JP2017208381A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品が搭載される複数の基板同士を接続する接続部分の強度を向上する。【解決手段】本実施形態の電子装置は、電子部品が搭載される少なくとも２つの基板を備え、２つの基板の一方である第１基板の一辺に設けられた挿入部が２つの基板の他方である第２基板に形成されたスリットに挿入されて２つの基板同士が接続された構造を有する。第１基板は、挿入部に設けられた第１基板側パッドを備える。第２基板は、第１基板側パッドとはんだを介して電気的に接続される第２基板側パッドを備える。スリットの内壁には、第２基板の第１基板側の面である第１面側から第１基板側とは反対側の面である第２面側まで伸びる窪み部が形成されている。第２基板側パッドは、窪み部の少なくとも一部に形成されるとともに第２面側まで伸びる内壁パッドと、第２面に設けられ内壁パッドと直接接続された裏面側パッドと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電子装置に関する。

例えばインバータ装置などの電子装置では、製品の小型化に伴って電子部品が搭載されるプリント基板（以下、単に基板と呼ぶ）の小型化も進んでいる。そのため、複数の基板に回路を分割して電子部品を実装し、それら複数の基板を接続して組み立てることで、所望の機能を実現することが行われている。複数の基板、例えば子基板と母基板とを接続する方法としては、コネクタなどの接続部品を用いる方法だけでなく、子基板を母基板に直接取り付けてはんだ付けを行う方法も用いられている。

この場合、子基板の下端部（母基板に挿入される側の端部）には、複数のパッドを有する挿入部が設けられている。また、母基板には、その挿入部を挿入するためのスリットと、子基板が挿入される側の面（表面）とは反対側の面（裏面）においてスリットに隣接するように複数のパッドが設けられている。そして、子基板の挿入部がスリットに挿入された状態で、それぞれ対応するパッド同士がはんだ付けされることで、基板同士が接続されるようになっている。

しかし、このような構成の場合、子基板に設けられたパッドと母基板に設けられたパッドとが隣接するのは母基板の裏面側だけであり、その裏面側の部分でしかはんだ付けがされない。そのため、はんだの付き具合や量が安定せず、その結果、はんだ付け後の接続強度が不十分になるおそれがある。したがって、上記構成の場合、はんだ付け後に手修正が必要になるなど、工数が増加するといった課題が生じる。

特開２００３−０３７３４０号公報 特開２００４−１５３１７８号公報

そこで、電子部品が搭載される複数の基板同士を接続する接続部分の強度を向上することができる電子装置を提供する。

本実施形態の電子装置は、電子部品が搭載される少なくとも２つの基板を備え、前記２つの基板の一方である第１基板の一辺に設けられた挿入部が前記２つの基板の他方である第２基板に形成されたスリットに挿入されて前記２つの基板同士が接続された構造を有する。前記第１基板は、前記挿入部に設けられた第１基板側パッドを備える。前記第２基板は、前記第１基板側パッドとはんだを介して電気的に接続される第２基板側パッドを備える。前記スリットの内壁には、前記第２基板の前記第１基板側の面である第１面側から前記第１基板側とは反対側の面である第２面側まで伸びる窪み部が形成されている。前記第２基板側パッドは、前記窪み部の少なくとも一部に形成されるとともに前記第２面側まで伸びる内壁パッドと、前記第２面に設けられ前記内壁パッドと直接接続された裏面側パッドと、を含む。

第１実施形態に係る子基板および母基板の構成を模式的に示すものであり、母基板の表面側から見た斜視図 母基板のスリット周辺を裏面側から見た斜視図であり、（ａ）は子基板が挿入された状態を示す図、（ｂ）は子基板が挿入されていない状態を示す図 母基板のスリット周辺を裏面側から見たもので、一部の構成を断面として示す平面図 子基板が母基板に挿入された状態を模式的に示す縦断面図 子基板が母基板に挿入されるとともにはんだ付けされた状態を模式的に示す縦断面図 比較例に係る母基板のスリット周辺を裏面側から見た斜視図 比較例に係る母基板のスリット周辺を裏面側から見たもので、一部の構成を断面として示す平面図 比較例に係る子基板が母基板に挿入されるとともにはんだ付けされた状態を模式的に示す縦断面図 第２実施形態に係る母基板のスリット周辺を裏面側から見たもので、一部の構成を断面として示す平面図 第３実施形態に係る裏面側パッドの他の構成例を模式的に示す図その１ 第３実施形態に係る裏面側パッドの他の構成例を模式的に示す図その２ 第３実施形態に係る裏面側パッドの他の構成例を模式的に示す図その３ 第４実施形態に係る窪み部の他の構成例を模式的に示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１に示すように、インバータ装置１は、子基板２および母基板３を備えている。インバータ装置１では、子基板２および母基板３に回路が分割されている。そして、インバータ装置１では、子基板２および母基板３が接続されて組み立てられることで、所望の機能を満たしつつ装置の小型化が実現されるようになっている。

子基板２および母基板３には、いずれも電子部品４が実装されている。なお、図１では、子基板２に実装された他の電子部品や母基板３に実装された電子部品、導体パターンなどの図示は省略している。この場合、子基板２は、インバータ装置１の複数の機種にわたって共通使用される汎用基板であり、第１基板に相当する。また、母基板３は、インバータ装置１の機種毎に個別に使用される専用基板であり、第２基板に相当する。したがって、インバータ装置１では、同一の子基板２を用いつつ母基板３を変更するだけで様々な機種への対応が可能となっている。なお、子基板２が専用基板となり、母基板３が汎用基板となるように回路の分割の仕方などを変更してもよい。

子基板２および母基板３は、いずれも矩形板状をなしている。ただし、子基板２の一辺（図１における下辺）には、図１中下側に突出する挿入部５が設けられている。挿入部５の両面には、それぞれ５つの第１基板側パッド６（以下、単にパッド６と省略する）が設けられている。なお、図１および図２では、片面側のパッド６だけを図示している。

図１〜図３に示すように、母基板３には、子基板２の挿入部５を挿入するための長孔形状をなすスリット７が形成されている。スリット７の両側部の内壁には、それぞれ５つのスルーホール８が形成されている。なお、ここで言う側部とは、スリット７の直線状に伸びる部分のことである。

スルーホール８は、スリット７の縁を中心とした半円筒形をなしている。つまり、スルーホール８は、スリット７の内壁に形成され子基板２側の面である表面３ａ（第１面に相当）から子基板２側とは反対側の面である裏面３ｂ（第２面に相当）まで伸びる窪み部８ａと、その窪み部８ａの全面に設けられた内壁パッド８ｂと、を含む。したがって、窪み部８ａは、図１または図３に示すように、母基板３の表面３ａまたは裏面３ｂから見た形状が半円形状となっている。

スルーホール８は、母基板３の表面３ａ側に設けられた表面側パッド８ｃと、裏面３ｂ側に設けられた裏面側パッド８ｄと、を含む。図１〜図３に示すように、表面側パッド８ｃおよび裏面側パッド８ｄは、いずれも窪み部８ａを囲むような形状、つまり半円形状（Ｃ字状）をなしている。この場合、表面側パッド８ｃおよび裏面側パッド８ｄの直径は、窪み部８ａの直径、つまりスルーホール８の直径よりも、所定値（例えば０．５ｍｍ）以上大きい値となっている。

表面側パッド８ｃおよび裏面側パッド８ｄは、それぞれ対応する内壁パッド８ｂと電気的に接続されている。これら内壁パッド８ｂ、表面側パッド８ｃおよび裏面側パッド８ｄにより、子基板２のパッド６とはんだを介して電気的に接続される第２基板側パッド９（以下、単にパッド９と省略する）が構成されている。

このようなパッド９は、次の（ａ）、（ｂ）の工程により製造することができる。
（ａ）母基板３に円形のスルーホール８を５個ずつ２列に設ける工程
（ｂ）２列に設けたスルーホール８の間であり且つ各スルーホール８の円筒が半分にカットされるような位置にスリット７を設ける工程
子基板２および母基板３は、次の（ｃ）、（ｄ）の工程により接続される。
（ｃ）図４に示すように、子基板２の挿入部５を母基板３のスリット７に挿入する工程
（ｄ）図５に示すように、パッド６およびパッド９をはんだ付けする工程
なお、図４および図５は、スリット７を挟んで互いに対向する２つのスルーホール８の中心同士を横切るような線（図示せず）に沿う縦断面図であり、図４ははんだ付け前の状態を示し、図５ははんだ付け後の状態を示している。

この場合、はんだ付けとしては、フロー方式を想定している。フロー方式でのはんだ付けが行われる際、まず裏面３ｂの裏面側パッド８ｄにはんだ１０が付くが、そのはんだ１０は、窪み部８ａを通って表面３ａ側へと吸い上げられる。このようにはんだ１０が吸い上げられるのは、窪み部８ａの存在により母基板３の裏面３ｂ側から表面３ａ側への空気の通り道ができているからである。その結果、図５に示すように、内壁パッド８ｂ、表面側パッド８ｃおよび裏面側パッド８ｄの全てにはんだ１０が付着する。なお、はんだ付けとしては、フロー方式に限らずともよく、例えば、はんだごてを用いた手作業によるはんだ付けなどでもよい。

本実施形態により得られる効果は、従来技術の構成と比較することで明確になる。そこで、以下では、従来技術の構成に相当する比較例について簡単に説明した後、その比較例と本実施形態とを比較しつつ本実施形態により得られる効果を説明する。なお、比較例において本実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

＜比較例＞
図６および図７に示すように、比較例では、母基板３の裏面３ｂ側に設けられた裏面側パッド２１が、子基板２のパッド２２とはんだを介して電気的に接続される第２基板側パッドに相当する。この場合、子基板２に設けられたパッド２２と母基板３に設けられたパッド２１とが隣接するのは母基板３の裏面３ｂ側だけである。そのため、図８に示すように、はんだ１０は裏面３ｂのパッド２１にしか付着しない。なお、このように、はんだ１０が裏面３ｂ側でしか付着しないため、パッド２２は、本実施形態のパッド６に比べ、図８中の上端部の高さが低くなっている。

＜比較例と本実施形態との比較＞
これに対し、本実施形態では、スリット７の両側部に設けられたスルーホール８により母基板３側のパッド９を構成している。このような構成によれば、図５に示すように、パッド６およびパッド９を電気的に接続するためのはんだ１０は、裏面側パッド８ｄだけでなく、内壁パッド８ｂおよび表面側パッド８ｃにも付着する。その結果、比較例に比べ、パッド６およびパッド９を接続するはんだ１０の量が増加するとともに、その付き具合が良好になり、はんだ付け後の接続強度が向上する。したがって、本実施形態によれば、子基板２および母基板３を接続する接続部分の強度を向上することができるという優れた効果が得られる。

また、本実施形態では、比較例に比べ、子基板２と母基板３との電気的接続部分における接触面積が増加しているため、多くの電流を流す回路を分割することが可能となる。例えば、インバータ装置１における電源系の回路や主回路に近い回路なども分割することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、回路設計の自由度が高まるといった効果が得られる。

また、本実施形態では、第２基板側パッド９を構成するスルーホール８は、プリント基板を製造する際に通常用いられる円筒形状のスルーホールを形成する工程を含む製造工程により形成することができる。したがって、本実施形態によれば、特別な工程を追加することなく、一般的な工程により第２基板側パッド９を設けることができるため、製造工数や製造コストの増加を低く抑えることができる。

また、本実施形態では、挿入部５の両面に複数のパッド６を設けるとともに、スリット７の両側部に複数のパッド９を設け、それぞれ対応するパッド６、９をはんだ付けする構成となっている。つまり、本実施形態では、子基板２の両面側にて母基板３と接続する構造になっている。そのため、本実施形態によれば、子基板２の片面側だけで母基板３と接続する構造に比べ、その接続強度が高まるという効果が得られる。

また、インバータ装置１では、子基板２に設けられた挿入部５を母基板３に設けられたスリット７に挿入し、はんだ付けを行うことで、各基板同士の接続を行っている。したがって、本実施形態によれば、別途コネクタなどの接続部品が不要になるというメリットがある。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図９を参照して説明する。
第１実施形態では、母基板３に設けたスルーホール８は、全て同一の大きさ（直径）のものであったが、スルーホール８の大きさは全て同一にしなくともよい。例えば、図９に示すように、一部のスルーホール３１の直径を、他のスルーホール８の直径よりも大きくしてもよい。なお、この場合、スルーホール３１は、より多くの電流を流す必要のある信号線や電源線に対応する部分を接続するために用いるとよい。

（第３実施形態）
以下、母基板３に設けられる第２基板側パッドの他の構成例を示す第３実施形態について、図１０〜図１２を参照して説明する。

本実施形態では、母基板３に設けられる第２基板側パッドの他の構成例を示している。
母基板３の裏面３ｂ側に設けられる裏面側パッドは、図２および図３に示したような半円形状（Ｃ字状）の裏面側パッド８ｄに限らずともよい。例えば、図１０および図１１に示すように、裏面側パッド８ｄよりも表面積を増やした形状にするとよい。すなわち、図１０に示すように、矩形状をなす裏面側パッド４１でもよい。また、図１１に示すように、窪み部８ａから遠い側の２つの角部に丸みを持たせた矩形状をなす裏面側パッド４２でもよい。

このような構成によれば、裏面側パッド４１、４２は裏面側パッド８ｄよりも表面積が大きいため、はんだ付けの際、最初に付着するはんだ１０の量が第１実施形態よりも増加する。したがって、上記構成によれば、パッド６およびパッド９を接続するはんだ１０の量が更に増加するとともに、その付き具合も更に良好になり、はんだ付け後の接続強度が一層向上する。

また、図１２に示す裏面側パッド４３のように、ヒートパイプとして機能するビア４４（スルーホール）が追加された構成でもよい。この場合、裏面側パッド４３は、図１１に示した裏面側パッド４２と同様の形状（角部に丸みを持たせた矩形状）となっている。そして、ビア４４は、裏面側パッド４２の窪み部８ａとは反対側の端に近い位置に形成されている。

このような構成によれば、はんだ付けの際、裏面側パッド４２に付着したはんだ１０は、窪み部８ａに形成された内壁パッド８ｂだけでなく、ビア４４をも通って表面３ａへと吸い上げられる。そのため、内壁パッド８ｂおよびビア４４を通るはんだ１０の熱によって、母基板３の特に第２基板側パッドが設けられた箇所全体が均一に高温となる。したがって、上記構成によれば、はんだ１０の吸い上げ、ひいてははんだ１０の付き具合が一層良好になるという効果が得られる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、図１３を参照して説明する。
スリット７の内壁に形成される窪み部は、図２および図３に示したような半円形状の窪み部８ａに限らずともよい。例えば、図１３に示すように、母基板３の表面３ａまたは裏面３ｂから見た形状として、その輪郭がＵ字状をなす形状の窪み部５１であってもよい。この場合、表面側パッド（図示略）および裏面側パッド５２は、いずれも窪み部５１を囲むような形状、つまり、Ｕ字状とすればよい。このような窪み部５１を含む第２基板側パッドは、母基板３に長孔形状をなすスルーホールを設ける工程と、第１実施形態と同様のスリット７を設ける工程とを含む製造工程により製造することができる。

この場合、子基板２の挿入部５が母基板３のスリット７に挿入された状態において窪み部５１により形成される空間は、第１実施形態の窪み部８ａにより同様に形成される空間に比べ広くなる。また、窪み部５１の全面に形成される内壁パッド（図示略）の表面積は、第１実施形態の窪み部８ａの全面に形成される内壁パッド８ｂの表面積よりも広くなる。したがって、本実施形態によれば、パッド６およびパッド９を接続するはんだ１０の量を更に増やすことができるため、接続部分の強度が一層向上するという効果が得られる。

なお、第２基板側パッドの構成（形状）は、前述した第１〜第３実施形態で示した各構成例および本実施形態で示した構成例の中から、必要な電流量および強度と基板上のスペースとの総合的なトレードオフに基づいて、最適な構成を適宜選択するとよい。

（その他の実施形態）
本発明は、インバータ装置１だけでなく、電子部品が搭載される少なくとも２つの基板を備え、それら２つの基板同士を直接取り付ける構造を有する電子装置全般に適用することができる。

挿入部５の片面側だけに第１基板側パッド６が設けられるとともに、スリット７の一方の側部だけに第２基板側パッド９が設けられた構成についても、本発明を適用することができる。

第２基板側パッド９を構成する内壁パッドは、母基板３の裏面３ｂ側に設けられた裏面側パッドと直接接続されていれば、スリット７の内壁に形成された窪み部の一部に設けられていてもよい。その場合、内壁パッドは、少なくとも、窪み部のうち、スリット７の内壁の窪み部が形成されていない部位（平坦な部位）と隣接する一方の端部からスリット７の内壁の平坦な部位と隣接する他方の端部まで伸びている、つまり半円筒形状をなす窪み部の周方向における一方の端部から他方の端部まで伸びていることが望ましい。

第２基板側パッドとしては、表面側パッド８ｃを含まない構成とすることができる。表面側パッド８ｃを省略したとしても、上記各実施形態と同様、接続部分の強度を向上することができるという効果を得ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はインバータ装置（電子装置）、２は子基板（第１基板、汎用基板）、３は母基板（第２基板、専用基板）、４は電子部品、５は挿入部、６は第１基板側パッド、７はスリット、８ａ、５１は窪み部、８ｂは内壁パッド、８ｄ、４１〜４３、５２は裏面側パッド、９は第２基板側パッド、１０ははんだを示す。

Claims (8)

1. 電子部品が搭載される少なくとも２つの基板を備え、前記２つの基板の一方である第１基板の一辺に設けられた挿入部が前記２つの基板の他方である第２基板に形成されたスリットに挿入されて前記２つの基板同士が接続された構造を有する電子装置であって、
   前記第１基板は、前記挿入部に設けられた第１基板側パッドを備え、
   前記第２基板は、前記第１基板側パッドとはんだを介して電気的に接続される第２基板側パッドを備え、
   前記スリットの内壁には、前記第２基板の前記第１基板側の面である第１面側から前記第１基板側とは反対側の面である第２面側まで伸びる窪み部が形成されており、
   前記第２基板側パッドは、前記窪み部の少なくとも一部に形成されるとともに前記第２面側まで伸びる内壁パッドと、前記第２面に設けられ前記内壁パッドと直接接続された裏面側パッドと、を含む電子装置。
2. 前記内壁パッドは、前記窪み部のうち、前記スリットの内壁の前記窪み部が形成されていない部位と隣接する一方の端部から前記スリットの内壁の前記窪み部が形成されていない部位と隣接する他方の端部まで伸びている請求項１に記載の電子装置。
3. 前記内壁パッドは、前記第１面側まで伸びる請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記第１基板側パッドは、前記挿入部の両面に設けられており、
   前記窪み部は、前記スリットの両側の内壁に設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記窪み部は、前記第２基板の前記第１面側または前記第２面側から見た形状として半円形状である請求項１から４のいずれか一項に記載の電子装置。
6. 前記窪み部は、前記第２基板の前記第１面側または前記第２面側から見た形状として輪郭がＵ字状をなす形状である請求項１から４のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記第２基板には、前記裏面側パッドに接続するビアが設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の電子装置。
8. 前記第１基板および前記第２基板のうち、一方は複数の機種にわたって共通使用される汎用基板であり、他方は機種毎に個別に使用される専用基板である請求項１から７のいずれか一項に記載の電子装置。

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