JP2010530601A - 表面実装型デバイスを相互接続するコネクタ及び回路基板 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、表面実装型デバイスの一面に配置された少なくとも１個の端子を回路基板の対応する基板コンタクトに電気接続するためのコネクタと、電子モジュールを製造する方法に関する。コネクタ（１１４）は、表面実装型デバイス（１１２）の一面に配置された少なくとも１個の平坦な端子（１３０）を回路基板（１０２）の対応する基板端子（１０８）に電気接続するためのものである。コネクタは、少なくとも１個の相互接続要素（１１８）と、少なくとも１個の相互接続要素を実装するためのコネクタハウジング（１１６，１２６）とを具備する。相互接続要素は、少なくとも１個の基板コンタクトに接続可能であると共に、表面実装型デバイスの少なくとも１個の端子に解除可能に電気接触するよう構成されている。相互接続要素は、箔状搬送部材（１２０）によりハウジングに取り付けられている。

Description

本発明は、表面実装型デバイスの一表面に配置された少なくとも１個の端子を回路基板の対応する基板コンタクトに電気接続するためのコネクタに関する。本発明はさらに、少なくとも１個の回路実装型デバイス及び本発明に従ったコネクタを使用する回路基板を具備する電子モジュールを製造する方法に関する。

普通の印刷回路基板（ＰＣＢ）の製造は、今日、回路基板に表面実装型デバイス（ＳＭＤ）を実装するために表面実装技法（ＳＭＴ）を使用する。ＳＭＴにおいて、導電パッドは印刷回路基板の表面に配置され、半田ペーストはパッド上にスクリーン印刷され、吸着機械が１個以上のＳＭＴ部品を基板上の正しい場所に、ＳＭＤの端子が通常は若干の接着性を有する半田ペーストに接触した状態でそれぞれ載置する。次に、ＰＣＢ組立体を半田リフロー炉内に載置する。半田リフロー炉は、ＰＣＢ及び部品を半田ペーストが流動化する温度まで加熱することにより、部品の端子及びＰＣＢのパッド間に恒久的電気接続部を形成する。次に、ＰＣＢ組立体の経年腐食を防止するために、腐食フラックス材料を含む余分な半田ペーストを除去する必要がある。この方法は、通常は水ベースである液体半田フラックス除去溶液にＰＣＢ組立体を浸漬することにより実行される。

リフロー工程の間、ＩＣを有する印刷回路基板は、従来の方法では約240℃のピーク温度に達する。この加熱工程は、高温暴露により、かなりのパーセンテージのＩＣが不良になるという結果となる。しかし、印刷回路基板上の１個の不良ＩＣは、完全な電子モジュールの作り直し又は廃棄の必要があるという結果となる。これは、特にメモリモジュールにとっては著しい欠点である。

また、最近の環境規制の最中で、半田工程における鉛の使用に関する規制のため、確立した半田工程を再評価する必要がある。鉛フリー半田ペーストは、より高いリフロー温度を要求するので、廃棄率が高くなるという結果になる。

勤続ピン又は半田を使用することなく高密度基板部品用の相互接続方法を提供するために、いわゆる金属粒子相互接続（ＭＰＩ）を使用することが知られている。金属粒子相互接続材料は、パッケージデバイスのコンタクト及び印刷回路基板のランディングパッドコンタクトと整列する小さな微小柱に形成される。ＩＣを保持するフレームにより機械的に圧縮されると、圧縮された柱の内部の金属粒子は、結合してコンタクト間に導電経路を形成する。例えば、米国特許第６３２５５５２号は、光トランシーバ用のこのような無半田の相互接続の使用を示す。

他方、非導電性キャリアハウジング及び弾性Ｃ字状相互接続要素を有する相互接続デバイスを提供することが知られている。弾性Ｃ字状相互接続要素は、電気接続され圧縮力を受けようとする２部品間に配置されることにより、電気接触を確立する。このような相互接続デバイスの一例は、米国特許第７１８６１１９号に示されている。

しかし、これらの公知の相互接続デバイスは、その製造に時間を要し、コスト高となるという不利がある。

従って、本発明に内在する課題は、表面実装型デバイスの少なくとも１個の端子を回路基板の対応する基板コンタクトに電気接続するためのコネクタを提供することである。この回路基板は、特に簡単で低コストで製造でき、同時に極端に小さなピッチ寸法を有する場合に特に表面実装型デバイスの信頼性の高い電気接触を可能にする。

上述の目的は、独立請求項の特徴的事項によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の特徴的事項である。

本発明は、表面実装型デバイスの少なくとも１個の平坦な端子を回路基板の対応する基板コンタクトに電気接続するためのコネクタが、信頼性が高くかつ導電性を有し一側で基板コンタクトに、他側で表面実装型デバイスに、それぞれ接続可能である少なくとも１個の相互接続要素を実装するためのコネクタハウジングを具備すると、及びこの相互接続要素が箔状搬送部材によりハウジングに固定されると、特に簡単に且つ信頼性高く製造できるという技術的思想に基づいている。

特に、端子の大きな列に電気接続する際に、導電相互接続要素が、完全自動リール対リール方法を使用しても、搬送部材に極めて精確な方法で取り付けることができる。

さらに、本発明に従ったコネクタは、実装された相互接続要素がハウジングに固定された状態で貯蔵することができる。

組立状態である程度の移動の自由度を可能にするために、相互接続要素は、機械的圧縮のみを介して回路基板に電気接触するように形成することができる。

或いは、相互接続要素を基板コンタクトに半田付けできるような方法で製造する際に、印刷回路基板に対して特にしっかりとして接続することができる。さらに、印刷回路基板配置は、次の無半田製造工程でＩＣ部品に嵌める必要のみで前もって製造することができる。

本発明の有利な展開形によれば、ハウジングは、表面実装デバイスを収容するために形成されるフレームを具備する。このため、実装された部品の機械的に十分な保護が確保されるので、追加の封止を伴うことなく、裸のシリコンダイを直接使用することができる。フレームに金属層、例えば外方面を設けることにより、コネクタは、電磁擾乱に対してＩＣを遮蔽保護として使用することができる。特に、これは、高周波用途又はひどく汚染された領域での使用にとっては極めて重要である。

相互接続要素に対して表面実装型デバイスを整列するための整列構造を設けることにより、実装の許容差は、コネクタ自体で定めることができると共に、次の組立工程の間、正確な位置決めの負担を軽減する。

弾性材料から箔状搬送部材を製造する際に、コンタクト列により定められる平面（ｘ−ｙ方向）内での追加の移動自由度が提供される。

ｚ方向に弾性を付与し、しっかりとした電気接触を確保する特に簡単な方法は、相互接続要素をほぼＵ形状コンタクトとして形成することである。この相互接続要素は、Ｕ形状の各脚部に、端子と接触する接触領域と、基板コンタクトとをそれぞれ有する。

本発明の有利な展開形によれば、コネクタは、表面実装型デバイスを覆うため且つ実装状態で表面実装型デバイスを相互接続要素に押圧するためカバーを具備する。このようなカバーは多数の機能を有する。

第一に、カバーは、必要な接触力、すなわち表面実装型デバイスの全平面にわたる一様な電気接触のためのｚ方向に沿った力を与える。第二に、カバーは、表面実装型デバイスに機械的保護を与えるので、封止なしで裸のチップとして製造することができる。最後に、カバーは、熱伝導材料から製造されると、熱拡散器として作用することができる。

金属又は金属充填プラスチック材料等の導電材料からこのようなカバーを製造すると、表面実装型デバイスを電磁干渉から遮蔽するための閉じたファラデー籠を確立できる。

さらに、回路基板上に設けられた半田領域により、回路搬送体にコネクタを固定する半田工程の間、金属基部を使用することができる。

もちろん、コネクタを回路基板に固定する他の方法も可能である。例えば、スナップイン接続、接着接続、別のオーバーモールド、ねじ固定、又はリベット接続により、コネクタを固定することができる。

添付図面は、本発明の原理を説明する目的のために、本明細書に組み込まれ、本明細書に一部を形成する。図面は、本発明を例示されたものに限定するものとして解釈すべきでなく、本発明がどのように形成され使用されるかの例を説明するものである。別の特徴及び利点は、添付図面に示された本発明をより特定した以下の説明から明白であろう。

図１は、本発明に従った電子モジュール１００を示す分解斜視図である。

電子モジュール１００は、回路基板として印刷回路基板１０２を有する。図示の構成において、電子モジュール１００は、ＪＥＤＥＣ ＪＣ１１に従ったＤＩＭＭ184ピンのＤＤＲ1.27ＣＬＸＸ−１に実装されたメモリモジュールによって一例として代表される。

一般的に知られているように、印刷回路基板は、紙製印刷回路基板、グラスファイバ製印刷回路基板、低誘電性プラスチックを有する高周波基板、可撓性印刷回路基板、又はセラミック／金属製コア基板等の種々の材料からなっていてもよい。これらの材料全ては、本発明に従ったコネクタと共に使用するよう構成することができる。

図１に見られるように、印刷回路基板１０２の第１面１０４には、半田付け領域１０６及びコンタクト表面パターン１０８が設けられている。コンタクト表面パターンは、内部リード線（図１に図示せず）を介して外側（入出力）端子１１０に接続された「パッド」と称されることが多い複数の基板コンタクト１０８から構成される。各基板コンタクト１０８は、表面実装型デバイス（ＳＭＤ）１１２の端子に１個ずつ対応する。

本発明によれば、ＳＭＤ１１２は、コネクタ１１４を介して基板コンタクト１０８に接続されている。このコネクタ１１４は、弾性を有する導電性の複数の相互接続要素１１８を搬送するフレーム１１６から構成される。相互接続要素１１８は、箔状搬送部材１２０（図７に関して以下に詳細に説明される）に実装される。

本実施形態において、常に複数（１５個）の相互接続要素が帯状搬送部材１２０に実装され、６個の同形のコンタクトストリップ１３６がフレーム１１６内に実装され、図１に示される相互接続要素を形成する。各搬送部材１２０は、オーバーモールド１２４により金属基部１２２に固定され、フレーム１１６を形成する。

図１に示された典型的な実施形態によれば、相互接続要素１１８の列は、基板コンタクトパターン１０８の列構造をＳＭＤ１１２の下面と同じパターンに直接鏡映しにする。しかし、これは、必ずしも当てはまらない。Ｕ形状の相互接続要素１１８をあまり対称的でないやり方で構成することにより、ＳＭＤ１１２に現れる列構造の再分配は、回路基板１０２について実現可能である。

コネクタ１１４を印刷回路基板１０２に固定するために、金属基部１２２を半田付け領域１０６に半田付けすることができる。相互接続要素１１８及びパッド１０８間を、圧縮コンタクト（圧縮接続部）或いは半田コンタクト（半田接続部）により電気接続することもできる。

プラスチック製のオーバーモールド１２４は、相互接続要素１１８に対する表面実装型デバイス１１２の整列を可能にするように形状が決定される。

本発明によれば、コネクタ１１４は印刷回路基板１０２に半田付けされ、その後、さらに高い温度の工程を要しない。表面実装型デバイス１１２はフレーム１１６内で整列し、金属カバー１２６は基板コンタクト１０８上に表面実装型デバイス１１２を機械的に固定するために取り付けられることにより、ｚ方向に必要な圧縮を印加する。さらに、圧縮カバー１２６は、金属から形成されるので、同時に熱拡散器及び電磁遮蔽として作用することができる。図示の実施形態に従ったＳＭＤ１１２は、シリコンダイ及び追加の再配置層（ＲＤＬ）により形成される。

この再配置層は、単一層、又は誘電体層の内部に銅トレースを設ける多数の層から構成されることができる。この再配置層は、シリコンダイの周辺位置にのみ配置されるコンタクト端子が下面全体にわたって均等に分布することを可能にする。

図２は、実装完了状態の図１の電子モジュール１００を示す。図３は、全ての線が見える状態の、組立体の平面図である。

特に図３及び図９から、整列用構造体１２８と、相互接続要素１１８に対するＳＭＤ１１２を配置できる整列用構造体１２８の能力を見ることができる。

図４は、断面IV−IV線に沿った図３の電子モジュール１００を示す断面図である。図４から導き出されるように、シリコンダイは、機械的に保護されると共に電磁的に遮蔽されるように、（フレーム１１６及び圧縮カバー１２６により形成される）ハウジングにより完全に取り囲まれる。さらに、シリコンチップは、表面全体にわたって圧縮カバー１２６と接触状態にあるので、熱拡散器としても機能する。

図５に示される５の詳細から、相互接続要素１１８の機能を見ることができる。ＳＭＤ１１２を押下することにより、圧縮カバー１２６は、一接触領域でＵ形状相互接続要素１１８をＳＭＤ１１２に設けられた端子１３０に、第２接触領域で基板コンタクト１０８に押下する。

図６に、Ａ詳細が再度断面で示されている。図６から、相互接続要素の形状を見ることができる。各相互接続要素１１８は、Ｕ形状の脚に配置された接触領域１３２，１３４を有する打抜き加工され、エッチング加工され、レーザ切断され又は曲げ加工されたＵ形状のコンタクト要素から構成される。ばね材から製造されるので、相互接続要素のＵ形状により同方向に同じ弾性が確保される。

本発明によれば、各相互接続要素１１８は箔状搬送部材１２０に取り付けられるので、フレーム１１６内で吊り下げられる。これは、極めて再生産可能な接触力が相互接続要素１１８のばね特性のみによって決定されることを可能にする。

図７ないし図１０に関し、本発明に従ったコネクタ１１４の製造について以下、説明する。

最初に、箔状搬送部材１２０に複数の相互接続要素１１８を取り付けることにより、コンタクトストリップ１３６が形成される。この搬送部材は、広く使用されている材料、例えばラミネート箔から構成することができる。機械的応力の調整を可能にするために、好適にはこの材料はいくらかの柔軟性を有する。また、コンタクトストリップの形成は、オーバーモールド技法により達成することができる。

図８に示されるように、複数（本実施形態では６個）のコンタクトストリップ１３６が、金属基部１２２内に配列されると共に、端部領域１３８に例えばスポット溶接又は接着剤により固定される。次の工程において、オーバーモールド１２４が付けられ、コンタクトストリップ１３６を固定し、表面実装型デバイスを正確に位置決めするために整列用構造体１２８が設けられる。

図１１において、コネクタ１１４を実装するための印刷回路基板１０２の実装領域が図示されている。実装領域は、基板コンタクト１０８の列と、金属基部１２２の半田付けによりコネクタを固定するための半田付け領域１０６とから構成される。

図１２は、印刷回路基板の実装領域に半田付けされたコネクタの平面図である。次の工程において、表面実装型デバイス１１２を組み立てることができる。

ＳＭＤ１１２の下面を示す図１３から導き出すことができるように、例えば、10mm四方のダイを、本発明に従ったコネクタ１１４により接続することができる。これは、600μmのピッチの６列１５行の端子１３０を有する。上述したように、この列は、再配置層により製造される。

図１４は、ＪＥＤＥＣ ＪＣ１１に従ったＤＩＭＭ184ピンのＤＤＲ1.27ＣＬＸＸ−１形式の組立後のメモリモジュール１００を実物大で示す。

本発明が使用する冷間相互接続技法により、半田付け工程を実行した後にＩＣを印刷回路基板上に組み立てることができる。このようにして、ＩＣは高温に暴露されないので、廃棄率を低下することができる。

本発明によれば、ＩＣ及び印刷回路基板の間に機械的コネクタが追加される。上述したように、コネクタ１１４は半田付け工程により印刷回路基板に固定されるのに対し、ＩＣは後の工程でコネクタ１１４に機械的に組み立てられる。従って、ＩＣは高温に暴露されない。相互接続要素１１８が取り付けられる搬送部材を設けることにより、コネクタの再生産可能で低コストの生産が可能になり、表面実装型デバイス１１２の全端子について信頼性が高く一様な電気接触が確保される。

本発明に従った電子モジュールの一部を示す分解斜視図である。 実装完了状態の図１の電子モジュールを示す斜視図である。 図２の配置の平面図である。 図３のIV−IV線に沿った図３に図示の電子モジュールを示す断面図である。 図４の５の詳細図である。 図５の詳細の別の断面図である。 複数の相互接続要素を搬送する箔状搬送部材を示す斜視図である。 複数の搬送部材が内部で整列した状態のコネクタフレームの金属基部形成部を示す斜視図である。 金属基部に搬送部材を成形した後の図８のフレームを示す斜視図である。 図９の詳細を示す斜視図である。 印刷回路基板と、コネクタを実装する実装領域の斜視図である。 図９のコネクタが実装された後の回路基板を示す平面図である。 表面実装型デバイスの底面図である。 組立完了後の電子モジュールを実物大で示す平面図である。

１００ 電子モジュール
１０２ 印刷回路基板
１０４ 第１面
１０６ 半田付け領域
１０８ 基板コンタクト
１１０ 外側端子（入出力端子）
１１２ 表面実装型デバイス
１１４ コネクタ
１１６ フレーム（コネクタハウジング）
１１８ 相互接続要素
１２０ 搬送部材
１２２ 金属基部
１２４ オーバーモールド
１２６ 圧縮カバー（コネクタハウジング）
１２８ 整列用構造体
１３０ 端子
１３２ 第１接触領域
１３４ 第２接触領域
１３６ コンタクトクリップ
１３８ 端部領域

Claims (22)

1. 表面実装型デバイス（１１２）の一面に配置された少なくとも１個の平坦な端子（１３０）を回路基板（１０２）の対応する基板コンタクト（１０８）に電気接続するためのコネクタであって、
   該コネクタは、
   少なくとも１個の前記基板コンタクトに接続可能であると共に、前記表面実装型デバイスの前記少なくとも１個の端子に対して解除可能に電気接触するよう構成されている少なくとも１個の弾性を有する導電性の相互接続要素（１１８）と、
   該少なくとも１個の相互接続要素を実装するためのコネクタハウジング（１１６，１２６）と
   を具備し、
   前記相互接続要素は、箔状の搬送部材（１２０）により前記ハウジングに取り付けられていることを特徴とするコネクタ。
2. 前記相互接続要素は、圧縮接続部又は半田接続部により前記少なくとも１個の前記基板コンタクトに接続可能であることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
3. 前記ハウジングは、前記表面実装型デバイスを収容するよう形成されたフレーム（１１６）を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のコネクタ。
4. 前記フレームは金属基部（１２２）を具備することを特徴とする請求項３記載のコネクタ。
5. 前記ハウジングは、前記少なくとも１個の相互接続要素に対して前記表面実装型デバイスを整列させるための整列用構造物（１２８）を具備することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載のコネクタ。
6. 前記箔状搬送部材は弾性材料から製造されることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載のコネクタ。
7. 前記相互接続要素はほぼＵ形状をなし、
   該Ｕ形状の各脚に、前記端子及び前記基板コンタクトを接触させるための接触領域（１３２，１３４）をそれぞれ有することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載のコネクタ。
8. 前記表面実装型デバイスを覆うため且つ組立状態において前記相互接続要素に前記表面実装型デバイスを押圧するためのカバー（１２６）をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載のコネクタ。
9. 前記カバーは金属から製造されることを特徴とする請求項８記載のコネクタ。
10. 前記相互接続要素の列を設けるために、各々が複数の前記相互接続要素に取り付けられている複数のバンド状の搬送部材（１２０）が、前記ハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項記載のコネクタ。
11. 前記少なくとも１個の端子（１３０）が前記一面に配置された少なくとも１個の前記表面実装型デバイス（１１２）に接触するための回路板。
12. 前記表面実装型デバイスを実装する回路基板（１０２）であって、前記少なくとも１個の基板コンタクト（１０８）を有する前記回路基板と、
    前記表面実装型デバイスの前記少なくとも１個の端子を前記回路基板の対応する前記基板コンタクトに電気接続するための請求項１ないし１０のうちいずれか１項記載の少なくとも１個の前記コネクタ（１１４）と
    を具備することを特徴とする回路板。
13. 前記回路基板は印刷回路基板を具備することを特徴とする請求項１１記載の回路板。
14. 前記回路基板は、前記表面実装型デバイスを実装するための少なくとも１個の実装領域を有し、
    前記少なくとも１個の基板コンタクトは前記実装領域に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の回路板。
15. 前記実装領域は、前記回路基板上に前記コネクタを固定するための固定要素を有することを特徴とする請求項１３記載の回路板。
16. 前記固定要素は半田接続部（１０６）を具備することを特徴とする請求項１４記載の回路板。
17. 前記少なくとも１個の相互接続要素は前記基板コンタクトに半田付けされていることを特徴とする請求項１１ないし１５のうちいずれか１項記載の回路板。
18. 前記少なくとも１個の端子（１３０）が前記一面に配置された少なくとも１個の前記表面実装型デバイス（１１２）と、
    請求項１１ないし１６のうちいずれか１項記載の回路板と
    を具備することを特徴とする電子モジュール。
19. 前記表面実装型デバイスは、再配置層を有するシリコンダイを具備し、
    前記少なくとも１個の端子は、前記再配置層の外側表面に設けられていることを特徴とする請求項１７記載の電子モジュール。
20. 少なくとも１個の端子が一面に配置された少なくとも１個の表面実装型デバイスと、該表面実装型デバイスを実装する回路基板であって、少なくとも１個の基板コンタクトを有する前記回路基板とを具備する電子モジュールを製造する方法であって、
    少なくとも１個の弾性を有する導電性の相互接続要素、及び該少なくとも１個の相互接続要素を実装するためのコネクタハウジングを有するコネクタを設ける工程と、
    前記少なくとも１個の相互接続要素を前記少なくとも１個の基板コンタクトに接続する工程と、
    前記少なくとも１個の電子デバイスの前記少なくとも１個の端子に解除可能に電気接触するように前記少なくとも１個の表面実装型デバイスを実装する工程と
    を具備し、
    前記相互接続要素は、箔状の搬送部材により前記コネクタハウジングに取り付けられていることを特徴とする電子モジュールの製造方法。
21. 前記少なくとも１個の表面実装型デバイスをハウジングに実装する工程は、
    金属フレームを設ける工程と、
    前記少なくとも１個の弾性を有する相互接続要素を搬送する搬送部材を、オーバーモールドによりフレームに結合させる工程と
    を具備することを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 前記表面実装型デバイスを覆うため且つ前記相互接続要素に前記表面実装型デバイスを押圧するためのカバーを取り付ける工程をさらに具備することを特徴とする請求項２０又は２１記載の方法。

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