JP2709975B2 - 電気コンタクト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気コンタクト、特にICチップ用ソケット
等に使用し、ICチップの複数の導体部と回路基板の対応
する導体部間の相互接続に好適な電気コンタクトに関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

IC（半導体集積回路）チップと共に使用するコネクタ
（又はソケット）組立体の従来例として米国特許第4,51
3,353号、同第4,645,279号及び同第4,684,184号等があ
る。斯る組立体の設計に際し、ICチップとこの組立体を
搭載する回路基板との間に導電路を形成するコンタクト
（接触）素子には異なる要件が満足されなければならな
い。その要件の１つは、チップキャリアと接触（すり合
せ）するコンタクト部分が各チップパッケージ間の製造
上の寸法のバラツキ又は公差を吸収できるよう比較的大
きい変形に耐えられることである。現時点ではメーカー
が異なればチップキャリアの最大及び最小寸法間には約
0.8mmにも達するバラツキがあるのは異常なことではな
い。同時に、この範囲にわたるコンタクト（接触）圧は
大幅に変化してはならない。従って、比較的平坦な力一
変形曲線が好ましい。例えば、電気コンタクトが錫めっ
きされている場合には、コンタクト圧はコンタクトの最
小変形時には約220gであり、最大変形時には約400gであ
る。これはコンタクト圧を生じるばねに別の要件を課す
ることとなる。しかも、このコンプライアンスのばねを
設計する空間は種々の理由で小さくしなければならな
い。第１の理由は素材が高価であると寸法は直ちにコス
ト増を伴う。第２の理由は、コンタクトの自己インダク
タンスを最小にする為に導電路は短くする必要がある。

これら要件に対抗する既知の効果として、金属を大幅
に変形すると金属自体が永久又は塑性変形を伴う。しか
し、例えば直線状のビームが所定量の変形をして且つ弾
性限界内にとどまる（即ち、変形させている力を除くと
各部が完全に最初の位置に復帰する変形量）には、その
ビームは比較的長く従って前述した導電路長と空間の要
件を満足しない虞れがある。前述した従来の電気コンタ
クトではこれら要件を完全に満足するものではなく、未
解決の課題があった。

〔発明の目的〕

従って、本発明の主要目的は、比較的短いビームがそ
の弾性限界を超えた変形がばねとして作用する別の場所
で小さい変形に変換され、その結果ばねをその弾性限界
内にとどめることを可能にする形式の電気コンタクトを
提供することである。

本発明の他の目的はモノリシック素子である電気コン
タクトを提供することである。

〔課題解決の為の手段〕

本発明の電気コンタクトによると、基部と、基部から
延びる端子部と、基部から片持ち梁状に延び基部から離
れた位置に変移可能な接触面を有するコンタクト部と、
このコンタクト部及び基部と共に略ループ状に形成され
ている弾性部とを具え、 コンタクト部と基部との結合部にピボット領域を形成
し、且つ弾性部にこのピボット領域の旋回運動を吸収す
る少なくとも１個の付加ピボット領域を有し、端子部と
接触面間で２導体間を相互接続する。斯る電気コンタク
トは弾性金属板を打抜いて必要な作業工程を経て略平板
状に一体形成される。

〔実施例〕

以下、添付図を参照して本発明の電気コンタクトの実
施例を説明する。

第１図は本発明の電気コンタクトが使用可能なコネク
タ組立体の断面図である。このコネクタ組立体10は回路
基板12に取付けられ、本発明による電気コンタクトが多
数使用可能である。コネクタ組立体10はICチップのバー
ンインテスト用に使用され、一般に本体部14、丁番カバ
ー部材16及びカバー部材16を本体部14に閉じ位置に解除
可能に固定するラッチ部材18を含んでいる。本体部14に
は参照番号22で示す電気コンタクトを保持する複数の空
洞20が形成されている。空洞20は中央ポケット24の外周
に沿って配列され、中央ポケット24はICチップのパッケ
ージ26を挿入する寸法とする。ポケット24の底部内には
ばね部材28が配設され、カバー部材16を開くとパッケー
ジ26が一部押出されるようパッケージ26のばね装着の為
に使用する。

パッケージ26には参照番号30で示す如く外周縁に沿っ
てリードが形成されている。これらリード30は空洞20内
に配設された対応する電気コンタクト22の１つと接触す
るよう構成されている。第１図に図示する如く、各電気
コンタクト22は従来例と同様に回路板12の所定寸法且つ
所定間隔の開口（スルーホール）内に挿入される下向き
のコンタクト脚34が形成された基部32を有する。接触ア
ーム36が基部32から上向きに形成され、パッケージ26を
ポケット24内に挿入すると、パッケージ26のリード30と
面接触するようにする。コンタクト22の１つの要件は接
触アーム36がリード30に対して十分な接触圧を加えるこ
とでもある。もしすべての素子が完全に製造され且つパ
ッケージ26の寸法にバラツキがなければ、この接触圧は
基部32上に片持ち梁状に形成された接触アーム36の弾性
により生じる筈である。しかし、実際にはパッケージ26
には製造上の公差がありメーカー毎に微妙なバラツキを
有する。従って、この接触アーム36はこれら公差を吸収
できるものでなくてはならず、パッケージ26の大小両端
間には約0.8mmのバラツキがあり、その場合にも十分な
接触圧を加えられなくてはならない。

もし接触アーム36を第１図の如く単純なビーム状に形
成すると、パッケージ26の寸法が大きく、大きな変形を
生じる場合には接触アーム36はその弾性限界を超えて変
形し、小さいパッケージ26がポケット24内に挿入された
場合には接触アーム36はばね反発力を欠き必要とする接
触圧が得られなくなり得る。寸法に制限がない場合に
は、接触アーム36を長くなし得る。しかし、前述の如く
寸法にも制限がある。よって、コンタクト22は小形且つ
前述の如く比較的大きい変形が吸収でき、しかも有効弾
性を保有し、必要とする接触圧がすべてのパッケージ寸
法に対して生じることができるようにする。

第２図は本発明の第１実施例による電気コンタクトの
力学模型図であり、短いビームの大きな変形をばね作用
をする別の部分では極めて小さい変形に変換することに
よりばねをその弾性限界内にどどめるものである。この
模型は基部38と第１端42及び第２端44を有する第１ビー
ム40とを含んでいる。第１ビーム40の第１端42は旋回可
能に基部38に取付けられている。第２ビーム46が第１端
48に取付けられ、第１ビーム40の第２端44で旋回可能と
なり且つ基部38に向って延びる。第２ビーム46の第２端
50には第３ビーム54の第１端52が旋回可能に取付けられ
ている。第１ばね56が第１ビーム40の第１端42を第２ビ
ーム46の第２端50に結合し、第２ばね58が第３ビーム54
の第２端60を基部38に対して固定されているサポート62
に弾性的に結合する。

もし矢印64で示す如く第１ビーム40に力が加えられる
と、この力は第１図のパッケージリード30により接触ア
ーム36に加えられた力と等価であって、この第１ビーム
40はその第１端42の回りに時計方向に旋回して、図中破
線で示す位置になる。これにより第２ビーム46の第２端
50の旋回点もまた第１ビーム40の第１端42の回りに旋回
して小さく且つ下方の垂直変移を生じることとなる。こ
の変移は第１ビーム40の第２端44の水平変移の極一部の
変移にすぎない。第２図中に実線で示した平衡状態から
破線で示す位置への移動はばね56,58により行われる。
実際に、ばね56,58は力64が加えられた領域65を基部38
へ弾性的に結合し、必要とする接触圧を生じるようにす
る。矢印64により示された力64が除かれると、第２図に
示したメカニズムは破線で示した変移位置から実線で示
した平衡位置へ復帰する。

第２図に示すメカニズムを研究すると、第１ビーム40
の比較的大きい変形が第３ビーム54の第１端52に小さな
変形を生じ、第３ビーム54に沿って小さな変形を生じる
のが理解できよう。これは従来のばね58により作用し、
このばね58は極めて急峻な力一変形曲線を有してもよい
が、第１ビーム40をその平衡位置へ戻す合成ばね比は比
較的平坦である。

前述の如く、空洞20の寸法は制限されている。場合に
よっては、この空洞20は約3.8mmx5.6mmでもよく、厚さ
約0.25mmのコンタクトを収容しなければならない。第２
図に示すメカニズムはこれら寸法の制約下では現時点で
実現可能な技術により創ることはできないが、本発明の
原理によると、モノリシックの金属により第２図に示す
メカニズムの直接の模型を創ることができる。斯る電気
コンタクトの第１形態は第３図に参照番号66で示す。こ
の電気コンタクト66は金属板から一体（モノリシック）
素子として形成される。それは第１コンタクト部68と第
２コンタクト部70間に導電路を形成すると共に第３図中
左方向へ向う接触圧を第１コンタクト部68に与える。電
気コンタクトであるコンタクト素子66は基部72を含み、
そこから第２コンタクト部70が延び、第１ビーム74が基
部72から片持ち梁状に延びる。第１コンタクト部68は第
１ビーム74の一部として形成される。第２ビーム76は第
１ビーム74の末端から基部72に向って延びる。基部72の
一部として、基部72から上方へＬ字形サポート素子78が
延びており、その末端には第３ビーム80が接合されてい
る。この第３ビーム80は基部72に向って延び、下端82で
第２ビーム76に接合されている。基部72と電気コンタク
ト66の第１、第２及び第３ビーム74,76,80とは第２図の
力学模型の基部38、第１ビーム40、第２ビーム46及び第
３ビーム54に夫々対応する。更に、力学模型のすべての
旋回運動は電気コンタクト66を形成する金属板の弾性に
より実現している。よって、第１ビーム74と基部72との
接合点で幾分の相対旋回運動がある。

第４図は第２図の力学模型による本発明の電気コンタ
クトの第２形態を示し、この電気コンタクト全体を参照
番号84で示す。第１及び２形態の両電気コンタクト66と
84の主要相違点は、後者の電気コンタクト84の第３ビー
ム86が前者の電気コンタクト66の如く直線状でなく蛇行
していることである。これにより、第２形態の電気コン
タクト84に一層の弾性を付与し且つ接触圧を一層自由に
調節することが可能である。

コンタクトの柔軟性を一層改善する必要が生じる場合
があり得る。第４図に示す如く、オーバーストレス（過
大応力）による主要塑性変形は第３ビーム86と第２ビー
ム90との接合部である領域88に生じる。更に、第１ビー
ム94が基部96に片持ち梁状に形成される領域92におい
て、塑性変形が起こることは殆どない。

本発明の原理によると、領域92での塑性変形は、第５
図に示す参照番号98にて表された電気コンタクトの好適
実施例で効果的に活用されている。第５図に示す如く、
第２ビーム100と第３ビーム102は分離されている。蛇行
しているビーム102は端部106の蛇行によりポケット104
が形成され、第２ビーム100の自由端108はポケット104
内に収められている。この構成により、両ビーム100及
び102間の旋回運動を可能にする。もし電気コンタクト9
8が第５図に示す形状に金属板から打抜き形成されたな
らば、これにより得られる変形範囲はある程度限られて
いるので、全く満足し得るものではないことが判明する
であろう。以下の説明から明らかな如く、電気コンタク
ト98に幾分かの予備作業を施すことにより、すべての要
件を完全に満足することとなる。

第6A,6B,6C,及び6D図は第５図に示す電気コンタクト9
8の最終形状を得る工程を示す。最初の工程では金属板
からモノリシック平坦ブランクを形成する。このブラン
ク110は第6A図に示され、基部112、それから遠ざかるよ
うに延びる第１ビーム114及び第１ビーム114の末端118
から基部112へ向って延びる第２ビーム116を含んでい
る。Ｌ字形サポート120が基部112から遠ざかるように延
び、その末端122は基部112へ蛇行しながら延びる。複数
のコンタクト脚126が基部112からビーム114,116及びＬ
字形サポート120と反対側へ突出する。最終形態ではコ
ンタクト脚126のうちの１個のみが残るが、第１図のコ
ネクタ組立体の最終組立体時にコンタクト脚がスタガ
（千鳥足）配列可能となるように共通の多脚ブランクと
する。

次の工程は第6B図に示す。この工程では第１ビーム11
4を領域128で反時計方向に弾性限界を超えて曲げる。こ
の第１ビーム114のストレスはコンタクト110を第１図の
空洞20内に挿入した際にパッケージ26により受けるスト
レスと反対方向である。また、第３ビーム124には矢印1
29により示される力を加える。この力129はビーム124を
その弾性限界を超えて変形する。ビーム114へのストレ
スの場合と同様に、ビーム124への力129によるストレス
は、このビーム124がパッケージ26により受けるストレ
スとは反対方向である。

次の工程は第6C図に示す如く第１ビーム114を時計方
向にできる限り曲げることである。これにより、第１ビ
ーム114の末端118がＬ字形サポート120の末端にある一
体のオーバーストレス停止部132に当接する。しかし、
この限界に到達する前に、第２ビーム116の自由端108は
第３ビーム124の端部のポケット104に入り、これにより
第３ビーム124を反時計方向へ曲げさせる。そこで、両
ビーム114,124が第6B図に示した曲げ工程で、先に曲げ
により決まる変化した弾性限界を超えて更に変形され
る。従って、ビーム114,124の変形領域は硬くなる。

最後の工程は両ビーム114,116への力を解放してこれ
ら両ビーム及びビーム124を第6D図に示す平衡位置に移
動させることである。この位置で、蛇行したビーム124
の弾性はビーム116の自由端108をポケット104内に保持
する。両ビーム114,116を領域118で接合することにより
弾性を強化することが可能である。

本発明のこの特定実施例による電気コンタクトを形成
する際の要点は両ビーム114,116の硬化作業である。こ
れらビームをその弾性限界を超えて変形して硬化するこ
とを図示し且つ説明したが、ショットピーニング等の他
の硬化方法を採用してもよいことが理解できよう。この
硬化によりコンタクト部130の変形量の約10％の増加に
耐えられることが判明した。更にまた、第２及び第３ビ
ームを分離することにより、旋回点を自由にすることに
より（第５図と第４図の対比）、許容コンタクト変形が
増加することが判明した。

次に、本発明の電気コンタクトの別の実施例を第７図
乃至第13図を参照して説明する。第７図はその力学模型
図である。この模型は基部38′と第１端42′及び44′を
有する第１ビーム40′とを含んでいる。第１ビーム40′
の第１端42′は基部38′に旋回可能に固定される。第２
ビーム46′の第１端48′が第１ビーム40′の第２端44′
にピボット49′により旋回可能に固定され且つ外方に延
びる。第２ビーム46′の第２端50′は第３ビーム54′の
第１端52′に旋回可能に固定される。また第３ビーム5
4′の第２端58′はピボット59′にて基部38′に旋回可
能に取付けられている。ばね56′が第１ビーム40′の第
２端44′を第３ビーム54′の第２端58′に弾性的に結合
する。もしビーム40′に矢印64′で示す力が加えられる
と（この力は第１図のパッケージ端子30により接触アー
ム36に加わる力と等価である）、ビーム40′はその第１
端42′の周りに時計方向に旋回し、破線60′に示す位置
になる。これは第３ビーム54′の第２端58′のピボット
点59′を時計方向に旋回させ、端部44′,58′のピボッ
ト点49′,59′間の距離が夫々第１ビーム40′の第２端4
4′の水平変移の何分の１かに小さくなるようにする。
第７図の実線で示す平衡位置から破線で示す位置への移
動はばね56′により行われる。実際、ばね56′は力64′
が印加されている領域65′を基部38′に弾性的に結合
し、希望する接触圧を生じさせる。矢印64′で示す力を
解放すると、第７図に示すメカニズムは破線60′で示す
変移位置から実線で示す平衡位置に復帰する。

第７図のメカニズムを検討すると、第１ビーム40′の
比較的大きい変形が端部44′,58′のピボット点間の距
離に小さい変化を生じさせ、ばね56′に作用することが
理解できよう。ばね56′は極めて急峻な力一変形曲線を
有し得るが、ビーム40′をその平衡位置へ戻す合成ばね
比は比較的平坦である。

第７図に示す力学模型に基づく電気コンタクトの第１
形態を第８図に参照番号66′で示す。この電気コンタク
ト66′は金属板を打抜き形成される。それは第１コンタ
クト部68′と第２コンタクト部70′間に導電路を与える
と共に第１コンタクト部68′に接触圧を第８図中左方向
に加える。コンタクト素子66′は基部72′を含み、それ
から第２コンタクト部70′が延びる。片持ち梁部材74′
は第１端76′及び第２端78′を有し、第１端76′は基部
72′から片持ち梁状に延びる。第１コンタクト部68′は
第２端78′の近傍に片持ち梁部材74′の一部として形成
される。第１ピボット領域79′が、端部76′が基部72′
から延びる領域内に設けられる。このピボット領域によ
り第１弾性運動を可能にし、次にピボット領域79′内で
変形して片持ち梁部材74′が旋回運動をするようにす
る。略Ｃ字状又はその他の任意形状のばね部材80′は第
２ピボット領域84′により片持ち梁部材74′の第２端7
8′とピボット的に関連付けられた第１端82′及びピボ
ット領域84′により基部72′とピボット的に関連付けら
れた第２端88′とを有する。コンタクト80′は金属板を
打抜いて形成でき、ここでコンタクト部68′は第８図の
破線Ｂで示す位置である。Ｃ字状のばね部材80′に力を
加えて基部72′に対して左方向へ傾斜させばね部材80′
にオーバーストレス状態を生じさせる。この力を解放し
てばね部材80′が平衡位置になると、第１コンタクト部
68′は第８図中実線Ａで示す位置になる。Ｃ字状ばね部
材80′の左方向へ傾斜すると、片持ち梁部材74′が弾性
限界内で左へ予荷重が加えられる（プレロード）ことに
注目されたい。これにより片持ち梁部材74′を予荷重位
置Ａから未荷重位置Ｂを介して位置Ｃへと動作レンジを
効果的に増加する。このＣ位置は第８図中で右方向へ最
大に変形している。オーバーストレス停止部94′は基部
72′から上方に突出してコンタクト66′の運動を制限す
る。

本発明の第２実施例に基づく好適電気コンタクト10
0′を第９図に示す。

両コンタクト66′と100′の同様素子には同様参照番
号を付し、重複する説明はしない。第９図に示す如く、
コンタクト100′はコンタクト66′と実質的に同じであ
るが、ピボット領域90′において相違する。コンタクト
100′は端部88′の旋回運動を可能にする為に金属の塑
性変形を使用する代りに、２体ピボット入れ子（ネス
ト）構造を採用している。この入れ子構造部104′は端
部88′に設けられ、基部72′に形成したネスト106′と
旋回係合する自由端である。コンタクト100′を第９図
の右へ変形し、第１コンタクト部68をＡ位置からＢ位置
へ移動すると、部分104′はネスト106′内で旋回運動す
る。

このコンタクト100′は金属板から打抜き形成した直
後には第9A図の如き形状である。次に、部分104′を第9
A図中矢印Ｄで示す如く左方へ押しバック部材108′と接
触させネスト106′とラッチ係合させる。部分104′を左
方へ移動させると、Ｃ字状部80′は第１コンタクト部6
8′を左方のＡ位置へ移動して、コンタクト66′の部材7
4′の予荷重と同様に片持ち梁部材74′に予荷重を与え
る。バック部材108′は部分104′をネスト106′にラッ
チするのを支援する。

第７図の力学模型に基づく他の実施態様の電気コンタ
クト120′を第10図及び第10A図に示す。実質的に環状の
ばね部材122′は基部126′から延びる第１端124′及び
後述する製法で破線130′に沿って基部126′から剪断さ
れる第２端128′を有する。第１コンタクト部68′がば
ね部材122′の左端に形成され、これはコンタクト66′,
100′の第１コンタクト部68′と類似する。タブ132′が
基部126′から環状ばね部材122′の内方に向って延び
る。コンタク120′はコンタクト66′のコンタクトと同
様方法により金属板から打抜かれ、実質的に第10A図の
ように見える。次に、端部128′を基部126′から破線13
0′に沿って剪断されラッチ保持具134′を形成する。そ
こで、保持具134は基部126′の面から引出して左上方へ
移動させ、その後基部126′の面に戻して第10図に示す
如くタブ132′にラッチする。これにより、環状ばね部
材122′は第10図中左方に向い、第１コンタト部68′が
破線で示す未荷重位置Ｂから実線で示す予荷重位置Ａへ
移動する。部分68′が位置ＢからＡへ移動すると、部分
136′はピボット領域79′を介して旋回運動してコンタ
クト100′の片持ち梁状部材74′と同様に動作する。更
に、環状ばね部材122′の部分138′はピボット領域84′
内でコンタクト100′のそれと同様にピボット運動す
る。よって、コンタクト120′は多少異なる形状である
がコンタクト100′と同様の機能素子を有する。即ち、
片持ち梁状部材74′,136′、第１及び第２コンタクト部
68′,70′、Ｃ字状ばね部80′（122の部分）、ピボット
領域79′,84′,102′及び基部72′である。

第９図及び第10図の電気コンタクト100′,120′の更
に変形例を夫々第11図及び第12図に示す。これら変形例
中、同様素子には同様参照番号を付している。図から明
らかな如く、両電気コンタクトの相違点はピボット領域
102′,84′が反転している点である。

電気コンタクト100′の更に別の変形例を第13図に参
照番号150′で示す。このコンタクト150′は片持ち梁部
材74′が蛇行部材152′で置換されている点を除きコン
タクト100′と同様である。部材152′は基板72′の端部
76′からピボット領域79′及び蛇行部を介して端部78′
に延び、この端部78′がＣ字状ばね部材80′の端部82′
とピボット領域84′によりピボット的に関連付けられて
いる。蛇行部材152′は通常のコンタクト係合力に弾性
的に応答するよう配置される。この力の方向は第13図中
矢印Ｆの方向であり、第１コンタクト部68′を矢印Ｗの
方向に僅かに押す。このようにして、第１コンタクト部
68′が第１図に示すパッケージ端子30の如く接触係合す
ると、蛇行部材152′の本質的な弾性により第１コンタ
クト部68′が嵌合面を僅かにワイプするようにする。こ
のワイプ作用により接触面の酸化物等の汚れを除いて良
好な電気的接触を確立する。

〔発明の効果〕

本発明の電気コンタクトによると、１枚の金属板を打
抜いて形成できるので、構造及び製造が比較的簡単且つ
小形である。更に重要なことは、第１コンタクト部が比
較的大きく移動しても２つのピボット領域間の間隔変化
は極めて微少である。それ故に、ICチップの大きな寸法
公差等による比較的大きな接触部のバラツキにも十分な
接触圧を確保して対策できる。従って、ICチップのバー
ンインテスト用のソケット等に使用する電気コンタクト
に適用するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気コンタクトが使用され電気コネク
タ組立体の１例の断面図である。 第２図乃至第６図は本発明の第１実施例の電気コンタク
トの説明図であり、第２図は力学模型図、第３図及び第
４図は第２図の力学模型を具現化する電気コンタクト、
第５図は好適電気コンタクト、第6A図乃至第6D図は第５
図の電気コンタクトの製造工程説明図である。 第７図乃至第13図は本発明の第２実施例の電気コンタク
トの説明図であり、第７図はその力学模型図、第８図は
第７図の力学模型を具現化する電気コンタクト、第９図
及び第10図はその好適電気コンタクト、第9A図及び第10
A図は夫々第９図及び第10図の電気コンタクトの製造工
程説明図、第11図乃至第13図はその変形例を示す図であ
る。 66,84,98,110,66′,100′,120′,150′……電気コンタ
クト 72,96,112,72′……基 部 70,126,70′……端子部 68,130,68′……接触面 74,94,114,74′,136′……コンタクト部 76,80,86,90,100,102,80′,82′,88′,122′,128′,13
8′……弾性部 92,128,76′,79′……ピボット領域 82,88,104,106,108,84′,90′,102′……付加ピボット
領域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基部と、該基部から延びる端子部と、前記
   基部から略片持ち梁状に延び前記基部から離れた位置に
   変移可能な接触面を有するコンタクト部と、該コンタク
   ト部及び前記基部と共に略ループ状に形成されている弾
   性部とを具え、 前記コンタクト部と前記基部との係合部にピボット領域
   を形成し且つ前記弾性部に前記ピボット領域の旋回運動
   を吸収する少なくとも１個の付加ピボット領域を有し、
   前記端子部及び前記接触面間で２つの導体間を相互接続
   することを特徴とする電気コンタクト。