JP6498974B2 - 回路基板と電子部品との接合構造、電子回路基板、回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路導体と絶縁体とが一体成形された回路基板と電子部品との接合構造等に関するものである。

プリント配線基板などに電子部品を実装する際には、電子部品の電極や端子とプリント配線基板のパッドとを半田で接合するのが一般的である。この際、半田の接合信頼性を高めるため、余剰半田のはみだし等を防止する必要がある。

この方法として、例えば、プリント配線基板に形成される電子部品実装用のパッド表面に、突出部を設ける方法が提案されている（特許文献１）。

また、金属導体であるコネクタ端子と電子部品の接合面に、格子状または放射状の細溝を設ける方法が提案されている（特許文献２）。

特開平４−３４６２９１号公報 特開平９−２７６７５号公報

しかし、特許文献１のようにパッド部分に突起を形成すると、実装される電子部品の電極等が突起上に斜めになって乗り上げた状態となり得る。このように電子部品が斜めに接合されると、実装品質を低下させることとなる。

また、特許文献２のようにパッド部分に微細な溝を格子状または放射状に形成すると、実装される電子部品の位置によって、電極等と交差する溝数が変わる恐れがある。このため、電子部品の左右で、電極等と接合される半田量が異なる場合がある。このようになると、半田の表面張力によって電子部品が持ち上げられる、いわゆるマンハッタン現象が生じる恐れがある。

一方、基板に実装される電子部品のうち、高電圧・大電流が負荷される部品については、それぞれのパーツを別々に製造後、それらを基板の外部に接続する必要がある。しかし、このような構成は、装置の大型化や組付け性不良を招く。これに対し、プレスにより複数の回路素材を成形し、回路素材を接合した状態で、射出成形等によって基板を一体成形する方法がある。射出成形基板を用いることで、高電圧・大電流に耐えうる回路をプレスによって成形することができる。

しかし、一般的に、プレスによる加工精度は、板厚の半分程度までであり、特許文献１や特許文献２のような微細な構造をプレス加工で製造される射出成形基板に適用することは困難である。また、突起や溝が大型化すればするほど、前述した電子部品の乗り上げやマンハッタン現象の可能性が高くなる。しかし、プレス加工後に、レーザ加工などで微細な溝加工などを施すためには、製造コストが増加する。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、製造性に優れ、接合信頼性に優れた回路基板と電子部品との接合構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、回路導体と前記回路導体を覆うように形成された絶縁体とが一体化した回路基板と電子部品との接合構造であって、前記回路基板は、前記回路導体の一部が表面に露出する回路導体露出部を具備し、前記回路導体露出部には、溝が形成され、前記電子部品の端子または電極が、前記溝の上部に接合され、前記溝の幅が前記溝の形成方向に対して略一定であり、前記溝は、長さ方向および幅方向の全方向が前記回路導体または前記絶縁体で塞がれ、上方にのみ開口しており、一対の前記回路導体露出部が対向して配置され、前記電子部品の下部であって一対の前記回路導体露出部同士の間には、絶縁体で埋められていない空間が形成され、前記溝の前記空間側が前記絶縁体で塞がれていることを特徴とする回路基板と電子部品との接合構造である。

前記電子部品は、前記電子部品の本体を挟んで対向する位置のそれぞれに一つ以上の端子または電極を備え、前記回路導体露出部には、それぞれの前記端子または電極に対応してそれぞれ形成された溝を有し、対向するそれぞれの前記溝の幅は互いに同じ略一定の幅を有してもよい。

前記溝は、前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に対して略平行な方向にのみ形成され、他の方向に形成される他の溝と交差しないことが望ましい。

前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に垂直な方向に対する、前記回路導体露出部の幅をＡ、前記溝の幅をＢ、前記端子又は前記電極の幅をＣとすると、
Ｂ＜Ｃ＜Ａを満たし、かつ、
前記回路導体露出部の端部から前記溝の縁部までの距離が、（Ａ−Ｃ）以上であることが望ましい。

前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に対する、前記溝の長さをＤ、前記端子又は前記電極の長さをＥとすると、Ｅ＜Ｄを満たすことが望ましい。

第１の発明によれば、プレス加工で溝が形成されるため、回路導体の加工と同時に溝を形成することができる。このため、別途溝加工を行う必要がない。また、溝の幅が略一定であるため、対向する各端子または電極に対して、半田の量を均一にすることができる。また、溝の長さ方向および幅方向の全方向が回路導体または絶縁体で塞がれ、上方にのみ開口すれば、半田が溝から流れ出すことを防止することができる。

また、対向するそれぞれの左右の溝の幅を互いに同じ略一定の幅とすることで、左右の電極等につく半田の量を同程度にすることができ、マンハッタン現象を防止することができる。

この際、溝は、電子部品側から端子または電極の突出方向に対して略平行な方向にのみ形成され、他の方向に形成される他の溝と交差しないようにすることで、確実に、溝の幅を略一定にすることができる。

また、回路導体露出部の幅をＡ、溝の幅をＢ、端子又は電極の幅をＣとしたときに、Ｂ＜Ｃ＜Ａを満たすことで、端子又は電極を確実に回路導体露出部に配置することができる。また、回路導体露出部の端部から溝の縁部までの距離が、（Ａ−Ｃ）以上であれば、端子又は電極を、確実に溝上に配置することができる。

また、溝の長さをＤ、端子又は電極の長さをＥとしたとき、Ｅ＜Ｄを満たせば、端子又は電極を、確実に溝上に配置することができ、回路導体露出部に対して、端子又は電極の位置がずれても、半田の量を一定にすることができる。

第２の発明は、回路基板と電子部品との接合構造を具備することを特徴とする電子回路基板である。

第２の発明よれば、信頼性の高い電子回路基板を得ることができる。

第３の発明は、回路導体と前記回路導体を覆うように形成された絶縁体とが一体化した回路基板の製造方法であって、前記回路導体を回路素材から形成すると同時に、前記回路導体の表面の一部に、形成方向に対して幅が略一定であるように溝を形成し、前記回路導体を絶縁体で覆うと共に、前記溝を含む前記回路導体の一部が表面に露出するように、回路導体露出部を形成し、前記回路導体露出部の前記溝の上部に電子部品の端子または電極を接合し、前記溝は、長さ方向および幅方向の全方向が前記回路導体または前記絶縁体で塞がれ、上方にのみ開口しており、一対の前記回路導体露出部が対向して配置され、前記電子部品の下部であって一対の前記回路導体露出部同士の間には、絶縁体で埋められていない空間が形成され、前記溝の前記空間側が前記絶縁体で塞がれていることを特徴とする回路基板の製造方法である。

前記回路導体および前記溝は、プレス加工によって一括で形成されてもよい。

第３の発明によれば、回路導体の加工と同時に溝を形成することができる。このため、別途溝加工を行う必要がない。また、溝の幅が略一定であるため、対向する各端子または電極に対して、半田の量を均一にすることができる。

特に、回路導体と溝とをプレス加工で形成すれば、加工が容易である。

本発明によれば、製造性に優れ、接合信頼性に優れた回路基板と電子部品との接合構造等を提供することができる。

回路基板１を示す平面図。 回路基板１の断面図であり、図１のＺ−Ｚ線断面図。 （ａ）は、回路導体露出部７へ電子部品３を配置する前の状態を示す図、（ｂ）は、回路導体露出部７へ電子部品３を配置した後の状態を示す図。 （ａ）は、回路導体露出部７へ電子部品３ａを配置する前の状態を示す図、（ｂ）は、回路導体露出部７へ電子部品３ａを配置した後の状態を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、溝１１の他の実施形態を示す図。 溝１１の幅と、電極１３の幅の関係を示す図。 溝１１の長さと、電極１３の長さ等の関係を示す図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、溝１１の他の実施形態を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、回路基板１を示す平面図であり、図２は、図１のＺ−Ｚ線断面図である。なお、図１においては、半田の図示を省略する。

回路基板１は、回路導体５の一部が絶縁体である樹脂９によって被覆される。また、回路導体５の一部は、樹脂９から露出する。樹脂９から露出する部位が、回路導体露出部７となる。なお、以下の説明では、絶縁体として樹脂の例を示すが、絶縁体であれば、例えばＡｌＮなど樹脂以外も適用可能である。

回路導体５は、特に限定されないが、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを適用することができる。また、回路導体５は、プレス加工によって形成される。

樹脂９は、特に限定されないが、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などを用いることができる。

回路導体露出部７は、実装される電子部品３との接合部となる。回路導体露出部７は、電子部品３の電極１３と半田で接合される。なお、電子部品３としては、例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、トランジスタ、半導体集積回路などいずれでもよい。電子部品３の配置や、個数などは、図示した例には限られない。

次に、回路基板１の製造方法について説明する。まず、複数の回路導体５を成形する。回路導体５は、例えば、回路素材である金属板からプレス等で加工される。また、金属板の厚みは、例えば０．４ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

金属板を所定の形状に打ち抜くと同時に、所定の場所に溝１１を形成する。回路導体５と溝１１とをプレス加工によって一括で形成することで、加工が容易に行える。溝１１の詳細は後述する。このようにして、回路導体５を形成し、必要に応じて回路導体５同士を接合する。回路導体５同士の接合は例えば溶接により行われる。なお、回路導体５は１層のみではなく、複数層に層状に形成されてもよい。また、プレス加工以外の方法、例えばワイヤーカット放電加工によって回路導体５を成形しても良い。

得られた回路導体５を金型にセットし、樹脂９を金型内に射出することで、回路導体５の表面または層間が樹脂９によって被覆され、回路基板１が形成される。なお、射出成形以外の方法で樹脂９と回路導体５とを一体化してもよく、例えば、３Ｄプリンタにより樹脂を堆積させて樹脂９と回路導体５とを一体化してもよい。

次に、回路基板１と電子部品３との接続構造について説明する。図３（ａ）に示すように、少なくとも一対の回路導体５が隙間をあけて、回路導体露出部７が互いに対向するように配置される。また、それぞれの回路導体露出部７には、１本の溝１１が形成される。

溝１１は、電子部品３側から、電子部品３の側方に形成された電極１３の突出方向（図中Ｘ方向）に対して略平行に形成される。なお、略平行とは、電子部品３の側方に形成された電極１３の突出方向（図中Ｘ方向）と溝の形成方向とが±１０°程度以内の誤差であることが望ましい。なお、回路導体露出部７の長さ（図中Ｘ方向）は、例えば１．６ｍｍ程度であり、幅（図中Ｘに垂直な方向）は０．８ｍｍ程度である。また、溝１１の深さは例えば０．２〜０．８ｍｍ程度である。

なお、以下の説明では、電極１３は、電子部品３に対して対向する位置にそれぞれ形成される例について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、図示したように、溝１１が同一直線状に配置されてもよく、溝１１の形成軸がずれていてもよい。また、電子部品３に対して対向する位置に複数の電極１３が形成されてもよい。

なお、溝１１は、溝１１の形成方向（図中Ｘ方向）に対して、略一定の幅（形成方向に垂直な方向の幅）で形成される。また、対向するそれぞれの溝１１も、互いに略一定の幅（同一の幅）で形成される。なお、略一定の幅とは、溝１１の形成方向に沿って、溝の幅の変化が、所定値±５％であることを指すものとする。また、溝１１は、他の方向の溝と交差することもない。すなわち、溝１１は、電子部品３の側方に形成された電極１３の突出方向に略平行な方向にのみ形成され、他の方向に形成される他の溝と交差することはない。

図３（ｂ）に示すように、電子部品３を回路導体露出部７上に配置すると、電子部品３の電極１３は、溝１１上に配置される。この状態で、半田１５によって電極１３と回路導体露出部７を接合することで、電子部品３は実装される。なお、このように、電子部品３が回路導体露出部７上に接合された構造を、回路基板１と電子部品３との接合構造１０とする。

回路基板１と電子部品３とを半田１５で接合すると、余剰の半田１５は、溝１１内に流れる。したがって、余剰の半田１５が回路基板１の上面にはみ出すことがない。

なお、本発明では、図４（ａ）に示すように、両側方に端子１３ａが突出する電子部品３ａに適用することもできる。この場合でも、溝１１は、電子部品３ａ側から、電子部品３ａの側方に形成された端子１３ａの突出方向（図中Ｘ方向）に対して略平行に形成される。

同様に、図４（ｂ）に示すように、電子部品３ａを回路導体露出部７上に配置すると、電子部品３ａの端子１３ａは、溝１１上に配置される。この状態で、半田１５によって端子１３ａと回路導体露出部７を接合することで、電子部品３は実装される。このように、本発明は、電子部品の形態は問わず、電極１３又は端子１３ａの突出方向に略平行な溝１１が形成されればよい。

なお、図３、図４に示す例では、対向する回路導体露出部７同士の間には空間が形成される。すなわち、電子部品３等の下部には、空間が形成される。このようにすることで、電子部品３等の放熱性を高めることができる。なお、回路導体露出部７同士の間には、図示した様な空間を形成せずに、樹脂９で埋めてもよい。

ここで、図示した例では、溝１１が回路導体露出部７の端部まで連続して形成され、対向する回路導体露出部７同士の間の空間に開口している。したがって、このようなに空間を形成する場合には、半田１５が当該空間に流れ出す恐れがある。

そこで、本発明では、当該空間を維持したまま溝１１からの半田１５の流れ出しを防止するため、図５（ａ）に示すように、溝１１の端部（空間側の端部）を樹脂９で塞いでもよい。このようにすることで、溝１１の長さ方向（形成方向）および幅方向（形成方向に垂直な方向）の全方向が回路導体５および樹脂９で塞がれ、上方にのみ開口することなる。このため、半田１５が溝１１から流れ出すことがない。

また、図５（ｂ）に示すように、溝１１の端部（空間側の端部）を回路導体５自体で塞いでもよい。このようにすることで、溝１１の長さ方向（形成方向）および幅方向（形成方向に垂直な方向）の全方向が回路導体５で塞がれ、上方にのみ開口することなる。このため、半田１５が溝１１から流れ出すことがない。

次に、溝１１の形状の詳細について説明する。図６は、溝１１と電極１３（端子１３ａ）の幅方向の断面図である。図示したように、電子部品側から電極１３（端子１３ａ）の突出方向に垂直な方向に対する、回路導体露出部７の幅をＡとし、溝１１の幅をＢとし、電極１３（端子１３ａ）の幅をＣとする。この場合、Ｂ＜Ｃ＜Ａの関係を満たす。

また、回路導体露出部７の両方の端部から溝１１の縁部までのそれぞれの距離が、いずれも（Ａ−Ｃ）以上の関係を満たす。このようにすることで、電極１３（端子１３ａ）が、回路導体露出部７の中心から幅方向にずれたとしても、確実に電極１３（端子１３ａ）を回路導体露出部７の溝１１上に配置させることができる。また、この際、電極１３（端子１３ａ）が、溝１１に落ち込むことがない。

図７は、溝１１と電子部品３ａの長さ方向の断面図である。なお、図では電子部品３ａの例を示すが、電子部品３も同様である。図に示すように、溝１１の長さをＤとし、端子１３ａの長さをＥとする。この場合、Ｅ＜Ｄの関係を満たす。なお、溝１１の端部が空間側に開口している場合には、溝１１の長さＤは、回路導体露出部７の端面までの距離とする。

このようにすることで、電極１３（端子１３ａ）が、回路導体露出部７の長さ方向にずれたとしても、確実に電極１３（端子１３ａ）を回路導体露出部７の溝１１上に配置させることができる。

なお、さらに望ましくは、端子１３ａ間の長さをＬ１とし、溝１１間の長さをＬ２とすると、Ｌ１≧Ｌ２、かつ、Ｌ１＋Ｅ≦Ｌ２＋Ｄが望ましい。このようにすると、電子部品３ａを配置する際、一方の端子１３ａの基部が溝１１の端部（溝１１同士の対向側の端部）側へずれたとしても、対向する端子１３ａの先端が、溝１１からずれることがない。

以上説明したように、本実施形態の回路基板１によれば、回路導体露出部７に溝１１が形成される。このため、余剰な半田１５が溝１１内に流れるため、半田１５が回路基板１の上面にはみ出すことがない。また、溝１１は例えばプレス加工で形成可能なサイズであるため、回路導体５の切断加工と同時に一括して溝１１を形成することができる。このため、製造性に優れる。

また、溝１１は、電子部品３（３ａ）の側方に形成された電極１３（端子１３ａ）の突出方向に略平行な方向にのみ形成され、他の方向に形成される他の溝と交差することはない。このため、溝１１上での電極１３（端子１３ａ）の位置によって、電極１３（端子１３ａ）と接触する溝１１内の半田１５の量が変化することがない。このため、溝１１上で電極１３（端子１３ａ）の位置がずれても、前述したマンハッタン現象などが起こることがない。

また、回路導体露出部７の幅をＡとし、溝１１の幅をＢとし、電極１３（端子１３ａ）の幅をＣとすると、Ｂ＜Ｃ＜Ａの関係を満たし、かつ、回路導体露出部７の両方の端部から溝１１の縁部までのそれぞれの距離が、いずれも（Ａ−Ｃ）以上の関係を満たす。このため、電極１３（端子１３ａ）が確実に溝１１上に配置されるとともに、電極１３（端子１３ａ）の位置が回路導体露出部７の中心からずれたとしても、溝１１と電極１３（端子１３ａ）との幅方向のラップ長が変わることがない。

また、同様に、溝１１の長さをＤとし、端子１３ａの長さをＥとすると、Ｅ＜Ｄの関係を満たすため、電極１３（端子１３ａ）の位置が、回路導体露出部７の中心から長さ方向にずれたとしても、溝１１と電極１３（端子１３ａ）との長さ方向のラップ長が変わることがない。このため、前述したマンハッタン現象などが起こることがない。

なお、溝１１の断面形状は、略矩形の場合には限られない。例えば、図８（ａ）に示すように、円弧形状を有する溝１１ａとしてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、逆三角形状の溝１１ｂとしてもよい。このように、上方に向かってテーパ状とすることで、溝の加工性が良い。この場合、溝１１ａ、１１ｂの幅は、開口部における幅で考えるものとする。また、図８（ｃ）に示すように、複数本の溝１１ｃを形成してもよい。このように、本発明では、溝は１本であってもよく、複数本であってもよい。この場合、複数本の溝の幅の合計が、溝の形成方向に沿って略一定であるのが好ましい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………回路基板
３、３ａ………電子部品
５………回路導体
７………回路導体露出部
９………樹脂
１０………接合構造
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ………溝
１３………電極
１３ａ………端子
１５………半田

Claims (8)

1. 回路導体と前記回路導体を覆うように形成された絶縁体とが一体化した回路基板と電子部品との接合構造であって、
   前記回路基板は、前記回路導体の一部が表面に露出する回路導体露出部を具備し、
   前記回路導体露出部には、溝が形成され、前記電子部品の端子または電極が、前記溝の上部に接合され、
   前記溝の幅が前記溝の形成方向に対して略一定であり、
   前記溝は、長さ方向および幅方向の全方向が前記回路導体または前記絶縁体で塞がれ、上方にのみ開口しており、
   一対の前記回路導体露出部が対向して配置され、前記電子部品の下部であって一対の前記回路導体露出部同士の間には、絶縁体で埋められていない空間が形成され、前記溝の前記空間側が前記絶縁体で塞がれていることを特徴とする回路基板と電子部品との接合構造。
2. 前記電子部品は、前記電子部品の本体を挟んで対向する位置のそれぞれに一つ以上の端子または電極を備え、
   前記回路導体露出部には、それぞれの前記端子または電極に対応してそれぞれ形成された溝を有し、対向するそれぞれの前記溝の幅は互いに同じ略一定の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板と電子部品との接合構造。
3. 前記溝は、前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に対して略平行な方向にのみ形成され、他の方向に形成される他の溝と交差しないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板と電子部品との接合構造。
4. 前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に垂直な方向に対する、前記回路導体露出部の幅をＡ、前記溝の幅をＢ、前記端子又は前記電極の幅をＣとすると、
   Ｂ＜Ｃ＜Ａを満たし、かつ、
   前記回路導体露出部の端部から前記溝の縁部までの距離が、（Ａ−Ｃ）以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回路基板と電子部品との接合構造。
5. 前記電子部品側から前記端子または前記電極の突出方向に対する、前記溝の長さをＤ、前記端子又は前記電極の長さをＥとすると、
   Ｅ＜Ｄを満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回路基板と
   電子部品との接合構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の回路基板と電子部品との接合構造を具備することを特徴とする電子回路基板。
7. 回路導体と前記回路導体を覆うように形成された絶縁体とが一体化した回路基板の製造方法であって、
   前記回路導体を回路素材から形成すると同時に、前記回路導体の表面の一部に、形成方向に対して幅が略一定であるように溝を形成し、
   前記回路導体を絶縁体で覆うと共に、前記溝を含む前記回路導体の一部が表面に露出するように、回路導体露出部を形成し、
   前記回路導体露出部の前記溝の上部に電子部品の端子または電極を接合し、
   前記溝は、長さ方向および幅方向の全方向が前記回路導体または前記絶縁体で塞がれ、上方にのみ開口しており、
   一対の前記回路導体露出部が対向して配置され、前記電子部品の下部であって一対の前記回路導体露出部同士の間には、絶縁体で埋められていない空間が形成され、前記溝の前記空間側が前記絶縁体で塞がれていることを特徴とする回路基板の製造方法。
8. 前記回路導体および前記溝は、プレス加工によって一括で形成されることを特徴とする請求項７記載の回路基板の製造方法。

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