JP5950777B2

JP5950777B2 - 端子および基板用コネクタの接続構造

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Publication number: JP5950777B2
Application number: JP2012209163A
Authority: JP
Inventors: 和将小林
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP2014063682A

Description

本発明は、端子および基板用コネクタの接続構造に関する。

従来、基板に貫通して形成された円形のスルーホールに挿入される端子として、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。この端子は、断面正方形状の線材を母材として表面処理を施した後、一定の長さに切り出してプレス加工することによって形成されている。端子をスルーホールに挿入して半田付けを行う場合、端子の断面における角部がスルーホールの内壁に最も接近することになるため、端子の断面形状に合わせてスルーホールの孔径が決定されることになる。一方、端子の断面における各辺の中央部では、スルーホールの内壁までの距離が最も長くなるため、半田の量が多くなってしまう。ここで、フロー半田によって半田付けを行う場合には、溶融半田槽からスルーホール内部に半田を吸い上げて半田付けを行うことができるため、必要とされる半田の量が多くなっても端子間ピッチを小さくすることは可能である。

特開２０１０−２７７８８９号公報

しかしながら、基板の表面に半田ペーストを印刷してからリフロー炉に通して半田付けを行うリフロー半田の場合には、スルーホール内部に流れ込む半田の量を加味した上でスルーホールのランドよりも広い範囲に半田ペーストを印刷する必要があり、各半田ペーストが重ならないようにスルーホール間ピッチを設定しなければならない。したがって、端子間ピッチを小さくするには、半田の量をできるだけ少なくして、各半田ペーストの印刷範囲をできるだけ小さくすることが必要とされる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、リフロー半田において接続に必要とされる半田の量を少なくして各半田ペーストの印刷範囲を小さくし、もって端子間ピッチを小さくすることを目的とする。

本発明は、基板に形成されたスルーホールに挿入されて半田で接続される端子であって、当該端子は断面多角形状をなすとともに、水平方向に延びて平行に配された一対の面を有しており、この一対の面の水平方向両側縁にそれぞれ一対のテーパ面が連続して形成されており、一対の面の水平方向の寸法をＬ１とし、テーパ面の水平方向の寸法をＬ２とし、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２とし、スルーホール径と端子の外径との差が一定であり、Ｌ２／Ｌ３を面取り比率Ｒと定義したときに、面取り比率Ｒは、０．３０以上０．３５以下であることが好ましい。
また、本発明は、複数のスルーホールが基板上に同じピッチで直線状に並んで配され、スルーホールに接続される複数の端子と複数の端子が保持されたハウジングとを有し、複数の端子がハウジングにおいて直線状に並んで配された基板用コネクタの接続構造であって、端子はスルーホールに挿入され半田でスルーホールに電気的に接続され、当該端子は断面多角形状をなすとともに、相手側端子が導通可能に接続される端子接続部と、スルーホールに半田で接続される基板接続部とを備え、端子接続部は、水平方向に延びて平行に配された一対の接触面であって相手側端子と接触する一対の接触面を有しており、この一対の接触面の水平方向両側縁にそれぞれ一対のテーパ面が連続して形成されており、一対の接触面の水平方向の寸法をＬ１とし、テーパ面の水平方向の寸法をＬ２とし、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２とし、Ｌ２／Ｌ３を面取り比率Ｒと定義したときに、面取り比率Ｒは、０．２３以上０．４３以下であることが好ましい。

本発明の効果を図１０のグラフを参照しながら説明する。図１０においては、端子の水平方向の寸法Ｌ３を０．６５０ｍｍとし、スルーホール径と端子の最大寸法との差が０．０８９ｍｍとなるように設定してある。また、図１０のＸ軸の面取り寸法とは、本発明の「Ｃ面の水平方向の寸法Ｌ２」に相当する。また、Ｙ軸のはんだ量とは、リフロー半田において必要とされる半田ペーストの量である。さらに、Ｒ付けとは、角部にＲ面を形成した断面形状の端子のことであり、Ｃ面とは、角部にＣ面を形成した断面８角形状の端子のことであり、６角形とは、角部にテーパ面を形成した断面六角形状の端子のことである。

図１０において面取り比率Ｒが０．２３の場合（Ｌ２＝Ｒ×０．６５より）、面取り寸法は０．１５０ｍｍとなる。また、面取り比率Ｒが０．４３の場合、面取り寸法は０．２７５ｍｍとなる。つまり、面取り寸法が０．１５０ｍｍ以上０．２７５ｍｍ以下の範囲においては、６角形よりもＣ面のほうが半田ペーストの量を少なくできることになる。

また、面取り比率Ｒは、０．３０以上０．３５以下であることがさらに好ましい。面取り比率Ｒが０．３０の場合、面取り寸法は０．２００ｍｍとなる。また、面取り比率Ｒが０．３５の場合、面取り寸法は０．２２５ｍｍとなる。つまり、面取り寸法が０．２００ｍｍ以上０．２２５ｍｍ以下の範囲においては、Ｒ付けよりもＣ面のほうが半田ペーストの量を少なくできることになる。

本発明によれば、リフロー半田において接続に必要とされる半田の量を少なくして各半田ペーストの印刷範囲を小さくし、もって端子間ピッチを小さくすることができる。

実施形態における基板用コネクタの正面図基板用コネクタの左側面図基板用コネクタの底面図端子をスルーホールに挿入する前の状態を示す断面図端子をスルーホールに挿入した後の状態を示す断面図リフロー後に端子とスルーホールの接続部分を縦方向に切断した断面図面取り寸法が０．２００ｍｍのＣ面端子の各寸法を示した断面図Ｒ寸法が０．２００ｍｍのＲ付け端子の各寸法を示した断面図面取り寸法が０．２００ｍｍの６角形端子の各寸法を示した断面図Ｒ及び面取り寸法とはんだ量との関係を示したグラフ面取り寸法が０．１００ｍｍのＣ面端子とスルーホールとの接続状態を示した断面図面取り寸法が０．１５０ｍｍのＣ面端子とスルーホールとの接続状態を示した断面図面取り寸法が０．２００ｍｍのＣ面端子とスルーホールとの接続状態を示した断面図面取り寸法が０．２５０ｍｍのＣ面端子とスルーホールとの接続状態を示した断面図面取り寸法が０．２７５ｍｍのＣ面端子とスルーホールとの接続状態を示した断面図

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１ないし図１５の図面を参照しながら説明する。本実施形態におけるコネクタは、図１に示すように、基板Ｂ上に取り付けられる基板用コネクタであって、合成樹脂製のハウジング５０と、ハウジング５０に保持された複数の端子１０とを備えて構成されている。ハウジング５０は、前方に開口するフード部５１を有しており、このフード部５１の奥壁５２から前方に突出する態様で複数の端子１０が上下方向および左右方向に並んで配されている。フード部５１の内部には、相手側コネクタ（図示せず）が嵌合可能とされている。

端子１０は、銅または銅合金からなる線材を母材として錫めっきなどの表面処理を施した後、一定の長さで切り出してプレス加工などを行うことによって形成されている。この端子１０は、フード部５１の奥壁５２から前方に突出した端子接続部１１と、フード部５１の奥壁５２から下方に突出した基板接続部１２とを備えている。フード部５１の内部に相手側コネクタを嵌合させると、相手側コネクタに設けられた相手側端子が端子接続部１１と導通可能に接続される。

相手側端子は、図示はしないものの、角筒状をなす箱部を有し、この箱部の内部に、片持ち状をなす弾性接触片が形成されている。箱部の内部に端子１０が嵌合すると、端子１０が弾性接触片とこれに対向して配された天井壁との間に挟持されるようになっている。端子１０の端子接続部１１は、弾性接触片に接触する下側接触面１３と、天井壁に接触する上側接触面１４とを備えており、上下両側接触面１３，１４は平行をなすように配されている。なお、端子１０は、同一の線材から形成されているため、端子接続部１１のみならず、基板接続部１２も、上下両側接触面１３，１４を備えており、基板接続部１２の先端部１５は先細り状に形成されている。

次に、リフローによって基板接続部１２をスルーホールＢ１に半田Ｂ２で接続する方法について説明する。まず、基板Ｂを印刷機の基板テーブル上に載置し、基板Ｂを固定した後、スルーホールＢ１の位置に丸孔が形成されたマスクを基板Ｂ上に密着させる。そして、スキージをマスクに押し当てて動かすことによって丸孔に半田ペーストを埋め込み、スルーホールＢ１上に半田ペーストが印刷される。半田ペーストＢ３は、図４に示すように、スルーホールＢ１のランドよりも広い範囲で印刷されており、基板接続部１２をスルーホールＢ１に挿入すると、図５に示すように、半田ペーストＢ３の一部がスルーホールＢ１の内部に押し込まれる。続いて、基板Ｂをリフロー炉に通して加熱を行うと、図６に示すように、半田Ｂ２が形成され、スルーホールＢ１の上下両側のランド部分にフィレットが形成される。

さて、本実施形態の端子１０は、図１１ないし図１５に示すように、断面八角形状をなしている。端子１０の基板接続部１２は、基板Ｂに貫通して形成されたスルーホールＢ１に挿入されて半田Ｂ２で接続されている。一方、端子接続部１１においては、相手側端子の弾性接触片の撓み量が一定となるように、上下両側接触面１３，１４間の寸法が一定となるように形成する必要がある。また、スルーホールＢ１の内径は、基板接続部１２の角部がスルーホールＢ１の内壁に接触しないように、端子１０の外径よりも大きめに形成しなければならない。

そこで、本実施形態では、基板接続部１２の角部とスルーホールＢ１の内壁との間に形成される最小クリアランスが０．０８９ｍｍで、かつ、上下両側接触面１３，１４間の寸法（端子１０の厚さ）が０．６４０±０．０１０ｍｍという前提条件の下、いかなる端子形状であれば半田量が最も少なくなるかについて端子形状の最適化を行った。

まず、端子の断面形状における各寸法について図７ないし図９を参照しながら説明する。図７の端子は、角部にＣ面を形成した断面八角形状の端子であり、以下においては、Ｃ面端子２０という。図７ないし図９では図示左右方向が水平方向とされている。Ｃ面端子２０は、水平方向に延びて平行に配された一対の接触面２１を有している。図８の端子は、角部にＲ面を形成した断面形状の端子であり、以下においては、Ｒ付け端子３０という。Ｒ付け端子３０は、水平方向に延びて平行に配された一対の接触面３１を有している。図９の端子は、角部にテーパ面を形成した断面六角形状の端子であり、以下においては、６角形端子４０という。６角形端子４０は、水平方向に延びて平行に配された一対の接触面４１を有している。

図７のＬ１は、Ｃ面端子２０の接触面２１の水平方向における寸法であり、以下においては、接触面寸法Ｌ１という。Ｃ面端子２０の水平方向両側縁には、一対のＣ面２２が連続して形成されている。両Ｃ面２２は、接触面２１に対して４５°の傾斜角度で左右対称に形成されている。Ｌ２は、Ｃ面２２の水平方向における寸法であり、以下においては、面取り寸法Ｌ２という。この面取り寸法Ｌ２は、表１におけるＣ面処理のＣ０．０２５〜Ｃ０．３２５に相当する。したがって、例えば表１のＣ０．０２５とは、面取り寸法Ｌ２が０．０２５ｍｍであることを意味している。ＣＬは、スルーホール径Ｄ_ＴＨとＣ面端子２０の外径Ｄ_ＴＥＲとの差を２で除したものであり、表１における最小クリアランスに相当する。また、Ｌ４は、一対の接触面２１，２１間の寸法であって、表１における端子の厚さに相当する。一方、Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２の式で算出される寸法であって、表１における端子の幅に相当する。

図１１に示すＣ面端子２０は面取り寸法Ｌ２を０．１００ｍｍとしたものであり、表１に示すように、このときの半田の量は０．４７２ｍｍ^３である。図１２に示すＣ面端子２０は面取り寸法を０．１５０ｍｍとしたものであり、このときの半田の量は０．３９６ｍｍ^３である。図１３に示すＣ面端子２０は面取り寸法を０．２００ｍｍとしたものであり、このときの半田の量は０．３６２ｍｍ^３である。図１４に示すＣ面端子２０は面取り寸法Ｌ２を０．２５０ｍｍとしたものであり、このときの半田の量は０．３７１ｍｍ^３である。図１５に示すＣ面端子２０は面取り寸法Ｌ２を０．２７５ｍｍとしたものであり、このときの半田の量は０．３９２ｍｍ^３である。

図１１ないし図１５のＣ面端子２０を見ればわかるように、面取り寸法Ｌ２を０．２００ｍｍ〜０．２５０ｍｍに設定すると、断面形状が方形から真円に近づくため、半田の量が少なくなっていくことがわかる。しかしながら、面取り寸法Ｌ２を大きくしすぎると、接触面寸法Ｌ１が小さくなるため、接触抵抗の増加に配慮しなければならない。

図８のＬ１は、Ｒ付け端子３０の接触面３１の水平方向における寸法であり、以下においては、接触面寸法Ｌ１という。Ｒ付け端子３０の水平方向両側縁には、一対のＲ面３２が形成されている。両Ｒ面３２は、左右対称に形成されている。Ｌ２は、Ｒ面３２の水平方向における寸法であり、以下においては、面取り寸法Ｌ２という。この面取り寸法Ｌ２は、表２におけるＲ処理のＲ０．０２５〜Ｒ０．３２に相当する。したがって、例えば表２のＲ０．０２５とは、面取り寸法Ｌ２が０．０２５ｍｍであることを意味している。ＣＬは、スルーホール径Ｄ_ＴＨとＲ付け端子３０の外径Ｄ_ＴＥＲとの差を２で除したものであり、表２における最小クリアランスに相当する。また、Ｌ４は、一対の接触面３１，３１間の寸法であって、表２における端子の厚さに相当する。一方、Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２の式で算出される寸法であって、表２における端子の幅に相当する。

図９のＬ１は、６角形端子４０の接触面４１の水平方向における寸法であり、以下においては、接触面寸法Ｌ１という。６角形端子４０の水平方向両側縁には、一対のテーパ面４２が形成されている。両テーパ面４２は、８角形端子２０のＣ面２２よりも急斜面で左右対称に形成されている。Ｌ２は、テーパ面４２の水平方向における寸法であり、以下においては、面取り寸法Ｌ２という。この面取り寸法Ｌ２は、表３における六角形の０．０２５×０．３〜０．３２５×０．３に相当する。ここで、例えば０．０２５×０．３とは、面取り寸法Ｌ２が０．０２５ｍｍで、かつ、テーパ面４２の垂直方向における寸法が０．３ｍｍであることを意味している。ＣＬは、スルーホール径Ｄ_ＴＨと６角形端子４０の外径Ｄ_ＴＥＲとの差を２で除したものであり、表３における最小クリアランスに相当する。また、Ｌ４は、一対の接触面４１，４１間の寸法であって、表３における端子の厚さに相当する。一方、Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２の式で算出される寸法であって、表３における端子の幅に相当する。

図１０は、面取り寸法を０ｍｍ以上０．３２５ｍｍ以下の範囲で変化させた場合における半田ペーストの量の推移を、Ｃ面端子２０とＲ付け端子３０と６角形端子４０とについて比較したものである。また、図１０のグラフの元データは、表４に記載したとおりである。表４の単位のうち面取り寸法はｍｍであり、他はｍｍ²であり、表４においては単位を省略して記載してある。

まず、Ｃ面端子２０の傾向としては、面取り寸法Ｌ２が０．２００ｍｍ以上０．２２５ｍｍ以下のときに、最も半田ペーストの量が少なくなることがわかる。また、６角形端子４０の傾向としては、０．２２５ｍｍ以上０．２７５ｍｍ以下のときに、最も半田ペーストの量が少なくなることがわかる。一方、Ｒ付け端子３０については、面取り寸法Ｌ２を大きくするほど半田ペーストの量が少なくなることがわかる。これは、Ｒ付け端子３０の面取り寸法Ｌ２を大きくすれば大きくするほど、断面形状が真円形状に近づくためである。

しかしながら、面取り寸法Ｌ２を大きくすれば、相手側コネクタと嵌合する端子接続部１１における接触面寸法Ｌ１がその分だけ小さくなることを意味するから、接触抵抗の増加を防ぐという観点からすると、面取り寸法Ｌ２ができるだけ小さいほうが好ましく、面取り寸法Ｌ２が小さいながらも半田ペーストの量を少なくできることが理想的と言える。そうすると、面取り寸法Ｌ２が小さい段階で半田ペーストの量をより少なくできるＣ面端子２０が最も理想的であると言える。

Ｃ面端子２０の面取り寸法Ｌ２が０．１５０ｍｍのとき、半田ペーストの量が０．７９２ｍｍ^３であり、面取り寸法Ｌ２が０．２７５ｍｍのとき、半田ペーストの量が０．７８３ｍｍ^３であり、面取り寸法Ｌ２が０．１５０ｍｍ以上０．２７５ｍｍ以下では、半田ペーストの量が０．８００ｍ^３以下に抑えられている。一方、６角形端子４０の半田ペーストの量が最も少なくなるのは、面取り寸法Ｌ２が０．２５０ｍｍのときであり、その量は０．８１３ｍｍ^３である。したがって、Ｃ面端子の面取り寸法Ｌ２を０．１５０ｍｍ以上０．２７５ｍｍ以下に設定しておけば、６角形端子４０の半田ペーストの量よりも必ず少なくできることがわかる。

ここで、（面取り寸法Ｌ２）／（端子の幅Ｌ３）を面取り比率Ｒと定義する。また、端子の幅Ｌ３は、表１ないし表３に記載されているように、０．６４ｍｍ±０．０１ｍｍとされており、その上限値である０．６５０ｍｍをＬ３とした場合に、面取り比率Ｒは以下のように算出される。
＜面取り寸法Ｌ２が０．１５０ｍｍのとき＞
面取り比率Ｒ＝Ｌ２／Ｌ３＝０．１５０／０．６５０＝０．２３１
＜面取り寸法Ｌ２が０．２７５ｍｍのとき＞
面取り比率Ｒ＝Ｌ２／Ｌ３＝０．２７５／０．６５０＝０．４２３
したがって、面取り比率Ｒを０．２３以上０．４３以下に設定しておけば、面取り寸法Ｌ２が０．１５０ｍｍ以上０．２７５ｍｍ以下の範囲を必ず含むことになる。したがって、面取り比率Ｒを０．２３以上０．４３以下に設定しておけば、６角形端子４０よりもＣ面端子２０のほうが半田ペーストの量を少なくできる。

さらに、Ｃ面端子２０の面取り寸法Ｌ２が０．２００ｍｍのとき、半田ペーストの量が０．７２５ｍｍ^３であり、面取り寸法Ｌ２が０．２２５ｍｍのとき、半田ペーストの量が０．７２５ｍｍ^３である。したがって、面取り寸法Ｌ２を０．２００ｍｍ以上０．２２５ｍｍ以下に設定しておけば、Ｃ面端子２０の半田ペーストの量をさらに少なくすることができる。面取り寸法Ｌ２が０．２２５ｍｍのときにおけるＲ付け端子３０の半田ペーストの量は０．７６９ｍｍ^３であることから、Ｒ付け端子３０よりもＣ面端子２０のほうが半田ペーストの量を少なくできる。面取り寸法Ｌ２が０．２００ｍｍと０．２２５ｍｍのときにおける面取り比率Ｒは以下のようである。
＜面取り寸法Ｌ２が０．２００ｍｍのとき＞
面取り比率Ｒ＝Ｌ２／Ｌ３＝０．２００／０．６５０＝０．３０８
＜面取り寸法Ｌ２が０．２２５ｍｍのとき＞
面取り比率Ｒ＝Ｌ２／Ｌ３＝０．２２５／０．６５０＝０．３４６
したがって、面取り比率Ｒを０．３０以上０．３５以下に設定しておけば、面取り寸法Ｌ２が０．２００ｍｍ以上０．２２５ｍｍ以下の範囲を必ず含むことになる。したがって、面取り比率Ｒを０．３０以上０．３５以下に設定しておけば、Ｃ面端子２０の半田ペーストの量を最も少なくすることができ、Ｒ付け端子３０よりも半田ペーストの量を少なくできる。

このようにして半田ペーストの量を少なくできると、スルーホール間ピッチを小さくすることができ、端子間ピッチを小さくすることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では最小クリアランスＣＬが０．０８９ｍｍで端子の幅および厚さが０．６４±０．０１ｍｍとなる場合を前提条件として半田ペーストの量を算出しているものの、本発明によると、最小クリアランスＣＬと端子の幅および厚さはこれらに限定されない。

１０…端子
２０…Ｃ面端子
２１…接触面
２２…Ｃ面
Ｂ…基板
Ｂ１…スルーホール
Ｂ２…半田
ＣＬ…最小クリアランス（スルーホール径と端子の外径との差）
Ｄ_ＴＥＲ…端子の外径
Ｄ_ＴＨ…スルーホール径
Ｌ１…接触面寸法（接触面の水平方向の寸法）
Ｌ２…面取り寸法（Ｃ面の水平方向の寸法）
Ｌ３…端子の幅（Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２）
Ｒ…面取り比率

Claims

基板に形成されたスルーホールに挿入されて半田で接続される端子であって、
当該端子は断面多角形状をなすとともに、水平方向に延びて平行に配された一対の面を有しており、この一対の面の水平方向両側縁にそれぞれ一対のテーパ面が連続して形成されており、
前記一対の面の水平方向の寸法をＬ１とし、前記テーパ面の水平方向の寸法をＬ２とし、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２とし、スルーホール径と前記端子の外径との差が一定であり、
Ｌ２／Ｌ３を面取り比率Ｒと定義したときに、前記面取り比率Ｒは、０．３０以上０．３５以下であることを特徴とする端子。
複数のスルーホールが基板上に同じピッチで直線状に並んで配され、前記スルーホールに接続される複数の端子と前記複数の端子が保持されたハウジングとを有し、前記複数の端子が前記ハウジングにおいて直線状に並んで配された基板用コネクタの接続構造であって、
前記端子は前記スルーホールに挿入され半田で前記スルーホールに電気的に接続され、
当該端子は断面多角形状をなすとともに、相手側端子が導通可能に接続される端子接続部と、前記スルーホールに前記半田で接続される基板接続部とを備え、前記端子接続部は、水平方向に延びて平行に配された一対の接触面であって前記相手側端子と接触する一対の接触面を有しており、この一対の接触面の水平方向両側縁にそれぞれ一対のテーパ面が連続して形成されており、
前記一対の接触面の水平方向の寸法をＬ１とし、前記テーパ面の水平方向の寸法をＬ２とし、Ｌ３＝Ｌ２＋Ｌ１＋Ｌ２とし、
Ｌ２／Ｌ３を面取り比率Ｒと定義したときに、前記面取り比率Ｒは、０．２３以上０．４３以下であることを特徴とする基板用コネクタの接続構造。