JP2011228388A

JP2011228388A - 補助基板接合構造

Info

Publication number: JP2011228388A
Application number: JP2010094935A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogawa; 誠小川; Masanori Ueno; 政則上野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US20110255257A1; EP2381751A1

Abstract

【課題】メイン基板から突き出す補助基板の接合ピンの突き出し量を規定することで、良好なはんだ接合を可能とする補助基板接合構造を提供する。
【解決手段】メイン基板１に形成された接合ピン用貫通孔５に対して、補助基板１０に立設する接合ピン１７を貫通させてはんだ付けするスルーホール実装方式により、メイン基板１と補助基板１０とを電気的かつ物理的に接合するようにした補助基板接合構造において、メイン基板１に、接合ピン１７の軸方向と平行に指向して、前記メイン基板１に形成された位置決め用孔６を通る位置決めピン２０を複数設ける。位置決めピン２０に、位置決め用孔６に対する挿入可能量を規定する高さ規定面２３を形成する。位置決めピン２０を、メイン基板１と補助基板１０とを係合させる際に、接合ピン１７が接合ピン用貫通孔５を通るより先に位置決め用孔６を通る長さに設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、補助基板接合構造に係り、特に、メイン基板としてのプリント基板上にパワーモジュール等の補助基板をはんだ付けで実装する際に好適な補助基板接合構造に関する。

従来から、メイン基板としてのプリント基板上に、パワーモジュール等の補助基板を実装する方法として、補助基板から立設する複数の接合ピンをプリント基板に設けられた貫通孔にそれぞれ貫通させ、この貫通した接合ピンの先端側をプリント基板にはんだ付けすることにより、両者を電気的かつ物理的に接合する方法が知られている。

特許文献１には、接合ピンと別個独立した大径の位置決めピンを補助基板側に複数設けるようにした補助基板接合構造が開示されている。この補助基板接合構造によれば、位置決めピンをメイン基板側の貫通孔に通すことで接合ピンの位置決めが決まるため、複数の細い接合ピンをメイン基板に貫通させる作業が容易となる。

特開２０００−２２３６２１号公報

ところで、メイン基板上と補助基板とは、メイン基板を貫通して突き出した接合ピンの先端側をはんだ付けすることによって最終的に固定されるが、このとき、良好なはんだ形状（はんだフィレット）を得るためには、メイン基板からの接合ピンの突き出し量が一定であることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、位置決めピンによって接合ピンを貫通させる作業は容易であるものの、位置決めピンの突き出し量を一定にするためには、メイン基板と補助基板との隙間を規定する治具を用いる必要があり、はんだ付け作業の効率を高めるためには依然として改善の余地があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、メイン基板から突き出す補助基板の接合ピンの突き出し量を規定することで、良好なはんだ接合を可能とする補助基板接合構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、メイン基板（１）に形成された接合ピン用貫通孔（５）に対して、補助基板（１０，１０ａ）に立設する接合ピン（１７）を貫通させてはんだ付けするスルーホール実装方式により、前記メイン基板（１）と補助基板（１０，１０ａ）とを電気的かつ物理的に接合するようにした補助基板接合構造において、前記メイン基板（１）または補助基板（１０，１０ａ）の一方に、前記接合ピン（１７）の軸方向と平行に指向して、前記メイン基板（１）または補助基板（１０，１０ａ）の他方に形成された位置決め用孔（６，６ａ）を通る位置決めピン（２０，２０ａ）が複数設けられており、前記位置決めピン（２０，２０ａ）には、前記位置決め用孔（６，６ａ）に対する挿入可能量を規定する高さ規定面（２３，２３ａ）が形成されている点に第１の特徴がある。

また、前記位置決めピン（２０，２０ａ）は、前記メイン基板（１）と補助基板（１０，１０ａ）とを係合させる際に、前記接合ピン（１７）が接合ピン用貫通孔（５）を通るより先に前記位置決め用孔（６，６ａ）を通る長さに設定されている点に第２の特徴がある。

また、前記位置決めピン（２０）は、大径部（２２，２２ａ）の端面に小径部（２１，２１ａ）が立設する構成を有し、大径部（２２，２２ａ）と小径部（２１，２１ａ）との段差面が前記高さ規定面（２３，２３ａ）となる点に第３の特徴がある。

さらに、前記補助基板（１０）は、前記接合ピン（１７）が立設するパワーモジュール基板（１２）と、封止樹脂（１６）を介して前記パワーモジュール基板（１２）を保持する外枠（１１）とからなり、前記位置決めピン（２０）は、前記外枠（１１）に一体形成されている点に第４の特徴がある。

第１の特徴によれば、メイン基板または補助基板の一方に、接合ピンの軸方向と平行に指向して、メイン基板または補助基板の他方に形成された位置決め用孔を通る位置決めピンが複数設けられており、位置決めピンには、位置決め用孔に対する挿入可能量を規定する高さ規定面が形成されているので、メイン基板からの接合ピンの突き出し量を規定する機能を位置決めピンに兼務させることが可能となる。これにより、位置決めを行う部材と、接合ピンの突き出し量を規定する部材とを別々に設ける必要がなくなり、部品構造を簡略化することができると共に、接合ピンをはんだ付けする際に安定した品質のはんだフィレット形状を得ることが可能となる。

第２の特徴によれば、位置決めピンは、メイン基板と補助基板とを係合させる際に、接合ピンが接合ピン用貫通孔を通るより先に位置決め用孔を通る長さに設定されているので、位置決めピンが位置決め用孔に先に入ることで接合ピンの位置決めが先に決まり、メイン基板と補助基板とを係合させる作業が容易となる。

第３の特徴によれば、位置決めピンは、大径部の端面に小径部が立設する構成を有し、大径部と小径部との段差面が高さ規定面となるので、簡単な構造で高さ規定面を形成することが可能となり、生産性が向上する。

第４の特徴によれば、補助基板は、接合ピンが立設するパワーモジュール基板と、封止樹脂を介してパワーモジュール基板を保持する外枠とからなり、位置決めピンは、外枠に一体形成されているので、位置決めピンの指向方向が接合ピンの指向方向と同一となり、メイン基板と補助基板とを係合させる作業がより容易となる。また、外枠の形状を変更するのみで、共通のパワーモジュール基板を多種のプリント基板に対応させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリント基板の側面図である。表面実装部品を取り付けた状態のプリント基板の側面図である。本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの側面図である。パワーモジュールの斜視図である。パワーモジュールとプリント基板とを係合した状態の斜視図である。パワーモジュールとプリント基板とをはんだ付けによって結合した状態の側面図である。図６の位置決めピン周辺の拡大図である。プリント基盤にパワーモジュールを実装する作業の手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る補助基板接合構造を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るメイン基板としてのプリント基板１の側面図である。本発明に係る補助基板接合構造は、プリント基板１に対して、補助基板としてのパワーモジュール１０（図３，４参照）を実装する際に、パワーモジュール１０に立設する接合ピンがプリント基板１の図示上方側に突き出す量を規定するために適用される。

プリント基板１は、積層したガラス繊維製の布にエポキシ樹脂を含浸させる等で形成される板状部材の表面に導体パターンを配置してなり、その表面には、各種の電子部品がはんだ付けによって実装される。電子部品の実装方式には、主に、表面実装方式とスルーホール実装方式とがある。表面実装方式は、ペースト状のはんだをあらかじめプリント基板に塗布し、この上にチップ等の表面実装部品(Surface Mount Device)を装着した後に、高温炉内で加熱してはんだを溶融させることで、プリント基板の表面に直接はんだ付けして電子部品を固定する方式である。また、スルーホール実装方式は、リード線やチップの足などの導体をプリント基板に形成されたスルーホール(貫通孔)を貫通させた後に、その貫通させた導体の先端をプリント基板にはんだ付けして電子部品を固定する方式である。

プリント基板１には、チップ等の表面実装部品２が表面実装方式によって搭載されている。表面実装部品２は、はんだ付けされた足部分３によってプリント基板１に電気的かつ物理的に接合されている。プリント基板１には、スルーホール実装方式を適用するための貫通孔４，５のほかに、位置決め用孔６が形成されている。ここで、図８のパワーモジュール取付工程の手順を示すフローチャートを参照すると、図１に示すプリント基板１は、ステップＳ１（プリント基板に表面実装部品を搭載）およびステップＳ２（表面実装部品のはんだ付け）を経過した状態に相当する。

図２は、プリント基板１に２つの挿入部品７をスルーホール実装方式によって搭載した状態を示す側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。挿入部品７は、その下部から延出する２本の端子８をそれぞれ貫通孔４に通し、そのプリント基板１の裏面側（図示下面側）にはんだフィレット９を形成することでプリント基板１に固定されている。図２の状態は、図８のフローチャートのステップＳ３（プリント基板に挿入部品を搭載）およびステップＳ４（挿入部品のはんだ付け）を経過した状態に相当する。

図３は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュール１０の側面図である。また、図４は、パワーモジュール１０の斜視図である。補助基板としてのパワーモジュール１０は、硬質樹脂等で形成された外枠１１の内側にパワーモジュール基板１２を配設し、このパワーモジュール基板１２を封止樹脂１６によって固定した構成を有する。

大電流を制御するパワー素子を集中的に搭載するためのパワーモジュール基板１２の上面には、リード線１４で接続されたパワー素子１３および表面実装されたパワー素子１５が配設されている。これらの電子部品は、封止樹脂１６で覆われることによって光や熱、湿度等の外的要因から保護され、封止樹脂１６の表面からは、プリント基板１にスルーホール実装するための複数の接合ピン１７のみが突出することとなる。なお、本実施形態では、すべての接合ピン１７が同一の形状および長さに設定され、封止樹脂１６からの突出量も同一とされている。また、図３では、位置決めピン２０に隣接配置される代表的な接合ピン１７ａ，１７ｂのみを示している。

そして、本実施形態に係るパワーモジュール１０の外枠１１には、プリント基板１との係合位置を規定する４本の位置決めピン２０が接合ピン１７の軸方向と平行に指向して設けられている。位置決めピン２０は、プリント基板１に形成された位置決め用孔６に貫通する小径部２１と、この小径部２１より大径の大径部２２とからなり、この大径部２２の上端に、高さ規定面２３（図示ハッチング部）が形成されている。なお、本実施形態では、すべての位置決めピン２０が同一の形状および長さに設定され、高さ規定面２３も同一面上に位置するように構成されている。

図５は、パワーモジュール１０の上部にプリント基板１を係合した状態の斜視図である。また、図６は、パワーモジュール１０とプリント基板１とをはんだ付けによって結合した状態の側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。さらに、図７は、位置決めピン２０の周辺の一部拡大図である。

図５に示したように、パワーモジュール１０とプリント基板１を係合させる際には、位置決めピン２０の小径部２１を、プリント基板１に形成された位置決め用孔６に通すことで、複数の接合ピン１７の位置決めが完了する。位置決めピン２０の小径部２１は、接合ピン１７より太く、かつ接合ピン１７が接合ピン用貫通孔５を通るより先に位置決め用孔６を通るように長く形成されているので、位置決め用孔６に通す作業が容易である。

そして、小径部２１の挿入量を増やしていくと、プリント基板１の裏面側（図示下面側）が位置決めピン２０の高さ規定面２３に当接することで、プリント基板１の位置が規定される。これにより、プリント基板１の表面側（図示上面側）から接合ピン１７が突き出す量が一定に規定される。図５の状態は、図８のフローチャートのステップＳ５（プリント基板にパワーモジュールを搭載）を経過した状態に対応する。

そして、図６に示したように、プリント基板１からの接合ピン１７の突出量が一定に規定されることにより、プリント基板１とパワーモジュール１０との間隔を固定する治具を用いることなく、良好かつ均一なはんだフィレット１８を得ることが容易となる。図６の状態は、図８のフローチャートのステップＳ６（パワーモジュールのはんだ付け）を経過した状態に対応する。そして、図８に示したように、ステップＳ７ではんだ品質検査を終了すると、プリント基板１へのパワーモジュール１０の取付工程が終了する。このはんだ品質検査においても、接合ピン１７の突き出し寸法に対するはんだフィレット１８の形状の良否を目視で判断しやすくなっているため、作業効率を向上することができる。

図９は、本発明の第２実施形態に係る補助基板接合構造を示す一部拡大側面図である。本実施形態では、接合ピン１７の位置決め機能および突き出し量を規定する機能を兼ねる位置決めピン２０ａが、プリント基板１の裏面側（図示下面側）に設けられている点に特徴がある。位置決めピン２０ａは、外枠１１ａに形成された位置決め用孔６ａに貫通する小径部２１ａと、この小径部２１ａより大径の大径部２２ａとからなり、この大径部２２の下端に、高さ規定面２３ａが形成されている。本実施形態においても、この高さ規定面２３ａがプリント基板１の裏面側に当接することで、接合ピン１７の突き出し量が規定され、安定した品質のはんだフィレット１８ではんだ付けができるようになる。

上記したように、本発明に係る補助基板接合構造によれば、メイン基板に、接合ピンの軸方向と平行に指向して、メイン基板に形成された位置決め用孔を通る位置決めピンを複数設け、この位置決めピンに、位置決め用孔に対する挿入可能量を規定する高さ規定面を形成したので、メイン基板からの接合ピンの突き出し量を規定する機能を位置決めピンに兼務させることで、位置決めを行う部材と、接合ピンの突き出し量を規定する部材とを別々に設ける必要がなくなり、部品構造を簡略化することができる。そして、接合ピンの突き出し量が規定されることにより、接合ピンをはんだ付けする際に安定した品質のはんだフィレット形状を得ることが可能となる。

なお、パワーモジュールの外枠の形状、接合ピンや位置決めピンの形状や配置、位置決めピンの小径部、大径部および高さ規定面の形状等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、位置決めピンを、円形断面のほか、方形断面やエル字型断面とすることもできる。また、位置決め用孔は、貫通孔ではなく有底の孔としてもよい。本発明に係る補助基板接合構造は、メイン基板に補助基板をスルーホール実装方式で取り付ける種々の電子基板に適用することができる。

１…プリント基板（メイン基板）、２…表面実装部品、５…貫通孔、６，６ａ…位置決め用孔、７…挿入部品、１０，１０ａ…パワーモジュール（補助基板）、１１，１１ａ…外枠、１２…パワーモジュール基板、１６…封止樹脂、１７…接合ピン、２０，２０ａ…位置決めピン、２１，２１ａ…小径部、２２，２２ａ…大径部、２３，２３ａ…高さ規定面

Claims

メイン基板（１）に形成された接合ピン用貫通孔（５）に対して、補助基板（１０，１０ａ）に立設する接合ピン（１７）を貫通させてはんだ付けするスルーホール実装方式により、前記メイン基板（１）と補助基板（１０，１０ａ）とを電気的かつ物理的に接合するようにした補助基板接合構造において、
前記メイン基板（１）または補助基板（１０，１０ａ）の一方に、前記接合ピン（１７）の軸方向と平行に指向して、前記メイン基板（１）または補助基板（１０，１０ａ）の他方に形成された位置決め用孔（６，６ａ）を通る位置決めピン（２０，２０ａ）が複数設けられており、
前記位置決めピン（２０，２０ａ）には、前記位置決め用孔（６，６ａ）に対する挿入可能量を規定する高さ規定面（２３，２３ａ）が形成されていることを特徴とする補助基板接合構造。
前記位置決めピン（２０，２０ａ）は、前記メイン基板（１）と補助基板（１０，１０ａ）とを係合させる際に、前記接合ピン（１７）が接合ピン用貫通孔（５）を通るより先に前記位置決め用孔（６，６ａ）を通る長さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の補助基板接合構造。
前記位置決めピン（２０）は、大径部（２２，２２ａ）の端面に小径部（２１，２１ａ）が立設する構成を有し、大径部（２２，２２ａ）と小径部（２１，２１ａ）との段差面が前記高さ規定面（２３，２３ａ）となることを特徴とする請求項１または２に記載の補助基板接合構造。
前記補助基板（１０）は、前記接合ピン（１７）が立設するパワーモジュール基板（１２）と、封止樹脂（１６）を介して前記パワーモジュール基板（１２）を保持する外枠（１１）とからなり、
前記位置決めピン（２０）は、前記外枠（１１）に一体形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の補助基板接合構造。