JP2007129055A - 金属芯プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって、実装された電子部品の静電気エネルギーに対する高い安全性を確保できる金属芯プリント配線を提供する。
【解決手段】金属板状と、
金属板上に絶縁層を介して形成された導電パターンのグランド部に連続して形成されたサージ誘導部が形成された金属芯プリント配線板とする。サージ誘導部は導電性材料からなり、その先端は金属板の外縁に近接する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品が実装されるプリント配線板に関する。詳しくは、本発明は金属芯プリント配線板の静電対策に関する。

ＬＥＤ装置などの発熱素子を実装するためのプリント配線板として、いわゆる金属芯プリント配線板（金属板を利用したプリント配線板）が利用されている。金属芯プリント配線板の基本的な構造を図７に示す。金属芯プリント配線板４０では、アルミ板４１の上に絶縁層４２を介して導電パターン４３が形成される。このような金属芯プリント配線板４０では、導電パターン４３に実装された電子部品からの熱がアルミ板４１に伝導し、高い放熱効果が得られる。
ところで、図７の構造を備えるプリント配線板上の回路に外部から静電気が印加された場合、静電気エネルギーは導電パターン４３を通ってあらゆる方向に分散し、アルミ板４１へアースされる。このとき、分散ルート中に実装された電子部品は破壊されてしまう。このように従来の構成では、印加された静電気エネルギーの分散ルートが予想できず、実装された電子部品が破壊されるおそれがあった。
プリント配線板における静電対策技術の一つが特開２００５−９３８３６号公報に開示される。当該公報に開示された積層誘電体基板では、誘電体層を挟んで両側に放電片パターンを形成することで、外部からサージ電圧が印加された際、放電片パターン間にスパークを発生させ、サージ電圧を光エネルギーと熱エネルギーに変換する。
一方、特開２００１−１９６６３８号公報には、実装されたＬＥＤ装置の周囲に導電パターンを形成することで、静電気が基板に印加された際に静電気を当該導電パターンに逃がし、ＬＥＤ装置への影響を防止している。

特開２００５−９３８３６号公報 特開２００１−１９６６３８号公報

簡易な構成でありながら良好な放熱特性を備える金属芯プリント配線板は、ＬＥＤ装置実装用の基板としてだけでなく、広範な用途に利用できるものとして注目されている。特に、今後の高輝度化に伴い発熱量の増大が予想されるＬＥＤ装置の実装用の基板として非常に有望である。ところが、上記の通り現行の金属芯プリント配線板では十分な静電対策が講じられておらず、外部から印加される静電気に対して強い構成、換言すれば、実装された電子部品を静電気から有効に保護できる構成が求められている。
ここで、特許文献１が開示する静電対策技術は積層誘導体基板に特化したものであるため、それを金属芯プリント配線板に適用することはできない。また、特許文献２に開示された手段は、積極的に静電気エネルギーをアースさせるというものではないため、導電パターンで保護された電子部品の破壊を防止できるものの、他の電子部品の破壊の可能性が残る。全ての電子部品を保護しようとすれば、電子部品毎に導電パターンを形成する必要があるが、そのような構成はプリント配線板の構成をいたずらに複雑にし、製造コストの上昇や実装作業の煩雑化を引き起こし、更には本来の回路形成に必要な導電パターンの設計自由度を低下させる。
一方、金属芯プリント配線板における静電対策として、導電パターンのグランド部を金属芯にネジ等を用いて接地する方法も考えられるが、製造工程の複雑化や製造コストの上昇となる。
ところで、金属芯プリント配線板では一般に、金属板と導電パターン間のインピーダンスが低いことから、外部から印加された静電気エネルギーは分散しやすい。従って、金属芯プリント配線板には、より積極的な静電対策が要求される。
そこで本発明は、簡易な構成によって、実装された電子部品の静電気エネルギーに対する高い安全性を確保できる金属芯プリント配線を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
金属板と、
前記金属板上に絶縁層を介して形成された導電パターンと、
前記導電パターンのグランド部に連続して形成されたサージ誘導部であって、導電性材料からなり、その先端が、前記グランド部の外周のどの位置よりも前記金属板の外縁に近接している、サージ誘導部と、
を備える金属芯プリント配線板である。

本発明の構成によれば、アース（金属板）の間との放電インピーダンスが、導電パターンのグランド部のどの位置よりもサージ誘導部で小さくなる。即ち、放電インピーダンスがサージ誘導部で最少となり、外部から印加された静電気エネルギーはサージ誘導部に集中し、その後アースに落ちることになる。これによって、実装された電子部品を破壊するような落雷経路の形成を防止でき、電子部品の安全性が確保される。

本発明の金属芯プリント配線板（本明細書では、金属芯プリント配線板のことを「金属基板」ともいう）は、一般的な金属芯プリント配線板と同様に、金属板と、その上に絶縁層を介して形成された導電パターンを備える。金属板の材質は特に限定されないが、導電性及び放熱性に優れたものを採用することが好ましい。金属板の好ましい材質の例として、銅、アルミニウム、鉄を挙げることができる。一方、導電パターンの材質も特に限定されず、例えば銅、アルミ、金などを用いて導電パターンを形成することができる。

本発明では、導電パターンのグランド部に連続するサージ誘導部が備えられる。サージ誘導部は導電パターンと同様に導電性材料で構成される。本発明の一形態では導電パターンのグランド部の一部としてサージ誘導部が形成される。つまり、サージ誘導部も含めたグランド部が設計されることになる。当該形態によれば、導電パターンを印刷、メッキなどで形成する際にサージ誘導部も形成されることから、サージ誘導部の形成工程を別個に設ける必要がない。即ち、プリント配線板の製造工程を削減できる。また、グランド部とサージ誘導部との連続性が極めて高くなり、印加された静電気エネルギーを、グランド部を介してサージ誘導部へとより効率的に集中させることができる。これによって、印加された静電気エネルギーのサージ誘導部を介したアースが一層確実に行われる。

本発明の他の形態では、導電パターンのグランド部とは別の部材としてサージ誘導部が備えられる。当該形態では、導電パターンの形成前又は形成後、導電パターンの一部に接続するように導電性材料（銅、アルミ、金など）を用いてサージ誘導部を形成する。具体的なサージ誘導部の形成方法としては、導電性材料の印刷、メッキなどを例示できる。所望の形状に成形した導電性材料（例えば平面視針状の金属板）を、グランド部の一部に接触するように設置してサージ誘導部としてもよい。グランド部とは別の部材としてサージ誘導部を形成することにすれば、その材質を自由に選択可能となることから、印加された静電気エネルギーを集中されるのにより適した材料でサージ誘導部を形成し、サージ誘導部の作用（即ち、静電気エネルギーを集中させることで落雷経路を形成する作用）を高めることが可能である。また、既存の金属基板に対して本発明を適用することが可能となる。つまり、既存の金属基板の静電耐性を向上させることに本発明を利用可能となる。

サージ誘導部はその先端が、導電パターンのグランド部の外周のどの位置よりも金属板の外縁（即ち金属基板の外縁）に近接するように形成される。従って、典型的には、グランド部から金属基板の外縁側に向けて突出するようにサージ誘導部が形成されることになる。サージ誘導部の先端と金属板の外縁とができるだけ近接していることが好ましい。サージ誘導部と金属板（アース）との間のインピーダンスが小さくなり、サージ誘導部に集められた静電気エネルギーがアースされやすくなるからである。この観点から、サージ誘導部の先端から金属板の外縁までの距離を０．５ｍｍ以下（例えば約０．５ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．２ｍｍ、又は約０．１ｍｍ）にするとよい。サージ誘導部の先端が金属板の外縁に接触するように（即ち、距離が０ｍｍ）サージ誘導部を形成してもよい。尚、導電パターンのグランド部は、金属板の外縁に最も近接する外周位置において例えば３ｍｍ〜８ｍｍ程度離れるように形成される。

サージ誘導部の形状は特に限定されないが、サージ誘導部への静電気エネルギーの集中及びアースへの誘導の観点から、針状であることが好ましい。ここでの「針状」とは、幅に比べて長さが大幅に長い（例えば２倍以上）形状をいい、必ずしも先端が尖鋭でなくてもよい。また、集中した静電気エネルギーを確実にアースへと誘導できる限り、必ずしも全体に直線的でなくてもよい。

通常、サージ誘導部は１箇所設けられる。但し、２箇所以上のサージ誘導部を設けることにしてもよい。この場合には静電気エネルギーの落雷経路が増加することになるが、落雷経路の増加に伴い、実装された電子部品が破壊される可能性が高くならないよう、例えばサージ誘導部を局在させるとよい。

本発明の金属基板において、外部より印加された静電気エネルギーの落雷経路はサージ誘導部の位置によって変動する。一方、外部より印加された静電気エネルギーの落雷経路を短くすれば、実装された電子部品への影響を抑えることができる。ところで、電子部品が実装された金属基板を使用する際には、電子部品とともに実装されたコネクタが外部との直接的な接点となり、当該コネクタを通って印加される静電気が問題となる。また、実装後の金属基板が筐体等に収納された状態で使用される場合においては、外部からの静電気の進入経路は実質的にコネクタに限定される。以上のことを考慮すれば、導電パターンのグランド部においてコネクタが接続される領域（電源入力部）に隣接する位置にサージ誘導部を設けることが好ましい。当該構成によれば、コネクタを通って印加された静電気エネルギーを短い経路でアースすることができる。従って、静電気エネルギーの落雷経路とならない安全な実装領域を広く確保できる。また、静電気が滞留するおそれがなくなり、静電耐性が向上する。

本発明の実施例を図１〜図３に示す。図１は金属芯プリント配線板（以下、「金属基板」という）１の斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線位置での断面図である。また、図３は金属基板１の部分拡大上面図である。金属基板１はアルミ板１０と、アルミ板１０の上面に絶縁層１１を介して形成された導電パターン（銅箔）２０、２１とを備える。熱伝導度の大きい材料で絶縁層１１を構成することによって、導電パターン２０、２１上に実装された電子部品からの熱を効率的にアルミ板１０へと伝導することができ、放熱性が向上する。必要に応じて、導電パターン２０、２１において露出を避けたい部分は絶縁材料（例えばエポキシ系レジスト材料）で被覆処理される。
コネクタ実装領域（電源供給部）１５（図１の点線で示す領域）に隣接する位置において、導電パターンのグランド部２１はアルミ板１０の外縁側へと針状に突出しており、これによってサージ誘導針２２が形成される。サージ誘導針２２は幅が約０．５ｍｍで長さが約１ｍｍである（図３）。また、サージ誘導針２２の先端からアルミ板１０の外縁までの最短距離ｄは約０．５ｍｍである（図３）。

使用時において金属基板１には電子部品及びコネクタが実装される。金属基板１の使用例を図４に示す。この例では金属基板１のほぼ中央に表面実装型ＬＥＤ装置３０が実装される。また、回路構成に応じてＬＥＤ装置３０の駆動用電子部品及び／又は制御用電子部品が実装される。一方、所定の位置にコネクタ３１が取り付けられ、外部からのＬＥＤ装置３０への電力の供給は当該コネクタ３１を介して行われることになる。
この使用例ではＬＥＤ装置３０等からの熱を効率的に放散するためにヒートシンク３３が併用される。具体的には、金属基板１の下面が熱伝導性シート３２を介してヒートシンク３３に接続される。これによって、ＬＥＤ装置３０等、金属基板１に実装された電子部品からの熱は、金属基板１を構成するアルミ板１０及び熱伝導性シート３２を介してヒートシンク３３に伝搬する。その結果、ヒートシンク３３による高い放熱作用が奏される。ヒートシンク３３には熱容量の大きいことが要求され、例えばその材質は銅やアルミなどである。尚、金属基板１とヒートシンク３３との接続をネジ止めなどで行ってもよい。

以上の構成の金属基板１では、その使用時にコネクタ３１を通って外部より静電気が印加された場合、静電気エネルギーは導電パターンのグランド部２１に備えられたサージ誘導針２２に集中し、次いでアルミ板１０へとアースされる。つまり、コネクタ３１とサージ誘導針２２を繋ぐ落雷経路が形成される。このため、外部から印加された静電気エネルギーが分散して予測不能な落雷経路を形成することがなく、ＬＥＤ装置３０等、実装された電子部品の破壊を防止できる。一方、サージ誘導針２２をコネクタ実装領域５１の近傍に設けたことによって、印加された静電気エネルギーの落雷経路は極めて短くなる。従って、静電気エネルギーの落雷経路とならない安全な領域を広く確保できる。これによって、基板面積あたりの実装可能な電子部品数が増大することから、基板の小型化を図れる。また、導電パターン２０、２１の設計自由度も向上する。さらに、外部から印加された静電気が滞留するおそれもなくなり、極めて静電耐性に優れた構成となる。

本実施例では幅が一定のサージ誘導針２２を形成することにした（図３を参照）。サージ誘導針の好ましい形状の他の例を図５に示す。図５（ａ）のサージ誘導針２２ａは尖鋭な針状であり、図５のサージ誘導針２２ｂは棘状である。
また、本実施例では導電パターンのグランド部２１の一部としてサージ誘導針２２を形成したが、図６に示すようにサージ誘導針を独立した部材としてもよい。図６の例では導電パターン形成後、導電性接着剤によって平面視矩形の銅薄板を導電パターンのグランド部２０に接着させている。これによって、導電パターンのグランド部２１と導通したサージ誘導針２３が備えられることになる。同様のサージ誘導針を導電性材料（例えば銅、アルミニウム）の印刷又はメッキ処理によって形成することも可能である。
一方、本実施例では金属板（アルミ板１０）の片面のみを実装面とした。本発明は、金属板の両面を実装面とする、いわゆる両面基板にも適用可能である。その場合、金属板の各面においてそれぞれ、導電パターンのグランド部にサージ誘導部を設けることが好ましい。当該構成によれば、印加された静電気を積極的にアースさせる経路が基板の両面に形成される。従って、基板の両面とも、そこに実装された電子部品が静電気から保護される。

本発明の金属芯プリント配線板は、広範な用途に利用することができる。本発明の金属心プリント配線板は高い放熱性及び静電耐性を備えることから、例えば、ＬＥＤランプ、ＬＥＤチップ単体、ＬＤパッケージ、ＬＤチップ単体などの実装用基板として特に有用である。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

本発明の実施例である金属芯プリント配線板１の斜視図である。 金属芯プリント配線板１の断面図（図１のＩ−Ｉ線位置の断面）である。 金属芯プリント配線板１のサージ誘導針２２部分の拡大図である。 金属芯プリント配線板１の使用例を示す斜視図である。 サージ誘導針の形状の一例である。（ａ）は尖鋭な形状のサージ誘導針、（ｂ）は棘状のサージ誘導針。 導電パターンのグランド部２１と別部材としてサージ誘導針を設けた例である。 従来の金属芯プリント配線板１００の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 金属芯プリント配線板
１０ アルミ板
１１ 絶縁層
２０ 導電パターン
２１ 導電パターンのグランド部
２２ ２２ａ ２２ｂ ２３ サージ誘導針
３０ 表面実装型ＬＥＤ装置
３１ コネクタ
３２ 熱伝導性シート
３３ ヒートシンク
４０ 従来の金属芯プリント配線板

Claims (5)

1. 金属板と、
   前記金属板上に絶縁層を介して形成された導電パターンと、
   前記導電パターンのグランド部に連続して形成されたサージ誘導部であって、導電性材料からなり、その先端が、前記グランド部の外周のどの位置よりも前記金属板の外縁に近接している、サージ誘導部と、
   を備える金属芯プリント配線板。
2. 前記サージ誘導部が、前記グランド部の一部として形成されている、請求項１に記載の金属芯プリント配線板。
3. 前記サージ誘導部が針状である、請求項１又は２に記載の金属芯プリント配線板。
4. 前記サージ誘導部の先端と前記金属板の外縁との最短距離が０．５ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の金属芯プリント配線板。
5. 前記サージ誘導部が、前記グランド部の電源入力部に隣接する位置に形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の金属芯プリント配線板。

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