JP5807670B2

JP5807670B2 - 配線板

Info

Publication number: JP5807670B2
Application number: JP2013262695A
Authority: JP
Inventors: 隆宏郡司; 公教尾崎
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: TW201540145A; JP2015119097A; WO2015093249A1

Description

本発明は、基材の両面に設けられた金属板を層間接続部によって接続した配線板に関する。

この種の配線板としては、例えば、特許文献１に記載の基板が知られている。
特許文献１に記載の基板（配線板）は、セラミックプレート（基材）の両面に、金属プレート（金属板）が設けられている。セラミックプレートの縁部には、複数のスルーホールが形成されている。また、金属プレートにも、セラミックプレートのスルーホールと対向してスルーホールが設けられている。そして、各スルーホールにおけるはんだペーストによって、セラミックプレートの両面に設けられた金属プレートが電気的に接続されている。

特開２００１−２８４８００号公報

ところで、配線板においては、基材から金属板が剥離することを抑制することが望まれている。
本発明の目的は、基材から金属板が剥離しにくい配線板を提供することにある。

上記課題を解決する配線板は、基材の表面に設けられる第１の金属板と、前記基材の裏面に設けられる第２の金属板とを有し、前記第１の金属板及び前記第２の金属板は前記基材に接着される接着部と前記基材に接着されない非接着部とを有し、前記第１の金属板と前記第２の金属板とを導電材で導電する層間接続部が形成された配線板であって、前記第１の金属板は、前記導電材を入れる導電材入口を有し、前記第２の金属板は、前記導電材入口と連通する少なくとも一つの貫通孔を有し、前記第１の金属板と前記第２の金属板とを前記導電材入口及び前記貫通孔に入り込んだ前記導電材で接続した層間接続部を有し、前記第１の金属板及び前記第２の金属板の少なくとも一方は、前記非接着部に、他方に向けて折れ曲がるとともに前記層間接続部に含まれる折曲がり部を有し、前記導電材は、前記貫通孔から前記貫通孔の径方向に拡がる拡がり部を有し、前記拡がり部は、前記第２の金属板の露出面から前記第２の金属板の厚さ方向に突出しており、前記導電材は半田であることを要旨とする。

これによれば、第１の金属板と第２の金属板を接合する導電材が、貫通孔の径方向に沿って拡がり、拡がり部を形成することで、第２の金属板が基材から剥離しにくくなる。具体的にいえば、第２の金属板が基材から剥離する方向（第２の金属板の厚み方向）に力が加わっても、拡がり部が第２の金属板と係合し、第２の金属板が剥離することを抑制することができる。また、拡がり部が接触面とは反対側の面から突出したか否かを触覚で判断することができる。このため、拡がり部が形成されているか否かを判断しやすい。

上記配線板について、前記第１の金属板は、前記第２の金属板に向けて折り曲がる第１の折曲がり部を有し、前記第２の金属板は、前記第１の金属板に向けて折り曲がる第２の折曲がり部を有することが好ましい。

これによれば、第１の金属板及び第２の金属板の両方に折曲がり部が設けられるため、第１の折曲がり部と第２の折り曲が部との離間距離を短くしやすい。このため、第１の金属板と第２の金属板の間の抵抗値を小さくすることができる。

上記配線板について、前記導電材入口に対して前記貫通孔は複数連通し、前記拡がり部は、複数設けられていることが好ましい。
これによれば、拡がり部が複数設けられることで、第２の金属板が剥離することをより抑制することができる。

上記配線板について、前記層間接続部は、複数個設けられていることが好ましい。
これによれば、第１の金属板及び第２の金属板は、複数の層間接続部によって接合されるため、基材から第２の金属板が剥離することをより抑制することができる。

本発明によれば、基材から金属板が剥離しにくい。

第１の実施形態の配線板を示す平面図。（ａ）は第１の実施形態の層間接続部を示す第１の金属板から見た部分平面図、（ｂ）は第１の実施形態の層間接続部を示す（ａ）の２ｂ−２ｂ線断面図、（ｃ）は第１の実施形態の層間接続部を示す第２の金属板から見た部分平面図。第１の実施形態の配線板の製造工程を説明するための断面図。第１の実施形態の配線板の製造工程を説明するための断面図。（ａ）は第２の実施形態の層間接続部を示す第１の金属板から見た平面図、（ｂ）は第２の実施形態の層間接続部を示す（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図、（ｃ）は第２の実施形態の層間接続部を示す第２の金属板から見た平面図。

（第１の実施形態）
以下、配線板の第１の実施形態について説明する。
図１及び図２（ｂ）に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、配線板２０に複数の電子部品２１が実装されている。電子部品２１は、例えば、ダイオード、コンデンサ、スイッチング素子などである。配線板２０は、厚銅基板を用いて構成されている。配線板２０は、大電流を流すことができる大電流基板である。配線板２０は、基材としての絶縁基板２２の表面２２ａに、第１の金属板３１（銅板）を有するとともに、絶縁基板２２の裏面２２ｂに第２の金属板４１（銅板）を有する。絶縁基板２２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板が用いられる。第１の金属板３１と第２の金属板４１は、接着剤によって絶縁基板２２に接合されている。第１の金属板３１及び第２の金属板４１は、所望の形状にパターニングされ、電流経路となる。配線板２０に実装された電子部品２１に加え、第１の金属板３１及び第２の金属板４１（導体パターン）自体が、コイルなどとして機能することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０が構成されている。

第１の金属板３１と第２の金属板４１は、導電材としての半田２６によって複数箇所が接続されている。半田２６は、各金属板３１，４１における幅が狭い部分、すなわち、絶縁基板２２に対し、第１の金属板３１と第２の金属板４１との接触面積が小さく絶縁基板２２から剥離しやすい箇所に設けられている。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、半田２６は、絶縁基板２２を貫通して第１の金属板３１と第２の金属板４１を接続している。絶縁基板２２には、厚み方向に貫通する基材貫通孔２４が設けられている。第１の金属板３１には、基材貫通孔２４と対向して厚み方向に貫通する導電材入口３２が設けられている。導電材入口３２の径は、基材貫通孔２４の径よりも小さい。導電材入口３２の周縁は、基材貫通孔２４に向けて折り曲げられており、これにより、第１の金属板３１には、第２の金属板４１側（絶縁基板２２の表面２２ａ側から裏面２２ｂ側）に向けて折り曲がる第１の折曲がり部３３が形成されている。第１の金属板３１において、基材貫通孔２４と対向する部分は、絶縁基板２２と接触されない非接着部となる。すなわち、第１の折曲がり部３３が、非接着部となる。一方、本実施形態では、第１の金属板３１において、第１の折曲がり部３３以外の部分が絶縁基板２２と接着される接着部となる。

第２の金属板４１には、第１の金属板３１側（絶縁基板２２の裏面２２ｂ側から表面２２ａ側）に向けて折り曲がる第２の折曲がり部４２が設けられている。第２の折曲がり部４２は、基材貫通孔２４と対向して設けられており、基材貫通孔２４に向けて突出する凸形状となっている。第２の折曲がり部４２は、基材貫通孔２４及び導電材入口３２に挿入されている。第２の折曲がり部４２は、第１の折曲がり部３３とともに基材貫通孔２４の内面を覆っている。

第２の金属板４１には、厚み方向に貫通する貫通孔としての検査用貫通孔４３が、基材貫通孔２４に対向して設けられている。検査用貫通孔４３は、基材貫通孔２４と連通している。検査用貫通孔４３は、１つの基材貫通孔２４及び１つの導電材入口３２に対して４つ設けられており、第２の折曲がり部４２を囲むように位置している。検査用貫通孔４３の内周面は、粗されており、図示しない微細な凹凸を有している。

そして、第１の折曲がり部３３と第２の折曲がり部４２が、半田２６によって電気的に接続されることで、第１の金属板３１と第２の金属板４１を電気的に接続する層間接続部Ｃ１が構成されている。半田２６は、導電材入口３２、基材貫通孔２４及び検査用貫通孔４３のそれぞれに充填されており、第１の折曲がり部３３及び第２の折曲がり部４２を含んで層間接続部Ｃ１を構成している。これにより、第１の折曲がり部３３と第２の折曲がり部４２との間にも半田２６が充填され、第１の折曲がり部３３と第２の折曲がり部４２が接合されるとともに、半田２６を介して電気的に接続されている。検査用貫通孔４３は、基材貫通孔２４と対向し、第２の金属板４１の厚み方向に貫通するため、半田２６を第２の金属板４１の外部に露出させている。このため、検査用貫通孔４３に臨む半田２６を視認することで、半田２６による第１の金属板３１と第２の金属板４１の接合状態の確認を行うことができる。

半田２６は、検査用貫通孔４３の周縁から検査用貫通孔４３の径方向に沿って拡がる拡がり部２７を有している。拡がり部２７は、第２の金属板４１における絶縁基板２２側とは反対側の面である露出面４１ａから突出し、かつ、露出面４１ａに沿って検査用貫通孔４３の周縁よりも外側に拡がっている。拡がり部２７は、検査用貫通孔４３から第２の金属板４１の厚み方向に突出している。また、半田２６は、導電材入口３２の周縁部で、第１の金属板３１の面３１ａに沿って濡れ拡がることで形成された係合部２９を有している。

次に、配線板２０の製造方法について説明する。
まず、第１の金属板３１、第２の金属板４１を打ち抜きで形成する。このとき、導電材入口３２を打ち抜きと同時に形成してもよいし、導電材入口３２を打ち抜きとは別に形成してもよい。また、検査用貫通孔４３を打ち抜きと同時に形成してもよいし、検査用貫通孔４３を打ち抜きとは別に形成してもよい。次に、第１の折曲がり部３３、第２の折曲がり部４２をプレスで形成する。

次に、図３に示すように、絶縁基板２２の表面２２ａに第１の金属板３１を接着剤で接合するとともに、絶縁基板２２の裏面２２ｂに第２の金属板４１を接着剤で接合する。このとき、絶縁基板２２の基材貫通孔２４に第１の折曲がり部３３が挿入され、第２の折曲がり部４２が第１の金属板３１の導電材入口３２に挿入されるように位置決めを行う。

次に、図４に示すように、第１の金属板３１における導電材入口３２及びその周囲に、半田ペースト２８を塗布する。この半田ペースト２８の塗布は、基材貫通孔２４での半田ペースト２８の塗布領域以外の領域はメタルマスクで覆った状態で行われる。つまり、第１の金属板３１における絶縁基板２２との接触面とは反対側の面３１ａは平坦であり、凹凸のない銅板表面を確保しており、所望の領域に半田ペースト２８を印刷することができる。また、当該半田ペースト２８の塗布工程において、電子部品２１の配置領域においても、半田ペースト２８を塗布する。

そして、塗布された半田ペースト２８を、スキージによって拡げるとともに、炉において加熱することにより、流動性を有する半田が導電材入口３２、基材貫通孔２４、検査用貫通孔４３に流入していく。すなわち、導電材入口３２は、半田２６（導電材）を層間に入れる入口となる。検査用貫通孔４３に流入した半田は、検査用貫通孔４３から、検査用貫通孔４３の外部に流出する。検査用貫通孔４３の外部に流出した半田は、第２の金属板４１の露出面４１ａを濡れ拡がる。そして、半田が硬化することで、基材貫通孔２４の内部に硬化した半田２６が充填されるとともに第２の金属板４１の露出面４１ａに拡がり部２７が形成される。拡がり部２７は、全ての検査用貫通孔４３に設けられる。また、半田２６は、導電材入口３２の周縁部で、第１の金属板３１の面３１ａにも濡れ拡がって、係合部２９が、面３１ａに係合している。

半田が第２の金属板４１の露出面４１ａに沿って検査用貫通孔４３の周縁よりも外側に濡れ拡がるためには、半田ペースト２８の塗布量及び検査用貫通孔４３の径を調整する必要がある。半田ペースト２８の塗布量は、スキージの速度、半田ペースト２８の粘度、検査用貫通孔４３の径などの要因によって定まる。

検査用貫通孔４３の径は、半田ペースト２８の種類などによって定まる。検査用貫通孔４３の径が大きすぎれば半田は第２の金属板４１の露出面４１ａを濡れ拡がることなく検査用貫通孔４３から落下し、小さすぎれば検査用貫通孔４３に半田が流入しない。検査用貫通孔４３の径は、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度に設定されることが好ましい。

また、拡がり部２７が形成されているか否かによって、導電材入口３２、基材貫通孔２４及び検査用貫通孔４３に半田２６が充填されているか否かの判定をすることができる。拡がり部２７が視認できない場合には、検査用貫通孔４３に半田２６が十分に充填されていないことがわかる。

次に、本実施形態の配線板２０の作用について説明する。
第１の金属板３１及び第２の金属板４１に、絶縁基板２２から剥離しようとする力が作用しても、拡がり部２７が第２の金属板４１の露出面４１ａと係合しているとともに係合部２９が第１の金属板３１の面３１ａと係合しているため、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離しにくい。すなわち、拡がり部２７及び係合部２９が、アンカーとなって、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離することを抑制している。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１の金属板３１の面３１ａに第１の折曲がり部３３に係合する係合部２９を設け、第２の金属板４１の露出面４１ａに第２の金属板４１に係合する拡がり部２７を設けることで、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離することを抑制することができる。

（２）第１の金属板３１には、第１の折曲がり部３３が設けられ、第２の金属板４１には、第２の折曲がり部４２が設けられている。このため、第１の金属板３１と第２の金属板４１の離間距離を短くしやすく、半田２６における抵抗値を小さくすることができる。このため、電力の損失が少ない。

（３）半田２６は、複数設けられている。このため、複数箇所で、拡がり部２７による係合強度が高まり、絶縁基板２２から第１の金属板３１及び第２の金属板４１が剥離することをより抑制することができる。

（４）拡がり部２７は、露出面４１ａから突出している。このため、拡がり部２７が形成されたか否かを触覚で判断することができる。また、拡がり部２７が形成されたか否かを視認できる。

（５）検査用貫通孔４３に半田２６が充填されていることで、検査用貫通孔４３の微細な凹凸に半田２６が入り込んでいる。同様に、導電材入口３２に半田２６が充填されている。このため、導電材入口３２の内周面及び検査用貫通孔４３の内周面における半田２６のアンカー効果によって、半田２６の第１の金属板３１及び第２の金属板４１への接合強度を高め、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離することをより抑制することができる。

（６）第１の金属板３１及び第２の金属板４１における幅の狭い箇所に、半田２６を設けることで、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離しやすい箇所を半田２６で補強して、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離することをより抑制することができる。

（７）拡がり部２７は、全ての検査用貫通孔４３に設けられている。このため、第１の金属板３１及び第２の金属板４１が絶縁基板２２から剥離することをより抑制することができる。

（８）本実施形態では、第１の金属板３１の面３１ａを平坦とすることができる。このため、電子部品２１を実装しやすい。
（９）導電材入口３２に対して、検査用貫通孔４３は、４つ形成されており、各検査用貫通孔４３に設けられた半田２６は、拡がり部２７を有している。このため、複数の拡がり部２７によって第２の金属板４１が剥離することを抑制でき、第２の金属板４１の剥離をより抑制することができる。

（１０）第１の金属板３１と第２の金属板４１を接続する層間接続部Ｃ１により、層間に大きな電流（例えば、１２０Ａ）を流すことができる。
（第２の実施形態）
以下、配線板の第２の実施形態について説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の配線板９０は、絶縁基板２２の周縁に半田２６を有する。第１の金属板７１には、絶縁基板２２の周縁を覆うように折れ曲がる第１の折曲がり部７２が設けられている。第１の折曲がり部７２は、絶縁基板２２の周縁から絶縁基板２２と対向しない領域まで延びる非接着部となる。第２の金属板８１には、第１の折曲がり部７２とともに絶縁基板２２の周縁を覆うように折れ曲がる第２の折曲がり部８２が設けられている。第２の折曲がり部８２の基端には、第２の金属板８１の厚み方向に貫通する検査用貫通孔４３が設けられている。

第１の折曲がり部７２と第２の折曲がり部８２との間及び検査用貫通孔４３には、半田２６が充填され、これにより第１の折曲がり部７２、第２の折曲がり部８２及び半田２６によって層間接続部Ｃ２が構成されている。半田２６は、第２の金属板８１の露出面８１ａで検査用貫通孔４３の外形よりも外側に拡がる拡がり部２７を有している。同様に、半田２６は、第１の金属板７１の面７１ａに係合部２９を有している。

本実施形態の配線板９０の製造時には、絶縁基板２２に第１の金属板７１及び第２の金属板８１を接合した後に、第１の折曲がり部７２と第２の折曲がり部８２との間に、半田ペースト２８を塗布する。以降の工程は、第１の実施形態と同一のため、省略する。

第２の実施形態の配線板９０についても、第１の実施形態の配線板２０と同様な効果を得ることができる。
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。

○折曲がり部は、第１の金属板３１及び第２の金属板４１のうちの、いずれか一方のみに設けられていればよく、第１の折曲がり部３３と第２の折曲がり部４２のいずれかのみが設けられていればよい。

○検査用貫通孔４３の数は、変更してもよい。検査用貫通孔４３は、各半田２６に単数設けられていてもよい。
○半田２６は、配線板２０，９０に一つのみ設けられていてもよい。

○第１の金属板３１，７１及び第２の金属板４１，８１は、アルミ板など、他の金属からなる部材であってもよい。
○拡がり部２７は、検査用貫通孔４３から突出していなくてもよい。すなわち、検査用貫通孔４３の外形よりも外側に濡れ拡がる拡がり部２７が、薄膜状をなす場合のように検査用貫通孔４３から突出していなくてもよい。

○拡がり部２７は、複数の半田２６のうち、少なくとも一つの半田２６に設けられていればよい。
○導電材として、半田以外の低融点金属を用いてもよい。

○基材貫通孔２４、導電材入口３２及び検査用貫通孔４３の形状は、円形状や、四角状など、どのような形状であってもよい。
○係合部２９は、設けられていなくてもよい。

○検査用貫通孔４３は、ドリルや、エッチングなどで形成されてもよい。
○検査用貫通孔４３からは、半田付け時に発生するガスを抜くこともできる。
○導電材は半田２６以外でもよい。例えば、銀ペーストでもよい。

○層間接続部Ｃ１，Ｃ２を接合強度が強い部分（絶縁基板２２に対し金属板３１，４１の接触面積が多い部分）に設けてもよい。
○接着剤は、塗布するものではなく、予め絶縁基板の面に加熱によって接着剤になる接着剤層が形成されて加熱によって接着剤層が液化するものでもよい。

次に、実施形態及び変形例から把握することができる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記拡がり部は、全ての前記貫通孔に設けられることを特徴とする請求項３〜請求項５のうちいずれか一項に記載の配線板。

Ｃ１，Ｃ２…層間接続部、２０，９０…配線板、２２…絶縁基板、２４…基材貫通孔、２６…半田、２７…拡がり部、３１，７１…第１の金属板、３３，７２…第１の折曲がり部、４１，８１…第２の金属板、４１ａ，８１ａ…露出面、４２，８２…第２の折曲がり部、４３…検査用貫通孔。

Claims

基材の表面に設けられる第１の金属板と、前記基材の裏面に設けられる第２の金属板とを有し、前記第１の金属板及び前記第２の金属板は前記基材に接着される接着部と前記基材に接着されない非接着部とを有し、前記第１の金属板と前記第２の金属板とを導電材で導電する層間接続部が形成された配線板であって、
前記第１の金属板は、前記導電材を入れる導電材入口を有し、
前記第２の金属板は、前記導電材入口と連通する少なくとも一つの貫通孔を有し、
前記第１の金属板と前記第２の金属板とを前記導電材入口及び前記貫通孔に入り込んだ前記導電材で接続した層間接続部を有し、
前記第１の金属板及び前記第２の金属板の少なくとも一方は、前記非接着部に、他方に向けて折れ曲がるとともに前記層間接続部に含まれる折曲がり部を有し、
前記導電材は、前記貫通孔から前記貫通孔の径方向に拡がる拡がり部を有し、前記拡がり部は、前記第２の金属板の露出面から前記第２の金属板の厚さ方向に突出しており、前記導電材は半田であることを特徴とする配線板。
前記第１の金属板は、前記第２の金属板に向けて折り曲がる第１の折曲がり部を有し、
前記第２の金属板は、前記第１の金属板に向けて折り曲がる第２の折曲がり部を有することを特徴とする請求項１に記載の配線板。
前記導電材入口に対して前記貫通孔は複数連通し、
前記拡がり部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線板。
前記層間接続部は、複数個設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の配線板。