JP4177303B2 - コネクタと回路基板の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、多数の接続端子を有するコネクタと回路基板の接続構造に関するものである。

近年、例えば自動車業界においては、自動車への部品搭載スペースが限界に近づいており、また省エネルギーの観点からも、自動車構成部品の小型化、軽量化、省スペース化の要求が高まってきている。
そして自動車用電気接続箱に関しても、その小型化が希求されていて、より具体的には、例えばその内部に収納されている回路基板の小型化が検討されている。

ところで、従来の回路基板は図７が示すような方法で製造されている。
図７（ａ）が示すように、まず回路基板の内部に埋め込まれる、例えば銅板あるいはアルミニウム板からなる金属板２の各スルーホール形成箇所毎にドリルで孔４をあける。因みに、この孔４の内径は最終的にこの部分に形成されるスルーホールの大きさを考慮して決定される。

次に図７（ｂ）が示すように絶縁プリプレグで金属板２の両面を覆い、かつ同時に孔４内をもこの絶縁プリプレグで埋めて、さらに両面を平滑に仕上げ、その上で、この絶縁プリプレグを硬化させて絶縁層３を形成する。

続いて、図７（ｃ）が示すように、金属板２の孔４内にスルーホール用の孔１０を一個ずつあける。
しかる後、図７（ｄ）が示すように、絶縁層３上に、例えば印刷により回路１２を形成すると共に孔１０の内面に金属メッキ、例えば錫メッキを施して金属メッキ層６を形成してスルーホール１５を形成し、回路基板１を得る。

ところで、図８は前述した図７に示す方法で製造した従来の回路基板１におけるスルーホール形成部分を示す一部縦断面図である。図８ではこのスルーホール１５にコネクタの接続端子７を挿入し、半田８を施して、このコネクタの接続端子７を回路基板１に接続した状態を示している。

この回路基板１では、接続するコネクタの接続端子７の数が増えてきた場合、以下のような問題がある。
すなわち、接続するコネクタの接続端子７の数が増えればスルーホール１５の数もそれに対応して増やさなければならない。その場合、回路基板１自身は、例えば自動車用に使用する場合には、収納スペースの観点から搭載する部品や端子類が増えたからといって単純に大きくするわけにはいかない。

そこで単純にスルーホール１５のピッチ（スルーホール同士の間隔）を狭めようとすると、図７、図８において、金属板２に設ける孔４の内径を小さくせざるを得ない。その場合、金属板端部と金属メッキ層６の界面との距離△ｌが小さくなって、金属板２と金属メッキ層６間の電気的絶縁性（以下単に絶縁性という）が保持し難くなる、という問題がある。しかも金属板２に予め設けてある孔４の中心にスルーホール用の孔１０を正確にあけるのは困難で、仮にスルーホール用の孔１０の中心が孔４の中心に対していずれかの方向にずれた場合、前記金属板端部と金属メッキ層６の界面との距離△ｌはさらに小さい値になって、絶縁性が損なわれてしまう、という問題もある。

また回路基板１の多数のスルーホール１５に別個の部品の接続端子を挿入し、接続する場合と異なり、そのピッチ間隔がハウジングにより完全に固定されてしまっているコネクタの多数の接続端子７をスルーホール１５に挿入し、接続する場合には、多数のスルーホール１５のうち一個でも位置ずれが許容範囲を超えるとコネクタそのものの装着が困難になり、その修正も行い難い、という問題もある。
この問題は回路基板に接続するコネクタの接続端子７の数が増加すればするほど深刻な問題になってくる。

そこで前記問題を解決する方法が種々探索された。その１つに特許文献１に開示されている方法を応用することが検討された。この方法は図９が示すように、回路基板１の内部に埋め込まれている銅板あるいはアルミニウム板からなる金属板２のスルーホール形成箇所にドリルで団子状の繭型の孔４をあけ、金属板２の両面を、例えば絶縁プリプレグ等の絶縁材で覆うと共に、この孔４の内部にも絶縁プリプレグを充填固化し、しかる後、この絶縁層３が充填されている孔４内に、この例では２個のスルーホール用の孔１０をあけ、続いて両面の絶縁層表面及びスルーホール用の孔１０の内面に印刷回路及び導電性の金属メッキ層６を形成し、さらにこの金属メッキ層６内部の空間に絶縁材１１を充填したものである。

特開２００３−２４３７８３号公報

しかしながらこの方法は、金属メッキ層６内部の空間に絶縁材１１を充填することからもわかるように、ここに開示されているスルーホールは多層回路基板の内層間の電気的導通を取るためのものであって、回路基板表面に形成され、その内部に多数の接続端子７が挿入され、半田にて接続固定されるスルーホールとは性質を異にするものである。
そのため金属板にドリルで穿つ孔４も、せいぜいその内部に４個程度のスルーホール、すなわち金属メッキ層６内部の空間に絶縁材１１が充填されているタイプのスルーホールが設けられているに過ぎず、従来から問題になっている、多数の接続端子７、具体的には接続端子７が１０個前後、あるいはそれ以上の接続端子７を有するコネクタが接続されるスルーホール１５に関するものではない。

より具体的には、一個のコネクタに所定ピッチで多数の接続端子７が設けられているタイプのコネクタを一括して回路基板１のスルーホール１５に挿入し、半田付けする場合には、各スルーホール１５のピッチを含む位置を、コネクタ側の接続端子７の位置やピッチに合わせて精度よく位置出しする必要があるが、この特許文献１に開示されているものは、そのことについては何も教えていない。
また接続端子が多数になってコネクタが大きくなった場合、コネクタを回路基板に接続する際、接続端子には大きな嵌合圧が負荷して、接続端子が変形したり、損傷したりすることもある。またこの大きなコネクタを安定して回路基板に固定できない、という問題も生ずる。

上記問題に鑑み本発明の目的は、内部に金属板を有する回路基板に搭載するコネクタの接続端子の数が増えてスルーホールの数を増やさなければならない場合でも、スルーホール部における金属板端部と金属メッキ層の界面との距離△ｌを必要量確保できて、絶縁性を損なうことがなく、しかもコネクタの接続端子と回路基板のスルーホールの相互の位置精度を向上させることができ、かつ接続端子が多数になった場合でも、接続端子に負荷する嵌合圧を緩和して、接続端子の変形や損傷を防止でき、さらにはコネクタを安定して回路基板に固定することのできるコネクタと回路基板の接続構造を提供することにある。

前記目的を達成すべく請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造は、略中間部にクランク状に屈曲されたクランク部を有する多数の接続端子を保持するハウジングと該ハウジングと一体成形されている支持部材を有するコネクタであって前記支持部材が前記コネクタの両端部に設けられているコネクタの前記多数の接続端子を、金属板と該金属板の両面を覆う絶縁層と該絶縁層上に設けられた回路とを有する回路基板に設けられた対応するスルーホールに半田接続するコネクタと回路基板の接続構造において、前記金属板に設けられたスルーホール用の孔の中に多数のスルーホールが形成されていて、かつ前記コネクタは前記支持部材の基端部に設けられている固定部を介して前記回路基板に固定されていることを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項１記載の回路基板によれば、予め金属板に必要な個数のスルーホールが形成可能な細長い形状の孔を設けておき、最終的にこの細長い形状の孔の中に多数のスルーホール、具体的には１０個前後あるいはそれ以上のスルーホールを形成するため、前述したスルーホール形成部分における金属板端部と金属メッキ層の界面との距離△ｌを確保し易くなる。すなわち従来のように金属板に予め設けておく１個の孔に対して１個のスルーホールを設ける場合に比較して、△ｌをより大きな値にし易くなる。その結果、スルーホール部における絶縁性をより確保し易くなる。

また個々のスルーホールに異なる部品の端子を接続する場合と違って、接続相手が多数の接続端子を有するコネクタの場合、回路基板側に設けるスルーホールの位置はコネクタ側の接続端子の位置に合致したものでなければならない。このような場合でも請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造によれば、細長い形状の１個の孔の中に多数のスルーホールを形成するため、例えばこのスルーホールのピッチがその列方向に異なっているような場合でも、従来のように硬い金属板にそのようなピッチの異なる孔を一個ずつドリルであける場合に比して、個々の孔をあける対象が絶縁層のように柔らかいものであれば、ドリルではなく、例えば予めピッチ間隔の精度を出したパンチで複数個のスルーホール用の孔を一括して穿つことができるようにもなる。
よって金属板にドリルでスルーホール用の孔を一個ずつ穿ち、この孔内に充填し固化した絶縁層に再度孔を一個ずつあける従来のやり方よりも、絶縁層へのスルーホール用の孔加工が遥かに容易で、かつこれら孔のピッチや位置の精度を上げることも容易になる。
またこのコネクタの接続端子がその略中間部にクランク部を有していることから、このコネクタに負荷する大きな嵌合圧を緩和でき、かつこのコネクタが、その両端部にハウジングと一体成形されている支持部材の基端部に設けられている固定部を介して前記回路基板に固定されることから、コネクタを安定して回路基板に固定することもできる。

また本発明の請求項２記載のコネクタと回路基板の接続構造は、請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造において、前記金属板に設けられたスルーホール用の孔は長円形で、この孔の中に多数のスルーホールが形成されていることを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項２記載のコネクタと回路基板の接続構造によれば、金属板に予め多数のスルーホールがその内側に形成可能な細長い長円形の大き目の孔をあけておき、この孔の中に多数のスルーホールを形成することにより、スルーホール１個に対して１個のスルーホール用の孔を形成する従来のものに比して、できあがったスルーホール部における金属板端部と金属メッキ層の界面との距離△ｌを大きくとれるようになる。その結果、スルーホール部における絶縁性をより確保し易くなる。
また請求項１記載の発明と同様に、絶縁層へのスルーホール用の孔加工も容易になり、かつ孔のピッチや位置の精度を上げることもできる。
また孔の形状が長円形であって、孔の内面形状が滑らかであることから応力集中が起こり難く、回路基板の機械的強度を確保する上でも好ましい。

また本発明の請求項３記載のコネクタと回路基板の接続構造は、請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造において、前記金属板に設けられたスルーホール用の孔は団子状の連続長形で、この孔の中に多数のスルーホールが形成されていることを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項３記載のコネクタと回路基板の接続構造によれば、前述した請求項１記載の発明の効果に加えて、孔の形状が団子状の連続長形であるため、金属板への細長い孔の加工は、単に隣接する孔が一部重なるようにドリルで孔をあけるだけで形成できる。すなわち前記請求項２記載の長円形の孔と違い、隣接する孔間の、例えば図９で示す略三角部１７を研磨機等で削り落とす必要がない分加工時間が短縮でき好ましい。
また金属板にあけたドリルの孔の外観が残っているため、この孔の中にスルーホール用の孔を形成する際、位置確認を行いながら孔加工ができる、という利点もある。

以上のように本発明によれば、内部に金属板を有する回路基板に搭載するコネクタの接続端子の数が増えてスルーホールの数を増やさなければならない場合でも、スルーホール部における金属板端部と金属メッキ層の界面との距離△ｌを必要量確保できて、絶縁性を損なうことがなく、しかもコネクタの接続端子と回路基板のスルーホールの相互の位置精度を向上させたコネクタと回路基板の接続構造を提供することができ、かつ接続端子が多数になった場合でも、接続端子に負荷する嵌合圧を緩和して、接続端子の変形や損傷を防止でき、さらにはコネクタを安定して回路基板に固定できるコネクタと回路基板の接続構造を提供することができる。

以下に本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。図１は本発明のコネクタと回路基板の接続構造の一実施例を示す一部斜視図、図２は自動車用電気接続箱内に収納された本発明のコネクタと回路基板の接続構造の一実施例を示す縦断面図である。

図１が示すように、内部に金属板２を有する回路基板１の両面の絶縁層３上に回路１２が形成されている。符号１５は、その内面に金属メッキ層６が形成されているスルーホールである。
いまコネクタ２０の列方向に一列に設けられている多数の接続端子７の回路基板側端子２１が、回路基板１上に設けられている前記多数のスルーホール１５に、その先端が前述した図８のように挿入され、半田８により半田付けされて接続されている。
このコネクタ２０の各接続端子７は、一端が前述したようにスルーホール１５に挿入され半田付けされる回路基板側端子２１、他端が図２に示すように、自動車用電気接続箱１８から外部に突出して、この自動車用電気接続箱１８上に載置されている、例えばＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニット）３０内の端子３１に接続される外部接続端子２２になっている。
因みに、図１に示すコネクタ２０の列方向に延びる多数の接続端子７は、図１に向かって左側のものは右側のものより太い端子からなり、そのピッチも大きくなっている。

また図１において符号２３は、多数の接続端子７を保持するプラスチック製のハウジングを、符号２４は、その上端部でハウジング２３と一体的に形成されている支持部材を示している。因みに、この支持部材２４はコネクタ２０の両端部と中間部とに設けられていて、両端部の支持部材２４の基端部には、このコネクタ２０を回路基板１に固定するための固定部２５が形成されていて、この固定部２５に設けられたネジ止用の孔を介して回路基板１にネジ止めされる。もちろんネジ止めとは別に接着剤で接着固定してもよいことはいうまでもない。

また中間部の支持部材２４は、その下面を回路基板１に接着してもよいし、小さな突起を設けておき、これを回路基板１側に予め設けておいた凹部あるいは孔部に差し込んで固定してもよい。もちろん回路基板１に固定せずに、単に回路基板１の表面と接触状態にしておいてコネクタ２０を回路基板１に対して支持するようにしてもよい。

またこの接続端子７には、ほぼその中間部にクランク状に屈曲されたクランク部２６が形成されている。このように接続端子７にクランク部２６を設けている理由は、図１が示すようにこのコネクタ２０が多数の接続端子７を有する上に、図２が示すように収納されている自動車用電気接続箱１８から外部に外部接続端子２２を突出させねばならない関係から接続端子７の長さが通常の接続端子より長めに形成されているため、このコネクタ２０を回路基板１に接続し、固定した後、このコネクタ２０の外部接続端子２２側に多数の端子３１を一挙に嵌合すると、各接続端子７には大きな嵌合圧が負荷するからである。
すなわち、接続端子７の中間部にクランク部２６を設けておけば、この大きな嵌合圧をクランク部２６が応力緩和し、接続端子７の変形や損傷を防止できるからである。

前記回路基板１に設けられているスルーホール１５の一部平面図を図３に示す。
図３は、より詳細には回路基板１の表面の絶縁層３を剥がして内側の金属板２の表面を露出した状態を示す平面図である。
図３が示すように、予め金属板２にコネクタ２０のすべての接続端子７が接続されるスルーホール１５すべてをその内部に形成できるスルーホール用の長円形の孔４をドリルと研磨機等とで形成しておき、その内部に絶縁プリプレグ等の絶縁材を充填し、固化して絶縁層３を形成した後、接続される相手コネクタ２０の接続端子７の位置やピッチに合致するように、多数のスルーホール用の孔１０をパンチ等で一括してあけ、さらにこのスルーホール用の孔１０の内面には金属メッキが施されて金属メッキ層６が形成されている。

尚、図３が示すように、左側のスルーホール１５が右側のスルーホール１５より内径が大きく、かつそのピッチＰ_１が右側のスルーホール１５のＰ_２より大きくなっているのは、図１が示すように、スルーホール１５に挿入され、半田接続されるコネクタ２０の接続端子７、より正確には回路基板側端子２１において、左側の端子の方が右側の端子より太く、かつそのピッチも大きくなっているからである。

図４も図３同様に、回路基板１の表面の絶縁層３を剥がして内側の金属板２の表面を露出した状態を示す一部平面図である。
図４に示すスルーホール用の孔４の特徴は、金属板２にドリルで、隣接するドリル孔同士が一部重なるように孔あけしたもので、図３が示すもののように隣接する孔間の、例えば図４で示す略三角部１７を研磨機等であえて削り落とさない点にその特徴がある。
図３のように略三角部１７を削り落とせば、孔４の形状が滑らかになって、金属板２に応力集中が起こり難い、といった効果が期待できるが、逆にこの略三角部１７の削り落としにはかなり加工時間が必要で、回路基板１のコストアップに繋がる恐れがある。そこでドリル孔をそのままにしたのが図４が示すスルーホール用の孔４である。

このようにドリル孔をそのままスルーホール用の細長い孔４として用いると、前述したように加工費が少なくて済む、という効果に加えて、金属板２にあけたドリルの孔の外観が残っているため、この孔の中にスルーホール用の孔１０を形成する際、位置確認が容易になって、スルーホール用の孔１０の位置を精度よくあけることができる、という効果をも期待できる。

次に図５を用いてこのようなスルーホール１５の形成手順を示す。尚、図を簡単にするため、孔１０の大きさは同じにしてある。
図５（ａ）が示すように、まず回路基板１の内部に埋め込まれている銅板あるいはアルミニウム板等からなる金属板２のスルーホール形成箇所にドリルで団子状または長円形のスルーホール用の細長い孔４をあけた。尚、孔４の大きさを決める際には、この孔４の中に形成されるスルーホール１５の数や、最終的なスルーホール部における金属板２の端部と金属メッキ層６の界面との距離△ｌを所定量確保できるように、かつこの孔４内にスルーホール用の孔１０を形成する場合に起こり得る心ずれも考慮して、孔４の大きさを決定した

図５（ｂ）が示すように絶縁プリプレグで金属板２の両面を覆い、かつ同時に孔４内をもこの絶縁プリプレグで埋めて、さらに両面を平滑に仕上げ、その上で、この絶縁プリプレグを硬化させて絶縁層３を形成した。

続いて、図５（ｃ）が示すように、接続される相手側のコネクタ２０の接続端子７の数、大きさ、ピッチを考慮しながら、金属板２の孔４内の絶縁層３にパンチ等で一括して多数のスルーホール用の孔１０を位置精度及びピッチ精度よくあけた。
しかる後、図５（ｄ）が示すように、絶縁層３上に、例えば印刷により回路１２を形成すると共に孔の内面に金属メッキ、例えば錫メッキを施して金属メッキ層６を形成し、スルーホール１５を多数形成した。
尚、通常は、この回路１２を形成後、必要な部分には絶縁レジストを設けるが、図では細かい点は省略している。

以上に述べたように、予め回路基板の内部に配置する金属板２に、スルーホール形成用の長円形または団子状の細長い孔４を、この孔４の内側に多数のスルーホール１５を形成できるように大き目に形成し、最終的にこの孔４の中に多数個のスルーホール１５を、接続相手のコネクタの接続端子７に位置合わせして精度よく形成できた。
そしてこの回路基板１側の各スルーホール１５にコネクタ２０の各接続端子７の回路基板側端子２１を挿入したところ、なんら引っ掛かることなくスムーズに挿入することができた。

このようにしてなる本発明のコネクタと回路基板の接続構造によれば、例えば図５（ｄ）が示すように隣接するスルーホール１５間には金属板２が存在しなくなる。そのため、例えば図における右隣のスルーホール１５との絶縁距離△ｈは、従来のスルーホール１個毎に孔４を形成していたものと異なり、両スルーホール１５、１５間に金属板２が存在しない分、大きく取れるようになる。すなわち絶縁性が向上する。逆の言い方をすれば、従来のものより、限られた回路基板１のスペース内に、より多くのスルーホールを絶縁性を確保した状態で形成することができ、スルーホール部における絶縁性を確保した上で、回路基板１の小型化も図ることができる。

ここで、スルーホール１５に設けるランド１６の形状を、図６に示すように円形のスルーホール１５に対してスルーホール１５の配列方向に対して直角方向に長径となる長円形にすると、スルーホール１５の数が増えて、隣接するスルーホール１５間の間隔を狭めざるを得ない場合に有効である。

上記実施例では金属板２に設ける孔４として細長い長円形あるいは団子状の孔を採用しているが、長方形の孔４であってもよい。但し、長円形の方が孔４の内面が滑らかであることから応力集中も起こり難く、回路基板１の機械的強度をあまり落とさないで済むため、孔４としては長方形のものより長円形であることが好ましい。またこの種の回路基板１における金属板２の役割の一つである、回路基板の機械的強度を向上させる、という観点から考えると、孔の形状が細長い長円形あるいは団子状であれば、徒に回路基板１の強度を劣化させることなく回路基板１を形成できる。
また多数のスルーホール１５に対してこれよりも少ない孔４を金属板２に形成すれば済むため、従来のように１個のスルーホール１５に対して１個の孔４を形成する場合に比して、金属板２への孔あけ作業が短縮でき、製造コストを下げることもできる。

以上のように本発明のコネクタと回路基板の接続構造によれば、内部に金属板を有する回路基板に搭載するコネクタの接続端子の数が増えてスルーホールの数を増やさなければならない場合でも、スルーホール部における金属板端部と金属メッキ層の界面との距離△ｌを必要量確保できて、絶縁性を損なうことがなく、しかもコネクタの接続端子と回路基板のスルーホールの相互の位置精度を向上させることのできるコネクタと回路基板の接続構造を提供することができる。また接続端子が多数になった場合でも、接続端子に負荷する嵌合圧を緩和して、接続端子の変形や損傷を防止でき、さらにはコネクタを安定して回路基板に固定できるコネクタと回路基板の接続構造を提供することができる。

本発明のコネクタと回路基板の接続構造の一実施例を示す一部斜視図である。 本発明のコネクタと回路基板の接続構造を自動車用電気接続箱に適用した状態を示す縦断面図である。 本発明に係わるスルーホールの形成状態を示す一部平面図である。 本発明に係わる別のスルーホールの形成状態を示す一部平面図である。 本発明に係わる回路基板におけるスルーホールの形成方法の一実施例を示す一部断面図である。 本発明に係わる回路基板のランド形状の一例を示す一部平面図である。 従来の回路基板におけるスルーホールの形成方法を示す断面図である。 従来の回路基板のスルーホール部の断面図である。 従来の多層回路基板の層間のスルーホールの形状を示す平面図である。

符号の説明

１ 回路基板
２ 金属板
３ 絶縁層
４ スルーホール用の孔
６ 金属メッキ層
７ 接続端子
１２ 回路
１５ スルーホール
１８ 自動車用電気接続箱
２０ コネクタ
２３ ハウジング
２４ 支持部材
２６ クランク部
３０ ＥＣＵユニット

Claims (3)

1. 略中間部にクランク状に屈曲されたクランク部を有する多数の接続端子を保持するハウジングと該ハウジングと一体成形されている支持部材を有するコネクタであって前記支持部材が前記コネクタの両端部に設けられているコネクタの前記多数の接続端子を、金属板と該金属板の両面を覆う絶縁層と該絶縁層上に設けられた回路とを有する回路基板に設けられた対応するスルーホールに半田接続するコネクタと回路基板の接続構造において、前記金属板に設けられたスルーホール用の孔の中に多数のスルーホールが形成されていて、かつ前記コネクタは前記支持部材の基端部に設けられている固定部を介して前記回路基板に固定されていることを特徴とするコネクタと回路基板の接続構造。
2. 前記金属板に設けられたスルーホール用の孔は長円形で、この孔の中に多数のスルーホールが形成されていることを特徴とする請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造。
3. 前記金属板に設けられたスルーホール用の孔は団子状の連続長形で、この孔の中に多数のスルーホールが形成されていることを特徴とする請求項１記載のコネクタと回路基板の接続構造。

Images