KR101558743B1

KR101558743B1 - 부품 체결력 증대를 위한 전자회로기판용 체결핀

Info

Publication number: KR101558743B1
Application number: KR1020140025338A
Authority: KR
Inventors: 김도섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: KR20150103830A; US9543673B2; US20150255901A1; CN104901041B; CN104901041A; DE102014220382A1

Abstract

본 발명은 부품 체결력 증대를 위한 전자회로기판용 체결핀에 관한 것으로서, 압입형 커넥터나 반도체 패키지 등의 부품을 전자회로기판에 실장함에 있어서 접속을 위해 부품의 리드를 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 압입할 때 쓰루홀 내벽의 도금층이 파손되는 것을 방지하고, 리드와 기판 간의 체결력을 증대시킬 수 있는 전자회로기판용 체결핀을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 전자회로기판에 실장되는 부품의 리드와 전자회로기판의 쓰루홀 내벽 도금층 간의 전기 접속을 위한 것으로서, 전기전도성의 금속으로 이루어지고, 원통형의 몸통부가 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 삽입되어 몸통부 내측에 상기 부품의 리드가 압입되며, 몸통부 내주면에는 압입되는 리드의 돌출부가 접촉될 때 돌출된 형상이 변형될 수 있는 미세 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀이 개시된다.

Description

부품 체결력 증대를 위한 전자회로기판용 체결핀{Connecting pin for electronic circuit board}

본 발명은 전자회로기판용 체결핀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압입형 커넥터나 반도체 패키지 등의 부품을 전자회로기판에 실장함에 있어서 접속을 위해 부품의 리드를 전자회로기판의 쓰루홀(Through Hole) 내측에 압입할 때 쓰루홀 내벽의 도금층이 파손되는 것을 방지하고, 리드와 기판 간의 체결력을 증대시킬 수 있는 전자회로기판용 체결핀에 관한 것이다.

일반적으로 PCB(Printed Circuit Board)와 같은 전자회로기판에서 다른 접속단자와의 접속을 위해 압입형 커넥터(Press-fit Connector)가 널리 사용되고 있다.

압입형 커넥터는 커넥터 리드를 전자회로기판의 쓰루홀(Through Hole)에 억지끼움(압입) 방식으로 고정 및 접속하는 커넥터로서, 여기서 쓰루홀은 기판의 홀 내벽에 도체 금속을 도금하여 전기가 도통하도록 형성한다.

보통 리드의 수가 많고 리드 간의 간격이 좁은 경우 솔더링(납땜)에 의한 접속시 불량이 많으므로 개별 리드가 각각의 쓰루홀에 압입되어 고정 및 접속되는 압입형 커넥터를 사용한다.

압입형 커넥터는 리드의 솔더링 과정이 없으므로 접속 공정이 간단하고, PCB 및 소자 부품의 열 손상, 솔더링 불량(Solder Bridge)이 없으며, 에너지 소비가 적다는 장점을 가지고 있다.

도 1은 압입형 커넥터를 전자회로기판(PCB)에 접속하는 방법을 나타내는 단면도로서, 도면부호 11은 커넥터(10)에서 커넥터 하우징을, 도면부호 12는 기판(20)과의 접속을 위한 커넥터 리드를 나타낸다.

또한, 도면부호 21은 전자회로기판(20)의 플라스틱 기재(Substrate)를, 도면부호 22는 전자회로기판(20)의 회로패턴을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 커넥터 리드(12)에 쓰루홀(24)의 내경보다 큰 뾰족한 돌출부(13)를 형성한 뒤, 상기 돌출부(13)에 의해 커넥터 리드(12)가 기판(20)의 쓰루홀(24) 내측에 압입되어 고정될 수 있도록 하고 있다.

그러나, 종래의 경우 리드(12)의 압입에 의해 기판(20)의 쓰루홀(24) 내벽에 코팅되어 있는 도금층(23)이 손상되는 문제점이 있고, 도금층 파손의 우려로 인해 체결력을 일정 수준 이상 크게 할 수 없으므로 체결력이 약하다는 단점이 있다.

특히, 전기자동차나 하이브리드 자동차의 고전압 사양에서 압입형 커넥터를 적용할 경우 체결력 저하에 따른 발열의 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 압입형 커넥터나 반도체 패키지 등의 부품을 전자회로기판에 실장함에 있어서 접속을 위해 부품의 리드를 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 압입할 때 쓰루홀 내벽의 도금층이 파손되는 것을 방지하고, 리드와 기판 간의 체결력을 증대시킬 수 있는 전자회로기판용 체결핀을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 압입형 커넥터뿐만 아니라 PCB와 같은 전자회로기판에 쓰루홀과 리드를 통해 실장되는 반도체 패키지와 같은 그 밖의 부품들에 대해서도 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 체결핀을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전자회로기판에 실장되는 부품의 리드와 전자회로기판의 쓰루홀 내벽 도금층 간의 전기 접속을 위한 것으로서, 전기전도성의 금속으로 이루어지고, 원통형의 몸통부가 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 삽입되어 몸통부 내측에 상기 부품의 리드가 압입되며, 몸통부 내주면에는 압입되는 리드의 돌출부가 접촉될 때 돌출된 형상이 변형될 수 있는 미세 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀을 제공한다.

바람직한 실시예로서, 상기 전자회로기판의 쓰루홀 내벽의 도금층에 접촉하는 몸통부 외주면에 미세 돌기들이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세 돌기들은 몸통부 내주면에 일정 간격의 패턴으로 배열되는 널링(Knurling) 돌기들인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 널링 돌기들은 경사방향으로의 배열 각도(θ)가 리드의 삽입방향에 대해 25°~ 65°의 각도를 가지도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸통부의 상단과 하단에는 반경방향으로 절곡된 형상의 걸림부가 형성되고, 상기 상단 및 하단의 걸림부가 전자회로기판의 쓰루홀에서 외측으로 돌출되어 쓰루홀로부터의 이탈 방지를 위한 걸림작용을 하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하단 걸림부를 포함하여 몸통부의 하단부에는 기판의 쓰루홀에 삽입될 때 몸통부가 중심쪽으로 오므려질 수 있게 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기전도성 금속으로 이루어진 기재의 표면에 상기 미세 돌기들이 형성되는 부분으로서 내식성 및 기계적 성능 향상을 위한 표면 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표면 도금층은 기재의 표면에 Sn, Sn-Cu, Sn-Mn, Sn-Bi, Sn-Ag, Au 및 Zn 중 선택된 어느 하나의 금속이 도금되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 전자회로기판용 체결핀에 의하면, 체결핀의 내주면에 형성된 돌기들이 커넥터의 리드가 체결핀 내측으로 압입될 때 리드의 돌출부에 의해 그 형상이 변형되면서 마찰 저항과 삽입 마찰력을 줄여주게 된다.

또한, 리드의 삽입 후에도 남아 있는 체결핀의 돌출된 부분과 리드의 돌출부가 맞물림 구조를 형성하게 되어 커넥터에 대한 체결력을 증대시키고, 외력(진동이나 충격)에 의한 커넥터의 이탈을 방지하게 된다.

또한, 체결핀의 외주면에 형성된 미세한 널링 돌기들은 체결핀을 기판의 쓰루홀에서 안정적으로 고정시키는 역할을 하며, 기판의 쓰루홀과 체결핀 간의 체결력을 증대시킨다.

도 1은 압입형 커넥터를 전자회로기판에 접속하는 방법을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체결핀을 이용하여 압입형 커넥터의 리드를 전자회로기판의 쓰루홀에 압입한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 체결핀을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 체결핀을 제작하기 위해 금속 판재에 널링 돌기들을 미리 형성한 상태를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 체결핀을 제작하기 위한 주요 공정을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 압입형 커넥터나 반도체 패키지 등의 부품을 전자회로기판에 실장함에 있어서 접속을 위해 부품의 리드를 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 압입할 때 쓰루홀 내벽의 도금층이 파손되는 것을 방지하고, 리드와 기판 간의 체결력을 증대시킬 수 있는 전자회로기판용 체결핀을 제공하고자 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체결핀(30)을 이용하여 압입형 커넥터(10)의 리드(12)를 전자회로기판(20)의 쓰루홀(24)에 압입한 상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 체결핀(30)을 도시한 사시도이다.

도 4는 실시예에 따른 체결핀(30)을 제작하기 위해 금속 판재에 미세 돌기(31a)들을 미리 형성한 상태를 예시한 도면이고, 도 5는 체결핀(30)을 제작하기 위한 주요 공정을 나타내는 도면이다.

이하의 설명에서는 체결 부품으로 압입형 커넥터의 예를 들어 설명하기로 하나, 본 발명의 체결핀을 이용하여 전자회로기판에 접속 및 체결되는 부품이 압입형 커넥터로 한정하는 것은 아니다.

즉, 일부의 반도체 패키지와 같이 전자회로기판의 쓰루홀에 리드를 압입하는 방식으로 전자회로기판과의 전기적인 접속이 이루어지는 모든 기판 실장용 부품에 대해서 본 발명의 체결핀이 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, PCB와 같은 전자회로기판(20)(이하 '기판'으로 약칭함)에 압입형 커넥터(10)와 같은 부품을 결합함에 있어서, 커넥터(10)의 각 리드(12)를 기판(20)의 쓰루홀(24) 내에 압입할 때, 예시한 본 발명의 체결핀(30)이 사용된다.

상기 체결핀(30)은 기판(20)의 각 쓰루홀(24)에 미리 삽입하여 사용하는 것으로, 체결핀(30)이 기판(20)의 각 쓰루홀(24)에 미리 삽입된 상태에서 커넥터(10)의 리드(12)가 체결핀(30)의 내측으로 압입된다.

상기 체결핀(30)은 커넥터(10)의 리드(12)를 쓰루홀(24) 내벽의 도금층(23)에 접속시켜줌과 더불어, 리드(12)의 압입시에 상기 도금층(23)의 파손을 방지하면서 도금층(23)을 보호하는 역할(도금층에 대한 완충 및 댐퍼 역할), 그리고 리드(12)의 압입 후에 체결력을 증대시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 도금층(23)은 커넥터(10)의 리드(12)를 기판(20)의 회로패턴(22)에 전기적으로 연결하기 위해 각 쓰루홀(24) 내벽 부분에 도체 금속(예, 동)을 도금하여 형성한 부분을 의미하며, 물론 기판(20)의 회로패턴(22)(예, 동 회로패턴)과는 전기적으로 연결된 구조를 가진다.

통상 전자회로기판(PCB)(20)의 제작 공정 중 회로패턴(22)의 형성시에는 플라스틱 기판(21)(부재, Substrate)의 표면에 도체 금속(동)을 도금한 후 패터닝 공정을 통해 회로패턴(22)을 형성하게 된다.

이때, 커넥터(10)의 리드(12)가 압입되는 플라스틱 기판(21)의 쓰루홀(24) 내벽에도 도체 금속을 도금하게 되므로, 상기 쓰루홀(24) 내벽의 도금층(23)은 회로패턴(22)이 연장된 부분이라 할 수 있다.

상기 체결핀(30)은 평판의 금속 판재를 원통 모양으로 둥글게 말아주는 벤딩 가공을 통하여 제작될 수 있는데, 상단과 하단에는 반경방향으로 절곡된 형상의 걸림부(32,33)가 형성되고, 이때 걸림부(32,33)는 도 3에 예시된 바와 같이 체결핀(30)의 상단과 하단에서 원주방향을 따라 연속된 구조로 형성될 수 있다.

상기 걸림부(32,33)는 체결핀(20)이 기판(20)의 쓰루홀(24) 내측에 삽입된 상태에서 쓰루홀(24)로부터 빠지지 않도록 하기 위한 것으로, 걸림부(32,33)가 기판(20)의 상, 하측에서 걸림작용을 하게 되므로 쓰루홀(24)에서 체결핀(30)의 이탈이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 체결핀(30)은 커넥터 리드(12)와의 접촉이 이루어지는 내주면에 다수의 미세 돌기(31a)들이 형성되는바, 내주면에 다수의 미세 돌기(31a)들이 형성된다는 점에서 구성상의 특징이 있다 할 수 있다.

또한, 바람직한 실시예에서, 내주면과 마찬가지로, 쓰루홀(24) 내벽의 도금층(23)에 접촉하는 체결핀(30)의 외주면에도 다수의 미세 돌기(31b)들이 형성될 수 있다.

이러한 체결핀(30)의 내주면과 외주면의 미세 돌기(31a,31b)들은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 일정 간격의 정해진 패턴을 가지도록 형성된 널링(Knurling) 돌기들이 될 수 있으며, 이러한 널링 돌기(31a,31b)들은 체결핀(30)의 소재가 되는 금속 판재를 원통형으로 가공하기 전에 금형에서 프레스 가공하여 형성될 수 있다.

상기와 같은 널링 돌기(31a,31b)들은 돌출된 부분이 미세하게 변형될 수 있도록 된 것으로, 특히 체결핀(30)의 내주면에 형성된 널링 돌기(31a)들은 커넥터(10)의 리드(12)가 체결핀(30) 내측으로 압입될 때 리드(12)의 돌출부(13)에 의해 그 돌출된 형상이 변형되면서 마찰 저항과 삽입 마찰력을 줄여주게 된다.

또한, 리드(12)의 삽입 후에도 남아 있는 체결핀(30)의 돌출된 부분과 리드(12)의 돌출부(13)가 맞물림 구조를 형성하게 되어 외력(진동이나 충격)에 의한 커넥터(10)의 이탈을 방지하게 된다.

또한, 체결핀(30)의 외주면에 형성된 미세한 널링 돌기(31b)들은 체결핀(30)을 기판(20)의 쓰루홀(24)에서 안정적으로 고정시키는 역할을 하며, 기판(20)의 쓰루홀(24)과 체결핀(30) 간의 체결력을 증대시킨다.

바람직한 실시예에서, 체결핀(30)의 내주면과 외주면에 형성되는 널링 돌기(31a,31b)들은 도 4에 나타낸 바와 같이 경사방향으로의 배열 각도(θ)가 리드(12)의 삽입방향에 대해 25°~ 65°의 각도를 가지도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 배열 각도를 가질 경우에만 커넥터(10)의 리드(12)가 삽입될 때 마찰력을 줄여줄 수 있고, 이러한 각도 범위를 벗어나면 마찰력이 너무 커지거나 너무 작아지게 되므로 바람직하지 않다.

이와 같이 하여, 본 발명의 체결핀(30)은 도 3에 나타낸 바와 같이 내주면과 외주면에 미세 돌기(31a,31b)들이 형성되어 있는 원통형의 몸통부(31)와, 상기 몸통부(31)의 상단과 하단에서 각각 반경방향으로 돌출 형성되어 있는 상단 걸림부(32)와 하단 걸림부(33)로 구성된다.

여기서, 몸통부(31)는 상술한 바와 같이 커넥터(10)의 리드(12)와 기판(20)의 쓰루홀(24) 간을 체결하여 상호 고정하는 부분이며, 상단 걸림부(32)는 커넥터(10)의 리드(12)가 삽입되는 동안 체결핀(30)의 이동을 방지하기 위한 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이 기판(20)의 쓰루홀(24)에서 외측으로 돌출된 구조를 가지게 된다.

또한, 하단 걸림부(33)는 커넥터(10)의 리드(12)가 삽입된 후 체결핀(20)이 기판(20)의 쓰루홀(24)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로, 이 역시 도 2에 나타낸 바와 같이 기판(20)의 쓰루홀(24)에서 외측으로 돌출된 구조를 가지게 된다.

상기 하단 걸림부(33)는 기판(20)의 쓰루홀(24) 하단에 맞물려 고정되어 있게 되므로 외력에 의한 커넥터(10)의 이탈을 방지하게 된다.

그리고, 본 발명의 체결핀(30)에서 하단 걸림부(33)를 포함하여 몸통부(31)의 하단부에는 기판(20)의 쓰루홀(24)에 삽입될 때 마찰에 의한 저항력을 줄일 수 있도록 복수 개의 절개부(24)가 원주방향을 따라 배치되도록 형성될 수 있다.

상기 절개부(24)는 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 각 절개부(24)는 체결핀(30)이 기판(20)의 쓰루홀(24)에 삽입될 때 하단 걸림부(33)가 기판(20)의 쓰루홀(24)을 통과할 수 있도록 몸통부(31)가 중심쪽으로 오므려질 수 있게 하는 간극을 제공한다.

도 4는 본 발명의 체결핀(30)을 제작함에 있어서 프레스 가공을 통해 금속 판재에 널링 돌기(31a)들을 형성한 상태를 보여주고 있으며, 도 5에 나타낸 바와 같이 적정 크기로 금속 판재를 절단 가공한 뒤, 절단 가공한 금속 판재에 프레스 가공을 통해 널링 돌기(31a,31b)와 절개부(34)를 먼저 형성하고, 이어 도 4의 절곡 라인을 따라 상단 걸림부(32,33)와 하단 걸림부(32,33)를 절곡 형성함과 동시에 금속 판재를 원통형으로 벤딩하여 체결핀(30)을 제작하게 된다.

또한, 본 발명의 체결핀(30)을 제작함에 있어서 기재가 되는 금속 판재로는 전기전도성을 갖는 금속 판재가 사용될 수 있고, 기재 표면에는 미세 돌기(31a,31b)들이 형성되는 부분으로서 내식성 및 기계적 성능을 향상시키기 위한 도금층을 형성할 수 있다.

이때, 기재(Base Metal)가 되는 금속 판재로는 Fe계 합금 또는 Cu계 합금 또는 Cu의 판재가 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 Fe-Ni 합금, Fe-Ni-Co 합금, Cu, Cu-Sn 합금, Cu-Zr 합금, Cu-Fe 합금, Cu-Zn 합금의 판재 등이 사용될 수 있다.

또한, Cu나 Ni의 하지 도금을 한 후 표면 도금을 실시하는데, 내식성 및 기계적 성능 향상을 위한 표면 도금층으로는 Sn, Sn-Cu, Sn-Mn, Sn-Bi, Sn-Ag, Au, Zn의 도금을 실시하여 형성하는 것이 바람직하다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 커넥터 11 : 커넥터 하우징
12 : 리드 13 : 돌출부
20 : 전자회로기판 21 : 기재
22 : 회로패턴 23 : 도금층
24 : 쓰루홀 30 : 체결핀
31 : 몸통부 31a, 31b : 미세 돌기(널링 돌기)
32 : 상단 걸림부 33 : 하단 걸림부
34 : 절개부

Claims

전자회로기판에 실장되는 부품의 리드와 전자회로기판의 쓰루홀 내벽 도금층 간의 전기 접속을 위한 것으로서, 전기전도성의 금속으로 이루어지고, 원통형의 몸통부가 전자회로기판의 쓰루홀 내측에 삽입되어 몸통부 내측에 상기 부품의 리드가 압입되며, 몸통부 내주면에는 압입되는 리드의 돌출부가 접촉될 때 돌출된 형상이 변형될 수 있는 미세 돌기들이 형성되고,
상기 미세 돌기들은 금속 판재를 원통형으로 가공하기 전에 금형에서 프레스 가공하여 형성되는 동시에 몸통부 내주면에 일정 간격의 패턴으로 배열되는 널링(Knurling) 돌기들이고, 상기 널링 돌기들은 경사방향으로의 배열 각도(θ)가 리드의 삽입방향에 대해 25°~ 65°의 각도를 가지도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.
청구항 1에 있어서,
상기 전자회로기판의 쓰루홀 내벽의 도금층에 접촉하는 몸통부 외주면에 미세 돌기들이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 몸통부의 상단과 하단에는 반경방향으로 절곡된 형상의 걸림부가 형성되고, 상기 상단 및 하단의 걸림부가 전자회로기판의 쓰루홀에서 외측으로 돌출되어 쓰루홀로부터의 이탈 방지를 위한 걸림작용을 하도록 된 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.
청구항 5에 있어서,
상기 하단 걸림부를 포함하여 몸통부의 하단부에는 기판의 쓰루홀에 삽입될 때 몸통부가 중심쪽으로 오므려질 수 있게 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.
청구항 1에 있어서,
상기 전기전도성 금속으로 이루어진 기재의 표면에 상기 미세 돌기들이 형성되는 부분으로서 내식성 및 기계적 성능 향상을 위한 표면 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.
청구항 7에 있어서,
상기 표면 도금층은 기재의 표면에 Sn, Sn-Cu, Sn-Mn, Sn-Bi, Sn-Ag, Au 및 Zn 중 선택된 어느 하나의 금속이 도금되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전자회로기판용 체결핀.