JP4236393B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は相対向する第１相手物と第２相手物とを接続する電気コネクタであって、支持部材と、第１相手物と接触する複数個の第１電気接触子を有するとともに前記支持部材の一方の表面上に配置された第１回路と、第２相手物と接触する第２電気接触子を有するとともに前記支持部材の他方の表面に配置された第２回路と、前記第１回路及び第２回路を接続する導体とを具えてなる電気コネクタに関するものであり、また特に、コネクタの性能の検査を行うため、繰り返して接触が行われる電気コネクタの第１電気接触子に付着する相手電気接点のはんだを除去し得る電気コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、はんだ等の球状突起から成る複数個の電気接点を有するＢＧＡ(Ball Grid Array) コネクタの性能を検査するため、このコネクタに着脱するソケットコネクタ（ＢＧＡ素子に接触するソケットコネクタ）を使用することが行われている。このソケットコネクタはＢＧＡコネクタに対して、数千回の接触を行うため、ソケットコネクタの電気接触子に、ＢＧＡコネクタの電気接点のはんだが付着し易く、接触不良の原因になることがある。
【０００３】
ソケットコネクタの電気接触子にはんだが付着するので、接触回数が数百回、もしくは数千回に一度、付着したはんだをブラシ等で落とす必要があるが、付着したはんだをブラシで除去するのは困難である。また、早めにブラシを使用すれば、或る程度は付着したはんだの除去は容易になるが、ブラシを使用する回数があまり頻繁になると、工数が増大し、コストが増大する恐れがある。
【０００４】
米国特許第5984691 号には、電気コネクタの電気接触子の表面を鋸歯状構造( 「樹枝状構造(dentritic structure)」）にした電気接触子を開示しているが、その記載によれば、針状掛合(needle-like engagement)によって、電気的接続を良好にするために過ぎない。
【０００５】
また、この米国特許第5984691 号には、中心の支持部材の上下に孔付き支持部材を配置し、更にその上下の外側に導体、即ち電気接触子を支持する上下の可撓性回路基材を配置し、導体、即ち電気接触子に力が加わった時には、電気接触子を支持している回路基材がそれに隣接する孔付き支持部材の孔の中に沈み込むようにした構成を開示している。その前文には、導電エラストーマ素子に力が加わると、固有抵抗が変化してしまうこと、可撓性回路部材に周期的応力が加わると、回路ラインの寿命を短くし、接続に故障を生ずること、システムの種々の構成部分に圧縮性がないと、製造公差に適応できないこと等を論じており、これ等に対応するために、特に弾性的な支持部材を提案しており、この提案する構成は電気接触子に付着したはんだを除去するものでない。
【０００６】
また、この米国特許第5984691 号の構造はその図１から明らかなように、上下の接点が同一の形状になっている。しかし、接点が接触する相手接点の形状や、相手コネクタの使用目的によって、上下の接点の形状を変え、接点の最適化を図る必要がある。
【０００７】
更に、製作に当たっては、測定に都合のよい伝送路としての特性を配慮したマイクロストリップラインの検討が必要になるが、実際上、マイクロストリップラインの検討は面倒である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上述の従来の技術の問題点を解決し、電気コネクタの両側の接点の最適化を図り、両側の接点を異なる形状にし、また、ＢＧＡチップにおいて、繰り返し接触を行っても、第１電気接触子にはんだが付着することなく、従って、接触抵抗の測定が不安定になることがなく、安定した接続が得られ、更に、伝送路の特性を配慮したマイクロストリップラインの検討が不必要な電気コネクタを得るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の電気コネクタは、相対向する第１相手物と第２相手物とを接続する電気コネクタであって、支持部材と、該支持部材上に、第１相手物と接触し、片持梁によって支持される複数個の第１電気接触子を有するとともに前記支持部材の一方の表面上に配置された第１回路と、第２相手物と接触する第２電気接触子を有するとともに前記支持部材の他方の表面に配置された第２回路と、前記第１回路及び第２回路を接続する導体とを具え、前記第１電気接触子が、第１相手物の電気接点に接触し、押圧されて下方に前記支持部材が撓むことで、前記第１電気接触子上を前記第１相手物の電気接点が摺動し、この摺動方向に、ほぼ平行になるよう、前記第１電気接触子の表面に少なくとも１個の三角波状突起を設け、前記第１回路の第１電気接触子と前記第２回路の第２電気接触子とを接触相手の形状に沿って最適化し、前記第１相手物の電気接点の摺動方向に平行な複数本のスリットを形成した保護被覆層を、前記第１回路上の全面に設け、前記三角波状突起は、前記スリット上に前記保護被覆層の表面よりも高く突出するように形成しためっきからなることを特徴とする。
【００１０】
ここでいう最適化とは、第一相手物と第二相手物の接点形状によって、第一相手物と接触する第１電気接触子と第二相手物と接触する第２電気接触子の形状を変えることをいう。例えば、相手物がＢＧＡチップの場合、三角波状突起にするし、相手物が基板パッドのように平坦な場合は、球状突起にするといったものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１相手物と接触する第１電気接触子はその表面の三角波状突起と共に、めっきによって一体に形成されているのが好適である。
【００１２】
第１相手物と接触する第１電気接触子の周りに密接して、支持部材に貫通するＵ字状のスリットを支持部材に形成するのが好適である。弾性変形可能な軟質樹脂で支持部材を構成する。エラストーマ樹脂材料と、金属ばねとの複合体で支持部材を構成することもできる。
【００１３】
支持部材を複数個の支持部材で構成し、これ等の支持部材間に間隙を設けて、支持部材全体の変形が一層容易になるようにすることもできる。第１回路、及び第２回路を設けた支持部材の表面にほぼ平行に、又はほぼ直角に、少なくとも１個の孔を支持部材に設け、支持部材の変形が一層容易になるようにしてもよい。
【００１４】
添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
図１に本発明の一実施例の電気コネクタ２０を示す。図１の電気コネクタ２０の上方にある第１相手物であるコネクタ１０はその性能の検査を受けるコネクタであって、セラミックスや剛性のある硬質樹脂基板１２の片面上に、はんだ等の球状突起から成る複数個の電気接点１４を有する。電気接点１４のはんだは通常のはんだ用元素である鉛と錫の他に、銀、アンチモン等を加えた電気接点として良好なものが使用されている。
【００１５】
本発明の電気コネクタ２０は基板、即ち支持部材２１を具え、コネクタ１０の方向に向くこの支持部材２１の表面には、第１回路２２を形成している。例えば、この支持部材２１の表面上に、予め銅箔などの金属層を設け、例えば、基板製造技術の一つであるプリント配線パターン成形法によって、この金属層を処理し、必要な導体から成る第１回路２２を形成する。第１回路２２に接続するリード線２４の部分も同様に、プリント配線パターン成形法によって形成することができる。第１回路２２を形成する導体の材料としては、導電性の良好な黄銅、ベリリウム銅、りん青銅などが使用される。
【００１６】
第１回路２２に、ＢＡＧチップの前記電気接点と接触する導電性の良好な材料から成る複数個の第１電気接触子２６を設ける。これ等の第１電気接触子と電気接点間の導通距離は５ｍｍ未満である。この第１電気接触子２６は性能検査を受けるコネクタ１０の電気接点１４に接触する。第１電気接触子２６は第１回路２２にめっき等によって設ける。第１電気接触子２６の構造については、図３、及び図４を参照して、後に説明する。また、この支持部材２１の表面上の第１電気接触子２６を除く部分には、第１回路２２、及びリード線２４を保護するため、合成樹脂などから成る保護被覆層２８を設ける。
【００１７】
電気コネクタ２０の第１回路２２の反対側には、必要な導体から成る第２回路３０を設けるが、第２回路の導体材料、及び形成法は第１回路２２とほぼ同様である。この第２回路３０に基板４０のパッド４２と接触する半球状の複数個の第２電気接触子３２を設ける。この第２電気接触子３２は金、ニッケル、銅等のそれぞれの合金が使用される。図面から明らかなように、目的に応じて、ＢＡＧチップの電気接点１４と接触する第１電気接触子２６と、基板４０のパッド４２と接触する第２電気接触子３２の形状は相違している。
第１回路２２と第２回路３０とを接続する導体３４を設ける。導体３４は通常のリード線、金属箔などを使用することができる。
図１の電気コネクタ２０の下方に示した第２相手物である基板４０には第２電気接触子３２が接触するための金めっきを施したパッド４２を設ける。
【００１８】
本発明においては、性能検査を受ける第１相手物であるコネクタ１０の電気接点１４に接触する際に、第１電気接触子２６に付着するはんだを除去するため、電気コネクタ２０の第１電気接触子２６の表面に少なくとも１個の三角波状突起３６を設け、三角波状突起３６の先端をある程度、鋭くする。
この三角波状突起３６の突出量としては0.1 〜0.2 mm程度あれば十分である。三角波状突起３６の数としては、コネクタ１０の電気接点１４と、電気コネクタ２０の電気第１接触子２６との位置のずれを考慮し、複数個あるのが望ましい。複数個の三角波状突起を設けると、第１電気接触子２６の表面は波状になる。
【００１９】
性能検査を受ける第１相手物であるコネクタ１０を電気コネクタ２０に押し付けて、コネクタ１０の電気接点１４をコネクタ２０の第１電気接触子２６に接触させた時、電気コネクタ２０の支持部材２１、少なくとも第１電気接触子２６を支持する部分が弾性変形をし、下方に撓む。この撓むことによって、コネクタ１０の電気接点が電気コネクタ２０の第１電気接触子２６上を摺動するから、第１電気接触子２６の表面に付着したはんだを除去することができる。
【００２０】
電気コネクタ２０が撓むことにより、付着したはんだを除去する原理を図２に付き説明する。
コネクタ１０の電気接点１４は一定の力で電気コネクタ２０に押し付けられ、コネクタ１０の電気接点１４は図２の位置Ｘで電気コネクタ２０の第１電気接触子２６に接触する。その後、一定の力で押し付けられると、電気コネクタ２０の第１電気接触子２６は図２のＯ点を支点にして、下方に変位するため、第１電気接触子２６の接触点ＸはＸ′に移動する。しかし、コネクタ１０はソケット構造で案内されているので、水平方向には移動できず、垂直方向に移動し、コネクタ１０の電気接点１４は図２のＹ点で電気コネクタ２０の第１電気接触子２６に接触する。従って、コネクタ１０の電気接点１４は電気コネクタ２０の第１電気接触子２６上をＸ′点からＹ点まで、一定の力で押し付けられながら移動、即ち摺動することになり、第１電気接触子２６の表面に付着したはんだを除去することができる。
【００２１】
次に、図３、及び図４を参照し、電気コネクタ２０の細長い三角波状突起３６を有する第１電気接触子２６の形成方法について説明する。
保護被覆層２８は最初は第１回路２２上に全面に設けられている。第１電気接触子２６を設ける位置に、図３に示すように、スリット５０を上述の電気接点１４の摺動方向に平行に設ける。このスリット５０はレーザ加工などで形成する。
次に、図４に示すように、スリット５０に、徐々にメッキを施し、まずスリットの中にめっきを行い、更に保護被覆層２８の表面より高くめっきを突出させ、第１電気接触子２６の本体部分を含む三角波状突起３６を形成する。
なお、図４は図１の断面の平面に対し、垂直な断面に沿う断面図である。
【００２２】
次に、電気コネクタ２０の基板、即ち支持部材２１を説明する。
上述のように電気コネクタ２０の第１電気接触子２６に接触するコネクタ１０の電気接点１４が第１電気接触子２６上を摺動するために、電気コネクタ２０の支持部材２１が弾性変形可能であることが必要であり、適度の剛性を有する軟質樹脂で造るのが好適であり、弾性に富むエラストーマ樹脂材料で構成する。しかし、樹脂に限定されず、エラストーマ樹脂材料と金属ばねとの複合体などで構成することもできる。
【００２３】
本発明の他の実施例では、図１、及び図５に符号５２によって示すように、基材、即ち支持部材２１に第１電気接触子２６を包囲するように、Ｕ字状のスリット５２を設ける。これにより、各第１電気接触子２６がＵ字状の片持梁によって支持されるから、第１電気接触子２６にコネクタ１０の電気接点１４が接触して、第１電気接触子２６を押圧する時、第１電気接触子２６は押圧される方向に移動し、上述のように、第１電気接触子２６上のコネクタ１０の電気接点１４の摺動が生ずる。
【００２４】
また、図６に示す本発明の他の実施例では、支持部材２１を例えば樹脂材料の支持部材５３、５４、５５で構成し、これ等支持部材の間に間隙５６を設け、支持部材２１の弾性を増大してもよい。又は一体の支持部材２１に少なくとも１個の孔５６を設け、支持部材２１の弾性を増大してもよい。或いは、表面にほぼ垂直な少なくとも１個の孔５８を上下の支持部材５３、５５に設け、支持部材の変形を容易にしてもよい。
【００２５】
図１の導体３４を設けるに当たり、導体線を所定の間隔で張り、導体線を張った空間に液状シリコンを注入して成形する。次に導体線に直交する側から所定の厚さにスライスし、スライスした面をレーザによりエッチング加工し、シリコンの表面から導体を突出させる。次に第１回路、及び第２回路の各電気接触子、及び電気接点から延びる金属導体に設けた孔に、上記のシリコンの表面から突出する導体を嵌合する。その後、ペーストはんだを塗布し、リフローにより接続固定する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明電気コネクタは次のような顕著な効果を有する。
（１）本発明の電気コネクタは一方の表面の接点は少なくとも１個の細長い三角波状突起を有する第１電気接触子であり、他方の表面の接点はこれと異なる形状の球状突出接点であり、使用目的に合わせて、接点の最適化を達成している。
（２）本発明の電気コネクタは第１電気接触子の表面に、相手電気接点の摺動方向に平行な少なくとも１個の細長い三角波状突起を設けているので、ＢＧＡチップの繰り返し接触を行う際、相手電気接点のはんだが第１電気接触子に付着することがなく、はんだの付着により、接触抵抗の測定が不安定になることがなく、安定した接続を行うことができる。
（３）本発明の電気コネクタは上述のように第１電気接触子に相手電気接点のはんだが付着しないから、ブラシによるはんだの除去作業が不要であり、作業効率が増大する。また、ブラシによる除去作用による効率低下もない。
（４）本発明の電気コネクタは接点間の導通距離を５mm未満にしているので、測定検査の際に、特別な考慮は不必要で、伝送路としての特性を配慮したマイクロストリップラインの検討が不要となり、コストの低減に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 性能検査を受けるコネクタと共に示す本発明の電気コネクタの断面図である。
【図２】 本発明の電気コネクタの第１電気接触子上に相手接点が摺動することにより、第１電気接触子に付着しためっきを除去する原理を説明する図である。
【図３】 本発明の電気コネクタの第１電気接触子に細長い突起を形成する一工程を示す平面図である。
【図４】 本発明の電気コネクタの突起を有する第１電気接触子の断面図である。
【図５】 第１電気接触子の周りにＵ字状のスリットを設けた本発明の電気コネクタの平面図である。
【図６】 本発明の電気コネクタの支持部材の他の変形を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ コネクタ
１２ 基板
１４ 電気接点
２０ 電気コネクタ
２１ 支持部材
２２ 第１回路
２４ リード線
２６ 第１電気接触子
２８ 保護被覆層
３０ 第２回路
３２ 第２電気接触子
３４ 導体
３６ 三角波状突起
４０ 基板
４２ パッド
５２ スリット
５３、５４、５５ 支持部材
５６ 間隙、孔
５８ 孔

Claims (8)

1. 相対向する第１相手物と第２相手物とを接続する電気コネクタであって、支持部材と、該支持部材上に、第１相手物と接触し、片持梁によって支持される複数個の第１電気接触子を有するとともに前記支持部材の一方の表面上に配置された第１回路と、第２相手物と接触する第２電気接触子を有するとともに前記支持部材の他方の表面に配置された第２回路と、前記第１回路及び第２回路を接続する導体とを具え、
   前記第１電気接触子が、第１相手物の電気接点に接触し、押圧されて下方に前記支持部材が撓むことで、前記第１電気接触子上を前記第１相手物の電気接点が摺動し、この摺動方向に、ほぼ平行になるよう、前記第１電気接触子の表面に少なくとも１個の三角波状突起を設け、
   前記第１回路の第１電気接触子と前記第２回路の第２電気接触子とを接触相手の形状に沿って最適化し、
   前記第１相手物の電気接点の摺動方向に平行な複数本のスリットを形成した保護被覆層を、前記第１回路上の全面に設け、前記三角波状突起は、前記スリット上に前記保護被覆層の表面よりも高く突出するように形成しためっきからなることを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記第１相手物がＢＧＡ(Ball Grid Array)であり、前記第２相手物がプリント基板である場合に、前記第１回路の第１電気接触子の表面に前記三角波状突起を設け、前記第２回路の第２電気接触子を球状突起にし、前記第１回路と第２回路の表面を異形形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記第１相手物と接触する第１電気接触子は、その表面の三角波状突起と共に、めっきによって一体に形成されたものである請求項１または２に記載の電気コネクタ。
4. 前記第１相手物と接触する第１電気接触子の周りに密接して、前記支持部材に貫通するＵ字状のスリットを前記支持部材に形成した請求項１、２または３に記載の電気コネクタ。
5. 弾性変形可能な軟質樹脂で前記支持部材が構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
6. エラストーマ樹脂材料と金属ばねとの複合体で前記支持部材が構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
7. 前記支持部材を複数個の支持部材で構成し、これ等の支持部材間に間隙を設けて、前記支持部材全体の変形が一層容易になるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
8. 前記第１回路、及び第２回路を設けた前記支持部材の表面にほぼ平行に、又はほぼ直角に、少なくとも１個の孔を前記支持部材に設け、この支持部材の変形が一層容易になるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。

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