JP5130084B2 - 同軸ケーブルコネクタ及びその半田付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、同軸ケーブルコネクタ及びその半田付け方法に関し、更に詳しくは、ハロゲンランプ等の光源を用いて非接触で半田付けを行うことにより、製造工程におけるタクトタイムの削減、半田付け品質の向上及び安定化を図ることが可能な同軸ケーブルコネクタ及びその半田付け方法に関するものである。

従来、携帯電話等の各種電子機器において用いられている極細線の同軸ケーブルを電気的に接続すると共に、この同軸ケーブルの外部導体をシールドするための部材として同軸ケーブルコネクタが用いられている。
この同軸ケーブルコネクタは、コネクタ部と、ケーブルハーネスと、シェル部という３つの部品から構成されたもので、シェル部は、コネクタ部と同軸ケーブルとの接続強度を保ち、信号線からのグラウンドを取るために用いられている。この同軸ケーブルコネクタでは、複数本の同軸ケーブルの中心導体がコネクタ部のコンタクト部に半田付けされ、このコネクタ部と同軸ケーブルとの接続部はシェル部にて覆われ、このシェル部が同軸ケーブルに横架されたケーブルハーネスのグラウンドバーに半田付けされてシールドされている（例えば、特許文献１参照）。
従来の同軸ケーブルコネクタにおいては、シェル部とハーネスとの接続は半田付けが一般的であり、シェル部とグラウンドバーとを接続する半田と、コンタクト部と同軸ケーブルの中心導体とを接続する半田とは、同一の半田が用いられている。

一方、実装基板上に電子部品をリフロー方式で半田付けする装置として、ハロゲンランプをビーム放射熱源とし、このビーム放射熱源を複数個、支持アームにインライン状、または千鳥状に配置し、この支持アームを昇降させることにより、これらビーム放射熱源を昇降させ、これらビーム放射熱源から放射される熱ビームまたは光ビームにて半田接合部の半田を昇温、溶融するリフロー装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−１０７９９２号公報 特開２０００−１７４４２８号公報

ところで、従来の同軸ケーブルコネクタでは、シェル部とグラウンドバーとを接続する半田も、コンタクト部と同軸ケーブルの中心導体とを接続する半田も、同一の半田を用いて半田付けしていたために、シェル部とグラウンドバーとを半田付けする際に、コンタクト部の半田も溶融してしまい、コンタクト部と同軸ケーブルの中心導体との半田接続が無くなり、導通不良が生じ、その結果、製品の不良率が増加するという問題点があった。

また、従来の同軸ケーブルコネクタでは、半田付けの際に半田こてを用いていたが、コネクタの細径化に伴い半田接続部も細径化しており、この半田接続部の細径化に伴い、半田付け作業が困難になってきている。また、この半田付け作業は、作業者の熟練度により作業時間、半田付け品質が大きく左右される工程となってきている。さらに、同軸ケーブルコネクタのシェルにおける半田接合部の数は多様であり、半田接合部が増えると、その分タクトタイムが増えることとなる。このように、従来の同軸ケーブルコネクタでは、作業者により手作業で半田付け作業を行っているために、半田付け品質及び安定化の点で問題があった。

一方、実装基板の半田付けに用いられているリフロー装置では、インラインタイプのハロゲンランプを用いて半田付けを行っているために、シェル部をグラウンドバーに半田付けする際に、シェル部全体が暖められてしまい、シェル部の内側にあるコンタクト部にまで熱が伝わってコンタクト部にて半田付けされた半田までもが溶融してしまうという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、シェル部とグラウンドバーとを半田付けする際においても、導通不良が生じる虞が無く、製品の不良率が増加する虞も無く、しかも、製造工程におけるタクトタイムを削減することができ、半田付け品質の向上及び安定化を図ることができる同軸ケーブルコネクタ及びその半田付け方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る同軸ケーブルコネクタは、コネクタ部のコンタクト部に、ケーブルハーネスのグラウンドバーに横架された複数本の同軸ケーブル各々の中心導体が半田付けされ、前記コネクタ部と前記同軸ケーブルとの接続部がシェル部にて覆われており、このシェル部が前記グラウンドバーに半田付けされてなる同軸ケーブルコネクタであって、前記シェル部４と前記グランドバー１６との間には空隙を備え、かつ、前記シェル部４には該シェル部４を貫通する孔であるシェル半田部３１が設けられると共に、前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２は、前記シェル半田部３１に充填され、前記半田３２を介して前記シェル部４と前記グランドバー１６は電気的に接続されており、前記シェル部と前記グラウンドバーとを電気的に接続する半田は、前記コンタクト部と前記中心導体とを電気的に接続する半田より融点が低いことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る同軸ケーブルコネクタは、請求項１に記載の同軸ケーブルコネクタにおいて、前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２は、前記グラウンドバー１６と接する部位に、フィレットを有することを特徴とする。
本発明の請求項３に係る同軸ケーブルコネクタは、請求項１又は２に記載の同軸ケーブルコネクタにおいて、前記シェル部４の孔であるシェル半田部３１は、その外周距離が増えるような外周形状を成していることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る同軸ケーブルコネクタは、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の同軸ケーブルコネクタにおいて、前記シェル部と前記グラウンドバーとを電気的に接続する半田と、前記コンタクト部と前記中心導体とを電気的に接続する半田との融点の差が２０℃以上であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る同軸ケーブルコネクタの半田付け方法は、コネクタ部のコンタクト部に、ケーブルハーネスのグラウンドバーに横架された複数本の同軸ケーブル各々の中心導体を半田付けし、次いで、前記コネクタ部と前記同軸ケーブルとの接続部をシェル部にて覆い、このシェル部を前記グラウンドバーに半田付けする同軸ケーブルコネクタの半田付け方法であって、前記シェル部４と前記グランドバー１６との間には空隙を設け、かつ、前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２が、前記シェル部４に設けられた孔であるシェル半田部３１に充填され、前記半田３２を介して前記シェル部４と前記グランドバー１６とを電気的に接続した状態とするために、前記シェル部と前記グラウンドバーとの半田付けに用いられる半田を、前記コンタクト部と前記中心導体との半田付けに用いられる半田より融点の低い半田とし、この融点の低い半田を前記シェル部と前記グラウンドバーとの間に介在させた状態で、この融点の低い半田を加熱・溶融し、前記シェル部を前記グラウンドバーに半田付けすることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る同軸ケーブルコネクタの半田付け方法は、請求項５に記載の同軸ケーブルコネクタにおいて、前記融点の低い半田を、光源を用いて加熱・溶融することを特徴とする。

本発明の請求項７に係る同軸ケーブルコネクタの半田付け方法は、請求項５又は６に記載の同軸ケーブルコネクタにおいて、前記融点の低い半田と、前記シェル部と前記グラウンドバーとの半田付けに用いられる半田との融点の差が２０℃以上であることを特徴とする。

本発明によれば、シェル部とグラウンドバーとを電気的に接続する半田の融点を、コンタクト部と中心導体とを電気的に接続する半田より低くしたので、シェル部とグラウンドバーとを半田付けする際においても、コンタクト部の半田が溶融する虞がなくなり、コンタクト部と中心導体との電気的接続を十分に確保することができる。特に、シェル部とグランドバーとの間には空隙を設け、かつ、シェル部には該シェル部を貫通する孔であるシェル半田部が設けられると共に、シェル部とグラウンドバーとを電気的に接続する半田が、シェル半田部に充填され、前記半田を介してシェル部とグランドバーとを電気的に接続した状態とすることによって、組み立て時に半田をシェル部とグランドバーとの間に入れる必要が無い。したがって、半田付け工程における導通不良等の不具合が発生する虞がなくなり、製品の不良率が増加する虞も無く、半田付け品質の向上及び安定化を図ることができる。そして、シェル部とグランドバーとの間に空隙が存在することにより、シェル部とグラウンドバーとを電気的に接続する半田は、前記グラウンドバーと接する部位に、フィレットを有することができるので、接続強度をより高めることが可能となる。
また、シェル部とグラウンドバーとを半田付けする際に、融点の低い半田を光源を用いて加熱・溶融するので、製造工程におけるタクトタイムを削減することができる。

本発明の同軸ケーブルコネクタ及びその半田付け方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態の同軸ケーブルコネクタの要部を示す断面図、図２はこの同軸ケーブルコネクタのケーブルハーネスの端末部を示す上面図、図３はこの同軸ケーブルコネクタのコネクタ部を示す上面図、図４はこの同軸ケーブルコネクタのシェル部を示す上面図であり、この同軸ケーブルコネクタ１は、ケーブルハーネス２と、コネクタ部３と、シェル部４とにより構成されている。

ケーブルハーネス２は、極細の同軸ケーブル１１が複数本、互いに平行となるように配列され、この同軸ケーブル１１は、導電性金属からなる中心導体１２と、この中心導体１２を被覆してなる絶縁部１３と、この絶縁部１３を囲むように設けられた網状の導電性金属からなる外部導体１４と、この外部導体１４を被覆してなる絶縁性樹脂等からなるジャケット１５とにより構成され、これらの同軸ケーブル１１の外部導体１４にはグラウンド（ＧＮＤ）バー１６が横架されている。
コネクタ部３は、ケーブルハーネス２の極細の同軸ケーブル１１各々を接続固定するためのもので、その上面には、コンタクト部２１が複数個、横一列に設けられ、これらのコンタクト部２１各々には、ケーブルハーネス２の極細の同軸ケーブル１１が高融点の半田２２にて半田付けされて電気的に接続されている。

シェル部４は、ケーブルハーネス２とコネクタ部３との接続部を覆うように装着された導電性金属からなる板状のもので、長手方向の両端部近傍各々に貫通孔がシェル半田部３１とされ、このシェル半田部３１には、上記の高融点の半田２２よりも低融点の半田３２が埋め込まれ、この低融点の半田３２を介してシェル部４とＧＮＤバー１６とが電気的に接続されている。
ここで、この高融点の半田２２の融点と低融点の半田３２の融点との差は、２０℃以上であることが好ましく、より好ましくは４０℃以上、さらに好ましくは６０℃以上である。

高融点の半田としては、例えば、Ｓｎ−０．７％Ｃｕ（固相温度２２７℃、液相温度２２７℃）、Ｓｎ−０．３％Ａｇ−２．０％Ｃｕ（固相温度２１７℃、液相温度２７０℃）、Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ（固相温度２１７℃、液相温度２２０℃）等の材料組成の半田が好適に用いられる。
低融点の半田としては、例えば、Ｓｎ−５８％Ｂｉ（固相温度１３８℃、液相温度１３９℃）、Ｓｎ−８．０％Ｚｎ−３．０％Ｂｉ（固相温度１９０℃、液相温度１９９℃）、Ｓｎ−３．５％Ａｇ−０．５％Ｂｉ−８．０％Ｉｎ（固相温度１９７℃、液相温度２０４℃）等の材料組成の半田が好適に用いられる。

次に、この同軸ケーブルコネクタ１の半田付け方法について説明する。
まず、コネクタ部３のコンタクト部２１に高融点の半田ペーストを塗布し、この高融点の半田ペースト上にケーブルハーネス２の同軸ケーブル１１の中心導体１１を載置し、恒温槽やヒータ等を用いて高融点の半田ペーストを加熱して溶融させ、その後、例えば室温（２５℃）まで冷却させることにより、コネクタ部３のコンタクト部２１に同軸ケーブル１１の中心導体１２を高融点の半田２２にて半田付けする。

次いで、コネクタ部３のコンタクト部２１と同軸ケーブル１１の中心導体１２との接続部を覆うようにシェル部４を装着し、シェル部４の孔であるシェル半田部３１に低融点の半田ペーストを塗布して埋め込み、この低融点の半田ペーストを、ハロゲンランプ等の光源を用いて加熱して溶融する。
この際の加熱温度は、シェル部の低融点半田ペーストの融点、またはそれより高くかつケーブル部の高融点半田ペーストの融点より低い温度とする。

これにより、低融点の半田ペーストは溶融するものの、高融点の半田２２は溶融する虞がなくなり、コンタクト部２１と中心導体１２との電気的接続を十分に確保することができる。
その後、例えば室温（２５℃）まで冷却させることにより、低融点の半田３２となる。この低融点の半田３２により、シェル部４とＧＮＤバー１６とが電気的に接続されることとなる。
図５は、シェル半田前（上の２つの図）及びシェル半田後（下の２つの図）それぞれの様子を示す図である。図５によれば、シェル半田部３１内に低融点の半田３２が良好に充填されており、割れや巣等が発生していないことが確認された。

本実施形態によれば、シェル部４とＧＮＤバー１６とを電気的に接続する半田３２の融点を、コネクタ部３のコンタクト部２１と同軸ケーブル１１の中心導体１２とを電気的に接続する半田２２の融点より低くしたので、シェル部４とＧＮＤバー１６とを半田付けする際においても、コンタクト部２１の半田３２が溶融する虞がなくなり、コンタクト部２１と中心導体１２との電気的接続を十分に確保することができる。したがって、半田付け工程における導通不良等の不具合が発生する虞がなくなり、製品の不良率が増加する虞も無く、半田付け品質の向上及び安定化を図ることができる。
また、シェル部４とＧＮＤバー１６とを半田付けする際に、低融点の半田ペーストを、ハロゲンランプ等の光源を用いて加熱して溶融するので、製造工程におけるタクトタイムを削減することができる。

以下、本発明の効果を実施例により実証する。
（１）コネクタ半田の溶融状態
低融点の半田ペースト（シェル半田）にハロゲンランプを照射した場合のコネクタ部における半田（コネクタ半田）の溶融状態を確認するために、ハロゲンランプの照射時間を６秒、１０秒の２通りとした場合のコネクタ半田の溶融状態について調べた。
ここでは、コネクタ半田及びシェル半田共に、エバソルＪ３−ＴＸ０４−ＬＵ（組成：Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、融点：２１７℃〜２２０℃）（石川金属社製）を用いた。

図６は、コネクタ半田の溶融状態を示す図であり、照射時間が６秒では、コネクタ半田に溶融が認められなかったのに対し、照射時間が１０秒では、コネクタ半田に明らかに溶融が認められ、導通不良が生じていることが分かった。

（２）コネクタ各部における温度上昇
シェル半田の溶融条件とコネクタ半田の溶融条件との関係を調べるために、コネクタ各部の温度上昇を測定した。ここでは、ハロゲンランプの出力を１６０Ｖ、照射時間を３０秒とした。
図７は、コネクタ各部の温度上昇を示す図であり、図中、Ａはシェル部を、ＢはＧＮＤバーを、Ｃはコネクタ半田部を、それぞれ示している。

シェル半田が溶融してフィレットを形成するためには、ＧＮＤバーの温度がポイントとなる。ＧＮＤバーの温度が半田の融点に達することで半田が濡れ広がると考えられる。したがって、シェル半田の溶融条件は、ＧＮＤバーの温度が半田の融点に達した時と言い換えることができる。
一方、一般的な高温半田である鉛フリーの半田ペースト（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田）の融点は２２０℃前後であるから、シェル半田の溶融開始時間は、図５中の実線で示した部分で照射から約６秒後と考えられる。ただし、測定時、測定系の熱容量の影響等により実際の温度は、測定温度より２０℃程度高いと考えられるので、図５では、シェル半田の融点を２００℃としている。

コネクタ部のコンタクト部の温度上昇は、ＧＮＤバーより遅く、図５中の破線で示した照射から８秒程度でコネクタ半田が再溶融すると考えられる。
これらの時間の差は、約２秒前後であり、ハーネスとコネクタ部との位置、及び治具とコネクタとの位置、ランプ出力、コネクタ温度等のばらつきを考慮すると、半田付け工程におけるランプの照射時間の範囲は非常に狭いと考えられる。
本発明では、シェル半田を低融点の半田に置き換えることで、シェル半田の溶融時間を早め、シェル半田可能時間からコネクタ半田再溶融時間までの時間間隔を広げることにより、ランプの照射可能時間の範囲を広げることができる。

例えば、上述したエバソルＪ３−ＴＸ０４−ＬＵをシェル半田として使用した場合、ハロゲンランプの出力時間は６〜７秒でなければならない。一方、Ｆ７（組成：Ｓｎ−５８％Ｂｉ、融点：１３８℃）の場合は、ハロゲンランプの出力時間は３〜６秒である。
これにより、低融点の半田を用いれば、ハロゲンランプの照射時間を約３〜４秒程度に広げられることが分かった。
図８は、半田フィレット形成（上の図）及びコネクタ半田未溶融（下の図）それぞれの様子を示したものである。図８によれば、半田フィレットが良好に形成されており、コネクタ半田も未溶融であることが確認された。

本発明の一実施形態の同軸ケーブルコネクタの要部を示す断面図である。 本発明の一実施形態の同軸ケーブルコネクタのケーブルハーネスの端末部を示す上面図である。 本発明の一実施形態の同軸ケーブルコネクタのコネクタ部を示す上面図である。 本発明の一実施形態の同軸ケーブルコネクタのシェル部を示す上面図である。 シェル半田前及びシェル半田後それぞれの様子を示す図である。 コネクタ半田の溶融状態を示す図である。 コネクタ各部の温度上昇を示す図である。 半田フィレット形成及びコネクタ半田未溶融それぞれの様子を示す図である。

符号の説明

１…同軸ケーブルコネクタ、２…ケーブルハーネス、３…コネクタ部、４…シェル部、１１…同軸ケーブル、１２…中心導体、１３…絶縁部、１４…外部導体、１５…ジャケット、１６…グラウンド（ＧＮＤ）バー、２１…コンタクト部、２２…高融点の半田、３１…シェル半田部、３２…低融点の半田。

Claims (7)

1. コネクタ部のコンタクト部に、ケーブルハーネスのグラウンドバーに横架された複数本の同軸ケーブル各々の中心導体が半田付けされ、前記コネクタ部と前記同軸ケーブルとの接続部がシェル部にて覆われており、このシェル部が前記グラウンドバーに半田付けされてなる同軸ケーブルコネクタであって、
   前記シェル部４と前記グランドバー１６との間には空隙を備え、かつ、
   前記シェル部４には該シェル部４を貫通する孔であるシェル半田部３１が設けられると共に、
   前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２は、前記シェル半田部３１に充填され、前記半田３２を介して前記シェル部４と前記グランドバー１６は電気的に接続されており、
   前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する前記半田３２は、前記コンタクト部と前記中心導体とを電気的に接続する半田より融点が低いことを特徴とする同軸ケーブルコネクタ。
2. 前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２は、前記グラウンドバー１６と接する部位に、フィレットを有することを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブルコネクタ。
3. 前記シェル部４の孔であるシェル半田部３１は、その外周距離が増えるような外周形状を成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の同軸ケーブルコネクタ。
4. 前記シェル部と前記グラウンドバーとを電気的に接続する半田と、前記コンタクト部と前記中心導体とを電気的に接続する半田との融点の差が２０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の同軸ケーブルコネクタ。
5. コネクタ部のコンタクト部に、ケーブルハーネスのグラウンドバーに横架された複数本の同軸ケーブル各々の中心導体を半田付けし、次いで、前記コネクタ部と前記同軸ケーブルとの接続部をシェル部にて覆い、このシェル部を前記グラウンドバーに半田付けする同軸ケーブルコネクタの半田付け方法であって、
   前記シェル部４と前記グランドバー１６との間には空隙を設け、かつ、前記シェル部４と前記グラウンドバー１６とを電気的に接続する半田３２が、前記シェル部４に設けられた孔であるシェル半田部３１に充填され、前記半田３２を介して前記シェル部４と前記グランドバー１６とを電気的に接続した状態とするために、
   前記シェル部と前記グラウンドバーとの半田付けに用いられる半田を、前記コンタクト部と前記中心導体との半田付けに用いられる半田より融点の低い半田とし、この融点の低い半田を前記シェル部と前記グラウンドバーとの間に介在させた状態で、この融点の低い半田を加熱・溶融し、前記シェル部を前記グラウンドバーに半田付けすることを特徴とする同軸ケーブルコネクタの半田付け方法。
6. 前記融点の低い半田を、光源を用いて加熱・溶融することを特徴とする請求項５に記載の同軸ケーブルコネクタの半田付け方法。
7. 前記融点の低い半田と、前記シェル部と前記グラウンドバーとの半田付けに用いられる半田との融点の差が２０℃以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の同軸ケーブルコネクタの半田付け方法。

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