JP5240844B2

JP5240844B2 - 構造体、これを用いた基板装置及びその実装方法

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Publication number: JP5240844B2
Application number: JP2008300848A
Authority: JP
Inventors: 一仁横内
Original assignee: NEC Computertechno Ltd
Current assignee: NEC Computertechno Ltd
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: JP2010129656A; US20100128452A1

Description

本発明は、スタッド、これを用いた基板装置及びその実装方法に係り、特にプリント配線基板上に取り付け部品を支持するスタッド構造に関する。

一般に、コンピュータ装置を小型化するためには、デバイスの集積度を上げる等の対策が必要となる。この対策の１つとして、プリント配線基板をメザニン化し、立体的にする方式が知られている。この方式では、通常、プリント配線基板上に他のプリント配線基板やデバイス等の取り付け部品を固定するための構造体であるスタッドが用いられている。

図６は、上記のスタッドを用いた関連技術の基板装置を示す。図６に示す基板装置は、板金９と、その上に配置されるパターン配線（電気配線）１１を有するプリント配線基板１２と、その上に小プリント配線基板（非図示）をメザニン搭載するための構造体である複数のスタッド部とを有している。

各スタッド部は、板金９上に搭載される板金スタッド１０と、その上にスタッド・ネジ部７によりネジ固定される円柱状のスタッド６とを有している。プリント配線基板５には、スタッド６をスタッド・ネジ部７を介して板金９上に設けた板金スタッド９上に固定するため、スタッド６の形状に応じたスタッド用の複数の基板穴８が形成されている。

上記に関連して、特許文献１には、複数のプリント配線基板を所定間隔で支持するスタッドとして、その一端に一方のプリント配線基板をネジ止めするネジ穴を設け、その他端に他方のプリント配線基板の基板穴に挿入される凸形状の段部を形成したものが記載されている。
特開２００７−１２９５１号公報

上記のようにコンピュータ装置の小型化のため、デバイスの集積度を上げる対策として、プリント配線基板をメザニン化し、立体的にする方式を用いた場合、スタッドを板金に固定するために、プリント配線基板に穴を空ける必要があった。このため、プリント配線基板には穴が開き、パターン配線する場合には、その穴を避けるため、パターン配線長が長くなり、これによってパターン配線密度が高くなっていた。そのため、ノイズの影響を受けやすく、信号品質が悪化する問題があった。その対策として、プリント配線基板の層数を増やすことで、パターン配線密度を減らして配線を行うと、基板コストが高価になるといった問題があった。

すなわち、図６に示す基板装置では、プリント配線基板５にスタッド６を取り付ける場合、スタッド６を板金９上に固定するために、プリント配線基板５に基板穴８を空ける必要があった。そのため、プリント配線基板５内の電気配線であるパターン配線１１は、図７に示すように、基板穴８を避けるように湾曲して形成される。その結果、パターン配線１１を直線状に形成した場合と比べると、湾曲した分、パターン配線長が長く、配線密度が高くなってしまい、ノイズの影響を受けやすく、信号品質が悪化する問題があった。さらには、配線密度を軽減するために、プリント配線基板５の層数を増やさなければならず、基板コストがアップしてしまうなどの問題があった。これらの問題は、特許文献１でも同様であった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、プリント配線基板の配線密度の軽減、及びプリント配線基板の層数削減を行い、プリント配線基板のメザニン化を可能にするスタッド、これを用いた基板装置及びその実装方法を提供することにある。

本発明に係る構造体は、プリント配線基板上に取り付け部品を支持する構造体であって、この構造体は、一端側が前記プリント配線基板上に表面実装され、他端側が前記取り付け部品に固定される柱状構造体であり、前記プリント配線基板と前記取り付け部品との間の相対的な位置関係を前記柱状構造体の軸方向に調整可能な複数の構造部品で構成されることを特徴とする。

本発明に係る基板装置は、上記の構造体と、前記構造体が表面実装されたプリント配線基板とを有することを特徴とする。

本発明に係る基板装置の実装方法は、プリント配線基板上に構造体を表面実装し、この構造体を介して前記プリント配線基板上に取り付け部品を搭載する基板装置の実装方法であって、前記構造体は、一端側が前記プリント配線基板上に表面実装され、他端側が前記取り付け部品に固定される柱状構造体であり、前記プリント配線基板と前記取り付け部品との間の相対的な位置関係を前記柱状構造体の軸方向に調整可能な複数の構造部品で構成されることを特徴とする。

本発明によれば、スタッドを表面実装化しているので、プリント配線基板の穴を削除できる。これにより、プリント配線基板の配線密度を減らし、これに起因するノイズを軽減でき、複数層で電気配線されている信号を同一層で配線することで、プリント配線基板の層数を削減でき、プリント配線基板のメザニン化を可能にすることができる。

次に、本発明に係るスタッド、これを用いた基板装置及びその実装方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係るスタッドを用いた基板装置は、プリント配線基板上にそれよりも寸法の小さい小プリント配線基板やデバイス等の取り付け部品をネジ固定する際に用いる構造体（柱状構造体）であるスタッドを表面実装可能な部品により構成している。以下の説明では、プリント配線基板上に表面実装可能な部品により構成した構造体であるスタッドを「表面実装型スタッド」と呼ぶ。本実施の形態では、表面実装型スタッドを用いることで、プリント配線基板に多数開けられている基板穴を低減し、プリント配線基板内部のパターン配線性を改善し、プリント配線基板の層数を削減可能としている。

図１は、本実施の形態に係るスタッド及びこれを用いた基板装置の要部構成を示す。同図に示す基板装置は、パターン配線（電気配線）３を有するプリント配線基板１と、そのプリント配線基板１上に他のプリント配線基板やデバイス等の取り付け部品（非図示）をメザニン搭載するための柱状構造体である複数の表面実装型スタッド（本発明のスタッドに対応する。）２とを有している。

表面実装型スタッド２は、柱状の本体を有し、その本体の軸方向の一端側をプリント配線基板１上に設けたパッド４に他の表面実装型電子部品（非図示）と同様に半田接続にて取り付けることにより、プリント配線基板１上にその本体を立設した状態で表面実装される。なお、立設した状態の表面実装型スタッド２の他端側は、プリント配線基板１上にメザニン搭載される取り付け部品にネジ（止めネジ）で止める等の固定手段（非図示）により固定可能となっている。

本実施の形態では、表面実装用スタッド２を使用することで、プリント配線基板１にスタッド用の基板穴を省略し、削除することが可能となる。そうすると、スタッド用の基板穴を形成せずに、その内層にパターン配線３を通すことが可能となる。

すなわち、プリント配線基板１のパターン配線３は、図２に示すように、プリント配線基板１にスタッド用の基板穴を避けずに湾曲しないで直線状に形成できる。これにより、パターン配線長を短くし、プリント配線基板１の配線密度を軽減することができる。配線密度が軽減されたことによって、プリント配線基板１の他層で配線されていたものを同一層内で配線することが可能となるため、プリント配線基板１の層数を削減できる。

したがって、本実施の形態によれば、プリント配線基板１の穴数を減らして、高密度配線のプリント配線基板１の配線性を大幅に改善することができる。

また、本実施の形態では、プリント配線基板１上に表面実装型スタッド２を半田接続により表面実装しているが、本発明はこれに限らず、プリント配線基板１上に表面実装可能なものであれば、いずれの接続又は固定手段を用いてもよく、例えばプレスフィット接続を用いてもよい。

以下、本発明の各実施例について説明する。

まず、本発明の実施例１について、図３を参照して説明する。

図３に示す本実施例に係る基板装置は、板金１３と、その板金１３上に配置されるパターン配線（非図示）を有するプリント配線基板１２と、そのプリント配線基板１２上にそれよりも寸法の小さい取り付け部品である小プリント配線基板（他のプリント配線基板）１５をネジ（止めネジ）１６で止めることにより固定してメザニン搭載するための柱状構造体である複数の表面実装型スタッド１４とを有している。

本実施例の表面実装型スタッド１４は、柱状の本体を有し、その本体の軸方向の一端側を他の表面実装型電子部品（非図示）と同様に半田にてプリント配線基板１２上の部品パッド１７に取り付けることにより、プリント配線基板１２上にその本体を立設した状態で表面実装される。このプリント配線基板１２上に小プリント配線基板１５を搭載する場合は、プリント配線基板１２に搭載されている表面実装型スタッド１４において、その本体の軸方向の他端側の立設した先端部分に小プリント配線基板１５のネジ穴を合わせ、そのネジ穴にネジ１６を挿入し、その先端部分をネジ１６で止めることによって固定する。

本実施例によれば、プリント配線基板１２上に表面実装型スタッド１４を搭載しているので、プリント配線基板１２の穴を削除できる。これにより、プリント配線基板１２の配線密度を減らし、ノイズを軽減でき、複数層で電気配線されている信号を同一層で配線することで、プリント配線基板１２の層数を削減できる。

次に、本発明の実施例２について、図４を参照して説明する。

本実施例に係る基板装置の基本的構成は、実施例１と同様であるが、表面実装型スタッドの構造についてさらに工夫している。その構成を図４に示す。

図４に示す基板装置は、板金１３と、その板金１３上に配置されるパターン配線（非図示）を有するプリント配線基板１２と、そのプリント配線基板１２上にそれよりも寸法の小さい取り付け部品である小プリント配線基板１５をネジ１６により固定してメザニン搭載するための柱状構造体である複数の表面実装型スタッド１４ａとを有している。

本実施例の表面実装型スタッド１４ａは、プリント配線基板１２と小プリント配線基板１５との間の相対的な位置関係を調整可能な複数の構造部品からなるセパレート型のもので構成される。複数の構造部品には、小プリント配線基板１５側に配置されるスタッド上部（本発明の第１の構造部品に対応する。）１８と、プリント配線基板１２側に配置されるスタッド下部（本発明の第２の構造部品に対応する。）１９と、スタッド下部１９に対するスタッド上部１８の位置を調整可能なスタッド・ネジ部２０とが含まれる。

スタッド上部１８は、柱状の本体を有し、その本体の一端側にネジ穴が形成され、そのネジ穴の中心を小プリント配線基板１５のネジ穴の中心に合わせた状態でその軸方向にネジ１６を挿入して止めることにより、小プリント配線基板１５に固定される一方、その他端側がスタッド下部１９の本体に設けた取り付け穴１９２に挿入される。スタッド上部１８は、スタッド下部１９への挿入部分に配置されたスタッド・ネジ部２０により、スタッド下部１９に対して位置調整が可能となっている。

スタッド下部１９は、スタッド上部１８よりも径の大きい柱状の本体を有し、その本体の一端側に凹部（開口部）１９１が形成され、その他端側にスタッド上部１８の本体の他端側を挿入可能な径の取り付け穴１９２が凹部１９１内に貫通する状態で形成されている。スタッド下部１９は、凹部１９１の両側縁部（開口縁）１９３がプリント配線基板１２上に設けた部品パッド１７にリード部１７１を介して半田接続により固定される。

スタッド・ネジ部２０は、スタッド上部１８の本体の他端側において、スタッド下部１９に設けた取り付け穴１９２への挿入部分に取り付けられ、そのネジ調整により、スタッド下部１９に対してスタッド上部１８の位置をその軸方向に調整可能となっている。

プリント配線基板１２には、スタッド下部１９を半田付けし、小プリント配線基板１５を取り付けする際には、スタッド上部１８とスタッド・ネジ部２０をスタッド下部１９にネジ固定する。その後、スタッド上部１８と小プリント配線基板１５を合わせてネジ１６で止める。

ここで、前述した図３に示す実施例１では、表面実装型スタッド１４がプリント配線基板１２に直接実装されるため、表面実装型スタッド１４と部品パッド１７の半田接合部分での傾きや、横方向の実装誤差が大きい。そのため、プリント配線基板１２と小プリント配線基板１５との距離が小さい場合は、小プリント配線基板１５のネジ１６による取り付け部分では、表面実装型スタッド１４の実装誤差の影響はあまり受けないが、プリント配線基板１２と小プリント配線基板１５との距離が大きい場合は、小プリント配線基板１５のネジ１６による取り付け部分では、スタッド１４の実装誤差の影響を受け、表面実装型スタッド１４にテンションがかかってしまう可能性がある。

これに対し、本実施例では、図４に示すように、表面実装型スタッド１４ａをスタッド下部１９とスタッド上部１８とに分けて構成することで、表面実装型スタッド１４ａに遊びを持たせて、実装誤差により表面実装型スタッド１４ａにかかるテンションを吸収できるようにしている。さらに、通常のＩＣ（集積回路）部品のようなリード部１７１を表面実装型スタッド１４ａに持たせることにより、搭載する際の傾きや横方向の実装誤差を軽減できるようにしている。

なお、本実施例のスタッド下部１９のスタッド形状、部品パッド１７の表面実装部分のパッド形状は、限定されず、他の形状でも適用可能である。さらに、本実施例の表面実装型スタッド１４ａを使用する場合、プリント配線基板１２上には小プリント配線基板１５に限らず、他のデバイス等の取り付け部品を搭載してもよい。

次に、本発明の実施例３について、図５を参照して説明する。

本実施例に係る基板装置は、実施例２の表面実装型スタッドの構造をさらに工夫している。その構成を図５に示す。

図５に示す基板装置は、板金１３と、その板金１３上に配置されるパターン配線（非図示）を有するプリント配線基板１２と、そのプリント配線基板１２上にそれよりも寸法の小さい取り付け部品である小プリント配線基板１５をネジ１６により固定してメザニン搭載するための柱状構造体である複数の表面実装型スタッド１４ｂとを有している。

本実施例の表面実装型スタッド１４ａは、実施例２と同様に、プリント配線基板１２と小プリント配線基板１５との間の相対的な位置関係を調整可能な複数の構造部品からなるセパレート型のもので構成される。複数の構造部品には、小プリント配線基板１５側に配置されるスタッド上部（本発明の第１の構造部品に対応する。）１８と、プリント配線基板１２側に配置されるプレスフィット型スタッド下部（本発明の第２の構造部品に対応する。）２１と、プレスフィット型スタッド下部２１に対するスタッド上部１８の位置を調整可能なスタッド・ネジ部２０とが含まれる。

スタッド上部１８は、実施例２と同様の構成であり、柱状の本体を有し、その本体の一端側にネジ穴が形成され、そのネジ穴の中心を小プリント配線基板１５のネジ穴の中心に合わせた状態でその軸方向にネジ１６を挿入して止めることにより、小プリント配線基板１５に固定される一方、その他端側がプレスフィット型スタッド下部２１に設けた取り付け穴２１２に挿入される。スタッド上部１８は、プレスフィット型スタッド下部２１への挿入部分に配置されたスタッド・ネジ部２０により、プレスフィット型スタッド下部２１に対して位置調整が可能となっている。

プレスフィット型スタッド下部２１は、実施例２の表面実装型スタッド１４ａのスタッド下部１９の様な半田接続は行わず、数箇所をプレスフィット接続で固定できるようにしたものである。すなわち、プレスフィット型スタッド下部２１は、スタッド上部１８よりも径の大きい柱状の本体を有し、その本体の一端側に凹部（開口部）２１１が形成され、その他端側にスタッド上部１８の本体の他端側を挿入可能な径の取り付け穴２１２が凹部２１１内に貫通する状態で形成されている。プレスフィット型スタッド下部２１は、実施例２の半田接続ではなく、凹部２１１の両側縁部（開口縁）２１３から延びる先端部２１４がテーパ状に先細りで鋭利となるように形成され、その鋭利な先端部２１４をプレスフィット接続によりプリント配線基板１２上に設けた穴１２ａに挿入して固定される。

スタッド・ネジ部２０は、実施例２と同様の構成であり、スタッド上部１８の本体の他端側において、プレスフィット型スタッド下部２１に設けた取り付け穴２１２への挿入部分に取り付けられ、そのネジ調整により、プレスフィット型スタッド下部２１に対してスタッド上部１８の位置をその軸方向に調整可能となっている。

本実施例の表面実装型スタッド１４ｂでは、プレスフィット型スタッド下部２１を用いることにより、プリント配線基板１２にプレスフィット接続用の穴１２ａは空いてしまうが、関連技術のネジ穴に比べると、パターン配線の配線密度を大幅に軽減することができる。

また、本実施例のプレスフィット型スタッド下部２１によれば、実施例１の表面実装型スタッド１４や、実施例２のスタッド下部１９に比べて、実装誤差が小さく、小プリント配線基板１５との距離が大きい場合に有効である。本実施例の表面実装型スタッド１４ｂと小プリント配線基板１５との接続構成は、実施例１、２の表面実装型スタッド１４、１４ａと同様のネジ１６による接続構成となる。

なお、本実施例のプレスフィット型スタッド下部２１のスタッド形状、プレスフィット構造は限定されず、他の形状でも適用可能である。さらに、本実施例の表面実装型スタッド１４ｂを使用する場合、プリント配線基板１２上には小プリント配線基板１５に限らず、他のデバイス等の取り付け部品を搭載してもよい。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、プリント配線基板上に小プリント配線基板やデバイスを固定するためのスタッド、これを用いた基板装置及びその実装方法等の用途に利用可能である。

本発明の実施形態に係るスタッド及びこれを用いた基板装置を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿ってプリント配線基板を見た平面図で、スタッド用の基板穴が形成されないプリント配線基板のパターン配線イメージを説明する図である。本発明の実施例１に係るスタッド及びこれを用いた基板装置を示す断面図である。本発明の実施例２に係るスタッド及びこれを用いた基板装置を示す断面図である。本発明の実施例３に係るスタッド及びこれを用いた基板装置を示す断面図である。関連技術のスタッドを用いた基板装置を示す断面図である。図６のＢ−Ｂ線に沿ってプリント配線基板を見た平面図で、スタッド用の基板穴が形成されたプリント配線基板のパターン配線イメージを説明する図である。

符号の説明

１プリント配線基板（実施の形態）
２表面実装型スタッド（実施の形態）
３パターン配線（実施の形態）
４パッド
５プリント配線基板（関連技術）
６スタッド（関連技術）
７スタッド・ネジ部
８基板穴
９板金
１０板金スタッド
１１パターン配線（関連技術）
１２プリント配線基板（実施例１〜３）
１２ａプレスフィット接続用穴（実施例３）
１３板金
１４表面実装型スタッド（実施例１）
１４ａ表面実装型スタッド（実施例２）
１４ｂ表面実装型スタッド（実施例３）
１５小プリント配線基板（取り付け部品）
１６ネジ
１７部品パッド
１８スタッド上部（実施例２、３）
１９スタッド下部（実施例２）
２０スタッド・ネジ部（実施例２、３）
２１プレスフィット型スタッド下部（実施例３）
１７１リード部（実施例２）
１９１凹部（実施例２）
１９２取り付け穴（実施例２）
１９３縁部（実施例２）
２１１凹部（実施例３）
２１２取り付け穴（実施例３）
２１３縁部（実施例３）
２１４先端部（実施例３）

Claims

プリント配線基板上に取り付け部品を支持する構造体であって、
前記構造体は、一端側が前記プリント配線基板上に表面実装され、他端側が前記取り付け部品に固定される柱状構造体であり、前記プリント配線基板と前記取り付け部品との間の相対的な位置関係を前記柱状構造体の軸方向に調整可能な複数の構造部品で構成されることを特徴とする構造体。
前記複数の構造部品は、前記プリント配線基板側に配置される第１の構造部品と、前記取り付け部品側に配置される第２の構造部品とを有し、
前記第１の構造部品と前記第２の構造部品とは、互いの位置を互いの軸方向に調整可能に接続されることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記第１の構造部品と前記第２の構造部品は、互いの位置をネジにより調整可能に接続され、前記ネジを前記第１の構造部品の前記第２の構造部品との接続部分側の端部に配置したことを特徴とする請求項２に記載の構造体。
前記第１の構造部品は、前記プリント配線基板上に半田接続により固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の構造体。
前記第１の構造部品は、前記プリント配線基板上にプレスフィット接続により固定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の構造体。
前記第２の構造部品は、前記取り付け部品にネジ止めにより固定されることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の構造体。
請求項１から６のいずれか１項に記載の構造体と、
前記構造体が表面実装されたプリント配線基板と、
を有することを特徴とする基板装置。
前記構造体により前記プリント配線基板上に支持される取り付け部品をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の基板装置。
前記取り付け部品は、他のプリント配線基板又はデバイスであることを特徴とする請求項８に記載の基板装置。
プリント配線基板上に構造体を表面実装し、
前記構造体を介して前記プリント配線基板上に取り付け部品を搭載する基板装置の実装方法であって、
前記構造体は、一端側が前記プリント配線基板上に表面実装され、他端側が前記取り付け部品に固定される柱状構造体であり、前記プリント配線基板と前記取り付け部品との間の相対的な位置関係を前記柱状構造体の軸方向に調整可能な複数の構造部品で構成されることを特徴とする基板装置の実装方法。
前記構造体を前記プリント配線基板上に半田接続により表面実装することを特徴とする請求項１０に記載の基板装置の実装方法。
前記構造体を前記プリント配線基板上にプレスフィット接続により表面実装することを特徴とする請求項１０に記載の基板装置の実装方法。