JP2019071391A - 端子固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】導電パッドの寸法を電極端子と同程度に縮小した場合であっても、電極端子と導電パッドとの接続強度を確保することができる端子固定構造を提供すること。【解決手段】端子固定構造１は、平坦な底面２０を有する柱状の金属部材からなり、側面から底面２０にかけて切り欠き部２１が形成された電極端子２と、回路基板６に固定され、電極端子２の底面２０との接合面を有し、開口部３０が形成された導電パッド３と、開口部３０に充填されることにより電極端子２と導電パッド３とを固定する接着剤４と、切り欠き部２１において電極端子２と導電パッド３とを接続する半田部材５と、を備え、導電パッド３は、電極端子２の柱状断面と同一の輪郭形状を有し、開口部３０が切り欠き部２１に接しない位置に形成され、切り欠き部２１は、底面２０における直交する２方向に対して金属部材を残すような位置に形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、電極端子の固定構造に関する。

電子部品を回路基板に実装する場合、回路基板に設けた導電パッドに半田ペーストを塗布し、電子部品の電極端子を導電パッドに配置して加熱することにより、溶融した半田ペーストによって導電パッドと電極端子とを電気的及び物理的に接続する所謂リフロー工程が行われることが多い。しかし、リフロー工程により電子部品が実装された回路基板は、他の電子部品や他のモジュール基板が接続される場合には、再度のリフロー工程が行われることがある。このとき、導電パッドと電極端子とを接続した半田ペーストが再度の加熱により再溶融し、これに伴って導電パッドと電極端子との相対位置にズレが生じることがある。

このよう問題への対策として、例えば特許文献１では、半田ペーストが再溶融した場合であっても、接着剤を介して電極端子を導電パッドに固定する固定方法が開示されている。より詳しくは、特許文献１の固定構造は、電極端子に接合させる導電パッドの表面領域に凹部が形成され、当該凹部に熱硬化性の接着剤が塗布されている。そして、当該電極端子の平坦な底面は、一部が接着剤を介して導電パッドに固定されると共に、他の部分が導電パッドの平坦な表面に接合される。

特開２００７−３０５９０４号公報

しかしながら、上記のように、電極端子と導電パッドとの双方の接合面が平坦である場合には、溶融した半田ペーストは、その多くが電極端子の側面に押し出され、電極端子の側面と導電パッドの表面とを接続するフィレットが形成されることになる。そのため、導電パッドは、電極端子の底面よりも大きい寸法で形成されなければならず、回路基板の実装面積を圧迫して部品実装の高密度化を妨げる原因となる他、回路設計の自由度を低下させる虞が生じる。一方、電極端子の底面に近い寸法にまで導電パッドを縮小した場合には、電極端子と導電パッドとを接続する半田ペーストの量を低下させることになるため、両者を電気的及び物理的に接続する接続強度が低下する虞が生じる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導電パッドの寸法を電極端子と同程度に縮小した場合であっても、電極端子と導電パッドとの接続強度を確保することができる端子固定構造を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、平坦な底面を有する柱状の金属部材からなり、側面から前記底面にかけて切り欠き部が形成された電極端子と、回路基板に固定され、前記電極端子の前記底面と接合する接合面を有すると共に、開口部が形成された導電パッドと、前記開口部に充填されることにより前記電極端子と前記導電パッドとを固定する接着剤と、前記切り欠き部において前記電極端子と前記導電パッドとを接続する半田部材と、を備え、前記導電パッドは、前記電極端子の柱状断面と同一の輪郭形状を有し、前記開口部が前記切り欠き部に接しない位置に形成され、前記切り欠き部は、前記底面における直交する２方向に対して前記金属部材を残すような位置に形成される、端子固定構造である。

導電パッドを介して回路基板に接続される電極端子は、柱状の金属部材の側面から導電パッドと接合する底面にかけて切り欠き部が形成されている。また、導電パッドは、表面に接着剤を充填するための開口部が形成されると共に、輪郭の形状が電極端子の柱状断面と同一の寸法で形成されている。そして、導電パッドと電極端子とは、切り欠き部において半田部材によって電気的及び物理的に接続されている。このとき、半田部材は、平面形状が同一の導電パッドと電極端子との間において両者を接続している。

これにより本発明の第１の態様によれば、導電パッドと電極端子との接続において、接続強度を確保するために十分な量の半田部材を使用した場合であっても、半田部材を電極端子の側面に形成する必要がなく、導電パッドの平面形状を電極端子の柱状断面より広く形成せずとも両者を接続することができる。従って、本発明の第１の態様に係る端子固定構造によれば、導電パッドの寸法を電極端子と同程度に縮小した場合であっても、電極端子と導電パッドとの接続強度を確保することができる端子固定構造を提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記切り欠き部は、前記電極端子の前記底面を挟む互いに対向する複数の位置に形成される、端子固定構造である。

本発明の第２の態様によれば、導電パッドと電極端子とを接続する半田部材が、導電パッドと電極端子との接合面の両端にバランスを図りつつ配置することができる。これにより、本発明の第２の態様に係る端子固定構造は、前述した本発明の第１の態様による作用効果に加え、導電パッドに対して電極端子を傾斜させることなく安定的に接続することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１又は２の態様において、前記切り欠き部は、切り欠き断面が平面である、端子固定構造である。

本発明の第３の態様によれば、電極端子に形成される切り欠き部は、電極端子の側面から底面にかけて平面で切断することにより形成することができる。これにより本発明の第３の態様に係る端子固定構造は、前述した本発明の第１又は２の態様による作用効果に加え、加工が容易で製造コストを抑制することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１乃至３のいずれかの態様において、前記開口部は、前記導電パッドの外部と連通する連通路を含み、前記切り欠き部は、前記電極端子の前記底面における前記連通路に隣接しない位置に形成される、端子固定構造である。

導電パッドは、接着剤を充填するための開口部が連通路により導電パッドの外部と連通するように形成されていることにより、開口部の容積よりも接着剤の量が過剰である場合であっても、連通路により過剰な接着剤を開口部から逃がすことができる。これにより、接着剤が導電パッドの平坦な表面よりも電極端子側に溢れることが防止され、導電パッドと電極端子との面接触における良好な接続を図ることができる。

このとき、電極端子に形成される切り欠き部は、開口部のみならず、連通路に対しても隣接しない位置に形成されている。これにより本発明の第４の態様に係る端子固定構造によれば、前述した本発明の第１乃至３のいずれかの態様による作用効果に加え、導電パッドと電極端子との良好な接続を図りつつ、半田部材が連通路に隣接することによる接続不良を防止することができる。

本発明によれば、導電パッドの寸法を電極端子と同程度に縮小した場合であっても、電極端子と導電パッドとの接続強度を確保することができる端子固定構造を提供することができるという作用効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係る端子固定構造の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電極端子の底面形状を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る端子固定構造の側面図である。 従来技術に係る端子固定構造の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る導電パッドの上面図である。 本発明の第２実施形態に係る電極端子の底面形状を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る導電パッドの上面図である。 本発明の第１変形例に係る電極端子の底面形状を示す斜視図である。 本発明の第２変形例に係る導電パッドの上面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１の分解斜視図である。より詳しくは、図１は、端子固定構造１の製造段階における構成部材を模式的に示す斜視図である。端子固定構造１は、電極端子２、導電パッド３、接着剤４、半田部材５、を備える。また、端子固定構造１は、導電パッド３の裏面において回路基板６に固定されている。

以下、回路基板６の基板面に平行な面における互いに直交する方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向として説明する。

電極端子２は、回路基板６に表面実装される電子部品（図示せず）の端子であり、本実施形態においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の長さがそれぞれ２．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．５ｍｍである角柱形状の銅材料からなる。但し、電極端子２は、詳細を後述するように、回路基板６に実装される面の角に切り欠きが形成され、図１の破線矢印で示されるように、半田部材５を介して導電パッド３に接続される金属部材である。尚、電極端子２は、例えば複数の基板同士を電気的に接続する仲介部材であってもよい。

導電パッド３は、回路基板６において電極端子２を設置する位置に貼付け固定され、回路基板６に形成された図示しない電子回路と電極端子２とを導通させる金属部材である。導電パッド３は、本実施形態においては、Ｘ方向、Ｙ方向の長さがそれぞれ２．３ｍｍ、１．５ｍｍの輪郭形状、すなわち、電極端子２の角柱断面と同一の形状として形成されている。また、導電パッド３は、中央部に円形の開口部３０が形成されている。開口部３０は、任意の深さに設定することができるが、本実施形態においては導電パッド３の表裏面を貫通する貫通開口として形成されている。

接着剤４は、熱硬化性を有する接着剤であり、導電パッド３の開口部３０に充填される。これにより接着剤４は、リフロー工程において電極端子２が導電パッド３に半田接続されるときに、開口部３０において電極端子２を回路基板６に固定する。ここで、開口部３０が貫通開口でない場合には、電極端子２は、接着剤４を介して導電パッド３に固定される。

半田部材５は、端子固定構造１の製造工程においては導電パッド３の表面、すなわち、導電パッド３における開口部３０以外の表面にペースト形態で塗布される。また、半田部材５は、詳細を後述するように、リフロー工程において加熱により溶融されると、電極端子２に形成された切り欠きに移動して、電極端子２と導電パッド３とを電気的及び物理的に接続する。

回路基板６は、公知のプリント配線基板であり、図示しない電子部品及び電子回路が両面に実装されている。また、回路基板６に形成された電子回路のうち、電極端子２に接続されるべき電子回路が導電パッド３に接続されている。尚、回路基板６は、本実施形態においては、Ｘ方向、Ｙ方向の長さがそれぞれ３６．０ｍｍ、２３．６ｍｍであり、Ｚ方向の厚さが１．６ｍｍである。

図２は、本発明の第１実施形態に係る電極端子２の底面形状を示す斜視図である。ここで、図２の破線矢印は、電極端子２が導電パッド３に接続される方向を示す。電極端子２は、導電パッド３と接合される底面２０が平坦な形状を有し、底面２０の四隅に切り欠き部２１が形成されている。切り欠き部２１は、本実施形態においては、加工前の角柱形状の電極端子２に対して、図２に示す角柱の頂点ＰからＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ０．５ｍｍ離間した三点を通る平面で切断することにより形成される。

図３は、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１の側面図である。より具体的には、図３は、リフロー工程を経て電極端子２が導電パッド３に接続された後の端子固定構造１をＹ方向から見た場合の側面形状を表す。

リフロー工程の加熱により溶融した半田部材５は、平坦な電極端子２の底面２０と平坦な導電パッド３の表面とにより挟まれることで、その大部分が電極端子２に形成された切り欠き部２１に流入する。このとき、切り欠き部２１に流入した半田部材５は、切り欠き部２１において電極端子２と導電パッド３とを電気的及び物理的に接続する。また、電極端子２の底面２０と導電パッド３の表面との接合面に僅かに隙間がある場合には、半田部材５の一部が当該隙間に残留することにより、接合面において電極端子２と導電パッド３との隙間が埋まり、両者が密に接続されることになる。

電極端子２の底面２０と導電パッド３の表面とが接続されると、リフロー工程の加熱により接着剤４が硬化して電極端子２と導電パッド３とが互いに密着した状態で固定される。そのため、端子固定構造１に再度のリフロー工程が行われて半田部材５が再溶融した場合であっても、電極端子２と導電パッド３との相対位置にズレが発生することを防止することができる。

次に、本発明の効果について、従来技術と比較しつつ説明する。図４は、従来技術に係る端子固定構造１’の斜視図である。従来技術に係る端子固定構造１’は、回路基板６’に貼付け固定された導電パッド３’に角柱形状の電極端子２’が配置され、半田部材５’により電極端子２’が導電パッド３’に接続される。

より詳しくは、従来技術に係る端子固定構造１’は、電極端子２’と導電パッド３’とのリフロー工程による接続において、電極端子２’の平坦な底面に塗布された半田部材５’が導電パッド３’の平坦な表面によって押し出される。これにより、従来技術に係る半田部材５’は、電極端子２’のＸ方向及びＹ方向を向く側面と、導電パッド３’のＺ方向を向く表面とを跨ぐように、電極端子２’の周囲において両者を接続するフィレットが形成される。

このため、従来技術に係る端子固定構造１’は、電極端子２’と導電パッド３’とを接続するために、電極端子２’の周囲における導電パッド３’の表面に半田部材５’のフィレットを形成する領域を設ける必要がある。これにより、導電パッド３’は、電極端子２’の実装面積だけでなく、フィレットを形成するための領域を確保しなければならず、小型化が妨げられることになる。従って、従来技術に係る端子固定構造１’は、回路基板６’の実装面積を圧迫して部品実装の高密度化を妨げる原因となる他、回路設計の自由度を低下させる虞が生じる。

これに対し、本発明に係る端子固定構造１は、図３に示すように、電極端子２と導電パッド３との水平方向に対する長さが同一、すなわち導電パッド３の輪郭形状と電極端子２の柱状断面とが同一の形状に形成されている。つまり、本発明に係る端子固定構造１は、導電パッド３を電極端子２の柱状断面と同一の寸法にまで小さくすることができる。

図５は、本発明の第１実施形態に係る導電パッド３の上面図である。より具体的には、図５は、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１において、電極端子２と導電パッド３との接合面を平面視した場合の導電パッド３の表面を模式的に表す。

図５において、導電パッド３は、四角形ＡＤＧＪで表される輪郭形状を有し、略中央部に形成された円形の開口部３０に接着剤４が充填されている。また、本実施形態に係る導電パッド３は、開口部３０を囲むように平坦な表面としての端子接触面３１を含み、端子接触面３１において電極端子２の底面２０と接する。ここで、四角形ＡＤＧＪは、電極端子２の柱状断面の形状と同一である。

さらに、導電パッド３は、電極端子２の四隅の切り欠き部２１の位置に対応する４つの半田接触面３２を有する。すなわち、導電パッド３は、図５における三角形ＡＢＬ、三角形ＤＥＣ、三角形ＧＨＦ、及び三角形ＪＫＩの４つの領域において半田部材５と接触する。従って、半田部材５は、電極端子２の柱状断面の形状、すなわち四角形ＡＤＧＪの内部において、電極端子２と導電パッド３とを電気的及び物理的に接続することができる。そして、端子固定構造１は、四角形ＡＤＧＪの領域内において、電極端子２と導電パッド３とを強固に接続する十分な量の半田部材５を設けることができる。

以上のように、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１によれば、導電パッド３の寸法を電極端子２と同程度に縮小した場合であっても、電極端子２と導電パッド３との接続強度を確保することができる。

また、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１によれば、接着剤４が充填された導電パッド３の開口部３０と、電極端子２に形成された切り欠き部２１とが、互いに接しない位置に形成されていることから、電極端子２と導電パッド３との電気的な接続が接着剤４により妨げられることを防止することができる。

さらに、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１によれば、電極端子２の切り欠き部２１が、底面２０における直交する２方向に対して金属部材を残すような位置に形成されている。より具体的には、図５に示すように、導電パッド３に接続される電極端子２は、半田接触面３２が設けられる導電パッド３の四隅に対応する位置に切り欠き部２１が形成されている。すなわち、電極端子２は、導電パッド３の辺ＢＣ、辺ＥＦ、辺ＨＩ、辺ＫＬにおいて、金属部材が残されている。つまり、電極端子２は、Ｘ方向における辺ＥＦ及び辺ＫＬと、Ｙ方向における辺ＢＣ及び辺ＨＩとにおいて、導電パッド３と直接接するように接続されている。これにより、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１は、電極端子２と導電パッド３との接続における相対的な位置ずれを抑制することができる。

そして、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１によれば、電極端子２は、図２に示すように複数の切り欠き部２１を有すると共に、これらの切り欠き部２１が底面２０を挟むように対向する位置に形成されている。より具体的には、複数の切り欠き部２１は、図５の半田接触面３２として示すように、三角形ＡＢＬと三角形ＧＨＦとが導電パッド３における端子接触面３１を挟むように対向し、三角形ＤＥＣと三角形ＪＫＩとが導電パッド３における端子接触面３１を挟むように対向する位置に形成されている。これにより、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１は、導電パッド３に対して電極端子２を傾斜させることなく安定的に接続することができる。

さらに、本発明の第１実施形態に係る端子固定構造１によれば、電極端子２に形成される切り欠き部２１は、図２に示すように切り欠き断面が平面として形成されていることにより、加工が容易で製造コストを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の端子固定構造１は、上記した第１実施形態における電極端子２および導電パッド３の形状が第１実施形態の端子固定構造１と異なる。以下、第１実施形態と異なる部分について説明することとし、第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電極端子７の底面形状を示す斜視図である。ここで、図６の破線矢印は、電極端子７が導電パッド８に接続される方向を示す。電極端子７は、導電パッド８と接合される底面７１が平坦な形状を有し、底面７１の対向する２隅に切り欠き部７２が形成されている。それぞれの切り欠き部７２は、本実施形態においては、加工前の円柱形状の電極端子７に対して、２つの平面からなる切断面を有して形成されている。

図７は、本発明の第２実施形態に係る導電パッド８の上面図である。より具体的には、図７は、本発明の第２実施形態に係る端子固定構造１において、電極端子７と導電パッド８との接合面を平面視した場合の導電パッド８の表面を模式的に表す。

図７において、導電パッド８は、円形の輪郭形状を有すると共に、略中央部に形成された円形の開口部８０に接着剤４が充填されている。また、本実施形態に係る導電パッド８は、開口部８０を囲むように平坦な表面を有する端子接触面８１を含む。ここで、導電パッド８の円形の輪郭形状は、電極端子７の柱状断面の形状と同一である。

以上のように、本発明の第２実施形態に係る端子固定構造１によれば、電極端子７と導電パッド８のＸ−Ｙ平面の形状が四角形に限らず円形である場合にも、上記した第１実施形態に係る端子固定構造１と同様の理由により、導電パッド８の寸法を電極端子７と同程度に縮小することができ、且つ電極端子７と導電パッド８との接続強度を確保することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の第１実施形態では切り欠き部２１が電極端子２の底面２０の四隅に形成される態様を例示したが、図８に示す第１変形例のように、切り欠き部９１が電極端子９の底面９０における長方形の２つの短辺上にそれぞれ形成された場合であっても、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、上記の第１実施形態では、中央部に円形の開口部３０が形成された導電パッド３を例示したが、開口部３０は、図９に示す第２変形例のように、導電パッド３の外部と連通する連通路３３を含んでもよい。より具体的には、図９に示す導電パッド３は、導電パッド３のＹ方向両側において２つの連通路３３により開口部３０と連通し、これにより電極端子２との接合面が端子接触面３１Ａと３１Ｂとに分離した形状となっている。

ここで、図９に示す第２変形例に係る導電パッド３は、２つの連通路３３と半田接触面３２とが互いに接触しない位置に形成されていることにより、上記した第１実施形態に係る端子固定構造１と同様の効果を奏することができる。

１ 端子固定構造
２ 電極端子
３ 導電パッド
４ 接着剤
５ 半田部材
６ 回路基板
２０ 底面
２１ 切り欠き部
３０ 開口部
３１ 端子接触面
３２ 半田接触面
３３ 連通路

Claims (4)

1. 平坦な底面を有する柱状の金属部材からなり、側面から前記底面にかけて切り欠き部が形成された電極端子と、
   回路基板に固定され、前記電極端子の前記底面と接合する接合面を有すると共に、開口部が形成された導電パッドと、
   前記開口部に充填されることにより前記電極端子と前記導電パッドとを固定する接着剤と、
   前記切り欠き部において前記電極端子と前記導電パッドとを接続する半田部材と、を備え、
   前記導電パッドは、前記電極端子の柱状断面と同一の輪郭形状を有し、前記開口部が前記切り欠き部に接しない位置に形成され、
   前記切り欠き部は、前記底面における直交する２方向に対して前記金属部材を残すような位置に形成される、端子固定構造。
2. 前記切り欠き部は、前記電極端子の前記底面を挟む互いに対向する複数の位置に形成される、請求項１に記載の端子固定構造。
3. 前記切り欠き部は、切り欠き断面が平面である、請求項１又は２に記載の端子固定構造。
4. 前記開口部は、前記導電パッドの外部と連通する連通路を含み、
   前記切り欠き部は、前記電極端子の前記底面における前記連通路に隣接しない位置に形成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の端子固定構造。

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