JP2005056982A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路パターン間を分離する分離溝や、回路パターンそのものの幅を不必要に広げることなく、リードフレームにより多くの電流を流すことができる回路基板を提供する。
【解決手段】 回路パターン３に対応したリードフレーム１を備えた回路基板15において、複数枚のリードフレーム１を重ね合わせて導電部となるリードフレーム組立体11を構成する。こうすると、各回路パターン３の幅や回路パターン３間にある分離溝４の幅は、単独のリードフレーム１を形成したときの状態と同じまま、回路パターン３の厚さだけを、重ねあわせたリードフレーム１の枚数に比例して増加させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回路パターンに対応したリードフレームを導電部として構成した回路基板に関する。

一般に、この種の回路基板は、例えばガラスエポキシ樹脂などの絶縁基材の片面または両面に、導電パターンとなる銅箔を印刷形成したものが従来から知られており、この場合は導電パターンの適所に設けた接続部に基板実装部品を半田付け接続して電流経路を形成し、ここに電流を流すことによって回路動作を行なうようになっている。上記導電パターンの中で、とりわけ大電流（電力）を伝送するものはパワーパターンと呼ばれ、他の小信号伝送用のパターンよりも銅箔の厚さおよび幅を広くする必要があるが、絶縁基材上に印刷形成できる導電パターンでは、銅箔の厚さや幅を広げるにも上限があって、大きな電力を電送するには自ずと限界があった。

こうした問題に対処するために、例えば特許文献１や特許文献２には、リードフレームを導電部とした回路基板が提案されている。特許文献１では、回路パターンに対応したリードフレームに基板実装部品であるチップ素子を接続固定し、この部品付きのリードフレームをインサート射出成型により絶縁樹脂製の外装パッケージで一体成形した単層ハイブリッド回路が開示されており、リードフレーム間を突出接続端子部やチップジャンパーでつなぎながら、複数個の単層ハイブリッド回路を積層一体化することで、複雑な回路を構成できるようにしている。また、別の特許文献２では、リードフレームの母材となる金属板をエッチング処理することで、金属板の平面方向に配線パターンを分離する分離溝を形成すると共に、前記エッチング処理の過程で分離溝内に絶縁層を埋没させることで、リードフレームの外枠に回路パターンを連結することなく、微細な回路パターンの構造を形成可能にしている。
特許第２５６８９５２号公報 特開２００１−７７４８８号

上記特許文献１や特許文献２によるリードフレームは、いずれも従来のプリント基板に比べて回路パターンとなる部分に大電流を流せるという利点がある。しかし、より大きな電流を取り扱うために、リードフレームの板厚を厚くする（例えば、１０Ａ程度の電流を流す場合、リードフレームの板厚は約１ｍｍとなる）と、回路パターン間を分離する分離溝や、回路パターンそのものの幅も広がり、高密度のパターン配線が困難になって、リードフレーム上に搭載する部品の実装密度も上げにくい問題があった。また、板厚が厚くなれば、当然エッチング処理などにも手間がかかって、製造性の低下も懸念される。そのため、現状では大電流を伝送するパワーパターンに対応したリードフレームと、小信号用のプリント基板とを別々に分けて製造するなどの複雑な手法を採用せざるを得なかった。

本願発明は上記問題点に鑑み、回路パターン間を分離する分離溝や、回路パターンそのものの幅を不必要に広げることなく、リードフレームにより多くの電流を流すことができる回路基板を提供することをその目的とする。

本発明における請求項１の回路基板は、回路パターンに対応したリードフレームを導電部として備えた回路基板において、前記複数枚のリードフレームを重ね合わせて前記導電部を構成したことを特徴とする。

この場合、各回路パターンの幅や回路パターン間にある分離溝の幅は、単独のリードフレームを形成したときの状態と同じまま、回路パターンの厚さだけを、重ねあわせたリードフレームの枚数に比例して増加させることができる。

本発明における請求項２の回路基板は、前記回路パターンが、大電流伝送用のパワーパターンと、このパワーパターンよりも幅狭な小信号伝送用のファインパターンとにより構成されることを特徴とする。

この場合、リードフレームにパワーパターンとファインパターンを混在させた回路パターンを形成しているので、このリードフレームを複数枚重ね合わせることで、わざわざ別な構成要素とすることなく、大電流のみならず小信号の伝送にも適した高配線密度の回路基板を得ることができる。

本発明における請求項３の回路基板は、少なくとも前記ファインパターンの形状が異なるように、各々の前記リードフレームを形成している。

この場合、小信号用のファインパターンは、パワーパターンよりも小さな断面積で構わないので、各リードフレーム毎にファインパターンを異なる形状にすれば、複数枚のリードフレームを重ね合わせたときに三次元的な配線を可能にして、配線密度をより高めることが可能になる。

本発明における請求項４の回路基板は、前記回路パターンを形成するための分離溝に絶縁樹脂を埋設したものである。

この場合、分離溝を埋めるように絶縁樹脂が各回路パターンを支えるので、各回路パターンがぐらつくのを防止できると共に、最終的に回路パターンがリードフレームの周縁部から切り離されたときに、島状の回路パターンが回路基板から離脱するのを防止できる。

本発明における請求項５における回路基板は、前記リードフレームの外部との接続を可能にするために、前記回路パターンと共に前記リードフレームに端子片を一体形成し手構成される。

この場合、端子片はリードフレームの回路パターンと共に一体的に形成されるので、別部品の端子をわざわざ用意することなく、外部との接続が可能になる。

本発明における請求項６における回路基板は、前記重ね合わせたリードフレームの表面に、基板実装部品を半田付け接続する前記回路パターンの接続部と前記端子片とを除いて、前記絶縁樹脂を設けている。

このようにすると、最終的な回路基板の表面には、半田付け接続を行う必要のある接続部と端子片以外の部分で、絶縁樹脂が外部に露出する。そのため、この絶縁樹脂をいわば回路基板のソルダーレジストとして機能させることが可能になる。

本発明の請求項１の回路基板によれば、回路パターン間を分離する分離溝や、回路パターンそのものの幅を不必要に広げることなく、リードフレームにより多くの電流を流すことが可能になる。

本発明の請求項２の回路基板によれば、大電流のみならず小信号の伝送にも適した高配線密度の回路基板を得ることができる。

本発明の請求項３の回路基板によれば、ファインパターンに関して三次元的な配線を可能にして、配線密度をより高めることが可能になる。

本発明の請求項４の回路基板によれば、各回路パターンがぐらつくのを防止できると共に、島状の回路パターンが回路基板から離脱するのを防止できる。

本発明の請求項５の回路基板によれば、別部品の端子をわざわざ用意することなく、リードフレームに一体形成された端子片を利用して、外部との接続が可能になる。

本発明の請求項６の回路基板によれば、絶縁樹脂を回路基板のソルダーレジストとして機能させることが可能になり、半田付け作業の際に回路パターンの不必要な部分に半田が付着するのを確実に防止できる。

以下、本発明における回路基板の好ましい実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、それぞれの実施例について、共通する部分には共通する符号を極力用いることとする。

本実施例における回路基板の製造方法を、図１〜図１２に基づき説明する。図１は、リードフレーム１単独の斜視図を示したものである。リードフレーム１の母材となる良導電性の金属板２は、微細な回路パターン３を高密度で配線できるように、例えば0.25ｍｍの厚みを有する一様な圧延板からなる。また金属板２は、熱伝導性を考慮して、例えば銅，鉄，アルミニウム，ニッケルから選ばれた少なくとも１種を主成分とする金属から構成するのが好ましい。金属板２には、その両面に施された周知のエッチング処理により、回路パターン３と分離溝４がそれぞれ形成される。各分離溝４は、いずれも金属板２の上面から下面を貫通して開口形成されており、この分離溝４によって各々の回路パターン３が金属板２の平面方向に分離される。こうして、最初のリードフレーム形成工程では、個々のリードフレーム１において、分離溝４によって分離された複数の回路パターン３が、リードフレーム１の周縁部１Ａに連結するようにして所望のパターン形状に形成される。

またリードフレーム１には、前記回路パターン３を設けた部品搭載部５の周辺両側に位置して、複数の端子片６が一体に形成される。各々の端子片６は、前記回路パターン３の場合と同等に、リードフレーム１の周縁部１Ａに連結しながら分離溝４によって分離される。この端子片６は、リードフレーム１の部品搭載部５と外部との接続を可能にするものであるが、部品搭載部５の周辺にではなく、部品搭載部５の内部に設けてもよく、要はエッチング処理により任意の回路パターン３とつながるように、各回路パターン３と共に形成されればよい。

本実施例における回路パターン３は、大電流伝送用のパワーパターン３Ａと、このパワーパターン３Ａよりも幅狭な小信号伝送用のファインパターン３Ｂとにより構成される。回路パターン３としては、例えばパワーパターン３Ａだけで構成してもよい。いずれにせよ、リードフレーム１単独の板厚は、完成状態における回路基板の板厚よりも遥かに薄いので、パワーパターン３Ａやファインパターン３Ｂの幅、および回路パターン３間にある分離溝４の幅を必要以上に広げることなく、製造上容易に回路パターン３や分離溝４を形成できる。また端子片６も、パワーパターン３Ａにつながる幅広の電力用端子片６Ａと、この電力用端子片６Ａよりも幅狭で、ファインパターン３Ｂにつながる信号用端子片６Ｂとにより構成される。もちろん、回路パターン３がパワーパターン３Ａだけで構成される場合は、端子片６も電力用端子片６Ａだけで構成してよい。

図２は、分離溝４によって回路パターン３と端子片６を形成したリードフレーム１の重ね合せ前の状態を示しており、また図３は重ねあわせた後の状態を示している。本実施例では、図１に示す同一形状のリードフレーム１を４枚密着状態に重ね合わせることで、全体の厚さがリードフレーム１単体の板厚の４倍（厚さ１ｍｍ）のリードフレーム組立体11を形成している。リードフレーム１の重ね合せ枚数については特に限定されないが、パワーパターン３Ａを流れる電流量を考慮して適宜選定すればよい。これにより、回路パターン３および端子片６の厚みひいては断面積は、リードフレーム１の重ね合せ枚数に比例して増加し、これらの回路パターン３および端子片６に、より多くの電流を流すことができるようになる。

上記リードフレーム組立体11の製造工程においては、回路パターン３や接続片６の各位置が高さ方向に揃うように、複数枚のリードフレーム１を並べた状態で、このリードフレーム１の最外面から押圧力が加えられる。これによりリードフレーム１，１の接合面がほぼ隙間なく密着した状態で、全てのリードフレーム１が重なり合う。その場合、リードフレーム１，１間の接合力を高めるために、例えば導電性を有する接着剤をリードフレーム１，１の接合面に介在させて接着してもよい。リードフレーム組立体11の厚さを変えることは、製造時においてリードフレーム１の重ね合わせ枚数を変えるだけのことなので、任意の厚みの回路パターン３および端子片６を有するリードフレーム組立体11を極めて簡単に得ることができる。また、パワーパターン３Ａやファインパターン３Ｂの幅、および回路パターン３間にある分離溝４の幅は、リードフレーム１を何枚重ね合わせても広がることはないので、回路パターン３の配線密度を変えることなく、回路パターン３の厚さだけを増やすことができる。とりわけ本実施例では、リードフレーム１にパワーパターン３Ａとファインパターン３Ｂを混在させた回路パターン３を形成しているので、このリードフレーム１を複数枚重ね合わせることで、大電流のみならず小信号の伝送にも適した高配線密度の回路基板を得ることができる。

前記部品搭載部５に開口形成された分離溝４には、図４および図５に示すように、絶縁樹脂12が隙間なく埋設される。この絶縁樹脂12は、その後のリードフレーム組立体11の外枠切断工程において、独立した島状の回路パターン３が、部品搭載部５から離脱するのを防止すると共に、回路パターン３（特に、ファインパターン３Ｂ）がぐらつくのを防止するためにある。この実施例では、絶縁樹脂12の上面および下面が、リードフレーム組立体11の上面および下面と面一になるように形成される。

この絶縁樹脂12の埋め込み工程では、図示しない樹脂注入機の上型と下型間に、リードフレーム組立体11の上面と下面が接する状態にして、部品搭載部５に位置する分離溝４に未硬化状態の絶縁樹脂12を注入する。特に部品搭載部５内の分離溝４は、全ての回路パターン３の一側だけがリードフレーム１の周縁につながれている関係で、島状に点在するのではなく、一つの連続した穴で形成されるので、分離溝４の適所に絶縁樹脂12を注入すると、分離溝４全体に絶縁樹脂12を隙間なく埋め込むことができる。絶縁樹脂12はその後熱などにより硬化され、部品搭載部５に形成される回路パターン３を保持する。

絶縁樹脂12は、各リードフレーム１の接合力を高めるのにも有効に作用する。図６は、絶縁樹脂12を埋め込んだ状態のリードフレーム１の断面図を示しているが、エッチングにより分離溝４を形成した場合は、リードフレーム１の両面が円弧状に削り取られて行くので、分離溝４の縦壁面が平坦ではなく中央部に突起を有する形状となり、リードフレーム１を重ね合わせたときに、リードフレーム１，１の中央部付近に凸状の楔部14が形成される。したがって、このような形状の分離溝４に絶縁樹脂12を埋め込むと、前記楔部14がリードフレーム１の抜け止めとして作用して、リードフレーム１，１間の接合力が高まる。

なお、図６ではエッチングにより回路パターン３を形成する例を示したが、プレス加工によって回路パターン３を形成してもよい。その場合も、重ね合わせた各リードフレーム１の抜け止め用の楔部14を、分離溝４の壁面に形成するのが好ましい。

図７および図８は、部品搭載部５および端子片６を残して、リードフレーム組立体11の外枠（周縁部１Ａ）を切り離した状態を示している。各回路パターン３は、リードフレーム組立体11の外枠切断工程において島状に独立するが、その前の樹脂注入工程で硬化された絶縁樹脂12が各回路パターン３を保持しているので、部品搭載部５から脱落する虞れはない。このリードフレーム組立体11の外枠切断工程が終了した段階で、後述する基板実装部品21の半田付け接続が可能な回路基板15が完成する。

図９および図１０は、前記回路基板15に基板実装部品21を半田付け接続した状態を示している。これらの各図において、基板実装部品21は回路基板15の上面だけでなく、反対側の下面にも実装される。回路パターン３の適所には、各種基板実装部品との半田付け接続を可能にする接続部17が設けられる。基板実装部品21は回路基板15の表面に載せた状態で半田付け接続されてもよいし、回路パターン３に予め形成したスルーホールに基板実装部品21のリードを挿入した状態で半田付け接続されてもよい。

本実施例の回路基板15と基板実装部品21は、トランスの介在しない非絶縁のスイッチング電源装置を提供するものであり、回路基板15の上面には、例えばコモンモードチョークコイル22や、抵抗23や、トランジスタ24や、フォトカプラ25や、ツェナーダイオード26などが基板実装部品21として実装され、回路基板15の下面には、例えばコンデンサ28や、トランジスタ29や、主スイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ30や、抵抗31などが同じく基板実装部品21として実装される。もちろん、本実施例における回路基板15は、種々の電気機器に適用することができるので、その用途は電源装置に限定されない。また、どのような基板実装部品21を搭載するのかについても特に限定しない。

前記端子片６は、必要に応じて折り曲げ加工してもよい。図１１は、回路基板15の端子片６を表面実装用に折り曲げ加工した例を示している。同図において、41は回路基板15が装着される例えばマザーボードなどの被取付基板であり、前述の各端子片６には被取付基板41の上面に接触する脚部42がそれぞれ形成される。そして、回路基板15の脚部42を被取付基板41の所定位置である導電パッド部（図示せず）に載せ、この導電パッド部と脚部42との接触部分に半田を流し込むことで、回路基板15の部品搭載部５が被取付基板41と離間した状態で、被取付基板41上に取付け固定される。このとき回路基板15を構成する各リードフレーム１どうしも半田により相互に固着されるので、リードフレーム１がバラけるのを防止できる。なお、半田の代わりにリードフレーム１自身を溶接するなどの方法を採用してもよい。

また別な例として、被取付基板41に形成したスルーホール（図示せず）に挿入可能な形状に前記脚部42を形成してもよい。この場合も、被取付基板41のスルーホールに脚部42を挿入した後、このスルーホールに半田を流し込むことで、回路基板15の取付け固定と、各リードフレーム１のバラけ防止を同時に達成できる。

ところで、前記リードフレーム組立体11の製造工程においては、同一形状のリードフレーム１を重ね合わせていたが、個々のリードフレーム１の形状は異なっていてもよい。例えば図１２に示すように、大電流を流すパワーパターン３Ａは、その断面積を極力大きくするために各リードフレーム１共に同一形状に形成する一方で、小信号用のファインパターン３Ｂは、パワーパターン３Ａよりも小さな断面積で構わないので、各リードフレーム１毎に異なる形状にする。こうすることで、ファインパターン３Ｂに関しては、複数枚のリードフレームを重ね合わせたときに三次元的な配線を可能にして、配線密度をより高めることが可能になる。

以上のように本実施例によれば、回路パターン３に対応したリードフレーム１を導電部として備えた回路基板15において、複数枚のリードフレーム１を重ね合わせて導電部となるリードフレーム組立体11を構成している。

この場合、各回路パターン３の幅や回路パターン３間にある分離溝４の幅は、単独のリードフレーム１を形成したときの状態と同じまま、回路パターン３の厚さだけを、重ねあわせたリードフレーム１の枚数に比例して増加させることができる。そのため、回路パターン３間を分離する分離溝４や、回路パターン３そのものの幅を不必要に広げることなく、重ね合わせた状態のリードフレーム１により多くの電流を流すことができる。

また本実施例のリードフレーム１は、大電流伝送用のパワーパターン３Ａと、このパワーパターン３Ａよりも幅狭な小信号伝送用のファインパターン３Ｂとにより構成される回路パターン３が形成され、こうしたリードフレーム１を複数枚重ね合わせて導電部となるリードフレーム組立体11を構成している。

この場合、リードフレーム１にパワーパターン３Ａとファインパターン３Ｂを混在させた回路パターン３を形成しているので、このリードフレーム１を複数枚重ね合わせることで、わざわざ別な構成要素とすることなく、大電流のみならず小信号の伝送にも適した高配線密度の回路基板15を得ることができる。

また本実施例では、図１２に示すように、少なくともファインパターン３Ｂの形状が異なるように、各々のリードフレーム１を異なる形状に形成している。小信号用のファインパターン３Ｂは、パワーパターン３Ａよりも小さな断面積で構わないので、各リードフレーム１毎にファインパターン３Ｂを異なる形状にすれば、複数枚のリードフレーム１を重ね合わせたときに三次元的な配線を可能にして、配線密度をより高めることが可能になる。

また本実施例では、回路パターン３を形成するための分離溝４に絶縁樹脂12を埋設している。こうすると、分離溝４を埋めるように絶縁樹脂12が各回路パターン３を支えるので、各回路パターン３がぐらつくのを防止できると共に、最終的に回路パターン３がリードフレーム１の周縁部１Ａから切り離されたときに、島状の回路パターン３が回路基板15から離脱するのを防止できる。

本発明の第２実施例について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。本実施例における回路基板15の製造方法は、絶縁樹脂12の埋め込み工程が前記第１実施例のものと異なる。図１３および図１４に示すように、ここでは重ね合わせたリードフレーム１（リードフレーム組立体11）の分離溝４に、成形により隙間なく絶縁樹脂12を埋設するのと同時に、回路パターン３に形成した接続部17と端子片６を除いて、リードフレーム組立体11の表面にも、絶縁樹脂12を薄く覆い被せている。これにより最終的な回路基板15の表面は、図１５に示すように、半田付け接続を行う必要のある接続部17と端子片６以外は絶縁樹脂12が外部に露出する。そのため、基板実装部品21や被取付基板41との半田付け作業の際に、不必要な半田が回路パターン３に付着するのを防止できる。

このように本実施例では、分離溝４に絶縁樹脂12を埋め込むのと同時に、重ね合わせたリードフレーム１の表面に、基板実装部品21を半田付け接続する回路パターン３の接続部17と端子片６とを除いて、この絶縁樹脂12を設けている。

このようにすると、最終的な回路基板15の表面には、半田付け接続を行う必要のある接続部17と端子片６以外の部分で、絶縁樹脂12が外部に露出する。そのため、この絶縁樹脂12をいわば回路基板15のソルダーレジストとして機能させることが可能になる。

なお、本実施例は上記各実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

本発明における回路基板は、その表面（片面又は両面）に基板実装部品を搭載することで、パワー系と制御系が混在する電源装置に限らず、同様のあらゆる電子機器に適用が可能である。

本発明の実施例１におけるリードフレーム単体の斜視図である。 同上、各リードフレームを重ね合わせる前の状態を示す斜視図である。 同上、各リードフレームを重ね合わせた後の状態を示す斜視図である。 同上、分離溝に絶縁樹脂を埋め込んだ状態の斜視図である。 同上、分離溝に絶縁樹脂を埋め込んだ状態の平面図である。 同上、分離溝に絶縁樹脂を埋め込んだ状態の断面図である。 同上、完成した回路基板の平面図である。 同上、完成した回路基板の底面図である。 同上、回路基板に基板実装部品を半田付け接続した状態の平面図である。 同上、回路基板に基板実装部品を半田付け接続した状態の背面図である。 同上、表面実装用に端子片を折り曲げ加工した回路基板の断面図である。 同上、別な変形例を示す要部の断面図である。 本発明の第２実施例を示す絶縁樹脂の成形後におけるリードフレーム組立体の平面図である。 同上、図１３のＡ−Ａ線断面図である。 同上、完成した回路基板の平面図である。

符号の説明

１ リードフレーム
３ 回路パターン
３Ａ パワーパターン
３Ｂ ファインパターン
４ 分離溝
６ 端子片
11 リードフレーム組立体（導電部）
12 絶縁樹脂
15 回路基板
17 接続部

Claims (6)

1. 回路パターンに対応したリードフレームを導電部として備えた回路基板において、前記複数枚のリードフレームを重ね合わせて前記導電部を構成したことを特徴とする回路基板。
2. 前記回路パターンは、大電流伝送用のパワーパターンと、このパワーパターンよりも幅狭な小信号伝送用のファインパターンとにより構成されることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
3. 少なくとも前記ファインパターンの形状が異なるように、各々の前記リードフレームを形成したことを特徴とする請求項２記載の回路基板。
4. 前記回路パターンを形成するための分離溝に絶縁樹脂を埋設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の回路基板。
5. 前記リードフレームの外部との接続を可能にするために、前記回路パターンと共に前記リードフレームに端子片を一体形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回路基板。
6. 前記重ね合わせたリードフレームの表面に、基板実装部品を半田付け接続する前記回路パターンの接続部と前記端子片とを除いて、前記絶縁樹脂を設けたことを特徴とする請求項５記載の回路基板。

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