(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持板に接続子群を支持させ、この接続子群の両端部を保持板の表裏面から突出させる電気コネクタであって、
上記接続子群を複数の接続子グループに分割離隔し、この複数の接続子グループを相互に独立させ、各接続子グループを、複数本の接続子と、上記保持板に貫通支持されて該複数本の接続子を所定の間隔をおいて連結する連結プレートとから構成し、各接続子を、絶縁性の弾性体と、この弾性体に略螺旋状に内蔵されて軸方向に伸びる複数本の導電線とから構成するとともに、各導電線の両端部を該弾性体の両端面からそれぞれ露出させたことを特徴とする電気コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型パッケージからなる半導体パッケージ等と各種の回路基板等とを電気的に接続する電気コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表面実装型の半導体パッケージ(例えば、ＢＧＡ等)が出現し、急速に普及しているが、これに伴い電気コネクタも活発に開発・製品化されている。この電気コネクタは、突き当て板バネを用いたタイプ、挟みこみ板バネを用いたタイプ、スプリングプローブを用いたタイプ、回路シートを用いたタイプ等に分類され、半導体パッケージと検査用回路基板あるいは実用回路基板とを電気的に接続する。
【０００３】
図１８は、特開平１０‐１９９２６号公報に開示された従来の電気コネクタを示すもので、この電気コネクタは、絶縁性の保持板１と、この保持板１に接続子として並べて貫通支持される多数のコイルバネ３０とから構成されている。そして、図示しない半導体パッケージと検査用回路基板あるいは実用回路基板との間に介在され、これらが接近する方向に圧縮されることにより各コイルバネ３０が圧縮変形し、半導体パッケージと検査用回路基板あるいは実用回路基板とを電気的に接続する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気コネクタは、以上のように構成され、保持板１にコイルバネ３０が単に並べて貫通支持されているだけなので、低荷重で多量の圧縮量を得るには、コイルバネ３０の巻き数を多くしなければならないという問題が生じる。この問題を解消するため、コイルバネ３０の巻き数を多くすると、低荷重で多量の圧縮量を得ることができるものの、インダクタンスの増大を招き、高周波伝送特性が劣化することとなる。この高周波伝送特性劣化を解消するには、コイルバネ３０の巻き数を減少させれば良いが、そうすると、接続時の荷重が上昇するとともに、許容圧縮量の範囲の減少するおそれが少なくない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、低荷重で比較的多くの圧縮量を得ることができ、高周波伝送特性の劣化を抑制防止し、しかも、許容圧縮量の範囲の減少を規制することのできる電気コネクタを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記課題を解決するため、保持板に接続子群を支持させ、この接続子群の両端部を保持板の表裏面から突出させるものであって、
上記接続子群を複数の接続子グループに分割離隔し、この複数の接続子グループを相互に独立させ、各接続子グループを、複数本の接続子と、上記保持板に貫通支持されて該複数本の接続子を所定の間隔をおいて連結する連結プレートとから構成し、各接続子を、絶縁性の弾性体と、この弾性体に略螺旋状に内蔵されて軸方向に伸びる複数本の導電線とから構成するとともに、各導電線の両端部を該弾性体の両端面からそれぞれ露出させたことを特徴としている。
【０００８】
ここで、特許請求の範囲における保持板は、平面長方形でも良いし、正方形等でも良い。この保持板は、単層でも良いし、複層とすることも可能である。接続子は、円柱形、角柱形、多角形の柱形状等とすることができる。また、電気コネクタは、ＢＧＡやＬＧＡ等の半導体パッケージと、検査用回路基板や実用回路基板等とを電気的に接続するのが主であるが、なんらこれらに限定されるものではない。例えば、半導体パッケージの代わりに、高周波、高速信号処理用の回路基板を用いても良い。また、これ以外にも、電気コネクタで接続するのに好適な各種の電気接合物、具体的には、ワークステーションやサーバ等で使用される電気接合物が含まれる。
【０００９】
本発明によれば、各種の回路基板等からなる第一の電気接合物に電気コネクタを取り付けて第一の電気接合物の多数の電極と電気コネクタの突出した接続子群とを接続し、電気コネクタの突出した接続子群と半導体パッケージ等からなる第二の電気接合物の多数の電極とを対向させ、第一、第二の電気接合物を接近させれば、導電線を内蔵した各接続子が独立した状態で変形導通し、第一、第二の電気接合物を電気的に接続することができる。
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における電気コネクタは、図１ないし図９に示すように、平面矩形の保持板１に、弾性変形可能な接続子群４を並べて貫通支持させ、この接続子群４の上下両端部を保持板１の平坦な表裏両面からそれぞれ突出させるようにしている。
【００１１】
保持板１は、絶縁性を有する所定の材料を使用して単層の薄い(例えば、厚さ０．４ｍｍ)断面板状に成形され、多数の挿入口２が縦横に並べて貫通成形されており、両側部に一対の位置決め孔３が所定の間隔をおいて貫通成形される。保持板１の材料としては、例えばポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)、ポリアミドイミド(ＰＡＩ)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー・ＬＣＰ)、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、ポリエーテルサルトン(ＰＥＳ)、ポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)からなるシート状の高耐久エンジニアリングプラスチック等があげられる。このように保持板１の材料は、上記材料中から適宜選択されるが、加工性、環境特性、耐熱性、電気特性、難燃性等を考慮すると、ポリエーテルイミドが最適である。
【００１２】
なお、保持板１の材料としては、高耐久エンジニアリングプラスチックになんら限定されるものではない。例えば、金属と樹脂からなる絶縁性の複合体、絶縁性の金属単体(例えば、アルマイト処理されたアルミニウム等)等を使用することもできる。これらの材料を使用すれば、優れた強度、剛性、耐熱性の保持板１を得ることが可能である。
【００１３】
保持板１の厚さは、接続子群４やその接続子５の高さの２０〜５０％程度の範囲に設定される。また、多数の挿入口２は、図１ないし図４、図８(ｂ)に示すように、相互に離れてマトリックスに配列され、保持板１の厚さ方向に穿孔される。各挿入口２は、所定の大きさで(例えば、φ０．４８ｍｍ)丸く穿孔される。
【００１４】
接続子群４は、図１ないし図４に示すように、多数の接続子５からなり、この多数の接続子５が保持板１の挿入口２に挿通され、相互に離れた状態で独立支持される。この接続子群４の両端部は、接続子５の高さの２０〜６０％程度の突出量で保持板１から突出する。この接続子群４の両端部は、保持板１から同一量で突出するものでも良いが、異なる量で突出するものでも良い。
【００１５】
各接続子５は、同図に示すように、保持板１の挿入口２を貫通する絶縁性の弾性体６と、この弾性体６内の上下方向に螺旋状に巻回されて軸方向に伸長する複数本(本実施形態では４本)の金属細線７とから構成され、各金属細線７の上下両端部が弾性体６の平坦な両端面、換言すれば、コンタクト面からそれぞれ突出してコンタクト部として機能する。弾性体６は、所定の材料を使用して挿入口２よりも少々拡径(例えば、φ０．５０ｍｍ)で弾性変形可能な円柱形、あるいは紐状に成形され、硬化後のショアＡ硬度が１０〜８０°Ｈ、好ましくは２０〜５０°Ｈの範囲に設定される。
【００１６】
弾性体６の材料は、係る硬度となる材料、その発泡体、あるいはそれらの複合体等の中から選択されるが、高周波伝送特性を考慮すると、誘電率の小さいシリコーンゴムの選択が最適である。具体的には、２液性シリコーンゴム〔商品名ＫＥ‐１０９Ａ／Ｂ、信越化学工業株式会社製〕が好適である。
【００１７】
複数本の金属細線７は、２〜１０本程度の範囲で使用され、各金属細線７が２５〜１００μｍの径に形成される。各金属細線７は、体積固有抵抗が小さく、弾性体６に腐食されず、バネ性の高い材料を用い、所定の長さにカットされることにより形成される。具体的には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、黄銅、金メッキが施された金属線が金属細線７として使用される。好ましくは、ベリリウム銅、リン青銅にメッキした金属細線７、ＣｕやＴｉを化学成分とするＹＣｕｔ(ヤマハ発動機株式会社の登録商標)という名称の金属細線が用いられる。
【００１８】
なお、金メッキされた金属線を金属細線７として使用する場合には、接続子５のコンタクト面がカットされるので、金属線の端面もカット面となり、非金メッキ部分が露出することとなるが、カット面の外周縁に存在する金メッキの金が接続を担保するので、金属線を所定の長さにカットしたときに、金属線のカット面の全面に無電解の金メッキ処理を施すか否かは、接続に要求される信頼レベルに応じて適宜選択すれば良い。
【００１９】
各金属細線７は、図１や図４等に示すように、弾性体６内に同軸に巻回して内蔵される。この際、各金属細線７は、巻き数０．２〜７．５回以下、好ましくは０．３〜１回以下、巻き径０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．５ｍｍ、高さ１〜５ｍｍの中から適宜実験的に選ばれた条件で同一方向に螺旋状に巻装される。このように各金属細線７は、可能な限り短くされ、高周波特性の劣化を抑制防止する。
【００２０】
次に、電気コネクタの製造方法を説明すると、先ず、所定の成形材料を使用して断面円形の弾性体６を細長く押出成形(図５(ａ)、(ｂ)参照)し、この弾性体６の外周面に複数本の金属細線７を螺旋状に巻き(図６(ａ)、(ｂ)参照)、弾性体６の外周面を未加硫の同様の成形材料でコートして複数本の金属細線７を被覆する(図７(ａ)、(ｂ)参照)。こうして複数本の金属細線７を被覆したら、弾性体６を所定の長さにカットして複数の接続子５を分割形成(図８(ａ)参照)し、弾性体６の平坦な両端面から各金属細線７の両端部をそれぞれ突出させてコンタクト部を得る。
【００２１】
そして、保持板１の多数の挿入口２に接続子５をそれぞれ貫通支持させ、各接続子５の上下両端部を保持板１の表裏両面からそれぞれ突出させれば、電気コネクタを製造することができる(図８(ｂ)参照)。保持板１の挿入口２に接続子５を支持させる手段としては、図９に示すように、保持板１の挿入口２に接続子５を圧入したり、複数のリブ８を介して貫通支持させる方法があげられる。また、接続子５の一部に段差部９を拡径成形し、この段差部９を使用して保持板１の挿入口２に接続子５を嵌着したり、保持板１の挿入口２に接続子５を接着剤９Ａで接着する方法もあげられる。
【００２２】
電気コネクタを製造したら、図４に示すように、保持板１の一対の位置決め孔３に、枠状の位置決めホルダ１０の位置決めピン１１を表面側からそれぞれ挿通し、この保持板１を貫通した一対の位置決めピン１１にスペーサ１２を裏面側から嵌入する。こうして、電気コネクタ、位置決めホルダ１０、スペーサ１２を組み立てたら、検査用回路基板１３の表面に電気コネクタを位置決めホルダ１０を介して嵌合装着し、検査用回路基板１３表面の多数の電極１４と電気コネクタの多数の接続子５とを位置決め接続し、位置決めホルダ１０内に表面実装型の半導体パッケージ(図１ではＢＧＡ、図４ではＬＧＡを示す)１５を嵌合して電気コネクタの多数の接続子５と半導体パッケージ１５の多数の電極１６とを位置決め対向させる。
【００２３】
そしてその後、半導体パッケージ１５を下方向に強く圧下すれば、導通部分である各接続子５が圧縮変形して導通し、半導体パッケージ１５と検査用回路基板１３とを電気的に接続して検査することができる。この際、電気的接続の反発力の７０％以上は、各接続子５の弾性体６に依存する。
【００２４】
上記構成によれば、弾性体６内に多数のコイルバネ３０が並べて内蔵等されるのではなく、保持板１から各接続子５の両端部がそれぞれ突出しているので、各接続子５に圧縮時の荷重が集中し、低荷重で多量の圧縮量をきわめて容易に得ることができる。特に、電極１６がフラットなＬＧＡからなる半導体パッケージ１５を接続する場合でも、接続子５以外の部分、すなわち保持板１をなんら圧縮する必要がないので、圧縮時の荷重が大きくなることがない。
【００２５】
また、弾性体６内に多数のコイルバネ３０が並べて内蔵等されるのではなく、接続子群４を形成する多数の接続子５が相互に離れ、独立して機能するので、隣接する接続子５から悪影響を受けることがなく、半導体パッケージ１５と検査用回路基板１３とをきわめて良好な状態で接続することができる。特に、電極１６の高さが不揃いのＢＧＡ(図１参照)からなる半導体パッケージ１５を接続する場合、接続子５が隣接する接続子５の大きな圧縮に伴い連動して大きく圧縮することがないので、反発力が不足して接続の不安定化を招くのをきわめて有効に抑制防止することができる。また、接続時の圧縮に伴い、接続子５が横方向に移動することもない。
【００２６】
また、弾性体６内に複数本の細い金属細線７を巻き数を増やすことなく螺旋状に巻回して複合化し、高周波特性を向上させているので、１ＧＨｚの信号を伝送したり、複数本の金属細線７を簡単に束ねることが可能になる。この効果を説明すると、仮に反発力を金属細線７のみに依拠すると、従来の問題を到底解消することができない。これに対し、本実施形態によれば、各金属細線７の巻き数を減少させ、不足する接続時の荷重と許容圧縮量の範囲の特性を剛性の弾性体６で補うので、高周波伝送特性が実に良好で、かつ接続時の荷重が低く、許容圧縮量の範囲も広い接続子５を得ることが可能になる。さらに、各金属細線７を斜めに傾斜させるものではないから、半導体パッケージ１５と検査用回路基板１３とを前後左右にずらして位置決めする必要が全くなく、接続作業の円滑化、簡素化、迅速化、容易化が大いに期待できる。
【００２７】
次に、別の実施形態を説明すると、本実施形態における電気コネクタは、図１０ないし図１４に示すように、接続子群４を複数の接続子グループ(本実施形態では３グループ)２０に分割離隔し、この複数の接続子グループ２０を所定の間隔をおいて並べ、相互に独立させるようにしている。
【００２８】
各接続子グループ２０は、所定の間隔をおいて一列に並ぶ複数本(本実施形態では３本)の接続子５と、保持板１のスリット孔２Ａに貫通支持されて複数本の接続子５を連結する連結プレート２１とから構成される。連結プレート２１は、図１１や図１２に示すように、絶縁性の薄膜シート(例えば、シリコーン等が使用される)を用いて基本的には板状に成形され、複数の保持部２２が所定の間隔をおいて半円弧状に湾曲成形されており、この複数の保持部２２に接続子５が所定の間隔をおいて直列に接着剤を介し嵌合連結される。この連結プレート２１の厚さは、接続子５の幅方向の１０〜５０％程度に設定される。
【００２９】
各接続子５は、絶縁性の弾性体６と、この弾性体６に螺旋状に内蔵されて軸方向に伸長する複数本の金属細線７とから構成され、各金属細線７の上下両端部が弾性体６の平坦な両端面からそれぞれ突出する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３０】
次に、電気コネクタの製造方法を説明すると、先ず、所定の成形材料を使用して断面円形の弾性体６を複数本細長く押出成形し、各弾性体６の外周面に複数本の金属細線７を螺旋状に巻回し、各弾性体６の外周面を未加硫の同様の成形材料でコートして複数本の金属細線７を被覆する。複数本の金属細線７を被覆したら、連結プレート２１における複数の保持部２２に弾性体６をそれぞれ接着してフラットケーブル化(図１３(ａ)、(ｂ)参照)し、これらを所定の長さにカットして連結プレート２１に保持された複数の接続子５、すなわち接続子グループ２０を分割形成(図１４(ａ)参照)し、各接続子５の平坦な両端面から各金属細線７の両端部をそれぞれ突出させてコンタクト部を得る。そして、複数のスリット孔２Ａに接続子グループ２０の連結プレート２１をそれぞれ密嵌支持(図１４(ｂ)参照)させれば、電気コネクタを製造することができる。
【００３１】
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、連結プレート２１に複数の接続子５をまとめて保持させるので、接続子５が独立する場合に比べ、電気コネクタを簡単に組み立て、作業の簡便化、迅速化、容易化等を図ることができるのは明らかである。
【００３２】
次に、図１５及び図１６は、本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、各接続子５の弾性体６をチューブ状、又は円筒に成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、各接続子５が中空の円筒に成形され、中空部分だけ体積量が減少するので、接続時の荷重低減が大いに期待できる。また、ＢＧＡからなる半導体パッケージ１５を接続する場合、接続子５中心の孔部がボール状の電極１６のガイド機能を発揮するので、アライメント効果によりきわめて高精度、かつ良好な接続を得ることができる。
【００３３】
次に、図１７(ａ)、(ｂ)は、本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、複数本の金属細線７のうち、一部の金属細線７を弾性体６に一方向、例えば正方向に螺旋状に巻回するとともに、残部の金属細線７を弾性体６に他方向、例えば逆方向に螺旋状に巻回し、複数本の金属細線７を重ねて略メッシュ構造に形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、複数本の金属細線７が略メッシュ構造なので、単なる一方向の螺旋構造に比べ、伝送経路を大幅に短縮することができ、低抵抗化、及び良好な高周波伝送特性を得ることが可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、低荷重で比較的多くの圧縮量を得ることができ、高周波伝送特性の劣化を抑制あるいは防止することができるという効果がある。また、許容圧縮量の範囲の減少を規制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における使用状態を示す断面説明図である。
【図２】  本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す斜視図である。
【図３】  本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す平面図である。
【図４】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における他の使用状態を示す断面説明図である。
【図５】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は弾性体を長く押出成形した状態を示す図、(ｂ)図は(ａ)図の正面図である。
【図６】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は弾性体の外周面に複数本の金属細線を螺旋状に巻回した状態を示す図、(ｂ)図は(ａ)図の正面図である。
【図７】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は弾性体の外周面をコートして複数本の金属細線を被覆する状態を示す図、(ｂ)図は(ａ)図の正面図である。
【図８】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は弾性体を所定の長さにカットして複数の接続子を分割形成する状態を示す図、(ｂ)図は保持板の多数の挿入口に接続子をそれぞれ支持させ、各接続子の両端部を保持板の両面からそれぞれ突出させる状態を示す断面図である。
【図９】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における接続子の各種固定方法を示す断面説明図である。
【図１０】  本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す斜視図である。
【図１１】  本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す平面図である。
【図１２】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における連結プレートとその接続子を示す斜視図である。
【図１３】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は連結プレートにおける複数の保持部に弾性体をそれぞれ接着する状態を示す図、(ｂ)図は(ａ)図の正面図である。
【図１４】  本発明に係る電気コネクタの実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は連結プレートに保持された複数の接続子を分割形成する状態を示す図、(ｂ)図は保持板の複数のスリット孔に連結プレートをそれぞれ支持させる状態を示す平面図である。
【図１５】  本発明に係る電気コネクタの第２の実施形態を示す平面図である。
【図１６】  本発明に係る電気コネクタの第２の実施形態における使用状態を示す断面説明図である。
【図１７】  本発明に係る電気コネクタの第３の実施形態における製造方法を示す説明図で、(ａ)図は説明図、(ｂ)図は(ａ)図の正面図である。
【図１８】  従来の電気コネクタを示す断面説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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