JP2017063077A - 多極コネクタが実装される回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】多極コネクタが実装される回路基板において、ハンダ溶融時の温度変化に伴う回路基板の反りの発生を効果的に防止する。【解決手段】複数の端子から成る端子配列（２００ａ等）を有するコネクタ（１１０ａ等）が搭載される回路基板（１０４等）であって、前記端子配列を構成する前記端子がそれぞれ接合される回路パターン（２０６ａ等）を備え、前記端子配列の長さ方向の少なくとも一方の端部にある前記端子が接続される前記回路パターン（２０６ａ等）から予め定めた所定の距離を隔てた位置の予め定めたサイズを持つ領域（３０２ａ等）内に、少なくとも一つの孔（２０２ａ、３１０等）を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の端子から成る端子配列を有する多極コネクタが実装される回路基板に関し、特に、多極コネクタの実装時におけるハンダ溶融に伴う基板の反りを防止することのできる回路基板に関する。

他装置との間で多数の信号を授受しなければならない電子装置では、一般に、複数の端子で構成される端子列を備える多極コネクタが用いられる。このような端子列を有する多極コネクタは、例えば他の電子部品と共にフローハンダ付け法又はリフローハンダ付け法により回路基板に固定される。

この場合、高温のフロー炉又はリフロー炉を通過する際に溶融されたハンダが、これら炉の通過後に冷やされて固化（凝固）されるため、上記多極コネクタと回路基板とは、ハンダ溶融の前後おいて大きな温度変化にさらされることとなり、回路基板と多極コネクタとの線膨張係数差に起因して、当該回路基板には、当該多極コネクタの周辺部において反りが生じ得る。

このような反りの生じた回路基板は、電子装置内部の平坦な取付面内にネジ等を用いて固定されると、組み立て時に又は経年的に、ヒビや割れを生ずる可能性があり、また場合によっては、回路パターンと電子部品とのハンダ接合部に剥離を生じさせる確率が高まる。

上記背景より、多極コネクタが実装される回路基板においては、ハンダ溶融時の温度変化に伴う回路基板の反りの発生を効果的に防止することが望まれている。

本発明の一の態様は、複数の端子から成る端子配列を有するコネクタが搭載される回路基板であって、前記端子配列を構成する前記端子がそれぞれ接合される回路パターンを備え、前記端子配列の長さ方向の少なくとも一方の端部にある前記端子が接続される前記回路パターンから予め定めた所定の距離を隔てた位置の予め定めたサイズを持つ領域内に、少なくとも一つの孔を有する。
本発明の他の態様によると、前記回路基板は、前記端子配列の長さ方向の両端部にある前記端子が接続されるそれぞれの前記回路パターンから予め定めた所定の距離を隔てた位置の予め定めたサイズを持つそれぞれの領域内に、それぞれ少なくとも一つの孔を有する。
本発明の他の態様によると、前記孔は、前記領域内の全域に広がる単一の孔である。
本発明の他の態様によると、前記孔は、円形、楕円形、長円形、又は矩形の開口を有する。

本発明の一実施形態に係る回路基板が搭載される電子装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板の第１の変形例の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板の第２の変形例の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施形態としてここに示した回路基板及び電子装置は、例えば車両に搭載されて当該車両の動作の少なくとも一つを制御する制御回路が構成された回路基板を備える電子装置である。ただし、本回路基板及び本電子装置の構成は、これに限らず、他の用途を含め、広く一般に用いられている回路基板及び電子装置に同様に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る回路基板が搭載される電子装置の構成を示す図である。図１（ａ）は本電子装置１０の上面図、図１（ｂ）は正面図である。
本電子装置１０は、導電性材料（例えば、アルミニウム等の金属や導電性樹脂）から成るベース１００ａとカバー１００ｂとがネジ１０２ａ〜１０２ｄにより固定されて構成される導電性の筐体１００と、筐体１００内に収容された回路基板１０４と、を備える。回路基板１０４は、複数の回路部品（不図示）が搭載されて電子回路を構成しており、ベース１００ａに対しネジ１０８ａ〜１０８ｄにより固定されている。また、回路基板１０４には、当該回路基板１０４が構成する電子回路を外部の装置やデバイスに接続するための２つのコネクタ１１０ａ、１１０ｂが、筐体１００から外部へ突き出た状態となるように搭載されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る回路基板１０４の詳細を示す図である。回路基板１０４は、上述したとおり複数の回路部品が搭載されて電子回路を構成しているが、図２においては、記載を簡略化して理解を容易にするため回路部品の記載を省略している。

コネクタ１１０ａ、１１０ｂは、複数の接続電極を有する多極コネクタであり、それぞれ複数の端子から成る端子配列２００ａ、２００ｂを備え、当該端子配列２００ａ、２００ｂの各端子が回路基板１０４上に形成されたランド（又はパッド）に対しハンダ等により接合されることで、回路基板１０４に対し機械的に固定され、且つ電気的に接続される。

特に、本実施形態では、コネクタ１１０ａの端子配列２００ａについて、回路基板１０４上の、当該端子配列２００ａの長さ方向（例えば、当該端子配列２００ａの外接矩形の長辺に沿う方向。図２では、図示左右方向。）に沿った両端部の端子に対応する（すなわち、当該端子に接続される）ランド２０６ａ、２０６ｂの近傍位置（より具体的には、当該ランド２０６ａ、２０６ｂから予め定めた所定の距離だけ離れた位置）の、予め定められたサイズの領域内の全域に広がるように、それぞれ孔２０２ａ、２０２ｂが設けられている。また、同様に、コネクタ１１０ｂの端子配列２００ｂについて、回路基板１０４上の、当該端子配列２００ｂの長さ方向（例えば、当該端子配列２００ｂの外接矩形の長辺に沿う方向。図２では、図示左右方向。）に沿った両端部の端子に対応するランド２０８ａ、２０８ｂの近傍位置（より具体的には、当該ランド２０８ａ、２０８ｂから予め定めた所定の距離だけ離れた位置）の、予め定められたサイズの領域内の全域に広がるように、それぞれ孔２０４ａ、２０４ｂが設けられている。

一般に、端子配列を有するコネクタが搭載される回路基板では、ハンダフロー炉やリフロー炉等を用いたハンダ溶融工程におけるハンダ溶融・固化の過程において、ハンダの凝固点を通過してハンダが固化した後、回路基板温度が常温まで低下していく際に、当該回路基板とコネクタ構成部材（例えば、コネクタハウジングの樹脂素材等）との線膨張係数差により、当該コネクタの端子配列を構成する端子と回路基板との間に応力が発生する。

また、２つの異なる物質における温度変動に伴う線膨張量の差は、それら物質の線膨張係数差と長さとの積で定まるため、コネクタ端子と回路基板との間に発生する応力は、コネクタ端子配列の長さが長いほど増加し、端子配列の両端部におけるそれぞれの端子の近傍において最大となる。これにより、コネクタ端子配列の両端部の端子と回路基板との間のハンダ接合部に大きな応力が発生することとなり、当該応力により当該ハンダ接合部に亀裂が生じたり、回路基板上のコネクタ実装部分の近傍に反りが生じ得る。

上記の構成を有する回路基板１０４は、回路基板１０４とコネクタ１１０ａ、１１ｂの端子との間に最も大きな応力が発生する端子配列２００ａ、２００ｂの長さ方向端部の端子に対応するランド２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、２０８ｂの近傍部分に、孔２０２ａ、ｂ及び２０４ａ、ｂが設けられているため、これらの孔２０２ａ、ｂ及び２０４ａ、ｂにより、回路基板１０４に生ずる上記応力が効果的に低減される。その結果、コネクタ１１０ａ、１１０ｂを固定する際のハンダ溶融工程における温度変化に伴う回路基板１０４における反りの発生を、効果的に防止することができる。

なお、端子配列２００ａ、２００ｂの長さ方向端部の端子に対応するランド２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、２０８ｂと対応する孔２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂとの距離及び当該孔のサイズは、例えば、回路基板１０４上における当該コネクタの搭載位置、当該コネクタの端子配列の長さや端子数、ハンダ溶融工程における最大温度及び常温までの温度勾配、等々の所定の条件において、種々の距離に種々のサイズの孔を設けた回路基板を用いて当該回路基板の反り量を測定することにより、当該反り量が許容範囲となる距離やサイズとして実験的に定めることができる。そして、このような実験的に定めた距離やサイズを、予め定められた距離及びサイズとして用いて、実際の装置に用いる回路基板を設計するものとすることができる。

なお、本実施形態では、回路基板１０４上に隣接して配された２つのコネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子配列２００ａ、２００ｂのそれぞれの両端部に配された端子に対応するランド２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、２０８ｂの近傍に（すなわち、これらのランドから予め定めた距離だけ離れた位置に）それぞれ予め定めたサイズの孔２０２ａ、ｂ及び２０４ａ、ｂを設けるものとしたが、これに限らず、回路基板１０４上に一つのコネクタのみが搭載されるものとし、当該一つのコネクタの端子配列の少なくとも一つの端部に配された端子に対応するランドの近傍に（すなわち、当該ランドから所定の距離だけ離れた位置に）、予め定めたサイズの孔が設けられるものとしてもよい。この場合でも、回路基板１０４に設けられた当該孔により、当該コネクタの端子配列の対応する端部の端子と回路基板との間の応力は効果的に低減され、回路基板の反りの発生確率又は発生量が低下することとなる。

また、本実施形態のように２つのコネクタ１１０ａ、１１０ｂを隣接して搭載する場合には、隣接して設けられることとなる孔２０２ｂと２０４ａとをつなげて一つの孔として設けるものとしてもよい。

さらに、本実施形態では、端子配列２００ａ、２００ｂのそれぞれの両端部に対応するランド２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、２０８ｂの近傍に、ぞれぞれ、予め定めたサイズを持つ領域の全域に広がる一つの孔２０２ａ、ｂ及び２０４ａ、ｂを設けるものとしたが、これに限らず、回路基板１０４の第１の変形例として、当該領域の中に当該領域のサイズよりも小さい少なくとも一つの孔を設けるものとしてもよい。

図３は、図２に示す回路基板１０４の第１の変形例であり、回路基板３５４に搭載されたコネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子配列２００ａ、２００ｂの長さ方向の両端部に配された端子に対応するランド３０６ａ、３０６ｂ、３０８ａ、３０８ｂの近傍の位置（すなわち、当該ランド３０６ａ、３０６ｂ、３０８ａ、３０８ｂのそれぞれから所定の距離だけ隔たった位置）の、予め定めた所定のサイズを持つ領域３０２ａ，３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂ内に、複数の円形の孔（すなわち、円形の開口を有する孔）３１０が設けられている。このような構成においても、各領域３０２ａ，３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂに設けられた複数の円形孔３１０により、コネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子配列２００ａ、２０ｂの長さ方向端部の各端子と回路基板３５４との間の応力は効果的に低減され、回路基板３５４の反りの発生確率又は発生量は低下する。

なお、図３では、領域３０２ａ，３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂ内にそれぞれ１２個の孔３１０が設けられているが、各領域に少なくとも一つの孔３１０があれば、一定の効果（回路基板３５４の反りの防止又は低減の効果）を得ることができる。また、端子配列２００ａ、２００ｂの両端部でなく、一方の端部に配された端子に対応するランド（例えば、ランド３０６ａ及び３０８ｂ）の近傍位置にある領域内（例えば、領域３０２ａ及び３０４ｂ）にのみ、少なくとも一つの孔３１０を設けるものとしても、上記効果を得ることができる。

さらに、回路基板１０４の第２の変形例として、コネクタの端子配列の両端部の端子に対応するランドの近傍の領域に、少なくとも一つのスリット孔を設けるものとしてもよい。図４は、図２に示す回路基板１０４の第２の変形例であり、回路基板４５４に搭載されたコネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子配列２００ａ、２００ｂの長さ方向の両端部の端子に対応するランド４０６ａ、４０６ｂ、４０８ａ、４０８ｂの近傍の位置（すなわち、当該ランド４０６ａ、４０６ｂ、４０８ａ、４０８ｂのそれぞれから所定の距離だけ隔たった位置）の、予め定めた所定のサイズを持つ領域４０２ａ，４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂ内に、複数の矩形のスリット孔（すなわち、矩形の開口を有する孔）４１０が設けられている。

このような構成の場合も、各領域４０２ａ，４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂに設けられた複数のスリット孔４１０により、コネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子配列２００ａ、２０ｂの長さ方向端部の各端子と回路基板４５４との間の応力は効果的に低減され、回路基板４５４の反りの発生確率又は発生量は低下する。なお、各領域４０２ａ，４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂに設けるスリット孔は、矩形に限らず他の任意の形状（例えば、長円や楕円の開口を有する孔）とすることができる。なお、この場合も、各領域４０２ａ，４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂには少なくとも一つのスリット孔４１０が設けられていれば、一定の反り防止効果を得ることができる。また、領域４０２ｂ、４０４ａにスリット孔４１０を設けず、端子配列２００ａ、２００ｂのそれぞれ一方の端部に配された端子に対応するランド（例えば、ランド４０６ａ及び４０８ｂ）の近傍位置にある領域（例えば、領域４０２ａ及び４０４ｂ）内にのみスリット孔４１０を設ける構成としても良い。

以上、説明したように、本実施形態では、回路基板（１０４）上に搭載されたコネクタ（１１０ａ等）の端子配列（２００ａ等）の長さ方向端部に入れた端子に対応するランド（２０６ａ等）の近傍の領域に、孔（２０２ａ等）が設けられているため、当該端子配列を構成する端子と回路基板との間に発生する応力を低減して、当該応力に起因する回路基板の反りの発生を効果的に防止又は低減することができる。

なお、上述した実施形態及び変形例では、コネクタ１１０ａ、１１０ｂの端子が回路基板１０４等に形成されたランドに接合されるものとしたが、当該ランドに代えて、当該回路基板上に形成されたパッド等の他の回路パターンに対して上記コネクタの端子が接合されるものとしても良い。

１０・・・電子装置、１００・・・筐体、１００ａ・・・ベース、１００ｂ・・・カバー、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ・・・ネジ、１０４、３５４、４５４・・・回路基板、１１０ａ、１１０ｂ・・・コネクタ、２００ａ、２００ｂ・・・端子配列、２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、３１０、４１０・・・孔、３０２ａ、３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、４０４ａ、４０４ｂ・・・領域、２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、２０８ｂ、３０６ａ、３０６ｂ、３０８ａ、３０８ｂ、４０６ａ、４０６ｂ、４０８ａ、４０８ｂ・・・ランド。

Claims (4)

1. 複数の端子から成る端子配列を有するコネクタが搭載される回路基板であって、
   前記端子配列を構成する前記端子がそれぞれ接合される回路パターンを備え、
   前記端子配列の長さ方向の少なくとも一方の端部にある前記端子が接続される前記回路パターンから予め定めた所定の距離を隔てた位置の予め定めたサイズを持つ領域内に、少なくとも一つの孔を有する、
   回路基板。
2. 前記端子配列の長さ方向の両端部にある前記端子が接続されるそれぞれの前記回路パターンから予め定めた所定の距離を隔てた位置の予め定めたサイズを持つそれぞれの領域内に、それぞれ少なくとも一つの孔を有する、
   請求項１に記載の回路基板。
3. 前記孔は、前記領域内の全域に広がる単一の孔である、請求項１又は２に記載の回路基板。
4. 前記孔は、円形、楕円形、長円形、又は矩形の開口を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回路基板。

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