JP2013175556A - 圧電トランス及び圧電トランスの実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動による実装不良を防止することができ、リフローの際にも保持し続けることができる圧電トランス及び圧電トランスの実装方法を提供する。
【解決手段】基板４の表面から立ち上がって形成された一対の取付手段７と、前記一対の取付手段７の間で前記基板の表面と平行に張り渡された保持ワイヤ６ａ、６ｂとを備え、前記圧電トランス素子１０は、前記保持ワイヤ６ａ、６ｂにより挟みこむように保持されるとともに、ハンダ５ａ、５ｂにより電極２ａ、２ｂにそれぞれ接続されることにより、振動可能な状態で保持されるとともに電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電トランスに関し、特に、プリント基板等への実装不良を防止する構造を有する圧電トランス等に関する。

圧電トランスは伝達効率が高く、絶縁性も確保しやすいなどの特徴を持っている。そのため、特に小型の電源用トランスとして注目されている。しかし、圧電トランス自体が特定のモードで振動するという通常の電子部品と異なる性質をもっているため、実装が難しい。

特許文献１〜３には、従来の圧電トランスが開示されている。特許文献３には、圧電セラミックスより一回り大きいケースに圧電トランスを入れ、ケースに設けられた電極であるピンと圧電トランスの電極とをリード線で接続する方法が開示されている。この手法によれば、基板への取り付け作業に優れた縦置きタイプの圧電トランスを実現できる。

特開平１０−２４２５４０号公報 特開平８−１２５２４７号公報 特開２００６−１０８３３２号公報

しかし、上記の構成では、圧電トランスを実装したプリント基板をリフローする工程において、リフロー炉の炉内温度がハンダの融点以上まで上がるため、ハンダ溶融時に圧電トランスが保持できず、圧電トランスの電極とリード線が外れて実装不良を起こす可能性がある。

本発明の目的は、ハンダによる接続部分に起因する実装不良を防止することができる圧電トランス及び圧電トランスの実装方法を提供することにある。

本発明の圧電トランスは、圧電トランス素子と基板とからなる圧電トランスにおいて、前記基板の表面から立ち上がって形成された一対の取付手段と、前記一対の取付手段の間で前記基板の表面と平行に張り渡された保持ワイヤと、を備え、前記圧電トランス素子は、前記保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されることを特徴とする。
この圧電トランスによれば、圧電トランス素子は保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されるので、リフロー時における圧電トランスの移動等を抑制でき、ハンダによる接続部分に起因する実装不良を防止することができる。

ハンダ溶融点よりも高い融点を有する材料により、前記保持ワイヤが前記取付手段に接続されてもよい。

前記保持ワイヤは導電体により構成され、前記圧電トランス素子は、前記保持ワイヤ及び前記取付手段を介して前記基板に電気的に接続されてもよい。

前記保持ワイヤと前記圧電トランス素子とは、ハンダを介して互いに接続されてもよい。

前記圧電トランス素子は、その両面側から２本の前記保持ワイヤにより挟み込まれる状態で保持されてもよい。

本発明の圧電トランスの実装方法は、圧電トランス素子と基板とからなる圧電トランスの実装方法において、前記基板の表面から立ち上がる一対の取付手段を形成するステップと、前記一対の取付手段の間で保持ワイヤ前記基板の表面と平行に張り渡すステップと、前記圧電トランス素子を、前記保持ワイヤにより振動可能な状態で保持させるステップと、を備えることを特徴とする。
この圧電トランスによれば、圧電トランス素子は保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されるので、リフロー時における圧電トランスの移動等を抑制でき、ハンダによる接続部分に起因する実装不良を防止することができる。

本発明の圧電トランスによれば、圧電トランス素子は保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されるので、リフロー時における圧電トランスの移動等を抑制でき、ハンダによる接続部分に起因する実装不良を防止することができる。

また、本発明の圧電トランスの実装方法によれば、圧電トランス素子は保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されるので、リフロー時における圧電トランスの移動等を抑制でき、ハンダによる接続部分に起因する実装不良を防止することができる。

第１実施形態の圧電トランスの断面図。 第１実施形態の圧電トランスの構成を示す図であり、（ａ）は第１実施形態の圧電トランスを示す斜視図、（ｂ）は第１実施形態の圧電トランスを構成する圧電トランス素子の断面図。 第２実施形態の圧電トランスの平面図。 第３実施形態の圧電トランスの断面図。

以下、本発明による圧電トランスの実施形態について説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態は、導電体で構成されるリード線を保持ワイヤとして用いた例を示す。

図１は第１実施形態の圧電トランスにおけるリード線に沿った断面図、図２（ａ）は第１実施形態の圧電トランスを示す斜視図、図２（ｂ）は第１実施形態の圧電トランスを構成する圧電トランス素子の断面図である。

図１及び図２に示すように、圧電トランス１０は、圧電セラミックス１を用いた圧電トランス素子と、プリント基板４により構成され、板状の圧電セラミックス１の幅広面がプリント基板４の面と平行になるよう配置される。

圧電セラミックス１の互いに対向する面（図１および図２において上下の面）には、１次側電極として（＋）側の電極２ａおよび（−）側の電極２ｂが、２次側電極として（＋）側の電極３ａおよび（−）側の電極３ｂが、それぞれ形成されている（とくに、図２（ｂ）参照）。

図１及び図２に示すように、圧電セラミックス１は、電極２ａ，２ｂの位置および電極３ａ，３ｂの位置において、それぞれ保持ワイヤとしてのリード線６ａ，６ｂにより挟みこむように保持され、リード線６ａはハンダ５ａにより電極２ａおよび電極３ａに、リード線６ｂはハンダ５ｂにより電極２ｂおよび電極３ｂに、それぞれ接続される。

図１に示すように、リード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂの両端は、ハンダ５ｃ，５ｃおよびハンダ５ｄ，５ｄによりプリント基板４の表面（図１における上面）から立ち上がって形成された取付手段としてのピン７，７に接続される。これにより、リード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂは、ピン７，７の間でプリント基板４の表面と平行に張り渡された状態となっている。

また、リフローの際にリード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂがピン７，７から外れないようハンダ５ｃ，５ｃおよびハンダ５ｄ，５ｄを固定材９で覆って支持している。固定材９として、ハンダ５の溶融点よりも高い融点を有する材料を使用することが好ましい。

ピン７は、プリント基板４と電気的に接続される配線パターン７ａ，７ｂを備え、配線パターン７ａはハンダ５ｃを介してリード線６ａと、配線パターン７ｂはハンダ５ｄを介してリード線６ｂと、それぞれ接続される。配線パターン７ａと配線パターン７ｂとは互いに絶縁されており、電極２ａ，２ｂおよび電極３ａ，３ｂの電気信号が分離された状態で、電極２ａ，２ｂおよび電極３ａ，３ｂが配線パターン７ａ，７ｂを介してプリント基板４と電気的に接続される。

このように、リード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂは、電気信号の受け渡しだけでなく、圧電セラミックス１を保持する保持ワイヤとしての役割を果たす。

なお、図１では、ピン７，７の双方に配線パターン７ａ，７ｂを設けているが、配線パターン７ａおよび配線パターン７ｂをいずれかのピン７に振り分けることで、プリント基板４との接続を確保してもよい。

以上説明したように、第１実施形態の圧電トランス１０は、圧電セラミックス１とプリント基板４とを備え、プリント基板４上に圧電セラミックス１を接続するピン７と、圧電セラミックス１がプリント基板４と平行になるよう、圧電セラミックス１の面で圧電セラミックス１を保持するリード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂと、を有し、リード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂをピン７により支持している。

このため、リード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂを水平な状態に保ちつつリフローを行うことで、圧電セラミックス１の位置やハンダ５ａおよびハンダ５ｂの流れを適切に制御でき、接続不良を発生させるおそれがない。

なお、上記実施形態では、リフロー時における圧電トランス１０が上向き（図１の状態）、下向きどちらの向きで配置されてもリード線で圧電セラミックス１を保持し続けられるよう、圧電セラミックス１を上下からリード線６ａ，６ａおよびリード線６ｂ，６ｂで挟みこむよう構成している。しかし、リフロー時における配置の向きが事前に決定している場合には、圧電セラミックス１自身の重力がかかる面（下面）の側のリード線のみで圧電セラミックス１を保持できるように配線してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態は保持ワイヤとして非導電体のワイヤを用いた例を示す。

図３は第２実施形態の圧電トランスの平面図である。図３では、図１〜図２と同一要素には同一符号を付して、その詳細説明を省略する。

図３に示すように、圧電トランス２０は、圧電セラミックス１を用いた圧電トランス素子と、プリント基板４により構成され、板状の圧電セラミックス１の幅広面がプリント基板４の面と平行になるよう配置される。

圧電セラミックス１の互いに対向する面（図１および図２において上下の面）には、１次側電極として（＋）側の電極２ａおよび（−）側の電極２ｂ（図３では不図示）が、２次側電極として（＋）側の電極３ａおよび（−）側の電極３ｂ（図３では不図示）が、それぞれ形成されている（図２（ｂ）参照）。

図３に示すように、非伝導体の保持ワイヤ２１ａ，２１ａおよび非伝導体の保持ワイヤ２１ｂ，２１ｂの両端は、プリント基板４の表面から立ち上がって形成された取付手段としてのピン７Ａ，７Ａに接続される。これにより、保持ワイヤ２１ａ，２１ａおよび保持ワイヤ２１ｂ，２１ｂは、ピン７Ａ，７Ａの間でプリント基板４の表面と平行に張り渡された状態となっている。

図３に示すように、圧電セラミックス１は、電極２ａ，２ｂの位置および電極３ａ，３ｂの位置において、それぞれ保持ワイヤ２１ａ，２１ｂにより挟み込まれることで保持されている。これにより圧電セラミックス１は、振動可能な状態で保持される。

また、電極２ａおよび電極３ａには、ハンダ２５を介してリード線２２ａの一端が接続され、リード線２２ａの他端はプリント基板４の表面から立ち上がって形成された導通ピン２３ａに接続される。これにより、電極２ａおよび電極３ａは、リード線２２ａおよび導通ピン２３ａを介してプリント基板４に接続される。

同様に、電極２ｂおよび電極３ｂには、ハンダ（不図示）を介してリード線２２ｂの一端が接続され、リード線２２ｂの他端はプリント基板４の表面から立ち上がって形成された導通ピン２３ｂに接続される。これにより、電極２ｂおよび電極３ｂは、リード線２２ｂおよび導通ピン２３ｂを介してプリント基板４に接続される。

このように、第２実施形態では、リード線ではなく、非導電体の保持ワイヤにより圧電トランス素子を保持している。この場合には、圧電トランス素子と接触する部材が増え、振動が吸収されることによりインピーダンスの劣化は避けられない。しかし、第１実施形態のようにピンに配線パターンを設ける必要がなくなるという利点がある。

第２実施形態においても、保持ワイヤ２１ａ，２１ａおよび保持ワイヤ２１ｂ，２１ｂを水平な状態に保ちつつリフローを行うことで、圧電セラミックス１の位置やハンダ（ハンダ２５ａ等）の流れを適切に制御でき、接続不良を発生させるおそれがない。

（第３実施形態）
第３実施形態は保持ワイヤとして一部が導電体のリード線を用いた例を示す。

図４は第３実施形態の圧電トランスにおけるリード線に沿った断面図である。図４では、図１〜図２と同一要素には同一符号を付して、その詳細説明を省略する。

図４に示すように、圧電トランス３０は、圧電セラミックス１を用いた圧電トランス素子と、プリント基板４により構成され、板状の圧電セラミックス１の幅広面がプリント基板４の面と平行になるよう配置される。

圧電セラミックス１の互いに対向する面（図１および図２において上下の面）には、１次側電極として（＋）側の電極２ａおよび（−）側の電極２ｂが、２次側電極として（＋）側の電極３ａおよび（−）側の電極３ｂが、それぞれ形成されている（図２（ｂ）参照）。

図４に示すように、圧電セラミックス１は、電極２ａ，２ｂの位置および電極３ａ，３ｂの位置において、それぞれ保持ワイヤとしてのリード線６０，６０により挟みこむように保持され、リード線６０，６０はハンダ５ａにより電極２ａおよび電極３ａに、ハンダ５ｂにより電極２ｂおよび電極３ｂに、それぞれ接続される。

図４に示すように、リード線６０，６０の両端は、ハンダ５ｃ，５ｃおよびハンダ５ｄ，５ｄによりプリント基板４の表面（図１における上面）から立ち上がって形成された取付手段としての導通ピン７Ｂ，７Ｂに接続される。これにより、リード線６０，６０およびリード線６０，６０は、導通ピン７Ｂ，７Ｂの間でプリント基板４の表面と平行に張り渡された状態となっている。

リード線６０は、例えば、導線と、非導電性の芯線とからなる銅箔糸線により構成され、リード線６０の一部には導線のみを取り除いた非導体部位６１が形成されている。図４の例では、ハンダ５ａによる電極２ａ，２ｂへの接続部分を境にして、左右の一方のみに非導体部位６１を配置することにより、電極２ａ，２ｂと導通ピン７Ｂ，７Ｂとの接続関係を規定している。このため、導通ピン７Ｂに選択的にリード線６０のいずれかが接続されるため、配線パターンを設ける必要はない。

また、第１実施形態と同様、リフローの際にリード線６０，６０が導通ピン７Ｂ，７Ｂから外れないようハンダ５ｃ，５ｃおよびハンダ５ｄ，５ｄを固定材９で覆って支持している。固定材９として、ハンダ５の溶融点よりも高い融点を有する材料を使用することが好ましい。

このように、リード線６０，６０は、電気信号の受け渡しだけでなく、圧電セラミックス１を保持する保持ワイヤとしての役割を果たす。

第３実施形態においても、リード線６０，６０を水平な状態に保ちつつリフローを行うことで、圧電セラミックス１の位置やハンダ５ａおよびハンダ５ｂの流れを適切に制御でき、接続不良を発生させるおそれがない。また、第２実施形態のように、圧電トランス素子と接触する部材が増えないため、振動が吸収されることによるインピーダンスの劣化は生じない。

なお、上記各実施形態（第１〜第３実施形態）において、保持ワイヤにおいて圧電セラミックス１を保持する部位は、振動の吸収を抑制する観点から、振動の節となる位置とすることが望ましい。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。圧電トランス素子を基板に接続して構成される圧電トランスに広く適用することができる。

１ 圧電セラミックス（圧電トランス素子）
４ プリント基板（基板）
６ａ リード線（保持ワイヤ）
６ｂ リード線（保持ワイヤ）
１０、２０ 圧電トランス
２１ａ 保持ワイヤ
２１ｂ 保持ワイヤ
６０ リード線（保持ワイヤ）
７、７Ａ、７Ｂ ピン（取付手段）

Claims (6)

1. 圧電トランス素子と基板とからなる圧電トランスにおいて、
   前記基板の表面から立ち上がって形成された一対の取付手段と、
   前記一対の取付手段の間で前記基板の表面と平行に張り渡された保持ワイヤと、
   を備え、
   前記圧電トランス素子は、前記保持ワイヤにより振動可能な状態で保持されることを特徴とする圧電トランス。
2. ハンダ溶融点よりも高い融点を有する材料により、前記保持ワイヤが前記取付手段に接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
3. 前記保持ワイヤは導電体により構成され、
   前記圧電トランス素子は、前記保持ワイヤ及び前記取付手段を介して前記基板に電気的に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電トランス。
4. 前記保持ワイヤと前記圧電トランス素子とは、ハンダを介して互いに接続されることを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
5. 前記圧電トランス素子は、その両面側から２本の前記保持ワイヤにより挟み込まれる状態で保持されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電トランス。
6. 圧電トランス素子と基板とからなる圧電トランスの実装方法において、
   前記基板の表面から立ち上がる一対の取付手段を形成するステップと、
   前記一対の取付手段の間で保持ワイヤ前記基板の表面と平行に張り渡すステップと、
   前記圧電トランス素子を、前記保持ワイヤにより振動可能な状態で保持させるステップと、
   を備えることを特徴とする圧電トランスの実装方法。

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