JP6264023B2

JP6264023B2 - 電子部品の電気接続構造

Info

Publication number: JP6264023B2
Application number: JP2013264107A
Authority: JP
Inventors: 貴大三輪; 政宏木村
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: US20150180152A1; CN104733887A; EP2887460A1; US9252518B2; JP2015122155A

Description

本発明は、半田付けを用いることなく電子部品と接続ピンとの安定した電気的接続を実現できる電気接続構造に関する。

従来より、種々の回路部品を実装したプリント基板における電気信号を入出力する方法の一つとして、プリント基板の端部に形成された貫通孔に接続ピンを挿通して半田付けを行うことにより接続ピンとプリント基板とを電気的に接続する方法が行われてきた。

特許文献１においては、ホール素子を実装した配線基板（ＰＣＢ）の端部に形成された実装用貫通孔に、Ｌ字形に屈曲したコンタクトピンの一方の端部であるピン状端子を挿通し、ピン状端子とＰＣＢのランドとを半田付けにより接合してコンタクトピンとＰＣＢとを電気的に接続した回転角検出装置が開示されている。この回転角検出装置においては、ＰＣＢはコンタクトピンとの電気的接続がなされた状態で検出側ハウジングの内部に実装されている。そして、検出側ハウジングの内部に形成された熱カシメ片を熱で溶融傾倒させてＰＣＢの縁に引掛けることにより、ＰＣＢを検出側ハウジングに固定している。

特開２００８−１２４０６２号公報

特許文献１の回転検出装置においては、ＰＣＢの実装用貫通孔にピン状端子を挿通し、半田付けによりＰＣＢとコンタクトピンを接合する構造のため、電気的接続のための半田付け工程が必要であった。そのため、半田付け工程を自動化するためには、半田付けに必要なレーザ設備等を用いる必要があった。また、実装用貫通孔にピン状端子を挿通させるには、実装用孔とピン状端子との相対位置を高精度で位置決めする必要があり、組立工数が長くなっていた。さらに、ＰＣＢを検出側ハウジングに固定するためには、熱カシメ工程も必要となり、熱カシメ装置を用いる必要があった。これらの装置、工数により、回転検出装置の製造コストが高くなるため、更なる改善の余地があった。

そのため、半田付けやピンの挿通を行うことなく、電子部品と接続ピンとの安定した電気的接続を簡易且つ安価に実現できる構造が望まれていた。

上記課題を解決するために、本発明に係る電子部品の電気接続構造の特徴構成は、導電性の金属からなる接続ピンを有し、前記接続ピンと反対側の端部にコンタクトが形成されている導電体部と、電気信号が入出力される金属端子を裏面に有する電子部品と、前記導電体部を保持し、前記電子部品を固定する板状のハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記電子部品を固定する固定部と、前記コンタクトが当該ハウジングの上面から突出する状態で前記接続ピンを当該ハウジングの上面側に収容する溝部と、を備え、前記溝部は、前記導電体部を、前記溝部に収容された前記接続ピンの一部で保持する保持部を当該溝部の一部として備え、前記固定部は、前記電子部品を前記ハウジングの上面に当接した状態で固定し、前記電子部品が前記コンタクトを弾性変形させて、前記金属端子と前記コンタクトとが電気的に接続される点にある。

このような特徴構成とすれば、特許文献１の回転検出装置で必要な、貫通孔への接続ピンの挿通工程、半田付け工程が不要になる。これらにより、電子部品の内部回路と接続ピンとの電気接続を簡易、安価、確実に実現することができる。

また、本発明に係る電子部品の電気接続構造においては、前記導電体部は複数個あり、前記ハウジングは、複数個の前記溝部を有し、複数個の前記溝部は、複数個の前記導電体部の前記接続ピンをそれぞれ別々に収容し、前記溝部は前記導電体部の配列方向への動きを規制すると好適である。

このような構成とすれば、導電体部に不測の外力が印加された場合であっても、溝部がそれぞれの導電体部の配列方向への動きを規制するので、隣接する導電体部の間の絶縁を確実に維持することができる。

また、本発明に係る電子部品の電気接続構造においては、前記保持部は圧入により前記導電体部を保持すると好適である。

このような構成とすれば、例えば、導電体部と溝部のいずれか一方の幅の一部を変えて導電体部が溝部に圧入される寸法関係を作ることにより導電体部を溝部に安定的に保持することができる。導電体部と溝部のいずれか一方の一部の幅を狭くすることは、導電体部とハウジングを製造する過程において追加の工程を必要としない。また、圧入も導電体部を溝部に収容した結果実現するのであり追加の工程を必要としない。従って、コストが増大することなく、導電体部を溝部に保持することができる。

また、本発明に係る電子部品の電気接続構造においては、前記固定部は前記ハウジングと一体に形成された複数個のスナップフィットであり、複数個の前記スナップフィットの爪部分を前記電子部品の表面に引掛けることにより前記電子部品を前記ハウジングに固定すると好適である。

このような構成とすれば、電子部品をスナップフィットでハウジングに固定し、コンタクトを弾性変形させて電子部品の内部の回路と接続ピンとを金属端子を介して電気的に接続するので、特許文献１の回転検出装置で必要な熱カシメ工程が不要になる。従って、電子部品のハウジングへの固定を簡易に且つ安価に実現することができる。

また、本発明に係る電子部品の電気接続構造においては、前記電子部品が前記ハウジングに固定された状態で、前記コンタクトは前記電子部品の裏面と前記ハウジングとで形成される空間内にあると好適である。

このような構成とすれば、電子部品をハウジングに搭載するときにコンタクトが過度に変形することを防ぐことができる。

また、本発明に係る電子部品の電気接続構造においては、前記電子部品は検出対象物に関する情報を検出できるセンサであると好適である。

スナップフィットで電子部品を固定する場合には、スナップフィットの爪部分を高精度に形成することにより、電子部品の表面と裏面をハウジングの上面に平行にして電子部品をハウジングに固定することができる。電子部品の表面がハウジングの上面に平行であれば、検出対象物が電子部品の表面から離間して存在する場合にも、電子部品の表面を検出対象物に対して正対させることができ、検出対象物に関する情報を高精度に検出することが可能になる。また、電子部品の裏面がハウジングの上面に平行であれば、導電体部が複数ある場合にもそれぞれのコンタクトと金属端子との接触力を同等にすることができるので、コンタクト全体の接触信頼性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電気接続構造を表す斜視図である。当該電気接続構造の構成を表す分解斜視図である。回路パッケージがハウジングに搭載される前の状態を表す断面図である。回路パッケージがハウジングに搭載された状態を表す断面図である。様々な形状のコンタクトを表す側面図である。本発明の第２実施形態に係る電気接続構造の構成を表す分解斜視図である。回路パッケージがハウジングに搭載された状態を表す断面図である。

１．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態に係る電気接続構造は、図１に示すように、ハウジング１０に収容された導電体部３０と回路パッケージ５０とを電気的に接続することにより実現する。回路パッケージ５０は、電子部品の一例である。

ハウジング１０は、図２に示すように、射出成形等の方法で形成された樹脂からなり、直方体状を有している。ハウジング１０は、上面１２からＺ方向に向けて掘り込まれ、側面１８からＹ方向に向けて形成されたクランク形状の６つの溝部１６を有している。溝部１６のそれぞれは、Ｙ方向に平行な２つの溝である第１部分１６ａ、第３部分１６ｃと、第１部分１６ａと第３部分１６ｃのそれぞれの端部を繋ぐＸ方向に平行な第２部分１６ｂを組み合わせて構成されている。第１部分１６ａの溝幅は広く、第２部分１６ｂ、第３部分１６ｃの溝幅は狭くなっている。溝部１６の深さは６つとも同じであり、溝部１６の底面１６ｄは第１部分１６ａ、第２部分１６ｂ、第３部分１６ｃに関わらず一の平面となっている。

上面１２には、第３部分１６ｃを囲んで３箇所のスナップフィット２０が形成されている。スナップフィット２０は固定部の一例である。スナップフィット２０は上面１２に垂直に立設しており、それぞれのスナップフィット２０の先端には、第３部分１６ｃの方向に向けて突出した爪部分２０ａが形成されている。

導電体部３０は６本あり、いずれもクランク形状を有しており、図１に示すように、６つの溝部１６のそれぞれに収容されている。導電体部３０のそれぞれのＸ方向の幅は溝部１６に隙間なく嵌り込み、Ｚ方向の厚みは溝部１６の深さよりも少し薄い。導電体部３０は、図２に示すように、一方の端部に形成された接続ピン３２と、他方の端部に形成されたコンタクト３４と、接続ピン３２とコンタクト３４とを電気的に接続する接続部分３６を有している。導電体部３０は、リン青銅やベリリウム銅といった導電率の高いばね材料により形成され、１枚の板材をプレス加工して製作されている。導電体部３０の表面には、金、パラジウム、錫、ニッケル等、目的に応じためっき層が形成され、表面の酸化、腐食を防止している。例えば、導電体部３０全体にニッケルめっき層を形成し、接続ピン３２にはニッケルめっき層の上に錫めっき層を形成し、コンタクト３４には金めっき層を形成することができる。

接続ピン３２は、外部との接続端子として機能するので強度が必要であり、Ｘ方向の幅、Ｚ方向の厚みともコンタクト３４と比較して大きくなっている。一方コンタクト３４は、弾性力を持たせるためにＺ方向の厚みを薄くすると共に、後述する回路パッケージ５０の裏面５４にある金属端子５２の端子間ピッチに合わせてＸ方向の幅を小さくしている。すなわち、接続ピン３２のＹ方向に垂直な断面積は、コンタクト３４のＹ方向に垂直な断面積と比較すると大きくなっている。接続部分３６のＸ方向の幅とＺ方向の厚みはコンタクト３４と同じである。接続ピン３２から接続部分３６にかけてＺ方向の厚みが連続的に変化する形状は、材料の一部だけを圧延して薄くすることにより実現している。

それぞれの接続ピン３２には、Ｘ方向の幅が他の箇所より少し大きくなった圧入部分３２ａを２箇所有している。また、接続部分３６も、同様にＸ方向の幅が他の箇所より少し大きくなった圧入部分３６ａを１箇所有している。圧入部分３２ａ、３６ａのＸ方向の幅は、ハウジング１０の第１部分１６ａ、第３部分１６ｃのＸ方向の溝幅よりもやや大きい。

導電体部３０が溝部１６に収容されるときには、圧入部分３２ａ、３６ａが溝部１６の側壁１６ｅのうち、第１部分１６ａと第３部分１６ｃにある側壁１６ｅにそれぞれ食い込みながら、底面１６ｄに当接するまで挿入される。これにより、接続ピン３２とコンタクト３４とはそれぞれ第１部分１６ａ、第３部分１６ｃに収容されて保持される。接続部分３６は第１部分１６ａから第３部分１６ｃにかけて収容される。溝部１６の第１部分１６ａ、第３部分１６ｃのうち、圧入部分３２ａ、３６ａが食い込んでいる箇所が保持部に相当する。圧入部分３２ａ、３６ａを設けることにより、接続ピン３２に加えられた外力の影響がコンタクト３４に及ぶのを防ぐことができる。導電体部３０の一部のＸ方向の幅を広くして圧入部分３２ａ、３６ａを形成することは、導電体部３０を製造する工程においてパンチとダイの形状を変えるだけで作ることができ、追加の工程を必要としない。また、圧入も導電体部３０を溝部１６に収容した結果実現するのであり追加の工程を必要としない。従って、コストが増大することなく、導電体部３０を溝部１６に保持することができる。

導電体部３０が溝部１６に収容された状態では、図１に示すように、接続ピン３２はハウジング１０から外部に伸延しており、又、図３に示すように、コンタクト３４の接点３４ａは上面１２よりも上方に突出している。このように、接続ピン３２の一部と接点３４ａを除く大半の導電体部３０が溝部１６に収容される構成を有しているので、導電体部３０に不測の外力が印加された場合であっても、溝部１６の側壁１６ｅがそれぞれの導電体部３０の配列方向（Ｘ方向）への動きを規制するので、隣接する導電体部３０の間の絶縁を確実に維持することができる。

回路パッケージ５０は、その内部に電気、電子回路が収容されており、電気信号の入出力は裏面５４に形成された６個の金属端子５２を介して行われる。回路パッケージ５０の裏面５４とコンタクト３４とを対向させた状態で上面１２に近づけると、図４に示すように、スナップフィット２０の爪部分２０ａが回路パッケージ５０の表面に引掛かり、回路パッケージ５０は上面１２上に固定される。このとき、６個のコンタクト３４は弾性変形し、６個の金属端子５２のそれぞれはコンタクト３４の接点３４ａと接触する。これにより、接続ピン３２と回路パッケージ５０の内部の回路とが電気的に接続される。

このように、回路パッケージ５０をスナップフィット２０でハウジング１０に固定し、コンタクト３４を弾性変形させて回路パッケージ５０の内部の回路と接続ピン３２とを金属端子５２を介して電気的に接続するので、特許文献１の回転検出装置で必要な、貫通孔への接続ピン３２の挿通工程、半田付け工程、熱カシメ工程が不要になる。これらにより、回路パッケージ５０の内部回路と接続ピン３２との電気接続を簡易に且つ安価に実現することができる。また、接点３４ａと金属端子５２とにそれぞれ金めっき層を形成することにより、接点３４ａと金属端子５２の接触力が低くても、接触抵抗を低く維持することができ、接触信頼性を高めることができる。

回路パッケージ５０は電子回路基板を樹脂、金属、セラミック等で覆ったものでもいいし、電子回路基板自体であってもよい。また、回路パッケージ５０の種類（機能）は特に限定されるものではなく任意のものを使用することができる。例えば、回路パッケージ５０が磁気センサであれば、回路パッケージ５０の表面からＺ方向に離間した磁石（不図示）の磁気を検出することができる。この場合、スナップフィット２０の爪部分２０ａを高精度に形成することにより、回路パッケージ５０の表面と裏面をハウジング１０の上面１２に平行にして回路パッケージ５０をハウジング１０に固定することができる。回路パッケージ５０の表面がハウジングの上面１２に平行であれば、磁石に対して回路パッケージ５０の表面を正対させることができ、磁石の磁気を高精度に検出することが可能になる。また、回路パッケージ５０の裏面がハウジング１０の上面１２に平行であれば、６個のコンタクト３４と金属端子５２とのそれぞれの接触力を同等にすることができるので、コンタクト３４全体の接触信頼性を向上させることができる。

本実施形態においては、導電体部３０を１枚の板材をプレス加工して形成していたが、これに限られるものではない。接続ピン３２、コンタクト３４、接続部分３６を別々の材料で形成し、溶接等の方法により接合して形成してもよい。接続ピン３２には導電性と強度が求められ、コンタクト３４には導電性とばね性が求められるので、別々の材料で形成することにより、それぞれを特性に応じた最適な材料を用いて導電体部３０を形成することができる。

コンタクト３４の形状は、図１〜図５（ａ）に示す折り曲げタイプだけに限らず、図５（ｂ）に示すような形状であってもよい。また、図５（ｃ）（ｄ）に示すように、接点３４ａの頂点に突起を設けてもよい。これにより、接点３４ａの金属端子５２への接触圧力が高まるので接触信頼性を高めることができる。コンタクト３４と接点３４ａの形状は図５で示した形状に限られず、材料及び性能を維持するために必要な接触力に応じて任意の形状を採用することができる。

２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては、ハウジング１０とコンタクト３４の形状が第１実施形態と異なり、他の点は同じである。

図６に示すように、本実施形態のハウジング１０は、回路パッケージ５０を搭載する箇所が上面１２よりも窪んで、凹部１４となっている。凹部１４の底面１５には溝部１６が形成されておらず、平面状となっている。すなわち、溝部１６の第３部分１６ｃは凹部１４により途中で分断されている。以下、本実施形態において、分断されて第２部分１６ｂと繋がっていない第３部分１６ｃを被分断部分１６ｆと称する。スナップフィット２０は底面１５から立設しており、対向する２箇所にのみ形成されている。

Ｙ方向に沿って凹部１４の両側に形成されている第３部分１６ｃの側壁１６ｅと被分断部分１６ｆの側壁１６ｅから、それぞれ上面１２よりも高さが低い５つの支持部分１６ｇが凹部１４側に向かって若干伸延している。支持部分１６ｇを形成することにより、回路パッケージ５０をハウジング１０に搭載したときに、図７に示すように、回路パッケージ５０を底面１５から離間した状態で支持することができる。これにより、回路パッケージ５０の裏面５４と底面１５との間に空間が形成され、回路パッケージ５０を搭載するときにコンタクト３４が過度に変形することを防ぐことができる。また、回路パッケージ５０は表面のみならず、裏面５４も外気にさらされるので、放熱性が高まる。

本実施形態におけるコンタクト３４は、図５（ｂ）の形状からさらにその先端を伸延させた伸延部分３４ｂを有している。導電体部３０がハウジング１０に収容され、且つ、回路パッケージ５０が搭載されていない状態では、伸延部分３４ｂは底面１６ｄに当接せずに被分断部分１６ｆ内の空間内にある。すなわち、コンタクト３４は片持ち梁形状である。そして、回路パッケージ５０がハウジング１０への搭載のために支持部分１６ｇに接近し、スナップフィット２０が回路パッケージ５０の表面に引っ掛かる直前に伸延部分３４ｂは底面１６ｄに当接し、コンタクト３４は両持ち梁形状になる。この後、回路パッケージ５０がスナップフィット２０に引っ掛かり、裏面５４が支持部分１６ｇに当接するまでは、伸延部分３４ｂが底面１６ｄの上を滑りつつコンタクト３４は変形する。コンタクト３４が両持ち梁形状になると片持ち梁形状と比較してばね定数が大きくなるので、回路パッケージ５０がハウジング１０に搭載された状態では、接触力が高まり接触信頼性が向上する。

本実施形態においては、伸延部分３４ｂは直線状であったが、この形状に限られるものではない。底面１６ｄに先端を引っ掛かりにくくし、滑りやすくするために伸延部分３４ｂを底面１６ｄに向かって凸状に湾曲する形状にし、伸延部分３４ｂの先端が底面１６ｄに当接しないようにしてもよい。

必要な接触力が確保でき、先端が被分断部分１６ｆに収容されるのであれば、伸延部分３４ｂを設ける必要はなく、図５（ｂ）に示すコンタクト３４の形状であってもよい。また、図５（ａ）、（ｃ）、（ｄ）のいずれかの形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。

本実施形態においては、コンタクト３４の伸延部分３４ｂは、図７に示すように、被分断部分１６ｆに収容されている。そのため、板材をプレス加工してＸ方向の幅をＺ方向の厚みより大きくした導電体部３０を用いると、凹部１４に溝部１６がなくても、コンタクト３４がＸ方向に変形することはなく、隣接するコンタクト３４同士が接触し、短絡してしまうおそれはない。

上記各実施形態においては、導電体部３０は板材をプレス加工して得ていたが、これに限られるものではない。導電率が高くばね性に優れた棒材を切断し、折り曲げて導電体部３０を構成してもよい。この場合、接続ピン３２とコンタクト３４との断面積は変えることはできない。また、この場合は、導電体部３０に圧入部分３６ａを形成することができないので、導電体部３０を溝部１６内に保持する構造を別途設ける必要がある。

上記各実施形態においては、導電体部３０の一部に圧入部分３２ａ、３６ａを設けて圧入していたが、これに限られるものではない。例えば、導電体部３０に圧入部分３２ａ、３６ａを設けずに、その代わりに保持部に相当する複数の突起を側壁１６ｅから溝部１６の内側の空間に向けて形成し、その箇所の溝部１６のＸ方向の幅を狭くしてもよい。すなわち、それらの突起により、導電体部３０を溝部１６内に圧入して保持することができる。溝部１６の一部に突起を形成することは、ハウジング１０を射出成形で製造する工程において金型形状を変えるだけであり、追加の工程を必要としない。また、圧入も導電体部３０を溝部１６に収容した結果実現するのであり追加の工程を必要としない。従って、コストが増大することなく、導電体部３０を溝部１６に保持することができる。このように、導電体部３０を溝部１６に保持するためには、任意の方法を採用することができる。

本発明は、半田付けを用いることなく電子部品と接続ピンとの安定した電気的接続を実現できる電気接続構造に利用することが可能である。

１０ハウジング
１６溝部
２０スナップフィット（固定部）
２０ａ爪部分
３０導電体部
３２接続ピン
３４コンタクト
５０回路パッケージ（電子部品）
５２金属端子

Claims

導電性の金属からなる接続ピンを有し、前記接続ピンと反対側の端部にコンタクトが形成されている導電体部と、
電気信号が入出力される金属端子を裏面に有する電子部品と、
前記導電体部を保持し、前記電子部品を固定する板状のハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、前記電子部品を固定する固定部と、前記コンタクトが当該ハウジングの上面から突出する状態で前記接続ピンを当該ハウジングの上面側に収容する溝部と、を備え、
前記溝部は、前記導電体部を、前記溝部に収容された前記接続ピンの一部で保持する保持部を当該溝部の一部として備え、
前記固定部は、前記電子部品を前記ハウジングの上面に当接した状態で固定し、
前記電子部品が前記コンタクトを弾性変形させて、前記金属端子と前記コンタクトとが電気的に接続される電子部品の電気接続構造。
前記導電体部は複数個あり、
前記ハウジングは、複数個の前記溝部を有し、
複数個の前記溝部は、複数個の前記導電体部の前記接続ピンをそれぞれ別々に収容し、前記溝部は前記導電体部の配列方向への動きを規制する請求項１に記載の電子部品の電気接続構造。
前記保持部は圧入により前記導電体部を保持する請求項２に記載の電子部品の電気接続構造。
前記固定部は前記ハウジングと一体に形成された複数個のスナップフィットであり、複数個の前記スナップフィットの爪部分を前記電子部品の表面に引掛けることにより前記電子部品を前記ハウジングに固定する請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品の電気接続構造。
前記電子部品が前記ハウジングに固定された状態で、前記コンタクトは前記電子部品の裏面と前記ハウジングとで形成される空間内にある請求項１から４のいずれか一項に記載の電子部品の電気接続構造。
前記電子部品は検出対象物に関する情報を検出できるセンサである請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品の電気接続構造。