JP2001196141A - 電気的コネクタハウジング - Google Patents

電気的コネクタハウジング

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JP2001196141A
JP2001196141A JP2000370010A JP2000370010A JP2001196141A JP 2001196141 A JP2001196141 A JP 2001196141A JP 2000370010 A JP2000370010 A JP 2000370010A JP 2000370010 A JP2000370010 A JP 2000370010A JP 2001196141 A JP2001196141 A JP 2001196141A
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electrical connector
reduced stiffness
solder
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ドナルド・ケイ・ハーパー・ジュニア
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    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46Bases; Cases
    • H01R13/50Bases; Cases formed as an integral body
    • H01R13/501Bases; Cases formed as an integral body comprising an integral hinge or a frangible part
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/02Arrangements of circuit components or wiring on supporting structure
    • H05K7/10Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets
    • H05K7/1053Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets having interior leads
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  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Connecting Device With Holders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】コネクタはコネクタおよび下に位置する回路板
の熱膨張係数の影響を減少するために提供される。 【解決手段】コネクタハウジングは基板に最も大きな変
形が予想される領域に対応している順応区分を組込む。
ハウジングはコネクタの中立点(NP)から最も遠い位置
(即ち角のまわり)に切り込みまたはスロットを有す
る。この配列の手段により、ハウジングの歪みおよび捻
れを最小にするように応力増強が避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は全般的に電気的コネ
クタに係り、なお特に、熱サイクリングおよび回路基板
または回路板の変形即ち歪特性を調節できるハウジング
を有するボールグリッドアレイ(BGA)コネクタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】特に個人的携帯装置などの電気的な装置
の寸法を減少し、かかる装置に付加的な機能を付加する
運動は、全ての構成要素、特に電気的なコネクタの小型
化の運動を前進する結果をもたらした。小型コネクタの
努力は単一または二列リニアコネクタの端子間のピッチ
を減少することを含み、その結果、比較的多数のI/Oま
たは他の線は、コネクタを受け入れるために分配された
回路基板の厳しく境界を付けられた領域内に適合するコ
ネクタにより相互接続され得る。
【0003】小型化の運動はまた、回路板に構成要素を
取り付ける表面実装技術(SMT)に優先的に移行を伴っ
た。SMTの増加する使用およびリニアコネクタの微細ピ
ッチの要求の合流は、高容量、低価格実施のSMTの限界
にアプローチする結果となった。端子のピッチの減少は
はんだペーストのリフロー中隣接はんだパッドまたは端
子をブリッジする危険を増加する。増加されたI/O密度
の要求を満たすために、アレイコネクタが提案された。
かかるコネクタは絶縁基板に取り付けられる端子の2次
元アレイを有し、増加された密度を提供できる。しか
し、これらのコネクタは、端子の全部ではないにして
も、大部分の表面実装テールがコネクタ体の下になくて
はならないため、SMT技術により回路基板への取付けに
関してある困難が存在する。結果として、もし欠陥があ
るときそれらを修理するためはんだ接合を可視的に検査
することが困難であるので、使用される実装技術は高い
信頼性がなくてはならない。
【0004】プラスチックまたはセラミック基板に対す
る集積回路(IC)の実装において、ボールグリッドアレ
イ(BGA)および他の同様なパッケージの使用は普通に
なった。BGAパッケージにおいて、ICパッケージに取付
けられる球状のはんだボールは、はんだペーストの層が
典型的にスクリーンまたはマスクの使用により適用され
た回路基板の電気的接点パッドに位置付けられる。ユニ
ットはそれから、はんだペーストおよびはんだボールの
少なくとも一部または全部が溶け、回路基板に形成され
た下にある導電性パッドに融合する温度に加熱される。
それ故ICはICの外部リードの必要なく基盤に接続され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ICを基板に接続するBG
Aおよび同様なシステムの使用は多くの利点を有する一
方、プリント配線板(PWB)または他の基板に電気的コ
ネクタまたは同様な構成要素を実装する対応した手段が
まだ開発されていなかった。はんだボールの基板係合面
がほぼ平坦な実装境界面を形成するため同一平面にある
ことが大部分の状態で重要であり、そのため最終応用に
おいてボールは平面プリント回路板基板に平らにリフロ
ーおよびはんだ付けするであろう。与えられた基板にお
けるはんだの同一平面性の何らかの重要な差異は、コネ
クタがプリント回路板上にリフローされるとき、不十分
なはんだ付け性能をもたらし得る。
【0006】コネクタを基板にはんだ付けすることに存
在する他の問題は、コネクタがしばしば例えば多くの空
洞を有する比較的複雑な形状の絶縁性ハウジングを有す
ることである。かかるハウジングにおける残余の応力が
モールド工程から、接点挿入の結果として応力の増強か
ら、あるいは両者の組合せからもたらされ得る。これら
のハウジングは、最初にあるいははんだボールをリフロ
ーするために必要な温度のような、SMT工程に必要な温
度に加熱のもとで歪まされまたは捻られるようになる。
ハウジングのかかる歪みまたは捻れはコネクタ組立体お
よびPWB間の不一致を起こし、はんだボールのような表
面実装要素がはんだ付けに先立ってはんだペーストと十
分に接触せず、またはPWBに接近しないので信頼出来な
いはんだ付けを結果としてもたらす。
【0007】BGAパッケージの1つの欠点は、コネクタ
ハウジングに使用される物質の熱膨張係数(CTE)がPWB
のCTEから非常に異なることである。異なるCTEははんだ
結合およびワイヤ接合に応力を起こすことにより電気的
接続の性能および信頼性に影響し、それによりパッケー
ジに接続されるべきであるPWBまたはICチップおよびチ
ップ担体の変形および歪みを導く。熱変化中CTE不一致
により作られる差変移が大きいと、システムの電気的完
全性に大きな懸念がある。
【0008】BGAパッケージは処理、試験およびはんだ
付け中高温にさらされる。従って、パッケージが信頼で
きる電気的接続を妨げまたは低下することなく、高温変
化に耐えることのできることが重要である。それ故、表
面実装技術ににより基板に高密度電気的コネクタを信頼
できかつ効率的に実装する必要が存在する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はコネクタおよび
下に位置する回路板の熱膨張係数の差の影響を減少する
コネクタに向けられる。本発明によるコネクタは公知の
回路板または同等物に取付けられ、電気的構成要素また
は相手コネクタを受入れることができる。本発明は、好
ましくはボールグリッドアレイ(BGA)表面実装技術を
使用する。
【0010】本発明による電気的コネクタは高いI/O密
度およびSMT技術により回路基板への信頼できる取付け
を提供する。これらのコネクタは実装インターフェイス
に沿って高い同一平面性を発揮する。コネクタの表面実
装インターフェイスの同一平面性は、応力増強が回避さ
れる絶縁性コネクタハウジングを提供することにより維
持される。本発明は他の点で応力増強を起こす熱サイク
リングにより起こされる変形または歪みを調節する。コ
ネクタに最も大きな変形が予想される領域に対応してい
る順応区分を組込むコネクタハウジングを提供すること
により、コネクタは応力増強を回避する。発明のこの態
様により、ハウジングはコネクタの中立点(NP)から最
も遠い位置(即ち角のまわり)に切り込みまたはスロッ
トを有する。この配列の手段により、ハウジングの歪み
および捻れを最小にするように応力増強が避けられる。
【0011】本発明の電気的コネクタは、電気的導電性
物質を基板に融解可能にすることにより1つまたはそれ
以上の端子が接続可能であるものである。この融解可能
な電気的導電性物質ははんだのかたまりであり、好まし
くは端子および回路基板間の電流経路を提供するように
リフローされ得るはんだボールを含む。
【0012】本発明の上記および他の態様は添付図面と
組合せて考察するとき、以下の発明の詳細な説明から明
かになるであろう。
【0013】
【発明の実施の形態】全般的に、本発明は一例としてボ
ールグリッドアレイ(BGA)技術を使用する回路基板に
好ましくは表面実装される電気的コネクタを提供する。
本発明によれば、コネクタのハウジングは、PWB、PCBま
たは半導体チップのような基板に取付けられまたは積層
されるとき歪みを防ぐため、ハウジングの選択された位
置にスロットまたは他の形にされた特徴を有する。
【0014】BGAコネクタのような、通常のインターフ
ェイスコネクタの斜視図が図1に示される。図2は例示
的インターフェイスコネクタの底部斜視図である。BGA
パッケージ10は適当な誘電体物質で作られたハウジング
15を含む。複数の接点11は一端が基板の下表面に隣接し
てハウジングを通して延びる。接点は銅合金のような電
気的に導電性物質を含む。はんだボールのような融解可
能な要素35が接点の表面に、およびハウジング15の底の
孔40内の少なくとも部分的に融解される。導電性はんだ
ボール35はリフロー工程中接点を冶金学的にぬれさせ
る。なお特に、フラックスが接点および/または孔40に
適用される。それから球状はんだボール35が一時的にペ
ーストに置かれる。それから組立体はリフロー炉(示さ
れない)に挿入されかつ加熱される。これはボール35お
よびはんだペーストをそれらのそれぞれの接点の表面に
ぬらしかつ溶かし、全般的に球形を呈するようにさせ
る。導電性はんだボール35は1.0から1.8mmの程度であり
得るピッチ離間される。ここに引用文献として組込まれ
る国際公開番号WO98/15989(国際出願番号PCT/U
S97/18056)ははんだボールを接点および/または回路
基板に固定するさらに詳細な方法を記述する。接点はコ
ネクタのハウジングに一連の列およびコラムを形成す
る。はんだボールは接点に溶融したとき、好ましくは全
て同じ高さをもつ。これは下に位置するプリント配線板
(PWB)への適当な接続を確保する。
【0015】完全にフローし、即ち完全に溶けかつそれ
から再凝固し、あるいは部分的にリフローするはんだで
形成されたどんなボールも使用され得る。例はスズビス
マス63−37共晶、および183℃の範囲の温度でリフロー
する他の新しいはんだである。ここに使用されるはんだ
リフロー工程は全般的にはんだボール35を225℃から240
℃まで加熱する。
【0016】導電性はんだボール35は、はんだボール35
を接点に融解する同じはんだリフロー工程、またはその
後のリフローステップのいずれかで使用している下に位
置する組立体またはPWBに接続される。PWBはパターンに
配列された複数の接点パッドを有する。導電性はんだボ
ール35ははんだ結合を形成するため接点パッドに接続す
る。実装工程の後、はんだ結合ははんだ体積およびぬれ
面積により定義された平たくされた球形をとる。基板の
下面の導電性はんだボール35の数および配列は入力/出
力(I/O)、パワーおよび接地接続を含んでいる回路要
求に依存する。
【0017】なお特に、BGA組立体10は、その上に導電
性パッドのアレイを有する予め製造された回路板に接続
される。はんだペーストは回路板パッドに(ステンシル
およびスクイージーを使用して)スクリーンされる。配
置機械(示されない)ははんだペーストの頂部に組立体
10を置き、結果として構成体はリフロー炉(示されな
い)で加熱される。それからボール35は回路板パッドに
リフローする。
【0018】ハウジングは接点が挿入され得る複数の通
路25を含む。通路25は好ましくはリフローまで接点をハ
ウジング内に摩擦的に保持する。この方法において、接
点はBGAパッケージが結局BGA実装技術を使用して接続さ
れる下に位置するPWBに電気的に接続される。かくし
て、例えばコネクタは板から板への相互接続を提供す
る。
【0019】コネクタ10は相手コネクタ(示されない)
の案内を援助するためコネクタの周囲に関して配置され
た壁を持ち得る。壁は相手構成要素と適当な係合を確保
するに適する鍵形態(示されない)を含み得る。
【0020】PWBのような基板、およびコネクタ10の熱
膨張係数(CTE)の差、および溶融可能な要素35の同一
平面性は大規模アレイコネクタで2つの重要な考慮すべ
き問題がある。CTE差はコネクタ10およびPWB即ち基板を
結合するはんだ結合に応力を導入し得る。はんだ結合応
力はコネクタ10の熱信頼性を潜在的に減少する。CTEは
またコネクタ10を歪ませ得る。コネクタ歪みは相手コネ
クタを潜在的に誤配列し、それは必要なピーク挿入力を
増大する。コネクタ歪みはまた、コネクタを基板に結合
する融解可能な要素35の完全性に影響する。
【0021】本発明によれば、コネクタの中立点(NP)
からの最大距離の位置がはんだ結合を損傷し得る応力を
吸収するように領域を曲げることを許容する状態にされ
る。言い換えれば、ハウジングが強くなく、容易に曲が
るようにする。これははんだ結合応力を減少し、それに
より歪みを調節する。典型的に、ハウジング15のかどは
中立点に対する最大距離(DNP)を含む。調節はハウジ
ングの切り込み領域を含み得る。
【0022】図3は本発明による例示的BGAインターフ
ェイスコネクタの側面図であり、図4は図3のBGAイン
ターフェイスコネクタの斜視図であり、図5は図3のBG
Aインターフェイスコネクタの底部斜視図である。ハウ
ジング15は側壁に開口12を有し、それは所望の軸線(典
型的に回路基板の面に直角)に沿って従順であることを
許容するように所望の位置に置かれる。結果として、コ
ネクタ10およびその実装基板(下に位置するPWBのよう
な)間のはんだ結合応力の減少がもたらされる。かくし
て熱サイクリング中、PWB基板およびコネクタ10の熱膨
張係数の差の影響が最小化される。さらに接点の同一平
面性が改善される。開口12の近くのハウジング15の領域
が曲がりがちであるので、好ましくはこれらの位置に隣
接したハウジング内に接点が置かれない。
【0023】ハウジング15のフレームにおける物質の分
裂は任意の形であり得、所望の効果を与えるためにフレ
ームの任意の場所に位置付けられることが注目されるべ
きである。
【0024】
【発明の効果】本発明はコネクタハウジングにスロット
または切り込みを設けることによりCTE不一致の影響を
処理する。かくして、本発明は機能不全機械、CTE不一
致の信頼性を解決する。
【0025】本発明はBGAに関して記述されたが、μBGA
のような他のパッケージ、および他のチップスケールグ
リッドアレイ(CSGA)型パッケージ、フリップチップ、
およびC4型接続にも本発明を使用され得る。
【0026】ある特定の実施例を参照して図示され、記
述されたが、本発明はそれにもかかわらず示された詳細
に限定されることを意図されない。むしろ、請求の範囲
に等価な範囲内で発明から逸脱することなく種々の修正
が詳細になされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常のBGAインターフェイスコネクタの上部斜
視図である。
【図2】図1のBGAインターフェイスコネクタの底部斜
視図である。
【図3】本発明による例示的BGAインターフェイスコネ
クタの側面図である。
【図4】図3のBGAインターフェイスコネクタの斜視図
である。
【図5】図3のBGAインターフェイスコネクタの底部斜
視図である。
【符号の説明】
10…パッケージ 11…接点 12…開口 15…ハウジング
25…通路 35…ボール 40…孔

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングと複数の表面実装接点と、 ハウジング内に剛性を減少された領域とを含む電気的コ
    ネクタ。
  2. 【請求項2】 ハウジング内に剛性を減少された領域が
    コネクタの中立点から最も遠い位置に位置付けられる請
    求項1による電気的コネクタ。
  3. 【請求項3】 剛性を減少された領域の各々が切り込み
    およびスロットの1つを含む請求項1による電気的コネ
    クタ。
  4. 【請求項4】 剛性を減少された領域が応力を吸収しか
    つ歪みを調節するように配置される請求項1による電気
    的コネクタ。
  5. 【請求項5】 ハウジングが誘電体物質を含む請求項1
    による電気的コネクタ。
  6. 【請求項6】 表面実装接点がはんだボールを含む請求
    項1による電気的コネクタ。
  7. 【請求項7】 表面実装接点がボールグリッドアレイ表
    面実装接点を含む請求項6による電気的コネクタ。
  8. 【請求項8】 フレームと、 フレーム内に剛性を減少された領域とを含む電気的コネ
    クタのハウジング。
  9. 【請求項9】 剛性を減少された領域がコネクタの中立
    点から最も遠い位置に位置付けられる請求項8によるハ
    ウジング。
  10. 【請求項10】 剛性を減少された領域の各々が切り込
    みおよびスロットの1つを含む請求項8によるハウジン
    グ。
  11. 【請求項11】 剛性を減少された領域が応力を吸収し
    かつ歪みを調節するように配置される請求項8によるハ
    ウジング。
  12. 【請求項12】 コネクタの中立点を決定し、 中立点に関連した位置でハウジングの一部を除去するこ
    とを含む電気的コネクタのハウジングの剛性を減少する
    方法。
  13. 【請求項13】 位置が中立点から最も遠い請求項12に
    よる方法。
  14. 【請求項14】 位置が応力を吸収しかつ歪みを調節す
    るように位置付けされる請求項12による方法。
  15. 【請求項15】 一部がスロットおよび切り込みの1つ
    である請求項12による方法。
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US09/460007 1999-12-13
US09/460,007 US6830462B1 (en) 1999-12-13 1999-12-13 Electrical connector housing

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EP (1) EP1109265B1 (ja)
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AT (1) ATE355635T1 (ja)
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