JP4818193B2 - 電子装置の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線基板とプリント配線基板に実装された電子部品と該電子部品の放熱面に熱的に結合された放熱板とを備えた電子装置を組み立てる方法に関するものである。

整流回路やインバータ回路など、大きい電流が流れる回路を備えた電子装置においては、プリント配線基板に実装されたダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＥＴ等の発熱を生じる電子部品に放熱板を熱的に結合して、各電子部品から生じる熱を放熱板に逃がすことにより、電子部品の温度が許容値を超えるのを防止している。この場合、電子装置をケース内にコンパクトに収容するためには、放熱板とプリント配線基板とを互いに対向させて平行に配置することが好ましい。

この種の電子装置を組み立てる方法として、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１に示された電子装置では、電子部品のリード端子がその外装部分の厚み方向に対して直角な幅方向の一端側から厚み方向と直角な方向に導出されているため、同特許文献に示された組立方法では、先ず各電子部品のリード線を外装部分の厚み方向の一方の側に直角に折り曲げて各リード端子をプリント配線基板のスルーホールに挿入し得る形に成形する。次いで各電子部品の外装部分の厚み方向の一面（放熱面）を放熱板に接触させた状態で、各電子部品の外装部分の幅方向の他端を貫通させた１本のネジを仮締めして各電子部品を放熱板に仮固定する。その後、プリント配線基板を放熱板と平行に配置して、各電子部品のリード端子の先端をプリント配線基板のスルーホールに挿入し、プリント配線基板に設けておいた孔を通してネジを本締めして、各電子部品を放熱板に固定する。次いで各電子部品のリード端子の先端をプリント配線基板に半田付けする。
特開２００６−１９６５１７号公報

特許文献１に示された方法では、電子部品のリード端子がその外装部分の厚み方向に対して直角な方向に導出されているため、各電子部品のリード端子をプリント配線基板のスルーホールに挿入し得るように折り曲げる工程を行なう必要があり、面倒であった。

また特許文献１に示された方法では、電子部品を固定するネジの本締めを行なう際、及び点検修理時などに電子部品を放熱板から外す際に、ドライバ等のネジ締め工具を挿入するための孔をプリント配線基板に設けておく必要があり、この孔を設けた部分には部品を実装することができないため、電子部品の数が多い場合に、プリント配線基板に実装し得る部品の数が制限されるという問題があった。

更に特許文献１に示された方法では、各電子部品を、そのリード端子が導出された側とは反対側の端部側でその外装部分を貫通させた１本のネジにより放熱板に固定していたため、電子部品の放熱面の全体を放熱板に均一に接触させた状態にすることが難しく、万一電子部品の放熱面の一部と放熱板との間に隙間が形成されると、電子部品からの放熱性が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は、各電子部品のリード端子を折り曲げる工程を行なったり、プリント配線基板にネジ締め工具を挿入するための孔を設けたりすることなく、各電子部品の放熱面を放熱板に均一に接触させた状態で電子装置を組み立てることができるようにした電子装置の組立方法を提供することにある。

本発明は、プリント配線基板と、外装部分から突出したリード端子を有して該リード端子がプリント配線基板に設けられたスルーホールを貫通した状態でプリント配線基板に半田付けされた複数の電子部品と、複数の電子部品に対して共通に設けられて各電子部品の外装部分に熱的に結合された放熱板とを備えた電子装置を組み立てる方法に係わるものである。

本発明においては、各電子部品として、外装部分の厚み方向の一方の面が放熱面となっていて、各リード端子が放熱面と反対側の面から該放熱面に対して直角な方向に直線状に導出されるとともに、外装部分の放熱面側に開口したネジ孔を軸心部に有する複数の雌ねじ部材が外装部分内に埋設固定された構造を有するものを用いる。そして、本明細書に開示されている一態様においては、複数の電子部品のそれぞれの放熱面を放熱板の一面に面接触させた状態で各電子部品の外装部分を放熱板の他面側から放熱板を貫通させて各雌ねじ部材のネジ孔にねじ込んだ複数の部品固定用ネジで締結する工程と、放熱板に締結された各電子部品の各リード端子をプリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板と放熱板との間にスペーサを介在させることによりプリント配線基板を放熱板に対して位置決めして、プリント配線基板を放熱板にネジで締結することによりプリント配線基板を放熱板に対して固定する工程と、プリント配線基板のスルーホールを貫通した各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けする工程とを順次行なう。

上記のように、各電子部品として、外装部分の厚み方向の一方の面が放熱面となっていて、各リード端子が放熱面と反対側の面から該放熱面に対して直角な方向に直線状に突出した構造を有するものを用いると、各電子部品のリード端子を折り曲げ成形することなく、放熱板に固定した各放熱素子のリード端子を放熱板と平行に配置したプリント配線基板のスルーホールに挿入することができる。

またリード端子を折り曲げ成形するようにした場合には、折り曲げ加工時にスプリングバックなどにより不可避的に生じるリード端子の先端部の位置ずれに対処するために、電子部品を仮固定した状態で（電子部品と放熱板との間にある程度の変位を許容した状態で）電子部品のリード端子の先端をプリント配線基板のスルーホールに挿入する作業を行なう必要があるが、上記のように、電子部品の各リード端子を放熱面と反対側の面から該放熱面に対して直角な方向に直線状に突出させておくようにした場合には、各リード端子の先端の位置ずれは製造時のばらつきの範囲となるので、プリント配線基板のスルーホールの径にある程度の余裕を持たせておけば、予め電子部品を放熱板に本固定した状態で、電子部品の各リード端子の先端をプリント配線基板のスルーホールに挿入する作業を行なうことができる。従って本発明によれば、電子部品を固定するネジを仮締めする工程を行なう必要がなく、組立工数の削減を図ることができる。

また上記の態様のように、各電子部品を複数のネジにより放熱板に固定してからプリント配線基板のスルーホールに各電子部品のリード端子を挿入し、更にプリント配線基板を放熱板に対して位置決め固定してから各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けするようにすると、常に電子部品の放熱面全体を放熱板に均一に接触させた状態にして放熱性にばらつきが生じるのを防ぐことができる。また各リード端子とプリント配線基板との半田付け部に歪みが残留するのを防いで、経年劣化によりリード端子とプリント配線基板との半田付け部に亀裂が生じたり、プリント配線基板の導電層が剥離したりするのを防ぐことができる。

更に上記の態様のように、放熱板の電子部品が配置された面と反対側の面側から放熱板を貫通させたネジにより電子部品を放熱板に締結するようにすると、プリント配線基板にネジ締め工具を挿入する孔を設けておかなくても、電子装置の点検修理時などに電子部品を放熱板から外す作業を容易にすることができる。

上記の方法では、電子部品を部品固定用ネジで放熱板に締結する工程を行なった後に、放熱板に締結された各電子部品の各リード端子をプリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板を放熱板に対して位置決めして固定する工程を行なうようにしたが、電子部品を部品固定用ネジで放熱板に締結する工程と、プリント配線基板を放熱板に対して位置決めして固定する工程とを入れ替えることもできる。

即ち、本発明の好ましい態様では、各電子部品の各リード端子をプリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板と放熱板との間にスペーサを介在させることによりプリント配線基板を放熱板に対して位置決めして、プリント配線基板を放熱板にネジで締結することによりプリント配線基板を放熱板に対して固定する工程と、放熱板の他面側から放熱板を貫通させたネジを電子部品内に埋設された各雌ねじ部材のネジ孔にねじ込んで複数の電子部品のそれぞれの放熱面を放熱板の一面に面接触させた状態で各電子部品の外装部分を複数のネジにより前記放熱板に締結する工程と、プリント配線基板のスルーホールを貫通した各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けする工程とを順次行なう。このような方法によった場合も前述の効果と同様の効果を得ることができる。

上記放熱板は、プリント配線基板と電子部品とを収容する電子装置のケースとは独立に設けられたものでもよく、該ケースの一つの壁部を構成する板（側板や底板等）であってもよい。

本発明によれば、各電子部品として、その外装部分の厚み方向の一方の面が放熱面となっていて、各リード端子が放熱面と反対側の面から該放熱面に対して直角な方向に直線状に導出されたものを用いて、各電子部品のリード端子を折り曲げ成形することなく、各リード端子をプリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板と放熱板との間にスペーサを介在させることにより前記プリント配線基板を前記放熱板に対して位置決めして、前記プリント配線基板を前記放熱板にネジで締結することにより前記プリント配線基板を前記放熱板に対して固定する工程と、放熱板の他面側から前記放熱板を貫通させたネジを前記電子部品の各雌ねじ部材のネジ孔にねじ込んで前記複数の電子部品のそれぞれの放熱面を前記放熱板の一面に面接触させた状態で各電子部品の外装部分を複数のネジにより前記放熱板に締結する工程と、プリント配線基板のスルーホールを貫通した各電子部品のリード端子を前記プリント配線基板に半田付けする工程とを行なうようにしたので、電子部品を固定するネジを仮締めする工程を省略して、組立工数の削減を図ることができる。

また本発明においては、プリント配線基板のスルーホールに各電子部品のリード端子を挿入した後にプリント配線基板を放熱板に対して位置決め固定して各電子部品を複数のネジにより放熱板に固定し、しかる後に各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けするので、常に電子部品の放熱面全体を放熱板に均一に接触させた状態にして放熱性にばらつきが生じるのを防ぐことができるだけでなく、各リード端子とプリント配線基板との半田付け部に歪みが残留するのを防いで、経年劣化によりリード端子とプリント配線基板との半田付け部に亀裂が生じたり、プリント配線基板の導電層が剥離したりするのを防ぐことができる。

更に本発明においては、放熱板の電子部品が配置された面と反対側の面側から放熱板を貫通させたネジにより電子部品を放熱板に締結するので、プリント配線基板にネジ締め工具を挿入する孔を設けておかなくても、電子装置の点検修理時などに電子部品を放熱板から外す作業を容易に行なうことができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態を説明するための断面図で、これらの図において、１はプリント配線基板、２及び３は発熱する電子部品、４は複数の電子部品２，３に対して共通に設けられた放熱板、５は電子部品を放熱板に締結する部品固定用ネジ、６は放熱板４とプリント配線基板１との間に介在してプリント配線基板１を放熱板４に対して位置決めするスペーサ、７はプリント配線基板１を放熱板４に締結するネジ、８はネジ７に嵌合されるワッシャ、９はネジ７に螺合されるナットである。

電子部品２及び３はそれぞれダイオードやＭＯＳＦＥＴなどの発熱を生じる半導体素子の本体部分（図示せず。）を内部に収容した外装部分２００及び３００と、外装部分２００及び３００からそれぞれ突出した複数のリード端子２０１及び３０１とを有している。図示の例では、電子部品２の複数のリード端子２０１が図の紙面と直角な方向に一列に並べて配置され、電子部品３の複数のリード端子３０１が図の紙面と直角な方向に二列に並べて配置されている。

本発明で用いる電子部品２及び３においては、その外装部分２００及び３００の厚み方向の一方の面２００ａ及び３００ａがそれぞれ平坦な放熱面となっていて、リード端子２０１及び３０１が、放熱面２００ａ及び３００ａと反対側の面２００ｂ及び３００ｂから放熱面２００ａ及び３００ａに対して直角な方向（厚み方向）に直線状に突出した状態で設けられている。

また電子部品２及び３の外装部分２００及び３００内には、それぞれを厚み方向に貫通して延びる雌ねじ部材２０２及び３０２が複数本ずつ埋設固定されている。雌ねじ部材２０２及び３０２のそれぞれの軸心部にはネジ孔２０２ａ及び３０２ａが形成され、これらの雌ねじ部材のねじ孔が、外装部分の放熱面２００ａ及び３００ａ側及びこれらの放熱面と反対側の面２００ｂ及び３００ｂ側に開口させられている。なお雌ねじ部材２０２及び３０２の軸心部のネジ孔は、少なくとも放熱面側に開口していればよく、放熱面と反対側の面側には閉じていてもよい。

一般にプリント配線基板に取付けられる発熱部品は種々の高さを有しており、高さが異なる電子部品が混在していることが多い。また同じ型の電子部品でも、製品毎に高さにばらつきがあることが多い。本実施形態においては、電子部品２の高さが電子部品３の高さよりも低くなっている。

電子部品２及び３は、それぞれの外装部分２００及び３００の放熱面２００ａ及び３００ａを放熱板４の一面４ａに面接触させた状態で配置されて、放熱板４の他面４ｂ側から各雌ねじ部材２０２及び３０２の軸心部のネジ孔にねじ込まれた部品固定用ネジ５により、放熱板４に締結される。

放熱板４は、熱伝導性が良好な材料により形成された板状の部材で、この放熱板は、電子装置のケースの一つの壁部を構成するものでもよく、ケースとは独立に設けられた板でもよい。

ネジ５により各電子部品を放熱板４に締結した際に、各電子部品の放熱面全体が均一に放熱板の一面４ａに接触するように（面接触するように）、各電子部品に埋設する雌ねじ部材の数と、複数の雌ねじ部材を配設する位置とが設定されている。例えば、電子部品の外装部分が円柱状を呈するように形成されている場合には、少なくとも３本の雌ねじ部材を均等配置で（等角度間隔で）設ける。また電子部品の外装部分が直方体状を呈する場合には、少なくとも４本の雌ねじ部材を外装部分の４つの角部付近にそれぞれ配設する。

部品取付けネジ５を電子部品２及び３の外装部分２００及び３００内の雌ねじ部材２０２及び３０２の軸心部のネジ孔にねじ込むため、放熱板４を厚み方向に貫通させて、各電子部品の雌ねじ部材の内側のネジ孔と整合するネジ挿通孔４０１が形成されている。放熱板４にはまた、プリント配線基板１を放熱板４に締結するためのネジ７を貫通させる孔４０２が複数個形成されている。

またプリント配線基板１には、電子部品２及び３の各リード端子を貫通させるスルーホール１０１が形成され、各スルーホールの内面及びその両端の開口部周辺部には、導電層１０２がメッキなどにより形成されている。プリント配線基板１には更に、該プリント配線基板を放熱板に締結するためのネジ７を貫通させる孔１０３が形成されている。

スペーサ６はスリーブ状に形成されていて、その軸心部にプリント配線基板の孔１０３を貫通したネジ７を貫通させる孔が形成されている。

上記のような電子部品を用いると、以下のようにして電子装置を組立てることができる。先ず図１に示したように、複数の電子部品２，３のそれぞれの放熱面２００ａ，３００ａを放熱板４の一面４ａに面接触させた状態で電子部品２，３の外装部分２００，３００を放熱板４の他面側４ｂから放熱板４を貫通させて雌ねじ部材２０２，３０２のネジ孔にねじ込んだ複数の部品固定用ネジ５で締結する工程を行い、これにより電子部品２，３を放熱板４に固定する。

次いで、放熱板４に締結された電子部品２，３のリード端子２０１，３０１をプリント配線基板１の対応するスルーホール１０１に挿入して該スルーホールを貫通させる工程を行った後、図２に示すように、プリント配線基板１と放熱板４との間にスペーサ６を介在させてプリント配線基板１を放熱板４に対して位置決めした状態でプリント配線基板１を放熱板４にネジ７で締結することによりプリント配線基板１を放熱板４に対して固定する工程を行なう。プリント配線基板１を放熱板４にネジ７で締結してプリント配線基板１を放熱板４に固定する工程では、プリント配線基板１の孔１０３と、プリント配線基板１と放熱板４との間に介在させたスペーサ６の内側の孔と放熱板４の孔４０２とにネジ７を挿入し、放熱板４から突出した各ネジ７の先端にワッシャ８を嵌合させた後、各ネジ７の先端にナット９を螺合させて締め付ける。

上記のようにしてプリント配線基板１を放熱板４に対して固定した後、プリント配線基板１のスルーホール１０１を貫通した各電子部品のリード端子をプリント配線基板の電極部１０２に半田付けする工程を行なう。図２においては、各電子部品のリード端子とプリント配線基板の電極部１０２との半田付け部を符号１０で示してある。

上記のように高さが異なる電子部品２，３をプリント配線基板１に接続する場合に、図３に示すように、先ず電子部品２，３のリード端子をプリント配線基板１に半田付けした後、図４に示すようにプリント配線基板１を放熱板４にネジ７により締結し、電子部品２，３をネジ５により放熱板４に締結することが考えられるが、このような方法によった場合には、高さが低い電子部品２の放熱面を放熱板４に接触させることができない。このような状態で電子部品２を無理に放熱板４に締結しようとすると、リード端子２０１をプリント配線基板に接続している半田付け部１０に応力が生じるため、経年劣化により半田付け部１０に亀裂１１が入るおそれがある。背が低い方の電子部品２の放熱面２０２ａと背が高い方の電子部品３の放熱面３０２ａとを同一平面上に位置させた状態で電子部品２及び３のリード端子２０１及び３０１をプリント配線基板１に半田付けすることも考えられるが、電子部品２及び３の放熱面の位置を正確に同一平面上に位置させた状態でプリント配線基板に半田付けすることは困難である。またプリント配線基板１に取り付けられる電子部品２，３の高さが同一であるとしても、各電子部品の外装部分の寸法には誤差があるため、図３及び図４に示す方法によった場合にはリード端子とプリント配線基板１との半田付け部に応力が生じるのを避けることができない。

これに対し、各電子部品を複数のネジにより放熱板に固定してからプリント配線基板のスルーホールに各電子部品のリード端子を挿入し、更にプリント配線基板を放熱板に対して位置決め固定してから各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けするようにすると、常に電子部品の放熱面全体を放熱板に均一に接触させた状態にして放熱性にばらつきが生じるのを防ぐことができる。また各リード端子とプリント配線基板との半田付け部に歪みが残留するのを防ぐことができるため、経年劣化によりリード端子とプリント配線基板との半田付け部に亀裂が生じたり、プリント配線基板の導電層が剥離したりするのを防ぐことができる。

上記の実施形態では、電子部品２，３を部品固定用ネジ５で放熱板４に締結する工程を行なった後に、放熱板４に締結された各電子部品２，３の各リード端子をプリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板を放熱板に対して位置決めして固定する工程を順次行なうようにしたが、電子部品を部品固定用ネジで放熱板に締結する工程と、プリント配線基板を放熱板に対して位置決めして固定する工程とを入れ替えることもできる。

即ち、電子部品２，３の各リード端子をプリント配線基板１の対応するスルーホール１０１に挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、プリント配線基板１と放熱板４との間にスペーサ６を介在させることによりプリント配線基板１を放熱板４に対して位置決めして、プリント配線基板１を放熱板４にネジ７及びナット９で締結することによりプリント配線基板１を放熱板４に対して固定する工程と、放熱板４の他面４ｂ側から放熱板４を貫通させたネジ５を電子部品２，３内に埋設された各雌ねじ部材２０２，３０２のネジ孔にねじ込んで複数の電子部品２，３のそれぞれの放熱面を放熱板４の一面４ａに面接触させた状態で各電子部品２，３の外装部分２００，３００を複数のネジ５により放熱板に締結する工程と、プリント配線基板のスルーホールを貫通した各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けする工程とを順次行なうようにしてもよい。このような方法によった場合も前述の効果と同様の効果を得ることができる。

上記の実施形態では、プリント配線基板に２つの電子部品２，３を取付けているが、本発明は、プリント配線基板に取付ける電子部品の数が３以上である場合にも適用することができる。

上記の実施形態では、プリント配線基板１をネジ７とナット９とにより放熱板４に締結するようにしているが、放熱板４に設ける孔４０２をネジ孔として、ネジ７の先端をこのネジ孔にねじ込むことにより、プリント配線基板１を放熱板４に締結するようにしてもよい。

本発明の組立方法において、電子部品を放熱板にネジで締結した状態を示した断面図である。 本発明の組立方法において、プリント配線基板を放熱板に対して位置決め固定した後、各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けした状態を示した断面図である。 本発明の組立方法によらずに、電子部品を放熱板にネジで締結する前に各電子部品のリード端子をプリント配線基板に半田付けした状態を示した断面図である。 図３に示した工程に続いて発熱部材を放熱板にネジで締結した状態を示した断面図である。

１ プリント配線基板
２，３ 電子部品
２００，３００ 電子部品本体
２００ａ，３００ａ 放熱面
２０１，３０１ リード端子
２０２，３０２ 雌ねじ部材
４ 放熱板
５ ネジ
６ スペーサ
７ ネジ

Claims (2)

1. プリント配線基板と、外装部分から突出したリード端子を有して該リード端子が前記プリント配線基板に設けられたスルーホールを貫通した状態で前記プリント配線基板に半田付けされた複数の電子部品と、前記複数の電子部品に対して共通に設けられて各電子部品の外装部分の放熱面に熱的に結合された放熱板とを備えた電子装置を組み立てる方法であって、
   前記各電子部品として、前記外装部分の厚み方向の一方の面が放熱面となっていて、前記各リード端子が前記放熱面と反対側の面から該放熱面に対して直角な方向に直線状に導出されるとともに、前記外装部分の前記放熱面側に開口したネジ孔を軸心部に有する複数の雌ねじ部材が前記外装部分内に埋設固定された構造を有するものを用い、
   各電子部品の各リード端子を前記プリント配線基板の対応するスルーホールに挿入して該スルーホールを貫通させる工程と、
   前記プリント配線基板と放熱板との間にスペーサを介在させることにより前記プリント配線基板を前記放熱板に対して位置決めして、前記プリント配線基板を前記放熱板にネジで締結することにより前記プリント配線基板を前記放熱板に対して固定する工程と、
   前記放熱板の他面側から前記放熱板を貫通させたネジを前記電子部品の各雌ねじ部材のネジ孔にねじ込んで前記複数の電子部品のそれぞれの放熱面を前記放熱板の一面に面接触させた状態で各電子部品の外装部分を複数のネジにより前記放熱板に締結する工程と、
   前記プリント配線基板のスルーホールを貫通した各電子部品のリード端子を前記プリント配線基板に半田付けする工程と、
   を順次行なうことを特徴とする電子装置の組立方法。
2. 前記放熱板は前記プリント配線基板と電子部品とを収容するケースの一つの壁部を構成する板である請求項１に記載の電子装置の組立方法。

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