回路構成体
【課題】本発明は、電子部品のリード端子とバスバーとを確実に半田付けすると共に、合成樹脂材の成形不良が抑制された回路構成体を提供する。
【解決手段】回路構成体１０は、表面２２及び裏面２３を有するバスバー１３を合成樹脂材１４でモールド成形してなる回路基板１１に電子部品１２を実装してなり、電子部品１２のリード端子１５はバスバー１３に形成された挿通孔１６に挿通された状態で裏側開口部１８から露出するバスバー１３とフロー半田付けされており、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下とされている。
【解決手段】回路構成体１０は、表面２２及び裏面２３を有するバスバー１３を合成樹脂材１４でモールド成形してなる回路基板１１に電子部品１２を実装してなり、電子部品１２のリード端子１５はバスバー１３に形成された挿通孔１６に挿通された状態で裏側開口部１８から露出するバスバー１３とフロー半田付けされており、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路構成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板に電子部品が実装された回路構成体として、特許文献１に記載のものが知られている。この回路構成体は、バスバーに合成樹脂材をモールド成形してなる回路基板の表面に電子部品が実装されている。バスバーには電子部品のリード端子が挿通される挿通孔が設けられている。合成樹脂材には、バスバーの挿通孔に対応する位置に開口部が形成されている。リード端子は、バスバーの挿通孔に挿通された状態で、バスバーの裏面側からフロー半田付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
合成樹脂材と、溶融状態の半田とは比較的に親和性が低い。このため、溶融状態の半田の表面張力により、溶融状態の半田が合成樹脂材の開口部内に進入できなくなる結果、リード端子とバスバーとの間で半田付け不良が発生することが懸念される。このため、従来技術においては、合成樹脂材の裏面側に形成された開口部の内壁面を、バスバーから開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるようにテーパ状に形成する構成が開示されている（特許文献１の図４参照）。
【０００５】
しかしながら開口部の内壁面とバスバーの裏面とのなす角度を過度に小さくすると、合成樹脂材に成形不良が発生することが懸念される。これは以下の理由による。
【０００６】
開口部の内壁面とバスバーの裏面とのなす角度が小さくなると、合成樹脂材とバスバーとの接触部分における合成樹脂材の厚さ寸法が小さくなる。すると、溶融状態の合成樹脂材の粘度によっては、合成樹脂材が金型内に十分に充填されな結果、いわゆるヒケが生じることが懸念される。
【０００７】
一方で、ヒケを抑制するために溶融状態の合成樹脂材の粘度を低くすると、金型とバスバーとの間の微細な隙間から合成樹脂材が流出してしまい、いわゆるバリが生じることが懸念される。このバリがバスバーの裏面を覆うように形成されると、バスバーと電子部品のリード端子との間にバリが介在する場合がある。すると、バスバーと電子部品のリード端子との半田付け部分において、例えばフィレット形状の不良等、いわゆる半田不良が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電子部品のリード端子とバスバーとを確実に半田付けすると共に、合成樹脂材の成形不良が抑制された回路構成体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】
【０００９】
本発明は、表面及び裏面を有するバスバーを合成樹脂材でモールド成形してなる回路基板に電子部品を実装してなる回路構成体であって、前記バスバーには表裏を貫通すると共に前記電子部品のリード端子が表側から挿通される挿通孔が形成されており、前記合成樹脂材の表面及び裏面には前記挿通孔に対応する位置にそれぞれ表側開口部及び裏側開口部が形成されており、前記表側開口部及び前記裏側開口部からは前記バスバーが露出しており、前記リード端子は前記挿通孔に挿通された状態で前記裏側開口部から露出する前記バスバーとフロー半田付けされており、前記バスバーの裏面と、前記裏側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、バスバーの裏面と、裏側開口部の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定したので、電子部品のリード端子と、バスバーの裏面とをフロー半田付けすることができる。
【００１１】
また、バスバーの裏面と、裏側開口部の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバーの裏面にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材の裏側開口部にヒケが発生することを抑制できる。
【００１２】
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記表側開口部から露出する前記バスバーの表面と、前記リード端子とは、前記挿通孔と前記リード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が固化することにより半田付けされており、前記バスバーの表面と、前記表側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上９０°未満であることが好ましい。
【００１３】
上記の態様によれば、バスバーの表面と、表側開口部の内壁面とのなす角度を９０°未満に設定したので、表側開口部の開口縁の開口面積は、表側開口部から露出するバスバー表面の面積よりも大きくなっている。これにより、挿通孔に挿通されたリード端子と、表側開口部の内壁面との間隔は、バスバーの表面から表側開口部の開口縁に向かうに従って大きくなるようになっている。これにより、挿通孔とリード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が、表側開口部の内壁面にはじかれることが抑制されるので、溶融状態の半田がリード端子の表面を容易に這い上がることができる。この結果、バスバーの表面と、リード端子とを確実に半田付けすることができる。
【００１４】
また、バスバーの表面と、表側開口部の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバーの表面にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材の表側開口部にヒケが発生することを抑制できる。
【００１５】
前記合成樹脂材は熱可塑性樹脂からなることが好ましい。上記の態様によれば、合成樹脂材をモールド成形する際の製造コストを低減できる。
【００１６】
前記合成樹脂材はポリフェニレンサルファイドであることが好ましい。上記の態様によれば、合成樹脂材の耐熱性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電子部品のリード端子とバスバーとを確実に半田付けできると共に、合成樹脂材の成形不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る回路構成体を示す要部拡大断面図である。
【図２】図２は、バスバーをモールド成形している工程を示す要部拡大断面図である。
【図３】図３は、基準面における合力を計算するためのモデルを示す模式図である。
【図４】図４は、図３における要部拡大断面図である。
【図５】図５は、合成樹脂材と溶融半田との界面張力を計算するためのモデルを示す模式図である。
【図６】図６は、基準面における合力の計算値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態を図１ないし図５を参照しつつ説明する。本実施形態に係る回路構成体１０は、回路基板１１に電子部品１２が実装されている。以下の説明においては、図１における上側を表側とし、下側を裏側として説明する。
【００２０】
回路基板１１は、金属板材を所定の形状にプレス加工して形成されたバスバー１３を、合成樹脂材１４でモールド成形してなる。上記のバスバー１３により、回路基板１１には回路パターンが形成されている。バスバー１３は、銅、銅合金等、必要に応じて任意の金属で形成することができる。また、バスバー１３の表面２２及び裏面２３には、スズ、ニッケル等のメッキを施してもよい。バスバー１３には、表裏を貫通すると共に、電子部品１２のリード端子１５が表側から挿通される挿通孔１６が形成されている。挿通孔１６の断面は円形状をなしている。
【００２１】
回路基板１１の表面には、バスバー１３の挿通孔１６に対応する位置に、表側開口部１７が形成されている。表側開口部１７の断面形状は円形状をなしている。この表側開口部１７からは、バスバー１３の表面２２が露出している。表側開口部１７の内壁面は、バスバー１３から図１における上方に位置する開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜して形成されている。
【００２２】
表側開口部１７の内壁面と、バスバー１３の表面２２とのなす角度Ａは、３０°以上９０°未満に形成されている。
【００２３】
回路基板１１の裏面２３には、バスバー１３の挿通孔１６に対応する位置に、裏側開口部１８が形成されている。裏側開口部１８の断面形状は円形状をなしている。この裏側開口部１８からは、バスバー１３の裏面２３が露出している。裏側開口部１８の内壁面は、バスバー１３から図１における下方に下方に位置する開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜して形成されている。
【００２４】
裏側開口部１８の内壁面と、バスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂは、３０°以上７０°以下に形成されている。
【００２５】
回路基板１１を構成する合成樹脂材１４としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等、必要に応じて任意の合成樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂等、必要に応じて任意の熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂を用いると、耐熱性に優れるので好ましい。また、寸法安定性に優れるので好ましい。
【００２６】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン４，６等のポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等、必要に応じて任意の熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂を用いると、成形コストを低減させることができるので好ましい。また、ポリフェニレンサルファイドを用いると、耐熱性に優れるので特に好ましい。
【００２７】
電子部品１２からはリード端子１５が突出して設けられている。このリード端子１５は、回路基板１１の表面側から、表側開口部１７、バスバー１３の挿通孔１６、及び裏側開口部１８に挿通された状態で、バスバー１３にフロー半田付けされている。
【００２８】
表側開口部１７、及び裏側開口部１８から露出するバスバー１３の表面２２及び裏面２３と、リード端子１５とは、固化した半田１９により接続されている。バスバー１３の裏面２３側に位置する半田１９は、フロー半田付け時に、回路基板１１が溶融半田槽（図示せず）に浸漬された後に、溶融半田が固化してなる。一方、バスバー１３の表面２２側に位置する半田１９は、フロー半田付け時に、バスバー１３の挿通孔１６とリード端子１５との間から溶融半田が湧出してリード端子１５を這い上がり、その後、固化してなる。
【００２９】
続いて、本実施形態に係る回路構成体１０の製造工程の一例を説明する。まず、金属板材を所定の形状にプレス加工して、バスバー１３を形成する。このバスバー１３を、図２に示すように、一対の金型２０，２０の間に配置し、合成樹脂材１４を金型２０のキャビティ２１内に充填することにより、モールド成形する。成形工程は、合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、例えば、トランスファー成形、又は射出成形、により成形することができる。また、合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、例えば射出成形により成形することができる。
【００３０】
上記のようにして形成した回路基板１１の表面側から、電子部品１２のリード端子１５を、バスバー１３の挿通孔１６内に挿通する。リード端子１５が挿通孔１６内に挿通された状態で、溶融半田が充填された溶融半田槽に浸漬してフロー半田付けを実行する。これにより、リード端子１５とバスバー１３とが電気的に接続される。
【００３１】
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態によれば、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定したので、電子部品１２のリード端子１５と、バスバー１３の裏面２３とをフロー半田付けすることができる。これは以下の理由によると考えられる。
【００３２】
溶融半田２４と、合成樹脂材１４とは比較的に親和性が低い。このため、フロー半田付けにおいて、溶融半田２４に回路基板１１を浸漬したときに、溶融半田２４の表面２２張力により回路基板１１の裏側開口部１８内に溶融半田２４が進入することができなくなることが懸念される。すると、バスバー１３と、電子部品１２のリード端子１５との間に半田１９が十分に付着せず、半田付け不良が発生するおそれがある。
【００３３】
裏側開口部１８内に溶融半田２４を進入させようとした場合に、例えば裏側開口部１８の開口面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この方法によると回路基板１１が大型化するので、採用することはできない。
【００３４】
そこで、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定した。これにより、溶融半田２４と合成樹脂材１４とが比較的に親和性が低い場合であっても、裏側開口部１８内に溶融半田２４が容易に進入することができる。この結果、バスバー１３と、電子部品１２のリード端子１５とを確実に半田付けすることができる。
【００３５】
更に、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバー１３の裏面２３にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生することを抑制できる。これは以下の理由によると考えられる。
【００３６】
開口部の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度が小さくなると、合成樹脂材１４とバスバー１３との接触部分における合成樹脂材１４の厚さ寸法が小さくなる。すると、溶融状態の合成樹脂材１４の粘度によっては、合成樹脂材１４が金型２０内に十分に充填されなくなる結果、いわゆるヒケが生じることが懸念される。
【００３７】
一方で、ヒケを抑制するために溶融状態の合成樹脂材１４の粘度を低くすると、金型２０とバスバー１３との間の微細な隙間から合成樹脂材１４が流出してしまい、いわゆるバリが生じることが懸念される。このバリがバスバー１３の裏面２３を覆うように形成されると、バスバー１３と電子部品１２のリード端子１５との間にバリが介在することにより、バスバー１３と電子部品１２のリード端子１５との間において、いわゆる半田不良が発生することが懸念される。半田不良としては、例えば、バスバー１３が半田濡れしていないことに起因する赤目や、フィレット形状が不成形若しくはいびつになること、等が挙げられる。
【００３８】
このように、裏側開口部１８のヒケを抑制しつつ、且つ、バスバー１３の裏面２３にバリが形成されないようにすることは困難であった。
【００３９】
上記の点を鑑み、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定した。これにより、合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生しないようなバスバー１３の裏面２３にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生することを抑制できるという優れた効果を奏することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、バスバー１３の表面２２と、表側開口部１７の内壁面とのなす角度を９０°未満に設定したので、表側開口部１７の開口縁の開口面積は、表側開口部１７から露出するバスバー１３表面２２の面積よりも大きくなっている。これにより、挿通孔１６に挿通されたリード端子１５と、表側開口部１７の内壁面との間隔は、バスバー１３の表面２２から表側開口部１７の開口縁に向かうに従って大きくなるようになっている。これにより、挿通孔１６とリード端子１５との隙間から湧出した溶融半田２４が、表側開口部１７の内壁面にはじかれることが抑制されるので、溶融半田２４がリード端子１５の表面２２を容易に這い上がることができる。この結果、バスバー１３の表面２２と、リード端子１５とを確実に半田付けすることができる。
【００４１】
また、バスバー１３の表面２２と、表側開口部１７の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバー１３の表面２２にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の表側開口部１７にヒケが発生することを抑制できる。
【００４２】
以下に、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂが７０°以下に設定されていることについて、更に詳細に説明する。以下の説明においては、図３に示すように、バスバー１３を重力に対して水平な姿勢で配置した場合において、合成樹脂材１４の裏面２３を裏側開口部１８側に延長した仮想的な平面を、基準面２５とする。図３は、フロー半田付け時に溶融半田槽に回路基板１１が浸漬された状態において、上記の基準面２５より上方であって、且つバスバー１３より下方に位置する溶融半田２４を剛体Ａと見立て、この剛体Ａにおける力のつりあいを示すものである。なお、以下の計算においては、開口部１８の内壁面は滑面と仮定した。
【００４３】
図３に示すように、剛体Ａには以下の力が加わると考えられる。まず、第１の力として、回路基板１１により排除された溶融半田２４に起因して、上記した基準面２５において溶融半田２４から加えられる圧力に由来する力が挙げられる。この第１の力は、剛体Ａを上方に押し上げようとする方向に働く。
【００４４】
次に、第２の力として、基準面２５と、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面との間に囲まれた空間に充填された剛体Ａの重量に起因する力が挙げられる。この第２の力は、剛体Ａを下方に押し下げようとする方向に働く。
【００４５】
続いて、第３の力として、合成樹脂材１４に形成された裏側開口部１８の内壁面と、溶融半田２４との間の表面２２張力のうち、重力に対する垂直成分に由来する力が挙げられる。この第３の力は、剛体Ａを下方に押し下げようとする方向に働く。
【００４６】
上記した剛体Ａにおける合力の大きさは、重力に対する上方を正方向とすると、下記の式（１）により計算される。
【数１】
【００４７】
式（１）によれば、剛体Ａにおける合力が正の値を示すということは、剛体Ａの重量に由来して剛体Ａを下方に押し下げる力よりも、剛体Ａを上方に押し上げる力の方が優勢であることを示す。これにより、溶融半田２４は、開口部内を上方に這い上がり、バスバー１３と溶融半田２４とが接触しやすくなる。
【００４８】
一方、式（１）の値が負の値を示すということは、剛体Ａを下方に押し下げる力の方が、剛体Ａを上方に押し上げる力よりも優勢であることを示す。これにより、剛体Ａは下方に押し下げられるので、バスバー１３と溶融半田２４とが接触しにくくなる。
【００４９】
上記の式（１）における第１の力Ｆ１は、下記の式（２）により計算される。
【数２】
【００５０】
以下の検討においては、上記の式（２）における各項につき、下記の値を用いた。溶融半田密度は、Ｓｎの密度で代用し、７３１０（ｋｇ／ｍ３）とした。また、半田浸漬深さＨは、溶融半田槽に浸漬された回路基板１１の基準面２５（裏面２３）から、溶融半田２４の液面までの高さ寸法をいい、本実施形態では２．５ｍｍであった。また、基準面２５の面積については、図３に示すように、裏側開口部１８から露出するバスバー１３の裏面２３の半径Ｒ（本実施形態では０．８５ｍｍ）と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂと、バスバー１３の裏側に位置する合成樹脂材１４の厚さ寸法Ｔ（本実施形態では１．０ｍｍ）とから、公知の手法により計算した。
【００５１】
また、上記の式（１）における第２の力Ｆ２は、下記の式（３）により計算される。
【数３】
【００５２】
上記の式（３）における各項について以下に説明する。裏側開口部体積は、基準面２５よりも上方（図３における上方）であって、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面との間に囲まれた領域の体積をいう。この裏側開口部１８体積は、裏側開口部１８から露出するバスバー１３の裏面２３の半径Ｒ（本実施形態では０．８５ｍｍ）と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂと、バスバー１３の裏側に位置する合成樹脂材１４の厚さ寸法Ｔ（本実施形態では１．０ｍｍ）とから、公知の手法により計算した。なお、式（２）と同じ名称の項については説明を省略する。
【００５３】
また、上記の式（１）における第３の力Ｆ３の項は、以下の式（４）で計算される。
【数４】
【００５４】
裏側開口部１８を構成する合成樹脂材１４と、溶融半田２４との界面張力のうち、溶融半田２４が重力に対する上下方向に変位することに寄与するのは、上記の界面張力のうち重力に対する垂直成分である。そして、界面張力は単位長さあたりに働く力なので、第３の力Ｆ３は、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分と、界面長さと、の積で計算される。
【００５５】
上記の、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分は、以下の式（５）で計算される。
【数５】
【００５６】
なお、式（５）中のθ１について、図４を参照しつつ説明する。図４は、図３における、裏側開口部１８の近傍を拡大した要部拡大断面図である。図４における角度θ２は、裏側開口部１８の内壁面と、溶融半田２４の液面とのなす角度である。そして、鉛直線Ｌと、溶融半田２４の液面とのなす角度θ１は、上記の角度θ２と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂとから、以下の式（６）により計算される。
【数６】
【００５７】
式（５）のように、樹脂及び半田間の界面張力γ３に対してｃｏｓθ１を乗じることにより、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分を算出することができるのである。
【００５８】
上記の、式（５）に記載の、樹脂及び半田間の界面張力γ３は、以下の式（７）により計算される。なお、式（７）はフォークス式として公知である。
【００５９】
【数７】
【００６０】
なお、上記の式（７）における各項は以下のようである。γ１は、大気中における溶融半田２４の表面張力である。本実施形態では、半田１９としてはＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕを用いた。この半田１９の表面張力は、４８０ｍＮ／ｍとして計算を行った（参照文献：実装性に優れた鉛フリーはんだ（東芝レビューVol.66） タン トロン ロン 他）。γ２は、合成樹脂材１４の表面張力である。本実施形態では、合成樹脂としてＰＰＳを用いた。ＰＰＳの表面張力は、３７ｍＮ／ｍとした（参照文献：特開２００１−３２８４１号公報）。
【００６１】
上記の式（７）に、上記γ１及びγ２を代入して、樹脂及び半田間の界面張力γ３を、２５０ｍＮ／ｍと計算した。
【００６２】
続いて、上記のようにして計算したγ１，γ２，及びγ３を用いて、溶融半田２４と、合成樹脂材１４との接触角θ３を算出した。図５に、合成樹脂材１４の表面２２に溶融状態の半田１９を滴下した状態における、力のつりあい状態を示す。下記の式（８）に示すように、大気中における溶融半田２４の表面張力γ１の、合成樹脂材１４の表面２２に沿う方向の成分（γ１×ｃｏｓθ３）と、樹脂及び半田間の界面張力γ３との和が、大気中における合成樹脂材１４の表面張力γ２と等しくなっている。なお、式（８）は、ヤング式として公知である。
【数８】
【００６３】
続いて、上記の式（１）乃至（８）を用いて、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂに対する、基準面２５における合力（Ｎ）の値を計算した。結果を、図６に示した。
【００６４】
角度Ｂが大きくなるに従って、基準面２５における合力は減少した。これは、角度Ｂが大きくなると、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分が大きくなるためと考えられる。
【００６５】
図６によると、角度Ｂが７０°よりも大きくなると、基準面２５における合力は負の値を示した。これは、角度Ｂが７０°よりも大きい場合には、溶融半田２４を押し下げる力が、溶融半田２４を押し上げる力よりも優勢になることを示している。これにより、溶融半田２４が裏側開口部１８内を上昇しにくくなる。すると、溶融半田２４がバスバー１３の裏面２３に達しにくくなるので、半田付け不良が発生することが懸念される。従って、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度は７０°以下であることが好ましい。
【００６６】
続いて、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂが３０°以上に設定されていることについて詳細に説明する。上記したように、角度Ｂを小さくすると、基準面２５における合力は増大する。これにより、溶融状態の半田１９を押し上げる力が増大するので、バスバー１３とリード端子１５との半田付けが良好に行われるとも思える。
【００６７】
しかしながら、角度Ｂを小さくするということは、裏側開口部１８とバスバー１３の裏面２３との境界部分を構成する合成樹脂材１４の厚さ寸法が小さくなることを意味する（図１参照）。すると、モールド成形時に金型２０内に液体状の合成樹脂材１４が流入しにくくなるため、裏側開口部１８において、合成樹脂材１４にヒケが発生するおそれがある。
【００６８】
ヒケを抑制しようとすると、液体状の合成樹脂材１４の粘度を小さくすることが考えられる。すると、金型２０の内壁面と、バスバー１３の裏面２３との間に形成された微小な隙間から、液体状の合成樹脂材１４が漏れ出すことにより、バスバー１３の裏面２３に合成樹脂材１４の薄い被膜（いわゆるバリ）が形成される。このバリは絶縁性の合成樹脂材１４からなるので、バスバー１３の裏面２３がバリによって絶縁されてしまうと共に、バスバー１３とリード端子１５との半田付け不良が発生することが懸念される。
【００６９】
このように、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂを小さくすると共に、合成樹脂材１４のヒケを抑制し、且つバリの発生をも抑制することは容易ではなかった。
【００７０】
上記の点に鑑み、発明者らが鋭意検討した結果、裏側開口部１８の内壁面と、バスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂを、３０°以上とすることにより、裏側開口部１８を構成する合成樹脂材１４にヒケが発生することが抑制されると共に、バスバー１３の裏面２３にバリが発生することが抑制されることを見出した。
【００７１】
以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではない。
【００７２】
（実施例１−１）
実施例１−１においては、合成樹脂材１４としてポリフェニレンサルファイドを用いた。また、バスバー１３は、銅合金製の板材の表面２２及び裏面２３にスズメッキを施したものを使用した。上記の材料を用いて回路構成体１０を製造した。実施例１においては、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度は３０°とした。フロー半田付け時における溶融半田２４の温度は２６０℃とし、半田付け時間は３０秒とした。
【００７３】
（実施例１−２乃至１−７）
実施例１−２乃至１−７については、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度を表１に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を製造した。
【００７４】
（比較例１−１乃至１−４）
比較例１−１乃至１−４については、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度を表１に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を製造した。
【００７５】
実施例１−１乃至１ー７、及び比較例１−１乃至１−４に係る回路構成体１０について、公知の手法により、リード端子１５とバスバー１３とが電気的に導通しているか否かを判定した。また、目視により、合成樹脂材１４にヒケが発生しているか否か、及びバスバー１３の裏面２３にバリが発生しているか否かを判定した。結果を表１にまとめた。
【００７６】
表中の記号の意味は以下の通りである。半田接続状態を示すカラムに記載された「○」は、バスバー１３とリード端子１５が良好なフィレット形状で電気的に接続されていることを示し、「×」は、バスバー１３とリードとが電気的に接続されていない、もしくは電気的に接続されているが、良好なフィレット形状で接続されていないことを示す。
【００７７】
成形状態（ヒケ）の状態を示すカラムに記載された「○」は、合成樹脂材１４にヒケが発生しておらず、良好な成形状態であることを示し、「×」は、合成樹脂材１４にヒケが発生している状態を示す。
【００７８】
成形状態（バリ）の状態を示すカラムに記載された「○」は、バスバー１３の裏面２３にバリが発生しておらず、良好な成形状態であることを示し、「×」は、バスバー１３の裏面２３に合成樹脂材１４の被膜からなるバリが発生している状態を示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
角度Ｂが７０°以下である実施例１−１乃至１−７においては、バスバー１３とリード端子１５との間の半田接続は良好であった。これに対して、角度Ｂが７０°を超える比較例１−３及び１−４においては、バスバー１３とリード端子１５との電気的接続は不良であった。これは、溶融状態の半田１９が裏側開口部１８内において十分に上昇できなかったために、バスバー１３とリード端子１５とが十分に半田付けされなかったためと考えられる。
【００８１】
また、角度Ｂが３０°以上である実施例１−１乃至１−７においては、合成樹脂材１４について、ヒケ及びバリの双方が発生しなかった。これに対して、角度Ｂが３０よりも小さな比較例１−１及び１−２においては、バリは発生しなかったが、ヒケが発生した。ポリフェニレンサルファイドは、液体状態における流動性が比較的に低いので、金型２０内の比較的に狭い隙間に充填されにくい。このため、バスバー１３の裏面２３にバリは発生しなかったが、合成樹脂材１４にヒケが発生したと考えられる。
【００８２】
（実施例２−１乃至２−７、及び比較例２−１乃至２−４）
合成樹脂材１４としてＬＣＰを用い、また、角度Ｂを表２に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を作成した。
【００８３】
実施例２−１乃至２−７、及び比較例２−１乃至２−４に対し、リード端子１５とバスバー１３との半田接続状態、ヒケの発生及びバリの発生につき判定し、結果を表２にまとめた。
【００８４】
【表２】
【００８５】
角度Ｂが７０°以下である実施例２−１乃至２−７においては、バスバー１３とリード端子１５との間の半田接続は良好であった。これに対して、角度Ｂが７０°を超える比較例２−３及び２−４においては、バスバー１３とリード端子１５との電気的接続は不良であった。これは、溶融状態の半田１９が裏側開口部１８内において十分に上昇できなかったために、バスバー１３とリード端子１５とが十分に半田付けされなかったためと考えられる。
【００８６】
また、角度Ｂが３０°以上である実施例２−１乃至２−７においては、合成樹脂材１４について、ヒケ及びバリの双方が発生しなかった。これに対して、角度Ｂが３０よりも小さな比較例２−１及び２−２においては、ヒケは発生しなかったが、バリが発生した。ＬＣＰは、液体状態における流動性が比較的に高いので、金型２０内において、比較的に狭い隙間に充填されやすい。このため、角度Ｂが３０°よりも小さい場合であっても、ヒケは発生しなかったと考えられる。しかしながら、流動性が高いために、金型２０とバスバー１３との隙間からバスバー１３の裏面２３に漏出し、バリが発生したと考えられる。
【００８７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）表側開口部１７の内壁面と、バスバー１３の表面２２とのなす角度は、９０°であってもよい。
（２）回路構成体１０をケース内に収容して電気接続箱としてもよい。
（３）電子部品１２としては、リレー、抵抗、コンデンサ等、必要に応じて、任意の電子部品を用いることができる。
（４）半田１９としては、必要に応じて、任意の半田１９を用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…回路構成体
１１…回路基板
１２…電子部品
１４…合成樹脂材
１５…リード端子
１６…挿通孔
１７…表側開口部
１８…裏側開口部
１９…半田
２２…バスバーの表面
２３…バスバーの裏面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路構成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板に電子部品が実装された回路構成体として、特許文献１に記載のものが知られている。この回路構成体は、バスバーに合成樹脂材をモールド成形してなる回路基板の表面に電子部品が実装されている。バスバーには電子部品のリード端子が挿通される挿通孔が設けられている。合成樹脂材には、バスバーの挿通孔に対応する位置に開口部が形成されている。リード端子は、バスバーの挿通孔に挿通された状態で、バスバーの裏面側からフロー半田付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
合成樹脂材と、溶融状態の半田とは比較的に親和性が低い。このため、溶融状態の半田の表面張力により、溶融状態の半田が合成樹脂材の開口部内に進入できなくなる結果、リード端子とバスバーとの間で半田付け不良が発生することが懸念される。このため、従来技術においては、合成樹脂材の裏面側に形成された開口部の内壁面を、バスバーから開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるようにテーパ状に形成する構成が開示されている（特許文献１の図４参照）。
【０００５】
しかしながら開口部の内壁面とバスバーの裏面とのなす角度を過度に小さくすると、合成樹脂材に成形不良が発生することが懸念される。これは以下の理由による。
【０００６】
開口部の内壁面とバスバーの裏面とのなす角度が小さくなると、合成樹脂材とバスバーとの接触部分における合成樹脂材の厚さ寸法が小さくなる。すると、溶融状態の合成樹脂材の粘度によっては、合成樹脂材が金型内に十分に充填されな結果、いわゆるヒケが生じることが懸念される。
【０００７】
一方で、ヒケを抑制するために溶融状態の合成樹脂材の粘度を低くすると、金型とバスバーとの間の微細な隙間から合成樹脂材が流出してしまい、いわゆるバリが生じることが懸念される。このバリがバスバーの裏面を覆うように形成されると、バスバーと電子部品のリード端子との間にバリが介在する場合がある。すると、バスバーと電子部品のリード端子との半田付け部分において、例えばフィレット形状の不良等、いわゆる半田不良が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電子部品のリード端子とバスバーとを確実に半田付けすると共に、合成樹脂材の成形不良が抑制された回路構成体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】
【０００９】
本発明は、表面及び裏面を有するバスバーを合成樹脂材でモールド成形してなる回路基板に電子部品を実装してなる回路構成体であって、前記バスバーには表裏を貫通すると共に前記電子部品のリード端子が表側から挿通される挿通孔が形成されており、前記合成樹脂材の表面及び裏面には前記挿通孔に対応する位置にそれぞれ表側開口部及び裏側開口部が形成されており、前記表側開口部及び前記裏側開口部からは前記バスバーが露出しており、前記リード端子は前記挿通孔に挿通された状態で前記裏側開口部から露出する前記バスバーとフロー半田付けされており、前記バスバーの裏面と、前記裏側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、バスバーの裏面と、裏側開口部の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定したので、電子部品のリード端子と、バスバーの裏面とをフロー半田付けすることができる。
【００１１】
また、バスバーの裏面と、裏側開口部の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバーの裏面にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材の裏側開口部にヒケが発生することを抑制できる。
【００１２】
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記表側開口部から露出する前記バスバーの表面と、前記リード端子とは、前記挿通孔と前記リード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が固化することにより半田付けされており、前記バスバーの表面と、前記表側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上９０°未満であることが好ましい。
【００１３】
上記の態様によれば、バスバーの表面と、表側開口部の内壁面とのなす角度を９０°未満に設定したので、表側開口部の開口縁の開口面積は、表側開口部から露出するバスバー表面の面積よりも大きくなっている。これにより、挿通孔に挿通されたリード端子と、表側開口部の内壁面との間隔は、バスバーの表面から表側開口部の開口縁に向かうに従って大きくなるようになっている。これにより、挿通孔とリード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が、表側開口部の内壁面にはじかれることが抑制されるので、溶融状態の半田がリード端子の表面を容易に這い上がることができる。この結果、バスバーの表面と、リード端子とを確実に半田付けすることができる。
【００１４】
また、バスバーの表面と、表側開口部の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバーの表面にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材の表側開口部にヒケが発生することを抑制できる。
【００１５】
前記合成樹脂材は熱可塑性樹脂からなることが好ましい。上記の態様によれば、合成樹脂材をモールド成形する際の製造コストを低減できる。
【００１６】
前記合成樹脂材はポリフェニレンサルファイドであることが好ましい。上記の態様によれば、合成樹脂材の耐熱性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電子部品のリード端子とバスバーとを確実に半田付けできると共に、合成樹脂材の成形不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る回路構成体を示す要部拡大断面図である。
【図２】図２は、バスバーをモールド成形している工程を示す要部拡大断面図である。
【図３】図３は、基準面における合力を計算するためのモデルを示す模式図である。
【図４】図４は、図３における要部拡大断面図である。
【図５】図５は、合成樹脂材と溶融半田との界面張力を計算するためのモデルを示す模式図である。
【図６】図６は、基準面における合力の計算値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態を図１ないし図５を参照しつつ説明する。本実施形態に係る回路構成体１０は、回路基板１１に電子部品１２が実装されている。以下の説明においては、図１における上側を表側とし、下側を裏側として説明する。
【００２０】
回路基板１１は、金属板材を所定の形状にプレス加工して形成されたバスバー１３を、合成樹脂材１４でモールド成形してなる。上記のバスバー１３により、回路基板１１には回路パターンが形成されている。バスバー１３は、銅、銅合金等、必要に応じて任意の金属で形成することができる。また、バスバー１３の表面２２及び裏面２３には、スズ、ニッケル等のメッキを施してもよい。バスバー１３には、表裏を貫通すると共に、電子部品１２のリード端子１５が表側から挿通される挿通孔１６が形成されている。挿通孔１６の断面は円形状をなしている。
【００２１】
回路基板１１の表面には、バスバー１３の挿通孔１６に対応する位置に、表側開口部１７が形成されている。表側開口部１７の断面形状は円形状をなしている。この表側開口部１７からは、バスバー１３の表面２２が露出している。表側開口部１７の内壁面は、バスバー１３から図１における上方に位置する開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜して形成されている。
【００２２】
表側開口部１７の内壁面と、バスバー１３の表面２２とのなす角度Ａは、３０°以上９０°未満に形成されている。
【００２３】
回路基板１１の裏面２３には、バスバー１３の挿通孔１６に対応する位置に、裏側開口部１８が形成されている。裏側開口部１８の断面形状は円形状をなしている。この裏側開口部１８からは、バスバー１３の裏面２３が露出している。裏側開口部１８の内壁面は、バスバー１３から図１における下方に下方に位置する開口縁部に向かうに従って開口面積が大きくなるように傾斜して形成されている。
【００２４】
裏側開口部１８の内壁面と、バスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂは、３０°以上７０°以下に形成されている。
【００２５】
回路基板１１を構成する合成樹脂材１４としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等、必要に応じて任意の合成樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂等、必要に応じて任意の熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂を用いると、耐熱性に優れるので好ましい。また、寸法安定性に優れるので好ましい。
【００２６】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン４，６等のポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等、必要に応じて任意の熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂を用いると、成形コストを低減させることができるので好ましい。また、ポリフェニレンサルファイドを用いると、耐熱性に優れるので特に好ましい。
【００２７】
電子部品１２からはリード端子１５が突出して設けられている。このリード端子１５は、回路基板１１の表面側から、表側開口部１７、バスバー１３の挿通孔１６、及び裏側開口部１８に挿通された状態で、バスバー１３にフロー半田付けされている。
【００２８】
表側開口部１７、及び裏側開口部１８から露出するバスバー１３の表面２２及び裏面２３と、リード端子１５とは、固化した半田１９により接続されている。バスバー１３の裏面２３側に位置する半田１９は、フロー半田付け時に、回路基板１１が溶融半田槽（図示せず）に浸漬された後に、溶融半田が固化してなる。一方、バスバー１３の表面２２側に位置する半田１９は、フロー半田付け時に、バスバー１３の挿通孔１６とリード端子１５との間から溶融半田が湧出してリード端子１５を這い上がり、その後、固化してなる。
【００２９】
続いて、本実施形態に係る回路構成体１０の製造工程の一例を説明する。まず、金属板材を所定の形状にプレス加工して、バスバー１３を形成する。このバスバー１３を、図２に示すように、一対の金型２０，２０の間に配置し、合成樹脂材１４を金型２０のキャビティ２１内に充填することにより、モールド成形する。成形工程は、合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、例えば、トランスファー成形、又は射出成形、により成形することができる。また、合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、例えば射出成形により成形することができる。
【００３０】
上記のようにして形成した回路基板１１の表面側から、電子部品１２のリード端子１５を、バスバー１３の挿通孔１６内に挿通する。リード端子１５が挿通孔１６内に挿通された状態で、溶融半田が充填された溶融半田槽に浸漬してフロー半田付けを実行する。これにより、リード端子１５とバスバー１３とが電気的に接続される。
【００３１】
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態によれば、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定したので、電子部品１２のリード端子１５と、バスバー１３の裏面２３とをフロー半田付けすることができる。これは以下の理由によると考えられる。
【００３２】
溶融半田２４と、合成樹脂材１４とは比較的に親和性が低い。このため、フロー半田付けにおいて、溶融半田２４に回路基板１１を浸漬したときに、溶融半田２４の表面２２張力により回路基板１１の裏側開口部１８内に溶融半田２４が進入することができなくなることが懸念される。すると、バスバー１３と、電子部品１２のリード端子１５との間に半田１９が十分に付着せず、半田付け不良が発生するおそれがある。
【００３３】
裏側開口部１８内に溶融半田２４を進入させようとした場合に、例えば裏側開口部１８の開口面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この方法によると回路基板１１が大型化するので、採用することはできない。
【００３４】
そこで、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を７０°以下に設定した。これにより、溶融半田２４と合成樹脂材１４とが比較的に親和性が低い場合であっても、裏側開口部１８内に溶融半田２４が容易に進入することができる。この結果、バスバー１３と、電子部品１２のリード端子１５とを確実に半田付けすることができる。
【００３５】
更に、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバー１３の裏面２３にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生することを抑制できる。これは以下の理由によると考えられる。
【００３６】
開口部の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度が小さくなると、合成樹脂材１４とバスバー１３との接触部分における合成樹脂材１４の厚さ寸法が小さくなる。すると、溶融状態の合成樹脂材１４の粘度によっては、合成樹脂材１４が金型２０内に十分に充填されなくなる結果、いわゆるヒケが生じることが懸念される。
【００３７】
一方で、ヒケを抑制するために溶融状態の合成樹脂材１４の粘度を低くすると、金型２０とバスバー１３との間の微細な隙間から合成樹脂材１４が流出してしまい、いわゆるバリが生じることが懸念される。このバリがバスバー１３の裏面２３を覆うように形成されると、バスバー１３と電子部品１２のリード端子１５との間にバリが介在することにより、バスバー１３と電子部品１２のリード端子１５との間において、いわゆる半田不良が発生することが懸念される。半田不良としては、例えば、バスバー１３が半田濡れしていないことに起因する赤目や、フィレット形状が不成形若しくはいびつになること、等が挙げられる。
【００３８】
このように、裏側開口部１８のヒケを抑制しつつ、且つ、バスバー１３の裏面２３にバリが形成されないようにすることは困難であった。
【００３９】
上記の点を鑑み、本実施形態においては、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定した。これにより、合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生しないようなバスバー１３の裏面２３にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の裏側開口部１８にヒケが発生することを抑制できるという優れた効果を奏することができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、バスバー１３の表面２２と、表側開口部１７の内壁面とのなす角度を９０°未満に設定したので、表側開口部１７の開口縁の開口面積は、表側開口部１７から露出するバスバー１３表面２２の面積よりも大きくなっている。これにより、挿通孔１６に挿通されたリード端子１５と、表側開口部１７の内壁面との間隔は、バスバー１３の表面２２から表側開口部１７の開口縁に向かうに従って大きくなるようになっている。これにより、挿通孔１６とリード端子１５との隙間から湧出した溶融半田２４が、表側開口部１７の内壁面にはじかれることが抑制されるので、溶融半田２４がリード端子１５の表面２２を容易に這い上がることができる。この結果、バスバー１３の表面２２と、リード端子１５とを確実に半田付けすることができる。
【００４１】
また、バスバー１３の表面２２と、表側開口部１７の内壁面とのなす角度を３０°以上に設定したので、バスバー１３の表面２２にバリが形成されることを抑制すると共に合成樹脂材１４の表側開口部１７にヒケが発生することを抑制できる。
【００４２】
以下に、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂが７０°以下に設定されていることについて、更に詳細に説明する。以下の説明においては、図３に示すように、バスバー１３を重力に対して水平な姿勢で配置した場合において、合成樹脂材１４の裏面２３を裏側開口部１８側に延長した仮想的な平面を、基準面２５とする。図３は、フロー半田付け時に溶融半田槽に回路基板１１が浸漬された状態において、上記の基準面２５より上方であって、且つバスバー１３より下方に位置する溶融半田２４を剛体Ａと見立て、この剛体Ａにおける力のつりあいを示すものである。なお、以下の計算においては、開口部１８の内壁面は滑面と仮定した。
【００４３】
図３に示すように、剛体Ａには以下の力が加わると考えられる。まず、第１の力として、回路基板１１により排除された溶融半田２４に起因して、上記した基準面２５において溶融半田２４から加えられる圧力に由来する力が挙げられる。この第１の力は、剛体Ａを上方に押し上げようとする方向に働く。
【００４４】
次に、第２の力として、基準面２５と、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面との間に囲まれた空間に充填された剛体Ａの重量に起因する力が挙げられる。この第２の力は、剛体Ａを下方に押し下げようとする方向に働く。
【００４５】
続いて、第３の力として、合成樹脂材１４に形成された裏側開口部１８の内壁面と、溶融半田２４との間の表面２２張力のうち、重力に対する垂直成分に由来する力が挙げられる。この第３の力は、剛体Ａを下方に押し下げようとする方向に働く。
【００４６】
上記した剛体Ａにおける合力の大きさは、重力に対する上方を正方向とすると、下記の式（１）により計算される。
【数１】
【００４７】
式（１）によれば、剛体Ａにおける合力が正の値を示すということは、剛体Ａの重量に由来して剛体Ａを下方に押し下げる力よりも、剛体Ａを上方に押し上げる力の方が優勢であることを示す。これにより、溶融半田２４は、開口部内を上方に這い上がり、バスバー１３と溶融半田２４とが接触しやすくなる。
【００４８】
一方、式（１）の値が負の値を示すということは、剛体Ａを下方に押し下げる力の方が、剛体Ａを上方に押し上げる力よりも優勢であることを示す。これにより、剛体Ａは下方に押し下げられるので、バスバー１３と溶融半田２４とが接触しにくくなる。
【００４９】
上記の式（１）における第１の力Ｆ１は、下記の式（２）により計算される。
【数２】
【００５０】
以下の検討においては、上記の式（２）における各項につき、下記の値を用いた。溶融半田密度は、Ｓｎの密度で代用し、７３１０（ｋｇ／ｍ３）とした。また、半田浸漬深さＨは、溶融半田槽に浸漬された回路基板１１の基準面２５（裏面２３）から、溶融半田２４の液面までの高さ寸法をいい、本実施形態では２．５ｍｍであった。また、基準面２５の面積については、図３に示すように、裏側開口部１８から露出するバスバー１３の裏面２３の半径Ｒ（本実施形態では０．８５ｍｍ）と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂと、バスバー１３の裏側に位置する合成樹脂材１４の厚さ寸法Ｔ（本実施形態では１．０ｍｍ）とから、公知の手法により計算した。
【００５１】
また、上記の式（１）における第２の力Ｆ２は、下記の式（３）により計算される。
【数３】
【００５２】
上記の式（３）における各項について以下に説明する。裏側開口部体積は、基準面２５よりも上方（図３における上方）であって、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面との間に囲まれた領域の体積をいう。この裏側開口部１８体積は、裏側開口部１８から露出するバスバー１３の裏面２３の半径Ｒ（本実施形態では０．８５ｍｍ）と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂと、バスバー１３の裏側に位置する合成樹脂材１４の厚さ寸法Ｔ（本実施形態では１．０ｍｍ）とから、公知の手法により計算した。なお、式（２）と同じ名称の項については説明を省略する。
【００５３】
また、上記の式（１）における第３の力Ｆ３の項は、以下の式（４）で計算される。
【数４】
【００５４】
裏側開口部１８を構成する合成樹脂材１４と、溶融半田２４との界面張力のうち、溶融半田２４が重力に対する上下方向に変位することに寄与するのは、上記の界面張力のうち重力に対する垂直成分である。そして、界面張力は単位長さあたりに働く力なので、第３の力Ｆ３は、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分と、界面長さと、の積で計算される。
【００５５】
上記の、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分は、以下の式（５）で計算される。
【数５】
【００５６】
なお、式（５）中のθ１について、図４を参照しつつ説明する。図４は、図３における、裏側開口部１８の近傍を拡大した要部拡大断面図である。図４における角度θ２は、裏側開口部１８の内壁面と、溶融半田２４の液面とのなす角度である。そして、鉛直線Ｌと、溶融半田２４の液面とのなす角度θ１は、上記の角度θ２と、バスバー１３の裏面２３と裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂとから、以下の式（６）により計算される。
【数６】
【００５７】
式（５）のように、樹脂及び半田間の界面張力γ３に対してｃｏｓθ１を乗じることにより、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分を算出することができるのである。
【００５８】
上記の、式（５）に記載の、樹脂及び半田間の界面張力γ３は、以下の式（７）により計算される。なお、式（７）はフォークス式として公知である。
【００５９】
【数７】
【００６０】
なお、上記の式（７）における各項は以下のようである。γ１は、大気中における溶融半田２４の表面張力である。本実施形態では、半田１９としてはＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕを用いた。この半田１９の表面張力は、４８０ｍＮ／ｍとして計算を行った（参照文献：実装性に優れた鉛フリーはんだ（東芝レビューVol.66） タン トロン ロン 他）。γ２は、合成樹脂材１４の表面張力である。本実施形態では、合成樹脂としてＰＰＳを用いた。ＰＰＳの表面張力は、３７ｍＮ／ｍとした（参照文献：特開２００１−３２８４１号公報）。
【００６１】
上記の式（７）に、上記γ１及びγ２を代入して、樹脂及び半田間の界面張力γ３を、２５０ｍＮ／ｍと計算した。
【００６２】
続いて、上記のようにして計算したγ１，γ２，及びγ３を用いて、溶融半田２４と、合成樹脂材１４との接触角θ３を算出した。図５に、合成樹脂材１４の表面２２に溶融状態の半田１９を滴下した状態における、力のつりあい状態を示す。下記の式（８）に示すように、大気中における溶融半田２４の表面張力γ１の、合成樹脂材１４の表面２２に沿う方向の成分（γ１×ｃｏｓθ３）と、樹脂及び半田間の界面張力γ３との和が、大気中における合成樹脂材１４の表面張力γ２と等しくなっている。なお、式（８）は、ヤング式として公知である。
【数８】
【００６３】
続いて、上記の式（１）乃至（８）を用いて、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂに対する、基準面２５における合力（Ｎ）の値を計算した。結果を、図６に示した。
【００６４】
角度Ｂが大きくなるに従って、基準面２５における合力は減少した。これは、角度Ｂが大きくなると、樹脂及び半田間の界面張力γ３の垂直成分が大きくなるためと考えられる。
【００６５】
図６によると、角度Ｂが７０°よりも大きくなると、基準面２５における合力は負の値を示した。これは、角度Ｂが７０°よりも大きい場合には、溶融半田２４を押し下げる力が、溶融半田２４を押し上げる力よりも優勢になることを示している。これにより、溶融半田２４が裏側開口部１８内を上昇しにくくなる。すると、溶融半田２４がバスバー１３の裏面２３に達しにくくなるので、半田付け不良が発生することが懸念される。従って、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度は７０°以下であることが好ましい。
【００６６】
続いて、バスバー１３の裏面２３と、裏側開口部１８の内壁面とのなす角度Ｂが３０°以上に設定されていることについて詳細に説明する。上記したように、角度Ｂを小さくすると、基準面２５における合力は増大する。これにより、溶融状態の半田１９を押し上げる力が増大するので、バスバー１３とリード端子１５との半田付けが良好に行われるとも思える。
【００６７】
しかしながら、角度Ｂを小さくするということは、裏側開口部１８とバスバー１３の裏面２３との境界部分を構成する合成樹脂材１４の厚さ寸法が小さくなることを意味する（図１参照）。すると、モールド成形時に金型２０内に液体状の合成樹脂材１４が流入しにくくなるため、裏側開口部１８において、合成樹脂材１４にヒケが発生するおそれがある。
【００６８】
ヒケを抑制しようとすると、液体状の合成樹脂材１４の粘度を小さくすることが考えられる。すると、金型２０の内壁面と、バスバー１３の裏面２３との間に形成された微小な隙間から、液体状の合成樹脂材１４が漏れ出すことにより、バスバー１３の裏面２３に合成樹脂材１４の薄い被膜（いわゆるバリ）が形成される。このバリは絶縁性の合成樹脂材１４からなるので、バスバー１３の裏面２３がバリによって絶縁されてしまうと共に、バスバー１３とリード端子１５との半田付け不良が発生することが懸念される。
【００６９】
このように、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂを小さくすると共に、合成樹脂材１４のヒケを抑制し、且つバリの発生をも抑制することは容易ではなかった。
【００７０】
上記の点に鑑み、発明者らが鋭意検討した結果、裏側開口部１８の内壁面と、バスバー１３の裏面２３とのなす角度Ｂを、３０°以上とすることにより、裏側開口部１８を構成する合成樹脂材１４にヒケが発生することが抑制されると共に、バスバー１３の裏面２３にバリが発生することが抑制されることを見出した。
【００７１】
以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではない。
【００７２】
（実施例１−１）
実施例１−１においては、合成樹脂材１４としてポリフェニレンサルファイドを用いた。また、バスバー１３は、銅合金製の板材の表面２２及び裏面２３にスズメッキを施したものを使用した。上記の材料を用いて回路構成体１０を製造した。実施例１においては、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度は３０°とした。フロー半田付け時における溶融半田２４の温度は２６０℃とし、半田付け時間は３０秒とした。
【００７３】
（実施例１−２乃至１−７）
実施例１−２乃至１−７については、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度を表１に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を製造した。
【００７４】
（比較例１−１乃至１−４）
比較例１−１乃至１−４については、裏側開口部１８の内壁面とバスバー１３の裏面２３とのなす角度を表１に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を製造した。
【００７５】
実施例１−１乃至１ー７、及び比較例１−１乃至１−４に係る回路構成体１０について、公知の手法により、リード端子１５とバスバー１３とが電気的に導通しているか否かを判定した。また、目視により、合成樹脂材１４にヒケが発生しているか否か、及びバスバー１３の裏面２３にバリが発生しているか否かを判定した。結果を表１にまとめた。
【００７６】
表中の記号の意味は以下の通りである。半田接続状態を示すカラムに記載された「○」は、バスバー１３とリード端子１５が良好なフィレット形状で電気的に接続されていることを示し、「×」は、バスバー１３とリードとが電気的に接続されていない、もしくは電気的に接続されているが、良好なフィレット形状で接続されていないことを示す。
【００７７】
成形状態（ヒケ）の状態を示すカラムに記載された「○」は、合成樹脂材１４にヒケが発生しておらず、良好な成形状態であることを示し、「×」は、合成樹脂材１４にヒケが発生している状態を示す。
【００７８】
成形状態（バリ）の状態を示すカラムに記載された「○」は、バスバー１３の裏面２３にバリが発生しておらず、良好な成形状態であることを示し、「×」は、バスバー１３の裏面２３に合成樹脂材１４の被膜からなるバリが発生している状態を示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
角度Ｂが７０°以下である実施例１−１乃至１−７においては、バスバー１３とリード端子１５との間の半田接続は良好であった。これに対して、角度Ｂが７０°を超える比較例１−３及び１−４においては、バスバー１３とリード端子１５との電気的接続は不良であった。これは、溶融状態の半田１９が裏側開口部１８内において十分に上昇できなかったために、バスバー１３とリード端子１５とが十分に半田付けされなかったためと考えられる。
【００８１】
また、角度Ｂが３０°以上である実施例１−１乃至１−７においては、合成樹脂材１４について、ヒケ及びバリの双方が発生しなかった。これに対して、角度Ｂが３０よりも小さな比較例１−１及び１−２においては、バリは発生しなかったが、ヒケが発生した。ポリフェニレンサルファイドは、液体状態における流動性が比較的に低いので、金型２０内の比較的に狭い隙間に充填されにくい。このため、バスバー１３の裏面２３にバリは発生しなかったが、合成樹脂材１４にヒケが発生したと考えられる。
【００８２】
（実施例２−１乃至２−７、及び比較例２−１乃至２−４）
合成樹脂材１４としてＬＣＰを用い、また、角度Ｂを表２に示した値とした以外は、実施例１−１と同様にして回路構成体１０を作成した。
【００８３】
実施例２−１乃至２−７、及び比較例２−１乃至２−４に対し、リード端子１５とバスバー１３との半田接続状態、ヒケの発生及びバリの発生につき判定し、結果を表２にまとめた。
【００８４】
【表２】
【００８５】
角度Ｂが７０°以下である実施例２−１乃至２−７においては、バスバー１３とリード端子１５との間の半田接続は良好であった。これに対して、角度Ｂが７０°を超える比較例２−３及び２−４においては、バスバー１３とリード端子１５との電気的接続は不良であった。これは、溶融状態の半田１９が裏側開口部１８内において十分に上昇できなかったために、バスバー１３とリード端子１５とが十分に半田付けされなかったためと考えられる。
【００８６】
また、角度Ｂが３０°以上である実施例２−１乃至２−７においては、合成樹脂材１４について、ヒケ及びバリの双方が発生しなかった。これに対して、角度Ｂが３０よりも小さな比較例２−１及び２−２においては、ヒケは発生しなかったが、バリが発生した。ＬＣＰは、液体状態における流動性が比較的に高いので、金型２０内において、比較的に狭い隙間に充填されやすい。このため、角度Ｂが３０°よりも小さい場合であっても、ヒケは発生しなかったと考えられる。しかしながら、流動性が高いために、金型２０とバスバー１３との隙間からバスバー１３の裏面２３に漏出し、バリが発生したと考えられる。
【００８７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）表側開口部１７の内壁面と、バスバー１３の表面２２とのなす角度は、９０°であってもよい。
（２）回路構成体１０をケース内に収容して電気接続箱としてもよい。
（３）電子部品１２としては、リレー、抵抗、コンデンサ等、必要に応じて、任意の電子部品を用いることができる。
（４）半田１９としては、必要に応じて、任意の半田１９を用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…回路構成体
１１…回路基板
１２…電子部品
１４…合成樹脂材
１５…リード端子
１６…挿通孔
１７…表側開口部
１８…裏側開口部
１９…半田
２２…バスバーの表面
２３…バスバーの裏面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び裏面を有するバスバーを合成樹脂材でモールド成形してなる回路基板に電子部品を実装してなる回路構成体であって、
前記バスバーには表裏を貫通すると共に前記電子部品のリード端子が表側から挿通される挿通孔が形成されており、前記合成樹脂材の表面及び裏面には前記挿通孔に対応する位置にそれぞれ表側開口部及び裏側開口部が形成されており、前記表側開口部及び前記裏側開口部からは前記バスバーが露出しており、前記リード端子は前記挿通孔に挿通された状態で前記裏側開口部から露出する前記バスバーとフロー半田付けされており、
前記バスバーの裏面と、前記裏側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下であることを特徴とする回路構成体。
【請求項２】
前記表側開口部から露出する前記バスバーの表面と、前記リード端子とは、前記挿通孔と前記リード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が固化することにより半田付けされており、
前記バスバーの表面と、前記表側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上９０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
【請求項３】
前記合成樹脂材は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成体。
【請求項４】
前記合成樹脂材はポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
【請求項１】
表面及び裏面を有するバスバーを合成樹脂材でモールド成形してなる回路基板に電子部品を実装してなる回路構成体であって、
前記バスバーには表裏を貫通すると共に前記電子部品のリード端子が表側から挿通される挿通孔が形成されており、前記合成樹脂材の表面及び裏面には前記挿通孔に対応する位置にそれぞれ表側開口部及び裏側開口部が形成されており、前記表側開口部及び前記裏側開口部からは前記バスバーが露出しており、前記リード端子は前記挿通孔に挿通された状態で前記裏側開口部から露出する前記バスバーとフロー半田付けされており、
前記バスバーの裏面と、前記裏側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上７０°以下であることを特徴とする回路構成体。
【請求項２】
前記表側開口部から露出する前記バスバーの表面と、前記リード端子とは、前記挿通孔と前記リード端子との隙間から湧出した溶融状態の半田が固化することにより半田付けされており、
前記バスバーの表面と、前記表側開口部の内壁面とのなす角度は、３０°以上９０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
【請求項３】
前記合成樹脂材は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成体。
【請求項４】
前記合成樹脂材はポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５９８６８（Ｐ２０１１−１５９８６８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３９９（Ｐ２０１０−２１３９９）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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