JP2016018845A - 配線板、電動機、電気機器及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】半田強度を損なうことなく、リフロー炉加熱時の実装の位置ズレを高い位置精度で抑制することができる配線板を得ること。【解決手段】複数のピンを有する電子部品（ＩＣ本体）が実装される配線板であって、複数のピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に複数のフットプリントが形成されるベース基板と、を備え、フットプリント２２は、矩形の一部が欠けた欠落部を含む形状であり、欠落部の一部が、ピン２１の底面を実装位置精度よりも小さい範囲で配線板面上の全方向に均しく拡大した位置ズレ許容領域内に存在することで、ピン２１の底面が位置ズレ許容領域内に収まる配線板とする。【選択図】図７

Description

本発明は、配線板、電動機、電気機器及び空気調和機に関する。

従来、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が備えるピンをプリント基板（配線板）に形成された配線に半田等により接続する際には、位置ズレが生じないようにすることが肝要である。

例えば、特許文献１には、「紫外光を含む短波長の光を可視光に変換するタイプの発光装置において、基体と枠体とを接着する樹脂接着材の劣化を抑えて基体と枠体との接合が剥がれて発光素子の発光特性が低下するのを長期にわたって防ぐことができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供すること」を目的として、「上面の中央部に紫外光を含む光を発光する発光素子５の搭載部２ａを有するセラミックスから成る基体２と、基体２の上面の外周部に搭載部２ａを取り囲むように接着された金属製の枠体４とを具備しており、枠体４は、下面の外周側がアクリル樹脂系接着剤を介して接着され、内周側がシリコーン樹脂系接着剤を介して接着されている」発光素子収納用パッケージが開示されている。

特開２００５−１８３８９７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、半田による接続不良を起こすほどの位置ズレを抑制することは可能であるが、半田不良を起こさない程度の位置ズレを抑制することはできない。そのため、電動機のロータ磁極位置を検出するホールＩＣ（または、ホール素子）のように高い位置精度（例えば、０．２ｍｍ以下）を要求されるＩＣの接続には適用することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半田強度を損なうことなく、リフロー炉加熱時の実装の位置ズレを高い位置精度で抑制することができる配線板を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは矩形の一部が欠けた欠落部を含む形状であり、前記欠落部の一部が、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した位置ズレ許容領域内に存在することで、前記ピンの底面が前記位置ズレ許容領域内に収まる。

本発明によれば、半田強度を損なうことなく、リフロー炉加熱時の実装の位置ズレを高い位置精度で抑制することができる配線板を得ることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる配線板の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる配線板上に半田付け等により実装されるＩＣチップを示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。 図４は、比較例である、配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。 図５は、比較例において実装位置ズレが生じる場合のＩＣピンの底面とフットプリントの位置関係を示す図である。 図６は、実施の形態１にかかる配線板におけるＩＣピンとフットプリントとの接続状態を示す図である。 図７は、実施の形態１にかかる配線板に形成されるフットプリントとＩＣピンの配置位置を示す図である。 図８は、実施の形態２にかかる配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。 図９は、実施の形態３にかかる電動機を示す図である。 図１０は、実施の形態４にかかる電気機器の一例である空気調和機を示す図である。

以下に、本発明にかかる配線板、電動機、電気機器及び空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる配線板の実施の形態１の構成を示す図である。図１（Ａ）には、部品が実装された基板面が示され、図１（Ｂ）には、部品が実装されていない基板面が示されている。

円形の配線板１０は、中心に穴１１を有し、コネクタ１２、面実装のインバータＩＣ１３及びホールＩＣ１４ａ〜１４ｃを備える（図１（Ａ））。なお、図示していないが、部品が実装されたベース基板の基板面には、配線が形成され、さらにはチップ抵抗またはチップコンデンサ等が設けられていてもよいし、コネクタ１２及びインバータＩＣ１３が設けられていなくてもよい。配線板１０の穴１１には例えば回転軸が貫通し、部品が実装された基板面はステータ側に配され、部品が実装されていない基板面は反ステータ側に配される。

図２は、図１に示す配線板１０上に半田付け等により実装されるＩＣチップを示す図である。図２に示すＩＣチップは、ＩＣ本体２０と、ＩＣピン２１ａ〜２１ｃとを備える。ＩＣ本体２０は図１（Ａ）に示すホールＩＣ１４ａ〜１４ｃに相当し、ＩＣピン２１ａ〜２１ｃは配線板１０に半田付け等により接続される。ここで、半田付けは、リフローにて行われる（リフロー実装）。リフロー実装では、フロー実装のように接着剤でＩＣ等の実装部品を固定しないので、リフロー炉における加熱時に、融解した半田の表面張力により実装位置ズレが発生する。

なお、本実施の形態においては、説明の便宜上、ＩＣチップが備えるＩＣピンを３つにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＣピンの数は適宜変更することができる。

図３は、本実施の形態にかかる配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。図３においては、ＩＣ本体２０に設けられたＩＣピン２１ａ〜２１ｃが、配線板１０上のフットプリント２２ａ〜２２ｃに接続される。

図４は、比較例であり、配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。図４においては、ＩＣ本体２０に設けられたＩＣピン２１ａ〜２１ｃが、フットプリント２３ａ〜２３ｃに接続されている。図４に示す構成では、リフロー炉における加熱時に、融解した半田の表面張力により実装位置ズレが生じる。

図５は、図４に示す構成における実装位置ズレが生じる場合のＩＣピン２１（以下、ＩＣピン２１ａ〜２１ｃを総称してＩＣピン２１と記載する。）の底面とフットプリント２３（以下、フットプリント２３ａ〜２３ｃを総称してフットプリント２３と記載する。）の位置関係を示す図である。図５に示すように、実装位置ズレは、ＩＣピン２１の底面の端面とフットプリント２３の端面とが重なる状態のときに特に大きいものとなる。したがって、フットプリントを小さくすると実装位置ズレを抑制することができるが、フットプリントを単純に縮小（図４のフットプリント２５ａ〜２５ｃを参照。以下、フットプリント２５ａ〜２５ｃを総称してフットプリント２５と記載する。）すると半田フィレットが形成される領域を十分に確保することができず、半田強度（接合強度）が低下してしまうという問題がある。

図６は、ＩＣピン２１とフットプリント２２，２５とを接続したときの接続状態を示す断面図である。図６（Ａ）にはＩＣピン２１とフットプリント２２（以下、フットプリント２２ａ〜２２ｃを総称してフットプリント２２と記載する。）との接続状態が示され、図６（Ｂ）にはＩＣピン２１とフットプリント２５との接続状態が示されている。

図６（Ｂ）に示されるように、フットプリント２３が単純に縮小されたフットプリント２５では半田フィレットも縮小してしまい、半田フィレット２６が形成される。そのため、フットプリントの縮小に伴って半田強度が低下してしまうことになる。半田フィレットの縮小は、縮小されたフットプリント２５の端面からＩＣピン２１の端面までの距離がＩＣピン２１の厚さよりも短い場合に顕著である。そこで、図３に示すように、フットプリント２２ａ〜２２ｃの形状を、図４に示すフットプリント２３ａ〜２３ｃの角部を削った形状とすると、ＩＣピンの底面角部とフットプリントの端面の距離が短くなることで実装位置ズレが抑制され、さらには、図６（Ａ）に示されるように、ＩＣピン２１底面の辺とフットプリント２２の端面との距離が、ＩＣピン２１底面の辺と垂直方向において確保されるため、半田フィレット２４は良好に形成され、半田強度を低下させることもない。なお、半田フィレット２４は、被形成面であるフットプリント２３となす角度が１５°以上４５°以下であることが好ましい。

図７は、本実施の形態にかかる配線板に形成されるフットプリントとＩＣピンの配置位置を示す図である。図７（Ａ）は、図３に示すフットプリントとＩＣピンの配置位置を示す図である。図７（Ｂ）は、図４に示す形状にくさび状の切り込みが形成されたフットプリントとＩＣピンの配置位置を示す図である。図７（Ｃ）は、十字形状のフットプリントとＩＣピンの配置位置を示す図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）において、ＩＣピン２１の配置位置を実装位置精度よりも小さい範囲で配線板１０面上の全方向に均しく拡大すると、実装位置ズレが許容される領域（位置ズレ許容領域）が形成される。なお、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示されるＩＣピン２１の配置位置の角部と位置ズレ許容領域の角部の間の距離Ａは、実装位置精度よりも小さい。

図７（Ａ）においては、ＩＣピン２１の配置位置の４つの角部と、該配置位置を実装位置精度よりも小さい範囲で配線板１０面上の全方向に均しく拡大した矩形の４つの角部と、の間にフットプリント２２の端面の一部が形成される。図７（Ｂ）においては、ＩＣピン２１の配置位置の４つの辺と、該配置位置を実装位置精度よりも小さい範囲で配線板１０面上の全方向に均しく拡大した矩形の４つの辺と、の間にフットプリント２２１の角部の一部が形成される。図７（Ｃ）においては、ＩＣピン２１の配置位置の４つの角部と、該配置位置を実装位置精度よりも小さい範囲で配線板１０面上の全方向に均しく拡大した矩形の４つの角部と、の間にフットプリント２２２の角部の一部が形成される。

すなわち、本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは、矩形の前記ピンの底面の４つの角部と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの角部と、の間に配される端面の一部と、前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの（前記ピンの底面よりも小さい）半田フィレット形成領域と、を有する配線板である。

または、本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは、矩形の前記ピンの底面の４つの辺と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの辺と、の間に配される角部と、前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの（前記ピンの底面よりも小さい）半田フィレット形成領域と、を有する配線板である。

または、本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは、矩形の前記ピンの底面の４つの角部と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの角部と、の間に配される角部と、前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの（前記ピンの底面よりも小さい）半田フィレット形成領域と、を有する配線板である。

上記を総括すると、本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した形状を格納することはできないものの、前記ピンの底面を格納することは可能な１つのピン配置領域と、前記ピン配置領域から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの（前記ピンの底面よりも小さい）半田フィレット形成領域と、を有する配線板である。

または、本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、前記フットプリントは矩形の一部が欠けた欠落部を含む形状であり、前記欠落部の一部が、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した位置ズレ許容領域内に存在することで、前記ピンの底面が前記位置ズレ許容領域内に収まる配線板である（特に、図７を参照）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、半田強度を低下させることなく、リフロー炉における加熱時の実装位置ズレを高精度に抑制することができる。実装位置ズレを高精度に抑制することができるため、歩留りの低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、１つのピンと１つのフットプリントとの接続に着目して説明したため、回転方向の位置ズレについては説明していないが、ＩＣ本体２０には複数のピンが設けられているため、回転方向の位置ズレも抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、ＩＣチップとしてホールＩＣを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＩＣチップはリフロー炉加熱時の実装の位置ズレを高い位置精度で抑制すべきＩＣであればよい。また、本実施の形態においては、配線板に接続されるＩＣピンを有するＩＣチップについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線板に接続されるピン（端子）を有する電子部品であればよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、フットプリントを図３に示す形状としたが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、本実施の形態にかかる配線板上にＩＣチップが実装された状態の上面を示す図である。図８においては、ＩＣ本体２０に設けられたＩＣピン２１ａ〜２１ｃが、配線板上のフットプリント２７ａ〜２７ｃに接続されている。

図８に示すように、フットプリント２７ａ〜２７ｃの形状を、図４に示すフットプリント２３ａ〜２３ｃの角部が丸くえぐられた形状（匙面）とすることによって、ＩＣピン２１ａ〜２１ｃの底面角部とフットプリント２７ａ〜２７ｃの端面の距離が短くなり、実装位置ズレが抑制される。また、図８に示す形状とすると、ＩＣピン２１底面の角部とフットプリント端面との距離を図４の形状と同じにした場合には、図４に示す形状に比べて半田フィレットの形成面積が大きくなり、半田強度を高く維持することができる。また、図８に示す形状とすると、フットプリントにエッジ部分がなくなるため、フットプリントにおけるクラックの発生を抑制することもできる。

実施の形態３．
実施の形態１または実施の形態２にて説明した配線板は、電動機の内蔵基板として用いることができる。図９は、本実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図である。図９に示す電動機は、配線板１０と、回転軸３０と、出力側軸受３１と、反出力側軸受３２と、回転子センサマグネット３３と、回転子３４、回転子マグネット３５と、巻線端子３６と、インシュレータ３７と、固定子鉄心３８と、巻線３９と、ブラケット４０と、モールド樹脂４１と、モールド固定子４２とを備えるブラシレスＤＣモータである。

配線板１０は、コネクタ１２と、インバータＩＣ１３と、ホールＩＣ１４とを備える。ホールＩＣ１４は、回転子３４の位置を検知する。配線板１０は、出力側軸受３１と固定子との間にて回転軸３０の軸線方向に対して垂直に配置され、インシュレータ３７に固定されている。インシュレータ３７は、固定子鉄心３８と巻線３９とを電気的に絶縁している。固定子鉄心３８は、積層された電磁鋼板により形成されている。巻線３９は、インシュレータ３７を介して固定子鉄心３８の各スロットに巻き付けられており、巻線端子３６を介して配線板１０のインバータＩＣ１３に接続されている。配線板１０には、制御回路と接続するリード線を有するコネクタ１２が配置されている。モールド固定子４２は、固定子と配線板１０がモールド樹脂４１により一体として成型された構成であり、内部に回転子３４を収容可能に形成された凹部が設けられている。このように固定子と配線板１０がモールド樹脂４１により一体として成型される場合、モールド樹脂４１と半田の熱膨張係数が異なり半田に大きな熱応力がかかるため、半田強度が特に要求される。回転子３４は、モールド固定子４２の内側に配置され固定子鉄心３８と対向して回転軸３０の外周側に配置された回転子マグネット３５を有する。ホールＩＣ１４の近傍に配置される回転子センサマグネット３３は、回転軸３０を円中心として回転子３４内に配置されている。なお、回転子マグネット３５は永久磁石であり、例えばフェライト磁石または希土類磁石である。回転軸３０の一端には、回転軸３０を回転自在に支持する出力側軸受３１を有し、他端には回転軸３０を回転自在に支持する反出力側軸受３２を有する。ブラケット４０は導電性であり、モールド固定子４２の内周部に嵌め込まれてモールド固定子４２の凹部の開口部を塞いでおり、ブラケット４０の内側に反出力側軸受３２の外輪が嵌め込まれている。

図９に示す電動機においては、放熱性及び安全性を向上させるために固定子と配線板１０が一体として成型されており、配線板１０とホールＩＣ１４を接続する半田強度は高くすることを要する。実施の形態１にて説明したように半田強度を高く維持することで、ホールＩＣが外れてしまうことによる電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。なお、本実施の形態の電動機においてはホールＩＣの実装位置ズレが高精度に抑制されることで、ホールＩＣの実装位置バラツキが抑制される。これによりモータの効率に大きく影響を及ぼす進角のバラツキが抑制され、消費電力が低減される。

実施の形態４．
実施の形態３にて説明した電動機は、様々な電気機器に適用することができ、このような電気機器として、空気調和機を例示することができる。図１０は、本発明にかかる電気機器の一例である空気調和機の構成を示す外観図である。図１０に示す空気調和機５０は、室内機５１と、室外機５２と、ファン５３とを備える。室外機５２は室内機５１に接続されている。なお、図示していないが、室内機５１は室内機用送風機を備え、室外機５２は室外機用送風機を備え、室内機用送風機及び室外機用送風機は、駆動源である実施の形態３にて説明した電動機を備える。

本実施の形態の室内機用送風機及び室外機用送風機に実施の形態３の電動機が適用されることで、電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができ、室内機用送風機及び室外機用送風機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。

なお、実施の形態３にて説明した電動機は、室内機用送風機及び室外機用送風機に限定されず、例えば換気扇、家電機器、工作機等に搭載されてもよく、換気扇、家電機器、工作機等に実施の形態３の電動機が適用されることで、電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができ、換気扇、家電機器、工作機等の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかる配線板は、電動機に有用であり、特に、室内機用送風機及び室外機用送風機に適している。

１０ 配線板、１１ 穴、１２ コネクタ、１３ インバータＩＣ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ホールＩＣ、２０ ＩＣ本体、２１，２１ａ〜２１ｃ ＩＣピン、２２，２２ａ〜２２ｃ，２２１，２２２ フットプリント（本発明）、２３，２３ａ〜２３ｃ フットプリント（比較例）、２４ 半田フィレット（本発明）、２５ フットプリント（比較例）、２６ 半田フィレット（比較例）、２７ａ〜２７ｃ フットプリント（本発明）、３０ 回転軸、３１ 出力側軸受、３２ 反出力側軸受、３３ 回転子センサマグネット、３４ 回転子、３５ 回転子マグネット、３６ 巻線端子、３７ インシュレータ、３８ 固定子鉄心、３９ 巻線、４０ ブラケット、４１ モールド樹脂、４２ モールド固定子、５０ 空気調和機、５１ 室内機、５２ 室外機、５３ ファン。

Claims (10)

1. 複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
   前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、
   表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、
   前記フットプリントは矩形の一部が欠けた欠落部を含む形状であり、
   前記欠落部の一部が、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した位置ズレ許容領域内に存在することで、前記ピンの底面が前記位置ズレ許容領域内に収まる配線板。
2. 複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
   前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、
   表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、
   前記フットプリントは、
   前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した形状を格納することはできないものの、前記ピンの底面を格納することは可能な１つのピン配置領域と、
   前記ピン配置領域から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの半田フィレット形成領域と、を有する配線板。
3. 複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
   前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、
   表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、
   前記フットプリントは、
   矩形の前記ピンの底面の４つの角部と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの角部と、の間に配される端面の一部と、
   前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの半田フィレット形成領域と、を有する配線板。
4. 複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
   前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、
   表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、
   前記フットプリントは、
   矩形の前記ピンの底面の４つの辺と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの辺と、の間に配される角部と、
   前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの半田フィレット形成領域と、を有する配線板。
5. 複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
   前記ピンがリフローにより半田付けされる複数のフットプリントと、
   表面に前記フットプリントが形成されるベース基板と、を備え、
   前記フットプリントは、
   矩形の前記ピンの底面の４つの角部と、前記ピンの底面を実装位置精度よりも小さい範囲で前記配線板面上の全方向に均しく拡大した矩形の形状の４つの角部と、の間に配される角部と、
   前記ピンの底面が配置される部分から連なり、前記ピンの底面を格納できない大きさの半田フィレット形成領域と、を有する配線板。
6. 前記端面の前記一部が匙面である請求項３に記載の配線板。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の配線板と、
   前記配線板に実装された前記電子部品と、を有する電動機。
8. 固定子と前記配線板が、樹脂によって一体成型されていることを特徴とする請求項７に記載の電動機。
9. 請求項７または請求項８に記載の電動機を備える電気機器。
10. 請求項９に記載の電気機器である空気調和機。

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