(57)【要約】【課題】プレスフィット端子の剛性が高く、プレスフィット端子挿入時の端子や基板の損傷がなく、プレスフィット端子と基板との接合部の長期的な接合信頼性の高いプレスフィット端子を得る。【解決手段】先端部２と、この先端部２に接続された弾性部４と、この弾性部４より張り出した位置に並行配置された複数の接触部３と、これらの複数の接触部３の接触端部３ｂはそれぞれ先端部２からの距離が互いに異なるように構成したものである。【選択図】図１
2007328924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部と、
この先端部に接続された弾性部と、
この弾性部より張り出した位置に並行配置された複数の接触部と
を備えたプレスフィット端子であって、
複数の前記接触部の端部はそれぞれ前記先端部からの距離が互いに異なることを特徴とするプレスフィット端子。
【請求項２】
請求項１記載のプレスフィット端子が挿入される、開口形状が楕円形のスルーホール有することを特徴とする基板。
【請求項３】
楕円形の長軸と短軸との比が、１．０５以上２．００以下であることを特徴とする請求項２記載の基板。
【請求項４】
請求項１記載のプレスフィット端子を開口形状が楕円形のスルーホールに挿入する接合方法において、
前記プレスフィット端子の最大幅方向と前記楕円形の長軸とのなす角を０°で前記プレスフィット端子を前記スルーホールに挿入し、
前記プレスフィット端子の最大幅方向を前記楕円形の長軸に対して回転させることを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子回路基板に設けられたスルーホールに冷間圧入（プレスフィット）を用いて圧入して電気的接続や部品の固定などを行なうプレスフィット端子、それを用いた接合部および接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプレスフィット端子においては、スルーホール径より少し大きな接触部（スルーホール内壁と接触する部分）を冷間圧入して接合部を形成するため、圧入時に接触部および基板のスルーホール部に大きな応力がかかり、接触部や基板の損傷が生じやすく、その結果、基板に形成された配線の断線などの初期不良に加えて、経時的なプレスフィット端子保持力の低下が問題となっていた。このような問題を改善するために、プレスフィット端子を挿入するときにプレスフィット端子からの押圧力が配線パターンに影響を与えないように、押圧力がかかる位置が配線パターンから離れた位置となるように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、プレスフィット端子の圧入時にかかる基板への応力を緩和する方法として、プレスフィット端子の断面形状をＨ型したものがある（例えば特許文献２参照）。さらに別の形状としてプレスフィット端子の断面形状をＭ型にしたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４３０３号公報（６−７頁、図２）
【特許文献２】特開平５−２１１０７３号公報（２−３頁、図３）
【特許文献３】特開２００３−１２３８８８号公報（２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプレスフィット端子の押圧力がかかる位置を配線パターンから離れた位置にしたものでは、基板にかかる応力を緩和することができないために、プレスフィット端子の挿入時の接触部や基板の損傷を少なくすることや、経時的な信頼性低下を防ぐことができないという問題があった。また、プレスフィット端子の断面形状をＨ型あるいはＭ型にしたものでは、基板にかかる応力をある程度緩和することはできるが、断面形状をＨ型やＭ型にしたことによって、プレスフィット端子の剛性が低下したり、接触部に薄肉部があるため、その部分が欠けたりしたりして、プレスフィット端子の挿入時の歩留まりが悪いという問題があった。とくに、断面形状がＭ型の場合、プレスフィット端子の押圧力の方向がプレスフィット端子の挿入軸に対して対称でないため、プレスフィット端子の接合後も常にプレスフィット端子に回転モーメントの応力がかかった状態となるので、振動などによってプレスフィット端子が回転して抜ける場合があり、長期的信頼性に欠けるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、プレスフィット端子の剛性が高く、プレスフィット端子挿入時の端子や基板の損傷がなく、プレスフィット端子と基板との接合部の長期的な接合信頼性の高いプレスフィット端子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るプレスフィット端子は、先端部と、この先端部に接続された弾性部と、この弾性部より張り出した位置に並行配置された複数の接触部とを備え、複数の接触部の端部はそれぞれ先端部からの距離が互いに異なるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、複数の接触部の端部をそれぞれ先端部からの距離が互いに異なるように構成したので、プレスフィット端子をスルーホールに挿入するときに、スルーホールの開口部の縁周部に複数の接触部の各端部が同時に接触することがなく、プレスフィット端子の押圧力が分散されて基板に作用することになる。その結果、プレスフィット端子挿入時の接触部や基板の損傷を抑制することができる。また、プレスフィット端子の押圧力を生じるための薄肉の弾性部がスルーホールの内壁と接触する接触部ではなく、プレスフィット端子の中央部に位置することで、接触部を薄肉にする必要がないために、接触部が欠けることもない。さらには、プレスフィット端子に回転モーメントの応力がかからないため、プレスフィット端子の接合後も、長期的に高い接合信頼性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１によるプレスフィット端子の斜視図である。プレスフィット端子１の先端は、スルーホールの内径より小さい先端部２が形成されており、この先端部２に２つの接触部３が接続されている。接触部３の外側３ａは、このプレスフィット端子１がスルーホールに挿入されたときに、スルーホールの内壁と接触する。プレスフィット端子１の中央部には、２つの接触部３を連結する弾性部４が形成されている。この弾性部４は、弾性変形可能なように接触部３より薄肉に形成されており、プレスフィット端子１をスルーホールに挿入するときには収縮し、挿入されたのちには接触部３の外側３ａを介してスルーホールの内壁に押圧力を加えるように作用して、プレスフィット端子１の接合を保持する。接触部３の外側３ａの先端部２に近い側の端部である２つの接触端部３ｂは、先端部２からの距離が各接触部に対して異なるように構成されている。
【０００９】
図２は、本実施の形態のプレスフィット端子をスルーホールに挿入したときの縦断面図である。図２において、１．６ｍｍ厚のガラスエポキシ製の基板５に設けた直径１．００ｍｍの真円のスルーホール６に、プレスフィット端子１が３０Ｎ（ニュートン）の力で挿入されている。プレスフィット端子１は、肉厚が０．６ｍｍのＣｕ−Ｓｎ合金製の板をプレス加工により図１に示すような形状に加工したものであり、弾性部４は、肉厚が０．４ｍｍで横幅が０．６ｍｍで長さが１．２ｍｍである。プレス加工後にプレスフィット端子１の表面に厚さ約２μｍのニッケルめっきを施し、さらにその表面に厚さ約１μｍのスズめっきを施した。
【００１０】
図３は、図２において、Ａ−Ａ’で示したプレスフィット端子１の接触部３と弾性部４とを横断する面の横断面図である。真円のスルーホール６の内壁に接触してプレスフィット端子１が接合されている。
【００１１】
図４は、本実施の形態におけるプレスフィット端子の構造を示す模式図である。図４において、プレスフィット端子１の挿入方向の中心軸に対する２つの接触端部３ｂの高低差をｄ（μｍ）とする。本実施の形態においては、異なるｄをもつプレスフィット端子を作製し、図２に示すように、基板５にこれらの異なるｄをもつプレスフィット端子１を３０Ｎの力で挿入した。ｄとして、０、２０、５０、１００、２００，３００および３５０（μｍ）のプレスフィット端子を作製した。なお、本実施の形態においては、プレスフィット端子の接触部３の挿入方向の長さを同じにしているので、接触部３の接触端部３ｂより上側の接触端部の高低差もｄとなっている。
【００１２】
異なるｄをもつプレスフィット端子において、プレスフィット端子および基板の損傷を比較するために、それぞれのプレスフィット端子を挿入したのちに樹脂で接合部を固定し、研磨によって図２に示すＡ−Ａ’断面および図３に示す図Ｂ−Ｂ’断面を露出させてこの断面の損傷観察を行なった。また、スルーホールとプレスフィット端子との接合強度を比較するために、異なるｄをもつプレスフィット端子スルーホールに挿入したのちに引き抜くときに必要な荷重のピーク値を抜去力として測定した。
【００１３】
プレスフィット端子の損傷観察の比較方法としては、異なるｄをもつプレスフィット端子をそれぞれ１０個作製し、この１０個のプレスフィット端子をスルーホールに挿入して、Ａ−Ａ’断面および図３に示す図Ｂ−Ｂ’断面にプレスフィット端子に破断や変形などの損傷を調べ、１０個の内に、０〜３個に損傷があった場合を「○」、４〜６個に損傷があった場合を「△」、７個以上に損傷があった場合を「×」とした。また、基板の損傷観察の比較方法としては、Ａ−Ａ’断面において、スルーホールの内壁の表面に形成されている銅めっき（図示せず）の剥離や破断など、基板を構成するガラスクロスと樹脂と（図示せず）の間の剥離距離、基板の内層パターン（図示せず）のプレスフィット端子の挿入方向への変位量を調べ、（１）銅めっきの剥離や破断がない、（２）剥離距離１０μ以下、（３）変位量が２６μｍ以下のうち、すべてが満足された場合を「○」、（１）〜（３）のうち２つが満足された場合を「△」、すべてが満足されない場合を「×」とした。さらに、接合強度としては、抜去力が３０Ｎ以上を「○」、２０Ｎ以上〜３０Ｎ未満を「△」、２０Ｎ未満を「×」とした。
【００１４】
図５は、異なるｄをもつプレスフィット端子の損傷、基板の損傷および抜去力とを比較した比較表である。この比較表から、２つの接触端部に高低差を与えることによる端子の損傷抑制効果は、接触端部の高低差（ｄ）が２０μｍ以上で得られることがわかる。また、基板の損傷抑制効果は、接触端部の高低差（ｄ）が２０μｍ以上でその効果が得られ、５０μｍ以上でその効果が高まることがわかる。さらには、接触端部の高低差（ｄ）が３００μｍ以下であれば、抜去力が２５Ｎ以上であるので、十分な接合信頼性が得られる。
【００１５】
したがって、端子および基板の損傷を抑えて十分な接合信頼性が得るためには、プレスフィット端子の挿入方向の中心軸に対する２つの接触端部の高低差を、２０〜３００μｍ、より好ましくは５０〜２５０μｍとすればよい。
【００１６】
上述のように、本実施の形態においては、プレスフィット端子がスルーホールの開口部の縁周部と接触を開始する２つの接触端部に高低差を与えることにより、スルーホールの開口部の縁周部に２つの接触端部が同時に接触することがなく、挿入時にプレスフィット端子の押圧力が分散されて基板に作用することになる。その結果、プレスフィット端子挿入時の接触部や基板の損傷を抑制することができる。また、プレスフィット端子の押圧力を生じるための薄肉の弾性部がスルーホールの内壁と接触する接触部ではなく、プレスフィット端子の中央部に位置することで、接触部を薄肉にする必要がないために、接触部が欠けることもない。さらには、プレスフィット端子に回転モーメントの応力がかからないため、プレスフィット端子の接合後も、長期的に高い接合信頼性が得られる。
【００１７】
なお、本実施の形態においては、プレスフィット端子を肉厚が０．６ｍｍのＣｕ−Ｓｎ合金製の板で作製したが、他の合金例えばＮｉ−Ｓｎ合金製の板で作製してもよい。また、プレス加工後にプレスフィット端子の表面に厚さ約２μｍのニッケルめっきを施し、さらにその表面に厚さ約１μｍのスズめっきを施したが、他の金属材料を用いてめっきしてもよい。
【００１８】
また、本実施の形態においては、２つの接触部をもつプレスフィット端子の例を示したが、３つ以上の接触部をもつプレスフィット端子でもよい。その場合は、各接触部に対応した３つ以上の接触端部に高低差をつけ、プレスフィット端子をスルーホールに挿入するときに、スルーホールの開口部の縁周部と各接触端部が同時に接触することがないように構成すればよい。
【００１９】
さらに、本実施の形態においては、接触部はプレスフィット端子の挿入方向にほぼ平行になるように形成しているが、接触部をプレスフィット端子の挿入方向に対して斜めになるように形成してもよく、あるいは接触部をねじれた状態に形成してもよい。このように構成すると、接触端部が接するスルーホールの内壁と接触部の外側が接触するスルーホールの内壁とが異なる位置になるので、スルーホールの内壁が接触端部で損傷を受けた場合があっても、プレスフィット端子とスルーホールの内壁との接触抵抗の増大を防ぐことができる。
【００２０】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２における基板のスルーホールの模式図である。図６において、プレスフィット端子１は、実施の形態１における接触端部の高低差ｄが２０μｍのものと同様なものである。本実施の形態においては、スルーホール６の開口形状を楕円形に形成したものである。楕円形の長軸と短軸との長さの比（長軸／短軸比）が、１．００、１．０５、１．１０、１．５０、１．７０、２．００および２．２５のスルーホールをもつ基板を作製し、実施の形態１と同様なプレスフィット端子を３０Ｎの力で挿入して、実施の形態１と同様な断面観察を行い、端子の損傷、基板の損傷および抜去力を評価した。
【００２１】
図７は、異なる長軸／短軸比をもつスルーホールにおける、プレスフィット端子の損傷、基板の損傷および抜去力とを比較した比較表である。この比較表から、スルーホールの開口形状を楕円形にすることによる端子の損傷抑制効果および基板の損傷抑制効果は、長軸／短軸比が１．１０以上でその効果が得られる。さらには、長軸／短軸比が２．００以下であれば、抜去力が２０Ｎ以上であるので、十分な接合信頼性が得られる。
【００２２】
上述のように、本実施の形態においては、スルーホールの開口形状を楕円形にしたので、図６に示すプレスフィット端子からスルーホールの開口部の縁周部にかかる押圧力８は、スルーホールの縁周部の垂直な方向にかかるため、この押圧力による応力は基板の面方向に分散することになり、基板の損傷を抑制する効果がさらに向上する。
【００２３】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３における、スルーホールにプレスフィット端子が挿入された接合部の模式図である。図８において、プレスフィット端子１は、実施の形態１における接触端部の高低差ｄが１００μｍのものと同様なものである。本実施の形態においては、スルーホール６の開口形状を楕円形に形成し、さらに楕円形状の長軸方向に対してプレスフィット端子の最大幅方向が角度αだけ回転されて挿入されている。楕円形状の長軸方向の幅は、１．７０ｍｍ、短軸方向の幅は１．００ｍｍである。
【００２４】
本実施の形態においては、楕円形状のスルーホール６に、プレスフィット端子１を３０Ｎの力で挿入するときに、楕円形状の長軸方向に対してプレスフィット端子の最大幅方向を任意の角度α回転させた状態で挿入する場合と、α＝０で挿入し、挿入後に任意の角度α回転させる場合とにおいて、実施の形態１と同様な断面観察を行い、端子の損傷、基板の損傷および抜去力を評価した。さらに、本実施の形態においては、スルーホールの内壁の表面に形成されたはんだが、プレスフィット端子が挿入されるときに、プレスフィット端子が挿入される反対側のスルーホールの開口部から外部に押し出される長さを評価した。このはんだが押し出される長さをスレイバー量と呼び、このスレイバー量が大きいと、押し出されたはんだが脱落して他の電気部品の短絡を引き起こすなど、不良の発生原因となる。スレイバー量が２０μｍ以下を「○」、２０μｍを越える場合を「×」とした。なお、任意の角度αは、０°、２°、５°、１０°、６０°および９０°とした。
【００２５】
図９は、任意の角度α回転させて挿入した場合と、α＝０で挿入したのちに任意の角度α回転させる場合とにおいて、任意の角度αとプレスフィット端子の損傷、基板の損傷、抜去力およびスレイバー量とを比較した比較表である。
【００２６】
図９から、スルーホールの楕円形状の長軸方向に対してプレスフィット端子の最大幅方向を任意の角度α回転させた状態で挿入すると、αの増加に伴って抜去力の低下が著しいとともに、αが６０°を超えると端子の損傷が多くなり、スレイバー量が大きくなって信頼性低下につながる。一方、α＝０で挿入し、挿入後に任意の角度α回転させる場合は、αの増加に伴って抜去力は上昇し、スレイバー量も大きくならない。
【００２７】
したがって、楕円形状のスルーホールに、プレスフィット端子挿入するときには、α＝０で挿入し、挿入後に任意の角度α回転させることによって、抜去力が上昇し、信頼性が向上する。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、楕円形状のスルーホールの長軸／短軸比が１．７の場合の例を示したが、長軸／短軸比が１．７以外であっても同様に、プレスフィット端子の挿入後に任意の角度α回転させることによって、抜去力が上昇し、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１によるプレスフィット端子の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるプレスフィット端子をスルーホールに挿入したときの縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるプレスフィット端子をスルーホールに挿入したときの横断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるプレスフィット端子の構造を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるプレスフィット端子の比較表である。
【図６】この発明の実施の形態２による基板のスルーホールの模式図である。
【図７】この発明の実施の形態２による基板のスルーホールの比較表である。
【図８】この発明の実施の形態３による基板のスルーホールの模式図である。
【図９】この発明の実施の形態３による基板のスルーホールの比較表である。
【符号の説明】
【００３０】
１  プレスフィット端子
２  先端部
３  接触部
３ａ  外側
３ｂ  接触端部
４  弾性部
５  基板
６  スルーホール
７  中心軸
８  押圧力
【図１】
2007328924.tif 000003
【図２】
2007328924.tif 000004
【図３】
2007328924.tif 000005
【図４】
2007328924.tif 000006
【図５】
2007328924.tif 000007
【図６】
2007328924.tif 000008
【図７】
2007328924.tif 000009
【図８】
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【図９】
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