JP2004063150A - コネクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コネクタは、接続端子の一端部が、配線基板13に形成された挿入孔14に挿入された状態ではんだ実装されている。接続端子は、一端部側に本体部よりも細く形成された挿入部16を有している。挿入部16は、幅B1及び厚さB2が0.3mm〜0.5mmの範囲に設定され、同挿入部16が挿入される挿入孔14は、直径B4が0.6mm〜1.0mmの範囲に設定されている。
【選択図】 図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板にはんだ実装されるコネクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
図8、図9に示すように、コネクタ60は、ハウジング61に突設された接続端子62の一端部62aが、配線基板63に形成された挿入孔64に挿入された状態で、同配線基板63上にはんだ実装されている。
【0003】
近年、車載用として使用される小型のコネクタ60に対し、より一層の小型化が要望されており、接続端子62のサイズのみならず、各接続端子62間の端子ピッチA1を一段と狭くする傾向にある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車部品等の信頼性試験では、炎天下や真冬の外気にさらされるなど厳しい環境下での使用を想定し、家電など他の分野と比べて格段に厳しい耐環境性と信頼性が求められている。このような理由から、上記した車載用のコネクタ60のはんだ実装品に対しても、信頼性試験の一つとして熱衝撃評価試験をクリアすることが求められている。ここで、熱衝撃評価試験とは、温度の急激な変化または温度変化の繰り返しが、部品、機器等に与える影響を調べる試験のことをいう。しかし、従来構成によるコネクタ60のはんだ実装品では、各接続端子62間の端子ピッチA1が狭くなるに伴い、ランド65の直径が小さくなるため、接続端子62がはんだ付けされるランド65の接合面積S1を確保することが困難となっていた。その結果、図10に示すように、特に、はんだ66のフィレット67が配線基板63の片面にしか形成されない場合、コネクタ60のはんだ実装品を熱衝撃試験に供すると、はんだ66の表面及び内部にクラック68が発生することがあった。これは、接続端子62と配線基板63との間で縦方向の熱膨張差が大きいことから、熱衝撃時にはんだ接合部に歪みが生じ、そのため、はんだ66に引張りや圧縮等の熱応力が加えられたことによるものと推定される。従って、各接続端子62間の端子ピッチA1が狭くなるに伴い、コネクタ60のはんだ実装品では、はんだ接合部の信頼性が低下するという問題があった。
【0005】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各接続端子が狭ピッチ化されても、はんだ接合部の信頼性が向上するコネクタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、複数本の接続端子を有し、これら各接続端子の一端部を、配線基板に形成された各挿入孔に挿入するとともに、各挿入孔の周縁部に設けられたランドとはんだ付けする構成とし、前記挿入孔へ挿入される前記各接続端子の一端部に、他の部分よりも細い挿入部を形成し、前記挿入部の一辺を0.3mm以上0.5mm以下の範囲に設定し、かつ前記挿入孔の直径を0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定したことをその要旨とする。
【0007】
この構成によれば、配線基板に形成された挿入孔の直径が0.6mm未満であると、挿入孔の加工精度が著しく低下する。また、挿入孔の直径が1.0mmを超えると、接続端子と挿入孔とのクリアランスが大きくなり、また、接続端子がはんだ付けされるランドの接合面積を十分に確保できなくなる。このため、熱衝撃時に生じる熱応力が大きくなるとともに、はんだによる接続端子の接合強度が低下する。その結果、はんだ接合部において、はんだにクラックが発生する可能性が高くなる。従って、挿入孔の直径を0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定することにより、はんだ接合部の信頼性を向上させることができる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記挿入孔の直径は0.75mm以上0.95mm以下の範囲に設定されていることをその要旨とする。
【0009】
この構成によれば、熱衝撃時に生じる熱応力が緩和されるとともに、はんだによる接続端子の接合強度が上昇する。その結果、はんだ接合部において、はんだにクラックが発生する可能性が低くなる。従って、挿入孔の直径寸法を0.75mm以上0.95mm以下の範囲に設定することにより、はんだ接合部の信頼性をより一層向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したコネクタ10の一実施形態を図1〜図7に従って説明する。
【0011】
図1〜図3に示すように、コネクタ10は、横向きに開口した合成樹脂製のハウジング11を備え、同ハウジング11の開口部と反対側には、L字状の接続端子12が複数突設された構成となっている。配線基板13には、その面上に配設されたコネクタ10の各接続端子12と対応する箇所に挿入孔14が形成されている。コネクタ10は、各接続端子12の一端部12aを配線基板13の各挿入孔14に挿入した状態で、同配線基板13上にはんだ実装されている。
【0012】
本実施形態におけるコネクタ10は、小型化のニーズから開発されたもので、025コネクタと呼ばれている。コネクタ10(025コネクタ)は、接続端子12の幅A2及び厚みA2が約0.64mm(0.025インチ)に設定され、また、各接続端子12間の端子ピッチA1が約2.2mmに設定されている。
【0013】
図3、図4に示すように、各接続端子12は、例えば、黄銅からなる金属板材の一部を圧延して他の部分よりも薄くなる部分を形成し、その後、プレス加工により角棒状に打ち抜き形成される。このようにして形成された各接続端子12は、配線基板13の挿入孔14に挿入される側の一端部12aに、他の部分である本体部15よりも細く形成された挿入部16を有している。挿入部16の一側面16a(図4に示す下面)は、本体部15の一側面15a(図4に示す下面)と面一になっている。また、接続端子12において、挿入部16とは反対側の他端部は、図示しないコネクタ10のハウジング11内に配置されている。
【0014】
接続端子12において、本体部15の断面形状は、一辺が0.64mmの正方形となっている。また、挿入部16の断面形状は矩形状となっており、その幅B1及び厚さB2は、後述する挿入孔14の直径B4を考慮して、0.3mm以上0.5mm以下の範囲に設定されている。このように設定した理由は、幅B1及び厚さB2が0.3mm未満であると、接続端子12の挿入部16が細くなり過ぎるため、金属板材から打ち抜くのが困難となるからである。また、幅B1及び厚さB2が0.5mmよりも大きいと、接続端子12の挿入部16と挿入孔14とのクリアランスが小さくなるため、同挿入部16の挿入孔14への挿入性が低下するからである。
【0015】
また、図1、図5、図6に示すように、配線基板13は、挿入孔14の周縁部のランド17が片面(図1に示す下面及び図5に示す下面)のみに形成された片面基板である。隣り合った挿入孔14の中心間のピッチは、各接続端子12間の端子ピッチA1と同じで約2.2mmに設定されている。また、各ランド17の直径A5は約1.8mmに設定され、このため、隣り合ったランド17間の間隔A7は約0.4mmとなっている。
【0016】
各挿入孔14の直径B4は、接続端子12と挿入孔14とのクリアランスが、図10、図11に示す従来構成と同程度になるように設定されている。このため、挿入孔14の直径B4は、接続端子12の挿入部16の幅B1及び厚さB2と、挿入孔14の加工性とを考慮して、0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定されている。挿入孔14の直径B4を0.6mm以上としたのは、直径B4を0.6mm未満としたとき挿入孔14の加工精度が著しく低下するからである。また、挿入孔14の直径B4を1.0mm以下としたのは、直径B4を1.0mmよりも大きくすると、接続端子12と挿入孔14とのクリアランスが大きくなり、かつ接続端子12がはんだ付けされるランド17の接合面積S2を確保することが困難となるからである。同じ理由から、さらには、挿入孔14の直径B4は、0.75mm以上0.95以下の範囲に設定されるのがより一層好ましい。
【0017】
このとき、ランド17の直径A5が約1.8mmであるため、挿入孔14の直径B4が0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定されると、ランド17の幅A8は0.4mm以上0.6mm以下の範囲に設定される。さらには、挿入孔14の直径B4が0.75mm以上0.95以下の範囲に設定されると、ランド17の幅A8は0.43mm以上0.52mm以下の範囲に設定される。従って、ランドの幅A8は、0.4mm以上0.6mm以下の範囲に設定されるのが好ましい。さらには、ランドの幅A8は、0.43mm以上0.52mm以下の範囲に設定されるのがより一層好ましい。
【0018】
また、接続端子12において、挿入部16は幅B1及び厚さB2が0.3mm以上0.5mm以下の範囲であるため、その断面積T2は0.09mm2以上0.25mm2以下の範囲である。挿入孔14は、直径B4が0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定されると、その孔面積U2は0.28mm2以上0.79mm2以下の範囲に設定されるため、この場合、挿入部16の断面積T2と挿入孔14の孔面積U2との比T2/U2の値は、0.11以上0.89以下の範囲に設定される。また、挿入孔14は、直径B4が0.75mm以上0.95以下の範囲に設定されると、その孔面積U2は0.44mm2以上0.71mm2以下の範囲に設定されるため、この場合、T2/U2の値は0.13以上0.57以下の範囲に設定される。従って、接続端子12と挿入孔14とのクリアランスは、T2/U2の値が0.11以上0.89となるように設定されるのが好ましく、さらには、T2/U2の値が0.13以上0.57以下となるように設定されるのがより一層好ましい。
【0019】
上記構成において、コネクタ10を配線基板13上に配置し、各接続端子12の挿入部16を配線基板13の挿入孔14に挿入した状態ではんだ付けを行う。これにより、各接続端子12は、対応する挿入孔14のランド17にはんだ付けされる。そして、はんだ20によるはんだフィレット21は、配線基板13が片面基板であることから、ランド17が存在する配線基板13の下面のみに形成される。
【0020】
(実施例)
以下、前記実施形態を具体化した実施例及び比較例について説明する。
図1〜図6に示すように、コネクタ10は、横向きに開口したハウジング11に、2列に10本ずつ計20本の接続端子12を有する水平タイプのコネクタが使用される。隣り合った挿入孔14の中心間のピッチは、接続端子12の端子ピッチA1と同じく2.2mmとなっている。
【0021】
各接続端子12は、黄銅の板材の一部を圧延し、プレス加工によって角棒状に打ち抜き形成される。このとき、接続端子12の本体部15は、幅A2及び厚みA2が0.64mmに形成され、挿入部16は、幅B1が0.4mm、厚さB2が0.45mmに形成される。この場合、接続端子12の挿入部16の断面積T2は0.18mm2となる。
【0022】
配線基板13は、挿入孔14の周縁部のランド17が片面のみに形成された片面基板であり、紙フェノール銅張積層板(住友ベークライト製)が使用される。配線基板13の厚さA3は1.6mmであり、同配線基板13には、その面上に配設されるコネクタ10の各接続端子12と対応する箇所に挿入孔14が形成される。挿入孔14の直径B4は、同挿入孔14の加工性及び挿入部16とのクリアランスを考慮して0.8mmに設定される。この場合、挿入孔14の孔面積U2は0.5mm2となり、挿入部16の断面積T2と挿入孔14の孔面積U2との比T2/U2の値は0.36に設定される。
【0023】
挿入孔14の周縁部には、直径A5が1.8mmであるランド17が形成される。この場合、ランド17の幅B8は0.5mmとなり、隣り合ったランド17間の間隔A7は0.4mmとなる。上記構成において、各接続端子12の挿入部16を、挿入孔14の周縁部のランド17にはんだ付けし、コネクタ10のはんだ実装品を作製する。
(比較例)
図8〜図11に示すように、接続端子62は、全長に亘って幅A2及び厚みA2がほぼ等しくなるように形成される。接続端子62の幅A2及び厚みA2は、上記実施例の接続端子12の本体部15と同じく0.64mmに設定される。この場合、接続端子62の断面積T1は0.41mm2となる。
【0024】
配線基板63には、その面上に配設されるコネクタ60の各接続端子62と対応する箇所に挿入孔64が形成される。挿入孔64の直径A4は、挿入孔64の加工性及び接続端子62とのクリアランスを考慮して1.2mmに設定される。この場合、挿入孔64の孔面積U1は1.1mm2となり、接続端子62の断面積T1と挿入孔64の孔面積U1との比T1/U1の値は0.36に設定される。
【0025】
挿入孔64の周縁部には、直径A5が1.8mmであるランド17が形成される。この場合、ランド65の幅A8は0.5mmとなり、隣り合ったランド65間の間隔A7は0.4mmとなる。上記構成において、各接続端子62の一端部62aを、挿入孔64の周縁部のランド65にはんだ付けし、コネクタ60のはんだ実装品を作製する。
【0026】
そして、実施例におけるコネクタ10のはんだ実装品と、比較例におけるコネクタ60はんだ実装品とについて、それぞれ熱衝撃試験に供し、その後、接合強度試験や外観観察等を行い、はんだ接合部の信頼性評価を行った。
【0027】
<熱衝撃試験>
熱衝撃試験とは、温度の急激な変化または温度変化の繰り返しが、部品、機器等に与える影響を調べる試験のことをいう。本実施形態では、最低温度を−30度、最高温度を+80度に設定し、最低温度と最高温度とを3000回以上繰り返した後に、接続端子の接合強度測定や外観観察等を行った。試験結果を図7に示し、その結果を実施例と比較例とに基づいて説明する。
【0028】
図7に示すように、接続端子の接合強度試験の結果、比較例の接続端子62では、ランド65との接合強度が20N〜35Nであるのに対し、実施例の接続端子12では、ランド17との接合強度が40N〜55Nであった。また、比較例の接続端子62では、はんだ接合部のはんだ66にはクラックが発生していたのに対し、実施例の接続端子12では、はんだ20にクラックは発生していなかった。
【0029】
まず、接続端子12,62と挿入孔14,64とのクリアランスについて、比較例と実施例とを比較してみる。実施例での挿入部16の断面積T2と挿入孔14の孔面積U2との比T2/U2の値は、比較例での接続端子62の断面積T1と挿入孔64の孔面積U1との比T1/U1と同じく0.36に設定されている。このことは、実施例での接続端子12と挿入孔14とのクリアランスが、比較例での接続端子62と挿入孔64とのクリアランスと同等に設定されていることを意味する。
【0030】
次に、接続端子12,62とランド17,65との接合面積S1,S2について、比較例と実施例とを比較してみる。実施例では、直径B4が0.8mmである挿入孔14の周縁部に幅が0.5mmのランド17が形成され、この場合、ランド17による接合面積S2は約2.04mm2となる。比較例では、直径A4が1.2mmである挿入孔64の周縁部に幅が0.3mmのランド65が形成され、この場合、ランド65による接合面積S1は約1.41mm2となる。従って、実施例では、ランド17による接合面積S2が、比較例でのランド65による接合面積S1に比べ約1.45倍大きくなっている。
【0031】
上記結果から、実施例では、接続端子12の挿入部16と挿入孔14とのクリアランスが、比較例の場合と同等に設定されている。このため、熱衝撃時に、はんだ接合部に歪みが生じた場合、接続端子12と挿入孔14とのクリアランスが、はんだ20に加えられた熱応力を緩和している。また、実施例でのランド17による接合面積S2は、比較例でのランド65による接合面積S1に比べ約1.45倍大きくなっている。このことから、実施例では比較例と比べ、接続端子12がはんだ付けされるランド17の接合面積S2が十分に確保されるため、はんだ20による接続端子12の接合強度が上昇している。従って、実施例では、はんだ接合部において、熱応力の緩和と接合強度の上昇とが相互に作用し合い、その結果、はんだ接合部のはんだ20にクラックが生じないようになっている。
【0032】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)接続端子12は、挿入部16における幅B1及び厚さB2が0.3mm以上0.5mm以下の範囲に設定され、挿入孔14の直径B4は0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定されている。この場合、挿入孔14の直径B4が0.6mm以上であることから、挿入孔14の加工精度が著しく低下することはない。また、挿入孔14の直径B4が1.0mm以下であることから、接続端子12と挿入孔14とのクリアランスが従来と同等に維持され、かつ接続端子12がはんだ付けされるランド17の接合面積S2を十分に確保することが可能となる。この場合、はんだ接合部において、熱衝撃時に生じる熱応力が緩和されるとともに、はんだ20による接続端子12の接合強度が上昇する。その結果、はんだ20にクラックが発生する可能性は低くなる。従って、はんだ接合部の信頼性を向上させることができる。
【0033】
(2)接続端子12は、挿入部16における幅B1及び厚さB2が0.3mm以上0.5mm以下の範囲に設定され、挿入孔14の直径B4は0.75mm以上0.95mm以下の範囲に設定されている。この場合、はんだ20にクラックが発生する可能性はさらに低くなることから、はんだ接合部の信頼性をより一層向上させることができる。
【0034】
(3)挿入部16の断面積T2と挿入孔14の孔面積U2との比T2/U2の値は、0.11以上0.89以下の範囲に設定されている。この場合、熱衝撃時に、はんだ接合部に生じる歪みを抑制し、はんだ20に加えられる熱応力を緩和することができる。
【0035】
(4)接続端子12がはんだ付けされるランド17の幅B8は、0.4mm以上0.6mm以下の範囲に設定されている。この場合、接続端子12がはんだ付けされるランド17の接合面積S2は十分に確保されるため、はんだ20による接続端子12の接合強度をより一層大きくすることができる。
【0036】
(5)接続端子12は、挿入部16の一側面16aが、本体部15の一側面15aと面一に形成されている。このため、接続端子12の挿入部16を容易に形成することが可能となる。
【0037】
(変形例)
なお、本実施形態は、次のように変形して具体化することも可能である。
・前記実施形態では、横向きに開口した水平タイプのコネクタ10に具体化されていた。しかし、コネクタ10は、水平タイプに限らず垂直タイプのコネクタにも適用できる。
【0038】
・前記実施形態では、配線基板13は、挿入孔14の周縁部のランド17が片面のみに設けられた片面基板であった。しかし、配線基板13は、ランド17が両面に設けられた両面スルーホール基板であっても差し支えない。
【0039】
・前記実施形態では、コネクタ10は、配線基板13上にはんだ実装されていた。しかし、コネクタ10は、はんだ以外にも、例えば、銅ろう、アルミろう、ニッケルろう、金ろう、銀ろう等によって、配線基板13上にろう付けされてもよい。
【0040】
次に、上記実施形態及び別例によって把握される技術的思想を以下に記載する。
(1)前記接続端子は角棒状をなしていて、前記挿入部の一側面は、他の部分の一側面と面一に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のコネクタ。このようにすれば、接続端子の挿入部を容易に形成することができる。
【0041】
(2)前記接続端子がはんだ付けされるランドの幅は、0.4mm以上0.6mm以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1、2に記載のコネクタ。このようにすれば、接続端子がはんだ付けされる接合面積が十分に確保されるため、はんだ接合部の接合強度を高くすることができる。
【0042】
(3)前記挿入部の断面積と、前記挿入孔の面積との比の値は0.11以上0.89以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1、2または技術的思想(2)に記載のコネクタ。このようにすれば、熱衝撃時に、はんだ接合部のはんだに生じる熱応力を緩和することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、各接続端子が狭ピッチ化されても、コネクタのはんだ接合部における信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態におけるはんだ実装されたコネクタの側面図。
【図2】同じくはんだ実装されたコネクタの平面図。
【図3】接続端子の挿入部付近の拡大斜視図。
【図4】接続端子の挿入部付近の拡大側面図。
【図5】同じくコネクタのはんだ接合部の拡大断面図。
【図6】図5のA−A断面図。
【図7】はんだ接合部の接合強度試験結果を示す図。
【図8】従来のはんだ実装されたコネクタの側面図。
【図9】同じくはんだ実装されたコネクタの平面図。
【図10】同じくコネクタのはんだ接合部の拡大断面図。
【図11】図10のA−A断面図。
【符号の説明】
10…コネクタ、12…接続端子、12a…一端部、13…配線基板、14…挿入孔、16…挿入部、17…ランド。
Claims (2)
- 複数本の接続端子を有し、これら各接続端子の一端部を、配線基板に形成された各挿入孔に挿入するとともに、各挿入孔の周縁部に設けられたランドとはんだ付けする構成とし、前記挿入孔へ挿入される前記各接続端子の一端部に、他の部分よりも細い挿入部を形成し、前記挿入部の一辺を0.3mm以上0.5mm以下の範囲に設定し、かつ前記挿入孔の直径を0.6mm以上1.0mm以下の範囲に設定したことを特徴とするコネクタ。
- 前記挿入孔の直径は0.75mm以上0.95mm以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のコネクタ。
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