JP2015518636A - 方法および電気相互接続装置 - Google Patents

Abstract

エラストマーピンが金属保持タブ上にプリントされて、積層ハウジングの捕捉部または凹部に係合するための横方向に延在する少なくとも１つの突出部またはタブを有し、それによりエラストマーピンのそれぞれがハウジング内に配置および固定される、方法および電気相互接続装置。１つの実施形態では、前述のエラストマーピンの別の側から横方向に延在する第２の突出部またはタブを係合的に固定するために、捕捉部または凹部とともに面取り部が用いられうる。別の実施形態では、エラストマーピンは、ピンの中央部の周りに固体金属リングまたは摺動カラーを有することができ、リングは、ハウジング内の凹部にまた望まれる場合には面取り部の凹部にも係合するための、１つまたは複数のタブを有する。【選択図】図１

Description

本願は、２０１２年４月１８日に出願されたＴｈｏｍａｓ Ｐ．Ｗａｒｗｉｃｋらによる仮出願第６１／６８７，０８４号の本出願である。
本開示は、高性能相互接続システムのための単一化されたエラストマー電気接触器、およびその方法に関する。詳細には、本開示は、交換可能なエラストマーピンのための方法およびシステムに関し、このシステムは、これらのピンをハウジング内に配置しかつ固定するための装置を含む。

電気相互接続装置は、少なくとも２つの導電性接触パッドと、該接触パッドを連結する導電経路と、ハウジングと、圧縮構造と、柔軟で機械的に抵抗力のある何らかの形態の機構と、を含む。この機構は、上記パッドを、電気的接続を必要とする２つの物体の位置合わせされた電気パッドに押圧することを可能にする。

従来技術からは、当業界において３つの接触技術が主に使用されている。第１の接触技術は、金属ばねを使用する。電子産業において、このタイプの接触技術についていくつかの変形形態が存在するが、基本的な原理は、個々の接触器のコイルばねまたは線形ばねが２つの接触パッドまたは接触領域の間で圧縮されるということである。ばねは、必要とされる力および機械的ヒステリシスを提供する。電子産業における有力技術として、この方法は、長寿命、優れた機械的ヒステリシス、および個々の接触機構を容易に交換できるという主な利点を有する。この方法はまた、高性能用途のための最も普遍的な電気接触器技術でもある。

第２の接触技術は、様々なデュロメータの非導電性高分子エラストマーを押圧するための小形の金属ロッカ（rocker）を用いる。高分子エラストマーは、必要とされる力および機械的ヒステリシスを提供する。物体が個々のロッカに押し付けられると、１つまたは複数の端部がエラストマースペーサを押圧するにつれて、ロッカが押し返す。しかし、この技術は、電気的接触が行われる物体の形状および種類によってかなり制限される。この技術の主な利点は、接触器の長寿命および個々の接触器を交換することができる容易性である。

第３のタイプの機械式接触器は、金属粒子で満たされた高分子エラストマー材料を含む。この一般的な部類の接触器にはいくつかの変形形態が存在するが、そうした全ての導電性エラストマーは、シートまたは平面に形成され、また、個々の接触器は、マトリクスでグループ化されなければならない。導電性エラストマー接触器の主な利点は、電気的性能、すなわち、接触抵抗および非常に高い周波数性能の両方である。臨界ＲＦパラメータ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ＲＦ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）において、エラストマー接触器は、おおよそ１０：１（自己インダクタンス）の割合で同等の金属接触器をしのぐ。しかし、エラストマーがシート上またはシート内に組み入れられるので、個々のピンを交換することができない。エラストマーに関する別の重要な問題は、過圧縮に起因する寿命の劣化である。最後の問題は、エラストマーシートでは、個々の接点は互いに無関係に作用することができず、接続する物体の共面特性（co-planar properties）が劣る用途ではシートが使用しづらくなるということである。

以下の主要な基準を含む電気相互接続装置を提供することが望ましい：
第１に、接続を必要としている物体を押圧する抵抗力に対処することが、重要な基準とされる。接続を維持するのに力が必要とされるが、物体同士を押し合わせるために、機械的に複雑な構造においてかなりの量の力が必要とされる。

次に、２つの物体間の機械的な共面性の違いを緩和するために、準拠範囲が必要とされる。
圧縮された後で上述の抵抗力が接触パッドを通常（nominal）位置に戻すように、機械的ヒステリシスが必要とされる。

別の基準は、Ｘ−Ｙ方向における相互接続システムの物理的サイズ（しばしば「ピッチ」と称される）の基準である。
同様に重要なことは、Ｚ方向における相互接続システムの物理的高さであり、これはほとんどの場合、非常に高速の相互接続システム、デジタル式の相互接続システム、およびＲＦ相互接続システムにおける重要な性能特性に関係する。

さらに他の基準は、「接触抵抗」（ＣＲＥＳ）として知られる電気的性質であり、これは、相互接続システムにおけるエネルギーから熱への劣化損失を表す。
使用環境における相互接続システムの長寿命もまた、重要である。

ごく少数の相互接続から数千の相互接続までシステムを構成可能にすることができることも、同様に重要である。
使用により損傷または疲労したとき（寿命末期）に個々の相互接続機構を交換するのにかかる費用の安さおよび交換の容易性が、別の重要事項または基準である。

本開示は、エラストマーピンが１つまたは複数の金属保持タブ上に形成されて、それぞれのエラストマーピンが、積層または形成されたハウジングの捕捉部もしくは凹部に係合するための横方向に延在する少なくとも１つの突出部またはタブを有し、それによりエラストマーピンのそれぞれがハウジング内に配置および固定される、方法および電気相互接続装置を提供する。１つの実施形態では、前述のエラストマーピンの側部から横方向に延在する突出部またはタブを係合的に固定するために、ハウジング内の捕捉部または凹部とともに面取り加工が用いられる。別の実施形態では、エラストマーピンは、ピンの中央部の周りに固体金属リングまたは側部カラーを有することができ、リングは、ハウジング内の凹部にまた望まれる場合は面取り部を含む凹部に係合するための、１つまたは複数のタブを有する。本開示は、米国特許第７３２６０６４号および第７２９７００３号に示されるようなシステムを改善するために使用することができる。

ハウジング内に圧縮される前の単一化されたエラストマーピンが本開示に従って示された、本開示の第１の実施形態の断面図である。 ハウジングに挿入された後の単一化されたエラストマーピンが本開示に従って示された、図１の本開示の第１の実施形態の断面図である。 ハウジングに挿入された後の単一化されたエラストマーピンが、より良好な導電性のために設けられためっき、および任意選択の金属保持柱状部、および任意選択のＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）止めとともに本開示に従って示された、図２の本開示の第１の実施形態の断面図である。 本開示によるハンダボールによって単一化されたエラストマーピンが圧縮された、本開示のグリッドアレイの断面図である。 ハウジングに挿入される前の単一化されたエラストマーピンが、図１の実施形態に類似しているがハウジング内の面取り部を含まずに、かつ本開示に従って示された、本開示の別の実施形態の断面図である。 ハウジングに挿入された後の単一化されたエラストマーピンが、図２に類似しているが摺動カラーとハウジング内の開口部の内側を覆う金属めっきとを含んで本開示に従って示された、本開示の別の実施形態の断面図である。 本開示に従って示された単一化されたエラストマーピンの、本開示の別の実施形態の上面図である。 エラストマーピンが、ハウジング内の捕捉部と係合するための保持部分を提供するように横方向に延在する１つまたは複数の突出部を含んで形成され、ハウジングが、ピンを所定の位置に保持するための捕捉止めとして使用される、本開示のさらに別の実施形態を示す図である。 図８の実施形態と同様に、エラストマーピンが保持部分を提供するように形成されるが、この実施形態では、１つまたは複数の突出部が、エラストマーピンの釘頭形状部として形成されて、ハウジングの捕捉部または突出部のための横方向に延在するタブと係合する、本発明の別の実施形態の図である。 釘頭形状のエラストマーピンがハウジングから滑って抜け落ちるのを防ぐためにエラストマーピンの下に配置されるプリント回路板または電気デバイスを含む、図９の実施形態を示す図である。 エラストマーピンが、ハウジングのタブと係合するための釘頭形状突出部をそれぞれが有する２つの独立したピンとして形成される、図１０の実施形態に多少類似した別の実施形態の図である。

ここで図面の図１〜１１を参照すると、本開示は、方法と、ハウジング内に配置および固定することができさらに導電性を向上する交換可能な個別のエラストマー接触器を提供する電気相互接続のための機械的相互接続システムとを提供する。

図１は、本開示の相互接続システムの第１の実施形態の基本概念を示す。任意選択のものである接触器冠状部（１）は、電気的接続を作り出すことが望ましいとされる物体に押し込まれる。物体が互いに押圧されるにつれて、導電性エラストマーコネクタ材料（５）は圧縮される。導電性エラストマーコネクタ（５）は、接触機構を通じて電気的接続を作り出すのに必要とされる力および導電経路の両方を提供する。ハウジング（４）は、構造上の支持を提供し、個々のエラストマー接触器（５）を整列／保持し、かつ、過圧縮によるエラストマーの損傷を防ぐ。

保持タブ（２）、およびハウジング内のタブのための捕捉部（３）の両方が、相互接続システムの組立および個々のエラストマー接触器（５）の交換のための機構を提供する。ハウジングは、好ましくは積層成形法でまたは射出成形法で製造され、金属タブ（２）を接触器（５）のどちらかの側に曲げることにより個々の接触器（５）がハウジング（４）に押し込まれることを可能にする。金属タブ（２）は、図１に示されるように、接触器（５）から横方向に延在する。任意選択の面取り部（６）は、タブ（２）をロック位置に案内するのに役立つ。タブ（２）は、所定の位置に収まると、その元の水平状態に戻る。エラストマー接触器（５）が交換されるときにタブ（２）を捕捉部から取り外せるように、タブ（２）の寸法と捕捉部（３）の寸法との間にある程度の隙間があることが好ましい。この隙間は、図２に示されている。一代替実施形態が図５に示されており、この図では、ハウジング（４）は、任意選択の面取り部を含まずに示されている。この実施形態では、タブ（２）は、ハウジング（４）の捕捉部（３）に係合するのに必要である。

技術がサイズを小さくするにつれて、接触器をその位置まで案内することが必要になり得る。図３は、摺動カラー（７）を設けるようにエラストマー接触器の中央部の周りに固体（solid）金属リングを配置して単一化されたエラストマー接触器が案内される、本開示の別の実施形態を示す。この摺動カラー（７）は、エラストマー接触器が圧縮状態にあるときに、積層ハウジング（４）の捕捉部開口部内にエラストマー接触器が膨張するのを防ぐという、さらなる利点を有する。このことは、ラッチ式プローブ（ｌａｔｃｈｅｄ ｐｒｏｂｅ）の可能な移動を考慮した上で、摺動カラー（７）の長さが捕捉部開口部の全長におよぶ場合に確実とされる。拘束をさらに少なくするために、ハウジング（４）の内部穴は、金属ライニング（９）でめっきされてもよい（図３参照）。これは、電気的接続性を高める働きもする。用途に応じて、ハウジング（４）は、エラストマー接触器の過圧縮を防ぐために延長されうる。（８）（ＢＧＡ止め）（図３参照）。

動作時には、単一化されたエラストマー接触器は、電気的接続を所望する２つの物体間に設置される。２つの物体は、機械力を使用して押し合わされる。物体が押し合うにつれて、エラストマー接触器は圧縮し始める。圧縮時には、エラストマー接触器は、任意選択の冠状部尖端（point）（１）が物体に刺し込まれるのに必要な力を提供する。この冠状部尖端（１）は、物体上の汚れおよび酸化物を突き抜ける。導電性エラストマー（５）はまた、圧縮されたときに非常に低い接触抵抗で電流を伝導する。各エラストマー接触器は、その隣の接触器とは無関係に動くので、本発明により、接続する物体における機械的な共面性に関する懸念への適応が可能になる（図４参照）。

本開示の別の実施形態が図６に示されており、この実施形態では、導電性エラストマー柱状部（５）は摺動カラー（７）の片側にのみ形成され、摺動カラー（７）の底部に接点（１）が形成される。さらに、摺動カラー（７）の底部は、所望の物体への直接的なハンダ付着のために平らにすることができる。さらに、上述の接触器（１）は全て、冠状部先端構造を含んで示されているが、接点は、用途に応じて多くの構造で形成されうることが理解されるべきであり、また、本開示は、いずれかの特定の構造に限定されるものではない。

図７は、摺動カラー（２）を含む金属保持タブ（１）の上面図を示す。保持タブ（１）は、任意の数にすること、あるいは摺動カラーの周りの固体リングの形状とすることもできることに留意されたい。

図８および図９は、本開示の２つの追加的な実施形態を示し、これらの実施形態では、エラストマーピン５のための保持部分５ａは、エラストマーピン５の一部として形成され、また好ましくは、同じエラストマー材料で作られる。図８では、エラストマーピン５は、ハウジング４内の捕捉部１１に係合するための保持部分５ａを提供するために、ピン５の各側から横方向に延在しまた場合によりピン５の全周囲を含む突出部５ａを有して形成されて、また場合により、ハウジング４の１つまたは複数の捕捉部または突出部内にピン５を案内する目的で、ピン５が挿入されるハウジングの内側の面取り表面が含まれる。このようにして、保持部分５ａは、エラストマーまたは導電性エラストマー材料だけで作られた一体ユニット（換言すれば、一部品）として形成することができ、別個の保持材料を利用してピン５を所定の位置に保持するのにかかる費用を削減する。突出部は、ピン５の周囲に連続したリングとして、あるいは、ピン５の側部から出る１つ、２つ、またはそれより多くのタブもしくは突出部として、形成することができる。

図９の実施形態では、エラストマーピン５は、図８の実施形態と同様に保持部分５ｂを提供するように形成される。しかし、この実施形態では、突出部５ｂは、エラストマーピン５の一部として、釘頭形状部５ｂとして形成され、かつ、ハウジング４の横方向に突出するタブまたは他の突出部１１ａと係合し、また、ピン５が挿入されるハウジング４の内側の面取り表面が任意選択で含まれている場合にはそれと係合する。この場合も、保持部分１１ａは、エラストマー材料だけで作られた一体ユニットとして形成することができ、別個の保持材料を利用してピン５を所定の位置に保持するのにかかる費用を削減する。この場合、ピン５は、ハウジング４の任意選択の面取り表面の突出部１１ａにより所定の位置にロックされる釘頭構造５ｂを有して形成される。ハウジングの底部は、恒久的に接着されるか、または、任意選択の圧縮機構を介して圧縮される。圧縮機構は、例えばねじもしくは当技術分野で知られている固定機構であるがそれらに限定されない。ハウジングの底部は、当技術分野で知られている一時的または恒久的な接着剤もしくはエポキシもしくは任意の他の結合剤によって固定されてもよい。本発明の各実施形態に対して、同じ結合技法を各圧縮止めおよび／またはハウジングおよび／またはＢＧＡ止めの頂部ならびに底部に利用することができ、したがって例えばねじまたは他のそのような固定機構であるがそれらに限定されない機械的固定機構の必要性が軽減されることに留意されたい。この方式では、ハウジングの底部は、ピンの底部にある釘頭の底部が例えばプリント回路板１２（ｐｃｂ）のパッドであるがそれに限定されない電気的構成要素と整列するように配置構造を提供し、それにより、ピンの釘頭部分は、図１０に示されるように所定の位置に保持される。ピンの釘頭部分は、ピン５の全周囲を取り囲むように形成することができる。ハウジング４が本開示における実施形態のそれぞれに対して過圧縮止めとして作用することが、さらに理解される。

図１１は、図１０の実施形態に多少類似した別の実施形態であり、この実施形態では、エラストマーピン５は、２つの独立したピンのうちの一方のピンとして形成され、他方のピンは金属ピンであり、それぞれのピンが、ハウジング４の捕捉部１１と係合するための釘頭形状の突出部５ｂを有する。

本開示において目下好ましい実施形態が説明されたが、当業者により装置部品の配置において多くの変更がなされうることが理解される。そのような変更は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神に含まれる。

Claims (36)

1. 少なくとも１つの保持タブに固定して配置される少なくとも１つの導電性エラストマーピンであって、前記保持タブは、横方向に延在する少なくも１つの突出部を有する、少なくとも１つの導電性エラストマーピンと、
   ハウジングの内部に前記少なくとも１つのエラストマーピンが配置されかつ取り外し可能に固定されるように、前記保持タブの前記突出部と係合するための捕捉部または凹部を有する前記ハウジングと、
   を備える電気相互接続装置。
2. 前記ピンの圧縮時に電気的接続部が形成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ハウジングが、前記ピンを前記ハウジング内に案内しかつ別の捕捉部を有する面取りされた表面を含み、前記保持タブが、前記保持タブにおける、前記ハウジングの前記捕捉部に係合する前記突出部とは反対の側から横方向に延在する別の突出部を有し、前記別の突出部が、前記面取りされた表面の前記捕捉部と係合する、請求項１に記載の装置。
4. 前記保持タブが金属で作られる、請求項１に記載の装置。
5. 前記保持タブが、摺動カラーとして構成された固体金属製リングとして形成され、かつ前記エラストマー接触器の中央部の周りに設置される、請求項１に記載の装置。
6. 前記エラストマー接触器が、金属製の前記摺動カラーの一方の側に配置される、請求項４に記載の装置。
7. 前記エラストマー接触器が、前記エラストマー接触器上に接触ピンを有するように金属製の前記摺動カラーガイドの一方の側に配置される、請求項５に記載の装置。
8. 前記エラストマー接触器が、前記エラストマー接触器上に接触ピンを有することなく金属製の前記摺動カラーガイドの一方の側に配置される、請求項５に記載の装置。
9. 前記エラストマー接触器が、金属製の前記摺動カラーガイドの一方の側に配置され、金属製の前記摺動カラーガイドが、前記エラストマー接触器とは反対の側に接触ピンを有する、請求項５に記載の装置。
10. 前記突出部が、前記エラストマーピンの周囲に連続的なリングとして形成される、請求項１に記載の装置。
11. 横方向に延在する少なくも１つの突出部を有する、少なくとも１つの導電性エラストマーピンと、
    ハウジングの内部に前記エラストマーピンの各々が配置されかつ取り外し可能に固定されるように、前記タブの前記突出部と係合するための部分を有する前記ハウジングと、
    を備える電気相互接続装置。
12. 前記ピンが圧縮されたとき電気的接続部が形成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記エラストマーピンのための保持部が、前記エラストマーピンの一部として形成される、請求項１１に記載の装置。
14. 前記保持部が、前記ピンの各側から横方向に延在する突出部として形成されて、前記ハウジングの前記保持タブと係合するための保持部を提供する、請求項１１に記載の装置。
15. 前記ハウジングが、前記ピンを前記ハウジング内に案内するように、前記ピンが挿入される前記ハウジングの内側に１つまたは複数の面取りされた表面を備え、前記面取りされた表面が、前記ピンの捕捉部の前記横方向に延在する突出部と係合する捕捉部または突出部を有する、請求項１３に記載の装置。
16. 前記保持部が、エラストマー材料だけで作られた一体ユニットとして形成されることができる、請求項１１に記載の装置。
17. 前記エラストマーピンが、前記エラストマーピンのために形成される釘頭形状の保持部を提供するように形成されており、前記釘頭形状の保持部は、前記エラストマーピンの前記釘頭形状の突出部に係合するように前記ハウジングの任意選択で面取りされた表面のために横方向に突出する、タブまたは捕捉部に係合する、請求項１１に記載の装置。
18. 前記エラストマーピンのための前記保持部が、前記エラストマーピンの一部として形成されることができる、請求項１３に記載の装置。
19. 前記保持部が、エラストマー材料だけで作られた一体ユニットとして形成されることができる、請求項１２に記載の装置。
20. 前記突出部が、前記ピンの周囲に連続的なリングとして形成される、請求項１に記載の装置。
21. 電気相互接続装置のための方法であって、
    横方向に延在する少なくとも１つの突出部を有する少なくとも１つの保持タブに固定して配置される、少なくとも１つの導電性エラストマーピンを配置するステップと、
    前記エラストマーピンの各々がハウジングの内部に配置されかつ取り外し可能に固定されるように、前記タブの前記突出部と係合する捕捉部または凹部を有する前記ハウジングを係合させるステップと、
    を含む、方法。
22. 前記ハウジングの一部として少なくとも１つの面取りされた表面を設けるステップであって、前記面取りされた表面が別の凹部を有し、前記保持タブが、反対側の前記タブの側から横方向に延在する別の突出部を有し、前記突出部が前記ハウジングの前記捕捉部と係合する、ステップと、
    前記エラストマー接触器が圧縮されたときに前記別の突出部を前記面取りされた表面の前記捕捉部と係合させるステップと、
    をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記突出部を前記ピンの周囲に連続的なリングとして形成するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
24. 電気相互接続装置のための方法であって、
    横方向に延在する少なくとも１つの突出部を有する少なくとも１つの導電性エラストマーピンを用意するステップと、
    ハウジングの内部に前記エラストマーピンの各々を配置しかつ取り外し可能に固定するように、前記ピンの前記突出部と係合するための部分を有する前記ハウジングを係合させるステップと、
    を含む、方法。
25. 前記エラストマーピンのための保持部を前記エラストマーピンの一部として形成するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記ピンの前記保持部を、前記ハウジング内の捕捉部と係合するための保持部を提供するように、横方向に延在する突出部として形成するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
27. 前記保持部が、エラストマー材料だけで作られた一体ユニットとして形成されることができる、請求項２４に記載の方法。
28. 前記エラストマーピンが、前記エラストマーピンのために形成された釘頭形状の保持部を提供するように形成されており、前記釘頭形状の保持部は、前記エラストマーピンの前記釘頭形状の突出部と係合するように前記ハウジングの面取り止めのための捕捉部ではなく前記ハウジングの前記面取りされた表面のために横方向に突出する、タブに係合する、請求項２４に記載の方法。
29. 前記エラストマーピンのための前記保持部が、前記エラストマーピンの一部として形成される、請求項２４に記載の方法。
30. 前記保持部が、エラストマー材料だけで作られた一体ユニットとして形成されることができる、請求項２４に記載の方法。
31. 前記ピンの周囲に連続的なリングとして形成される前記突出部を形成するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
32. 前記ハウジングが、圧縮止めとして作用する前記ハウジングによって前記エラストマーピンの圧縮量に対する制御を提供するように、変更可能な高さを有する、請求項２４に記載の方法。
33. 前記ハウジングが、前記エラストマーピンの圧縮量を制御する所定の高さを有し、これにより前記ハウジングが圧縮止めとして作用する、請求項１に記載の装置。
34. 前記エラストマーピンは、２つの独立したピンとして形成されており、前記２つの独立したピンのそれぞれが、前記ハウジングのタブのための横方向に突出するタブと係合するように前記エラストマーピンのために形成された、釘頭形状の保持部を有する、請求項１８に記載の方法。
35. 前記エラストマーピンが、２つの独立したピンのうちの１つとして形成され、他方のピンが金属で作られ、各ピンが前記エラストマーピンおよび前記金属ピンのための釘頭形状の保持部を有して、前記ハウジングのタブのための横方向に位置決めされた捕捉部または突出するタブと係合する、請求項１に記載の装置。
36. 各圧縮止めおよび／もしくはハウジングおよび／もしくはＢＧＡ止めの頂部ならびに／または底部のうちの１つまたは複数に、一時的または恒久的な接着剤もしくはエポキシもしくは任意の他の結合剤が塗布され、これにより、機械的締結装置または他のそのような締結装置の必要性が軽減される、請求項１に記載の装置。

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