JP2014003553A - 表面実装型デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のピンが一体的に形成されるピンアダプタによってベース基板とメイン基板を接続して、自動実装を可能とし、半田接続もリフローが可能となり、設計の自由度を高め、顧客の要求にも応じることができる表面実装型デバイスを提供する。
【解決手段】 複数のピン６が一体的に形成されたピンアダプタ５が、ベース基板１上に搭載され、ピン６の先端をメイン基板２の対応する位置に形成された穴に挿入して、ベース基板１とメイン基板２とを接続し、ピンアダプタ５のピン６の足部分は内側に折り曲げられ、当該足部分には開口部５２，５３が形成されている表面実装型デバイスである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、表面実装型デバイスに係り、特に、自動実装可能でリフローすることができ、設計の自由度を向上させる表面実装型デバイスに関する。

［従来の技術］
表面実装型デバイス（ＳＭＤ：Surface Mount Device）として表面実装型圧電発振器があり、メイン基板上に水晶振動子等の電子部品を搭載し、当該メイン基板を複数のピンでベース基板に固定して、カバーで覆った構成が知られている。
この表面実装型圧電発振器は、例えば、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）に用いられるものである。ＯＣＸＯは、恒温槽により水晶発振器又は水晶振動子の温度を一定に保ち、周辺温度の変化による出力周波数の変化量を少なくするものである。

［従来のＯＣＸＯ：図１２〜１４］
従来のＯＣＸＯの構成について図１２〜１４を参照しながら説明する。図１２は、従来のＯＣＸＯの概略図であり、図１３は、従来のＯＣＸＯの各部を分離して斜め上から見た概略図であり、図１４は、従来のＯＣＸＯの各部を分離して斜め下から見た概略図である。
従来のＯＣＸＯは、メイン基板２に水晶振動子等の電子部品が搭載され、そのメイン基板２が複数のピン６′でベース基板１に接続され、メイン基板２を覆うようにカバー３が設けられた構成となっている。

メイン基板２に搭載される水晶振動子は、ＤＩＰ（Dual In-line Package）型の水晶振動子である。ＤＩＰ型とは、ボディーの両側から出されたリード（ピン）を回路基板に開けられた穴に差し込んで実装するパッケージのことである。

ここで、ベース基板１とメイン基板２とをピン６′で接続するために、ベース基板１には複数のピン６′の挿入用の穴（貫通孔）が設けられ、メイン基板２にも対応する位置に複数の穴（貫通孔）が設けられている。
そして、ベース基板１の穴にピン６′の一端を挿入し、複数のピン６′を垂直に立てた状態でピン６′の他端をメイン基板２の対応する穴に挿入して、ベース基板１とメイン基板２とを接続するものである。

従来のＯＣＸＯでは、ベース基板１を用いて製品のＳＭＤ化を図っているが、基幹部品である水晶振動子の大きさにて製品全体の大きさが決まるようになっている。
また、メイン基板２には水晶振動子の温度を一定にするためのヒータ部品が搭載されているが、せっかくの熱が金属製のピンを伝導してベース基板１、更に外側のユーザ基板に逃げてしまい、熱が逃げるとヒータ部品は温度を上げようとして消費電力が増加する。
そのため、ピンには熱伝導率が低い素材を用いることがよい。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００５−０８５８６３号公報「電子回路ユニット」（アルプス電気株式会社）［特許文献１］、特開２００８−０８５７４４号公報「表面実装用の圧電発振器」（日本電波工業株式会社）［特許文献２］、特表平０６−５０９６８６号公報「電気部品のパッケージ」（ヴィエルティー コーポレーション）［特許文献３］、特表２００２−５０５５１３号公報「２枚の回路基板接続用コンタクトストリップ及びコンタクトストリップの製造方法」（ザ ウィタカー コーポレーション）［特許文献４］がある。

特許文献１には、枠体内に取り付けられた回路基板と、回路基板に搭載されたカバー付電子部品と、回路基板に貫通した状態で取り付けられた複数個の線状の端子とを備えた電子回路ユニットが示されている。
特許文献２には、ベース基板に凹部が形成され、その凹部に金属支柱が固定され、金属支柱にサブプリント基板が支持され、カバー部材を設けた表面実装用の圧電発振器が示されている。

特許文献３には、ベース基板上に絶縁シートを介して多層プリント基板（ＰＣＢ）が形成され、そのＰＣＢの縁部にピンを挿入したフェンスを取り付け、そのピンがケージングに形成された孔に挿入される電気部品のパッケージが示されている。
特許文献４には、２枚の回路基板を電気的及び機械的に接続するコンタクトストリップが形成された構造が示されている。

特開２００５−０８５８６３号公報 特開２００８−０８５７４４号公報 特表平０６−５０９６８６号公報 特表２００２−５０５５１３号公報

しかしながら、従来の表面実装型デバイスでは、ベース基板にピンを複数立ててメイン基板の穴に挿入して両基板を接続するようにしているので、ピンの垂直精度が要求され、組み立ての難易度が高く、ピンの自動実装を行うことができないという問題点があった。

また、従来の表面実装型デバイスでは、自動実装できないため電極端子となるピンとベース基板に形成された電極パターンとの半田接続は、リフローによって行うことができないという問題点もあった。

また、従来の表面実装型デバイスでは、内部部品の実装位置とピン配置について、顧客用実装パッド（ユーザ基板）の影響を受けるために、配置には制限があり、設計の自由度が低いという問題点があった。

更に、従来の表面実装型デバイスでは、ベース基板の穴にピンを挿入するため、ベース基板の底面からピンが見えてしまい、顧客によっては不良と判断してしまうことがあり、顧客の要求を満たせないという問題点があった。

尚、特許文献１〜４には、ピンアダプタには複数のピンが一体形成され、ベース基板にピンアダプタの搭載が容易となるため、自動実装を行うことができることについて記載がない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、複数のピンが一体的に形成されるピンアダプタによってベース基板とメイン基板を接続して、自動実装を可能とし、半田接続もリフローが可能となり、設計の自由度を高め、顧客の要求にも応じることができる表面実装型デバイスを提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、電子部品が実装されたメイン基板とベース基板とを接続する表面実装型デバイスの構造であって、複数のピンを備えるピンアダプタをベース基板に固定し、ピンの細く形成した先端をメイン基板に設けられた穴に挿入して、メイン基板とベース基板を接続したことを特徴とする。

本発明は、電子部品が実装されたメイン基板をベース基板に搭載する表面実装型デバイスであって、垂直方向に立てられた複数の金属製のピンを組み込んで成型されたピンアダプタがベース基板に搭載され、ピンの先端部分がメイン基板の対応する位置に設けられた穴に挿入されて、メイン基板とベース基板が接続され、メイン基板及びピンアダプタを覆うようカバーが設けられることを特徴とする。

本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、ピンアダプタでは、メイン基板に接続しない側のピンの足部分が内側に折り曲げられており、当該ピンの足部分には開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、ピンアダプタの底面に位置決めピンが形成され、ベース基板には位置決めピンに対応する位置に凹部が形成され、ピンアダプタの位置決めピンがベース基板の凹部に挿入されるようにしたことを特徴とする。

本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、ピンアダプタの側面にベース基板側に突出したフランジを設け、ピンアダプタの底面をベース基板の表面から持ち上げるようにしたことを特徴とする。

本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、ピンアダプタでは、ピンの周囲を包み当該ピンを支持する支持部が設けられていることを特徴とする。

本発明は、上記表面実装型デバイスにおいて、ピンでは、グランドに接続するピンと電源に接続するピンの幅を広くし、その他のピンの幅を狭くしたことを特徴とする。

本発明によれば、複数のピンを備えるピンアダプタをベース基板に固定し、ピンの細く形成した先端をメイン基板に設けられた穴に挿入して、メイン基板とベース基板を接続した表面実装型デバイスとしているので、自動実装を可能とし、半田接続もリフローが可能となり、設計の自由度を高めることができる効果がある。

本発明によれば、垂直方向に立てられた複数の金属製のピンを組み込んで成型されたピンアダプタがベース基板に搭載され、ピンの先端部分がメイン基板の対応する位置に設けられた穴に挿入されて、メイン基板とベース基板が接続され、メイン基板及びピンアダプタを覆うようカバーが設けられる表面実装型デバイスとしているので、自動実装を可能とし、半田接続もリフローが可能となり、設計の自由度を高めることができる効果がある。

本発明の実施の形態に係るＯＣＸＯの概略図である。 実施の形態に係るＯＣＸＯの各部を分離して斜め上から見た概略図である。 実施の形態に係るＯＣＸＯの各部を分離して斜め下から見た概略図である。 ピンアダプタとピンを斜め上から見た概略図である。 ピンアダプタとピンを斜め下から見た概略図である。 温度対周波数特性を示す図である。 温度対電流特性を示す図である。 別のピンアダプタと別のピンを斜め上から見た概略図である。 別のピンアダプタと別のピンを斜め下から見た概略図である。 別のＯＣＸＯの温度対周波数特性を示す図である。 別のＯＣＸＯの温度対電流特性を示す図である。 従来のＯＣＸＯの概略図である。 従来のＯＣＸＯの各部を分離して斜め上から見た概略図である。 従来のＯＣＸＯの各部を分離して斜め下から見た概略図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る表面実装型デバイスは、複数のピンが一体的に形成されたピンアダプタをベース基板に搭載し、ピンの先端を水晶振動子等の電子部品が実装されたメイン基板の穴に挿入して、ベース基板にメイン基板を自動実装し、ベース基板上での半田接続をリフローで行い、その後、全体をカバーで覆うようにしているので、自動実装が可能で、リフローで半田接続できるものである。

更に、ピンアダプタを用いてメイン基板とピンを接続するため、ユーザ基板との接続の制約が少なくなり、設計の自由度を高めることができ、また、ベース基板にピン挿入の貫通孔を設けない構成としたため、ベース基板の底面からピンの端部が突出することがなく、顧客が不良とは認識することがなくなり、顧客の要求にも応じることができるものである。

［実施の形態のＯＣＸＯ：図１〜３］
本発明の実施の形態に係る表面実装型デバイス（本デバイス）について図１〜３を参照しながら説明する。尚、図１〜３では、本デバイスがＯＣＸＯに適用されたものである。図１は、本発明の実施の形態に係るＯＣＸＯの概略図であり、図２は、実施の形態に係るＯＣＸＯの各部を分離して斜め上から見た概略図であり、図３は、実施の形態に係るＯＣＸＯの各部を分離して斜め下から見た概略図である。

本発明の実施の形態に係るＯＣＸＯ（本ＯＣＸＯ）は、図１〜３に示すように、メイン基板２に水晶振動子等の電子部品が搭載され、複数のピン６と一体的に形成されたピンアダプタ５がベース基板１に配置され、複数のピン６の先端がメイン基板２の対応する穴に挿入されて、メイン基板２とベース基板１が接続され、メイン基板２及びピンアダプタ５を覆うようにカバー３が設けられた構成となっている。
従って、ベース基板１にはピン挿入用の穴は設けられていない。

［ピンアダプタとピン：図４，５］
本ＯＣＸＯのピンアダプタ５とピン６について図４，５を参照しながら具体的に説明する。図４は、ピンアダプタとピンを斜め上から見た概略図であり、図５は、ピンアダプタとピンを斜め下から見た概略図である。
ピンアダプタ５は、図４，５に示すように、耐熱性の樹脂によるプラスチックで形成され、ピン６は導電性の金属で形成されている。

ピンアダプタ５は、金型を用いたインサート成型で作成されるものであり、その金型に全てのピン６を挿入した状態で樹脂を流し込んで形を形成するもので、ピン６とピンアダプタ５が一体に形成される。

ピンアダプタ５は、両長辺の側面に沿って、フランジ５１が形成されている。
フランジ５１は、ピンアダプタ５の底面から少し下側に突出した帯状の形状となっており、ベース基板１との接触部分がフランジ５１の辺部分となり、ピンアダプタ５をベース基板１から少し浮かせる役割を果たしている。尚、フランジ５１は、ピンアダプタ５の両短辺の側面に沿って形成してもよい。

このフランジ５１により、ピンアダプタ５とベース基板１との接触面積を小さくし、熱伝導を抑制している。
また、フランジ５１により、ベース基板１の電極パターンとピン６の折り曲げられた足部分との間に空間を形成し、リフローによる半田層が形成しやすくしている。

ピンアダプタ５は、ピン６が形成される部分（周囲部分）と、強度を保つための中央部分がプラスチックで形成され、中心部分の左右に大きめの開口部５２が設けられ、中央部でもピンの足部分が露出する箇所に小さめの開口部５３が設けられている。
ここで、周囲部分のプラスチックを「周囲フレーム部」と呼び、中央部分のプラスチックを「中央フレーム部」と呼び、両者を併せて「フレーム部」と呼ぶ。
これら開口部５２，５３により、ピン６の折り曲げられた足部分とベース基板１の電極パターンとをリフローにより半田付けできる。

また、ピンアダプタ５の周囲フレーム部には、ピン６の周囲を包むようにピン６を支持する円柱形状の支持部が垂直方向に設けられている。この支持部によってピン６の垂直方向の精度と強度が保持されるようになっている。

また、ピンアダプタ５は、図５に示すように、底面に２箇所、突起部の位置決めピン５４が形成され、ベース基板１にその位置決めピン５４に対応する凹部が形成され、位置決めピン５４がベース基板１の凹部に挿入されることで、位置ずれを防止している。

ピン６は、メイン基板２に向かう先端部分が途中から段差部分を設けて細くなっており、その細くなった先端部分がメイン基板２の穴に挿入され、本来の幅の部分までは穴に挿入されず、穴周辺を段差部分で持ち上げる構成となっている。
つまり、メイン基板２の穴は、ピン６の先端の細い部分が挿入できる大きさであるが、ピン６の本来の幅（本来の太さ）までは挿入できない大きさとなっている。

また、ピン６の足部分は、ピンアダプタ５の底面で内側に折り曲げられた帯状の構造となっている。当該ピン６の足部分に相当するベース基板１の表面には、対応する金属電極のパターンが形成されており、ピン６の足部分と金属電極のパターンがリフローにより半田接続されるようになっている。
尚、ベース基板１の長辺の側面には金属電極のパターンに接続して裏面の金属電極に接続するスルー端子が設けられている。

ピンアダプタ５では、ベース基板１に形成した貫通孔にピンを貫通させるものではないため、ユーザ基板の仕様に左右されず、メイン基板２に実装される電子部品の配置に応じてピン６の位置を任意に変更でき、また、ピン６の数も図４，５では６本であるが、任意の数、例えば１０本にすることもでき、設計の自由度を高めることができる。

［温度対周波数特性：図６］
次に、本ＯＣＸＯの温度対周波数特性について図６を参照しながら説明する。図６は、温度対周波数特性を示す図である。
本ＯＣＸＯでは、ピン６に鉄とニッケルの合金（例えば、４２アロイ、コバール等）を用いており、電流の損失が少ないため、図６に示すように、温度特性は比較的フラットな特性を得た。

［温度対電流特性：図７］
更に、本ＯＣＸＯの温度対電流特性について図７を参照しながら説明する。図７は、温度対電流特性を示す図である。
本ＯＣＸＯでは、温度対周波数特性は図６のように良好であったが、熱伝導率が高いため、放熱量が増加し、その結果、図７に示すように電流が増加した特性となった。

［別の実施の形態］
次に、別の実施の形態に係る表面実装型デバイス（別のデバイス）について説明する。特に、この別のデバイスが適用されたＯＣＸＯ（別のＯＣＸＯ）について説明する。
別のＯＣＸＯは、本ＯＣＸＯと基本的に同様であり、相違する点は、ピンアダプタ５とピン６の構成部分である。

［別のピンアダプタとピン：図８，９］
別のＯＣＸＯのピンアダプタとピン（別のピンアダプタと別のピン）について図８，９を参照しながら説明する。図８は、別のピンアダプタと別のピンを斜め上から見た概略図であり、図９は、別のピンアダプタと別のピンを斜め下から見た概略図である。
本ＯＣＸＯのピン６は、全て同じ形状となっていたが、別のピンは、配置される位置によって異なる形状をしている。

具体的には、接地されるグランド（ＧＮＤ）ピン６ａは、先端部分を除いて幅を他のピンより広くし、電源に接続する電源ピン６ｄも幅を広くしている。幅を広くすることで、電流容量を増加させることができる。
その他のピン６ｂ，６ｃ，６ｅ，６ｆは、伝導する熱量を抑制するために、可能な限りピン幅を狭く（細く）している。

ピン６の折り曲げた足部分も同様に、幅が広いピンは幅広く、幅の狭いピンは幅狭い構成としている。これにより、ベース基板１の電極との半田接合部分を小さくして、伝導する熱量を抑制している。
尚、ピン６ｃ，６ｆは、ピンアダプタ５の角部分に位置するため、メイン基板２を安定的に搭載するために、段差部を十字状の形状としている。

別のピンアダプタ５は、ピン６の形状が変更になったのを反映して、ピン６を包む支持部の形状も変更している。
具体的には、ピン幅を広く形成したピン６ａ，６ｄに対して支持部を広くし、ピン幅を狭く形成したピン６６ｂ，６ｃ，６ｅ，６ｆに対して支持部を狭くしている。

また、別のピンアダプタ５にも、フランジ５１と位置決めピン５４が形成されている。
図５では、ピン６の足部分がピンアダプタ５の底面に形成された窪み部分に形成されているため、フランジ５１による持ち上げ幅を大きくする必要はなかったが、図９では、ピン６の足部分がピンアダプタ５の底面より突出して折り曲げられているため、図５に比べてフランジ５１による持ち上げ幅を大きくしている。

［別のＯＣＸＯの温度対周波数特性：図１０］
別のＯＣＸＯの温度対周波数特性について図１０を参照しながら説明する。図１０は、別のＯＣＸＯの温度対周波数特性を示す図である。
別のＯＣＸＯでもピン６に鉄とニッケルの合金を使用し、ＧＮＤピン６ａと電源ピン６ｄの幅を広くはしたものの、若干の電流容量に影響が出たことにより、図１０に示すように、恒温側の温度特性が悪化したが、製品特性としては許容範囲内である。

［別のＯＣＸＯの温度対電流特性：図１１］
更に、別のＯＣＸＯの温度対電流特性について図１１を参照しながら説明する。図１１は、別のＯＣＸＯの温度対電流特性を示す図である。
別のＯＣＸＯでは、伝導する熱量を抑制する構成を採用したことにより、図１１に示すように電流を減少させ、図７に比べて改善された特性となった。

［実施の形態の効果］
本ＯＣＸＯ及び別のＯＣＸＯによれば、複数のピン６が一体的に形成されたピンアダプタ５を、ベース基板１上に搭載し、ピン６の先端をメイン基板２の対応する位置に設けられた穴に挿入してベース基板１とメイン基板２とを接続するようにしているので、自動実装が可能で、リフローによる半田付けを可能とし、設計の自由度を向上させ、顧客の要求に応じることができる効果がある。

本ＯＣＸＯ及び別のＯＣＸＯによれば、ピンアダプタ５を用いることで、メイン基板２の熱を、ベース基板１を介してユーザ基板に放出されるのを防止できる効果がある。

本ＯＣＸＯ及び別のＯＣＸＯによれば、フランジ５１によりピンアダプタ５をベース基板１から浮かせ、接触面積を小さくする構成としているので、伝導する熱量を抑制できる効果がある。

本ＯＣＸＯ及び別のＯＣＸＯによれば、ピンアダプタ５の底面に形成した位置決めピン５４がベース基板１の対応する位置に設けられた凹部に挿入されて、ピンアダプタ５の位置が固定されるようになっているので、ピンアダプタ５の位置がずれることがないという効果がある。

別のＯＣＸＯによれば、ピンの幅を信号の種類に応じて変更することにより、温度対電流特性を向上させることができる効果がある。

本発明は、複数のピンが一体的に形成されるピンアダプタによってベース基板とメイン基板を接続して、自動実装を可能とし、半田接続もリフローが可能となり、設計の自由度を高め、顧客の要求にも応じることができる表面実装型デバイスに好適である。

１...ベース基板、 ２...メイン基板、 ３...カバー、 ５...ピンアダプタ、 ６，６′...ピン、 ５１...フランジ、 ５２，５３...開口部、 ５４...位置決めピン

Claims (7)

1. 電子部品が実装されたメイン基板とベース基板とを接続する表面実装型デバイスの構造であって、複数のピンを備えるピンアダプタを前記ベース基板に固定し、前記ピンの細く形成した先端を前記メイン基板に設けられた穴に挿入して、前記メイン基板と前記ベース基板を接続したことを特徴とする表面実装型デバイス。
2. 電子部品が実装されたメイン基板をベース基板に搭載する表面実装型デバイスであって、
   垂直方向に立てられた複数の金属製のピンを組み込んで成型されたピンアダプタが前記ベース基板に搭載され、
   前記ピンの先端部分が前記メイン基板の対応する位置に設けられた穴に挿入されて、前記メイン基板と前記ベース基板が接続され、
   前記メイン基板及び前記ピンアダプタを覆うようカバーが設けられることを特徴とする表面実装型デバイス。
3. ピンアダプタにおいて、メイン基板に接続しない側のピンの足部分が内側に折り曲げられており、当該ピンの足部分には開口部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の表面実装型デバイス。
4. ピンアダプタの底面に位置決めピンが形成され、
   ベース基板には前記位置決めピンに対応する位置に凹部が形成され、
   前記ピンアダプタの位置決めピンが前記ベース基板の凹部に挿入されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の表面実装型デバイス。
5. ピンアダプタの側面にベース基板側に突出したフランジを設け、前記ピンアダプタの底面を前記ベース基板の表面から持ち上げるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の表面実装型デバイス。
6. ピンアダプタにおいて、ピンの周囲を包み当該ピンを支持する支持部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の表面実装型デバイス。
7. ピンにおいて、グランドに接続するピンと電源に接続するピンの幅を広くし、その他のピンの幅を狭くしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の表面実装型デバイス。

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