JP2011129708A

JP2011129708A - プリント配線板の接続構造

Info

Publication number: JP2011129708A
Application number: JP2009286717A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kamoi; 武志鴨井; Junichi Hasegawa; 純一長谷川; Jun Kumagai; 潤熊谷; Kenji Sato; 健司佐藤
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Also published as: US20110149543A1; CN102105017A; EP2339902A1; EP2339902B1

Abstract

【課題】基板の製造が容易であるとともに、良好で且つ信頼性の高い電気的接続を実現することのできるプリント配線板の接続構造を提供する。
【解決手段】第１の接続パターン１０が形成された複数の接続片１１を有する子基板１と、各接続片１１が挿入される複数の接続孔２１を有する母基板２とで構成され、各接続孔２１の周縁部及び内周面には、第１の接続パターン１０と電気的に接続される第２の接続パターン２０が形成され、各接続片１１を各接続孔２１に挿入するとともに、各接続パターン１０，２０を半田付けすることで各基板１，２を互いに電気的且つ機械的に接続するものであって、接続片１１は、厚み方向に貫通するとともに内周面が導電性材料で覆われた貫通孔１２を有し、貫通孔１２は、半田付けの際にその一部が接続孔２１の外側に露出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のプリント配線板を電気的且つ機械的に接続するプリント配線板の接続構造に関する。

従来から、各種集積回路や他の電子回路部品が実装されたプリント配線板（母基板）と、例えばハイブリッド集積回路（ＨＩＣ）などの集積回路を構成するプリント配線板（子基板）とを電気的且つ機械的に接続する技術が知られている。以下、このようなプリント配線板の接続構造の幾つかの従来例について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図４（ａ）における上下を上下方向と定める。

この従来例１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、子基板１００は、自身の一端部（下端部）から突出する複数の断面略Ｌ字状の外部端子３００を備えている。また、母基板２００には、外部端子３００が挿入される複数のスルーホール（図示せず）が設けられている。そして、外部端子３００をスルーホールに挿入し、母基板２００の下面側で半田４００により半田付けすることで、各基板１００，２００を電気的且つ機械的に接続している。このように接続された各基板１００，２００は、図４（ｃ）に示すようにケース５００内に収納され、ケース５００内に樹脂６００を充填することで絶縁性や放熱性、防水性を向上させている。上記構成によれば、母基板２００の下面側からの半田付けにより、半田４００がスルーホールを通って母基板２００の上面まで上昇し、スルーホール全体に半田４００が充填される。しかしながら、上記従来例１では、子基板１００に外部端子３００を実装する必要があるために、子基板１００が大型化するという問題があった。

上記従来例１の課題を解決するものとして、以下に示す従来例２がある。この従来例２は、図５（ａ）に示すように、子基板１０１は、自身の一端縁（下端縁）から突出するとともに、その厚み方向における両面に複数の接続パターン３０１が形成された平板状の接続片１０２を備えている。また、母基板２０１は、接続片１０２が挿入される接続孔２０２を備えている。そして、接続片１０２を接続孔２０２に挿入し、接続パターン３０１を母基板２０１の下面側の接続パターン（図示せず）に半田付けすることで、各基板を電気的且つ機械的に接続している。このように接続された各基板１０１，２０１は、図５（ｂ）に示すようにケース５０１内に収納され、ケース５０１内に樹脂６０１を充填することで絶縁性や放熱性、防水性を向上させている。更に、上記従来例２の構成に加えて、子基板１０１の母基板２０１への挿入位置がずれないように、子基板１０１を母基板２０１に位置決めする位置決め部を備えたものもある（特許文献１参照）。

上記従来例２では、子基板１０１に接続パターン３０１を設けることで接続片１０２を構成するので、従来例１のように子基板１００に外部端子３００を実装する必要が無く、子基板１０１が大型化するのを防ぐことができる。しかしながら、この従来例２では、接続片１０２の厚み方向における両面のみに接続パターン３０１が設けられている。このため、図５（ｃ）に示すように、母基板２０１の厚み方向における両面近傍の部位での半田４０１の量が十分ではない。ここで、ケース５０１に樹脂６０１を充填した場合、回路動作時と停止時との温度差によって樹脂６０１が膨張又は収縮することで、各基板１０１，２０１の接続部位に応力がかかる。この場合、同図における矢印Ａ，Ｂの向きに応力がかかるため、半田４０１の量が十分でない上記の部位にクラックが生じ易いという問題があった。

上記従来例２の課題を解決するものとして、以下に示す従来例３がある（特許文献２参照）。この従来例３は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、子基板１０３は、自身の一端縁（下端縁）から突出する複数の接続片１０４を備えている。また、母基板２０３は、各接続片１０４が挿入される複数の接続孔（図示せず）を備えている。そして、接続片１０４を接続孔に挿入し、母基板２０３の下面側で半田付けすることで、各基板１０３，２０３を電気的且つ機械的に接続している。ここで、各接続片１０４は、その全面が導電性材料、特に金属で被覆されており、この被覆が接続パターンを構成している。このため、母基板２０３の下面側からの半田付けにより、半田が接続孔を通って母基板２０３の上面まで上昇し、接続孔全体に半田が充填される。したがって、上記のようにクラックが生じ難くなり、各基板の電気的接続が良好で且つ信頼性の高いものとなる。

実開平７−７１６６号公報特表２００４−５０５４７１号公報

しかしながら、上記従来例３では、各接続片１０４の全面に導電性材料から成る被覆を施す必要があるため、各接続片１０４の厚み方向における両面のみならず、側面にも被覆を施さなければならない。このため、子基板１０３を製造するために必要な工数が多くなり、基板の製造が困難になるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、基板の製造が容易であるとともに、良好で且つ信頼性の高い電気的接続を実現することのできるプリント配線板の接続構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、厚み方向における両面に導電性材料から成る第１の接続パターンが形成された複数の接続片を有する第１のプリント配線板と、各接続片が挿入される複数の接続孔を有する第２のプリント配線板とで構成され、各接続孔の周縁部及び内周面には、第１の接続パターンと電気的に接続される導電性材料から成る第２の接続パターンが形成され、各接続片を各接続孔に挿入するとともに、第１の接続パターンと第２の接続パターンとを半田付けすることで第１のプリント配線板と第２のプリント配線板とを互いに電気的且つ機械的に接続するプリント配線板の接続構造であって、接続片は、厚み方向に貫通するとともに内周面が導電性材料で覆われた貫通孔を有し、貫通孔は、半田付けの際にその一部が接続孔の外側に露出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、接続片は複数の貫通孔を有し、少なくとも１つの貫通孔は、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における一方の側に露出し、他の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における他方の側に露出することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、接続片は１つの貫通孔を有し、貫通孔は、第２のプリント配線板の厚み方向を長径とする平面視楕円形状であって、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における両側にそれぞれ露出することを特徴とする。

本発明によれば、半田付けの際に半田が貫通孔内に充填され、且つ接続部位における第２のプリント配線板の厚み方向における両面近傍の部位が貫通孔を通して半田で接合されるため、接合領域において十分な量の半田を確保し、接合強度を高めることができる。このため、接続部位に外部から応力がかかってもクラック等の不具合が生じることがなく、良好で且つ信頼性の高い電気的接続を実現することができる。また、従来のように接続片の全面に被覆を施す必要が無いため、基板を容易に製造することができる。

本発明に係るプリント配線板の接続構造の実施形態１を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は接続片を挿入した状態の正面図である。同上のはんだ付け後の状態の要部を示す図で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図で、（ｃ）は断面図である。本発明に係るプリント配線板の接続構造の実施形態２を示す図で、（ａ）は全体斜視図で、（ｂ）は接続片を挿入した状態の正面図で、（ｃ）は要部断面図である。従来例１のプリント配線板の接続構造を示す図で、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側面図で、（ｃ）は各プリント配線板をケースに収納した状態の断面図である。従来例２のプリント配線板の接続構造を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は各プリント配線板をケースに収納した状態の断面図で、（ｃ）は要部断面図である。従来例３のプリント配線板の接続構造を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は子基板の正面図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係るプリント配線板の接続構造の実施形態１について図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、図１（ｂ）における上下左右を上下左右方向、紙面手前側に向かう方向を前方向、紙面奥側に向かう方向を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１のプリント配線板である子基板１と、第２のプリント配線板である母基板２とで構成され、各基板を半田付けによって電気的且つ機械的に接続するものである。

子基板１は、例えばハイブリッド集積回路（ＨＩＣ）を構成するもので、その一端縁（下端縁）からは複数（図示では８つ）の接続片１１が一体に突設されている。接続片１１は、矩形平板状に形成され、その厚み方向（前後方向）における両面には、導電性材料から成る第１の接続パターン１０が形成されている。また、接続片１１には、厚み方向に貫通する１対の平面視円形状の貫通孔１２が、接続片１１の長手方向（上下方向）に沿って所定の間隔を空けて設けられている。これら貫通孔１２は、その内周面が導電性材料によって覆われている。

母基板２は、各種集積回路や他の電子回路部品が実装されるもので、その一端縁（前端縁）には、厚み方向に貫通するとともに各接続片１１が挿入される複数（図示では８つ）の接続孔２１が設けられている。接続孔２１は、平面視矩形状であって、その周縁部及び内周面には、第１の接続パターン１０と電気的に接続される導電性材料から成る第２の接続パターン２０が形成されている。

以下、本実施形態における各基板１，２の接続について図面を用いて説明する。先ず、子基板１の各接続片１１を、母基板２の各接続孔２１に母基板２の上面側から挿入する。次に、接続片１１の第１の接続パターン１０と接続孔２１の第２の接続パターン２０とを半田付けによって接合する。ここで、半田付けの方法としては、一般的に用いられるフロー方式を採用する。即ち、各接続片１１を各接続孔２１に挿入した状態で各基板１，２を半田槽に通過させ、半田槽内で生じる半田噴流を母基板２の下面に当てることにより、半田付けを行う。半田３は、各接続孔２１内部を通って母基板２の上面まで達し、母基板２の上下両面において図２（ａ），（ｂ）に示すような半田フィレットを形成する。

ここで、貫通孔１２は、半田付けの際にその一部が接続孔２１の外側に露出する。特に、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、上側の貫通孔１２の一部が母基板２の上面側に露出するとともに、下側の貫通孔１２の一部が母基板２の下面側に露出する。この状態で半田付けを行うことで、子基板１と母基板２とが図２（ｃ）に示すような形で接合される。

上述のように構成することで、半田付けの際に半田３が貫通孔１２内に充填され、且つ接続部位における母基板２の上下両面近傍の部位が貫通孔１２を通して半田で接合されるため、接合領域において十分な量の半田３を確保し、接合強度を高めることができる。ここで、従来例のようにケース（図示せず）内に各基板１，２を収納して樹脂（図示せず）で充填したとすると、回路動作時と停止時との温度差によって樹脂が膨張又は収縮することで、各基板１，２の接続部位に応力がかかる。この場合、図２（ｃ）に示す矢印Ａ，Ｂの向きに応力がかかるが、本実施形態では、上述のように接続部位の接合強度を高めているので、接続部位に外部から応力がかかってもクラック等の不具合が生じることがない。而して、良好で且つ信頼性の高い電気的接続を実現することができる。また、従来例３のように接続片１１の全面に被覆を施す必要が無いため、子基板１を容易に製造することができる。

尚、本実施形態では、各接続片１１に２つの貫通孔１２を設けているが、貫通孔１２の数はこれに限定されるものではない。貫通孔１２を３つ以上設ける場合、複数の貫通孔１２のうち、少なくとも２つの貫通孔１２が上記の構成であれば、上記と同様の効果を奏することができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係るプリント配線板の接続構造の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。尚、以下の説明では、図３（ｂ）における上下左右を上下左右方向、紙面手前側に向かう方向を前方向、紙面奥側に向かう方向を後方向と定めるものとする。本実施形態は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、接続片１１は各々１つの貫通孔１３を有している。貫通孔１３は、母基板２の厚み方向（上下方向）を長径とする平面視楕円形状であって、各接続片１１を各接続孔２１に挿入した状態で、その上下両端部が母基板２の上下両側にそれぞれ露出するようになっている。この状態で半田付けを行うことで、子基板１と母基板２とが図３（ｃ）に示すような形で接合される。

而して、半田付けの際に半田３が貫通孔１３内に充填され、且つ接続部位における母基板２の上下両面近傍の部位が貫通孔１３を通して半田で接合されるため、接合領域において十分な量の半田３を確保し、接合強度を高めることができる。また、半田３が充填される貫通孔１３の内部の体積が実施形態１の貫通孔１２と比較して大きいため、実施形態１よりも強固に各基板１，２を接合することができる。

尚、上記各実施形態において、半田付けの際に半田３が貫通孔１２，１３内に流れ込み、且つ貫通孔１２，１３内が半田３で満たされる必要がある。このため、貫通孔１２，１３の左右方向（即ち、接続片１１の幅方向）の径寸法は大きい方が良く、０．３ｍｍ以上の径寸法が望ましい。また、接続片１１は、貫通孔１２，１３を設けるためのスペース、及び子基板１と母基板２とを電気的に接続するための第１の接続パターン１０のスペースを十分に設ける必要がある。このため、接続片１１の幅寸法は１．０ｍｍ以上であることが望ましい。更に、信頼性の高い電気的接続を確保するためには、接続片１１の幅方向において、接続片１１の端面と貫通孔１２，１３の端面との間の距離が０．２ｍｍ以上であることが望ましい。

また、上記各実施形態では、フロー方式により半田付けを行っているが、他の方式で半田付けを行ってもよく、例えば半田ごてを用いて各接続片１１に対して個別に半田付けを行っても構わない。この場合でも、上記と同様の効果を奏することができるのは言うまでもない。

１子基板（第１のプリント配線板）
１０第１の接続パターン
１１接続片
１２貫通孔
２母基板（第２のプリント配線板）
２０第２の接続パターン
２１接続孔

Claims

厚み方向における両面に導電性材料から成る第１の接続パターンが形成された複数の接続片を有する第１のプリント配線板と、厚み方向に貫通するとともに各接続片が挿入される複数の接続孔を有する第２のプリント配線板とで構成され、各接続孔の周縁部及び内周面には、第１の接続パターンと電気的に接続される導電性材料から成る第２の接続パターンが形成され、各接続片を各接続孔に挿入するとともに、第１の接続パターンと第２の接続パターンとを半田付けすることで第１のプリント配線板と第２のプリント配線板とを互いに電気的且つ機械的に接続するプリント配線板の接続構造であって、接続片は、厚み方向に貫通するとともに内周面が導電性材料で覆われた貫通孔を有し、貫通孔は、半田付けの際にその一部が接続孔の外側に露出することを特徴とするプリント配線板の接続構造。
前記接続片は複数の貫通孔を有し、少なくとも１つの貫通孔は、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における一方の側に露出し、他の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における他方の側に露出することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の接続構造。
前記接続片は１つの貫通孔を有し、貫通孔は、第２のプリント配線板の厚み方向を長径とする平面視楕円形状であって、半田付けの際にその一部が第２のプリント配線板の厚み方向における両側にそれぞれ露出することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の接続構造。