JP5076849B2 - 表面実装型コネクタ、コネクタ付き基板、およびコネクタ付き基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表面に実装される表面実装型コネクタ、コネクタ付き基板、およびコネクタ付き基板の製造方法に関する。

コネクタハウジングに設けられたリード端子の先端を、プリント配線基板にはんだ付けするとともに、ハウジングの側端部に設けられたペグをプリント配線基板の表面にはんだ付けして固定するようにした表面実装型コネクタが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、ハウジングに対しペグを浮動可能に設け、ハウジングを基板に装着する際のペグの高さを調整可能としている。

特開２００５−５６７４８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のコネクタは、ハウジングに対しペグが浮動可能であるため、コネクタに相手側のコネクタを嵌合、離脱する際にハウジングにがたつきが生じ、リード端子の先端のはんだ付けが破損するおそれがある。

本発明による表面実装型コネクタは、基板の表面に取り付けられるコネクタハウジングと、コネクタハウジングに設けられる端子部材と、コネクタハウジングを基板に固定するための固定部材とを備える。固定部材は、熱溶融材を介してコネクタハウジングの表面に鉛直方向に沿って装着された支持部と、熱溶融材の溶融前にコネクタハウジングの底面よりも上方に位置し、熱溶融材の溶融時に支持部と一体に落下して基板の表面に当接する当接部とを有する。支持部には厚さ方向に貫通するスリットが形成され、熱溶融材は支持部のコネクタハウジングの表面に対面する全面に形成され、かつ、スリット内に充填されている。

本発明によれば、コネクタハウジングの表面に熱溶融材を介して固定部材を装着するようにしたので、固定部材が基板に当接した状態で固定部材をコネクタハウジングに一体に固定することができ、コネクタハウジングの嵌合、離脱時にリード端子先端のはんだ付けが破損することを防止できる。また、熱溶融材が固定部材の支持部に形成されたスリット内に充填されているので、接合面積が増加し、固定部材とコネクタハウジングとの接合強度を高めることができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１，２を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る表面実装型コネクタ１００の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢視ｂ図である。図１は、基板３に実装される前のコネクタ１００の構成を示している。なお、便宜上、図１に示すようにコネクタ１００の前後左右方向を定義し、以下では、この定義にしたがって各部の構成を説明する。

図１のコネクタ１００は、基板３の表面に装着される樹脂製の絶縁ハウジング１（例えば雄側ハウジング）と、ハウジング１に設けられる複数の端子２（雄側端子）とを有する。ハウジング１の前面には開口部１０ａが設けられ、開口部１０ａに矢印Ａ方向から相手側のハウジング（雌側ハウジング）が嵌合される。なお、ハウジング１の前面ではなく上面に開口部１０ａを設け、鉛直方向に相手側のハウジングが嵌合されるようにしてもよい。

端子２は銅合金材料などの導電性材料からなり、端子２の一端部は、それぞれハウジング１の後端部１０ｂを貫通し、ハウジング１の前面に向けて突設されている。これにより雄側と雌側のハウジング同士が嵌合すると、雄側端子の一端部（接触部２１）に雌側端子の端部が接触して嵌合し、端子同士が電気的に接続する。

端子２の他端側には、接触部２１に連なって細長形状のリード部２２が設けられている。リード部２２は、ハウジング後端部１０ｂから後方に向けて略水平方向に突出する水平部２２ａと、水平部２２ａから下方に向けて折れ曲がった鉛直部２２ｂと、鉛直部２２ｂから後方に向けて折れ曲がった折り曲げ部２２ｃとを有する。折り曲げ部２２ｃは、ハウジング１の底面と同一高さ、もしくはハウジング１の底面よりもやや下方に突出して設けられている。

ハウジング１の底面端部には、下方に向けてボス１１が突設されている。基板３にはボス１１に対応して貫通孔３１が開口されている。貫通孔３１にボス１１が挿入され、基板３にハウジング１が位置決めされた状態で取り付けられる。ハウジング１の左右側面には、ハウジング１を基板３に固定するためのペグ１２が装着されている。ペグ１２は、鉛直方向の縦板部１２ａと水平方向の横板部１２ｂとを有する金属板であり、略Ｌ字形状をなしている。横板部１２ｂの底面には、良好なはんだ付け性を得るためにＳｎなどのメッキが施されている。

本実施の形態の特徴的構成として、ハウジング１の左右側面には、ハウジング１と一体に金属製の支持板１３が設けられている。支持板１３は、例えば上方からのハウジング１への圧入によってハウジング１に固定される。一体成形によりハウジング１に固定することもできる。支持板１３は例えば銅合金材料からなり、その表面に、良好なはんだ付け性を得るためにＳｎなどのメッキが施され、固定用はんだ１４を介してペグ１２の縦板部１２ａが固定されている。縦板部１２ａは、支持板１３の高さ方向中央部にはんだ付けされ、横板部１２ｂは、ハウジング１の底面よりも上方に位置している。

基板３の表面には、リード部先端の折り曲げ部２２ｃが当接する位置に導体電極ランド３２が形成され、ペグ１２の横板部１２ｂが当接する位置にペグランド３３が形成されている。これらランド３２，３３の上面には、例えばスクリーン印刷工法により、ペースト状に練り込んだはんだ粒子（はんだペースト３４）が貼設され、はんだペースト３４を溶融、凝固させて基板３とリード先端の折り曲げ部２２ｃおよびハウジング側面のペグ１２とが接合される。

本実施の形態に係るコネクタ付き基板３の製造方法について説明する。図２は、リフローはんだ付け工法を用いたコネクタ付き基板３の製造手順を示す図である。まず、ベースとなるプリント配線基板３の上面に導体電極ランド３２およびペグランド３３を形成し、その上面にスクリーン印刷工法によりはんだペースト３４を印刷する。ハウジング１の左右側面には、予め固定用はんだ１４を介してペグ１２を固定しておく。

次いで、ハウジング１の底面のボス１１を基板３の嵌合孔３１に嵌合し、図２（ａ）に示すように基板３にハウジング１を組み付け、仮固定状態とする（組立工程）。この際、基板３に対するリード部２の位置とペグ１２の位置はボス１１によって規制されるため、リード部２２の折り曲げ部２２ｃははんだペースト３４に当接し、ペグ１２の横板部１２ｂははんだペースト３４の上方に位置する。

このようにして基板３にハウジング１を組み付けた後、温風ヒータが配置された炉内の加熱ゾーンに基板３を通過させ、基板全体を加熱する（加熱工程）。これにより図２（ｂ）に示すように支持板１３とペグ１２の間の固定用はんだ１４が溶融するとともに、基板上のはんだペースト３４が溶融する。溶融状態の固定用はんだ１４には表面張力が作用するため、図２（ｃ）に示すようにペグ１２は支持板１３から離間することなく支持板１３の表面に沿って自重により滑り落ち、横板部１２ｂの底面が基板３のはんだペースト３４に当接する。

加熱ゾーンの通過後、クーラが配置された炉内の冷却ゾーンに基板３を通過させ、冷風を吹き付けて基板全体を冷却する（冷却工程）。これにより図２（ｄ）に示すように固定用はんだ１４が凝固し、ペグ１２は基板３に当接した状態で支持板１３に固定される。さらに、はんだペースト３４が凝固し、リード部２の先端（折り曲げ部２２ｃ）とペグ１２の横板部１２ｂの底面がそれぞれ基板３の表面に固定される。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏する。
（１）ハウジング１の支持板１３の表面に固定用はんだ１４を介してペグ１２を固定するようにした。これにより固定用はんだ１４を溶融させるとペグ１２が落下して基板上に当接し、この状態で固定用はんだ１４を凝固させるとペグ１２が支持板１３に固定される。このため、ペグ１２をハウジング１にがたつきなく一体に固定することができ、ハウジング１への嵌合、離脱時にハウジング１に引張力や押込力が作用した場合に、リード端子の先端のはんだ付けが破損して断線することを防止できる。

（２）ハウジング１を基板３に取り付ける前の初期状態に、ペグ１２を支持板１３の表面にはんだ付けして固定するので、ハウジング１に対しペグ１２を浮動可能に設ける必要がなく、ハウジング１の構造を簡素化できる。その結果、コストを低減できる。
（３）初期状態にはペグ１２を支持板１３の高さ方向任意の位置に取り付けることができ、ペグ１２の取付が容易である。
（４）固定用はんだ１４の熱溶融時に、支持板１３の表面に沿ってペグ１２が滑り落ちて基板３に当接するので、ペグ１２の高さが自動調整され、基板上のペグ１２とリード部２２の先端の良好なコプラナリティ（平坦度）を確保できる。
（５）ペグ１２を固定用はんだ１４により支持板１３に接合するとともに、はんだペースト３４により基板３に固定するので、はんだ以外に別途固定材を設ける必要がなく、製造工程が容易である。

−第２の実施の形態−
図３〜５を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、ペグ１２の形状である。すなわち第２の実施の形態では、ペグ１２にスリットを設け、ペグ１２と固定用はんだ１４の接合面積を増加させる。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図３（ａ）は、第２の実施の形態に係る表面実装形コネクタ１００の要部側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付している。ペグ１２の縦板部１２ａには、縦板部１２ａを貫通して横方向に複数のスリット１２１が設けられ、スリット内に固定用はんだ１４が充填されている。

スリット幅をＬ、縦板部１２ａの板厚をｔとすると、スリット１２１はＬ＜２×ｔを満たすように形成され、これによりスリット１２１を形成する前に比べ、ペグ１２と固定用はんだ１４との接合面積が増加する。この接合面積の増加により、ペグ１２が基板３に固定された際のペグ１２とハウジング１（支持板１３）の接合強度を高めることができ、ペグ１２をハウジング１に強固に固定できる。また、溶融状態のはんだ１４は表面張力によりスリット１２１に留まるので、固定用はんだ１４が垂れ流れることを防止できる。

なお、図４に示すようにスリット１２１の数を増やしたり、スリット１２の前後方向の長さを長くすれば、ペグ１２とはんだ１４の接合面積がより大きくなり、ペグ１２の接合強度を一層高めることができる。水平方向にスリット１２１を設けると、矢印に示すような鉛直方向の押し込み力、引き抜き力に対する接合強度がとくに高まる。このためハウジング１の上面に開口部１０ａを設けて鉛直方向にコネクタを嵌合、離脱する場合に、図４に示すように水平方向にスリット１２１を設けることが好ましい。

一方、図５に示すように鉛直方向にスリット１２１を設けると、矢印に示すような水平方向の押し込み力、引き抜き力に対する接合強度がとくに高まる。このため、ハウジング１の前面に開口部１０ａを設けて水平方向にコネクタを嵌合、離脱する場合に（図１）、図５に示すように鉛直方向にスリット１２１を設けることが好ましい。

固定用はんだ１４とはんだペースト３４を同一のはんだ材料としてもよいが、好ましくは固定用はんだ１４をはんだペースト３４よりも低融点のはんだ材料とするのがよい。例えば、はんだペースト３４をＳｎ3.0Ａｇ0.5Ｃｕからなるはんだ材料とすると、その融点は２１７〜２２０℃となる。このとき、固定用はんだ１４として、例えば融点が１３８℃のＳｎ５８Ｂｉ結晶はんだを用いればよい。このように低融点はんだを用いた場合のコネクタ付き基板３の製造手順を図６により説明する。

まず、図６（ａ）に示すように基板３にハウジング１を組み付ける。この状態で、図６（ｂ）に示すように加熱ゾーンにて基板全体を加熱する。このときハウジング１と支持板１３とペグ１２は熱容量が大きいため、リード部２２よりも温度が上がりにくい。このため、固定用はんだ１４が溶融するためには多くの熱量を与える必要があるが、低融点のはんだ材料を固定用はんだ１４として用いれば、熱量をそれほど大きくしなくても、固定用はんだ１４を容易に溶融させることができる。

固定用はんだ１４が溶融すると、図６（ｃ）に示すようにペグ１２が自重により落下し、ペグ１２の底面が基板上のはんだペースト３４に当接する。さらにリフロー熱を与えて基板表面の温度が上昇すると、図６（ｄ）に示すように固定用はんだ１４だけでなくはんだペースト３４も溶融する。この状態から基板全体を冷却すると、図６（ｅ）に示すようにはんだペースト３４が凝固し、基板上にペグ１２とリード部２２の先端が固定される。さらに、図６（ｆ）に示すように固定用はんだ１４が凝固し、支持板１３にペグ１２が固定される。

このように固定用はんだ１４に低融点のはんだ材料を用いることで、固定用はんだ１４の凝固温度が下がり、ハウジング１の熱膨張、熱収縮等によって発生する残留応力を低減できる。すなわちコネクタ１００は、支持板１３とペグ１２の接続点、ペグ１２と基板３の接続点、およびリード部先端と基板３の接続点をそれぞれ拘束点として基板３に固定されるが、この場合の残留応力は、各拘束点で拘束されてから常温に至るまでの温度低下量が小さいほど小さくなる。したがって、低融点はんだを用いれば、固定用はんだ１４が凝固してから常温に至るまでの温度低下量が小さいため、残留応力を低減でき、リード部先端のはんだ付け部に作用する応力を低減できる。

上記実施の形態では、ハウジング１に水平方向に端子２を貫通させるようにしたが、他の方向（例えば鉛直方向）に端子２を貫通させてもよく、端子部材としての端子２の形状およびコネクタハウジングとしてのハウジング１の形状は上述したものに限らない。支持板１３の表面に略Ｌ字状のペグ１２を設けたが、ハウジング１を基板３に固定するための固定部材の形状はこれに限らない。すなわち固定用はんだ１４を介してハウジング１の表面に鉛直方向に沿って装着された支持部（縦板部１２ａ）と、はんだ１４の溶融前にハウジング１の底面よりも上方に位置し、はんだ１４の溶融時に支持部と一体に落下して基板３の表面に当接する当接部（横板部１２ｂ）とを有するのであれば、固定部材はいかなるものでもよい。支持板１３を介さずにハウジング１の表面にペグ１２を設けてもよい。

固定用はんだ１４を用いてペグ１２を支持板１３の表面に固定するようにしたが、熱溶融材はこれに限らない。例えばロー付け等、電気絶縁性を有する他の熱溶融材を用いて固定するようにしてもよい。はんだペースト３４を介してペグ１２を基板３に固定するようにしたが、はんだペースト以外の接合材を用いて固定してもよい。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の表面実装型コネクタに限定されない。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る表面実装型コネクタの側面図、（ｂ）は図１（ａ）の矢視ｂ図。 本実施の形態に係るコネクタ付き基板の製造手順を説明する図。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型コネクタの要部側面図、（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図。 図３の変形例を示す図。 図４の変形例を示す図。 低融点はんだを用いた場合のコネクタ付き基板の製造手順を説明する図。

符号の説明

１ ハウジング
２ 端子
３ 基板
１２ ペグ
１２ａ 縦板部
１２ｂ 横板部
１２１ スリット
１３ 支持板
１４ 固定用はんだ
２２ リード部
３４ はんだペースト

Claims (7)

1. 基板の表面に取り付けられるコネクタハウジングと、
   前記コネクタハウジングに設けられる端子部材と、
   前記コネクタハウジングを前記基板に固定するための固定部材とを備え、
   前記固定部材は、
   熱溶融材を介して前記コネクタハウジングの表面に鉛直方向に沿って装着された支持部と、
   前記熱溶融材の溶融前に前記コネクタハウジングの底面よりも上方に位置し、前記熱溶融材の溶融時に前記支持部と一体に落下して前記基板の表面に当接する当接部とを有し、
   前記支持部には厚さ方向に貫通するスリットが形成され、前記熱溶融材は、前記支持部の前記コネクタハウジングの表面に対面する全面に形成され、かつ、前記スリット内に充填されていることを特徴とする表面実装型コネクタ。
2. 請求項１に記載の表面実装型コネクタにおいて、
   前記スリットの幅は、前記支持部の厚さの２倍以下であることを特徴とする表面実装型コネクタ。
3. 請求項１または２に記載の表面実装型コネクタにおいて、
   前記スリットは、前記コネクタハウジングへの嵌合、離脱方向と垂直方向に設けられることを特徴とする表面実装型コネクタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面実装型コネクタと、
   基板と、
   前記固定部材の当接部を前記基板の表面に接合する接合材と、
   前記端子部材のリード部の先端を前記基板に接合するリード部接続用はんだとを備えることを特徴とするコネクタ付き基板。
5. 請求項４に記載のコネクタ付き基板において、
   前記熱溶融材および前記接合材は、それぞれはんだであることを特徴とするコネクタ付き基板。
6. 請求項４または５に記載のコネクタ付き基板において、
   前記熱溶融材の融点は、前記リード部接続用はんだの融点よりも低いことを特徴とするコネクタ付き基板。
7. コネクタハウジングに端子部材を設けるとともに、厚さ方向に貫通するスリットが形成された支持部を有し、コネクタハウジングを基板に固定するための固定部材を、前記支持部の全面に形成された熱溶融材を介して前記コネクタハウジングの表面に装着する工程と、
   前記基板の表面に、前記端子部材のリード部接続用のはんだおよび前記固定部材の底面固定用の接合材をそれぞれ付設する工程と、
   前記リード部接続用はんだに前記端子部材のリード部先端を当接させ、かつ、前記固定部材の底面を前記接合材よりも上方に位置させた状態で、前記コネクタハウジングを前記基板に取り付ける工程と、
   前記コネクタハウジングと一体に前記基板を加熱し、前記熱溶融材、前記リード部接続用はんだ、および前記接合材をそれぞれ溶融させると共に前記熱溶融材を前記スリット内に充填する工程と、
   前記加熱された基板を冷却し、前記熱溶融材、前記リード部接続用はんだ、および前記接合材をそれぞれ凝固させる工程とを含むことを特徴とするコネクタ付き基板の製造方法。

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