JP7376001B1 - 積層構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＭＣ特性を向上させることが可能な積層構造体を提供する。【解決手段】積層構造体は、第１の基板と、第１の基板に重ねて配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板とを直接接続するコネクタと、棒状導体と、を備え、棒状導体は、第１の基板のグランドと第２の基板のグランドとを接続している。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基板を立体的に組み合わせた積層構造体に関する。

従来、モータドライバ等の各種装置において、小型化を実現するために複数の基板を立体的に組み立てて積層構造にすることが知られている。

また、複数の基板を備える装置において、複数の基板のグランドを繋ぐことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１２０１５５号公報

ところで、各種装置においては、グランドのインピーダンスが高いと、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）特性の低下を招くおそれがある。そこで、従来、基板内層に回路グランドとしてのグランド層を設けたり、プレーン状のフレームグランドを設けたりすることによりグランドのインピーダンスを低下させることが行われているが、積層構造により小型化を実現する場面においては、インピーダンスが高くなってしまいＥＭＣ特性が低下してしまう場合があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、ＥＭＣ特性を向上させることが可能な積層構造体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の積層構造体は、
第１の基板と、
前記第１の基板に重ねて配置される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを直接接続するコネクタと、
棒状導体と、を備え、
前記棒状導体は、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続している
ことを特徴とする。

このような構成においては、コネクタによって基板同士が直接接続されるため、コネクタの端子を介して両基板のグランドを接続することで、両基板のグランドは十分に共通化されるようにも思える。しかし、このような構成において、棒状導体でグランドを接続したことにより、グランドのインピーダンスを低下させ、ＥＭＣ特性を向上させることが可能となった。

また、本発明の前記構成において、前記第１の基板および前記第２の基板は、前記棒状導体とはんだにより接続されるパッドを有してもよい。

このような構成によれば、棒状導体をネジ等により接続する必要が無く、積層構造体を小型化することが可能となる。

また、本発明の前記構成において、前記コネクタは、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続する端子を有してもよい。

このような構成においては、コネクタの端子を介して両基板のグランドが接続されるため、両基板のグランドは十分に共通化されているようにも思える。また、両基板のグランドを接続する端子を複数用意することでグランドの強化を図ることもできる。しかし、このような構成において、端子での両基板のグランドの接続にとどまらず、棒状導体でのグランドの接続をしたことにより、グランドのインピーダンスを低下させ、ＥＭＣ特性を向上させることが可能となった。

また、本発明の前記構成において、前記第２の基板には、当該第２の基板の外縁部から面方向内側に向かって切り欠かれた形状の切り欠き部が設けられており、
前記棒状導体は、前記切り欠き部に挿通されていてもよい。

このような構成によれば、基板に孔を設け、当該孔に棒状導体を挿通させる場合に比べ、積層構造体の製造コストを低減させることができる。また、棒状導体の形状の自由度を高めることができる。

本発明によれば、積層構造体のＥＭＣ特性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る積層構造体の一例を示す図である。 同、積層構造体の概略斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態の積層構造体１の一例を示す図である。本実施形態では、積層構造体１は、協働ロボットや小型制御機器に内蔵されるモータドライバとなっているが、その他の用途に用いられるものであってもよい。

積層構造体１は、複数の基板、具体的には、第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３、および第４基板１４の４枚の基板を備える。また、積層構造体１は、複数の棒状導体２０と、複数のコネクタ２１とを有する。なお、各基板は、少なくとも両面に配線パターンを有する基板（具体的には、両面基板または多層基板）であってもよく、片面基板であってもよい。

第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３、および第４基板１４は、この順で重ねて配置されている。なお、以下では、便宜上、積み重ね方向における第１基板１１側を下、第４基板１４側を上として説明することがあるが、本実施形態における上下方向は、積層構造体１の使用状態における上下方向を限定するものではない。換言すると、図１（ａ）は積層構造体１の平面図、図１（ｂ）は積層構造体１の左側面図、図１（ｃ）は積層構造体１の正面図、図１（ｄ）は積層構造体１の右側面図、図１（ｅ）は積層構造体１の背面図といえるが、これら図面の呼称は使用状態における積層構造体１の向きを限定するものではない。

隣接する基板同士は、コネクタ２１を介して接続されている。具体的には、第１基板１１と第２基板１２、第２基板１２と第３基板１３、第３基板１３と第４基板１４は、それぞれコネクタ２１を介して接続されている。より具体的には、コネクタ２１は、スタッキングコネクタとなっている。そして、スタッキングコネクタを構成する一方のコネクタ（オスコネクタ）が互いに隣接する基板のうちの一方に設けられるとともに、スタッキングコネクタを構成する他方のコネクタ（メスコネクタ）が互いに隣接する基板のうちの他方に設けられており、当該一方のコネクタと当該他方のコネクタとが接続されることで、隣接する基板同士が電気的および機械的に直接（換言すると、他の基板やハーネス等を介さずに）接続されている。なお、隣接する基板同士を接続するコネクタ２１の数は、１であってもよく、複数であってもよい。また、隣接する基板同士がコネクタ２１により直接接続されておらず、コネクタ以外の要素（換言すると、他の基板やハーネス等）を介して接続されていてもよい。

また、コネクタ２１によって接続される２つの基板は、コネクタ２１を介して信号の送受信を行う。また、コネクタ２１によって接続される２つの基板は、コネクタ２１を介して互いのグランドが接続されている。すなわち、コネクタ２１は、接続する両基板の信号パターンを電気的に接続する端子と、接続する両基板のグランドを電気的に接続する端子とを有している。なお、１つのコネクタ２１が、接続する両基板のグランド（例えば、第１基板１１のグランドと第２基板１２のグランド）を接続する端子を複数有していてもよい。また、特定の２つの基板を接続するコネクタ２１が複数あり、各コネクタ２１が、当該特定の２つの基板のグランド（例えば、第１基板１１のグランドと第２基板１２のグランド）を接続する端子を有していてもよい。

なお、コネクタ２１は、積層構造体１を構成する基板（第１基板１１、第２基板１２、第３基板１３、および第４基板１４）同士を接続するためのコネクタであるが、各基板は、コネクタ２１以外のコネクタを有していてもよい。すなわち、積層構造体１を構成する各基板には、積層構造体１を構成する基板以外の部品との接続に用いられるコネクタ２２が設けられていてもよい。

棒状導体２０は、棒状の導体である。積層構造体１は、棒状導体２０ａと棒状導体２０ｂと棒状導体２０ｃの３つの棒状導体２０を備えている。図２は、積層構造体１の基板と棒状導体２０との位置関係を示す概略斜視図である。棒状導体２０の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、銅によって形成されてもよい。また、棒状導体２０には、ニッケルメッキ等が施されていてもよい。また、棒状導体２０の断面形状（積み重ね方向から見た形状）は、特に限定されるものではなく、例えば丸形等としてもよいが、本実施形態では、四角形（具体的には、角丸の四角形）となっている。

棒状導体２０ａは、第１基板１１のグランドと、第２基板１２のグランドと、第３基板１３のグランドと、第４基板１４のグランドとを接続している。また、棒状導体２０ｂは、第１基板１１のグランドと、第２基板１２のグランドと、第３基板１３のグランドと、第４基板１４のグランドとを接続している。すなわち、第１基板１１のグランドと、第２基板１２のグランドと、第３基板１３のグランドと、第４基板１４のグランドとが、棒状導体２０ａおよび棒状導体２０ｂによって導通されている。また、棒状導体２０ｃは、第２基板１２のグランドと、第３基板１３のグランドと、第４基板１４のグランドとを接続している。すなわち、第２基板１２のグランドと、第３基板１３のグランドと、第４基板１４のグランドとが、棒状導体２０ｃによって導通されている。

具体的には、各基板と各棒状導体２０は、以下のように接続されている。すなわち、各基板は、棒状導体２０が挿通される切り欠き部２４を有している。切り欠き部２４は、基板における、外縁部から面方向内側に向かって切り欠かれた形状の部分である。また、各基板の各切り欠き部２４の周囲には、はんだ付けをするためのパッド２５が設けられている。また、各基板の各パッド２５は、その基板のグランドと電気的に繋がっている。

各基板と各棒状導体２０とは、パッド２５と棒状導体２０とがはんだで接合されることにより接続されている。本実施形態では、パッド２５は、各基板の上面に設けられており、下面には設けられていない。すなわち、各基板と各棒状導体とは、基板の一方の面においてはんだにより接合されており、他方の面においてははんだにより接合されていない。ただし、基板の両面にパッド２５が設けられ、両面においてはんだにより接合されるなどしてもよい。

また、切り欠き部２４は、積み重ね方向から見たときの切り欠き方向に直交する方向の長さ（換言すると、幅）が、棒状導体２０の径（すなわち、切り欠き方向に直交する当該方向の長さ；換言すると太さ）よりも短くなっている。換言すると、基板の面に平行な所定の方向において、棒状導体２０は、切り欠き部２４に対応する部分の長さが切り欠き部２４よりも長くなっている。換言すると、棒状導体２０は、切り欠き部２４に圧入されている。すなわち、棒状導体２０は、対応する部分（具体的には、切り欠き部２４）への圧入およびはんだ付けにより各基板に対して固定されている。なお、組み立て時において、棒状導体２０は、積み重ね方向に直交する方向（換言すると、面方向、前後左右方向）に向かって動かされるようになっているが、積み重ね方向（換言すると、上下方向）に向かって動かされるようになっていてもよい。なお、棒状導体２０は、切り欠き部２４に圧入されておらず、切り欠き部２４との間に所定の隙間が形成されていてもよい。

また、棒状導体２０は、切り欠き部２４に挿通されている。換言すると、棒状導体２０は、棒状導体２０が接続される基板を、基板の厚さ方向に貫通して設けられている。

なお、本実施形態では、切り欠き部２４に棒状導体２０が挿通されているが、一部または全部の切り欠き部２４が、棒状導体２０の挿通される（貫通する）孔となっていてもよい。

また、１本の棒状導体２０に接続される複数の基板のうち、棒状導体２０の長さ方向（棒状導体２０の延びる方向）において端に配置された基板（具体的には、最も下側の基板（例えば、第１基板１１）または最も上側の基板（例えば、第４基板））については、棒状導体２０が貫通していなくてもよく、また、切り欠き部２４が設けられていなくてもよい。すなわち、図１および図２に示すように、例えば、第１基板１１は、棒状導体２０ａや棒状導体２０ｂが挿通される切り欠き部２４を有さなくてもよい。この場合に、棒状導体２０の端部が、第１基板１１の一方の面（上面）に突き当てられていてもよい。また、この場合に、第１基板１１には、棒状導体２０ａに対応する位置、および棒状導体２０ｂに対応する位置のそれぞれにパッド２５が設けられ、各パッド２５と各棒状導体２０ａ，２０ｂとがハンダにより接合されていてもよい。

なお、積層構造体１は、図１に示すように、放熱部材４０を有していてもよい。放熱部材４０は、積層構造体１（基板）の発する熱を逃がすための部材である。特に、モータドライバ等の場合、第１基板１１等において数アンペア以上の電流が流れる場合があるため、放熱部材４０を設けることが考えられる。

放熱部材４０は、板状等であってもよい。また、放熱部材４０は、金属により形成されていてもよい。また、放熱部材４０は、積層構造体１を構成する基板（具体的には、例えば、第１基板１１の下または第４基板１４の上）に重ねて（これらの基板と平行に）配置されていてもよい。ここでは、放熱部材４０は、第１基板１１の下に配置されているものとする。また、放熱部材４０は、重ねて配置される基板（隣接する基板；ここでは、第１基板１１）の少なくとも半分以上を覆う大きさであってもよく、全体を覆う（ここで、全体を覆うとは、略全体を覆う場合を含む）大きさであってもよい。

また、放熱部材４０は、隣接する基板、ここでは第１基板１１に対して、ネジ止めにより固定されていてもよい。なお、当該ネジ止めに使用されるネジは、第１基板１１に設けられた貫通孔に挿通された上で、放熱部材４０にねじ込まれるなどしてもよい。また、棒状導体２０は、放熱部材４０に接続されていなくてもよい。具体的には、例えば、棒状導体２０は、第２基板１２、第３基板１３、第４基板１４を貫通するとともに、第１基板１１の上面（第２基板１２側の面）に突き当てられていてもよい。換言すると、棒状導体２０は、放熱部材４０に当たって（接して）いなくてもよい。なお、棒状導体２０は、放熱部材４０に接続されていてもよい。換言すると、棒状導体２０は、第１基板１１を貫通し、放熱部材４０に当たって（接して）いてもよい。

また、放熱部材４０は、所定のグランド（例えば、フレームグランド）として機能するグランド部材４０であってもよい、グランド部材４０の構造や、他の部材との関係性は、放熱部材４０の場合と同様にすることができる。すなわち、例えば、棒状導体２０は、グランド部材４０に当たらないものであってもよい。

本実施形態の積層構造体は、第１の基板（例えば、第１基板１１）と、前記第１の基板に重ねて配置される第２の基板（例えば、第２基板１２）と、前記第１の基板と前記第２の基板とを直接接続するコネクタ（例えば、コネクタ２１）と、棒状導体（例えば、棒状導体２０）と、を備え、前記棒状導体は、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続している。
このような積層構造体においては、コネクタによって基板同士が直接接続されるため、コネクタの端子を介して両基板のグランドを接続することで、両基板のグランドは十分に共通化されるようにも思える。しかし、本実施形態では、このような積層構造体において、棒状導体でグランドを接続したことにより、グランドのインピーダンスを低下させ、ＥＭＣ特性を向上させることが可能となった。

また、本実施形態の積層構造体において、前記第１の基板および前記第２の基板は、前記棒状導体とはんだにより接続されるパッド（例えば、パッド２５）を有する。
このような構成によれば、棒状導体をネジ等により接続する必要が無く、積層構造体を小型化することが可能となる。なお、例えば、積層構造体１は、第１基板１１等の所定の基板に対してネジによって接続される放熱部材あるいはフレームグランド（例えば、放熱部材４０またはグランド部材４０）等を有していてもよい。このような構成において、棒状導体を当該所定の基板に対してパッドを介してはんだ付けするようにすることで、ネジによって接続する汎用的な部品の使用を可能としつつ、積層構造体の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の積層構造体において、前記コネクタは、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続する端子を有する。
このような積層構造体においては、コネクタの端子を介して両基板のグランドが接続されるため、両基板のグランドは十分に共通化されているようにも思える。また、両基板のグランドを接続する端子を複数用意することでグランドの強化を図ることもできる。しかし、本実施形態では、このような積層構造体において、端子での両基板のグランドの接続にとどまらず、棒状導体でのグランドの接続を行ったことにより、グランドのインピーダンスを低下させ、ＥＭＣ特性を向上させることが可能となった。

また、本実施形態の積層構造体において、前記第２の基板には、切り欠き部（例えば、切り欠き部２４）が設けられており、前記棒状導体は、前記切り欠き部に挿通されている。
このような構成によれば、基板に孔を設け、当該孔に棒状導体を挿通させる場合に比べ、積層構造体の製造コストを低減させることができる。また、棒状導体の形状の自由度を高めることができる。なお、棒状導体は、基板を貫通する部分（本実施形態における切り欠き部２４に対応する部分）と、基板と基板との間に配置される部分とで太さが異なるなどしてもよい。

また、本実施形態の積層構造体において、前記棒状導体は、前記切り欠き部に圧入されている。
このような構成によれば、積層構造体の強度を高められるとともに、棒状導体の太さを太くしてグランドのインピーダンスを低減させることが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。本発明はその発明の範囲内において、各構成要素の自由な組み合わせ、任意の構成要素の変形、または任意の構成要素の省略等が可能である。

１ 積層構造体、１１ 第１基板、１２ 第２基板、１３ 第３基板、１４ 第４基板、２０ 棒状導体、２１ コネクタ、２４ 切り欠き部、２５ パッド

Claims (3)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に重ねて配置される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを直接接続するコネクタと、
   棒状導体と、を備え、
   前記第２の基板には、当該第２の基板の外縁部から面方向内側に向かって切り欠かれた形状の切り欠き部が設けられており、
   前記棒状導体は、前記切り欠き部に挿通されているとともに、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続している
   ことを特徴とする積層構造体。
2. 前記第１の基板および前記第２の基板は、前記棒状導体とはんだにより接続されるパッドを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層構造体。
3. 前記コネクタは、前記第１の基板のグランドと前記第２の基板のグランドとを接続する端子を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の積層構造体。

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