(57)【要約】【課題】プリント基板に接着したバスバーに半導体スイッチング素子等の電子部品を実装する際に、半田拡がりを防止して精度良く正規実装面に位置させる。【解決手段】プリント基板の一面にバスバーが接着され、該プリント基板に設けられた貫通穴に露出する上記バスバー上に電子部品を実装し、該電子部品の本体裏面に露出する端子を上記バスバーと接続すると共に本体側方に突出する端子を上記プリント基板の電気回路と接続している回路体の形成方法であって、上記電子部品の本体裏面の端子が半田接続される上記バスバーには、該端子の外縁に沿う外側の位置にスリットあるいは小穴からなる打抜部を穿設し、端子実装面上に塗布されているペースト状の半田が拡がるのを打抜部で遮断し、半田に表面張力による膨らみを発生させ、この膨らみを端子外面に押し当てて正規実装位置よりズレることなくバスバーに実装している。【選択図】　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の一面にバスバーが接着され、該プリント基板に設けられた貫通穴に露出する上記バスバー上に電子部品を実装し、該電子部品の本体裏面に露出する端子を上記バスバーと接続すると共に本体側方に突出する端子を上記プリント基板の電気回路と接続している回路体の形成方法であって、上記電子部品の本体裏面の端子が半田接続される上記バスバーには、該端子の外縁に沿う外側の位置にスリットあるいは小穴からなる打抜部を穿設していることを特徴とする回路体の形成方法。
【請求項２】
上記打抜部は、上記端子の外縁に沿って線状に延在する上記スリットあるいは、上記端子の外縁に沿って１個あるいは複数個並列させた上記小穴からなる請求項１に記載の回路体の形成方法。
【請求項３】
上記プリント基板の貫通穴の内周面と上記電子部品の本体裏面に露出する端子との間の上記バスバーには、上記打抜部を穿設していない請求項１または請求項２に記載の回路体の形成方法。
【請求項４】
上記打抜部は、少なくとも上記電子部品の本体側方に突出する端子の突出側から離れた位置に穿設している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回路体の形成方法。
【請求項５】
上記電子部品は半導体スイッチング素子からなり、上記半導体スイッチング素子の本体裏面に露出するドレイン端子と本体側面に突出するソース端子はそれぞれ上記貫通孔の内部に露出するドレン端子用およびソース端子用バスバーに半田接続され、上記ドレイン端子は上記打抜部の内側に沿って接続され、かつ、上記半導体スイッチング素子の本体側方に突出するゲート端子および論理入出力端子、電源端子等が上記プリント基板のプリント回路の各端子用接点部と半田接続される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回路体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路体の形成方法に関し、詳しくは、自動車に搭載される電気接続箱内に収容される回路体であって、リレーに変えてＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いると共に、該半導体スイッチング素子と接続される電気回路部材としてプリント基板とバスバーとを用い、特に、バスバーに半田接続される上記半導体スイッチング素子を位置ずれなく実装できるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、電気接続箱の小型化およびスイッチング機能の高速化の要望に応えるため、リレーに変えて半導体スイッチング素子を用いる技術が開発されている。
例えば、特開平１０−３５３７５号公報には、電源回路を形成するバスバーを配置した基板、電源回路中に組み込まれる半導体スイッチング素子としてのＦＥＴと、このＦＥＴの作動を制御するプリント基板とを備えるとともに、バスバーを配置した基板とプリント基板とを互いに離間させながら上下２段に配置し、その間にＦＥＴを介在させ、このＦＥＴのドレイン端子及びソース端子をバスバーに接続する一方、ゲート端子をプリント基板に接続しているものが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３５３７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記電気接続箱では、バスバーを配置した基板と、プリント基板の少なくとも２枚の基板が必要となり、かつ、これらの基板を相互離間させ、その間にＦＥＴを介在させるスペースを確保しなければならない。従って、ＦＥＴを用いることにより従来のリレーを用いる場合よりは小型化できるものの、上記スペースを確保するために電気接続箱の高さが大となる課題がある。
また、バスバーを配置した基板とプリント基板の間にＦＥＴが配置されているため、ＦＥＴの発する熟が両基板間にこもり易く、その放熱のために複雑な構造をとる必要がある。
【０００５】
プリント基板に接続する上記ＦＥＴやダイオード等の電子部品の端子を下層のバスバーに半田接続する際に、ＦＥＴやダイオード等の電子部品を正規位置に正確に搭載しても、溶融する半田により電子部品に位置ずれが発生しやすい。特に、複数のＦＥＴを整列状態で配置する場合に、各ＦＥＴの位置ズレ寸法がぞれぞれ微小であっても、整列状態とならず、位置精度が劣る問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、電子部品をプリント基板とバスバーとに電気接続する回路体において、薄型化を達成すると共に、電子部品の端子をバスバー上に位置ズレなく実装し、電子部品を整列状態で取り付けることが出来るようにすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、プリント基板の一面にバスバーが接着され、該プリント基板に設けられた貫通穴に露出する上記バスバー上に電子部品を実装し、該電子部品の本体裏面に露出する端子を上記バスバーと接続すると共に本体側方に突出する端子を上記プリント基板の電気回路と接続している回路体の形成方法であって、
上記電子部品の本体裏面の端子が半田接続される上記バスバーには、該端子の外縁に沿う外側の位置にスリットあるいは小穴からなる打抜部を穿設していることを特徴とする回路体の形成方法を提供している。
【０００８】
上記電子部品を実装するバスバー面にはペースト状半田が印刷されており、電子部品をバスバー上に自動搭載機で実装する際に、ぬれ性のよい半田がドレイン端子との溶着面から外方へと拡がるため、この半田の拡がりにより電子部品の位置ズレが生じやすい。そのため、拡がった半田が打抜部の端縁に達すると、表面張力により逆に電子部品の本体側に向かって盛り上がるように膨れことにより、電子部品は正規位置からズレるのを防止でき、正規位置に精度よく実装できる。
【０００９】
上記打抜部は、上記電子部品の裏面に露出する端子の外縁に沿って線状に延在するスリットとしてもよく、該スリットは部分的であってもよい。さらに、スリットに代えて、ドレイン端子の外縁に沿って１個の小穴を設けてもよいし、小穴を複数個並列させて設けてもよい。
これら打抜部は、上記端子の外形線より所要寸法あけておけばよく、スリット状の打抜部の幅および小穴の径は限定されないが、強度および所要電流を流す面積を確保する観点から打抜部は大きくない方が好ましい。
【００１０】
また、上記プリント基板の貫通穴の内周面と上記電子部品の対向面の間には、貫通穴の内周面が電子部品の外面に近接している場合は、上記打抜部を必ずしも穿設する必要はないが、打抜部を設けていてもよい。
【００１１】
上記打抜部は、少なくとも上記電子部品の本体側方に突出する端子の突出側から離れた位置に穿設している。
上記打抜部は電子部品の本体裏面に露出する端子の各辺に沿って設けることが好ましい。しかしながら、本体側方に突出してプリント基板の銅箔上に半田接合される端子は段状に屈折され、貫通穴の周縁と嵌合して位置決めされるため、該本体側方に端子が突出する側の辺には打抜部を設ける必要はない。
このように、本体側方に端子が突出する側では半田接合位置に位置ずれが発生しにくいため、位置ズレ防止用に設ける打抜部は、本体側方から突出する端子から離れた位置の本体裏面に露出する端子の外縁に沿って穿設すればよい。
【００１２】
上記電子部品は半導体スイッチング素子からなり、上記半導体スイッチング素子の本体裏面に露出するドレイン端子と本体側面に突出するソース端子はそれぞれ上記貫通孔の内部に露出するドレン端子用およびソース端子用バスバーに半田接続され、上記ドレイン端子は上記打抜部の内側に沿って接続され、かつ、上記半導体スイッチング素子の本体側方に突出するゲート端子および論理入出力端子、電源端子等が上記プリント基板のプリント回路の各端子用接点部と半田接続される。
【００１３】
本発明の回路体の形成方法は、具体的には、
１枚の導電板からバスバー同士をつながった形状で打ち抜くバスバー構成板の形成工程と、
上記１枚板からなるバスバー構成板を、上記貫通穴を穿設しているプリント基板の片面に接着剤を介して接着する工程と、
上記貫通穴の内部に露出するバスバー上およびプリント基板上にペースト状の半田を印刷塗布する工程と、
上記半導体スイッチング素子、ダイオードおよび他の電子部品を自動搭載機でプリント基板上に載置し、上記電子部品は貫通穴の内部に露出するバスバー上に搭載して、該電子部品の本体裏面に露出する端子（半導体スイッチング素子ではドレイン端子）をドレイン端子用バスバーに、本体側方に突出する一部の端子（半導体スイッチング素子ではソース端子）をソース端子用バスバーに、本体側方に突出する他の端子（半導体スイッチング素子ではゲート端子等）をプリント基板の電気回路にそれぞれ半田接合する実装実工程と、
上記バスバー構成板のバスバーを切り離すと共に、バスバーに形成している外部接続用端子のタブをプリント基板の外縁に沿って折り曲げる工程からなる。
【００１４】
上記方法によれば、半導体スイッチング素子やダイオード等の電子部品を多数取り付ける必要がある場合においても、１つの工程で電子部品の端子をバスバーおよびプリント基板の電気回路に半田接合することができる。よって、前記特開平１０−３５３７５号で提案されている互いに離間して配置されるバスバーを配置した基板とプリント基板とに半導体スイッチング素子の端子を個別に接続する場合と比較して作業効率を飛躍的に簡略化されることができ、しかも、半導体スイッチング素子等の電子部品を乱れなく整列配置することができる。
【００１５】
上記電子部品が半導体スイッチング素子である場合、上記プリント基板に穿設される上記貫通穴および半導体スイッチング素子の本体は矩形状で、該貫通穴の内部に実装される上記半導体スイッチング素子の本体の各辺は、対向する上記貫通穴の各辺と平行な正規位置に実装され、かつ、上記１つの貫通穴に複数の半導体スイッチング素子が実装される部分では、これら半導体スイッチング素子が位置ずれなく整列される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
回路体の形成方法は、図１に示すバスバー１を外周連結枠１０ａ、内部１０ｂで連結した状態で１枚の導電性金属板から打ち抜いてバスバー構成体１０として形成する工程と、大略矩形状の貫通穴２０を打ち抜いたプリント基板２を形成する工程と、図２に示すバスバー１とプリント基板２とをポリアミド系樹脂等の接着剤で接着する工程と、バスバーとプリント基板とを接着した後に、ペースト状の半田ペーストを上記貫通穴２０の内部に露出しているバスバー１の表面およびプリント基板２上の所要箇所に印刷塗布する工程と、図３に示す半導体スイッチング素子３および他の電子部品（図示せず）を実装する工程と、図４に示すバスバー１のタブ１１を折り曲げる工程と、図５に示すように、電気回路の仕様となるようにバスバー１同士の連結部を分断すると共に外周連結枠１０ａから切り離す工程とからなる。
【００１８】
バスバー１は、図１に示すように、矩形状の外周連結枠１０ａで囲まれる領域に、ドレイン端子用バスバー１Ａと、ソース端子用バスバー１Ｂを所要パターンで打ち抜いて形成し、これらバスバー１を内部連結枠１０ｂで相互に連結したバスバー構成体１０として形成している。
【００１９】
上記プリント基板２と接着した状態で貫通穴２０の底面にドレイン端子用バスバー１Ａおよび隣接するソース端子用バスバー１Ｂが露出し、この貫通穴２０の内部に位置するドレイン端子用バスバー１Ａには半田の拡がり防止用のスリット状の打抜部５を設けている。
【００２０】
上記スリット状の打抜部５は、図６に示すように、半導体スイッチング素子３の本体３０の裏面（下面）に露出するドレイン端子３１の外縁に沿った位置、詳細には、ドレイン端子３１の外形線３１ａより略１ｍｍ程度離れた位置に、矩形状の貫通穴２０の直線状周縁と平行に設けている。
この打抜部５は必ずしもドレイン端子３１の全外縁に沿った位置に設ける必要はなく、少なくとも半導体スイッチング素子３が溶融した半田４０により移動する恐れがある方向に設けておけばよい。
【００２１】
本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、１つの貫通穴２０に２つの半導体スイッチング素子３（３−Ｉ、３−ＩＩ）を並列に実装する部分では、これら半導体スイッチング素子３の本体３０の外側辺３０ａと対向する貫通穴２０の内面との間に打抜部５をそれぞれ設けると共に、半導体スイッチング素子３−Ｉと３−ＩＩの間にも１つの打抜部５を設けている。
【００２２】
図７（Ｂ）に示すように、１つの貫通穴２０に１つの半導体スイッチング素子３を実装する部分も、貫通穴２０の内面と対向する位置にそれぞれ打抜部５を設けている。
【００２３】
上記バスバー構成体１０は合金に錫めっきした導電材より打抜加工して形成し、外周連結枠１０ａで囲まれた一対の左右両側部には、各バスバー１の先端位置に外部回路接続用端子となるタブ１１を並列状態で設けている。
さらに、バスバー１の所要位置に他の電子部品とバスバー１と接続するための貫通穴１５を予め打抜加工している。
【００２４】
上記プリント基板２は、図６に示すように、絶縁基板２１の上面に銅箔２２からなる電気回路を設け、この電気回路は半導体スイッチング素子３のゲート端子３２と接続されるスイッチング動作を制御する制御回路を備えている。
上記銅箔２２からなる電気回路層の上面には電気回路の接点部を除いて絶縁樹脂層２３を設けている。
また、本実施形態では、絶縁基板２１の下面側にも電気回路を部分的に設け、上面側の電気回路と接続し、その表面を絶縁樹脂層２４で被覆している。
【００２５】
上記プリント基板２には前記半導体スイッチング素子３を実装するための複数の貫通穴２０を予め設けている。これら貫通穴２０は矩形状とし、その一部にソース端子３２を配置するための凹部２０ａを延在させて設けている。
【００２６】
上記バスバー１、プリント基板２、半導体スイッチング素子３をアセンブリして回路体１００を形成する方法は、前述した通り、図１に示すバスバー１およびプリント基板２を形成した後、プリント基板２の貫通穴２０に該当する領域を除いて、プリント基板の下面に絶縁性の接着剤を塗布してバスバー１を接着固定する。この積層状態で、貫通穴２０にはドレイン端子用バスバー１Ａとソース端子用バスバー１Ｂとが露出した状態となる。
【００２７】
ついで、図８（Ａ）に示すように、全ての貫通孔２０の内部に露出したバスバー１の表面にペースト半田４０を印刷する。同時にプリント基板２の銅箔の接点部にもペースト半田４０を印刷する（図示せず）。
【００２８】
その後、図８（Ｂ）に示すように、半導体スイッチング素子３を自動搭載機により貫通穴２０の正規位置に載置する。図９に示すように、半導体スイッチング素子３の本体３０の裏面に露出する大略矩形状のドレイン端子３１はドレイン端子用バスバー１Ａのペースト半田４０の印刷面に設置される一方、本体３０より側方に延在するソース端子３２はソース端子用バスバー１Ｂのペースト半田４０の印刷面に設置され、ゲート端子３３はプリント基板２の電気回路（銅箔２２）の端子部の半田ペースト上に設置される。このゲート端子３３はソース端子３２よりも絶縁基板２１の厚さ分だけ段状に屈折され、上記銅箔２２の端子部上面に精度良く位置決めされる。また、プリント基板２に搭載する他の電子部品（ダイオード等）もそれぞれプリント基板の銅箔の接点部に設置される（図示せず）。ついで、リフローにより上記印刷したペースト半田４０を溶融し、半導体スイッチング素子のドレイン端子３１、ソース端子３２をバスバー１と半田接合し、かつ、ゲート端子３３および他の電子部品の端子をプリント基板２の銅箔２２の端子部と半田接合している。
【００２９】
バスバー１は前記のように錫めっきした導電材からなり、錫メッキは溶融半田とのぬれ性が良いため、リフロー時に薄く大きく拡がりやすい。よって、リフロー時にペースト半田の溶融により半田が拡がるため、ペースト半田の上面に設置された半導体スイッチング素子のドレイン端子３１は位置ずれが発生しやすい。しかしながら、ドレイン端子３１の外縁に沿ってスリット状の打抜部５を設けているため、図８（Ｃ）（Ｄ）に示すように、溶融半田に表面張力が生じて、打抜部５に落下せず、溶融した半田４０は拡がりが遮断される。かつ、この膨れた溶融半田４０ａがドレイン端子３１の側面に当接し、ドレイン端子３１が半田の拡がりにより位置ズレが生じるのを阻止する。
【００３０】
ドレイン端子３１の対向する外縁に沿って打抜部５を設けている位置では、両側から表面張力で膨れた半田４０によりドレイン端子３１が押されて、両側の膨れた半田４０によりセンタリングされ、所謂セルフアライメント効果が生じるため、位置ズレが規制される。
一方、ソース端子３２、ゲート端子３３が突出する側のドレイン端子３１の辺およびその対向辺は、ゲート端子３３の接点がプリント基板２の電気回路接点部と半田接合されるために、位置ズレは発生しない。
【００３１】
このように、ドレイン端子３１は溶融した半田４０の拡がりにより位置ズレが発生することなく正規位置に実装できる。よって、矩形状の半導体スイッチング素子３の各辺は、矩形状の貫通穴２０の対向する辺と平行に位置決めされ、複数個の半導体スイッチング素子３が１つの貫通穴２０内に整列状態で配置することができる。
【００３２】
上記した半導体スイッチング素子３の実装工程が終了した後に、前述したように、プリント基板２の左右端縁から突出するパスバー１のタブ１１を上向きに折り曲げ、外部回路とコネクタ接続可能な状態としている。
上記タブの折り曲げ加工の後、バスバー構成体１０の外周連結枠１０ａを切り離すと共に、バスバー同士を連結している内部連結枠１０ｂを切断してバスバー１を所要の電気回路を構成する形状に分断している。
【００３３】
上記工程により、プリント基板２の下面にバスバー１が直接固着され、該プリント基板２の貫通穴２０に挿入されて上記バスバー１に実装される半導体スイッチング素子３を備えた回路体１００が形成できる。
この回路体１００は、プリント基板２とバスバー１との間に、半導体スイッチング素子を介在させる空間を設けていないため薄型となり、かつ、半導体スイッチング素子が位置ずれなく整然と実装されているため、位置精度が高い高品質の回路体となる。
【００３４】
図１０は第１実施形態の変形例を示し、ソース端子３２、ゲート端子３３の突出方向と直交方向のドレイン端子３１の外縁に沿って設けるスリット状の打抜部５は、ソース端子３２、ゲート端子３３の突出側と近接する部位には打抜部５を設けず、離れる側にスリット状の打込部５を部分的に設けている。
【００３５】
このように、ソース端子３２、ゲート端子３３との近接側はソース端子３２、ゲート端子３３の半田接合により位置決め規制されるため、離れた位置に打抜部５を設けて、ドレイン端子３１の位置ずれ発生を防止すると、ドレイン端子３１を正規位置に位置決めすることができる。
【００３６】
図１１は本発明の第２実施形態を示し、ドレイン端子３１を実装するバスバー１に設ける半田拡がり遮断用の打抜部５’をスリットに代えて小穴としている点である。
上記小穴からなる打抜部５’を、半導体スイッチング素子３のドレイン端子３１の４辺の中央位置にそれぞれ１個づつ設けている。
このように、スリットに変えて小穴からなる打抜部５’を設けても、ドレイン端子３１を載せた時に拡がっていく溶融した半田４０が打抜部５’に達すると、表面張力が発生し、その膨らみ４０ａがドレイン端子３１の外面に押し当てられるため、ドレイン端子３１の位置ズレ発生を防止できる。
なお、ソース端子３２、ゲート端子３３側および、その反対側の打抜部５’は省略してもよい。
【００３７】
図１２（Ａ）（Ｂ）は第２実施形態の変形例を示し、（Ａ）ではソース端子３２およびゲート端子３３の突出方向と直交方向のドレイン端子３１の両側外縁に沿って、それぞれ２カ所設けている。（Ｂ）ではゲート端子の突出側から離れて位置に２つの小穴からなる打抜部５’を設けている。
【００３８】
上記したように、溶融半田の拡がり遮断用に設ける打抜部の大きさ、形状等は、バスバー断面積、半導体スイッチング素子に必要な電流量、半導体スイッチング素子の大きさおよび、ドレイン端子の形状等を考慮して、適宜に設定しているが、大きな電流が必要な場合には打抜部を小穴とすることが好ましい。
【００３９】
なお、上記実施形態では半導体スイッチング素子の本体裏面に露出する端子の外縁に沿って打抜部を設けているが、ダイオード等の電子部品でも同様に本体裏面に露出する端子の外縁に沿って打抜部を設けて位置ずれを防止することが好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、まず、プリント基板の片面にバスバーを直接接着し、半導体スイッチング素子等の電子部品をプリント基板に穿設している貫通穴に挿入して上記バスバーに電子部品の本体裏面に露出する端子を直接に半田接合すると共に本体側方に突出する端子をプリント基板の電気回路と直接半田接合しているため、回路体の薄型化を図ることができ、この回路体を収容する電気接続箱を平置きする場合には高さを低くすることができる。
特に、プリント基板にバスバーを接着すると共にプリント基板に穿設した貫通穴に電子部品の本体を挿入し、該本体裏面に露出する端子を上記バスバーに半田つけする際、ぬれ性の良い溶融半田が拡がって端子が位置ずれするのを、バスバーに打抜部を設け、拡がった半田が打抜部に達すると表面張力が生じることを利用することで、電子部品の位置ずれ発生を防止することができる。
このように、バスバーにスリット状あるいは小孔状の打抜部を設けておくだけで、電子部品を正規実装位置からずれることなく実装でき、位置精度を高めることができる。特に、電子部品を複数個並列させる場合、整列状態で実装でき、形成する回路体の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の形成工程を示し、バスバーとプリント基板の分解斜視図である。
【図２】上記バスバーとプリント基板とを接着した状態の斜視図である。
【図３】上記バスバーとプリント基板との積層体に半導体スイッチング素子を実装した状態の斜視図である。
【図４】上記バスバーのタブを折り曲げた状態の斜視図である。
【図５】上記バスバーの連結枠が除去された完成状態の回路体の斜視図である。
【図６】半導体スイッチング素子を実装する前の断面図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は半田拡がり遮断用の打抜部を配置位置を示す平面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は半導体スイッチング素子を実装する工程を示す図面、（Ｄ）は要部拡大図である。
【図９】半導体スイッチング素子を実装した部分の斜視図である。
【図１０】第１実施形態の変形例を示す概略図である。
【図１１】第２実施形態の打抜部を示す要部平面図である。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）は第２実施形態の変形例を示す要部平面図である。
【符号の説明】
１　パスバー
１Ａ　ドレイン端子用パスバー
１Ｂ　ソース端子用パスバー
２　プリント基板
３　半導体スイッチング素子
５　半田拡がり遮断用の打抜部
２０　貫通穴
２１　絶縁基板
２２　電気回路となる銅箔
２３、２４　絶縁樹脂層
３０　半導体スイッチング素子の本体
３１　ドレイン端子
３２　ソース端子
３３　ゲート端子
４０　半田
４０ａ　表面張力による膨らみ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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