JP5628057B2 - ピンヘッダー、電子機器および電子機器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピンヘッダー、電子機器および電子機器の製造方法に関する。

従来のピンヘッダー３００は、所定のピッチで複数のピン型端子３２を配列させてハウジング３１０に取り付けた構造を有している。このようなピンヘッダー３００を用いた電子機器として、図９に示すように、所定間隔をおいて対向する第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とをピンヘッダー３００で電気的に接続した機器が知られている。

ピンヘッダー３００のハウジング３１０は、第１の回路基板１０の上面に配置されている。ピンヘッダー３００のピン型端子３２の他端３２ｂは、Ｌ字型になっていて、第１の回路基板１０の上面のランド部に半田付けされている。このようにして、ピンヘッダー３００は第１の回路基板１０の上面に表面実装されている。第２の回路基板２０は、ケース５００に設けられた２つの台座５０１で支持されている。ピン型端子３２の一端３２ａは、第２の回路基板２０に挿入されてそのランド部に半田付けされている。このようにして、ピンヘッダー３００のハウジング３１０と第２の回路基板２０との間に、半田フィレット用のスペースＳが確保されている。第２の回路基板２０とピン型端子３２との半田付けの際に、このスペースＳに半田が流れることで、良好な形状の半田フィレットが形成される。これにより、第２の回路基板２０と、ピンヘッダー３００のピン型端子３２との半田付けの信頼性が向上する。

また、ピン型端子３２の一端３２ａに、自動組み立て装置の部品吸着装置で吸着するための特別な冶具を取り付けたピンヘッダーが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような特別な冶具を用いることで、自動組み立て装置によってピンヘッダー３００を所定位置に配置できるので、上記電子機器の組み立て工程を自動化することができる。

特開平７−２８２８８８号公報

しかしながら、上記従来のピンヘッダー３００を用いた電子機器の組み立て工程は、部品吸着装置で吸着するための特別な冶具を用いなければ自動化することができない問題がある。また、この組み立て工程では、冶具を取り付けてからピンヘッダー３００を第１の回路基板１０の上面に実装して、その後、この冶具を除去する必要があるので、工程が複雑になる問題もある。また、電子機器のケース５００は、第２の回路基板２０を支持する２つの台座５０１を有しているため、この台座５０１のスペースが無駄になっている。従って、従来の電子機器は小型化できない問題もある。

そこで、本発明に係る実施例では、電子機器の組み立て工程を簡略化できると共に電子機器を小型化できるピンヘッダー、このピンヘッダーを備えた電子機器および電子機器の製造方法を提供する。

本発明の一態様に係る実施例に従ったピンヘッダーは、
所定間隔をおいて対向する第１の回路基板と第２の回路基板とを電気的に接続可能であると共に、前記第１の回路基板の上面に表面実装可能なピンヘッダーであって、
前記第１の回路基板の上面に配置可能なハウジングと、
前記第２の回路基板に一端が半田付け可能となっており、前記第１の回路基板の上面に他端が半田付け可能となっており、前記一端側が突出するように前記ハウジングに配列された、ピン型端子と、
前記ハウジングの一部に形成された、前記第２の回路基板の方向に前記ハウジングより高く、前記第２の回路基板を支持可能な台座部と、を備え、
前記台座部は、部品吸着装置によって吸着可能な吸着面を有することを特徴とする。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記台座部は、前記第１の回路基板の上面と対向する下面に、位置決め金属部を有しており、
前記位置決め金属部は、前記第１の回路基板の上面の位置決めランド部に半田付け可能であっても良い。

前記位置決め金属部は、前記台座部の重心に対応する位置に配置されていても良い。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の形状は、多角形であっても良い。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の大きさは、等しくても良い。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記ハウジングは直方体であり、
前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の形状は、前記ハウジングの長辺方向に長辺を有する長方形であっても良い。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記ハウジングは直方体であり、
前記台座部は、前記ハウジングの重心に対応する位置に配置されていても良い。

また、前記ピンヘッダーにおいて、
前記吸着面は、前記台座部の前記第２の回路基板を支持可能な面であっても良い。

本発明の一態様に係る実施例に従った電子機器は、
第１の回路基板と、
前記第１の回路基板と所定間隔をおいて対向した第２の回路基板と、
前記第１の回路基板の上面に表面実装されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを電気的に接続しているピンヘッダーと、を備え、
前記ピンヘッダーは、
前記第１の回路基板の上面に配置されたハウジングと、
前記第２の回路基板に一端が半田付けされ、前記第１の回路基板の上面に他端が半田付けされ、前記一端側が突出するように前記ハウジングに配列された、ピン型端子と、
部品吸着装置によって吸着可能な吸着面を持ち、前記ハウジングの一部に形成された、前記第２の回路基板の方向に前記ハウジングより高く、前記第２の回路基板を支持している台座部と、を有することを特徴とする。

また、前記電子機器において、
前記台座部は、前記第１の回路基板と対向する下面に、位置決め金属部を有しており、
前記第１の回路基板は、前記位置決め金属部に対応した位置に、位置決めランド部を有し、
前記位置決め金属部は、前記位置決めランド部に半田付けされていても良い。

本発明の一態様に係る実施例に従った電子機器の製造方法は、
前記ピンヘッダーを用いた電子機器の製造方法であって、
前記第１の回路基板の上面のランド部に半田ペーストを塗布する第１の工程と、
前記部品吸着装置によって前記台座部の前記吸着面を吸着して前記ピンヘッダーを移動して、前記台座部が予め定められた位置に配置されるように、前記ピンヘッダーを前記第１の回路基板の上面に搭載する第２の工程と、
リフローにより前記ピン型端子の他端と前記ランド部とを半田付けする第３の工程と、
前記第２の回路基板を、前記台座部によって支持されるように配置する第４の工程と、
前記第２の回路基板と前記ピン型端子の前記一端とを半田付けする第５の工程と、を含むことを特徴とする。

また、前記電子機器の製造方法において、
前記ピンヘッダーの前記台座部は、前記第１の回路基板と対向する下面に位置決め金属部を有し、
前記第１の回路基板は、前記位置決め金属部に対応した位置に、位置決めランド部を有し、
前記第１の工程において、さらに前記位置決めランド部に前記半田ペーストを塗布し、
前記第３の工程において、前記リフローにより、さらに前記位置決め金属部と前記位置決めランド部とを半田付けしても良い。

本発明の一態様に係るピンヘッダーおよび電子機器によれば、第２の回路基板の方向にハウジングより高く、第２の回路基板を支持可能な台座部を、ハウジングの一部に形成するようにしたので、第２の回路基板とハウジングとの間に半田フィレット用のスペースを確保した上で、電子機器のケースに第２の回路基板を支持する２つの台座が不要となる。これにより、電子機器を小型化できる。

また、台座部は自動組み立て装置の部品吸着装置によって吸着可能な吸着面を有するので、特別な冶具を用いることなく、このピンヘッダーを用いた電子機器の組み立て工程を自動化することができる。従って、冶具の取り付け及び除去工程が必要ないので、組み立て工程を簡略化できる。

さらに、台座部は第１の回路基板と対向する下面に位置決め金属部を有しており、この位置決め金属部を、第１の回路基板が有する位置決めランド部に半田付け可能なようにしている。これにより、自動組み立て装置が有する誤差によって、ピンヘッダーが台座部を中心として正しい位置から回転して搭載されても、リフロー時に溶解した半田の表面張力によって、ピンヘッダーは位置決め金属部を中心として回転移動できる。従って、実装を行う作業者は、ピンヘッダーのセルフアライメントを利用して、容易にピンヘッダーを第１の回路基板の正しい位置に表面実装できる。

図１は、本発明の実施例１に係る電子機器を示す上面図である。 図２は、本発明の実施例１に係る電子機器を示す側面図である。 図３は、本発明の実施例１に係るピンヘッダーの斜視図である。 図４は、本発明の実施例１に係るピンヘッダーの下面図である。 図５は、本発明の実施例１に係る電子機器の製造方法を説明する上面図である。 図６は、図５に続く、電子機器の製造方法を説明する上面図である。 図７は、図６に続く、電子機器の製造方法を説明する上面図である。 図８は、ピンヘッダーが回転して搭載された場合の電子機器の製造方法を説明する上面図である。 図９は、従来の電子機器の断面図である。

以下、本発明に係る一実施例について図面に基づいて説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１は、本発明の実施例１に係る電子機器を示す上面図である。図２は、本発明の実施例１に係る電子機器を示す側面図である。図２は、図１におけるII方向から電子機器を見た側面図である。図３は、本発明の実施例１に係るピンヘッダーの斜視図である。

電子機器は、第１の回路基板１０と、第２の回路基板２０と、ピンヘッダー３０と、を備える。これら第１の回路基板１０と、第２の回路基板２０と、ピンヘッダー３０とは、図示しないケースに収容される。

第２の回路基板２０は、第１の回路基板１０と所定間隔をおいて対向している。
ピンヘッダー３０は、第１の回路基板１０の上面１０ａに表面実装されると共に、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを電気的に接続している。第１の回路基板１０の上面１０ａは、第２の回路基板２０と対向している面である。

ピンヘッダー３０は、ハウジング３１と、８本のピン型端子３２と、台座部３３と、を有する。

ハウジング３１は、略直方体形状を有していて、第１の回路基板１０の上面１０ａに配置されている。ハウジング３１は、例えば、樹脂で形成されている。

円柱形状を有している台座部３３は、ハウジング３１の一部に形成されている。台座部３３は、円柱の軸が第１の回路基板１０の上面１０ａに略直交するように、ハウジング３１の略重心に対応する位置に配置されている。台座部３３は、第２の回路基板２０の方向にハウジング３１より高く、上面３３ａで第２の回路基板２０を支持している。

台座部３３の上面３３ａは、円形であり、部品吸着装置によって吸着可能な吸着面として機能する。上述のように、この上面（吸着面）３３ａは、台座部３３の第２の回路基板２０を支持可能な面である。本実施例においては、台座部３３の第２の回路基板２０を支持可能でない面（円柱の側面と下面３３ｂ）は、部品吸着装置によって吸着可能な吸着面となっていない。台座部３３の上面（吸着面）３３ａの形状は、部品吸着装置の吸着部の形状と同一であることが好ましい。本実施例では、部品吸着装置の吸着部の形状は円形であるとする。台座部３３は、例えば、樹脂で形成されている。

ピン型端子３２は、例えば、金属で形成されていて、略Ｌ字型の形状を有している。ピン型端子３２は、Ｌ字型の長手方向の一端３２ａ側が第２の回路基板２０の方向にハウジング３１の上面３１ａから突出するように、ハウジング３１の長辺方向に一列に配列されている。ハウジング３１の上面３１ａは、第２の回路基板２０と対向している面である。ピン型端子３２は、台座部３３を挟んで４本ずつ配列されている。ピン型端子３２の他端３２ｂは、ハウジング３１の同一の側面３１ｂから突出している。

ピン型端子３２の一端３２ａは、第２の回路基板２０の対応するスルーホール２１を貫通している。ピン型端子３２は、第２の回路基板２０のスルーホール２１の周囲に形成されたランド部（図示せず）に一端３２ａが半田付けされ、第１の回路基板１０の上面１０ａのランド部１１に他端３２ｂが半田付けされている。第１の回路基板１０のランド部１１と、第２の回路基板２０のランド部は、対応する配線パターン等（図示せず）を介して電子部品等（図示せず）に接続されている。これにより、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０との間で、ピンヘッダー３０を介して電気信号等を伝達可能となっている。

このような構成により、図２に示すように、ピンヘッダー３０のハウジング３１の上面３１ａと第２の回路基板２０との間に、半田フィレット用のスペースＳが確保できる。ピン型端子３２の一端３２ａと第２の回路基板２０との半田付けの際に、このスペースＳに半田が流れることで、良好な形状の半田フィレットが形成される。これにより、第２の回路基板２０と、ピンヘッダー３０のピン型端子３２との半田付けの信頼性が向上する。

図４は、本発明の実施例１に係るピンヘッダーの下面図である。台座部３３は、第１の回路基板１０と対向する下面３３ｂに、位置決め金属部３４を有している。位置決め金属部３４は、台座部３３の略重心に対応する位置に配置されている。

図２に示すように、第１の回路基板１０は、位置決め金属部３４に対応した位置に、位置決めランド部（捨てランド）１２を有している。位置決め金属部３４は、位置決めランド部１２に半田付けされている。なお、位置決め金属部３４および位置決めランド部１２は、他の配線パターン等には接続されていなくて良い。つまり、電位や信号が供給されず、電気的にフローティングとなっていて良い。

位置決め金属部３４および位置決めランド部１２の互いに対向する面の大きさは、等しく、それらの面の形状は、ハウジング３１の長辺方向に長辺を有する長方形である。

（電子機器の製造方法）
次に、図５から図８を参照して、上述のピンヘッダー３０を用いた電子機器の製造方法について説明する。

図５から図８は、本発明の実施例１に係る電子機器の製造方法を説明する上面図である。図５から図８は、図１に示した上面図に対応する。

（第１の工程）
まず、図５に示す第１の回路基板１０の上面１０ａのランド部１１と位置決めランド部１２とに、半田ペーストを塗布する。

（第２の工程）
次に、図６に示すように、部品吸着装置（図示せず）によって台座部３３の上面（吸着面）３３ａを吸着してピンヘッダー３０を移動して、台座部３３が予め定められた位置に配置されるように、ピンヘッダー３０を第１の回路基板１０の上面１０ａに搭載する。このとき、ピン型端子３２の他端３２ｂは、対応するランド部１１の上に半田ペーストを介して配置される。また、位置決め金属部３４は、位置決めランド部１２の上に半田ペーストを介して配置される。
台座部３３はハウジング３１の略重心に対応する位置に配置されているので、部品吸着装置はバランス良くピンヘッダー３０を移動できる。

（第３の工程）
次に、リフローにより半田ペーストを溶解および固化させて、ピン型端子３２の他端３２ｂとランド部１１とを半田付けすると共に、位置決め金属部３４と位置決めランド部１２とを半田付けする。これにより、ピンヘッダー３０は、第１の回路基板１０の上面１０ａに表面実装される。

（第４の工程）
続いて、図７に示すように、第２の回路基板２０を、ピンヘッダー３０の台座部３３によって支持されるように配置する。このとき、第２の回路基板２０に形成された８個のスルーホール２１のそれぞれに、対応するピン型端子３２の一端３２ａが挿入されるように配置する。

（第５の工程）
次に、第２の回路基板２０とピン型端子３２の一端３２ａとを半田付けする。これにより、ピンヘッダー３０は、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０とを電気的に接続する。
以上の第１から第５の工程により、図１，２に示した構造の電子機器が製造できる。

ここで、図８（ａ）に示すように、第２の工程において、自動組み立て装置が有する位置決め誤差によって、ピンヘッダー３０が、第１の回路基板１０の上面１０ａの面内で台座部３３を中心として正しい位置から回転して搭載された場合について説明する。自動組み立て装置は、ピンヘッダー３０を一点で吸着及び支持するため、台座部３３の中心の位置に関しては高精度に位置決め可能である一方、ピンヘッダー３０が回転して搭載される可能性がある。

例えば、図８（ａ）の例では、ピンヘッダー３０が正しい位置から反時計回りに回転して搭載されている。しかし、この状態で、続く第３の工程においてリフローを行うと、ピンヘッダー３０は、溶解した半田の表面張力がバランスする方向に動くので、台座部３３を中心として時計回りに回転移動する（セルフアライメント）。これにより、図８（ｂ）に示すように、ピンヘッダー３０はほぼ正しい位置に固定される。

このとき、回転移動の中心となる台座部３３の位置に、位置決め金属部３４および位置決めランド部１２が存在する。これらの位置決め金属部３４および位置決めランド部１２の間にも溶解した半田が介在することにより、台座部３３が第１の回路基板１０の上面１０ａから溶解した半田を介して浮いた状態になり、ピンヘッダー３０は容易に回転移動できる。これら位置決め金属部３４および位置決めランド部１２が存在しない場合、台座部３３の重量、及び、台座部３３の下面３３ｂと第１の回路基板１０の上面１０ａとの摩擦により、ピンヘッダー３０は回転移動できない。

本実施例では、位置決め金属部３４および位置決めランド部１２の互いに対向する面の大きさは、等しく、それらの面の形状は、ハウジング３１の長辺方向に長辺を有する長方形である。そのため、半田の表面張力により、２つの長方形が重なるように、２つの長方形の対応する長辺同士が引き付けられる力と、対応する短辺同士が引き付けられる力とが効果的に働くので、ピンヘッダー３０は容易に回転移動できる。

また、前述のように、台座部３３はハウジング３１の略重心に対応する位置に配置されていると共に、位置決め金属部３４は、台座部３３の略重心に対応する位置に配置されている。これにより、ピンヘッダー３０は、位置決め金属部３４を中心としてバランス良く回転移動できる。

このように、ピンヘッダー３０を第１の回路基板１０に搭載した時点で多少位置が回転していても、リフローを行う際に、ピンヘッダー３０はセルフアライメントによって正しい位置に回転移動できる。

以上で説明した様に、本実施例によれば、第２の回路基板２０の方向にハウジング３１より高く、第２の回路基板２０を支持可能な台座部３３を、ピンヘッダー３０のハウジング３１の一部に形成するようにしている。よって、第２の回路基板２０とハウジング３１との間に半田フィレット用のスペースＳを確保した上で、電子機器のケースに第２の回路基板２０を支持する２つの台座が不要となる。これにより、電子機器を小型化できる。

また、台座部３３は自動組み立て装置の部品吸着装置によって吸着可能な上面（吸着面）３３ａを有するので、特別な冶具を用いることなく、このピンヘッダー３０を用いた電子機器の組み立て工程を自動化することができる。従って、冶具の取り付け及び除去工程が必要ないので、組み立て工程を簡略化できる。

さらに、台座部３３は第１の回路基板１０と対向する下面３３ｂに位置決め金属部３４を有しており、この位置決め金属部３４を、第１の回路基板１０が有する位置決めランド部１２に半田付け可能なようにしている。これにより、自動組み立て装置が有する位置決め誤差によって、ピンヘッダー３０が台座部３３を中心として正しい位置から回転して搭載されても、リフロー時に溶解した半田の表面張力によって、ピンヘッダー３０は位置決め金属部３４を中心として回転移動できる。従って、実装を行う作業者は、ピンヘッダー３０のセルフアライメントを利用して、容易にピンヘッダー３０を第１の回路基板１０の正しい位置に表面実装できる。

以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。

例えば、位置決め金属部３４および位置決めランド部１２の互いに対向する面の形状は、長方形に限られず、他の多角形であっても良い。また、これらは、円形等でも良く、大きさが異なっていても良い。

また、台座部３３の上面（吸着面）３３ａの形状は、吸着が可能である限り、部品吸着装置の吸着部の形状と異なっていても良い。
また、ピン型端子３２の数も、任意の数で良い。

１０ 第１の回路基板
１１ ランド部
１２ 位置決めランド部
２０ 第２の回路基板
２１ スルーホール
３０ ピンヘッダー
３１ ハウジング
３２ ピン型端子
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３３ 台座部
３３ａ 上面（吸着面）
３４ 位置決め金属部

Claims (7)

1. 所定間隔をおいて対向する第１の回路基板と第２の回路基板とを電気的に接続可能であると共に、前記第１の回路基板の上面に表面実装可能なピンヘッダーであって、
   前記第１の回路基板の上面に配置可能なハウジングと、
   前記第２の回路基板に一端が半田付け可能となっており、前記第１の回路基板の上面に他端が半田付け可能となっており、前記一端側が突出するように前記ハウジングに配列された、ピン型端子と、
   前記ハウジングの一部に形成された、前記第２の回路基板の方向に前記ハウジングより高く、前記第２の回路基板を支持可能な台座部と、を備え、
   前記台座部は、部品吸着装置によって吸着可能な吸着面を有し、
   前記台座部は、前記第１の回路基板の上面と対向する下面に、位置決め金属部を有しており、
   前記位置決め金属部は、前記第１の回路基板の上面の位置決めランド部に半田付け可能であり、
   前記ハウジングは直方体であり、
   前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の形状は、前記ハウジングの長辺方向に長辺を有する長方形である
   ことを特徴とするピンヘッダー。
2. 前記位置決め金属部は、前記台座部の重心に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のピンヘッダー。
3. 前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の大きさは、等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピンヘッダー。
4. 前記台座部は、前記ハウジングの重心に対応する位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のピンヘッダー。
5. 前記吸着面は、前記台座部の前記第２の回路基板を支持可能な面であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のピンヘッダー。
6. 第１の回路基板と、
   前記第１の回路基板と所定間隔をおいて対向した第２の回路基板と、
   前記第１の回路基板の上面に表面実装されて、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを電気的に接続しているピンヘッダーと、を備え、
   前記ピンヘッダーは、
   前記第１の回路基板の上面に配置されたハウジングと、
   前記第２の回路基板に一端が半田付けされ、前記第１の回路基板の上面に他端が半田付けされ、前記一端側が突出するように前記ハウジングに配列された、ピン型端子と、
   部品吸着装置によって吸着可能な吸着面を持ち、前記ハウジングの一部に形成された、前記第２の回路基板の方向に前記ハウジングより高く、前記第２の回路基板を支持している台座部と、を有し、
   前記台座部は、前記第１の回路基板と対向する下面に、位置決め金属部を有しており、
   前記第１の回路基板は、前記位置決め金属部に対応した位置に、位置決めランド部を有し、
   前記位置決め金属部は、前記位置決めランド部に半田付けされており、
   前記ハウジングは直方体であり、
   前記位置決め金属部および前記位置決めランド部の互いに対向する面の形状は、前記ハウジングの長辺方向に長辺を有する長方形である
   ことを特徴とする電子機器。
7. 請求項１に記載のピンヘッダーを用いた電子機器の製造方法であって、
   前記第１の回路基板の上面のランド部および前記位置決めランド部に半田ペーストを塗布する第１の工程と、
   前記部品吸着装置によって前記台座部の前記吸着面を吸着して前記ピンヘッダーを移動して、前記台座部が予め定められた位置に配置されるように、前記ピンヘッダーを前記第１の回路基板の上面に搭載する第２の工程と、
   リフローにより、前記ピン型端子の他端と前記ランド部とを半田付けし、前記位置決め金属部と前記位置決めランド部とを半田付けする第３の工程と、
   前記第２の回路基板を、前記台座部によって支持されるように配置する第４の工程と、
   前記第２の回路基板と前記ピン型端子の前記一端とを半田付けする第５の工程と、を含む
   ことを特徴とする電子機器の製造方法。

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