JP2005268727A - キャパシタの実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の温度が変化したとき、半田付されるとき、振動が与えられたときにも、引出しリードに与えられる応力を、容易に緩和でき、しかも引出しリードの折損をも防止することのできる改良されたキャパシタの実装構造を提案する。
【解決手段】充填剤で覆われたキャパシタを収容する樹脂ケースの外部に外部保持体を設け、また内部保持体を設ける。外部保持体は、樹脂ケースの上部樹脂壁に接着される上部外壁を有する。樹脂ケースと外部保持体の下部開口は、互いに重なり、下部空間を形成する。この下部空間に引出しリードが配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、キャパシタの実装構造、とくにキャパシタを収容する樹脂ケースをプリント基板の基板面上に実装する構造のキャパシタの実装構造に関するものである。

特開平４−１８０２１１号公報には、キャパシタを、下部開口を持った樹脂ケースに収容し、キャパシタと樹脂ケースとの間に充填剤を充填し、樹脂ケースの下部開口がプリント基板に向き合うようにして、樹脂ケースをプリント基板の基板面上に実装するものが示されている。

この先行技術では、キャパシタとプリント基板の熱膨張率の差、またはプリント基板が半田ディップ時に熱により湾曲して湾曲の径方向に変位を持つことなどに起因して、キャパシタからのリードの半田付部分に対して応力が発生すること、このため、プリント基板が元に戻ろうとする応力を緩和するため、半田ディップ工程後にさらに半田に熱を加えて再半田を行なう工程が必要になること、また温度変化が大きく半田付部分への応力が大きい場合、または温度変化が頻繁に起こり半田付部分に対して繰り返し応力が働く場合には、半田が応力に耐えることができずに、半田付部分に亀裂が生じること、この半田付部分での亀裂は、プリント基板の下基板面における半田付部分に発生し、プリント基板の基板面と平行な方向の応力が半田付部分の亀裂の発生に最も大きく影響を及ぼし、この亀裂がキャパシタの導通不良の原因となることが説明されている。

この先行技術には、とくに樹脂ケースの下部開口から露出する充填剤とプリント基板との間に、３ｍｍ以上の空隙部を形成してキャパシタを実装するものが開示され、この３ｍｍ以上の空隙部はキャパシタの取付け箇所周辺の温度変化に起因して発生する応力を緩和させることができ、キャパシタの引出リードの半田付部分への応力の負担を軽減させることができることが説明されている。

特開平４−１８０２１１号公報、とくにその図２、図４、図５および公報第１頁右欄第１１行から第２頁左上欄１０行の記載。

しかし先行技術に開示されたキャパシタの実装構造は、キャパシタ、充填剤および樹脂ケースの自重を引出リードと、プリント基板の上基板面に接触する樹脂ケースの底面で支える構造であるので、とくに自動車に搭載される制御装置などに使用されるキャパシタの場合には、繰り返し大きな振動が加わり、その振動により、引出リードが折損するおそれがあり、とくに大型のキャパシタを実装することは困難であった。また半田付の際には、キャパシタの固定が確実にできていないために、振動により、キャパシタの位置ずれまたは倒れが発生するので、上基板面において、キャパシタの周囲に充分な隙間を確保する必要があった。

この発明は、このような課題を改善し、引出リードに対する信頼性と耐震性に優れたキャパシタの実装構造を提案するものである。

この発明によるキャパシタの実装構造は、引出リードを有するキャパシタ、前記キャパシタを収容し、前記キャパシタの上部を覆う上部樹脂壁と、その周側部を取り囲む側部樹脂壁と、下部開口とを有する樹脂ケース、および前記キャパシタと前記樹脂ケースとの間に充填され前記樹脂ケースの下部開口から露出する充填剤を備え、前記キャパシタをプリント基板の上基板面上に実装するキャパシタの実装構造であって、前記樹脂ケースをその外部で保持する外部保持体が配置され、この外部保持体も下部開口を有し、前記樹脂ケースと前記外部保持体の各下部開口は互いに重なって、前記上基板面と前記充填剤とに隣接する下部空間を形成し、前記引出しリードが前記下部空間を経て前記プリント基板に固着されたことを特徴とする。

この発明によるキャパシタの実装構造では、樹脂ケースを外部で保持する外部保持体が配置したので、キャパシタ、充填剤、樹脂ケースの自重を樹脂ケースの外部で外部保持体により保持することができ、振動による引出しリードの折損を防止することができ、併せて樹脂ケースと外部保持体の各下部開口が重なって形成される下部空間を経てキャパシタの引出しリードをプリント基板に固着することにより、引出しリードに働く応力を充分に緩和することができ、引出しリードとプリント基板との接続の信頼性も確保できる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明によるキャパシタの実装構造の実施の形態１を示す側断面図であり、図２は図１のII―II線による断面図である。

この実施の形態１のキャパシタの実装構造は、キャパシタ１と、充填剤３と、樹脂ケース２と、引出しリード４Ａ、４Ｂと、外部保持体７と、内部保持体８を有し、キャパシタ１をプリント基板６の上基板面６ａに実装するものである。

キャパシタ１は、例えばフィルムキャパシタと呼ばれるキャパシタであって、誘電体フィルムを巻回して構成され、直方体形状を有する。このキャパシタ１は、両側端に電極１ａ、１ｂを有し、これらの電極１ａ、１ｂには引出しリード４Ａ、４Ｂが固着されている。充填剤３は、例えば硬質のエポキシ樹脂で構成され、キャパシタ１の全体、すなわちその上面、下面および周面を覆い、キャパシタ１を保護する。

樹脂ケース２は、例えば硬質のポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）で直方体形状の箱形に構成され、キャパシタ１を収容する。キャパシタ１と樹脂ケース２との間には、充填剤３が充填される。この充填剤３は、キャパシタ１を覆うように、キャパシタ１と樹脂ケース２との隙間に注入され硬化される。

樹脂ケース２は、上部樹脂壁２ａと、４つの側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを一体に形成したものであり、その下部は開放され、この下部には下部開口２ｆを有する。この下部開口２ｆからは、キャパシタ１の下面を覆う充填剤３が露出する。

樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａは長方形形状を有し、プリント基板６の上基板面６ａとほぼ平行な平面に配置される。この上部樹脂壁２ａは、充填剤３で覆われたキャパシタ１の上面を覆い、キャパシタ１の上面を覆う充填剤３に対向し、接触している。樹脂ケース２の４つの側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、その上部樹脂壁２ａと一体に形成され、上部樹脂壁２ａの４つの端部からほぼ直角に折れ曲がり、上基板面６ａに向かって延びている。これらの４つの側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、充填剤３で覆われたキャパシタ１の４つの周面を覆い、このキャパシタ１の４つの周面を覆う充填剤３に対向し、接触している。この樹脂ケース２の側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの下端面は、それぞれ上基板面６ａに間隙ｇを介して対向している。実施の形態１では、この間隙ｇは例えば３ｍｍとされる。

外部保持体７は、金属板、例えばステンレス板により、直方体形状の箱形に作られる。この外部保持体７は樹脂ケース２の外部を覆うように配置される。この外部保持体７は、上部外壁７ａと、４つの側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅと、取付台７ｇを一体に形成したものであり、その下部は開放され、この下部には下部開口７ｆを有する。外部保持体７の上部外壁７ａは上部樹脂壁２ａよりも少し大きな長方形形状を有し、上基板面６ａおよび上部樹脂壁２ａとほぼ平行な平面に配置される。この上部外壁７ａは、樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａの外面に対向し、それに接着剤により接着されている。

外部保持体７の４つの側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは、上部外壁７ａと一体に形成され、この上部外壁７ａの４つの端部からほぼ直角に折り曲げられ、上基板面６ａに向かって延びている。これらの４つの側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは、それぞれ側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを覆うようにそれらの外面に対向し、接触している。この実施の形態１では、側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅと側部樹脂壁２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅの外面とは接着剤による接着はされていないが、これらを接着剤で接着することにより、樹脂ケース２が、より強固に外部保持体７に保持されるので、より耐震性が向上する。

樹脂ケース２の下部開口２ｆと、外部保持体７の下部開口７ｆは、互いに重なり合い、下部空間１０を形成する。この下部空間１０は、上基板面６ａに隣接し、またキャパシタ１の下部を覆う充填剤３に隣接している。この下部空間１０の間隙長ｈ、すなわち上基板面６ａと、充填剤３との間の空隙長ｈは、３ｍｍ以上で、例えば５ｍｍとされている。

取付台７ｇは、側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅと一体に形成され、これらの側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅの下端部からほぼ直角に折れ曲がり、上基板面６ａとほぼ平行に延びている。この取付台６ａは、下部空間２ｆ、７ｆが重なって、下部空間１０を形成するように、プリント基板６の上基板面６ａに取り付けられる。この実施の形態１では、この取付台７ｇは、ねじにより上基板面６ａに固着される。しかし接着剤により取付台７ｇを上基板面６ａに固着することもできる。

引出しリード４Ａ、４Ｂは、それぞれ第１部分４ａ、第２部分４ｂおよび第３部分４ｃを有する。第1部分４ａは、キャパシタ１の電極１ａ、１ｂから、上基板面６ａに向かってほぼ垂直に延びている。第２部分４ｂは、この第1部分４ａからほぼ直角に折れ曲がり、上基板面６ａに沿ってそれとほぼ平行に延びている。第３部分４ｃは、第２部分４ｂから、ほぼ垂直に折れ曲がり、上基板面６ａに向かってほぼ垂直に延び、プリント基板６のスルーホール６ｂ、６ｃを貫通し、この貫通部分の下基板面６ｄには、半田付部分５が形成され、この半田付部分５によりプリント基板６に機械的に取付けられ、また上基板面６ａ上または下基板面６ｄ上の配線パターンに電気的に接続される。

引出しリード４Ａ、４Ｂの第1部分４ａと第２部分４ｂとの間には、第１折曲部４ｄが形成され、またそれらの第２部分４ｂと第３部分４ｃとの間には、第２折曲部４ｅが形成される。これらの第1、第２折曲部４ｄ、４ｅは、下部空間１０に位置していて、引出しリード４Ａ、４Ｂに大きな変形、すなわち伸び、撓みを与える。

下部空間１０には、さらに内部保持体８が配置される。この内部保持体８は、スルーホール６ｂ、６ｃの間の上基板面６ａに固着される。この内部保持体８は、例えば樹脂ケース２と同じに、硬質のポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）により作られ、取付けピンを上基板面６ａに圧入するか、または接着剤により上基板面６ａに固定される。この内部保持体８の上面は、下部空間１０に露出する充填剤３および樹脂ケース２の側部樹脂壁２ｃ、２ｅの下端面に対向し、この充填剤３および側部樹脂壁２ｃ、２ｅの下端面に接着剤により接着され、充填剤３および樹脂ケース２を保持する。
なお、この内部保持体８を、側部樹脂壁２ｃ、２ｅの下端面には対向させずに、単に充填剤３に対向させ、この充填剤３に接着し、充填剤３のみを保持するようにすることもできる。また、内部保持体８を、充填剤３には対向させずに、単に側部樹脂壁２ｃ、２ｅの下端面に対向させ、この側部樹脂壁２ｃ、２ｅに接着し、樹脂ケース２のみを保持するようにすることもできる。

内部にキャパシタ１を充填剤３ともに収容した樹脂ケース２は、外部保持体７の内部に収容された状態で、上基板面６ａに取付けられる。内部保持体８は、予めスルーホール６ｂ、６ｃの間の上基板面６ａに固着され、この内部保持体８が下部空間１０内に位置し、しかも内部保持体８がキャパシタ１の下面を覆う充填剤３に接着されるようにして、外部保持体７が、その取付台７ｇにより上基板面６ａに取り付られる。内部保持体８は、スルーホール６ｂ、６ｃに隣接する側面に、ガイド面８ａ、８ｂを有する。このガイド面８ａ、８ｂは、充填剤３で覆われたキャパシタ１を収容する樹脂ケース２を外部保持体７内に収容した状態で、この外部保持体７を上基板面６ａに取付けるときに、引出しリード４Ａ、４Ｂの第３部分４ｃに接触して、この第３部分４ｃをスルーホール６ｂ、６ｃに案内する。
なお、図１の円形部分９ａ、９ｂは、ガイド面８ａ、８ｂとそれに隣接する引出しリード４Ａ、４Ｂの第３部分４ｃを示す。

この実施の形態１では、外部保持体７の上部外壁７ａが樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａに接着されと、その内部に充填剤３とともに収容されたキャパシタ１を保持し、また内部保持体８が充填剤３に接着してそれを保持するする。このため、側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの下端部は、上基板面６ａと間隙ｇを介して対向した状態に保持される。言い換えれば、間隙ｇにより、樹脂ケース２を上基板面６ａから浮かせることができるので、下部空間１０の間隙長ｈを充分に大きくできる。実施の形態１では、この間隙長ｈは例えば５ｍｍに設定されるが、３ｍｍ以上の間隙長ｈであれば、下部空間１０における引出しリード４Ａ、４Ｂに充分な伸び、撓みなどの変形を与えることができる。

この下部空間１０における引出しリード４Ａ、４Ｂの変形は、第１、第２折曲部４ｄ、４ｅを含む折曲構造によって、さらに増強される。この下部空間１０における引出しリード４Ａ、４Ｂの変形により、キャパシタ１の実使用状態において、キャパシタ１の取付箇所周辺の温度が変化することにより発生する、キャパシタ１とプリント基板６との熱膨張率の差、またはプリント６がディップ半田時に反り、この反りによる変形に起因して上基板面６ａと平行に作用する矢印ｄ方向に応力を、引出しリード４Ａ、４Ｂの伸び、撓みなどの変形により充分に緩和できる。

さらに、キャパシタの実装構造が例えば自動車に搭載される制御装置に用いられる場合などで、キャパシタの実装構造に振動が加わったときには、キャパシタ１の上面では外部保持体７の上部外壁７ａが樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａを保持し、また内部保持体８がキャパシタ１の下部を覆う充填剤３および側部樹脂壁２ｃ、２ｅの下端面の少なくとも一方を保持するので、振動によって樹脂ケース２およびこれに充填剤３とともに収容されたキャパシタ１が振動するのを抑制することができ、これらの振動に伴ない引出しリード４Ａ、４Ｂに発生する応力を低減することができ、引出しリード４Ａ、４Ｂの折損を防ぐことができる。

自動車に搭載される制御装置などの場合、振動に対する信頼性として、周波数２０〜２００Ｈｚ、加速度５Ｇにて、ＸＹＺの三次元空間におけるＸ、Ｙ、Ｚの各方向で、３６時間の振動耐久試験に耐えることが要求されることが多い。このレベルの振動耐久試験に耐えるためには、耐久周波数内にキャパシタの実装構造の共振周波数が存在しないこと、引出しリード４Ａ、４Ｂに与えられる応力を、その疲労限界以下に抑えることが必要である。外部保持体７および内部保持体８がない場合、キャパシタ組立の共振周波数はわずか数十Ｈｚになり、耐久周波数内にこの共振周波数が含まれる結果になる。

実施の形態１のキャパシタの実装構造では、キャパシタ１の上部では外部保持体７の上部外壁７ａが樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａを保持し、また内部保持体８がキャパシタ１の下部を覆う充填剤３および側部樹脂壁２ｃ、２ｅの少なくとも一方を保持するので、キャパシタの実装構造の共振周波数を３００Ｈｚ以上まで上昇させることができ、また引出しリード４Ａ、４Ｂに発生する応力もその疲労限度以下にすることができるので、引出しリード４Ａ、４Ｂの折損を防止することができる。

また、半田付けの際には、キャパシタ１の上部は外部保持体７により、またその下部は内部保持体によりそれぞれプリント基板６に固定されるので、キャパシタ１の位置ずれ、または倒れを防ぐことができる。

またキャパシタ１の引出しリード４Ａ、４Ｂの相互間のピッチ寸法公差が大きい場合、または外部保持体７の周りの空間が小さい場合には、引出しリード４Ａ、４Ｂのスルーホール６ｂ、６ｃへの挿入が困難であるが、内部保持体８にガイド面８ａ、８ｂを設けることにより、引出しリード４Ａ、４Ｂの第３部分４ｃを容易にスルーホール６ｂ、６ｃに挿入できる。

なお、外部保持体７の線膨張係数が樹脂ケース２の線膨張係数と大きく異なる場合、または内部保持体８の線膨張係数が引出しリード４Ａ、４Ｂの線膨張係数と大きく異なる場合には、熱膨張率または熱就職率の差によって、半田付部分５に大きな応力が発生するので、外部保持体７と樹脂ケース２との間、および内部保持体８と引出しリード４Ａ、４Ｂとの間の線膨張係数のマッチングをとることも必要である。

また、実施の形態１では、外部保持体７と内部保持体８をプリント基板６に直接取り付ているが、プリント基板６に筐体などの固定物があれば、これに取り付けても同様の効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、外部保持体７の上部外壁７ａを樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａに接着剤により接着し、外部保持体７により樹脂ケース２をその外部で保持し、併せて内部保持体８を充填剤３および側部樹脂壁２ｃ、２ｅの少なくとも一方に接着剤により接着し、内部保持体８により充填剤３および樹脂ケース２の少なくとも一方をも内部保持体８により保持しているが、この実施の形態２では、内部保持体８を省略し、または内部保持体８は配置するものの、充填剤３および樹脂ケース２の下端面との接着を行なわない。

この実施の形態２では、内部保持体８による充填剤３に対する保持がなくなるが、代わって、外部保持体７では、上部外壁７ａに加えて、側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅも、樹脂ケース２の側部樹脂壁２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの各外面に接着剤により接着される。なお、その他の構成は実施の形態１と同じである。

この構成により、外部保持体７が、その上部外壁２ａだけでなく、その側部外壁７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅにおいても樹脂ケース２を保持する結果になるので、実施の形態１と同様に、引出しリード４Ａ、４Ｂの折損を防止しながら、耐震性の向上を図ることができる。

その他の実施の形態．
実施の形態１、２において、一対の相対向する側部外壁７ｂ、７ｄおよび側部外壁７ｃ、７ｅの中、いずれか１方の相対向する側部外壁７ｂ、７ｄまたは７ｃ、７ｅを削除した外部保持体７を使用することもできる。また、樹脂ケース２を上基板面６ａに取り付けるようにし、その後に外部保持体７を樹脂ケース２の上部樹脂壁２ａと上基板面６ａに接着剤などで固定することできる。さらに、取付基材６の上基板面６ａに、それぞれ内部にキャパシタ１を収納した複数の樹脂ケース２が並べて配置される場合に、外部保持体７を複数の樹脂ケースを共通に覆い保持するようにすれば、小型化と組立て作業の簡単化を図ることができる。この場合に、外部保持体７は、相対向する一対の側部外壁７ｂ、７ｄおよび７ｃ、７ｅのいずれか1方の相対向する側部外壁７ｂ、７ｄ、または７ｃ、７ｅを削除し、のこられた相対向する一対の側部外壁７ｃ、７ｅ、または７ｂ、７ｅにより各樹脂ケース２を保持するようにすることもできる。

この発明によるキャパシタの実装構造は、例えば自動車などの振動に対して、耐震強度が要求されるような用途に利用される。

この発明によるキャパシタの実装構造の実施の形態１を示す側断面図。 図１のII―II線による断面図。

符号の説明

１：キャパシタ、２：樹脂ケース、２ａ：上部樹脂壁、
２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ：側部樹脂壁、２ｆ：下部開口、３：充填剤、
４Ａ、４Ｂ：引出しリード、４ａ：第１部分、４ｂ：第２部分、４ｃ：第３部分、
４ｄ：第１折曲部、４ｅ：第２折曲部、５：半田付部分、６：取付基材、
６ａ：取付面、６ｂ、６ｃ：スルーホール、７：外部保持体、７ａ：上部外壁、
７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ：側部外壁、７ｆ：下部開口、７ｇ：取付台、
８：下部保持体、８ａ、８ｂ：ガイド面、１０：下部空間。

Claims (10)

1. 引出リードを有するキャパシタ、前記キャパシタを収容し、前記キャパシタの上部を覆う上部樹脂壁と、その周側部を取り囲む側部樹脂壁と、下部開口とを有する樹脂ケース、および前記キャパシタと前記樹脂ケースとの間に充填され前記樹脂ケースの下部開口から露出する充填剤を備え、前記キャパシタをプリント基板の上基板面上に実装するキャパシタの実装構造であって、前記樹脂ケースをその外部で保持する外部保持体が配置され、この外部保持体も下部開口を有し、前記樹脂ケースと前記外部保持体の各下部開口は互いに重なって、前記上基板面と前記充填剤とに隣接する下部空間を形成し、前記引出しリードが前記下部空間を経て前記プリント基板に固着されたことを特徴とするキャパシタの実装構造。
2. 請求項１記載のキャパシタの実装構造であって、前記下部空間は、前記充填剤と前記上基板面との間に３ｍｍ以上の空隙長を有していることを特徴とするキャパシタの実装構造。
3. 請求項１記載のキャパシタの実装構造であって、前記各引出リードは前記下部空間に位置する折曲部分を介して前記プリント基板のスルーホールに半田付けされたことを特徴とするキャパシタの実装構造。
4. 請求項３記載のキャパシタの実装構造であって、前記引出リードは、前記キャパシタから前記上基板面に向かって延びる第１部分と、この第１部分から前記上基板面に沿って延びる第２部分と、この第２部分から前記上基板面に向かって延びる第３部分を有し、前記折曲部分は、前記第１部分と第２部分の間の第１折曲部と、前記第２部分と第３部分との間の第２折曲部を含んでいることを特徴とするキャパシタの実装構造。
5. 請求項１記載のキャパシタの実装構造であって、前記外部保持体は、前記上部樹脂壁に対向する上部外壁と、前記側部樹脂壁に対向する側部外壁を有し、前記上部外壁が前記上部樹脂壁に接着され、前記樹脂ケースを保持することを特徴とするキャパシタの実装構造。
6. 請求項５記載のキャパシタの実装構造であって、さらに前記側部外壁が前記側部樹脂壁に接着されたことを特徴とするキャパシタの実装構造。
7. 請求項５記載のキャパシタの実装構造であって、前記側部外壁に取付台が形成され、この取付台により、前記外部保持体が前記プリント基板に固着されたことを特徴とするキャパシタの実装構造。
8. 請求項１記載のキャパシタの実装構造であって、さらに前記下部空間に、前記上基板面に取付けられた内部保持体が配置され、この内部保持体が前記充填剤および前記樹脂ケースの下端面の少なくとも一方を保持することを特徴とするキャパシタの実装構造。
9. 請求項８記載のキャパシタの実装構造であって、前記内部保持体は、前記充填剤および前記樹脂ケースの下端面のいずれか一方に接着され、それを保持することを特徴とするキャパシタの実装構造。
10. 請求項８記載のキャパシタの実装構造であって、前記内部保持体には、前記引出リードを、前記プリントのスルーホールに案内するガイド面が形成されたことを特徴とするキャパシタの実装構造。

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