JP7620177B2 - 実装基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が半田付けされる合成樹脂製の実装基板に関する。

実装基板と、この実装基板に半田付けされる電子部品との熱膨張係数の差に起因する半田付け箇所におけるクラックの発生を防止する先行技術としては、例えば以下に示す特許文献１、２などが存在する。

特許文献１に記載の発明は、基板の熱膨張係数αと実質的に略近似した熱膨張係数αを有した被覆樹脂で回路素子を被覆封止することにより、基板上に搭載した回路素子の半田接合部における温度サイクルによるクラック発生を防止した、と云うものである。

また特許文献２に記載の発明は、表面に金属電極部１０ａを有するプリント配線基板１０の、電子部品１３に対向する表面及びまたは内面に、電子部品１３を主に構成する部材であるセラミックから成るひずみ抑制体２０（セラミックシート）を設けることにより、電子部品１３近傍における、温度変化に伴う電子部品１３とプリント配線基板１０の伸縮の差を小さくし、ハンダのフィレット１１に加わるストレスを小さくするようにした、と云うものである。

特開平５－１０２６４５号公報 特開２０１０－８７１４５号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、被覆樹脂によって回路素子を被覆封止する作業を、電子素子毎に個別に行わなければならず、多数の電子素子を有する場合には、その作業を自動化するためのコストが膨大となる虞がある。

また特許文献２に記載の発明は、配線基板１０とは別部材で構成されるひずみ抑制体２０（セラミックシート）を配線基板１０の表面及びまたは内面に多数配置する必要があることから、部品点数の増大を招き、製造コストを低減することが困難になる、という問題がある。

また熱膨張率の極めて大きい合成樹脂成形品で、実装基板を構成する必要がある場合には、予め導電性の接続端子をセットした金型内に溶融樹脂を流し込んでインサート成形した合成樹脂製の実装基板が使用される。このような合成樹脂製の実装基板に設けられた接続端子の半田付け箇所に対して電子部品を半田付けする場合には、高温状態の半田が濡れ広がって半田付け箇所近傍の合成樹脂を部分的がその熱で溶融する虞があった。そこで、このような場合には半田付け箇所近傍に位置する合成樹脂を、予めレジスト処理等により保護した状態で半田付けする必要があったことから、コストの増大を招く一因となっていた。

本発明は、上記した従来技術における問題点を解消すべく、簡単且つ低コストで、半田付け箇所におけるクラックの発生を防止できると共に、半田付け箇所近傍の合成樹脂が半田の熱で溶融してしまうことを防止した合成樹脂製の実装基板を創出することを課題とする。

上記課題を解決するための手段のうち、本発明の第１の手段は、
合成樹脂製の基板に電子部品が半田付けにより複数の箇所で接続固定される実装基板であって、
基板には、配線路が任意に配線されると共に配線路の末端に設けた接続端子の一部がインサートされており、
接続端子が、電子部品を上に載置した状態で半田付けされる半田付け箇所と、該半田付け箇所を除いた前記接続端子の一部が互いに同じ上向きに屈曲形成された一方の斜面と他方の斜面とを備えて逆Ｖ字形状に形成されると共に前記一方の斜面と前記他方の斜面との間の距離が拡張し又は収縮することで伸縮可能に設けられた伸縮部と、を有することを特徴とする、と云うものである。
本発明の第１の手段では、合成樹脂製の基板に温度変化に応じた歪み（寸法変化）が生じても、伸縮部が歪みを吸収し、半田付け箇所に歪みによる応力の集中を防止することを達成し得る。

また逆Ｖ字形状に屈曲させて伸縮部が、半田の濡れ広がりを必要な箇所のみに留めることを達成し得る。

また本発明の第２の手段は、合成樹脂製の基板に電子部品が半田付けにより複数の箇所で接続固定される実装基板であって、
前記基板には、配線路が任意に配線されると共に該配線路の末端に設けた接続端子の一部がインサートされており、
該接続端子が、前記電子部品を上に載置した状態で半田付けされる半田付け箇所と、該半田付け箇所を除いた接続端子の一部を枠部で形成した伸縮部と、を有することを特徴とする、と云うものである。
上記手段では、枠部が共振振動に応じて左右（長手方向）に凹凸状に変形することから、共振振動を吸収し、ストレスが集中することによる断線等の接続不良を抑制し得る。

また本発明の他の手段は、上記いずれかの手段に、半田付け箇所と対向する基板上の位置に凹部が対向して形成されている、との手段を加えたものである。
上記手段では、半田付け箇所と基板との距離を離すことが可能となるため、半田付け箇所に対して電子部品を半田付けする際に発生する半田の熱による基板側の溶融を防止し得る。

さらに本発明の他の手段は、上記第１又は第２の手段に、基板に、一対の接続端子が所定の距離を有して対向配置されており、接続端子の両先端と対向する基板の位置に凹部が形成されている、との手段を加えたものである。
上記手段では、特に対向配置された一対の接続端子の半田付け箇所に対し、電子部品の両電極端子を夫々半田付けする際に発生する半田の熱による基板側の溶融を防止し得る。

本発明の実装基板では、接続端子に伸縮部を形成するという簡単且つ抵コストの構成により、温度変化に応じて合成樹脂製の基板に生じる歪み（寸法変化）を吸収し、接続端子先端の半田付け箇所に歪みによる応力が集中することを防止することが可能となるため、半田付け箇所に形成された半田フィレットにクラックが発生することを防止することができる。
また伸縮部は半田の濡れ広がりを抑制し、熱が基端部側に伝導し難くするため、合成樹脂製の基板のうち、接続端子をインサートする部分の樹脂が半田の熱で溶融してしまうことを防止することができる。

本発明の第１実施例としての実装基板の一部を示す側面図である。 図１の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示す側面図である。 本発明の第２実施例としての実装基板の一部を示す側面図である。 図３の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示す側面図である。 本発明の第３実施例としての実装基板の一部を示し、Ａは縦断面図、ＢはＡのＶ－Ｖ線における横断面図である。 図５の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示し、Ａは縦断面図、ＢはＡのＶＩ－ＶＩ線における横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１実施例としての実装基板の一部を示す側面図、図２は図１の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示す側面図である。

本発明の実装基板を構成する主体である基板１には、導電箔を任意に配線して成る配線路６が配置されており、配線路６の末端には接続端子７が設けられ、この接続端子７の先端が基板１から突出している。この基板１は、配線路６及び接続端子７をセットした所定の金型内に、溶融状態の合成樹脂材料、例えばガラスエポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）などを流し込で成形するインサート成形法によって形成されている。

図１に示す第１実施例では、基板１の左右両側の位置に、突設面３と載置面４とを有して成る一対の段差状の端子形成部２が対向して形成されており、接続端子７は左右の端子形成部２に夫々設けられている。接続端子７は薄い長板状の鉄又は銅などの導電性金属で形成され、その一部は基板１の突設面３内にインサートされ、残りの一部が基板１から外部に向けて突出している。

図２に示すように、突出している接続端子７のうち、先端側に電子部品１０側の電極端子１１が接続される半田付け箇所７ａが設けられ、突設面３側に基端部７ｃが設けられている。そして、本実施例では、先端の半田付け箇所７ａと基端部７ｃとの間に伸縮部７ｂ形成されている。第１実施例に示す伸縮部７ｂは、半田付け箇所７ａ側に斜面７ｂ１を有し、基端部７ｃ側に斜面７ｂ２を有して側面視逆Ｖ字状に屈曲形成された構成である。第１実施例では、対向する一方の接続端子７の半田付け箇所７ａと他方の接続端子７の半田付け箇所７ａとが所定の距離ΔＬを隔てて対向している。尚、この所定の距離ΔＬは、電子部品１０の両端に設けられる電極端子１１間の距離に合わせて設定することができる。

次に、電子部品１０を実装基板に半田付けする作業について説明する。
図２に示すように、電子部品１０は、例えば抵抗体、コンデンサ又はコイルなどの受動素子から構成されるチップ部品であり、左右両端に互いに絶縁された状態の電極端子１１が夫々設けられている。電子部品１０は、対向する一方の接続端子７の半田付け箇所７ａと他方の接続端子７の半田付け箇所７ａ上に、電子部品１０の両電極端子１１を夫々載置させた状態において半田付けされる。この際、半田は半田付け箇所７ａから接続端子７全体に濡れ広がろうとするが、逆Ｖ字状に形成された伸縮部７ｂで留めることができるため、伸縮部７ｂを越えて基端部７ｃまで半田が濡れ広がることを阻止することができる。よって、基端部７ｃを半田付け箇所７ａよりも低温とすることができ、基端部７ｃの近傍に位置する基板１側の突設面３や載置部４が半田の熱によって部分的に溶融することを防止できる。さらには、電子部品１０の電極端子１１の側面１２、半田付け箇所７ａ及び伸縮部７ｂの斜面７ｂ１で挟まれる領域に好ましい形状の半田フィレット２０を形成することができる。

尚、第１実施例では、基板１の半田付け箇所７ａと対向する位置に凹部５を形成し、半田付け箇所７ａが基板１に直接接触することを避ける構造とすることにより、半田の熱によって基板１が溶融することを確実に防止することを可能としている。

また半田付け時には、半田の熱が半田付け箇所７ａから基端部７ｃに向かって伝導しようとするが、逆Ｖ字状に形成された伸縮部７ｂは、伸縮部７ｂを有しない構成に比較して実質的に熱が伝導する距離を延長することとなるため、基端部７ｃを半田付け箇所７ａよりも十分に低い温度に設定することが可能となり、結果として基端部７ａが基板１の載置面４に接触しても溶融が起き難くすることができる。また基端部７ｃを支持する左右の載置面４間に形成される凹部５の長手方向に長さを、一対の伸縮部７ｂ間の距離Ｌ１に応じて設定することができ、これにより接続端子７の基端部７ｃを基板１側の載置部４で安定的に支持することが可能となる。

次に、電子部品１０が半田付けされた合成樹脂製の実装基板を搭載した製品が、高温環境下又は低温環境下に置かれると、基板１に歪み（寸法変化）が発生して所定の距離ΔＬが変位する。この際、この変位に追従して伸縮部７ｂが長手方向に伸縮変形し、すなわち、逆Ｖ字形状からなる伸縮部７ｂの一方の斜面７ｂ１と他方の斜面７ｂ１との間の距離Ｌ２が長手方向に拡張し又は収縮することから、温度変化に伴う基板１の歪み（寸法変化）を吸収し、電子部品１０が半田付けされた一対の半田付け箇所７ａの所定の距離ΔＬを一定に保つことが可能となる。よって、半田フィレット２０に加わるストレスを小さくすることが可能となり、結果としてクラックの発生を抑制することができる。

図３は本発明の第２実施例としての実装基板の一部を示す側面図、図４は図３の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示す側面図である。
図３、４に第２実施例として示す実装基板が、上記第１実施例の実装基板と異なる点は、主に端子形成部２と接続端子７の構成にあり、その他の構成及び効果は上記第１実施例同様である。よって、以下においては主として異なる点について説明する。

図３に示すように、第２実施例の基板１は突設面３のみを有し、この突設面３から接続端子７が突出する構成である。接続端子７の基端部７ｃと先端の半田付け箇所７ａとの間には、基端部７ｃから半田付け箇所７ａに向かう下り傾斜面７ｂ３から成るクランク状の伸縮部７ｂが形成されており、基端部７ｃ及び半田付け箇所７ａは略水平に形成されている。
第２実施例においても、基板１の一方の突設面３に突設された一方の接続端子７の半田付け箇所７ａと、他方の突設面３に突設された他方の接続端子７の半田付け箇所７ａとは、所定の距離ΔＬを隔てた状態で凹部５内に対向配置されている。

図４に示すように、電子部品１０の両電極端子１１は、一方の接続端子７の半田付け箇所７ａと他方の接続端子７の半田付け箇所７ａの上に夫々載置させた状態で半田付けされる。この際、電子部品１０の電極端子１１の側面１２、半田付け箇所７ａ及び伸縮部７ｂの傾斜面７ｂ３で挟まれる領域に好まし形状（本実施例では側面視三角形状）の半田フィレット２０が形成される。
半田付けの際には、接続端子７全体に濡れ広がろうとする半田をクランク状の伸縮部７ｂの傾斜面７ｂ３で堰き止めることができる。よって、半田が伸縮部７ｂを越えて基端部７ｃまで濡れ広がることを阻止することができる。よって、伸縮部７ｂは伸縮部７ｂを有しない構成に比較して実質的に熱が伝導する距離を延長し、基端部７ｃを半田付け箇所７ａよりも十分に低い温度に設定することが可能となることから、結果として基端部７ｃ近傍に位置する基板１の突設面３が、半田の熱によって部分的に溶融してしまうことを防止できる。

次に、電子部品１０が半田付けされた合成樹脂製の実装基板を搭載した製品が、高温環境下又は低温環境下に置かれ、基板１に歪み（寸法変化）が生じて所定の距離ΔＬが変位した場合には、この変位に追従して伸縮部７ｂが長手方向に伸縮変形し、すなわち、伸縮部７ｂを形成する下り傾斜面７ｂ３の傾斜角度が変位して長手方向の長さＬ３（図３参照）が長手方向に拡張し又は収縮することから、温度変化に伴う基板１の歪み（寸法変化）を吸収し、電子部品１０が半田付けされた一対の半田付け箇所７ａの所定の距離ΔＬを一定に保つことが可能となる。よって、本実施例においても上記同様、半田フィレット２０に加わるストレスを小さくすることが可能となり、結果としてクラックの発生を抑制することができる。

図５は本発明の第３実施例としての実装基板の一部を示し、Ａは縦断面図、ＢはＡのＶ－Ｖ線における横断面図、図６は図５の実装基板の接続端子に電子部品を半田付けした状態を示し、Ａは縦断面図、ＢはＡのＶＩ－ＶＩ線における横断面図である。
図５、６に第３実施例として示す実装基板が、上記第１実施例及び第２実施例の実装基板と異なる点も主に端子形成部２と接続端子７の構成にあり、その他の構成及び効果は上記第１実施例同様であることから、以下においては主として異なる点について説明する。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第３実施例の実装基板では、基板１に設けられた略長方形状の凹部５を介して対向配置された突設面３から接続端子７の先端である半田付け箇所７ａが直線状に突設している。そして、接続端子７の一部を構成する伸縮部７ｂは突設面３内にインサートされている。本実施例に示す伸縮部７ｂは、平行に配置さたれた２本の横線部７ｂ４と、同じく平行に配置された２本の縦線部７ｂ５を有して平面視四角状の枠部で形成されている。伸縮方向（長手方向）に対して直交するように配置された縦線部７ｂ５は、伸縮方向に沿って配置された横線部７ｂ４に比較して細い幅寸法を有して形成することにより、伸縮時に変形しやすいように構成されている。尚、縦線部７ｂ５のうち、縦線部７ｂ５と他の配線路６との接続部分が基端部７ｃである。また伸縮部７ｂの形状は四角状の枠部に限られるものではなく、円形状の枠部、楕円形状の枠部などその他の形状からなる枠部であっても良い。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、電子部品１０の両電極端子１１は、凹部５の一対の突設面３に対称に配置された一方の接続端子７の半田付け箇所７ａと他方の接続端子７の半田付け箇所７ａの上に夫々載置させた状態で半田付けされる。この際、本実施例では電子部品１０の電極端子１１の側面１２と半田付け箇所７ａとで挟まれる領域に好まし形状（本実施例では側面視三角形状）の半田フィレット２０が形成されることになる。

次に、電子部品１０が半田付けされた合成樹脂製の実装基板を搭載した製品が、高温環境下又は低温環境下に置かれ、基板１に歪み（寸法変化）が生じて所定の距離ΔＬが変位した場合には、この変位に追従して伸縮部７ｂが長手方向に伸縮変形する。すなわち、図６Ｂに示すように、伸縮部７ｂを形成する２本の縦線部７ｂ５は、基板１が長手方向に伸長する歪みが生じたときには電子部品１０に向かって凸状に湾曲変形し、また基板１が長手方向に収縮する歪みが生じたときには、電子部品１０に向かって凹状に湾曲変形することから、温度変化に伴う基板１の歪み（寸法変化）を吸収し、電子部品１０が半田付けされた一対の半田付け箇所７ａの所定の距離ΔＬを一定に保つことが可能となる。よって、本実施例においても上記同様、半田フィレット２０に加わるストレスを小さくすることが可能となり、結果としてクラックの発生を抑制することができる。

また配線路６がリード線である場合には、実装基板を搭載した製品に加わる振動でリード線が共振し、リード線（配線路６）と接続端子７の接続部分である基端部７ｃにストレスが集中して断線等の接続不良が発生する可能性がある。
しかし、第３実施例においては、２本の縦線部７ｂ５が共振振動に応じて左右（長手方向）に凹凸状に変形することから、共振振動を吸収してストレスの集中を防止し、結果として断線等の接続不良の発生を抑制することが可能となる。

以上、実施例に沿って本発明の構成とその作用効果について説明したが、本発明の実施の形態は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、上記第１乃至第３実施例では、一つの凹部５に一対の接続端子７が所定の距離ΔＬを有して対向配置された構成を示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、一つの凹部５に一つの接続端子７のみが配置される構成であってもよい。

また上記実施例では、導電箔から成る配線路６と接続端子７とが基板１中にインサートされた場合を示して説明したが、配線路６がリード線の場合には、接続端子７のみが基板１中に部分的にインサートされており、この接続端子７の基端部７ｃに対して浮いた状態で配線（空中配線）されたリード線の末端が電気的に接続される構成であってもよい。リード線（配線路６）と接続端子７の基端部７ｃとの電気的な接続は、半田付けであってもよいし、ネジ止めによる接続、カシメ固定による接続等どのようなものでも良い。

また第３実施例の場合には、配線路６が導電箔である場合には、配線路６をエッジングによる印刷配線とすることができ、配線路６の末端に接続端子７を同時に形成してもよい。またこの場合には接続端子７の収縮部７ｂは必ずしもインサート成形する必要はなく、基板１の表面に露出する構成であってもよい。

本発明は、電子部品を合成樹脂製の基板に半田付けする実装基板の分野における用途展開をさらに広い領域で図ることができる。

１ ： 基板
２ ： 端子形成部
３ ： 突設面
４ ： 載置面
５ ： 凹部
６ ： 配線路
７ ： 接続端子
７ａ ： 半田付け箇所
７ｂ ： 伸縮部
７ｂ１： 斜面
７ｂ２： 斜面
７ｂ３： 傾斜面
７ｂ４： 横線部
７ｂ５： 縦線部
７ｃ ： 基端部
１０ ： 電子部品
１１ ： 電極端子
１２ ： 電極端子の側面
２０ フィレット

Claims (4)

1. 合成樹脂製の基板（１）に電子部品（１０）が半田付けにより複数の箇所で接続固定される実装基板であって、
   前記基板（１）には、配線路（６）が任意に配線されると共に該配線路（６）の末端に設けた接続端子（７）の一部がインサートされており、
   該接続端子（７）が、前記電子部品（１０）を上に載置した状態で半田付けされる半田付け箇所（７ａ）と、該半田付け箇所（７ａ）を除いた前記接続端子（７）の一部が互いに同じ上向きに屈曲形成された一方の斜面（７ｂ１）と他方の斜面（７ｂ２）とを備えて逆Ｖ字形状に形成されると共に前記一方の斜面（７ｂ１）と前記他方の斜面（７ｂ１）との間の距離（Ｌ２）が拡張し又は収縮することで伸縮可能に設けられた伸縮部（７ｂ）と、を有することを特徴とする実装基板。
2. 合成樹脂製の基板（１）に電子部品（１０）が半田付けにより複数の箇所で接続固定される実装基板であって、
   前記基板（１）には、配線路（６）が任意に配線されると共に該配線路（６）の末端に設けた接続端子（７）の一部がインサートされており、
   該接続端子（７）が、前記電子部品（１０）を上に載置した状態で半田付けされる半田付け箇所（７ａ）と、該半田付け箇所（７ａ）を除いた接続端子（７）の一部を枠部で形成した伸縮部（７ｂ）と、を有することを特徴とする実装基板。
3. 半田付け箇所（７ａ）と対向する基板（１）上の位置に凹部（５）が対向して形成されている請求項１又は２に記載の実装基板。
4. 基板（１）に、一対の接続端子（７）が所定の距離（ΔＬ）を有して対向配置されており、前記接続端子（７）の両先端と対向する基板（１）の位置に凹部（５）が形成されている請求項１又は２に記載の実装基板。

Images