説明

コネクタ端子

【課題】はんだウィスカ自体の発生を抑制可能なコネクタ端子を提供する。
【解決手段】本コネクタ端子は、はんだにより他部材と接合されるコネクタ端子であって、前記他部材と接合される部分に、外周面から内側に向かって環状に括れ、前記はんだが前記外周面に流出するのを堰き止める括れ部が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コネクタに使用されるコネクタ端子に関する。
【背景技術】
【0002】
コネクタ端子を電子回路基板等に接合する場合、従来は鉛(Pb)を含むはんだ材料が用いられていた。近年、環境負荷を軽減する観点から鉛フリー化が求められるようになり、例えば、Sn、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag合金のように、鉛を含まない鉛フリーのはんだ材料が用いられる場合が多くなった。
【0003】
鉛フリーのはんだ材料でコネクタ端子を電子回路基板等に接合する場合、Snのはんだウィスカが発生することが知られている。はんだウィスカが生じると、はんだウィスカにより隣接するコネクタ端子間等にショートが発生する虞がある。そのため、はんだウィスカの対策として、例えば、電子回路基板上に防湿コーティングを施す等の設計変更や工程変更が行われている。
【0004】
又、はんだウィスカの対策として、例えば、コネクタ端子とハウジング部とを備えるコネクタにおいて、ハウジング部のコネクタ端子が圧入される部位に窪みを形成する方法が提案されている。この方法では、コネクタ端子部分に発生したはんだウィスカをハウジング部に形成された窪み部分で覆うことにより、利用者がはんだウィスカに触れることを防止し、結果としてはんだウィスカの飛散を防止している(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−310089号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、一般的には、はんだウィスカの発生メカニズム及びはんだウィスカの発生抑制策は解明されていない。そのため、はんだウィスカが発生した場合には、はんだウィスカの成長そのものを抑制する対策はない。上記の特許文献1の例でも、はんだウィスカが発生した場合に、発生したはんだウィスカをハウジング部に形成された窪み部分で覆うようにしただけであり、はんだウィスカ自体の発生を抑制するものではない。
【0007】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、はんだウィスカ自体の発生を抑制可能なコネクタ端子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本コネクタ端子は、はんだにより他部材と接合されるコネクタ端子であって、前記他部材と接合される部分に、外周面から内側に向かって環状に括れ、前記はんだが前記外周面に流出するのを堰き止める括れ部が形成されていることを要件とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、はんだウィスカ自体の発生を抑制可能なコネクタ端子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施の形態に係るコネクタ端子を例示する断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】比較例に係るコネクタ端子を例示する断面図である。
【図4】図3のB部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0012】
図1は、本実施の形態に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。なお、図1及び図2において、電子回路基板50の主面(図示しない半導体素子や抵抗、コンデンサ等を実装した面)をXY平面とし、それに垂直な方向をZ方向としている(他の図も同様)。
【0013】
図1及び図2を参照するに、コネクタ端子10は、括れ部20と、棒状部30とを備えている。コネクタ端子10は細長状に形成されている。コネクタ端子10の一端側は、ハウジング部(図示せずに)に固定されており、コネクタ端子10の他端側は、電子回路基板50の貫通孔51に挿入しやすいように尖鋭形状とされている。
【0014】
括れ部20は、コネクタ端子10の電子回路基板50と接合される部分に環状に設けられ、コネクタ端子10よりも細い棒状部30を形成している。棒状部30は、コネクタ端子10の棒状部30を除く部分と中心軸(Z方向)が一致するように形成されている。括れ部20は、例えば、コネクタ端子10にプレス成型等を行うことにより形成できる。
【0015】
コネクタ端子10は、電子回路基板50に形成された貫通孔51に例えばZ方向から挿入され、はんだ60により、電子回路基板50の配線パターン等(図示せず)と電気的に接続されている。つまり、コネクタ端子10は、はんだ60により電子回路基板50と接合される部材であり、電子回路基板50と外部とを電気的に接続する機能を有する。コネクタ端子10の材料としては、例えば、銅合金等の高電気伝導率の導電材料を用いることができる。
【0016】
なお、図1では、1つのコネクタ端子10のみを示しているが、実際には、コネクタ端子10は、例えば、ハウジング部(図示せずに)に複数個が所定間隔で並設されている。そして、各コネクタ端子10は、電子回路基板50にコネクタ端子10に対応する間隔で並設された貫通孔51に挿入され、電子回路基板50の配線パターン等(図示せず)と電気的に接続されている。
【0017】
電子回路基板50は、例えば、ガラスエポキシ基板やセラミック基板、紙フェノール基板等に所定の配線パターンやスルーホール等を形成し、半導体素子や抵抗、コンデンサ等を実装したものである。なお、電子回路基板50は、本発明に係る他部材の代表的な一例である。
【0018】
はんだ60は、コネクタ端子10と電子回路基板50の配線パターン等(図示せず)とを電気的に接続する機能を有する。はんだ60としては、例えば、Sn、SnとCuの合金、SnとBiの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等の錫(Sn)系の鉛フリーはんだ材料を用いることができる。
【0019】
ここで、括れ部20及び棒状部30について、より詳しく説明する。括れ部20は、コネクタ端子10の電子回路基板50と接合される部分において、コネクタ端子10の外周面から内側に向かって環状に括れている。コネクタ端子10に括れ部20を形成することにより、はんだ60がコネクタ端子10の外周面に流出するのを堰き止めることができる。
【0020】
より詳しくは、括れ部20は、コネクタ端子10の外周面よりも内側に窪んだ底部21(棒状部30の側面)と、底部21の上端側に形成された上端部22と、底部21の下端側に形成された下端部23とを有する。上端部22及び下端部23は、それぞれ、コネクタ端子10と電子回路基板50をはんだ60で接合する際に、はんだ60を堰き止める機能を有する(詳しくは後述)。
【0021】
上端部22及び下端部23は、例えば、それぞれコネクタ端子10の長手方向に対して垂直な平面から形成することができる。但し、本実施の形態の効果(括れ部20の上端部22及び下端部23により、はんだ60を堰き止める効果)を実質的に損なわなければ、上端部22及び下端部23は、必ずしもコネクタ端子10の長手方向に対して垂直な平面から形成しなくてもよい。
【0022】
例えば、上端部22及び下端部23は、コネクタ端子10の長手方向に対して所定角度傾斜した平面から形成してもよい。又、上端部22及び下端部23は、曲面から形成してもよいし、曲面と平面との組み合わせから形成してもよい。
【0023】
又、棒状部30と、コネクタ端子10の棒状部30を除く部分とは、中心軸(Z方向)がおおよそ一致していればよく、本実施の形態の効果(括れ部20の上端部22及び下端部23により、はんだ60を堰き止める効果)を実質的に損なわなければ中心軸(Z方向)がずれていてもよい。
【0024】
なお、ここでは、コネクタ端子10及び棒状部30の断面形状を円形としているが、これに限定されることはない。例えば、コネクタ端子10及び棒状部30の断面形状は、矩形状を含む多角形状や楕円形状等としても構わない。
【0025】
ここで、比較例を示しながら、本実施の形態に係るコネクタ端子10の有する特有の効果について説明する。
【0026】
図3は、比較例に係るコネクタ端子を例示する断面図である。図4は、図3のB部を拡大した断面図である。図3及び図4を参照するに、比較例に係るコネクタ端子100は、括れ部20が形成されていない点が、本実施の形態に係るコネクタ端子10(図1及び図2参照)と相違する。なお、コネクタ端子100には括れ部20が形成されていないため、必然的に棒状部30も形成されていない。
【0027】
コネクタ端子100は、電子回路基板50に形成された貫通孔51に挿入され、はんだ60により、電子回路基板50の配線パターン等(図示せず)と電気的に接続されている。コネクタ端子100には、括れ部20が形成されていないため、はんだ60は、コネクタ端子100の外周面を濡れ上がり、濡れ上がった部分の先端のはんだは極めて薄くなる(図3のB部)。
【0028】
発明者らは、図4(図3のB部)に示すような、はんだが極めて薄くなった部分で、はんだウィスカが生じやすいことを発見した。発明者らの検討した、はんだウィスカ発生の推定メカニズムは以下の通りである。図4は、はんだウィスカ69が発生した状態を示している。図4において、65は酸化錫を、C及びDは領域を、Fは圧縮応力を示している。
【0029】
はんだウィスカ69は、はんだ60内の錫(Sn)が、内部に生じる圧縮応力Fによって押し出されて成長する。はんだ60の表面は酸化腐食し、はんだ60内に酸化錫65が形成されるが、その際空気中の酸素を取り込むため、体積膨張を伴う。そのため、酸化腐食が進んで、はんだ60内に酸化錫65が形成されるほど、はんだ60内に圧縮応力Fが生じやすい。
【0030】
領域Cのように、はんだ60が極めて薄くなった部分では、圧縮応力Fの逃げ場所がないため、はんだウィスカ69が発生する。一方、領域Dのように、はんだ60が比較的厚くなった部分では、はんだ60内で応力分散することが可能なため、圧縮応力Fによって押し出されて、はんだウィスカ69が成長する虞が少ない。このように、はんだウィスカ69は、領域Cのように、はんだ60が極めて薄くなった部分で発生しやすく、領域Dのように、はんだ60が比較的厚くなった部分では発生する虞が少ない。
【0031】
ここで、再度図1及び図2を参照すると、本実施の形態に係るコネクタ端子10では、コネクタ端子10の電子回路基板50と接合される部分に環状の括れ部20が設けられている。そのため、コネクタ端子10と電子回路基板50をはんだ60で接合する際に、溶融状態のはんだ60は、括れ部20の上端部22及び下端部23で堰き止められ、それ以上濡れ上がらない。つまり、はんだ60は括れ部20内に収容され、コネクタ端子10の外周面には流出しない。
【0032】
これにより、コネクタ端子10において、はんだ60には、コネクタ端子100の領域Cのような、はんだ60が極めて薄くなる部分が存在しない。その結果、はんだ60内に酸化錫65が形成されても、はんだ60内で応力分散することが可能なため、はんだウィスカ69の発生を抑制できる。又、はんだウィスカ69の発生を抑制することにより、電子回路基板50上に防湿コーティングを施す等の設計変更や工程変更が不要となるため、コストアップを抑制できる。
【0033】
なお、括れ部20の上端部22及び下端部23の幅W(コネクタ端子10の外周面からの深さ)や、括れ部20の棒状部30の長さLは、コネクタ端子10と電子回路基板50をはんだ60で接合する際に、はんだ60が上端部22及び下端部23で確実にせき止められるように決定することができる。但し、上端部22及び下端部23の幅W及び棒状部30の長さLの好適な数値は、電子回路基板50の貫通孔51の大きさやはんだ60の量に依存するため、ここで好適な数値を示すことはできない。
【0034】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態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、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0035】
10、100 コネクタ端子
10 端子本体
20 括れ部
21 底部
22 上端部
23 下端部
30 棒状部
50 電子回路基板
51 貫通孔
60 はんだ
65 酸化錫
69 はんだウィスカ
C、D 領域
F 圧縮応力
長さ


【特許請求の範囲】
【請求項1】
はんだにより他部材と接合されるコネクタ端子であって、
前記他部材と接合される部分に、外周面から内側に向かって環状に括れ、前記はんだが前記外周面に流出するのを堰き止める括れ部が形成されていることを特徴とするコネクタ端子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−93232(P2013−93232A)
【公開日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−234997(P2011−234997)
【出願日】平成23年10月26日(2011.10.26)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】