(57)【要約】【課題】長期間の温度サイクル試験を行うことなく、半田の耐久性を推定できる半田の耐久性の推定方法を提供すること。【解決手段】タインプレート３０付き電気コネクタ２０の複数の接続端子２２を回路基板１０に固定するための半田４０の耐久性を推定する半田４０の耐久性の推定方法において、タインプレート３０付き電気コネクタ２０及び回路基板１０を熱処理する第１工程と、熱処理による接続端子２２の変形量を測定する第２工程と、接続端子２２の変形量に基づき、半田４０の耐久性を推定する第３工程と、を備える。【選択図】図３
2009129880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を回路基板に固定するための半田の耐久性を推定する半田の耐久性の推定方法において、
前記タインプレート付き電気コネクタ及び前記回路基板を熱処理する第１工程と、
前記熱処理による前記接続端子の変形量を測定する第２工程と、
前記接続端子の前記変形量に基づき、半田の耐久性を推定する第３工程と、
を備える半田の耐久性の推定方法。
【請求項２】
タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を回路基板の対応するスルーホールに固定するための半田の耐久性を推定する半田の耐久性の推定方法において、
前記タインプレート付き電気コネクタの複数の前記接続端子を前記回路基板の対応する前記スルーホールに挿通し、前記タインプレート付き電気コネクタ及び前記回路基板を熱処理する第１工程と、
前記熱処理による前記スルーホールに対する前記接続端子の変形量を測定する第２工程と、
前記スルーホールに対する前記接続端子の前記変形量に基づき、半田の耐久性を推定する第３工程と、
を備える半田の耐久性の推定方法。
【請求項３】
前記第２工程は、前記タインプレート付き電気コネクタとは反対側から前記回路基板を撮像した撮像画像に基づき、前記熱処理による前記スルーホールに対する前記接続端子の変形量を測定する請求項２記載の半田の耐久性の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を回路基板に固定するための半田の耐久性を推定する半田の耐久性の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気コネクタの複数の接続端子を回路基板に半田付けする場合、複数の接続端子を位置決めする貫通穴を有するタインプレートが用いられる。タインプレートに囲繞された複数の接続端子が回路基板に半田付けされた状態で、温度変化が起きると、タインプレートと回路基板との熱膨張差に起因して、タインプレートと回路基板とが相対的に変位する。これにより、タインプレート及び回路基板に固定される接続端子が変形され、接続端子を拘束する半田に応力が作用する。温度サイクルによって、半田に応力が繰り返し作用すると、金属疲労によって、半田クラックが発生する恐れがある。そこで、従来、半田の耐久性を確認するため、試作品による温度サイクル試験を数ヶ月程度行う必要があった。
【０００３】
このような、半田クラックの発生を防止できるタインプレート付き電気コネクタとして、タインプレートを回路基板（プリント配線基板）と同一の材質、例えば、ガラスエポキシで形成するタインプレート付き電気コネクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−４９１９６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、タインプレートを回路基板と同一の材質で形成できない場合には、半田の耐久性を確認するため、試作品による温度サイクル試験を長期間行う必要がある。また、タインプレートを回路基板と同一の絶縁材料で形成する場合であっても、回路基板に導電層を形成するので、タインプレートと回路基板との熱膨張差を完全には解消できない。したがって、タインプレートを回路基板と同一の絶縁材料で形成する場合であっても、半田の耐久性を確認するため、温度サイクル試験を長期間行うことがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、長期間の温度サイクル試験を行うことなく、半田の耐久性を推定できる半田の耐久性の推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、第１の発明は、タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を回路基板に固定するための半田の耐久性を推定する半田の耐久性の推定方法において、
前記タインプレート付き電気コネクタ及び前記回路基板を熱処理する第１工程と、
前記熱処理による前記接続端子の変形量を測定する第２工程と、
前記接続端子の前記変形量に基づき、半田の耐久性を推定する第３工程と、
を備える。
【０００７】
また、第２の発明は、タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を回路基板の対応するスルーホールに固定するための半田の耐久性を推定する半田の耐久性の推定方法において、
前記タインプレート付き電気コネクタの複数の前記接続端子を前記回路基板の対応する前記スルーホールに挿通し、前記タインプレート付き電気コネクタ及び前記回路基板を熱処理する第１工程と、
前記熱処理による前記スルーホールに対する前記接続端子の変形量を測定する第２工程と、
前記スルーホールに対する前記接続端子の前記変形量に基づき、半田の耐久性を推定する第３工程と、
を備える。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明に係る半田の耐久性の推定方法であって、前記第２工程は、前記タインプレート付き電気コネクタとは反対側から前記回路基板を撮像した撮像画像に基づき、前記熱処理による前記スルーホールに対する前記接続端子の変形量を測定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タインプレート付き電気コネクタ及び回路基板を熱処理し、その際の接続端子の変形量を測定し、接続端子の変形量に基づき半田の耐久性を推定するので、１回等の短期間の熱処理で、半田の耐久性を推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
本実施例の半田耐久性の推定方法は、タインプレート付き電気コネクタ及び回路基板を熱処理する第１工程と、第１工程の熱処理による接続端子の変形量を測定する第２工程と、第２工程で測定される接続端子の変形量に基づき、半田の耐久性を推定する第３工程とを備える。
【００１２】
図１は、タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を、回路基板の対応するスルーホールに挿通させた状態の一例を示した斜視図である。
【００１３】
回路基板１０は、複数の導通層（図示せず）を有する絶縁基板である。例えば、回路基板１０は、プリント配線基板であって、表面又は内部に、Ｃｕ又はＡｌ等の金属で形成される複数の導通層を有する。また、回路基板１０は、行列状に配列される複数のスルーホール１１を備える。各スルーホール１１は、回路基板１０の厚み方向に沿って、回路基板１０を貫通している。回路基板１０の表面には、電気コネクタ２０が載置されている。
【００１４】
電気コネクタ２０は、絶縁性ハウジング２１と、行列状に配列される複数の接続端子２２とを含んで構成される。また、電気部品コネクタ２０は、絶縁性ハウジング２１の回路基板１０と対面する側面に、回路基板１０へネジ締結され、姿勢を安定化するためのブロック状の脚部２３を備える。
【００１５】
絶縁性ハウジング２１は、開口部を有する箱状の形状であって、電子部品（図示せず）の端子（図示せず）を着脱可能に係合する。
【００１６】
接続端子２２は、絶縁性ハウジング２１内に挿着された電子部品の端子と、回路基板１０に形成された導通層とを電気的に接続するものである。接続端子２２は、絶縁性ハウジング２２内の底面から垂直に外方へ延設され、略直角に回路基板１０側へ向けて屈曲される。
【００１７】
タインプレート３０は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂、又はこれらの樹脂にガラス繊維を含有させた複合材料で形成される。タインプレート３０は、接続端子２２を位置決めする挿通孔３１を複数備える。複数の挿通孔３１は、行列状に配列され、各挿通孔３１は、タインプレート３０の厚み方向に沿って、タインプレート３０を貫通している。各挿通孔３１は、対応する接続端子２２と僅かな間隙を形成しつつ、接続端子２２を囲繞することにより、対応する接続端子２２を位置決めする。
【００１８】
このように、複数の接続端子２２をタインプレート３０の対応する挿通孔３１に挿通し、位置決めすることによって、複数の接続端子２２を回路基板１０の対応するスルーホール１１へ容易に挿通できる。
【００１９】
図２は、スルーホールに半田付けされた接続端子の変形の一例を示した概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図２に示すように、接続端子２２は、タインプレート３０の対応する挿通孔３１、及び回路基板１０の対応するスルーホール１１へ挿通され、スルーホール１１には、半田４０が充填されている。
【００２０】
この状態で、温度変化が起きると、タインプレート３０と回路基板１０との熱膨張差に起因して、タインプレート３０と回路基板１０とが相対的に変位する。これにより、タインプレート３０の挿通孔３１と、回路基板１０のスルーホール１１とが相対的に変位する。この結果、挿通孔３１及びスルーホール１１に挿通された接続端子２２が変形される。
【００２１】
例えば、タインプレート３０の挿通孔３１が回路基板１０のスルーホール１１に対して矢印Ａ方向へ変位すると、接続端子２２は、挿通孔３１との接触部２２ｃが矢印Ａ方向へ押圧され、変位される。このとき、接続端子２２は、屈曲部２２ａと先端２２ｂとの間において、接触部２２ｃを変形中心として「く」の字状に変形される。
【００２２】
接続端子２２が変形されると、接続端子２２を拘束する半田４０に応力Ｆが作用する。温度サイクルによって、半田４０に応力Ｆが繰り返し作用すると、金属疲労によって、図２（ｂ）に示すように、半田クラックが発生する。特に、車両に搭載される場合、真夏の炎天下の太陽光の照射熱や、近傍の電気製品の発熱によって、温度差が１００℃以上に達することがあり、温度サイクルによって、半田クラックが発生し易い。
【００２３】
図３は、接続端子の変形と半田に作用する応力との関係の一例を示した斜視図であり、（ａ）は接続端子２２の変形が小さな状態、（ｂ）は接続端子２２の変形が大きな状態である。図３に示すように、接続端子２２の変形が大きくなるほど、接続端子２２を拘束するための拘束力が大きくなるので、半田４０に作用する応力Ｆが大きくなる。半田４０に作用する応力Ｆが大きくなると、半田４０が金属疲労し易くなるので、半田クラックが発生し易くなる。
【００２４】
したがって、接続端子２２の変形量を測定すれば、半田４０の耐久性を推定できる。また、接続端子２２の変形量の測定は、１回の熱処理試験で実施できる。このため、本実施例の半田の耐久性の評価方法によれば、長期間の熱サイクル試験を実施することなく、１回等の短期間の熱処理試験で半田４０の耐久性を推定できる。
【００２５】
熱処理試験による接続端子２２の変形量の測定は、例えば、スルーホール１１に半田４０を充填しない状態でなされる。図４は、スルーホールに挿通された接続端子の変形の一例を示した斜視図である。接続端子２２は、図３と同様に、タインプレート３０の対応する挿通孔３１、及び回路基板１０の対応するスルーホール１１へ挿通されるが、図３と異なり、スルーホール１１には、半田４０が充填されない。
【００２６】
この状態で、熱処理すると、タインプレート３０と回路基板１０との熱膨張差に起因して、タインプレート３０と回路基板１０とが相対的に変位する。これにより、タインプレート３０の挿通孔３１と、回路基板１０のスルーホール１１とが相対的に変位する。この結果、挿通孔３１及びスルーホール１１に挿通された接続端子２２が変形される。
【００２７】
例えば、挿通孔３１がスルーホール１１に対して矢印Ａ方向へ変位すると、接続端子２２は、挿通孔３１との接触部２２ｃが矢印Ａ方向へ押圧され、変位される。このとき、接続端子２２は、図３と異なり、先端２２ｂが半田４０によって拘束されていないため、先端２２ｂが矢印Ａ方向へ変位される。
【００２８】
スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位が大きくなるほど、接続端子２２を拘束するための拘束力が大きくなるので、スルーホール１１に本来充填される半田４０に作用する応力Ｆが大きくなる。したがって、スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量を測定すれば、スルーホール１１に本来充填される半田４０の耐久性を推定できる。このスルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量の測定は、１回の熱処理試験で実施できる。このため、本実施例の半田の耐久性の評価方法によれば、長期間の熱サイクル試験を実施することなく、１回等の短期間の熱処理試験で半田４０の耐久性を推定できる。
【００２９】
尚、熱処理の過程で、接続端子２２がスルーホール１１の内壁に接触しないよう、スルーホール１１は、十分大きく形成されてよい。
【００３０】
図５は、タインプレート付き電気コネクタとは反対側から回路基板を撮像した撮像画像の一例を示す模式図であり、（ａ）は温度変化前の撮像画像、（ｂ）は温度変化後の撮像画像を示す。また、図５（ｂ）において、２点鎖線で示す状態がスルーホール１１の温度変化前の状態である。撮像画像は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等の撮像装置により撮像される。
【００３１】
熱処理は、例えば、タインプレート３０付き電気コネクタ２０の回路基板１０を恒温槽に設置し、恒温槽の設定温度を変更して行われる。熱処理は、加熱処理であっても、冷熱処理であってもよく、試験温度範囲は、実際の使用環境に応じて設定される。例えば、車両に搭載される場合、試験温度範囲は、−３０℃〜８０℃に設定される。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、温度変化前の状態では、平面視で、接続端子２２の先端２２ｂの中心と、スルーホール１１の中心とが略一致している。また、図５（ｂ）に示すように、温度変化後の状態では、平面視で、接続端子２２の先端２２ｂの中心と、スルーホール１１の中心とが、矢印Ａ方向へ距離Ｌ１だけ離れている。また、温度変化後の状態では、スルーホール１１の中心が、平面視矢印Ｂ方向へ距離Ｌ２だけ変位している。
【００３３】
この撮像画像を画像処理することによって、温度変化前後におけるスルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量Ｌ１を計測し、半田４０の耐久性を推定する。撮像画像の画像処理、及び半田４０の耐久性の推定は、マイクロコンピュータによって実行される。図６は、マイクロコンピュータによる撮像画像の画像処理、及び半田の耐久性の推定の一例を示したフローチャートである。
【００３４】
マイクロコンピュータは、図６のＳ１１において、温度変化前後における撮像画像から、スルーホール１１、及び接続端子２２の先端２２ｂを識別する。この識別には、スルーホール１１、及び接続端子２２の先端２２ｂの形状、色彩が用いられる。例えば、形状を用い識別する場合、平面視円状の物体をスルーホール１１とし、平面視矩形状の物体を接続端子２２の先端２２ｂとして識別する。
【００３５】
続いて、Ｓ１２では、スルーホール１１の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系を設定する（図５参照）。Ｘ−Ｙ座標系は、スルーホール１１毎に設定される。Ｘ軸、Ｙ軸は、互いに直交する軸であって、例えば、矩形状の回路基板１０の外縁に対して平行に設置される。尚、温度変化前後において、スルーホール１１の中心が矢印Ｂ方向へ距離Ｌ２だけ変位するので、Ｘ−Ｙ座標系の原点も、矢印Ｂ方向へ距離Ｌ２だけ変位している。
【００３６】
続いて、Ｓ１３では、温度変化前後における、接続端子２２の先端２２ｂの座標をそれぞれの撮像画像に基づき算出する。温度変化前における接続端子２２の先端２２ｂの中心の座標を（Ｘ１、Ｙ１）とし、温度変化後における接続端子２２の先端２２ｂの中心の座標を（Ｘ２、Ｙ２）とする。
【００３７】
続いて、Ｓ１４では、温度変化前後における、接続端子２２の先端２２ｂのＸ軸方向の変位ΔＸ（＝Ｘ２−Ｘ１）、Ｙ軸方向の変位ΔＹ（＝Ｙ２−Ｙ１）を算出する。このように、本実施例では、スルーホール１１の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系を設定するため、温度変化前後におけるスルーホール１１の変位量Ｌ２を測定することなく、スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位ΔＸ、ΔＹを算出できる。これにより、処理速度、及び変位ΔＸ、ΔＹの算出精度を向上できる。
【００３８】
続いて、Ｓ１５では、変位ΔＸ、ΔＹに基づき、温度変化前後における、スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量Ｌ１（図５参照）を算出する。変位量Ｌ１は、次式によって、算出される。この変位量Ｌ１は、スルーホール１１毎に算出される。
Ｌ１＝（ΔＸ２＋ΔＹ２）１／２
続いて、Ｓ１６では、変位量Ｌ１が閾値Ｌ０以上であるか否かチェックする。Ｓ１６で変位量Ｌ１が閾値Ｌ０以上である場合（Ｓ１６、Ｙｅｓ）、スルーホール１１に本来充填される半田４０に作用する応力Ｆが大きいので、Ｓ１７に進み、半田４０の耐久性が十分でないと判定し、今回の処理を終了する。
【００３９】
ここで、閾値Ｌ０は、長期間の温度サイクル試験等によって耐久性の確認されたものについて、上記Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を行い、温度変化前後における、スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量を算出して、設定される。
【００４０】
また、閾値Ｌ０は、半田４０の種類、半田４０の形状、及び接続端子２２の形状に応じて、設定される。これは、半田４０の種類に応じて半田４０の物性が変動し、また、半田４０の形状、及び接続端子２２の形状に応じて半田４０の応力分布が変動するので、半田４０の種類等に応じて、半田４０の耐久性が変動するからである。
【００４１】
また、閾値Ｌ０は、熱処理条件に応じて、設定される。これは、温度差が大きくなるほど、タインプレート３０と回路基板１０との熱膨張差に起因して、タインプレート３０と回路基板１０との相対的な変位が大きくなり、接続端子２２の変形が大きくなり、スルーホール１１に本来充填される半田４０に作用する応力Ｆが大きくなるからである。閾値Ｌ０の温度依存性は、長期間の温度サイクル試験等によって耐久性の確認されたものについて、複数の熱処理条件で、上記Ｓ１１〜Ｓ１５の処理を行い、スルーホール１１に対する接続端子２２の先端２２ｂの変位量の温度依存性を算出して、設定される。
【００４２】
尚、閾値Ｌ０は、回路基板１０の種類、タインプレート３０の種類、接続端子２２の本数、及び接続端子２２の設置間隔等には依存しない。したがって、耐久性の確認されたタインプレート付き電気コネクタの回路基板について、回路基板１０の種類、タインプレート３０の種類、接続端子２２の本数及び設置間隔等を設計変更する場合には、本実施例の半田の耐久性の推定方法によって、１回等の短期間の熱処理で、半田の耐久性を推定できる。
【００４３】
また、Ｓ１６において、変位量Ｌ１が閾値Ｌ０未満である場合（Ｓ１６、Ｎｏ）、スルーホール１１に本来充填される半田４０に作用する応力Ｆが小さいので、Ｓ１８に進み、半田４０の耐久性が十分であると判定し、今回の処理を終了する。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４５】
例えば、本実施例の温度変化前後における接続端子２２の変形量は、スルーホール１１に半田４０を充填しない状態（図４参照）で計測されるとしたが、スルーホール１１に半田４０を充填した状態（図２参照）で計測されてもよい。この場合、ＣＣＤカメラ等の代わりに、赤外線カメラを用いて、接続端子２２の状態を撮像する。樹脂を通過する赤外線を用いることによって、樹脂製のタインプレート３０と樹脂製の回路基板１０との間に隠れた、金属製の接続端子２２の変形を撮像できる。また、この場合、接続端子２２の先端２２ａの変位量の代わりに、接続端子２２の挿通孔３１との接触部２２ｃの変位量に基づき、半田４０の耐久性を推定する。
【００４６】
また、本実施例の画像処理では、回路基板１０の全てのスルーホール１１について、半田４０の耐久性を推定するとしたが、回路基板１０の一部のスルーホール１１について、半田４０の耐久性を推定してよい。例えば、回路基板１０の外周付近のスルーホール１１についてのみ、半田４０の耐久性を推定してよい。これは、回路基板１０の外周ほど、回路基板１０とタインプレート３０との相対的な変位が大きく、半田４０に作用する応力Ｆが大きくなるからである。
【００４７】
また、本実施例の閾値Ｌ０は、半田４０の種類、半田４０の形状、及び接続端子２２の形状に応じて、設定されるとしたが、半田４０の形状の代わりに、半田４０が充填されるスルーホール１１の形状に応じて、設定されてよい。
【００４８】
また、本実施例の半田４０の耐久性の推定では、変位量Ｌ１が閾値Ｌ０以上である否かチェックすることにより、半田４０の耐久性が十分であるか否か判定したが、半田の耐久性を段階的に評価してもよく、例えば、変位量Ｌ１に応じて半田の耐久性を優、良、可、不可の４段階で評価してもよい。
【００４９】
また、本実施例の半田の耐久性の推定では、試作品の接続端子２２の変位量Ｌ１と、耐久性の確認された接続端子２２の変位量Ｌ０とを比較することによって、試作品の半田４０の耐久性が十分であるか否か判定したが、設計の異なる試作品同士の接続端子２２の変位量を比較することによって、試作品同士の半田の耐久性の優劣を判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】タインプレート付き電気コネクタの複数の接続端子を、回路基板の対応するスルーホールに挿通させた状態の一例を示した斜視図である。
【図２】スルーホールに半田付けされた接続端子の変形の一例を示した概略図である。
【図３】接続端子の変形と半田に作用する応力との関係の一例を示した斜視図である。
【図４】スルーホールに挿通された接続端子の変形の一例を示した斜視図である。
【図５】タインプレート付き電気コネクタとは反対側から回路基板を撮像した撮像画像の一例を示す模式図である。
【図６】マイクロコンピュータによる撮像画像の画像処理、及び半田の耐久性の推定の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０    回路基板
１１    スルーホール
２０    電気コネクタ
２１    絶縁性ハウジング
２２    接続端子
２３    脚部
３０    タインプレート
３１    挿通孔
４０    半田
【図１】
2009129880.tif 000003
【図２】
2009129880.tif 000004
【図３】
2009129880.tif 000005
【図４】
2009129880.tif 000006
【図５】
2009129880.tif 000007
【図６】
2009129880.tif 000008