(57)【要約】電子デバイスを基板に表面実装するために使用される接合厚さの改善されたリードであり、この接合厚さの改善されたリードの一部は、基板に対して実質的に平行である。接合厚さの改善されたリードは、アーチ形構造を含み、このアーチ形構造によって、基板にリードを連結するために使用されるはんだに改善された厚さが与えられる。はんだの改善された接合厚さは、電子デバイスのより頑丈な取り付けをもたらす。
2004512657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスを基板に取り付けるためのリードであって、
前記電子デバイスに近接して存在するように適合された第１のリード部分と、
前記基板に付着するように適合された第１の表面を有し、かつ前記第１の表面を反対側の第２の表面を有し、第２のリード部分から突き出るアーチ形構造を含む第２のリード部分とを備えるリード。
【請求項２】
前記アーチ形構造が、前記リードの第２の部分から部分的に分離しアーチ形を形成するように曲げられた前記リードの第２の部分の一部を備える請求項１に記載のリード。
【請求項３】
前記アーチ形構造が、前記リードの第２の部分の一部から形成された実質的に窪んだポケット部を備える請求項１に記載のリード。
【請求項４】
前記第１のリード部分の一部が、前記電子デバイス中に延びるようになっている請求項１に記載のリード。
【請求項５】
前記第１のリード部分と前記リードの第２の部分が、互いに実質的に垂直になっている請求項１に記載のリード。
【請求項６】
前記リードが導電性材料を含む請求項４に記載の電子組立品。
【請求項７】
基板に接している電子デバイスと、
前記電子デバイスに取り付けられた第１のリード部分を有し、かつ前記基板に接する第２のリード部分を有するリードと
を有し、前記第２のリード部分がはんだ材料で前記基板に取り付けられた第１の表面と前記第１の表面の反対側である第２の表面とを有し、かつ前記第２のリード部分から突き出て空隙を形成するアーチ形構造を含み、少なくとも前記はんだ材料の一部が前記空隙中に存在する電子組立品。
【請求項８】
前記アーチ形構造が、前記リードの第２の部分から部分的に分離させてアーチ形を形成するように曲げられた前記リードの第２の部分の一部を備える請求項７に記載の電子組立品。
【請求項９】
前記アーチ形構造が、前記リードの第２の部分の一部から形成された実質的に窪んだポケット部を備える請求項７に記載の電子組立品。
【請求項１０】
前記第１のリード部分の一部が、前記電子デバイス中に延びるように適合されている請求項７に記載の電子組立品。
【請求項１１】
前記第１のリード部分と前記リードの第２の部分が、互いに実質的に垂直になっている請求項７に記載の電子組立品。
【請求項１２】
前記リードが導電性材料を含む請求項７に記載の電子組立品。
【請求項１３】
前記リードが、前記電子デバイスと前記基板の間で電気信号を伝えるようになっている請求項１２に記載の電子組立品。
【請求項１４】
電子デバイスを基板に取り付けるための接合厚さの改善されたリードを形成する方法であって、
第１の部分と、第１の表面および反対側の第２の表面を有する第２の部分とを有するリードを準備すること、および
前記リードの第２の表面から突き出るアーチ形構造を形成することを備える方法。
【請求項１５】
前記アーチ形構造の形成が、前記リードの第２の部分を介して実質的に平行な２つのスロットを切削すること、および前記スロットの間のリードの第２の部分の一部を曲げてアーチ形を形成することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アーチ形構造の形成が、前記リードの第２の部分の一部に実質的に窪んだポケット部を形成することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記リードの第１の部分を前記リードの第２の部分に対して実質的に垂直となるようにすることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
電子デバイス組立品を形成する方法であって、
第１の部分と、第１の表面および反対側の第２の表面を有する第２の部分とを有する少なくとも１つのリードを準備すること、
前記少なくとも１つのリードの第２の部分から突き出て、空隙を形成するアーチ形構造を形成すること、
前記少なくとも１つのリードの第１の部分を電子デバイスに取り付けること、
前記少なくとも１つのリードの第２の部分をはんだ材料で基板に取り付けることを含み、前記はんだ材料の少なくとも一部が前記アーチ形構造の空隙中に存在する方法。
【請求項１９】
前記アーチ形構造の形成が、前記リードの第２の部分に実質的に平行な２つのスロットを切削すること、および前記スロットの間の前記リードの第２の部分の一部を曲げてアーチ形を形成することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記アーチ形構造の形成が、前記リードの第２の部分の一部に実質的に窪んだポケット部を形成することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、前記リードの第１の部分を前記リードの第２の部分に対して実質的に垂直になるようにすることを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのリードの第２の部分をはんだ材料で基板に取り付けることが、前記少なくとも１つのリードの第２の部分を、前記基板のランド・コンタクトに取り付けることを含む請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
発明の分野
本発明は電子部品を基板に取り付けるための装置および方法に関する。より詳細には、本発明はプラグイン・ケーブルを受け取るジャックまたはソケットをプリント回路基板に固定するように設計されたリードに関する。
【０００２】
技術の状態
独立電子デバイス（パーソナル・コンピュータ、ローカル・エリア・ネットワーク・サーバ、インターネット・サーバ、パーソナル・ディジタル・アシスタント、ディジタル・カメラ、コンピュータ周辺装置等）間のインターフェースおよび相互接続が一般化するのに伴い、電子業界は、そのような独立電子デバイスをインターフェースするために、信頼性があり、一方、安価な部品の供給を目指して懸命に努力している。代表的なインターフェース・デバイスはケーブルであり、独立電子デバイスの各々にあるコネクタに差し込む（接続する）。そのようなコネクタには、ＵＳＢ（例えば、ユニバーサル・シリアル・バス）、１３９４（例えば、高速シリアル・バス）、ＲＪ１１（例えば、電話用ジャック）、およびＲＪ４５（例えば、ネットワーク用ジャック）のコネクタがあるが、これに限定されない。
【０００３】
独立電子デバイスの内部回路にコネクタを取り付ける安価な方法は、独立電子デバイス内の基板（プリント回路基板のような）にコネクタを表面実装することである。図９〜１１は、例示の表面実装ＲＪ４５コネクタ・アセンブリ２００を示す。図９および１０に示すように、コネクタ２０２は、基板２０４の第１の表面２０８に接触している。図１０を参照すると、コネクタ２０２は、主として、２個の比較的大きな（Ｌ形）リード２１２、２１２’で基板の第１の表面２０８に取り付けられている。図１０および１１に示すように、大きなリード２１２、２１２’の各々の一部（図１０にシャドー・ラインで示す）はコネクタ２０２中に延びており、そこでリードは配線（図示せず）に電気的に接続されている。図１０を参照すると、大きなリード２１２、２１２’の第１の部分２１４、２１４’それぞれはコネクタ２０２から延び、コネクタ２０２の側面２１８、２２２それぞれに接触している。基板の第１の表面２０８で、大きなリード２１２、２１２’の第２の部分２１６、２１６’は、それぞれ、基板の第１の表面２０８に対して実質的に平行に延びている。図１１に示すように（理解しやすくするために大きなリード２１２だけを示す）、大きなリードの第２の部分２１６は、はんだ接合２２６を形成する鉛／錫合金などのはんだの層で基板の第１の表面２０８のランド・コンタクト２２０に物理的かつ電気的に取り付けられている。ランド・コンタクト２２０は、基板２０４のトレース（図示せず）に電気的に接続されている。
【０００４】
図９に示すように、別の小さなリード２２４は、コネクタ側面２１８、２２２（コネクタ側面２２２は示さない）から延び、基板２０４の中又は上のトレース（図示せず）に接続することができる。大きなリード２１２、２１２’およびより小さなリード２２４は、電気信号（電力、接地、動作、その他）を基板２０４に実装された電子部品（図示せず）からコネクタ２０２に伝える手段である。外部デバイス（図示せず）に接続されたケーブル（図示せず）のプラグは、開口２０６に挿入されてコネクタ２０２と電気接触し、これによって、外部デバイス（図示せず）と基板２０４に実装された電子部品（図示せず）との間の電気的な接続が可能になる。
【０００５】
コネクタ２０２は、一般に、コネクタ２０２の寿命の間にわたって、ケーブル（例えば、図示のＲＪ４５コネクタ用のネットワーク・インターフェース・ケーブル）が繰り返して連結され、また分離される。ケーブルの連結と分離から生じる応力負荷に耐えるのは大きなリード２１２、２１２’に依拠している。さらに、コネクタ２０２は、同様に、基板２０４とコネクタ２０２の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致による応力に耐えるのも大きなリード２１２、２１２’に依拠している。これらの応力によって、大きなリード２１２、２１２’の下のはんだ接合２２６がこれらの負荷で生じるせん断応力のために破損することがある（例えば、クラック）。
【０００６】
したがって、ケーブルの連結／分離およびＣＴＥ不一致によってコネクタに生じる応力に対処することができると同時に、効果的にコネクタを基板に連結することができるリード設計を開発することが有利である。
【０００７】
本明細書は、本発明とみなされるものを特に指摘し、かつ明瞭に請求する特許請求の範囲で結びとするが、本発明の利点は、添付の図面と関連して読めば、本発明の次の説明からいっそう容易に確認することができる。
【０００８】
（例示の実施形態の詳細な説明）
以下の詳細な説明で、実例として、本発明が実施される特定の実施形態を示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように、十分詳細に説明する。理解すべきことであるが、本発明の様々な実施形態は、異なっているが、必ずしも互いに相容れないものではない。例えば、一実施形態に関連してここで説明する特定の機能、構造または特性は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態内で実現することができる。さらに、理解すべきことであるが、各開示された実施形態内の個々の要素の位置および配列は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更することができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で解釈すべきでなく、さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲が権利を与えられる同等物の全範囲とともに、適切に解釈される添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。図面において、同じ数字は、いくつかの図全体にわたって同じまたは同様な機能を意味する。
【０００９】
「基板」という用語は、マザーボード、周辺カード、カートリッジ、マルチチップ・モジュール基板、および当業者に明らかなような類似の構造を含むように定義されるが、これらに限定されない。
【００１０】
「はんだ」という用語は、鉛、錫、インジウム、ガリウム、ビスマス、カドミウム、亜鉛、銅、金、銀、アンチモン、ゲルマニウム、およびこれらの合金を含むように定義されるが、これらに限定されない。
【００１１】
本発明は、表面実装超小型電子デバイスの応力による損傷（はんだクラック）を減らす。図８のそれぞれを離して示した図および図１１の対応する部分を参照してはんだ接合２２６のせん断応力を解析することができる。図８に示した力およびせん断の割り当てから、次の２つの平衡の式を表すことができる。
【数１】
2004512657.tif 000003
ここで、添字１はリード２１２を示し、
添字２は基板２０４を示し、
Ｆは力であり、
τはせん断応力であり、
χは、リード２１２および基板２０４の内側の空間変数である（図１１の要素２４２を参照されたい）。
【００１２】
両方とも内部の力で生じることのあるリード２１２と基板２０４の歪み（デバイス製造時に生じた歪み）、外部の力（ケーブルの差し込みおよび抜き）、およびＣＴＥ力は、変位（ｕ）の項で表すことができる。
したがって、
【数２】
2004512657.tif 000004
ここで、αは熱膨張係数であり、
ΔＴは温度変化であり、
ｔ１はリードの厚さであり（図１１に２４４として示す）、
ｔ２は基板の厚さであり（図１１に２４８として示す）、
Ｅはヤング率である。
【００１３】
フックの法則によって、せん断応力が、リードの変位ｕ１、基板の変位ｕ２、はんだの厚さｔ０（図１１に２４６として示す）、せん断弾性係数Ｇと、次のように関係づけられる（ｕ１とｕ２がはんだ材料とともに変位するという条件で）。
【数３】
2004512657.tif 000005
【００１４】
上の式の二次微分をとると、次式のようになる。
【数４】
2004512657.tif 000006
【００１５】
ｄＦ／ｄχ＝τであるから、上の平衡式を使用して、次のように置き換えることができる。
【数５】
2004512657.tif 000007
【００１６】
したがって、上の式は通常の微分方程式であり、適切な境界条件を使用すると、次の解を持つ。
【数６】
2004512657.tif 000008
【００１７】
はんだの厚さ（ｔ０）が増すにつれて、応力が減少することが、上の式から明らかである。さらに、ｔ０が増すにつれて、パラメータβは小さくなる。したがって、クラックの伝播およびそれに続くはんだ接合の損傷の始まりを和らげるために、はんだ接合２２６をより厚くすることが望ましい。しかし、多ピンでより高い隔たりを付加すると、歩留り損をもたらすという重大な製造の影響がある。製造の研究で、この歩留り損は、より厚い接合では１％程度にも大きくなる可能性がある。
【００１８】
このようにして、本発明は、知られているスタンピング技術を使用して容易に製造することができる接合厚さの改善されたリードを形成すること含む。この議論はＲＪ４５コネクタに関するが、本発明のリードは、ＣＰＵソケット、スロット（ＰＣＩ、ＩＳＡ、ＡＧＰ、その他）、コイル、ＦＥＴを含みこれらに限定されない様々な部品および当業者に明らかになるような他のそのような部品だけでなく、ＵＳＢ、１３９４、ＲＪ１１のコネクタも含み、これらに限定されない任意の表面実装電子デバイスとともに、使用することができる。
【００１９】
図１〜３は、例示の表面実装ＲＪ４５コネクタ・アセンブリ１００を示す。図１に示すように、コネクタ１０２は基板１０４の第１の表面１０８に接触する。図１および２の両方を参照すると、コネクタ１０２は、主として、少なくとも１つの接合厚さの改善されたリード１１２で、基板の第１の表面１０８に取り付けられている。接合厚さの改善されたリード１１２は、銅およびアルミニウムのような金属を含むがこれらに限定されない導電性材料であることが好ましい。
【００２０】
図２に示すように、接合厚さの改善されたリード１１２の各々の一部はコネクタ１０２の中に延び、そこで配線（図示せず）に電気的に連結される。図２を参照すると、接合厚さの改善されたリード１１２の第１の部分１１４は、コネクタ１０２の第１の側面１１８に接触しながらコネクタ１０２から延びている。基板の第１の表面１０８で、接合厚さの改善されたリード１１２の第２の部分１１６は、基板の第１の表面１０８に対して実質的に平行に延びる。接合厚さの改善されたリード１１２と同様な少なくとも１つの他の接合厚さの改善されたリードが、コネクタ１０２の第２の側面１２２に設けるのが好ましい。
【００２１】
図３に示すように、リードの第２の部分１１６は、はんだの層で基板の第１の表面１０８のランド・コンタクト１２０に物理的かつ電気的に取り付けられて、はんだ接合１２６を形成する。ランド・コンタクト１２０は、銅、アルミニウム、およびそれらの合金を含み、これらに限定されない任意の適切な材料であってもよい。ランド・コンタクト１２０は、基板１０４のトレース（図示せず）に電気的に連結される。
【００２２】
リードの第２の部分１１６は、アーチ１４２として示すアーチ形部分を含み、この部分は、リードの第２の部分１１６の上面１４４の上に突き出ている。リードの第２の部分１１６の長さ方向にリードの第２の部分を二箇所で実質的に平行なスロットを切削し、かつリードの第２の部分１１６のこのスロットの間の部分を曲げて、固有の空隙を形成するアーチ形１４２を形成することで、このアーチ形１４２を形成することができる。当業者には明らかなように、この実質的に平行な線の切削およびアーチ形部の曲げは、２段階のスタンピング・プロセスで行うことができる。
【００２３】
アーチ形１４２で作られる空隙によって、図３に示すように、より大きな厚さがはんだ接合１２６に存在することになる。はんだ接合の損傷は、一般に、ケーブルの連結と分離および／または基板１０４とコネクタ１０２の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致による応力に起因する接合中の引張負荷によって起こる微小クラックの発達による。時間の経過とともに、これらの微小クラックは合体してクラックを形成する。このクラックは、最終的に互いにつながってはんだ接合全体にわたるクラックを形成する。このクラック伝播は、主として、ＣＴＥ応力および低応力サイクル疲労（連結の挿入および取り外しによって起こる）によるもので、一般にゆっくりしていて、非常に多くのサイクルにわたって、一般に５０サイクルから１００００サイクル、またはそれ以上で生じる傾向がある。
【００２４】
より厚いはんだ接合１２６（すなわち、より大きなボリューム）によって、微小クラック伝播の距離は増加する。したがって、微小クラックが、はんだ接合１２６に完全にクラックを入れる機会は少なくなる。実際に、接合厚さの改善されたリード１１２は、最大せん断応力の約２０％もの減少をもたらす。リードの長さが３．５ｍｍ、幅が７．０ｍｍではんだの厚さが０．０８７５ｍｍである一般的なリード構成を想定すると、はんだのボリュームは約２．１ｍｍ３である。接合厚さの改善されたリード１１２に関して、アーチ形１４２は、その最高点で厚さに等しい高さを有し、その最も膨らんだ部分でリードの第２の部分１１６の表面の３０％に及んでいると想定されている。さらに、アーチ形１４２は、幅の半分に及び、六角形の一部のボリュームを形づくり、このボリュームは約０．６５ｍｍ３のボリュームを追加し、または約２．７５ｍｍ３の全ボリュームをもたらすものと想定している。このことははんだのボリュームが約３０％増加することを意味する。もちろん、理解されるであろうが、これらの推定は、微小クラックの伝播を有効に妨げるための最大限の要求も最小限の要求も表すものではなく、むしろこれらの要求は単に例示的なものに過ぎない。当業者は理解するであろうが、使用されるはんだの種類、リードの大きさおよび他のそのようなパラメータに依存して、様々なボリュームを実現でき、変更することができる。
【００２５】
図１に示すように、追加の小さなリード１２４は、コネクタ側面１１８（コネクタ側面１２２については示さない）から延び、基板１０４のトレース（図示せず）に電気的に連結することができる。強化リード１１２およびより小さなリード１２４は、基板１０４に実装された電子部品（図示せず）からコネクタ１０２に電気信号（電力、接地、動作、その他）を伝える手段である。外部デバイス（図示せず）に連結されたケーブルのプラグ（図示せず）は、開口１０６に挿入されてコネクタ１０２と電気接触し、それによって、外部デバイス（図示せず）と基板１０４に実装された電子部品（図示せず）との間の電気的な伝達が可能になる。
【００２６】
図４および５は、本発明の他の実施形態を示し、アーチ形部分は、リードの第２の部分の上面１４４の上に伸びる実質的に窪んだポケット部１５２を備え、本質的に空隙を形成する。窪んだポケット部１５２は、当業者には明らかなように、単に接合厚さの改善されたリード１１２にスタンピングでつくることで形成することができる。また、窪んだポケット部１５２の空隙によって、図３に表現された実施形態のために図３に示したように、より大きな厚みがはんだ接合１２６に存在するようになる。
【００２７】
もちろん理解されることであるが、接合厚さの改善されたリード１１２は、電気伝導体である必要はない。そうではなくて、単に、安定化機構および／または付加機構であってもよい。図６は、そのような実施形態を示す。リードの第１の部分１１４は、接着材料１５４の層でコネクタの第１の側面１１８に取り付けることができ、リードの第２の部分１１６は、前に議論したように、はんだ接合１２６で基板１０４に連結することができる。
【００２８】
また、理解されることであるが、接合厚さの改善されたリード１１２は、コネクタ１０２の形状に順応するように様々な形状を備えることができる。図２、３、５、６に示すように、リードの第１の部分１１４とリードの第２の部分１１６の間の角度φは約９０度であるのが好ましい。しかし、角度φは、ゼロよりも大きく、かつ１８０度より小さくてもよい。例えば、図７に、角度φは、コネクタ１０２の形状に一致する鈍角に示されている。
【００２９】
このように本発明の実施形態を詳細に説明したので、添付の特許請求の範囲で定義される本発明は、上の説明で明らかにされた特定の細部で限定されるべきでないことは理解できることである。というのは、それらの多くの明らかな変形が本発明の精神および範囲を逸脱することなく可能であるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った、接合厚さの改善されたリードの実施形態を有するコネクタを示す斜視図である。
【図２】
本発明に従った、図１の接合厚さの改善されたリードを示す側面図である。
【図３】
本発明に従った、図２の接合厚さの改善されたリードを示す側断面図である。
【図４】
本発明に従った、接合厚さの改善されたリードの他の実施形態を有するコネクタを示す斜視図である。
【図５】
本発明に従った、図４の接合厚さの改善されたリードを示す側面図である。
【図６】
本発明に従った、接合厚さの改善されたリードのさらに他の実施形態を示す側断面図である。
【図７】
本発明に従った、接合厚さの改善されたリードのなおも他の実施形態を示す側面図である。
【図８】
当技術分野で知られているような代表的なリードに生じる力を示す図である。
【図９】
当技術分野で知られているような代表的なリードを有するコネクタを示す斜視図である。
【図１０】
当技術分野で知られている図９のリードの側面図である。
【図１１】
当技術分野で知られているような図１０のリードの側断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004512657.tif 000009
2004512657.tif 000010
2004512657.tif 000011
2004512657.tif 000012
2004512657.tif 000013
2004512657.tif 000014
2004512657.tif 000015
2004512657.tif 000016
2004512657.tif 000017
2004512657.tif 000018
2004512657.tif 000019
2004512657.tif 000020
2004512657.tif 000021
2004512657.tif 000022
2004512657.tif 000023
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2004512657.tif 000025
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2004512657.tif 000031
2004512657.tif 000032
2004512657.tif 000033
2004512657.tif 000034
2004512657.tif 000035
2004512657.tif 000036
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004512657.tif 000037
2004512657.tif 000038
【国際調査報告】
2004512657.tif 000039
2004512657.tif 000040
2004512657.tif 000041