(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の電装品用でバッテリ、モータ、スイッチ、リレーからなる電気回路が配されるプリント配線基板であって、絶縁基板上に接着された銅箔からなり、電子部品接続用ランド間を結ぶ配線パターンの中央付近にソルダーレジストで覆われない部分を設け、この部分に半田を付けて、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の幅が、その部分の配線パターン幅の１／２以上であると共に、通常使用状態において、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の温度上昇が２０℃以下であるプリント配線基板。
【請求項２】
ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の配線パターンの幅を、その両側のソルダーレジストで覆われる部分の幅よりも細くした請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項３】
ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の配線パターンに、その部分の幅を細くする方向の一本以上のスリット部を設ける請求項１記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に使用される、過電流通電時のセーフティ対策としてのヒューズ機能を備えたプリント配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板に過電流通電時のセーフティ機能をもたせる従来の技術を図６および図７により説明する。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）はプリント配線基板１の一般的な構成を示した平面図と断面図である。
【０００４】
同図において、２は基材となる絶縁基板で、この上に銅箔からなる配線パターン３が接着剤４により貼り合わされ、その上にソルダーレジスト層５が印刷形成されており、ソルダーレジスト層５で覆わずに残されたランド部６Ａ，６Ｂに電子部品７Ａ，７Ｂのリード線８Ａ，８Ｂが半田９Ａ，９Ｂにより接続固定されている。
【０００５】
以上のように構成されるプリント配線基板１のランド部６Ａ，６Ｂ間に対して、過電流通電時のセーフティ対策として実施されている方法を図７に示す。
【０００６】
同図（ａ）はランド部６Ａ，６Ｂ間の配線パターンの中央部１０Ａを細くしてこの部分の内部抵抗（導体抵抗）を大きくしたもの、同図（ｂ）はランド部６Ａ，６Ｂ間の配線パターン１０を細くかつ長い形１１にしてこの間の内部抵抗（導体抵抗）を更に大きくしたもの、同図（ｃ）はランド部６Ａ，６Ｂ間の配線パターン１０の途中にヒューズ１２を接続したものである。
【０００７】
そして、これらの過電流通電時のセーフティ対策の動作について説明すると、図７（ａ）または（ｂ）に示した方法は、ランド部６Ａ，６Ｂ間に過電流が流れる場合に、配線パターン１０の中央部１０Ａまたは配線パターン１１のもつ内部抵抗によってジュール熱が発生し、この熱によって配線パターンの銅箔が溶け、配線パターン１０Ａまたは１１が切れて電流が遮断されるものであり、また図７（ｃ）に示した方法においても、同様にヒューズ１２が溶断して電流が遮断されることにより、プリント配線基板１が焼損することを防止していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の過電流に対するセーフティ対策を施したプリント配線基板１において、配線パターン１０の幅を細くする方法では、セーフティ対策によるコストアップは殆どなく、大きな過電流が流れる場合には配線パターン１０の細くなった部分１０Ａまたは１１が短時間で溶断するが、配線パターン１０がすぐに溶断しない程度の過電流が流れる場合（例えば、モータがロックした時の過電流等）、配線パターン１０を形成する銅箔の内部抵抗で発生するジュール熱によってプリント配線基板１の絶縁基板２が加熱され、最悪の場合、絶縁基板２が焦げたり、プリント配線基板１の近くにある樹脂材料等が損傷を受ける可能性があるという課題があった。
【０００９】
また、配線パターン１０の途中にヒューズ１２を接続する方法では、短時間で溶断するため、上記のように発熱による損傷の危険性はないが、かなりのコストアップとなることが課題であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、配線パターンの銅箔を細くする過電流通電時のセーフティ対策では銅箔がすぐに溶断しない程度の過電流が流れる場合でも、短時間に配線パターンの一部を溶断させることができ、しかもコストアップが殆どない過電流通電時のセーフティ機能を備えたプリント配線基板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、プリント配線基板の銅箔からなるランド間の配線パターンの中央付近にソルダーレジストで覆われない部分を設けて、この部分の銅箔上に半田を付けて、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の幅が、その部分の配線パターン幅の１／２以上であると共に、通常使用状態において、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の温度上昇が２０℃以下であるようにするものである。
【００１２】
これにより、過電流通電時にランド間の配線パターンの中央付近が発熱することによって半田が低い温度で溶融し、溶融した半田の中に上記配線パターンの中央部分の銅箔が拡散する“銅くわれ現象”を起こして、この部分の銅箔の溶断を促進することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、自動車の電装品用でバッテリ、モータ、スイッチ、リレーからなる電気回路が配されるプリント配線基板であって、絶縁基板上に接着された銅箔からなり、電子部品接続用ランド間を結ぶ配線パターンの中央付近にソルダーレジストで覆われない部分を設け、この部分に半田を付けて、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の幅が、その部分の配線パターン幅の１／２以上であると共に、通常使用状態において、上記ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の温度上昇が２０℃以下であるプリント配線基板としたものであり、電子部品接続用ランド間を結ぶ配線パターンが過電流により発熱する際、放熱し難いためにランド間で最も高温となる配線パターンの中央付近に半田を付けた部分を設けておくことにより、過電流通電時に配線パターンの銅箔の内部抵抗により発生するジュール熱によって銅箔が溶ける温度（約１１００℃）よりもずっと低い温度（約２００℃）で半田が溶融し、溶融した半田と配線パターンの銅箔が化学反応を起こして銅箔中の銅が拡散する“銅くわれ現象”が発生し、短時間で配線パターンが溶断するという作用を有する。
また、配線パターン幅の１／２以上の銅箔に半田を付けておくことにより、過電流通電時の発熱で溶融した半田の中に銅箔が拡散して配線パターンの溶断を促進するというセーフティ機能が有効に働くという作用を有する。
さらに、使用機器の通常使用状態における、ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の温度上昇が２０℃以下であるようにしたものであり、プリント配線基板を使用する機器の環境温度が高くなっても、プリント配線基板の基材である絶縁基板や近くにある樹脂材料に損傷を与えないという作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の配線パターンの幅を、その両側のソルダーレジストで覆われる部分の幅よりも細くするようにしたものであり、配線パターンの半田を付ける部分の幅が細くても半田によって導体断面積が大きくなるので、通常の電流ではこの部分にジュール熱が集中することはないが、過電流の通電によって半田が溶けた状態では、この部分の配線パターンの幅が細いために“銅くわれ現象”による銅箔の薄肉化が早まり、より短時間に配線パターンを溶断することができると共に、この配線パターンを細くする部分の幅を調整することによって、この部分に流すことのできる電流の大きさと配線パターンが溶断する時間を調整することができるという作用を有する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分の配線パターンに、その部分の幅を細くする方向の一本以上のスリット部を設けるようにしたものであり、請求項２に記載の発明と同様の作用を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態によるプリント配線基板２１の平面図と同断面図をそれぞれ示したものであり、同図において、基材となる絶縁基板２２に銅箔からなる配線パターン２３が接着剤２４により貼り合わされ、その上にソルダーレジスト層２５が印刷形成されて、ソルダーレジスト層２５で覆われずに残されたランド部２６Ａ，２６Ｂに電子部品２７Ａ，２７Ｂのリード線２８Ａ，２８Ｂが半田２９Ａ，２９Ｂにより接続固定されている構成は従来例と同様のものである。
【００２０】
そして、ランド部２６Ａ，２６Ｂ間を結ぶ配線パターン３０の中央にはソルダーレジスト層２５で覆われない非ソルダーレジスト部３１が配線パターン３０の幅の１／２以上の大きさで設けられ、ここにも半田３２が付けられている。
【００２１】
この半田３２は、半田付装置にて電子部品２７Ａ，２７Ｂのリード線２８Ａ，２８Ｂとランド部２６Ａ，２６Ｂの間に半田２９Ａ，２９Ｂを付けて接続固定する際、同時に付けられるものである。
【００２２】
また、図２は自動車の電装品に使用されるプリント配線基板の電気回路図の一例を示したものであり、同図において、３３はバッテリ、３４はモータ、３５はスイッチ、３６はリレーコイル３６Ａおよびリレー接点３６Ｂからなるリレーで、３７がプリント配線基板上に配置された回路部分を示している。
【００２３】
そして、このプリント配線基板上に配置された回路部分３７を図１のプリント配線基板に当てはめると、電子部品であるリレーコイル３６Ａとリレー接点３６Ｂ（図１の電子部品２７Ａと２７Ｂに相当、以下括弧内同じ）のリード線３８Ａと３８Ｂ（２８Ａと２８Ｂ）を半田（２９Ａと２９Ｂ）で接続固定したランド部３９Ａと３９Ｂ（２６Ａと２６Ｂ）間を結ぶ配線パターン４０（３０）の中央に非ソルダーレジスト部４１（３１）を設けて、ここに半田４２（３２）が付けられていることになる。
【００２４】
次に、本実施の形態のプリント配線基板のセーフティ機能の動作について説明する。
【００２５】
まず、図２の回路において、スイッチ３５を閉じるとリレーコイル３６Ａに電流が流れてリレー接点３６ＢがＯＮとなり、モータ３４に通電されてモータ３４は回転を始める。
【００２６】
この時、プリント配線基板上に配置された回路部分３７の配線パターン４０に流れる電流は、モータ３４の定常電流の３〜５Ａであり、これによって配線パターン４０で発生するジュール熱による温度上昇が２０℃以下になるように、配線パターン４０の幅は決められている。
【００２７】
しかし、モータ３４が外部からの拘束力や故障によってロック状態になると、モータ３４の負荷電流は２３〜３０Ａ程度まで上がり、この過電流が配線パターン４０に流れると、配線パターン４０にはその内部抵抗によるジュール熱が発生して配線パターン４０の温度は急激に上昇する。
【００２８】
そして、この温度が半田４２の融点である約２００℃を越えると、配線パターン４０中央の非ソルダーレジスト部４１の半田４２が溶融し、溶融した半田４２の中に配線パターン４０を構成する銅箔が拡散して金属間化合物４３［図３（ｂ）参照］を作る“銅くわれ現象”が起こる。
【００２９】
そして、この金属間化合物４３は高い抵抗値を有するために、更に“銅くわれ現象”を助長し、配線パターン４０中央部の非ソルダーレジスト部４１の銅箔が急速に薄肉化すると共に、配線パターン４０に発生した熱によってプリント配線基板の基材である絶縁基板４４が熱収縮を起こして内部応力を生じることによって、図３（ａ）に示す正常な状態から、同図（ｂ）に示すように、配線パターン４０を絶縁基板４４に貼り付けていた接着剤４５が剥がれて、“銅くわれ現象”で薄くなった配線パターン４０に亀裂４６が入り切断されて、モータ３４のロック電流は遮断されることになる。
【００３０】
したがって、本実施の形態の自動車の電装品用プリント配線基板の場合、電子部品接続用ランド部３９Ａ，３９Ｂ間を結ぶ配線パターン４０の設計時に、配線パターン４０中央の非ソルダーレジスト部４１の温度上昇が、正常な状態のモータの定常電流値では２０℃以下であり、モータロック時の電流値（２３〜３０Ａ）では半田が溶融する２００℃程度になるように配線パターン４０の幅を設定して、その中央の非ソルダーレジスト部４１にも半田を付けるようにすればよい。
【００３１】
ここで、正常な状態のモータの定常電流による配線パターン部の温度上昇値を２０℃以下に設定する理由は、プリント配線基板を使用する電子機器の環境温度が、自動車用の電装品の使用条件として規定されている最高温度である９０℃になっても、配線パターン部の温度上昇が２０℃以下であれば、この部分の温度は１１０℃以下であり、プリント配線基板の絶縁基板部やプリント配線基板の近くにある樹脂材料の熱変形温度よりも低く、これらに熱による損傷を与えることがないからである。
【００３２】
本実施の形態の自動車の電装品用プリント配線基板において、セーフティ対策を施した配線パターン部が過電流により溶断するまでの時間を、本発明と従来例について比較実験した結果を（表１）に示す。
【００３３】
【表１】
0003794047.tif 000002
【００３４】
この（表１）から判るように、本発明のセーフティ対策は、従来の方法に比べて配線パターンが溶断し易くなり、溶断するまでの時間は半分近くまで短くなるものである。
【００３５】
（実施の形態２）
図４（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態によるプリント配線基板４７の平面図と同断面図をそれぞれ示したものであり、同図において、電子部品４８Ａ，４８Ｂの接続用ランド部４９Ａ，４９Ｂ間を結ぶ配線パターン５０中央の、ソルダーレジスト層５１で覆われない非ソルダーレジスト部５２を設ける部分の幅は、その両側のソルダーレジスト層５２で覆われた部分の幅よりも細くなって、半田５３が付けられている。
【００３６】
この場合、非ソルダーレジスト部５２の幅が細くても、半田５３を付けることによって導体断面積が大きくなるので、通常の電流ではジュール熱が集中発生することはなく、過電流通電で半田５３が溶融した状態では、配線パターン５０の幅が細いために“銅食われ現象”によるパターン銅箔の薄肉化が早く、溶断されるまでの時間が早いと共に、この非ソルダーレジスト部５２の幅を変えることによって、配線パターンが溶断する時間を調整することができるものである。
【００３７】
（実施の形態３）
図５（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施の形態によるプリント配線基板５４の平面図と同断面図をそれぞれ示したものであり、同図において、電子部品５５Ａ，５５Ｂの接続用ランド部５６Ａ，５６Ｂ間を結ぶ配線パターン５７中央の、ソルダーレジスト層５８で覆われない非ソルダーレジスト部５９は、配線パターン５７の幅を細くする方向にスリット６０を設けた形として、半田６１が付けられている。
【００３８】
この場合も、実施の形態２と同様に、非ソルダーレジスト部５９の幅が狭くなっても、半田６１を付けることによって導体断面積が大きくなり、通常の電流ではジュール熱が集中発生することはなく、過電流通電で半田６１が溶融した状態では、配線パターンの幅が細いために“銅くわれ現象”によるパターン銅箔の薄肉化が早く、溶断されるまでの時間が早いと共に、非ソルダーレジスト部５９のスリット６０の数や幅を変えることによって、配線パターン５７が溶断する時間を調整することができる。
【００３９】
なお、以上の説明で述べた、プリント配線基板のセーフティ対策として電子部品接続用ランド間の配線パターンの中央付近に設ける、ソルダーレジストで覆われないで半田が付けられる部分は、プリント配線基板の最大発熱部に設けることが最も有効であることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プリント配線基板の過電流に対するセーフティ対策としてのヒューズ機能において、配線パターンの銅箔を細くするセーフティ対策では銅箔がすぐに溶断しない程度の過電流に対しても、短時間で配線パターンを溶断させることができると共に、過電流の大きさに対して配線パターンが溶断する時間を調整できるものであり、更にプリント配線基板にセーフティ機能をもたせるためのコストアップが殆どないという実用的価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態によるプリント配線基板の平面図
（ｂ）同断面図
【図２】同自動車の電装品に使用されるプリント配線基板の電気回路図
【図３】（ａ）同正常な状態のプリント配線基板の断面図
（ｂ）同過電流通電時のプリント配線基板の断面図
【図４】（ａ）本発明の第２の実施の形態によるプリント配線基板の平面図
（ｂ）同断面図
【図５】（ａ）本発明の第３の実施の形態によるプリント配線基板の平面図
（ｂ）同断面図
【図６】（ａ）従来のプリント配線基板の平面図
（ｂ）同断面図
【図７】従来のプリント配線基板の過電流通電時のセーフティ対策方法を説明する平面図
【符号の説明】
２１，４７，５４  プリント配線基板
２２，４４  絶縁基板
２３，３０，４０，５０，５７  配線パターン
２４，４５  接着剤
２５，５１，５８  ソルダーレジスト層
２６Ａ，２６Ｂ，３９Ａ，３９Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ，５６Ａ，５６Ｂ  ランド部
２７Ａ，２７Ｂ，４８Ａ，４８Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ  電子部品
２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ  リード線
２９Ａ，２９Ｂ，３２，４２，５３，６１  半田
３１，４１，５２，５９  非ソルダーレジスト部
３３  バッテリ
３４  モータ
３５  スイッチ
３６  リレー
３６Ａ  リレーコイル
３６Ｂ  リレー接点
６０  スリット
【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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