JP2009016064A - 通電部の腐食とコネクタの脱落を防止する基板とコネクタの端子及びその搭載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスフィットコネクタは圧入するだけで基板に搭載できるので、前工程である表面実装部品への余分な加熱工程を無くすことが可能であり、鉛フリー化へも寄与している。しかし端子とスルーホール内に機械的接触荷重を発生させ通電させる方法なので、接触部が振動や酸化で通電性能を劣化させてしまうことがあった。
【解決手段】端子とスルーホールをペースト状硬化性樹脂で覆い、密封した状態で熱硬化させることによって長期間に及ぶ安定した通電性能を確保することができるようになった。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品に多用される印刷配線を施された基板にコネクタを圧入して搭載することに関するもので、特に「プレスフィットコネクタ」と呼ばれる無はんだ方式のコネクタを該基板に搭載する場合の通電部の腐食とコネクタの脱落を防止する基板とコネクタ及びその搭載方法に関するものである。

近年、基板を用いた装置の組立工程では、無はんだ方式の圧入型のコネクタ「プレスフィットコネクタ」を採用するケースが増加している。従来のコネクタは基板への搭載時にはんだ付で接続しているのに対してプレスフィットコネクタ方式では圧入による簡便な方法で搭載することができ工程の簡素化を図ることができる。
また、社会的に有害物質及び環境負荷物質を低減する動きが活発となり、分野を問わず製造業はこれらの物質を含まない製品を作ることが要求されている。とりわけ電気接続材料であるはんだ鉛フリー化が急務となっている。更には基板なども分別して廃棄することが望まれており、プレスフィットコネクタは時代に適合した製造方法である。
プレスフィットコネクタは圧入するだけで基板に搭載できるので、前工程である表面実装部品への余分な加熱工程を無くすことが可能であり、鉛フリー化へも寄与している。しかし端子とスルーホール内に機械的接触荷重を発生させ通電させる方法なので、接触部が振動や酸化による腐食で通電性能を劣化させてしまうことがあった。

プレスフィットコネクタは図3及び図4に示すようにプレスフィットコネクタ20に備えられた複数の端子21を基板8に開けられたスルーホール10に挿入し、端子21とスルーホール10の壁面鍍金層11が互いに接触することによって通電するようになっている。図4のスルーホール10の内径は0.6ｍｍ程度であり壁面鍍金層11の鍔112の間隔は１ｍｍ程度である。プリントされた配線12の幅は0.1〜0.2ｍｍ程度の狭いピッチになっている。

従来のプレスフィットコネクタ20の端子21とスルーホール10の接続の状態は図5に示される状態になっている。 端子21の挿入される部分の中央部には貫通穴22が開けられており、端子21は両方に広げられ膨出部23が形成されている。

膨出部23は基板8に開けられたスルーホール10の直径より幅広で形成されている。プレスフィットコネクタ20圧入時に膨出部23は貫通穴22方向に変形してスルーホール10に挿入される。したがってスルーホール10の壁面鍍金層11と膨出部23が締まり嵌め状態となり膨出部23と壁面鍍金層11が接触部25で締まり嵌めの状態となり確実に接触し通電するようになっている。

しかしながら締まり嵌め状態で挿入する際には膨出部23と壁面鍍金層11が擦れあうことによって鍍金屑が発生することがある。従来方法であれば鍍金屑は冷却風や振動によって飛散する。しかし図4のように狭いピッチのパターンで配線１２がされているので、鍍金屑が付着すると短絡不良を発生する原因になってしまう。

このような短絡不良を発生させないために、特許文献1(特開平6-13735)に提示されているように、基板8の両面を薄いプラスチックフィルムでラミネートし鍍金屑の飛散を防止するよう提案されたものがある。
特開平6-13735

上述したようにプレスフィットコネクタ20の端子21がスルーホール10に圧入される場合に鍍金屑が発生し飛散し、短絡不良を発生させることがある。更にスルーホール10の壁面鍍金層11と端子21の膨出部23が組立時は接触部25によって通電していたとしても、やがて時間が経過すると酸化して腐食し通電性が悪くなることがあった。

また、プレスフィットコネクタ20が搭載された基板8が自動車等の振動の多い箇所に使用されると、端子21とスルーホール10の締まり嵌め状態がゆるくなり微動することがあった。その結果接触部25の酸化との相乗効果で更に通電性を妨げることがあった。

また、圧入時に膨出部23の幅広が著しく大きすぎると、スルーホール10の壁面鍍金層11に鍍金層割れを発生させたまま装着されてしまう場合がある。この場合は装着時に通電するが、締まり嵌め状態で端子21が挿入されていないので、僅かな振動で微動するとすぐに通電性を妨げる可能性がある。また、鍍金割れ時に発生した削れ片が配線パターン間のショート原因となる可能性もある。

上述した特許文献1に示されたように基板8の両面を薄いプラスチックフィルムでラミネートする方法では、鍍金屑の飛散を防止することができるが、ラミネートされたプラスチックフィルムを破って端子21を挿入する方法なので、鍍金割れや振動によって発生する接触部25のゆるみに対処することはできない。また、空気と触れることによって発生する接触部25の酸化による通電不良にも対処できないと考えられる。

そこで 基板に開けられたスルーホールに該スルーホール径より幅広のコネクタの端子を挿入して前記基板に前記コネクタを搭載する方法であって、前記端子にペースト状硬化性樹脂を塗布する塗布手順と、前記ペースト状硬化性樹脂が塗布された前記端子を前記スルーホールに設定圧で圧入する圧入手順と、前記ペースト状硬化性樹脂を硬化させることによって前記端子を前記スルーホールに固着する固着手順からなるコネクタ搭載方法。
ならびに、基板のスルーホールに挿入して搭載するコネクタであって、前記スルーホールより幅広で前記スルーホールに圧入することにより挿入される前記コネクタの端子と、前記端子に塗布されたペースト状硬化性樹脂を備えたことを特徴とする圧入式コネクタを提供するものである。

そして、基板に開けられたスルーホールに該スルーホール径より幅広のコネクタの端子を挿入して前記基板に前記コネクタを搭載する方法であって、前記スルーホールにペースト状硬化性樹脂を充填する充填手順と、前記ペースト状硬化性樹脂を充填した前記スルーホールに前記端子を設定圧で圧入する圧入手順と、前記ペースト状硬化性樹脂を硬化させることによって前記基板に搭載された前記コネクタを固着する固着手順からなるコネクタ搭載方法。
ならびに、コネクタの端子を挿入して搭載する基板であって、前記端子が幅広で圧入することにより挿入される前記基板に開けられたスルーホールと、前記スルーホールに充填されたペースト状硬化性樹脂を備えたことを特徴とする圧入式コネクタ用基板を提供するものである。
また、前記ペースト状硬化性樹脂は、熱により硬化することを特徴とし、UV光線により硬化することを特徴とし、空気に反応することにより硬化することを特徴とするものである。

本発明は、図1に示すように、プレスフィットコネクタ20の端子21にペースト状硬化性樹脂7を塗布した状態でスルーホール10内に挿入する、若しくはスルーホール１０内にペースト状硬化性樹脂7を充填した後、端子21を挿入することでスルーホール１０内をペースト状硬化性樹脂で充満させる。このことで端子21と壁面鍍金層11を空気に触れないようにすることで、接触部25の酸化による腐食を防ぎ、長期間の通電性が劣化しないようにするものである。

また、ペースト状硬化性樹脂7は熱硬化性のものを用いることでプレスフィットコネクタ20が搭載された基板8に熱を加えることによって、ペースト状硬化性樹脂7を硬化させ端子21と壁面鍍金層11の接触部25が動かないようにすることで、振動によって発生する微動による通電性の劣化を防止しようとするものである。

更に、ペースト状硬化性樹脂7は導電性のものを使用することにより、仮に接触部25が劣化して通電性が衰えたとしても、硬化したペースト状硬化性樹脂7が通電することにより、通電性を確保しより確実に長期に渡る通電性能を維持できるようにしたものである。

図３及び図４のようにプレスフィットコネクタ20は基板8のスルーホール10に対して端子21が挿入するように上部から押圧されて装着される。その際はプレスフィットコネクタ20に専用に作られた上冶具と下冶具によって圧入される。圧入装置は例えば特願2007-142697や特願2007-159971等が用いられる。

図5には、基板8に開けられたスルーホール10の断面を示す。スルーホール10の内周面には、壁面鍍金層11が施されており基板8の上下穴面に鍔112と一体化した構成になっている。鍔112には配線12が接続され通電されるようになっている。

プレスフィットコネクタ20の端子21は壁面鍍金層11と接触することで通電される。そのためにスルーホール10の内径より端子21の膨出部23が、若干幅広に作られており、圧入時に膨出部23が圧縮されて締まり嵌めになるよう端子21には貫通穴22が開けられている。

図2を用いてプレスフィットコネクタ20の接続の原理を説明する。図2、（1）に示すように、スルーホール10の内径cは端子21の膨出部23の幅ｅより若干小さくなっている。また、端子21中央部には貫通穴22が開けられており、膨出部23の幅ｅが圧入によって幅ｃまで縮むことができる逃げになっている。端子21は圧力Pによってスルーホール10に締まり嵌め状態で挿入される。

図2、（2）のように端子21がスルーホール10に圧入されると膨出部23は矢印Ｇの方向に圧縮荷重Ｇが発生し変形しながらスルーホール10に挿入される。このとき膨出部23と壁面鍍金層11は互いに接触し、場合によっては、膨出部23と壁面鍍金層11によって削られた鍍金屑が発生する場合がある。

一般に端子21及び壁面鍍金層11の表面には錫(Sn)や銀(Ag)の鍍金が施されており、通電性の向上が図られるが、上記した様に図2の（2）の圧入時にはがされて鍍金屑が発生することが多い。

図2の（3）のように端子21が挿入されると、膨出部23は縮められた状態になるので、矢印Hの方向に接触荷重Hが発生し接触部25は常時圧縮されるので通電状態が確保される。以上の原理によってプレスフィットコネクタ20の端子21がスルーホール10に挿入され通電状態になる。

次に本発明の趣旨を図1で説明する。図1の（1）は端子21の膨出部２３及び貫通穴22にペースト状硬化性樹脂7を塗布した状態を表している。ペースト状硬化性樹脂7は粘着性があり表面張力が大きいので塗布された状態のまま保持され、流れ落ちることが無いものである。塗布に際しては吹きつけ装置や接着剤塗布装置(ボンダー)等を使用すれば容易に塗布することができる。また、プレスフィットコネクタ20の端子21部分をペースト状硬化性樹脂7に浸すことで塗布することもできる。

端子21がスルーホール10に挿入されると図1の（3）の状態になる。上記したようにペースト状硬化性樹脂7は粘着性と表面張力によって流れ落ちることが無く、図1（3）の斜線部のペースト状硬化性樹脂7の状態になる。膨出部23と壁面鍍金層11の接触部25は、鍍金屑を発生させながら締まり嵌め状態で嵌合されるので、部分的ではあっても直接接触し通電可能になる。

端子21がスルーホール10に挿入されると接触部25からペースト状硬化性樹脂7は排除されて、非接触部に充填される。挿入時に発生した鍍金屑はペースト状硬化性樹脂7に混入し飛散することが防止される。

図1の（2）はスルーホール10内にペースト状硬化性樹脂7があらかじめ充填された状態を表している。充填方法については、注射器のようなもので注入すればよく、自動で定められた位置にスルーホールを作成する装置と自動で定められた位置に接着剤を塗布する装置が市販されているので容易にスルーホール10内にペースト状硬化性樹脂7を充填することができる。
図1の（1）の場合と同様に端子21がスルーホール10に挿入されると、図1の（3）の状態になる。効果は上記と同様で鍍金屑がペースト状硬化性樹脂7内部に混入され飛散することを防止できる。

端子21がスルーホール10に挿入されて図1の（3）の状態になった基板8は炉内等で加熱され、150℃程度まで昇温され、ペースト状硬化性樹脂7が硬化される。ペースト状硬化性樹脂7は熱硬化性のものが使用されており、150℃前後で硬化するものである。因みに自動車等に使用される基板は150℃前後の耐熱試験が実施されている。

加熱されてペースト状硬化性樹脂7が硬化し、図1の（3）のようにペースト状硬化性樹脂7が固まった状態であれば端子21がスルーホール10に嵌合したまま固定されるので、振動で端子21が抜け落ちたり、微動して壁面鍍金層11との接触部25の通電性が劣化することなく、長期間の安全性が保障される。

また、スルーホール10と端子21はペースト状硬化性樹脂7で覆われ密封されるため、空気に触れることが無く接触部25が酸化して腐食し通電性が劣化することを防止できるので、長期間安定した通電性能を確保することができる。

なお、本実施例ではペースト状硬化性樹脂7は熱硬化性のものを提示したが、ＵＶ硬化性のものを使用して紫外線照射(ＵＶ光線)によって硬化させても良い。例えば基板8に耐熱性の低い部品が使用されている場合は、ＵＶ硬化性のペースト状硬化性樹脂7を使用して熱影響を避けることが望ましい。

更に、ペースト状硬化性樹脂7は非導電性であっても導電性であってもよい。非導電性のペースト状硬化性樹脂７であれば、熱硬化させて接触部25を密封・固定することによって、端子21の微動や酸化による腐食で通電性の劣化を防止することができる。

また、非導電性のペースト状硬化性樹脂7が大量に塗布されて壁面鍍金層11の鍔112からはみ出して、他のスルーホール10の鍔112に流出して接触したとしても、短絡不良を発生させることが無い。場合によってはプレスフィットコネクタ20と基板8の間全体に塗布されて両者を接着したとしても問題なく、確実にプレスフィットコネクタ20を基板8に固定することができる。

次に、ペースト状硬化性樹脂7が導電性の物でも良いことを説明する。近年はんだ鉛フリー化が進むに従って銀(Ag)等を含んだ熱硬化性の導電性ペースト状硬化性樹脂が市販されている。

導電性のペースト状硬化性樹脂7が図1、（3）のように硬化した場合、前述したように接触部25の微動や酸化による導電性の劣化を防止することができるのはもちろんであるが、ペースト状硬化性樹脂7が導電性であることによって、スルーホール10内部全体が通電可能となり、確実な通電性が保障される。

但し非導電性のペースト状硬化性樹脂で記述したように、導電性ペースト状硬化性樹脂7が他のスルーホール10の鍔112と接触すると短絡不良を発生させることになるので、ペースト状硬化性樹脂7の塗布する量と、塗布する位置を実験等によって正確に割り出す必要がある。しかし、図1の（3）のように導電性ペースト状硬化性樹脂7が塗布されて硬化した場合、確実で安定した通電が可能となりその効果は著しい。

以上のように本発明は、導電性・非導電性を問わずペースト状硬化性樹脂7を端子21に塗布するか、スルーホール10内部に充填した後、端子21をスルーホール10内に挿入するようにしたものである。また、ペースト状硬化性樹脂7は図1の（1）と（2）を併用して端子21に塗布すると同時にスルーホール１０内に充填した後、端子21をスルーホール10内に挿入するようにして組み立てても良い。

ペースト状硬化性樹脂7は表面張力が強く接着性もあるので、熱硬化するまで流れ落ちることなく端子21に塗布されており、スルーホール10内部に充填されている。したがって両者を組み立てると図1の（3）のように、スルーホール10内にペースト状硬化性樹脂7を充満させた状態になる。そして図1の（3）の状態のままペースト状硬化性樹脂7を硬化させることで接触部を保護するものである。

以上のような構成と方法で、組立時に発生する鍍金屑はペースト状硬化性樹脂7内部に混入させるので飛散せず短絡不良を発生させない。また、ペースト状硬化性樹脂7がスルーホール10全体を覆い密閉するので接触部25の微動や酸化による腐食によって通電性の劣化を防止することができる。

また、導電性のペースト状硬化性樹脂7を使用することにより、通電性を向上させることができるので、スルーホール10の内径ｃよりも膨出部ｅが大きく、壁面鍍金層11に鍍金割れを発生させたとしても、ペースト状硬化性樹脂7が硬化することで、鍍金割れが拡大していくことを防止することができる。特に組立時に鍍金割れを起こしたものは通電検査だけでは判断ができないことが多い。導電性のペースト状硬化性樹脂7を使用することによりたとえ鍍金割れが生じたとしても、現状以上に割れを拡大することを防止できるので通電性能は長期に渡り保証することができる。
また、導電性、非導電性を問わずペースト状硬化性樹脂7がスルーホール10と端子11に密着して硬化することで、鍍金割れによって生じる接触荷重Hの減少を防止することができる。

同様にスルーホール10の内径ｃよりも膨出部ｅが小さく、接触部が微小な端子21があったとしても、導電性ペースト状硬化性樹脂7を使用することにより、確実に通電させることができる。更にペースト状硬化性樹脂7が油成分を含んでいる場合には、スルーホール10への端子11の挿入が滑らかになり、設定圧力を低下させ、鍍金屑の発生を防止することができる

本発明はプレスフィットコネクタ20の搭載だけでなく、基板へのさまざまな端子への応用ができるものである。

ペースト状硬化性樹脂を塗布した端子とスルーホールを組み立てたときの詳細図である。 端子をスルーホールに挿入するときの接続原理を示す詳細図である。 基板にプレスフィットコネクタを搭載するときの模式図である。 基板のスルーホールと配線の詳細図である。 従来の端子とスルーホールを組み立てたときの詳細図である。

符号の説明

7
ペースト状硬化性樹脂
8
基板
10 スルーホール
11 壁面鍍金層
12 配線
20 プレスフィットコネクタ
21 端子
22 貫通穴
23 膨出部
25 接触部
112 鍔
c スルーホールの内径
e 膨出部の幅
G 圧縮荷重
H 接触荷重
P 圧力

Claims (13)

1. 基板に開けられたスルーホールに該スルーホール径より幅広のコネクタの端子を挿入して前記基板に前記コネクタを搭載する方法であって、
   前記端子にペースト状硬化性樹脂を塗布する塗布手順と、
   前記ペースト状硬化性樹脂が塗布された前記端子を前記スルーホールに設定圧で圧入する圧入手順と、
   前記ペースト状硬化性樹脂を硬化させることによって前記端子を前記スルーホールに固着する固着手順からなるコネクタ搭載方法。
2. 基板のスルーホールに挿入して搭載するコネクタであって、
   前記スルーホールより幅広で前記スルーホールに圧入することにより挿入される前記コネクタの端子と、
   前記端子に塗布されたペースト状硬化性樹脂を備えたことを特徴とする圧入式コネクタ。
3. 基板に開けられたスルーホールに該スルーホール径より幅広のコネクタの端子を挿入して前記基板に前記コネクタを搭載する方法であって、
   前記スルーホールにペースト状硬化性樹脂を充填する充填手順と、
   前記ペースト状硬化性樹脂を充填した前記スルーホールに前記端子を設定圧で圧入する圧入手順と、
   前記ペースト状硬化性樹脂を硬化させることによって前記基板に搭載された前記コネクタを固着する固着手順からなるコネクタ搭載方法。
4. コネクタの端子を挿入して搭載する基板であって、
   前記端子が幅広で圧入することにより挿入される前記基板に開けられたスルーホールと、
   前記スルーホールに充填されたペースト状硬化性樹脂を備えたことを特徴とする圧入式コネクタ用基板。
5. 前記ペースト状硬化性樹脂は熱により硬化することを特徴とする請求項1記載のコネクタ搭載方法または請求項3記載のコネクタ搭載方法。
6. 前記ペースト状硬化性樹脂はUV光線により硬化することを特徴とする請求項1記載のコネクタ搭載方法または請求項3記載のコネクタ搭載方法。
7. 前記ペースト状硬化性樹脂は空気に反応して硬化することを特徴とする請求項1記載のコネクタ搭載方法または請求項3記載のコネクタ搭載方法。
8. 前記ペースト状硬化性樹脂は熱により硬化することを特徴とする請求項2記載の圧入式コネクタ。
9. 前記ペースト状硬化性樹脂はUV光線により硬化することを特徴とする請求項2記載の圧入式コネクタ。
10. 前記ペースト状硬化性樹脂は空気に反応して硬化することを特徴とする請求項2記載の圧入式コネクタ。
11. 前記ペースト状硬化性樹脂は熱により硬化することを特徴とする請求項4記載の圧入式コネクタ用基板。
12. 前記ペースト状硬化性樹脂はUV光線により硬化することを特徴とする請求項4記載の圧入式コネクタ用基板。
13. 前記ペースト状硬化性樹脂は空気に反応して硬化することを特徴とする請求項4記載の圧入式コネクタ用基板。