JP4061383B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電気接点と複数の電気接触子とを一度に電気的に接続するようにした電気コネクタに関するもので、特に第１コネクタの半田が第２コネクタの接触部への付着防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図に基づいて、従来の電気コネクタ６０について説明する。電気コネクタの一つに、例えば図７に示すように、第１コネクタ１０（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ（ＢＧＡ））と第２コネクタ５０（ＢＧＡ素子等に接触するソケットコネクタをいう）とを着脱自在に突き合わせて、第１コネクタ１０の片面側に設けた半田などの球状突起からなる複数の電気接点１２と第２コネクタ５０の片面側に設けた複数の電気接触子５２とを電気的に接続するようにしたものがある。なお、図示しないが、第１コネクタ１０と第２コネクタ５０とはソケット構造などのような機構を持っていて、着脱自在に装着できるようになっている。
【０００３】
第１コネクタ１０は、セラミックスや剛性のある硬質樹脂基板などからなり、この硬質樹脂基板の片側面には半田（ＰｂＳｎ）などの球状突起からなる複数の電気接点１２が設けられている。この電気接点１２は、半田ボールを硬質樹脂基板のランドにのせて、リフローによって形成している。
また、第２コネクタ５０は、第１コネクタ１０の複数の電気接点１２と電気的に接続できるように片面側に複数の電気接触子５２が設けられている。この電気接触子５２は、第２コネクタ５０の基板２２（ＦＰＣ等）の導体２６上に設けられ、当該導体２６の周囲の基板にはスリット状の切り込み部２４を設けて当該導体２６部分に弾性を持たせる構造にし、この構造によって第１コネクタ１０の電気接点１２の高さのバラツキを吸収できるようにしている。なお、電気接触子５２は接触部分なので、一般的に、金メッキなどの表面処理が施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１コネクタと第２コネクタとの嵌合においては、安定した接触を得るために特開2000-30827号のように第２コネクタの接触片に凹所を設ける提案がなされているが、この提案では第１コネクタと第２コネクタが嵌合した際に第２コネクタが摺動しないので、下記に記述する課題の解決にはならない。
従来の技術に記載したように第２コネクタは、第１コネクタ１０を検査するコネクタであるので、第２コネクタに対しては数千個の第１コネクタ１０との接触が行われる。その為、次のような問題点が発生した。図８に基づいて問題点について説明する。
第１コネクタ１０の電気接点１２と第２コネクタの電気接触子５２が数百回接触すると、従来施されているような金メッキなどの表面処理層に、電気接点１２を形成している半田（ＰｂＳｎ）が付着し易く、接触不良の原因になるといった解決すべき課題があった。
電気接触子５２の表面処理層に半田が付着すると、数百回もしくは数千回に一度ブラシ等で落とすことになる。しかしながら、付着物の半田がなかなかブラシ等で落ちないという問題点もあった。ブラシングを行う回数があまり頻繁だと工数アップになり、ひいてはコストアップに繋がるといった問題にもなる。
上記のような課題を解決するために、本出願人は特願2000-64241号で、前記第２コネクタの電気接触子上に少なくとも１個以上の山状凸起を設ける提案を行っている。しかしながら、現状の技術では、考えていたような山状凸起の頂部のエッジを得ることが出来なく、その為第１コネクタの電気接点への食い込み量が少なく、付着した半田を掻き落とすことが出来なかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、第１コネクタの電気接点と第２コネクタの電気接触子とが数千回の接触（挿抜）を繰り返しても、電気接触子の表面処理層に半田及びその酸化不純物５４が付着し難く、かつ、接触不良が起こり難い優れた電気コネクタを提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１コネクタと第２コネクタとを着脱自在に突き合わせて、前記第１コネクタの片面側に設けた半田の球状突起からなる複数の電気接点と、前記第２コネクタの片面側で基板の導体上に設けた複数の電気接触子とを電気的に接続するようにし、前記導体の周囲の基板にはスリット状の切り込み部を設けて、可動小片部分を形成するとともに、前記基板の背面側に弾性材料を配置することにより、前記可動小片部分に弾性を持たせ、前記第２コネクタの電気接触子上に少なくとも１個以上の断面略Ｕ字形状の凸起部を設け、前記第１コネクタと第２コネクタとの嵌合時に、前記第２コネクタの電気接触子に対する前記第１コネクタの電気接点の押し付け接触力の作用に伴って、前記可動小片部分が前記弾性材料層側に押し下げられて下方に変位することにより、前記第１コネクタの電気接点と前記第２コネクタの電気接触子の接触位置が変位した移動距離だけ前記第１コネクタの電気接点が前記第２コネクタの電気接触子に設けた断面略Ｕ字形状の凸起部の角を摺動することで達成できる。
また、前記凸起部は、前記第１コネクタの電気接点の摺動方向と平行又は非平行に設けたほうがよい。このように設けることで、確実に前回の接触時に付いた半田を前方へ排除できる。
なお、前記断面略Ｕ字形状の凸起部は、前記第２コネクタの前記導体又は保護被覆層上に絶縁層を設け、さらに該絶縁層に導体部まで達するスリット溝を設置後に、徐々にメッキを絶縁層厚を越えない厚さまで施した後に逆メッキ又はエッチングを行い、その後絶縁層を除去することにより作成できる。
ここでいうところの「逆メッキ」とは、製品（凸起部）側を電極にし、電着金属をメッキ液中にイオン化溶出させ電着金属を減じることをいう。
【０００７】
【作用】
第２コネクタの電気接触子３０上に少なくとも１個以上の角柱状凸起部を設けると、第１コネクタ１０と第２コネクタ２０との接触時には、第１コネクタ１０の電気接点１２は第２コネクタ２０の電気接触子３０上を摺動するので、接触時に前回付いた半田は前方に排除される（かき落とされるように排除される）。
第１コネクタ１０と第２コネクタ２０とが嵌合した際に、第１コネクタ１０の電気接点１２が第２コネクタ２０の電気接触子３０上を摺動する理由について説明する。上述のように摺動するのは、金属導体部の背面側にシリコン等の弾性材料３９が配置されると共に第２コネクタ２０の導体２６の周囲の基板２２にはスリット状の切り込み部２４を設けて、可動小片部分３６を形成するとともに、該可動小片部分３６に弾性を持たせ、第１コネクタ１０の電気接点１２に第２コネクタ２０の電気接触子３０を押しつける接触力によって、前記可動小片部分３６が前記弾性材料層３９側に押し下げられて第２コネクタ２０の電気接触子３０は下方に変位し、接触位置が変位し摺動する。この摺動について、図４に基づいて動きを説明する。第１コネクタ１０の電気接点１２は一定の力で第２コネクタ２０の電気接触子３０に押しつけられ、第１コネクタ１０と第２コネクタ２０とが接触する位置がＡ点（図１の状態）である。その後、一定の力で押しつけられ続けると、上述のように第２コネクタ２０には弾性材料層３９や切り込み部２４が設けられているために、Ｏ点を支点にして第２コネクタ２０の電気接触子３０は図４の下方向へ変位すると、第２コネクタ２０の電気接触子３０はＡ点からＡ’点に押し下げられる。しかし、第１コネクタ１０はソケット構造でガイドされている為、前後左右には大きく動けず、第１コネクタ１０の電気接点１２は下方向に垂直に押しつけられるだけの動きになる。したがって、第２コネクタの電気接触子３０が変位した状態ではＢ点（図２の状態）で接触することになる。即ち、第１コネクタ１０の電気接点１２は、第２コネクタ２０の電気接触子３０上をＡ’点からＢ点に一定の力で押しつけられながら移動したことになる。この移動が摺動であり、移動方向が摺動方向ということになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図に基づいて、本発明の電気コネクタについて説明する。
図１は第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動直前の本発明に係る電気コネクタの部分拡大縦断面図であり、図２は第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動完了時の本発明に係る電気コネクタの部分拡大縦断面図である。図３は第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動直前の本発明に係る電気コネクタの部分拡大横断面図であり、図４は第１コネクタの電気接点の摺動についての説明図である。図５（Ａ）は図１の電気コネクタの第２コネクタの角柱状凸起部の配列状態図であり、（Ｂ）は別の配列状態図である。図６は角柱状凸起部の作成方法を説明するための図面である。
図１から図５は、本発明に係る電気コネクタの一つの実施の形態を示したもので、図中、１０は従来と同様セラミックスや剛性のある硬質樹脂基板からなる第１コネクタ、１２は第１コネクタ１０の片面側に設けた半田などの球状突起からなる複数の電気接点、２０は適度の剛性を有する軟質樹脂などの基板２２からなる第２コネクタ、２６は基板２２の片面側に設けられた円盤状の金属層からなる導体、２８は基板２２の導体形成側に施した絶縁材料などからなる保護被覆層、３０は導体２６上に施された電気接触子、３１は電気接触子３０に設けられた断面略Ｕ字形状の凸起部である。
【０００９】
この電気コネクタにおいて、図示しないが、第１コネクタ１０と第２コネクタ２０とは、従来と同様ソケット構造などのような機構を持っていて、着脱自在に装着できるようになっている。もちろん、第１コネクタ１０の電気接点１２側と反対側の片面には、電気接点１２側と接続（導通）されたプリント配線などの必要な配線が施してある。
【００１０】
まず、本発明のポイント部分である第２コネクタ２０について説明する。
本発明の第２コネクタ２０では、基板２２の片面側に例えば予め施してある銅箔などの金属層部分を、例えば基板製造技術の一つであるプリント配線パターン成形法によって処理して、図１に示すように、所望の導体２６を設けてある。
したがって、多数の導体２６を極めて低コストで、しかも、殆ど嵩張ることなく形成することができる。もちろん、この導体２６と接続されるリード線３４部分も同様のプリント配線パターン成形法によって形成することができる。なお、このリード線３４部分は、複数の導体２６を高密度で配列する場合、基板表側の配線スペースが不足することがあるため、基板２２の適宜位置にスルホール４０を設け、これと連通された形で、基板裏側に形成することもできる。
【００１１】
前記導体２６の第１コネクタ１０との接触部分には、導電性の良い材料で電気接触子３０が設けられている。この電気接触子３０は、前記導体２６にめっきなどによって設けられている。導体２６の材料としては、導電性の良い材料であれば如何なるものでもよく、黄銅やベリリウム銅やリン青銅などが挙げられる。
【００１２】
前記第１コネクタの電気接点１２との接触の際に付着した半田を排除できるように、第２コネクタ２０の前記電気接触子３０上に少なくとも１個以上の断面略Ｕ字形状の凸起部３１を設けると共に第１コネクタ１０と第２コネクタ２０との嵌合時に、前記第２コネクタ２０の電気接触子３０に対する前記第１コネクタ１０の電気接点１２の押し付け接触力の作用に伴って、前記可動小片部分３６が前記弾性材料層３９側に押し下げられて下方に変位することにより、前記第１コネクタ１０の電気接点１２と前記第２コネクタ２０の電気接触子３０の接触位置が変位した移動距離だけ前記第１コネクタ１０の電気接点１２が第２コネクタ２０の電気接触子３０に設けた前記略Ｕ字形状の凸起部３１の角を摺動させ、前記凸起部３１の角（エッジ）部分はある程度鋭くとがった方がよい。即ち、この断面略Ｕ字形状の凸起部３１は、付着した半田を排除するためのものである。
該凸起部３１の突出量としては、上記役割を満足すればよく、０．１〜０．２ｍｍ程度あれば十分である。前記断面略Ｕ字形状の凸起部３１の数量としては、第１コネクタ１０の電気接点１２と第２コネクタ２０の電気接触子３０との位置関係（位置ずれ）等を考えると複数あることが望ましい。このように断面略Ｕ字形状の凸起部３１を複数設けると電気接触子３０の表面は略パルス波形状になる。
上述した作用と役割を考えると、前記第１コネクタ１０の電気接点１２の摺動方向と平行又は非平行に設けたほうがよい。このように設けることで、確実に前回の接触時に付いた半田を前方へ排除できる。
【００１３】
次に、図６に基づいて、前記断面略Ｕ字形状の凸起部３１の作成方法について説明する。
まず、第２コネクタ２０の導体２６又は保護被覆層２８上に絶縁層３３を設ける。即ち、絶縁層３３は導体２６に直接設けてもよく、導体２６に保護被覆層２８を設けその上に設けてもよい。前記絶縁層３３の厚みは、１５〜１００μｍにする。
次に、絶縁層３３に導体２６部まで達するスリット溝４２を設置する。このスリット溝４２は、図３のように第１コネクタ１０の電気接点１２の摺動方向と平行又は非平行に設ける。該スリット溝４２は、レーザー加工などによって作成することができるが、スリット溝４２を設置できれば如何なる方法で設置してもよい。非平行の場合は、凸起部３１の役割を考慮すると、第１コネクタ１０の摺動方向に対して５°〜２０°度程度がよい。
次に、スリット溝４２内に徐々にメッキを施し、メッキを施す終端位置としては絶縁層３３厚を越えない厚さまで施す。
次に、メッキ部の先端部分を略Ｕ字形状にするために、逆メッキ又はエッチングを行う。
最後に、絶縁層３３をアルカリ性溶液（水酸化ナトリウム）によって除去することにより、断面略Ｕ字形状の凸起部３１の形状を作成することができる。（該スリット溝４２の数が、複数あれば電気接触子３０の表面は略パルス波形状になる。）
【００１４】
前記基板２２にはスリット状の切り込み部２４を設け、本発明の導体２６及び電気接触子３０には弾性を持たせてあるため、図１に示すように、第１コネクタ１０に第２コネクタ２０を突き合わせてセットし、この電気接触子３０を第１コネクタ１０の球状突起からなる電気接点１２と当接させれば、導体２６及び電気接触子３０は、電気接点１２に追随して弾性的に接触するため、電気接点１２側に多少の高さ不整などがあっても、安定して接続される。
【００１５】
つまり、信頼性の高い電気的な接続が得られる。このとき、導体２６及び電気接触子３０側の弾性は、基板２２の舌状の可動小片部分３６の弾性に左右されるため、上述した適度の剛性を有する軟質樹脂などからなる基板２２硬さは、可動小片部分３６に十分な弾性が付与される程度の硬さである必要がある。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る電気コネクタによると、次のような優れた効果が得られる。
（１）導体２６に施す電気接触子３０の表面に突出する断面略Ｕ字形状の凸起部３１を設けると共に前記第１コネクタと第２コネクタの嵌合時に、前記第２コネクタ２０の電気接触子３０に対する前記第１コネクタ１０の電気接点１２の押し付け接触力の作用に伴って、前記可動小片部分３６が前記弾性材料層３９側に押し下げられて下方に変位することにより、前記第１コネクタ１０の電気接点１２と前記第２コネクタ２０の電気接触子３０の接触位置が変位した移動距離だけ前記第１コネクタの電気接点が前記第２コネクタの電気接触子に設けた断面略Ｕ字形状の凸起部の角を摺動させているので、前の接触時に付いた半田を容易に排除（かき落とし）することができる。
（２）前記断面略Ｕ字形状の凸起３１を前記第１コネクタ１０の電気接点１２の摺動方向と平行又は非平行に設けているので、より確実に前回の接触時に付いた半田カスが先方に排除することができる。
（３）前記凸起部は、前記第２コネクタの前記導体又は保護被覆層上に絶縁層を設け、さらに該絶縁層に導体部まで達するスリット溝を設置した後に、徐々にメッキを絶縁層厚を越えない厚さまで施した後に逆メッキ又はエッチングを行い、その後絶縁層を除去することにより作成することで、断面略Ｕ字形状を有した凸起部を容易に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動直前の本発明に係る電気コネクタの部分拡大縦断面図である。
【図２】第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動完了時の本発明に係る電気コネクタの部分拡大縦断面図である。
【図３】第１コネクタと第２コネクタとが嵌合した摺動直前の本発明に係る電気コネクタの部分拡大横断面図である。
【図４】本発明に係る電気コネクタの摺動についての説明図である。
【図５】（Ａ）
図１の電気コネクタの第２コネクタの略Ｕ字形状の凸起部の配列状態図である。（Ｂ）
（Ａ）とは別の配列状態図である。
【図６】略Ｕ字形状の凸起部の作成方法を説明するための図面である。
【図７】従来の電気コネクタの部分拡大縦断側面図である。
【図８】課題を説明するための図５の電気コネクタの第２コネクタの基板を示した部分拡大平面図である。
【符号の説明】
１、６０ 電気コネクタ
１０ 第１コネクタ
１２ 電気接点
２０、５０ 第２コネクタ
２２ 基板
２４ スリット状の切り込み部
２６ 導体
２８ 保護被覆層
３０、５２ 電気接触子
３１ 凸起部
３２ 開口
３３ 絶縁層
３４ リード線
３６ 舌状の可動小片部分
３８ 金属導体部
３９ 弾性材料層
４０ スルホール
４２ スリット溝
５４ 不純物

Claims (4)

1. 第１コネクタと第２コネクタとを着脱自在に突き合わせて、前記第１コネクタの片面側に設けた半田の球状突起からなる複数の電気接点と、前記第２コネクタの片面側で基板の導体上に設けた複数の電気接触子とを電気的に接続するようにし、
   前記導体の周囲の基板にスリット状の切り込み部を設けて、可動小片部分を形成するとともに、前記基板の背面側に弾性材料層を配置することにより、前記可動小片部分に弾性を持たせ、
   前記第２コネクタの電気接触子上に少なくとも１個以上の断面略Ｕ字形状の凸起部を設け、
   前記第１コネクタと第２コネクタとの嵌合時に、前記第２コネクタの電気接触子に対する前記第１コネクタの電気接点の押し付け接触力の作用に伴って、前記可動小片部分が前記弾性材料層側に押し下げられて下方に変位することにより、前記第１コネクタの電気接点と前記第２コネクタの電気接触子の接触位置が変位した移動距離だけ前記第１コネクタの電気接点が前記第２コネクタの電気接触子に設けた断面略Ｕ字形状の凸起部の角を摺動することを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記凸起部は、前記第１コネクタの電気接点の摺動方向と平行又は非平行に設けることを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
3. 前記凸起部は、前記第２コネクタの前記導体又は保護被覆層上に絶縁層を設け、さらに該絶縁層に導体部まで達するスリット溝を設置した後に、徐々にメッキを絶縁層厚を越えない厚さまで施した後に逆メッキ又はエッチングを行い、その後絶縁層を除去することにより作成したことを特徴とする請求項２記載の電気コネクタ。
4. 前記基板は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１、２または３記載の電気コネクタ。

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