JP2014022540A

JP2014022540A - プリント配線板及び回路モジュール及び照明器具

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Publication number: JP2014022540A
Application number: JP2012159358A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Minagawa; 良司皆川; Shinsuke Funayama; 信介船山; Mitsuhiro Shimojima; 光広下嶋; Chizuru Imayoshi; ちづる今▲吉▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】プリント配線板に設けられた貫通穴に挿通した端子をフロー方式によりはんだ付けをした場合に、はんだ付け不良の発生を抑えることにより、はんだ付け作業を効率化する。
【解決手段】基板１１は、貫通穴１１１を有する。貫通穴１１１は、抜止めを有する端子をＡ面側から挿通し、Ｂ面側に端子の先端が露出する。導体箔１２は、基板１１のＢ面側の上に設けられ、Ｂ面側に露出した端子の先端をはんだ付けする。導体箔１２は、貫通穴１１１の縁から所定の距離以内の範囲には設けられていない。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント配線板に関する。

プリント配線板に電線などを接続する方式として、電線の先端にコネクタを設け、プリント配線板にハウジングを実装して、コネクタとハウジングを嵌合させる方式がある。
これに対し、プリント配線板にハウジングを実装するスペースがない場合などにおいて、プリント配線板に電線を直接はんだ付けする方式もある。
電線を直接はんだ付けする方式において、はんだ付け作業の効率を高めるため、電線の先端に端子を設ける方式がある。端子には、抜止めが設けられていて、端子をプリント配線板に設けられた貫通穴に挿通すると、抜止めがプリント配線板と係合することにより、作業中に電線が抜けるのを防ぐ。

実公昭６２−４０５３３号公報

電線を直接はんだ付けする際、手作業によりはんだ付けをすると、はんだ付けをし忘れる可能性がある。フロー方式によりはんだ付けをすれば、はんだ付け漏れを防ぐことができるが、はんだの回りが悪く、はんだ付け不良となる場合がある。

この発明は、例えば、プリント配線板に設けられた貫通穴に挿通した端子をフロー方式によりはんだ付けをした場合に、はんだ付け不良の発生を抑えることにより、はんだ付け作業を効率化することを目的とする。

この発明にかかるプリント配線板は、抜止めを有する端子を一方の面から挿通して、他方の面に上記端子の先端が露出する貫通穴を有する基板と、上記基板の上記他方の面の上に設けられ、上記他方の面に露出した上記端子の先端をはんだ付けする導体箔とを有し、上記貫通穴の縁から所定の距離以内の範囲には、上記導体箔が設けられていないことを特徴とする。

この発明にかかるプリント配線板によれば、プリント配線板に設けられた貫通穴に挿通した端子をフロー方式によりはんだ付けをした場合に、はんだ付け不良の発生を抑えることができ、はんだ付け作業を効率化することができる。

実施の形態１におけるプリント配線板１０の一部を拡大した平面図及び側面視断面図。実施の形態１における端子２０の形状を示す正視図。実施の形態１における回路モジュール４０の一部を拡大した平面図及び側面視断面図。はんだ付けの状態を示す図。プリント配線板１０の各部の寸法を表わす記号を示す図。実験の結果をまとめたグラフ図。実験の結果に基づくはんだ付け不良発生率を示すグラフ図。導体箔１２についた傷１２１の例を示す図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図８を用いて説明する。

図１は、この実施の形態におけるプリント配線板１０の一部を拡大した平面図及び側面視断面図である。

プリント配線板１０は、例えば、基板１１と、導体箔１２と、ソルダレジスト１３とを有する。
基板１１は、例えば、紙フェノールやガラスエポキシなどにより形成された板である。以下、基板１１の一方の面を「Ａ面」、他方の面を「Ｂ面」と呼ぶ。
導体箔１２は、基板１１のＢ面の上に設けられている。なお、導体箔１２が基板１１のＡ面の上にも設けられる構成であってもよい。導体箔１２は、例えば銅など電気伝導率の高い材料で形成されている。導体箔１２は、プリント配線板１０に実装される電子部品などの間を電気接続する配線となる。
ソルダレジスト１３は、導体箔１２の更に上に設けられている。ソルダレジスト１３は、導体箔１２を保護し、また、導体箔１２の不必要な部分にはんだが付着するのを防ぐ。

基板１１は、貫通穴１１１を有する。貫通穴１１１は、基板１１のＡ面からＢ面へ貫通している。貫通穴１１１の形状は、例えば円柱状であるが、他の形状であってもよい。
貫通穴１１１は、端子を挿通するための穴である。貫通穴１１１に挿通される端子は、基板直付け型であり、抜止めを有する。端子は、基板１１のＡ面側から貫通穴１１１に挿通され、Ｂ面側に先端が露出する。Ｂ面側に露出した端子の先端部分は、はんだ付けにより導体箔１２に固定され、導体箔１２と電気接続する。

導体箔１２は、貫通穴１１１の周囲を囲んでいる。端子がはんだ付けされない方向があると、はんだ付けの強度が弱くなり、接続不良となる場合がある。導体箔１２が貫通穴１１１の周囲を囲んでいることにより、端子が全方向にはんだ付けされ、はんだ付けの強度が強くなり、接続不良の発生を防ぐ。
ただし、導体箔１２は、貫通穴１１１の縁から所定の距離以内の範囲には、設けられていない。貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄは、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましい。その理由については、後述する。

プリント配線板１０は、例えば、次のようにして製造される。
まず、基板１１のＢ面一面に、導体箔１２を形成する。
その後、導体箔１２の不要な部分をエッチングして、配線パターンを形成する。このとき、貫通穴１１１となる部分には、導体箔１２をエッチングして基板１１が露出した部分を形成する。この部分は例えば円形であり、その直径は、貫通穴１１１の直径よりも大きい。
その後、例えば金型加工などにより、貫通穴１１１を形成する。

図２は、この実施の形態における端子２０の形状を示す正視図である。

端子２０は、例えば、電線２１と、コネクタ金具２２とを有する。

電線２１は、例えば、被覆２１１と、撚線２１２とを有する。撚線２１２は、銅などの導体により形成された細い線状の部材を複数撚り合わせたものである。被覆２１１は、ポリ塩化ビニルなどの絶縁体により形成され、撚線２１２を覆っている。電線２１の先端では、被覆２１１を剥いて、撚線２１２を露出させている。

コネクタ金具２２は、電線２１の先端に、圧着などにより固定されている。コネクタ金具２２は、露出した撚線２１２と接触して電気接続している。コネクタ金具２２は、例えば、被覆保持部２２１と、撚線保持部２２２と、抜止め２２３と、バネ部２２４とを有する。
被覆保持部２２１は、電線２１の被覆２１１を囲い、保持する。
撚線保持部２２２は、電線２１の撚線２１２の先端付近を囲い、撚線２１２がバラけるのを防ぎ、保持する。
抜止め２２３は、端子２０が基板１１の貫通穴１１１に挿通されたとき、貫通穴１１１の周囲の基板１１と係合して、端子２０が貫通穴１１１から外れるのを防ぐ。
バネ部２２４は、弾性を有する。バネ部２２４は、端子２０が基板１１の貫通穴１１１に挿通されたとき、貫通穴１１１の内壁に当接する。挿通の過程において、バネ部２２４が変形することにより、抜止め２２３を貫通穴１１１に通すことを可能とする。抜止め２２３が貫通穴１１１を通過すると、バネ部２２４が元の形状に戻り、抜止め２２３を基板１１に係合させる。

図３は、この実施の形態における回路モジュール４０の一部を拡大した平面図及び側面視断面図である。

なお、プリント配線板１０や端子２０の細部の符号は、図１及び図２を参照されたい。また、平面図においては、基板１１と端子２０との係合の様子が見えるよう、はんだ３０を記載していない。

回路モジュール４０は、例えば照明器具などの装置に内蔵された電源回路などのモジュールである。回路モジュール４０は、抵抗などの電気部品や端子２０などをプリント配線板１０に実装することにより形成されている。端子２０は、プリント配線板１０の貫通穴１１１にＡ面側から挿通され、Ｂ面側に先端が露出し、はんだ付けにより固定されている。

貫通穴１１１に端子２０の先端を挿通すると、抜止め２２３が基板１１と係合する。これにより、端子２０が外れるのを防ぐ。ただし、これは、はんだ付けされるまでの仮止めである。その後、端子２０の先端は、貫通穴１１１の周囲に設けられた導体箔１２にはんだ付けされ、電気接続されるとともに、固定される。

図４は、はんだ付けの状態を示す図である。

はんだ付けが良好にされた場合、はんだ３０ａのように、端子２０の周りに途切れなくはんだが回り、導体箔１２と接続する。このようにはんだ付けがされていれば、どちらの方向からの力に対しても強度がある。
はんだ付けが不良である場合、はんだ３０ｂのように、端子２０の周りにはんだが途切れた部分が存在する。このようにはんだ付けがされた場合、力が加わる方向によっては強度が不足してはんだが外れたり、導体箔１２が剥がれたりする可能性がある。

はんだ付けには、手作業で行う方式と、フロー方式とがある。
手作業ではんだ付けをする場合、はんだ付けをし忘れる可能性がある。フロー方式ではんだ付けをすれば、はんだ付け漏れを防ぐことができる。
しかし、フロー方式ではんだ付けをする場合、はんだの回りが悪く、はんだ付け不良が発生する可能性がある。

そこで、次のような実験を行った。
貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄを変えて、フロー方式ではんだ付けをし、はんだ付け不良が発生するか否かを検査した。

図５は、プリント配線板１０の各部の寸法を表わす記号を示す図である。

貫通穴１１１は、円形である。φ_１は、貫通穴１１１の直径を表わす。貫通穴１１１の周囲の基板１１が露出している部分も円形である。φ_２は、基板１１が露出している部分の直径を表わす。
貫通穴１１１の中心は、設計上、基板１１が露出している部分の中心と一致しているが、実際には、製造誤差により、貫通穴１１１の中心と、基板１１が露出している部分の中心との間には、ずれが生じる。εは、貫通穴１１１の中心と、基板１１が露出している部分の中心との間の距離を表わす。
距離εが０ならば、貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄは、（φ_２−φ_１）／２で一定となる。しかし、実際には、距離εが０ではないので、場所によって、距離ｄが短いところと、長いところとが生じる。距離ｄの最大値ｄ_ｍａｘは、（φ_２−φ_１）／２＋εになる。距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎは、（φ_２−φ_１）／２−εになる。

実験では、１枚の基板に６枚のプリント配線板１０を割り付けたものを８枚製造した。それぞれのプリント配線板１０には、貫通穴１１１を４つ設けた。貫通穴１１１の直径φ_１は、設計上すべて同じとしたが、実際に測定したところ、２．１６ｍｍ〜２．１９ｍｍの間に分布していた。
また、１枚の基板に割り付けた６枚のプリント配線板１０を２枚ずつ３つのグループに分け、グループごとに、基板１１が露出している部分の直径φ_２を変えた。それぞれのグループ内において、直径φ_２は、設計上同じとしたが、実際に測定したところ、第一のグループでは２．３９ｍｍ〜２．４３ｍｍの間に分布し、第二のグループでは２．５９ｍｍ〜２．６３ｍｍの間に分布し、第三のグループでは２．７９ｍｍ〜２．８３ｍｍの間に分布していた。

また、距離εは、０．００ｍｍ〜０．１７ｍｍの間に分布していた。

なお、これらの値は、プリント配線板１０の写真を撮って拡大し、拡大した写真上で測定した。

図６は、実験の結果をまとめたグラフ図である。

横軸は、（φ_２−φ_１）／２を示す。縦軸は、距離εを示す。右肩上がりの破線は、距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎが等しい点を繋いだ線である。左肩上がりの破線は、距離ｄの最大値ｄ_ｍａｘが等しい点を繋いだ線である。
「○」は、はんだ付けが良好であることを示す。「△」及び「×」は、はんだ付け不良を示す。「△」は、図４で説明したように、端子２０の周りにはんだが途切れた部分が存在する場合を示す。「×」は、端子２０と導体箔１２とが接続していない場合を示す。

図７は、実験の結果に基づくはんだ付け不良発生率を示すグラフ図である。

横軸は、距離ｄを示す。縦軸は、はんだ付け不良発生率を示す。
破線８１は、横軸の距離ｄとして、距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎをとった場合を表わす。
点線８２は、横軸の距離ｄとして、距離ｄの最大値ｄ_ｍａｘをとった場合を表わす。
実線８３は、横軸の距離ｄとして、最小値ｄ_ｍｉｎと最大値ｄ_ｍａｘとの平均をとった場合を表わす。

この結果から、以下のことがわかる。
（１）距離ｄの最大値ｄ_ｍａｘが０．３２ｍｍを超えると、はんだ付け不良発生率が増加する。
（２）距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎが０．１２ｍｍを下回ると、はんだ付け不良発生率が増加する。

このため、距離ｄを０．１２ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下とすれば、はんだ付け不良の発生を抑えることができる。

距離ｄが大き過ぎるとはんだ付け不良が発生するのは、はんだが届かないからである。しかし、はんだ付け不良は、距離ｄが小さ過ぎる場合にも発生している。

そこで、貫通穴１１１に端子２０を挿通した後、はんだ付けをする前の状態を撮影した写真を解析したところ、導体箔１２に傷がつくと、はんだ付け不良が発生することが判明した。

図８は、導体箔１２についた傷１２１の例を示す図である。

傷１２１は、抜止め２２３が導体箔１２に当たって、導体箔１２を剥がすことにより、発生する。
したがって、抜止め２２３が通る位置で、貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄが大きければ、傷１２１は発生しない。
貫通穴１１１が円形である場合、抜止め２２３が通る位置は一定ではないので、はんだ付け不良の発生を抑えるには、距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎを大きくする必要がある。

実験では、距離ｄの最小値ｄ_ｍｉｎが比較的小さくても、はんだ付け不良とならない場合があったが、これは、距離ｄが比較的大きい位置を抜止め２２３が通ったためと考えられる。
このため、はんだ付け不良の発生を確実に抑えるには、実験結果から求めた値よりも距離ｄの下限を大きくすべきである。

以上の考察より、距離ｄは、０．２０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であることが好ましい。

以上、説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、本質的でない部分の構成を、他の構成で置き換えた構成であってもよい。

基板１１の材料は、特に限定しないが、紙フェノール基板に、金型加工により貫通穴１１１を設けた構成である場合、貫通穴１１１の内壁が荒いので、本発明の効果が顕著である。
また、プリント配線板１０は、片面基板でもよいし、両面基板でもよいし、多層基板でもよいが、貫通穴１１１の内壁に導体箔１２が設けられていない構成である場合、本発明の効果が顕著である。
また、端子２０の形状は、上述した例に限らず、抜止めを有するものであればよい。
また、貫通穴１１１の形状は、円形に限らず、端子２０の形状に適合したものであればよい。貫通穴１１１及び端子２０の形状により、抜止めが通る位置が定まる場合、抜止めが通る位置において、貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄが、下限以上であればよく、それ以外の位置では、貫通穴１１１の縁から導体箔１２の縁までの距離ｄが、下限より小さくてもよい。

１０プリント配線板、１１基板、１１１貫通穴、１２導体箔、１２１傷、１３ソルダレジスト、２０端子、２１電線、２１１被覆、２１２撚線、２２コネクタ金具、２２１被覆保持部、２２２撚線保持部、２２３抜止め、２２４バネ部、３０はんだ、４０回路モジュール、８１破線、８２点線、８３実線。

Claims

抜止めを有する端子を一方の面から挿通して、他方の面に上記端子の先端が露出する貫通穴を有する基板と、
上記基板の上記他方の面の上に設けられ、上記他方の面に露出した上記端子の先端をはんだ付けする導体箔とを有し、
上記貫通穴の縁から所定の距離以内の範囲には、上記導体箔が設けられていない
ことを特徴とするプリント配線板。
上記貫通穴の縁から上記導体箔の縁までの距離は、０．２ミリメートル以上０．３ミリメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
請求項１または請求項２に記載のプリント配線板と、
抜止めを有し、上記貫通穴に上記一方の面から挿通され、上記他方の面に先端が露出し、上記導体箔にはんだ付けされた端子と
を有することを特徴とする回路モジュール。
請求項３に記載の回路モジュールを有することを特徴とする照明器具。