JP3708470B2 - ボールグリッドアレーコネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気コネクタに関し、特に、ピングリッドアレーを有する電子（電気）部品に接続される、表面実装用の多数のはんだボールを有するボールグリッドアレーコネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボールグリッドアレーコネクタとして、特開２０００−３５７５７２号公報に開示されたＩＣパッケージ用ソケットが知られている。このソケットは、マトリックス状に配列された多数のコンタクトを有するベースハウジングと、このベースハウジング上を摺動する、前記コンタクトに対応する開口を有するカバーハウジングを備えている。コンタクトは、はんだボール或いはタインを介してプリント基板（以下、単に基板という）に接続される。カバーハウジング上には、ピングリッドアレーを有するＩＣパッケージが、ベースハウジング側のコンタクトと接続されるために載置される。ＩＣパッケージは、極めて多極であるため、ピンとコンタクトとの接続抵抗が大きい。そのため、ＩＣパッケージの電極となるピンをカバーハウジングの開口内に抵抗なく挿入した後、ＩＣパッケージを載置したカバーハウジングを倍力機構により摺動させて、コンタクトとピンとの電気的接続を行うようになっている。
【０００３】
カバーハウジングを摺動させる機構として、てこの原理を利用した駆動機構がソケットの端部に設けられている。この駆動機構においては、カバーハウジングを摺動させてピンとコンタクトとを接続するのに大きな力を要するため、スクリュードライバ等の工具によって操作される。このため、駆動機構部内のてこの作用部に大きな力が加わるため、駆動機構部には耐久性の観点から作用部分に金属部品が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術においては、重い金属部品を使用した駆動機構部がソケットの端部にあることによって必然的にソケットの重心が偏る。換言すると、ソケットの重心は、基板にはんだ付けされてソケットを基板に固定するコンタクト或いは、はんだボールの領域（はんだ付領域）の中心よりも、駆動機構部側に偏った位置になる。
【０００５】
このようなはんだ付領域の中心と、ソケットの重心との位置ずれによって、ソケットを基板にリフローはんだ付けする工程において、次のような問題が生じる虞がある。即ち、リフローはんだ付時に、重い駆動機構部側が基板に近づくように、また、駆動機構部と反対側の軽いソケット端部が基板から離れるように回転モーメントを生じる。その結果、基板に対してソケットが傾いて取付けられたり、電気的な接続不良が生じる虞もある。また、ＩＣパッケージを装着した後、ソケットには、ＩＣパッケージの放熱のためにヒートシンクが取付けられることがある。このヒートシンクが、基板に平行に位置決めして取付けられる基板取付型のものである場合は、ヒートシンクは、傾斜したソケットに取付けられたＩＣパッケージの傾斜した表面と適切に面接触せず、十分な放熱効果が得られないという問題が生じる。特に、近年のコンピュータのＣＰＵは、高速で作動するようになって、ＣＰＵから放出される熱量が格段に増大しているが、放熱効果が不十分な場合、ＣＰＵの作動に致命的な影響を与える虞がある。
【０００６】
また、他の電子（電気）部品を基板の反対側の面に実装するために、再度リフローはんだ付け工程に回される場合がある。この工程では、既に基板に取付けられた前述のソケットは、基板の下側、即ち基板に吊り下げられた状態となり、基板の上面側には他の電子部品が載置される。この再度のリフローはんだ付工程において、基板の周囲の雰囲気温度が高温になると、ソケットのはんだ付部（コンタクトのタインのはんだ付部或いは、はんだボールの部分）も軟化し溶融する。一般的に溶融したはんだ接続部は、表面張力があるために、この状態でも基板に取付けられた状態となっている。しかし、前述のソケットの重心位置が、はんだ付領域の中心から位置ずれしていると、重い駆動機構部により、今度は逆に駆動機構部側の端部が基板から離れる方に回転モーメントを生じるために、ソケットは基板に対して傾き、このまま固定されてしまう虞がある。場合により、電気的接続が不良となったり、ソケットそのものが基板から脱落してしまう虞もある。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、はんだボールの配列された領域（はんだ付領域）の中心と、ハウジング組立体の重心がずれている場合でも、コネクタを常に基板と平行にリフローはんだ付けすることができるボールグリッドアレーコネクタを提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明の他の目的は、基板に取付けられたコネクタに、十分な放熱効果が得られるように基板取付型のヒートシンクが取付けられるボールグリッドアレーコネクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールグリッドアレーコネクタは、相手方コンタクトに接触するマトリックス状に配列された多数のコンタクトと、このコンタクトを収容する絶縁ハウジングと、絶縁ハウジングの底面にコンタクトに対応し且つこのコンタクトと導通して配置されたはんだボールとを有し、はんだボールにより基板へのはんだ付けがなされるハウジング組立体を備え、ハウジング組立体の重心がはんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているボールグリッドアレーコネクタにおいて、ハウジング組立体を基板にリフローはんだ付けする際に、偏倚した重心によりはんだボールが基板から離れるように生じる回転モーメントを阻止する姿勢補償部材が、ハウジング組立体に設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
この姿勢補償部材は、例えば、ハウジング組立体の重心側の端部から基板側に突出した、基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグとすることができる。
【００１１】
さらに、ハウジング組立体は、ベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ＩＣパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、ハウジング組立体の端部にはカバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、ベースハウジングにはカム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、半田ペグが、基部プレートと一体に形成された構成とすることができる。
【００１２】
また、姿勢補償部材は、ハウジング組立体の重心側の底面に位置するよう構成することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のボールグリッドアレーコネクタは、ハウジング組立体の重心がはんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているが、このハウジング組立体を基板にリフローはんだ付けする際に、偏倚した重心によりはんだボールが基板から離れるようにハウジング組立体に生じる回転モーメントに起因するハウジング組立体の傾きを阻止する姿勢補償部材が、ハウジング組立体に設けられているので次の効果を奏する。
【００１４】
即ち、はんだ付領域の中心とハウジング組立体の重心がずれている場合でも、姿勢補償部材によって、コネクタを常に基板と平行にリフローはんだ付けすることができ、コネクタと基板との電気的接続が確実になされる。特に、コネクタが基板に逆さに配置された状態で、他の電子部品を基板表面にリフローはんだ付けする場合にその効果が大きい。すなわち、姿勢補償部材により、基板への取付姿勢が平行に維持され、基板から脱落することもない。
【００１５】
また、姿勢補償部材が、ハウジング組立体の重心側の端部から基板側に突出した、基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグとした場合は、はんだボールが基板から離れるようにハウジング組立体に生じる回転モーメントによりハウジング組立体が基板に対して傾こうとするのを、この基板側に突出したはんだペグが基板に当接して阻止するため、簡単な部品で姿勢補償部材を構成することができる。
【００１６】
さらに、ハウジング組立体が、ベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ＩＣパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、ハウジング組立体の端部にはカバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、ベースハウジングにはカム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、半田ペグが、基部プレートと一体に形成された構成とした場合は、部品を共用することで部品点数を低減することができる。また、基板と平行な基板取付型のヒートシンクをコネクタのＩＣパッケージと適切に面接触させ十分な放熱効果が得られるように取付けることができる。
【００１７】
また、姿勢補償部材が、ハウジング組立体の重心側の底面に位置するよう構成した場合は、姿勢補償部材をコネクタの外周から外側へ突出させることがないのでコネクタの占有面積を最小にすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボールグリッドアレーコネクタ（以下、単にコネクタという）の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のコネクタの平面図、図２は、図１のコネクタの２−２線に沿う縦断面図、図３は、図１のコネクタの回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図、図４は、図１のコネクタの２回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図、図５は、基板に取付けられたコネクタにＩＣパッケージと、ヒートシンクを取り付けた側面図を示し、図５（Ａ）はコネクタが基板に適切に取付けられていない状態、図５（Ｂ）は、適切に取付けられている状態を夫々示す。
【００１９】
最初に、図１および図２を参照して説明する。コネクタ１は、図２に最もよく示すように、絶縁性のベースハウジング（絶縁ハウジング）２と、このベースハウジング２上に摺動可能に配置されるカバーハウジング４を有する。ベースハウジング２には、図示しない電極となるコンタクトが、マトリックス状に多数配置されている。これらの各コンタクトには、基板１００（図２）にはんだ付けされるはんだボール６が電気的に接続されている。即ち、はんだボール６も、コンタクトに対応してベースハウジング２にマトリックス状に配置されている。ベースハウジング２の端部５０には、ベースハウジング２の底面８から僅かに突出したスタンドオフ５４がベースハウジング２と一体に形成されている。はんだボール６は、ベースハウジング２の底面８から基板１００側に、スタンドオフ５４よりも僅かに突出している。
【００２０】
また、コネクタ１のボールグリッドアレー、即ち、多数のはんだボール６が配列された領域（はんだ付領域）１０から外れた端部５０に、カバーハウジング４をベースハウジング２の上面１２に沿って、摺動させる駆動機構部１４を有する。この駆動機構部１４は、特開２０００−１７３７３５号に開示された金属製の偏心カム部材を有するスライド機構と同様なものである。
【００２１】
この駆動機構部１４の概略を以下に説明する。ベースハウジング２のスタンドオフ５４が形成された端部５０の底面８には凹部１６が形成され、それに対応するベースハウジング２の上面１２には、後述するはんだペグ２０を有する基部プレート１９が配置される凹み１８が形成されている。凹部１６と凹み１８は、貫通孔２６で連通している。他方、凹み１８に対応するカバーハウジング４の部分には、凹所２２が形成されている。この凹所２２内に、孔２４ａが形成された金属板２４が固定されている。
【００２２】
これらの孔２４ａ、貫通孔２６には、金属製のカム部材２８が挿通され、取付けられて、ハウジング組立体４２が構成される。カム部材２８は、工具係合溝３０（図１）を上面に有するフランジ部３２を有し、フランジ部３２の下面略中央から胴部３４が垂下する。胴部３４は、金属板２４の孔２４ａ、基部プレート１９の孔２０ａおよびベースハウジング２の貫通孔２６に挿通され、凹部１６内に突出して、先端部３６にワッシャ３８が固定されて抜止めされる。カム部材２８は、基部プレートの孔２０ａで回動可能に支持される。
【００２３】
基部プレート１９は、ベースハウジング２の凹部１６を形成したことによるベースハウジング２の薄肉部分を補強するとともに、カム部材２８を支持する役割を有する。カム部材２８をベースハウジング２に確実に支持する必要があるため、基部プレート１９は、図には示されていないが、はんだペグ２０の両側にコネクタ１の一辺の両端部近傍まで延在する矩形形状を有し、広範囲に亘るベースハウジング２の部分でカム部材２８から受ける力を支持するようになっている。胴部３４の金属板２４に対応する部分の外周にはカム４０が形成されており、カム部材２８を回動させるとこのカム４０が金属板２４とカム係合して駆動し、この金属板２４がカバーハウジング４を摺動させるように構成されている。
【００２４】
姿勢補償部材となるはんだペグ２０は、ベースハウジング２の凹み１８に配置される平坦部４８即ち基部プレート１９の部分と、ベースハウジング２の端部５０から外方に延出し、基板１００側に折り曲げられ、さらに基板１００と略平行に延出するタイン部５２を有する。タイン部５２は、切欠き５２ａを有する。この切欠き５２ａは、タイン部５２が基板１００にはんだ付けされたときのはんだフィレットが形成される長さ即ち周長を大きくして、溶融したはんだによる表面張力を大きくするためのものである。タイン部５２の突出高さは、前述のスタンドオフ５４よりも僅かに基板１００側に突出している。
【００２５】
図１に最もよく示すように、はんだ付領域１０に対応するカバーハウジング４の上面４６には、ＩＣパッケージ９０（図５）の図示しないピン（電極）を受容する多数の開口４４がマトリックス状に形成されている。図１ではこの開口４４は、最も外側と最も内側の部分のみを示し、中間部分は省略して示す。はんだ付領域１０の中心をＣとすると、ハウジング組立体４２の重心Ｇは、中心Ｃから駆動機構部１４側に偏倚した位置となる。この理由は駆動機構部１４には金属板２４、カム部材２８が設けられており重量があるためである。この位置をいま仮にＧとすると、図１および図２に示すように中心Ｃから偏倚した位置となる。
【００２６】
次に、ハウジング組立体４２を基板１００上に、はんだ付けする工程について、図３および図４を参照して説明する。リフローはんだ付の際は、ハウジング組立体４２は、基板１００上に何の支えもなく単に載置された図３に示す状態となる。そして雰囲気温度が、はんだボール６の溶融温度に達すると、はんだボール６が溶けだして、基板１００の所定位置即ち図示しない導体パッドにはんだボール６が融着される。このとき、重心Ｇがはんだ付領域１０の中心Ｃから偏倚しているため、ベースハウジング２の端部５０に、矢印Ｍ１で示す方向に回転モーメントが生じて沈む虞がある。換言すると、図３において、右側が低く、左側が高くなる虞がある。
【００２７】
しかし、前述のはんだペグ２０のタイン部５２が基板１００側に突出してはんだ付けされるので、このタイン部５２によって沈み込みが阻止され、ハウジング組立体４２の上面４６は、基板１００と平行に維持される。そして、リフローはんだ付工程が完了すると、溶融したはんだボール６のはんだが固化して、ハウジング組立体４２が基板１００に固定される。この工程では、はんだペグ２０はスタンドオフ５４のような役割をするが、基板１００にはんだ付けされて固定される点で相違する。このはんだペグ２０の役割は、次に説明する再度のリフローはんだ付工程についての説明により、その重要性が一層明確になる。
【００２８】
次に、図４を参照して、コネクタ１が取付けられた基板１００の裏面１０２に、さらに他の電子部品１０４を表面実装するために、再度リフローはんだ付工程を行うときのコネクタ１の状態について説明する。電子部品１０４は、基板１００上に載置されて、高温の雰囲気中で前述したように基板１００に表面実装される。しかし、このとき、コネクタ１のはんだ取付部も、高温に曝されるため軟化する。そして、重心Ｇがはんだ付領域１０の中心Ｃから偏倚しているため、Ｍ１とは逆の矢印Ｍ２で示す回転モーメントが生じ、図４においてコネクタ１の左側が下がった状態となる。このため、ベースハウジング２の端部５０に近いはんだボール６ａが最も基板１００から離れやすくなり、接続が不安定となる。このままリフローはんだ付工程を終了すると、コネクタ１は傾斜したまま基板１００に固定されてしまう。最悪の場合は、リフローはんだ付中に、はんだボール６ａの側からはんだ付部が次々に剥がれてコネクタ１が基板１００から脱落してしまうことになる。
【００２９】
しかし、前述のはんだペグ２０の比較的広い面積のタイン部５２の部分で基板１００に確実にはんだ付けされているので、回転モーメントＭ２が生じても、コネクタ１は、タイン部５２の表面張力によって姿勢を変化させることなく、上面４６は基板１００と平行に維持される。このように、はんだペグ２０は、リフローはんだ付時のコネクタ１の姿勢を制御するという重要な役割を有する。この点で、はんだペグ２０は、通常、電子部品等に使用される、単に基板への取付に使用される従来のはんだペグとは全く異なる機能を有するものである。
【００３０】
次に、図５を参照して、ＩＣパッケージ９０と、ヒートシンク９２がコネクタ１に取付けられた状態について説明する。図５（Ａ）に示すように、コネクタ１が、基板１００上に適切に取付けられていない状態、即ち基板１００に対して傾斜している状態では、コネクタ１のはんだボール６と基板１００との電気的接続が不安定になるとともに、コネクタ１に搭載されるＩＣパッケージ９０の上面９０ａも傾斜してしまう。そのため、基板１００に平行に取付けられるヒートシンク９２の底面９４が、ＩＣパッケージ９０の上面９０ａと面接触せず十分な放熱効果が得られないことが理解できよう。
【００３１】
図５（Ｂ）に示すように、コネクタ１が適切に取付けられた状態の時は、コネクタ１の姿勢が正しく維持されて、ハウジング組立体４２の上面４６、ＩＣパッケージ９０の上面９０ａ、ヒートシンク９２の底面９４が、基板１００に対し平行になるため、信頼性の高い電気的接続がえられ、ＩＣパッケージ９０の上面９０ａとヒートシンク９２の底面９４が面接触するので十分な放熱効果が得られる。
【００３２】
次に本発明の実施例について説明する。
実施例
満足できる性能を得るためには、コネクタ１の傾斜角度は±０．２°の範囲内にあることが要求されているが、本発明のコネクタについて、各々のはんだペグの高さに付き、１３回の実験を行った結果、次の通りであった。
【表１】

以上の実験の結果から、はんだペグ２０の、スタンドオフからの高さが、０．１ｍｍ、０．２ｍｍおよび０．３ｍｍの場合に、コネクタ１の傾斜角度は、十分±０．２°以内の範囲内にあることが実証された。
【００３３】
以上、本発明について好ましい実施形態を参照して詳細に説明したが、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、駆動機構部は、マイナスのスクリュードライバにより作動させるものの他、従来知られているレバー式のものでもよい。また、上記の実施形態は、ＩＣパッケージ用ソケットについて説明したが、通常の基板に表面実装される多極のボールグリッドアレーを使用し、且つ相手コネクタと接続されるコンタクトを有する電気コネクタであっても勿論よい。
【００３４】
はんだペグ２０の切欠き５２ａは、１つに限定されるものではなく複数個設けてもよい。また駆動機構部１４の位置は、コネクタ１の中心軸線上になくとも、例えば図１の右上から右下に至る任意の位置にあってもよい。
【００３５】
本発明の実施形態においては、姿勢補償部材となるはんだペグ２０を、ベースハウジング２の端部５０に設けた場合について説明したが、端部５０と反対側の端部に設けてもよい。また、反対側の端部には、重量のバランスをとるための、比較的重量のある付加物を取付けるか或いは、ベースハウジング２および／またはカバーハウジング４と一体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボールグリッドアレーコネクタの平面図
【図２】図１のコネクタの２−２線に沿う縦断面図
【図３】図１のコネクタの１回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図
【図４】図１のコネクタの２回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図
【図５】基板に取付けられたコネクタにＩＣパッケージと、ヒートシンクを取り付けた側面図を示し、（Ａ）はコネクタが基板に適切に取付けられていない状態、（Ｂ）は、適切に取付けられている状態を夫々示す。
【符号の説明】
１ ボールグリッドアレーコネクタ
２ ベースハウジング（絶縁ハウジング）
４ カバーハウジング
６ はんだボール
８ 底面
１９ 基部プレート
２０ はんだペグ（姿勢補償部材）
２８ カム部材
４２ ハウジング組立体
９０ ＩＣパッケージ
１００ 基板
Ｃ 中心
Ｇ 重心

Claims (3)

1. 相手方コンタクトに接触するマトリックス状に配列された多数のコンタクトと、該コンタクトを収容する絶縁ハウジングと、該絶縁ハウジングの底面に前記コンタクトに対応し且つ該コンタクトと導通して配置されたはんだボールとを有し、該はんだボールにより基板へのはんだ付けがなされるハウジング組立体を備え、該ハウジング組立体の重心が前記はんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているボールグリッドアレーコネクタにおいて、
   前記ハウジング組立体を前記基板にリフローはんだ付けする際に、前記偏倚した重心により前記はんだボールが前記基板から離れるように前記ハウジング組立体に生じる回転モーメントに起因するハウジング組立体の傾きを阻止する姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体に設けられ、
   前記姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体の前記重心側の端部から前記基板側に突出した、該基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグであることを特徴とするボールグリッドアレーコネクタ。
2. 前記ハウジング組立体がベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ＩＣパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、前記ハウジング組立体の前記端部には前記カバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、前記ベースハウジングには前記カム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、前記半田ペグが、前記基部プレートと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のボールグリッドアレーコネクタ。
3. 前記姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体の前記重心側の底面に位置していることを特徴とする請求項１記載のボールグリッドアレーコネクタ。

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