JP2006040549A

JP2006040549A - 温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板

Info

Publication number: JP2006040549A
Application number: JP2004213947A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Yamashita; 芳晴山下
Original assignee: Tosslec Co Ltd
Current assignee: Tosslec Co Ltd
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】半田付け時の可溶体への熱伝導を抑制することができる温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板を提供すること。
【解決手段】温度ヒューズ（４）の可溶体を収容したケース（５）の一部を回路基板表面の下部に収容することができる貫通孔（２）を回路基板（１）の表面に備え、温度ヒューズ（４）が搭載された場合、リード（６）のほぼ全長が回路基板（１）の表面に接触することを特徴としており、リード（６）の端部が金属部（３）に半田付けされるときに、半田（８）からリード（６）に伝達する熱を回路基板（１）表面に逃がすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度ヒューズの可溶体の溶融を抑制しつつ温度ヒューズを半田付けすることを可能とする回路基板に関する。

種々の電気製品において電気配線がプリントされた回路基板が使用されている。その回路基板の安全性を確保する一つの手段として、温度ヒューズが使用されている。温度ヒューズには種々の形状、構造のものがある。図５は、一般的な温度ヒューズの構造を示す断面図である。

図５に示したように、温度ヒューズ４は、可溶体７の両端に金属製のリード６が接続され、可溶体７全体がケース５に収容されて形成されている。可溶体７は、温度ヒューズ４が使用される用途などに応じて種々の溶融温度の電気伝導性材料が使用される。

通常、温度ヒューズ４を介して電気的な閉回路が構成された状態で、目的の回路への電力が供給され、温度ヒューズ４の可溶体７が溶融すると電力の供給が停止されるように回路が構成される。例えば、温度ヒューズ４が、高温になる可能性がある回路部品に接触して配置されており、その回路部品が高温になり、熱が温度ヒューズ４に伝達されて可溶体７が溶融すれば、温度ヒューズ４を介した閉回路が開になる。

図６は、温度ヒューズ４が従来の回路基板１ａに取り付けられた状態を示す側面図である。温度ヒューズ４の回路基板１ａへの取り付けは、図６の（ａ）に示したように、温度ヒューズ４が平坦な回路基板１ａ上の所定の場所に載置され、リード６が回路基板上の所定の金属部３ａに半田付けされる。また、温度ヒューズ４の回路基板１ａへの取り付けを容易にするために、（ｂ）に示したように、温度ヒューズ４のリード６を半田付けする金属部３ａに対応させて、回路基板１ａにスルーホール３ｂを形成し、折り曲げたリード６を、スルーホール３ｂを貫通させて回路基板１ａの裏側で、金属部３ａに半田付けする場合もある。

半田付け作業において、錫鉛を使用した共晶半田を使用する場合、その溶融温度が約１８０℃であるので、半田こて先の温度は、非常に短時間ではあるが約３５０℃の高温で使用される場合がある。

一方、温度ヒューズの可溶体の溶融温度は用途に応じて異なるが、通常約１２０〜１３０℃のものが使用される。また、通常、図５に示したように、温度ヒューズ４のケース５の外径Ｄ１がリード６の外径Ｄ２よりも大きいので、回路基板１ａ上に温度ヒューズ４を載置すると、図６の（ａ）及び（ｂ）に示したように、リード６の大部分が回路基板１ａの表面から離れた状態となる。

従って、回路基板１ａへの温度ヒューズ４の半田付け作業において、半田こてによって加熱された半田の熱がリード６を介して可溶体７に伝達され、可溶体７が、溶融温度以上になって溶融し、切断されてしまう問題がある。その対策としては、半田付け作業の時間を短かくすることや、半田こて先の温度を低く抑えることが考えられる。しかし、その場合には、半田付けが不十分になる別の問題が発生し得る。

この問題を改善するために、下記特許文献１には、温度ヒューズの可溶体に近い側のリードをラジオペンチなどの金属工具で挟んで放熱効果を持たせ、可溶体に熱が伝達されるのを回避して半田付けする方法や、リードを長くして半田付けする方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、温度ヒューズを回路基板に実装する場合に、半田付けの熱によって温度ヒューズが溶断しないように、シリコン樹脂、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂などで形成された放熱用チューブをリードにかぶせて半田付けすることや、温度ヒューズの長いリードを折り曲げて半田付けすることが開示されている。

また、下記特許文献３には、抵抗と温度ヒューズの複合体において、温度ヒューズのリードを長くすることで、半田付けの熱による損傷を軽減することが開示されている。

また、下記特許文献４には、温度ヒューズのリードに、溶断温度よりも低い温度で色が変化するサーモペイントを塗着することが開示されている。
特開昭５５−１０２１３９号公報特開２００１−２３４９２号公報実開平３−１２２５１０号公報実開昭５９−１９１７５９号公報

上記特許文献１、２に開示されている方法では、金属工具を使用したり、放熱用チューブをリードにかぶせることが必要であり、作業が複雑になる。また、金属工具を使用する場合、可溶体への熱伝導は軽減されるが、金属工具への熱伝導のために、より高温、若しくはより長い時間での半田付け作業が必要となる。また、リードが長ければ、回路基板の占有面積や、回路基板からの突出が大きくなる。

また、上記特許文献３に開示されている方法においても、リードが長いので、回路基板の占有面積や、回路基板からの突出が大きくなる。

また、上記特許文献４に開示されている方法では、半田付け作業において溶断された不良ヒューズを容易に判別できるが、可溶体の溶断自体を抑制できない。

また、近年、有害な鉛を使用しない鉛フリー半田が使用される機会が増えており、今後、環境問題対策の一つとして、鉛フリー半田が普及すると予想される。現在最も一般的な錫銀銅系の鉛フリー半田は、その融点が、広く普及している共晶半田（錫鉛系）よりも約３４℃以上高く、約２００〜２４０℃にもなる。従って、鉛フリー半田を使用する場合、半田付け作業による温度ヒューズの溶断が発生する頻度がより高くなると考えられる。

本発明の目的は、回路基板と温度ヒューズのリードとを接触させ、半田付け時の可溶体への熱伝導を回避することができる温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板を提供することにある。

本発明の目的は、以下の手段によって達成される。

即ち、本発明に係る温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板（１）は、温度ヒューズの可溶体を収容したケースの一部を回路基板表面の下部に収容する収容手段を備え、前記温度ヒューズが搭載された場合、リードのほぼ全長が前記回路基板表面に接触することを特徴としている。

また、本発明に係る温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板（２）は、上記の回路基板（１）において、前記収容手段が、貫通孔、前記回路基板の周辺部に形成された切り欠き、若しくは前記回路基板表面に形成された凹部であることを特徴としている。

本発明に係る温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板によれば、回路基板とリードのほぼ全長とを接触せることができるので、半田付け作業時に半田からの熱が可溶体に伝達されるのを抑制することができる。従って、半田付け作業時に可溶体が溶断することを回避することができる。

特に、鉛フリー半田を使用する場合には、従来の共晶半田よりも高温で半田付けすることが必要であるが、その場合にも半田付け作業時に可溶体が溶断することを回避することができる。

また、温度ヒューズの回路基板上への載置が容易であり、リード端部を半田付けする金属部に容易にセットすることができる。

また、リードが回路基板表面に接触しているので、リードが回路基板表面から離れている場合と比較して、より少ない量の半田で半田付けすることができ、より短時間で半田付けを行うことができる。

以上のことから、回路基板への温度ヒューズの取り付け作業効率が改善され、信頼性を向上することができる。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板に温度ヒューズが取り付けられた状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

本実施の形態に係る回路基板１は、温度ヒューズ４のケース５の一部を回路基板表面の下部に収容する貫通孔２を備えている。貫通孔２は、長さがケース５の長さＬ以上、幅がケース５の幅Ｗ以上の長方形状に回路基板を貫通する孔である。

貫通孔２によって、ケース５の一部が貫通孔２に収容されるように温度ヒューズ４が載置された場合、２本のリード６のほぼ全長を回路基板１の表面に接触させることができる。リード６が、切断などによって、その長さが予め貫通孔２の端部から回路基板１上の金属部３までの距離に相当する長さに設定されていれば、貫通孔２にケース５が位置するように温度ヒューズ４を回路基板１上に載置すれば、リード６の端部は自然と金属部３に接触することになる。

この回路基板１に対して、温度ヒューズ４を取り付けるには、ケース５が貫通孔２に位置するように温度ヒューズ４を回路基板１上に載置し、リード６を金属部３に半田付けすることによって行うことができる。このとき、リード６のほぼ全長が回路基板１の表面に接触し、かつリード６の端部が金属部３の上に乗る。従って、例えば半田こてによって加熱され、溶融した所定量の半田８を金属部３に搭載し、その後、溶融した半田８が冷却して固化すれば、リード６の端部と金属部３とが電気的に導通にされた状態で固定される。

この溶融した半田８を金属部３に載置すると、熱がリード６に伝導する。リード６に伝導した熱は、一部が空気中に放射され、一部が可溶体７に向かって伝達し、一部が、回路基板１の表面との接触部分を介して回路基板１に伝達する。従って、リード６が回路基板の表面から離れる従来の回路基板と比較して、回路基板１に熱が伝達されるので、可溶体７に伝達される熱が少なくなる。従って、溶融した半田からの熱によって可溶体７が溶融することを軽減することができる。

特に、鉛フリー半田を使用する場合には、その融点が従来の共晶半田よりも高いので、本発明に係る回路基板が特に有効である。

このとき、温度ヒューズ４のリード６が長いまま、金属部３上で半田付けを行い、接続後に余分なリード部分を切断して除去してもよい。

以上では、回路基板１に長方形の貫通孔２を設けた場合を説明したが、形状は長方形に限定されない。使用する温度ヒューズのリードのほぼ全長が回路基板の表面に接触するように、ケースの一部を回路基板表面の下部に収容できれば、別の形状の貫通孔であってもよい。また、回路基板の周辺領域に温度ヒューズを配置する場合には、回路基板の端部に切り込みを設けてもよい。図２は、周辺領域に切り欠き９を備えた回路基板１に温度ヒューズが半田付けされた状態を示す平面図である。この切り欠き９の形状も、使用する温度ヒューズのリードのほぼ全長が回路基板の表面に接触するように、ケースの一部を回路基板表面の下部に収容できれば、任意の形状であってよい。

また、貫通孔でなくても、温度ヒューズを設置した場合にリードのほぼ全長が回路基板の表面に接触さえすれば、回路基板の表面に凹部を形成してもよい。例えば、図３に示した側面図のように、温度ヒューズ４のケース５の高さ（（Ｄ１−Ｄ２）／２）以上の深さｄ及びケース５の長さＬ以上の凹部を形成すればよい。この場合にも、温度ヒューズ４を回路基板上に配置した場合に、リード６のほぼ全長を回路基板表面に接触させることができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより一層明確にする。

本発明に係る回路基板と従来の回路基板のそれぞれに対して温度ヒューズの半田付け作業を行い、そのときのリードの温度を測定した。

温度ヒューズは、リードの長さを６ｍｍとしたＭ４７（内橋エステック株式会社製）を使用した。従来の回路基板には、ガラスエポキシ両面基板（０．６５ｍｍ厚）を使用した。本発明に係る回路基板は、従来の回路基板と同じ組成の基板を使用し、温度ヒューズのケースの一部を回路基板表面の下部に収容するために、回路基板に１．５ｍｍ×８ｍｍの貫通孔を形成した。

温度の測定には、熱伝対を使用し、温度ヒューズのリードの付け根部分（ケース付近）の温度を測定した。

半田付け作業は、各々の回路基板上に温度ヒューズを載置し、半田こてでリード端部を金属部に半田付けした。使用した半田、半田こて先温度、及び半田こて先を半田に接触させた時間（以下、半田付け時間と記す）は、次の通りである。
（１）従来の回路基板
半田：共晶半田（ＳＰＡＲＫＬＥ（ＲＭＡ９８ＳＵＰＥＲ）Ｓｎ６０，Ｐｂ４０ φ１．２、千住金属工業株式会社製）
こて先温度：４００℃
半田付け時間：０．４秒
（２）本発明に係る回路基板
半田：鉛フリー半田（Ｍ７０５ φ１．２、千住金属工業株式会社製）
こて先温度：５２０℃
半田付け時間：０．４秒
鉛フリー半田は、従来の共晶半田よりも融点が高いので、半田こて先温度を高くすることが必要であった。

測定結果を図４に示す。図４に示したグラフは、熱伝対の出力信号をペンレコーダで連続的に記録したものであり、縦軸、横軸はそれぞれ温度、時間を表す。図４から分かるように、本発明の回路基板を使用した場合、リードの最大温度は約１６７℃であり、これは従来の回路基板を使用した場合と比較して約３３℃低い。本発明の回路基板を使用した場合の半田のこて先温度が、従来の回路基板を使用した場合よりも約１２０℃高いことを考慮すれば、この結果は、本発明に係る回路基板が、温度ヒューズの半田付け時における可溶体の溶融防止に非常に有効であると言える。

本発明の実施の形態に係る温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板に温度ヒューズが取り付けられた状態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。切り欠きを備えている、温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板に温度ヒューズが取り付けられた状態を示す平面図である。凹部を備えている、温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板に温度ヒューズが取り付けられた状態を示す側面図である。本発明に係る回路基板及び従来の回路基板への温度ヒューズの半田付け時の温度測定の結果を示す図である。温度ヒューズの構造を示す断面図である。温度ヒューズが取り付けられた従来の回路基板を示す側面図である。

符号の説明

１回路基板
２貫通孔
３金属部
４温度ヒューズ
５ケース
６リード
７可溶体
８半田
９切り込み

Claims

温度ヒューズの可溶体を収容したケースの一部を回路基板表面の下部に収容する収容手段を備え、
前記温度ヒューズが搭載された場合、リードのほぼ全長が前記回路基板表面に接触することを特徴とする温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板。
前記収容手段が、貫通孔、前記回路基板の周辺部に形成された切り欠き、若しくは前記回路基板表面に形成された凹部であることを特徴とする温度ヒューズの取り付け構造を有する回路基板。