JP2011512629A - 回路基板装置及び電気的接続モジュール - Google Patents

Abstract

担体モジュールと、少なくとも１つの電気接点と、取付けモジュールと、を有する回路基板装置及び電気的接続モジュールにおいて、前記取付けモジュールは前記少なくとも１つの電気接点の接触を保護するために用いられるとともに、弾性プラスチックから構成されており、さらに前記担体モジュールは前記少なくとも１つの電気接点を受容するために設けられている。このとき、前記担体モジュールは、高温でのはんだ付けプロセスに適合するために、その他の耐熱プラスチックから構成されている。前記はんだ付けプロセスにおいて、少なくとも１つの電気接点が回路基板にはんだで接合され得る。

Description

本発明は、回路基板と回路基板に設けられた電気的接続モジュールとを有する回路基板装置ならびに電気的接続モジュールに関する。

特許文献１からは低電圧装置が知られている。当該低電圧装置は、耐衝撃性プラスチック材料から成る、電気的絶縁性の高いハウジングを有している。ハウジング内部には回路基板がはめ込まれており、当該回路基板にはネジクランプがはんだによって接合されている。当該ハウジングによって機械的保護が与えられている。

電気回路を作製するために、回路基板には自動的に小さい電子部品が装備され、はんだ付けプロセスにおいてはんだによって接合されることがしばしばである。電気的接続を形成するために、例えばエッジコネクタ又はバネ押し接続又はネジクランプなどの電気的接続要素が用いられる。当該電気的接続要素の導線は、回路基板から延びている。これらの接続モジュールは一般的に、比較的大きい部材である。このような大きい部材が非常に小さい部材と同時にはんだによって接合される場合は限られているので、共同のはんだ付けプロセスはしばしば不可能となる。

先行技術のさらなる問題は、現在のリフローはんだ付けにおいては、高温に耐え得るプラスチック材料のみが使用可能であるという点にある。

特許文献２からは、ＳＭＤ部品として形成された補聴器用バッテリ接続モジュールが知られている。当該バッテリ接続モジュールには、液晶ポリマー（ＬＣＰ）から成るプラスチックフレームが設けられている。それによって、回路基板１１を有するプラスチックフレームは、２秒〜３秒間に渡って２６０℃のリフロー炉温度に曝露され得る。当該使用目的において、プラスチックに対する特別な機械的要求及び絶縁性要求は存在しない。

しかしながら、このような耐熱性プラスチックには、降伏強度及び耐力に関する、もしくは機械的ラッチ接続の弾性に関する物理的要求を満たし得る場合が限られているという欠点がある。

多くの高温耐熱プラスチック材料のさらなる欠点は、当該プラスチック材料がしばしば、必要とされる絶縁に関する電気的特性を全ては十分に保証できないということである。

それゆえ、機械的に弾性のあるプラスチックが使用される。しかしながら、当該プラスチックは耐熱性がさほど高くないので、接続モジュールをさらなる電気部品及び電子部品とともに、共同のリフローはんだ付けプロセスにおいて、回路基板にはんだによって接合することはしばしば不可能である。手はんだ付け又は接続モジュールのはんだ付けプロセスを追加することが必要になり、余分な作業が著しく増えて費用もより高くなる。

独国特許発明第４４００４８４号明細書 独国特許発明第１０２００６０２６７５３号明細書

これら引用された先行技術を背景として、本発明の課題は、電子部品及び接続モジュールを備えた回路基板を製造する際の作業を削減し、費用を低減することにある。

本発明の好適なさらなる形態の課題のさらなる側面は、電気的接続モジュールと回路基板装置とを提供し、回路基板上に配置されるべきその他の部品と共同のはんだ付けプロセスを実施可能とすることである。

本課題は、請求項１に記載の特徴を有する電気的接続モジュール及び請求項７に記載の特徴を有する回路基板装置によって解決される。

本発明の好適なさらなる形態は、各従属請求項の対象である。本発明のさらなる好適な特徴は実施例に記載される。

本発明に係る電気的接続モジュールは、少なくとも１つの担体モジュールと、少なくとも１つの電気接点と、少なくとも１つの取付けモジュールと、を有する。当該担体モジュールは、少なくとも１つの電気接点を受容するように構成されており、弾性プラスチックから成る。また、当該取付けモジュールは、電気接点の接触保護のために設けられている。当該担体モジュールは、高温でのはんだ付けプロセスに適合するために、その他の耐熱プラスチックから成る。当該はんだ付けプロセスでは、少なくとも一つの電気接点、または前記電気接点が、前記回路基板、または回路基板にはんだによって接合され得る。

本発明は多くの利点を有する。大きな利点としては、電気的接続モジュールが担体モジュールと取付けモジュールとに二分されている点が挙げられる。本発明によれば、耐熱プラスチックから成る担体モジュールを設けて、回路基板上のさらなる電気部品及び電子部品と共同のはんだ付けプロセスを実施することができる。それによって、第２の個別の手はんだ付け又は自動はんだ付けプロセスが不要になるので、かなりの作業量が削減され得る。

本発明によると、製造に際して、接続されるべき電気接点を、機械又は手又はその他の方法によって、前記担体モジュール内にはめ込むことが可能である。担体モジュール内では、電気接点は互いに離間して保持されており、互いに対して予め配置される。次に、担体モジュールは、特に機械によって回路基板に搬送され、そこに配置される。このようにして１個、２個、又は例えば１０個、又は２０個、又はそれより多い接点を同時に回路基板上のそれぞれの特定の位置に配置するためには、従来のグリッパアームがあれば良い。接点を配置する作業は著しく削減される。

耐熱プラスチックから成る担体モジュールは、リフロープロセスなどの高温はんだ付けプロセスにも適している。もはや、接続モジュールを個別にはんだによって接合する必要はない。

取付けモジュールは弾性プラスチックから成る。弾性プラスチックから成る取付けモジュールは、大きな利点を有する。なぜなら、弾性プラスチックの機械的特性は、担体モジュールを構成する一般的な高温耐熱プラスチックの機械的特性よりもはるかに優れているからである。一般に、高温耐熱プラスチックは脆弱であり、破断点伸びもより小さい。したがって、弾性プラスチックから成る取付けモジュールは、接点の接触を保護するため、及び接点を機械的に保護するために非常に有利である。

担体モジュールのための高温耐熱プラスチックと、取付けモジュールのための弾性プラスチックとを組み合わせると、より容易かつより費用の少ない製造が可能になる。同時に、電気的接続モジュールの機械的強度などの機械的特性は高く保たれるか、あるいは改善される。

回路基板にはんだによって接合され得る電気接点は、電気部品／電子部品の電気接点でもあることが好ましい。

有利な構成においては、取付けモジュールは担体モジュールに固定できるので、はんだ付けプロセスが成功すると、当該取付けモジュールは担体モジュールに載置され、特にそこで係止される。

電気接点を担体モジュールにはめ込み、担体モジュールを取付けモジュールで閉鎖することによって電気的接続モジュールを前もって作製し、はんだ付けが行われていない状態でも、受容された電気接点の損失を防止することも可能である。

はんだ付けプロセスの前に、はんだ付けプロセスを行うために、例えば取付けモジュールを取り除くことも可能である。なぜなら、取付けモジュールは一般に、高温耐熱性がさほど高くないプラスチックから構成されており、はんだ付けプロセスにおいて損傷を受ける可能性がある一方で、はんだ付けプロセスの延長にもつながり得るからであり、また、現在のはんだ付けプロセスでは、しばしば、はんだ付けプロセスを実施するために回路基板全体を加熱しなければならないからである。

はんだ付けプロセスにおいて載置される取付けモジュールは、すでにその質量ゆえに熱容量を高めるので、はんだ付けプロセスは長引くことになる。さらに、取付けモジュールは断熱効果を引き起こすとともに、作用する熱を遮断するので、やはりはんだ付けプロセスが長引く要因となり得る。

好適なさらなる形態において、取付けモジュールは、含まれている接点の機械的な接続及び機械的な保護に用いられる。

有利なことに、担体モジュールの耐熱プラスチックは、高温でのはんだ付けプロセスに適している。例えば、特定のはんだ付けプロセスにおいては、約２４０℃〜２６０℃の温度が一般的である。

好適には、耐熱プラスチックは約２８０℃の温度にも適している。ここで「約２８０℃」と言うのは厳密な境界ではなく、耐熱プラスチックは２９０℃又は３００℃又はそれよりも高い温度でのはんだ付けプロセスにも適している。適用されるはんだ付けプロセスによっては、例えば２５０℃又は２６０℃の温度においてのみ、特に短時間又は比較的長い時間に渡っても処理を行うことによって当該温度での完全なはんだ付けプロセスが保証されるような耐熱プラスチックも使用可能である。正確な温度は、はんだ付けプロセスとその条件（温度及び作用時間）とに左右される。

本発明の好適なさらなる形態によると、担体モジュールは少なくとも部分的に液晶ポリマーから成る。

総じて、本発明に係る電気的接続モジュールとそのさらなる形態は、有利なさらなる発展であって、当該発展においては、はんだ付けプロセスの要求と部品に対する機械的な要求とが分離される。担体モジュールは耐熱プラスチックから成り、はんだ付けプロセスのために電気接点を前もって配置するが、取付けモジュールは必要な機械的特性と、絶縁効果及び接触保護に関して必要な電気的特性とを保証する。

本発明に係る回路基板装置は、少なくとも１つの回路基板と、当該回路基板上に設けられた少なくとも１つの電気的接続モジュールとを有する。当該電気的接続モジュールは、少なくとも１つの担体モジュールと、少なくとも１つの取付けモジュールとを有する。当該担体モジュールは、はんだ付け可能な少なくとも１つの、はんだ付けプロセスにおいて回路基板にはんだで接合され得る電気接点を受容する。取付けモジュールは、少なくとも１つの電気接点の接触を保護するために設けられており、弾性プラスチックから成る。さらに、担体モジュールはその他の耐熱プラスチックから構成されるので、高温でのはんだ付けプロセスに適している。

本発明に係る回路基板装置にも、大きな利点がある。担体モジュールと回路基板とで、共同のはんだ付けプロセスを行うことができるので、電気的接続モジュールを後から個別にはんだによって接合する必要はなくなる。さらに、当該装備を回路基板の残りの装備と同時に行うことができるので、作業量が著しく削減される。

好適なさらなる形態においては、本発明に係る回路基板装置の回路基板は、少なくとも１つのはんだ付け可能な電気部品又は電子部品を有しており、当該部品は、少なくとも１つの電気接点の共同のはんだ付けプロセスと同時に、はんだによって接合される。

接続モジュールの大きさと、はんだで接合されるべき電子部品又は電気部品の大きさとが著しく異なるからといって、共同のはんだ付けプロセスにおいて根本的な困難が生じることはない。接続モジュールのカバーモジュールは、好適にははんだ付けが成功した後にようやく載置されるので、各部品の熱容量の差は比較的小さく、共同のはんだ付けが可能である。

比較的類似した熱容量を維持するために、電気的接続モジュールの担体モジュールは軽量化されていることが好ましい。重量を抑えるために、例えば骨組のみから構成されても良いし、開口部や孔を備えていても良い。また、同時に、担体モジュールへの電気接点の事前配置が保証される。このような措置によって、接点の寸法が比較的大きい場合でも、確実なはんだ付けプロセスが保証される。

取付けモジュールは弾性プラスチックから構成される。弾性プラスチックは、担体モジュールのプラスチックのような耐熱性を有さない場合もある。通常、取付けモジュールは高温耐熱プラスチックを必要としない。取付けモジュールは一般に、はんだ付けプロセスの後にようやく載置されるからである。

本発明に係る回路基板装置においては、取付けモジュールを担体モジュールに固定し、ひとりでに離れるのを防止するために、例えば係止することが可能であり、かつ好ましい。

また、取付けモジュールを回路基板に直接固定し、接点を機械的に保護するとともに、接触を確実に保護することも可能であり、かつ好ましい。

有利なさらなる形態においては、取付けモジュールは受容モジュールに固定される。好適には、受容モジュールは、回路基板をも少なくとも部分的に受容する。当該回路基板は、特に少なくとも部分的に取付けモジュールと受容モジュールとによって包囲される。例えば回路基板は、受容モジュールを介して、さらなる部品又は固定装置上に配置され得る。

本発明の好適なさらなる形態は、各従属請求項の対象である。本発明のさらなる好適な特徴は、実施例に記載される。

本発明の前記構成の他に、さらなる有利な構成が従属請求項に記載されている。

本発明の一実施例を図において単に概略的に示し、以下詳細に説明する。

本発明に係る回路基板装置の全体斜視図である。 回路基板と担体モジュールを斜視図で示した図である。 図１に係る回路基板装置の分解図である。

図１は、本発明に係る回路基板装置１０の全体斜視図であり、ここには回路基板５と電気的接続モジュール１とが含まれている。回路基板装置１０には、さらなる電気部品を設けることも可能である。

電気的接続モジュール１を介して、回路基板５が接続される。そのために、取付けモジュール４には接続開口部１４が設けられており、接続開口部１４には導線１５が導入されている。それによって、導線１５は接点３を介して回路基板５に接続される。

ここで示された実施例においては、２つの電気的接続モジュール１の取付けモジュール４が共通の受容モジュール６に係合しており、受容モジュール６は回路基板５を受容し、かつ固定している。基本的には、回路基板５にさらなる他の電気部品又は電子部品を配置することが可能である。

図２には、回路基板５と電気的接続モジュール１の担体モジュール２とが、やや斜視の図で示されている。回路基板と担体モジュールとは、両部品の関係を明確に示すために、間隔を置いて示されている。

担体モジュール２は分離壁１３を備えている。分離壁１３は、担体モジュールのそれぞれの区画を互いに分離するとともに、各区画に受容された接点３が互いに対して正確に位置決めを行うようにしている。

図２から明らかなように、それによって回路基板５に担体モジュール２を自動的に装備することができる。担体モジュール２は、１個、２個、又はそれより多い接点３を有する。当該接点は、装備のとき同時に回路基板５に接続される。それによって、特に回路基板の自動的な装備が著しく容易になる。なぜなら、ここに示したように、８個の接点３が担体モジュール２と同時に回路基板上に配置されるからである。

このとき、各接点３は担体モジュール２の各区画に固定されるのではなく、ただ分離壁１３によって転倒又は脱落から保護されているのみである。接点３のはんだピン９は、開口部（図示せず）を経由して担体モジュールを通過し、下方へ突出している。はんだピン９は、回路基板５の装備に際して、回路基板の対応する開口部８によってガイドされ、そこで回路基板とはんだで接合され、電気的接触が保証される。

図３には、図１に係る回路基板装置１０の斜視分解図が示されている。図３の下側には受容モジュール６が示されており、受容モジュール６は回路基板５を受容している。

図３では、回路基板５はすでに電気的接続モジュール１にはんだで接合されている。つまり、担体モジュール２内の接点３は、そのはんだピン９によって、対応する開口部８にはめ込まれ、はんだで接合されている。

はんだ付けプロセスを実施するために、担体モジュール２には接点３が装備される。当該装備は、手によって行っても良いし、機械によって行っても良い。好ましくは、担体モジュール２は機械によって回路基板５に搬送され、回路基板５に対して定められた位置に配置される。次に、回路基板５は接点３にはんだで接合される。これはリフロープロセスで行われることが好ましい。

このために、例えば回路基板５は、担体モジュール２及び担体モジュール２に配置された接点とともに高温に熱せられる。当該高温において、開口部８に含まれるはんだロウは溶融し、回路基板８は接点３にはんだで接合される。開口部８にはんだロウを供給するために、前もって回路基板８にはんだロウをナイフで塗布しておく。それによって、開口部８には、正確に定められた、かつ十分な量のはんだロウが供給される。また、はんだ付けプロセスをウェーブはんだ付け（Ｌｏｅｔｗｅｌｌｅ）で実施することも可能である。

短時間のはんだ付けプロセスを保証するとともに、例えばリフロープロセスなどで達する温度に耐えるために、担体モジュール２は耐熱プラスチックから形成されている。軽量かつ略骨組から成る担体モジュール２は、比較的小さい熱容量を有し、短時間のはんだ付けプロセスを可能にする。

はんだ付けプロセスの終了によって、担体モジュール２の主な課題は達成されたことになる。はんだ付けプロセスの次に、取付けモジュール４が担体モジュール２の上に差し込まれるからである。次に取付けモジュール４は各接点３の接触を保護するとともに、十分な電気的絶縁特性を有し、それによって、必要な条件、安全要件、及び法的要件が守られる。

取付けモジュール４は、回路基板装置１０に生じる負荷に耐え得る、その他の弾性プラスチックから成る。

本発明においては、機能の分離が達成されている。担体モジュールが、高温でのはんだ付けプロセスでも十分な耐熱性を有するために必要な熱的特性を有する一方で、例えば耐熱性のさほど高くない取付けモジュール４は、接触保護に必要な機械的及び電気的特性を有する。

当該実施例においては、取付けモジュール４は受容モジュール６に受容される。取付けモジュール４の側壁のラッチ用開口部（Ｒａｓｔｏｅｆｆｎｕｎｇｅｎ）１１は、受容モジュール６のラッチ用突起部（Ｒａｓｔｎａｓｅｎ）１２に係止され、確実だが解除可能な連結が実現する。

本発明によって、本発明に係る電気的接続モジュール１がその他の部品とともに、共同のはんだ付けプロセスの間に、回路基板にはんだで接合され得るようになる。なぜなら、はんだ付けプロセスの前には担体モジュール２のみに接点３が装備され、その後でその他の部品とともに、共同のはんだ付けプロセスにおいて、回路基板５にはんだで接合されるからである。

したがって、本発明は、より容易かつ費用のより少ない製造プロセスを可能にする。手動又は自動のはんだ付けプロセスをもはや個別に必要としないからである。さらに、取付けモジュール４を、担体モジュール２の場合のような高温耐熱性材料で形成する必要がないので、電気的接続モジュール１の固有のハウジングのための材料費を削減することができる。このためには、はるかに優れた電気的特性及び機械的特性をも有する、明らかにより費用の少ないプラスチックで十分である。

１ 電気的接続モジュール
２ 担体モジュール
３ 接点
４ 取付けモジュール
５ 回路基板
６ 受容モジュール
８ 開口部
９ はんだピン
１０ 回路基板装置
１１ ラッチ用開口部
１２ ラッチ用突起部
１３ 分離壁
１４ 接続開口部
１５ 導線

Claims (10)

1. 担体モジュール（２）と、少なくとも１つの電気接点（３）と、取付けモジュール（４）とを有する電気的接続モジュール（１）において、
   前記取付けモジュール（４）が、前記少なくとも１つの電気接点（３）の接触保護に用いられるとともに、弾性プラスチックから成ること、
   さらに、前記担体モジュール（２）が、前記少なくとも１つの電気接点（３）を受容するために設けられること、
   前記担体モジュール（２）が、高温でのはんだ付けプロセスに適合するために、その他の耐熱プラスチックから成ること、及び、
   前記はんだ付けプロセスにおいて、少なくとも１つの電気接点（３）が回路基板（５）にはんだによって接合可能であること、
   を特徴とする電気的接続モジュール（１）。
2. 前記回路基板（５）とはんだによって接合可能である電気接点が、電気部品／電子部品の電気接点でもあり得ることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続モジュール（１）。
3. 前記取付けモジュール（４）が前記担体モジュール（２）に固定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続モジュール（１）。
4. 前記取付けモジュール（４）が機械的接続に用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気的接続モジュール（１）。
5. 前記担体モジュール（２）の前記耐熱プラスチックが、約２８０℃のはんだ付けプロセスに、好適には約２４０℃〜２６０℃のはんだ付けプロセスに適していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気的接続モジュール（１）。
6. 前記担体モジュール（２）が少なくとも部分的に液晶ポリマーから成ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気的接続モジュール（１）。
7. 回路基板（５）と前記回路基板上に設けられた電気的接続モジュール（１）とを有する回路基板装置（１０）において、
   前記電気的接続モジュール（１）が、はんだ付けプロセスにおいて前記回路基板（５）にはんだによって接合可能な電気接点（３）を少なくとも１つ受容するための少なくとも１つの担体モジュール（２）と、少なくとも１つの取付けモジュール（４）と有していること、
   前記担体モジュール（２）が、高温でのはんだ付けプロセスに適合するために、耐熱プラスチックから成ること、及び、
   前記取付けモジュール（４）は、前記少なくとも１つの電気接点（３）の接触を保護するために設けられるとともに、弾性プラスチックから成ること、
   を特徴とする回路基板装置（１０）。
8. 前記取付けモジュール（４）は、前記担体モジュール（２）及び／又は前記回路基板（５）に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の回路基板装置（１０）。
9. 前記取付けモジュール（４）は受容モジュール（６）に固定されており、前記受容モジュールは前記回路基板（５）をも受容することを特徴とする請求項７又は８に記載の回路基板装置（１０）。
10. はんだによって接合可能な少なくとも１つのさらなる電気部品／電子部品が、前記回路基板（５）上に設けられており、前記部品は前記少なくとも１つの電気接点（３）のはんだ付けプロセスにおいて共にはんだによって接合可能であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の回路基板装置（１０）。

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