JP6025594B2

JP6025594B2 - 端子位置決め保持治具

Info

Publication number: JP6025594B2
Application number: JP2013026949A
Authority: JP
Inventors: 徹引頭
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: JP2014157880A

Description

本発明は、端子を基板に取り付ける際に用いる端子位置決め保持治具に関する。

例えば回路基板の一面に、平板状の端子を取り付ける工程では、回路基板の一面に対して端子を垂直に位置決め保持する端子位置決め保持治具を用いて、回路基板と端子とをリフローによって接合している。一例として、特許文献１には、リフローはんだ付け方法が記載されている。こうした端子は、例えば、先端部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を含む領域が、外部のコネクタ等に接続される際の嵌合部分（以下、嵌合部と称することがある）とされている。

特開平４−２５７２９４号公報

近年、はんだは環境問題などの観点から鉛を含まない、いわゆる鉛フリーはんだを使用することが多くなっている。鉛フリーはんだは、融点を低下させる鉛を含まないため、鉛を含有するはんだと比較して融点が高いという特性がある。一方、端子を覆うスズの融点は、鉛はんだよりは高く、かつ鉛フリーはんだよりは低い。このため、従来のように鉛はんだを用いてスズめっきが施されている端子を回路基板に接続する場合、リフロー炉内で鉛はんだを融点まで加熱しても端子を覆うスズが溶融することはなかった。しかしながら、鉛フリーはんだを用いる場合、端子の嵌合部が溶融熱に直接当たると、端子の表面を覆うスズが溶融し、冷却後、嵌合部にスズが凝集してしまう懸念があった。これにより、端子をコネクタ等に接続した際に、接触抵抗の増加や導通不良などの不具合を生じさせる懸念がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、端子を基板に接続する際に、端子表面のめっき層の温度上昇を抑える端子位置決め保持治具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような端子位置決め保持治具を提供した。
すなわち、本発明の端子位置決め保持治具は、水平方向に沿って置かれた基板の端子取付位置に、鉛直方向に沿って立てられた端子の取付部を位置決め保持する端子位置決め保持治具であって、前記基板を載置する第一部材と、該第一部材に重ねて配され、前記端子に形成された端子貫通孔とその周辺領域である嵌合部を保持する開口が形成された第二部材と、からなり、前記第一部材と前記第二部材とは互いに着脱自在に形成され、前記開口は、前記第二部材の上面側が閉塞された非貫通孔を成し、前記第二部材は、互いに分割可能な第一分割体および第二分割体からなり、該第一分割体と第二分割体とは互いに隙間無く密着して重ね合わせることが可能であり、前記第一分割体には、前記開口を構成する開口第一領域が形成され、前記第二分割体には、前記開口を構成する開口第二領域が形成され、前記第一分割体と前記第二分割体とを重ねた状態で、前記端子と前記基板との接合に用いることを特徴とする。

本発明の端子位置決め保持治具によれば、リフロー炉で端子を基板にリフローによってはんだ付けする際に、第二部材に形成された開口によって、端子の嵌合部が覆われ、端子の嵌合部がリフロー装置の溶融熱に直接当たることを防止することができる。

本発明の第一実施形態における端子位置決め保持治具の一例を示す要部断面図である。図１における端子を拡大した要部拡大断面図である。本発明の第二実施形態における端子位置決め保持治具の一例を示す要部断面図である。図３における端子を拡大した要部拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る端子位置決め保持治具の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第一実施形態）
本発明の端子位置決め保持治具１０は、例えば、半導体装置を構成する基板２５の一面２５ａに対して、端子２１の長手方向を垂直にしてはんだ２９によって接合する際に、この端子２１を保持しておく治具として用いるものである。こうした端子２１は、例えば、半導体装置に接続する外部機器のコネクタなどを電気的に結合させるために用いられる。端子２１は、はんだ２９との密着性を高めるために、例えばスズめっき層で端子２１全体が覆われている。

端子２１は、例えば細長い平板状に形成され、一方の先端付近に端子貫通孔２１ａが形成されている。この端子貫通孔２１ａを含む近傍領域が、外部のコネクタ等を接続する際の嵌合部Ｃとされる。端子貫通孔２１ａを含む近傍領域としては、端子２１にコネクタが嵌合される領域であれば足りる。

端子位置決め保持治具１０は、全体が金属、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどで形成されている。端子位置決め保持治具１０は、互いに重ねて配され、かつ着脱可能な第一部材１１と第二部材１２とから構成されている。
なお、第二部材１２を断熱材によって形成してもよい。例えば、第二部材１２の一部を断熱材によって形成したり、あるいは、第二部材１２の全体を断熱材によって形成してもよい。

第一部材１１は、半導体装置を構成する基板２５を載置可能な平板状の部材である。この第一部材１１には、例えば支持体１４が四隅に固着されている。なお、図１では、支持体１４が２つ開示された例を示している。また、第一部材１１には、基板２５を位置決め支持するための基板支持部が形成されていてもよい。基板支持部は、例えば、基板の外形形状に沿った凹部や、基板の四隅に接する突起などから構成されればよい。

第二部材１２は、支持体１４によって第一部材１１に対して所定の間隔を保ちつつ支持される平板状の部材である。この第二部材１２には、上面１２ａ側が閉塞された非貫通孔である開口２２が、例えば複数形成されている。

なお、図１においては、端子位置決め保持治具１０の一部を図示しているが、第一部材１１には、複数の基板２５を所定の間隔で載置可能な構造であればよい。また、第二部材１２の開口２２は、これら複数の基板２５に接合される複数の端子２１のそれぞれの接合位置に対応する個所に形成されていればよい。

開口２２は、端子２１の嵌合部Ｃを覆う。これにより、端子２１は、第二部材１２によって垂直に保持されたときに、嵌合部Ｃが外部に露出することがない。

以上のような構成の端子位置決め保持治具１０の作用を説明する。
図１、２に示すような構成の本発明の端子位置決め保持治具１０によれば、基板２５を載置した第一部材１１に対して、第二部材１２を重ねた際に、端子２１は、第二部材１２に形成された開口２２によって嵌合部Ｃが支持され、基板２５上の所定の取付位置（はんだ付け位置）に位置決めされる。この時、端子２１の嵌合部Ｃの側面および上端は、一方が閉塞された非貫通孔である開口２２によって覆われる。

この状態から、端子２１の取付部Ｅａに、例えばペースト状の鉛フリーのはんだ２９を塗布する。そして、塗布されたはんだ２９は、リフローにより融点に達し溶融する。当該はんだ２９が鉛フリーはんだの場合、鉛はんだと比較してリフロー温度を高く設定する。当該リフロー温度は、端子２１を覆うスズめっき層の融点を超える。

基板２５や端子２１が端子位置決め保持治具１０に保持された状態で、リフロー炉内で鉛フリーはんだの融点まで加熱が行われると、端子２１の取付部Ｅａは、第一部材１１と第二部材１２とが離間して重ねられているために溶融熱に直接当たり、はんだ（鉛フリーはんだ）２９の融点に達する。そして、はんだ２９は溶融し、基板２５の一面に対して端子２１の長手方向が垂直になるように、はんだ付けされる。

一方、このリフロー時に、端子２１の嵌合部Ｃは、第二部材１２の開口２２によって隙間なく覆われることにより、端子２１の嵌合部Ｃが溶融熱に直接当たることを防止する。なお、溶融熱に直接当たるとは、端子２１がリフロー炉内の熱源から伝搬する熱に直接的に当たる状態を含む。

しかも、開口２２が形成される第二部材１２は、熱容量の大きい金属ブロックから構成されている。よって、溶融熱に直接当たる端子２１の取付部Ｅａが、はんだ２９の融点まで達しても、溶融熱に直接当たることのない端子２１の嵌合部Ｃは、それよりも十分に低い温度、例えば、端子２１の嵌合部Ｃを覆うスズめっき層の溶融温度よりも低い温度までしか昇温しない。

また、開口２２を、第二部材１２の上面１２ａ側が閉塞された非貫通孔とすることで、溶融熱が開口２２を通り抜ける熱流を形成することを防止する。

また、端子２１の一端側を第二部材１２の開口２２で覆うようにしたので、端子２１を支持することができる。これにより、水平方向に沿って載置された基板２５に対して、端子２１が傾くことなく垂直方向に接合することができる。

以上のように、本実施形態の端子位置決め保持治具１０を用いれば、端子２１の取付部Ｅａに塗布されたはんだ２９をリフロー温度まで上昇させても、端子２１の嵌合部Ｃはそれよりも低い温度、例えば、端子２１の嵌合部Ｃを覆うめっき層の融点よりも低い温度までしか上昇しない。よって、端子２１を覆っている、例えばスズめっき層を溶融させることなく、例えば鉛フリーはんだのような融点の高いはんだ２９を用いて端子２１を基板２５に確実に接合することが可能になる。
その結果、基板２５に接合後の端子２１は、コネクタ等に嵌合される嵌合部Ｃにおいて、表面を覆うめっき層が凝集することがなく、表面が平滑なめっき層で覆われた状態を保つことができる。

なお、上述した実施形態では、第二部材１２の上面１２ａ側に所定の厚みを残した開口によって、一方が閉塞された非貫通孔である開口２２を形成しているが、これ以外にも、例えば、第二部材１２を貫通する開口を形成し、第二部材１２の上面１２ａ側に板材などを接合してこの開口の上面１２ａ側を閉塞することによって、第二部材１２の上面１２ａ側が閉塞された非貫通孔である開口を形成してもよい。

また、第二部材１２の表面に断熱材を形成したり、第二部材１２自体を断熱材で形成することができる。第二部材１２の表面に断熱材層などを更に形成すれば、開口２２の内部の温度上昇をより一層抑制可能となる。また、第二部材１２の構成材料自体に断熱材を用いることも好ましい。この場合、第二部材１２の一部または全部を断熱材によって構成することもできる。

（第二実施形態）
第一実施形態と同様の構成に関しては同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
第二実施形態における端子位置決め保持治具３０は、互いに着脱可能な第一部材１１と第二部材３２とから構成されている。更に、第二部材３２は、互いに分割可能な第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂからなる。この第一分割体３２Ａと第二分割体３２Ｂとは互いに隙間無く密着して重ね合わせることが可能な構成となっている。

第二部材３２を構成する第一分割体３２Ａと第二分割体３２Ｂは、平板状の部材である。第一分割体３２Ａには、開口４２を構成する開口第一領域４２Ａが、例えば複数形成されている。開口第一領域４２Ａは、例えば貫通孔であればよい。第二分割体３２Ｂには、第二分割体３２Ｂの上面（即ち第二部材３２の上面）３２ａ側が閉塞された非貫通孔である開口第二領域４２Ｂが形成されている。

これら第一部材１１、第二部材３２を成す第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂを全て重ね合わせた時に、第一部材１１に載置された基板２５における端子２１の接合位置に対して、第一分割体３２Ａに形成された開口第一領域４２Ａと、第二分割体３２Ｂに形成された開口第二領域４２Ｂとが合致するように配置されている。これによって、開口第一領域４２Ａと開口第二領域４２Ｂとは、第二部材３２の上面３２ａ側が閉塞された非貫通孔を成す開口４２を構成する。

開口４２を構成する開口第一領域４２Ａと開口第二領域４２Ｂとは、第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂを重ね合わせた際に、相互の開口領域間に隙間が形成されることなく端子２１の嵌合部Ｃを覆う。これにより、端子２１は、第二部材３２の第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂによって垂直に保持された際に、嵌合部Ｃが外部に露出することがない。

また、端子２１を、２つの分割可能な部材、即ち第二部材３２の第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂで構成することで、第一分割体３２Ａに対して第二分割体３２Ｂを重ねる前に端子２１の位置を微調整することが可能になる。よって、水平方向に沿って載置された基板２５に対して、端子２１が傾くことなく、より正確に垂直に接合することができる。

また、第二部材３２を２つの分割可能な部材である第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂで構成することによって、例えば、第一部材１１に第一分割体３２Ａを重ね合わせて端子２１を開口第一領域４２Ａに挿入し、この開口第一領域４２Ａから突出した端子２１の上端を操作して鉛直になるように微調整を行った後、第二分割体３２Ｂを重ね合わせることで、端子２１を基板２５に対して鉛直に位置決めする作業がより一層しやすくなる。

以上のような構成の端子位置決め保持治具３０によれば、端子２１の嵌合部Ｃは、隙間無く密着して重ねられた第一分割体３２Ａおよび第二分割体３２Ｂによって、一連の穴を成す開口第一領域４２Ａと開口第二領域４２Ｂからなる開口４２で隙間なく覆われる。また、端子２１の上端も一方が閉塞された非貫通孔である開口４２によって覆われる。従って、リフロー時に、端子２１の嵌合部Ｃが溶融熱に直接当たることを防止できる。よって、端子２１を覆っている、例えばスズめっき層を溶融させることなく、例えば鉛フリーはんだのような融点の高いはんだ２９を用いて端子２１を基板２５に確実に接合することが可能になる。

１０…端子位置決め保持治具、１１…第一部材、１２…第二部材、２１…端子、２２…開口、２５…基板。

Claims

水平方向に沿って置かれた基板の端子取付位置に、鉛直方向に沿って立てられた端子の取付部を位置決め保持する端子位置決め保持治具であって、
前記基板を載置する第一部材と、該第一部材に重ねて配され、前記端子に形成された端子貫通孔とその周辺領域である嵌合部を保持する開口が形成された第二部材と、からなり、
前記第一部材と前記第二部材とは互いに着脱自在に形成され、
前記開口は、前記第二部材の上面側が閉塞された非貫通孔を成し、
前記第二部材は、互いに分割可能な第一分割体および第二分割体からなり、該第一分割体と第二分割体とは互いに隙間無く密着して重ね合わせることが可能であり、
前記第一分割体には、前記開口を構成する開口第一領域が形成され、前記第二分割体には、前記開口を構成する開口第二領域が形成され、
前記第一分割体と前記第二分割体とを重ねた状態で、前記端子と前記基板との接合に用いることを特徴とする端子位置決め保持治具。
前記端子は、表面がスズめっき処理され、前記端子の取付部と前記基板とは鉛フリーはんだによって接合されることを特徴とする請求項１記載の端子位置決め保持治具。
前記第一部材と前記第二部材とは、支持体によって所定の隙間を保持して重ねた状態で配置されることを特徴とする請求項１または２記載の端子位置決め保持治具。
前記第二部材の一部を断熱材によって形成したことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の端子位置決め保持治具。
前記第二部材の全体を断熱材によって形成したことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の端子位置決め保持治具。