42dは、それぞれスルーホール44a,44bの周囲、あるいは、第1ザグリ孔47b、第2ザグリ孔49aの周囲に、それぞれ絶縁部g7,g8,g9,g10を備えている。
つぎに、この回路基板3の製造方法について説明する。
なお、積層基板41の形成、スルーホール44a,44bの形成、第1ザグリ孔47a,47b、第2ザグリ孔49a、49bの形成については、図5において、すでに説明した製造方法と同じ工程により行われる。
そして、次工程として、導体端子52A,52Bの設置を行う(第4工程および第5工程)。この工程では、はじめに、第2鍔部54a,54bを外した状態で、導体端子52A,52Bをスルーホール44a,44b内に嵌装する。さらに、図6(b)に示すように、嵌装された導体端子52A,52Bの第1ザグリ孔47a,47b側から突出している胴部52a,52bに、第2鍔部54a,54bをそれぞれ装着する。
ここで、図6では、スルーホールピンおよびスルーホール内の金属メッキを用いない例を示したが、スルーホール44a,44b内に金属メッキを施すようにすれば、接合面積拡大による接合強度の向上が期待できる。また、予め金属メッキを施しておけば、後のリフロー処理等によるハンダ接合において、導体端子52A,52Bとスルーホール44a,44bとの微小な隙間にハンダの濡れ性の広がり効果が生じ、より信頼性が高く作業性の良いハンダ実装が実現する。
図7(a)、(b)に示すように、この回路基板A1は、積層基板A22と、この積層基板A22の所定位置に設けたスルーホールA4に同心円状に形成されるザグリ孔(凹孔)A7と、スルーホールA4内に嵌装されるスルーホールピンA10と、このスルーホールピンA10に導電性接続材A9を介して電気的な接続を行う導体端子A5とを備えている。ここで使用される導体端子A5は、スルーホールピンA10より厚肉で円筒形に形成された銅などの導電性材料から構成されている。なお、導体層A2の一方には、スルーホールA4内において、導体端子A5との絶縁が確実に行われるようにスルーホールA4周囲に絶縁部g11が設けられている。
回路基板A1は、積層基板A22を作成する工程、スルーホールA4を形成する工程、ザグリ孔A7を穿設する工程、スルーホールピンA10を嵌装する工程については、すでに説明したように行う。そして、導体端子A5を嵌装する工程では、スルーホールピンA10に嵌装するときに抜け落ちないように積層基板A22を平坦面に載置した状態で行うか、仮止め用にクリームハンダ等の導電性接続材A9を周面に塗布した状態で嵌装するようにしている。
さらに、導体端子A5が嵌装されると、導電性接続材A9をザグリ孔A7により露出する一部上面A6に電気的な接続を行う電気的接続部A12を設けることができると共に、スルーホールA4内において接続部A11を設けることができるように塗布する。そして、回路基板A1を所定温度に加熱することで回路基板1に導体端子A5を設置している。
なお、図7では、スルーホールA4の内周に当接し、かつ、導体端子A5の外周に当接する導電性のスルーホールピンA10を介して導体端子A5を嵌装するようにしているが、このスルーホールピンA10を設けることなく、直接、導体端子A5をスルーホールA4内に嵌装するようにしても構わない。また、スルーホールピンA10の代わりに、スルーホールA4の内側面に金属メッキを施してもよい。
11 絶縁基板
12a,12b 導体層
13a,13b 絶縁層
14a,14b スルーホール
14c,14d スルーホールピン
15A,15B 導体端子
16a,16b 一部上面(一部露出面)
17a,17b ザグリ孔(凹孔)
18a,18b 鍔部
19 導電性接続材
19a 接続部
19b 電気的接続部
2 回路基板
21 絶縁基板
22a〜22d 導体層
23a〜23d 絶縁層
24a,24b スルーホール
24c,24d スルーホールピン
26a,26b 一部上面(一部露出面)
26c,26d 一部下面(一部露出面)
27a,27b 第1ザグリ孔
29a、29b 第2ザグリ孔
31a,31b 鍔部
32A,32B 導体端子
32a,32b 胴部
33a,33b 鍔部
34 導電性接続材
35a,35b 接続部
36a〜36d 電気的接続部
37a,37b 電気的接続部
3 回路基板
41 積層基板
42a〜42d 導体層
43a〜43d 絶縁層
44a,44b スルーホール
46a,46b 一部上面(一部露出面)
46c,46d 一部下面(一部露出面)
47a,47b ザグリ孔(第1凹孔)
49a、49b ザグリ孔(第2凹孔)
51a,51b 第1鍔部
52A,52B 導体端子
52a,52b 胴部
54a,54b 第2鍔部
55 導電性接続材
57a,57b 接続部
58a〜58d 電気的接続部
59 おもし
Claims (16)
- 複数の絶縁層と複数の導体層とが交互に積層された積層基板と、前記積層基板の所定位置において板厚方向に設けられた複数のスルーホールに嵌装された複数の導体端子とを備えた回路基板であって、
前記積層基板は、前記スルーホールよりも大径であって、前記積層基板の最外層に設けられた絶縁層から複数の互いに異なる位置に積層された内層のそれぞれの導体層まで穿設されて対応するスルーホールにつながる凹孔を有し、
前記導体層と前記導体端子とは、
前記それぞれのスルーホール内における前記それぞれの導体層と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との接続部、および、
当該それぞれのスルーホールにつながる凹孔内における前記それぞれの導体層の一部露出面と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との電気的接続部で接続され、
前記それぞれのスルーホール内における前記それぞれの導体層と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との接続部以外の前記導体層には当該導体端子を囲む絶縁部を設け、
前記それぞれのスルーホールにつながる凹孔内における当該それぞれの導体層の露出面と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との前記電気的接続部以外の前記導体層には当該導体端子を囲む絶縁部を設けたことを特徴とする回路基板。 - 前記導体端子は、胴部および鍔部を有することを特徴とする請求項1に記載の回路基板。
- 前記スルーホール内にはスルーホールピンまたは金属メッキ部の少なくとも一方が設けられ、前記導体端子は前記スルーホールピンまたは金属メッキ部の内周側に嵌装されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回路基板。
- 前記接続部および前記電気的接続部の少なくとも一方は、導電性接続材を介して接続されている請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の回路基板。
- 前記導電性接続材は、ハンダであることを特徴とする請求項4に記載の回路基板。
- 前記導体層は、前記積層基板内に2n(nは自然数)層設けられており、対向する導体層には互いに逆極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の回路基板。
- 前記凹孔は、前記積層基板の両面に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の回路基板。
- 前記導体端子および前記スルーホールピンの少なくとも一方の内周面には、ネジ止め用の溝が設けられている請求項2に記載の回路基板。
- 複数の絶縁層と複数の導体層とが交互に積層された積層基板と、前記積層基板の所定位置において板厚方向に設けられた複数のスルーホールに嵌装された複数の導体端子とを備える回路基板の製造方法であって、
前記それぞれの導体層ごとに前記スルーホールを設ける所定位置において同心状に当該スルーホールよりも大径の絶縁部を設けた積層基板の板厚方向に貫通する前記複数のスルーホールを形成する第1工程と、
前記スルーホールよりも大径であり、かつ、前記絶縁部よりも小径であって、前記積層基板の最外層に設けられた絶縁層から複数の互いに異なる位置に積層された内層のそれぞれの導体層まで穿設され、対応するそれぞれのスルーホールにつながる凹孔を形成する第2工程と、
前記それぞれの凹孔につながるスルーホール内に前記それぞれの導体端子を嵌装する第3工程と、
前記スルーホール内に嵌装した前記それぞれの導体層に対応する導体端子と当該それぞれの導体層の間、および、前記それぞれの凹孔により露出する当該それぞれの導体層の一部露出面と当該導体端子の間を、導電性接続材により接続を行い、前記それぞれのスルーホール内における前記それぞれの導体層と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との接続部以外の前記導体層には当該導体端子を囲む絶縁部が設けられ、前記それぞれのスルーホールにつながる凹孔内における当該それぞれの導体層の露出面と当該それぞれの導体層ごとに対応する導体端子との前記電気的接続部以外の前記導体層には当該導体端子を囲む絶縁部が設けられるようにした第4工程と、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。 - 前記第2工程と第3工程との間に、前記スルーホール内に対して、スルーホールピンの嵌装または金属メッキの塗設の少なくとも一方を施す工程を行うことを特徴とする請求項9に記載の回路基板の製造方法
- 前記導電性接続材で接続させる第4工程は、浸漬ハンダ付け法、リフロー法、フロー法のいずれかにより行うことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の回路基板の製造方法。
- 前記第2工程は、前記凹孔を前記積層基板の両面に形成することを特徴とする請求項9ないし請求項11のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記導体端子は、その一端に鍔部を有することを特徴とする請求項9ないし請求項12のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
- 前記導体端子は、胴部と前記胴部の両端に第1鍔部および第2鍔部を有し、
前記第3工程は、前記積層基板の両面に前記凹孔を形成した際に、前記導体端子の胴部を前記スルーホール内に嵌装し前記凹部により上面側において露出する導体層の一部露出面に前記第1鍔部を接触させ、前記胴部とは別体に形成した前記第2鍔部を、前記凹部により下面側において露出する導体層の一部露出面に接触するように前記胴部に設置する請求項12に記載の回路基板の製造方法。 - 前記第2鍔部の前記胴部への設置は、螺合関係を用いて行うことを特徴とする請求項14に記載の回路基板の製造方法。
- 前記第4工程の後に、前記導体端子を嵌装した積層基板を加熱する第5工程を有し、前記第5工程において、前記積層基板の上におもしを載せて加熱することを特徴とする請求項9ないし請求項15のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
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