JP2660452B2 - モールド型電気コネクタ - Google Patents
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Description
面上の複数の導体間を相互接続するビーム部材を有する
モールドされたコネクタに関する。
て、小型、軽量化且つ高信頼性の為に、狭い領域に互い
に近接して配置された多数の導電性トレースを接続する
信頼性の高いコネクタの必要性が生じた。更に、液晶表
示デバイス等のガラスパネル上に形成された回路であっ
て、個別の半田接続による接続に適さない多くの電子デ
バイスがある。
クタが開発された。このコネクタは例えば回路板(プリ
ント基板)とガラスパネル上の回路間に配置され、対応
する回路間を相互接続することにより半田付け接続を避
ける。エラストマ(弾性)部材は法線方向に十分な力を
与えて回路間の電気的接続を維持し、しかもこの部材は
十分なコンプライアンス(追従性)を有するので、ガラ
スその他のパネルを破損することはない。
コネクタの一例を開示しており、エラストマ層と導電材
料との層が交互に配置され相互に接近し且つ電気的に隔
離された導電領域を形成する。典型的には、このエラス
トマコネクタは矩形ブロックであって、各層がブロック
の4辺に現れ、平行面上の回路間又は略直交する面上の
回路間を相互接続する。エラストマコネクタは圧力が加
わると圧縮性を有し且つ外部に膨張しようとする。従っ
て、エマストマブロックの膨張方向を制御し、ブロック
の適切なアライメントを維持しブロックの寸法を安定化
する為の手段を必要とする。従って、斯かるエラストマ
コネクタを使用するには、別体の支持ハウジング又はコ
ネクタハウジング内の特殊キャビティ(空洞)が必要と
なる。相互接続の為のこれら付加部品は希望する相互接
続を実現又は維持する為にモールドその他により形成し
なければならない部品点数が増加する。
する為にコンプライアントばねアームコンタクト部材を
使用することは周知である。典型的には、これらコンプ
ライアントばねアーム部材は希望する形状に打抜き又は
形成された金属製である。
う選択できるが、金属部材付きコネクタを製造組立する
工数は前述したモールド組立体に関するものより多い。
は典型的には比較的硬質の銅合金を打抜き形成される。
これら金属は加工形成が困難であり、打抜き工具を摩耗
するので打抜き加工に問題を生じ、工具の維持コスト
(費用)を増加する。他方、軟質銅を使用すると、打抜
き加工は比較的容易であるが、必要とする機械的及びば
ね特性を犠牲にする。
械的且つ電気的特性を有するばねコンタクトアームを作
る手段を有するのが好ましい。
る手段を提供するのが好ましい。
するのが好ましい。
つつ比較的小型軽量のコネクタ組立体を提供するのが好
ましい。
分大きな圧縮力を有し、嵌合物体の導体と電気的接触を
維持する実質的に誘電体材料で形成されたコンプライア
ントばねアーム部を有するのが好ましい。
除して、ばねコンタクトの特性を維持し、これにより安
価な製造方法を得るのが好ましい。
スチック特性、高い弾性率及び最少のストレスリラクセ
ーション特性を有するコンプラアントビーム部を有する
モールド型コネクタを提供することである。
ライアント指状(ビーム)部を有するコネクタを提供す
ることである。
ネクタ及び組立体を作る手段を提供することである。
製造する安価な手段を提供することである。
能なモールド型電気コネクタ部材を提供することであ
る。
路と電気的接続が可能な一体形成型コンプライアント部
を有するコネクタを提供することである。
ウジングの壁面から相互に反対方向に延びる指状の第1
コンタクト部及び第2コンタクト部を誘電体ハウジング
と一体に成形(モールド)し、また、壁面には第1コン
タクト部及び第2コンタクト部に連通する開口を形成す
る。更に、第1コンタクト部及び第2コンタクト部の表
面と開口の内壁表面に導電層を被着形成し、第1コンタ
クト部と第2コンタクト部間を開口を介して相互接続す
ることを特徴とする。
型電気コネクタの実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
モールド型電気コネクタ10を示す。モールド型電気コネ
クタ10は誘電体ハウジング12を有する。このハウジング
12は壁面14を貫通する複数の開口20及び各開口20の周辺
端から互いに反対の外方に延びる第1及び第2コンタク
ト部46,42を有する。この第1及び第2コンタクト部46,
42は対応する第1及び第2電気物体のコンタクト手段と
電気的に接触するよう構成されている。図示の目的で、
第1及び第2コンタクト部46,42は夫々コンプライアン
トビーム状コンタクト及びピン状コンタクトとして示し
ている。第1図及び第2図には第2コンタクト部46と電
気的接触する為に導体62を有する1個の電気物体即ち回
路板60が図示されている。
ら第2側18へ貫通する。複数の反対向きの第1及び第2
モールド部32,24が夫々壁面14の第1及び第2側18,16か
ら延出する。複数の第2モールド部24は壁面14の第2側
16から外方へ延び、各第2モールド部24は各開口20の周
辺から延びる。第2モールド部32は夫々第1及び第2表
面部26,28を含んでいる。複数の第1モールド部32は壁
面14の第1側18から外方に延出し、各第1部32は各開口
20の周辺から延出する。第1モールド部32は夫々第1及
び第2表面部34,36を含んでいる。第1モールド部32は
その第1表面部34に沿って横方向に凸状の弧状自由端を
含んでいる。対応する第1及び第2モールド部32,24は
相互に関連付けられており、各々の第1表面部34,26は
対応する開口20の共通側壁から連続して延出する。好適
実施例では、第1及び第2モールド部32,24はコネクタ
ハウジング12の壁面14に一体モールドされ、以下に詳述
する如く対応する第1及び第2コンタクト部46,42の誘
電体コアを形成する。
32,24は夫々第1表面部34,26上及び対応する開口20の共
通側壁22上に被着形成(デポジット)された少なくとも
1つのめっき層40を含み、第1及び第2コンタクト部4
6,42間に延び連続導電表面44により接続された第1及び
第2コンタクト部46,42を定める。この連続した導電表
面44は第2モールド部32の弧状自由端の凸状面を含んで
いる。従って、第1及び第2モールド部32,24は夫々第
1及び第2コンタクト部46,42と接触する第1及び第2
コンタクト手段を相互接続するよう構成されている。好
適実施例では、外方へ延出する第1及び第2モールド部
32,24の全面がめっき層で覆われている。
示している。好適実施例の誘電体部24,32及び開口表面2
2へめっき層を形成する方法の詳細は第3図乃至第5図
に示される。プラスチック材料にめっきする周知の技法
によると、めっき層は少なくとも2層を含んでいる。即
ち、希望する表面上に後続するめっき層の被着を促進す
る約1μmの厚さの無電解銅層38とこの銅層38上に被着
形成した一次又はメカニカル(補強)めっき材料の厚い
層40である。この厚いめっき層40はプラスチック材料に
機械的特性(即ち弾性及び強度等)を付与する。好適実
施例では、この厚い層40のめっき材料は約0.01mm乃至約
0.10mm(更に好ましくは0.02乃至0.05mm)の厚さに被着
形成したニッケル鉄合金である。鉄の酸化を防止する為
に、ニッケル鉄合金層上に約0.001乃至0.002mmの厚さの
薄いニッケル層50を被着してもよい。これら3層38,40
及び50は第1及び第2モールド部32,24の少なくとも第
1表面部26,34と両者間の開口20の側壁22とにめっきす
るのが好ましい。また、第1及び第2モールド部の残り
の表面部に沿っても延出するのが好ましい。
タクト部46,42はコネクタ10の設計及び最終用途に応じ
て更にめっきを施してもよい。例えば、コンタクトを半
田付けするには、ニッケル層50上に典型的には錫又は錫
鉛合金をめっきして錫鉛半田に対し半田付け可能な表面
を形成する。第2図に示す実施例では、第1コンタクト
部46が自由端近傍に凸状コンタクト領域48を有し回路板
60上の導体62と電気的に接触するコンプライアントビー
ムである。好適実施例では、第1コンタクト部46のコン
タクト領域48は金(Au)が選択めっきされており、製品
の寿命にわたり安定した接触抵抗を維持するようにす
る。
であって、本発明の基本精神を逸脱することなく種々の
変形変更が可能であること当業者には容易に理解できよ
う。
成されている第1及び第2指状部32,24は例えばボルグ
ワーナー・ケミカルズ社からCYCOLACの商品名で市販さ
れているアクリルニトリルブタジエンスチレン・コポリ
マー・フィリップス66社からRYTON R−4の商品名で市
販されているポリフェニレン、サルファイド又はセラニ
ーズ・スペシャリティ・レジン社からVBCTRA A130の商
品名で市販されている液晶ポリマーの如き適当な誘電体
材料のモールドである。この誘電体材料は主にめっき層
を支持する為の希望形状を形成する手段として使用する
ので、適当なモールド材料を選択する為に検討すべき主
要な要素は材料のめっき容易性(プレータビリティ)及
びコネクタ10がさらされる動作温度である。誘電体コン
タクトビームの形状と厚さもモールド工程の要請により
影響を受ける。本発明により製造されるコンタクト部の
機械的特性は主に使用するめっき材料に依存する。機械
的めっき層40用に選定された材料はプラスチック材料に
対する良好な被着力を有すること、高強度であること、
良好な電気的特性を有すること及びストレス下でリラク
セーションが最小であること等を必要とする。これに加
えて、この材料は制御可能な工程により容器にめっきで
きるものでなければならない。本発明によると、内部誘
電体コアの厚さは約0.65mmであって、その上下表面に夫
々約0.05mmの機械的めっき層40が加わるので、ビーム全
体の厚さは約0.75mmとなる。勿論完成されたビームの厚
さはコア及びめっき層の厚さを変えることにより自由に
調節可能である。
ールドした後に、後の電気めっき工程で導電性表面が必
要となるので、コネクタハウジング12の全面に最初の1
μm厚さの銅層38を無電解めっきで被着形成する。混乱
を避ける為に、第3図乃至第5図では銅層38はその上に
更にめっきする必要のある表面のみに図示している。銅
層38は後工程のめっき層の被着力を増強する為に使用す
る。無電解めっき装置としては種々のものが市販されて
いる。その1つとして、米国コネチカット州ウエストヘ
ーブンのエンソーン社製のものがある。その装置の動作
概要は以下のとおりである。めっきしたい物体を先ず好
ましくはアルカリ性洗浄溶液中で洗浄し処理面に残るオ
イルを除去する。好適な洗浄溶液はENPLATE Z−72であ
る。次に、コネクタを流水中ですすぎ、硫化クロム酸の
バス中でエッチングする。更に、20%の塩酸溶液に浸し
て残留するエッチング溶液を除去する。次に、この部品
をパラジウム触媒溶液中に浸す。使用する溶液が塩化錫
及びパラジウムを含む塩化水素酸溶液であれば、プラス
チック表面にパラジウムのコロイド状デポジションが生
じ、錫イオンを第一錫から第二錫に変換する。次に、物
体をすすぎギ酸溶液で処理して残留するパラジウムイオ
ンを除去する。このパラジウムイオンが残留すると、無
電解銅溶液を分解する。この物体を再度すすいだ後、約
1μmの厚さに銅が析出(デポジット)するまで無電解
銅溶液中に入れる。典型的な無電解銅めっき溶液は次の
成分を含んでいる。
ム塩) ……20g/L メチルジクロロシラン ……0.25g/L 温度 ……65℃(143゜F) このバスの詳細は米国特許第3,475,186号公報に開示
されている。
0℃のオーブン内で約1時間乾燥し、次のめっき処理ま
で約24時間室温中に放置する。
のないコネクタハウジングの銅被覆表面を従来手段によ
りめっきレジスト層でコーティングする。次に、コンタ
クト部及びその間の開口表面を形成する(レジスト層で
被覆されなかった)残りの露出領域を所望金属で電解め
っきし、機械的強度を付与する。また、市販のめっき手
段で希望する仕上げめっきを行う。好適実施例では、機
械(強度付与)めっき層はニッケル鉄合金である。次
に、レジスト層を溶液等により除去し、めっきされなか
った銅層を露出させる。この露出した銅層を当業者には
周知のエッチング工程でコネクタの表面から除去する。
尚、必要に応じてベーキング(焼き入れ)又は後処理及
び洗浄処理を行ってもよい。モールドされたハウジング
の所望領域に導電材料を配置させる為のその他の周知の
方法を使用してもよい。
特性を付与するのに何が最適かを決定する為に、種々の
めっき材料を次の手順で試験した。第6図に示す形状の
テーパ付きンビーム70のサンプルをボルグワーナー社が
市販するアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂
であるCYCOLAC T4500でモールドした厚さ1.59mm、幅12.
7mmのバー(棒状体)を作った。このビーム70を約65mm
の長さに切断し、表面に三角形をマークした。第6図の
破線はビーム70上にマークした頂点72を有する三角形を
示す。このビームの形成に際し、頂点72で切断し、この
頂点72に荷重Lを印加するに足る十分な表面を与える。
三角形の長さBは約32mmであり、その基部の幅Aは12.7
mmであった。
る為の表面処理を行い、周知の無電解めっき技法により
1μmの厚さに無電解銅層をめっきする。このサンプル
のビーム70に使用されためっき装置はエンソン社製の登
録商標であるENPLATE装置であった。銅の無電解めっき
したコネクタ表面の処理及びめっきは次の工程により実
行された。
2アルカリ性洗浄装置で65℃にて約5分間洗浄し、その
後水洗いした。
ム酸、容積比20%の硫酸及び容積比1%のウエッティン
グ促進剤であるENPLATE Q519水溶液より成る65℃のクロ
ム−硫酸バス中で8分間エッチングした。余剰クロム酸
を除きサンプルを水洗いした。
塩酸溶液中に1分間浸す。
液であるENPLATE 444により室温で4分間触媒作用さ
せ、その後水洗する。
るENPLATE 492内に4分間浸した後水洗する. (f)ビームのサンプルを41−43℃のエンソン社製無電
解層バス872中に約20分間浸し、その間に表面に約1μ
mの厚さの銅層を被着形成する。
のオープン中で約1時間乾燥する。
プルは後続のめっき処理を実行する前に最低24時間放置
する。次に、銅被覆されたビームのサンプルを次のとお
りめっき処理する。
これらの例は単に例示にすぎず何ら本発明の技術的範囲
を限定するものではないことに注意されたい。
る標準の銅めっきバスENPLATE HTを用いて種々の厚さに
銅を電気めっきする。これらサンプルを21−27℃のバス
中に浸し、2.5A/dm2(ASD)の電流を21分間通電して12.
18μmのめっき厚、42分間通電して24.87μmのめっき
厚及び約55分間通電して31.98μmのめっき厚を得る。
これら各サンプルにつき荷重/反りテストを実施する
と、表1の結果が得られた。これらサンプルについての
荷重/反り曲線を第8図に図示する。
スENPLATE NI−433を用いて種々の厚さにニッケルめっ
きした別のビームのサンプルを作った。このバスに浸す
前に、サンプルを室温のENPLATE440中で約20秒間、前処
理した後水洗した。次に、これらサンプルを79℃のバス
中に約60分間浸して12.44μmの厚さの析出を得、また1
20分間浸して25.4μmの析出を得た。これらサンプルに
ついての荷重/反りテスト結果も表1中に示す。
ファメイトニッケルめっきバスを用いて種々の厚さに電
気めっきしたビームのサンプルを作った。このバスはリ
ットル当たり450gのニッケルサルファメイト及び37.5g
の臭酸より成る。これらサンプルを60℃のバスに浸して
3 ASDの電流を約20分間通電して10.91μmの厚さの析出
を得ると共に約40分間通電して23.35μmの析出を得
た。これらサンプルの荷重/反りテスト結果は表1のと
おりである。
ル鉄めっきバスM&T Nickel−iron IIIを用いてニッケ
ル鉄合金を異なる厚さに電気めっきした他のビームサン
プルを作った。これらサンプルを54℃のバス中に浸し、
3 ASDの電気を約20分間通電して11.93μmの厚さ及び約
40分間通電して21.32μmの厚さの析出を得た。これら
のサンプルにつき荷重/反りテストを実施した結果は表
1のとおりである。これら荷重/反り曲線は第8図に示
す。第9図はニッケル鉄合金を電気めっきしたビームの
サンプルの弾性率対板厚関係を示す。
後、各ビームをインストロン・テスティング・マシンで
テストして、めっき材料別及びめっき厚毎の弾性率を比
較した。ここで使用した方法はASTM法D747−83「片持ち
梁状ビームによるプラスチックの硬度」と同様であり、
片持ち梁状ビームの自由端部近傍への荷重を順次増加
し、これによる反り(ディフレクション)を計測した。
これにより各材料の相対硬度を比較した。
内に挿入保持し、テーパ部が第7図に示す如く片持ち梁
ビームとなるようにする。上述のサンプルテストでは、
第6図に示す三角形の頂点72に荷重を印加する。荷重を
ビームの反りが6.09mmに達する迄順次増加する。その結
果をインストロンシリーズIXデータ取込み装置に記録す
る。テストは各サンプルにつき3回反復した。これらテ
ストの結果を表1にまとめている。弾性率は荷重/反り
曲線の最初の直線部の傾斜である。比例限界はビームの
反り曲線が直線から外れる最大荷重である。この曲線は
めっき層が歪み塑性変形を始めることを示す。テスト中
にその比例限界を超えたサンプルは、荷重を取り除いて
も初期の水平位置に復帰せず、僅かに曲った状態にとど
まった。荷重を取り除いた際に水平位置に戻り、荷重/
反り曲線が直線になるサンプルはエラスチック(弾性)
であるとした。めっきを施さないサンプルもめっきした
サンプルと同様にテストした。その結果を表1に示す。
に対する荷重/反り曲線を示す図である。線80はめっき
のないプラスチックビームであるサンプル1の結果であ
る。線82は銅めっきしたビームであるサンプル3の曲線
である。線84,86は夫々ニッケル鉄めっきしたビームで
あるサンプル9,10の曲線である。線80は直線であり、め
っきを施さないプラスチックサンプルが弾性であること
を示す。他方、線82は最初直線であり、点83で曲線とな
り始めて比例限界に達したことを示し、銅めっきしたサ
ンプルは永久変形した。また、ニッケル鉄めっきしたサ
ンプルの線84及び86は直線であり、これらサンプルが弾
性であることを示す。直線の急激な破断85,87は荷重が
増加するとき、圧縮された表面でめっきが屈服すること
を示している。第9図のグラフは異なるめっき層を有す
るニッケル鉄サンプルの弾性率を比較し、この弾性率は
めっき層の厚さが増加するにつれて増加することを示
す。
き層を有するプラスチックビームの荷重/反り特性は金
属層の付加により改良され、めっきされたビームはめっ
きのないビームに比して十分大きい荷重に耐えられる。
第8図のグラフ及び表1の結果は、ニッケル鉄合金のめ
っき層が銅、無電解ニッケル及びサルファメイトニッケ
ル等の他の材料に比して極めて良好であることを示す。
銅めっきしたサンプル2、3及び4やニッケルサルファ
メイトバスでめっきしたサンプル7及び8はニッケル鉄
めっきしたサンプル9、10よりも高い初期弾性率を示す
が、これらサンプル2−4及び7−8は僅かな反りで永
久変形することを示す。銅めっきしたビームのサンプル
3の比例限界は点83で示す。他方、ニッケル鉄被覆した
ビームはテスト中、弾性を維持した。これにより得られ
るニッケル鉄ビームは第8図のグラフに示す如く、めっ
きのないビームの100倍の弾性特性を有する。
の電気コネクタを提供する。このコネクタは表面に金属
(めっき)層が形成された一体形成の第1及び第2誘電
体部材を有し、これによりコンタクト部及び第1、第2
コンタクト部に関連する電気的相互接続部を形成する。
その結果、別途に金属コンタクトを必要としない。この
金属(又はめっき)層により、プラスチックのビーム部
材を補強すると共に弾性支持部材の必要性を排除する。
上述したテストの結果、合成厚さが0.75mm(両面に各0.
05mmの厚さのニッケル鉄めっき層を有する0.65mmの厚さ
の誘電体ビーム)のめっき補強ビームが弾性その他の機
械的特性を有し、これは厚さ0.70mmの燐青銅製ビームの
特性と略等価である。これにより得られたコンプライア
ント弾性アーム部は本質的に誘電体材料で形成され、十
分大きい圧縮力を有し、エラストマ(弾性)支持体を使
用することなく嵌合する物体(例えばプリント板)の導
体との電気的接触を維持する。
型高密度のコネクタが安価に製造できる。また、コネク
タの用途に応じてコンタクトの形状を比較的容易に自由
に選択可能であるので、実用上極めて顕著な効果が得ら
れる。
であって、コネクタがこれと嵌合する回路板の対応導体
と位置合せされている図、 第2図は第1図のコネクタが回路板上の導体と電気的に
接続されているコンタクト部の断面図、 第3図乃至第5図はコネクタのコンタクト部を形成する
モールド部のめっき工程を示す図、 第6図は本発明により製造され且つ荷重特性を決定する
為のめっきされたプラスチック製ビームのサンプルの平
面図、 第7図は荷重がかけられためっき処理ビームのサンプル
の断面図、 第8図は荷重を増加した場合のビームのサンプルの変位
をめっきの施された及びめっきのないビームと対比する
図、 第9図は第7図のビームの弾性率に対するニッケル鉄め
っき層の厚さへの影響を示す図である。 10……モールド型電気コネクタ 12……誘電体ハウジング 14……壁面 20……開口 42……第2コンタクト部 46……第1コンタクト部 38、40、50……導電層
Claims (1)
- 【請求項1】誘電体ハウジングと、該誘電体ハウジング
の壁面から相互に反対方向に延びる指状の第1コンタク
ト部及び第2コンタクト部を有する電気コネクタにおい
て、 前記第1コンタクト部及び第2コンタクト部は前記誘電
体ハウジングと一体に成形され、 該誘電体ハウジングの前記壁面には、前記第1コンタク
ト部及び前記第2コンタクト部に連通する開口が形成さ
れ、 前記第1コンタクト部及び前記第2コンタクト部の表面
と前記開口の内壁の表面には導電層が形成され前記第1
コンタクト部及び前記第2コンタクト部間を相互接続す
ることを特徴とするモールド型電気コネクタ。
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