JP4060710B2 - 回路デバイス - Google Patents

Description

本発明は、回路基板または基板と相互接続するための回路モジュールに関し、詳細には、いくつかの一般に用いられている相互接続手法の任意の１つによる相互接続に適合された回路モジュールに関する。この回路モジュールは、ＩＣパッケージ、回路基板を備えることができる。

（発明の背景）
電子回路が高密度化、高速化し、ますます複雑化するにつれて、電子回路間の相互接続は、さらに厳しい要件を満たすことが求められている。能動構成要素の大幅な高密度化に伴い、相互接続デバイスは利用可能な体積の大部分を消費するようになった。また、高密度化により、必要な電流および電力の消散が増加し、接続された回路デバイス間の熱的不整合が悪化する。さらに、より高速の回路デバイス速度は、許容可能な相互接続インダクタンスにより厳しい制限を加えている。

こうした急速に変化する要件から、回路モジュールを回路基板と接続するためのさまざまな手法が生み出された。ＰＴＨ相互接続として知られている一手法では、回路モジュールは複数の接続ピンを備え、回路基板はそのピンを受けるためのメッキスルーホール（スルーホール、頭字語は「ＰＴＨ」）の対応するパターンを有する。ピンは孔に挿入され、回路基板にはんだ付けされる。通常、ピンは回路基板を介して延び、その裏側にはんだ付けされる。

表面実装相互接続と呼ばれる第２の手法では、回路モジュールは、折り曲げた相互接続リード（モジュールから外側に曲がる「ガル・ウィング状」、またはモジュールに向かって曲がる「Ｊ型リード」）を備える。回路基板の表面は、折り曲げたリードを受けるためのボンディング・パッドのパターンを有し、リードは表面上の定位置ではんだ付けされる。

第３の手法は、ソケット接続と呼ばれる。ＰＴＨ相互接続と同様に、回路モジュールは接続ピンを有する。しかしこの回路基板は、スルーホールではなく、ピン用の導電性の受け孔（「ソケット」）を備えるモジュラー・ユニットに接続される。

さまざまなシステム製作者は、同じモジュラー回路にこうした相互接続方式のさまざまなものを使用している。必然的に、モジュール製作者は、多数の異なるモジュール内で同じ回路を準備しなければならない。したがって、主要な回路基板接続方式を使用する汎用の接続性を有する回路モジュールが求められている。

（発明の概要）
本発明によれば、回路モジュールは、複数の二重キャパシティ（ｄｕａｌ ｃａｐａｃｉｔｙ）接続パッドを備えており、各パッドはミニアチュア表面実装コネクタおよび／または接続ピンを保持する。好ましいＩ型チャンネル表面実装コネクタは、非常に小さいため、モジュールを表面実装またはピンによって回路基板の同じ領域に接続することができる。

本発明の特質、利点、およびさまざまなさらなる特徴は、添付の図面に関連して次に詳細に説明する例示の実施形態を考慮することによって、より完全に明らかになるであろう。

これらの図面は、本発明の概念を例示するためのものであって、基準化するものではないことを理解されたい。

（詳細な説明）
図面を参照すると、図１は、回路基板１１、１つまたは複数の二重コネクタ実装パッド１３に接続された１つまたは複数の回路構成要素１２を備える、汎用の接続性を有する回路モジュール１０を示す斜視図である。各二重コネクタ・パッド１３は、表面実装コネクタ１５を受けるための導電性表面領域１４、およびコネクタ・ピン１７を受けるための表面領域１４に接続された導電孔１６を備える。コネクタ１５の高さは、任意の回路構成要素１２の高さよりも高い。コネクタ１５を、標準のピックアンドプレース技法によってパッド領域１４上に配置し、はんだリフロによって固定する。二重実装パッド１３によって占有される領域を最小限にするには、表面実装コネクタ１５を、好ましくは導電性の高い銅または銀からなる非常にコンパクトな低インピーダンスのデバイスにするべきである。

図２は、この適用例に好ましい表面実装コネクタ１５を示す。この好ましいコネクタ１５は、「Ｉ型」断面の細長い金属本体である。このコネクタは、両端部で横に延びる基部セクション２３、２４を有する、長手方向に延びる中央ビーム・セクション２２を備える。このコネクタの長手方向寸法は、１つまたは複数のスロット２７によって長手方向セクション２５、２６に分割することができる。本体の端部は、凹部領域２８を備えることができ、この凹部領域２８は、部分的なスロットとして形成することができる。

図２で示した座標系を参照すると、コネクタ１５が、ｘ軸に沿って長手方向に延びている。ビーム・セクション２２の主表面は、ｘ−ｚ平面に平行であり、基部セクション２３、２４の主表面は、ｘ−ｙ平面に平行である。本明細書で示した実施形態では、コネクタの実装表面は、基部２３の外側表面２９Ａおよび基部２４の外側表面２９Ｂである。したがって、コネクタは、ｚ方向で電気的、熱的に接続性をもたらす。

通常、コネクタの長さＡは、コネクタの許容インピーダンスのレベルによって決定される。長さが長くなると、インダクタンスおよび抵抗が低下する。高さＢは、接続すべき回路デバイスの相互接続側にある最高の構成要素の高さよりも高くなるように選択して、接続すべき２つの回路デバイス間の接触が、コネクタだけを介してなされるようにする。基部幅Ｃは、コネクタへの傾斜要件、すなわち倒れずに基部外側表面が平坦な回路基板と作ることができる最大角度によって選択される。好ましくは、高さＢは基部幅Ｃよりも大きく、幅Ｃは少なくとも傾斜角３０°をもたらすのに十分な幅である。基部セクションの断面の隅は、有利には、半径７ミリインチでなど丸みを付けて、はんだ付けの場合に良好なフィレットを提供し、それによって確実なはんだ接合をもたらす。

スロット２７の存在および数は、コネクタへのｘｙコンプライアンス要件によって決定される。スロット２７は、ビーム・セクションを２つの隣接する長手方向セクション２５、２６に分割する。スロット２７は、各セクション２５、２６の長手方向寸法がその高さ寸法を超えないように寸法設定し、配置しなければならない。したがって、コネクタの長さがその高さよりも小さい場合は、スロットは必要ない。その長さが高さより大きいが、高さの２倍より大きくない場合は、１つのスロットが望ましい。凹端部領域２８は、コネクタの実際の長さを短縮し、ｘｙコンプライアンスをもたらすためのスロットの必要性を減らすことができる。スロットの最適な形は、中央ビーム・セクション２２を９０°回転させた形と幾何形状が同様のものである。スロット２７は、図１で示したようにビーム・セクション２２に閉じ込めることができ、または基部セクションの１つを切り開くことができる。

こうしたコネクタは、Ｉ型断面の金属ロッドを押出成形し、所望のスロットを穿孔し、所望の長さに切断することによって、簡単に製造することができる。このコネクタは、ロッドを銅または銀など高い導電性および熱伝導性の軟金属で押出成形できるため、非常に低い（電気的かつ熱的）インピーダンスを達成することができる。好ましくは、成形されたコネクタをＮｉ／ＡｕまたはＮｉ／はんだ（たとえば、錫／鉛はんだ）のはんだ付け可能な被覆でメッキする。Ｎｉは有利には、厚さが少なくとも５０マイクロインチ、Ａｕは少なくとも３マイクロインチ、または、はんだは少なくとも２００マイクロインチである。

通常の長さＡは、０．０３０〜０．３００インチである。通常の高さＢは０．０４０〜０．１２０インチであり、通常の基部幅Ｃは、０．０２５〜０．１００インチである。中央ビーム・セクション２２は通常、厚さ０．０１０〜０．０３０インチであり、基部セクション２３、２４は通常、厚さ０．０１０〜０．０３０インチである。

この低インピーダンスの表面実装コネクタに関するさらなる詳細は、Ａ．Ｒｏｙによって提出された本願と共存出願の米国特許出願「Ｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｕｎｔ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ」に記載されている。この共存出願を参照により本明細書に組み込む。

上記のＩ型チャンネル表面実装コネクタは、コンパクトな低インピーダンス特性のために好ましいが、代替の表面実装コネクタを使用することもできる。たとえば、１９９６年１２月３１日発行、Ｒ．Ｌａｗ他の米国特許第５，５８８，８４８号に記載のコネクタを参照されたい。

コネクタ・ピン１７は、この産業界で通常使用される従来の接続性のピンでもよい。このピンは、肩付きまたは肩なしでもよい。例示のピン１７は、たとえば、参照により本明細書に組み込む、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｒ．Ｒ．Ｔｕｒｍａｌａ他編集、Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ、ＮＹ、１９８９年に記載されている。

二重コネクタ実装パッド１３は、当業者には周知の技法によって回路基板１１内の導通可能にメッキしたスルーホールを備えて製造することができる。このメッキしたスルーホールは、ピン１７を受けるための寸法に設定された開口、およびコネクタ１５を受けるための適当な寸法に延長された表面領域１４を備えて製造される。好ましくは、パッド１３は、Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／はんだのメッキを含む。

図３は、図１の回路モジュール１０を回路デバイス３０に接続できる方法を示す斜視図である。デバイス３０は、パッケージあるいは基板、または回路基板を備えることができ、好ましくは、２つのうちのより大きい領域である。予備工程として、回路デバイス３０は、回路デバイス３０上に実装されたコネクタを受けるためにサイズおよび分布が適当なはんだパッド３２を備える。本明細書では、パッド３２は、表面実装コネクタ１５および／またはピン１７を受けるための寸法に設定されている。あるいは、パッド３２は、ピン１７を受けるためのメッキしたスルーホールだけにすることもでき、ピン１７用のソケットを含むモジュラー・ユニットを備えることもでき、または表面実装コネクタ１５だけを受けるためのパッドにすることもできる。したがってモジュール１０は、表面実装接続によって、またはピン１７を追加してＰＴＨ相互接続またはソケット接続によって、接続することができる。

好ましくは、パッド３２をはんだで事前被覆し、ピックアンドプレース技法を用いて、モジュール１０をデバイス３０上で、パッド３２と位置合せしてコネクタ１５に取り付けることができる。この２つの回路デバイスは、次いで、はんだリフロによって相互接続することができる。

主要な回路基板接続方式を用いて汎用の接続性を提供する他に、この新規な回路モジュールは、ピンおよび表面実装コネクタを共に使用することによって、より正確かつ頑丈な相互接続をもたらすことができる。表面実装コネクタ１５は、２つのデバイス間に垂直の間隔が画定されるのを止める働きをし、ピンはデバイス間の正確な横の位置合せを提供する。

上記に記載した実施形態は、本発明の原理の適用例を示すことができる多くの可能な特定の実施形態の単にいくつかの例示であることを理解されたい。多数のさまざまな他の構成は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には簡単に考案することができる。

汎用の接続性を有する回路モジュールを示す斜視図である。 図１の回路モジュールに特に有用なコンパクトな表面実装コネクタの斜視図である。 図１の回路モジュールの回路基板に接続できる方法を示す斜視図である。

Claims (8)

1. 他の回路デバイスと電気的に相互接続するための回路デバイスであって、
   １つまたは複数の回路構成要素を備える回路基板と、
   それぞれが、表面実装コネクタを受けるための導電性表面領域、およびコネクタ・ピンを受けるための導電孔を備える、前記回路構成要素に電気的に接続された前記回路基板上の１つまたは複数の二重コネクタ実装パッドと、
   前記二重コネクタ実装パッドの導電性表面領域に導通可能に接続された１つまたは複数の表面実装コネクタとを備える回路デバイス。
2. 前記二重コネクタ実装パッドの導電孔内に導通可能に接続された１つまたは複数のコネクタ・ピンをさらに備える、請求項１に記載の回路デバイス。
3. 前記表面実装コネクタが、Ｉ型断面の金属本体を備える、請求項１に記載の回路デバイス。
4. 前記金属本体が、銅または銀の押出成形した固体のロッドを備える、請求項３に記載の回路デバイス。
5. 前記表面実装コネクタによって、第２の回路デバイスに電気的に接続された請求項１に記載の第１の回路デバイスを備える、相互接続された回路デバイス。
6. 前記コネクタ・ピンによって、第２の回路デバイスに電気的に接続された請求項２に記載の第１の回路デバイスを備える、相互接続された回路デバイス。
7. 他の回路デバイスと電気的に相互接続するための回路デバイスであって、
   １つまたは複数の回路構成要素を備える回路基板と、
   それぞれが、表面実装コネクタを受けるための導電性表面領域、およびコネクタ・ピンを受けるための導電孔を備える、前記回路構成要素に電気的に接続された前記回路基板上の１つまたは複数の二重コネクタ実装パッドと、
   前記二重コネクタ実装パッドの導電孔内に導通可能に接続された１つまたは複数のコネクタ・ピンとを備える回路デバイス。
8. 前記コネクタ・ピンによって、第２の回路デバイスに電気的に接続された請求項７に記載の第１の回路デバイスを備える、相互接続された回路デバイス。

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