特開 2023-162879 電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023162879

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】電子機器

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20231101BHJP

   H01R 12/51 20110101ALI20231101BHJP

   H01R 4/02 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 N

H01R12/51

H01R4/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022073578

(22)【出願日】2022-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】秋田 義文

(72)【発明者】

【氏名】藤田 哲彦

【テーマコード（参考）】

5E085

5E223

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E085BB08

5E085BB14

5E085CC03

5E085DD01

5E085FF19

5E085JJ26

5E223AB77

5E223BA70

5E223BB01

5E223CD01

5E338AA18

5E338CC04

5E338CD10

5E338EE32

(57)【要約】

【課題】基板と金属板とのはんだ付けに要する製造コストを低減できる電子機器を提供すること。
【解決手段】電子機器１０は、基板１１と、金属板２０とを有する。金属板２０は、第１主面２１と、第１主面２１とは反対側の面である第２主面２２と、第１主面２１と第２主面２２とを接続する側面２３とを有する平板状である。基板１１には金属板２０がはんだ付けされる。金属板２０は、側面２３が、せん断面２３ａと破断面２３ｂとを備えるとともに、せん断面２３ａが基板１１側となるように基板１１に配設されている。基板１１とせん断面２３ａとの間には、はんだフィレット３１が形成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面とは反対側の面である第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面とを有する平板状の金属板と、当該金属板がはんだ付けされる基板と、を有する電子機器であって、
前記金属板は、前記側面が、せん断面と破断面とを備えるとともに、前記せん断面が前記基板側となるように前記基板に配設され、
前記基板と前記せん断面との間には、はんだフィレットが形成されることを特徴とする電子機器。

【請求項2】

前記側面における前記第１主面から前記第２主面に向かう方向の長さは、前記基板と前記破断面との間に前記はんだフィレットが形成されない長さとなっている請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記金属板は、板厚方向の両面にメッキ処理された金属板材料を前記板厚方向にせん断加工して形成されている請求項１又は請求項２に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器は、平板状の金属板と、当該金属板がはんだ付けされる基板とを有する。金属板は、第１主面と、第２主面と、側面とを有する。第１主面は、第２主面とは反対側の面である。側面は、第１主面と第２主面とを接続する。金属板は、例えば、第１主面が基板側となるように基板に配設されている。金属板の側面と基板との間には、はんだフィレットが形成されている。はんだフィレットを金属板の側面と基板との間に形成することを目的として、例えば、特許文献１に開示されるように金属板の側面はメッキ処理されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１２４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、金属板の側面と基板との間にはんだフィレットを形成することを目的として、金属板の側面をメッキ処理すると電子機器の製造コストが嵩む。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記問題点を解決するための電子機器は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の面である第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面とを有する平板状の金属板と、当該金属板がはんだ付けされる基板と、を有する電子機器であって、前記金属板は、前記側面が、せん断面と破断面とを備えるとともに、前記せん断面が前記基板側となるように前記基板に配設され、前記基板と前記せん断面との間には、はんだフィレットが形成されることを要旨とする。

【0006】

これによれば、金属板の側面をメッキ処理しなくても、せん断面の加工痕を利用してせん断面と基板との間に、はんだフィレットを形成できる。よって、せん断面と基板との間にはんだフィレットを形成することを目的として金属板の側面にメッキ処理する場合に比べて、基板と金属板とのはんだ付けに要する製造コストを低減できる。

【0007】

電子機器について、前記側面における前記第１主面から前記第２主面に向かう方向の長さは、前記基板と前記破断面との間に前記はんだフィレットが形成されない長さとなっていてもよい。

【0008】

これによれば、せん断面と基板との間にはんだフィレットが形成される一方で、基板と破断面との間には、はんだフィレットが形成されない。このため、金属板の側面において、第１主面から第２主面に向かう方向の全体にはんだフィレットが形成されることを抑制できる。

【0009】

電子機器について、前記金属板は、板厚方向の両面にメッキ処理された金属板材料を前記板厚方向にせん断加工して形成されていてもよい。
これによれば、金属板材料を板厚方向にせん断加工すると、せん断面と破断面が形成されるとともに、メッキ処理された第１主面及び第２主面が形成される。例えば、メッキ処理されていない金属の板材料をせん断加工してせん断面及び破断面を形成した後、せん断面及び破断面がメッキ処理されないように、第１主面及び第２主面にメッキ処理する場合と比べると、金属板を容易に製造できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、基板と金属板とのはんだ付けに要する製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の電子機器を示す部分側面図である。

【図2】実施形態の電子機器を示す部分平面図である。

【図3】実施形態の電子機器を示す部分斜視図である。

【図4】実施形態の電子機器を示す部分断面図である。

【図5】金属板のせん断面、破断面、第２メッキ層を示す部分斜視図である。

【図6】金属板材料を示す斜視図である。

【図7】せん断加工を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、電子機器を具体化した一実施形態を図１～図７にしたがって説明する。
＜電子機器の全体＞
図１～図４に示すように、電子機器１０は、基板１１と、金属板２０とを有する。電子機器１０は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータに設けられる。

【0013】

＜基板＞
基板１１は、絶縁基板１２と、導体パターン１３とを有する。導体パターン１３は、絶縁基板１２の主面に設けられている。

【0014】

＜金属板＞
金属板２０は、平板状である。金属板２０の先端部は、はんだ３０によって導体パターン１３に接合されている。金属板２０は、電気伝導率の高い金属材料によって形成されている。例えば、金属板２０は、銅で形成されている。後述するが、金属板２０は、メッキ処理された金属板材料をせん断加工して形成されている。

【0015】

金属板２０は、第１主面２１と、第２主面２２と、側面２３と、を有する。第１主面２１は、第２主面２２とは金属板２０の板厚方向に互いに反対となる面である。金属板２０の板厚方向は、第１主面２１及び第２主面２２の一方から他方に向かう方向である。以降、金属板２０の板厚方向を板厚方向として説明を行う。

【0016】

第１主面２１はメッキ処理されている。金属板２０は、第１主面２１を被覆する第１メッキ層２４を有する。第２主面２２は、メッキ処理されている。金属板２０は、第２主面２２を被覆する第２メッキ層２５を有する。

【0017】

第１メッキ層２４及び第２メッキ層２５の各々は、例えば、錫で形成されている。なお、第１メッキ層２４及び第２メッキ層２５の各々は、錫、金、ニッケル、及び銀のいずれかもしくはこれらの合金メッキによって形成されていてもよい。

【0018】

側面２３は、第１主面２１と第２主面２２とを接続している。側面２３は、せん断面２３ａと、破断面２３ｂとを備えている。また、側面２３には、だれ面２３ｃが形成されている。だれ面２３ｃは、板厚方向において、第１主面２１とせん断面２３ａとを接続するように湾曲する面である。

【0019】

せん断面２３ａは、板厚方向において、だれ面２３ｃと破断面２３ｂを接続する面である。せん断面２３ａ及びだれ面２３ｃには、板厚方向へ延びる筋状の加工痕２３ｄが多数形成されている。加工痕２３ｄは、微細な溝である。

【0020】

破断面２３ｂは、板厚方向において、第２主面２２とせん断面２３ａを接続する面である。詳細に図示しないが、破断面２３ｂは、せん断面２３ａに比べて粗い凹凸面である。破断面２３ｂには、筋状に延びる加工痕２３ｄは形成されていない。

【0021】

なお、以降、せん断面２３ａにおける板厚方向の長さをＬ１とし、破断面２３ｂにおける板厚方向の長さをＬ２として説明を行う。
＜金属板の製造方法＞
図６及び図７に示すように、金属板２０は、板厚方向の両面にメッキ処理された金属板材料４０をせん断加工して形成されている。上面視で、金属板材料４０は、金属板２０より大きい。金属板材料４０は、第１面４０ａと、第２面４０ｂと、第１面４０ａと第２面４０ｂとを接続する接続面４０ｃとを有する。第１面４０ａは、第２面４０ｂとは金属板材料４０の板厚方向に互いに反対となる面である。なお、金属板材料４０の板厚方向は、第１面４０ａ及び第２面４０ｂの一方から他方に向かう方向である。金属板材料４０の板厚方向は、金属板２０の板厚方向と同じである。

【0022】

金属板材料４０の第１面４０ａ、第２面４０ｂ、及び接続面４０ｃは、メッキ処理されている。このため、第１面４０ａ、第２面４０ｂ、及び接続面４０ｃにはメッキ層４１が形成されている。第１面４０ａは、金属板２０の第１主面２１を形成する面であるとともに、第２面４０ｂは、金属板２０の第２主面２２を形成する面である。

【0023】

金属板材料４０のせん断加工は、金型５０によって行われる。金型５０は、ダイ５１とパンチ５２とを有している。パンチ５２は、金属板材料４０から金属板２０を打ち抜くことができる形状に形成されている。

【0024】

せん断加工では、ダイ５１に金属板材料４０を載置する。このとき、金属板材料４０の第２面４０ｂのメッキ層４１がダイ５１に接するようにダイ５１に載置される。そして、パンチ５２は、第１面４０ａから第２面４０ｂに向けて金属板材料４０を押し込む。パンチ５２によって板厚方向に金属板材料４０が押し込まれると、金属板材料４０におけるパンチ５２との接触部に「だれ」が生じる。この「だれ」によってだれ面２３ｃが形成される。また、パンチ５２との接触によって、だれ面２３ｃに加工痕２３ｄが形成される。

【0025】

さらにパンチ５２によって板厚方向に金属板材料４０が押し込まれると、金属板材料４０の断面にせん断面２３ａが形成されるとともに、金属板材料４０に亀裂が生じる。また、パンチ５２との接触によって、せん断面２３ａに加工痕２３ｄが形成される。さらにパンチ５２によって板厚方向に金属板材料４０が押し込まれてせん断が進むと、金属板材料４０の断面に破断面２３ｂが形成されるとともに、金属板材料４０の板厚方向に亀裂が進んで、金属板材料４０のせん断が完了する。

【0026】

せん断加工が完了すると、せん断面２３ａと破断面２３ｂとだれ面２３ｃとを有する側面２３が形成された金属板２０が形成される。
＜はんだ＞
図１～図４に示すように、はんだ３０は、導体パターン１３と金属板２０を接合している。導体パターン１３は、絶縁基板１２に設けられているため、はんだ３０は、基板１１と金属板２０を接合している。金属板２０は、せん断面２３ａが基板１１側となるように基板１１に配設されている。このため、はんだ３０は、第１メッキ層２４と導体パターン１３を接合している。また、はんだ３０は、側面２３におけるせん断面２３ａ及びだれ面２３ｃと導体パターン１３を接合している。

【0027】

はんだ３０は、導体パターン１３と金属板２０を導通させる。はんだ３０は、第１縁部３０ａと、第２縁部３０ｂと、を有する。第１縁部３０ａは、せん断面２３ａと破断面２３ｂの境界線に沿って延びる。第２縁部３０ｂは、導体パターン１３の縁に沿って延びる。

【0028】

はんだ３０は、はんだフィレット３１を有する。はんだフィレット３１は、導体パターン１３とせん断面２３ａ及びだれ面２３ｃとの間に形成されている。
図１に示すように、はんだフィレット３１の側面視において、はんだフィレット３１の第１縁部３０ａと第２縁部３０ｂの中間位置を「Ｐ」とする。また、はんだフィレット３１の側面視において、第１縁部３０ａと第２縁部３０ｂを繋ぐ仮想直線を第１仮想線Ｍとするとともに、中間位置Ｐを通過し、かつ第１仮想線Ｍに直交する仮想直線を第２仮想線Ｎとする。

【0029】

はんだフィレット３１の側面視において、はんだフィレット３１は、第１縁部３０ａ及び第２縁部３０ｂの各々から中間位置Ｐに向けて凹むように湾曲する。通電によって金属板２０が発熱したとき、はんだフィレット３１を介して基板１１にも熱が伝わるため、金属板２０及び基板１１が熱膨張する。このとき、はんだフィレット３１には、応力が発生する。この応力によって、はんだフィレット３１には中間位置Ｐ付近からクラックが発生する場合がある。クラックは、第２仮想線Ｎに沿ってはんだフィレット３１を進展しやすい。

【0030】

進展したクラックが導体パターン１３に達することを抑制するため、はんだフィレット３１の長さＬ３が設定されている。はんだフィレット３１の長さＬ３は、第１縁部３０ａから導体パターン１３に向けて延びる垂線Ｔの長さである。はんだフィレット３１の長さＬ３は、電子機器１０が設けられるＤＣ－ＤＣコンバータの保証期間内では、はんだフィレット３１の破断が生じないような長さ以上に設定されている。このようなはんだフィレット３１の長さＬ３は、実験等によって予め確認されている。また、ＤＣ－ＤＣコンバータの保証期間内とは、ＤＣ－ＤＣコンバータが曝されると想定される温度環境において、ＤＣ－ＤＣコンバータの動作が確証された期間のことをいう。はんだフィレット３１の長さＬ３は、電子機器１０の設けられる機器、電子機器１０の曝される環境、電子機器１０に加わる振動等の外的要因等を含めて適宜設定される。

【0031】

はんだフィレット３１の第１縁部３０ａは、せん断面２３ａと破断面２３ｂの境界に沿って形成される。第１メッキ層２４と導体パターン１３との間にもはんだ３０が介在するため、はんだフィレット３１の長さＬ３は、せん断面２３ａの長さＬ１より長い。そして、せん断面２３ａと基板１１との間に、長さＬ３のはんだフィレット３１を形成するために、せん断面２３ａの長さＬ１が設定される。よって、はんだフィレット３１は、破断面２３ｂに形成されていなくても必要な長さＬ３を確保しているといえる。したがって、側面２３における板厚方向の長さは、つまり金属板２０の板厚は、基板１１と破断面２３ｂとの間にはんだフィレット３１が形成されない長さとなっている。そして、せん断加工時に、せん断面２３ａの長さＬ１を確保できるように、金属板２０の板厚が設定されている。そして、せん断面２３ａが形成されると、破断面２３ｂの長さＬ２が決まる。

【0032】

＜実施形態の作用＞
基板１１と金属板２０をはんだ付けする際は、導体パターン１３に、図示しないはんだペーストを配設するとともに、はんだペーストに金属板２０の先端部を載置する。このとき、せん断面２３ａが基板１１側となるように金属板２０を配設する。詳細には、導体パターン１３と第１メッキ層２４の間にはんだペーストが挟まれるように金属板２０を配置する。

【0033】

そして、リフロー炉などではんだペーストを溶融させる。溶融したはんだは、第１メッキ層２４と導体パターン１３の間にぬれ広がる。さらに、溶融したはんだは、だれ面２３ｃ及びせん断面２３ａの加工痕２３ｄを伝って破断面２３ｂに向かっていき、せん断面２３ａと破断面２３ｂとの境界に至る。また、溶融したはんだは、導体パターン１３の縁にまで至る。そして、溶融したはんだを硬化させることで金属板２０と基板１１がはんだ３０によって接合されて金属板２０と基板１１がはんだ付けされるとともに、はんだフィレット３１が形成される。

【0034】

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）金属板２０の側面２３をメッキ処理しなくても、せん断面２３ａの加工痕２３ｄを利用してせん断面２３ａと基板１１との間に、はんだフィレット３１を形成できる。よって、はんだフィレット３１の形成を目的として金属板２０の側面２３にメッキ処理する場合に比べて、基板１１と金属板２０とのはんだ付けに要する製造コストを低減できる。

【0035】

（２）金属板２０の板厚は、基板１１と破断面２３ｂとの間にはんだフィレット３１が形成されない長さとなっている。このため、金属板２０の側面２３の板厚方向全体に、はんだフィレット３１が形成されることを抑制できる。

【0036】

（３）金属板２０は、メッキ処理された金属板材料４０をせん断加工して形成されている。つまり、金属板材料４０をせん断加工するだけで、メッキ処理された第１主面２１及び第２主面２２を有するとともに、せん断面２３ａと破断面２３ｂとを備える金属板２０を形成できる。例えば、メッキ処理されていない金属の板材料をせん断加工してせん断面２３ａ及び破断面２３ｂを形成した後、せん断面２３ａ及び破断面２３ｂにメッキ処理されないように、第１主面２１及び第２主面２２にメッキ処理する場合を考える。この場合と比べると、金属板２０を容易に製造できる。

【0037】

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○金属板２０は、第１主面２１を被覆する第１メッキ層２４を有し、第２主面２２を被覆する第２メッキ層２５を有するが、これに限られない。第１主面２１及び第２主面２２にはメッキ層が設けられていなくてもよいし、どちらか一方のみにメッキ層が設けられていてもよい。

【0038】

○金属板２０は、メッキ処理されていない板材料をせん断加工してせん断面２３ａ及び破断面２３ｂを形成するとともに、第１主面２１及び第２主面２２を形成した後、それら第１主面２１及び第２主面２２にメッキ処理をして形成してもよい。

【0039】

○金属板２０の板厚は、基板１１と破断面２３ｂとの間にはんだフィレット３１の一部が形成される長さであってもよい。
○はんだフィレット３１の第１縁部３０ａは、せん断面２３ａと破断面２３ｂの境界にまで至らずに、せん断面２３ａの領域内に位置していてもよい。

【0040】

○はんだフィレット３１の側面視において、はんだフィレット３１は、第１縁部３０ａ及び第２縁部３０ｂの各々から中間位置Ｐに向けて膨らむように湾曲していてもよいし、第１縁部３０ａと第２縁部３０ｂを真っ直ぐに繋ぐ形状でもよい。

【0041】

○電子機器１０において、絶縁基板１２の両面に導体パターン１３が設けられるとともに、基板１１の両面に金属板２０がはんだ付けされていてもよい。この場合、少なくとも一方の金属板２０は、せん断面２３ａが基板１１側となるように基板１１に配設されていればよい。

【0042】

○電子機器１０は、インバータに設けられてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１０…電子機器、１１…基板、２０…金属板、２１…第１主面、２２…第２主面、２３…側面、２３ａ…せん断面、２３ｂ…破断面、３１…はんだフィレット、４０…金属板材料。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】