JP4768061B2

JP4768061B2 - コネクタ

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Publication number: JP4768061B2
Application number: JP2009206164A
Authority: JP
Inventors: 雅之馬場; 修一亀山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: US20060025013A1; US7628645B2; US7914325B2; JPWO2006018958A1; US7134909B2; JP4522411B2; JP5212263B2; US20100044097A1; US20070123099A1; JP2009204619A; WO2006018958A1; US20080316725A1; US7425151B2; JP2009295592A

Description

本発明はコネクタに関する。特に、本発明は、プリント回路板上の搭載された電子部品を試験するために、プリント回路板に設けた試験用領域に、試験装置に連結されたコネクタを接続し、当該電子部品を試験する場合に好適に用いることのできるコネクタに関する。

従来、プリント回路板の試験においては、試験装置に接続された複数のプローブが、プリント回路板の電極パッドと同じパターンで配置され、これらの電極パッドに接触される。試験用プローブとしてスプリングプローブが使用される。複数のスプリングプローブは専用の治具に配置され、プリント回路板の電極パッドに向かって押圧されるようになっている。この方法では、プリント回路板に合わせて治具を開発、製作する必要があり、プリント回路板の品種毎に治具の開発製造費が発生する。また、複数のスプリングプローブを支持する治具は比較的に複雑な構造をしており、プリント回路板を支持する機構も必要である。

また、プリント回路板と試験装置との接続方法として、プリント回路板上に専用のコネクタを実装する方法がある。この方法では、プリント回路板にコネクタを実装できるような実装設計が必要であり、コネクタの部品費とそれを実装するための手間と費用が発生する。

なお、プリント回路板にコネクタを取り付けた従来例は特開２００２−２６８９１１号公報（特許文献１）に開示されている。これによると、コネクタの端子ピンがプリント回路板のスルーホールに挿入される構造である。

特開２００２−２６８９１１号公報

本発明の目的は、比較的に低コストで試験装置とプリント回路板を接続することができるようにしたコネクタを提供することである。
また、本発明の目的は、例えばＩＥＥＥ１１４９．１で規定されたＪＴＡＧ試験装置を実現するための統一基準に適合したコネクタを提供することである。

本発明によるコネクタは、正方形領域の各頂点、前記正方形領域の中央、前記正方形領域の第１辺の中心位置、及び前記第１辺と対向する第２辺の中心位置に配置された７つの導電ピンと、前記第１辺に垂直な第３辺の中心位置および前記第３辺と対向する第４辺の中心位置の２つの位置に配置され、該導電ピンに実質的に平行に延び、前記導電ピンよりも長く、プリント基板の穴に挿入される、２つの固定ピンとを備えることを特徴とする。

前記２つの固定ピンは径又は断面形状が互いに異なることを特徴とする。この場合において、前記２つの固定ピンの一方は他方より径が細く且つ長いことを特徴とする。

本発明によれば、正方形領域の第３辺の中心位置および第４辺の中心位置に２つの固定ピンを配置する構成により、各導電ピンと固定ピンの距離が略均一になり、全導電ピンが均等かつ安定的にプリント板に接触することができる。

図１は本発明の実施例によるコネクタをプリント回路板と試験装置に接続した例を示す図である。図２は図１のプリント回路板の一部で複数の電極パッドと複数の固定孔とが配置された領域を示す図である。図３はコネクタを示す斜視図である。図４は図３のコネクタの底面図である。図５はコネクタをプリント回路板に取り付ける際の初期の状態を示す斜視図である。図６はコネクタをプリント回路板に取り付けた状態を示す斜視図である。図７は導電ピンがスプリングプローブとして形成された例を示す図である。図８は固定ピンのフック部の一例を示す図である。図９は固定ピンの他の例を示す図である。図１０は固定ピン及び固定孔の他の例を示す図である。図１１は複数の電極パッドと複数の固定孔の配列の他の例を示す図である。図１２は複数の固定孔の形状を変えた例を示す図である。図１３は複数の固定孔の形状を変えた例を示す図である。図１４は複数の固定孔の形状を変えた例を示す図である。図１５は固定孔の配列及び形状の他の例を示す図である。図１６は固定孔の配列及び形状の他の例を示す図である。固定孔の形状の他の例を示す図である。２つの固定ピンの長さ、断面の大きさ、形状を変更した他の例を示す図である。ＪＴＡＣＴ試験用の統一規格化に適した電極パッドの配置例を示す。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例によるコネクタをプリント回路板と試験装置に接続した例を示す図である。図２は図１のプリント回路板の一部で複数の電極パッドと複数の固定孔とが配置された試験用の領域を示す図である。図２に示す試験用領域は図１のコネクタが取りつけられる領域に相当する。以下の説明はプリント回路板のインサーキットエミュレーションのために被試験体と試験装置との電気的接続を例として説明するが、本発明はそのような例に限定されるものではない。

図１及び図２において、取りつけ組合せ構造１０は、プリント回路板１２と、コネクタ１４とからなる。コネクタ１４はプリント回路板１２に取付けられ、そしてプリント回路板１２から取外されるようになっている。コネクタ１４はケーブル１６により試験装置１８に接続される。

プリント回路板１２は、半導体素子２０と、少なくとも１つの電極パッド（ランド）２２と、少なくとも１つの固定孔２４とを有する。図示の例では、複数の（例えば５個の）電極パッド２２と、複数の（例えば２個の）固定孔２４が設けられる。固定孔２４は貫通孔である。プリント回路板１２は図示しない内部回路及び外部接続端子を有し、半導体素子２０は内部回路によって電極パッド２２に接続されている。その他の電気部品がプリント回路板１２に搭載されていてもよい。

複数の電極パッド２２は、ＩＥＥＥ１１４９．１テストバス（通称ＪＴＡＧバス）で規定された信号に合わせて設けられている。ＪＴＡＧ（ＪｏｉｎｔＴｅｓｔＡｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐ）試験信号はＴＤＩ，ＴＤＯ，ＴＭＳ，ＴＣＫ，ＴＲＳＴを含む。ここで、ＴＤＩはテストデータ入力用、ＴＤＯはテストデータ出力用、ＴＭＳはテストモードセレクト用、ＴＣＫはクロック用、ＴＲＳＴはリセット用の各信号に用いられるものである。これらの電極パッド２２及び固定孔２４は、まとめて１つの領域に配置されている。５つ以上の電極パッド２２があることが好ましく、さらにグランド（ＧＮＤ）用の電極パッド２２があることが好ましい。

図２においては、２つの固定孔２４と７つの電極パッド２２が３列、３行に配置されており、固定孔２４の位置する行又は列については、少なくとも１つの固定孔２４と少なくとも１つの電極パッド２２が１領域内で一直線上に配置されている。

図３はコネクタ１４を示す斜視図、図４は図３のコネクタ１４の底面図である。コネクタ１４は、コネクタ本体２６と、コネクタ本体２６の下部から下向きに突出する７つの導電ピン２８と、導電ピン２８に実質的に平行に延びる２つの固定ピン３０とを有する。固定ピン３０は導電ピン２８よりも長い。導電ピン２８はプリント回路板１２の電極パッド２２に接触して試験におけるプローブとして機能する。さらに、コネクタ１４の上部から図１に示すケーブル１６が延びる。導電ピン２８はケーブル１６に電気的に接続されている。

７つの導電ピン２８と２つの固定ピン３０とは、図２の７つの電極パッド２２と２つの固定孔２４と同様にまとめて１つの領域に配置され、これらの電極パッド２２と固定孔２４と対応する位置関係で配置されている。コネクタ１４をプリント回路板１２に取付けると、２つの固定ピン３０は２つの固定孔２４に挿入され、７つの導電ピン２８は７つの電極パッド２２に接触する。固定ピン３０は導電ピン２８よりも長く、導電ピン２８が電極パッド２２に接触する前に固定孔２４に入り、コネクタ１４をプリント回路板１２に取付けるときにガイドとして作用する。

各固定ピン３０はプリント回路板１２に固定されるのに適した構造を有する。各固定ピン３０は、少なくとも１つの弾性変形可能な部材からなり、この部材がフック部を有する構造とすることができる。図示の例においては、各固定ピン３０は、先割れ構造のものであり、互いに離れ又は近づくように弾性変形可能な一対の長手部材３０ａからなる。一対の長手部材３０ａの間にはギャップ３０ｂが形成され、長手部材３０ａが互いに離れ又は近づくように弾性変形する際にギャップ３０ｂが大きくなり、また小さくなる。各長手部材３０ａは略半円の断面形状を有する。各長手部材３０ａの先端には矢尻状のフック部３０ｃが設けられる。

図５はコネクタ１４をプリント回路板１２に取り付ける際の初期の状態を示す斜視図であり、図６はコネクタ１４をプリント回路板１２に取り付けた状態を示す斜視図である。コネクタ１４をプリント回路板１２に取り付ける際に、コネクタ１４の固定ピン３０をプリント回路板１２の固定孔２４に挿入し、コネクタ１４をプリント回路板１２に向かって押圧すれば、コネクタ１４の導電ピン２８がプリント回路板１２の電極パッド２２に接触する。

固定ピン３０の一対の長手部材３０ａの外面間の距離はプリント回路板１２の固定孔２４の内径よりも大きい。最初に、固定ピン３０の一対の長手部材３０ａの先端のフック部３０ｃの下方テーパー部分が固定孔２４に挿入され、固定ピン３０を固定孔２４に押し込むにつれて、一対の長手部材３０ａの間のギャップ３０ｂが小さくなる。フック部３０ｃが固定孔２４の下端（プリント回路板１２の下面）を通過すると、一対の長手部材３０ａが開き、一対の長手部材３０ａは固定孔２４の内面に接触し、且つフック部３０ｃがプリント回路板１２の壁の下面に係合される。こうして、固定ピン３０は固定孔２４に実質的に不動に保持される。

この状態では、コネクタ１４の導電ピン２８がプリント回路板１２の電極パッド２２に接触しており、コネクタ１４はプリント回路板１２に電気的に接続される。また、コネクタ１４はプリント回路板１２に機械的に結合される。このようにして、固定ピン３０は、導電ピン２８と電極パッド２２との電気的な接触を確保し、かつ、コネクタ１４とプリント回路板１２との機械的な結合を維持するように作用する。つまり、コネクタ１４はプリント回路板１２に自立的に結合される。そのため、他の治具を使用することなく、コネクタ１４はプリント回路板１２に容易に取付けられ、電気的に接続される。

図７は導電ピン２８がスプリングプローブとして形成された例を示す図である。導電ピン２８は、コネクタ本体２６に配置された金属円筒部材３２と、金属円筒部材３２に移動可能に配置されたコンタクト部材３４と、金属円筒部材３２とコンタクト部材３４との間に配置されたスプリング３６とを含む。導電ピン２８を電極パッド２２に押しつけると、プローブ３４がスプリング３６のばね力の下で電極パッド２２に接触する。従って、導電ピン２８を電極パッド２２に確実に接触させることができる。

コネクタ１４をプリント回路板１２に結合したら、所望の試験等を実施する。試験等が終了したら、コネクタ１４をプリント回路板１２から取り外す。

コネクタ１４をプリント回路板１２から取り外す場合には、ある程度の力でコネクタ１４をプリント回路板１２から引くと、固定ピン３０の一対の長手部材３０ａが閉じ、フック部３０ｃがプリント回路板１２の下面から外れる。こうして、ロックが外れ、コネクタ１４をプリント回路板１２から取り外すことができる。

この場合、使用中には導電ピン２８が電極パッド２２に接触していてフック部３０ｃがスプリング３６のばね力によって固定孔２４から抜けないようにロックし、コネクタ１４をプリント回路板１２から取り外すときには固定ピン３０に導電ピン２８と電極パッド２２との間の接触圧力よりも大きな力をかけてコネクタ１４を引き抜くことによりフック部３０ｃが固定孔２４から抜けるように、固定ピン３０のフック部３０ｃを工夫するのが好ましい。

例えば、図８において、固定ピン３０のフック部３０ｃの、プリント回路板１２の下面に係合する部分３０ｄが、プリント回路板１２の下面に平行な平面に対してわずかに丸みをつけ、あるいはわずかに傾斜するようにする。

図９は固定ピン３０の他の例を示す図である。固定ピン３０は、先端部が細く、中間部が太くなる形状をもち、固定ピン３０を固定孔２４に挿入すると固定ピン３０は途中で止まり、固定ピン３０と固定孔２４との間で摩擦が発生するようになっている。固定ピン３０は摩擦力により固定孔２４に不動に保持される。こうして、使用中には固定ピン３０がスプリング３６のばね力によって固定孔２４から抜けず、コネクタ１４をプリント回路板１２から取り外すときに固定ピン３０は導電ピン２８と電極パッド２２との間の接触圧力よりも大きな力をかけることにより固定孔２４から抜けるようになる。

固定ピン３０と固定孔２４は、コネクタ１４をプリント回路板１２に取付ける際にガイド機構として作用し、コネクタ１４とプリント回路板１２との機械的な結合を実現し、そして、導電ピン２８と電極パッド２２との電気的な接触を維持させる作用をする。

図１０は固定ピン３０及び固定孔２４の他の例を示す図である。この例では、固定孔２４は電気的な接続を行うスルーホールとして形成される。すなわち、固定孔２４に導電膜３８が形成され、固定ピン３０が導電材料で作られる。従って、固定ピン３０が固定孔２４の導電膜３８に電気的に接続される。このようにして、固定ピン３０は上記した固定ピン３０の機能と、導電ピン２８の機能とを有することになる。

図１１から図１８はコネクタ１４の装着方向を規制する構造の例を示す図である。図１１は複数の電極パッド２２と複数の固定孔２４の配列の他の例を示す図である。図２においては、２つの固定孔２４は２行目に互いに対称に配置されていたが、図１１においては、２つの固定孔２４は１行目の両端に、互いに対称に配置されている。これに対応して、２つの固定ピン３０も１行目の両端に、互いに対称に配置される。もっとも、２つの固定孔２４を３行目の両端に、あるいは縦方向の１列目又は３列目の両端に配置し、それに対応して２つの固定ピン３０の配置を変えてもよい。

図１２は複数の固定孔２４の形状を変えた例を示す図である。２つの固定孔２４の大きさ（径）が互いに変えられている。これに対応して、２つの固定ピン３０の大きさがこれらの固定孔２４の大きさに対応するように互いに変えられる。

図１３は複数の固定孔２４の形状を変えた例を示す図である。１つの固定孔２４は四角形であり、もう１つの固定孔２４は丸形である。これに対応して、２つの固定ピン３０の形がこれらの固定孔２４の形状に対応するように互いに変えられる。

図１４は複数の固定孔２４の形状を変えた例を示す図である。２つの固定孔２４は、丸形であり、互いに大きさが異なる。これに対応して、２つの固定ピン３０の形が互いに変えられる。なお、固定孔２４及び固定ピン３０の形状は丸や四角形に限定されたものではない。

複数の固定孔２４及び複数の固定ピン３０の形状を互いに変えることにより、誤挿入が防止され、導電ピン２８が対応する電極パッド２２に正確に接触するようになる。

図１５は電極パッド２２と固定孔２４の配列の他の例を示す図である。図２においては、２つの固定孔２４が配置されていたが、図１５においては、楕円形の１つの固定孔２４が中央に配置されている。これに対応して、１つの固定ピン３０が楕円形に形成される。

図１６は固定孔２４の形状を変えた例を示す図である。三角形の１つの固定孔２４が中央に配置される。これに対応して、１つの固定ピン３０が三角形に形成される。図１７においては、１つの固定孔２４が弾丸形に形成され、この場合には、固定ピン３０は弾丸形に形成される。

このように、１つの固定孔２４及び１つの固定ピン３０として、コネクタ１４をプリント回路板１２に固定することができるとともに、固定孔２４及び固定ピン３０の形状を変えることにより、誤挿入が防止され、導電ピン２８が対応する電極パッド２２に正確に接触するようになる。

図１８は、コネクタ１４側の２つの固定ピン３０１、３０２の長さ、断面の大きさ、形状を互いに変えた例を示す図である。プリント回路板１２側は、図１２に示す実施例と同様に、２つの固定孔２４が２列目の両側にあって、一方の固定孔２４ａの断面径を他方の固定孔２４ｂの断面径より小さくしておく。

これに対し、コネクタ１４側は、一方の固定ピン３０１の長さ及び断面の大きさを他方の固定ピン３０２の長さ及び断面の大きさを長く且つ小さくしておく。また、他方の固定ピン３０２の形状は、図８に示した形状と同様に、先割れ構造のものであり、互いに離れ又は近づくように弾性変形可能な一対の略半円の断面形状を有する長手部材３０ａからなり、両者間にはギャップ３０ｂが形成され、先端には矢尻状のフック部３０ｃが設けられる。

この構造によると、２本の固定ピンを同時に固定孔に挿入するのではなく、長くて細い一方の固定ピン３０１が先に対応する固定孔２４ａに挿入され、これを案内孔として、次に短くて太い他方の固定ピン３０２が対応する固定孔２４ｂに挿入される。そして、固定ピン３０２のフック部３０ｃが固定孔４ｂの反対側の面に係合することにより、コネクタ１４がプリント回路板１２に位置決め・固定される。この実施例では、挿入が容易な長くて細い一方の固定ピン３０１及び対応する固定孔２４ａを案内として、他方の固定ピン３０２を対応する固定孔２４ｂに挿入するので、コネクタの挿入及び位置決め操作を容易に行うことができる。

図１９は、図２に示したＪＴＡＧ試験用の５つの信号ＴＤＩ，ＴＤＯ，ＴＭＳ，ＴＣＫ，ＴＲＳＴ用の電極パッド２２及び２つのグランド（ＧＮＤ）用の電極パッド２２の配置を標準化ないし統一規格化するのに好適な具体的に示すものである。

試験用コネクタの接続するためのプリント回路板の試験用領域を、例えば５．００ｍｍ×５．００ｍｍの正方形領域とし、中心位置にＴＣＫ電極パッドを配置する。これを中心として、１辺が２．５４ｍｍの正方形を規定し、一方の対角線の両端にＴＤＩ及びＴＤＯの各電極パッドを配置し、他方の対角線の両端にＴＭＳ及びＴＲＳＴの電極パッドを配置を配置する。また、２つのグランド（ＧＮＤ）用の電極パッドをこの正方形の第１辺（１行目）の中心位置に及びこの第１辺と対向する第３辺（３行目）の中心位置にそれぞれ配置する。これらの電極パッド２２の径は０．６ｍｍとする。各電極パッド２２をこのように配置することで、各電極パッド２２に接続されるプリント回路板の配線の引回しを最適化することができる。

２つの固定孔２４は、１辺が２．５４ｍｍの前述の正方形の第１辺（１行目）と第３辺（３行目）の中間の直線上（２行目）の中心から互いに反対方向に等間隔１．５０ｍｍ離れた位置に配置する。これらの固定孔２４の径は１．００ｍｍとする。

上述のように、各電極パッド２２や固定孔２４の配置を縦方向及び横方向に対称に配置するのが合理的であり、標準化ないし統一規格化になじむものである。なお、コネクタ１４側の導電ピン２８及び固定ピン３０の大きさ或いは配置は、プリント回路板１２側の電極パッド２２及び固定孔２４の大きさや配置に対応して設定されることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、プローブとして機能する導電ピンを有するとともに、導電ピンと電極パッドとの接触を確保し且つ機械的な結合を維持する固定ピンを有するコネクタ及びこのコネクタに対応した電極パッドの配置とすることで、プリント回路板と試験装置を接続するために余分な治具が必要でなくなり、そのような治具の開発費や製造費を低減することができる。また、コネクタはプリント回路板に自立的に結合され、確実な電気的な接続を達成することができる。従って、コネクタを試験装置と接続して使用する場合には、低コストでプリント回路板（又はプリント回路板に実装された半導体素子）の試験等が可能となる。プリント回路板には試験用の電極パッドの他には固定孔を設けるだけでよいため、コストアップはほとんどない。固定孔は導電ピンとまとめて１つの領域に配置されるため、余分な面積を必要とせず、導電ピン及び電極パッドの配置に自由度がある。また、導電ピン及び電極パッド並びに固定ピン及び固定孔を一定の配置とすることでＪＴＡＣＴ試験用の規格化に適合した組み合わせとすることができる。

１０取りつけ構造
１２プリント回路板
１４コネクタ
１６ケーブル
１８試験装置
２０半導体素子
２２電極パッド
２４固定孔
２６コネクタ本体
２８導電ピン
３０固定ピン
３２金属円筒部材
３４コンタクト部材
３６スプリング
３８導電膜

Claims

正方形領域の各頂点、前記正方形領域の中央、前記正方形領域の第１辺の中心位置、及び前記第１辺と対向する第２辺の中心位置に配置された７つの導電ピンと、
前記第１辺に垂直な第３辺の中心位置および前記第３辺と対向する第４辺の中心位置の２つの位置に配置され、該導電ピンに実質的に平行に延び、前記導電ピンよりも長く、プリント基板の穴に挿入される、２つの固定ピンとを備えることを特徴とするコネクタ。
前記２つの固定ピンは径又は断面形状が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
前記２つの固定ピンの一方は他方より径が細く且つ長いことを特徴とする請求項２に記載のコネクタ。