JP5067437B2 - 電子部品の実装構造、該実装構造を用いた電力変換装置、および電子部品の実装方法 - Google Patents

電子部品の実装構造、該実装構造を用いた電力変換装置、および電子部品の実装方法 Download PDF

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Description

本発明は、200V以上の比較的高い電圧のスイッチング回路に使用される電子部品を、配線基板に実装する際の電子部品の実装構造、該実装構造を用いた電力変換装置、および電子部品の実装方法に関する。
配線基板にはんだ付けで実装される電子部品の実装構造において、定格電圧が200V以上の比較的高い電圧のスイッチング回路に使用される電子部品が実装される実装基板は、複数からなるリード間の絶縁距離を確保し、絶縁信頼性をさらに改善することが要求される。一方、電気機器の小型化に伴って、配線基板の省スペース化と電子部品の小型化が進み、各リード間の絶縁距離を確保することが益々困難な状況となってきている。このように、電子部品の小型化が望まれるに従い、電子部品に付属される各リード間の絶縁距離を確保することが重要な技術課題となっている。
従来は、各リードを異なる方向に折り曲げるようなフォーミングを行い、リード間の絶縁距離を広げて配線基板にはんだ付けを行なう実装構造が一般に採用されている。また、一体のスペーサにリードを付属した電子部品を装着して、これを配線基板に設置し、リードを配線基板に挿通させて実装面の裏面に突出するリード端部のはんだ付けを行うとともに、突出するリード長よりも長いリード間隔壁を該スペーサに形成することにより絶縁距離を確保するといった実装構造が提案されている(例えば、特許文献1(第4−5頁、第1図)参照)。
特開2007−220963
しかしながら、従来の電子部品の実装構造では、高電圧で使用される実装基板のリード間において充分な絶縁距離を確保できない場合があり、電気機器の使用条件によっては、電子部品の取り付け強度が不足することもあった。
また、はんだ付け工程において、リードと同方向にリード間に突出する該スペーサの隔壁がはんだの流れを遮り、はんだ付け性が低下することが懸念されていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な実装構造より、リード間の絶縁距離を充分に確保するとともに、電子部品の配線基板への取り付け強度を向上する。また、はんだ付け工程時のはんだ付け性を改善することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1記載の発明によれば、複数のリードを付属する電子部品と、前記複数のリードの個々を挿入可能に形成された前記複数のリードと同数の貫通孔、および前記貫通孔間の直線上を横断するように形成された溝孔と、表面とその反対側の裏面を有する配線基板と、前記複数のリードの各々を隔離するように前記複数のリード間の前記溝孔の上方に形成され、前記電子部品と前記配線基板の表面との間に介在して設置される第1絶縁スペーサと、前記配線基板の裏面側から前記溝孔に挿入されて前記第1絶縁スペーサと係合することにより、前記複数のリードの先端部の各々を隔離するように形成された第2絶縁スペーサと、から構成されるものである。
請求項2記載の発明によれば、前記第1絶縁スペーサは、前記複数のリードの少なくとも1つのリードを収容可能なリード収容部を有し、前記リード収容部には、絶縁樹脂が充填されるものである。
請求項3記載の発明によれば、前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか一方の端部は第1凹部を有し、前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか他方の端部は前記第1凹部と係合する第1凸部を有するものである。
請求項4記載の発明によれば、前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか一方の係合される端部の側面には少なくとも1つの第2凹部を有し、前記第1凸部または前記1凹部のいずれか他方の係合される端部の側面には、前記第2凹部に収容され嵌合する第2凸部を有するものである。
請求項5記載の発明によれば、定格電圧が200V以上で使用される電力変換装置の実装基板は、請求項1記載の電子部品の実装構造により構成されるものである。
請求項6記載の発明によれば、複数のリードを付属する電子部品を第1絶縁スペーサに装着する電子部品装着工程と、前記複数のリードの個々を挿入可能に形成された前記複数のリードと同数の貫通孔、および前記貫通孔間の直線上を横断するように形成された溝孔と、表面とその反対側の裏面を有する配線基板を準備する配線基板準備工程と、前記電子部品の装着された前記第1絶縁スペーサを前記配線基板に装着する第1絶縁スペーサ装着工程と、前記複数のリードと前記配線基板とをはんだにより接続して固定するはんだ付け工程と、第2絶縁スペーサを前記配線基板の裏面側から前記溝孔に挿入して、前記第1絶縁スペーサの端部に係合させる第2絶縁スペーサの装着工程と、絶縁樹脂を、前記第1絶縁スペーサのリード収容部に充填して硬化させる絶縁樹脂の充填・硬化工程とからなるものである。
請求項1に記載の発明によれば、狭い実装スペースで簡易な構成により、はんだ接続されるリードの先端部を含め、リード間の絶縁距離を充分に確保することができる。また、電子部品の配線基板への取り付け強度が向上する。
請求項2に記載の発明によれば、リードが第1絶縁スペーサ内に収容されることにより固体絶縁されることとなり、リード間の絶縁性能が向上する。また、リード収容部の電子部品と第1絶縁スペーサとの隙間にも絶縁樹脂が充填されて固着されるので、リード付根間の絶縁性能がさらに向上するとともに、塵埃や導電性異物の隙間への浸入を防止し、絶縁の信頼性が格段に向上する。さらに、絶縁樹脂が充填されることにより電子部品の実装強度がより強固になる。
請求項3に記載の発明によれば、第1絶縁スペーサの端部と、第2絶縁スペーサの端部
とを係合させる際、位置決めおよび固定が容易にできるようになる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項2と同様の効果が得られるだけでなく、さらに
実装強度が強固になる。
請求項5に記載の発明によれば、定格電圧が200V以上の比較的高い電圧で使用され
る電力変換装置の絶縁性能が向上し、信頼性をさらに改善できる効果が得られる。
請求項6に記載の発明によれば、電子部品、第1絶縁スペーサ、および第2絶縁スペー
サの配線基板への装着を容易に行うことができ、はんだによるリードの接続もスムーズに行えるようになり、作業効率が改善される。
電子部品の形状を示す斜視図 (a)本発明の第1の実施形態を示す第1絶縁スペーサの斜視図、(b)本発明の第1の実施形態を示す第2絶縁スペーサの斜視図 本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造の分解図 (a)本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造の斜視図、(b)本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造の正面断面図、(c)本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造の側面断面図 本発明の第2の実施形態を示す電子部品の実装構造の斜視図 本発明のその他の実施形態を示す実装構造の斜視図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態で参酌する図面では、発明の理解を容易にするため、各要素が模式的に示されている。
図1は、電子部品の形状を示す斜視図である。図において、電子部品1の下部には中央のリード1a、およびその両側のリード1bの3本のリードが付属されており、各リードの先端部がはんだ付けされる部位である。また、電子部品1の背面には発熱時の熱放散を行なう放熱板1cが取り付けられている。
図2は、本発明の第1の実施形態を示す第1絶縁スペーサおよび第2絶縁スペーサの斜視図である。第1絶縁スペーサ2は、リード1aが収容される形状になっており、リード1aの全周を囲むように筒状に形成される。本実施形態におけるリード収容部2aは、上部の口径を大きく、下部の口径は上部よりも小さく形成されている。ここで、リード収容部2aの下部の口径は、リード1aが挿入されて嵌合する寸法に加工され、電子部品1が第1絶縁スペーサ2に装着されると、リード1aはリード収容部2aの下部に挿嵌されるようになっている。また、リード収容部2aの上部には、絶縁樹脂4が充填されるようになっている。
なお、本実施形態では、第1絶縁スペーサ2のリード挿入方向の断面がリード1aの全周を囲むように矩形の筒状に形成されているが、円形またはその他の形状であっても良く、筒状以外にもリード1a、1bを隔離する形状であれば、リード1aの全周を囲まないU字状、L字状、またはその他の形状であっても良い。
一方、第2絶縁スペーサ3の上端部は凸形状の第1凸部3aが形成されており、第1絶縁スペーサ2の下端部に形成された凹形状の第1凹部2bに収容されて係合される形状に形成されている。さらに、第1絶縁スペーサ2と係合する部分の第2絶縁スペーサ3の側面には凸形状の第2凸部3bが形成されており、第1絶縁スペーサ2と第2絶縁スペーサ3が係合すると、第2凸部3bは、第1絶縁スペーサ2の下端側面に形成される第2凹部2cに収容されて嵌合し、第1絶縁スペーサ2と第2絶縁スペーサ3は接続固定される構造となっている。
図3は本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造の分解図である。配線基板5の電子部品1、第1絶縁スペーサ2、および第2絶縁スペーサ3が設置される部分には、中央のリード1aが挿入される中央の貫通孔5a、および両側リード1bが挿入される両側の貫通孔5bが各リードに対応して形成されている。また、各貫通孔5a、5b間の直線上を横断し、貫通孔5aを囲むように溝孔5cが形成されている。溝孔5cは、第2絶縁スペーサ3の上端部が挿入される形状となっている。
次に電子部品の実装方法について、図4の本発明の第1の実施形態を示す電子部品の実装構造に基づき、下記の作業工程(1)〜(6)について工程順に説明する。
(1)電子部品装着工程
電子部品1に付属する中央のリード1aを第1絶縁スペーサ2のリード収容部2aに収容し、電子部品1の下面と第1絶縁スペーサ2上部の装着面が接するように装着する。このとき、リード収容部2aの下部の口径はリード1aが挿入されて嵌合する寸法に加工されているので、リード1aがリード収容部2aに収容されると、電子部品1と第1絶縁スペーサ2は一時的に固定される。
(2)配線基板準備工程
電子部品1、第1絶縁スペーサ2、および第2絶縁スペーサ3が設置される部分に、リード1aおよびリード1bの各々の先端部が挿入される貫通孔5a、5bを設ける。また、各貫通孔5a、5b間の直線上を横断し、貫通孔5aを囲むようにして第2絶縁スペーサ3の上端部が挿入される溝孔5cを設ける。このように加工された配線基板5を準備する。なお、本工程は、前述の電子部品装着工程と前後しても構わない。
(3)第1絶縁スペーサ装着工程
電子部品1が装着された第1絶縁スペーサ2を、配線基板5に装着する。この場合、配線基板5の貫通孔5a、5bに各リード1a、1bの各々の先端部を挿入し、配線基板5上に第1絶縁スペーサ2に設置する。このように位置決めと設置が容易になるとともに、後段のはんだ付け工程において、フローはんだ作業を容易に行なうことができる。
なお、リード1a、1bの先端部は、はんだ付けに必要な長さ分が、配線基板5の裏面に突出するように各リード長が設定されている。
(4)はんだ付け工程
リード1a、1bの先端部と配線基板5の接続端子とのはんだ付けは、短時間にはんだ付けが可能なフローはんだ付け工程によって行われる。
フローはんだ付け工程では、電子部品1および第1絶縁スペーサ2が装着された配線基板5を移動用のレール上に載せ、はんだの被着部6となる配線基板5の裏面に突出したリード1a、1bの先端部および配線基板5の接続端子部分が貯留槽内の溶融はんだと接触するように移動させる。このようにして、溶融はんだが被着部6に付着し、電子部品1および第1絶縁スペーサ2が配線基板5に固定される。
なお、本工程時には、配線基板5の裏面にリード1a、1bの先端部以外に隔壁等の突出物はなく、はんだの流れを遮る要因はない。すなわち、はんだ付け性が良好となり、はんだ付けを短時間に容易に行うことができるようになる。
(5)第2絶縁スペーサの装着工程
配線基板5の裏面に突出したリード1a、1bの各々の先端部を隔離するように、第2絶縁スペーサ3により、リード1aの突出部分全体を覆い、第2絶縁スペーサ3の上端部を配線基板5の裏面側から溝孔5cに挿入する。このとき、各リード1a、1bの先端部から中間部にかけて、第2絶縁スペーサ3が各リード1a、1b間の隔壁となり、各リード間において所定の絶縁距離を確保することができる。
また、第2絶縁スペーサ3の上端部に形成された凸形状の第1凸部3aが、第1絶縁スペーサ2の下端部に形成された凹形状の第1凹部2bに収容されて、第1絶縁スペーサ2と第2絶縁スペーサ3は係合される。さらに所定の位置で係合されると、第1絶縁スペーサ2の下端側面に形成された第2凹部2cに、第2絶縁スペーサ3に形成された凸形状の第2凸部3bが収容されて嵌合し、第1絶縁スペーサ2と第2絶縁スペーサ3は強固に接続される。
(6)絶縁樹脂の充填・硬化工程
エポキシ系樹脂またはシリコン系の樹脂からなる絶縁樹脂4を電子部品1と第1絶縁スペーサの隙間からリード収容部2aに流し込み、電子部品1と第1絶縁スペーサ2の隙間を絶縁樹脂4で封緘する。この後、室温または加熱によって絶縁樹脂4を硬化させる。これによりリード1a、1bの付根間の沿面空間は絶縁樹脂により固体封止されることになり、絶縁性能が大幅に向上する。
このように、各リード間におけるリード付根からリード先端までの全ての範囲において、所定の絶縁距離を確保することができる。また、電子部品1、第1絶縁スペーサ2および第2絶縁スペーサ3と配線基板5はより強固に固定される。
なお、電子部品1と配線基板5との距離が短い場合、はんだ付け部分の熱がリード1a、1bを経由して電子部品1の本体に伝導する場合がある。一方、電子部品1に放熱板1cが付属され、リード1a、1bの一部と放熱板1cが接続されている場合は、はんだ付け部分の熱がリード1a、1bを経由して放熱板1cから大気中に放散され、はんだ付け部の温度が低下して、はんだが揚がり難くなる現象がある。
このような対策として電子部品の下面と配線基板の表面との距離、すなわち第1絶縁スペーサ2の高さ寸法を適正に調節して、各リード1a、1bの長さをこれに併せて設定することにより、はんだ溶着時の熱伝導を低減し、放熱板1cによる熱放散の影響を回避することができる。
このように、リードを折り曲げてリード間距離を広げるようなフォーミングの必要がなく、狭い実装スペースで、かつ容易に、各リード間におけるリード付根からリード先端までの全ての範囲において、所定の絶縁距離を確保することが可能となる。特に、リードの先端部間は第2スペーサにより所定の絶縁距離を維持できるようになり、リード付根付近には樹脂が充填されて電子部品と第1絶縁スペーサとの隙間は固着されるので、リード付根間の絶縁性能がさらに向上するとともに、塵埃や導電性異物の隙間への浸入を防止し、絶縁の信頼性が向上する。また、電子部品の配線基板への取り付け強度が格段に向上するとともに、はんだ付け工程時のはんだ付け性が改善し、はんだ溶着時の高温による電子部品への影響が低減される。すなわち、簡易な実装構造および実装方法において、絶縁性能の優れた信頼性の高い電子部品の実装構造および実装方法が実現できる。
次に本発明の第2の実施形態について説明する。図5は、本発明の第2の実施形態を示す電子部品の実装構造の斜視図である。電子部品1の放熱板1cに金属製の放熱用ヒートシンク7が接続されている。このような構成においても、中央のリード1aとヒートシンク7とは、第1絶縁スペーサ2、第2絶縁スペーサ3、および絶縁樹脂4により所定の絶縁距離を確保することができる。
なお、第1の実施形態および第2の実施形態については、電子部品と第1絶縁スペーサが別々に製造された場合の実装構造について説明したが、例えば、図6に示すような、電子部品1と第1絶縁スペーサ2および絶縁樹脂4が一体化した構造であっても前述した第1の実施形態および第2の実施形態と同等の機能を得ることができる。
1 電子部品
1a、1b リード
1c 放熱板
2 第1絶縁スペーサ
2a リード収容部2a
2b 第1凹部
2c 第2凹部
3 第2絶縁スペーサ
3a 第1凸部
3b 第2凸部
4 絶縁樹脂
5 配線基板
5a、5b 貫通孔
5c 溝孔
6 はんだ
7 ヒートシンク

Claims (6)

  1. 複数のリードを付属する電子部品と、
    前記複数のリードの個々を挿入可能に形成された前記複数のリードと同数の貫通孔、および前記貫通孔間の直線上を横断するように形成された溝孔と、表面とその反対側の裏面を有する配線基板と、
    前記複数のリードの各々を隔離するように前記複数のリード間の前記溝孔の上方に形成され、前記電子部品と前記配線基板の表面との間に介在して設置される第1絶縁スペーサと、
    前記配線基板の裏面側から前記溝孔に挿入されて前記第1絶縁スペーサと係合することにより、前記複数のリードの先端部の各々を隔離するように形成された第2絶縁スペーサと、
    を備えたことを特徴とする電子部品の実装構造。
  2. 前記第1絶縁スペーサは、前記複数のリードの少なくとも1つのリードを収容可能なリード収容部を有し、前記リード収容部には、絶縁樹脂が充填されたことを特徴とする請求項1記載の電子部品の実装構造。
  3. 前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか一方の端部は第1凹部を有し、前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか他方の端部は前記第1凹部と係合する第1凸部を有することを特徴とする請求項1または2記載の電子部品の実装構造。
  4. 前記第1絶縁スペーサまたは前記第2絶縁スペーサのいずれか一方の係合される端部の側面には少なくとも1つの第2凹部を有し、前記第1凸部または前記1凹部のいずれか他方の係合される端部の側面には、前記第2凹部に収容され嵌合する第2凸部を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造。
  5. 定格電圧が200V以上で使用される電力変換装置の実装基板は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造により構成されることを特徴とする電力変換装置。
  6. 複数のリードを付属する電子部品を第1絶縁スペーサに装着する電子部品装着工程と、前記複数のリードの個々を挿入可能に形成された前記複数のリードと同数の貫通孔、および前記貫通孔間の直線上を横断するように形成された溝孔と、表面とその反対側の裏面を有する配線基板を準備する配線基板準備工程と、
    前記電子部品の装着された前記第1絶縁スペーサを前記配線基板に装着する第1絶縁スペーサ装着工程と、
    前記複数のリードと前記配線基板とをはんだにより接続して固定するはんだ付け工程と、
    第2絶縁スペーサを前記配線基板の裏面側から前記溝孔に挿入して、前記第1絶縁スペーサの端部に係合させる第2絶縁スペーサの装着工程と、
    絶縁樹脂を、前記第1絶縁スペーサのリード収容部に充填して硬化させる絶縁樹脂の充填・硬化工程とからなることを特徴とする電子部品の実装方法。
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