JP2014229450A - ピン、コネクタ、回路基板ユニット、および回路基板装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２枚の対向する基板間を接続するピン等において、薄型化を可能とし、かつ、いかなる方向に熱膨張・熱収縮が起こってもハンダ付け部分にクラックが生じることを防止する。
【解決手段】 連結部４１と、連結部から延在する第一腕部４２と、連結部から第一回路基板の基板面または第二回路基板の基板面と略平行な面内において第一腕部と略平行に延在する第二腕部４３と、第一腕部と略直角に第一回路基板の方へ向かって第一腕部の端部から延在する、第一回路基板と電気的に接続する第一接続片４４と、第二腕部と略直角に、第二回路基板の方へ向かって第二腕部の端部から延在する、第二回路基板と電気的に接続する第二接続片４５とを備えるピン。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピン、そのピンを含むコネクタ、そのコネクタを含む回路基板ユニット、およびその回路基板ユニットを含む回路基板装置に関し、特に、２枚の対向する回路基板を電気接続するためのピン、そのピンを含むコネクタ、そのコネクタを含む回路基板ユニット、およびその回路基板ユニットを含む回路基板装置に関する。

ＩＣチップやコネクタ等の電子部品がハンダや接着剤で表面に実装される回路基板において、小型化や狭小化に伴う表面実装の高密度化に対応するために、回路基板の上に電子部品やもう一枚の回路基板を重層的に取り付けることは広く知られている。このような２枚から構成される回路基板においては、２枚の回路基板を接続するピンやコネクタに関して、熱膨張や熱収縮のためにハンダ付け部分にクラックが発生し、接続不良とならないように様々な工夫がなされている。

例えば、特許文献１では、平行に配置された２枚の回路基板を接続し、２枚の回路基板の間に屈曲部を有するピンが開示されている。このピンは、熱により回路基板が膨張・収縮した場合でも、この屈曲部が変形することにより、ハンダ付け部分に無理な力が加わることを防止している。

また、特許文献２では、上下方向に曲げる力が加わった場合でも、２枚の回路基板の間に電気的および機械的な取付強度に影響させないことを目的として、実装構造を開示している。この実装構造は、直方体の耐熱樹脂の周囲に、多数のコの字型導電体を差し込んで外部接続端子としたリードアレイを介して両基板を接続している。リードアレイの外部接続端子と一の回路基板との接続は外部接続端子における接続部の一部においてのみハンダ付けされている。また、外部接続端子における接続部の一部に段差部を設けて、この部分で一の回路基板の曲げに対する応力を吸収する。

また、特許文献３では、２枚の回路基板からなる装置の薄型化を目的として、コネクタ構造が開示されている。このコネクタ構造は、一の回路基板の他の回路基板との反対向面上の基板端等に第一の電極群を有し、他の回路基板の一の回路基板との対向面上の基板端に第二の電極群を有する。そして、コネクタ構造は、他の回路基板の対向面から一の回路基板の反対向面までと等しい高さを有するモールドにより形成される。このコネクタ構造では、そのモールドが対向面上で基板端等と密着し、かつ第一の電極群と第二の電極群の同一方向面からモールドの中に埋め込まれて、これら電極群を接続するためのピン群によりハンダ付けすることができる。

また、特許文献４では、冷熱サイクルの発生する環境下で使用される場合であっても、クラックを発生させないことを目的として、コネクタが開示されている。このコネクタは、コネクタ基板に端子が突設されて、コネクタ基板を回路基板に載置すると共に、端子の一端を回路基板に貫通させて、端子の突出部が回路基板にハンダ付けされるコネクタである。そして、このコネクタは、コネクタ基板を小ブロックに分割すると共に、この小ブロックを応力緩和隙間として切欠きを介して連結している。

特開昭５０−００９７６０号公報 実公平０７−０５５０１３号公報 特開平０３−２６５１９０号公報 特開平０８−１２４６３５号公報

車両に積載される回路基板は、省スペースのためさらなる小型化、薄型化が求められている。さらに、車両積載の回路基板において、エンジンの近傍に設置されるものは特に熱の変化が大きく、２枚の回路基板を接続するピンやコネクタにおいては熱膨張・熱収縮による歪からハンダ付け部分にクラックが生じ、接続不良になることがある。

そこで、本発明の目的とするところは、２枚の対向する基板間を接続するピン等において、薄型化を可能とし、かつ、いかなる方向に熱膨張・熱収縮が起こってもハンダ付け部分にクラックが生じることを防止するピン、コネクタ、回路基板ユニット、および回路基板装置を提供することである。

上記課題を解決するために、対向する第一回路基板と第二回路基板との間に配置され、第一回路基板と第二回路基板とを電気的に接続するためのピンであって、連結部と、その連結部から延在する第一腕部と、連結部から、第一回路基板の基板面または第二回路基板の基板面とほぼ平行な面内において第一腕部とほぼ平行に延在する第二腕部と、第一腕部とほぼ直角に、第一回路基板の方へ向かって第一腕部の端部から延在する、第一回路基板と電気的に接続する第一接続片と、第二腕部とほぼ直角に、第二回路基板の方へ向かって第二腕部の端部から延在する、第二回路基板と電気的に接続する第二接続片と、を備える、ピンが提供される。
これによれば、１つのピンが各回路基板に対して略平行な部分と略垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピンが変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止するピンを提供できる。また、対向する回路基板間の距離を短くすることができる。

さらに、第一腕部と第二腕部は、連結部から同じ方向へほぼ平行に延在することを特徴としてもよい。
これによれば、ピンで電気接続するための回路基板上のスペースを狭小化できる。

別の観点によれば、上記課題を解決するために、複数の上記のピンと、その複数のピンの連結部を保持する保持部と、その保持部の端部に、第一回路基板または第二回路基板の貫通孔に挿入する突起部と、を備え、その突起部は、ピンの第一接続片および第二接続片とほぼ平行である、コネクタが提供される。
これによれば、コネクタが備えるピンのそれぞれが各回路基板に対して略平行な部分と略垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピンが変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止するコネクタを提供できる。また、上記のピンを用いることで、対向する回路基板間の距離を短くすることができる。

また、別の観点によれば、上記課題を解決するために、上記のコネクタと、第一回路基板と、その第一回路基板とほぼ平行な第二回路基板と、を備え、第一回路基板または第二回路基板は、コネクタの突起部を挿入する貫通孔を有し、コネクタの突起部は、貫通孔に挿入され、コネクタが有する複数のピンは、第一回路基板および第二回路基板を電気的に接続する、回路基板ユニットが提供される。
これによれば、２つの回路基板を電気的に接続するピンのそれぞれが各回路基板に対して略平行な部分と略垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピンが変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止する回路基板ユニットを提供できる。また、対向する回路基板間の距離を短くでき、薄型の回路基板ユニットを提供することができる。

また、別の観点によれば、上記課題を解決するために、上記の回路基板ユニットと、その回路基板ユニットを収納するケースとを備え、そのケース内にポッティング剤を充填した回路基板装置が提供される。
これによれば、回路基板装置が備える２つの回路基板を電気的に接続するピンのそれぞれが各回路基板に対して略平行な部分と略垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピンが変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止する回路基板装置を提供できる。また、対向する回路基板間の距離を短くでき、薄型の回路基板装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、２枚の対向する基板間を接続するピン等において、薄型化を可能とし、かつ、いかなる方向に熱膨張・熱収縮が起こってもハンダ付け部分にクラックが生じることを防止するピン、コネクタ、回路基板ユニット、および回路基板装置を提供することができる。

本発明に係る第一実施例のピンを示す、（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）底面図、（Ｄ）左側面図、（Ｅ）右側面図、（Ｆ）左上前方から見た斜視図、（Ｇ）左下後方から見た斜視図、（Ｈ）右上後方から見た斜視図、（Ｉ）右下前方からみた斜視図。 本発明に係る第一実施例のコネクタを示す、（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）底面図、（Ｄ）背面図、（Ｅ）左側面図、（Ｆ）右側面図。 本発明に係る第一実施例のコネクタを示す右上前方からみた斜視図。 本発明に係る第一実施例のコネクタが配置された回路基板の斜視図。 本発明に係る第一実施例の回路基板ユニットの、（Ａ）正面図、（Ｂ）右上前方から見た斜視図、（Ｃ）右下後方から見た斜視図。 本発明に係る第一実施例の回路基板装置の、（Ａ）ケースの正面図、（Ｂ）回路基板ユニットを含む正面図、（Ｃ）断面図。 本発明に係る第一実施例の回路基板装置の斜視図。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る各実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例に係るピン４０を説明する。ピン４０は、２枚の回路基板を電気的に接続する導電性を有する金属から構成される。ピン４０は、板金を打ち抜き、プレス加工により曲げ部分が形成されているが、これに限定されることはなく、線材を折り曲げることで形成してもよい。

ピン４０は、互いにほぼ平行に対向する２枚の回路基板の間に配置されるが、これに限定されるものではなく、後述する接続片の曲げ方次第では２枚の回路基板はほぼ平行に対向していなくてもよいし、２枚の回路基板の間ではなく端に配置されてもよい。

ピン４０は、２つの腕部を連結する平板な連結部４１と、連結部４１から延在する２つの腕部４２／４３と、その２つの腕部からそれぞれ延在する接続片４４／４５を備える。連結部４１の平板な面は、ピン４０が対向する２つ回路基板との間に配置された場合、各回路基板の基板面の両方またはいずれか一方にほぼ平行になる。ここで、ほぼ平行とは、厳密な平行ではなく、本技術領域において大体平行であることを言う。

第一腕部４２と第二腕部４３は、連結部４１から同じ方向へ互いにほぼ平行に延在している。第一腕部４２と第二腕部４３は、同じ方向に延在することに限定されるものではなく、逆の方へほぼ平行に延在してもよい。但し、同じ方向に延在する方が、ピン４０で電気接続するための回路基板上のスペースを狭小化できるので、好ましい。

また、第一腕部４２と第二腕部４３は、ピン４０が対向する２つ回路基板との間に配置された場合、各回路基板の基板面の両方またはいずれか一方にほぼ平行となり、互いに２つの基板面の両方またはいずれか一方にほぼ平行な面内においてほぼ平行となる。第一腕部４２と第二腕部４３の長さは、本実施例では異なっているが、同じであってもよく、特に長さが限定されることはないが、回路基板の歪みを吸収できる程度に適宜定められる。なお、本実施例では、第一腕部４２の長さは約２．５ｍｍであり、第二腕部４３の長さは約４ｍｍである。

第一接続片４４は、第一腕部４２とほぼ直角をなすように、対向する２つの回路基板の内の一の回路基板の方へ向かって第一腕部４２から延在する。また、第二接続片４５は、第二腕部４３とほぼ直角をなすように、対向する２つの回路基板の内の他の回路基板の方へ向かって第二腕部４３から延在する。第一接続片４４および第二接続片４５の長さは、対向する２つの回路基板の距離により適宜定められる。また、接続片の形状は、特に限定されることはない。第一接続片４４は、中間付近で連結部４１とは反対の方向へほぼ垂直に屈曲している。一方、第二接続片４５は、屈曲することなくほぼ直線状をなす。

接続片の一部は、回路基板の回路の一部とハンダ付けにより、回路基板と電気的に接続される。第一接続片４４の屈曲して連結部４１とは反対の方向へ延在している部分（第一接続片接触部４４１）は、一の回路基板の基板上の回路の端子と接触しハンダ付けされることにより、一の回路基板と電気的に接続される。一方、第二接続片４５は、他の回路基板の回路と電気的に接続されているスルーホールに挿入され、ハンダ付けされ、電気的に接続される。

ピン４０は、各回路基板に対してほぼ平行となる腕部４２／４３とほぼ垂直（直角）となる接続片４４／４５を有する。これにより、第一腕部４２とそれから延在する第一接続片４４と、第二腕部４３とそれから延在する第二接続片４５とが、ハンダ付けされた部分の位置が相対的に変化した場合であっても独立して上下左右如何なる方向にも変位することで、歪み等による位置の変動に対応可能となる。即ち、１つのピン４０が各回路基板に対してほぼ平行な部分とほぼ垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピン４０が変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止することができる。

また、特許文献１における屈曲部に相当する部分を、第一腕部４２、連結部４１および第二腕部４３として、基板面に平行な面内に設けたことにより、対向する２枚の回路基板間の距離を短くすることができる。

図２および図３を参照し、本実施例に係るコネクタ３０を説明する。コネクタ３０は、上述したピン４０を複数と、ピン４０の連結部４１を保持する保持部３１と、保持部３１の端部に、回路基板の貫通孔に挿入するための突起部３２とを備える。ピン４０の数は、回路基板を電気的に接続するために適宜定められる。

保持部３１、複数のピン４０の連結部４１を保持する。保持部３１の形態は特に限定されることはないが、本実施例では細長い直方体をなす。材質は、一般に成型の容易性から非導電性の樹脂等であるが、非導電性である限り特に限定されない。突起部３２は、保持部３１の端部に位置している。突起部３２は、回路基板の貫通孔に挿入され、回路基板に固定される。突起部３２が固定される回路基板は、本実施例では第一接続片４４が接続される方の回路基板（第一回路基板）であるが、特に限定されることはなく、一の回路基板または他の回路基板のいずれでもよい。そして、突起部３２は、ピン４０の第一接続片４４の第一腕部４２から延在した部分と第二接続片４５の両方またはいずれか一方とほぼ平行である。

これにより、コネクタ３０が備えるピン４０の、第一腕部４２とそれから延在する第一接続片４４と、第二腕部４３とそれから延在する第二接続片４５とが、ハンダ付けされた部分の位置が相対的に変化した場合であっても独立して上下左右如何なる方向にも変位することで、歪み等による位置の変動に対応可能となる。即ち、１つのピン４０が各回路基板に対してほぼ平行な部分とほぼ垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピン４０が変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止することができる。また、ピン４０を用いることで、対向する回路基板間の距離を短くできる。

なお、第一接続片４４が接続される第一回路基板に突起部３２が固定されるので、回路基板に生ずる歪みは第二接続片４５および第二腕部４３の方へ大きな変位を生じさせる。従って、第二腕部４３の長さは第一腕部４２の長さよりも、また第二接続片４５の長さは第一接続片４４の長さよりも長い方が好ましい。

図４および図５を参照し、回路基板ユニット３を説明する。なお、回路基板上の配線やＩＣチップなどは省略している。また、回路基板の大きさ、形状、両回路基板間の距離は、例示であり、特に限定されることはない。

回路基板ユニット３は、上述したコネクタ３０と、第一回路基板１０と、第一回路基板１０とほぼ平行に対向する第二回路基板２０とを備える。第一回路基板１０は、コネクタ３０の突起部３２を挿入する貫通孔１２を有する。本実施例では、第一回路基板１０が貫通孔１２を有するので、突起部３２は第一回路基板１０の貫通孔１２に挿入され、コネクタ３０は第一回路基板１０に固定される。但し、これに限定されることはなく、逆に、第二回路基板２０が貫通孔を有し、突起部３２は第二回路基板２０の貫通孔１２に挿入され、コネクタ３０は第二回路基板２０に固定されてもよい。

突起部３２が貫通孔１２に挿入され、位置決めされて固定された後、ピン４０の第一接続片４４（より正確には、第一接続片接触部４４１）は、第一回路基板１０の第二回路基板２０側の基板面１１にリフロー方式でハンダ付けされる。その後、ピン４０の第二接続片４５は、第二回路基板２０の第一回路基板１０側の方からスルーホールに挿入され、フロー方式でハンダ付けされる。こうすることにより、コネクタ３０が有する複数のピン４０は、第一回路基板１０と第二回路基板２０を電気的に接続する。

これにより、第一回路基板１０と第二回路基板２０が熱などの影響により膨張・収縮し、異なる歪みや変位が生じても、それぞれのピン４０の、第一回路基板１０に接続された第一接続片４４（第一接続片接触部４４１）と、第二回路基板２０に接続された第二接続片４５とが、独立して上下左右如何なる方向にも変位することで対応可能となる。即ち、１つのピン４０が各回路基板に対してほぼ平行な部分とほぼ垂直な部分を有することで、回路基板の基板面方向および基板厚方向に歪みが生じてもピン４０が変形し、ハンダ付け部分にクラックが生じることを防止することができる。また、ピン４０の構造を用いたことで、２枚の回路基板間の距離を短くすることができ、薄型の回路基板ユニット３を提供することができる。なお、本実施例においては、第一回路基板１０と第二回路基板２０の対向する基板面間の距離は、４ｍｍである。

図６および図７を参照し、回路基板装置１を説明する。なお、回路基板装置１は、内部の回路次第で様々な用途に用いられ、例えば、車載の制御装置や通信装置などに用いられる。

回路基板装置１は、上述した回路基板ユニット３と、回路基板ユニット３を収納するケース２と、回路基板ユニット３の回路と回路基板装置１の外部の回路とを電気的に接続する外部コネクタ４と、を備える。外部コネクタ４は、回路基板ユニット３と物理的にも連結され一体となっており、また、外部回路に対する電極の形状や数は適宜定められる。回路基板ユニット３は、ケース２内にはポッティング剤５が充填されるので、ポッティング剤５に浸漬される。ケース２と外部コネクタ４は、ポッティング剤５が漏出しないように密閉結合される。ポッティング剤５は、回路基板などの電機電子部品を電気的絶縁、耐振動性、耐衝撃性、耐熱性、耐防湿性を向上させるために使用され、ウレタン、エポキシ、シリコーンなどの樹脂がベースとなっている。

上述した回路基板ユニット３を用いることで、厚みの小さい薄型の回路基板装置１を提供することができる。また、車両の内燃機関の近傍などであっても、熱の影響を受けにくい回路基板装置１を提供することができる。即ち、第一回路基板１０と第二回路基板２０が熱などの影響により膨張・収縮し、異なる歪みや変位が生じても、第一回路基板１０に接続された第一接続片４４と、第二回路基板２０に接続された第二接続片４５とが、腕部を介して連結部４１で連結されつつも、独立して上下左右如何なる方向にも変位することで対応可能となる。特に、図６（ｃ）に示すように、ケース２内にポッティング剤５を充填し、第一回路基板１０、第二回路基板２０、コネクタ３０をポッティング剤５に浸漬する場合には、回路基板の熱による伸縮度合いに比べて、ポッティング剤５の熱による膨張・収縮の度合いが大きく、ハンダ付け部分にクラックが生じる可能性も高い。そのため、このようなポッティング剤５により大きな影響を受けて歪みや変位が生じる場合であっても、本発明のコネクタ３０を使った場合、上下左右如何なる方向にも大きく変位することで対応可能となる。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１ 回路基板装置
２ ケース
３ 回路基板ユニット
４ 外部コネクタ
５ ポッティング剤
１０ 第一回路基板
１１ 第一基板面
１２ 貫通孔
２０ 第二回路基板
３０ コネクタ
３１ 保持部
３２ 突起部
４０ ピン
４１ 連結部
４２ 第一腕部
４３ 第二腕部
４４ 第一接続片
４４１ 第一接続片接触部
４５ 第二接続片

Claims (5)

1. 対向する第一回路基板と第二回路基板との間に配置され、前記第一回路基板と前記第二回路基板とを電気的に接続するためのピンであって、
   連結部と、
   前記連結部から延在する第一腕部と、
   前記連結部から、前記第一回路基板の基板面または前記第二回路基板の基板面と略平行な面内において前記第一腕部と略平行に延在する第二腕部と、
   前記第一腕部と略直角に、前記第一回路基板の方へ向かって前記第一腕部の端部から延在する、前記第一回路基板と電気的に接続する第一接続片と、
   前記第二腕部と略直角に、前記第二回路基板の方へ向かって前記第二腕部の端部から延在する、前記第二回路基板と電気的に接続する第二接続片と、
   を備える、
   ピン。
2. 前記第一腕部と前記第二腕部は、前記連結部から同じ方向へ略平行に延在することを特徴とする請求項１に記載のピン。
3. 複数の請求項１または２に記載のピンと、
   前記複数のピンの前記連結部を保持する保持部と、
   前記保持部の端部に、前記第一回路基板または前記第二回路基板の貫通孔に挿入する突起部と、
   を備え、
   前記突起部は、前記ピンの前記第一接続片および前記第二接続片と略平行である、
   コネクタ。
4. 請求項３に記載のコネクタと、
   前記第一回路基板と、
   前記第一回路基板と略平行な前記第二回路基板と、
   を備え、
   前記第一回路基板または前記第二回路基板は、前記コネクタの前記突起部を挿入する貫通孔を有し、
   前記コネクタの前記突起部は、前記貫通孔に挿入され、
   前記コネクタが有する前記複数のピンは、前記第一回路基板および前記第二回路基板を電気的に接続する、
   回路基板ユニット。
5. 請求項４に記載の回路基板ユニットと、前記回路基板ユニットを収納するケースとを備え、前記ケース内にポッティング剤を充填した回路基板装置。