JP5589409B2 - 実装部品、電子機器および実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、実装部品、電子機器および実装方法に関する。
半導体素子やマイクロスイッチ等の様々な実装部品が、金属製の脚部をプリント回路基板のような導電パターンに形成したパッドにハンダ付けすることによって実装されている。近年、装置の小型化のために、実装部品の脚部や導電パターンのパッドが小さくなり、それらの配列ピッチも狭くなってきている。このため、脚部とハンダの接着面積が小さくなり、実装部品の導電パターンに対する実装強度が不十分になる問題が生じている。
特に、マイクロスイッチやコネクタのような実装部品では、使用時に、ハンダ付けされた脚部に比較的大きな外力が加わるので、より高い実装強度が要求される。さらに、マイクロスイッチやコネクタのような実装部品では、ハンダ付けする脚部と接点機構を構成するばね等とを一体に形成することが多く、ハンダとの親和性が余り高くない材料で脚部を形成せざるを得ないこともあり、ハンダの剥離がより大きな問題となる。
これに対して、使用するハンダの量を増やして濡れ面積を大きくすれば実装強度を高められるが、ハンダを多くし過ぎると、各パッドからハンダがはみ出して、隣接するパッド同士を短絡してしまうという問題が生じる。また、ハンダを溶融するとハンダに含まれるフラックスが流れ出して脚部を這い上がる。このため、マイクロスイッチやコネクタのような完全にモールド化されない実装部品では、ハンダの使用量を増やすと、フラックスが実装部品の内部に進入し、接点の接触不良等の不具合を引き起こす場合もある。
実装強度を高める技術として、特許文献１には、例えばその図３に、ハンダ付けされるリード３の脚部の底面に開口し、毛細管現象によってハンダを吸い上げる縦穴６または溝５を設けることで、ハンダによる濡れ面積を大きくして接着強度を高めた発明が開示されている。しかしながら、マイクロスイッチやコネクタのように大きな外力が作用する実装部品では、特許文献１のような縦穴を設けたとしても、脚部とハンダとの接合強度が十分ではない。
特に、特許文献１の実装構造では、縦穴の内周面が導電パターンに垂直であり、脚部の外周面と同じ方向に延伸しているため、脚部を導電パターンから垂直に引き剥がすような力が加わると、縦穴の内周面および脚部の外周面とハンダとの間に剪断力が作用して接着面に滑りを生じさせ、脚部がハンダから引き抜かれる結果となりやすい。
特開２００２−３３４９６４号公報
前記問題点に鑑みて、本発明は、ハンダ付けによる実装強度が高い実装部品、電子機器および実装方法を提供することを課題とする。
前記問題点に鑑みて、本発明による実装部品は、基板上のパッドに底面が半田付けで表面実装される横長の脚部と、前記脚部の両側側面に沿って湾曲しながら延伸し、かつ、前記脚部の一端部に一体成形された接点バネ部と、を有する実装部品であって、前記接点バネ部は先端に相手方電極と当接可能な接点を有する一方、前記脚部は、前記一端部に位置し、かつ、前記基板に対して鉛直面である側面に、前記底面には開口しないように側方に開口し、且つ、溶融したハンダを両側から受け入れる複数の補助穴を設けたものとする。
この構成によれば、補助穴の内面にもハンダが接着されるので、脚部のハンダによる濡れ面積が大きく、ハンダの接着強度が高くなる。また、脚部の側面と補助穴の内面とでは、その向きが異なるので、ハンダが剥離しやすい力の向きが異なり、外力の方向に拘わらず高い実装強度を発揮できる。さらに、ハンダが補助穴を係止して脚部の浮き上がりを防止するフックになるため、ハンダの剥離強度だけでなくハンダの変形耐力も実装強度に寄与する。
また、本発明の実装部品において、前記補助穴は、前記脚部を貫通してもよい。
この構成によれば、補助穴を通して脚部の両側のハンダを接続するので、脚部を係止するフックとしての機械的強度を高められる。
また、本発明の実装部品において、前記補助穴は、第１の補助穴と、前記第１の補助穴と同一鉛直面上に位置し、かつ、前記第１の補助穴の上方に形成された第２の補助穴とからなり、前記第１の補助穴は両側から溶融したハンダを受け入れ、前記第２の補助穴は両側から溶融したハンダを受け入れ、および／または、ハンダのフラックスを受け入れてもよい。
この構成によれば、ハンダの濡れ面積を一段と大きくできるので、実装強度がより高められる。
また、本発明の実装部品は、前記補助穴より高い位置に、前記ハンダのフラックスを受け入れるトラップ穴を有してもよい。
この構成によれば、実装部品の内部へのフラックスの進入を防止できる。このため、補助穴の容積を大きくして、使用するハンダの量を増やすことができる。
また、本発明による電子機器は、前記実装部品のいずれかを導電パターンにハンダ付けしたものとする。
この構成によれば、上述のように、実装部品の実装強度が高いので、実装部品の接続不良による故障が少なく、電子機器の信頼性が高い。
また、本発明による実装方法は、基板上のパッドに底面が半田付けで表面実装される横長の脚部と、前記脚部の両側側面に沿って湾曲しながら延伸し、かつ、前記脚部の一端部に一体成形された接点バネ部と、を有する実装部品であって、前記接点バネ部は先端に相手方電極と当接可能な接点を有する一方、前記脚部は、前記一端部に位置し、かつ、前記基板に対して鉛直面である側面に、前記底面に開口しないように側方に開口する複数の補助穴を設け、前記パッドまたは前記脚部に塗布したハンダをリフローし、前記補助穴の両側から溶融したハンダを受け入れることを特徴とする実装部品の実装方法とする。
この方法によれば、補助穴の内面にもハンダが接着されるので、脚部のハンダによる濡れ面積が大きく、脚部の側面と補助穴の内面とでは、ハンダが剥離しやすい力の向きが異なり、且つ、ハンダが補助穴を係止して脚部の浮き上がりを防止するフックになるため、実装部品の実装強度が高い。
本発明の第１実施形態の電気コネクタの斜視図である。 図１の電気コネクタの実装状態の斜視図である。 図１の電気コネクタの接点部材の断面図である。 図１の電気コネクタの脚部近傍の拡大側面図である。 図１の電気コネクタの実装状態の脚部近傍の断面図である。 本発明の第２実施形態の電気コネクタの脚部近傍の側面図である。 本発明の第３実施形態の電気コネクタの実装状態の脚部近傍の断面図である。 本発明の第４実施形態の電気コネクタの実装状態の脚部近傍の断面図である。 図１の電気コネクタを実装した本発明の実施形態に係る携帯電話の背面図である。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態の電気コネクタ１を示す。電気コネクタ１は、ハウジング２に形成した３つのスロット３に、それぞれ、接点部材４を１つずつ挿入してなる。
３つの接点部材４は、中央の１つが制御用の接点であり、その両側が、それぞれ、電源供給のためにバッテリの電極（相手方電極）に接触する接点として用いられる。尚、電力供給用の接点を、それぞれ、２つの接点部材４からなる接点対として構成すれば、相手方電極との導電接触の信頼性をより向上させられる。
図２に示すように、接点部材４は、ハウジング２に固定される固定部５と、固定部５から湾曲して延伸する接点ばね部６と、固定部５からハウジング２の外側まで後方下側に突出する脚部７とを有する。図３に示すように、固定部５は、先端がハウジング２に圧入されるようになっている。接点ばね部６は、先端がハウジング２から前方に突出し、相手方電極と当接可能な接点を構成する。脚部７は、底面がプリント基板８にハンダ付けされることによって、電気コネクタ１をプリント基板８に固定するとともに、接点部材４をプリント基板８上の印刷回路に接続するための電極となる。
電気コネクタ１は、図３に示すように、プリント基板８の回路パターン上に、ハンダＳのリフローによって実装される。詳しくは、先ず、プリント基板８に形成した電極パッド９の上にクリームハンダＳを塗布する。ついで、その上に脚部７を載置した状態で、クリームハンダＳを加熱して溶融（リフロー）させることで、ハンダＳで脚部７を電極パッド９に接合する。このとき、溶融したハンダＳの表面張力は、それぞれの脚部７を対応する電極パッド９の中央に移動させるように作用する。
図４に、脚部７の詳細を示す。脚部７は、その側面に、側方に開口する３つの補助穴１０が形成されている。補助穴１０は、脚部７の底面に開口しないように、水平に貫通し、脚部７の両側面に開口している。また、接点部材４は、補助穴１０よりも高い位置に、固定部５まで水平に延伸する溝状のトラップ穴１１が形成されている。トラップ穴１１も、接点部材４の全幅を貫通して形成されている。
図５に、プリント基板８に実装した状態の電気コネクタ１の断面を示す。リフローされたハンダＳは、その濡れ性により、脚部７の両側の側面を這い上がり、補助穴１０の中に進入する。この結果、図示するように、脚部７の両側のハンダＳが補助穴１０を通して接続される。
補助穴１０は、脚部７のハンダＳによる濡れ面積を増大させるため、ハンダＳの接合力を高める。また、脚部７の側面と補助穴１０の内面とでは、その向きが異なっているため、脚部７に接合しているハンダＳの全体を同時に引きはがす方向に作用するような外力を加えることはできない。例えば、脚部７をプリント基板８から引き剥がす方向に外力が作用するとき、補助穴１０の下側の面には、接合されているハンダＳが押圧されることになる。このように、ハンダＳが接合する面の向きが多様になることで、あらゆる方向の外力に対して高い実装強度を発揮できる。
さらに、ハンダＳは、補助穴１０を係止するフックの役目を果たす。仮に、接点部材４全体をハンダＳとの親和性の低い材料で形成したとしても、ハンダＳが補助穴１０の内部に延伸していることで、電極パッド９に堅固に接合されているハンダＳを機械的に変形させて破断しなければ、ハンダＳを脚部７から剥離させられない。このように、ハンダＳが補助穴１０内に進入して固化することで、電気コネクタ１の実装強度を高めることができる。
また、ハンダＳを溶融すると、ハンダＳのフラックスＦが流れ出し、その濡れ性によって、脚部７をさらに這い上がり、固定部５および接点ばね部６の方向にも拡がる。このとき、トラップ穴１１は、フラックスＦを受け入れることにより、フラックスＦが接点ばね部６を這い上がらないようにする。
本実施形態では、水平に並んで３つの補助穴１０が形成されている。これは、１つの大きな補助穴を形成するよりも、その表面積が大きくなり、濡れ面積が大きくなるからである。非常に小さい脚部７には、複雑な形状の補助穴１０やトラップ穴１１を形成するのが困難であるため、本実施形態のような丸穴または長穴を形成することが現実的である。しかしながら、補助穴１０やトラップ穴１１をより複雑な形状にすることができれば、ハンダＳの濡れ面積を増大させて実装強度をより高めたり、毛細管現象によるフラックスＦの取り込みを促進したりすることも可能である。
トラップ穴１１は、本実施形態のように細長く形成することで、毛細管現象によって、フラックスＦを引き込み、電気コネクタ１の内部にフラックスＦが進入しないようにする。フラックスＦは、硬化して、電気コネクタ１の他の要素の動作を阻害したり、接点の接触不良を引き起こしたりする可能性があるが、トラップ穴１１に取り込むことで、フラックスＦによる不具合を防止できる。
続いて、図６に、本発明の第２実施形態の実装部品である電気コネクタの接点部材４ａの脚部７ａを示す。尚、これ以降の実施形態については、第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態の脚部７には、平行に延伸する３本の水平なスリット状の補助穴１０ａが形成されている。本実施形態において、上側に形成された補助穴１０ａは、ハンダの量が多いときに、ハンダを受け入れて実装強度を高めることに寄与するだけでなく、ハンダの量が少ないときには、フラックスを取り込むトラップ穴として機能する。
図７に、本発明の第３実施形態の実装部品である電気コネクタ１ｂの接点部材４ｂの脚部７ｂを示す。本実施形態の脚部７ｂには、その両側面に形成した貫通しない凹部からなる補助穴１０ｂが形成されている。このような補助穴１０ｂであっても、ハンダＳの濡れ面積を増大させるとともに、ハンダＳの接着方向を多様化し、且つ、フック状のハンダＳによって係止されるので、電気コネクタ１ｂの実装強度が高い。
さらに、図８に、本発明の第４実施形態の実装部品である電気コネクタ１ｃの接点部材４ｃの脚部７ｃを示す。本実施形態の脚部７ｃには、片側の側面から反対側の側面まで傾斜して貫通する補助穴１０ｃが形成されている。本実施形態が示すように、本発明の補助穴は、必ずしも脚部の底面と平行でなくてもよい。
但し、脚部の底面に開口するような穴は、内周面に対するハンダの接着方向が脚部の側面に対するハンダの接着方向が大きく異ならないので、脚部を導電パターンから引きはがすような外力によって剪断されて剥離しやすく、且つ、ハンダがフックとして十分に機能しないので、本発明の補助穴としては適当でない。
また、本発明の補助穴は、その奥行き方向に形状が変化するものであってもよい。例えば、奥側ほど径が小さくなる円錐状の穴であっても、ハンダによる濡れ面積が大きく、且つ、ハンダがフックとして係止できるので、本発明の補助穴として採用し得る。
さらに、図９に、第１実施形態の電気コネクタ１を備える、本発明に係る電子機器の１つの実施形態である携帯電話１２を示す。携帯電話１２は、内部に前記電気コネクタ１が配設されており、電気コネクタ１に隣接する内部空間に、バッテリ１３を収容可能である。携帯電話１２にバッテリ１３を収容すると、電気コネクタ１の接点ばね部６にバッテリ１３の電極１４が圧接されるようになっている。
電気コネクタ１は、上述のように、プリント基板８に対する実装強度が高く、接点圧力を高くしても、ハンダＳの剥離による導電接続の不良が起こりにくい。このため、携帯電話１２は、常に、その本体にバッテリ１３から電力が供給され、待ち受けなどの処理を確実に行うことができる。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…電気コネクタ（実装部品）
２…ハウジング
４，４ａ，４ｂ，４ｃ…接点部材
７，７ａ，７ｂ，７ｃ…脚部
８…プリント基板
９…電極パッド
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…補助穴
１１…トラップ穴
１２…携帯電話（電子機器）
１３…バッテリ
１４…電極
Ｓ…ハンダ
Ｆ…フラックス

Claims (6)

  1. 基板上のパッドに底面が半田付けで表面実装される横長の脚部と、前記脚部の両側側面に沿って湾曲しながら延伸し、かつ、前記脚部の一端部に一体成形された接点バネ部と、を有する実装部品であって、
    前記接点バネ部は先端に相手方電極と当接可能な接点を有する一方、
    前記脚部は、前記一端部に位置し、かつ、前記基板に対して鉛直面である側面に、前記底面には開口しないように側方に開口し、且つ、溶融したハンダを両側から受け入れる複数の補助穴を設けたことを特徴とする実装部品。
  2. 前記補助穴は、前記脚部を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の実装部品。
  3. 前記補助穴は、第１の補助穴と、前記第１の補助穴と同一鉛直面上に位置し、かつ、前記第１の補助穴の上方に形成された第２の補助穴とからなり、
    前記第１の補助穴は両側から溶融したハンダを受け入れ、前記第２の補助穴は両側から溶融したハンダを受け入れ、および／または、ハンダのフラックスを受け入れることを特徴とする請求項１または２に記載の実装部品。
  4. 前記補助穴より高い位置に、前記ハンダのフラックスを受け入れるトラップ穴を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の実装部品。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の実装部品を導電パターンにハンダ付けしたことを特徴とする電子機器。
  6. 基板上のパッドに底面が半田付けで表面実装される横長の脚部と、前記脚部の両側側面に沿って湾曲しながら延伸し、かつ、前記脚部の一端部に一体成形された接点バネ部と、を有する実装部品であって、
    前記接点バネ部は先端に相手方電極と当接可能な接点を有する一方、
    前記脚部は、前記一端部に位置し、かつ、前記基板に対して鉛直面である側面に、前記底面に開口しないように側方に開口する複数の補助穴を設け、
    前記パッドまたは前記脚部に塗布したハンダをリフローし、前記補助穴の両側から溶融したハンダを受け入れることを特徴とする実装部品の実装方法。
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