JP5484299B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

この発明は、電気回路が形成された複数の回路基板を電気的に接続する接続用配線板に関する。

例えば、電子機器などの筺体内において、間隔を置いて設置された電気回路が形成された複数の回路基板（以下、電気回路が形成された複数の回路基板を「プリント配線板」とも称する）の間を電気的に接続する場合は、ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）やＦＰＣ（フレキシブルプリント基板、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ワイヤ・ハーネスが一般的に使用されている。（例えば、特許文献１参照）。

ＦＦＣやＦＰＣを用いて、複数のプリント配線板間を電気的に接続する場合、ＦＦＣやＦＰＣが高価である。また、ＦＦＣやＦＰＣをプリント配線板に設置されたＦＦＣやＦＰＣの取り付け部（例えばＦＦＣ用コネクタやＦＰＣ用コネクタ）に挿入する際には、作業者は、作業が困難な為、取扱いに神経を使うこととなり作業者への負荷が増大し生産性、作業性が悪くなる。すなわち、ＦＦＣやＦＰＣは、電極間の間隔が狭く（配線部が狭ピッチ）、挿入角度によって導通不良が発生する場合があり、組立作業時の挿入ミスが発生する。また、ＦＦＣやＦＰＣは、電極コンタクト部へ微小な埃等の付着による導通不良が発生する場合もある。更に、ＦＦＣやＦＰＣは、ハーネス部がたわんだりする為、挿入が困難となり、作業ミスの発生を引き起こす。
また、ワイヤ・ハーネスを用いた場合は、コネクタに直接力が加わらないようハーネス部を引き回すため、収納作業が別途必要になることがあり、作業者は、作業に手間を要することがある。

また、コネクタを実装させた接続用配線板を用いて、接続用配線板のコネクタと複数のプリント配線板に設置されたコネクタとをはめ合せる事により接続する構造は、安価な接続構造である。しかし、接続用配線板を用いて接続する場合、接続されるプリント配線板間の位置ずれや基板の歪みが発生すると、残留応力や熱応力によるひずみが、コネクタ実装のはんだ接合部に加わる。そして、コネクタ実装のはんだ接合部は接続不良や配線パターンの断線を起こすことがある。
そして、コネクタやその他電子部品に加わる力を緩和させるためにプリント配線板にスリットを設ける手法がある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この手法は、例えば、プリント配線板に平行なスリットが設けられ、この平行なスリットと同じ方向へ位置ずれや応力が発生した場合、コネクタに加わる力の緩和が難しい。

特開２００７−１３４３５７号公報 特開２００３−２３４５４７号公報

この発明の実施の形態は、低コストでかつ組立作業に手間のかからず、コネクタに加わる力を緩和させ接続不良を起こさず、複数のプリント配線板間を電気的に接続する接続用配線板を実現することを目的とする。

この発明に係る接続用配線板は、
電気回路が形成された複数の回路基板を電気的に接続する接続用配線板において、
前記複数の回路基板の電気回路とそれぞれ電気的に接続する複数のコネクタと、
前記複数のコネクタを電気的に接続する導電線と、
前記複数のコネクタと前記導電線とを配置した１枚の平らな配線板と
を備え、
前記配線板は、複数の板端部と前記複数の板端部をつなぐ曲折した曲折部とを有し、前記複数の板端部に前記複数のコネクタをそれぞれ配置し、前記曲折部に前記導電線を配置したことを特徴とする。

この発明に係る接続用配線板は、低コストでかつ組立作業に手間のかからず、コネクタに加わる力を緩和させ接続不良を起こさず、複数のプリント配線板間を電気的に接続することが可能となる。

実施の形態１を示す図で、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を示す斜視図。 実施の形態１を示す図で、コネクタ１５０と回路基板コネクタ１６０とを示す斜視図。 実施の形態１を示す図で、接続用配線板１００の導電線１４０を示す上面図。 実施の形態１を示す図で、板端部１１０と曲折部１２０との定義を示した図。 実施の形態１を示す図で、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を概略的に示した上面図。 実施の形態１を示す図で、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を概略的に示した断面図。 実施の形態２を示す図で、四角い渦巻き状の形状をした曲折部１２０の第１の例を示す図。 実施の形態２を示す図で、四角い渦巻き状の形状をした曲折部１２０の第２の例を示す図。 実施の形態２を示す図で、ミアンダ状の形状をした曲折部１２０の例を示す図。 実施の形態２を示す図で、曲線状の形状をした曲折部１２０の例を示す図。 実施の形態３を示す図で、板端部１１０が３つ有る接続用配線板１００の例を示す図。

実施の形態１．
最初に、図１、図２、図３、図４、図５、図６を用いて実施の形態１における接続用配線板１００の説明を行う。
図１は、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を示す斜視図である。
図２は、コネクタ１５０と回路基板コネクタ１６０とを示す斜視図である。
図３は、接続用配線板１００の導電線１４０を示す上面図である。
図４は、板端部１１０と曲折部１２０との定義を示した図である。
図５は、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を概略的に示した上面図である。
図６は、接続用配線板１００による回路基板５００間の電気接続構造を概略的に示した断面図である。（図６は、図５に図示したＡ−Ａ間における断面図である）。

図１〜図６に示すように、接続用配線板１００は、電気回路５０１が形成された複数の回路基板５００間を電気的に接続するものである。
接続用配線板１００を構成する配線板１７０の材料は、例えばガラスエポキシ樹脂などからなる。
第１の回路基板５００ａと第２の回路基板５００ｂとは、基板取付板５０２に例えばねじ止めなどで、取り付けられている。
そして、第１の回路基板５００ａには第１の電気回路５０１ａが形成されており、第２の回路基板５００ｂには第２の電気回路５０１ｂが形成されている。さらに、第１の電気回路５０１ａに、第１の回路基板コネクタ１６０ａが電気的に接続され、第２の電気回路５０１ｂに、第２の回路基板コネクタ１６０ｂが電気的に接続されている。ここで、回路基板コネクタ１６０と電気回路５０１との電気的接続は、例えば、はんだ付けなどで行われ、同時に回路基板コネクタ１６０と電気回路５０１とは物理的にも固定される。
接続用配線板１００は、１枚の配線板１７０から成り、配線板１７０の端部に板端部１１０ａと１１０ｂとを備える。
そして、同じ１枚の配線板１７０から成る、曲折した曲折部１２０が板端部１１０ａと１１０ｂとを接続している。言い換えれば、曲折部１２０は、複数の板端部間を結ぶ最短距離を迂回して配置されている。
図４に、板端部１１０と曲折部１２０とを明示する。板端部１１０は、図４における黒部であり、曲折部１２０は、図４における白部である。そして、板端部間を結ぶ最短距離とは、図中の一点鎖線矢印の距離である。また、板端部１１０と曲折部１２０との接続箇所とは、板端部１１０と曲折部１２０とが互いに接している境界のことである。
図示（例えば図４）において、曲折部１２０の曲折の角度は９０度となっている。しかし、曲折部１２０の曲折の角度は９０度に限定されるものでは無い。
曲折部１２０と板端部１１０ａとの接続箇所（例えば図４に示す板端部と曲折部との接続箇所ａ）は、曲折部１２０と板端部１１０ｂとの接続箇所（例えば図４に示す板端部と曲折部との接続箇所ｂ）に対してなるべく離れた場所に位置しており、曲折部１２０は、複数の板端部間を結ぶ最短距離を迂回して配置されることになる。この結果、曲折部１２０の長さを長くすることが可能となる。
例えば、図１の例では、曲折部１２０は、Ｌ字型の形状が組み合わさった形状である。そして、曲折部１２０と板端部１１０ａとの接続箇所は、板端部１１０ａの板端部１１０ｂに対して反対側の角（例えば図４の角ａ）であり、曲折部１２０と板端部１１０ｂとの接続箇所は、板端部１１０ｂの板端部１１０ａに対して反対側の角（例えば図４の角ｂ）である。すなわち、曲折部１２０は、板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの直線距離が一番長くなる角同士を接続している。
そして、曲折部１２０は、板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの長辺よりも長い直線部分を２つ以上有している。（例えば図４中に点線矢印で説明の部分）。

板端部１１０ａと１１０ｂとは、電極パターン１３０を備える。そして、図３に示すように板端部１１０ａと１１０ｂとに備えられた電極パターン１３０同士は、導電線１４０にて電気的に接続されている。（図を見やすくする為に、図３以外は、導電線１４０の図示を省略する）。
ここで、電極パターン１３０と導電線１４０とは、例えば銅などの金属から成り、配線板１７０上に例えばめっき処理などで形成される。また、配線板１７０は片面配線基板であっても、両面配線基板であっても良く、電極パターン１３０と導電線１４０とは、例えばスルーホールなどを介して配線板１７０の両面に形成が可能である。
そして、第１のコネクタ１５０ａは、板端部１１０ａに形成された電極パターン１３０に電気的に接続され、第２のコネクタ１５０ｂは、板端部１１０ｂに形成された電極パターン１３０に電気的に接続される。ここで、コネクタ１５０と電極パターン１３０との電気的接続は、例えば、はんだ付けなどで行われ、同時にコネクタ１５０と電極パターン１３０とは物理的にも固定される。
図３、図５に示す上面図においては、配線板１７０の上面に電極パターン１３０と導電線１４０が形成され、配線板１７０の下面にコネクタ１５０が配置され、電極パターン１３０はスルーホールで、配線板１７０の上面と下面とを電気的に接続している。

図２に示すように、例えばコネクタ１５０には導電性のピンが形成され、このピンは、電極パターン１３０と電気的に接続されている。また、例えば、回路基板コネクタ１６０には、導電性の穴が形成され、この導電性の穴は、電気回路５０１と電気的に接続されている。そして、ピンと穴とは互いに嵌め合せることが出来、ピンと穴とも電気的に接続される。すなわち、コネクタ１５０は、電気回路５０１と電気的に接続される。
よって、電気回路５０１ａは、回路基板コネクタ１６０ａとコネクタ１５０ａと板端部１１０ａに形成された電極パターン１３０とを介して、導電線１４０に電気的に接続され、更に、板端部１１０ｂに形成された電極パターン１３０とコネクタ１５０ｂと回路基板コネクタ１６０ｂとを介して、電気回路５０１ｂに電気的に接続される。
図５は、接続用配線板１００で回路基板５００ａと回路基板５００ｂとが接続されていることを示す。そして、図５におけるＡ−Ａ間の断面を表したものが図６である。コネクタ１５０ａは回路基板コネクタ１６０ａと、コネクタ１５０ｂは回路基板コネクタ１６０ｂと嵌め合さっている。
本実施の形態により、接続用配線板１００の曲折部１２０が曲折していることにより、曲折部１２０が変形し、接続用配線板１００が接続される回路基板５００間の位置ずれによる残留応力や、熱応力によるひずみを曲折部１２０が吸収緩和させることが可能となる。また、あらゆる方向に回路基板５００間の位置ずれが生じた場合でも、接続用配線板１００は、コネクタ１５０と回路基板コネクタ１６０とに加わる力を緩和させながら、回路基板５００間を電気的に接続することが出来る。そして、コネクタ１５０と電極パターン１３０とのはんだ接合部もしくは、回路基板コネクタ１６０と電気回路５０１とのはんだ接合部は、応力に起因した接続不良や配線パターンの断線を起こさなくなる。
そして、図４により明らかなように、曲折部１２０は、板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの接続箇所（図４に示す板端部と曲折部との接続箇所ｂ）の方が、接続箇所以外（例えば図４に示す実線矢印部分）より幅が広く（断面積が広く）なっている。このように曲折部１２０の板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの接続箇所の幅を広くすることで、応力の一番加わる曲折部１２０の板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの接続箇所の強度を向上することが可能である。
また、板端部１１０の１辺と曲折部１２０の１辺とが一致している。（板端部１１０の１辺の延長線上に曲折部１２０の１辺が形成されている。図３参照）。言い換えれば、曲折部１２０は板端部１１０の外周の１辺の途中には接続していない。このような形状によっても、曲折部１２０の板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの接続箇所の強度を向上することが可能である。
さらに、曲折部１２０は、板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの長辺よりも長い直線部分を２つ以上有していることで、より応力を緩和しやすくなる。
また、コネクタ１５０が実装された接続用配線板１００を用いて、コネクタ１５０と回路基板コネクタ１６０との嵌合により複数の回路基板５００間を電気的に接続することは、ＦＦＣやＦＰＣ、ワイヤ・ハーネスを用いて接続する場合に比べて、低コストでかつ、接続不良を起さない。また、回路基板５００間の接続に関して、コネクタどうしの嵌合により接続されることは、作業性が良くなり、生産性が向上する。（例えば、ワイヤ・ハーネスを用いた場合に比べて、ハーネス部をまとめる作業や、引き回したハーネス部の収納作業が無くなるので、組立作業に手間がかからない）。
そして、接続用配線板１００は、パターンが形成された配線板１７０とコネクタ１５０とだけを用いており、更にコネクタ１５０は、例えば、はんだ付けで配線板１７０（電極パターン１３０）に接続される。その為、接続用配線板１００は、大量生産することも可能となり、ＦＦＣやＦＰＣ、ワイヤ・ハーネスを用いた場合より、低コストとなる。
接続用配線板１００へ実装されているコネクタ１５０の電極パターン１３０の配列は、周辺部品の設計制約に応じて自由に設計できる。本実施の形態の例では、コネクタ１５０は、多電極で自動実装機にも対応でき、また、コネクタ１５０の電極パターン１３０の配列が２列以上あるものを用いている。
接続用配線板１００は、フレキシブルに撓むのではなく、堅い（リジッドな）配線板１７０であるため、コネクタの挿入間隔が必然と決定し、コネクタの挿入箇所が明確となり接続作業の効率化を図ることが出来る。
また、図１〜６に示す曲折部１２０は、１つ以上の角を備えた曲折した形状を有すると言える。曲折部１２０は、１つ以上の角を備えることが、回路基板５００間の応力緩和には望ましい。そして具体的には、図１〜６に示す曲折部１２０は、３つの角を備えている（図３に（１）〜（３）で図示）。このように３つ以上の角を備えることが、回路基板５００間の応力緩和には更に望ましい。
ただし、曲折部１２０の角が多くなるほど、応力の緩和の効果は期待されるが、曲折部１２０の形状によっては、接続用配線板１００全体の面積が大きくなってしまう為に、必要以上に曲折部１２０を長くしないことも考慮しなくてはならない。

実施の形態２．
接続用配線板１００の曲折部１２０の曲折形状の他の例を示す。
図７は、四角い渦巻き状の形状をした曲折部１２０の第１の例を示す図である。
図８は、四角い渦巻き状の形状をした曲折部１２０の第２の例を示す図である。
図９は、ミアンダ状の形状をした曲折部１２０の例を示す図である。
図１０は、曲線状の形状をした曲折部１２０の例を示す図である。

すなわち、図７〜図１０は、第１のプリント配線板と第２のプリント配線板とを電気的に接続する電気接続構造であって、前記第１のプリント配線板と前記第２のプリント配線板とを電気的に接続する第３のプリント配線板（接続用配線板１００）が備えられたものであって、前記第３のプリント配線板の形状が、少なくとも一つの渦巻き状の形状をしているか、または少なくとも一つのミアンダ状（曲がりくねり）の形状をしていることを特徴とする電気接続構造を示すものである。
本実施の形態の説明においては、回路基板コネクタ１６０、回路基板５００、電気回路５０１、基板取付板５０２の図示を省略しているが、図１の接続用配線板１００が本実施の形態の接続用配線板１００に置き換わるだけで、同様である。
曲折部１２０の少なくとも一部に渦巻き状の形状を有する、もしくは、接続用配線板１００の少なくとも一部にミアンダ状の形状を有することで、第１のプリント配線板に備えられる回路基板コネクタ１６０ａと第２のプリント配線板に備えられる回路基板コネクタ１６０ｂの間隔が変化した場合に、曲折部１２０は弾性変形することが可能となる。ここで、ミアンダ状とは、山谷を交互に（ジグザグに）蛇行した形状を示す。図９の例では、谷の部分が１つであるが、接続用配線板１００の大きさの制約が無ければ、曲折部１２０の山谷の数をもっと増やすことも可能である。また、ミアンダ状は、Ｍ字型、Ｎ字型、Ｓ字型、Ｕ字型、Ｖ字型、Ｗ字型、Ｚ字型でも良い。
図７又は図８に示す曲折部１２０の渦巻き状の形状は、板端部１１０を取り巻くように形成されている。（図７においては、板端部１１０ｂ側。図８においては板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの両方）。渦巻き状の形状は、図７に示すように片側の板端部１１０ｂを取り巻く形状でも良いし、図８に示すように両側の板端部１１０ａと板端部１１０ｂとを取り巻く形状でも良い。
また、図９に示す曲折部１２０のミアンダ状の形状は、板端部１１０ａと板端部１１０ｂとの間に形成されている。
このように曲折部１２０を配置することにより、曲折部１２０の角の数を増やしても、曲折部１２０は、省スペース化を図れる。具体的には曲折部１２０の角は６個有り（図７〜９に、（１）〜（６）で図示）、実施の形態１よりも角が多いので、回路基板５００間の応力はより緩和される。すなわち、曲折部１２０の角は６個以上あると、回路基板５００間の応力はより緩和され、望ましい。
さらに図１０は、曲折部１２０の角が直角では無く、曲線状の例である。図１０は、図９の例における曲折部１２０の角を曲線化したものであるが、実施の形態２に限らず、実施の形態１または後述の実施の形態３においても、曲線状の形状を適用することが出来る。また、図９の曲折部１２０には、直線部分が残っているが、直線部分を無くし、曲折部１２０は、円弧状の組み合わせでも構わない。

例えば、図１もしくは図２の回路基板５００間の接続に、本実施の形態の接続用配線板１００を使用したと想定する。
本実施の形態により、曲折部１２０が変形可能で有り、組立作業者は、コネクタをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のどの方向にでも動かすことが出来、コネクタ１５０ａとコネクタ１５０ｂとの間の距離を調整することが出来る。
また、回路基板コネクタ１６０間にて、ねじれによる歪みが生じ、回路基板コネクタ１６０同士にＺ方向に傾きが生じた場合でも、接続用配線板１００は、コネクタ１５０の位置や向きを調整し、コネクタ１５０と回路基板コネクタ１６０とを嵌合させることが出来る。
同時に、接続用配線板１００は、接続される回路基板５００間の位置ずれによる残留応力や、熱応力によるひずみを緩和させることが可能となり、はんだ接合部に発生する接続不良を起こさなくなる効果も有る。

実施の形態３．
接続用配線板１００の板端部１１０が２つよりも多い例を示す。
図１１は、板端部１１０が３つ有る接続用配線板１００の例を示す図である。図１１においては、板端部１１０が３つの例を示しているが、数量は限定されない。
図１１の例においては、隣合う板端部１１０ａと１１０ｂ間および隣合う板端部１１０ｂと１１０ｃ間は、５つの角を有する曲折部１２０で接続されている。（図１１に（１ａ）〜（５ａ）、（１ｂ）〜（５ｂ）で図示）。実施の形態１の曲折部１２０の３つの角よりも、本例のように５つの角を備えることの方が、回路基板５００間の応力緩和には望ましい。ただし、必要に応じて、曲折部１２０の有する角を増やすことも、減らすことも可能である。
また、実施の形態２のような、曲折部１２０は、渦巻き状または、ミアンダ状の形状とすることも出来る。
本実施の形態に示す例においても、曲折部１２０が回路基板５００間の応力を緩和することが可能であり、２つよりも多い回路基板５００を接続することが可能である。
このように、様々な場合の回路基板５００間の電気的接続に、接続用配線板１００は利用可能である。

実施の形態１〜３における電気回路５０１が形成された複数の回路基板５００を電気的に接続する接続用配線板１００の製造方法は、１枚の平らな配線板１７０から複数の板端部１１０を形成する板端部形成工程と、１枚の平らな配線板１７０から複数の板端部１１０をつなぐ曲折した曲折部１２０を形成する曲折部形成工程と、複数の板端部１１０に複数の回路基板５００の電気回路５０１とそれぞれ電気的に接続する複数のコネクタ１５０をそれぞれ形成するコネクタ形成工程と、曲折部１２０に前記コネクタ形成工程が形成した複数のコネクタ１５０を電気的に接続する導電線１４０を形成する導電線形成工程とを備える。

１００ 接続用配線板、１１０ 板端部、１２０ 曲折部、１３０ 電極パターン、１４０ 導電線、１５０ コネクタ、１６０ 回路基板コネクタ、１７０ 配線板、５００ 回路基板、５０１ 電気回路、５０２ 基板取付板。

Claims (7)

1. 電気回路が形成された複数の回路基板を電気的に接続するプリント配線板において、
   前記複数の回路基板の電気回路とそれぞれ電気的に接続する複数のコネクタと、
   前記複数のコネクタを電気的に接続する導電線と、
   前記複数のコネクタと前記導電線とを配置した１枚の堅く平らな配線板と
   を備え、
   前記配線板は、複数の板端部と、前記複数の板端部をつなぐ曲折した曲折部であって弾性変形する曲折部とを有し、前記複数の板端部に前記複数のコネクタをそれぞれ配置し、前記曲折部に前記導電線を配置したことを特徴としたプリント配線板。
2. 前記複数のコネクタは、
   前記複数の回路基板が有する複数の回路基板コネクタであって前記複数の回路基板の電気回路と電気的に接続する複数の回路基板コネクタと、それぞれ接続することのみによって、前記複数の回路基板に固定されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記配線板は、ガラスエポキシ樹脂製であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線板。
4. 前記曲折部は、前記複数の板端部間を結ぶ最短距離を迂回して配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板。
5. 前記曲折部は、１つ以上の角を備えた曲折した形状を有することを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載のプリント配線板。
6. 前記曲折部は、少なくとも一部に渦巻き状の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプリント配線板。
7. 前記曲折部は、少なくとも一部にミアンダ状の形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプリント配線板。

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