(57)【要約】【課題】リード部に作用する曲げ応力を低減した表面実装型コネクタを提供する。【解決手段】基板３の表面に装着されるコネクタハウジング１と、コネクタハウジング１を貫通して延設される端子部材２とを備え、端子部材２は、相手側のコネクタ端子に接触する接触部２１と、接触部２１に連なってハウジング１の端面から突設され、先端部が導電性の金属３４を介して基板３に接合されるリード部２２とを有し、リード部２２は、コネクタハウジング１の構成材よりも低融点の溶融部材２４が充填された溶融部１０ｃを貫通してコネクタハウジング１から支持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に装着されるコネクタハウジングと、
前記コネクタハウジングを貫通して延設される端子部材とを備え、
前記端子部材は、
相手側のコネクタ端子に接触する接触部と、
前記接触部に連なって前記ハウジングの端面から突設され、先端部が導電性の金属を介して前記基板に接合されるリード部とを有し、
前記リード部は、前記コネクタハウジングの構成材よりも低融点の溶融部材が充填された溶融部を貫通して前記コネクタハウジングから支持されることを特徴とする表面実装型コネクタ。
【請求項２】
請求項１に記載の表面実装型コネクタにおいて、
前記リード部は、前記ハウジングの端面から略水平に突設された水平部、前記水平部から略直角に折り曲げられた鉛直部、および前記鉛直部からさらに略水平に折り曲げられた折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部の先端は、前記コネクタハウジングの端面よりも下方に突出して設けられることを特徴とする表面実装型コネクタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表面実装型コネクタと、
基板と、
前記コネクタハウジングを前記基板に固定する固定手段と、
前記リード部の先端を前記基板に接合するはんだ部材とを備えることを特徴とするコネクタ付き基板。
【請求項４】
請求項３に記載のコネクタ付き基板において、
前記ハウジング内には、前記ハウジングの端面に開口面を有する筒部材が配設され、
この筒部材の内部に前記溶融部材が充填されていることを特徴とするコネクタ付き基板。
【請求項５】
請求項４に記載のコネクタ付き基板において、
前記ハウジングの端面には凹部が設けられ、
前記凹部および前記筒部材に、それぞれ前記筒部材を前記凹部に収容した状態で保持するための係合部が設けられることを特徴とするコネクタ付き基板。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載のコネクタ付き基板において、
前記溶融部におけるリード部の断面積は、他のリード部の断面積よりも小さいことを特徴とするコネクタ付き基板。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載のコネクタ付き基板において、
前記溶融部材の融点は、前記はんだ部材の融点よりも低いことを特徴とするコネクタ付き基板。
【請求項８】
基板の表面にはんだ部材を付設する工程と、
コネクタハウジングの端面に設けられた凹部を貫通して端子部材のリード部を延設するとともに、この貫通前または貫通後に、前記コネクタハウジングの構成材よりも低融点の溶融部材を前記凹部に充填する工程と、
前記はんだ部材に前記リード部の先端を当接させて、前記溶融部材が充填されたコネクタハウジングを前記基板に取り付ける工程と、
前記コネクタハウジングと一体に基板を加熱し、前記はんだ部材および前記溶融部材を溶融させる工程と、
前記加熱された基板を冷却し、前記はんだ部材および前記溶融部材を凝固させる工程とを含むことを特徴とするコネクタ付き基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に実装される表面実装型コネクタ、コネクタ付き基板、およびコネクタ付き基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクタハウジング内の端子に連なって設けられたリード部の先端をプリント配線基板の表面にはんだ付けし、基板表面にハウジングを実装する表面実装型コネクタが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、リード部の先端をハウジングの底面よりも下方に突出して設けることで、ハウジングの装着時にリード部を弾性変形させてリード部先端を基板表面に押し付け、リード部と基板の導通を確保するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１２９２８８号公報
【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、上記特許文献１記載の装置では、リード部を弾性変形させて基板表面に押し付けるため、リード部に曲げ応力が作用し、リード部先端のはんだ付けが破損するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による表面実装型コネクタは、基板の表面に装着されるコネクタハウジングと、コネクタハウジングを貫通して延設される端子部材とを備える。端子部材は、相手側のコネクタ端子に接触する接触部と、接触部に連なってハウジングの端面から突設され、先端部が導電性の金属を介して基板に接合されるリード部とを有する。リード部は、コネクタハウジングの構成材よりも低融点の溶融部材が充填された溶融部を貫通してコネクタハウジングから支持される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、溶融部材が充填された溶融部を貫通して端子のリード部をコネクタハウジングから支持するようにしたので、基板表面にコネクタを実装した際のリード部に作用する曲げ応力を低減でき、リード部先端のはんだ付けが破損することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
以下、図１〜図６を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る表面実装型コネクタ１００の斜視図であり、図２は、図１の要部断面図である。このコネクタ１００は、基板３の表面に装着される樹脂製のハウジング１（例えば雄側ハウジング）と、ハウジング１に設けられる導電性の端子部材２（雄側端子）とを有する。なお、図１ではハウジング１に６本の端子２が並設されているが、端子２の数はこれに限らない。以下では、図１に示すように前後左右方向を定義し、この定義にしたがって各部の構成を説明する。
【０００８】
ハウジング１の前面には、相手側のハウジング２００（雌側ハウジング）が嵌合するための開口部１０ｂが設けられている。端子２の一端部（接触部２１）は、それぞれハウジング１の後端部１０ａを貫通し、ハウジング１の前面に向けて突設されている。図２に示すようにハウジング１の開口部１０ｂには雌側ハウジング２００が矢印方向から嵌合し、雄側端子の接触部２１に雌側端子の接触部２０１が嵌合し、端子同士が接続される。端子２は、接触部２１に連なってリード部２２を有する。
【０００９】
リード部２２は、ハウジング後端部１０ａから後方に向けて略水平方向に突出する水平部２２ａと、水平部２２ａから下方に向けて折れ曲がった鉛直部２２ｂと、鉛直部２２ｂから後方に向けて折れ曲がった折り曲げ部２２ｃとを有する。折り曲げ部２２ｃの先端はハウジング１の底面よりも距離ａだけ下方に突出している。
【００１０】
図１，２に示すようにハウジング１の底面角部（例えば四つ角部）には、下方に向けてボス１１が突設されている。基板３にはボス１１に対応して貫通孔３１が開口されている。貫通孔３１にボス１１が挿入され、基板３に対してハウジング１が位置決めされて取り付けられる。ハウジング１の左右側面には、ハウジング１を基板３に固定するための略Ｌ字状に折り曲げられたペグ１２が固設されている。ペグ１２の底面は、ハウジング１の底面と同一高さ、もしくはハウジング１の底面よりもやや低く形成されている。
【００１１】
基板３の表面には、リード先端の折り曲げ部２２ｃおよびペグ１２が当接する位置に、それぞれ導体電極ランド３２およびペグランド３３が形成されている。これらランド３２，３３の上面には、例えばスクリーン印刷工法により、ペースト状に練り込んだはんだ粒子（はんだペースト３４）が貼設され、はんだペースト３４を溶融、凝固させて基板３とリード先端の折り曲げ部２２ｃおよびハウジング側面のペグ１２とが接合される。
【００１２】
本実施の形態の特徴的構成として、図２に示すように端子２が貫通するハウジング１の後端面には凹部１０ｃが設けられ、凹部１０ｃに筒状の金属製レセプタクル２３が収容されている。レセプタクル２３は、ハウジング１との一体成型により、あるいはハウジング１への圧入により凹部１０ｃに収容される。レセプタクル２３の内部には、例えば粒子状のはんだ２４（はんだボール）が充填されている。なお、溶融状態のはんだをレセプタクル内に封入した後、冷却凝固することにより、レセプタクル内にはんだ２４を充填することもできる。
【００１３】
レセプタクル２３は、Ｓｎめっきなどはんだ濡れ性のよい材料を用いることが好ましい。はんだ２４は、通常の使用環境の温度よりも高い融点のもので、かつ、少なくともハウジング１の構成材よりも低融点のもの（例えばはんだペースト３４と同一材）が用いられる。はんだ２４はリード部２を固定するものであり、以下、固定用はんだと呼ぶ。
【００１４】
端子２は、レセプタクル内に固定用はんだ２４を充填する前、あるいは充填した後に、ハウジング１を貫通させて設けられる。固定用はんだ２４を充填する前であれば、レセプタクル内は空洞であるため、端子２の取り付けが容易である。固定用はんだ２４の充填後に端子２を取り付ける場合、固定用はんだ２４の充填が容易である。なお、一体成型によりハウジング１に端子２を取り付けることもできる。
【００１５】
本実施の形態に係るコネクタ付き基板３の製造方法について説明する。図３は、リフローはんだ付け工法を用いたコネクタ付き基板３の製造手順を示す図である。まず、図３（ａ）に示すようにベースとなるプリント配線基板３を製造する。次に、図３（ｂ）に示すように導体電極ランド３２およびペグランド３３の上面に、スクリーン印刷工法によりはんだペースト３４を印刷する（印刷工程）。
【００１６】
ハウジング１には、予めレセプタクル２３を貫通して端子２を一体に設け、レセプタクル内に固定用はんだ２４を充填しておく。そして、図３（ｃ）に示すようにハウジング１の底面のボス１１を基板３の嵌合孔３１に嵌合し、基板３にハウジング１を取り付け、仮固定状態とする（組立工程）。なお、基板３にハウジング１を取り付けた後に、レセプタクル内に固定用はんだ２４を充填してもよい。
【００１７】
この際、基板３に対するリード部２の位置とペグ１２の位置はボス１１によって規制され、リード部２の折り曲げ部２２ｃとペグ１２は基板上のはんだペースト３４に当接する。折り曲げ部２２ｃの先端はハウジング１の底面よりも距離ａだけ下方に突出しているため、仮固定状態では、リード部先端が基板３に押し付けられ、リード部２に曲げ応力が作用している。
【００１８】
このようにして基板３にハウジング１を一体に組み付けた後、図３（ｄ）に示すように温風ヒータ４が配置された炉内の加熱ゾーンに基板３を通過させ、基板全体を加熱する（加熱工程）。これにより基板上のはんだペースト３４が溶融するとともに、レセプタクル内の固定用はんだ２４が溶融し、リード部２の支持点が移動してリード部２に作用する曲げ応力を緩和できる。
【００１９】
さらに加熱ゾーンの通過後、図３（ｅ）に示すようにクーラ５が配置された炉内の冷却ゾーンに基板３を通過させ、冷風を吹き付けて基板全体を冷却する（冷却工程）。これによりレセプタクル内の固定用はんだ２４と基板上のはんだペースト３４が凝固し、レセプタクル内にてリード部２の基端部がハウジング１に固定されるとともに、リード部２の先端部（折り曲げ部２２ｃ）とペグ１２の底面が基板３の表面に固定される。
【００２０】
本実施の形態の効果を図面を用いて説明する。図４は、リフローはんだ付け工法により基板３にコネクタ１００を実装した状態を示す図である。なお、図４（ｂ）は本実施の形態に係る表面実装型コネクタ、すなわちハウジング内にレセプタクル２３を設けて固定用はんだ２４を充填した例を示しており、図４（ａ）はレセプタクル２３を設けない比較例を示している。
【００２１】
図４（ａ）において、リード部２の先端ははんだペースト３４によって基板３に固定され、リード部２の基端はハウジング１に固定されている。すなわちリード部２の両端部はそれぞれ拘束されている。このときリード部２には、拘束点Ｐ１，Ｐ２においてそれぞれ曲げ応力（残留応力）が作用する。曲げ応力は鉛直部２２ｂに作用する矢印方向の力が大きいほど、すなわち水平部２２ａの水平線に対する曲げ角度αが大きいほど大きくなり、図４（ａ）では曲げ角度αはα１である。
【００２２】
これに対し本実施の形態のようにレセプタクル内に固定用はんだ２４を充填した場合、加熱工程において固定用はんだ２４が溶融するため、リード部２は曲げ応力を緩和する方向に変形した後、冷却工程においてハウジング１に固定される。このため、図４（ｂ）に示すようにリード部２の基端側の拘束点Ｐ２は、レセプタクル２３の長さの分Ｌだけハウジング１の開口部１０ｂ側に移動し、曲げ角度α２はα１よりも小さくなる。その結果、リード部２に作用する曲げ応力が減少し、リード部２の破損を防止することができる。
【００２３】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏する。
（１）ハウジング１に設けたレセプタクル内に固定用はんだ２４を充填し、固定用はんだ２４を介してハウジング１からリード部１を支持するようにしたので、加熱工程において固定用はんだ２４が溶融してリード部２の拘束点Ｐ２をハウジング１の奥方にずらすことができる。その結果、リード部２に作用する曲げ応力を緩和でき、リード部２の破損やリード部先端のはんだペースト３４の剥がれ等を防止できる。
（２）曲げ応力を緩和するためにリード部２２の水平部２２ａを長くする必要がないので、コネクタ１００の取付スペースを節約できる。
（３）リード部２の折り曲げ部２２ｃの先端をハウジング１の底面よりも下方に突出して設けるので、リード部２２を基板３に確実に当接することができ、確実な導通状態を確保できる。
【００２４】
なお、以上ではハウジング１の側面にペグ１２を固定するようにしたが、その固定方式は種々のものを採用できる。例えばボルト等の締結部材によりハウジング１にペグ１２を固定してもよいし、一体成形によりハウジング１にペグ１２を固定してもよい。また、図５に示すようにハウジング１の側面に底面が開口したボックス部１０ｄを設け、ボックス部１０ｄの形状に沿ってボックス部内にレセプタクル１３を嵌合し、レセプタクル内に固定用はんだ１４を充填してペグ１２を固定するようにしてもよい。
【００２５】
この場合、リフローはんだ付け工法の加熱工程において、固定用はんだ２４およびはんだペースト３４とともに、ボックス部内の固定用はんだ１４を溶融させ、その後、冷却工程で凝固させる。これによりペグ１２の側面がハウジング１に固定され、ペグ１２の底面が基板３に固定される。このため、ペグ１２の底面の高さを自動的に調整でき、ハウジング１の支持部の応力を緩和できる。
【００２６】
図５において、固定用はんだ１４，２４は、はんだペースト３４よりも低融点のものを用いることが好ましい。例えば、はんだペースト３４をＳｎ3.0Ａｇ0.5Ｃｕからなる材料によって構成すると、その融点は２１７〜２２０℃となるが、固定用はんだ１４，２４には、例えば融点が１３８℃のＳｎ５８Ｂｉ結晶はんだを用いればよい。このように低融点はんだを用いた場合の効果を図６により説明する。
【００２７】
図６（ａ），（ｂ）は、固定用はんだ２４をはんだペースト３４と同一材料により構成した場合の例であり、図６（ｃ），（ｄ）は、固定用はんだ２４をはんだペースト３４より低融点とした場合の例である。なお、図６（ａ），（ｃ）は、それぞれ固定用はんだ２４の凝固開始温度（２２０℃、１３８℃）の状態を、図６（ｂ），（ｄ）は、それぞれ凝固後の常温状態を示している。
【００２８】
加熱工程によりハウジング１が加熱されると、図６（ａ），（ｃ）の点線状態から実線状態へとハウジング１は熱膨張し、リード水平部２２ａの曲げ角αａ，αｃがそれぞれ小さくなる。この場合、図６（ａ）と図６（ｃ）とを比べると、図６（ａ）の方が図６（ｃ）の場合よりもハウジング１の熱膨張量が大きいため、曲げ角αは図６（ａ）の方が小さくなる（αａ＜αｃ）。
【００２９】
この状態から冷却工程において常温まで温度が下がると、ハウジング１は温度に比例して収縮する。このため、低融点の固定用はんだ２４を用いた場合の方が、固定用はんだ２４の凝固開始後のハウジング１の熱収縮量は小さく、図６（ｄ）の方が図６（ｂ）のものよりも熱収縮量が小さい。その結果、図６（ｄ）の方が図６（ｂ）より曲げ角αは小さくなり（αｄ＜αｂ）、リード部２に作用する残留応力を低減できる。なお、はんだペースト３４は高温使用環境下でも溶融しないようにする必要があるため、はんだペースト３４を低融点のものとすることはできない。
【００３０】
−第２の実施の形態−
図７を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、レセプタクル内におけるリード部２の形状である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００３１】
図７（ａ）は、第２の実施の実施の形態に係る表面実装型コネクタ１００の全体形状を示す斜視図であり、図７（ｂ）は端子２の斜視図、図７（ｃ）は端子２の側面図である。なお、図１〜４と同一の箇所には同一の符号を付す。図７（ｃ）に示すようにレセプタクル内において、端子２のリード部２２は接触部２１よりも板厚が薄くなっている。さらに図７（ｂ）に示すようにレセプタクル内において、端子２のリード部の両側面に切り欠きが設けられ、切り欠き部２２ｄが形成されている。
【００３２】
これによりレセプタクル内でリード部２２の断面積は小さくなり、固定用はんだ２４の溶融凝固時にレセプタクル内においてリード部２が変形しやすくなる。このため、リード部全体の歪みが切り欠き部２２ｄで吸収され、リード部２２に作用する応力を緩和できる。この場合、切り欠きによってリード部２２と固定用はんだ２４との接触面積が増加し、アンカー効果を発揮できる。このため、雌側コネクタ（図１）の嵌合離脱時に、端子２に作用する水平方向の引張力に抗して端子２をハウジング１に強固に固定できる。
【００３３】
−第３の実施の形態−
図８〜１０を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態が第１の実施の形態（図５）と異なるのは、ハウジング１へのレセプタクル１３，２３の取付構造である。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００３４】
図８は、第３の実施の実施の形態に係る表面実装型コネクタの全体形状を示す斜視図であり、図９，１０は図８の要部断面図である。なお、図５と同一の箇所には同一の符号を付す。図９に示すようにレセプタクル２３の外表面には爪部２３ａが設けられ、この爪部２３ａに対応してハウジング後端部１０ａの凹部１０ｃに受け部１０１が設けられている。図１０に示すようにレセプタクル１３の外表面には爪部１３ａが設けられ、この爪部１３ａに対応してハウジング側面のボックス部１０ｄに受け部１０２が設けられている。
【００３５】
レセプタクル２３を凹部１０ｃに嵌合すると、爪部２３ａが受け部１０ｄに係合する。レセプタクル１３をボックス部１０ｄに嵌合すると、爪部１３ａが受け部１０２に係合する。この状態で、レセプタクル内に固定用はんだ１４，２４を充填し、端子２とペグ１２をそれぞれ挿入する。これによりレセプタクル１３，２３をハウジング１に容易に固定することができ、コネクタ１００を安価に構成できる。なお、端子２とペグ１２の両方を固定用はんだ１４，２４で固定するのではなく、端子２のみ固定用はんだ１４で固定するようにしてもよい。
【００３６】
上記実施の形態では、ハウジング１に水平方向に端子２を貫通させるようにしたが、他の方向（例えば鉛直方向）に端子２を貫通させてもよく、端子部材としての端子２の形状およびコネクタハウジングとしてのハウジング１の形状は上述したものに限らない。ハウジング１に設けたレセプタクル内に、溶融部材として固定用はんだ２４を充填したが、コネクタハウジング１の構成材よりも低融点であれば他の溶融部材（例えばロウ付け材料など）を充填してもよく、レセプタクル２３を省略してもよい。このような溶融部材が充填された溶融部を貫通してリード部２２を支持するのであれば、リード部２２の形状は上述したものに限らない。
【００３７】
ボス１１とペグ１２によりハウジング１を基板３の表面に固定するようにしたが、固定手段はいかなるものでもよい。リード部先端をはんだペースト３４を介して基板３に接合するようにしたが、他のはんだ部材を用いてもよい。固定用はんだ２４を充填するためにハウジング１に筒状のレセプタクル２３を設けたが、筒部材の形状はいかなるものでもよい。固定用はんだ２４の溶融部におけるリード部２２を薄肉化し、切り欠き部２２ｄを設けるようにしたが（図７）、リード部２２に切り欠き部２２ｄ以外を設けて断面積を小さくしてもよい。レセプタクル２３の爪２３ａをハウジング１の受け部１０１に係合するようにしたが（図９）、係合部の構成はいかなるものでもよい。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の表面実装型コネクタに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表面実装型コネクタの斜視図。
【図２】図１の要部断面図。
【図３】本実施の形態に係るコネクタ付き基板の製造手順を示す図。
【図４】第１の実施の形態の効果を説明する図。
【図５】図１の変形例を示す図。
【図６】低融点はんだを用いた場合の効果を説明する図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る表面実装型コネクタの斜視図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る表面実装型コネクタの斜視図。
【図９】端子の取り付け構造を示す図８の要部断面図。
【図１０】ペグの取り付け構造を示す図８の要部断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１  ハウジング
２  端子
３  基板
１０ｃ  凹部
１２  ペグ
２１  接触部
２２  リード部
２２ａ  水平部
２２ｂ  鉛直部
２２ｃ  折り曲げ部
２３  レセプタクル
２３ａ  爪部
２４  固定用はんだ
３４  はんだペースト
１０１  受け部
【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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