DE10053389C2 - Verbindungsstruktur einer Leiterplatte mit einer elektrischen Komponente - Google Patents

Verbindungsstruktur einer Leiterplatte mit einer elektrischen Komponente

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur einer Leiterplatte mit einer elektrischen Komponente.
Beschreibung des Standes der Technik
Weil eine elektrische Komponente oder ein elektrisches Element, das einen großen Strom verwendet, wie z. B. ein Relais, einen großen Heizwert besitzt, ist, wenn die Komponente unter Verwendung einer normalen eutektischen Lötung auf einer Leiterplatte befestigt wird, die Beeinträchtigung des gelöteten Abschnittes beträchtlich.
Aus diesem Grund wurde eine elektrische Komponente, die einen großen Strom aufweist, bisher durch Löten oder unter Verwendung eines Hochtemperaturlots auf einer Leiterplatte mit einem aus Harz geformten Drahtleiter befestigt; oder es wurde eine Abstrahlungsplatte (radiating plate) vorgesehen, wenn eine normale Leiterplatte verwendet wurde. Eine Verbindungsstruktur einer elektrischen Komponente ist insbesondere in der japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift (JP-A) Nr. 11-40035 offenbart und in Fig. 1 dargestellt. Dieser Stand der Technik betrifft eine Steuereinrichtung mit einem eingebauten Relais, und ein Leitungsrahmen 1, der aus einer als Befestigungsplatte dienenden Metallplatte hergestellt ist, wird als Drahtleiter verwendet. Bei dieser herkömmlichen Anordnung sind Harzplatten 2 und 3 vorgesehen, welche den Leitungsrahmen 1 sandwichartig umgeben. Auch ist ein hohlnietenartiger Abschnitt 4 (burring portion) vorgesehen, der sich im Wesentlichen zylinderförmig nach unten erstreckt, so dass er die Harzplatte 3 durchdringt.
Zum Beispiel wird ein Anschluss 5A eines Relais 5 von der Oberseite der Harzplatte 2 her in den hohlnietenartigen Abschnitt 4 eingefügt, und der Drahtleiter und das Relais 5 werden durch Einfüllen eines Lotes 6 in den hohlnietenartigen Abschnitt 4 miteinander verbunden.
In einem geschmolzenen Zustand wird das Lot 6 durch Kapillarwirkung in den hohlnietenartigen Abschnitt 4 gesaugt, um auszuhärten. Bei dieser Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente besteht jedoch ein Nachteil dahingehend, dass das Lot 6, welches in den hohlnietenartigen Abschnitt gefüllt wurde, nicht von außen überprüft werden kann.
In Anbetracht der obigen Umstände fand eine Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente Anwendung, wie sie aus der JP 11046057 A bekannt und in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente sind geformte Harzschichten 8 und 9 auf einer Oberfläche und einer Rückenfläche einer aus einer Metallplatte hergestellten Anschlussschiene 7 vorgesehen, und an einer zum Befestigen/Verbinden einer elektrischen Komponente vorgesehenen Position ist die Anschlussschiene 7 von den geformten Harzschichten 8 und 9 befreit. Ein Verbindungsloch 7A zum Einfügen eines Anschlusses einer elektrischen Komponente ist an der freigelegten Stelle der Anschlussschiene 7 ausgebildet. Fig. 2 zeigt einen Fall, in dem eine Lötkehle 11 in einem Zustand ausgebildet wurde, in dem der Anschluss 10 der elektrischen Komponente in das in der Anschlussschiene 7 ausgebildete Verbindungsloch 7A eingefügt worden war.
Wenn jedoch ein Eintauchen in ein flüssiges Lötbad in einem Zustand ausgeführt wird, in dem der Anschluss 10 der elektrischen Komponente in das in der Anschlussschiene 7 ausgebildete Verbindungsloch 7A eingefügt worden ist, tritt ein Problem dahingehend auf, dass es schwierig ist, das Verlöten in einem normalen flüssigen Lötbad auszuführen, weil die Wärmekapazität der Anschlussschiene 7 zu groß ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsstruktur einer Leiterplatte mit einer elektrischen Komponente zu schaffen, bei der Lötarbeiten leicht durchgeführt werden können und die sehr zuverlässig ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsstruktur gemäß dem Patentanspruch 1 geschaffen.
Dabei ist die entlang der Isolierschicht angeordnete Anschlussschiene durch die Öffnung in der Isolierschicht zu der Rückseite der Isolierschicht geführt; und der Anschluss der elektrischen Komponente ist an den am Ende der Anschlussschiene ausgebildeten dritten Abschnitt (im folgenden auch als Verbindungsabschnitt bezeichnet) gelötet, wobei der Anschluss durch eine Öffnung im Verbindungsanschluss hindurchgetreten ist. Weil die Anschlussschiene und der Anschluss der elektrischen Komponente zumindest zwischen der Rückenfläche des Verbindungsabschnitts und dem Anschluss, welcher durch die Öffnung im Verbindungsabschnitt hindurchgetreten ist, verlötet sind, besteht eine sichere elektrische Verbindung. Auch kann auf diese Weise, weil das Löten zumindest an der Rückseite des Verbindungsabschnitts ausgeführt ist, eine Inspektion, ob das Löten richtig ausgeführt wurde oder nicht, leicht und sicher vorgenommen werden. Da des Weiteren das Löten auf dem Verbindungsabschnitt durchgeführt wird, der sich von der Anschlussschiene her erstreckt, welche dem Öffnungsabschnitt gegenüberliegt, kann durch Erwärmen lediglich des Verbindungsabschnitts eine infolge der Größe der Wärmekapazität der Anschlussschiene verursachte nachteilige Beeinflussung des gelöteten Abschnittes unterdrückt werden.
Weil der Verbindungsabschnitt aus der Öffnung in der Isolierschicht herausragt, wird es folglich möglich, mit den Augen zu überprüfen, ob der Verbindungsabschnitt und der Anschluss der elektrischen Komponente sicher miteinander verlötet wurden oder nicht. In dem Fall, dass der Verbindungsabschnitt und der Anschluss miteinander verlötet werden, weil der Verbindungsabschnitt und der Anschluss sicher in ein flüssiges Lötbad eingetaucht werden können, ist die Temperatur des Verbindungsabschnitts in einer kurzen Zeit auf die Temperatur des Lotes oder dergleichen erhöht, so dass Lötarbeiten rasch durchgeführt werden können.
In dem Verbindungsabschnitt ist eine Öffnung ausgebildet, durch die der Anschluss hindurchtritt. Dadurch können Lötarbeiten in einem Zustand ausgeführt werden, in welchem der Anschluss der elektrischen Komponente in die in dem Verbindungsabschnitt ausgebildete Öffnung eingefügt worden ist. Weil in diesem Fall geschmolzenes Lot durch Kapillarität von einem Spalt zwischen dem Anschlussverbindungs- Öffnungsabschnitt und dem Anschluss auch an einer Flächenseite des Verbindungsabschnitts anhängt, kann der Verbindungsabschnitt an seiner Oberfläche und Rückenfläche an den Anschluss gelötet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Isolierschicht aus einem isolierenden Kunstharz geformt. Weil die Anschlussschiene entlang der Isolierschicht montiert werden kann, ist es so möglich, die Herstellung einer Leiterplatte zu vereinfachen.
Überdies ist kann die Leiterplatte durch Einsatzformen bzw. Spritzgießformen der Anschlussschiene mit einem isolierenden Kunstharz ausgebildet werden. Wenn die Anschlussschiene durch Einsatzformen mit einem isolierenden Kunstharz geformt wird, können die elektrischen Isolierungseigenschaften der Anschlussschiene verbessert werden. Aus diesem Grund kann die Betriebssicherheit der Verbindung einer elektrischen Komponente mit einer Leiterplatte verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt einer herkömmlichen Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente zeigt;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt einer anderen herkömmlichen Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente darstellt;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, welche einen Hauptabschnitt einer ersten Ausführungsform einer Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Anschlussschiene und einem Anschluss der ersten Ausführungsform darstellt; und
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, welche einen Hauptabschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einzelheiten einer Verbindungsstruktur einer Leiterplatte mit einer elektrischen Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert.
Fig. 3 und 4 sind eine Schnitt- bzw. eine Perspektivansicht eines Hauptabschnitts und zeigen eine erste Ausführungsform einer Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in diesen Figuren dargestellt, wird die Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente bei einem Abschnitt einer Leiterplatte 21 angewendet, mit dem eine elektrische Komponente 22 verbunden bzw. an welchem die Komponente 22 angebracht ist. Die Leiterplatte 21 umfasst eine Isolierschicht in Form einer Isolierplatte 23, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist, das isolierende Eigenschaften besitzt, und eine Anschlussschiene 24 mit einer vorbestimmten Form, die entlang einer Oberfläche der Isolierplatte 23 angeordnet ist. In der Leiterplatte 21 ist eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten 21A vorgesehen. In der Struktur des Verbindungsabschnitts 21A ist ein Öffnungsabschnitt 23A in der Isolierplatte 23 ausgebildet; und die auf einer Oberfläche der Isolierplatte 23 angeordnete Anschlussschiene ist von der Oberflächenseite der Isolierplatte 23 her durch den Öffnungsabschnitt 23A zu der Rückenfläche der Isolierplatte 23 geführt. In dieser Ausführungsform ist die Form des Öffnungsabschnittes 23A in der Draufsicht im Übrigen so festgelegt, dass sie im Allgemeinen rechteckig ist.
Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, umfasst die Anschlussschiene 24 einen Musterabschnitt (ersten Abschnitt) 24A, der entlang einer Oberfläche der Isolierplatte 23 ausgebildet ist; einen Einfügungsabschnitt (zweiten Abschnitt) 24B, der sich von dem Musterabschnitt 24A, welcher dem in der Isolierplatte 23 ausgebildeten Öffnungsabschnitt 23A gegenüberliegt, entlang einer Innenwand des Öffnungsabschnitts 23A zu einer Rückseitenfläche der Isolierplatte 23 erstreckt; und einen Verbindungsabschnitt 24C, der sich von einer Kante des Verbindungsabschnitts 24B erstreckt, um die Rückenflächenseite des Öffnungsabschnitts 23A zu verschließen. Der Einfügungsabschnitt 24B und der Verbindungsabschnitt 24C sind an jeder der vielen Öffnungsabschnitte 23A ausgebildet, die sich in die Isolierplatte 23 öffnen. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein im Allgemeinen kreisförmiger Öffnungsabschnitt 24D für eine Anschlussverbindung an einem in etwa mittigen Abschnitt des Verbindungsabschnitts 24C ausgebildet. Der Durchmesser des Anschlussverbindungs-Öffnungsabschnitts 24D ist so festgelegt, dass er größer als der Durchmesser eines Anschlusses 25 der elektrischen Komponente 22 ist; und der Durchmesser kann auf geeignete Weise entsprechend der Eigenschaften eines Lotes festgelegt werden, welches zum Verbinden des Anschlusses 25 und des Verbindungsabschnitts 24 verwendet wird.
In dieser Ausführungsform wird die Länge des Einfügungsabschnitts 24B, der sich von der Oberflächenseite der Isolierplatte 23 zu deren Rückenfläche erstreckt, so festgelegt, dass er geringfügig länger als die Dicke des Öffnungsabschnitts 23A ist. Aus diesem Grund ragt der Verbindungsabschnitt 24C um ein Maß d aus dem Öffnungsabschnitt 23A zu der Rückenflächenseite hervor, wie in Fig. 3 gezeigt. Auch sind der Einfügungsabschnitt 24B und der Verbindungsabschnitt 24C durch eine Prägebearbeitung geformt. Die so strukturierte Anschlussschiene wird, bevor sie an die Isolierplatte 23 montiert wird, einem Musterformen durch eine Schneidbearbeitung und einem Formen des Einfügungsabschnitts 24B und des Verbindungsabschnitts 24C durch die Präge- oder Formstanzbearbeitung unterzogen. Die Isolierplatte 23 und die Anschlussschiene 24 werden in einem Zustand miteinander verbunden, in dem der Einfügungsabschnitt 24B und der Verbindungsabschnitt 24C in den Öffnungsabschnitt 23A eingefügt worden sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die elektrische Komponente 22 in solch einer Art und Weise mit der Leiterplatte 21 verbunden, dass der Verbindungsabschnitt 24C und der Anschluss 25 durch eine Lotkehle 26 miteinander verbunden sind. Um die elektrische Komponente 22 auf diese Weise auf der Leiterplatte 21 zu befestigen, wie in Fig. 4 gezeigt, wird das Löten durch Eintauchen in ein flüssiges Lötbad in einem Zustand ausgeführt, in dem der Anschluss 25 der elektrischen Komponente 22 von der Oberflächenseite der Leiterplatte 21 her in den Anschlussverbindungs-Öffnungsabschnitt 24D des Verbindungsabschnitts 24C eingefügt worden ist. Fig. 4 zeigt übrigens einen Zustand, in welchem die Anschlussschiene 24 nicht an die Isolierplatte 23 montiert ist. Da die erste Ausführungsform eine solche Struktur besitzt, dass der Verbindungsabschnitt 24C auf der Rückenflächenseite von dem Öffnungsabschnitt 23A hervorsteht, kann eine Überprüfung, ob die Lotkehle 26 sicher an dem Anschluss 25 und dem Verbindungsabschnitt 24C befestigt ist oder nicht, durch eine visuelle Inspektion vorgenommen werden. Weil die Lotkehle 26 sicher auf oberen und unteren Flächen des Verbindungsabschnitts 24C ausgebildet ist, kann zudem das Löten mit einer hohen Zuverlässigkeit ausgeführt werden.
Auch werden in dieser ersten Ausführungsform der zu verlötende Verbindungsabschnitt 24C und der Einfügungsabschnitt 24B durch eine an der Anschlussschiene 24 vorgenommene Präge- oder Formstanzbearbeitung geformt, so dass der thermisch leitende Bereich zwischen dem Lot und dem Verbindungsabschnitt 24C reduziert werden kann, wodurch eine Leckage eines Wärmeflusses von dem Verbindungsabschnitt zu einem Abschnitt der Anschlussschiene 24, welcher eine große Wärmekapazität besitzt, eingeschränkt wird. Als Folge davon wird nur der Lötabschnitt erwärmt, so dass das Auftreten einer durch mangelhafte Temperatur oder eine nicht gleichförmige Temperaturverteilung bedingte schlechte Lötung vermieden wird.
Da eine elektrische Komponente und ihr Anschluss, eine Anschlussschiene, oder dergleichen, Wärme erzeugen, die durch das Hindurchfließen von großen Strömen verursacht ist, wirkt infolge einer Expansion/Kontraktion, die durch eine Temperaturveränderung in zu diesen Teilen gehörenden Elementen verursacht ist, eine Belastung auf den gelöteten Abschnitt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine solche Belastung durch die elastische Kraft des Abschnitts (des Einfügungsabschnitts 24B und des Verbindungsabschnitts 24C) der Anschlussschiene 20, welche der Präge- oder Formstanz­ bearbeitung unterzogen wurde, absorbiert, so dass die auf den gelöteten Abschnitt wirkende Belastung reduziert werden kann. Aus diesem Grund kann eine nachteilige Beeinflussung der Lotkehle 26 durch eine Wärmeerzeugung der zugehörigen Elemente, die aus dem Hindurchleiten großer Ströme resultiert, effektiv verhindert werden.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Verbindungsstruktur für eine elektrische Komponente einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform ist der Musterabschnitt 24 der Anschlussschiene 24 durch Einsatzformen in die Isolierplatte 23 eingeformt. In dieser Ausführungsform sind die anderen Strukturen im Wesentlichen die gleichen wie die der ersten Ausführungsform.
Da eine Oberfläche und eine Rückenfläche des Musterabschnitts 24A der Anschlussschiene 24 mit Harz bedeckt sind, kann in der zweiten Ausführungsform eine Isolierung des Musterabschnitts 24A sichergestellt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Isolierung zwischen der auf der Leiterplatte 21 befestigten elektrischen Komponente 22 und dem Musterabschnitt 24A hinreichend sicherzustellen.
Trotz der vorangegangenen Beschreibung der ersten und zweiten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt; und an den Ausführungsformen können gemäß der Kernidee dieser Strukturen verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel ist in der oben genannten ersten und zweiten Ausführungsform der Verbindungsabschnitt 24C so festgelegt, dass er aus dem Öffnungsabschnitt 22a herausragt; er kann jedoch auch innerhalb des Öffnungsabschnittes 22a positioniert sein. Sogar in diesem Fall ist es möglich, eine Sichtkontrolle des gelöteten Abschnitts vorzunehmen.
Auch wurde in der obigen ersten Ausführungsform die Anschlussschiene 24 einer Prägebearbeitung unterzogen, bevor sie an die Isolierplatte 23 montiert wurde. In der vorliegenden Erfindung kann die Prägebearbeitung der Anschlussschiene 24 jedoch entsprechend dem Material der Isolierplatte 23 auch nach dem Verbinden oder Kleben der Isolierplatte 23 durchgeführt werden. Im übrigen sind die Formgebungsarbeiten der Anschlussschiene 24 nicht auf die Prägebearbeitung beschränkt, sondern es sind auch andere Bearbeitungen, wie z. B. Biegearbeiten oder dergleichen auf die Anschlussschiene 24 anwendbar.
Des Weiteren ist in der ersten und zweiten Ausführungsform der Öffnungsabschnitt 23A rechteckig; er kann jedoch auch kreisförmig sein. Auch wurden der Einfügungsabschnitt 24B und der Verbindungsabschnitt 24C so konfiguriert, dass sie eine L-Form bilden; in der vorliegenden Erfindung können jedoch auch kanalförmige Strukturen Anwendung finden, bei denen der Verbindungsabschnitt 24C zwischen Kanten von zwei gegenüberliegenden Einfügungsabschnitten ausgebildet ist.
Wie aus den voranstehenden Erläuterungen ersichtlich ist, kann gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung solch ein Effekt erreicht werden, dass die elektrische Verbindung sicher ausgestaltet werden kann, weil eine Anschlussschiene und ein Anschluss einer elektrischen Komponente miteinander verbunden werden, indem ein Löten zwischen einer Rückenfläche eines Verbindungsabschnitts zu der Anschlussschiene und dem Anschluss, der durch den Verbindungsabschnitt hindurchgetreten ist, ausgeführt wird. Da das Löten zumindest auf der Rückenflächenseite des Verbindungsabschnitts ausgeführt wird, ist auch ein solcher Effekt erzielbar, dass eine Inspektion, ob die Lötung auf eine geeignete Weise ausgeführt wurde oder nicht, einfach und sicher gemacht werden kann. Weil das Löten auf dem Verbindungsabschnitt ausgeführt wird, welcher sich von einem Abschnitt der Anschlussschiene erstreckt, welcher dem Öffnungsabschnitt zugewandt ist, wird zudem lediglich der Verbindungsabschnitt während der Lötbearbeitung erwärmt, so dass eine nachteilige Beeinflussung des gelöteten Abschnittes infolge der Größe der Wärmekapazität der Anschlussschiene unterdrückt werden kann.
Weil gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Verbindungsabschnitt aus der Rückenfläche des Öffnungsabschnittes herausragt, kann auch leicht eine Sichtkontrolle durchgeführt werden, ob der Verbindungsabschnitt und der Anschluss der elektrischen Komponente sicher verlötet wurden oder nicht. Wenn der Verbindungsabschnitt und der Anschluss miteinander verlötet werden, kann ferner solch ein Effekt erzielt werden, dass der Verbindungsabschnitt in ein flüssiges Lötbad eingetaucht werden kann.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Löten leicht in einem Zustand ausgeführt werden, in dem der Anschluss der elektrischen Komponente in den Anschlussverbindungs-Öffnungsabschnitt eingefügt worden ist, welcher in dem Verbindungsabschnitt geformt ist. Weil das geschmolzene Lot infolge der Kapillarität von einer Spalte zwischen dem Anschlussverbindungs-Öffnungsabschnitt und dem Anschluss sogar an der Oberflächenseite des Verbindungsabschnitts anhaftet, kann das Löten zwischen dem Anschluss und der Oberfläche und der Rückenfläche des Verbindungsabschnitts ausgeführt werden, und die Verbindung zwischen dem Anschluss und dem Verbindungsabschnitt kann sicher durchgeführt werden.

Claims (3)

1. Verbindungsstruktur einer Leiterplatte (21) mit einer elektrischen Komponente (22), umfassend
eine Leiterplatte (21), die eine Isolierschicht (23) und eine Anschlussschiene (24) aufweist, wobei eine Öffnung (23A) in der Isolierschicht (23) ausgebildet ist, und worin die Anschlussschiene (24) folgendes umfasst: einen ersten Abschnitt (24A), der entlang einer Oberfläche oder innerhalb der Isolierschicht (23) ausgebildet ist; einen zweiten Abschnitt (24B), der sich entlang der Innenwand der Öffnung (23A) von dem ersten Abschnitt (24A) zur Rückseite der Isolierschicht (23) erstreckt; und einen dritten Abschnitt (24C), der sich so erstreckt, dass er die Öffnung (23A) auf der Rückseite der Isolierschicht (23) verschließt, und
eine auf der Oberfläche der Leiterplatte (21) angeordnete elektrische Komponente (22) mit einem Anschlussteil (25), der sich durch eine Öffnung (24D) im dritten Abschnitt (24C) hindurch erstreckt und mit diesem verlötet ist.
2. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (23) aus einem isolierenden Kunstharz geformt ist.
3. Verbindungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatte (21) durch Einsatzformen bzw. Spritzgießformen der Anschlussschiene (24) mit einem isolierenden Kunstharz ausgebildet ist.
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