JP3894031B2 - カード型携帯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパソコンやデジタルカメラなどの機器に装着して使用されるカード型携帯装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】
近年、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯端末等の多量のデータを記憶する記憶媒体として、フラッシュメモリを用いたマルチメディアカードやSDcardが使用されている。これらのカードは、デジタルビデオカメラ等のカード差込スロットに挿入されてデータを格納し、その後には、例えば、パーソナルコンピュータ(パソコン)に装着してデータの編集を行うことができるものである。
【0003】
また、例えばPDA(Personal Diaital Assistants(Personal Data Assistants))などの携帯端末に、携帯型電話機(例えば、PHS(Personal Handy Hone System))の基地局から音楽等のデータの配信を受けるときに、無線通信機能を備えた通信カードが必要になる場合がある。この通信カードは、その外形寸法やシリアル接続の電気条件等の仕様を、例えば、SDcardの仕様に合致させて構成されている。特に、カード差込スロット内で機械的に接触する端子電極は、その数や配列形態、並びにカード表面からの端子電極の高さが規定されている。
【0004】
これらの仕様を満たすために、図16の断面図に示すように、通信カードにおいて、回路基板1は、筐体2のほぼ中央に配置されている。即ち、回路基板1は端部表面を露出させて筐体2に収納されており、その回路基板1の端部表面が筐体2の外表面3から高さh分だけ低い位置となるように、回路基板1の高さ位置が設定されている。その回路基板1の露出端部表面4には、図17の平面図に示されるように、回路基板1の幅方向に、8つの端子電極5が横一列に配列され、1つの端子電極6が後退して配置されている。また、筐体2の内部には、回路基板1の両面を利用して、インターフェース回路、コントローラ、ベースバンド処理回路、メモリ等のIC、更には、RF回路、アンテナ等の電子部品7が搭載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、SDcardの厚みは2.1mmと規定されている。このため、回路基板1を筐体2のほぼ中央に配設する構成では、回路基板1の基板面と筐体2との間の間隔が狭く、高さ不足により、背の高い電子部品7を回路基板1に搭載することができない。背高の電子部品7を回路基板1に搭載しようとすると、必然的に通信カードの筐体2が厚くなってしまい、規格に適合しなくなってしまう。
【0006】
また、通信カードは、PDA等の使用機器のカード差込スロットに挿入し内部端子と接触することが反復して行われる。このことを考慮して、一般に、端子電極5,6の接触抵抗を低くし、且つ機械的摩擦に対する耐久性を高めるために厚肉の金メッキが施される。しかし、回路基板1の配線パターンを含めた全ての導体部分に金メッキを施すと、必然的にコストが高くなる。また、上述のような電子部品7を半田を利用して実装するときに、半田の中に金が拡散して半田接続の強度が弱くなり、電子部品実装の信頼性が低下するという課題がある。さらに、金の使用量を少なくするために、回路基板1に形成した端子電極5,6にのみ選択的に金メッキすることがあるが、製造工程が複雑になり製造コストが高くなるという課題がある。
【0007】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、端子電極の高さを規定通りに確保しつつ、筐体内部における回路基板の配置位置を自在に設定できるカード型携帯装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、第1の発明は、電子部品が搭載されて回路が形成されている回路基板と、該回路基板をその一部分を露出させて収納する筐体と、表面に端子電極が配設されている端子基板とを備え、その端子基板は端子電極の位置を回路基板の露出部分に位置合わせして回路基板上に載置されており、端子電極は回路基板の基板面と異なる高さ位置に配置されており、前記筐体は、互いに間隔を介して対向し合う平行な対を成す板状の外壁を備え、該一方の外壁の内表面に添わせて回路基板が配置され、この回路基板の基板面と平行に端子基板の端子電極形成面が設置されており、端子基板の厚みにより端子電極形成面の高さ位置が設定されていることを特徴としている。
【0010】
第2の発明は、第1の発明の構成を備え、端子基板の表面には複数の端子電極が形成され、端子基板の裏面には、表面の端子電極と導通する複数の接続電極が形成されており、回路基板には、端子基板が載置される部分に、端子基板の各接続電極にそれぞれ対向して接続する接続パターンが形成されていることを特徴としている。
【0011】
第3の発明は、第2の発明の構成を備え、端子基板の端子電極と接続電極は、それぞれ、互いに異なる導電体により形成されていることを特徴としている。
【0012】
第4の発明は、第2又は第3の発明の構成を備え、端子基板の接続電極及び回路基板の接続パターンは両方共に、複数の接続ランドと、接続ランドを相互に結合する連結ランドとを有して構成されていることを特徴としている。
【0013】
第5の発明は、第4の発明の構成を備え、端子基板の接続電極と、回路基板の接続パターンとにはそれぞれレジストが被覆され、これらレジストには接続ランドの部位に開口が形成されて接続ランドが露出されており、上下に位置する各接続ランド間が半田接合されていることを特徴としている。
【0014】
第6の発明は、第4の発明の構成を備え、接続電極の接続ランドには半田ボールが設けられており、接続電極と接続パターンの上下に位置する各接続ランドが半田ボールにより接合されていることを特徴としている。
【0015】
第7の発明は、第2〜第6の発明の何れか1つの発明の構成を備え、端子基板には複数の端子電極および複数の接続電極が配列配置され、回路基板には、その接続電極の配列位置に対応させて複数の接続パターンが配列配置されており、端子基板の端子電極配列方向の幅は、回路基板の接続パターン配列方向の幅よりも広いことを特徴としている。
【0016】
第8の発明は、第1〜第7の発明の何れか1つの発明の構成を備え、端子基板の裏面には電子部品が搭載され、回路基板の端子基板載置領域には、前記電子部品に対応する部分に電子部品逃げ部としての穴部が形成されていることを特徴としている。
【0017】
第9の発明は、第1〜第8の発明の何れか1つの発明の構成を備え、端子基板が持つ基板面に沿う方向の線膨張係数と、回路基板が持つ基板面に沿う方向の線膨張係数とは、その差が26.6ppm/℃以下であることを特徴としている。
【0018】
第10の発明は、第1〜第8の発明の何れか1つの発明の構成を備え、端子基板と回路基板は、それぞれ、基板面に沿う方向の線膨張係数が等しい材料により構成されていることを特徴としている。
【0019】
第11の発明は、第1〜第10の発明の何れか1つの発明の構成を備え、カード型携帯装置は、通信機能を備えた通信カードであることを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1には第1実施形態例のカード型携帯装置である通信カードが模式的な斜視図により示されている。また、図2には図1のX−X部分の模式的な断面図が示され、図3には図1のY−Y部分の模式的な断面図が示されている。
【0022】
図1に於いて、通信カード10の筐体11は背の低い略直方体の形状をしている。また、通信カード10の長手方向の一端側にはコネクタ部12が設けられている。このコネクタ部12は、通信カード10が装着するパソコンやPDAなどの機器のカード差込スロット内のコネクタと結合する部分であり、この第1実施形態例では、SDcardの仕様に則って構成されている。即ち、筐体11の外表面13を基準にして定められた高さ位置に端子基板14の端子面(端子電極形成面)15が形成され、その端子面15には8個の端子電極16がほぼ横一列に配列されている。
【0023】
通信カード10の筐体11は、図2及び図3に示すように、筐体11の骨格を形成するフレーム17と、筐体11の上下の外表面を形成する上部カバー18及び下部カバー19とを有して構成されている。フレーム17は、プラスチックスや樹脂、又は金属を用いた肉厚の4つの壁部材を角形に組合せた枠状の形態であり、筐体11の側壁を形成している。
【0024】
フレーム17の上部には、その縁に沿って嵌合溝20が延設されている。また、フレーム17の下部には、コネクタ部12側の壁部材17a部分を除き、縁に沿って嵌合溝21が形成されると共に、筐体内部側部分に回路基板25の厚みとほぼ同じ深さの棚状部22が形成されている。さらに、フレーム17のコネクタ部12側の壁部材17aの下部は、棚状部22と面一の深さに削られて回路基板25の表面26と面接触する当接部23が形成されている。また、コネクタ部12側の壁部材17aの下部外側部分には、端子基板14を嵌め込む段部24が形成されている。
【0025】
上部カバー18と下部カバー19は、金属又はプラスッチクスの薄板から構成され、その周縁には、ほぼ直角に折れ曲がった縁取り部18a,19aが設けられている。この縁取り部18a,19aがフレーム17の嵌合溝20,21に嵌め込まれて、上部カバー18及び下部カバー19は、フレーム17に取付けられている。これら上部カバー18と下部カバー19は、筐体11に於いて、互いに間隔を介して対向し合う平行な板状の外壁を構成している。
【0026】
この第1実施形態例では、回路基板25は下部カバー19上に例えば接着剤等により固着されている。この回路基板25の一端部は、フレーム17のコネクタ部12側の壁部材17aよりも外側に露出配置され、それ以外の回路基板25部分の端縁は、フレーム17の下部の棚状部22と、下部カバー19との間の隙間に嵌め込まれている。
【0027】
この構成により、筐体11の内部に於いて、回路基板25の表面26から上部カバー18の内表面までの空間27は、一様な高さ空間となっている。この第1実施形態例では、回路基板25は、通常使用される銅を素材とした配線パターンが形成されている単層又は多層の回路基板であり、筐体11内部に於ける回路基板25の表面26には、高さ空間27を利用して、インターフェース回路、コントローラ、ベースバンド処理回路、RF回路、アンテナ等の電子部品28が搭載されている。
【0028】
回路基板25のフレーム17の外に露出している端部表面30には、端子基板14が、その一部をフレーム17の壁部材17aに設けた段部24に嵌め込む形態で取り付けられている。この端子基板14は、その端子面15が上部カバー18又は下部カバー19の外表面から規定された高さ位置に配置される厚みに設定される。
【0029】
また、端子基板14は、図4(A)に示す左側先端部が傾斜し、端子面15の傾斜部分14aに位置する部分には1つの端子電極16aが、他の端子電極16からずれた位置に配置されている。また、端子電極16の配列のうち、右端の端子電極16bは、他の端子電極16に比べて電極幅が狭く形成されている。さらに、各端子電極16の幅及び各端子電極16間の間隔は予め定められた仕様通りとなっている。
【0030】
端子基板14の裏面31には、図4(B)に示されるように、表面(端子面)15の端子電極16に一対一の関係でもってスルーホール33を介して導通する複数の接続電極32が設けられている。これら接続電極32は、端子電極16とほぼ同様な形状を有し、かつ、端子電極16の配列位置に対向させて配列配置されている。
【0031】
この第1実施形態例では、端子電極16は、銅パターンの上にニッケルメッキが施され、このニッケル層の上に金が厚くメッキされて形成されている。また、接続電極32は、回路基板25との半田接続を考慮して銅や銅合金等の金属を用いて形成されている。さらに、スルーホール33内には樹脂が充填されている。
【0032】
また、回路基板25の露出端部表面30には、図5に示すように、複数の接続パターン35が配列形成されている。これら接続パターン35は、端子基板14の接続電極32と同じ形態及び同じ配列で配設され、接続電極32に一対一に対向して接続するものである。これら接続パターン35は、例えば、回路基板25上に形成された配線パターン36を介して、インターフェース回路28に接続される。
【0033】
このような接続パターン35が形成されている回路基板25の露出端部表面30上に、前記端子基板14が、裏面側の各接続電極32をそれぞれ回路基板25の対応する接続パターン35に接合させて、取り付けられている。端子基板14を回路基板25に取り付けるときには、例えば、端子基板14の裏面31には、接続電極32の上から半田フラックス(例えば、水溶性の耐熱フラックス)が塗布されている。一方、回路基板25の露出端部表面30には、接続パターン35および配線パターン36の上から予め半田フラックスが塗布され、更に、半田が塗布されている。そのような回路基板25の露出端部表面30の上に端子基板14を重ね合わせ、接続電極32と接続パターン35を対向させる。そして、リフローの雰囲気中に置くことにより、接続電極32と接続パターン35との強固な半田接合がなされる。
【0034】
この第1実施形態例では、回路基板25と端子基板14は、同じ材料により構成されており、回路基板25の基板面に沿う方向の線膨張係数と、端子基板14の基板面に沿う方向の線膨張係数とが同じである。このため、端子基板14と回路基板25を接合するためにリフロー炉に通した後の冷却工程において、それら端子基板14と回路基板25は同様な収縮率でもって収縮する。仮に、端子基板14と回路基板25の収縮率が異なるとすると、半田接合している端子基板14と回路基板25のうちの一方側が他方側よりも多く縮む。その結果、その端子基板14と回路基板25の半田接合体は反ってしまう。これに対して、この第1実施形態例では、端子基板14と回路基板25はほぼ同じ収縮率でもって収縮するので、そのような収縮率の差に起因した端子基板14と回路基板25の半田接合体の反りを防止することができる。これにより、端子基板14の平坦な端子面15を得ることができる。
【0035】
この第1実施形態例では、回路基板25とは別体の端子基板14に端子電極16を形成する構成としたので、回路基板25の高さ位置を自由に設定しても、端子基板14の厚みを適宜設定することで端子電極16を規定の高さ位置に配置することができる。換言すれば、端子電極16の規定の高さ位置に規制されずに、回路基板25の高さ位置を自由に設定できて、この第1実施形態例の如く回路基板25に背高の電子部品28を搭載することが容易となる。
【0036】
なお、この第1実施形態例では、端子基板14は回路基板25と等幅であったが、その端子基板14は、回路基板25とは別個に用意されるから、例えば、使用機器のカード差込スロットの仕様を考慮しながら、図6に示すように、端子基板38に於ける端子電極16の配列方向の幅L1を回路基板25に於ける接続パターン35の配列方向の幅L2よりも広く構成することができる。また、端子基板38の寸法は変えずに回路基板25の幅を狭めた設計が可能になる。
【0037】
また、この第1実施形態例では端子電極16に金を用いたが、接触抵抗や機械的摩擦に対する耐久性が得られる場合にはベリリューム等の他の金属を使用しても良い。また、端子基板14の裏面31に設けた接続電極32にも端子電極16と同様手法で金メッキを施しても良い。この場合には、端子基板14のプリフラックス処理は必要でない。
【0038】
以下に、第2実施形態例を説明する。なお、この第2実施形態例の説明において、第1実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0039】
この第2実施形態例では、図7に示されるように、端子基板14の裏面31に形成される接続電極39はアレイタイプの形態と成している。このアレイタイプの接続電極39は、図8に示すように、複数の接続ランド40と連結ランド41を有して構成されている。この図示の例では、複数の接続ランド40が2列に配列され、連結ランド41は列方向および行方向に隣り合っている接続ランド40同士を結合している。
【0040】
なお、図7では、アレイタイプの接続電極39は一つしか図示されていないが、第1実施形態例の接続電極32と同様に、この第2実施形態例においても、アレイタイプの接続電極39は、端子面15の端子電極16の配列位置に対応させて複数配列形成されている。また、各接続電極39は、それぞれ、スルーホール33を介して端子面15の対応する端子電極16と一対一の関係でもって電気的に接続されている。
【0041】
また、この第2実施形態例では、図9に示すように、回路基板25の露出端部表面30に形成される接続パターン42も、前記接続電極39と同様に、アレイタイプの形態を有している。つまり、接続パターン42は、図10に示すように、複数の配列配置された接続ランド43と、これら接続ランド43とを結合する連結ランド44とを有して構成されている。
【0042】
この第2実施形態例では、アレイタイプの複数の接続パターン42は、接続電極39の配列位置に対応させて、回路基板25の露出端部表面30上に配列配置されている。かつ、接続パターン42の各接続ランド43は、端子基板14の接続電極39の各接続ランド40と正確に対向する位置関係を保つ位置に形成されている。複数の接続パターン42は、配線パターン36を介して例えば回路基板25上のインターフェイス回路28に接続されている。
【0043】
端子基板14は、当該端子基板14の裏面の接続電極39の各接続ランド40を、回路基板25の接続パターン42の対応する接続ランド43に半田接続させて、回路基板25の露出端部表面30上に取り付けられる。その端子基板14側の接続ランド40と、回路基板25側の接続ランド43とは、次に示すように結合される。
【0044】
例えば、図11に於いて、端子基板14の裏面31には、接続電極39の上からレジスト46が被装されている。このレジスト46には、各接続ランド40の形成位置に円形の開口47が形成され、この開口47から接続ランド40の表面が露出している。換言すれば、1つの接続電極39に対してレジスト46の複数の開口47がグリッド状に設けられて全ての接続ランド40の表面が露出している。
【0045】
回路基板25の露出端部表面30にも、上記同様に、接続パターン42の上からレジスト48が形成され、このレジスト48には接続ランド43の表面を露出させるための開口49が設けられている。この開口49から露出した接続ランド43の上には半田50が載せられている。
【0046】
前記端子基板14の裏面31上に半田フラックスを塗布し、端子基板14と回路基板25を重ね合わせてリフロー炉に通すことにより、端子基板14の接続ランド40と回路基板25の接続ランド43が半田接合される。これにより、端子基板14の裏面31と回路基板25の露出端部表面30は強固に密着する。この結果、端子電極16の形成に起因した端子基板14の反りが改善され、端子面15が平坦になる。
【0047】
また、端子基板14を回路基板25上に載置したときに、端子基板14の接続ランド40と回路基板25の接続ランド43との相対位置が若干ずれていても、リフローのときに、接続ランド40,43のグリッド配列構成と半田の表面張力により自己整列(セルフアライメント)機能が働き、端子基板14は、正確に回路基板25の定められた位置に固定される。
【0048】
そして、仮に、リフロー後に、上下に位置する接続電極39と接続パターン42に於いて、数個の接続ランド40,43間に接続不良が発生しても、他の接続ランド40,43間の接合を確保できるので、接続電極39と接続パターン42は電気的に接続され接続不良を防止することができる。なお、端子基板14の接続ランド40は、半田接続を考慮して銅や銅合金などの金属により構成されている。その接続ランド40の表面に金メッキを施してもよい。
【0049】
端子基板14側の接続ランド40と、回路基板25側の接続ランド43との結合手法には、次に示すような手法もある。例えば、図12に示すように、端子基板14の各接続ランド40には半田ボール51が付設されている。換言すれば、各接続電極39毎に複数の半田ボール51がグリッド状に形成されている。一方、回路基板25の露出端部表面30には、接続パターン42及び配線パターン36の上から半田フラックスが被覆されている。
【0050】
そのような端子基板14と回路基板25を重ね合わせてリフロー炉の中を通すことにより、半田ボール51が溶け、端子基板14の接続ランド40は回路基板25の接続ランド43に半田付けされる。この場合にも、前記同様に、セルフアライメント機能が働き、端子基板14を回路基板25に実装するときの高い位置精度が容易に得られる。
【0051】
この第2実施形態例では、接続ランド43は銅材料を用いて形成されており、半田ボール51は、その接続ランド43と接触するので、半田の濡れが良く、半田接続後にも十分な結合強度が得られる。これにより、端子基板実装の信頼性を確保することができる。よって、端子基板14と回路基板25との結合強度を高めるために、アンダーフィル材を用いる必要がなく、その分製造コストを引き下げることができる。
【0052】
以下に、第3実施形態例を説明する。なお、この第3実施形態例の説明において、第1や第2の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0053】
図13には、この第3実施形態例に於いて特徴的な構成が模式的なモデル図により簡略化されて示されている。この図13に示すように、この第3実施形態例では、端子基板14の裏面側には電子部品55が搭載されている。また、この端子基板14の裏面には、電子部品55の形成領域を避けて、接続電極32(39)が形成されている。
【0054】
この第3実施形態例では、電子部品55は、外乱ノイズ除去用の電子部品(例えば、バイパスコンデンサやフィルタなどのチップ部品)であり、例えば、当該電子部品55は、端子基板14の表面の端子電極16と裏面の接続電極32(39)とを接続させるための導通経路の途中に介設されている。この外乱ノイズ除去用の電子部品55によって、外部からのノイズが回路基板25側に進入することを防止することができる。これにより、通信カードの動作の安定性を高めることができる。
【0055】
回路基板25の端子基板載置領域30には、電子部品55に対向する部分に、電子部品逃げ部としての穴部56が形成されている。また、この回路基板25の端子基板載置領域30には、端子基板14の接続電極32(39)に接続する接続パターン35(42)や、配線パターン36が形成されている。なお、穴部56は、電子部品55の背の高さを考慮して、回路基板25の表面側から裏面側に貫通する貫通孔と、貫通していない凹部との何れの形態を採用してもよいものである。
【0056】
上記以外の構成は第1や第2の各実施形態例とほぼ同様である。
【0057】
以下に、第4実施形態例を説明する。なお、この第4実施形態例の説明において、第1〜第3の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【0058】
この第4実施形態例では、端子基板14と回路基板25は互いに異なる材料により構成されており、それら端子基板14と回路基板25は、基板面に沿う方向の線膨張係数の差が26.6ppm/℃以下となっている。このように端子基板14と回路基板15の線膨張係数の差を小さくすることによって、端子基板14と回路基板15をリフローにより半田接合して冷却したときに、端子基板14と回路基板15の半田接合体の反りを例えば0.2mm以下というように、非常に小さく抑制することができる。
【0059】
以下に、上記反りを抑制するための線膨張係数の差の数値が導き出された原理を説明する。
【0060】
端子基板14の基板面に沿う方向の温度平均線膨張係数をa(1/℃)とし、回路基板25の基板面に沿う方向の温度平均線膨張係数をb(1/℃)とする。また、常温(25℃)と半田の融点との温度差をΔtとする。なお、ここでは、温度平均線膨張係数とは、常温から半田の融点までの温度範囲内における線膨張係数の値の平均値とする。
【0061】
ここでは、基板面に沿う方向にのみ着目する。まず、端子基板14と回路基板25を半田融点まで加熱すると、端子基板14は、常温のときと比べて(1+aΔt)倍に膨張し、また、回路基板25は、常温のときと比べて(1+bΔt)倍に膨張する。リフローでは、この膨張した状態で端子基板14と回路基板25が半田接続される。
【0062】
然る後に、それら端子基板14と回路基板25の半田接合体を常温まで冷却すると、端子基板14は、半田融点加熱時に比べて(1/(1+aΔt))に収縮し、また、回路基板25は、半田融点加熱時に比べて(1/(1+bΔt))に収縮する。端子基板14の線膨張係数aと、回路基板25の線膨張係数bとが異なる場合には、その線膨張係数の差に起因して端子基板14と回路基板25の収縮率に差が生じる。この収縮率の差によって、図14(A)に示されるように、端子基板14と回路基板25の半田接合体は反ってしまう。なお、図14(A)の図示は、端子基板14の線膨張係数aが回路基板25の線膨張係数bよりも大きい(a>b)場合の一例である。
【0063】
ここで、端子基板14と回路基板25が厚み方向に対称的であると仮定すると、端子基板14と回路基板25に均一に応力がかかって、端子基板14と回路基板25の半田接合体は何れの場所でも同じ曲率半径Rで反る。
【0064】
端子基板14と回路基板25の中心間の間隔をrとし、端子基板14の反りによる1/(1+aΔt)の長さの成す角度をθとすると、数式(1)、(2)が成立する。
【0065】
2πR・θ/2π=R・θ=1/(1+aΔt)・・・・・・(1)
【0066】
2π(R+r)・θ/2π=(R+r)・θ=1/(1+bΔt)・・・(2)
【0067】
数式(1)を整理すると、1/θ=R・(1+aΔt)の数式(3)が得られ、また、数式(2)を整理すると、1/θ=(R+r)・(1+bΔt)の数式(4)が得られる。これら数式(3)、(4)により、数式(5)が得られる。
【0068】
R・(1+aΔt)=(R+r)・(1+bΔt)・・・・・・(5)
【0069】
この数式(5)を整理すると、R=r・(1+bΔt)/((a−b)・Δt)の数式(6)が得られる。
【0070】
ところで、図14(B)に示すように、長さLの基板が曲率半径Rでもって反って、基板端部が基板中央部に対してΔm分だけ浮き上がったとすると、数式(7)、(8)が成立する。
【0071】
2πR・θ/2π=R・θ=L・・・・・・(7)
【0072】
Δm=R(1−cos(θ/2))・・・・・・(8)
【0073】
数式(7)を利用して、数式(8)を近似すると、数式(9)が得られる。
【0074】
Δm=R(1−(1+(θ/2)2)/2!)=R・L2/8R2・・・(9)
【0075】
この数式(9)を整理すると、R=L2/8Δmの数式(10)が得られる。
【0076】
例えば、SDcardの規格の場合、端子基板14の幅Lは約20mmである。この端子基板14と、回路基板25との半田結合体の反りの許容限界値を0.2mmとすると、数式(10)により、反りが許容限界値(Δm=0.2)のときの曲率半径R(R=202/(8×0.2))は250となり、端子基板14と回路基板25の半田接合体の反りを前記許容限界値以下とするためには、R≧250の数式(11)を満たす必要がある。
【0077】
また、端子基板14の厚みを1.0mmとし、回路基板25の厚みも1.0mmとし、半田の厚みを無視した場合、rは1.0mmとなる。さらに、鉛はんだの融点は約175℃であり、この融点と常温25℃との温度差Δtは約150℃となる。なお、鉛フリーはんだの場合には、融点は約190℃であり、当該融点と常温との温度差Δtは約165℃となる。
【0078】
ここでは、鉛はんだについて考えるとすると、数式(6)により、R=1.0×(1+150b)/150(a−b)が得られ、数式(11)により、1.0×(1+150b)/150(a−b)≧250の数式(12)が得られる。この数式(12)を整理すると、数式(13)が得られる。
【0079】
1/(a−b)≧(1/(1+150b))×0.0375×106・・・・(13)
【0080】
一般に、線膨張係数はppmオーダーであり、非常に小さいので、数式(13)を近似して、1/(a−b)≧0.0375×106の数式(14)が得られ、さらに、この数式(14)を整理すると、数式(15)が得られる。
【0081】
(a−b)≦26.6×106・・・・(15)
【0082】
この数式(15)に示されるように、端子基板14と回路基板25の半田接合体の反りを0.2mm以下に小さく抑制するためには、端子基板14と回路基板25の線膨張係数の差(a−b)を26.6ppm/℃以下とする必要があることが分かる。
【0083】
また、端子基板14と回路基板25の半田接合体の反りを0.1mm以下に小さく抑制するためには、上記同様に求めると、端子基板14と回路基板25の線膨張係数の差(a−b)を13.3ppm/℃以下とする必要がある。
【0084】
以上のように、端子基板14と回路基板25を互いに異なる材料により形成する場合には、端子基板14と回路基板25の半田接合体の反りを小さく抑制するために、線膨張係数の差が非常に小さい材料によって端子基板14と回路基板25をそれぞれ構成することが好ましい。
【0085】
なお、この発明は第1〜第4の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第1〜第4の各実施形態例では、SDcardの規格に基づいた通信カードを例にして説明したが、本発明は、例えば、PDAなどの情報端末機器に装着して使用される例えばメモリカードなどの他の形態のカード型携帯装置に適用してもよいものである。
【0086】
例えば、図15(A)には本発明を適用したカード型携帯装置の一例が模式的な斜視図により示され、図15(B)には図15(A)のカード型携帯装置の側面図が模式的に示されている。このカード型携帯装置60では、回路基板61がその端領域の一部分を露出させて筐体62内に収容配置されており、その回路基板61の露出部分に別個の端子基板63が搭載されている。この端子基板63の表面に端子電極64が形成されている。この端子電極64の表面は筐体62の外表面とほぼ同一平面と成している。この例では、回路基板61の表裏両面に電子部品65が形成されている。
【0087】
この構成においても、端子電極64が回路基板61とは別体の端子基板63に形成されることによって、前記各実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【0088】
また、第4実施形態例では、端子基板14の裏面に設けられる電子部品55は、外乱ノイズ除去用の部品であったが、端子基板14の裏面の電子部品は、例えば、回路基板の回路を構成する部品であってもよく、外乱ノイズ除去用の部品に限定されない。
【0089】
【発明の効果】
この発明によれば、回路基板の基板面に端子電極を設けるのではなく、回路基板に別体の端子基板を設け、この端子基板に端子電極を形成する構成であるので、規格等による端子電極の規定の高さ位置に規制されることなく、回路基板の配置位置を自由に設計することができる。これにより、設計の自由度が高まって、例えば、背高な電子部品を実装することが容易な筐体内の高さ位置に回路基板を配置することが可能となる。
【0090】
そのように回路基板の高さ位置を設計しても、端子基板は回路基板とは別体に設けられるので、回路基板の取付形態に拘わらず端子基板の厚みを適宜選択することによって、規定された端子電極の高さを確保することができる。また、端子電極の高さ位置の規格には許容される範囲があり、PDAなどの機器との接続をより確実に行わせるためには、その規格範囲内の上限値あるいは上限近傍の高さ位置に(つまり、外面にできるだけ近い位置に)端子電極を配置することが好ましい。この発明では、回路基板とは別個の端子基板に端子電極を形成するので、回路基板の配置位置に規制されずに、端子電極を規格範囲内の上限あるいはその近傍の高さ位置に配置することができる。このため、PDAなどの機器との接続が良好で信頼性の高いカード型携帯装置を提供することができる。また、端子基板は、回路基板に対し搭載機で自動的に実装可能であり、更に、通常のプリント基板で作製できるので、安価な製造価格で実現できる利点がある。
【0091】
さらに、別体の端子基板は、回路基板と異なる幅に構成することができるので、回路基板の幅の如何に拘わらず端子基板の幅を自由に設定することが可能となる。例えば、回路基板の幅よりも広げ、筐体の幅と同じに構成したり、或いは筐体の幅よりも広くして筐体からはみ出した構成とすることもできる。このような端子基板の幅を回路基板の幅よりも大きくする設計も低価格で実現することができる。また、端子基板は回路基板とは別体であるので、例えば、回路基板の寸法精度はそのままで、端子基板のみ寸法精度を上げて端子基板の寸法公差を厳しく設計できる。仮に、回路基板の寸法精度を向上させると、回路基板はサイズが大きいので、コストが非常に掛かることとなるが、この発明では、回路基板の寸法精度を上げずに、サイズが小さい別体の端子基板の寸法精度を上げることができ、これにより、コスト増加を抑制しつつ、携帯端末などの機器と接続する部分の寸法精度が高まって接続の信頼性を向上させることができる。
【0092】
さらに、回路基板が、筐体の外壁を形成する如く外壁内表面に添わせて配置されているので、筐体内部の電子部品を搭載する空間を、端子基板に近い側を含めて可能な限り高く構成することができる。このため、回路基板に搭載する電子部品は、筐体内部空間の高さの範囲内で、背丈をあまり考慮することなく自由な配置が可能となる。さらに、端子電極の高さ位置は、回路基板の高さ位置や厚みによらずに端子基板の厚みの選択により自由に設定することができるので、端子電極を仕様通りの高さ位置に配置することができる。
【0093】
さらに、端子基板の裏面には接続電極が形成され、回路基板には、端子電極の代わりに、端子基板の接続電極と結合する接続パターンが設けられているものにあっては、回路基板の接続パターンは、端子基板の接続電極との安定した結合強度を得られる材料により形成されていればよく、端子電極のような機械的な摩擦接触を考慮した厚肉の金メッキを施さなくともよいものである。このため、端子電極を回路基板に形成する場合に発生する問題、つまり、回路基板の配線パターンを含めた全ての導体部分に金メッキを施してコストが高くなるという問題や半田に金が拡散して半田接続の強度が劣化するという問題を防止することができるし、また、選択的に金メッキを施すことにより製造工程が煩雑化して製造コストが高くなるという問題も防止することができる。
【0094】
また、端子基板の表面に端子電極のみを形成することにより、そのようなコストの問題や半田接続強度の問題の発生無く、機械的な摩擦接触を考慮した例えば金メッキを施した端子電極を形成することができる。
【0095】
さらに、端子基板に於ける端子電極と接続電極を互いに異なる導電体で構成するものにあっては、端子電極と接続電極にそれぞれ要求される機能に合わせて構成材料を選定することができる。例えば、端子電極には、接触抵抗が小さく且つ耐磨耗性の高い金属で形成し、一方、接続電極には、回路基板の接続パターンとの接合の信頼性を高めることができる金属により形成することができる。
【0096】
さらに、端子基板の接続電極と回路基板の接続パターンが複数の接続ランドと連結ランドにより構成されているものにあっては、接続電極と接続パターンは、複数の接続ランドで接続されるので、仮に1つの接続ランドで接続不良が発生しても、他の接続ランドが接続されていれば、接続電極と接続パターンの電気的な接続を良好に保持することができる。これにより、接続電極と接続パターンの接続不良を著しく低下させることができる。
【0097】
また、接続電極の接続ランドと接続パターンの接続ランドを、端子基板を回路基板に実装するときに正確に上下対向する位置関係となるように形成することによって、半田を用いたリフロー時にセルフアライメント機能が働き、回路基板に対する端子基板の高い位置精度が簡単に得られる。
【0098】
さらに、端子基板の接続電極および回路基板の接続パターンにはレジストが被覆され、このレジストには接続ランドの部位に開口が形成されて接続ランドが露出されているものにあっては、端子基板の接続電極形成面と、回路基板の接続パターン形成部分とは、所謂、LGA(Land Grid Array)構造であり、端子基板をLGA部品として回路基板に実装できる。このため、端子基板を回路基板に密着して結合することができる。これにより、端子電極の形成に起因して実装前の端子基板に反りが生じていても、回路基板に端子基板を半田接合させることにより、端子基板の端子電極形成面を平坦にすることができる。
【0099】
さらに、端子基板の接続電極を構成する接続ランドに半田ボールが設けられているものにあっては、端子基板は、所謂、BGA(Ball Grid Array)部品であり、端子基板をBGA部品として回路基板に実装できる。したがって、端子基板の各接続電極は、多数の接点で回路基板の接続パターンと接続されることとなり、端子基板と回路基板の安定した結合を維持することができる。
【0100】
さらに、端子基板の幅を回路基板の幅よりも広く構成するものにあっては、回路基板の構成の如何に拘わらず、仕様を満たす広さの端子基板形成面を設けた端子基板を低コストで設計することができる。また、回路基板の幅を狭くして筐体の骨格を頑丈な構造とし、装置の強度を高めることが可能となる。この場合でも、端子基板の幅は、要求される仕様を満たす構成とすることができる。
【0101】
端子基板の裏面に電子部品を配設し、回路基板の端子電極載置領域には、その電子部品逃げ部としての穴部が形成されているものにあっては、電子部品の搭載可能領域を拡大することができる。また、外乱ノイズ除去用の電子部品を端子基板の裏面に設けて当該電子部品を端子電極から回路基板の回路に至るまでの導通経路の途中に介設するように配線することによって、外乱ノイズが回路基板の回路に進入することを防止することができる。この場合には、回路動作の安定性が向上して、信頼性の高いカード型携帯装置を提供することができる。
【0102】
端子基板の基板面に沿う方向の線膨張係数と、回路基板の基板面に沿う方向の線膨張係数とが等しい、あるいは、それら端子基板と回路基板の線膨張係数の差が26.6ppm/℃以下であるものにあっては、端子基板と回路基板を接合するために加熱した後に、端子基板と回路基板の接合体を冷却した際に、それら端子基板と回路基板の収縮率がほぼ等しくなるので、端子基板と回路基板の収縮率の差に起因した端子基板と回路基板の接合体の反りをほぼ抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るカード型携帯装置の第1実施形態例を示す斜視図である。
【図2】図1の一点破線X−X部分に於ける断面図である。
【図3】図1の一点破線Y−Y部分に於ける断面図である。
【図4】第1実施形態例のカード型携帯装置を構成する端子基板の一例を示し、(A)は表面図、(B)は裏面図である。
【図5】第1実施形態例のカード型携帯装置を構成する回路基板の簡略化した平面図である。
【図6】本発明のカード型携帯装置に於ける端子基板の他の実施形態例を示す平面図である。
【図7】第2実施形態例のカード型携帯装置を構成する端子基板を裏面側から見た平面図である。
【図8】図7の接続電極の構成を示す説明図である。
【図9】第2実施形態例のカード型携帯装置に於ける回路基板を説明するための平面図である。
【図10】図9の接続パターンの構成を説明するための図である。
【図11】端子基板と回路基板の結合手法を説明するための一部断面側面図である。
【図12】端子基板と回路基板のその他の結合手法を説明するための一部断面側面図である。
【図13】第3実施形態例を説明するための図である。
【図14】端子基板と回路基板の接合体の反りを防止するための線膨張係数条件の求め方を説明するための図である。
【図15】本発明に係るその他の実施形態例を説明するための図である。
【図16】カード型携帯装置である通信カードの一従来例を説明するための断面側面図である。
【図17】図16の通信カードを構成している回路基板の簡略化した平面図である。
【符号の説明】
11 筐体
12 コネクタ部
14,38 端子基板
15 端子面
16 端子電極
25 回路基板
28,55,65 電子部品
32,39 接続電極
35,42 接続パターン
36 配線パターン
40,43 接続ランド
41,44 連結ランド
46,48 レジスト
50 半田
51 半田ボール
Claims (11)
- 電子部品が搭載されて回路が形成されている回路基板と、該回路基板をその一部分を露出させて収納する筐体と、表面に端子電極が配設されている端子基板とを備え、その端子基板は端子電極の位置を回路基板の露出部分に位置合わせして回路基板上に載置されており、端子電極は回路基板の基板面と異なる高さ位置に配置されており、前記筐体は、互いに間隔を介して対向し合う平行な対を成す板状の外壁を備え、該一方の外壁の内表面に添わせて回路基板が配置され、この回路基板の基板面と平行に端子基板の端子電極形成面が設置されており、端子基板の厚みにより端子電極形成面の高さ位置が設定されていることを特徴とするカード型携帯装置。
- 端子基板の表面には複数の端子電極が形成され、端子基板の裏面には、表面の端子電極と導通する複数の接続電極が形成されており、回路基板には、端子基板が載置される部分に、端子基板の各接続電極にそれぞれ対向して接続する接続パターンが形成されていることを特徴とする請求項1記載のカード型携帯装置。
- 端子基板の端子電極と接続電極は、それぞれ、互いに異なる導電体により形成されていることを特徴とする請求項2記載のカード型携帯装置。
- 端子基板の接続電極及び回路基板の接続パターンは両方共に、複数の接続ランドと、接続ランドを相互に結合する連結ランドとを有して構成されていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載のカード型携帯装置。
- 端子基板の接続電極と、回路基板の接続パターンとにはそれぞれレジストが被覆され、これらレジストには接続ランドの部位に開口が形成されて接続ランドが露出されており、上下に位置する各接続ランド間が半田接合されていることを特徴とする請求項4記載のカード型携帯装置。
- 接続電極の接続ランドには半田ボールが設けられており、接続電極と接続パターンの上下に位置する各接続ランドが半田ボールにより接合されていることを特徴とする請求項4記載のカード型携帯装置。
- 端子基板には複数の端子電極および複数の接続電極が配列配置され、回路基板には、その接続電極の配列位置に対応させて複数の接続パターンが配列配置されており、端子基板の端子電極配列方向の幅は、回路基板の接続パターン配列方向の幅よりも広いことを特徴とする請求項2乃至請求項6の何れか1つに記載のカード型携帯装置。
- 端子基板の裏面には電子部品が搭載され、回路基板の端子基板載置領域には、前記電子部品に対応する部分に電子部品逃げ部としての穴部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載のカード型携帯装置。
- 端子基板が持つ基板面に沿う方向の線膨張係数と、回路基板が持つ基板面に沿う方向の線膨張係数とは、その差が26.6ppm/℃以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1つに記載のカード型携帯装置。
- 端子基板と回路基板は、それぞれ、基板面に沿う方向の線膨張係数が等しい材料により構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1つに記載のカード型携帯装置。
- カード型携帯装置は、通信機能を備えた通信カードであることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1つに記載のカード型携帯装置。
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