JP2021150327A - 電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気部品を基板に良好に実装することができる電気装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係る電気装置１は、内周面に金属膜２１１を有する接続穴２１、及び前記金属膜２１１に電気的に接続されている導電パターン２３が設けられている基板２と、部品本体４、及び該部品本体４から突出し、前記接続穴２１に挿入されて前記金属膜２１１に半田付けされている金属端子５を有する電気部品３とを備え、前記基板２における前記接続穴２１とは異なる位置に支持穴２２が設けられており、前記電気部品３は、前記部品本体４から突出し、前記支持穴２２に挿入されて前記部品本体４を支持する支持脚５２を更に有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気装置に関する。

電気部品が基板に実装される場合、リフローによる半田付けが行なわれることがある。
特許文献１に記載されている電子部品の実装方法においては、まず、基板に設けられているスルーホール（Plated Through Hole ）を覆うようにして、ペースト状の半田が基板に塗布される。次に、電子部品のリード端子（電気部品の金属端子）がスルーホールに挿入される。スルーホールの内周面と電子部品のリード端子との間には十分な隙間がある。更に、基板がリフロー炉に送られ、半田が加熱される。加熱によって熔融した半田は、スルーホールに流入する。その後、金属膜とリード端子との間で半田が固化することによって、電気部品が基板に実装される。

特開２０１４−４４９９０号公報

スルーホールの内周面と電子部品のリード端子との間に十分な隙間があるので、半田が固化する前は、電気部品の姿勢が不安定である。故に、半田付けの過程で、外力を受けた電気部品が大きく傾斜するおそれがある。電気部品が大きく傾斜した状態では、電気部品を基板に良好に実装することができない。

そこで、電気部品を基板に良好に実装することができる電気装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る電気装置は、内周面に金属膜を有する接続穴、及び前記金属膜に電気的に接続されている導電パターンが設けられている基板と、部品本体、及び該部品本体から突出し、前記接続穴に挿入されて前記金属膜に半田付けされている金属端子を有する電気部品とを備え、前記基板における前記接続穴とは異なる位置に支持穴が設けられており、前記電気部品は、前記部品本体から突出し、前記支持穴に挿入されて前記部品本体を支持する支持脚を更に有する。

上記によれば、電気部品を基板に良好に実装することができる電気装置を提供することが可能となる。

実施形態に係る電気装置の断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図である。 電気部品の斜視図である。 電気装置の製造手順の説明図である。 電気装置の製造手順の説明図である。

［本開示の実施態様の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（１）本開示の一態様に係る電気装置は、内周面に金属膜を有する接続穴、及び前記金属膜に電気的に接続されている導電パターンが設けられている基板と、部品本体、及び該部品本体から突出し、前記接続穴に挿入されて前記金属膜に半田付けされている金属端子を有する電気部品とを備え、前記基板における前記接続穴とは異なる位置に支持穴が設けられており、前記電気部品は、前記部品本体から突出し、前記支持穴に挿入されて前記部品本体を支持する支持脚を更に有する。

本態様にあっては、基板に支持穴が設けられている。
電気部品は部品本体、金属端子、及び支持脚を有する。支持脚が基板の支持穴に挿入されて部品本体を支持するので、電気部品の姿勢を安定させることができる。即ち、電気部品の傾斜を抑制することができる。電気部品が大きく傾斜することがないので、電気部品を基板に良好に実装することができる。

（２）前記支持脚は金属製であり、前記金属端子の突出方向の中途から分岐しており、前記金属端子の分岐部よりも先端側の部分が前記支持穴に挿入されている構成が好ましい。

本態様にあっては、金属製の支持脚が金属端子の中途から分岐しているので、部品点数を削減することができる。

（３）前記金属端子は複数あり、前記支持脚は各金属端子に設けられている構成が好ましい。

本態様にあっては、支持脚が複数あるので、電気部品の姿勢を更に安定させることができる。

（４）前記金属端子は２つあり、前記支持脚は各金属端子に１つあり、２つの前記先端側の部分と２つの前記支持脚とが一方向に並んでおり、２つの前記先端側の部分の間に２つの前記支持脚が配されている構成が好ましい。

本態様にあっては、電気部品が２つの金属端子及び２つの支持脚を有する。
各金属端子は二股である。２つの金属端子それぞれの分岐部よりも先端側の部分及び２つの支持脚は、２つの先端側の部分が外側に位置し、２つの支持脚が内側に位置するようにして、一方向に並んでいる。

基板の接続穴は、金属端子の分岐部よりも先端側の部分に対応し、基板の支持穴は、支持脚に対応する。故に、基板においては、２つの接続穴及び２つの支持穴が、接続穴が外側に位置し、支持穴が内側に位置するようにして、一列に並んでいる。従って、接続穴の開口の周縁部の方が、支持穴の開口の周縁部よりも、空間的な余裕を設けやすい。この結果、導電パターンの配置の自由度が高い。

（５）前記先端側の部分の前記突出方向に直交する断面の面積は、前記支持脚の前記突出方向に直交する断面の面積よりも大きい構成が好ましい。

本態様にあっては、金属端子の分岐部よりも先端側の部分の断面積が大きいので、導通時における金属端子の支持穴に挿入されている部分の電気抵抗を小さくすることができる。

（６）前記支持脚は電気的に開放されている構成が好ましい。

本態様にあっては、支持脚が電気的に開放されているので、導通時における支持脚の電気抵抗を小さくする必要はない。故に、支持脚の断面積を小さくすることができるので、支持脚を設けるための金属材料を削減することができる。

（７）前記電気部品はヒューズである構成が好ましい。

本態様にあっては、ヒューズである電気部品を基板に良好に実装することができるので、電気機器を過電流から保護することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る電気装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、実施形態に係る電気装置の断面図である。
図中１は電気装置であり、電気装置１は基板２及び電気部品３を備える。

１．基板２の構成
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図である。
基板２は電気絶縁性を有する合成樹脂製である。
図１及び図２に示すように、基板２には２つの接続穴２１及び２つの支持穴２２が設けられている。２つの接続穴２１及び２つの支持穴２２は、互いに適長離隔して、一方向に並んでいる。２つの接続穴２１の間に２つの支持穴２２が配されている。

接続穴２１は基板２を厚さ方向に貫通している。接続穴２１は平面視で円形である。接続穴２１は金属膜２１１を有する。金属膜２１１は接続穴２１の内周面に設けられている。このような接続穴２１はスルーホールである。
支持穴２２は基板２を厚さ方向に貫通している。支持穴２２は平面視で円形である。支持穴２２の内径は接続穴２１の内径よりも小さい。支持穴２２の内周面には金属膜が設けられていない。

基板２の両面それぞれには、複数の導電パターン２３が設けられている。導電パターン２３は金属膜である。
導電パターン２３はランド２３１を有する。基板２の両面それぞれにおいて、ランド２３１は、接続穴２１の開口の周縁部に、全周にわたって設けられている。ランド２３１は接続穴２１の金属膜２１１に連続している。
基板２の厚さに比べて、金属膜２１１及び導電パターン２３それぞれの厚さは無視できるほど小さい。ただし、図においては、金属膜２１１及び導電パターン２３それぞれを見易くするために、それぞれの厚さが誇張されている。

２．電気部品３の構成
図３は、電気部品３の斜視図である。
図１及び図３に示すように、電気部品３は部品本体４及び２つの金属端子５を備える。
部品本体４は外装４１及びヒューズエレメント４２を備える。外装４１は電気絶縁性を有する合成樹脂製であり、一方向に長い矩形の板状をなす。ヒューズエレメント４２は細長い導線であり、外装４１に封止されている。

各金属端子５は、部品本体４の４つの端面の内、部品本体４の長手方向に延びる一の端面から外向きに突出している。
金属端子５は金属製であり、金属端子５の突出方向に長い矩形の板状をなす。金属端子５の厚さ方向は部品本体４の厚さ方向に沿う。

金属端子５は、突出方向の中途から二股に分岐している。金属端子５の分岐部５ａは、外装４１から金属端子５の突出方向に適長離隔している。
以下では、金属端子５の分岐部５ａから先端側の２つの部分の内、一方を挿入部５１といい、他方を支持脚５２という。即ち、支持脚５２は金属製であり、金属端子５の突出方向の中途から分岐している。

金属端子５の挿入部５１及び支持脚５２は、互いに部品本体４の長手方向に隣り合っている。図２に示すように、挿入部５１及び支持脚５２それぞれの、金属端子５の突出方向に直交する断面は矩形状をなす。挿入部５１の断面積は支持脚５２の断面積よりも大きい。

図１及び図３に示すように、２つの金属端子５は、部品本体４の同一の端面から同じ向きに突出しており、部品本体４の長手方向に互いに離隔している。図１〜図３に示すように、２つの挿入部５１及び２つの支持脚５２は部品本体４の長手方向に並んでおり、２つの挿入部５１の間に２つの支持脚５２が配されている。

図１及び図３に示すように、金属端子５の基端から、金属端子５の突出方向の逆向きに延出部５３が延び出ている。延出部５３は、部品本体４の外装４１に封止されている。部品本体４のヒューズエレメント４２は、２つの金属端子５に電気的に接続されている。
以上のような電気部品３はヒューズである。

３．電気装置１の構成
図１及び図２に示すように、基板２の２つの接続穴２１と、電気部品３の２つの挿入部５１とが互いに対応している。同様に、２つの支持穴２２と２つの支持脚５２とが互いに対応している。

具体的には、互いに隣り合う接続穴２１及び支持穴２２間の距離と、互いに隣り合う挿入部５１及び支持脚５２間の距離とが互いに同じである。また、２つの支持穴２２間の距離と２つの支持脚５２間の距離とが互いに同じである。挿入部５１は接続穴２１に挿入可能であり、支持穴２２には挿入不可能である。支持脚５２は支持穴２２に挿入可能である。

挿入部５１は基板２の一面（以下、上面という）側から接続穴２１に挿入されている。金属端子５と金属膜２１１及びランド２３１との間に半田１１が介在している。ただし、図２における半田１１の図示は省略している。
支持脚５２は基板２の上面側から支持穴２２に挿入されている。
部品本体４の外装４１及び金属端子５は、基板２に直交する向きに配されている。外装４１の金属端子５が突出している端面（以下、下端面という）は、基板２の上面に対向している。金属端子５の分岐部５ａは、外装４１の下端面から下方に適長離隔しているので、外装４１の下端面が基板２の上面に接触するおそれはない。

接続穴２１の内径は、挿入部５１の断面の対角線の長さよりも十分に大きい。
支持穴２２の内径は、支持脚５２の断面の対角線の長さと同程度である。

４．電気部品３の基板２への実装
図４及び図５は、電気装置１の製造手順の説明図である。
電気部品３が基板２に実装される場合、図４に示すように、まず、基板２の上面が上に向けられ、ペースト状の半田１１が、上側から接続穴２１を覆うようにして接続穴２１の開口の周縁部に塗布される。

半田１１の塗布後、図５に示すように、電気部品３の２つの金属端子５が下に向けられる。２つの挿入部５１が２つの接続穴２１に基板２の上側から下向きに挿入されると共に、２つの支持脚５２が２つの支持穴２２に基板２の上側から下向きに挿入される。この結果、電気部品３の部品本体４の外装４１は、基板２に直交する向きに配される。また、外装４１の下端面が基板２の上面から上側に離隔する。

接続穴２１の内径は、挿入部５１の断面の対角線の長さよりも十分に大きいので、接続穴２１の内周面と挿入部５１との間には十分な隙間がある。
支持穴２２の内径は、支持脚５２の断面の対角線の長さと同程度なので、支持穴２２の内周面と支持脚５２との間にはほとんど隙間がない。

金属端子５の挿入後、基板２が図示しないリフロー炉に送られて半田１１が加熱される。加熱によって熔融した半田１１は、ランド２３１に馴染み、ランド２３１に連続している金属膜２１１を伝って、接続穴２１に流入する。接続穴２１の内周面と挿入部５１との間には十分な隙間があるので、半田付けの過程で接続穴２１の内周面と金属端子５の挿入部５１との間に半田１１が流入し易い。

接続穴２１に流入した半田１１は、金属膜２１１と金属端子５の挿入部５１との間に介在する。その後、半田１１が固化することにより、金属端子５の挿入部５１が半田１１を介して金属膜２１１（延いては導電パターン２３）に電気的に接続され、基板２に固定される。即ち、電気部品３が基板２に実装される。
金属端子５の挿入部５１の断面積が大きいので、導通時における挿入部５１の電気抵抗を小さくすることができる。

一方、支持穴２２には半田１１が流入しないので、金属端子５の支持脚５２が半田１１を介して導電パターン２３に電気的に接続されることはない。即ち、支持脚５２は電気的に開放されている。
支持脚５２が電気的に開放されているので、導通時における支持脚５２の電気抵抗を小さくする必要はない。故に、支持脚５２の断面積を小さくすることができるので、支持脚５２を設けるための金属材料を削減することができる。
支持脚５２は金属端子５の中途から分岐しているので、部品点数を削減することができる。

５．電気部品３の傾斜の抑制
リフロー炉においては、半田１１を加熱するために熱風が用いられることがある。部品本体４が熱風を受け止めた場合、部品本体４が傾斜しようとする。しかしながら、支持穴２２の内周面と金属端子５の支持脚５２との間にほとんど隙間がない。故に、支持脚５２が支持穴２２の内周面に当接し、部品本体４を支持するので、電気部品３の姿勢を安定させることができる。即ち、電気部品３の傾斜を抑制することができる。電気部品３が大きく傾斜することがないので、電気部品３を基板２に良好に実装することができる。

ところで、部品本体４が基板２から離れているので、半田付けの際に半田１１の不具合が生じ難い。仮に、部品本体４が基板２に接触しており、半田付けの際に、基板２に塗布されているペースト状の半田１１に部品本体４が接触している場合、半田ボールが生じ易いという問題がある。
また、部品本体４が基板２から離れているので、半田付けの際に適切な半田フィレットが形成され易い。このことは、電気部品３の基板２への良好な実装に寄与する。
以上の結果、電気部品３が実装された基板２の長期信頼性を向上させることができる。

６．電気装置１の車両への搭載
ここで、電気装置１が車両に搭載される場合について述べる。
電気部品３の一方の金属端子５は、一の導電パターン２３を介して、図示しない車載電源に電気的に接続される。電気部品３の他方の金属端子５は、他の導電パターン２３を介して、図示しない車載負荷に電気的に接続される。この結果、電気部品３は車載電源と車載負荷との間に電気的に介在する。車載電源と車載負荷との間に流れる電流は、電気部品３の２つの金属端子５及びヒューズエレメント４２を通る。

車載電源と車載負荷との間に所定以上の電流が流れた場合、電気部品３の部品本体４のヒューズエレメント４２が溶断するので、車載電源と車載負荷との間に過電流が流れることを抑制することができる。

基板２には複数の電気部品３が実装される。部品本体４が板状なので、複数の電気部品３は部品本体４の厚さ方向に密に並べることができる。この結果、部品本体４の厚さ方向にコンパクトな電気装置１を得ることができる。車両の内部空間は限られているので、コンパクトな電気装置１は有用である。

基板２においては、２つの接続穴２１及び２つの支持穴２２が、接続穴２１が外側に位置し、支持穴２２が内側に位置するようにして、一列に並んでいる。故に、接続穴２１の開口の周縁部の方が、支持穴２２の開口の周縁部よりも、空間的な余裕を設けやすい。従って、導電パターン２３の配置の自由度が高い。また、導電パターン２３に干渉することなく、複数の電気部品３を部品本体４の厚さ方向に密に並べることができる。

７．備考
電気部品３は、部品本体４がヒューズエレメント４２を備える構成に限定されない。例えば電気部品３は、部品本体４がスイッチング素子を備える構成でもよい。
電気部品３が備える金属端子５の個数は２つに限定されない。
金属端子５は板状に限定されず、例えば棒状でもよい。

金属端子５の半田付けにおいて、熱風以外のもの（例えば赤外線）を用いて半田を加熱してもよい。また、金属端子５の半田付けはリフローによる半田付けに限定されない。いずれにせよ、半田付けの過程で部品本体４が外力を受けて傾斜しようとした場合に、支持脚５２が支持穴２２の内周面に当接して部品本体４を支持するので、電気部品３の傾斜を抑制することができる。
支持脚５２の個数は２つに限定されず、１つでもよい。しかしながら、支持脚５２が複数あれば、電気部品３の姿勢を更に安定させることができる。

基板２の接続穴２１又は支持穴２２は基板２を貫通していなくてもよい。接続穴２１又は支持穴２２の形状は円形に限定されず、例えば楕円形でもよい。
金属端子５の支持脚５２の、基板２の支持穴２２への挿入を更に容易にするために、支持脚５２が先細りの形状であってもよい。

支持脚５２は支持穴２２に圧入される構成でもよい。
支持脚５２は部品本体４から直接的に突出していてもよい。

１ 電気装置
１１ 半田
２ 基板
２１ 接続穴
２１１ 金属膜
２２ 支持穴
２３ 導電パターン
２３１ ランド
３ 電気部品（ヒューズ）
４ 部品本体
４１ 外装
４２ ヒューズエレメント
５ 金属端子
５１ 挿入部
５２ 支持脚（金属端子の分岐部よりも先端側の部分）
５３ 延出部
５ａ 分岐部

Claims (7)

1. 内周面に金属膜を有する接続穴、及び前記金属膜に電気的に接続されている導電パターンが設けられている基板と、
   部品本体、及び該部品本体から突出し、前記接続穴に挿入されて前記金属膜に半田付けされている金属端子を有する電気部品と
   を備え、
   前記基板における前記接続穴とは異なる位置に支持穴が設けられており、
   前記電気部品は、前記部品本体から突出し、前記支持穴に挿入されて前記部品本体を支持する支持脚を更に有する電気装置。
2. 前記支持脚は金属製であり、前記金属端子の突出方向の中途から分岐しており、
   前記金属端子の分岐部よりも先端側の部分が前記支持穴に挿入されている請求項１に記載の電気装置。
3. 前記金属端子は複数あり、
   前記支持脚は各金属端子に設けられている請求項２に記載の電気装置。
4. 前記金属端子は２つあり、
   前記支持脚は各金属端子に１つあり、
   ２つの前記先端側の部分と２つの前記支持脚とが一方向に並んでおり、
   ２つの前記先端側の部分の間に２つの前記支持脚が配されている請求項３に記載の電気装置。
5. 前記先端側の部分の前記突出方向に直交する断面の面積は、
   前記支持脚の前記突出方向に直交する断面の面積よりも大きい請求項２から請求項４までのいずれか一つに記載の電気装置。
6. 前記支持脚は電気的に開放されている請求項２から請求項５までのいずれか一つに記載の電気装置。
7. 前記電気部品はヒューズである請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の電気装置。

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