JP2007335260A - 基板の接続端子と被覆導体線との接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の接続端子と被覆導体線との接続構造について、特に細い被覆導体線を用いるときの半田付けの信頼性を確保することである。
【解決手段】基板１２の接続端子１４に、接続線２０が半田付けされ、半田接続部４０が形成される。ここで、接続線２０は、被覆導体線１６の先端において被覆から導体線２４が露出し、そこに、被覆２２を一部含んで、ピンコンタクト用金属薄板１８がカシメられている。ピンコンタクト用金属薄板１８の長さは、接続端子１４の大きさで定まる長さよりも長い。カシメられたピンコンタクト用金属薄板１８は、ピン形状金属薄板３０となる。半田接続部４０は、導体線２４を含むピン形状金属薄板３０と接続端子１４とが、導体線２４よりも広い接触面積で半田により接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の接続端子と被覆導体線との接続構造に係り、特に細い被覆導体線を基板の接続端子に半田付けで接続する基板の接続端子と被覆導体線との接続構造に関する。

小型の携帯情報機器には、情報を表示するディスプレイとして液晶表示素子が用いられ、これに電子部品を実装するために、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）技術、あるいはＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いた細密な実装技術が用いられている。これらは、多数の接続箇所をまとめて実装するのに適しているが、基板上の１つ２つあるいは数個の接続箇所と外部の接続箇所とを結ぶためにこれらの技術を用いると専用の装置、治具等を揃える必要があり、かえって手間がかかり、コストも高くなる。このような事情から、簡単な半田付け装置を用いて基板の接続端子とリード端子等の導体線との半田付けが行われることがある。

基板の接続端子と導体線との間の半田付けの信頼性を上げるには、半田と接続端子及び導体線との間の接触面積を広くすることと、半田の濡れ性の管理が必要であることが知られている。半田と対象物との間の接触面積が少ないと、接合面積が少ないので、接続強度の確保が困難になる。また、半田の濡れ性が悪いと接続強度が低く、信頼性が低下する。そのために半田の濡れ性の評価が必要である。半田の濡れ性の評価として、フィレットを観察することが行われる。フィレットとは、リード端子の側面に、半田が高温状態で液化し、表面張力で吸い上げられて形成される状態のことで、半田の濡れ性がよいと、フィレットがなだらかに変化する。したがって、フィレットの観察によって半田の濡れ性を判断できる。

例えば、特許文献１には、液晶表示素子のガラス基板の一辺端に延出形成された外部接続用の電極端子に接続する構造として、従来例としては金属薄板よりなるクリップピンで挟持する方法、金属薄板を平板に打ち抜いたフラットピン端子を電極端子に半田付けする方法が述べられ、前者では接触面積が少なく、後者においてはパターン間隔が小さくなったときに隣接電極端子同士を短絡してしまう課題を指摘している。そして、フラットピン端子に小円孔からなる切欠部、あるいは両側辺に波形等の連続凹みを持って形成した切欠部を設けることで、十分な接触面積でありながら半田のはみ出しを防ぐことができることが開示されている。

また、特許文献２には、半田の濡れ性の判定を確実にし、半田付け後の接続強度を確保するため、対向する半田付け端子において、一方の半田付け端子の端子幅が両端部から中央部に向かって徐々に狭くなった鼓形状として、一方の半田付け端子の幅又は面積を他方の半田付け端子の幅又は面積より狭くすることが開示されている。

実開昭６３−１１５１２０号公報 特開平４−３２１６６号公報

上記のように、数少ない接続箇所の接合には、簡単な半田付け装置を用いて基板の接続端子と導体線との間の半田付けを行うことができる。ところで、小型の携帯情報機器において、ＣＯＧ技術やＦＰＣ接続を用いないで、簡単な半田付け装置で半田付けを行う必要があるところは、細かい半田付けであることが多い。たとえば、特に細い導体線を用いて、狭い面積の接続端子上で半田付けを行うことが要求される。このような場合、細い導体線であることもあり、半田に対する接触面積をあまり多くとれない上、ＦＰＣ配線のように半田付け中央部に対して半田付け端部の幅を広くすることができないため、半田付け端部における強度を確保することが困難となる。また、狭い面積の接続端子上であるので、半田に対する接触面積を多くとると、導体線上のフィレットを観察することができなくなる。このように、特に細い導体線を基板の接続端子に半田付けで接続する場合に、半田付けの信頼性の確保が困難となる。

本発明の目的は、半田付けの信頼性を確保できる基板の接続端子と被覆導体線との接続構造を提供することである。他の目的は、特に細い導体線を用いる半田付けの信頼性を確保できる基板の接続端子と被覆導体線との接続構造を提供することである。

本発明に係る基板の接続端子と被覆導体線との接続構造は、基板の接続端子と、被覆導体線の先端において被覆から導体線が露出され、露出された前記導体線と前記被覆の一部を含んで金属薄板部がカシメられた接続線と、前記接続端子上に配置された前記金属薄板部と前記接続端子とが半田により接続された接続部と、を有することを特徴とする。

また、前記接続線の前記導体線は、０．３ｍｍ以下の外径を有することが好ましい。また、前記接続線は、前記被覆を含む外径で０．８ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本発明に係る基板の接続端子と被覆導体線との接続構造において、前記基板は、液晶表示用バックライトモジュールの発光素子を搭載する基板であり、前記接続線は、液晶表示用バックライトモジュールと外部回路とを接続する接続線であることが好ましい。

上記構成により、接続線は、被覆導体線の先端において被覆から導体線が露出され、露出された導体線と被覆の一部を含んで金属薄板部がカシメられている。そして接続部は、接続端子上に配置された金属薄板部と前記接続端子とが半田により接続されている。被覆導体線の先端にカシメられた金属薄板部は、被覆が取り除かれて露出された導体線に比べ、外周面積も格段に広く、また強度も強い。そこで、これと基板の接続端子とを半田付けすれば、露出導体線の場合に比較し、半田と対象物との間の接触面積を各段に広く確保でき、接続強度を向上させることができる。また、半田のフィレットは、金属薄板部上において十分に観察できる。また、金属薄板の強度によって、例えば、繰り返し曲げ等に対し、露出導体線に比較し、格段に丈夫になる。したがって、半田付けの信頼性を向上させることができる。

また、接続線の導体線は、０．３ｍｍ以下の外径を有する。接続線は、被覆を含む外径で０．８ｍｍ以下である。これ以上の太さの場合は、通常の半田付け構造でも十分な信頼性を確保できる。したがって、上記構成によって、特に細い導体線を用いる場合に、半田付けの信頼性を確保できる。

また、この接続構造は、液晶表示用バックライトモジュールの発光素子を搭載する基板に、外部回路と接続する接続線を半田付けするものである。発光素子搭載基板から外部に引き出される接続線は２本程度と少ない。したがって、小型携帯機器の実装に用いられるＣＯＧ技術やＦＰＣ接続法を適用するより、簡単な半田付け装置で半田付けを行う方法が適している。このような用途の場合に、上記構成によって、半田付けの信頼性を向上させることができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、液晶表示用バックライトモジュールの発光素子を搭載する基板に、外部回路と接続する接続線を半田付けする場合を説明するが、これは一例であって、簡単な半田付け装置で半田付けを行うものであれば、それ以外の電子機器モジュールに接続線を半田付けする場合であってもよい。また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための一例であって、用途に応じ、それ以外の材質、寸法等を用いることができる。

図１は、液晶表示用バックライトモジュール１０の発光素子を搭載する基板１２と、図示されていない外部回路とを電気的に接続するための接続構造を示す図である。ここでは、バックライトモジュール１０の裏面側、つまり液晶表示パネルが貼り付けられバックライトの光が供給される表面側と反対側の裏面側が示されている。この裏面側のカバーが一部切り欠かれて、図示されていない発光素子が搭載される基板１２の一部が露出し、そこに外部回路と接続される接続端子１４が延ばされてきて配置されている。

接続端子１４は、その先が図示されていない発光素子の端子に接続される矩形状の導体パターンで、例えば、銅配線の上に半田メッキ等が施されている。図１では、発光素子のプラス端子とマイナス端子に対応して２つの接続端子１４が示されている。この接続端子１４に、図示されていない外部回路と接続される接続線２０が、簡単な半田付け装置によって半田付けされる。図１では、半田接続部４０が示されている。

図２は、接続線２０の構造、半田付けの方法を説明する図である。図２（ａ）は、接続線２０を形成するための要素を示す図で、（ｂ）は、接続線２０の構造を説明する図である。（ｃ）は、接続線２０を基板１２の接続端子１４に半田付けを行った接続構造を説明する図である。図２は、別の観点からいえば、基板の接続端子と被覆導体線との間の接続方法の手順を示す図でもあるので、以下では、手順にそって、これらの要素の構造を説明する。

基板の接続端子と接続線とを接続するには、まず、接続線を構成する部品を準備する（部品準備工程）。図２（ａ）には、準備された各部品の様子が示されている。すなわち、図２（ａ）の左側に被覆導体線１６が示され、右側にピンコンタクト用金属薄板１８が示されている。

被覆導体線１６は、複数の導体単線を撚り線とした導体線２４を適当な絶縁被覆材からなる被覆２２で覆ったもので、その先端は被覆２２が取り除かれて導体線２４が露出している。被覆導体線１６の太さは、これが接続される基板１２の接続端子１４の大きさ等で選択されるが、例えば、約３ｍｍ角以下の接続端子１４の場合には、被覆２２を含む外径で約０．８ｍｍ以下、導体線２４の外径で約０．３ｍｍ以下のものが選択される。例えば、デファクトスタンダードとして、被覆を含む外径で０．３８ｍｍ、導体線外径で０．２４ｍｍの被覆導体線のものを用いることができる。

ピンコンタクト用金属薄板１８は、小型コネクタの部品として用いられるもので、コネクタのメス側コンタクトに挿入するオス側コンタクトを形成するための部品である。具体的には、導体線の外周にこの金属薄板を巻き付けるように適当なカシメ治具を用いてカシメて取り付け、全体としてピン形状とするものである。図２（ａ）では、カシメ前のままの形状のピンコンタクト用金属薄板１８の平面図と側面図が示されている。ピンコンタクト用金属薄板１８は、デファクトスタンダードの被覆導体線の大きさに合わせてそれぞれ市販されているので、それをそのまま用いることができる。

市販のピンコンタクト用金属薄板１８は、上記のようにコネクタに用いられるように設計されているので、その長さは、被覆導体線１６の太さに比べて十分長い。そして、被覆導体線１６を基板１２の接続端子１４に半田付けする際には、その接続端子１４の大きさは、被覆導体線１６の太さに対し、数倍程度の長さと幅である。したがって、通常の場合、市販のピンコンタクト用金属薄板１８の長さは、半田付けに用いられる接続端子１４の大きさで決まる長さに比べ、長くなる。

もちろん、これとは別に、被覆導体線１６、あるいは基板１２の接続端子１４の形状、寸法等にあわせ、被覆導体線１６の先端にカシメて取り付けることのできる金属薄板を準備し、これを用いるものとしてもよい。金属薄板の材質としては、例えば適当な金属メッキ等の表面処理が施された金属を用いることができ、その板厚は、例えば、０．１ｍｍ程度が好ましい。

ピンコンタクト用金属薄板１８の長さと、導体線２４の長さの関係は、前者が後者より十分長くなるように設定するのが好ましい。導体線２４が太くて、それ自体の強度が十分ある場合には、ピンコンタクト用金属薄板１８は、導体線２４の部分のみを覆ってカシメて取り付けることができるが、上記寸法の被覆導体線１６は細くて、それ自体の強度がそれほど強くない。したがって、後述の半田付けの強度確保の観点からも、被覆２２の部分も含んでカシメて取り付けることができる寸法設定が望ましい。また、基板１２の接続端子１４の寸法もあまり大きくないので、後述の半田付けの際に接続線２０の先端が接続端子１４からあまりはみ出さないことを考慮すると、被覆２２から露出する導体線２４の長さは、カシメられたときにピンコンタクト用金属薄板１８の長さの範囲に納められることが好ましい。実際には、被覆導体線１６の太さに応じてピンコンタクト用金属薄板１８の長さが定まるので、その長さよりも、被覆導体線１６の先端の導体線２４の長さを短くすることが望ましい。

図２（ｂ）は、被覆導体線１６の先端にピンコンタクト用金属薄板１８をカシメて取り付けて接続線２０を形成する（カシメ取り付け工程）様子を示す図である。ここでは、ピンコンタクト用薄板がカシメられて、ピン形状金属薄板３０として示されている。なお側面図も合わせて示されている。ピンコンタクト用金属薄板１８の取り付けは、上記のように、被覆２２の一部を含んでカシメられ、先端の導体線２４は、ピン形状金属薄板３０の内部に納められ、その先には突き出していない。カシメ取り付けは、適当なピンコンタクトカシメ治具を用いて行うことができる。

図２（ｃ）は、適当な半田付け装置を用いて、基板１２の接続端子１４に接続線２０を半田付けして半田接続部４０を形成する（半田付け工程）様子を示す図である。半田は、鉛フリー半田が用いられる。上記の寸法例では、ピンコンタクト用金属薄板１８の長さは接続端子１４の寸法より長く設定されるので、接続線２０のピン形状金属薄板３０の配置は、その先端が接続端子１４からはみ出さないようにすることが好ましい。図２（ｃ）では、接続端子１４の範囲にピン形状金属薄板３０の先端が収まるような配置で示されている。ピン形状金属薄板３０の先端が接続端子１４の範囲からはみ出す場合でも、そのはみ出し量は、隣接する他の要素との干渉や接触等を考慮して、少なく抑えることが好ましい。

このようにして形成された半田接続部４０の特性を、通常の方法で半田付けする場合を示す図３と比較して説明する。図３は、図２（ａ）に関連して説明した被覆導体線１６を用いて、基板１２の接続端子１４にそのまま半田付けする様子を示す図である。被覆導体線１６は、その先端部において被覆２２が取り除かれて、導体線２４が露出している。

図２（ｃ）に示されるように、基板１２の接続端子１４と接続線２０との間の半田付けにより形成される半田接続部４０は、ピン形状金属薄板３０を接続端子１４の範囲に渡って覆っている。これに対し、通常の方法を示す図３では、接続端子１４の範囲における導体線２４の部分に渡って半田接続部６０が形成される。ピン形状金属薄板３０の外形は導体線２４に比較して大きいので、図２（ｃ）の半田接続部４０は、図３の半田接続部６０に比べ、広い接触面積で、半田が対象物に接合している。これにより、導体線２４に半田付けする通常の方法に比べ、半田付けにおける接続強度が向上する。

また、ピン形状金属薄板３０は、被覆導体線の被覆２２の一部をカシメて取り付けられているので、外部から力が加わったときに力の集中する半田接続部４０の被覆２２側の端部がピン形状金属薄板３０で補強される。これにより、さらに、基板の接続端子と被覆導体線との接続構造の強度が向上する。

また、図２に示されるように、ピン形状金属薄板３０の長さは接続端子１４の大きさより十分長く、ピン形状金属薄板３０の根元は、半田接続部４０の外にある。したがって、半田のフィレットは、金属薄板部上において十分に観察できる。

上記構成の接続構造の強度試験の結果について図４、図５を用いて説明する。図４は、強度試験として繰り返し曲げ試験の様子を説明する図で、図５はその結果を示す図である。繰り返し曲げ試験は、上記構成の接続構造を有する液晶表示用バックライトモジュール１０について、接続線２０の先に質量Ｗの錘５０を取り付け、この錘５０の自重によって接続線２０に引張負荷を与え、その状態で、液晶表示用バックライトモジュール１０を引張負荷の方向に対し±４５度の角度で振ることで、半田接続部４０に曲げ負荷をかけることで行った。強度評価は、±４５度の往復曲げを１回とし、これを繰り返し、半田接続部４０が破壊する繰り返し回数の大小で行った。また、比較例として、図３に示す通常半田処理による接続構造についても同様の試験を行なった。

負荷としての錘５０の質量Ｗは、２００ｇ、１５０ｇ、１００ｇの３種類を用いた。また、接続線２０は、プラス端子用とマイナス端子用の２本があるので、それぞれについて試験を行なった。また、試験のサンプル数は５とした。半田接続部の破壊の判定は、接続線２０が液晶表示用バックライトモジュール１０から分離するか否かで行った。

図５は、繰り返し曲げ試験の結果を示す図である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、負荷としての錘５０の質量が２００ｇ、１５０ｇ、１００ｇについて、半田接続部が破壊した繰り返し数を示す。それぞれについて、「ピンコンタクト法」の欄には、上記構成の接続構造の５つのサンプルについての結果を示し、「通常半田処理」の欄には、図３の接続構造の５つのサンプルについての結果を示す。端子の欄の＋、−は、２本の接続線２０の種類を区別するものである。

図５の結果からは、「通常半田処理」に比べ、上記接続構造の「ピンコンタクト法」は、破壊に至る繰り返し曲げの回数にして、およそ１．５倍から２倍の寿命を有することが分かる。このように、上記接続構造は、通常の半田付け処理による接続構造に比較して、格段の接続強度を有している。

本発明に係る実施の形態の接続構造が適用される例として、液晶表示用バックライトモジュールの発光素子を搭載する基板と、図示されていない外部回路とを電気的に接続するための接続構造を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、接続線の構造、半田付けの方法を説明する図である。 通常の方法で半田付けする接続構造を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の接続構造に対する強度試験として繰り返し曲げ試験の様子を説明する図である。 繰り返し曲げ試験の結果を、本発明に係る実施の形態の接続構造と、通常の方法による接続構造について比較する図である。

符号の説明

１０ バックライトモジュール、１２ 基板、１４ 接続端子、１６ 被覆導体線、１８ ピンコンタクト用金属薄板、２０ 接続線、２２ 被覆、２４ 導体線、３０ ピン形状金属薄板、４０，６０ 半田接続部、５０ 錘。

Claims (4)

1. 基板の接続端子と、
   被覆導体線の先端において被覆から導体線が露出され、露出された前記導体線と前記被覆の一部を含んで金属薄板部がカシメられた接続線と、
   前記接続端子上に配置された前記金属薄板部と前記接続端子とが半田により接続された接続部と、
   を有することを特徴とする基板の接続端子と被覆導体線との接続構造。
2. 請求項１に記載の接続構造において、
   前記接続線の前記導体線は、０．３ｍｍ以下の外径を有することを特徴とする基板の接続端子と被覆導体線との接続構造。
3. 請求項１に記載の接続構造において、
   前記接続線は、前記被覆を含む外径で０．８ｍｍ以下であることを特徴とする基板の接続端子と被覆導体線との接続構造。
4. 請求項１に記載の接続構造において、
   前記基板は、液晶表示用バックライトモジュールの発光素子を搭載する基板であり、
   前記接続線は、前記液晶表示用バックライトモジュールと外部回路とを接続する接続線であることを特徴とする基板の接続端子と被覆導体線との接続構造。

Images