JP2007027584A - 接続構造、回路構成体、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リフロー処理を施したときのメッキ層の流れ出しを回避可能な接続構造、および回路構成体を提供することにある。
【解決手段】 接続部２９の周囲にはメッキ層２９が除去された露出部２８が設けられているから、リフロー工程においてクリームはんだＳのみならず接続部２９を構成するメッキ成分までもが融解してしまた場合でも、この露出部２８を超えて開口部２６、２７の外側領域までメッキ層２９やクリームはんだＳが到達しない限り、接続不良等の障害が生じることはない。このように、露出部２８が緩衝地帯となって融けたクリームはんだＳが開口部２６、２７の外側領域に流れ出すことを防止できるから、接続不良等を回避できる。また、バスバー基板２２において必要な部分のみメッキ層を形成することにより接続部２９および露出部２８を形成する方法によれば、開口部２６、２７内に整合する位置に簡易に接続部２９および露出部２８を形成することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、接続構造、回路構成体、およびその製造方法に関する。

従来、車載電源から各種電装品へ電力を分配するために、回路基板の一方の面に形成された回路パターンにスイッチング素子等の電子部品が実装されると共に、回路基板の他方の面には、スイッチング素子と電気的に接続されて電力回路を構成するバスバーが絶縁層を介して接着された回路構成体を、防水用のケース内に収容した電気接続箱が用いられている（特許文献１参照）。

上記のスイッチング素子には、回路パターン及び制御素子から構成される制御回路に接続される制御用端子と、電力回路と接続される電力用端子とが設けられている。このうち電力用端子はバスバーに接続されている。すなわち、回路基板には開口部が設けられており、この開口部の底部にバスバーが露出している。この露出面には、端子との導通を確保するためにメッキが施されている。そして、この開口部内に電力用端子が挿通されて、バスバーとはんだ付けされる。このはんだ付けは、リフローはんだ付けによって行なわれることが一般的である。
特開２００３−１６４０３９公報

ところで、近年では環境への配慮から、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだから、鉛を用いない鉛フリーはんだのＳｎ−Ａｇはんだを使用することが多くなっている。このＳｎ−Ａｇはんだの融点は約２２０℃であり、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの融点（１８０℃〜１９０℃）よりも高くなっている。このため、鉛フリーはんだを使用して電子部品を実装する場合には、リフロー処理の温度を２２０℃〜２３０℃と、従来の鉛入りはんだを使用した場合よりも高温とせざるを得ない。はんだの濡れ性を改善するためにバスバーはすずメッキを施しているが、このスズメッキの融点は２３２℃のため、リフロー時に溶融するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、リフロー処理を施したときのはんだの流れ出しを回避可能な接続構造、および回路構成体を提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１の発明に係る接続構造は、平面状の端子接続領域に電子部品の端子をはんだ付けする接続構造において、前記端子接続領域には前記はんだの拡散を許容するはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明は、バスバーと、前記バスバーにはんだ付けにより実装された電子部品とを備えた回路構成体において、前記バスバーにおいて前記電子部品の端子が接続される端子接続領域には、前記バスバーの面上に形成されたメッキ層からなるはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、少なくとも一面側に導電路が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一面側に実装された電子部品と、前記回路基板の他面側に設けられたバスバーとを備えるとともに、前記回路基板には厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記バスバーの表面においてこの開口部内に臨む端子接続領域に前記電子部品の端子がはんだ付けされた回路構成体であって、前記端子接続領域には前記バスバーの面上に形成されたメッキ層からなるはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする。

請求項４の発明は、少なくとも一面側に導電路が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一面側に実装された電子部品と、前記回路基板の他面側に設けられたバスバーとを備えるとともに、前記回路基板には厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記バスバーの表面においてこの開口部内に臨む端子接続領域に前記電子部品の端子がはんだ付けされた回路構成体を製造する方法であって、前記バスバーを形成するバスバー形成工程と、前記バスバーの前記端子接続領域において、その周縁部に前記バスバー母材が露出する露出領域を残してそれよりも内側位置にメッキ層からなるはんだ拡散許容部を形成するはんだ拡散許容部形成工程と、前記バスバーを前記回路基板に接着する接着工程と、前記はんだ拡散許容部上にはんだを付着させるはんだ付着工程と、前記電子部品の端子を前記はんだ上に載置した状態で前記はんだを加熱溶融させることにより前記はんだ拡散許容部上に前記端子をはんだ付けするリフロー工程とを経ることを特徴とする。

請求項１〜請求項３の発明によれば、リフロー時にはんだがはんだ拡散許容部に止まるから、接続不良等を回避できる。

請求項４の発明によれば、バスバーにおいて必要な部分のみメッキ層を形成することによりはんだ拡散許容部を形成する。このような方法によれば、簡易に端子接続領域にはんだ拡散許容部を形成することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態の電気接続箱１は、回路構成体２０をケース１０内に収容したものである。
この電気接続箱１のケース１０は、ロアケース１１と、このロアケース１１の上方から組み付けられるアッパーケース１３とからなる（図１参照）。

ロアケース１１は、合成樹脂等の絶縁材料により形成された枠体１２を備えている。この枠体１２は、回路構成体２０の周縁にほぼ沿った枠状に形成されており、その内側に回路構成体２０をほぼ緊密に嵌めることができるようになっている。この枠体１２には、詳細に図示はしないが、回路構成体２０に設けられる電子部品から発生する熱を放熱するための放熱板が取り付けられている。

アッパーケース１３は、合成樹脂により全体として下面側が開口した浅皿容器状に形成され、回路構成体２０の上方を覆いつつロアケース１１に組み付けられる。アッパーケース１３の前後両面には開口が設けられており、各開口を塞ぐようにしてＰＣＢコネクタ１４及びヒューズボックス１５が装着される。

アッパーケース１３の前端に組み付けられるＰＣＢコネクタ１４は、合成樹脂により前面に開口した横長形状に形成されている。このＰＣＢコネクタ１４内には、回路構成体２０と接続された外部端子３８が臨んでいる。また、アッパーケース１３の後端側に組み付けられるヒューズボックス１５は、合成樹脂製であって、アッパーケース１３の後面側を全長にわたって覆うとともに、その上半分がアッパーケース１３の天井面よりも上方に突出する大きさの横長形状に形成されている。このヒューズボックス１５内には、後述のバスバー基板２２に設けられたバスバー端子２２Ａが収容されている。このヒューズボックス１５においてアッパーケース１３の上方に突出した領域には、アッパーコネクタ１６が前方から組み付けられており、ここには相手コネクタ（図示せず）が前面側から嵌合されるようになっている。

このケース１０に収容される回路構成体２０は、図２に示すように、制御回路基板２１と、この制御回路基板２１の下面側に配されるバスバー基板２２とを備えている。制御回路基板２１は、図２に示すように、全体として長方形の板状をなすとともに、その左前端側の角を落したような外形形状に形成され、その上面側には図示しない導体パターンが形成されている。

この制御回路基板２１の下面側には、絶縁性を有する薄い接着シート２３を介してバスバー基板２２が貼り付けられている。バスバー基板２２は、導電性に優れた金属板を打ち抜いて形成されたものであって、電力回路となる導電路をなす複数のバスバー２４が並列して制御回路基板２１とほぼ整合した外形形状をなしている。このバスバー基板２２の後縁からは複数本のバスバー端子２２Ａが左右に並んで突設されており、また前端部には外部端子３８が例えば溶着により接続されている。

この回路構成体２０の上面側には、電子部品（例えば半導体スイッチング素子３１、機械式リレースイッチ３５）が実装されている。電子部品のうち機械式リレースイッチ３５は、ハウジング３６と、このハウジング３６に接続された複数本の端子３７とを備えている（図４、図５を併せて参照）。これらの端子には、バスバー基板２２と接続されて電力回路を制御する電力用端子３７Ａと、制御回路基板２１と接続されて機械式リレースイッチ３５の駆動を制御する制御用端子３７Ｂとがある。各端子３７はハウジング３６の底部から突出して下方に延出された後、直角に外方に曲げられ、その先端部が制御回路基板２１またはバスバー基板２２の表面に沿うように配されている。

一方、半導体スイッチング素子３１は、ハウジング３２と、このハウジング３２に設けられた複数の端子３３とを備えている（図４を併せて参照）。複数の端子３３のうち、ドレイン端子（電力用端子）３３Ａはハウジング３２の下面側に全面にわたって設けられている。また、ソース端子（電力用端子）３３Ｂ及びゲート端子（制御用端子）３３Ｃはハウジング３２の側面から突出されて下方へクランク状に折り曲げられ、その先端部が制御回路基板２１またはバスバー基板２２の表面に沿うように配されている。

これらの電子部品の端子３３、３７は、以下に説明するように、制御回路基板２１の導体パターン上に設けられたランド部２５、またはバスバー基板２２にはんだ付けにより接続される。

制御回路基板２１において、電子部品の端子３３、３７のうちバスバー基板２２上に接続される電力用端子３３Ａ、３３Ｂ、３７Ｂに対応する位置には、対応する各端子３３Ａ、３３Ｂ、３７Ｂを挿通可能な開口部２６、２７が板厚方向に貫通形成されており、この開口部２６、２７からはバスバー基板２２が露出している。

これらの開口部２６、２７のうち半導体スイッチング素子３１の電力用端子３３Ａ、３３Ｂに対応する素子用開口部２６は、半導体スイッチング素子３１の上方から見た外形形状よりも一回り大きな矩形状の大孔部２６Ａと、その一辺に設けられてソース端子３３Ｂを挿通可能な矩形状の小孔部２６Ｂとが連結された形状をなしており、バスバー基板２２と積層された際に、ドレイン端子３３Ａが接続されるバスバー２４とソース端子３３Ｂが接続されるバスバー２４とに跨るようにして設けられている。各バスバー２４の面上においてこれらの素子用開口部２６内に臨む端子接続領域Ｒには、この素子用開口部２６の周縁部からそれよりもやや内側位置までの領域を残して、その内側領域に外形が素子用開口部２６よりも一回り小さなメッキ層による接続部２９（本発明のはんだ拡散許容部に該当する）が形成されている。そして、この接続部２９上に、ドレイン端子３３Ａおよびソース端子３３ＢがはんだＳによって接続されている。接続部２９の周囲に環状に形成されたバスバー基板２２の露出部分は、その内側のはんだＳが融けて素子用開口部２６の外部領域に流れ出すのを規制する露出部２８とされている。一方、ゲート端子３３Ｃは、制御回路基板２１上に設けられたランド部２５にはんだ付けにより接続されている。

一方、機械式リレースイッチ３５の電力用端子３７Ａを接続するためのリレー用開口部２７は、各機械式リレースイッチ３５の設置領域において各電力用端子３７Ａに対応する位置に矩形状に形成されている。そして、各バスバー２４の面上においてこれらのリレー用開口部２７内に臨む端子接続領域Ｒには、上記の素子用開口部２６と同様に、リレー用開口部２７の周縁部からそれよりもやや内側位置までの領域をバスバー２４が露出する露出部２８として残して、その内側領域にメッキ層による接続部２９が形成されている。そして、この接続部２９上に、電力用端子３７ＡがはんだＳによって接続されている。

次に、この電気接続箱１の製造の手順について、図５および図６を参照しつつ説明する。図５および図６には、例として、機械式リレースイッチ３５を実装する場合を示すが、半導体スイッチング素子３１の場合も同様の手順で行なうことができるから、以下には、両者を併せて説明する。

まず、金属板をプレス加工で打ち抜くことによりバスバー基板２２を形成する（図５Ａ；バスバー基板形成工程）。なお、詳細には図示しないが、打ち抜きの時点では、バスバー基板２２を構成する各バスバー２４がばらばらにならないよう、各バスバー２４間およびバスバー２４とこれを取り囲む外枠とが連結片により連結された状態となっている。

次に、このバスバー基板２２上にマスクＭを積層して（図５Ｂ）、接続部２９となる領域以外の領域をマスクした状態で、周知のメッキ法によりスズを含むメッキ層からなる接続部２９を形成する（図５Ｃ；接続部形成工程）。その後、マスクを剥離する。

次に、制御回路基板２１を接着シート２３を介してバスバー基板２２の接続部２９が設けられた面側に貼り付ける（図５Ｄ；接着工程）。なお、この接着シート２３には、制御回路基板２１の開口部２６、２７に整合する位置に厚さ方向に貫通する貫通孔２３Ａが設けられている。開口部２６、２７の内側であって接続部２９を囲う領域は、バスバー基板２２が露出した露出部２８となる。
また、この接着工程と併せて、次の部品実装の工程に差し支えない範囲でバスバー端子２２Ａの曲げ加工を行なっても良い。

次に、制御回路基板２１上に電子部品を実装する。まず、制御回路基板２１のランド部２５上、および開口部２６、２７内の接続部２９上に例えばスクリーン印刷によりクリームはんだＳを塗布する（図５Ｅ；はんだ付着工程）。このクリームはんだＳとしては鉛フリータイプのものを使用する。そして、機械式リレースイッチ３５を、リレー用開口部２７内の接続部２９上に電力用端子３７Ａが、制御回路基板２１上のランド部２５上に制御用端子３７Ｂが整合するように位置合わせして、制御回路基板２１上に載置する（図５Ｆ）。また、同様に半導体スイッチング素子３１を、素子用開口部２６において大孔部２６Ａ内に形成した接続部２９上にドレイン端子３３Ａが、小孔部２６Ｂ内に形成した接続部２９上にソース端子３３Ｂが、そして制御回路基板２１上のランド部２５上にゲート端子３３Ｃが整合するように位置合わせして、制御回路基板２１上に載置する。この状態で、図示しないリフロー炉内に回路構成体２０を設置し、はんだ溶融温度まで加熱を行い、その後冷却を行なうことにより、各端子３３、３７をはんだ付けする（図６；リフロー工程）。

このとき、はんだとスズの溶融温度が極めて近いために、リフロー時にクリームはんだＳのみならず接続部２９を構成するメッキ成分までもが融解してしまい、クリームはんだＳが周辺領域に流れ出して接続不良等を引き起こすおそれがある。しかし、接続部２９の周囲には露出部２８が設けられているから、この露出部２８を超えて開口部２６、２７の外側領域まで接続部２９を構成するメッキ層やクリームはんだＳが到達しない限り、接続不良等の障害が生じることはない。このように、露出部２８が緩衝地帯となって、開口部２６、２７の外側領域までクリームはんだＳが流れ出すことを規制しているのである。

電子部品の実装が完了したら、バスバー端子２２Ａの曲げ加工や各バスバー２４同士およびバスバー２４と枠体との切り離しを行なって、回路構成体２０が完成する。最後に、この回路構成体２０をケース１０内に収容し、ＰＣＢコネクタ１４及びヒューズボックス１５を組み付けることで、電気接続箱１が完成する。

以上のように本実施形態によれば、リフロー工程においてクリームはんだＳの下層の接続部２９を構成するメッキ成分が融解したとしても、露出部２８が緩衝地帯となってクリームはんだＳが開口部２６、２７の外側領域に流れ出すことを防止できる。これにより、接続不良等を回避できる。
また、バスバー基板２２において必要な部分のみメッキ層を形成することにより接続部２９および露出部２８を形成する方法によれば、開口部２６、２７内に整合する位置に簡易に接続部２９および露出部２８を形成することができる。

本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
（１）上記各実施形態によれば、電子部品は半導体スイッチング素子３１、機械式リレースイッチ３５であったが、他の電子部品をはんだ付けにより実装する場合であっても本発明の拡散防止部を適用できる。
（２）上記各実施形態では、接続部２９を構成するメッキ層はスズを含むメッキ層であったが、メッキ層の成分にはとくに制限はない。また、異なる成分を含む層が複数積層されたものであっても良い。

第１実施形態の電気接続箱の斜視図 回路構成体の斜視図 バスバー基板の部分拡大上面図 回路構成体の部分拡大上面図 機械式リレースイッチの実装工程を示す部分拡大断面図 機械式リレースイッチを回路構成体に実装した様子を示す部分拡大断面図

符号の説明

２０…回路構成体
２１…制御回路基板
２２…バスバー基板
２６、２７…開口部
２８…露出部
２９…接続部（はんだ拡散許容部）
３１…半導体スイッチング素子（電子部品）
３３、３７…端子
３５…機械式リレースイッチ（電子部品）
Ｒ…端子接続領域
Ｓ…クリームはんだ（はんだ）

Claims (4)

1. 平面状の端子接続領域に電子部品の端子をはんだ付けする接続構造において、
   前記端子接続領域には前記はんだの拡散を許容するはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする接続構造。
2. バスバーと、前記バスバーにはんだ付けにより実装された電子部品とを備えた回路構成体において、前記バスバーにおいて前記電子部品の端子が接続される端子接続領域には、前記バスバーの面上に形成されたメッキ層からなるはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする回路構成体。
3. 少なくとも一面側に導電路が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一面側に実装された電子部品と、前記回路基板の他面側に設けられたバスバーとを備えるとともに、
   前記回路基板には厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記バスバーの表面においてこの開口部内に臨む端子接続領域に前記電子部品の端子がはんだ付けされた回路構成体であって、
   前記端子接続領域には前記バスバーの面上に形成されたメッキ層からなるはんだ拡散許容部が設けられていることを特徴とする回路構成体。
4. 少なくとも一面側に導電路が形成された回路基板と、前記回路基板の前記一面側に実装された電子部品と、前記回路基板の他面側に設けられたバスバーとを備えるとともに、前記回路基板には厚み方向に貫通する開口部が形成され、前記バスバーの表面においてこの開口部内に臨む端子接続領域に前記電子部品の端子がはんだ付けされた回路構成体を製造する方法であって、
   前記バスバーを形成するバスバー形成工程と、
   前記バスバーの前記端子接続領域において、その周縁部に前記バスバー母材が露出する露出領域を残してそれよりも内側位置にメッキ層からなるはんだ拡散許容部を形成するはんだ拡散許容部形成工程と、
   前記バスバーを前記回路基板に接着する接着工程と、
   前記はんだ拡散許容部上にはんだを付着させるはんだ付着工程と、
   前記電子部品の端子を前記はんだ上に載置した状態で前記はんだを加熱溶融させることにより前記はんだ拡散許容部上に前記端子をはんだ付けするリフロー工程とを経ることを特徴とする回路構成体の製造方法。

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