JP5213910B2

JP5213910B2 - 回路基板

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Publication number: JP5213910B2
Application number: JP2010129443A
Authority: JP
Inventors: 弘菅谷; 隆向井
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: CN102271461A; JP2011258612A

Description

本発明は、大電流を扱うユニット型電源に使用する回路基板に関し、特に、バスバーに接合する電子部品のリードを他の電子部品の半田接合と同時に行うことが可能な回路基板に関する。

大電流を扱うユニット型電源に使用する回路基板には、バスバーが使用される。バスバーは、電源用ラインとして大電流を流すためのものであり、導電性部材で形成されている。電源用ラインとしてのバスバーは、基板上に配置されており、バスバーには、電子部品の端子（リード）が半田接合されている。

従来、バスバーと電子部品のリードとの半田接続は、ディップ槽の半田がバスバーと電子部品のリードとの接続部分に半田が行き渡るように、基板に丸穴を設けるようにして、他の部品と同時にフロー半田付けで行われていた。

また、バスバーと電子部品のリードとの接合に関しては、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、導電板（バスバー）に、電子部品のリードを挿入するための孔及びその孔に打ち抜き成形によって形成された筒状をなす突出部を設けて、突出部をプリント基板に設けた孔に挿着する。電子部品のリードを突出部に貫挿して、電子部品をプリント基板に固定して、リフロー炉に通してプリント基板の下面を溶融半田に浸漬することにより、電子部品のリードと導電板とを半田付けする。これにより、電子部品のリードと導電板との半田付けを、プリント基板への部品実装と同時に行うようにしたものである。

また、特許文献２には、配線回路パターンを形成した金属板と，絶縁性の支持体とを一体化してなる回路基板において、金属板が部品挿入孔を有するとともに、部品挿入孔の周辺を円筒状に立設した円筒立設部を備えたようにして、電子部品の端子を円筒立設部に挿入した状態で半田付けを行うことにより、電子部品の接続の信頼性と接合強度を向上させた回路基板が開示されている。

特開２００２−２３７６６８号公報特開平９−３２１４０６号公報

しかしながら、基板に丸穴を開けて半田付けを行う場合に、基板に設ける丸穴が小さいときには、バスバーと電子部品の接続部分にディップ槽の半田が十分に行き渡らない上、バスバー自体が放熱する為、接続箇所が十分に加熱されないことがあり、これにより固まり、むら等の半田接合の不良が発生することがあった。

また、丸穴を大きくすると、その分基板上のパターン配線に使用できるエリアが少なくなり、パターン配線の引き回し等が制約されるなどの不具合があった。

このため、ディップ槽で一度に半田付けするのではなく、バスバーに電子部品を実装し、前もって、バスバーと電子部品のリード等を半田付けして、電子部品のリードを半田付けしたバスバーを基板に取り付けて、その後、他の電子部品と基板との半田接合を行っていた。このため、別工程でバスバーと電子部品のリード等を半田付けする必要があり、基板の組立作業の効率が低下していた。

また、特許文献１では、導電板（バスバー）に、電子部品のリードを挿入するための孔に打ち抜き成形により筒状をなす突出部を設ける必要があるため、導電板（バスバー）の製作工程が増えてしまう可能性があり、また、導電板のコストも上昇する可能性がある。

また、特許文献２においても、回路基板上の金属板に部品挿入孔の周辺を円筒状に立設した円筒立設部を設けるようにしているため、回路基板の製作工程が複雑化し、また、コストも上昇するなどの課題があった。

そこで本発明は、基板に長穴の形状からなる穿孔部を有し、穿孔部における長穴の長手方向が半田ディップ時の基板の移動方向と平行となるように穿孔部を設けて、半田ディップ槽にて、バスバーと電子部品のリードとの半田付けを他の電子部品と同時に行うようにして、半田付け工程の効率化を図り、また、バスバーと電子部品のリードとの半田付け不良を防止して、半田接合の信頼性を向上させることが可能な回路基板を提供することを目的とする。

上記目標達成のため、本発明の回路基板は、基板に少なくとも電子部品及びバスバーを実装した回路基板であって、前記基板に取り付けられたバスバーに設けられたリード挿入孔を挿通する電子部品のリード及び前記バスバーのリード挿入孔の底部周辺が露出するように、前記基板に長穴又は長方形をなす角穴形状の穿孔部を有し、当該穿孔部の長手方向の長さが前記リードの直径の２．５倍から３．５倍であることを特徴とする。

また、本発明の回路基板の前記基板の穿孔部は、当該穿孔部の長手方向が半田ディップ時の基板の移動方向と平行となるように設けられていることを特徴とする。

また、本発明の回路基板の前記基板の複数の穿孔部は、当該穿孔部の長手方向が、電子部品のリードを挿通する前記バスバーのリード挿入孔が複数並ぶ方向と同一方向になるように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、バスバーに直接電子部品を取り付け、バスバーを基板に取り付け後にディップ槽にて他の電子部品と同時に半田付けを行えるため、半田付け作業が効率化される。

また、半田付け時に、基板に設けられている穿孔部の長穴又は長方形をなす角穴の長手方向が、半田ディップ糟内における基板の移動方向と平行を成しており、基板の移動方向と反対側のリードの面にも均等に半田が流れるため、半田の固まり、むらが発生することがなく均一な半田接合が行える。

また、穿孔部を長穴又は長方形をなす角穴とすることによって、バスバーが大きく露出するため、バスバーに熱を与えることができ、均一な半田接合が可能となる。

また、電子部品のリード及びバスバーのリード挿入孔の底部周辺が露出するように基板上に長穴を設けているため、手直し等による再半田付け、半田付けの修正が容易であり、また、目視による半田接合状態の確認も容易に行うことができる。

回路基板の一部破断部分を含む斜視図を示す。回路基板における基板の表面を示す図である。基板の穿孔部の形状を示す図であり、（ａ）は長穴の形状、（ｂ）は長方形をなす角穴の形状を示す図である。半田ディップ糟を上面視した図であり、半田ディップ工程での、基板に設けた長穴の方向に対する基板の移動方向を示す図である。基板の穿孔部におけるバスバーと電子部品のリードを示す一部断面を含む図であり、（ａ）は、半田接合前の状態を示し、（ｂ）は、半田接合後の状態を示す図である。

以下図面を参照して、本発明による回路基板を実施するための形態について説明する。なお、本発明による回路基板は、基板に取り付けられたバスバーのリード挿入孔を挿通する電子部品のリード及びバスバーのリード挿入孔の底部周辺が露出するように、基板に長穴の形状からなる穿孔部を有し、長穴の長手方向が半田ディップ時の基板の移動方向と平行となるように穿孔部を設けて、半田ディップ槽にて、バスバーと電子部品のリードとの半田付けを他の電子部品と同時に行うようにして、半田付け工程の効率化を図り、また、バスバーと電子部品のリードとの半田付け不良を防止して、半田接合の信頼性を向上させたものである。

図１は、本発明による回路基板の一部破断部分を含む斜視図であり、図２は、回路基板における基板の表面を示す図あり、図３は、穿孔部の形状を示す図であり、（ａ）は長穴の形状、（ｂ）は長方形の形状を示す図である。

［回路基板の概要］
図１に示す回路基板は、ユニット型電源装置等に用いられ、大電流を扱う電源回路として使用されるものである。図１に示すように、回路基板１は、基板２と基板２上に実装されている電子部品１０とバスバー１５、１８等から構成される。基板２は、絶縁部材としてのガラスエポキシ樹脂材等からなり、基板２の表面及び裏面には、配線パターン（図示せず）、スルーホール５（図２に示す）、ネジ止め用のホール４（図２に示す）、ランド（図示せず）、電子部品１０のリード１０ａとバスバーとを半田付けするための穿孔部３（図２に示す）等が設けられている。図１に示す回路基板１には、電子部品１０としてのダイオード１０と、ダイオード１０の背面のフレームに密着して設けられているバスバー１５と、ダイオード１０の下部から延びたリード１０ａと半田により接合しているバスバー１８が実装されている。また、ダイオード１０から発生する熱を放熱するための放熱器１２が、バスバー１５を介して設けられている。

バスバー１５、１８は、大電流を流すためのものであり、導電性部材で形成されている。バスバー１５は、ダイオード１０を取り付けるための貫通孔（図示せず）、バスバー１５自身を基板２にねじで固定するための孔（図示せず）が設けられている。ダイオード１０の上部には、放熱器１２に固定するための取付孔が設けられている。放熱器１２には、ダイオード１０を固定するためのねじ穴及び基板２に固定するためのねじ穴が設けられている。ダイオード１０の放熱器１２への固定は、ねじ２５をダイオード１０の取付孔、バスバー１５の貫通孔の順に挿通し、放熱器１２のねじ穴に挿入して行う。これにより、ダイオード１０は、バスバー１５を介して放熱器１２に固着される。ダイオード１０及びバスバー１５を取り付けた放熱器１２は、基板２の背面からねじにより基板に固定されている。

また、図１に示すように、バスバー１８は、半田接合により基板２に固定するための突起部１９と、電子部品１０のリード１０ａを挿通して半田接合するためのリード挿入孔２０と、リード１０ａを貫通させるための貫通孔２１と、基板２にねじで固定するための孔（ナット２６の下部のため図示せず）と、他の部材と接続するための接続部２３を有している。バスバー１８は、バスバー１８に設けた孔（固定後の部位として固定部２７）と基板２のホールとがねじ２５とナットによって、基板２に固定されている。また、バスバー１８の突起部１９と基板２のスルーホールとが半田接合されている。また、電子部品１０のリード１０ａは、バスバー１８のリード挿入孔２０で半田接合されおり、半田接合に関する詳細は、後述する。

このように、図１に示す回路基板１は、バスバー１５、１８及び電子部品１０としてのダイオード１０が実装されており、例えば、バスバー１５は、電源のＧＮＤ用ラインとし、バスバー１８をプラス電圧用のラインとして使用する。尚、図１に示す回路基板１には、ダイオード以外の電子部品も実装されているが、それらは省略しており、説明に必要な部品のみを記載している。また、バスバーに接続する電子部品は、ダイオード以外の電子部品であってもよい。尚、説明のため、バスバー１８は１８ａで破断して示している。

［回路基板の基板］
図２は、回路基板における基板の表面を示す図である。図２に示すように、基板２は、絶縁部材としてのガラスエポキシ樹脂材等からなり、基板２の表面には、配線パターン（図示せず）、スルーホール５、ホール４、ランド（図示せず）、電子部品１０のリード１０ａとバスバーとを半田付けするための穿孔部３が設けられている。基板２に設けたホール４は、バスバー１５、１８及び放熱器１２をねじで固定するためのものである（固定部２７）。また、基板２に設けたスルーホール５は、バスバー１８の突起部１９との半田接合により基板２に固定し、また、スルーホール５と導通しているランドとバスバー１８とを電気的に導通させるものである。更に、スルーホール５の内部の端面は、メッキ等が施されていることにより、スルーホール５とバスバー１８の突起部１９との半田接合を容易にし、また、スルーホール５と一体に形成されているランドに流れる電流容量を大きくすることができる。

［回路基板の穿孔部］
次に、基板に設けられた穿孔部について図３を用いて説明する。図３は、基板に設けられた穿孔部の形状を示す図であり、（ａ）は長穴の形状、（ｂ）は長方形をなす角穴の形状を示す。基板２の穿孔部３は、基板２を半田ディップする際に、電子部品１０のリード１０ａとバスバーのリード挿入孔２０とを半田接合するための孔であり、基板２を貫通して設けられている。また、穿孔部３は、電子部品のリード１０ａ及びリード挿入孔２０の底部周辺が露出するように設けられている。穿孔部３は、図３（ａ）に示す長穴３ａ又は図３（ｂ）に示す長方形をなす角穴３ｂの形状を成している。

図３（ａ）に示すように、長穴３ａは、その長手方向の両端部が、円弧又は半円に形成されている。また、円弧又は半円以外の長手方向の辺は直線的に形成されている。長穴３ａの大きさは、基板２の部品配置や配線パターン領域をなるべく減少しないように、リード１０ａ１本に対して、図３（ａ）に示すｃ（長手方向の長さ）は、実装する電子部品１０におけるリード１０ａの直径の２．５から３．５倍までが好適である。また、図３（ａ）に示す長穴３ａの幅ｄは、実装する電子部品１０におけるリード１０ａの直径の１．５から２．５倍までが好適である。

また、基板２の穿孔部３の形状は、長穴以外に長方形をなす角穴であってもよい。長方形をなす角穴３ｂの長辺の長さｅは、実装する電子部品１０におけるリード１０ａの直径の２．５から３．５倍までが好適である。また、図３（ｂ）に示す長方形をなす角穴３ｂの幅ｆは、電子実装する部品におけるリード１０ａの直径の１．５から２．５倍までが好適である。

尚、穿孔部３は、基板２の穿孔部３の長穴３ａの長手方向又は長方形をなす角穴３ｂの長辺が、半田ディップ時に、半田ディップ糟内の移動方向と平行となるように基板２に設ける。即ち、穿孔部３の長手方向の辺は、直線的に形成されている。

また、リード１０ａが、基板２の穿孔部３の長手方向に複数本配列されている場合には、穿孔部３における長手方向の長さを適宜決めるようにする。

また、図２に示すように基板２の複数の穿孔部３は、その長手方向が、図１に示すリード挿入孔２０が複数並ぶ方向と同一方向になるように設けられている。このように、基板２の穿孔部３を長穴又は長方形の形状とすることにより、大きな丸穴と比較して、基板上のパターン配線に使用できるエリアが増加し、パターン配線の引き回し等の制約が緩和される。

また、基板２の穿孔部３の長穴３ａの長手方向又は長方形をなす角穴の長辺が半田付け時に半田ディップ糟内の移動方向と平行となるように設けることにより、バスバーのリード挿入孔付近が均一に加熱されるため、リードを介して半田がリード挿入孔を上昇して均一に半田付けが行われる。

また、穿孔部をリードの断面形状に対応した丸穴よりも長穴又は長方形をなす角穴とすることによって、バスバーが大きく露出するため、バスバーに熱を与えることができ、均一な半田接合が可能となる。

［回路基板の半田付け］
次に、回路基板の半田付け工程について図４及び図５を用いて説明する。図４は、半田ディップ糟を上面視した図であり、半田ディップ工程での、基板に設けた長穴の方向に対する基板の移動方向を示す図である。尚、図４の基板上に点線で示す楕円の拡大図は、基板における穿孔部の長穴及びその並びを示す。図５は、基板の穿孔部におけるバスバーと電子部品のリードを示す一部断面を含む図であり、（ａ）は、半田接合前の状態を示し、（ｂ）は、半田接合後の状態を示す図である。

最初に、回路基板の半田付けを行う前に、ダイオード１０上部の取付孔とバスバー１５の貫通孔をねじで貫通して、放熱器１２に設けられているねじ穴により、ダイオード１０をバスバー１５及び放熱器１２に固定しておく。また、バスバー１８は、バスバー１８の孔（ナット２６の下部により図示せず）と基板２のホール４とをねじ２５とナット２６により固定しておく（固定部２７）。

その後、電子部品１０のリード１０ａをバスバー１５のリード挿入孔２０に挿入して、ねじで放熱器１２と基板２を固定する。また、バスバー１８の孔と基板２のホール４とをねじ止めして固定する。このとき、図５（ａ）に示すように、基板２の穿孔部３には、バスバー１８のリード挿入孔２０を挿通した電子部品のリード１０ａの先端部分が延出している。

図４に示すように、回路基板１の半田付けは、半田ディップ糟４０を使用する。半田付けを行う電子部品１０等を搭載した回路基板１を半田ディップ糟４０の上部に設定する。このとき、図４に示すように、基板２の穿孔部３の長穴３ａ（図４に点線で示す楕円の拡大図の内部に示す）又は長方形３ｂの長手方向が、半田ディップ糟４０内における基板２の移動方向（矢印で示す）と平行となるように設定する。基板２を設定後、半田ディップ糟４０の半田３０表面まで基板２を下降させて、その後、矢印で示す方向に基板２を所定の速度で移動させて半田付けを行う。尚、基板の移動速度は、例えば、毎分０．９メートルとし、半田ディップ時間は、最大６秒程度で半田付けを行うようにする。半田ディップ糟４０に所定の時間浸した後に、半田ディップ糟４０の半田３０表面から基板２を上昇させる。このとき、図５（ｂ）に示すように、回路基板１の穿孔部３に位置していたリード１０ａが、リード挿入孔２０で半田３０を介してバスバー１８と半田接合される。

このように、基板の穿孔部の長穴の長手方向又は長方形の長辺が半田付け時に半田ディップ糟内の基板の移動方向と平行になっているため、基板の移動方向と反対側のリードの面にも均等に半田が流れるため、半田の固まりが発生することがなく均一な半田接合が行える。

以上述べたように、本発明によれば、バスバーに直接電子部品を取り付け、バスバーを基板に取り付け後にディップ槽にて他の電子部品と同時に半田付けを行えるため、半田付け作業が効率化される。

また、電子部品のリード及びバスバーのリード挿入孔の底部周辺が露出するように基板上に長穴を設けているいため、手直し等による再半田付け、半田付けの修正が容易であり、また、目視による半田接合状態の確認も容易に行うことができる。

１回路基板
２基板
３穿孔部
３ａ長穴（穿孔部）
３ｂ角穴（穿孔部）
４ホール
５スルーホール
１０電子部品（ダイオード）
１０ａリード
１２放熱器
１５、１８バスバー
１８ａバスバーの破断部
１９突起部
２０リード挿入孔
２１貫通孔
２３接続部
２５ねじ
２６ナット
２７固定部
３０半田
４０半田ディップ糟

Claims

基板に少なくとも電子部品及びバスバーを実装した回路基板であって、前記基板に取り付けられたバスバーに設けられたリード挿入孔を挿通する電子部品のリード及び前記バスバーのリード挿入孔の底部周辺が露出するように、前記基板に長穴又は長方形をなす角穴形状の穿孔部を有し、当該穿孔部の長手方向の長さが前記リードの直径の２．５倍から３．５倍であることを特徴とする回路基板。
前記穿孔部は、当該穿孔部の長手方向が半田ディップ時の基板の移動方向と平行となる
ように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
前記基板の複数の穿孔部は、当該穿孔部の長手方向が、電子部品のリードを挿通する前記バスバーのリード挿入孔が複数並ぶ方向と同一方向になるように設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路基板。