JP2007128929A

JP2007128929A - メタルコア基板及びその製造方法並びに電気接続箱

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Publication number: JP2007128929A
Application number: JP2005317791A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Adachi; 亮一安達; Hisao Honma; 久雄本間; Yoshiyuki Suzuki; 良征鈴木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】本発明は回路パターンのレイアウトの自由度、基板の小型化及び軽量化を図ることができるメタルコア基板及びその製造方法並びに電気接続箱を提供する。
【解決手段】本発明のメタルコア基板Ｍは、金属コア１と、金属コア１の表面及び裏面に積層された第１の絶縁層２と、第１の絶縁層２上に所定の回路パターンとして形成された内部導体層３と、内部導体層３上に積層された第２の絶縁層４と、第２の絶縁層４上に所定の回路パターンとして形成された外部導体層５と、外部導体層５上に積層されたソルダーレジスト層６（第３の絶縁層）とを有する。内部導体層３は厚い金属箔で構成され、外部導体層５は薄い金属箔で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電気接続箱等に用いられるメタルコア基板及びその製造方法並びに電気接続箱に関する。

近年、車両用電気接続箱の分野においては、製品の小型化、回路数の増加、設計変更の容易化等の要請から、放熱性に優れているメタルコア基板を用いた電気接続箱が提案されている（特許文献１参照）。

図７は、従来のメタルコア基板の構造を示す断面図である。

図７に示すように、従来のメタルコア基板は、銅やアルミニウム等の金属からなる金属コア５０と、金属コア５０の表面及び裏面に積層され、樹脂等からなる絶縁層５１と、絶縁層５１上に所定の回路パターンとして形成された導体層５２ａ、５２ｂと、導体層５２ａ、５２ｂ上に積層されたソルダーレジスト層５３とから構成されている。

金属コア５０の厚さは例えば４００μｍ、導体層５２ａ、５２ｂの厚さは例えば７０μｍに形成されている。

また、図７に示す従来のメタルコア基板は、表面側と裏面側にそれぞれ導体層５２ａ、５２ｂが形成された両面板であり、表面側の導体層５２ａと裏面側の導体層５２ｂとを電気的に接続するためのスルーホール５４が所定位置に形成され、基板の回路密度を高めている。
特開２００１−１１９８３８号公報

従来のメタルコア基板には、次のような課題がある。

（１）近年の車両用電気接続箱は多機能化され、内部の回路数が増加していく傾向にあるが、従来のメタルコア基板の構成では、回路パターンのレイアウトの自由度が低く、基板の大型化や高重量化を招いているという課題がある。

（２）車両用電気接続箱に用いられるメタルコア基板に形成される回路のうち電力系回路が占める割合は全体の約３／４を超えるが、電力系回路の場合、大電流を流すためにパターン幅を広くとる必要があるため、基板がますます大型化してしまうという課題がある。

（３）従来の電力系回路のパターンは、信号系回路のパターンと同じ層にレイアウトされていたため、比較的薄い銅箔が使用されていた。そのため、大電流を流す電力系回路では、パターン幅を広げる必要が生じ、これも回路パターンのレイアウトの自由度を低くする要因であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、回路パターンのレイアウトの自由度、基板の小型化及び軽量化を図ることができるメタルコア基板及びその製造方法並びに電気接続箱を提供することを目的とする。

本発明のメタルコア基板は、金属コアと、前記金属コアの表面及び裏面に積層された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された内部導体層と、前記内部導体層上に積層された第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された外部導体層と、前記外部導体層上に積層された第３の絶縁層とを有するメタルコア基板であって、前記内部導体層は前記外部導体層よりも厚い金属材で構成されていることを特徴とするものである。

前記金属コアの厚さは３００〜５００μｍであり、前記内部導体層の厚さは１７５〜２１０μｍであり、前記外部導体層の厚さは１５〜３５μｍであってもよい。

本発明のメタルコア基板の製造方法は、
金属コアの表面及び裏面に第１の絶縁層を積層する工程と、
前記第１の絶縁層上に所定の回路パターンとして厚い金属材からなる内部導体層を形成する工程と、
前記内部導体層上に第２の絶縁層を積層する工程と、
前記第２の絶縁層上に所定の回路パターンとして薄い金属材からなる外部導体層を形成する工程と、
前記外部導体層上に第３の絶縁層を積層する工程と、
を有することを特徴とするものである。

前記金属コアの表面及び裏面をメッキ粗化処理する工程と、前記内部導体層の外面をエッチング粗化処理する工程をさらに有してもよい。

本発明の電気接続箱は、前記メタルコア基板と、メタルコア基板を収容するケースとを有し、前記メタルコア基板の内部導体層を電力系回路とし、前記外部導体層を信号系回路として配線されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、内部導体層は前記外部導体層よりも厚い金属材で構成されているので、種類の異なる回路を別々の層に分けて配置することにより、回路パターン設計の自由度を飛躍的に高めることができる。その結果、基板の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板を示す側面断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍは、金属コア１と、金属コア１の表面及び裏面に積層された第１の絶縁層２と、第１の絶縁層２上に所定の回路パターンとして形成された内部導体層３と、内部導体層３上に積層された第２の絶縁層４と、第２の絶縁層４上に所定の回路パターンとして形成された外部導体層５と、外部導体層５上に積層されたソルダーレジスト層６（第３の絶縁層）とを有する。

ここで金属コア１は３００〜５００μｍの厚さ（例えば４００μｍ）、第１の絶縁層２は２００ μｍの厚さ、内部導体層３は１７５〜２１０μｍの厚さ（１７５μｍ）、第２の絶縁層４は２００〜４００μｍの厚さ、外部導体層５は１５〜３５μｍの厚さ（例えば１８μｍ）で形成されている。

金属コア１、内部導体層３及び外部導体層５は、例えば銅やアルミもしくはそれらを主成分とする合金等の熱伝導性の良好な金属で作られている板材である。また、内部導体層３は厚い金属箔で構成され、外部導体層５は薄い金属箔で構成されている。

第１の絶縁層２、第２の絶縁層４はエポキシ系の樹脂で作られている。

金属コア１の両面にはメッキによる粗化処理を施してあり、内部導体層３の外面にはエッチングによる粗化処理を施してある。

なお、図１中、符号７は、両面の内部導体層３同士を、ビア９ａを介して接続するために形成された第１のメッキ部であり、符号８は、両面の外部導体層５同士を、スルーホール１１を介して接続するために形成された第２のメッキ部である。

次に、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍの製造方法を説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｅ）、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍの製造方法の各工程を説明するための側面断面図である。

図２（Ａ）に示すように、まず、図１（Ａ）に示す金属コア１を準備し、図２（Ｂ）に示すように、金属コア１の表面と裏面とを貫通する貫通孔１ａをエッチング、パンチング等により形成する。また、金属コア１の表面にメッキ粗化処理を施す（図２（Ｃ）参照）。このメッキ粗化処理を施すことにより、金属コア１の表面に金属の粒をつけることで、第１の絶縁層２のアンカー効果を高くすることができる（アンカー効果はエッチングによる粗化よりも高い）。

次いで、図２（Ｄ）に示すように、第１の絶縁層２となるプリプレグ（ガラスクロス等のクロスにエポキシ樹脂を含浸させたもの）と、内部導体層３となる厚い金属箔（例えば銅箔）とを積み重ね、図２（Ｅ）に示すように、加熱状態かつ真空状態にてプレス加工を施し、一体化する。以下、これを第１の回路基板体９という。

次いで、図３（Ａ）に示すように、第１の回路基板体９において、金属コア１に形成した貫通孔１ａ（図１（Ｂ）参照）の部分にビア９ａを形成し、図３（Ｂ）に示すように、さらにその部分に第１のメッキ部７を形成して両面の内部導体層３同士を接続する。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、内部導体層３をエッチングして回路パターンを形成し、図３（Ｄ）に示すように、表面にエッチングによる粗化処理を施す。ここではメッキによる粗化は行えないので、多少アンカー効果は劣るもののエッチングによる処理を選んでいる。

次いで、図３（Ｅ）に示すように、第２の絶縁層４となるプリプレグと、外部導体層５となる薄い金属箔（例えば銅箔）を積み重ね、図３（Ｆ）に示すように、加熱状態かつ真空状態にてプレス加工を施し、一体化する。以下、これを第２の回路基板体１０という。

次いで、図４（Ａ）に示すように、第２の回路基板体１０に表面と裏面とを貫通するスルーホール１１を形成し、図４（Ｂ）に示すように、さらにその部分に第２のメッキ部８を形成して、両面の外部導体層５同士を接続する。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、外部導体層５をエッチングして回路パターンを形成する。

次いで、図４（Ｄ）に示すように、外部導体層５上にソルダーレジスト層６を形成し、さらにシルク印刷、製品形状加工を経て、図４（Ｅ）に示すように、金属箔コーティングやプリフラックス工程が行われ、メタルコア基板Ｍとして完成される。

図５は、本発明の実施形態例に係る電気接続箱の内部を概略的に示す説明図である。

図５に示すように、本発明の実施形態例に係る電気接続箱Ｅは、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍと、そのメタルコア基板Ｍを収容するケース１２とを有する。

メタルコア基板Ｍにはリレー１３、ヒューズ１４に接続するためのヒューズ端子１５及びワイヤハーネスＷのコネクタ１６に接続するためのコネクタ端子１７等の電子部品が実装されている。

また、メタルコア基板Ｍの内部導体層３を電力系回路とし、外部導体層５を信号系回路として他の電気配線と経路配線して構成されている。

このように電力系回路と信号系回路を別々の層に分けて配置することにより、回路パターン設計の自由度を飛躍的に高めることができる。

しかも電力系回路は大電流を流すため、従来の両面板の場合にはパターン幅を広くとる必要があったが、上述のような厚さのある内部導体層３を電力系回路とすることにより、熱的に有利となり、パターン幅を狭くすることができる。

また、内部導体層３で発生した熱は第１の絶縁層２を介して金属コア１に速やかに伝達されるので、外部導体層５を電力系回路に使用するよりも熱的に有利であり、この観点でもパターン幅を狭くすることができる。

以上のように、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍによれば、回路パターンの設計の自由度が増し、パターン幅を狭くすることができるので、基板の小型化を図ることができる。

具体的には、自動車等の車両用電気接続箱の軽量化のために、実装部品を含まない一枚辺りについて、基板の重さを５０ｇ以下、８．５×１０³ｍｍ以下とすることができる。

図６（Ａ）は回路数と基板面積との関係をガラエポ基板（従来）、メタルコア両面基板（従来）、多層メタルコア基板Ｍ（本発明）で比較したグラフである。図６（Ａ）に示すように、回路数１７４（電流値：６９．５Ａ）で比較すると、多層メタルコア基板Ｍ（本発明）は、メタルコア両面基板（従来）に対し、１／３（≒６９７０／２０４４０）の大きさで１７４回路は配線することができる。

また、図６（Ｂ）は基板サイズと重量との関係をメタルコア両面基板（従来）、多層メタルコア基板Ｍ（本発明）で比較したグラフである。図６（Ｂ）に示すように、メタルコア両面基板（従来）の面積が２０４４０ｍｍ²のときの１枚当たりの重量は約１１０ｇ／枚であり、多層メタルコア基板Ｍ（本発明）の面積が６９７０ｍｍ²のときの１枚当たりの重量は約４８ｇ／枚であるので、多層メタルコア基板Ｍ（本発明）の基板重量は、メタルコア両面基板（従来）に対し、１／２（≒４８／１１０）となる。

以上から、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍを用いることにより、基板サイズが従来よりも１／３になるので、１ｍ²当たりの基板取り数で考えると、従来のメタルコア基板Ｍの両面板で４０枚／ｍｍ²だったのに対し、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍでは１００枚／ｍｍ²となる。

このような種々のコスト検討を重ねたところ、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板Ｍは、従来のメタルコア基板の両面板と比較すると、部品コストとしては約１／２にコスト低減を達成することが可能となる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。

本発明は、例えば車両用電気接続箱等に適用される。

本発明の実施形態例に係るメタルコア基板を示す側面断面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板の製造方法の各工程を説明するための側面断面図である。（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板の製造方法の各工程を説明するための側面断面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施形態例に係るメタルコア基板の製造方法の各工程を説明するための側面断面図である。本発明の実施形態例に係る電気接続箱の内部を概略的に示す説明図である。（Ａ）は回路数と基板面積との関係をガラエポ基板（従来）、メタルコア両面基板（従来）、多層メタルコア基板（本発明）で比較したグラフを示し、（Ｂ）は基板サイズと重量との関係をメタルコア両面基板（従来）、多層メタルコア基板（本発明）で比較したグラフである。従来のメタルコア基板の構造を示す断面図である。

符号の説明

Ｍ：メタルコア基板
Ｅ：電気接続箱
Ｗ：ワイヤハーネス
１：金属コア
２：第１の絶縁層
３：内部導体層
４：第２の絶縁層
５：外部導体層
６：ソルダーレジスト層
７：第１のメッキ部
８：第２のメッキ部
９：第１の回路基板体
９ａ：ビア
１０：第２の回路基板体
１１：スルーホール
１２：ケース
１３：リレー
１４：ヒューズ
１５：ヒューズ端子
１６：コネクタ
１７：コネクタ端子

Claims

金属コアと、
前記金属コアの表面及び裏面に積層された第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された内部導体層と、
前記内部導体層上に積層された第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された外部導体層と、
前記外部導体層上に積層された第３の絶縁層と、
を有するメタルコア基板であって、
前記内部導体層は前記外部導体層よりも厚い金属材で構成されていることを特徴とするメタルコア基板。
前記金属コアの厚さは３００〜５００μｍであり、前記内部導体層の厚さは１７５〜２１０μｍであり、前記外部導体層の厚さは１５〜３５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のメタルコア基板。
金属コアの表面及び裏面に第１の絶縁層を積層する工程と、
前記第１の絶縁層上に所定の回路パターンとして厚い金属材からなる内部導体層を形成する工程と、
前記内部導体層上に第２の絶縁層を積層する工程と、
前記第２の絶縁層上に所定の回路パターンとして薄い金属材からなる外部導体層を形成する工程と、
前記外部導体層上に第３の絶縁層を積層する工程と、
を有することを特徴とするメタルコア基板の製造方法。
前記金属コアの表面及び裏面をメッキ粗化処理する工程と、前記内部導体層の外面をエッチング粗化処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のメタルコア基板の製造方法。
請求項１又は２に記載のメタルコア基板と、前記メタルコア基板を収容するケースとを有し、
前記メタルコア基板の内部導体層を電力系回路とし、前記外部導体層を信号系回路として配線されていることを特徴とする電気接続箱。