JP6887974B2 - 基板実装構造、実装基板、及び電圧測定部 - Google Patents

Description

本開示は、基板実装構造、実装基板、及び電圧測定部に関する。

従来、端子を有する電子部品と、端子に接着されるとともに基板に実装される第１導電板と、を備える基板実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１２２１０号公報

特許文献１には、電子部品としての抵抗２と、第１導電板としての部品保持機構３と、が開示されている。このような基板実装構造によれば、第１導電板によって電子部品を基板に保持することができる。しかし、実装基板のより安定した動作を実現できる構造を提案できれば望ましい。

そこで、本開示は、安定した動作を実現できる基板実装構造、実装基板、及び電圧測定部を提供することにある。

幾つかの実施形態に係る基板実装構造は、端子を有する電子部品と、前記端子に接触接続されるとともに基板に実装される第１導電板と、前記端子に接触接続されず前記端子を間隔を空けて包囲するとともに前記基板に実装される第２導電板と、を備える。
このように、第１導電板を電子部品の端子に接続するとともに基板に実装することにより、電子部品を基板に保持することができる。また、第２導電板を端子に間隔を空けて包囲するように配置することで、シールドケースがなくても第１導電板に接続された端子を第２導電板によって外部との接触等から物理的に保護することができる。

一実施形態において、前記電子部品は、前記基板の切欠きにより支持されてもよい。
このように、電子部品が基板の切欠きにより支持されることにより、電子部品が振動などの衝撃を受けても切欠きにより支持されるため、電子部品が傾いたり、電子部品のリード端子が折れたりする問題の発生を抑制することができる。

一実施形態において、前記電子部品は板形状を有し、前記切欠きは前記電子部品の両端部と嵌合してもよい。
このような構成によれば、電子部品を基板に安定して保持することができる。

一実施形態において、前記端子は、前記基板及び前記第２導電板の間に配置されてもよい。
このような構成によれば、電子部品を基板の片面に実装した場合よりも基板実装構造を薄型化することができる。

一実施形態において、基板実装構造は、前記電子部品を接続する接続部をさらに備え、前記電子部品は、前記第１導電板に接続される第１端子と、前記接続部に接続される第２端子と、を備えてもよい。
このように、第１導電板及び接続部を設けることにより、電子部品の端子を基板から離れた所定の位置に固定することができる。

一実施形態において、前記電子部品は抵抗であり、前記第１導電板及び前記第２導電板により、前記抵抗に並列に接続された空気コンデンサが形成されてもよい。
このように、抵抗及び空気コンデンサの並列接続を構成することにより、入力電圧を測定することができる。

一実施形態において、基板実装構造は、前記電子部品、前記第１導電板、及び前記第２導電板を覆うシールドケースを備えてもよい。
このように、シールドケースを設け、電子部品、第１導電板、及び第２導電板を覆うことにより、外部からの放射ノイズによる基板実装構造への影響と、基板実装構造からの放射ノイズによる外部への影響と、の両方を低減することができる。

一実施形態において、前記第１導電板及び前記第２導電板の少なくともいずれかは、金属板であってよい。
このような構成によれば、実装基板のより安定した動作を可能にすることができる。

幾つかの実施形態に係る実装基板は、前記基板実装構造と、前記基板と、を備える。
このような構成によれば、安定した動作を実現できる実装基板を得ることができる。

一実施形態において、前記基板は、前記第１導電板を配置するための基板穴と前記第２導電板を配置するための基板穴との間にスリットを有してもよい。
このように、基板にスリットを設けることにより、上記基板穴の間の沿面距離（基板上の道のり）を稼ぎ、１導電板と第２導電板との間に基板が存在することによるコンデンサの特性への影響を、低減することができる。

幾つかの実施形態に係る電圧測定部は、前記実装基板を備える。
このような構成によれば、安定した動作を実現できる電圧測定部を得ることができる。

本開示によれば、安定した動作を実現できる基板実装構造、実装基板、及び電圧測定部を提供することができる。

一実施形態に係る基板実装構造を備える実装基板を示す斜視図である。 図１に示した実装基板の分解図である。 図１に示した基板の平面図である。 図１に示した実装基板のＡ−Ａ断面図である。 図４に示した実装基板のＢ−Ｂ断面図である。 一実施形態に係る基板実装構造を備える電圧測定部の第１の回路構成を示す図である。 一実施形態に係る基板実装構造を備える電圧測定部の第２の回路構成を示す図である。 一実施形態に係る基板実装構造の第１の変形例を示す図である。 一実施形態に係る基板実装構造の第２の変形例を示す図である。 基板実装構造を備える実装基板の一例を示す斜視図である。 図９に示した実装基板の分解図である。 図９に示した実装基板のＡ−Ａ断面図である。 図１１に示した実装基板のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。各図中、同一符号は、同一の構成要素を示している。

基板実装構造を備える実装基板の一例について、図９から図１２を参照して説明する。図９は基板実装構造６０を基板７０に実装した実装基板の斜視図であり、図１０は図９に示した実装基板の分解図である。基板実装構造６０は、抵抗６１と、第１導電板６２と、第２導電板６３と、ホルダ６４と、シールドケース６５，６６とを備える。

図１１は図９に示した実装基板のＡ−Ａ断面図であり、図１２は図１１に示した実装基板のＢ−Ｂ断面図である。ホルダ６４は、溝６４１，６４２を有しており、図１１，１２に示すように抵抗６１の側面の一方の端部６１１が溝６４１に挿入されるとともに、抵抗６１の側面の他方の端部６１２が溝６４２に挿入されることにより、抵抗６１の姿勢が固定される。また、ホルダ６４は、係着部６４３を有しており、図１１，１２に示すように第１導電板６２の係止穴６２１に係着部６４３を係着することにより、第１導電板６２の姿勢が固定される。シールドケース６５，６６は、外部からの放射ノイズによる基板実装構造６０への影響と、基板実装構造６０からの放射ノイズによる外部への影響と、の両方を低減する。

第１導電板６２及び第２導電板６３は、樹脂製のホルダ６４によって絶縁され、かつ適正な間隔に位置決めされることで、空気コンデンサの電極を形成する。空気コンデンサは耐電圧特性が高いため、高電圧測定での使用が可能であり、他のコンデンサに比べて小型化できる。また、空気コンデンサは電極の形状や離間距離などの設計の自由度が高い。

基板実装構造６０は、上述したように、部品の位置決め、固定、及び絶縁のために樹脂製のホルダ６４を使用している。しかし、湿度の高い状態で使用されると、吸湿によって樹脂部品であるホルダ６４の表面抵抗値が変化するため、空気コンデンサの容量が変化してしまう。また、樹脂が吸湿によって膨らんだり、半田付けの際に熱で変形したりすると、第１導電板６２及び第２導電板６３の離間距離、及び第１導電板６２及び第２導電板６３とシールドケース６５，６６との離間距離が変わる。そして、電極間にある物質の特性や電極の離間距離が変化すると、空気コンデンサの特性も変化するため、基板実装構造６０を電圧測定装置に使用した場合には、電圧測定結果の確度が低下してしまう。

また、基板実装構造６０は、各部品が基板７０の片面に実装され、さらに各部品間に絶縁距離の確保が必要なため、図９に示すｚ方向（垂直方向）の寸法が大きくなり、基板実装構造６０を薄型の装置に適用することが困難となる。

そこで、本発明の一実施形態では、ホルダを設けないで電子部品を基板に保持することが可能な薄型の基板実装構造を提案する。本発明の一実施形態に係る基板実装構造について、図１から図６を用いて例示説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板実装構造を備える実装基板を示す斜視図である。図１に示すように、基板実装構造１０は基板２０に実装される。

図２は、図１に示した実装基板の分解図である。図２に示すように、基板実装構造１０は、電子部品１１と、第１導電板１２と、第２導電板１３と、接続部１４と、シールドケース１５，１６とを備える。本実施形態では、電子部品１１は、長方形の板状の形状を有している。電子部品１１は、例えば抵抗である。

図３は、基板２０の平面図である。基板２０は、開口部２１と、部品を配置するための基板穴２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９とを有する。開口部２１は、凸部２１１と、凹部２１２と、切欠き２１３，２１４と、スリット２１５，２１６とを有する。第１導電板１２、第２導電板１３、及び接続部１４は、それぞれ基板２０により配置位置が決定され、部品間の距離が維持される。

電子部品１１は、部品本体１１１と、リード面１１２の一端に配置されたリード端子（第１端子）１１４ａ，１１４ｂと、リード面１１２の他端に配置されたリード端子（第２端子）１１３とを有する。なお、本実施形態の電子部品１１は計３本のリード端子を有するが、このような電子部品１１に替えて、リード面１１２の一端と他端に１本ずつの計２本のリード端子を有する電子部品を用いてもよい。

第１導電板１２は、上面板１２１と、前面板１２２と、後面板１２３とを有する。上面板１２１と前面板１２２と後面板１２３とは、それぞれ平板状をなす。上面板１２１と前面板１２２とは互いに垂直に延在しており、上面板１２１と後面板１２３とは互いに垂直に延在する。本実施形態では第１導電板１２は断面形状がＵ字状に形成されるが、第１導電板１２の形状に制約はなく、Ｕ字以外の形状でもよい。第１導電板１２は、導電性を有する素材であればよく、例えば第１導電板１２は素材が黄銅の金属板である。なお、説明の便宜上、図２における前方を前、後方を後、上方を上とする。上面板１２１には、電子部品１１のリード端子１１４ａ，１１４ｂを挿通させるための挿通口１２４が設けられる。第１導電板１２は、前面板１２２の爪１２５及び後面板１２３の爪１２６を、それぞれ基板穴２４，２５に挿入して半田付けすることにより、基板２０に実装される。

第２導電板１３は、上面板１３１と、前面板１３２と、後面板１３３とを有する。上面板１３１と前面板１３２と後面板１３３とは、それぞれ平板状をなす。上面板１３１と前面板１３２とは互いに垂直に延在しており、上面板１３１と後面板１３３とは互いに垂直に延在する。本実施形態では第２導電板１３は断面形状がＵ字状に形成されるが、第２導電板１３の形状に制約はなく、Ｕ字以外の形状でもよい。第２導電板１３は、導電性を有する素材であればよく、例えば第２導電板１３は素材が黄銅の金属板である。上面板１３１には、第２導電板１３を基板２０の裏面側から開口部２１を通してｚ方向に引き上る際に、凹部２１２と接触しないようにするために開口部１３４が設けられる。第２導電板１３は、前面板１３２の爪１３５，１３６及び後面板１３３の爪１３７，１３８をそれぞれ基板穴２６，２７，２８，２９に挿入して半田付けすることにより、電子部品１１のリード端子１１３，１１４ａ，１１４ｂを間隔を空けて包囲するように、基板２０に実装される。

基板２０のスリット２１５，２１６は必須ではないが、基板穴２４及び基板穴２８の間にスリット２１５を設け、基板穴２５及び基板穴２９の間にスリット２１６を設けることにより、基板穴２４及び基板穴２８の沿面距離と、基板穴２５及び基板穴２９の沿面距離を稼ぎ、第１導電板１２と第２導電板１３との間に基板２０が存在することによるコンデンサの特性への影響を低減することができる。

接続部１４は、上面板１４１と、前面板１４２と、後面板１４３とを有する。上面板１４１と前面板１４２と後面板１４３とは、それぞれ平板状をなす。上面板１４１と前面板１４２とは互いに垂直に延在しており、上面板１４１と後面板１４３とは互いに垂直に延在する。本実施形態では接続部１４は断面形状がＵ字状に形成されるが、接続部１４の形状に制約はなく、Ｕ字以外の形状でもよい。接続部１４は、導電性を有する素材であればよく、例えば接続部１４は素材が黄銅の金属板である。上面板１４１には、電子部品１１のリード端子１１３を挿通させるための挿通口１４４が設けられる。接続部１４は、前面板１４２の爪１４５及び後面板１４３の爪１４６を、それぞれ基板穴２２，２３に挿入して半田付けすることにより、基板２０に実装される。

電子部品１１は、リード端子１１４ａ，１１４ｂを第１導電板１２の上面板１２１の挿通口１２４に挿通して、第１導電板１２の上面板１２１と接続される。また、電子部品１１は、リード端子１１３を接続部１４の上面板１４１の挿通口１４４に挿通して、接続部１４の上面板１４１と接続される。接続の方法は、溶接や差込でもよいが、半田付けにより接着させることにより、電子部品１１をより確実に固定することができる。

シールドケース１５，１６は、電子部品１１、第１導電板１２、及び第２導電板１３を覆うようにして基板２０に取り付けられる。シールドケース１５，１６は、電子部品１１を包囲することにより、外部との接触等から電子部品１１を保護し、実装基板の安定した動作を可能にすることができる。シールドケース１５，１６は、前述したノイズの低減のために、基板２０の基準電位用の導体パターンに接続される。

図４は図１に示した実装基板のＡ−Ａ断面図であり、図５は図４に示した実装基板のＢ−Ｂ断面図である。図４，５に示すように、電子部品１１のリード端子１１４ａ，１１４ｂは、第２導電板１３の上面板１３１と、前面板１３２及び後面板１３３における基板２０から上方に突出した部分と、により、間隔を空けて包囲される。したがって、リード端子１１４ａ，１１４ｂは、シールドケース１５のみによって包囲される場合よりもさらに確実に、外部との接触等から物理的に保護される。また、電子部品１１のリード端子１１３，１１４ａ，１１４ｂは、基板２０及び第２導電板１３の間に配置される。すなわち、図９から図１２に示した基板実装構造６０では、抵抗６１のリード端子が基板７０表面に接するように配置されるところ、基板実装構造１０においては電子部品１１のリード端子１１４ａ，１１４ｂが基板２０と垂直方向に所定の距離だけ離れた第１導電板１２の上面板１２１に接するように配置される。また、電子部品１１のリード端子１１３は基板２０と垂直方向に所定の距離だけ離れた接続部１４の上面板１４１に接するように配置され、リード端子１１３及び接続部１４は、第２導電板１３と基板２０で覆われた空間の外部に配置される。なお、第１導電板１２及び接続部１４は、それぞれ基板２０に実装した際に、基板２０から第１導電板１２の上面板１２１までの距離と、基板２０から接続部１４の上面板１４１までの距離とが等しくなるように設計されてもよい。

また、電子部品１１は、基板２０に設けられた切欠き２１３，２１４によって支持される。例えば、電子部品１１が板形状を有する場合、電子部品１１は両端部が切欠き２１３，２１４と嵌合し、基板２０と垂直に保持される。そのため、振動により電子部品１１が傾いたり、電子部品１１のリード端子１１３，１１４ａ，１１４ｂが折れたりする問題の発生を抑制することができ、部品の位置決め、固定、絶縁のためのホルダが無くても電子部品１１の耐衝撃性を得ることができる。

図４に示すように、第１導電板１２の上面板１２１及び第２導電板１３の上面板１３１は間隔を空けて対向する。また、図５に示すように、第１導電板１２の前面板１２２及び第２導電板１３の前面板１３２は間隔を空けて対向し、第１導電板１２の後面板１２３及び第２導電板１３の後面板１３３は間隔を空けて対向する。また、電子部品１１のリード端子１１４ａ，１１４ｂ及び第１導電板１２が電気的に接続され、電子部品１１のリード端子１１３及び第２導電板１３が接続部１４を介して電気的に接続される。したがって、電子部品１１が抵抗である場合には、第１導電板１２及び第２導電板１３は、抵抗１１に並列に接続された空気コンデンサ３０の電極として機能することができる。また、このような抵抗１１及び空気コンデンサ３０を用いて電圧測定部を構成することができる。このような電圧測定部は、例えば電圧測定装置の入力回路として使用することができる。

図６は、基板実装構造１０を備える電圧測定部の回路構成例を示す図である。図６Ａは電圧測定部の第１の例である電圧測定部５０の回路構成を示しており、電圧測定部５０では抵抗１１に直列に抵抗４１が接続され、抵抗４１の一端は接地される。図６Ｂは電圧測定部の第２の例である電圧測定部５１の回路構成を示しており、電圧測定部５１では、抵抗１１に直列にオペアンプ４２が接続され、オペアンプ４２の非反転入力端子（＋）と出力端子との間に抵抗４３が接続され、オペアンプ４２の反転入力端子（−）は接地される。いずれの例においても、電子部品１１及び空気コンデンサ３０は並列接続している。低周波帯域は抵抗１１で分圧を行い、さらに空気コンデンサ３０を並列接続することで高周波帯域までカバーすることができる。

＜第１の変形例＞
次に、基板実装構造１０の変形例について説明する。図７は、基板実装構造１０の第１の変形例である基板実装構造１０−１を示す図である。基板実装構造１０−１は、基板実装構造１０と比較して、接続部１４に代えて接続部１４’を使用する点が相違する。接続部１４’はテストピンである。電子部品１１のリード端子１１３は、折り曲げて接続部１４’と接触させて半田付けすることにより、接続部１４’と接続される。このように、基板実装構造１０−１では、接続部の構成を簡略化することができる。

＜第２の変形例＞
基板実装構造１０の第１導電板１２及び第２導電板１３は、必要な表面積及び絶縁距離を保っていれば、形状を変更することが可能である。図８に、基板実装構造１０の第２の変形例として、第１導電板１２及び第２導電板１３の形状を変形した基板実装構造１０−２を示す。すなわち、基板実装構造１０−２は、基板実装構造１０と比較して、第１導電板１２及び第２導電板１３に代えて第１導電板１２’及び第２導電板１３’を使用する点が相違する。図８は、シールドケースの図示を省略している。図８に示す例では、第１導電板１２’は側面板１２７を有しており、第１導電板１２と比較して側面板１２７の面積が増加する分、空気コンデンサの容量を変えることなく、基板２０の裏面側に突き出る部分を削除又は低減することができる。同様に、第２導電板１３’は側面板１３８を有しており、第２導電板１３と比較して側面板１３８の面積が増加する分、空気コンデンサの容量を変えることなく、基板２０の裏面側に突き出る部分を削除又は低減することができる。その結果、基板実装構造１０−２は、基板実装構造１０よりも高さ（図１に示すｚ方向の寸法）を短くすることができる。

以上説明したように、本実施形態では、基板実装構造１０は、電子部品（抵抗）１１と、電子部品１１に接続されるとともに基板２０に実装される第１導電板１２と、電子部品１１のリード端子１１３，１１４ａ，１１４ｂを間隔を空けて包囲するとともに基板２０に実装される第２導電板１３とを備える。かかる構成により、電子部品を保持する樹脂製のホルダを削減し、省スペース化及びコストダウンを実現することが可能となる。また、熱による変形の恐れがある樹脂部品が無いため、半田付けが容易になり、組立作業性が向上する。

また、第１導電板１２及び第２導電板１３を空気コンデンサ３０の電極として機能させることができ、空気コンデンサ３０の高さを基板２０の両面に分散することで、より薄型の装置で使用可能となる。また、樹脂部品が無くなり周囲環境が変化してもコンデンサ容量が安定するため、基板実装構造１０を備える電圧測定部は、確度の高い電圧測定を実現することが可能となる。

また、特許文献１に開示された基板実装構造では、一対の部品保持機構３の挟持部が空気コンデンサの電極として機能するが、電極間の距離が抵抗の幅の制約を受ける。また、電極間に抵抗が存在するため、例えば抵抗の表面に埃が付着した場合にはコンデンサの特性が不安定となる。その点、本実施形態の基板実装構造１０では、第１導電板１２及び第２導電板１３の電極間距離の設定には自由度があるため、電極間距離を広くすることで、より高電圧に耐えうるコンデンサとすることができる。また、基板実装構造１０では、電極間に部品が配置されないため、コンデンサの特性を安定化させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。

１０，１０−１，１０−２ 基板実装構造
１１，４１，４３ 電子部品（抵抗）
１２，１２’ 第１導電板
１３，１３’ 第２導電板
１４，１４’ 接続部
１５，１６ シールドケース
２０ 基板
２１，１３４ 開口部
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９ 基板穴
３０ 空気コンデンサ
４２ オペアンプ
５０，５１ 電圧測定部
１１１ 部品本体
１１２ リード面
１１３，１１４ａ，１１４ｂ リード端子
１２１，１３１，１４１ 上面板
１２２，１３２，１４２ 前面板
１２３，１３３，１４３ 後面板
１２４，１４４ 挿通口
１２５，１２６，１３５，１３６，１３７，１３８，１４５，１４６ 爪
１２７，１３８ 側面板
２１１ 凸部
２１２ 凹部
２１３，２１４ 切欠き
２１５，２１６ スリット

Claims (9)

1. 端子を有する電子部品と、
   前記端子に接触接続されるとともに基板に実装される第１導電板と、
   前記端子に接触接続されず前記端子を間隔を空けて包囲するとともに前記基板に実装される第２導電板と、
   を備えることを特徴とする基板実装構造。
2. 前記電子部品は、前記基板の切欠きにより支持されることを特徴とする、請求項１に記載の基板実装構造。
3. 前記電子部品は板形状を有し、前記切欠きは前記電子部品の両端部と嵌合することを特徴とする、請求項２に記載の基板実装構造。
4. 前記端子は、前記基板及び前記第２導電板の間に配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板実装構造。
5. 前記電子部品を接続する接続部をさらに備え、
   前記電子部品は、前記第１導電板に接続される第１端子と、前記接続部に接続される第２端子と、を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板実装構造。
6. 前記電子部品は抵抗であり、
   前記第１導電板及び前記第２導電板により、前記抵抗に並列に接続された空気コンデンサが形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の基板実装構造。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の基板実装構造と、
   前記基板と、
   を備えることを特徴とする実装基板。
8. 前記基板は、前記第１導電板を配置するための基板穴と前記第２導電板を配置するための基板穴との間にスリットを有することを特徴とする、請求項７に記載の実装基板。
9. 請求項８に記載の実装基板を備える電圧測定部。

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