JP5569820B2 - リフロー方式による半田付けにより基板上の回路パターンに端子台を電気的に接続する回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、端子台及びこれを備えた回路基板に関する。

基板上に形成された回路パターン部と電気部品とを電気的に接続するインターフェースとして、端子台が知られている。この端子台は、基板上に搭載して使用され、この端子台には、電気部品の端子が固定される。端子台は通常、基板上に半田付けされることによって搭載されている。

このような端子台の一例として、図６のものが知られている。図６は、従来の端子台及びこれを備えた回路基板の部分分解斜視図である。図６に示すように、従来の端子台及びこれを備えた回路基板１１は、基板１２と、基板１２の一方の主面１２ａ上に形成された回路パターン１３と、基板１２の主面１２ａ上に搭載され、回路パターン１３のランド１３ａに電気的に接続される導電性の端子台１４とを備えている。

図６に示すように、端子台１４は、電気部品の端子５を取り付けて、基板１２に形成された回路パターン１３のランド１３ａを端子５と電気的に接続するためのものである。端子５は、一端側に電線（図示せず）が固定され、他端側に固定ネジ６を挿入するための貫通孔５ａを有し、端子台１４も、固定ネジ６を挿入するためのタップ部１４ｃを有する。

従って、固定ネジ６を、端子５の貫通孔５ａ及び端子台１４のタップ部１４ｃのネジ挿入孔１４ｃ１に挿入して、内壁面１４ｃ２に係合させることにより、端子５が端子台１４を介して基板１２に接続され固定されるようになっている。尚、図６において、端子５及び固定ネジ６は、回路基板１１を構成するものではない。

端子台１４は、端子５が取り付けられる端子取付面１４ａ１を有する台座部１４ａと、台座部１４ａに対し台座部１４ａの端子取付面１４ａ１と反対側に延びる８本の固定用及び接続用のリード足１４ｆとを備えている。

そして、リード足１４ｆは接続用及び固定用に形成された基板１２のスルーホール１２ｂ内に挿入され、リード足１４ｆは、半田７によってスルーホール１２ｂ内で固定される。ここで、リード足１４ｆと回路パターン１３（ランド１３ａ）とは、半田７を介して導通が図られる。

半田付けは、基板１２の底面側（主面１２ａとは反対の面）から半田７を供給して行うフロー方式により行われている。フロー方式による半田付けは、半田ディップ槽に溶かしておいた半田の表層に基板１２の底面側を浸すことによって、基板１２のスルーホール１２ｂを通じて半田７が供給されて、スルーホール１２ｂの内部のリード足１４ｆを半田付けするものである。

実公昭５４−１４９６４８号公報

しかしながら、従来の端子台及びこれを備えた回路基板は、前述の如くフロー方式によって半田付けを行うものである。即ち、半田ディップ槽に溶かしておいた半田の表層に基板１２の底面側を浸すことによって、基板１２の底面側から半田７を供給してスルーホール１２ｂの内部のリード足１４ｆを半田付けするため、概して半田上がりが困難であり、半田上がりの確認及び半田付けの修正が必要となる場合があり、工数が増え、歩留まりが低下する可能性があった。

また、近年使用されている鉛フリー半田においては、その融点が鉛を使用した半田に比較して高いため、基板のスルーホール内の半田の上昇（半田上がり）がさらに悪化する可能性がある。

また、従来の端子台は、リード足を備えるディスクリート部品となっているため、基板のスルーホールへのリード足の挿入、フロー方式による半田付け、半田上がりの確認等の実装工数がかかり、実装工数の低減が求められている。

また、端子台が電源装置の出力部に使用され、外部装置への電源を供給する場合、端子台には高電圧・大電流に対応する必要がある。従来の端子台のような、リード足と、基板のスルーホールとが半田で固定される構成の場合、端子台のリード足と基板のランドとの半田を介した接触面積（導通面積）が比較的に小さいことから、大電流が流れた場合、不必要な電力損失（パターンロス）及びそれに伴う発熱が発生してしまう可能性があった。

また、電子機器の小型化が進む現代においては、端子台であっても、さらなる小型化、低背化が求められており、特に、端子台については、端子台上に固定ネジを介して圧着端子等の端子が装着され、さらにはその上方にカバー等が配される点を考慮すると、可能な限り低背型の端子台及びこれを備えた回路基板が求められている。

さらに、図６に示すような従来の端子台１４では、当該端子台１４を介して端子５がネジ固定される。このため、ネジ締めする際に端子台１４に作用する回転トルクによる荷重が、基板１２とリード足１４ｆとの接続部である半田（図６において図示せず）にかかり、半田にストレスが残留する。

この場合、温度変化の激しい環境下で使用される場合、熱衝撃を繰り返す内に半田にクラックが生じる可能性がある。特に、図６では、回路基板１１における回路パターン１３（ランド１３ａ）とリード足１４ｆとが半田を介して接触しているため、半田にクラックが発生することにより、最終的には電気的接続が損なわれて機能が停止するという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板のランドに対して、板状体の端子台を面接触で固定する面実装端子台及びこれを備えた回路基板を実現するものである。即ち、リフロー方式による半田付けを可能として歩留まりの向上を図るとともに、リード足を有しないことから実装工数の低減を図り、また、基板のランドとの面接触により大電流にも対応したパターンロスを低減が可能であり、さらには、低背型の端子台を実現するとともに、端子台に位置決め用の凸部を設けたことから、半田にかかるストレスを軽減させて半田クラックの発生を防止した端子台及びこれを備えた回路基板を提供することを目的とするものである。

上記目標達成のため、本発明は、リフロー方式による半田付けにより基板上の回路パターンに端子台を電気的に接続する回路基板であって、前記回路基板は、主面上に前記回路パターンを有する基板と、前記回路パターンのランド上に接合されて電気的に接続される導電性を有する板状の端子台とを備え、前記端子台は、端子が取り付けられる端子取付面を有する平面部と、複数の凸部が設けられ、かつ前記平面部の反対側に位置する底面部を備え、前記ランドは、前記端子台との接触面積を確保するように前記端子台の形状に対応して形成され、前記基板に設けられた凹部に、前記複数の凸部を嵌合することにより、前記底面部と前記回路パターンとが半田を介して面接触により接合して導通することを特徴とする。

また、本発明は、前記底面部から突出し、かつ、前記端子を固定するための固定ネジを前記平面部から挿入可能なネジ挿入孔を有するタップ部を備えることを特徴とする。

また、本発明の前記タップ部は、前記タップ部の外径よりも大きい前記基板に設けられた開口部内に挿入されることを特徴とする。

また、本発明の前記凸部は、前記底面部の端部近傍において、底面部の中心部を挟んで対向するように配されることを特徴とする。

また、本発明の前記端子台は、前記平面部から底面部まで貫通した孔及び／又は切り欠きにより、前記回路パターンと前記端子台の間に介された半田の状況を確認可能であることを特徴とする。

本発明の端子台及びこれを備えた回路基板によれば、半田付けにあたって、基板の底面側から半田を供給するフロー方式を採用する必要がなく、リフロー方式による半田付けが可能である。即ち、基板上に端子台を実装する際、端子台をマウンターによって自動実装可能であり、予め半田ペーストを塗布した基板上に端子台を載せ、水平搬送式の連続炉で半田接合を一括して行うことができる。

そのため、従来のリード足を有するディスクリート部品としての端子台に比較して、実装工程を大幅に削減することができる。そればかりか、従来の半田上がりの不良による歩留まりの低下や、半田上がりの確認及び半田付けの修正が必要となる場合を低減できるため、工数を削減し、スループットの向上が可能である。

また、リフロー方式による半田付けであることから、ディスクリート部品の半田付けであるフロー方式に比べて半田上がりが改善され、歩留まりが向上する。

また、端子台が電源装置の出力部に使用され、外部装置への電源を供給する場合であっても、本発明に係る端子台は、面実装端子台であって、端子台と基板のランドとが半田を介して面接触することから、その接触面積（導通面積）が大きく、電流容量が大きいことから、大電流が流れる場合であっても、不必要な電力損失（パターンロス）及びそれに伴う発熱も発生せず、高電圧・大電流に対応した、電源装置の出力部にも使用可能な端子台及びこれを備えた回路基板を提供可能である。

また、本発明に係る端子台は、面実装端子台であって、板状に形成され、基板に貼り付けるように実装されることから、低背型の端子台及びこれを備えた回路基板を実現するものであり、端子台上に固定ネジを介して圧着端子等の端子を装着、さらにはその上方にカバー等が装着しても、従来の端子台に端子等を装着した場合に比して低背化を実現できる。

また、本発明に係る端子台は、基板上のランドと端子台の半田付けの状態を確認するための確認孔を備えるため、ランドと端子台との半田を介した接合が良好な場合、半田フィレットが発生し、その発生により半田が溶融したことが容易に確認できる。

さらに、端子台の底面部に位置決め用の凸部を設けたことから、基板の凹部との嵌合により、端子台の位置決めがなされる。そのため、端子台を介して端子がネジ固定される場合、ネジ締めによって端子台に作用する回転トルクにより、半田に残留する荷重ストレスを軽減し、半田クラックの発生を防止可能であり、電気的接続が損なわれるようなことがない。

この場合、凸部は、端子台の底面部の端部側に配置されることにより、ネジ締めによる回転トルクによって、端子台の中心部を介して対向する凸部に挟まれた領域に位置する半田への荷重ストレスの残留をさらに防止可能である。

本発明に係る回路基板の実施形態を示す部分斜視図である。 図１の回路基板を示す分解斜視図である。 図１の端子台を示す下方斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 従来の端子台及びこれを備えた回路基板の部分分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図５を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る回路基板の実施形態を示す部分斜視図である。図２は、図１の回路基板を示す分解斜視図である。図３は、図１の端子台を示す下方斜視図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。本発明の実施形態において、前述の背景技術と同様な部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

尚、本発明に係る端子台及びこれを備えた回路基板は、基板上に設けられる回路パターンに電気的に接続される端子台が、導電性素材により板状に形成されたことにより、面実装端子として機能し、端子台と基板の回路パターン（ランド）とが面接触で半田を介して導通することにより、種々の効果を奏するものである。

［本実施形態に係る端子台及びこれを備えた回路基板の構成概要］
図１及び図２に示すように、本実施形態の回路基板１は、基板２と、基板１の一方の主面２ａ上に形成された回路パターン３と、基板２の主面２ａ上に搭載され、回路パターン部３のランド３ａ上に搭載（接合）され、電気的に接続される導電性で板状の端子台４とを備えている。

図２に示すように、端子台４は、電気部品の端子５を取り付けて、基板２に形成された回路パターン部３のランド３ａを端子５と電気的に接続するためのものである。端子５は、一端側に電線（図示せず）が固定され、他端側に固定ネジ６を挿入するための貫通穴５ａを有し、端子台４も、固定ネジ６を挿入するためのネジ挿入孔４ｃ１を有する。

従って、固定ネジ６を、端子５の貫通穴５ａ及び端子台４のネジ挿入孔４ｃ１に螺合させることにより、端子５が端子台４を介して基板２に接続され固定されるようになっている。尚、図２において、端子５及び固定ネジ６は、回路基板１を構成するものではない。端子５のような圧着端子ではなく、端子５に代えて、電源用ライン等に使用され、大電流に対応するバスバーを端子台４に固定することも可能である。

［端子台の構成］
図１乃至図３に示すように、端子台４は、銅等の導電性素材で構成され、全体形状が略矩形の板状に構成されている。端子台４は基板２のランド３ａ上に搭載（接合）されることとなるが、端子台４の基板への接合面を底面部４ｂ、端子台４の接合面とは反対の面を平面部４ａとする。本実施形態においては、端子台４の中心部Ｃ（図１参照）を囲む様に計４つの孔が形成されており、各々の孔は平面部４ａ側から底面部４ｂ側へと貫通している。

中心部Ｃを挟んで対向する一対の孔は、タップが立てられた内壁面４ｃ２によって形成されるネジ挿入孔４ｃ１であり、端子５を固定するための固定ネジ６の雄ネジ部が螺合するものである。ネジ挿入孔４ｃ１は、固定ネジ６との螺合強度を確保するため、図３及び図４に示すように、底面部４ｂ側に円筒状に突出するタップ部４ｃを設けて、雌ネジが切られた内壁面４ｃ２の面積を増やすことが可能である。

中心部Ｃを挟んで対向する他の一対の孔は、基板２上のランド３ａと端子台４の半田付けの状態を確認するための確認孔４ｄである。ランド３ａと端子台４との半田７を介した接合が良好な場合、図５に示すように半田フィレット７ａが発生する。即ち、確認孔４ｄの底部におけるランドとの３ａとの半田７を介した接触面に溶融半田の表面張力によって半田フィレット７ａが発生し、この半田フィレット７ａの発生により半田７が溶融したことが確認され、良好な半田付けがなされたことが容易に確認される。

尚、確認孔４ｄは、周囲が閉塞された孔となっているが、端子台４の側面部から伸びる切り欠き形状でも半田フィレット７ａが発生するため、切り欠き形状とすることも可能である。

図３に示すように、端子台４の底面部４ｂにおいては、端子台４の中心部Ｃを挟んで対向し、かつ、矩形板状体の端子台４の角部近傍に位置決め用の凸部４ｅが配されている。凸部４ｅは、本実施の形態においては円柱状に構成され、基板２の主面に設けられた凹部２ｂに嵌合するものである。

凸部４ｅは、基板２に対する端子台４の位置決めを行うと共に、凹部２ｂとの嵌合によって、端子台４を介して端子５がネジ固定される場合における、端子台４に作用するネジ締めによる回転トルクにより半田７に加わる荷重ストレスが軽減され、半田クラックの発生を防止するものである。また、凸部４ｅは、端子台４の位置決め及び半田７に加わる荷重ストレスを軽減させるために、単数ではなく、複数存在することが必要である。

また、凸部４ｅは、端子台４の底面部４ｂの端部側に配置することにより、ネジ締めによる回転トルクによって、中心部Ｃを介して対向する凸部４ｅに挟まれた領域Ｒ（図３の一点鎖線内）に位置する半田７への荷重ストレスの残留をさらに防止可能である。

［基板の構成］
図１及び図２に示すように、基板２は絶縁部材としての硝子エポキシ樹脂材等からなり、基板２の表面に、銅箔等の導電体からなる回路パターン３を備え、回路パターン３のランド３ａ上において端子台４と半田７で接合されるものである。

図２、図４及び図５に示すように、ランド３ａは、端子台４の形状に対応して大型に形成され、端子台４との接触面積（導通面積）を確保するものである。そのため、電流容量が大きく、大電流が流れる場合であっても、不必要な電力損失（パターンロス）及びそれに伴う発熱も発生せず、高電圧・大電流に対応した電源装置の出力部にも使用可能である。

また、基板２には、端子台４の形状に対応した加工が施されている。即ち、図２及び図５に示すように、端子台４の底面部４ｂ側に配された凸部４ｅに対応して、凹部２ｂが形成されている。凸部４ｅは、凹部２ｂと嵌合して、端子台４の位置決め固定を行うためのものであり、そのため、凹部２ｂの形状は、凸部４ｅと嵌合うように形成される（図５参照）。尚、凹部２ｂは、凸部４ｅと嵌合可能であれば、基板を貫通する必要はない。

また、図２及び図４に示すように、本実施形態のように、端子台４の底面部４ｂ側に円筒状のタップ部４ｃが突出する場合、同様に対応して基板２側にも開口部２ｃが形成される。タップ部４ｃは、雌ネジが切られた内壁面４ｃ２を形成するにあたって、タップ加工を行うが、タップを立てることにより、タップ部４ｃの先端部４ｃ３（図３及び図４参照）にバリの発生も想定される。

そのため、タップ部４ｃとは別に位置決め用の凸部４ｅを設けることにより、凸部４ｅにおいて位置決めを行い、タップ部４ｃは、基板２と間隙８を意図的に設けてタップを立てた場合のバリ等が基板２に干渉してしまうことを防止可能である。そのため、本実施形態においては、タップ部４ｃの外径よりも、基板２の開口部２ｃの内径が大きく形成されている。

また、タップ部４ｃの他に位置決め用の凸部４ｅを設ける場合、タップ部４ｃは、端子５の装着を考慮すると、端子台４の中よりの位置に形成される必要がある。タップ部４ｃとは別に位置決め用の凸部４ｅが設けられることにより、即ち、凸部４ｅを、端子台４の底面部４ｂの端部側に配置することにより、ネジ締めによる回転トルクによって、中心部Ｃを介して対向する凸部４ｅに挟まれた領域Ｒ（図３の一点鎖線内）に位置する半田７への荷重ストレスの残留を防止可能となる。

一方、タップ部４ｃの加工精度が高い場合は、タップ部４ｃの他に位置決め用の凸部４ｅを別個に設けることなく、タップ部４ｃ自体を位置決め用の凸部４ｅとして使用可能である。

尚、本実施形態においては、ルーター加工の容易性から、凹部２ｂと開口部２ｃとは連続して設けられているが、当然、連続していない互いに各々が周囲を閉塞された、凹部２ｂと開口部２ｃとが連続していない構成でもよい。

［端子台の基板への固定］
端子台４の基板２への固定方法を説明するに、まず、ディスペンサによって、基板２のランド３ａ上に予め半田ペーストを塗布する。

次に、基板２上へ端子台４を載置する。端子台４は図１からも明らかなように、端子台４の中心部Ｃを囲むようにネジ挿入孔４ｃ１及び確認孔４ｄが設けられており、当該中心部Ｃには特段の構成要素も配されていない。これにより、中心部Ｃをマウンターのマウンタヘッドにより真空吸着等することによって、端子台４を基板２のランド３ａ上へマウンターでの自動実装が可能となる。

その後、水平搬送式の連続炉により、基板２のランド３ａと端子台４の底面部４ｂとの間に存在する半田ペーストを溶融させ、半田接合を一括して行い。端子台４の基板２への半田接合が完了する。

１ 回路基板
２ 基板
２ａ 主面
２ｂ 凹部
２ｂ１ 内壁面
２ｃ 開口部
２ｃ１ 内壁面
３ 回路パターン
３ａ ランド
４ 端子台
４ａ 平面部
４ｂ 底面部
４ｃ タップ部
４ｃ１ ネジ挿入孔
４ｃ２ 内壁面
４ｃ３ 先端部
４ｄ 確認孔
４ｅ 凸部
５ 端子
５ａ 貫通孔
６ 固定ネジ
７ 半田
７ａ 半田フィレット
８ 間隙
１１ 回路基板
１２ 基板
１２ａ 主面
１２ｂ スルーホール
１３ 回路パターン
１３ａ ランド
１４ 端子台
１４ａ 台座部
１４ａ１ 端子取付面
１４ｃ タップ部
１４ｃ１ ネジ挿入孔
１４ｃ２ 内壁面
１４ｆ リード足

Claims (5)

1. リフロー方式による半田付けにより基板上の回路パターンに端子台を電気的に接続する回路基板であって、
   前記回路基板は、
   主面上に前記回路パターンを有する基板と、
   前記回路パターンのランド上に接合されて電気的に接続される導電性を有する板状の端子台とを備え、
   前記端子台は、
   端子が取り付けられる端子取付面を有する平面部と、
   複数の凸部が設けられ、かつ前記平面部の反対側に位置する底面部を備え、
   前記ランドは、前記端子台との接触面積を確保するように前記端子台の形状に対応して形成され、
   前記基板に設けられた凹部に、前記複数の凸部を嵌合することにより、前記底面部と前記回路パターンとが半田を介して面接触により接合して導通することを特徴とする回路基板。
2. 前記底面部から突出し、かつ、前記端子を固定するための固定ネジを前記平面部から挿入可能なネジ挿入孔を有するタップ部を備えることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
3. 前記タップ部は、前記タップ部の外径よりも大きい前記基板に設けられた開口部内に挿入されることを特徴とする請求項２記載の回路基板。
4. 前記凸部は、前記底面部の端部近傍において、底面部の中心部を挟んで対向するように配されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に載の回路基板。
5. 前記端子台は、前記平面部から底面部まで貫通した孔及び／又は切り欠きにより、前記回路パターンと前記端子台の間に介された半田の状況を確認可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載の回路基板。

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