(57)【要約】【課題】絶縁基板を厚くしないで、基板表面での放電発生を防止することが可能なプリント配線板を提供する。【解決手段】高電圧導体１に対向する絶縁樹脂基板１０の表面にアース電位導体３を配置する。その場合、基材となる絶縁樹脂基板１０上に高電圧導体１および低電圧導体２となる導体パターン加工を施し、当該導電パターンに箔電極を貼り付けてから導電塗料の塗布を行って、高電圧導体１および低電圧導体２を作製し、さらにその後に絶縁基板を重ね、当該絶縁基板の表面にアース電位導体３となる導体パターン加工を施し、当該導電パターンに箔電極を貼り付けてから導電塗料の塗布を行って、アース電位導体３を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂基板の内層や表面に回路パターンを形成し、該形成した回路パターンに大電流や高電圧を印加するプリント配線板において、
前記内層に配置された高電圧導体パターンと対向する前記基板表面に、アース電位の金属導体を設置したことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
請求項１記載のプリント配線板において、
前記アース電位の金属導体が絶縁樹脂材で覆われている、
ことを特徴とするプリント配線板。
【請求項３】
請求項１記載のプリント配線板において、
前記アース電位の金属導体が冷却フィンで構成されている、
ことを特徴とするプリント配線板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプリント配線板において、
前記アース電位の金属導体の端部位置が対向する高電圧導体パターンの端部位置より突き出る構造とした、
ことを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクス（Power Electronics，略称“パワエレ”)や電力変換用途で使用される大電流・高電圧絶縁基板において、基板表面での高耐圧化が可能なプリント配線板(Printed Wired Board(PWB))に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化,高機能化の要求に伴って電子部品が高密度実装される中で、リード線のない表面実装型のものが主流となってきている。特に絶縁樹脂材料を母材とした基板では、基板内部に複数の導体パターンが配置される多層基板が使用されるようになり、大電流・高電圧用途でも高密度実装化が進んでいる。
【０００３】
基板に用いられる絶縁樹脂材料は、紙基材やガラス基材、ガラス不織布基材といった補強用の基材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂を含浸させたものが多く使用されている。絶縁性能として、放電開始電界は空気中が2.3kV/mm程度で、絶縁材料中が50〜100kV/mm程度を期待できることから、基板内部に高電圧導体を配置することで大幅な小型化が図れる。さらに基板表面に高電圧導体がある場合は、汚損や吸湿の影響も考慮する必要があり、IEC(国際電気標準会議：International Electro-technical Commission)規格等によって電極間距離が厳密に規定されており、更なる小型化を図るには困難さが伴う。
【０００４】
基板内部での絶縁に関しては、高電圧導体周辺にボイド(void:空隙)や剥離(exfoliate)を発生させない製造方法が重要になってくる。この技術に関しては年々進歩しており、現在では10層を超える高多層板実装、銅厚が500μmを超える大電流用途、板厚が3.5ｍｍを超える絶縁強化用途の大型基板が実用化されている。
【０００５】
絶縁基板内部の高電圧化が進むに従い、基板表面に表出する電界が無視できないレベルに達してきている。基板表面での放電開始電界は空気と同等なため、絶縁材料内部の1／10程度の電界でも放電が発生する危険性がある。
【０００６】
図８に示した５層の導体から成る従来の多層プリント基板では、基材となる絶縁基板上に導体パターンを施し、その上から絶縁基板を複数枚重ねて熱プレスで圧着して導体パターン加工する、ということを繰り返して作製している。
【０００７】
図９は、図８に示した多層プリント基板における電界集中点を示す図である。図９に示されるように絶縁強度が必要となる高電界部は、円形破線で示される箇所であって、その多くは絶縁樹脂内であるが、基板表層に高電圧導体があると気中部分にも発生する。
【０００８】
実際のモデルとして、絶縁樹脂材料がガラエポ(ガラスエポキシ樹脂：glass fiber reinforced epoxy resin)（比誘電率=4.75）で、その表層0.1ｍｍ内側に、0％電位(通常、アース電位)の導体と100％電位(通常、電源電圧)の導体が0.5ｍｍで対向する形状について電界解析を実施したところ、等電界強度線から成る等電界線の分布が図１０に示されるように得られた。最も電界が高い（強い）位置は高電圧導体のコーナ部（円形破線内参照）で、その電界を100％とすると周辺部に近づくほど電界が小さく（弱く）なるが、それでも基板表面の電界は27.1％に達している。放電が開始する電界は、空気中は絶縁樹脂材料の1/10程度であり、この形状では基板表面が絶縁弱点になることが明らかとなった。
【０００９】
この課題を克服するために、下記特許文献１においては、高圧電極表層に絶縁材厚さを厚くするという手法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１２９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に示されるプリント配線板のモデルケースとして、表層厚さを0.4mmとした場合における電界を解析した結果（等電界線分布）を図１１に示す。このケースでは、高電圧電極（図示では導体(銅)）から基板表面までの距離が遠くなり、高電圧導体のコーナ部電界100％に対して、基板表面の電界は14％にまで低下する。確かに絶縁材厚さを増していけば、基板表面の電界は低下していくが、基板が大型化し、さらに放熱性も悪くなるという問題が生じてしまう。
【００１２】
そこで本発明は上記のような問題点を解決するために、絶縁基板を厚くしないで、基板表面での放電発生を防止することが可能なプリント配線板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような課題を解決するために、本発明のプリント配線板の基本原理は、基板内に高電圧導体を、また基板表面の界面にアース電位導体を配置する構造としたことにある。この構造としたことにより、基板表面に高電界が発生しなくなり、基板表面での放電を防止することができるようになった。
【００１４】
具体的には、
請求項１に係る発明は、高圧導体電極と対向する基板表面にアース電位導体を配置することで、基板表面に電界を発生させない構成としたことである。
【００１５】
また請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のアース電位導体の外周を絶縁材料でコーティングすることで、基板表面に高電圧端子を引き出せる構成としたことである。
また請求項３に係る発明は、上記請求項１に記載のアース電位導体を冷却フィンで構成して、冷却効果を付与する構成としたことである。
【００１６】
また請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載のアース電位導体の端部位置が対向する高電圧導体パターンの端部位置より突き出る構造としたことにより、基板表面に高電界が発生せず、基板表面での放電を防止するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板表面で高電界が発生しなくなるので、基板表面での放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係るプリント配線板の構造(請求項１に係る発明)を示す断面図である。
【図２】図１に示した配線板の基板表層での電界解析結果（等電界線分布）を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係るプリント配線板の構造(請求項２に係る発明)を示す断面図である。
【図４】図３における配線板の基板表層での電界解析結果（等電界線分布）を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るプリント配線板の構造(請求項３に係る発明)を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るプリント配線板の構造(請求項４に係る発明)を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係るプリント配線板の基板表層を用いない基板表層での電界解析結果（等電界線分布）を示す図である。
【図８】従来から知られた基本的な絶縁多層基板の構造を示す断面図である。
【図９】図８に示した絶縁多層基板での電界集中点を示す図である。
【図１０】図８に示した絶縁多層基板表層での電界解析結果（等電界線分布）を示す図である。
【図１１】特許文献１に開示された多層基板表層での電界解析結果（等電界線分布）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るプリント配線板の構造を示す断面図である。図１に示すプリント配線板は、高電圧導体１に対向する絶縁樹脂基板１０の表面にアース電位導体３を配置する構造としたものである。
【００２０】
図１に示すプリント配線板は、基材となる絶縁樹脂基板１０上に高電圧導体１および低電圧導体２となる導体パターン加工を施し、当該導電パターンに箔電極を貼り付けてから導電塗料の塗布を行って、高電圧導体１および低電圧導体２を作製し、さらにその後に絶縁基板を重ね、当該絶縁基板の表面にアース電位導体３となる導体パターン加工を施し、当該導電パターンに箔電極を貼り付けてから導電塗料の塗布を行って、アース電位導体３を作製する。その後で、作製された本発明の実施形態１に係るプリント配線板の効果を検証するために、電界解析を行う。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態１に係るプリント配線板の電界解析結果を示す図である。図２の絶縁基板１０における円（破線）で示される箇所において、高電圧導体１の左上コーナ部の電界が若干上昇するが、基板表面（アース電極３及び空気４の界面）には電界が生じなくなる。
これにより、基板表面での放電を防止することが可能となる。
【００２２】
［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２に係るプリント配線板の構造を示す断面図である。図３に示すプリント配線板は、高電圧導体１１に対向する基板表面にアース電位導体１３を配置し、その導体１３の外周を絶縁材料でコーティングする構造としたものである。さらに、高電圧導体１１から高電圧引出端子１４を空気中に導出する構造にしている。
【００２３】
図３に示すプリント配線板は、上記し実施形態１と同様に高電圧導体１１、低電圧導体１２およびアース電位導体１３を作製したうえで、絶縁樹脂や絶縁ゲルでそれぞれの導体の外周をコーティングする、若しくは、多層基板の最表層の一層分をアース電位導体１３で構成するようにして作製する。
【００２４】
このようにして作製された本発明の実施形態２に係るプリント配線板を用いることで、高電圧導体１１から基板表面に端子（高電圧引出端子１４）を引き出すことが出来る。アース電位導体１３をコーティングしないと、アース電位導体１３の端部の電界が上昇し、アース電位導体１３と高圧端子間での沿面絶縁距離確保が困難となる問題が発生する。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態２に係るプリント配線板の電界解析結果を示す図である。図４の絶縁基板(ガラエポ)１０における円（破線）で示される箇所において、図２に示した実施形態１と同様に高電圧導体１１の左上コーナ部の電界が若干上昇するが、基板表面（アース電極１３及び空気１５の界面）には電界が生じなくなる。
これにより、基板表面での放電を防止することが可能となる。
【００２６】
［実施形態３］
図５は、本発明の実施形態３に係るプリント配線板の構造を示す断面図である。図５に示すプリント配線板は、図１に示した実施形態１と略同じであるが、アース電位導体を冷却フィン構造２３としたものであり、その他の構成は図１に示した実施形態１と同様であるのでその説明を省くことにする。
【００２７】
このように構成することにより、本発明の実施形態３に係るプリント配線板は、上記実施形態１に係るプリント配線板の効果に加えて、絶縁基板にフィンによる冷却効果を付与することができる。
【００２８】
［実施形態４］
図６は、本発明の実施形態４に係るプリント配線板の構造を示す断面図である。図６に示すプリント配線板は、アース電位導体３３の端部、すなわちアース電位導体端部３４の位置が、対向する高電圧導体パターン３１の端部、すなわち導体端部３２の位置より突き出る構造としたものである。
【００２９】
このように構成することにより、本発明の実施形態４に係るプリント配線板は、アース電極端部に高電界を発生（後述の図７参照）させないため、基板表面での放電を防止することができる。
【００３０】
図７は、図６に示した本発明の実施形態４に係るプリント配線板の構造と異なり、アース電位導体３３の端部、すなわちアース電位導体端部３４の位置が、対向する高電圧導体パターン３１の端部、すなわち導体端部３２の位置から突き出さない構造とした場合における図６に示した突き出る構造とした場合との比較例を表す電界解析結果を示す図である。図７の（ａ），（ｂ）に示すようにプリント配線板の構造が、上記した実施形態１や実施形態２の構造のいずれかを採用したとしても、アース電位導体端部が高電界（図７の（ａ），（ｂ）に示す円（破線）参照）となり、放電発生源となってしまう。しかし図６に示した本発明の実施形態４に係るプリント配線板の構造（アース電位導体端部３４の位置が、導体端部３２の位置から突き出る構造）を採ることで、この現象を回避することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１、１１、２１  高電圧導体，導体(銅)
２、１２  低電圧導体
３、１３，３３  アース電位導体，アース電極
４、１５  空気
１０  絶縁樹脂基板，絶縁基板（ガラエポ）
１４  高電圧引出端子
２３  冷却フィン
３２  導体端部
３４  アース電位導体端部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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