WO2016110908A1 - 立体構造を提供する立体基板および電子機器 - Google Patents

立体構造を提供する立体基板および電子機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2016110908A1
WO2016110908A1 PCT/JP2015/006317 JP2015006317W WO2016110908A1 WO 2016110908 A1 WO2016110908 A1 WO 2016110908A1 JP 2015006317 W JP2015006317 W JP 2015006317W WO 2016110908 A1 WO2016110908 A1 WO 2016110908A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dimensional
electronic component
parts
substrate
electronic
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/006317
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
みさこ 俵山
Original Assignee
みさこ 俵山
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by みさこ 俵山 filed Critical みさこ 俵山
Priority to JP2015561813A priority Critical patent/JPWO2016110908A1/ja
Publication of WO2016110908A1 publication Critical patent/WO2016110908A1/ja
Priority to US15/641,223 priority patent/US9907198B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/02—Arrangements of circuit components or wiring on supporting structure
    • H05K7/023—Stackable modules
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0284—Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/02—Details
    • H05K5/0247—Electrical details of casings, e.g. terminals, passages for cables or wiring
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0286—Programmable, customizable or modifiable circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09818—Shape or layout details not covered by a single group of H05K2201/09009 - H05K2201/09809
    • H05K2201/09963—Programming circuit by using small elements, e.g. small PCBs

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional board that provides a three-dimensional structure different from an electronic circuit board when an electric circuit is configured by combining a plurality of parts.
  • the present invention relates to an electronic device composed of a three-dimensional substrate.
  • FIG. 14 shows a conceptual diagram of a conventional wiring board.
  • the code H and the electronic component J are complicatedly entangled, and the multilayer substrate moves between layers, so that a linear circuit such as the upper part of the component cannot be drawn.
  • the cord wiring can be made on a universal substrate, the wiring can be slanted vertically and horizontally, but since the parts are fixed on a flat surface, the cord is inevitably along the surface and not three-dimensional.
  • a multilayer substrate in which a plurality of circuit structures are separated from each other by an insulating resin and connected to each other is also known.
  • the multilayered substrate creates a multilayer by overlapping the circuit structure, but the multilayer substrate only provides the function of the substrate, and does not provide a three-dimensional structure that is not the shape of the substrate.
  • the present invention can be configured without using a printed circuit board, and when a three-dimensional shape itself is made into a circuit, when a three-dimensional board is assembled to form an electronic circuit, for example, functions different from toys, furniture, and other substrates It is an object to provide a technique for providing a three-dimensional structure that provides
  • a space excluding components such as lens and other materials from the space inside the machine of the finished design is regarded as a substrate.
  • the present inventors pay attention to what constitutes a circuit is not a substrate itself but a wiring, and if the wiring can be taken into an object more digitally, it is more flexible without being restricted by the shape of the substrate.
  • the present invention has been completed with the idea that an electric circuit and an electronic device including the electric circuit can be provided.
  • a three-dimensional board providing a three-dimensional structure by three-dimensionalizing an electronic circuit, wherein the three-dimensional board includes at least one electronic component and an electric for electrically connecting the electronic component to a second three-dimensional substrate.
  • a three-dimensional board provided with a general connection structure can be provided.
  • the three-dimensional board is a part for providing the three-dimensional structure, and an electronic device having a shape different from that of the part can be configured by connecting a plurality of the parts. Furthermore, the three-dimensional board may include a connector for electrically connecting the three-dimensional boards adjacent to each other in space.
  • the three-dimensional board holds the electronic component and the electrical connection structure on an inner side when the three-dimensional board is assembled, and visually blocks the electronic component and the electric connection structure from the outside.
  • a three-dimensional structure can be formed.
  • an electronic device having a three-dimensional structure by three-dimensionally assembling a three-dimensional board comprising at least one electronic component and an electrical connection structure for electrically connecting the electronic component to the outside.
  • Equipment can be provided.
  • the three-dimensional board can accommodate the electronic component in its hollow inner region, or can accommodate the electronic component in a recess for accommodating the electronic component formed on the three-dimensional board.
  • the electronic component By using the interior of the electronic device as a circuit space and making the electronic circuit itself three-dimensional, the electronic component can be wired vertically, horizontally, diagonally, etc., and the capacity of the portion providing the electronic circuit is expanded. can do. It is easy to superimpose another component on the electronic component and to draw a wiring, and further, the circuit is separated into a plurality of parts. Then, by combining the parts with each other so as to provide electrical connection, it is possible to provide an irregularly shaped electronic device such as a complex circuit or a sphere. Since the substrate is no longer plate-like, the shape of the machine can flexibly meet the design requirements.
  • FIG. 1A1 An embodiment of a plug-in connector composed of pins and lands.
  • Sectional drawing which shows embodiment of the connector which hardened the periphery of wiring with resin etc.
  • FIG. The perspective view of the connector shown by D1 of FIG.
  • the three-dimensional board is formed so as to constitute a completed design of the electronic device when the assembly is completed.
  • computer graphics is used for the three-dimensional board, and the space is constructed as a board space.
  • Computer graphics can be drawn into parts with wire frames at the time of modeling, with virtual lines attached, but this can be used as a part, for example using a 3D printer or a molding method using a mold. Form. By mounting electrical parts on these parts and reassembling them using connecting members such as connectors, electronic devices with the same shape can be actually created.
  • the electronic device itself is necessarily a three-dimensional substrate that gives a three-dimensional shape as a complete system.
  • the part that gives the three-dimensional shape of the part can be formed of an insulating material such as a resin used in a 3D printer or the like.
  • a part designed by computer graphics, CAD, or the like can be directly formed into a three-dimensional shape.
  • the reason why the three-dimensional shape is divided into several parts is to facilitate the incorporation of circuit elements such as electronic parts and other materials.
  • the parts can be made thin or solid as long as the rigidity can be secured.
  • a part can form a dent or a hole in the interior space or inside the part, and can be attached to an electronic component, a circuit component, a connector, or the like.
  • the electronic component may be a surface print instead of being fitted from the outside, or the electronic component may be assembled inside.
  • the circuit board itself can be eliminated because the board can be integrated with an electronic component or the like as a three-dimensional part.
  • the substrate itself also serves as a three-dimensional exterior, it is possible to eliminate the trouble of designing a separate exterior housing for electronic equipment.
  • the shape of the three-dimensional part is determined and the actual product is assembled along with it, so that efficient production is possible.
  • connection structure for electrically connecting parts can be materialized as the following forms.
  • Each part can incorporate electronic parts. Then, an electronic component is connected to the electrical connection structure in a space formed in the part, and an electronic circuit is formed as a whole. At the final stage of assembly, the parts can be fixed, the three-dimensional shape can be stabilized, and an electronic device can be formed.
  • the space inside the part can be formed with a thickness that takes into account its rigidity, and can be secured in its internal area, or the part is made of an insulating material and solid, leaving the shape of the electronic part. It is also possible to adopt a shape in which an electronic component is inserted and held in the container. By digging out the shape of the part, it is possible to simplify and automate the insertion operation. In addition, the electronic components can be directly manufactured into parts because they have sufficient material and space margins as compared with conventional wiring boards.
  • an LED line can be manufactured inside a part such as a transparent acrylic resin, and the electronic component is embedded inside the part, so that the holding strength can be improved and the electronic component is stably incorporated. It becomes possible. Furthermore, since the part itself can also serve as an exterior, there is no need for the exterior, and the substrate panel itself is not necessary.
  • a virtual three-dimensional shape is created on a computer as a design drawing, electronic parts are assigned to each part, the part is designed with computer graphics, and the shape is embodied by a 3D printer or the like. After that, electronic parts are mounted, and the parts are combined and integrated like a three-dimensional jigsaw.
  • the shape for configuring the three-dimensional substrate can be as simple as a puzzle piece or as complex as an LED illumination device illumination device.
  • the three-dimensional shape is a cube and the parts are also rectangular for the purpose of simplifying the description.
  • the configuration of the three-dimensional substrate shown in FIG. 1 will be described in detail below.
  • a three-dimensional shape is given as a combination of two cubes.
  • a small cube is designed as two rectangular parts in the vertical direction on CAD.
  • the large cube is designed as three rectangular parts in the horizontal direction as shown by the one-dot chain line in FIG.
  • the A1 and A2 portions of FIG. 1 can be configured as shown in FIGS.
  • the cube A1 shown in FIG. 1 is separated from the center, and forms an aperture for adding a recess and an electrical connection structure for connecting circuit elements to the fitting portion of the electronic component.
  • the parts are assembled again.
  • the wiring C is formed by using a lead wire, plating or other methods if there is an accessory attached to the electronic component B, and if there is no accessory attached.
  • A2 creates a recess in the part-divided surface, and inserts a recess into which chip B is inserted and an aperture C1 for the circuit from both the lower surface and the side surface, and an unnecessary C2 portion on the side surface side. It is possible to prevent unnecessary recesses from being exposed by filling and closing with an insulating material.
  • the wiring element can be inserted with a needle-like conductor such as a lead wire from the opening, printed by plating, or injected with a conductive material made of metal or alloy depending on the heat resistance of the insulating material. it can.
  • wiring across the parts can be performed by using the electrical connection structure shown in FIGS. 4 and 5 formed in the parts. Since the electrical connection is completed and then the parts are fixed, the soldering work can be greatly reduced.
  • a conductive material having a melting point lower than that of the substrate is used to raise the temperature at one point by laser irradiation, etc., and after the parts are put together, laser irradiation from two external directions and direct heat generation are performed. It can be performed by fusion bonding with heat of the body.
  • the connection of electronic components is the same as that of the circuit.
  • a three-dimensional board can be configured using a 3D printer or the like.
  • the holes inside the part can be machined according to the needs of the circuit by linear machining, grid machining, radial machining, or can be formed simultaneously with shape creation by a 3D printer. Then, by combining the parts formed as described above, it is possible to form a three-dimensional electronic device accommodating a complicated circuit.
  • FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 show a connector that is an embodiment of an electrical connection structure that can be used in this embodiment.
  • a conductive material C is embedded in the insulating material A, and the conductive material C protrudes from the first part on the left-hand side as a protrusion D1. This protrusion fits into a recess D2 formed of a conductive material of the second part on the right hand side to provide an electrical connection.
  • the conductive material formed in the first part A on the left hand side extends to the step on the lower side of the first part, and constitutes the contact surface D. Further, a step extending upward is formed in the second part on the right hand side, and the connection surface D formed of a conductive material is formed so as to correspond to the connection surface of the first part.
  • the conductive material forming the connection surface D is electrically connected to the conductive material extending inside the part, and the first part and the second part can be electrically connected.
  • the connection surface can be formed by a plating method, or can be formed using a conductive paste, a conductive adhesive, or the like.
  • the embodiment of the connector shown in FIG. 6 is an embodiment that can be appropriately used when a three-dimensional shape is formed by a long column, beam, pipe, or the like like a wire frame.
  • a wiring C generated from a conductive material is embedded in a column or beam, and the electronic component B is connected by a suitable conductive material, for example, a lead wire.
  • a suitable conductive material for example, a lead wire.
  • it can connect between each pillar and a beam with the electrical connection structure demonstrated in FIG. 4, FIG.
  • FIG. 7 shows a partial cross-sectional view of a part incorporating pins and lands that serve as connectors for connecting circuits interconnecting the parts.
  • the part shown in FIG. 7 has a protruding part and a recessed part D2 of conductive material formed in one part, and electrical connection is made while fixing these parts to other parts formed with corresponding shapes. I will provide a.
  • FIG. 8 is a perspective view for explaining a protrusion of the electrical connection structure shown in FIG.
  • the unevenness of these parts is piled up like a brick, and wiring is formed while connecting to the electronic component B arranged inside the part, which gives the process of completing the design mold.
  • the process of assembling the parts shown in FIG. 7 can also be performed manually, but those smaller than millimeter size can be precisely assembled using a robot.
  • substrate of this embodiment can be applied to an electrical product use, educational use, a hobby kit, etc., there is no limitation in particular.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the assembly of parts according to the present embodiment.
  • a method of assembling from the six directions of the X axis, the Y axis, the Z axis, and the lower axis as shown in FIG. 9 and a mode of placing the base from the upper direction as shown in FIG. 10 are also possible. is there.
  • the insertion only from the upper part is the embodiment of FIG. 11, and in the embodiment of FIG. 11, a catching part for engaging other parts is formed.
  • the shape is a cube.
  • the shape of the cube is merely an example, and a part can be generated as a block-like object that can have a thin plate shape, a triangle shape, a hexagonal shape, an octagonal shape, or an arbitrary curved surface structure.
  • a skeleton-only block when a block having no wiring structure is created and placed in between, it is possible to fill a cavity and a gap, and to provide an external appearance. Conversely, if it is desired to secure a space from the viewpoint of heat conduction, a skeleton-only block can be used.
  • Adhesion between board panels is a combination of clasps from outside, puzzle-like combinations, heat adhesion, room-temperature-curing adhesives, and adhesion via putty that fills empty areas. The possibility of reverse analysis can be prevented.
  • FIG. 13 shows a rectangular wiring cord having a conductor inserted therein as a quadrangular prism.
  • the rectangular wiring cord shown in FIG. 13 can provide a flat portion in a shape that makes it easy to lift up electronic components, and an electronic chip can be placed and fixed thereon.
  • an electrical connection structure between the parts can be provided.
  • the shape of the drawing is a square, but there is no particular limitation as long as the cross-sectional shape is a triangle, hexagon, or octagon that can fill the space without gaps.
  • a cord can be created using a conductor having a strong bending force such as a wire. In this case, it is possible to freely give the shape, for example, to wire like a birdcage or wire such as a mesh, and to fix it to a part after adjusting it to a desired shape.
  • electrical connection can be provided by connecting a hollow tube using an insulating material, forming a substrate by bonding, etc., and pouring a conductor.
  • the electronic component By using the interior of the electronic device as a circuit space and making the electronic circuit itself three-dimensional, the electronic component can be wired vertically, horizontally, diagonally, etc., and the capacity of the portion providing the electronic circuit is expanded. can do. It is easy to superimpose another component on the electronic component and to draw a wiring, and further, the circuit is separated into a plurality of parts. Then, by combining the parts with each other so as to provide electrical connection, it is possible to provide an irregularly shaped electronic device such as a complex circuit or a sphere. Since the substrate is no longer plate-like, the shape of the machine can flexibly meet the design requirements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Combinations Of Printed Boards (AREA)

Abstract

【課題】　複数のパーツを組み合わせて電気回路を構成させたときに、電子回路基板とは異なる形態の立体構造を提供する、立体基板および該立体基板から構成した電子機器を提供すること。 【解決手段】本発明の立体基板は、電子回路を３次元化することにより立体構造を構成するパーツを構成する。このパーツは、少なくとも１つの電子部品と、当該電子部品をパーツ外に電気的に接続するための電気的接続構造とを備えている。このパーツは、組み合わせることにより、前記パーツとは異なる３次元形状の電子機器を構成する。本発明によれば、デザインも形のままの立体基板を提供することができる。

Description

立体構造を提供する立体基板および電子機器
　本発明は、電子回路基板の立体化に関し、より詳細には、複数のパーツを組み合わせて電気回路を構成させたときに、電子回路基板とは異なる形態の立体構造を提供する、立体基板および該立体基板から構成した電子機器に関する。
　従来、電子回路を形成するための基板、は板状の形態とされ、板状から家電等のデザインが制限され、また電子回路の面積は、基板面積により制限を受ける。図１４には、従来の配線基板の概念図を示す。従来のコード配線では、コードＨおよび電子部品Ｊが煩雑に絡み、多層基板は層の間を移動するため、部品の上部等の直線的な回路を引くことができない。さらに、コード配線はユニバーサル基板にて、縦横斜めの配線が可能だが、部品が平面上に固定されているため、コードも必然的に面に沿い、３次元にはならない。また、基板としては、複数の回路構造を絶縁性樹脂などにより分離して相互に接続した多層化基板等も知られている。多層化基板は、回路構造を重ねて多層を作り出しているが、多層基板は、あくまでも基板の機能を提供するだけで、基板の形状ではない立体構造を提供するものではない。
　電気製品の完成デザインは、従来、電気回路などを内部に収容するため、制限される場合も多く、また大型化する傾向にある。このため、同一形状であっても、内部の利用容積拡大と、より自由な発想とのため基板の構成を変更することが望ましい。また、従来のコード配線よりも、より直線的で３次元的に交差可能に配線ができれば、部品も基板に対して、位置を縛られることなく、立体的に部品の固定が可能となり、空間全体を有効利用して部品を配線することが望ましい。以上の通り、立体基板から電子回路を構成させたときに、基板とは異なる立体構造を提供する技術がこれまで必要とされていた。
　本発明は、プリント基板を使用せずとも構成でき、立体形状そのものを回路化することで、立体基板を組み立てて電子回路を構成させたときに、例えば玩具、調度品、その他基板とは異なる機能を提供する立体構造を提供する技術を提供することを目的とする。
　本発明は、完成デザインの機械内部の空間からレンス等、他素材等、構成部品を除いた空間を基板と捉える。本発明者らは、回路を構成するものは基板自体ではなく配線であることに着目し、配線をよりデジタル的に物体に取り込ませることができれば、基板形状などの制限されることなく、より柔軟に電気回路および当該電気回路を含む電子機器が提供できる着想に至り、本願発明を完成させたものである。
　すなわち、本発明によれば、
　電子回路を３次元化することにより立体構造を提供する立体基板であって、前記立体基板は、少なくとも１つの電子部品と、当該電子部品を第２の立体基板に電気的に接続するための電気的接続構造とを備える、立体基板が提供できる。
　前記立体基板は、前記立体構造を提供するためのパーツとされ、前記パーツが複数組み合わせて接続されることにより、前記パーツとは異なる形状の電子機器を構成することができる。さらに、前記立体基板は、空間的に連続する隣接する前記立体基板を立体基板の間にわたって電気的接続するためのコネクタを備えることができる。
　前記立体基板は、前記電子部品および電気的接続構造を、前記立体基板が組み立てられた場合に内側となる側に保持し、前記電子部品および電気的接続構造を外部から視覚的に遮断して前記立体構造を構成することができる。
　さらに本発明によれば、少なくとも１つの電子部品と、当該電子部品を外部に電気的に接続するための電気的接続構造とを備える立体基板を、３次元的に組み立てることによって立体構造とした電子機器が提供できる。
　また、前記立体基板は、前記電子部品をその中空な内部領域に収容するか、または前記電子部品を前記立体基板に形成された前記電子部品を収容するための凹部に収容することができる。
　電子機器の内部を回路空間として使用し電子回路自体を立体化させることにより、電子機器内部で電子部品を縦、横、斜め等の配線が可能になり、電子回路を提供する部分の容量を拡大することができる。電子部品の上に別の部品を重ねることや、配線を引くことも容易となり、さらに回路を複数のパーツに分離して形成する。そしてパーツを電気的な接続を提供するように相互に組み合わせることにより、複雑な回路や球体等の変則的な形の電子機器を提供することができる。基板が板状でなくなるため、機械の形もデザインの要求に柔軟に対応可能とすることができる。
本発明の立体基板および電子機器の説明図。 図１Ａ１部の拡大図。 図１Ａ２部の拡大図。 ピンと、ランドとからなる、はめ込み式のコネクタの実施形態。 ピンと、ランドとからなる、接触式のコネクタの実施形態。 内部が空洞でパイプ状の骨組みを用いる立体基板および電子機器の実施形態。 配線の周りを樹脂等で固めたコネクタの実施形態を示す断面図。 図７のＤ１で示すコネクタの斜視図。 パーツ組み立て方向の概念図。 パーツを組み付けるときの土台の実施形態 上方向から組み付けるときの組付け方向の概念図。 配線キューブ留め具のため引っ係り部を形成する実施形態。 角形配線コードの実施形態。 従来の配線基板の概念図。
　以下、本発明を実施形態により説明するが本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。以下、組付け完了時に電子機器の完成デザインを構成するように立体基板を形成するものとして説明する。立体基板は、例えばコンピュータ・グラフィックスを使用し、空間を基板空間と考え構築する。コンピュータ・グラフィックスは、モデリング時にワイヤ・フレームによりパーツ分けして、仮想線を付した状態のものが描けるが、これをパーツとして、例えば３Ｄプリンタや金型を使用した成型方法などを使用して形成する。これらのパーツに電機部品を実装し、コネクタといった接続部材を使用して元の通りに組み立てることで、現実にも同じ形状電子機器が出来上がる。
　立体のパーツ同士を組み合わせるため、必然的に完成系として電子機器自体が立体形状を与える立体基板となる。パーツの立体形状を与える部分は、３Ｄプリンタなどで使用される樹脂など絶縁体素材で形成することができる。３Ｄプリンタによりパーツを形成することで、コンピュータ・グラフィックス、ＣＡＤなどで設計したパーツは、直接３次元形状に形成加工できる。
　立体形状を幾つかのパーツに分けるのは、電子部品等の回路要素や他素材の組み込みを容易にするためである。パーツは、その剛性を担保できる限り、薄く形成することもできるし、中実に形成することもできる。パーツは、その内部空間、または、パーツ内部に凹みや穴を形成し、電子部品、回路部品、またはコネクタなどの取付けなどを行うことができる。
　なお、1実施形態では、電子部品は、外部から嵌め込むのではなく、表面プリントとすることもできるし、電子部品を内部で組み立てるなどすることもできる。以上、本実施形態によれば、基板を、立体形状のパーツとして電子部品等と一体化できることにより、回路基板自体を排除することができる。また、基板自体が立体形状の外装を兼ねるため、電子機器のための別に外装筐体を設計する手間が排除できる。加えて、空間を仮想的に区切ることにより、立体的パーツの形を決め、実物もそれに沿って組み立てていくので、効率的な製造も可能となる。
　以下、本実施形態で使用する電気的接続構造について説明する。本実施形態では、パーツを電気的に接続するための接続構造は、以下の形態として実体化することができる。
（１）相対するパーツに形成した導電性凹部および導電性凸部、
（２）導電体を挿通または注入する開口、
（３）導電化した接合面、またはこれらの組み合わせ
を含む群から選択され形成されることが好ましい。
　パーツには、それぞれ電子部品が組み込むことができる。そしてパーツ内に形成された空間内に電子部品が電気的接続構造と接続され、全体として電子回路が形成される。組付けの最終段階では、パーツ間を固定して、立体形状を安定化させ、電子機器を形成することができる。
　パーツ内の空間は、パーツをその剛性を考慮した厚さに形成し、その内部領域に確保することもできるし、パーツを絶縁性材料で、電子部品の形状を残して中実に形成し、パーツに電子部品を填め込み保持させる形状とすることもでき、パーツの形状を掘ることにより、填め込み作業の簡易化およびオートメーション化が可能となる。さらに、はかれるとともに、従来の配線基板と比較すると、十分な材料的・空間的余裕があるので、電子部品をパーツに直接製造することができる。
　例えば例示的な実施形態としては、ＬＥＤの回線を透明アクリル樹脂等のパーツ内部に製造するなども可能となり、電子部品をパーツ内部に埋めるため、保持強度が向上でき、電子部品の安定的に内蔵可能となる。さらに、パーツ自体は、外装も兼ねることができるため、外装がなくともよく、さらに基板パネル自体も必要がなくなる。
　本実施形態は、設計図としてコンピュータ上に仮想的な立体形状を作成し、電子部品をパーツごとに割り当て、当該パーツをコンピュータ・グラフィックスで設計し、３Ｄプリンタなどにより形状を具体化させる。その後、電子部品を実装し、パーツを立体ジグソーのように組み合わせて一体化させる。基板立体化を構成するための形状は、パズルピースのように簡易なものから、ＬＥＤ照明装置照明装置といった複雑なものまで構成することができる。
　以下説明する実施形態では、説明の簡略化の意味で、立体形状が立方体であり、パーツも矩形であるものとする。図１に示した立体基板の構成を以下、詳細に説明する。図１は、２つの立方体の組み合わせとして立体形状が与えられている。うち小さい立方体を、ＣＡＤ上で、垂直方向に２つの矩形パーツとして設計する。そして、大きい立方体を図1中一点鎖線で示す様に水平方向の３つの矩形パーツとして設計する。
　他の実施形態では、図１のＡ１と、Ａ２部分とを、図２、図３に示す様に構成することができる。図２のように、図１の立方体Ａ１は、中央から分離し、電子部品の填め込み部分に凹部と、回路要素を接続するための電気的接続構造を追加するためのアパーチャを形成する。電子部品Ｂを凹部に填め込んだ後、再びパーツを組み立てる。配線Ｃは、電子部品Ｂに付属するものが在ればそれを使用し、付属するものが無ければ、リード線、めっきその他の方法で、形成する。
　図３で示すように、Ａ２は、パーツ分けした表面に凹部を作り、チップＢはめ込みの凹部と、回路のためのアパーチャＣ１とを、下面と側面の双方から施し、側面側の不要なＣ２部分を絶縁性材料で埋めて塞ぐことで不要な凹部を露出させないようにすることができる。配線要素は、開口部よりリード線などの針状の導電体を差し込むか、またはめっきによりプリントするか、または絶縁性材料の耐熱性に応じて金属製または合金製の導電材料を注入することもできる。
　図１に示すＣ１部のように、パーツを跨ぐ配線は、パーツに形成する図４、図５に示す電気的接続構造を使用して行うことができる。電気的な接続が完成し、その後、パーツを固定してしまうので、半田ごて付けの作業を大幅に削減することができる。又、他の実施形態では、レーザ等の照射による一点の温度を上げる方式で基板よりも融点の低い伝導電材料を使用し、パーツを填め合わせた後、外部２方向からのレーザ照射や直接発熱体の熱による融解接着等により行うことができる。なお、本実施形態では、電子部品の接続も回路と同様の方式。３Ｄプリンタ等を用い立体基板を構成することができる。
　また、パーツ内部の穴は、直線加工、格子状加工、放射状加工により回路の必要性に応じて機械加工することもできるし、３Ｄプリンタにより形状作成と同時に形成させることができる。そして、上述のように形成したパーツを組み合わせることにより、複雑な回路を収容した立体形状の電子機器を形成することができる。
　図４、図５、図６、図７には、本実施形態で使用することができる電気的接続構造の実施形態であるコネクタを示す。図４に示す電気的接続構造は、絶縁材料Ａ内に導電性材料Ｃが埋設され、当該導電性材料Ｃが突起Ｄ１として左手側の第１パーツから突出する。この突出は、右手側の第２パーツの導電性材料で形成された凹部Ｄ２に嵌合して電気的接続を与える。
　図５に示すコネクタは、左手側の第１パーツＡに形成された導電材料が第１パーツの下側の段差にまで延びて、接触面Ｄを構成する。また右手側の第２パーツには上側に延びた段差が形成され、導電性材料で形成された接続面Ｄが、第１パーツの接続面に対応する配置となるように形成されている。なお、接続面Ｄを形成する導電性材料は、パーツ内部に延びた導電性材料に電気的に接続され、第１パーツと第２パーツとを電気的に接続することが可能とされている。なお、接続面は、めっき法により形成することもできるし、導電性ペースト、導電性接着剤などにより形成することができる。
　図６に示すコネクタの実施形態は、立体形状がワイヤ・フレームのように長い柱、梁、パイプなどにより形成される場合に適切に利用できる実施形態である。図６に示す実施形態では、柱や梁の内部に導電性材料から生成される配線Ｃが埋設され、電子部品Ｂが適切な導電性材料、例えばリード線などによって接続される。なお、各柱、梁の間は、図４，図５で説明した電気的接続構造により接続することができる。
　図７は、パーツ間を相互接続する回路を繋げるコネクタの役割を果たすピンとランドを組み込んだパーツの部分断面図を示す。図７に示したパーツは、１つのパーツに導電性材料の突出部および凹部Ｄ２が形成されており、それぞれ対応する形状の形成された他のパーツとの間でこれらを固定しながら電気的接続を提供する。図８は、図７に示した電気的接続構造の突出部を説明する斜視図である。
　これらのパーツの凸凹をレンガのように積み上げ、パーツ内部に配置された電子部品Ｂと接続しながら配線を形成し、それが、デザイン型を完成する工程を与える。図７のパーツを組み立てる工程は、手作業によっても可能だが、ミリサイズ以下のものは、ロボットを使用して精密組み立てすることもできる。なお、本実施形態の立体基板は、電気製品用途、教育用途、ホビーキットなどに適用することができるが特に限定はない。
　図９は、本実施形態のパーツの組み立てを説明する概念図である。本実施形態の電子部品を組み立てる場合、図９のようにＸ軸Ｙ軸Ｚ軸、下軸の６向から組み立てる方法や、図１０に示すように、土台を置き上方向から差し込む態様も可能である。上部からのみの差し込みは図１１の実施形態例となり、図１１の実施形態では、他のパーツを係合させるための引っ掛かり部が形成されている。
　他の配線や接続構造の実施形態としては、図１２に示すものも用いることができる。図１２の実施形態では、形状が立方体とされている。ただし、立方体の形状は、単なる例示であり、薄い板状、トライアングル形状、六角形状、八角形状、また任意曲面構造も可能なブロック状の物体としてパーツが生成できる。
　また、内側に配線を持たないブロックを積み上げ、空洞のブロックを用いて基板の土台
を形作り、伝導体を挿通または注入する構成とすることができ、この実施形態の場合、伝導体のつなぎ目が少なくてすみ、電気抵抗を減少させることができる。
　また、図１０に示した土台のように、何も配線構造を持たないブロックを作成し、間に配置すると、空洞やすきまを充填することができ、外観の一体性を提供することができる。また逆に、熱伝導の関係から空間を確保したい場合は骨組みのみのブロックを使用することができる。
　基板パネル部同士の接着は外部からの留め金、パズルのような組み合わせ、熱による接着、常温硬化型の接着剤、空き部分を埋めるパテを介した接着により、固めてしまえば通常の分解は難しく、リバースアナリシスされる可能性を防止することができる。
　図１３は、四角柱の形として内部に伝導体の挿通した角形配線コードを示す。図１３に示す角形配線コードは、電子部品がみ上げやすい形に平坦部を提供でき、この上に電子チップを載置し、固定することもできる。またパーツ間の電気的接続構造を提供することができる。図１３の実施形態は、図面形状は四角とされているが、断面形状は、三角、六角、八角でも、空間をすきま無く充填することができる形状であれば、特に限定はない。積
　また、針金のように強く湾曲力のある伝導体を用い、コードを作成することができる。この場合、自在に形状を付与し、例えば鳥籠のような形の配線や網目等の配線をし、作りたい形に整えた後、パーツに固定することもできる。
　さらに他の実施形態では、絶縁体の部質を用いた空洞のチューブから、それらを繋ぎ、貼り付け組み合わせ等で基板を形作り、伝導体を流し込むことで電気的接続を提供することができる。
　電子機器の内部を回路空間として使用し電子回路自体を立体化させることにより、電子機器内部で電子部品を縦、横、斜め等の配線が可能になり、電子回路を提供する部分の容量を拡大することができる。電子部品の上に別の部品を重ねることや、配線を引くことも容易となり、さらに回路を複数のパーツに分離して形成する。そしてパーツを電気的な接続を提供するように相互に組み合わせることにより、複雑な回路や球体等の変則的な形の電子機器を提供することができる。基板が板状でなくなるため、機械の形もデザインの要求に柔軟に対応可能とすることができる。
　　Ａ　基板
　　Ｂ　電子部品
　　Ｃ　配線、回路
　　Ｄ　コネクタ
　　Ｈ　コード
　　Ｊ　電子部品

Claims (6)

  1. 　電子回路を３次元化することにより立体構造を提供する立体基板であって、前記立体基板は、少なくとも１つの電子部品と、当該電子部品を第２の立体基板に電気的に接続するための電気的接続構造とを備える、立体基板。
  2. 　前記立体基板は、前記立体構造を提供するためのパーツとされ、前記パーツが複数組み合わせて接続されることにより、前記パーツとは異なる形状の電子機器を構成する、請求項１の立体基板。
  3. 　前記立体基板は、空間的に連続する隣接する前記立体基板を立体基板の間にわたって電気的接続するためのコネクタを備える、請求項１または２に記載の立体基板。
  4. 　前記立体基板は、前記電子部品および電気的接続構造を、前記立体基板が組み立てられた場合に内側となる側に保持し、前記電子部品および電気的接続構造を外部から視覚的に遮断して前記立体構造を構成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の立体基板。
  5. 　少なくとも１つの電子部品と、当該電子部品を外部に電気的に接続するための電気的接続構造とを備える立体基板を、３次元的に組み立てることによって立体構造とした電子機器。
  6. 　前記立体基板は、前記電子部品をその中空な内部領域に収容するか、または前記電子部品を前記立体基板に形成された前記電子部品を収容するための凹部に収容する、請求項５の電子機器。

     
PCT/JP2015/006317 2015-01-05 2015-12-18 立体構造を提供する立体基板および電子機器 WO2016110908A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015561813A JPWO2016110908A1 (ja) 2015-01-05 2015-12-18 立体構造を提供する立体基板および電子機器
US15/641,223 US9907198B2 (en) 2015-01-05 2017-07-04 Three-dimensional substrate for providing three-dimensional structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015010709 2015-01-05
JP2015-010709 2015-01-05

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/641,223 Continuation US9907198B2 (en) 2015-01-05 2017-07-04 Three-dimensional substrate for providing three-dimensional structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016110908A1 true WO2016110908A1 (ja) 2016-07-14

Family

ID=56355638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/006317 WO2016110908A1 (ja) 2015-01-05 2015-12-18 立体構造を提供する立体基板および電子機器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9907198B2 (ja)
JP (2) JP2016129214A (ja)
WO (1) WO2016110908A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57202798A (en) * 1981-06-08 1982-12-11 Bandai Co Block with electric element
JP2010219424A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Olympus Corp 立体配線構造物

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0384987A (ja) * 1989-08-28 1991-04-10 Toshiba Corp 立体配線基板
JPH03177093A (ja) * 1989-12-05 1991-08-01 Hitachi Chem Co Ltd 立体プリント配線板の製造方法
JP2618577B2 (ja) * 1992-12-04 1997-06-11 富士通株式会社 三次元構造電子部品の製造方法
JPH10150253A (ja) * 1996-11-20 1998-06-02 Iwaki Electron Corp Ltd 基板接続方法
JPH1117339A (ja) * 1997-06-26 1999-01-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 多層配線板とその製造方法並びに実装体
JP4048811B2 (ja) * 2002-03-26 2008-02-20 松下電工株式会社 立体回路板及びその製造方法
JP2004071737A (ja) * 2002-08-05 2004-03-04 Shinko Electric Ind Co Ltd 筐体形成体およびこれを用いた電子機器
US7019965B2 (en) * 2002-09-30 2006-03-28 Sun Microsystems, Inc. Ejector mechanism and a carrier including same
JP4128934B2 (ja) * 2003-10-09 2008-07-30 古河電気工業株式会社 多周波共用アンテナ
US7613010B2 (en) * 2004-02-02 2009-11-03 Panasonic Corporation Stereoscopic electronic circuit device, and relay board and relay frame used therein
TWI248330B (en) * 2005-01-14 2006-01-21 Ind Tech Res Inst High frequency and wide band impedance matching via
JP2006253506A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Tdk Corp 複合基板装置及び複合基板装置の製造方法
JP5455028B2 (ja) * 2009-10-30 2014-03-26 パナソニック株式会社 回路基板構造体
TWI501380B (zh) * 2010-01-29 2015-09-21 Nat Chip Implementation Ct Nat Applied Res Lab 多基板晶片模組堆疊之三維系統晶片結構
JP2012191117A (ja) * 2011-03-14 2012-10-04 Kyocera Corp 積層型電子部品およびこれを備えた電子部品モジュール
JP5973190B2 (ja) * 2012-03-06 2016-08-23 タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 立体積層配線基板

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57202798A (en) * 1981-06-08 1982-12-11 Bandai Co Block with electric element
JP2010219424A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Olympus Corp 立体配線構造物

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016129214A (ja) 2016-07-14
US9907198B2 (en) 2018-02-27
US20170303418A1 (en) 2017-10-19
JPWO2016110908A1 (ja) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007317806A (ja) プリント基板ユニット
KR20130068940A (ko) 조립식 전자회로 블록
JP2011129708A (ja) プリント配線板の接続構造
JP2008505498A (ja) マイクロ−キャステレイションを備えたインターポーザー
KR20160129522A (ko) 3d 프린팅을 이용한 3차원 회로 형성방법 및 3차원 회로
CN103262226B (zh) 用于制造具有成型体的电子组件的方法
TW201640973A (zh) 製造電性連接結構之方法
WO2016110908A1 (ja) 立体構造を提供する立体基板および電子機器
KR102206150B1 (ko) 3d 와이어 불록 구조 및 방법
TW201543972A (zh) 板體集積式互連體
CN206413258U (zh) 一种印刷电路板
JP6205184B2 (ja) 電子部品実装構造体
CN202949060U (zh) 插接结构
CN209561409U (zh) 集成电子电路
WO2011012993A3 (en) Modular prototyping of a circuit for manufacturing
TW200806114A (en) System and method for modular electronics design
Isaac Rigid-flex technology: mainstream use but more complex designs
CN104284509B (zh) 印刷布线基板及具备其的电动工具用开关
JP2012003460A (ja) 三次元実装基板用解析方法
JP2015159239A (ja) 回路基板
CN108605411B (zh) 电路基板的制造方法及电路基板
JP2006236948A (ja) 近接センサおよびその製造方法
US20100077608A1 (en) Alternating Via Fanout Patterns
CN105282957A (zh) 三维立体电路及其生产方法
JPS58210692A (ja) 電子回路の試作方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015561813

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15876788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15876788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1