特開 2025-5505 プリント基板の補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005505

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】プリント基板の補強構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105687

(22)【出願日】2023-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】吉永 晶夫

(72)【発明者】

【氏名】▲杉▼村 央生

【テーマコード（参考）】

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E338AA20

5E338BB72

5E338BB75

5E338EE26

5E338EE32

(57)【要約】

【課題】振動等による不都合を低減することが可能なプリント基板の補強構造を提供する。
【解決手段】プリント基板の補強構造Ａ１は、厚さ方向ｚに直交する第１方向ｘの両端部が支持体９に固定されたプリント基板１と、プリント基板１に搭載された複数の電子部品２と、プリント基板１に搭載された補強体３と、を備える。補強体３は、厚さ方向ｚと、厚さ方向ｚおよび第１方向ｘに直交する第２方向ｙと、に所定の長さを有し、且つ第１方向ｘに延びている。補強体３は、プリント基板１における第１方向ｘの中央を跨いでその両側に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さ方向に直交する第１方向の両端部が支持体に固定されたプリント基板と、
前記プリント基板に搭載された複数の電子部品と、
前記プリント基板に搭載された補強体と、を備え、
前記補強体は、前記厚さ方向と、前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向と、に所定の長さを有し、且つ前記第１方向に延びており、前記プリント基板における前記第１方向の中央を跨いでその両側に配置されている、プリント基板の補強構造。

【請求項2】

前記補強体は、前記プリント基板に対して前記厚さ方向の一方側に配置されており、
前記複数の電子部品は、前記プリント基板に対して前記厚さ方向において前記補強体と反対側に配置された１以上の第１部品と、前記補強体と同じ側に配置された複数の第２部品と、を含み、
前記１以上の第１部品の各々は、前記複数の第２部品の各々よりも重量が大きい、請求項１に記載のプリント基板の補強構造。

【請求項3】

前記１以上の第１部品は、前記厚さ方向に見て、前記プリント基板の前記第１方向の中央に位置し、
前記補強体は、前記厚さ方向に見て、前記１以上の第１部品の少なくともいずれかと重なる位置に実装されている、請求項２に記載のプリント基板の補強構造。

【請求項4】

前記１以上の第１部品を挟んで前記第１方向の両側に配置された複数のヒートシンクをさらに備える、請求項３に記載のプリント基板の補強構造。

【請求項5】

前記厚さ方向において前記プリント基板と前記補強体との間に介在するスペーサをさらに備え、
前記補強体は、前記プリント基板から前記厚さ方向に離隔して配置される、請求項１ないし４のいずれかに記載のプリント基板の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プリント基板の補強構造に関する。

【背景技術】

【0002】

種々な電子機器に組み込まれたプリント基板には、複数の電子部品が実装されている。当該プリント基板の反り等を防止するため、プリント基板に補強用具を取り付けた構成が提案されている（たとえば特許文献１を参照）。同文献に記載された補強用具は、プリント基板の表面に固着されており、プリント基板の長手方向に沿って延びている。当該補強用具は、金属板を折り曲げて形成されたものであり、プリント基板への固着部以外の部分に適宜切欠きが設けられている。これにより、プリント基板の表面に実装された電子部品や配線パターンとの干渉を避けつつ、プリント基板を補強することができる。

【0003】

一方、プリント基板が組み込まれた機器には、振動の影響を大きく受ける場合がある。たとえば溶接用途の電源装置（溶接電源装置）等においては、溶接現場への運搬のためにトラックでの輸送が繰り返される。溶接電源装置に組み込まれたプリント基板においては、輸送時の振動によって撓みが生じ、実装部品の断線やはんだ接合部の接合不良等の不都合が生じるおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－３７３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、このような事情のもとで考え出されたものであって、振動等による不都合を低減することが可能なプリント基板の補強構造を提供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本開示では、次の技術的手段を採用した。

【0007】

本開示によって提供されるプリント基板の補強構造は、厚さ方向に直交する第１方向の両端部が支持体に固定されたプリント基板と、前記プリント基板に搭載された複数の電子部品と、前記プリント基板に搭載された補強体と、を備え、前記補強体は、前記厚さ方向と、前記厚さ方向および前記第１方向に直交する第２方向と、に所定の長さを有し、且つ前記第１方向に延びており、前記プリント基板における前記第１方向の中央を跨いでその両側に配置されている。

【0008】

好ましい実施の形態においては、前記補強体は、前記プリント基板に対して前記厚さ方向の一方側に配置されており、前記複数の電子部品は、前記プリント基板に対して前記厚さ方向において前記補強体と反対側に配置された１以上の第１部品と、前記補強体と同じ側に配置された複数の第２部品と、を含み、前記１以上の第１部品の各々は、前記複数の第２部品の各々よりも重量が大きい。

【0009】

好ましい実施の形態においては、前記１以上の第１部品は、前記厚さ方向に見て、前記プリント基板の前記第１方向の中央に位置し、前記補強体は、前記厚さ方向に見て、前記１以上の第１部品の少なくともいずれかと重なる位置に実装されている。

【0010】

好ましい実施の形態においては、前記１以上の第１部品を挟んで前記第１方向の両側に配置された複数のヒートシンクをさらに備える。

【0011】

好ましい実施の形態においては、前記厚さ方向において前記プリント基板と前記補強体との間に介在するスペーサをさらに備え、前記補強体は、前記プリント基板から前記厚さ方向に離隔して配置される。

【0012】

好ましい実施の形態においては、各々が前記複数のヒートシンクのいずれかの前記第１方向の外側に取り付けられた１以上の半導体デバイスをさらに備え、前記１以上の半導体デバイスの各々は、樹脂部と、当該樹脂部から前記厚さ方向の一方側に突出する部分を含むリードと、を有し、前記リードは、前記プリント基板にはんだ接合されている。

【0013】

好ましい実施の形態においては、前記補強体は、支持部材と、当該支持部材に支持された他の複数の電子部品と、を含んで構成される。

【発明の効果】

【0014】

本開示のプリント基板の補強構造によれば、プリント基板は、第１方向の両端固定部の間の中間部分において、撓みが生じるのを抑制することができる。これにより、輸送時の振動等による実装部品（複数の電子部品）の断線等の不都合を低減することができる。

【0015】

本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示に係るプリント基板の補強構造の一例を示す斜視図である。

【図2】図１に示すプリント基板の補強構造の正面図である。

【図3】図１に示すプリント基板の補強構造の底面図である。

【図4】図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】図１のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。

【図6】図２のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。

【図7】本開示に係るプリント基板の補強構造の変形例を示す斜視図である。

【図8】図７に示すプリント基板の補強構造の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【0018】

本開示における「第１」、「第２」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。

【0019】

図１～図６は、本開示に係るプリント基板の補強構造の一例を示している。本実施形態のプリント基板の補強構造Ａ１は、プリント基板１、複数の電子部品２、補強体３、スペーサ４、複数のヒートシンク５１，５２、複数の半導体デバイス６およびシャーシ９を備えており、たとえば溶接電源装置に組み込まれている。溶接電源装置は、入力電力である交流電力を直流電力に変換して出力する。複数の電子部品２および複数の半導体デバイス６は、溶接電源装置における電力変換の役割を担う。複数の電子部品２は、たとえば電解コンデンサ、チョークコイル、トランス、リアクトルなどの受動部品を含む。複数の半導体デバイス６は、スイッチング機能を有するトランジスタ（たとえばＭＯＳＦＥＴ）を含んで構成される。

【0020】

図１～図６において、本開示の厚さ方向を「厚さ方向ｚ」と定義する。厚さ方向ｚに対して直交する方向（図３における上下方向、図４における左右方向）は、本開示の第１方向に相当し、「第１方向ｘ」と呼ぶ。厚さ方向ｚおよび第１方向ｘの双方に対して直交する方向（図２、図３における左右方向）は、本開示の第２方向に相当し、「第２方向ｙ」と呼ぶ。図４において図中右側を「第１方向ｘのｘ１側」と呼び、図中左側を「第１方向ｘのｘ２側」と呼ぶ。図２、図３において図中右側を「第２方向ｙのｙ１側」と呼び、図中左側を「第２方向ｙのｙ２側」と呼ぶ。また、図１、図２、図４～図６において図中上側は本開示の「厚さ方向の一方側」に相当し、「厚さ方向ｚのｚ１側」と呼び、図中下側を「厚さ方向ｚのｚ２側」と呼ぶ。

【0021】

プリント基板１は、絶縁体の基板に配線パターンが形成されたものであり、複数の電子部品２、補強体３、および複数のヒートシンク５１，５２を直接的または間接的に支持している。プリント基板１は、厚さ方向ｚのｚ１側を向く表面１１と、厚さ方向ｚのｚ２側を向く裏面１２とを有し、厚さ方向ｚに見て矩形状である。本実施形態において、プリント基板１は、第２方向ｙを長手方向とし、第１方向ｘを短手方向とする長矩形状である。

【0022】

プリント基板１は、第１方向ｘの両端部（第１方向ｘのｘ１側およびｘ２側の端部）がシャーシ９に固定されている。シャーシ９は、たとえば金属板を適宜打ち抜きおよび折り曲げて形成されてものであり、プリント基板１を支持固定している。本実施形態において、プリント基板１は、ねじ部材などからなる複数の取付具９１によってシャーシ９に固定されている。図示した例では、プリント基板１は、第１方向ｘの両端部において、第２方向ｙに間隔を隔てて複数ずつ（４つずつ）の取付具９１によってシャーシ９に固定されている。シャーシ９は、溶接電源装置の筐体（図示せず）に固定される。これにより、プリント基板１は、第１方向ｘの両端部がシャーシ９を介して上記筐体に固定される。シャーシ９および上記筐体は、本開示の「支持体」の一例に相当する。

【0023】

複数の電子部品２は、プリント基板１の表面１１側（厚さ方向ｚのｚ１側）または裏面１２側（厚さ方向ｚのｚ２側）に搭載されている。本実施形態において、複数の電子部品２は、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ１側（厚さ方向ｚにおいて後述する補強体３と同じ側）に配置された複数の電子部品２０と、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ２側（厚さ方向ｚにおいて補強体３と反対側）に配置された複数の電子部品２１，２２と、を含む。図示した例では、プリント基板１の厚さ方向ｚのｚ２側には、１つの電子部品２１および３つの電子部品２２が配置されている。図３～図５に示すように、これら電子部品２１，２２は、厚さ方向ｚに見て、プリント基板１の第１方向ｘの中央に位置しており、第２方向ｙに沿って間隔を隔てて配置されている。電子部品２１は、たとえばチョークコイルであり、電子部品２２は、たとえば電解コンデンサである。これら電子部品２１，２２の各々は、複数の電子部品２０の各々よりも重量が大きい。複数の電子部品２１，２２は、本開示の「第１部品」の一例に相当し、複数の電子部品２０は、本開示の「第２部品」の一例に相当する。

【0024】

図１、図２、図４、図５に示すように、補強体３は、プリント基板１に搭載されている。本実施形態において、補強体３は、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ１側に配置されている。補強体３は、支持基板３１，３２、および複数の電子部品３３を含んで構成される。

【0025】

支持基板３１，３２は、絶縁体の基板に配線パターンが形成されたものである。支持基板３１は、プリント基板１と平行に配置されており、第１方向ｘを長手方向とし、第２方向ｙを短手方向とする長矩形状である。支持基板３２は、支持基板３１に対して直交して起立しており、第１方向ｘを長手方向とし、厚さ方向ｚを短手方向とする長矩形状である。

【0026】

複数の電子部品３３は、支持基板３１，３２のいずれかに支持されている。複数の電子部品３３は、支持基板３１の厚さ方向ｚのｚ１側であって厚さ方向ｚに見て支持基板３１に重なり、且つ支持基板３２の第２方向ｙのｙ２側であって第２方向ｙに見て支持基板３２に重なる交差空間に配置されている。複数の電子部品３３相互の隙間には、たとえば充填物３４が適宜充填されている。図１、図２、図５においては、充填物３４の外形線を想像線（二点鎖線）で表す。このような構成により、補強体３を構成する支持基板３１，３２、複数の電子部品３３および充填物３４は、互いに一体化されている。そして、補強体３は、全体として厚さ方向ｚおよび第２方向ｙそれぞれにおいて所定の長さを有し、第１方向ｘに延びている。補強体３は、厚さ方向ｚに見て、プリント基板１における第１方向ｘの中央を跨いでその両側に配置されている。また、補強体３は、厚さ方向ｚに見て、複数の電子部品２１，２２の少なくともいずれかと重なる位置に実装されている。図示した例では、補強体３は、厚さ方向ｚに見て、第２方向ｙのｙ１側に位置する電子部品２２の全体と、当該電子部品２２に隣接する電子部品２２の一部とに重なる位置に実装されている。補強体３の厚さ方向ｚの長さおよび第２方向ｙの長さは、たとえばプリント基板１の厚さ（厚さ方向ｚの寸法）の５倍以上５０倍以下であり、好ましくはプリント基板１の厚さの１０倍以上２５倍以下である。本実施形態において、補強体３は、溶接電源装置のスイッチング電源を構成している。

【0027】

図１、図２、図５等に示すように、補強体３は、プリント基板１から厚さ方向ｚのｚ１側に離隔して配置されている。スペーサ４は、厚さ方向ｚにおいて、厚さ方向ｚにおいてプリント基板１と補強体３との間に介在している。本実施形態では、スペーサ４はねじ部材を含んで構成された金属製のスペーサであり、４つのスペーサ４によって支持基板３１の４隅が固定されている。なお、スペーサ４の構成は図示した例に限定されず、たとえば厚さ方向ｚに見て補強体３の周縁部を囲む環状としてもよい。

【0028】

図２～図５に示すように、複数のヒートシンク５１，５２は、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ２側に配置されている。複数のヒートシンク５１，５２は、第１方向ｘにおいて、複数の電子部品２１，２２を挟んで第１方向ｘの両側（第１方向ｘのｘ１側およびｘ２側）に配置されている。図示した例では、第１方向ｘのｘ１側に３つのヒートシンク５１が配置されており、第１方向ｘのｘ２側に１つのヒートシンク５２が配置されている。３つのヒートシンク５１は、第２方向ｙに並んでいる。

【0029】

図示しない上記筐体には、吸気口および排気口が設けられている。上記吸気口は、複数のヒートシンク５１，５２に対して第２方向ｙのｙ１側に配置されており、上記排気口は、複数のヒートシンク５１，５２に対して第２方向ｙのｙ２側に配置されている。また、上記吸気口の近傍にはファンが設けられている。溶接電源装置の動作時においては、ファンが駆動することにより、外部の空気が上記吸気口から吸入され、筐体内の空気が上記排気口から排出される。これにより、筐体内においては、第２方向ｙのｙ１側から第２方向ｙのｙ２側に向けて空気の流れが生じる。当該空気流が複数のヒートシンク５１，５２および複数の電子部品２１，２２の傍を通ることで、これらヒートシンク５１，５２および電子部品２１，２２が冷却される。

【0030】

図２～図４、図６に示すように、複数の半導体デバイス６は、各々、複数のヒートシンク５１，５２のいずれかの第１方向ｘの外側に取り付けられている。本実施形態では、ヒートシンク５１の第１方向ｘのｘ１側、およびヒートシンク５２の第１方向ｘのｘ２側のそれぞれにおいて、複数ずつの半導体デバイス６が取り付けられている。半導体デバイス６は、リード６１および樹脂部６２を有する。樹脂部６２は、リード６１の一部を覆っている。リード６１は、樹脂部６２から厚さ方向ｚのｚ１側に突出するピン状の端子部を含む。当該ピン状端子部（リード６１の一部）は、プリント基板１に形成されたスルーホールに挿通するとともに、はんだ（図示せず）によってプリント基板１に接合されている。各半導体デバイス６は、ねじ部材によってヒートシンク５１（５２）に固定されている。

【0031】

次に、本実施形態の作用について説明する。

【0032】

本実施形態のプリント基板の補強構造Ａ１が組み込まれた溶接電源装置は、トラック輸送時に振動を受ける。プリント基板１は、第１方向ｘの両端部がシャーシ９（支持体）に固定されており、当該プリント基板１には複数の電子部品２、および補強体３が搭載されている。補強体３は、厚さ方向ｚおよび第２方向ｙそれぞれにおいて所定の長さを有し、第１方向ｘに延びている。補強体３は、厚さ方向ｚに見て、プリント基板１における第１方向ｘの中央を跨いでその両側に配置されている。このような構成によれば、プリント基板１は、第１方向ｘの両端固定部の間の中間部分において、撓みが生じるのを抑制することができる。これにより、輸送時の振動等による実装部品（複数の電子部品２）の断線等の不都合を低減することができる。

【0033】

補強体３は、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ１側に配置されている。相対的に重量が大きい複数の電子部品２１，２２（第１部品）が、プリント基板１に対して厚さ方向ｚのｚ２側に配置されている。このような構成によれば、重量物（複数の電子部品２１，２２）および補強体３をプリント基板１に対して互いに反対側に配置することで、プリント基板１における実装効率を高めるとともに、振動に起因するプリント基板１の撓み変形を抑制することができる。

【0034】

複数の電子部品２１，２２（第１部品）は、厚さ方向ｚに見て、プリント基板１の第１方向ｘの中央に位置し、第２方向ｙに沿って配置されている。これら電子部品２１，２２の少なくともいずれかと、補強体３とは、厚さ方向ｚに見て互いに重なる。このように電子部品２１，２２と補強体３とを厚さ方向ｚに見て交差するように配置することで、プリント基板１の実装効率をより高めるとともに、プリント基板１の撓み変形をより抑制することが可能である。

【0035】

本実施形態においては、複数のヒートシンク５１，５２が設けられている。これらヒートシンク５１，５２は、第１方向ｘにおいて、複数の電子部品２１，２２を挟んで第１方向ｘの両側（第１方向ｘのｘ１側およびｘ２側）に配置されている。このようにヒートシンク５１，５２を具備する構成によれば、プリント基板１の実装部品（複数の電子部品２）の冷却が促進される。また、複数のヒートシンク５１，５２は、重量が嵩む電子部品２１，２２を第１方向ｘの両側から挟むように配置されている。このことは、複数の電子部品２１，２２の冷却促進に好ましい。

【0036】

本実施形態においては、厚さ方向ｚにおいてプリント基板１と補強体３との間に介在するスペーサ４を備える。補強体３は、このスペーサ４を介してプリント基板１から厚さ方向ｚに離隔して配置されている。このような構成によれば、プリント基板１の表面１１において厚さ方向ｚに見て補強体３と重なる位置に、配線パターンの形成や電子部品２の実装が可能である。これにより、プリント基板１における実装効率を高めることができる。また、プリント基板１、スペーサ４および補強体３が一体的に連結された構造によって、これら連結部分の剛性が高められる。このことは、プリント基板１の撓みを抑制するうえでより好ましい。

【0037】

図７および図８は、本開示に係るプリント基板の補強構造の変形例を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、重複する説明を省略する。図７および図８に示したプリント基板の補強構造Ａ２においては、補強体３の構成が上記実施形態のプリント基板の補強構造Ａ１と異なる。

【0038】

本変形例においては、補強体３は、概略直方体状のケース３５、および当該ケース３５の内部に収容された複数の電子部品（図示せず）により構成される。ケース３５は、プリント基板１の表面１１（厚さ方向ｚのｚ１側）にねじ止めなどの適宜手段により固定されている。

【0039】

本変形例のプリント基板の補強構造Ａ２が組み込まれた溶接電源装置は、トラック輸送時に振動を受ける。プリント基板１は、第１方向ｘの両端部がシャーシ９（支持体）に固定されており、当該プリント基板１には複数の電子部品２、および補強体３が搭載されている。補強体３は、厚さ方向ｚおよび第２方向ｙそれぞれにおいて所定の長さを有し、第１方向ｘに延びている。補強体３は、厚さ方向ｚに見て、プリント基板１における第１方向ｘの中央を跨いでその両側に配置されている。このような構成によれば、プリント基板１は、第１方向ｘの両端固定部の間の中間部分において、撓みが生じるのを抑制することができる。これにより、輸送時の振動等による実装部品（複数の電子部品２）の断線等の不都合を低減することができる。その他にも、プリント基板の補強構造Ａ２は、上記実施形態のプリント基板の補強構造Ａ１と同様の構成の範囲において、上記実施形態のプリント基板の補強構造Ａ１と同様の作用効果を奏する。

【0040】

本開示に係るプリント基板の補強構造は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示に係るプリント基板の補強構造の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0041】

Ａ１，Ａ２：プリント基板の補強構造、１：プリント基板、２：電子部品、２０：電子部品（第２部品）、２１，２２：電子部品（第１部品）、３：補強体、４：スペーサ、５１，５２：ヒートシンク、９：シャーシ（支持体）、ｘ：第１方向、ｙ：第２方向、ｚ：厚さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】