JP2007281101A - 制御基板のプリント配線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フィクスチャを利用した一括セッティングによる効率の良い試験を行うとともに、表面実装コネクタが実装されていないこと等を検出する。
【解決手段】制御基板１に嵌合するフィクスチャ１２に表面実装コネクタ４のリード電位をプロービングするプローブピン１６を設け、コネクタ４のリード４ａが半田付けされる取付パッド２５は制御基板１の表面側に設け、取付パッド２５は制御基板１のスルーホール１ｂ内のパッド２６を介して制御基板１の裏面側に設けられたテストパッド２７と接続し、取付パッド２５はスリット２８により二つの領域２５ａ，２５ｂに分割するとともに、コネクタ４のリード４ａを二つの領域２５ａ，２５ｂに跨って半田付けし、テストパッド２７に接続されない方の領域２５ａにＩＣ部品５のリード５ａを接続し、プローブピン１６をテストパッド２７に接触させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、表面実装方式の外部インタフェースコネクタを持つ制御基板のプリント配線構造に関するものである。

現在、制御用電子回路を使用した制御装置は、その回路の構築のために、プリント配線基板を用いることが一般的である。また、このプリント基板を製造するメーカにおいては、この制御基板の動作試験を行う際には、プリント配線基板上に実装された電子部品やコネクタ等が確実に半田付けされていることを、通電試験、機能試験、外観検査等によって確認することが一般的である。この発明は、このような制御基板の通電、機能試験を効率良く実施するための装置に係わり、特に、プリント配線基板上でのパターン作成に関するものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開平６−６１６０４号公報 特開２００３−２１５２０８号公報 特開２００４−３４０６１７号公報

上述の通り、電子機器を製造するメーカにおいては、製造されたプリント配線基板上に実装された電子部品やコネクタ等が確実に半田付けされていることを、通電試験、機能試験、外観検査等によって確認することが一般的である。特に、外部との信号授受を行う制御基板の場合、制御基板上には信号用コネクタが実装されるのが一般的であって、このコネクタにより制御基板同士の信号接続を直接行ったり、一旦ケーブルを介して信号の接続を行ったりする。その意味で、この信号用コネクタは重要な部品の一つである。従って、外部との信号授受を行う制御基板の試験工程では、外部接続用のコネクタが製造上確実に半田付けされていて、その制御基板の外部インタフェースが正しく接続されていることを確認することが必要である。

現在、このようなコネクタ部を持った制御基板の試験工程では、このコネクタ部に直接ケーブルを接続して、対向する装置との間で実際の信号をやり取りしてこの部分の接続性を確認することが一般的であるが、この方法は、コネクタ部へのケーブルの着脱に必ず人手を必要とするために、大量の製品を効率良く試験することが困難であった。この様子を図５に示す。図５において、１が試験される制御基板であり、２は試験を行う際の操作を行うためのヒューマンインタフェース（コンソール）用コネクタ、３は電源コネクタ、４が今回の試験の対象となる外部機器インタフェース用コネクタであり、これらのコネクタ２〜４はいずれも制御基板１に設けられている。５は制御基板１上の制御信号を授受するＩＣ部品であって、そのリ−ド５ａが制御基板１のパターンに半田付けされるポイントであり、リード５ａはコネクタ４のリード取付パッドに接続される。６は試験時に制御基板１の制御操作等の設定、起動等を行うコンソール機器であり、パソコン等がこれに相当する。６ａはコンソール機器６と制御基板１とを接続するヒューマンインタフェースケーブル、７はケーブル６ａをコネクタ２を介して制御基板１に接続するコネクタ（リセプタクル側）である。

又、８は試験時に制御基板１に電源を与えるための電源装置であり、ＡＣ／ＤＣアダプタ装置等がこれに該当する。８ａは電源装置８と制御基板１とを接続するための電源ケーブルであり、一端が電源装置８に接続され、他端がコネクタ（リセプタクル側）９及び電源コネクタ３を介して制御基板１と接続される。さらに、１０は制御基板１と信号の授受を行って、通信等を行う対向機器であり、様々な機器が想定される。ここでは、ＬＡＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））インタフェースを想定して対向用のパソコンを例に採っている。１０ａはこの対向機器１０と制御基板１とを接続する信号ケーブルであり、その一端は対向機器１０と接続され、他端はコネクタ（リセプタクル側）１１及びコネクタ４を介して制御基板１と接続される。

ここで、これらの試験用周辺機器やケーブルを利用して、制御基板の機能試験を行う場合を考えると、各周辺機器とそれに付随するケーブルの接続、及び制御基板とそれらのケーブルの接続操作が必要である。製品試験のように、制御基板が多数に及ぶ場合、周辺機器とケーブルとの接続は、１回で済むが、制御基板とケーブルの挿抜（挿入／抜去）は、制御基板毎に毎回行わなければならないことになる。特に、図５に示すように、ケーブル用コネクタが複数ある場合（４と１１、２と７、３と９）には、それら全ての挿抜を行わなければ次の制御基板の試験に移れないことになる。これでは、多数の制御基板が存在する工程には人手を介する時間が大きくなり、不向きである。

この課題を解決するために、近年では、被検対象の制御基板を安直に着脱できるフィクスチャと呼ばれる枠組みを用意し、このフィクスチャの下側に制御基板の部品パッド（半田付け部）をプローブできるプローブピンを配置することによって、被検対象の制御基板を載せるだけで一括して必要な信号の接続及び試験が行える方式を採ることが一般的になってきている。この様子を図６に示す。符号１〜１１で示した部分は図５と同一部分を示し、フィクスチャ１２は制御基板１が丁度収まるサイズになっている。１３はフィクスチャ１２内にある絶縁基板であり、被検対象の制御基板１の部品配置（リードの半田付けパッドの位置）に合わせた座標上にプローブピンを立てるための基板である。１４〜１６はそれぞれ制御基板１上のコネクタ２〜４の信号ピンに対応させたプローブピンである。１７〜１９はそれぞれ制御基板１上のコネクタ２〜４と同等のコネクタであり、フィクスチャ１２上に配置され、それぞれプロービピン１４〜１６と電気的に接続される。これらのコネクタ１７〜１９はコネクタ２〜４と接続していたコネクタ７，９，１１をそのまま接続できるようにしたものであり、コネクタ７をコネクタ１７に、コネクタ９をコネクタ１８に、コネクタ１１をコネクタ１９にそれぞれ接続する。

このような機構の下で、制御基板１を太い矢印２０の方向に移動して、フィクスチャ１２に嵌め込むと、コネクタ２はプローブピン１４に、コネクタ３はプローブピン１５に、コネクタ４はプローブピン１６にそれぞれ接触して、コネクタ１７〜１９に接続される。このように、フィクスチャ１２を用いたプローブピン１４〜１６による通電試験の場合、制御基板１に搭載した部品がラジアルリード部品の場合は、部品リードの半田付け用のスルーホールとそのパッドが制御基板１の底面側に存在するので、このパッド部分にプローブピン１４〜１６を立てれば、この部品が実装されて半田付けされているかどうかを確認することができる。この様子を図７に示す。図７はフィクスチャ１２に制御基板１を嵌め込んで、プローブピン１６がコネクタ４のリード４ａと接触する直前の状態を、コネクタ４の中心を断面として、右側から俯瞰した断面図を示し、４ａはコネクタ４の接点とリードピンを構成するリードであり、制御基板１のスルーホール１ａに挿入される。１９ａはコネクタ１９の接点とリードピンを構成するリード、１１ａはコネクタ１１の接点とリードピンを構成するリードであり、リード１１ａ，１９ａは接触する。又、プローブピン１６は絶縁基板１３を移動可能に挿通され、１６ａはプローブピン１６とリード１９ａとを結ぶケーブル、１６ｂはプローブピン１６の押下動作に対して反発するばね部材である。又、２１はコネクタ４を制御基板１に実装する場合のリード４ａの取付パッドであり、取付パッド２１は制御基板１の表面側に設けられるとともに、スルーホール１ａ内を介して制御基板１の裏面側にも設けられる。Ａ部即ちスルーホール１ａ内及び裏面側では半田付けが行われて取付パッド２１にリード４ａが固定される。その他の部分は、図５及び図６と同様である。

今、矢印２２の方向に制御基板１を嵌合、移動させると、リード４ａの先端がプローブピン１６に接触する。コネクタ４の実装とＡ部での半田付けが正しく行われている場合、ＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続が確保されるので、この間を結ぶ機能試験（通電試験でもよい。）にパスすることになる。この状態を示したのが図８である。

図９はコネクタ４が実装されているものの、半田付けが正しく行われていない場合を示している。この場合、コネクタ４のリード４ａとプローブピン１６とは接触するが、リード４ａと取付パッド２１とが半田付けされていないために、ＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続（導通）が得られず、この機能試験（通電試験でもよい。）でエラーが発生するので、この部分の製造不良を検出することができる。

一方、図１０はコネクタ４が実装されていない場合を示す。この場合には、制御基板１をフィクスチャ１２に実装しても、取付パッド２１とプローブピン１６とは接触しないので、この場合にもＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続（導通）は得られず、この機能試験（通電試験でもよい。）でエラーが発生して、この部分の製造不良を検出することができる。このような機構により、フィクスチャ１２を利用すると、制御基板１が多数ある場合でも、多くのコネクタのケーブル挿抜を行わなくても、制御基板１をフィクスチャ１２に嵌合、取り外しを行うだけで、機能試験、導通試験等を実施することができ、試験工程の大幅な合理化を図ることができる。

ところが、このフィクスチャ１２の機構は、コネクタ４が表面実装部品である場合には、次のような問題が発生して上手く利用できない。この様子を図１１に示す。図１１はコネクタ４が表面実装部品の場合を示し、この場合、コネクタ４のリード４ｂは制御基板１の表面側の取付パッド２３に半田付けされるが、スルーホール１ａがないために、取付パッド２３がプローブピン１６が接触する制御基板１の裏面側のＢ部に存在せず、フィクスチャ１２を利用してもプロービングができないことになる。この問題を解決するために、制御基板１の表面側にしか設けられていない取付パッド２３を制御基板１のスルーホール１ｂを介して裏面側にも設け、この裏面側に設けた取付パッド２３をプローブピン１６によりプロービングできるようにした。この例を図１２に示す。このようにすれば、コネクタが表面実装部品であっても、フィクスチャ１２によって裏面側からプロービングできるが、この場合、Ｃ部に示すように、コネクタ４のリード４ｂと取付パッド２３の表面側との間が半田付けされていなかったり、コネクタ４が実装されていない場合でもＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続（導通）が得られてしまうため、この部分の製造不良を検出することができなかった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、表面実装コネクタのリードが半田付けされる取付パッドを表面側に設けられた制御基板において、フィクスチャを利用した一括セッティングによる効率の良い試験を行うことができるとともに、表面実装コネクタが実装されていなかったり、表面実装コネクタが取付パッドと正しく半田付けされていないことを検出することができる制御基板のプリント配線構造を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る制御基板のプリント配線構造は、表面実装コネクタのリードが半田付けされる取付パッドを表面側に設けられた制御基板において、前記取付パッドは制御基板のスルーホール内のパッドを介して制御基板の裏面側に設けられたテストパッドと接続するとともに、前記取付パッドはスリットを設けることによって二つの領域に分割し、前記コネクタのリードを二つの領域に跨って半田付けするとともに、取付パッドのテストパッドに接続されない方の領域に信号を接続し、かつ制御基板に嵌合するフィクスチャに前記コネクタのリード電位をプロービングするために設けられたプローブピンを前記テストパッドと接触させるようにしたものである。

請求項２に係る制御基板のプリント配線構造は、前記スリットを前記取付パッドの長さ方向に対して略平行に設けたものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、制御基板の表面側に設けられ、表面実装コネクタのリードが半田付けされる取付パッドを制御基板のスルーホール内のパッドを介して制御基板の裏面側に設けられたテストパッドと接続しており、制御基板に嵌合するフィクスチャに設けられたプローブピンをテストパッドと接触させることにより表面実装コネクタのリード電位をプロービングすることができ、フィクスチャによる一括セッティングを可能にし、人手に頼ったコネクタの挿抜作業を無くすことができ、効率の良い試験を行うことができる。又、制御基板の表面側に設けられた取付パッドをスリットにより二つの領域に分割するとともに、コネクタのリードを二つの領域に跨って半田付けし、取付パッドのテストパッドに接続されない方の領域に信号を接続しており、表面実装コネクタが実装されなかったり、コネクタのリードの半田付けが正しく行われなかったりした場合には、二つの領域間の電気的接続が行われず、コネクタのリード電位を検出することができず、製造不良を検出することができる。

請求項２によれば、取付パッドのスリットを取付パッドの長さ方向に対して略平行としており、半田付け部とスリットとの重なり距離が長くなり、半田付けの状態をより正確に検出することができる。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。一般に、制御基板１上に表面実装部品を実装するための取付パッド（フットプリント）２４は図４のような形状を有している。２４は取付位置４′ｂにコネクタ４のリード４ｂが取り付けられる取付パッドであり、取付パッド２４にはＩＣ部品５のリード５ａが接続されるパターン部２４ａが一体に設けられている。図１（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態１による制御基板1のプリント配線構造の要部縦断正面図及びそのＤ部拡大図、図２は表面実装コネクタ用取付パッド２５の正面図を示し、コネクタ４は制御基板１の表面に実装され、そのリード４ｂは制御基板１の表面側に設けられた取付パッド２５に半田付けされ、４′ｂがその取付位置を示す。制御基板１に嵌合するフィクスチャ１２内には絶縁基板１３が設けられ、絶縁基板１３の取付パッド２５に対応した位置にはプローブピン１６が上下動自在に設けられ、プローブピン１６はばね部材１６ｂ，ケーブル１６ａ，リード１９ａ，１１ａを介してコネクタ１９，１１に接続される。

又、取付パッド２５の一端は制御基板１のスルーホール１ｂ内のパッド２６を介して制御基板１の裏面側に設けられたテストパッド２７と接続され、また取付パッド２５はスリット２８によって二つの領域２５ａ，２５ｂに分割され、リード４ｂは二つの領域２５ａ，２５ｂに跨って半田付けされる。また、取付パッド２５のテストパッド２７と接続されない方の領域２５ａにはパターン部２９を介してＩＣ部品５のリード５ａを接続し、制御信号を接続する。プローブピン１６はテストパッド２７と接触し、コネクタ４のリード４ｂの電位をプロービングする。

実施最良形態１においては、上記のように構成されており、コネクタ４が確実に実装され、コネクタ４のリード４ｂが取付パッド２５の二つの領域２５ａ，２５ｂに跨って双方に確実に半田付けされた場合に限って、ＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続（導通）が確保されるので、この間を結ぶ機能試験（通電試験でもよい。）にパスすることになる。

逆に、コネクタ４が実装されていない場合や、そのリード４ｂの半田付けが正しく行われていない場合には、制御基板１をフィクスチャ１２に実装しても、取付パッド２５の領域２５ａ，２５ｂが電気的に接続されないので、ＩＣ部品５のリード５ａからコネクタ１１までの電気的接続（導通）が得られず、この機能試験（通電試験でも良い。）でエラーを発生して、この部分の製造不良を検出することができる。

上記した実施最良形態１においては、制御基板１の表面側に設けられた取付パッド２５をスルーホール１ｂ内のパッド２６を介して制御基板１の裏面側のテストパッド２７と接続しており、フィクスチャ１２に設けられたプローブピン１６をテストパッド２７に接触させることにより、表面実装コネクタ4のリード４ｂの電位をプロービングすることができ、フィクスチャ１２による一括セッティングが可能となり、人手に頼ったコネクタの挿抜作業を無くすことができ、効率の良い試験を行うことができる。又、コネクタ４のリード４ｂを取付パッド２５の分割された二つの領域２５ａ，２５ｂに跨って半田付けしており、表面実装コネクタ４が実装されなかったり、コネクタ４のリード４ｂの半田付けが正しく行われなかったりした場合には、二つの領域２５ａ，２５ｂ間の電気的接続が行われず、コネクタ４のリード電位を検出することができず、製造不良を検出することができる。

実施最良形態２
図３はこの発明の実施最良形態２による取付パッドの正面図を示し、実施最良形態１においては、取付パッド２５をその長さ方向に対して直角方向のスリット２８を設けて、二つの領域２５ａ，２５ｂに分割したが、実施最良形態２においては取付パッド２５をその長さ方向に対して略平行のスリット３０によって二つに分割しており、半田付け部とスリット３０との重なり距離Ｅが長くなり、半田付け状態をより正確に検出することができる。

この発明の実施最良形態１による制御基板のプリント配線構造の要部縦断正面図及びそのＤ部拡大図である。 実施最良形態１による取付パッドの正面図である。 実施最良形態2による取付パッドの正面図である。 従来の取付パッドの正面図である。 従来の制御基板のプリント配線構造を示す分解斜視図である。 従来の他の制御基板のプリント配線構造を示す分解斜視図である。 従来の他の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。 コネクタが正しく半田付けされている場合の従来の他の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。 コネクタの半田付けが正しく行われていない場合の従来の他の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。 コネクタが実装されていない場合の従来の他の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。 コネクタが表面実装部品である場合の従来の他の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。 コネクタが表面実装部品である場合に対応した従来の制御基板のプリント配線構造の通電試験時の要部縦断正面図である。

符号の説明

１…制御基板
１ｂ…スルーホール
４、１１，１９…コネクタ
５…ＩＣ部品
４ｂ，５ａ，１１ａ，１９ａ…リード
１２…フィクスチャ
１３…絶縁基板
１６…プローブピン
２５…取付パッド
２６…パッド
２７…テストパッド
２８，３０…スリット
２９…パターン部

Claims (2)

1. 表面実装コネクタのリードが半田付けされる取付パッドを表面側に設けられた制御基板において、前記取付パッドは制御基板のスルーホール内のパッドを介して制御基板の裏面側に設けられたテストパッドと接続するとともに、前記取付パッドはスリットを設けることによって二つの領域に分割し、前記コネクタのリードを二つの領域に跨って半田付けするとともに、取付パッドのテストパッドに接続されない方の領域に信号を接続し、かつ制御基盤に嵌合するフィクスチャに前記コネクタのリード電位をプロービングするために設けられたプローブピンを前記テストパッドと接触させるようにしたことを特徴とする制御基板のプリント配線構造。
2. 前記スリットを前記取付パッドの長さ方向に対して略平行に設けたことを特徴とする請求項１記載の制御基板のプリント配線構造。
   

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