JP7014486B2 - 配線パターン構造及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、配線パターン構造及び電子機器に関する。

従来、クラック等による炭化燃焼による基板延焼を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。当該技術では、大電流が流れる電気部品に対応するランド部分に、分岐配線、切りかきパターン、空隙部が適所に形成される。分岐配線は、ランド部分を有する本配線から分岐し、ランド部分一つに対し、少なくとも一つの分岐配線が配置されるように形成される。分岐配線はランド部分から所定距離離れた点を分岐点として該分岐点から本配線と分岐し、本配線を挟んで、本配線と平行に配置されており、幅は本配線と同じ大きさであって、分岐点から延長されている向きは逆方向となっている。また、分岐配線が延長される長さは、ランド部分の中心位置に到達する長さまで延長されていることが望ましいとされている。

特開２０１１－２４３９１８号公報 特開２００２－１６４６６６号公報

車載機器等の電子機器においては、給電を受ける電源ライン付近において比較的大きな電流が流れる。特に多層基板の内層において電源供給用の配線パターンとグラウンドパターンとの間でショートが発生すると、基板が炭化しさらに電源側へ基板が延焼するおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板内でショートが発生した場合であってもショート箇所の拡大を抑制するための技術を提供することを目的とする。

本発明に係る配線パターン構造は、電子機器に搭載される多層基板の内層に設けられる。また、配線パターン構造は、直流電源の正極に配線を介して接続される第１の配線パターンと、直流電源の負極に配線を介して接続され、所定の長さ以上にわたって第１の配線パターンと並行して設けられる第２の配線パターンとを含み、第１の配線パターン及び第２の配線パターンの少なくとも一方の配線パターンには、他方の配線パターンと対向する側の縁部に、他方の配線パターンとは反対側に凹む凹部を有する。

このようにすれば、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間にショートが発生した場合であっても、連鎖的に生じるショート箇所の拡大が凹部の位置で阻害される。すなわち、基板内でショートが発生した場合であってもショート箇所の拡大を抑制することができる。

また、凹部は、第２の配線パターンに設けられるものであってもよい。一般的に、直流電源の負極に接続されるグラウンド側の第２の配線パターンの方が広範囲に設けられ、凹部を設けた場合に回路全体への影響が少ないため好ましい。

また、凹部には、第１の配線パターン及び第２の配線パターンから離間されて、第３の
配線パターン又は多層基板の少なくとも一部の層を貫通する孔が設けられるようにしてもよい。信号線等、何らかの用途に用いられる第３の配線パターンを設ける場合は、凹部の領域を有効に活用することができる。また、孔を設ける場合は、ショート箇所の拡大を抑制する効果を向上させることができる。

また、凹部は、第１の配線パターンを電流が流れる方向における第１の配線パターンと第２の配線パターンとが並行して設けられる範囲に対して２０％以上の割合の大きさで設けられるようにしてもよい。この程度の間隔で凹部を設けることにより、ショート箇所が大きく拡大することが抑制できる。

また、第３の配線パターン又は孔は、第１の配線パターンを電流が流れる方向における第１の配線パターンと第２の配線パターンとが並行して設けられる範囲に対して２０％以上の割合の大きさで設けられるようにしてもよい。この程度の間隔で第３の配線パターン又は孔を設けることにより、ショート箇所が大きく拡大することが抑制できる。

また、凹部は、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの距離の２倍以上、他方の配線パターンとは反対側に凹むようにしてもよい。具体的には、凹部の深さについては、このような大きさをとることでショート箇所の拡大を抑制する効果を向上させることができる。

また、凹部は、第１の配線パターンを電流が流れる方向に、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの距離の２倍以上の長さにわたり設けられるようにしてもよい。具体的には、凹部の幅については、このような大きさを採用することでショート箇所の拡大を抑制する効果を向上させることができる。

また、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの距離は、第１の配線パターンを電流が流れる方向における凹部の端から所定の範囲の第１の配線パターンと第２の配線パターンとの距離の平均値であってもよい。所定の大きさを採用することで、ショート箇所の拡大を抑制する効果を向上させることができる。

また、上記の所定の長さは、１０ミリメートルであってもよく、上記の所定の範囲は、２ミリメートルであってもよい。所定の長さが１０ミリメートル以上にわたり並行して設けられる部分であって、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの距離が、並行して設けられる部分の内２ミリメートルの範囲の平均値程度の場合は、ショートが拡大する余地が比較的大きく、ショートが拡大した場合に例えば基板を搭載する電子機器から発煙が生じるおそれがある。したがって、所定の長さが１０ミリメートル以上にわたり並行して設けられる部分に凹部を設けることで、特に広範囲にショートが拡大することを抑制できる。

また、上記の配線パターン構造は、電子機器に搭載される基板に採用することができる。直流電源から電力の供給を受ける電子機器に用いることで、ショート箇所の拡大により電子機器から発煙が生じることを抑制できる。

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。

基板内でショートが発生した場合であってもショート箇所の拡大を抑制することができる。

第１の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。 比較例に係る配線パターンの一例を示す図である。 第２の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。 第３、４の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。 第５の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。 第６の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。 第７の実施形態に係る配線パターンの一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態に係る構成を説明する。

＜実施形態１＞
図１は、第１の実施形態に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。図１は、車載装置等の電子機器に搭載される基板１の配線パターン構造の一部を模式的に示している。基板１は多層基板であり、図１は内層の配線パターンの平面図であるものとする。また、基板１は、バッテリ等の直流電源から給電を受けるためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）付近の配線パターンであり、電源からの電流が流入する配線パターン２と、グラウンド用の配線パターン３とを含む。配線パターン２は、電源の正極と配線を介して接続される配線パターンであり、電源パターン２と呼ぶものとする。電源パターン２は、本発明に係る「第１の配線パターン」に相当する。グラウンド用の配線パターン３は、電源の負極と配線を介して接続される配線パターンであり、グラウンドパターン３と呼ぶものとする。グラウンドパターン３は、本発明に係る「第２の配線パターン」に相当する。また、電源パターン２とグラウンドパターン３との間には、幅Ｓの大きさの間隙が設けられている。

電源パターン２は、電源の正極と接続されるコネクタ等のＩ／Ｆ２１を有する。また、グラウンドパターン３は、電源の負極と接続されるコネクタ等のＩ／Ｆ３１を有する。そして、電源パターン２とグラウンドパターン３とは、所定の長さＬ１以上にわたり並行して設けられている。すなわち、電源パターン２及びグラウンドパターン３は、対向する各々の縁部が、間に他の配線パターン等を挟むことなく近接して設けられている。また、電源パターン２の縁部とこれに対向するグラウンドパターン３の縁部とは、略平行に設けられている。なお、電源パターン２の縁部とこれに対向するグラウンドパターン３の縁部とが並行して設けられていればよく、電源パターン２又はグラウンドパターン３の全体の形状は特に限定されない。また、電源パターン２の縁部及びこれに対向するグラウンドパターン３の縁部とは、任意の曲率で曲がっていてもよい。なお、Ｌ１は、例えば１０ミリメートルである。

また、グラウンドパターン３は、電源パターン２と対向する側の縁部に凹部４を有する。すなわち、凹部４は、電源パターン２とは反対側に、グラウンドパターン３の縁部が凹んで形成される。図１の例では凹部４を２つ示しているが、凹部４の数は限定されず、１以上存在すればよい。また、凹部４は、電源パターン２とは反対側に、深さＤ以上、凹んでいる。深さＤは、例えば、上述した幅Ｓの２倍以上の大きさである。また、凹部４は、電源パターン２に電流が流れる方向に沿って、幅Ｗ１以上にわたって設けられる。図１では、電源パターン２に電流が流れる方向を破線の矢印で示す。幅Ｗ１も、例えば、上述した幅Ｓの２倍以上の大きさである。なお、電源パターン２に電流が流れる方向を、電源パターン２の長さ方向と呼び、長さ方向に垂直な方向を電源パターン２の幅方向とも呼ぶものとする。

なお、電源パターン２とグラウンドパターン３との間隙の幅Ｓは、電源パターン２を電流が流れる方向における凹部４の端から凹部４の外側へ向かって所定の範囲の電源パター
ン２とグラウンドパターン３との距離の平均値であるものとする。図１においては、凹部４の端から電流の上流側に所定の範囲を長さＬ２、凹部４の端から電流の下流側に所定の範囲を長さＬ３と表す。長さＬ２及び長さＬ３は、例えばそれぞれ２ミリメートルとする。また、幅Ｓは、例えば０．３～０．８ミリメートル程度である。

＜比較例＞
図２は、比較例に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。図２の基板１０は、その内層に、電源パターン２０とグラウンドパターン３０とを有する。電源パターン２０は、電源からの電流が流入する配線パターンである。また、グラウンドパターン３０は、グラウンド用の配線パターンである。しかしながら、図２の電源パターン２０及びグラウンドパターン３０には、凹部が設けられていない。

図２に示すような基板１０の製造過程におけるエッチング時に、例えば異物によって露光が不十分となり、電源パターン２０とグラウンドパターン３０との間に幅の短い部分が形成されたり、水分によるマイグレーションが発生した場合に、内層においてショート（短絡）することがある。例えば、図２において破線の円５の箇所においてショートが発生した場合、ショートした部分の基板が炭化する。その後、ショートにより生じた炭化物によって、電流の上流側にさらにショートが発生し、ショートした箇所が破線の矢印で示す向きに広がることがある。このような延焼が広範囲に発生すると、基板１０を搭載する電子機器から発煙するおそれがある。

＜作用・効果＞
一方、図１に示した第１の実施形態に係る基板１によれば、仮に内層において電源パターン２とグラウンドパターン３との間にショートが発生した場合であっても、凹部４の位置でショート箇所の拡大が抑制される。すなわち、凹部４においては電源パターン２とグラウンドパターン３との間隙がより大きくなっているため、間隙を超えてショートすることは少なくなる。また、第１の実施形態に示した配線パターン構造は、基板１に電力を供給するためのＩ／Ｆ２１又はＩ／Ｆ３１からヒューズを介さずに設けられる電源パターン２及びグラウンドパターン３に適用する場合に、特に有用といえる。

なお、図１に示す深さＤは、例えば、上述した幅Ｓの２倍以上の大きさであることが好ましい。また、図１に示す幅Ｗ１も、例えば、上述した幅Ｓの２倍以上の大きさであることが好ましい。このような大きさを採用することで、ショートの拡大を抑える効果が高まる。また、電源パターン２とグラウンドパターン３とが、所定の長さＬ１が１０ミリメートル以上にわたり並行して設けられる部分は、ショートが拡大する余地が比較的大きく、ショートが拡大した場合に基板１を搭載する電子機器から発煙が生じるおそれがある。したがって、所定の長さＬ１が１０ミリメートル以上にわたり並行して設けられる部分に凹部４を設けることで、特に広範囲にショートが拡大することを抑制できる。

また、電源パターン２とグラウンドパターン３とが並行して設けられている範囲において、所定の大きさ以内の間隔で凹部４が設けられることが好ましい。すなわち、凹部４の間隔を短くとることで、ショートが拡大する余地を低減させることができる。例えば、電源パターン２を電流が流れる方向における１０ミリメートル程度ごとに、凹部４の同じ方向の長さの合計が２０％以上の割合で存在することが好ましい。このようにしても、ショート箇所が大きく拡大することが抑制できる。

＜実施形態２＞
図３は、第２の実施形態に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。本実施形態においては、上述した実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態においても配線パターンは凹部４を有している。ただし、電源パターン２の縁部のうち、グラウンドパターン３と対向する側に凹部４を有する。すなわち、凹部４は、グラウンドパターン３とは反対側に、電源パターン２の縁部が凹んで形成される。なお、凹部の大きさは、第１の実施形態と同様である。すなわち、凹部４は、グラウンドパターン３とは反対側に、深さＤ以上凹んでおり、深さＤは、例えば上述した幅Ｓの２倍以上の大きさである。また、凹部４は、電源パターン２に電流が流れる方向に沿って、幅Ｗ１以上にわたって設けられ、幅Ｗ１も、例えば上述した幅Ｓの２倍以上の大きさである。

本実施形態に係る配線パターンによっても、凹部４においては電源パターン２とグラウンドパターン３との間隙がより大きくなるため、間隙を超えてショートすることが少なくなる。したがって、凹部４によりショートの拡大を抑制することができる。

＜実施形態３＞
図４は、第３の実施形態に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。本実施形態においても、上述した実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態においては、配線パターンに設けられる凹部４に、信号線等に用いる他の配線パターン６が配置される。電源パターン２とグラウンドパターン３との位置関係、凹部４の位置及び大きさ等は、第１の実施形態と同様である。他の配線パターン６は、本発明に係る「第３の配線パターン」に相当する。

本実施形態においては、電源パターン２又はグラウンドパターン３と他の配線パターン６との間は、電源パターン２とグラウンドパターン３との間ほど電位差が大きくないため、ショートは起こりにくい。また、電源パターン２とグラウンドパターン３との間には、凹部４が設けられ、ショートの拡大を抑制できるようになっている。本実施形態のように、凹部４を設けた領域を他の配線に用いることで、限られた面積を有効に利用することができる。

また、電源パターン２を電流が流れる方向における１０ミリメートル程度ごとに、電源パターン２又はグラウンドパターン３に設けられる他の配線パターン６の同じ方向の長さの合計の割合が、２０％以上であることが好ましい。図４の例では、他の配線パターン６が２つ設けられており、電源パターン２に電流が流れる方向の長さはそれぞれＷ２、Ｗ３である。すなわち、電源パターン２とグラウンドパターン３とが並行して設けられている領域の所定の長さごとに、ある程度の大きさの他の配線パターン６を設けることが好ましい。このようにすれば、ショート箇所が大きく拡大することが抑制できる。

なお、他の配線パターン６は、第２の実施形態に示した電源パターン２に設けられる凹部４に配置するようにしてもよい。また、他の配線パターン６の形状は、特に限定されない。

＜実施形態４＞
第３の実施形態に示した他の配線パターン６に代えて、多層基板の少なくとも一部の層を貫通する孔を設けるようにしてもよい。すなわち、本実施形態においては、図４における配線パターン６の代わりに孔を設ける。電源パターン２とグラウンドパターン３との位置関係、凹部４の位置及び大きさ等は、第３の実施形態と同様である。

また、電流が流れる方向における１０ミリメートル程度の長さに対して、電源パターン２又はグラウンドパターン３に設けられる孔の同じ方向の長さの合計の割合は、２０％以
上であることが好ましい。すなわち、電源パターン２とグラウンドパターン３とが並行して設けられている領域においては、所定の長さごとに、ある程度の大きさの孔を設けることが好ましい。このようにすれば、ショート箇所が大きく拡大することが抑制できる。

本実施形態においては、電源パターン２とグラウンドパターン３との間に孔を設けるため、当該箇所でショートは起こらない。したがって、電源パターン２とグラウンドパターン３との間でショートが発生した場合であっても、ショートの拡大を防止できる。

なお、孔は、第２の実施形態に示した電源パターン２に設けられる凹部４に配置するようにしてもよい。また、孔の形状は、特に限定されない。

＜実施形態５＞
図５は、第５の実施形態に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。本実施形態においても、上述した実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、電源パターン２及びグラウンドパターン３の両者に凹部４が設けられる。また、電源パターン２に設けられた凹部４と、これに対向するようにグラウンドパターン３に設けられた凹部４との深さの合計は、例えば、上述した幅Ｓの２倍以上の大きさであることが好ましい。すなわち、電源パターン２に設けられた凹部４の深さＤ１と、グラウンドパターン３に設けられた凹部４の深さＤ２との和が、幅Ｓの２倍以上の大きさであれば、上述した実施形態と同程度に凹部４の位置でショート箇所の拡大を抑制する効果が得られるといえる。

＜実施形態６＞
図６は、変形例に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。上述した実施形態においては凹部４の形状を模式的に矩形で示したが、凹部４の形状は特に限定されない。例えば矩形の角はアールがついた円弧形状であってもよい。また、矩形でなく、様々な多角形や、半円、半楕円等であってもよい。図６の例では、半楕円形状の凹部４が設けられている。これらの場合も、凹部４の深さＤ、凹部４の幅Ｗ１２の大きさは、電源パターン２とグラウンドパターン３との間隙の幅Ｓを基準として上述した実施形態と同様の大きさにすればよい。

＜実施形態７＞
図７は、第７の実施形態に係る部分的な配線パターンの一例を示す図である。本実施形態においても、上述した実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

一般的に、グラウンド用の配線パターンは、ノイズ対策等のために基板１において可能な限り広い領域をとる。本実施形態では、電源パターン２の幅方向の両側にグラウンドパターン３が設けられている。また、電源パターン２の幅方向の両側においてショートの拡大が生じるおそれがあるため、両方のグラウンドパターン３に、上述した凹部４を設けている。凹部４は、グラウンドパターン３のうち電源パターン２と対向する側の縁部に設けられる。

第７の実施形態によれば、電源パターン２の幅方向の両側にグラウンドパターン３が設けられているような場合においても、適切にショート箇所の拡大を抑制することができる。

＜その他＞
以上、本発明の好ましい実施形態を示したが、これらは本発明の一例であり、本発明は上述した態様には限定されない。また、各実施形態の内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において組み合わせることができる。

例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態に示したように、電源パターン２及びグラウンドパターン３の少なくとも一方の配線パターンが、他方の配線パターンと対向する側の縁部に凹部４を有するようにすればよい。なお、一般的にグラウンドパターン３の方が広範囲に設けられ、凹部４を設けた場合に回路全体への影響が少ないといえる。

１：基板
２：電源パターン（第１の配線パターン）
３：グラウンドパターン（第２の配線パターン）
４：凹部
６：他の配線パターン（第３の配線パターン）

Claims (9)

1. 電子機器に搭載される多層基板の内層に設けられる配線パターン構造であって、
   直流電源の正極に配線を介して接続される第１の配線パターンと、
   前記直流電源の負極に配線を介して接続され、所定の長さ以上にわたって前記第１の配線パターンと並行して設けられる第２の配線パターンと、
   を含み、
   前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンの少なくとも一方の配線パターンには、他方の配線パターンと対向する側の縁部に、前記他方の配線パターンとは反対側に凹む凹部が設けられ、
   前記凹部には、前記第１の配線パターン及び前記第２の配線パターンから離間されて、第３の配線パターン又は前記多層基板の少なくとも一部の層を貫通する孔が設けられる
   配線パターン構造。
2. 前記凹部は、前記第２の配線パターンに設けられる
   請求項１に記載の配線パターン構造。
3. 前記第３の配線パターン又は前記孔は、前記第１の配線パターンを電流が流れる方向における前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとが並行して設けられる範囲に対して２０％以上の割合の大きさで設けられる
   請求項１に記載の配線パターン構造。
4. 前記凹部は、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの距離の２倍以上、前記他方の配線パターンとは反対側に凹む
   請求項１から３のいずれか一項に記載の配線パターン構造。
5. 前記凹部は、前記第１の配線パターンを電流が流れる方向に、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの距離の２倍以上の長さにわたり設けられる
   請求項１から４のいずれか一項に記載の配線パターン構造。
6. 前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの距離は、前記第１の配線パター
   ンを電流が流れる方向における前記凹部の端から前記凹部の外側に所定の範囲の前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンとの距離の平均値である
   請求項４又は５に記載の配線パターン構造。
7. 前記所定の範囲は、２ミリメートルである
   請求項６に記載の配線パターン構造。
8. 前記所定の長さは、１０ミリメートルである
   請求項１から７のいずれか一項に記載の配線パターン構造。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の配線パターン構造を有する基板を搭載する電子機器。

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