JP2008210944A - Wiring substrate equipped with isometric wiring capable of applied with large current - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大電流を通電可能な等長に分岐する配線部材を含む配線を、絶縁体基板上に備える配線基板に関する。 The present invention relates to a wiring board provided with wiring on an insulator board, including wiring members that branch into equal lengths capable of passing a large current.
多数のpowerFET(大電流のスイッチングに用いる電界効果トランジスタ)に配線するためには、大電流を通電可能な、等長配線された配線基板が必要となる。 In order to wire a large number of power FETs (field effect transistors used for switching a large current), a wiring substrate having a uniform length capable of passing a large current is required.
この点に関し、大電流を通電可能な配線を電気メッキによって基板上に配置する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
しかし、特許文献1に記載の技術によっては、1A以下のような比較的小さい電流しか通電できず、例えば200Aと言ったような大きな電流を流すためには配線パターンの幅を非常に大きくする必要があり、限られた収納スペースの配線基板に対して容易に配置できないと言う問題点があった。 However, depending on the technique described in Patent Document 1, only a relatively small current of 1 A or less can be applied. For example, in order to pass a large current of 200 A, it is necessary to increase the width of the wiring pattern. There is a problem that it cannot be easily placed on a wiring board having a limited storage space.
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、きわめて大きな電流を通電可能な等長配線基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an isometric wiring board capable of energizing a very large current.
この目的を達成するために、本発明は例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、等長に分岐する等長分岐配線部材を含む複合構造の配線を、絶縁体基板上に備える大電流を通電可能な配線基板を提供する。 In order to achieve this object, the present invention provides a large-structured wiring including an equal-length branch wiring member that is formed of a metal plate made of a metal such as copper and branches at an equal length on an insulator substrate. Provided is a wiring board capable of passing a current.
また、本発明は例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、複数の等長のプリント配線が接続されている大電流配線部材を含む複合構造の配線を、絶縁体基板上に備える大電流の通電可能な配線基板を提供する。 In addition, the present invention provides a wiring having a composite structure formed on a metal plate made of a metal such as copper and including a large current wiring member to which a plurality of equal-length printed wirings are connected on an insulator substrate. Provided is a wiring board capable of supplying current.
本発明によれば、銅板を用いて大電流を通電可能な等長に分岐する配線部材或いは大電流配線部材を形成し、これを配線基板上に配置した。これにより、配線部の幅を狭くすることができるため、基板の面積を大きくすることなしに、大電流を等長配線を介して通電することができると言う効果がある。 According to the present invention, a wiring member or a large current wiring member that branches to an equal length capable of passing a large current is formed using a copper plate, and this is disposed on the wiring board. As a result, the width of the wiring portion can be reduced, so that a large current can be passed through the equal-length wiring without increasing the area of the substrate.
以下、本発明による配線基板の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a wiring board according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について図面を用いて説明する。第1の実施形態における配線基板は、例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、略等長に分岐する大電流を通電可能な等長分岐配線部材を含む配線を、絶縁体基板上に備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wiring substrate according to the first embodiment is formed of a metal plate made of a metal such as copper, for example, and includes a wiring including an equal-length branching wiring member capable of supplying a large current that branches to an approximately equal length on an insulator substrate. Prepare for.
図1は本実施形態の大電流を通電可能な配線基板1の構成例を示した図である。配線基板1は、絶縁体基板に、大電流を通電可能な等長分岐配線部材10と、この等長分岐配線部材10と電気的に接続して等長に分岐するプリント配線11と、を備える。このプリント配線11には、例えばpowerFETなどの電子部品12を接続することができる。図1の例においては、電流は矢印13の方向に、電子部品12に向かって流れる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wiring board 1 capable of supplying a large current according to the present embodiment. The wiring board 1 is provided with an equal-length
本実施形態においては、配線基板1が備える配線は複合構造の配線を含む。複合構造とは、金属板により形成される配線と、プリント配線と、が電気的に接続されて構成された構造をなしていることを意味する。 In the present embodiment, the wiring provided in the wiring board 1 includes a composite structure wiring. The composite structure means a structure in which a wiring formed of a metal plate and a printed wiring are electrically connected.
図1に示すように、配線基板1が備える配線は、金属板から形成された等長分岐配線部材10とプリント配線11とが電気的に接続され、複合構造をなしている。この場合、金属板により形成される配線と、プリント配線との接続方法は問わない。なお、金属板により形成される配線と、プリント配線とを絶縁体基板上へ設ける方法も問わない。
As shown in FIG. 1, the wiring provided in the wiring board 1 has a composite structure in which an equal-length
本実施形態の配線基板1は、複合構造の配線のみならず、金属板から形成される配線のみからなる配線、又はプリント配線のみからなる配線を、ともに備えていてもよい。 The wiring board 1 according to the present embodiment may include not only a composite structure wiring but also a wiring made only of a wiring formed from a metal plate or a wiring made only of a printed wiring.
配線基板1が備える複合構造の配線は、金属板から形成される配線に直接電子部品が線気的に接続されていてもよい。また、金属板から形成される配線に、さらに金属板から形成される配線が接続されていてもよい。 As for the wiring of the composite structure provided in the wiring board 1, the electronic component may be directly connected to the wiring formed of a metal plate. Moreover, the wiring formed from a metal plate may be further connected to the wiring formed from the metal plate.
図2は、大電流を通電可能な等長分岐配線部材10の形状を示した図である。等長分岐配線部材10は、分岐点22と分岐点23、24において等長に分岐している。
FIG. 2 is a diagram showing the shape of the equal-length
ここで、等長に分岐するとは、分岐点の電流の上流側の一点から、分岐点の電流側の次の分岐点又は電子部品又はプリント配線・半田付けランドなどへの接続点(以下、終点と呼ぶ。)までの電流経路の長さが略等しいことを言う。図2に示した例においては、始点21から分岐点22を経て次の分岐点23に至る電流の経路の長さは、始点21から分岐点22を経て次の分岐点24に至る電流経路の長さと等しい。従って、等長に分岐している。
Here, branching at an equal length means a connection point from one point upstream of the current at the branch point to the next branch point on the current side of the branch point or an electronic component or a printed wiring / soldering land (hereinafter, end point). It is said that the length of the current path up to is almost equal. In the example shown in FIG. 2, the length of the current path from the start point 21 through the
また、分岐点23からプリント配線11との接続点25までの電流の経路の長さは、分岐点23からプリント配線11との接続点26までの電流経路の長さと等しい。従って、等長に分岐している。分岐点に接続する分岐後の配線部、例えば図2の場合は10bに示す配線部を、分岐配線部と呼ぶ。
The length of the current path from the
図2に示した例においては、分岐点22において接続する分岐配線部の長さL1とR1が等しい。また、分岐点23において接続する分岐配線部の長さL2とR2が等しい。同様に、分岐点24においても、接続する分岐配線部の長さが等しい。
In the example shown in FIG. 2, the lengths L1 and R1 of the branch wiring portions connected at the
ここで、本実施形態の等長配線の特徴ついて説明する。大電流を通電可能な等長分岐配線部材10の電流方向に垂直な方向における幅を配線部幅と呼ぶ。等長分岐配線部材10のある分岐点から次の分岐点、又は終点までの配線部幅と厚さを略一定に構成すると、ある分岐点から次の分岐点、又は終点までにおける等長分岐配線部材10の各分岐配線部の体積が略等しくなる。このため、印加される電流は各終点に均等に分配される。等長配線のこの特徴は本実施形態の等長配線されたプリント配線においても該当する。この特徴を有するため、本実施形態の等長配線はインピーダンスの悪化を回避する目的に用いることができる。
Here, the characteristics of the equal-length wiring of this embodiment will be described. The width in the direction perpendicular to the current direction of the equal-length
図3は、大電流を通電可能な等長分岐配線部材10の電流方向に垂直な方向における断面の例である。図3(a)は、図2におけるK−K線断面図である。このように、断面が長方形である場合が最も製造が容易である。すなわち、等長分岐配線部材10は例えば銅のような金属からなる金属板を金型によって打ち抜くことにより、容易に製造できる。
FIG. 3 is an example of a cross section in a direction perpendicular to the current direction of the equal-length
図3(b)は、等長分岐配線部材10の面取りを行なった場合の図2におけるK−K線断面図である。このように、等長分岐配線部材10の断面は長方形に限られるものではなく、後述する配線部の必要な断面積Dが満たされれば任意の形状を選択できる。等長分岐配線部材10の断面がとり得る形状には、例えば半円形状、円、三角形、多角形、曲線からなる形状、曲線と直線を含む形状などが含まれる。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line KK in FIG. 2 when the equal-length
また、等長分岐配線部材10の製造方法は、例えばプレス加工のような金属板からの成型に限られるものではなく、切削加工や鋳造や薄膜の積層等の種々の方法を適宜選択したり組み合わせたりして用いることができる。
Further, the manufacturing method of the isometric
図4は、大電流を通電可能な等長分岐配線部材10の配線部幅を変化させる例を示した図である。最初に差し掛かる分岐点においてn本の配線部に分岐する場合、分岐後の各分岐配線部に流れる電流は分岐前の配線部を流れる電流の1/nになる。従って、等長分岐配線部材10を形成する銅板の厚さが均一であれば、分岐後の配線部幅は分岐前の配線部幅の1/nとすることができる。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the wiring portion width of the equal-length
図4において、等長分岐配線部材10の分岐前の配線部幅がW1のとき、最初に差し掛かる分岐点おいて2本に分岐しているため、分岐後の各分岐配線部幅W2はW1の1/2となる。さらに、次の分岐点において2本分岐しているため、分岐後の各分岐配線部幅W3はW2の1/2となる。このように、分岐する度に各分岐配線幅を変化させてもよい。
In FIG. 4, when the wiring portion width before branching of the equal-length
等長分岐配線部材10の材質は、銅を用いることが好適である。特に、一般的に通電用に用いられている銅を用いることが望ましい。銅以外の金属材料を用いるときは、その材料の導電率や固有抵抗を考慮し、配線部材幅、厚さ、断面積を適宜設定する。
The material of the equal length
次に、等長分岐配線部材10の厚さについて説明する。一般に、配線部材への通電に伴い雰囲気温度からの上昇温度をあらかじめ定められた温度以下にするためには、配線部に流す電流に比例して配線部の断面積を調整しなければならない。すなわち、等長分岐配線部材10の配線部の材質が一般的に配線基板使用される材質の銅である場合、配線部の必要な断面積は通電する電流の関数になる。
Next, the thickness of the equal-length
ここで、配線部の必要な断面積をD、配線部に流す電流値をxとするとき、D=f(x)が成り立つ。配線部の断面が長方形であるとき、配線部材の厚み、すなわち金属板の厚みTは、配線部幅がWのとき、下記(1)より求められる。 Here, when the required cross-sectional area of the wiring portion is D and the current value flowing through the wiring portion is x, D = f (x) is established. When the cross section of the wiring portion is rectangular, the thickness of the wiring member, that is, the thickness T of the metal plate is obtained from the following (1) when the width of the wiring portion is W.
T=D/W・・・(1)
次に、16個のpowerFETに等長配線を介して各13Aの電流を印加する場合を例に計算してみる。
T = D / W (1)
Next, calculation will be made by taking as an example a case in which a current of 13A is applied to 16 powerFETs via equal length wiring.
先ず、銅箔が積層形成された汎用のプリント配線基板を用いた場合、プリント配線の配線部幅を試算してみる。図5は、配線基板における銅箔の材厚とプリント配線のパターン幅の関係を表すグラフである。このグラフは、Military Spesification(アメリカ軍規格、MIL規格)のMIL−STD−275Aをもとに作成したものである。 First, when using a general-purpose printed wiring board in which copper foil is laminated, the wiring section width of the printed wiring is estimated. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the copper foil in the wiring board and the pattern width of the printed wiring. This graph is created based on MIL-STD-275A of Military Specification (American military standard, MIL standard).
図5(a)は、雰囲気温度からの上昇温度が10℃のときの、電流と必要な断面積の関係f(x)をプロットしたグラフである。このグラフから、プリント配線に13Aの通電を許容するためには、プリント配線の銅箔の断面積が0.42mm2必要であることがわかる。 FIG. 5A is a graph in which the relationship f (x) between the current and the required cross-sectional area when the temperature rise from the ambient temperature is 10 ° C. is plotted. From this graph, it is understood that the cross-sectional area of the copper foil of the printed wiring needs to be 0.42 mm 2 in order to allow the energization of 13A to the printed wiring.
図5(b)は、厚さ70μmの銅箔が積層された配線基板の場合、その銅箔の断面積とプリント配線幅の関係をプロットしたグラフである。上述した条件の場合、プリント配線の導体部に厚さ70μmの銅箔を用いるとすると、プリント配線のパターン(配線部)幅は6mm必要なことがわかる。したがって、16個のpowerFETに13Aを供給するためには、分岐前の配線部幅は、6mm×16=96mmとなる。 FIG. 5B is a graph plotting the relationship between the cross-sectional area of the copper foil and the printed wiring width in the case of a wiring board in which copper foils having a thickness of 70 μm are laminated. In the case of the above-described conditions, if a copper foil having a thickness of 70 μm is used for the conductor portion of the printed wiring, it is understood that the printed wiring pattern (wiring portion) width needs to be 6 mm. Therefore, in order to supply 13A to 16 powerFETs, the width of the wiring portion before branching is 6 mm × 16 = 96 mm.
プリント配線の配線パターンの設計に際して、収納スペースの制限や配線基板の設計上の制約によってプリント配線の配線部幅の取りうる範囲が限られることが常である。また、製造コストなどの点から配線基板は高い密集度が求められる。 In designing a wiring pattern of a printed wiring, the range of the wiring portion width of the printed wiring is usually limited due to limitations on storage space and restrictions on the design of the wiring board. Further, the wiring board is required to have a high density in terms of manufacturing cost.
このような実情において、96mmという配線部幅は広すぎ、回路を配線基板に収容しきれなくなったり、配線基板の集積密度の低下を招いたりすることにより、製造効率が悪化し製造コストを押し上げるという問題点がある。さらに、基板上に銅箔の大きな表面が露出した状態で配置すると基板上の他の回路に悪影響が発生するという問題点がある。 In such a situation, the width of the wiring portion of 96 mm is too wide, and the circuit cannot be accommodated in the wiring board, or the integration density of the wiring board is reduced, thereby reducing the manufacturing efficiency and increasing the manufacturing cost. There is a problem. Further, when the large surface of the copper foil is disposed on the substrate, there is a problem that other circuits on the substrate are adversely affected.
次に、本実施形態の等長分岐配線部材10の厚さについて説明する。上記のような問題点に鑑み、本実施形態においては等長分岐配線部材10の材厚を厚くすることに着目した。この材厚は、少なくとも等長分岐配線部材10の通電時における雰囲気温度からの上昇温度をあらかじめ定められた範囲内に保って通電するだけの厚みを有する。
Next, the thickness of the equal-length
図5に示した線材と同材質の銅を用いたとすると、分岐前の線路の断面積は、0.42mm2×16=6.72mm2が必要なる。従って、分岐前の配線部幅を9mmにしたい場合には、上記(1)式より、6.72mm2/9mm=0.75mmとなるため、分岐前の等長分岐配線部材10の厚さは0.8mmとすればよいことがわかる。
If copper of the same material as the wire shown in FIG. 5 is used, the cross-sectional area of the line before branching needs to be 0.42 mm 2 × 16 = 6.72 mm 2 . Therefore, if you want to wiring portion width before branching to 9mm, from equation (1), since the 6.72mm 2 /9mm=0.75mm, the thickness of equal length
なお、この例においては、等長分岐配線部材10の分岐前の配線部10a(図1参照)には208Aの電流が印加される計算となる。本実施形態においては、等長分岐配線部材10の分岐前の配線部10aに印加される電流は20A以上500A以下が望ましい。20Aを下回る場合には、プリント配線によって構成するほうが便宜である。また、500Aを超える場合には、基板上に銅板の等長分岐配線部材10が露出した状態で配置すると基板上の他の回路に悪影響が発生する。
In this example, the current 208 A is applied to the
次に、等長分岐配線部材10の分岐形式について説明する。本実施形態の等長分岐配線部材10の分岐形式はトーナメント形式を用いることができる。ここで、トーナメント形式とは、一般的に用いられる意味におけるトーナメント形式に加え、次のようなものも含むものとする。
Next, a branching form of the equal-length
(1)トーナメント形式は、分岐が1回でもよいものとする。図6はトーナメント形式の例を示した図である。図6(a)は、分岐が1回のトーナメント形式の例である。分岐点Bにおいて、2本の分岐配線に分岐している。等長配線の場合、始点Aから終点C1の経路の長さと、始点Aから終点C2の経路の長さを等しく構成する。図6(b)は、分岐が2回のトーナメント形式の例である。等長配線の場合、各分岐点において2本の分岐配線に分岐し、始点Aから終点C1乃至4の各経路の長さを等しく構成する。分岐の回数をさらに増やして構成することも可能である。 (1) The tournament format may be one branch. FIG. 6 shows an example of a tournament format. FIG. 6A shows an example of a tournament format with one branch. At the branch point B, it is branched into two branch lines. In the case of equal length wiring, the length of the path from the start point A to the end point C1 and the length of the path from the start point A to the end point C2 are configured to be equal. FIG. 6B is an example of a tournament format with two branches. In the case of the equal length wiring, each branch point branches to two branch wirings, and the lengths of the respective paths from the start point A to the end points C1 to C4 are configured to be equal. It is possible to further increase the number of branches.
(2)トーナメント形式は、各分岐点における分岐数が2以上のものを含むものとする。ここで、分岐数とは一つの分岐点に接続する電流の出力側の分岐配線の本数を言う。図7は、分岐数が3以上、すなわち3以上に分岐するトーナメント形式70の例である。図7(a)は、分岐点Bにおいて、分岐数が3、すなわち3つに分岐した例である。等長配線の場合、例えば一部の分岐配線を折りたたむように配線することにより、各経路の長さを等しく構成する。図7(a)においては、終点C2に至る分岐配線を折りたたむことにより、終点C1及びC2に至る経路の長さに合わせている。
(2) The tournament format includes those with two or more branches at each branch point. Here, the number of branches means the number of branch lines on the output side of the current connected to one branch point. FIG. 7 shows an example of a
図7(b)は、分岐点Bにおいて、分岐数が7、すなわち7つに分岐したトーナメント形式71の例である。折りたたむ長さと回数を変化させることにより、始点Aから終点C1乃至7に至る各経路の長さを等しく構成する。
FIG. 7B shows an example of a
(3)トーナメント形式は、分岐数の異なるトーナメント形式を組み合わせたものを含むものとする。図8は、分岐数の異なるトーナメント形式を組み合わせた例を示した図である。このトーナメント形式80は、分岐点B1において、2つに分岐(分岐数が2)し、分岐点B2において、それぞれ3つに分岐(分岐数が3)するように構成している。この例においても、始点Aから終点C1乃至6に至る経路の長さはそれぞれ等しくなる。
(3) The tournament format includes a combination of tournament formats with different numbers of branches. FIG. 8 is a diagram showing an example in which tournament formats having different numbers of branches are combined. This
以上述べたように、本実施形態の配線基板においては、例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、1回又は2回以上等長に分岐する等長分岐配線部材を含む配線を、絶縁体基板上に備えた。このため、基板上に例えば200Aを超えるような大電流を通電可能な等長配線を、基板の面積を増やさずに構成することができるという効果がある。 As described above, in the wiring board of the present embodiment, a wiring including an equal-length branch wiring member that is formed of a metal plate made of a metal such as copper and branches at an equal length once or twice, Provided on insulator substrate. For this reason, there is an effect that an equal-length wiring capable of supplying a large current exceeding 200 A, for example, on the substrate can be configured without increasing the area of the substrate.
<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態について図9を用いて説明する。第2の実施形態における大電流の通電可能な配線基板は、例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、複数の等長のプリント配線が接続されている大電流配線部材を含む配線を、絶縁体基板上に備える。すなわち、本実施形態の大電流の通電可能な配線基板は、複合構造の配線を備える。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The wiring board capable of conducting a large current in the second embodiment is formed of a metal plate made of a metal such as copper, for example, and includes a wiring including a large current wiring member to which a plurality of equal-length printed wirings are connected. On an insulator substrate. That is, the wiring board capable of supplying a large current according to the present embodiment includes a composite structure wiring.
このプリント配線には、例えばpowerFETなどの電子部品12を接続することができる。さらに、この配線基板には、電子部品12に接続する配線を含む回路が設けられていてもよい。さらに、大電流配線部材に接続されるプリント配線はトーナメント形式の等長配線であってもよい。この大電流配線材の材質は、実施形態1における等長分岐配線部材10の材質と同様である。
For example, an
図9は、本実施形態の大電流の通電可能な配線基板における、大電流配線部材90と、この大電流配線部材90に接続し、等長に配線されたプリント配線93を表した図である。大電流配線部材90は、配線導体幅が等しいリード部分91の先端部に、分岐用接続点92を備える。分岐用接続点92には、プリント配線93が等長に電気的に接続されている。
FIG. 9 is a diagram showing a large
図9に示した例においては、分岐用接続点92の形状は、略円形状をしており、16本のプリント配線93が等長に電気的に接続されている。また、分岐用接続点92の形状は、略円形状に限らず、例えば正多角形のものを用いることができる。
In the example shown in FIG. 9, the connecting
リード部分91の厚さは、実施形態1に述べた方法により、決定することができる。分岐用接続点92の厚さは、リード部分91の厚さと同じであってよい。
The thickness of the
以上述べたように、本実施形態の大電流の通電可能な配線基板は、例えば銅のような金属からなる金属板により形成され、先端に分岐用接続点92を設けた大電流配線部材90を備え、この分岐用接続点92にプリント配線93を等長に接続した。このため、任意の数のプリント配線を等長に接続することが可能となり、大電流配線部材90を複数の種類の基板に用いることにより、部品作成のコストを低減することができるという効果がある。
As described above, the wiring board capable of conducting a large current according to the present embodiment is formed of a metal plate made of a metal such as copper, and includes a large
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1:配線基板、
10:等長分岐配線部材、
11,93:プリント配線、
12:電子部品、
90:大電流配線部材、
91:リード部分、
92:分岐用接続点。
1: Wiring board,
10: Isometric branch wiring member,
11, 93: Printed wiring,
12: Electronic components
90: High current wiring member,
91: Lead part,
92: Branch connection point.
Claims (8)
その分岐点における分岐前の配線部幅をW1、
その分岐点に接続する分岐後の配線部幅をW2、
その分岐点に接続する分岐配線部の数をnとするとき、
W2=W1/n
であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線基板。 At a branch point in the isometric branch wiring member,
The width of the wiring section before branching at that branch point is W1,
The width of the wiring part after branching connected to the branching point is W2,
When the number of branch wiring parts connected to the branch point is n,
W2 = W1 / n
The wiring board according to claim 1, wherein the wiring board is a wiring board.
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