JP2014107301A - 部品実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基板とその基板に実装される部品とを備えた部品実装構造において、部品の実装ずれを防止できる部品実装構造を提供する。
【解決手段】ＥＣＵに収容されるプリント基板４の端には、部品としてのコネクタ３が実装される。そのコネクタ３の一部３３はプリント基板４から突出している。その突出部３３の下部には下方に突出する第１凸部３３１が形成され、第１凸部３３１の後面３３１ａがプリント基板４の縁部４１２ａに当たっている。これにより、コネクタ３の奥行き方向Ｐ２への実装ずれを防止できる。また、プリント基板４には、縁部４１２ａ側が開いた穴４５が形成されている。コネクタ３の下面に、穴４５と同一形状の第２凸部３５が形成されている。第２凸部３５が穴４５に嵌められ、第２凸部３５の左右側面３５１が穴４５の左右縁４５１に当たっている。これにより、コネクタ３の左右方向Ｐ１への実装ずれを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、コネクタ等の部品を基板に実装した部品実装構造に関する。

車両には、安全性、省燃費性、快適性、利便性などを向上させるため各種電子制御が取り入れられ、これら電子制御を実現するためのＥＣＵ（電子制御ユニット）が数多く搭載される。ＥＣＵは、各種電子部品を実装した基板と、その基板を収容するケースとから構成される（例えば特許文献１参照）。基板の端には、外部（他のＥＣＵ）と電気的接続を行うためのコネクタが実装され、そのコネクタの前面（外部からのコネクタプラグが差し込まれる接続口）がケースの開口から露出するように、コネクタ（基板）はケースに収容される。

コネクタ等の部品には、表面実装タイプ（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）と挿入リードタイプ（ＴＨＤ：Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｏｌｅ ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）がある。ＳＭＤタイプのコネクタを基板に実装するには、先ず、基板のランド部にクリームはんだを塗る。その後、自動実装機が、コネクタ及び基板の形状を認識して、基板のランド部とそのランド部にて基板に固定されるコネクタの固定部とを位置合わせし、コネクタを基板にマウントする。その後、リフローを実施して、基板のランド部とコネクタの固定部とをはんだ付けする。ＴＨＤタイプのコネクタの実装もＳＭＤタイプと同様の工程であるが、コネクタを基板にマウントする際に、基板に空けた穴にコネクタのリードピンを挿入し、リフローを実施してそのリードピンを基板の穴にてはんだ付けする。

特開２０１０−１１８４９２号公報

ところで、ＳＭＤタイプのコネクタを使用する際に、はんだ部に応力がかかってはんだ寿命が低下するのを防ぐために、コネクタとケース（ケースの開口の外周縁）の間には隙間を設ける必要がある。一方で、車両盗難など重要機能を制御するＥＣＵでは、ＩＰ４０といったＥＣＵ（ケース）内への異物混入を防ぐ目的の試験規格も制定され、その試験規格を満たすために、ケースには一定以上（例えば１ｍｍ以上）の隙間がないように設計する必要がある。

しかし、コネクタ等の部品を基板にマウントする際に、ランド部の形状や、部品寸法や、自動実装機の精度等によって実装ずれが発生する場合がある。特に、コネクタの実装ずれが発生すると、コネクタとケースとが接触し、又はコネクタとケースの間にＩＰ４０等の試験規格を満たさない一定以上の隙間が形成されてしまうおそれがある。従来では、部品実装後に、はんだのフィレット形状や、部品の実装ずれの有無等の検査は行われているが、部品の実装ずれを防止する構造の提案はない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板とその基板に実装される部品とを備えた部品実装構造において、部品の実装ずれを防止できる部品実装構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基板とその基板に実装される部品とを備えた部品実装構造であって、
前記部品の下部には凸部又は凹部が設けられ、
前記基板には、前記凸部又は前記凹部の側面を受け止める側面受部が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、部品の下部に設けられた凸部又は凹部の側面が、基板に設けられた側面受部で受け止められるので、その側面の方向（側面の法線方向）の部品の位置ずれ（実装ずれ）を防止できる。

ＥＣＵ１の斜視図である。 プリント基板４の全体を上から見た図である。 コネクタ３及びコネクタ３周辺のプリント基板４を示した図である。 コネクタ３を下から見た図及び横から見た図である。 プリント基板４におけるコネクタ３の実装領域を示した図である。 従来のコネクタの実装構造を示した図である。 第１変形例に係る部品実装構造の図である。 第２変形例に係る部品実装構造の図である。 第３変形例に係る部品実装構造の図である。 第４変形例に係る部品実装構造の図である。 第５変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４を上から見た図である。 第５変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４を横から見た図である。

以下、本発明に係る部品実装構造の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の部品実装構造を備えたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｌ Ｕｎｉｔ）の斜視図を示している。図１のＥＣＵ１は、車両に搭載されて、車両のエンジンを制御するエンジンＥＣＵや、車両のエアコンを制御するエアコンＥＣＵなどである。図１に示すように、ＥＣＵ１は、略直方体状のケース２を備えている。そのケース２の側面の１つ（側面２０）には、長方形状の側面２０の長手方向に長い長方形状の開口２１が形成されている。その開口２１には、外部（他のＥＣＵ）と電気的接続を行うためのコネクタ３の前面３１（他のＥＣＵと接続したコネクタプラグが差し込まれる接続口）が露出している。その前面３１は開口２１と相似形とされ、前面３１の外周縁と開口２１の外周縁の間には隙間ｄ１が設けられている。つまり、前面３１（コネクタ３）と開口２１（ケース２）は接触していない。また、隙間ｄ１から異物が混入してＥＣＵ１の内部が破壊されるのを防止するために、隙間ｄ１は、異物混入を防ぐ目的の試験規格（具体的にはＩＰ４０など）を満たす値（具体的には例えば１ｍｍ未満）に設定されている。

なお、以下では、側面２０からその側面２０に対向する側面２２に向かう方向Ｐ２（後述する図２のプリント基板４の縁部４１２ａから縁部４１２ｂに向かう方向）を「奥行き方向」とする。また、開口２１の長手方向Ｐ１（プリント基板４（図２参照）に平行な方向のうち奥行き方向に直交する方向）を「左右方向」として説明する。

ケース２内には、コネクタ３を含む各種電子部品を実装したプリント基板が収容されている。ここで、図２は、ケース２に収容されるプリント基板４を上から見た図（平面図）を示している。なお、図２では、プリント基板４の左右の両端（図２の紙面方向で左右の両端）に耳部４２を図示しているが、ケース２に収容された状態ではその耳部４２は切り落とされている。つまり、図２では、ケース２に収容される前段階のプリント基板４を図示している。また、図２では、コネクタ３以外の電子部品の図示を省略している。

図２に示すように、プリント基板４の端４１１（耳部４２が設けられていない端）にはＳＭＤタイプのコネクタ３が実装されている。詳細には、コネクタ３は、略直方体状の樹脂製のコネクタハウジング３０を備える。そのコネクタハウジング３０の後面３２（前面３１と対向する面）には複数の端子３２１が突出している。それら端子３２１は、後面３２から水平方向に突出した後、下向きに屈曲され、さらに先端がもとの突出方向に屈曲されている。それら端子３２１の先端が、プリント基板４に形成されたランド部４３（銅箔部）にてはんだ付けされている。各ランド部４３と、プリント基板４に実装された他の電子部品（図示外、例えばマイコン）の間には、回路パターン（図示外）が形成されており、その回路パターンを介して、コネクタ３に入力された外部からの信号がその電子部品に入力され、または電子部品が出力した信号がコネクタ３を介して外部に出力されるようになっている。なお、以下では、コネクタハウジングを単にコネクタという場合もある。

図３（Ａ）は、コネクタ３及びコネクタ３周辺のプリント基板４を上から見た図（平面図）であり、図３（Ｂ）はコネクタ３及びコネクタ３周辺のプリント基板４を横から見た図（側面図）である。なお、図３（Ａ）では、コネクタ３（コネクタハウジング）の下面側が透視するように図示している。図４（Ａ）は、コネクタ３の下面側を示した図（コネクタ３を下から見た図）であり、図４（Ｂ）はコネクタ３を横から見た図（図４（Ａ）に対応する側面図）である。また、図５は、図３（Ａ）からコネクタ３を取り除いた図であり、プリント基板４におけるコネクタ３の実装領域を示している。なお、図２〜図５では、端子３２１及びランド部４３（図２参照）の図示を省略している。

図３〜図５を参照して、コネクタ３及びコネクタ３の実装領域の詳細を説明する。図３、図５に示すように、コネクタ３の下面が接触するプリント基板４の領域にはランド部４４（銅箔部）が形成されている。本実施形態では、左右方向Ｐ１に２つのランド部４４が形成されている。図４（Ａ）に示すように、コネクタ３（樹脂製のコネクタハウジング）の下面３４１には、ランド部４４に対応する位置に、銅などの金属で形成された金属部３６が形成されている。図３（Ｂ）に示すように、コネクタ３は、金属部３６がランド部４４の上にくるようにプリント基板４に実装されている。そして、それら金属部３６、ランド部４４は、はんだ付けされている。このように、コネクタ３は、金属部３６及びランド部４４のはんだ付けにより、プリント基板４に固定されている。

また、図３（Ａ）に示すように、コネクタ３は、コネクタ３の前面３１がプリント基板４の縁部４１２ａに平行になるように、プリント基板４に実装されている。また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前面３１を含むコネクタ３の一部３３がプリント基板４から突出している。図３（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コネクタ３の突出した部分３３（以下、突出部という）の下部には下方に突出した第１凸部３３１が形成されている。その第１凸部３３１は、突出部３３の下部の全範囲にわたって形成されている。図３（Ｂ）に示すように、第１凸部３３１の後面３３１ａ（法線が奥行き方向Ｐ２に向いた側面）は、プリント基板４の縁部４１２ａに接触している。

さらに、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コネクタ３の下面３４１には、後面３３１ａの一部に接続する形で、下方に突出した第２凸部３５が形成されている。本実施形態では、第２凸部３５は、コネクタ３の左右方向Ｐ１の中央付近に形成されている。第２凸部３５は直方体状（図４（Ａ）の方向から見たときに長方形状）とされ、具体的には、第２凸部３５は、後面３３１ａに対して垂直に設けられた左右側面３５１（法線が左右方向Ｐ１に向いた側面）と、その左右側面３５１から直角に曲がるように設けられた側面３５２（法線が奥行き方向Ｐ２に向いた側面、以下奥行側面という））とを有している。なお、左右側面３５１及び奥行側面３５２は、下面３４１に対して垂直に設けられた面でもある。

一方、図５に示すように、プリント基板４の端４１１には、第２凸部３５に対応した形状（第２凸部３５の平面視形状と同一形状）、具体的には長方形状の穴４５が形成されている。穴４５は第２凸部３５に対応した位置に形成されている。すなわち、ランド部４４に対する穴４５の相対位置は、金属部３６に対する第２凸部３５の相対位置と同じである。また、穴４５は、縁部４１２ａから奥行き方向Ｐ２に凹む形で形成されている。別の言い方をすると、穴４５は、縁部４１２ａ側に開いており、縁部４１２ａから奥行き方向Ｐ２に延びた左右縁４５１（穴４５の左右側面）と、その左右縁４５１から直角に曲がる形で設けられた奥行縁４５２（穴４５の奥行側面）とを有している。なお、穴４５に代えて、底を有した凹部を形成したとしても良い。

図３（Ａ）に示すように、コネクタ３は、第２凸部３５が穴４５に嵌る形で、プリント基板４に実装されている。詳細には、第２凸部３５の左右側面３５１は、穴４５の左右縁４５１と接触している。また、第２凸部３５の奥行側面３５２は、穴４５の奥行縁４５２と接触している。なお、第１凸部３３１の後面３３１ａと縁部４１２ａとが接触しているので、奥行側面３５２及び奥行縁４５２を非接触にしても良い。

次に、コネクタ３のプリント基板４への実装工程を説明する。先ず、図２に示す耳部４２を有したプリント基板４を用意する。そのプリント基板４には、図３〜図５で説明したように、ランド部４３、４４や穴４５が形成されている。なお、耳部４２は、図２に示すように、プリント基板４の前後方向に長い長方形状とされている。耳部４２の両端部がプリント基板４の本体（コネクタ３を含む各電子部品が実装される部分）の角部に接続されている。

次いで、ランド部４３、４４を含む各電子部品のランド部にクリームはんだを所定量だけ塗布する。次いで、コネクタ３の端子３２１や金属部３６がランド部４３、４４の位置にくるように、自動実装機によりコネクタ３をプリント基板４の所定位置にマウントする。具体的には、自動実装機は、プリント基板４及びコネクタ３の形状を認識して、プリント基板４の原点Ｏ（図２参照）に対する所定座標の位置に、コネクタ３の基準点（例えば、コネクタハウジング３０の中心点３０ａ（図２参照））がくるように、かつ、コネクタ３の向きが所定向きとなるように、コネクタ３をプリント基板４にマウントする。

このとき、コネクタ３は、図３に示す状態にマウント（位置決め）される。つまり、後面３３１ａが縁部４１２ａに当たって、コネクタ３の奥行き方向Ｐ２における位置決めが行われる（コネクタ３の奥行き方向Ｐ２への移動が規制される）。これによって、コネクタ３の奥行き方向Ｐ２への実装ずれを防止できる。また、第２凸部３５の左右側面３５１が穴４５の左右縁４５１に当たって、コネクタ３の左右方向Ｐ１における位置決めが行われる（コネクタ３の左右方向Ｐ１への移動が規制される）。これによって、コネクタ３の左右方向Ｐ１への実装ずれを防止できる。また、第１凸部３３１はコネクタ３の突出部３３に設けられているので、突出部３３以外の部分に第１凸部を設けた場合に比べて、コネクタ３を図３の位置にマウントしやすい。また、穴４５は縁部４１２ａ側が開いているので、縁部４１２側が閉じている場合に比べて、コネクタ３を図３の位置にマウントしやすい。なお、自動実装機は、コネクタ３以外の電子部品もプリント基板４の所定位置にマウントする。

なお、図６は、比較例として、従来のコネクタの実装構造を示しており、詳細には図６（Ａ）は、従来のコネクタ３００及びプリント基板４００を上から見た図（平面図）であり、図６（Ｂ）は、コネクタ３００及びプリント基板４００を横から見た図（側面図）を示している。なお、図６において、図２〜図５に示す本発明の構造と同一部分には同一符号を付している。図６に示すように、従来では、コネクタ３００をプリント基板４００にマウントする際には、コネクタ３００は単にプリント基板４００に載るだけとなっているので、コネクタ３００、プリント基板４００の形状、ランド部４４、金属部３６の形状の公差や、自動実装機の精度によって、左右方向Ｐ１や奥行き方向Ｐ２に実装ずれが発生する場合がある。

次いで、各電子部品がマウントされたプリント基板４をリフロー炉に通してクリームはんだを固めるリフローを実施する。次いで、自動外観機又は目視によって、はんだのフィレット形状や各電子部品の実装ずれ等を検査する。検査が合格の場合には、耳部４２をルータでカットして、その耳部４２を廃棄する。その後、プリント基板４をケース２に収容する。

以上説明したように、本実施形態では、第１凸部３３１と縁部４１２ａの接触によってコネクタ３の奥行き方向Ｐ２の実装ずれを防止でき、第２凸部３５と穴４５の接触によってコネクタ３の左右方向Ｐ１の実装ずれを防止できる。その結果、コネクタ３実装後の目視検査や手直し工程の負担を軽減でき、生産性を向上できる。また、コネクタ３とケース２の接触を防止できるので、コネクタ３を使用する際にコネクタ３のはんだ部に応力がかかりはんだ寿命が低下するのを防止でき、信頼性を向上できる。さらに、ＩＰ４０等の試験規格を満たすことができ、信頼性を向上できる。また、コネクタをプリント基板にネジ止めする方法（例えば特開２００４−２０６９２４号公報参照）に比べて、コネクタ３の実装ずれを簡単に防止できる。

（変形例）
次に、本発明の部品実装構造の変形例を説明する。なお、以下に説明する図において、上記実施形態と同一名称の部分には同一符号を付している。図７は、第１変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４を横から見た図を示している。図７に示すように、プリント基板４の縁部４１２ａから内側の領域に凹部４６（縁部４１１ａ側が閉じた凹部、穴であっても良い）を形成し、コネクタ３の下面３４１に凹部４６に丁度嵌る凸部３７を形成し、それら凹部４６、凸部３７が嵌るようにコネクタ３をプリント基板４に実装してもよい。これによれば、凸部３７の側面３７１と凹部４６の側面４６１との接触によって、左右方向、奥行き方向の実装ずれに加えて、前方向Ｐ３（奥行き方向と逆方向）への実装ずれも防止できる。

図８は、第２変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４を横から見た図を示している。図８に示すように、プリント基板４に凸部４７を形成し、コネクタ３の下面３４１に凸部４７が丁度嵌る凹部３８を形成し、それら凸部４７、凹部３８が嵌るようにコネクタ３をプリント基板４に実装してもよい。これによれば、凹部３８の側面３８１が凸部４７の側面４７１に当たるので、コネクタ３の左右方向、奥行き方向、前方向への実装ずれを防止できる。

図９は、第３変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４を上から見た図を示している。図９に示すように、コネクタ３の側面３４２の下部に側方に突出する凸部３９（以下、コネクタ側凸部という）を形成し、プリント基板４にコネクタ側凸部３９の側面３９１、３９２を受け止める凸部４８１、４８２（以下、基板側凸部という）を形成しても良い。なお、図９では、コネクタ側凸部３９の後面３９１（法線が奥行き方向Ｐ２に向いた側面）が第１の基板側凸部４８１と接触し、コネクタ側凸部３９の左側面（図９の紙面で左方向Ｐ１１に法線が向いた側面）が第２の基板側凸部４８２と接触している。そのため、図９の例では、奥行き方向Ｐ２への実装ずれ及び左方向Ｐ１１への実装ずれを防止できる。

図１０は、第４変形例に係る部品実装構造の図であり、コネクタ３及びプリント基板４の全体を上から見た図を示している。図１０に示すように、耳部４２が設けられたプリント基板４の端４１３にコネクタ３を実装する構造であっても、本発明を適用できる。この場合、耳部４２とプリント基板４の本体との間に、突出部３３以上の幅の隙間ｄ２を設ければ良い。これによって、図１０のコネクタ３及びプリント基板４の形状を、上記実施形態と同じ形状（図３〜図５の形状）にでき、コネクタ３の実装ずれを防止できる。

図１１、図１２は、第５変形例に係る部品実装構造の図であり、図１１は、コネクタ３及びプリント基板４の全体を上から見た図を示しており、図１１は、コネクタ３及びプリント基板４を横から見た図を示している。図１１、図１２に示すように、第５変形例の部品実装構造は、第４変形例と同様に、耳部４２が設けられたプリント基板４の端４１３にコネクタ３を実装する構造である。第５変形例では、耳部４２とプリント基板４の本体との間の隙間ｄ２が狭く、突出部３３の一部（前面３１側の一部）が耳部４２の上に載っている。この場合であっても、図１２に示すように、コネクタ３の下面３４１（突出部３３の下面）に、隙間ｄ２よりも狭い幅ｄ３の凸部３３２を形成し、その凸部３３２の後面３３２ａ（法線が奥行き方向Ｐ２に向いた側面）をプリント基板４の縁部４１２ａに当てる構造とすることで、奥行き方向Ｐ２の実装ずれを防止できる。なお、凸部３３２以外の構造を上記実施形態と同じとすることで、すなわち図４の第２凸部３５及び図５の穴４５を設けることで、左右方向の実装ずれも防止できる。

なお、本発明に係る部品実装構造は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、コネクタ及びプリント基板に設ける凹部（穴）、凸部は、平面視四角形状でなくてもよく、それら凹部、凸部が丁度嵌る形状であれば、円状等、どのような形状であっても良い。また、コネクタ以外の電子部品（例えば、マイコン、コンデンサなど）の実装に本発明を適用しても良い。また、ＴＨＤタイプのコネクタ又はコネクタ以外の電子部品に本発明を適用しても良い。ＴＨＤタイプであっても、電子部品のリードピンの大きさに対してプリント基板の挿入穴が大きめに形成されているので、その挿入穴におけるリードピンの挿入位置によっては実装ずれが発生するが、本発明を適用すれば実装ずれを防止できる。

３ コネクタ
３３１ 第１凸部
３３１ａ 第１凸部の後面
３５ 第２凸部
３５１ 第２凸部の左右側面
４ プリント基板
４１２ａ プリント基板の縁部
４５ 穴
４５１ 穴の左右縁

Claims (8)

1. 基板（４）とその基板に実装される部品（３）とを備えた部品実装構造であって、
   前記部品の下部（３４１、３４２）には凸部（３３１、３５、３７、３９、３３２）又は凹部（３８）が設けられ、
   前記基板には、前記凸部又は前記凹部の側面（３３１ａ、３５１、３５２、３７１、３８１、３９１、３９２、３３２ａ）を受け止める側面受部（４１２ａ、４５、４６、４７、４８１、４８２）が設けられたことを特徴とする部品実装構造。
2. 前記部品の下面（３４１）には凸部が設けられ、
   前記側面受部は、前記凸部が嵌められて自身の側面と前記凸部の側面とが当たる凹部（４１２ａ、４５、４６）であることを特徴とする請求項１に記載の部品実装構造。
3. 前記部品の下面には凹部が設けられ、
   前記側面受部は、前記凹部に嵌って自身の側面と前記凹部の側面とが当たる凸部（４７）であることを特徴とする請求項１に記載の部品実装構造。
4. 前記部品は、前記基板の端（４１１、４１３）に実装され、外部と電気的接続を行うコネクタであることを特徴とする請求項１に記載の部品実装構造。
5. 開口（２１）が形成されたケース（２）の前記開口に前記コネクタの前面（３１）が露出するように、前記コネクタ及び前記基板が前記ケースに収容され、
   前記開口側の前記基板の縁部（４１２ａ）からその縁部に対向する前記基板の縁部（４１２ｂ）に向かう方向を奥行き方向として、
   前記側面受部は、前記コネクタに設けられた凸部又は凹部の前記奥行き方向の側面（３３１ａ、３３２ａ）を受け止める奥行方向受部（４１２ａ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の部品実装構造。
6. 前記基板に平行な方向のうち前記奥行き方向に直交する方向を左右方向として、
   前記側面受部は、前記コネクタに設けられた凸部又は凹部の前記左右方向の側面（３５１）を受け止める左右方向受部（４５１）を含むことを特徴とする請求項５に記載の部品実装構造。
7. 前記コネクタは、前記コネクタの一部（３３）が前記基板から突出する形で前記基板に実装され、
   前記コネクタの前記基板から突出した部分には、下方に突出した第１凸部（３３１、３３２）が設けられ、
   前記奥行方向受部は、前記第１凸部の前記奥行き方向の側面（３３１ａ、３３２ａ）と当たる前記基板の縁部（４１２ａ）であることを特徴とする請求項６に記載の部品実装構造。
8. 前記コネクタが実装される前記基板の端には、前記基板の縁部側が開いた凹部（４５）が前記左右方向受部として設けられ、
   前記コネクタの下面には第２凸部（３５）が設けられ、
   前記左右方向受部としての凹部の前記左右方向の側面（４５１）と、前記第２凸部の前記左右方向の側面（３５１）とが当たることを特徴とする請求項７に記載の部品実装構造。
   

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