JP7432384B2 - プリント基板 - Google Patents
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Description
このようなヒューズのうち、薄膜の金属層により配線を形成するプリント基板にあっては、配線とヒューズとを同時に形成するものがある。配線の形成工程で形成されるパターンヒューズは、電子部品としてのヒューズのようにプリント基板に実装する工程が不要であるうえ、製造コストを抑える観点からも有利である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、溶断電流以下の電流が溶断時間以上の間流れる場合にも発火やショートすることがなく、適切に機能する信頼性の高いプリント基板に関する。
[溶断特性]
本発明の実施形態の具体的な説明に先立って、本発明者らが注目する溶断特性について説明する。
図1は、パターンヒューズの溶断特性を説明するための図であって、縦軸にパターンヒューズに流れる電流を示し、横軸に電流が流れた時間を示している。図1中の溶断特性を示す曲線Cmは、縦軸に示す電流と、この電流が流れた場合にパターンヒューズが溶融して電気伝導を無くすまでの時間との対応を示している。図1中に示す定格電流Icは、パターンヒューズを備える機器の定格電流である。
また、パターンヒューズにあっては、露出を防ぐために例えばポリイミド(PolyImide:PI)系の樹脂等の高耐熱性樹脂製の耐熱保護フィルムを備えるものがある。このようなパターンヒューズにおいて、例えば図1中の曲線Cm上の点Pに対応する電流Ipが時間tp流れると、耐熱保護フィルムが破損する可能性がある。図1中に示す点Pは、耐熱保護フィルムの破損が起こり得るポイントを示しており、耐熱保護フィルムは電流Ipが時間tp流れた場合に破損し得る。図1に示す高電流は耐熱保護フィルムの破損が起こり得る電流であり、低電流は高電流より低く、定格電流より高い範囲にある電流である。
本発明者らは、上記現象に着目し、高電流においても予め設定された電流及び時間で設計通りに溶断するパターンヒューズを構成するものである。
さらに、プリント基板1は、パターンヒューズ12の少なくとも一部をベース基材10の反対の側から覆うカバー部材13と、を備えている。このようなプリント基板1は、パターンヒューズ12を熱可塑性の樹脂であるベース基材10とカバー部材13とによって上下で覆う構成となっている。
ここで、熱可塑性とは、加熱することによって軟化し、冷却することによって再度硬化する性質をいう。
また、本実施形態では、耐熱保護フィルム142の下面にさらに接着剤層を設け、他の基材に貼り合せて多層のプリント基板を構成するものであってもよい。
以下、図2、図3に示す各部材について説明する。
ベース基材10は、表裏が主面になっている比較的薄いフィルム状の基材である。ベース基材10は、熱可塑性樹脂層を含有し、全体が熱可塑性を示すものであればよい。また、ベース基材10は、熱可塑性の樹脂製であって、本実施形態ではポリエチレンナフタレート(PolyEthylene Naphthalate :PEN)系樹脂を材料としている。ただし、ベース基材10材料は、PEN系樹脂に限定されるものでなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PpolyEthylene Terephthalate :PET)、液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer :LCP)、フッ素系樹脂(PolyTetraFluoroEthylene :PTFE)、あるいはそれらを含有する樹脂を用いることが考えられる。PET系樹脂は、80℃でガラス転移し、264℃で溶融し、流動化する。特にPEN系樹脂は、このようなPET系樹脂より耐熱性が優れている。
パターンヒューズ12は、銅箔を加工して形成されている。パターンヒューズ12は、パターンヒューズ12と接続するプリント配線11の間に形成されていて、プリント配線11よりも細幅の細幅部121、設計上溶断することが予定されている溶断部122を有している。パターンヒューズ12の溶断部122は、プリント配線11よりもパターン幅が細い、あるいはパターンの厚さが薄く、予め設定されている以上の電流が予め設定されている時間以上流れて溶断する。また、本実施形態は、溶断部122をミアンダ形状にすることより長さを確保し、電気抵抗を高めている。パターンヒューズ12は、エッチングにより除かれた部分が空隙になっている。このような空隙の少なくとも一部には接着剤層Labが入り込んでいる。
プリント配線11及びパターンヒューズ12は、例えば、ベース基材10の一方の主面に銅箔を貼り付けた所謂銅貼り基板の上にレジスト材料を塗布し、露光してプリント配線11及びパターンヒューズ12に一致するレジストパターンを作成した後にエッチング液に浸漬することにより形成できる。また、パターンヒューズ12及びプリント配線11は、導電性のペーストをインクにしてベース基材10上に印刷することによっても形成できる。
カバー部材13は、パターンヒューズの少なくとも一部をベース基材の反対の側から覆っている。本実施形態では、カバー部材13をベース基材10と同様に熱可塑性樹脂を含有するように構成していて、熱可塑性樹脂層単体であってもよいし、熱可塑性樹脂以外の樹脂を含む層であってもよい。なお、本実施形態では、カバー部材13をベース基材10と同種の材料であるPEN系樹脂としている。ここでいう同種の材料とは、単に熱可塑性樹脂材料というだけでは足りず、例えばPEN系樹脂やPET系樹脂といった樹脂の種類をいう。また、同種の材料とは、同じ種類の熱可塑性樹脂を同じ比率で混合した材料であってもよい。
「パターンヒューズの少なくとも一部」とは、細幅部121及び溶断部122の全部であってもよいし、一部であってもよい。「パターンヒューズをベース基材の反対の側から覆う」とは、パターンヒューズ12と耐熱保護フィルム141との間でカバー部材13がパターンヒューズ12を覆うものであれば、パターンヒューズ12に隣接して直接覆うものであってもよいし、他の部材を介して間接的に覆うものであってもよい。
耐熱保護フィルム141は、パターンヒューズ12の少なくとも一部と重なる領域に設けられ、パターンヒューズ12をカバー部材13の側から覆う第一高耐熱部材として機能する。ここで、「少なくとも一部」は、パターンヒューズ12の一部または全てをいう。また、「重なる」は、直接接するように重なるものであってもよいし、間に他の部材を挟んで間接的に重なるものであってもよい。「パターンヒューズをカバー部材の側から覆う」とは、カバー部材13を挟んでパターンヒューズ12を覆うことをいう。
耐熱保護フィルム141、142としては、耐熱軟化性に優れ、その融点がカバー部材13及びベース基材10より高い、あるいは融点が存在しない材料である場合には熱分解温度がカバー部材13及びベース基材10の融点より高い部材が用いられる。
例えば、カバー部材13にPEN系樹脂を、耐熱保護フィルム141、142にPI系樹脂を用いた場合、カバー部材13が略280℃で溶融し、耐熱保護フィルム141、142は溶融しないまま略480℃から500℃で熱分解する。このようなカバー部材13及び耐熱保護フィルム141、142は、上記条件を満たしている。
上記の動作において、溶断電流より低いものの、PI系樹脂である耐熱保護フィルム141、142が破損し得る高電流がパターンヒューズ12に流れる場合、パターンヒューズ12は溶断電流が流れた場合以上の時間をかけて溶断する。この時間内にカバー部材13及びベース基材10は溶融し、耐熱保護フィルム141、142とパターンヒューズ12との間で液化する。一方、カバー部材13及びベース基材10よりも熱分解温度が高い耐熱保護フィルム141、142は、カバー部材13及びベース基材10の溶融後も溶融、熱分解することなくパターンヒューズ12をカバーする。液化したカバー部材13及びベース基材10は、パターンヒューズ12の上層から移動して、パターンヒューズ12と耐熱保護フィルム141、142との間に空間が形成される。この空間の内部には空気層が形成され、空気層は、発熱したパターンヒューズ12と耐熱保護フィルム141、142との間で断熱部材として機能する。このことにより、耐熱保護フィルム141、142は、高電流が流れている間も破損し難くなってパターンヒューズ12が外部に露出することを防ぐことができる。
以上のことにより、本実施形態のプリント基板1は、溶断電流以下の電流が溶断時間以上の間流れている場合にも発火やショートすることがなく、適切に機能する信頼性の高いプリント基板を提供することができる。
さらに、本実施形態は、ベース基材10の下側にも耐熱保護フィルム142を設けている。このため、パターンヒューズ12が下方から露出して発火することを防ぐとともに、パターンヒューズ12で発生した熱が下方から放熱することを防ぎ、パターンヒューズ12の設計精度をいっそうに高めることができる。
次に、以上説明した実施形態の変形例1を説明する。
図4は、変形例1のプリント基板5を説明するための断面図である。プリント基板5は、耐熱保護フィルム141用の接着剤層Laaが、パターンヒューズ12の一部と重なる領域に開口している開口孔23を有している。開口孔23は、接着剤層Laaの内部に形成された空隙である。このような構成は、接着剤が開口孔23上に塗布されることを防ぐレジストの上から接着剤を塗布して接着剤層Laaを形成することによって実現することができる。
このようなプリント基板5では、パターンヒューズ12の発熱によって細幅部121上にプリント基板1よりも短時間のうちに大きな空隙が形成され、高い断熱効果を得ることができる。このような変形例1のプリント基板5は、パターンヒューズ12が発生した熱が耐熱保護フィルム141を損なうことを防ぐ効果をより高めることができる。
接着剤層Ladに開口孔24を備えるプリント基板5は、パターンヒューズ12が発生する熱によってベース基材10の溶融後、プリント基板1よりも短時間のうちにパターンヒューズ12の下方に空隙が形成される。空隙には空気またはベース基材10から放出された気体が充てんされ、空隙はパターンヒューズ12が発生した熱が耐熱保護フィルム142に伝わり難くする。
このような変形例のプリント基板5は、パターンヒューズ12の上下において断熱性を高め、耐熱保護フィルム141、142が損なわれることをより確実に防ぐことができる。
(1)可撓性を有するフィルム状の熱可塑性のベース基材と、前記ベース基材の主面に設けられた金属箔層で形成されたパターンヒューズと、前記パターンヒューズの少なくとも一部を前記ベース基材の反対の側から覆うカバー部材と、前記パターンヒューズの少なくとも一部と重なる領域に設けられ、前記パターンヒューズを前記カバー部材の側から覆う第一の耐熱保護フィルムと、を備える、プリント基板。
(2)前記カバー部材は、熱可塑性樹脂を含有する、(1)のプリント基板。
(3)前記カバー部材と前記第一の耐熱保護フィルムとが、熱可塑性の第一耐熱保護フィルム用接着剤で接合されている、(1)または(2)のいずれか一つのプリント基板。
(4)前記第一耐熱保護フィルム用接着剤は、前記パターンヒューズの一部と重なる領域に開口している開口孔を有する、(3)のプリント基板。
(5)前記パターンヒューズの少なくとも一部と重なる領域に設けられ、前記ベース基材の側から前記パターンヒューズを覆う第二の耐熱保護フィルムを備える、(1)から(4)のいずれか一つのプリント基板。
(6)前記ベース基材は熱可塑性樹脂を含有する、(1)から(5)のいずれか一つのプリント基板。
(7)前記ベース基材と前記第二の耐熱保護フィルムとが、熱可塑性の第二耐熱保護フィルム用接着剤で接合されている、(5)または(6)のプリント基板。
(8)前記第二耐熱保護フィルム用接着剤は、前記パターンヒューズの一部と重なる領域に開口している開口孔を有する、(7)のプリント基板。
(9)前記ベース基材及び前記カバー部材は、同種の材料である、(1)から(8)のいずれか一つのプリント基板。
10・・・ベース基材
11・・・プリント配線
12・・・パターンヒューズ
13・・・カバー部材
23・・・開口孔
121・・・細幅部
122・・・溶断部
141、142・・・耐熱保護フィルム
Laa、Lab、Lad・・・接着剤層
Claims (7)
- 可撓性を有するフィルム状の熱可塑性のベース基材と、
前記ベース基材の主面に設けられた金属箔層で形成されたパターンヒューズと、
前記パターンヒューズの少なくとも一部を前記ベース基材の反対の側から覆う熱可塑性のカバー部材と、
前記パターンヒューズの前記少なくとも一部と重なる領域に設けられ、前記パターンヒューズを前記カバー部材の側から覆う第一の耐熱保護フィルムと、
を備え、
前記パターンヒューズの前記少なくとも一部と前記カバー部材とが熱可塑性の接着剤層を介して接合されており、
前記第一の耐熱保護フィルムの融点又は熱分解温度が前記カバー部材及び前記ベース基材の融点よりも高く、
前記パターンヒューズが発熱して前記パターンヒューズの前記少なくとも一部が溶断する際に、前記カバー部材、前記接着剤層及び前記ベース基材が溶融し、前記第一の耐熱保護フィルムと前記パターンヒューズとの間に一続きの空間が形成されるプリント基板。 - 前記パターンヒューズの前記少なくとも一部と重なる領域に設けられ、前記ベース基材の側から前記パターンヒューズを覆う第二の耐熱保護フィルムを更に備え、
前記第二の耐熱保護フィルムの融点又は熱分解温度が前記カバー部材及び前記ベース基材の融点よりも高く、
前記パターンヒューズが発熱して前記パターンヒューズの前記少なくとも一部が溶断する際に、前記一続きの空間が前記第一の耐熱保護フィルムと前記第二の耐熱保護フィルムとの間に形成される請求項1に記載のプリント基板。 - 前記ベース基材と前記第二の耐熱保護フィルムとが、熱可塑性の第二耐熱保護フィルム用接着剤で接合されている、請求項2に記載のプリント基板。
- 前記第二耐熱保護フィルム用接着剤は、前記パターンヒューズの前記少なくとも一部と重なる領域に開口している開口孔を有する、請求項3に記載のプリント基板。
- 前記カバー部材と前記第一の耐熱保護フィルムとが、熱可塑性の第一耐熱保護フィルム用接着剤で接合されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のプリント基板。
- 前記第一耐熱保護フィルム用接着剤は、前記パターンヒューズの前記少なくとも一部と重なる領域に開口している開口孔を有する、請求項5に記載のプリント基板。
- 前記ベース基材及び前記カバー部材は、同種の材料である、請求項1から6のいずれか一項に記載のプリント基板。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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