(57)【要約】【課題】振動環境や熱サイクル環境において良好な信頼性を維持可能なプリント基板のピン接続構造を提供すること。【解決手段】スルーホール３に挿入されたリード端子１と、プリント基板２の内層４２とを接続するビア７を設けた。これにより、振動や熱サイクルによりスルーホール３と内層４２との接合界面６ａが損傷したとしても、接続を良好に確保することができる。【選択図】図１
2007220915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に表層導体パターンを、内部に内層導体パターンを有し、ピン挿入用スルーホールが貫孔された多層プリント基板と、前記ピン挿入用スルーホールに挿通されてはんだにて固定された端子ピンとを備え、前記端子ピンは、前記内層導体パターンに接続されるプリント基板のピン接続構造において、
前記多層プリント基板に形成されて前記内層導体パターンに達するビア導体と、
前記多層プリント基板の表面に延設されて前記端子ピンと前記ビア導体とを接続するピン接続導体と、
を有することを特徴とするプリント基板のピン接続構造。
【請求項２】
請求項１記載のプリント基板のピン接続構造において、
前記ビア導体は、前記ピン挿入用スルーホールに近接して形成されるプリント基板のピン接続構造。
【請求項３】
請求項１記載のプリント基板のピン接続構造において、
前記端子ピンは、互いに異なる位置に形成された複数の前記ビア導体にそれぞれ接続されるプリント基板のピン接続構造。
【請求項４】
請求項１記載のプリント基板のピン接続構造において、
前記ピン接続導体は、前記表層導体パターンからなるプリント基板のピン接続構造。
【請求項５】
請求項１記載のプリント基板のピン接続構造において、
前記ビア導体は、前記多層プリント基板に貫孔された所定の接続用スルーホールと、前記接続用スルーホール内に配設されたはんだにより構成されているプリント基板のピン接続構造。
【請求項６】
請求項５記載のプリント基板のピン接続構造において、
前記ピン接続導体は、前記ピン挿入用スルーホールに配設されたはんだと、前記ビア導体をなす前記はんだとを連ねてなるプリント基板のピン接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント基板のピン接続構造に関し、くわしくは、プリント基板のスルーホールに立てられたピンを、プリント基板の内層導体パターンに接続する構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路基板（以下、プリント基板と言う）にピン固定用の貫通孔（スルーホールと言う）を設けてその内周面に導体パターンを形成し、このスルーホールに端子などの導体ピン（以下、ピンと言う）をはんだ固定することが、プリント基板技術では広く行われている。以下、この構造をプリント基板のピン接続構造と称する。この種のピンとしては、たとえば特許文献１に記載されるDIP型IPMのリード端子などがある。
【０００３】
高密度実装のために多層プリント基板を用いる場合、このピンを多層プリント基板の表層導体パターンに接続するケースと、このピンを内層導体パターンに接続するケースとを混在させる必要がある。後者のピンと内層導体パターンとを接続する構造の多層プリント基板を内層・ピン接続型多層プリント基板と称するものとする。
【０００４】
多層プリント基板（以下、単にプリント基板とも言う）のピンと内層導体パターンとの従来の接続構造を図６、図７を参照して簡単に説明する。
【０００５】
図６において、プリント基板２は表層導体パターン（以下、表層とも言う）４１、４４と、内層導体パターン（以下、内層とも言う）４２、４３と、スルーホール３を有している。ただし、ここで言う、スルーホール３とは、プリント基板２に貫設したピン挿入用スルーホールを言うとともに、このピン挿入用スルーホールの内周面に形成したスルーホール導体層も意味するものとする。スルーホール３と内層４２とは接合界面６にて接合されている。IPMのリード端子１はスルーホール３へ挿入されてはんだ５にて固定され、これにより、スルーホール３、正確にはスルーホール内に形成されたスルーホール導体層を通じて内層４２に接続されている。
【０００６】
図７は、リード端子１とプリント基板２の導体層パターンとの接続経路の電流容量を稼ぐ構造であり、好適には、ＩＰＭの主電極端子などの大電流リード端子の接続に用いられるプリント基板のピン接続構造（以下、大電流接続構造とも称する）を示す。図７において、リード端子１は、はんだ５及びスルーホール３を通じて表層４１、４４及び内層４２、４３のすべてに接続されている。スルーホール３は、接合界面６を通じて内層４２に、接合界面６０を通じて内層４３に接続されている。
【特許文献１】特開２００５−１８３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らは、上記した内層・ピン接続型多層プリント基板を車両用途に用いた場合、ピンと内層導体パターンとの接続部位における電気抵抗の増大や断線の発生を考慮する必要が存在することを見い出した。以下、本発明者らが見い出したこの問題について更に詳しく説明する。
【０００８】
上記した内層・ピン接続型多層プリント基板では、ピンはＩＰＭなどの質量体に接続されている。質量体はほとんどのケースにおいて多層プリント基板にはんだなどにより実装固定されているが、そうでなくたとえばヒートシンクやベースプレートなど多層プリント基板と別部材に固定される場合もある。
【０００９】
最初に、質量体がプリント基板に固定される場合において、回路装置に強い加振力が加えられた場合を想定する。質量体、多層プリント基板、及びピンの延設部分が同一加速度で振動する場合、ピンと多層プリント基板との間には力は発生せず、この力が、スルーホール内に形成されて内層導体パターンとスルーホール内のはんだとの間に介在するスルーホール導体層と内層導体パターンとの間の接続に悪影響を与えることは無い。
【００１０】
しかしながら、多層プリント基板は、特にその厚さ方向の曲げ剛性が小さいため、外部からの加振力により曲がるため質量体に対して異なる加速度をもつことになる。したがって、この場合には、一端が質量体に固定されたピンはスルーホール内のはんだに力を与えることになる。この力は、スルーホール内のはんだを通じて内層導体パターンとスルーホール導体層との接合部に加えられることになる。より簡単に言えば、スルーホール内のはんだやピンに固定されたスルーホール導体層と、多層プリント基板内に延設されて多層プリント基板の曲げ変形の影響をより強く受ける内層導体パターンとの間の接合部は上記外部からの加振力により接合状態が悪化する可能性が存在する。
【００１１】
上記した問題は、ＩＰＭのピンが多層プリント基板のスルーホールに固定されるものの、ＩＰＭ自体はヒートシンクなどの別部材に固定されて、多層プリント基板に直接固定されない場合には一層深刻となる。更に説明すると、ＩＰＭが固定されたヒートシンクが多層プリント基板とともにたとえばケースに固定されるケースを考えると、外部からの加振力がケースなどに作用してそれらを弾性変形させて、上記したと同様の力をスルーホール内のはんだに与える場合を考慮する必要が生じる。その他、ＩＰＭのピンが高温・低温の熱サイクルを繰り返すことによるピンの熱膨張量の変化が上記と同様の力をスルーホール内のはんだに与える場合も考慮する必要が生じる。
【００１２】
いずれにせよ、熱サイクル環境や振動環境では、スルーホール導体層と内層導体パターンとの間の小面積の接合部分に大きな応力が生じ、この部位における電気抵抗の増大や断線発生を想定することは、たとえば車両用途において重要であることが理解されるであろう。
【００１３】
上記した図６、図７のプリント基板のピン接続構造において上記問題を更に具体的に説明する。基板全体に振動が加わるとリード端子１の上部に位置してプリント基板２とは別に配置された図示しないIPMパッケージがプリント基板２に対して相対的に変位することになる。すると、リード端子１とはんだ５とスルーホール（スルーホール導体層）３と内層４２との接合が変動方向に引っ張られる。その結果、一番応力に対して弱い接合界面６の接合に悪影響が生じる可能性がある。
【００１４】
また、上記問題は、図７に示す大電流接続構造において更に深刻となる。すなわち、図７において、経路に大電流が流れると、二つの接合界面６、６０の一方が破断し高抵抗化すると、電流が他方の接合界面へ集中して、残る接合界面の劣化が促進されたり、焼失したりする可能性を考慮する必要がある。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、振動環境や熱サイクル環境において良好な信頼性を維持可能なプリント基板のピン接続構造を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明のプリント基板のピン接続構造は、表面に表層導体パターンを、内部に内層導体パターンを有し、ピン挿入用スルーホールが貫孔された多層プリント基板と、前記ピン挿入用スルーホールに挿通されてはんだにて固定された端子ピンとを備え、前記端子ピンは、前記内層導体パターンに接続されるプリント基板のピン接続構造において、前記多層プリント基板に形成されて前記内層導体パターンに達するビア導体と、前記多層プリント基板の表面に延設されて前記端子ピンと前記ビア導体とを接続するピン接続導体とを有することを特徴としている。
【００１７】
なお、上記で言うスルーホールは、電気部品のリード端子を挿入するための孔、又は、この孔の内周面に形成された導体層であるスルーホール導体層を意味し、ビア導体とは、リード端子が挿入されない孔であるビアホールに形成される導体を言うものとする。
【００１８】
すなわち、この発明は、多層プリント基板のスルーホールにはんだ固定されたＩＰＭのリード端子などのピンをビア導体を通じて多層プリント基板の内層導体パターンに電気的に接続することをその特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、既述した車両振動や熱サイクルなどにより、ピン挿入用スルーホールのスルーホール導体層と内層導体パターンとの間の接合に掛かるストレスを大幅に軽減することができるため、ＩＰＭのリード端子などのピンと内層導体パターンとの接続信頼性を従来に比べて大幅に向上することができる。
【００２０】
好適な態様において、前記ビア導体は、前記ピン挿入用スルーホールに近接して形成される。このようにすれば、ビア導体とピン挿入用スルーホールとの接続抵抗を減らせるとともに、多層プリント基板の表面における導体層パターンの配置を容易化することができる。
【００２１】
好適な態様において、前記端子ピンは、互いに異なる位置に形成された複数の前記ビア導体にそれぞれ接続される。このようにすれば、上記接続部位の信頼性を向上でき、ビア導体とピン挿入用スルーホールとの間の電気抵抗を低減することもできる。
【００２２】
好適な態様において、前記ピン接続導体は、前記表層導体パターンからなる。これにより、余分な接続工程が増えることがない。
【００２３】
好適な態様において、前記ビア導体は、前記多層プリント基板に貫孔された所定の接続用スルーホールと、前記接続用スルーホール内に配設されたはんだにより構成されている。これにより、内層導体パターンからピンまでの電気抵抗を低減することができる。
【００２４】
好適な態様において、前記ピン接続導体は、前記ピン挿入用スルーホールに配設されたはんだと、前記ビア導体をなす前記はんだとを連ねてなる。これにより、内層導体パターンからピンまでの電気抵抗を一層低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のプリント基板のピン接続構造の好適な実施態様を以下に説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定解釈されるべきではなく、本発明の技術思想をその他の技術の組み合わせにより実現してもよいことはもちろんである。
【００２６】
（実施形態１）
実施形態１のプリント基板のピン接続構造を模式垂直断面図である図１を参照して説明する。図１は、プリント基板の縦断面図である。
【００２７】
図１において、プリント基板２は表層４１ａ、４４ａと内層４２、４３とスルーホール３とビア７とを有する。１は、不図示のIPMのリード端子であって、スルーホール３には、はんだ５により固定されたリード端子（本明細書で言うピン）１が挿入、固定されている。
【００２８】
ただし、ここで言うビア７は、プリント基板２に貫設されるが、リード端子が挿入、固定されない孔であるビアホールを言うが、このビアホールの内周面に形成された導体層であるビアホール導体層（ビア導体）を意味する場合もあるものとする。同じく、スルーホール３も、プリント基板２に貫設したピン挿入用のスルーホールを言うとともに、このピン挿入用スルーホールの内周面に形成したスルーホール導体層も意味するものとする。
【００２９】
６ａは、スルーホール導体層であるスルーホール３のうち、内層４２に最も近接する部位の界面であるが、この実施形態では、内層４２に接合されていない。
【００３０】
ビア７は、スルーホール３と比較的近接して形成されており、ビアホール導体であるビア７は、接合界面６ｂにて内層４２と接合されている。また、ビアホール導体であるビア７とスルーホール導体層であるスルーホール３とは、表層（ピン接続導体）４１ｂ、４４ｂを通じて接続されている。
【００３１】
これにより、リード端子１から内層４２に到る電気経路は、リード端子１→はんだ５→表層４１ｂ、４４ｂ→ビア７→接合界面６ｂ→内層４２となる。ビア７と内層４２との接合界面６ｂは、リード端子１がビア７に挿入されていないため、リード端子１からの加振力や熱応力を直接受けることがなく、図６に示すビア無し接続構造に比べて格段に熱サイクルや振動に強い接合が可能となる。
【００３２】
なお、ビア７の位置は自由であるが、スルーホール３近傍に複数配置することが好適である。ただし、リード端子１がIPMの制御端子のように電流容量を必要としないケースでは、実装面積を稼ぐためにビア７を単数とし、かつ、その径をスルーホール３より径を小さくする方が好ましい。当然、図１において、表層４１ｂと４４ｂのどちらか一方のみをスルーホール３及びビア７に接続してもよい。
【００３３】
（実施形態２）
第２実施形態を図２を参照して以下に説明する。この実施形態の特徴は、実施形態１において、内層４２から分離していた界面６ａを図６と同様に接合した点にある。このようにすると、電気的導通の経路が並列となるため、接続信頼性を更に向上することができる。ただし、界面６ａの破断前後で電流経路が異なることになり、伝送する信号電圧や信号電流に影響を及ぼすことは避けられないことに留意されたい（図３参照）。もちろん、この実施形態においても、ビア７はスルーホール３の近傍に設置することが望まく、更に表層４１ｂと４４ｂのどちらか片方で接続してもよい。
【００３４】
（実施形態３）
第３実施形態を図４を参照して以下に説明する。この実施形態は大電流接続構造であって、その特徴は、図２に示す実施形態２において、ビアを複数設けるとともに、各導体層パターンの厚さを増大した点にある。図４において、二つのビア７ａ、７ｂが形成され、これらビア７ａ、７ｂは内層４２と接続されている。また、内層４２は接合界面６ａを通じてスルーホール３にも接続されている。更に、ビア７ａ、７ｂは表層（ピン接続導体）４１、４４を通じてはんだ５に接続されている。６ｂはビア７ａと内層４２との接合界面、６ｃはビア７ｂと内層４２との接合界面である。結局、リード端子１は、３つの接合界面６ａ、６ｂ、６ｃにより並列接続されることになる。
【００３５】
もちろん、ビアの数は二つに限定されるものではなく、たとえばスルーホール３の周囲に更に多数設けても良い。例えば一個のビアで３Aの電流容量があるとして、３０Aの電流を流したいならビアを10個以上設ければよい。電流容量さえ気にすればこのときビアの径は特に関係ない。ビアをスルーホール３に近接配置することは、インダクタンス及び配線抵抗低減の観点からも好適である。
【００３６】
（実施形態４）
他の実施形態を図５を参照して以下に説明する。この実施形態は大電流接続構造であって、その特徴は、図４に示す実施形態３において、ビアを一つとするとともに、ビア７をはんだ５ｂを充填した点にある。このように構成することにより、ビア７とスルーホール３との間の電流容量を大幅に向上することができる。なお、ビア７の径をスルーホール３と同等とすると、更によい。
【００３７】
また、この実施形態では、図４に示されるように、表層４１、４４の上面にてスルーホール３のはんだ５ａとビア７のはんだ５ｂとが接触して本発明で言うピン接続導体を構成している。つまり、スルーホール３とビア７とは、はんだ５ａとはんだ５ｂとがプリント基板２の表面にて直接接触可能な距離に配置されている。これにより、ビア７のはんだ５ｂとはんだ５ａとの間の電気抵抗の更なる低減が可能となっている。もちろん、はんだ５ａとはんだ５ｂとの直接接触が不要な場合には、スルーホール３とビア７との間の距離は自由となる。また、この実施形態においても、ビア７を複数としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態１のプリント基板のピン接続構造を示す模式垂直断面図である。
【図２】第２実施形態を示す模式垂直断面図である。
【図３】第２実施形態における問題点を示す模式垂直断面図である。
【図４】第３実施形態を示す模式垂直断面図である。
【図５】第４実施形態を示す模式垂直断面図である。
【図６】従来形態（小電流時）を示す模式垂直断面図である。
【図７】従来形態（大電流時）を示す模式垂直断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      リード端子
２      プリント基板
３      スルーホール
５      はんだ
５a      はんだ
５b      はんだ
６      接合界面
６ａ      界面（接合界面）
６ｂ      接合界面
７      ビア
７ａ      ビア
７ｂ      ビア
４１      表層
４１ａ      表層
４１ｂ      表層
４２      内層
４３      内層
４４      表層
６０      接合界面
【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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