JP2009070712A - コネクタの表面実装構造及びコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合にも、高精度でコンタクトピンをパッド上に配列できるコネクタの表面実装構造を提供する。
【解決手段】コンタクトピン２０の一端は、ハウジング３０から外部に伸びて直進した後、プリント基板４０に向かいその直上で屈曲し、その先に接続部２１を形成する。接続部２１はプリント基板４０に対して平行に位置し、パッド４１にその底面を接地させることで半田による固着を確保する。突条部２２は、接続部２１から下方向に突出した舌片状の嵌合部であり、パッド４１に備わる貫通孔４２に嵌合する。突条部２２はコンタクトピン２０をパッド４１内の正しい位置に誘導する機能を有するものであり、打ち抜き加工によって形成されるので加工精度が良く、多数個並列するコンタクトピンは挟ピッチで並ぶ対応するパッドに正確に整列し得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コネクタの表面実装構造及びコネクタに関するものである。詳しくは、挟ピッチコネクタの半田による固着を確実に行なえるコネクタの表面実装構造及びコネクタに関するものである。

チップ部品やＱＦＰ等のＩＣパッケージをプリント基板に実装する方法として、表面実装技術が広く利用されている。この時、外部モジュールとの接続に用いられる電気コネクタ（以下単にコネクタと言う。）も表面実装方法によって取り付けられる。

このようなコネクタは、多くの場合、多数のコンタクトピンを挟ピッチで有している。コネクタをプリント基板上の所定の位置に載置したとき、コンタクトピンの接続部がプリント基板上のパッド内に位置することで、その後リフロー工程の半田固着によって、コンタクトピンとパッド間で電気的機械的接続が行なわれるわけである。

ここで、コンタクトピンの接続部がパッド内に確実に位置するようにした技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術によれば、パッドに接続するコンタクトピンの接続部には、接続部の一端から下方向に延出する突条部を備え、対応するプリント基板のパッドには、この突条部を受け入れる貫通孔が穿設されている。

そして、コネクタをプリント基板に載置する手順は、まずコンタクトピンの接続部をプリント基板のパッドの範囲内に収まるように調整し、収まったならば次は、この位置から突条部が貫通孔に嵌まり合うように更に微調整を行なう。このようにして嵌まり合ったならば今度は、この位置から下方向に軽く押し込む力を加える。そうすると突条部が貫通孔の内面に案内されながら奥へと収まり、両者は嵌まり合う。この一連の動作の中で、突条部は、コンタクトピンの位置を正しい位置へと修正する働きをする。即ち、加工精度のばらつきや、組立て精度のばらつきで生じているコンタクトピンの位置振れが突条部で修正されて、コネクタに並設されたコンタクトピンは、プリント基板のパッドの予定する位置に整然と配列されるようになっている。
実開平３−５２９６４号公報

この技術によると、コンタクトピンの接続部に備わる突条部は、金属板から成るコンタクトピンの先端を曲げ加工によって、９０度屈曲して得られるものであり、突条部の加工精度が、打ち抜き加工や、削り出し加工によるものに比べて些か劣ることは否めない。そのため、突条部及び接続部も含めてコンタクトピンの加工形状は、打ち抜き加工等によって得られたものと比べて、細部のばらつきが大きいものとなっている。

一方、挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合には、従来以上にコンタクトピンの加工精度及び組立て精度が要求され、それに伴うコンタクトピンの位置振れを修正する突条部の加工精度も高品位のものが要求されることとなる。

従って、本発明の目的は、コネクタをプリント基板に表面実装する際に、挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合にも、高精度でコンタクトピンをパッド上に配列できるコネクタの表面実装構造及びコネクタを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明のコネクタの表面実装構造は、プリント基板上に固定されたコネクタのハウジングからコンタクトピンが延出し、該プリント基板に形成されたパッドに接続する接続部を該コンタクトピンに備え、該接続部と該パッドとが半田で固着されるコネクタ表面実装構造において、前記コンタクトピンは打ち抜き加工で形成され、前記接続部の前記パッドに接する面には下方向に突出する突条部を備え、前記パッドには該突条部に嵌め合う貫通孔が穿設されていることを特徴とするコネクタの表面実装構造である。

上述したコネクタの表面実装構造は、コンタクトピンが打ち抜き加工によって形成されるものであり、且つコンタクトピンの接続部に下方向に延出する突条部を備え、プリント基板のパッドには貫通孔を備えるものである。コンタクトピンの加工精度は曲げ加工によるものよりも高品位であるから、突条部はコンタクトピンの所定の位置に精度よく形成されている。従って、挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合にも、高精度でコンタクトピンをパッド上に配列することができる。

ここで、突条部は、コンタクトピンの接続部から延出するもので、接続部の一部から延出する場合の他、接続部の全長に亘って延出する場合であってもよい。延出方向は接続部に対して直角方向が好ましいが、直角方向に限るものではない。また、突条部の形状は、いろいろな形を採り得るものであって、舌片状の他、半円形状、或いは台形状等であってよい。

また、貫通孔はパッド内に穿設されていて、接続部が対応するパッドの直上に正確に位置するときに、突条部と貫通孔とは嵌め合う位置で正体する。貫通孔の内面はメッキで処理されていて、このメッキ面はパッドを形成する金属部分と電気的につながっている。

従って、コンタクトピンとパッドとの電気的機械的接続は、接続部とパッドとの接続の他に、突条部と貫通孔との接続によっても確保され、二重の接続によって信頼性が高められている。

ここで、突条部と貫通孔との電気的機械的接続を担保するためには、突条部の最大幅は、貫通孔の口径とほぼ同じか、やや大きい目が好ましいが、上述したように、両者は対になって、コンタクトピンの位置をパッド上の正しい位置（設計上の位置）に誘導するための位置修正の機能をも担うものでもあるから、両者の嵌め合いが窮屈であってはならない。一方両者の接続は、最終的には予めパッド面に塗布されたクリーム半田の固着によって、もたらされるものであるから、突条部と貫通孔内面との間に接触点がない場合でも、両者が近接していれば、電気的機械的接続は、溶融した半田の濡れ性によって達成され得るものである。

従って、コネクタのプリント基板への装着の容易性と、リフロー半田による実装時の半田の濡れ性とを考慮すると、突条部の最大幅は、貫通孔の口径に対してやや小さい目が好ましい。また、突条部の長さは、貫通孔の長さとほぼ等しい程度が好ましい。

ここで、リフロー半田方式について説明しておく。予めパッド面に塗布されたクリーム半田が、リフロー炉（熱源は熱風又は赤外線）を通過することによって溶出し、コンタクトピンの接続部とパッドとの間、及び突条部と貫通孔の内面との間に拡がり、半田の良好な濡れ性によって両者を強固に電気的機械的に接続するものである。

本発明によれば、コネクタをプリント基板に表面実装する際に、コンタクトピンの接続部に備わる突条部によって、コンタクトピンはパッド上の正しい位置に誘導されるので、挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合にも、高精度でコンタクトピンをパッド上に配列できるようになる。また、コンタクトピンの平坦度（コプラナリティ）が多少ばらついていても、突条部が貫通孔に接続し得る範囲であれば、電気的機械的接続は確保されるので、許容されるコンタクトピンの平坦度の規制範囲を緩和することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態のコネクタ及びプリント基板の外観斜視図である。図２は突条部が貫通孔に嵌め合った状態の断面図である。

コネクタ１０は、金属板をメッキして得られるコンタクトピン２０と、コンタクトピン２０を装着する合成樹脂製のハウジング３０とから成る。また、後ほど詳述するが、プリント基板４０には、コンタクトピン２０と電気的機械的に接続するパッド４１を備え、パッド４１には、貫通孔４２が備わっている。

ハウジング３０は、一面に開口部３１を有する箱体状のもので、コンタクトピン２０を収容する収容室３４を備え、収容室３４を画成するように四方に側面３２を備え、開口部３１に正体する位置に底面３３を備えている。底面３３は、側面３２を塞ぐと共に所定の位置でコンタクトピン２０を保持している。

コンタクトピン２０は、厚さ０．５ミリメートル程の金属板の打ち抜き加工によって形成される。金属板は、黄銅、りん青銅、或いはベリリウム銅等の良電導体で、且つ剛性のある銅合金が好ましく、表面は半田濡れ性を良くするために錫メッキ等で表面処理するのが好ましい。コンタクトピン２０は金型による打ち抜き加工によって形成されたものなので、その形状は型通りに作られており、各部の形状は金型精度を反映し高い精度を有するものである。尚、上述した金属種やメッキ方法は実施例であって、本発明の技術的範囲は、金属板の金属種、表面処理の方法等を上述したものに限定するものではない。

コンタクトピン２０の一端は、ハウジング３０から外部に伸びて直進した後、プリント基板４０に向かい、その直上で屈曲してその先に接続部２１を形成する。他端は、ハウジング３０に収容されて、対応するコネクタ（図示しない）との嵌め合いを待ち受けるコンタクト部２３を形成する。

接続部２１は、コネクタ１０をプリント基板４０に載置した際、プリント基板４０面に対して平行に位置し、プリント基板４０に形成されたパッド４１にその底面（紙面下方向）を接地させることで、半田による固着を確保する。パッド４１面には予めクリーム状の半田が塗布されている。

接続部２１は、後にリフロー炉を通過することで、溶融した半田の固着によってパッド４１と電気的機械的に接続するところである。半田による固着を確実にし、固着強度を確保するために、接続部２１はパッド４１の長さに相応しい長さを有している。また、接続部２１はその下辺に突条部２２を備えている。

突条部２２は、接続部２１の下辺の中央部から下方向に延出した舌片状の嵌合部である。突条部２２は、コンタクトピン２０本体と一体で打ち抜き加工によって形成されるものであり、本体と同じように金型精度を反映した高い精度で形作られている。即ち、突条部２２は、接続部２１の所定の位置に正確に所在し、そこから正確に所定の角度（本実施の形態では９０度）を持って延出しているものである。

従って、パッド４１に設けられた貫通孔４２の縁に、突条部２２の先端を合わせて、その合わさった所から奥に押し収めることで、接続部２１はいくらかの位置の修正を受けながら、自ずとパッド４１の予定する位置（設計上の位置）に接地することとなる。

コネクタ１０をプリント基板４０に載置する手順を、打ち抜き加工によってコンタクトピン２０と一体で突条部２２を形成することの作用上の利点に触れつつ、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。指示する方向を明確にするために図２の紙面上で方向を定義する。紙面の矢印上方向を上とし、矢印下方向を下とし、矢印右方向を前とし、矢印左方向を後とする。

コンタクトピン２０は、金属板を金型で打ち抜いて形成されるものであるから、紙面を貫く方向にかかる力に対しての剛性力に比べて、前後方向、或いは上下方向にかかる力に対しての剛性力は、材料一般の特性上強く発揮されるものである。即ち、突条部２２は、前後方向にかかる外力に対して強い剛性力を作用させる。この特性は、貫通孔４２の縁に突条部２２の先端を合わせて、接続部２１をパッド４１の予定する位置に接地させる、この一連の動作の中で、効果的に発揮されるものである。

つまり、コネクタ１０をプリント基板４０に載置する際には、コネクタ１０の長手方向に亘って配列されたコンタクトピン２０を、プリント基板４０に対して平行にし、対応するパッド４１に正体する位置で保持する。そして、全てのコンタクトピン２０が対応するパッド４１に接地するようにコネクタ１０をその姿勢のまま降下させていくのだが、この時、まず初めに全ての突条部２２の先端が僅かに貫通孔４２に嵌まり合うように、コネクタ１０を前後方向及び左右方向に僅かに動かしながら、両者が嵌まり合う位置を割り出す。全ての突条部２２の先端が、貫通孔４２の縁内に収まる位置を割り出した時に、コネクタ１０を降下させてプリント基板４０へ載置する。この時同時に、ハウジング３０に備わる図示しない保持具もプリント基板４０に形成された図示しない係合孔に嵌まり合う。

このようにして、コネクタ１０をプリント基板４０に載置した時に、接続部２１は対応するパッド４１の予定する位置に在り、挟ピッチで並列するコンタクトピン２０は、全て対応するパッド４１に接続する状態にある。ここで、上述した両者が嵌まり合う位置を割り出す際のコネクタ１０の微調整は、全ての突条部２２の先端が貫通孔４２に嵌まり合うように行なわれるが、位置振れの大きいコンタクトピン２０が在って、僅かに貫通孔４２の中心から外れた位置に突条部２２が位置する場合に、突条部２２は貫通孔４２の内面と摺動し、位置外れが大きい場合には、この摺動による抵抗力は、突条部２２を上方向に突き上げるように作用し、この突条部２２の進入を妨げる。

この時、本実施の形態のコンタクトピン２０は、上述したように上下方向への変化に対する剛性力が強く発揮されるため、この突き上げ力に対して相当の範囲まで抗することができる。一方、コンタクトピンを曲げ加工によって形成し、突条部をコンタクトピンの先端の屈曲によって形成する従来技術の場合には、上述したように、上下方向の変化に対する剛性力は弱いため、この突き上げに抗しきれずに屈する場合の限界は低い。

従って、曲げ加工によって突条部を形成する従来技術によるコンタクトピンが、上述した突き上げ力に抗しきれずに、コンタクトピンがパッドから浮き上がるようなときでも、本発明の実施の形態のコンタクトピンならば、このような突き上げ力に抗するため、予定通りに突条部２２を貫通孔４２に嵌め合うことができる。

即ち、工程上不可避的な作用によってコンタクトピン２０に位置振れが生じた場合、本発明の実施の形態のコンタクトピン２０は、従来技術によるものに比べてその位置振れの許容範囲は大きいものである。このことは、見方を変えれば本発明の実施の形態のコンタクトピン２０は、より挟ピッチの表面実装に対応する技術であるということである。また、コネクタ１０の製造の現場から見ると、コプラナリティ等の寸法管理の規制値の範囲を緩和し得ることを意味している。

次に、図３及び図４を参照しながら突条部２２の作用を詳細に説明する。図３は本発明の実施の形態のコネクタをプリント基板に搭載した状態の正面図である。（Ａ）はプリント基板に反りがない状態である。（Ｂ）はプリント基板に反りがある状態である。図４は本発明の実施の形態の接続部とパッドとの嵌め合い部を拡大した断面図である。（Ａ）は図３の（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。（Ｂ）は図３の（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

コネクタ１０をプリント基板４０に固定させるために、上述したよう、コネクタ１０を所定の位置に載置したプリント基板４０をリフロー炉に通して、パッド４１に予め塗布しておいたクリーム状の半田を溶融させることによって、コンタクトピン２０をパッド４１に固着させる。

図３の（Ａ）（図４の（Ａ））はプリント基板４０に反りがない場合で、全てのパッド４１にコンタクトピン２０の接続部２１が接地していて、貫通孔４２には、奥深くまで突条部２２が嵌合している。予めパッド４１面に塗布しておいた半田によって接続部２１とパッド４１とが溶融した半田によって固着されている。同時に、貫通孔４２に嵌合した突条部２２も、貫通孔４２の内面との間で溶融した半田によって固着されている。

このように、接続部２１とパッド４１との固着の他に突条部２２と貫通孔４２との固着が実現されており、コンタクトピン２０とパッド４１との間には、二重の強固な電気的機械的接続が確保されている。

また、図３の（Ｂ）（図４の（Ｂ））はプリント基板４０に反りがある場合で、パッド４１とコンタクトピン２０との間で、パッド４１に接続部２１の底面が接地していない箇所が生じている。このように隙間が生じていても、貫通孔４２に嵌まり合っている突条部２２の先端部分で、貫通孔４２の内面と突条部２２との間は、溶融半田で接続されている。この時、貫通孔４２の内面を構成するメッキ層は、パッド４１を形成する金属部と電気的につながっているので、この部分の接続によって、コンタクトピン２０とパッド４１との間の電気的機械的接続は確保されていることとなる。

このように、プリント基板４０に反りが生じていて、接続部２１とパッド４１との間に多少の隙間がある場合でも、貫通孔４２に突条部２２の先端が嵌まり合っている範囲がある限り、その間で溶融半田による固着が実現され得るので、コンタクトピン２０とパッド４１とは、予定通り電気的機械的接続が確保されることとなる。

従って、本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１ａ）コンタクトピンの接続部に突条部を備えているので、コンタクトピンのパッドへの位置合わせが容易に行なえる。
（２ａ）コンタクトピン及びこれに備わる突条部は、打ち抜き加工で形成されているので、突条部を含めてコンタクトピン全体が精度良く形作られている。よって、コネクタをプリント基板に表面実装する際に、挟ピッチで多数個のコンタクトピンが並列するコネクタの場合にも、高精度でコンタクトピンをパッド上に配列できる。
（３ａ）プリント基板に反りがあって、コンタクトピンとパッドとの間に隙間が生じていても、突条部の先端が貫通孔に嵌め合っている限り、溶融半田によってコンタクトピンとパッドとは、電気的機械的な接続が確保され得る。
（４ａ）上記（３ａ）に記載の作用、効果は、コンタクトピンが上下方向へばらつく場合にも作用するので、コンタクトピンの平坦度（コプラナリティ）の許容範囲を大きくすることができる。

なお、本発明は上記で説明した実施の形態に限定されるものではなく、以下のような別の実施の形態（別例）に変更した場合にも本発明の技術的範囲に含まれる。また、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
（１ｂ）上記の実施の形態では、コンタクトピンは、ハウジングから直進し、その後、垂直に下方向に伸びて、プリント基板面に接するところで再び直角に曲がって接続部につながる形状をしているが、この形状に限るものではない。図５に示すように、コンタクトピンが略Ｓ字状であってもよい。このような形状を採る場合にも、概ね上記（１ａ）〜（４ａ）に記載の効果を奏し得る。
（２ｂ）上記の実施の形態では、突条部の形状は、舌片状で接続部から垂直に延出しているが、舌片状に限るものではなく、また、接続部から垂直に延出するものに限るものではない。図６に示すように、台形状や半円状であってもよく、また、突条部が接続部からやや傾いて延出するものであってもよい。このような場合にも、概ね上記（１ａ）〜（４ａ）に記載の効果を奏し得る。

本発明の実施の形態のコネクタ及びプリント基板の外観斜視図である。 本発明の実施の形態の突条部が貫通孔に嵌め合った状態の断面図である。 本発明の実施の形態のコネクタをプリント基板に搭載した状態の正面図である。（Ａ）はプリント基板に反りがない場合である。（Ｂ）はプリント基板に反りがある場合である。 本発明の実施の形態の突条部とパッドとの嵌め合い部の断面図である。（Ａ）は図３の（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。（Ｂ）は図３の（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の他の実施の形態の要部の断面図である。 本発明の他の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１０ コネクタ（電気コネクタ）
２０ １２０ コンタクトピン
２１ 接続部
２２ １２２ ２２２ ３２２ 突条部
２３ コンタクト部
３０ ハウジング
３１ 開口部
３２ 側面
３３ 底面
３４ 収容室
４０ プリント基板
４１ パッド
４２ 貫通孔

Claims (2)

1. プリント基板上に固定されたコネクタのハウジングからコンタクトピンが延出し、
   該プリント基板に形成されたパッドに接続する接続部を該コンタクトピンに備え、
   該接続部と該パッドとが半田で固着されるコネクタ表面実装構造において、
   前記コンタクトピンは打ち抜き加工で形成され、
   前記接続部の前記パッドに接する面には下方向に突出する突条部を備え、
   前記パッドには該突条部に嵌め合う貫通孔が穿設されていることを特徴とするコネクタの表面実装構造。
2. 請求項１に記載のコンタクトピンを備えたコネクタ。

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