(57)【要約】【課題】  高価な耐環境部品を用いることなく安価かつ小型に機器を構成可能なプリント配線板を提供する。【解決手段】  平板状の絶縁基板１０とこの絶縁基板の厚さ方向に積層された複数の配線層２０（２１〜２４）及び絶縁層３０（３１，３２）とを有して構成され、表面上に複数の電子部品５０（５１〜５８）を配設するとともに、各配線層を介して電気的に接続して電子回路を構成するために用いられるプリント配線板において、複数の配線層のうち少なくとも一層（２４）に、電力を供給したときに発熱するヒータ配線を形成してプリント配線板１を構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の絶縁基板とこの絶縁基板の厚さ方向に積層された複数の配線層及び絶縁層とを有して構成され、表面上に複数の電子部品を配設するとともにいずれかの前記配線層を介して電気的に接続して電子回路を構成するために用いられるプリント配線板であって、
前記複数の配線層のうち少なくとも一層に、電力を供給したときに発熱するヒータ配線を形成したことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記複数の電子部品により構成される前記電子回路に温度制御回路を含み、温度が所定温度以下になったときに前記温度制御回路により前記ヒータ配線に電力が供給されるように構成することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記プリント配線板は、前記複数の電子部品が表面に形成されたパッドに半田付けされる表面実装方式を主体とする配線基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状の絶縁基板とこの絶縁基板の厚さ方向に積層された複数の配線層及び絶縁層とを有し、実装された複数の電子部品を電気的に接続して電子回路を構成するために用いられるプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなプリント配線板（プリント基板あるいはプリント回路基板とも称される）は、電子部品間のケーブル配線を削減して機器を小型・軽量化し及び信頼性を向上させる技術として産業上広く用いられている。プリント配線板には、配線層（導体層）が一層の片面板、配線層が二層の両面板、配線層が三層以上の多層板があり、実装される電子部品もＬＳＩ、ＣＰＵ等の集積回路（ＩＣ）やトランジスタやダイオードなどの能動部品から、抵抗やコンデンサ等の受動部品まで多様であり、使用目的及び機能に応じて多種多様のプリント配線板が設計・生産され、板面上に電子部品が実装されて電子回路が形成された回路実装基板が種々の機器に組み込まれて用いられている。
【０００３】
ここで、プリント配線板に実装される電子部品は、各電子部品ごとに特性を保証する温度範囲が仕様として規定されており、一般的に常温の温度範囲（例えば、０〜４０℃程度）に設定されているものが多い。一方、これらの電子部品の現実的な使用温度は常温の温度範囲に限られるものではなく、回路実装基板が組み込まれた機器の使用環境によって大きく相違する。例えば、日本国内であっても寒冷地の屋外に設置される機器では−２０℃程度まで低下し、また真夏の炎天下に屋外で使用される機器では６０℃を超える状況も発生する。このため、回路実装基板が搭載される機器の使用環境及び使用状態において上記温度範囲を超えるおそれがある場合には、仕様上の温度範囲がより広い電子部品を選定し、あるいは回路実装基板の周囲温度（あるいは当該電子部品の温度）が仕様上の温度範囲内になるように、機器内に冷却装置や加熱装置を設けて温度制御していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
確かに、一定の電子部品には、−２０℃以下の低温環境や６０℃を超える高温環境でも特性が保証された部品がある。例えば、アメリカ軍用規格（ＭＩＬ規格：Military Specification）やアメリカ保険協会のＵＬ（Underwriters  Laboratories）規格、あるいは電子部品各社の社内規格において、このような過酷な温度条件下でも使用可能な規格部品（耐環境部品）が設定され市販されている。しかしながら、これらの耐環境部品は常温で使用する汎用部品と比べて高価であり、これを多用すると機器のコストが高額になるという課題があった。
【０００５】
また、ある種の電子部品では、低温環境下で動作しないか、動作しても使用に耐えないような部品がある。例えば、液晶表示パネルでは、温度が低下すると液晶の流動性が低下して表示の切り替え速度が遅くなり、ついには表示の切り替え自体が困難になってくる。このような電子部品を用いる機器では、少なくともその電子部品の周囲温度が動作上支障のない温度になるように、機器の内部に加熱装置を設けて昇温させており、機器を大型化させる要因になっていた。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、高価な耐環境部品を多用することなく、小型の構成で寒冷地でも使用可能な回路実装基板用のプリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、本発明は、平板状の絶縁基板とこの絶縁基板の厚さ方向に積層された複数の配線層及び絶縁層とを有して構成され、表面上に複数の電子部品を配設するとともにいずれかの配線層を介して電気的に接続して電子回路を構成するために用いられるプリント配線板であり、上記複数の配線層のうち少なくとも一層に、電力を供給したときに発熱するヒータ配線を形成して構成する。
【０００８】
なお、上記複数の電子部品により構成される電子回路に温度制御回路を含み、温度が所定温度以下になったときに温度制御回路によりヒータ配線に電力が供給されるように構成することが好ましい。
【０００９】
また、上記プリント配線板は、複数の電子部品が表面に形成されたパッドに半田付けされる表面実装方式を主体とする配線基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプリント配線板では、複数の配線層のうち少なくとも一層にヒータ配線を形成しており、このヒータ配線に電力を供給することでプリント配線板の温度を直接的に上昇させることができる。このため、常温で使用する汎用部品を用いて回路実装基板を構成することができ、かつ小型の構成で寒冷地でも使用可能な回路実装基板用のプリント配線板を提供することができる。なお、ヒータ配線は、プリント配線板に実装される電子部品の内容やスルーホールの形成位置などに応じて適宜な領域に形成することができ、例えば、集積回路のように耐環境部品を選択するとかなり高価になる電子部品の背後や、液晶表示パネルのように低温で動作が困難になる電子部品の背後に、選択的にヒータ配線を形成することも可能である。
【００１１】
また、複数の電子部品により構成される電子回路に温度制御回路を含み、温度が所定温度以下になったときにヒータ配線に電力が供給されるように構成することで、寒冷地において自動的に安定作動が確保される。またヒータ配線及び温度制御回路を含めた加熱装置の機能が回路実装基板内に構成されるため、回路実装基板が搭載される機器全体の大型化を抑制することができる。なお上記「所定温度」は、実装される電子部品を安定作動させるために必要な温度が設定され、実装される電子部品の内容や仕様上の温度範囲に応じて幾分異なるが、例えば液晶表示パネルが実装されるようなプリント配線板で０〜１０℃程度、液晶表示パネルを含まないプリント配線板で−１０〜０℃程度に設定することができる。
【００１２】
さらに、以上の発明を、表面実装方式を主体とするプリント配線板に適用することにより、絶縁基板を貫通するスルーホールが殆ど存在しないため、基板上に実装される電子部品の端子位置に拘わらずヒータ配線を形成することができる。従って、ヒータ配線をプリント配線板の全面に形成して回路実装基板全体を均等に昇温させることができる。また、一定の電子部品を選択的に昇温させるような構成においてもヒータ配線の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用したプリント配線板１に電子部品を実装した状態の回路実装基板Ｂの構成例を図１に示し、このプリント配線板１の断面図を図２に示す。
【００１４】
プリント配線板１は、平板状の絶縁基板１０と、この絶縁基板１０の厚さ方向に積層された４層の配線層２０（２１，２２，２３，２４）、各配線層の間を電気的に絶縁する絶縁層３０とを有して構成され、表面上に複数の電子部品５０を配設するとともに、配線層２１，２２，２３を介して電気的に接続して電子回路を構成するために用いられるプリント配線板であり、４層の配線層のうち一層２４に、電力を供給したときに発熱するヒータ配線が形成されている。なお本実施形態では、電子部品５０が基板の表面に形成されたパッドに半田付けされる表面実装方式（Surface Mounting Technology）のプリント配線板に適用した例について説明する。
【００１５】
基材としての絶縁基板１０は、例えば、ガラス繊維の布剤にエポキシ樹脂を含浸させて積層したガラス・エポキシの積層板を用いて構成され、目的に応じてポリイミドやＰＢＴ樹脂、変成ＰＰＯ樹脂などが用いられる。
【００１６】
配線層２０は、従来から多層のプリント配線板に用いられてきた回路形成手段と同様に構成することができ、メッキスルーホール法やビルドアップ法などの公知の積層手法により各配線層を順次積層して形成される。ここでは、これらの積層手法についての詳細説明は省略するが、例えば、絶縁基板１０の表面に銅箔を有するコア材（銅張りの積層板）を用い、これをパターンメッキのメッキスルーホール法で回路形成する場合には、まず絶縁基板上の銅箔面にプリントエッチング法により回路パターンを形成して内部の配線層２１，２２を形成する。
【００１７】
次いで、絶縁層３０（３１，３２）となるプリプレグシートと、外側の配線層２３，２４を形成するための銅箔とをそれぞれ表裏に重ねて積層プレスし、内部の配線層と同様のプリントエッチング法により外層の回路パターンを形成して、要所に設けたスルーホール２５のメッキ処理により各配線層２１，２２，２３，２４の間を繋ぐ立体配線を行う。なお、各配線層の間をベリードバイア（Buried Via）２６や、表面バイア（Surface Buried Via）２７等で接続し、必要に応じて表面バイア上に部品実装用のパッド２８を形成することで、プリント配線板の表裏を貫通するスルーホールをさらに削減することができる。
【００１８】
そして、表裏面の配線層２３，２４の上からスクリーン印刷によりソルダーレジスト３５を印刷し及び硬化させて保護膜を形成し、ランドやパッド部分に半田メッキを施して完成させる。
【００１９】
プリント配線板１に実装される電子部品５０は、その回路実装基板の用途及び機能により様々であり、これを逐一特定することは困難である。そこで、図１では回路実装基板を構成する代表的な電子部品を例示しており、電源の入力コネクタ５１、信号の入出力コネクタ５２、トランス５３、メモリ５４、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）５５、液晶表示パネル５６、温度制御回路５７、抵抗やコンデンサ、ダイオード等の素子５８などが用いられる。
【００２０】
これらの電子部品５０は、入出力の端子がプリント配線板１の表面に露出して配設されるパッド２８に直接半田付けされる表面実装タイプの部品であり、部品の周囲にリードピン挿入用のスルーホールを要しない構成になっている。電子部品５０は、プリント配線板上に位置決め載置された状態で、遠赤外線や熱風で半田を溶融させるリフロー半田法により実装され、各配線層２１，２２，２３を介して電気的に接続されて電子回路が構成されるようになっている。
【００２１】
さて、このようなプリント配線板１にあって、裏面側の外側配線層２４にヒータ配線が形成されている。図３は、配線層２４に形成されるヒータ配線の第１の構成例を示しており、このヒータ配線２４ａでは、プリント配線板１のほぼ全体にわたる領域にヒータ配線の回路パターンを形成している。
【００２２】
回路パターンは、例えば図５に示すように、多数回折り返された連続線路として形成され、このヒータ配線２４ａの配線抵抗をＲ、流れる電流をＩとしたときに、Ｉ2Ｒに比例した発熱量が得られることを利用している。
【００２３】
ここで、配線抵抗Ｒの値は、ヒータ配線の断面積と長さ、線路の形状などによって定まるが、これを単純化して直線線路の導体抵抗として求めると、導体抵抗Ｒの値は、Ａを導体の断面積（ｃｍ）、Ｌを導体の長さ（ｃｍ）、ρを導体の比抵抗（Ωｃｍ）としたときに、Ｒ＝ρＬ／Ａ（Ω）で表される。
【００２４】
ヒータ配線２４ａの配線層２４を銅箔または銅メッキで形成したとすると、比抵抗ρの値はρ＝0.0174（Ωμｍ）程度である。いま、導体の線幅を0.1ｍｍ、厚さを20（μｍ）とし、ヒータ配線２４ａの全長を 5（ｍ）とすると、このヒータ配線２４ａの導体抵抗（配線抵抗）Ｒは、Ｒ＝43.5（Ω）となる。
【００２５】
このようなヒータ配線２４ａに、Ｉ＝0.5（Ａ）の電流を供給すると、このときの発熱量Ｑは、Ｑ＝10（Ｗ）、Ｉ＝１（Ａ）の電流を供給したときにはＱ＝43.5（Ｗ）の発熱量が得られる。従って、このようなヒータ配線２４ａを配線層２４に形成することにより回路実装基板Ｂを昇温させるのに十分な発熱量を得ることができ、かつヒータ配線に２４ａに流す電流Ｉを制御することにより発熱量Ｑを制御することができるため、周囲温度に応じて電流を制御することにより回路実装基板全体の温度を制御することができる。
【００２６】
温度制御回路５７における電流の制御パターンは、温度制御に利用される一般的な制御パターンを適用することができ、例えば、液晶表示パネル５６近傍の温度が１０℃を下回ったときに、初期電流Ｉ＝0.5（Ａ）の電流を流し、以降周囲温度の低下に応じて供給する電流量を増加させ、温度が−２０℃以下のときに最大電流Ｉ＝１（Ａ）とするような制御を行う。
【００２７】
従って、以上のようなヒータ配線２４ａを有するプリント配線板によれば、回路実装基板全体が均等に暖められるため、電子部品５０（５１〜５８）として常温で使用する汎用部品を用い、回路実装基板Ｂを安価に構成することができる。またヒータ配線２４ａ及び温度制御回路５７を含めた加熱装置の機能が回路実装基板Ｂ内に構成され、プリント配線板１を内部から直接昇温させる構成のため、別個独立した加熱装置を設けるよりも低い電力でかつ小型に構成することができ、回路実装基板Ｂが搭載される機器全体の省電力化及び小型化を実現することができる。
【００２８】
次に、配線層２４に形成されるヒータ配線の第２の構成例を図４に示す。このヒータ配線では、プリント配線板１に実装される電子部品５０のうち、液晶表示パネル５６が実装される背後の領域に設けた第１ヒータ配線２４ｂと、メモリ５４及びＭＰＵ５５等の集積回路（ＩＣ）が実装される背後の領域に設けた第２ヒータ配線２４ｃとからなり、上述したヒータ配線２４ａより微細化した回路パターンの導体配線を形成している。
【００２９】
温度制御回路５７は、電流制御を行う回路部が、第１ヒータ配線２４ｂと第２ヒータ配線２４ｃに対応して二つ設けられており、周囲温度に応じてそれぞれのヒータ配線に通電する電力を個別に制御することで、電子部品５０の内容に応じた温度制御が行われるように構成される。
【００３０】
二つのヒータ配線２４ｂ，２４ｃに対する電流の制御パターンは、基本的には前述した制御パターン（温度低下に応じて電流量を増大させる制御パターン）が適用されるが、本構成では、液晶表示パネル５６と集積回路５４，５５に対して異なる温度でヒータ配線に通電するように構成している。例えば、比較的高い温度で動作性能が低下する液晶表示パネル５６に対しては、その近傍温度が１０℃を下回ったときに第１ヒータ２４ｂへの初期電流での通電を開始し、温度が−１０℃以下のときに最大電流とする制御を行う。一方、比較的低い温度でも動作可能な集積回路５４，５５に対しては、その近傍温度が０℃を下回ったときに第２ヒータ２４ｃへの通電を開始し、温度が−２０℃以下のときに最大電流とするような制御を行う。
【００３１】
このようなヒータ配線２４ｂ，２４ｃを有するプリント配線板によれば、低温域で動作性能が低下する電子部品（液晶表示パネル）の性能低下を抑制し、あるいは、対環境部品を選択するとかなり高価になる電子部品（集積回路）を汎用部品にしてコストを低減することができる。また上記のように電子部品の内容に応じて複数のヒータ配線を選択的に形成することにより、実装される電子部品の特性に合わせた温度制御ができ、かつ昇温のための消費電力をさらに低減することが可能になる。
【００３２】
なお、ヒータ配線を形成する配線層２４として、銅箔をエッチング処理して回路形成した構成例を示したが、配線層２４として銅よりも比抵抗が大きい他の金属層を用いても良い。例えばアディティブ法により絶縁層３０上に無電界ニッケルメッキを施してニッケルのヒータ配線を形成し、あるいはヒータ配線の回路パターンが形成され剥離フィルムに支持されたアルミやステンレスの箔を加圧接着してこれらの材質のヒータ配線を形成しても良い。
【００３３】
また、本実施形態では、４層基板の裏面側の配線層２４にヒータ配線を形成した構成例を示したが、層数やヒータ配線の形成位置、及び複数の層にヒータ配線を設けることなどは回路の設計に応じて適宜変更することができる。さらに、リジッドのプリント配線板を例示したが、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）に対しても同様に適用し、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用したプリント配線板に電子部品を実装した状態の回路実装基板の構成例を示す図面である。
【図２】上記プリント配線板の断面図である。
【図３】上記プリント配線板において配線層に形成されるヒータ配線の第１の構成例を示す図面である。
【図４】上記プリント配線板において配線層に形成されるヒータ配線の第２の構成例を示す図面である。
【図５】上記ヒータ配線の回路パターンの構成例を示す図面である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｂ  回路実装基板
１  プリント配線板
１０  絶縁基板
２０（２１〜２４）  配線層
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  ヒータ配線
２８  パッド
３０  絶縁層
５０（５１〜５８）  電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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