JP2011222826A

JP2011222826A - プリント基板間の接続構造

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Publication number: JP2011222826A
Application number: JP2010091511A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Minamiura; 達矢南浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】コネクタ類を用いずに複数のプリント基板を電気的、機械的に接続するとともに、接続部のハンダクラックやパターン剥がれを生じることのないプリント基板間の接続構造を得る。
【解決手段】第１のプリント基板は、絶縁板と、第２のプリント基板側の各接続電極と一対一にて接続するために形成されたランドと、基板部分を貫通するめっきスルーホールと、を備え、第２のプリント基板は、絶縁板と、接続電極を有した該絶縁板の一端縁に突設された接栓端子部を備え、接栓端子部は、側面にめっきが施されるとともに、めっきスルーホール内に嵌合可能であり且つ第１のプリント基板の厚みを越えた突出長を有する突起と、嵌合時に第１のプリント基板の下面側のランドとハンダ接続可能な位置関係を有する接続電極とからなり、めっきスルーホール内に接栓端子部を嵌合し、且つ下面側のランドと接続電極パターンとをハンダ接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、コネクタ類を用いずに複数のプリント基板を電気的、機械的に接続するプリント基板間の接続構造に関するものである。

従来のプリント基板間の接続構造として、プリント基板間の接続にコネクタ類を用いたものがあった。図９にプリント基板間の接続にコネクタ類を用いた例を示す。図９（ａ）において、第１のプリント基板３０には複数個のスルーホール３１が設けられる。一方、第２のプリント基板３２にはピンヘッダ３３、３４が装着され、第１のプリント基板３０に対し第２のプリント基板３２が垂直状態に装着される。第２のプリント基板３２に装着されたピンヘッダ３３、３４のピンは第２のプリント基板３２に設けられたスルーホールに、さらにピンヘッダ３３、３４のピンは第１のプリント基板３０のスルーホール３１に挿入される。

プリント基板間の接続にコネクタ類を用いる一例として極数の少ないピンヘッダを使用する場合、一方のプリント基板ヘピンヘッダを実装する際の位置ズレが大きくなる。一対のプリント基板間にこのようなピンヘッダが複数存在する場合には、図９（ｂ）に示すように、ズレを修正しないと他方のプリント基板に物理的に接続できない可能性がある。
このような現象を解決するためには、ピンヘッダのハンダ付け時にピンヘッダの位置固定用の治具を必要とする。または、図９（ｃ）に示すように、多極のピンヘッダ３５を用い、一部のピンを切断する、または抜きピン処理などの加工を必要とする。

近年の電子機器は小型化の意向が強く、主要構成部品となるプリント基板は従来の単純な長方形型とは程遠いまでに形状が複雑になり、１つの製品に使用されるプリント基板は小型化、複数枚化が進んでいる。また、低コスト化や環境問題の観点から使用部材の削減にも期待が寄せられている。

複数のプリント基板が使用される環境では、当然プリント基板間を電気的、機械的に接続することが必要となり、従来はコネクタ類による接続が一般的であった。
近年、電子部品は価格が非常に安価となっているが、機構部品であるコネクタ類は、電子部品に比べまだまだ高価であり、製品コストに占める割合が高い。
また、コネクタ類を用いてプリント基板間を接続する場合は、使用するコネクタによって接続するプリント基板間の交差角度が制限されるため、任意の角度で電気的、機械的に接続することが難しい。

そこで、コネクタ類を用いずにプリント基板間を接続する方法が提案されている。その方法では、絶縁板と、上下一対のランドと、その上下一対のランドを含む基板部分を貫通する貫通孔と、を備える第１のプリント基板と、絶縁板と、該絶縁板の一端縁に突設されるとともに貫通孔内に嵌合可能な突起およびその突起の少なくとも一面側に設けられて嵌合時に第１のプリント基板の下面に形成されたランドとハンダ接続可能な位置関係を有した接続電極パターンとからなる少なくとも一つの接栓端子部と、を備える第２のプリント基板とを用いる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５７４６５号公報

コネクタ類を用いて接続する場合、接続される２つまたはそれ以上のプリント基板間に加わる外力をコネクタ類が吸収するため接続部のハンダやパターン、ランドに加わる力は軽減される。
しかし、特許文献１に記載の方法では、接続したプリント基板間に加わる外力の殆どが接続部のハンダやパターン、ランドに加わるため、接続部のハンダクラックやパターン剥がれを生じやすく信頼性に欠けるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コネクタ類を用いずに複数のプリント基板を電気的、機械的に接続するとともに、接続部のハンダクラックやパターン剥がれを生じることのないプリント基板間の接続構造を得ることを目的とする。

この発明に係るプリント基板間の接続構造は、第１のプリント基板に対して第２のプリント基板を所定の交差角度で交差するように電気的および機械的に接続するためのプリント基板間の接続構造において、上記第１のプリント基板は、絶縁板と、上記第２のプリント基板側の各接続電極と一対一にて接続するために該絶縁板の両面または片面に形成されたランドと、該ランドを含む基板部分を貫通するめっきスルーホールと、を備え、上記第２のプリント基板は、絶縁板と、上記第１のプリント基板と接続される接続電極を有した該絶縁板の一端縁に突設された少なくとも一つの接栓端子部を備え、上記接栓端子部は、側面にめっきが施されるとともに、上記めっきスルーホール内に嵌合可能であり且つ上記第１のプリント基板の厚みを越えた突出長を有する突起と、嵌合時に上記第１のプリント基板の下面側の上記ランドとハンダ接続可能な位置関係を有する上記接続電極とからなり、上記めっきスルーホール内に上記接栓端子部を嵌合し、且つ上記下面側のランドと上記接続電極パターンとをハンダ接続する。

この発明に係るプリント基板間の接続構造は、一方のプリント基板を他方のプリント基板に挿入するとともにハンダ付けして接続するため、コネクタ類を用いずに複数のプリント基板を接続できるとともに、接続に関わる応力が接続部のハンダやパターンのみでなく、プリント基板の絶縁材へより分散されるので、接続部のハンダクラックやパターン剥がれを生じることなく電気的および機械的に接続できるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続する前の様子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続する途中の様子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続した後の様子を示す平面図である。この発明の実施の形態２に係る２枚のプリント基板を接続する前の様子を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係る２枚のプリント基板を接続する途中の様子を示す斜視図である。図５の平面図である。この発明の実施の形態３に係る２枚のプリント基板を交差角度８０度に交差させて接続する途中の様子を示す斜視図である。接栓端子部の側面にめっきを施すための工程を示す。コネクタ類を用いて２枚のプリント基板を接続する様子を示す斜視図である。

以下、本発明のプリント基板間の接続構造の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続する前の様子を示す斜視図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続する途中の様子を示す斜視図である。図３は、この発明の実施の形態１に係る２枚のプリント基板を接続した後の様子を示す平面図である。
この発明の実施の形態１に係るプリント基板間の接続構造は、交差角度が９０度になるよう２枚のプリント基板を電気的および機械的に接続したときの構造である。

第１のプリント基板１は、絶縁板２からなり、絶縁板２の所定の位置に形成された３つのめっきスルーホール４と、絶縁板２のめっきスルーホール４の外周縁部に形成されたランド３と、が設けられている。めっきスルーホール４は、絶縁板２の所定の位置を貫通する角穴または略小判型穴と、その角穴または略小判型穴の内側面を被覆するめっきと、を有する。ランド３には第１のプリント基板１の配線が接続されている。

第２のプリント基板５は、絶縁板６からなり、その絶縁板６の一端縁から板面方向に突設された３つの接栓端子部１２が設けられている。接栓端子部１２は、絶縁板６の一端縁から板面方向に外側に突き出た３つの突起と、第２のプリント基板５の配線から延びる接続電極７と、突起の第２のプリント基板５の厚み方向に対する外面に施されためっき８と、からなる。
各突起は、各めっきスルーホール４と一対一の位置関係が成り立っている。そして、突起の断面はめっきスルーホール４の角穴または略小判型穴より僅かに小さく、接栓端子部１２をめっきスルーホール４に嵌め込むことができる。また、突起の突出長は、第１のプリント基板１の板厚よりも長く、突起をめっきスルーホール４に嵌め込むと、図２に示すように、突起の先端部が第１のプリント基板１から突き出ている。
なお、上述の第２のプリント基板５には３つの接栓端子部１２を、第１のプリント基板１には３つのめっきスルーホール４を設けたが、接栓端子部１２とめっきスルーホール４の数はこれに限るものではない。また、接続電極７は例として外層に設けたが、多層基板の内層に設けても良い。

第１のプリント基板１に設けた各めっきスルーホール４内に、第２のプリント基板５に設けた各接栓端子部１２をそれぞれ嵌合してから第１のプリント基板１の下面側のランド３と突起の外面に施されためっき８とをハンダ１３によりハンダ接続し、図３に示したように、第１のプリント基板１と第２のプリント基板５とを、交差角度９０度で交差させた状態で、電気的および機械的に接続することができる。

第１のプリント基板１に形成されたランド３を、めっきスルーホール４の外周縁部を含有するような円環などの形状とすることで、第１のプリント基板１と第２のプリント基板５の接続形態は、一般的なラジアル部品の取付と同等となる。つまり、一般的なラジアル部品のリード線をめっきスルーホールに挿入するのと同様に、第２のプリント基板５の接栓端子部をめっきスルーホール４に挿入し、一般的なラジアル部品のリード線とめっきスルーホールとの間をフローハンダ付けするのと同様に、突起の外面に施されためっき８とめっきスルーホール４およびランド３との間をフローハンダ付けすることにより、第１のプリント基板１と第２のプリント基板５との間を機械的に強固に接続することができる。

特に、突起の側面に一周に渡ってめっき８が形成され、且つ突起の先端面にめっき８が形成されているので、突起がめっきスルーホール４との間でハンダにより強固に接続される。

なお、第１のプリント基板１に形成されたランド３およびめっきスルーホール４と第２のプリント基板５に突設された突起に形成された接続電極７および突起の外面に施されためっき８とは、これらを流れる電流容量に応じて寸法を設定する。

この発明の実施の形態１に係るプリント基板間の接続構造は、コネクタ類を用いずに済み、プリント基板の絶縁体全体で相互に加わる応力を受けるので、基板接続部のハンダクラックやパターン剥がれを生じることがないという効果を奏する。
また、ハンダ付け方法も作業効率の劣る手ハンダ作業ではなく、生産性、信頼性の高いフロー実装が可能となる。
また、コネクタ相当のコストを抑えることができる。
なお、手ハンダ作業やスポットソルダーなどによるハンダ付けを用いても良い。

また、基板接続部の相対精度は、プリント基板の製造精度相当となる為、プリント基板間の接続構造が物理的に接続不可となることは考えにくい。従って、コネクタ類を用いた接続時に生じる可能性のある物理的に接続不可となる事例を生じにくく、生産性を向上させることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る２枚のプリント基板を接続する前の様子を示す斜視図である。図５は、この発明の実施の形態２に係る２枚のプリント基板を接続する途中の様子を示す斜視図である。図６は、図５の平面図である。
この発明の実施の形態２に係るプリント基板間の接続構造は、この発明の実施の形態１に係るプリント基板間の接続構造と接栓端子部１２Ｂが異なり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
この発明の実施の形態２に係る接栓端子部１２Ｂは、この発明の実施の形態１に係る接栓端子部１２にめっきスルーホール１６を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。

接栓端子部１２Ｂは、絶縁板６の一端縁から面方向に外側に突き出た突起と、第２のプリント基板５の配線から延びる接続電極７と、突起の第２のプリント基板５の厚み方向に対する外面に施されためっき８と、突起を板厚方向に貫通するめっきスルーホール１６と、からなる。なお、３つの接栓端子部１２Ｂのうち２つの接栓端子部１２Ｂにはそれぞれ２つのめっきスルーホール１６を、残りの接栓端子部１２Ｂには４つのめっきスルーホール１６を設けたが、設けるめっきスルーホール１６の数はこれに限るものではない。また、実施の形態１と同様に接続電極７は多層基板の内層に形成しても良い。

第２のプリント基板５に設けられた接栓端子部１２Ｂにめっきスルーホール１６を追加することで、フロー実装時のハンダ量及び接続表面積を増やす。接栓端子部１２Ｂに設けるめっきスルーホール１６は、図６（ａ）と図６（ｂ）に示すように、めっきスルーホール４に接栓端子部１２Ｂを嵌合時に第１のプリント基板１の下面側板面とめっきスルーホール１６の中心が一致する位置に設けることでよりハンダ接続強度を増すことができる。
めっきスルーホール１６は接栓端子部１２Ｂに設けられた穴の内部にめっきが施されたものである。めっきスルーホールとはプリント基板にラジアル部品などのリードをハンダ付けするために設けられるものであり、プリント基板の層間を電気的に接続するために設けられるバイヤホールとは同形状となる。従って、めっきスルーホール１６はバイヤホールであっても同等の効果を得ることができる。
図６（ｂ）には最良の形態としてめっきスルーホールの位置を示したが、これに限らずとも、接栓端子部１２Ｂにめっきスルーホ−ル１６を設けることで、従来よりも接続強度を増やすことができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る２枚のプリント基板を交差角度８０度に交差させて接続する途中の様子を示す斜視図である。
上述のこの発明の実施の形態１、２に係るプリント基板間の接続構造は、図２に示すように、公差角度９０度になるよう２枚のプリント基板を直交させて接続させるときの構造であるが、この発明の実施の形態３に係るプリント基板間の接続構造は、図７に示すように、公差角度を９０度ではなく、任意の角度、例えば８０度になるよう２枚のプリント基板を接続させるときの構造である。

この発明の実施の形態１〜３に係るプリント基板間の接続構造を実現するためには、第２のプリント基板５の接栓端子部１２Ｂの側面にめっき８を施す必要がある。そして、従来のプリント基板の製造工程の最終段階で行っていた外形加工工程を２工程に分離することで容易に接栓端子部１２Ｂの側面にめっき８を施すことが可能となる。
従来のプリント基板の製造工程は、大まかに内層生成工程、積層工程、穴加工工程、めっき工程、外層パターン作成工程、ソルダレジスト形成工程の順に最後に外形加工を行う。しかし、接栓端子部１２Ｂの側面にめっき８を施すために接栓端子部１２Ｂの突起に加工する外形加工を穴加工工程で行うことで、他の工程は従来と同じくして接栓端子部１２Ｂの側面にめっき８を施すことが可能となる。

図８は、接栓端子部１２Ｂの側面にめっき８を施すための工程を示す。
バイヤホールやめっきスルーホール用の穴加工工程において、図８（ａ）に示すように、穴２１Ａの加工と一緒に突起２２を残すように外形を加工する。その後、めっき工程において、穴２１Ａの内側面にめっきを被覆すると同時に突起２２の端面および側面を含む表面全体にめっき８を被覆する。次に、外層パターン作成工程において、めっきスルーホール２１Ｂの内側面のめっき８および突起２２の端面および側面のめっき８や接続電極７が残るように外層パターンを作成する。次に、ソルダレジスト形成工程において、図８（ｂ）に示すように、突起２２の端面および側面のめっき８を残して他の部分にソルダレジスト２３を形成する。最後に外形加工工程において、図８（ｃ）に示すように、外形加工する。

外形加工によりめっき部分と接合する箇所では周辺のめっきが剥がれてしまうため、この点を考慮してどの範囲を穴加工工程で処理するか検討する必要がある。
外形加工をルータで行う場合、加工開始点をめっき部分側とすると、周辺のめっきがより多く剥がれ、またルータの刃の消耗も早くなることから、めっき側を加工終了点とする。
外形加工を金型で行う場合、図８（ａ）に示す形状加工用と、図８（ｃ）に示す加工用に２種類金型を用いるか、いずれか一方をルータで加工し、他方を金型で加工するなどの方法がある。金型での加工は、ルータに比べて加工時間が短く、加エコストの削減が期待できるが、プリント基板の加工面が凸凹になり切り屑などの発生も多いことから、図８（ａ）の形状加工用には加工面が滑らかで切り屑などの発生も少ないルータを、図８（ｃ）の形状加工用には加工コストの安価な金型を用いることが生産性に富む。

上述の実施の形態１〜３に係るプリント基板間の接続構造は、コネクタ類を用いずに複数のプリント基板間を電気的および機械的に接続するための構造であるが、本発明はプリント基板間を機械的にのみ接続するための構造としても用いることができる。

本発明は、特に電源装置、インバータ機器、サーボ機器などの大電流を取り扱う装置に有用なプリント基板間の接続構造であり、従来のようにコネクタを用いる必要がないことから、コネクタ相当分のコスト削減に有効である。

１第１のプリント基板、２絶縁板、３ランド、４スルーホール、５第２のプリント基板、６絶縁板、７接続電極、８めっき、１２、１２B 接栓端子部、１３ハンダ、１６めっきスルーホール、２１Ａ穴、２１Ｂめっきスルーホール、２２突起、２３ソルダレジスト、３０第１のプリント基板、３１めっきスルーホール、３２第２のプリント基板、３３、３４、３５ピンヘッダ。

Claims

第１のプリント基板に対して第２のプリント基板を所定の交差角度で交差するように電気的および機械的に接続するためのプリント基板間の接続構造において、
上記第１のプリント基板は、絶縁板と、上記第２のプリント基板側の各接続電極と一対一にて接続するために該絶縁板の両面または片面に形成されたランドと、該ランドを含む基板部分を貫通するめっきスルーホールと、を備え、
上記第２のプリント基板は、絶縁板と、上記第１のプリント基板と接続される接続電極を有した該絶縁板の一端縁に突設された少なくとも一つの接栓端子部を有し、
上記接栓端子部は、側面にめっきが施されるとともに、上記めっきスルーホール内に嵌合可能であり且つ上記第１のプリント基板の厚みを越えた突出長を有する突起と、嵌合時に上記第１のプリント基板の下面側の上記ランドとハンダ接続可能な位置関係を有する上記接続電極とからなり、
上記めっきスルーホール内に上記接栓端子部を嵌合し、且つ上記下面側のランドと上記接続電極パターンとをハンダ接続することを特徴とするプリント基板間の接続構造。
上記接栓端子部は、めっきスルーホールを有することを特徴とする請求項１に記載のプリント基板間の接続構造。