JP4884485B2 - 高性能電気コネクタ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、本件の譲受人と共同所有権を共有するＳ法人（Subchapter S corporation）デシジョン・トラックＬＬＣ（Decision Track LLC）の代理で２００６年２月１７日出願の米国特許仮出願第６０／７７４７２５号の利益を主張する。前記仮出願の内容はそのまま参照によってここに採り入れられる。

（連邦政府後援の研究開発のもとでなされた発明に対する権利に関する声明）
該当せず

（コンパクトディスクで提出した「シーケンスリスト」、表又はコンピュータプログラムリストの付録の参照）
該当せず

この発明は、直径１ミリメートル未満のピン寸法と２ミリメートル未満のピンピッチを有するコネクタを含む、例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）コネクタのようなミニチュア電気コネクタに関する。本発明の１つ以上の実施態様は、高性能電気コネクタ、すなわち（匹敵する大きさのコネクタに対して）大電流及び高周波（ＲＦ）の信号を、例えば高性能マイクロエレクトロニクス装置に、そして以下に限らないが、マイクロプロセッサ、周辺機能のためのチップとＲＡＭメモリを含む集積回路（ＩＣ）に供給するためのコネクタに関連する。

コネクタは、種々の半導体集積回路（ＩＣ）、プリント配線板、システムボード、バックプレーン、ケーブルといったマイクロエレクトロニクス装置を相互接続するために、エレクトロニクスにおいて広範に使用されている。ソケットは、電子装置上の端子をプリント回路板又は他の電気相互接続手段の対応するコンタクトに接続するために使用されるコネクタの一種である。それはたいてい、プラグ配列のオス要素と係合するように意図されたメス要素の配列である。加えて、ソケットは、（ａ）電子装置性能を試験するためのシステム（多くの種類のソケット形式が多様な端子及び機器構成を有する供試装置（ＤＵＴ）と接続するために開発されてきた）、又は（ｂ）高温度での電子装置のバーンインのためのシステムにおいて日常的に使用されている。ケーブルコネクタは、電気ケーブルの端子の配列を１群の並列の電気配線又は他の導線に接続するために一般に使用されるコネクタの別の形式である。バックプレーンコネクタとインタボードコネクタは、１つのプリント配線板の端子の配列を別のプリント配線板の対応する端子の配列に接続するために使用されるコネクタの別の形式である。

従来技術のコネクタは一般に、コンタクタ形式及び意図された最終使用（すなわち用途）に従って区別される。そうしたものとして、ソケットの用途において使用されるコネクタは一般に、特定の形式の装置端子を有するマイクロエレクトロニクス装置との電気的接触を行うように設計されており、ソケットと接触する装置端子の形式は、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、Ｊリード、ガルウィングリード、デュアルインライン（ＤＩＰ）リード、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、コラムグリッドアレイ（ＣＧＡ）、フラットメタルパッド（ＬＡＮグリッドアレイ又はＬＧＡ）、その他多くを含む。マイクロエレクトロニクス装置用ソケットにこの多様な端子を設けるために、多くのコンタクタ技術がソケットについて開発されてきた。上述に加えて、従来技術のソケットにおけるさらなる区別は、低挿入力（ＬＩＦ）ソケット、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）ソケット、オートロードソケット、バーンインソケット、高性能試験ソケット、生産用ソケット（すなわち製品用ソケット）に関連する。上述にさらに加えて、バーンイン及び製品用途向けの低コストの従来技術のソケットは一般に、ＤＵＴの端子と接触するためにスタンプ加工され、成形されたスプリングのコンタクタを組み込んでいる。上述にさらに加えて、ハイピンカウントの従来技術のソケットには、低挿入力又はゼロ挿入力を可能にしつつ各スプリングとの良好な接触を行うように、装置端子を対応するコンタクタに対して横方向に押すためにカムがしばしば使用される。

特殊用途には、従来技術のソケットは、とりたてて言えば、異方性導電性シート、フラットスプリング、リソグラフィ成形スプリング、ファズボタン（イリノイ州ロンバード（Lombard）のシンチ・インコーポレーテッド（Cinch, Inc.）社から入手可能）、スプリングワイヤ、バレルコネクタやスプリングフォークを含む多様なコンタクタを使用してきた。多数の試験嵌合サイクル（ソケット着脱（mount-demount）サイクルとも呼ばれる）が要求される用途に意図された従来技術のソケットは一般に、（カリフォルニア州ポモーナ（Pomona）のエヴェレット・チャールズ・テクノロジーズ（Everett Charles Technologies）から入手可能な）ポゴ（Pogo（登録商標））によって例証される形式のスプリングピンコンタクタを使用する。エレクトロニクス試験業での用途のスプリングプローブは、単純なピンと同軸接地ピンを含む多くの機器構成で利用可能である。ほとんどの従来技術のスプリングプローブは、（ＤＵＴの端子と接触するための）上ポストと（回路板、すなわち供試装置ボード又は「ＤＵＴボード」のコンタクトと接触するための）下ポストとの間に配設された螺旋ワイヤスプリングから構成される。

従来技術のソケットは一般に、誘電ホルダを貫いて形成された開口の配列に配設された複数のコンタクタを有する。一例として、高性能の従来技術の試験ソケットは複数のポゴ（Pogo（登録商標））スプリングコンタクトを組み込み、それらの各々は薄い誘電プレートを貫く穴の配列を備えるピンホルダに保持される。高性能の従来技術の試験ソケットにおける誘電材料は一般に１群の寸法安定性ポリマー材料から選択される。それらは、ペンシルバニア州リーディング（Reading）のクワドラント・エンジニアリング・プラスチック・プロダクツ・インコーポレーテッド（Quadrant Engineering Plastic Products, Inc.）社から入手可能なガラス強化トーロン（Torlon）５５３０、ベスペル（Vespel）、マサチューセッツ州ピッツフィールド（Pittsfield）のＧＥカンパニーＧＥプラスチックス（GE Company GE Plastics）から入手可能なウルテム（Ultem）２０００、ＰＥＥＫ、液晶ポリマーその他を含む。個々のポゴ（Pogo（登録商標））スプリングコンタクトは一般に、約５０オームのインピーダンスレベルでの信号伝導を得るように選択され、設計されている。特定の高性能の従来技術の機器構成において、コンタクタは、所望の信号インピーダンス、一般に５０オームを達成するために離間された円筒形同軸接地シールド内に包囲されたコンタクタバレル本体を備える中心スプリングピンを有する同軸形式である。

１つのプリント配線板を別のプリント配線板に接続するための用途において使用されるコネクタは、エッジコネクタ、ピンインバレル（pin-in-barrel）コネクタ、スタンプ加工スプリングコネクタ、スプリングフォークコネクタ、ＬＡＮグリッドアレイコネクタ、導電性エラストマーコネクタ、当業で既知の種々の形式を含む形式によって分類することができる。

フラットケーブルに適応されたケーブルコネクタは一般に、接続の片方がプリント配線板ではなく可撓性ケーブル又はフラットアレイの配線に作られるという付加的な特徴を備えるプリント配線板−プリント配線板コネクタと類似である。丸い束の配線に適応されたケーブルコネクタは一般にピンインバレルを使用する形式のものであり、バレル内のスプリングがピンを保持し、信頼できる電気的接触を確立するためにピンに横方向の力を加える。バレル要素に組み込まれるスプリングは、スプリングインサート、スプリングワイヤの束、又はバレルに一体化したスプリングであってもよい。

ＩＣをソケットに入れるために使用される部類のコネクタは、電子工業において特殊化されており重要である。ＩＣパッケージングへのＢＧＡ端子の使用の最近の伸びは、端子カウントとエリア密度を高めるためにＢＧＡ端子に適応された新しい種々のソケットの使用をもたらしている。ＢＧＡソケットはいくつかの方向で進化してきた。１つの形式は、各々のボールの側部と接触するためにカム駆動スプリングワイヤの使用を含む。スプリングピン又はポゴ（Pogo（登録商標））ピンは、ソケットの高コストが許容される特定の用途へのＢＧＡソケットの使用に適応されてきた。

量販用途の低コストＢＧＡソケットは、ＢＧＡの各ボールを受入れるスタンプ加工され成形されたスプリングの使用を発展させてきて、スプリングコネクタを嵌合ボールと接触させるために必要な機械的コンプライアンスの何らかの尺度を提供する。スタンプ加工され、成形されたスプリングの変種は、各ボールを把持し、それによってボールを機械的に保持しつつ確実な電気的接触を行うために２つ以上の成形スプリングを使用するように構成されている。機械的にスタンプ加工され、成形されたスプリングの小型化と密度は、現在の能力によってある特定の大きさに制限されている。スプリングをスタンプ加工し、成形する製造技術において前進がなされ続けているが、そうして作られたコンタクタを備えるソケットは、極めて小さい小型化スプリングをスタンプ加工し成形する複雑さによって密度が制限される。さらに、スタンプ加工され成形されたスプリングの機械的コンプライアンスは一般に、ボールの基板に直角な垂直方向で小さい。垂直方向で小さいコンプライアンスのために、小型のスタンプ加工され、成形されたスプリングは、それに嵌合されたボールに対するコンタクタ支持の動きを吸収することができず、それによって振動、機械的衝撃の荷重と力、屈曲などを許し、コネクタがボールの表面を滑動する原因になることがある。嵌合コンタクトに対する１つのコンタクトの反復する微細な動きが接触不良につながりるフリッティング（fritting）又は小さい微粒子片の堆積を生じることは、当業において知られている。

スタンプ加工され成形されたスプリングコンタクトは一般に、コネクタアセンブリを形成する成型プラスチックハウジングを貫いて造形された穴の配列に保持される。コネクタアセンブリが小型化されるにつれて、成型プロセスとアセンブリプロセスはますます難しく高額になっており、それによって成形スプリングコンタクトに基づくコネクタの超高密度への拡張を制限している。

ＢＧＡソケットはまた、螺旋ワイヤ、エラストマー材料のワイヤ、片持ちばね、リソグラフィ成形フラットスプリング、嵌合するボールに力を垂直に加える他のコンタクタの束によってボールの底部領域と電気的接触を行うコンタクタを備えて構成されてきた。垂直方向の力は、ＢＧＡのボール間に良好な接続を行うために必要であり、そのようなコンタクタは多数のボール又はバンプを備えるＢＧＡパッケージにとって重要である。例えば、１２００個のコンタクトバンプに力を垂直に加えるＢＧＡソケットについての締付け力は、コンタクトバンプの各々との適切な接触を達成するために必要とされる場合、３０ｋｇもの大きさである。力を垂直に加えることによって接触するＢＧＡソケットにより必要とされる締付け力は、コンタクトバンプの数が数千に増加するにつれてますます大きくなる問題である。

当業者には周知の通り、従来技術のコネクタの基本的な機能は、どちらにも損傷を生じることなく電気端子との信頼でき繰り返し可能な電気的接触を付与することである。さらに、コネクタは、反復的な温度サイクル、機械的衝撃、振動、屈曲を伴う製品寿命にわたって低抵抗接続を付与しなければならない。そうしたものとして、接点抵抗は、温度サイクルの数、落下の数、屈曲の数、振動のＧ力レベルの関数として決定されるようなコネクタの信頼性の１つの尺度である。コネクタが小型化されるにつれて、信頼性の改善が将来の電子システムの要求条件を満たすために必要とされる。

電子装置の密度と速度の進歩はコネクタに付加的な要請を課している。詳細には、電子システムの配線密度の継続する増大は、単位面積あたりのコンタクトの数によって決定されるコネクタの密度の対応する進歩を要求する。さらに、より高い周波数とクロック速度では、コネクタのサイズ及び自己インダクタンスがシステム性能への重要な制限になりつつある。より低いインダクタンスに加えて、インピーダンスの制御と遮蔽の進歩が将来の電子システムのために要求される。

上述を考慮して、従来技術において利用可能な多くのコネクタ技術にもかかわらず、より小さいサイズ、より高い密度及びより高い性能に関する上述の要求のうちの１つ以上を満たすことができるコネクタへの必要性が当業には存在する。

以下は、本発明に関連すると考えられる特許のリストである。

本発明に最も関連する特許であると考えられる特許文献１は、プラグのボール状ピンを把持するように意図されたソケットにＵ字形要素を有するクランプ形コネクタを開示している。本発明よりもかなり大きい規模のものであるにもかかわらず、特に図５及び６によって提示された把持機構の構造は、受け側ソケットの対向する拡張可能グリップの一対のデテントに頼っている。本発明と異なり、その把持機構は、試みられたピンの引抜きに際してのみ締まるようになっておらず、ソケットにおける位置を維持するためにデテントの境界に頼っている。デテントとボールが不適合又は不均一な大きさのものであれば、緩み、不均一な把持力及び把持能力の喪失が生じるかもしれない。

特許文献２は、グリップソケットのデテントに嵌着するボールピンの別の例である。折りたたみウィングがボール状先端を把持するように意図されている。そこに開示された発明は特許文献１の同じ特徴の多くを特色としている。

特許文献３は、ボールグリッドアレイ形パッケージをエミュレートするためのアダプタを例示している。ピッチ寸法は１ｍｍ以上であり、穴はほぼ３００ミクロンのオーダである。引抜きの試みに際してピンを把持するための明白な備えがまったく存在しない。

特許文献４は、ボールアレイのボールを把持する花弁状タインがそれに取り付けられたソケットを備えるボールグリッドアレイを例示しており、その意味で特許文献１に類似である。

特許文献５は、ソケットコンタクタ要素がソケット挿入時にカムによって回転させられるボール−リングコンタクトを例示している。

特許文献６は、同軸シールドソケット要素を備えるワイヤセグメントに基づくインタポーザを例示しており、この場合ワイヤは、弾性であればいずれかの機器構成において、図２及び図３ｂのように、絶縁コアのまわりで把持機能を有するかもしれないが、明示的には何も開示又は提案されていない。

特許文献７は、対面するコンタクトボタンに衝突するが把持しないスプリングから構成される種々の形式のコンタクトを開示している。この形式のコンタクトはボールグリッピングアレイソケットと混同してはならない。

種々の他のボールグリッドアレイコネクタ、割りフェルールを備えるバナナプラグ（banana plug）、インタポーザ、ピンアレイなどが知られているが、せいぜい例示特許と同程度に関連するにすぎないと考えられる。

米国特許第３６７６８３８号明細書 米国特許第５８８７３４４号明細書 米国特許補正第３６４４２号明細書 米国特許第５６６９７７４号明細書 米国特許第５５１８４１０号明細書 米国特許第６２６４４７６号明細書 米国特許第６８４６１８４号明細書

本発明によれば、金属ポストと、より詳しくは導電性金属球と配列において電気的接続を行うためのソケットコネクタが提供され、この場合、低挿入力は要求されるが確実な接触が維持されるような方式でコネクタのメス要素が端部先端を備える弾性プロングによりポストを把持し、また引抜き力に応答してメス要素によりポストに加えられる力を増大させることによって引抜きの試みは通常禁止される。より詳しくは、メス要素は弾性導電性材料の管よりなり、それは選定範囲のピッチのうちのあるピッチでプロングに切断又は螺旋状に分断されており、それによりコネクタのプロングはポスト又はバンプが管の縦軸に沿って挿入される際にポスト又はボール状バンプのまわりで螺旋状に開きポスト又はバンプを機械的に把持することができる。コネクタ管のプロングはボールの円周のいくつかの位置で効果的な電気的接触を行う。一部の実施態様に従った管状要素は、ほぼ中間部から管の一端まで管を通る（対向するプロングを形成する）少なくとも２つの螺旋状切断において管の端に弾性螺旋形プロングを形成することによって作られる。

本発明に従ったコネクタのメス形プロングは好ましくは、管内にボールを保持するためにその最大円周でボールを把持することができる。レーザ切断技法により金属管の端に螺旋形プロングを製作することによって、フリップチップバンプほどの小ささの、すなわちほぼ２００ミクロン直径のオーダのボールをソケットに入れることができるミニチュアコネクタを作ることができる。本発明の実施態様に従ったコネクタは、振動や機械的応力にもかかわらず良好な電気的接触を行うために弾性螺旋形プロング内に保持されたボールを保持することができる。

本発明を用いて従来のコネクタにまさる多数の利益が達成される。例えば、本発明の実施態様は、ソルダボールといったバンプの稠密な配列をボールよりもわずかに大きいだけにすぎないコネクタと接触させるための手段を提供し、従ってバンプは従来技術よりもいっそう稠密に間隔をとることができる。例えば、薄肉ステンレス鋼管のレーザ切断によって作られたコネクタは、ボールの直径よりも１００ミクロンだけ大きい外径で作ることができ、コネクタ間の間隔を極めて小さくしてコネクタの高密度配列を形成することができる。

本発明のさらなる利点は、第１のボールと係合する第１の端の螺旋形プロング及び第２のボールと係合する第２の反対端の螺旋形プロングを備え、それによって第１の端のプロングが第１のボールを第２のボールの方へ弾性的に引張ることになる、管状コネクタによって提供される。この利点は、装置を基板に向けて押す力を加えるために機械式保持構成部品を要さずに電子装置を基板に取り付けるための当該コネクタの配列の使用を可能にする。

さらに別の利点は、低自己インダクタンスを有するコネクタにおいて具体化された本発明によって提供される。管を通る細いレーザ切断溝が、螺旋ワイヤスプリングでできたコネクタよりも少ない管内部への磁束透過を可能にする。本発明のコネクタの自己インダクタンスは、それらが管状コネクタのまわりの固体胴長からわずかな距離だけ拡張するので、螺旋形プロングを短くすることによってさらに低減することができる。本発明の上記及び他の態様が高性能コネクタを可能にする。

実施態様に応じて、これらの利益のうちの１つ以上が存在するかもしれない。上記及び他の利益は本明細書全体を通じて以下でより詳細に述べられる。

本発明の種々の付加的な目的、特徴及び利点は、詳細な説明及び後続する添付図面に関してより完全に認識できる。

本発明によれば、電子装置の小型な一般に密に離間された端子と信頼できる電気的接続を行うための高性能コネクタが提供される。より詳しくは、本発明の実施形態は、その円周で端子ポストと接触しそれとの電気的接触を付与するように適応されたいくつかのプロングに、螺旋パターンの溝穴で切断されている円筒金属管を提供する。

図１Ａに例示されたように、コネクタ１８は、この場合に４つの先端１４で終端した４つの傾斜プロング１２を形成するために螺旋溝穴１０によって切削された中空円筒金属管よりなる。プロング１２は、管の非切除部分における円筒形カラー領域１６によって適所に保たれている。プロングはコネクタ１８の軸に沿って挿入されるポストを把持するように適応されている。ポスト（図示せず）は好ましくはボール先端を有する。しかし、管の内径よりもわずかに大きい外径を嵌合領域に有する円筒形又は円錐台形先端もまた、本発明の実施形態の合理的な精神及び範囲内にあると考えられる。１つ以上の好ましい実施形態によれば、コネクタ１８は、４４０ミクロンの内径及び５５０ミクロンの外径を有する種３０４ステンレス鋼の管で作られる。そのような原材料は、カリフォルニア州ポーウェイ（Poway）のＫチューブ・コーポレーション（K-Tube Corporation）から入手可能である。４本の螺旋溝穴１０は、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザを用いて管のまわりの７５０ｍｍ（管軸に沿って計測）螺旋経路に沿った２０ミクロン幅の切断線を作ることによって切削される。溝穴１０は一般に、管１６の軸に垂直な平面に対して３５°の角度で切削される。あるいはまた、溝穴１０は管１６の軸に対して５５°の角度で計測される。しかし、平面に対し１５°ないし７５°で切削された溝穴１０は本発明の意図の範囲内にある。それらよりも小さいか又は大きい角度は、プロングの動作を効果的に助長しない。レーザ切断後、管は、嵌合ポストと接触するための高度な導電性表面を形成するために４ミクロン厚のニッケル層、１．５ミクロン厚の軟らかい金（soft gold）の層でめっきされる。鋼コアは、管１８が拡張されてその縦軸に沿って挿入されたプロングを収容する間、把持する十分な弾性を付与する。図１Ａのコネクタは、プロングとしての、又は挿入されたプロングの先端又はその付近の５００ミクロン径金属球と電気的に接続し、それを物理的に把持するように意図されている。より小径であるボールの上流側は、ボールの赤道又は最大外径よりも少ない保持力を受ける。従って、ボールを引き抜こうと試みられた場合、プロングからボールへの力は、特に螺旋形プロングが管軸のまわりでほぐすように誘導された時に増大し、それによって引抜きに対し増強した抵抗を付与する。実際には、引抜きの力はプロングを引き伸ばし、プロングが管の内径間隔を減少させようとする際に増大した内向きの力をもたらす。特定の実施形態では、例えば図３Ａ〜３Ｃにおけるように、ボール４０は、ニッケルのフラッシュコーティング（flash coating）及び２ミクロン厚の軟らかい金のコーティングでめっきされた鋼球である。０．５ｍｍ径金属球をコンタクタ管に挿入し約０．０１８オームの接点抵抗を付与するために、１０ｇｆの力が十分である。いったん係合すると、ボール４０はクランプ又は他の機械式ホルダを必要とせずコンタクタによって適所に保たれる。

図１Ａの実施形態は４つのプロング１２を示しているが、コンタクタは、ポスト又はボールをその円周で均衡した径方向力で把持するために必要な２以上の任意の複数のプロングを組み込むことができることは当業者には明白であろう。これはきつく圧縮されたコイルばねの代替物とは区別されるべきであり、その場合、その端が単一のプロングに対応し、それゆえ管状構造の端で対向するプロングの把持てこ作用を付与することはできないであろう。例えば、図１Ｂのコンタクタ２８は、先端２２で終わっている末端部及び、円筒形カラー２６を形成する管の部分に付属する近位端部を備える２つのプロング２４を組み込んでいる。プロング２４は、円筒金属管の壁面を通る螺旋状の溝を切ることによって形成される。バンプをコンタクタ２８と嵌合するための挿入力は、切断線２０の角度に依存し、それはこの実施形態では、管の軸に垂直な平面に対し計測して好ましくは１５°ないし７５°、より好ましくは２０°ないし７０°の角度である。さらなる利益は、コネクタ２８に沿った軸方向距離とともに切断線２０の角度を変えることから導出することができる。例えば、螺旋状切断の角度の方向は、コネクタの自己インダクタンスをさらに低減させるために正から負に交番するかもしれない。すなわち、線の方向は、曲折した切断線を生じるために軸方向距離にわたり変えることができる。加えて、切断線２０は切断の軸方向長さに沿って幅が変化してもよい。

コネクタ１８の構成材料はやはり肉厚０．０５ｍｍの３０４ステンレス鋼である。コネクタの管材料の厚さは、コネクタへのポストの挿入に必要な挿入力を与えるように選定され、好ましくは管の内径の２％ないし２０％である。円筒管の厚さと材料は、用途の要求条件に応じて異なる。例えば、材料は、以下に限らないが、様々な種のステンレス鋼、鍛鋼、ベリリウム銅、リン青銅、様々な種の銅合金、ニッケル−タングステン合金、ニッケル−クロム合金、ニッケル−マンガン合金、ニッケル二元及び三元合金、チタン合金、さらにニチノール系合金を含む群から選定することができる。（ニチノール（Nitinol）は、ニッケルチタン海軍兵器研究所（Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory）の頭字語であり、ニッケルとチタンのほぼ等しい混合物及び他のスプリング材料を含有し、形状記憶及び超弾性を含む温度感受性ばね特性を発揮する合金材料の一族をいう。）コネクタは、銅、ニッケル、コバルト、パラジウム、金、それらの合金のほか、他の導電性フィルムでめっきすることができる。例えば、以下に限らないが、Ｎｉ−Ｗ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｖ合金、それらの組合せを含む、管への高強度導電性フィルムコーティングが、管の材料をさらに強化するために使用することができる。さらなる実施形態において、フリッティングを低減し、コネクタの寿命を改善するために、コネクタ潤滑油をコネクタのプロングの表面に塗布することができる。

加えて、本発明の高性能コネクタは、以下に限らないが、管状材料のレーザ切断、管状材料のプラズマエッチング、管状材料のパターンエッチング、管状材料のパターンプレーティング、管状材料の層プレーティング、ＬＩＧＡプレーティング、それらの組合せを含む手段によって製作することができる。コネクタの管は一般に円形断面の円筒であるが、長方形、方形又は多角形断面管もまた本発明の意図の範囲内である。例えば、管は、４つの側で平坦化された円形断面の円筒管とすることができる。さらなる変種において、コネクタは基板キャリヤ構造の一部として製作することができる。レーザアニーリング、フラッシュアニーリング、イオンビーム処理、酸洗い、焼入れ、熱処理、当業において既知の他の処理が、コネクタのスプリング材料の特性を改善するために使用することができる。

さらなる利点は、２つの端の各々が互換可能であるか又は別様に等価である両頭コネクタが設けられる本発明の実施形態において生じる。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは本件コネクタの実施形態であり、コネクタの上端を指定の端子ポストと嵌合するために必要な機械的力が、下端を指定の端子ポストと嵌合するために必要な機械的力とほぼ同じであるという点で、下端は上端と等価である。２つの端の等価性は、管の上端から切削したパターンの鏡像であるパターンを、管の下端から切削することによって実現できる。パターンは、図２Ｂの場合のように管の軸に垂直な平面によって反映させることができる。パターンは、図２Ａの場合のように管の軸のある点に関して反映させることもできる。さらに、下側パターンは、上側パターンと下側パターンの動作の等価性を実質的に変えることなく上側パターンに対して軸に関して回転させることができる。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃの両頭コネクタは、配列への当該コネクタの組立において重要な製造利益を提供する。個々のコネクタは、コネクタを調べて上下どちらかの構成に向ける必要なく、自動装置によってキャリヤシートの穴の配列に挿入することができる。この実施形態において、多様な両頭コネクタ形状がバンプへの等価な嵌合力を付与する。図２Ａは、上端、下端双方の４つのプロングが右回り螺旋を形成する両頭コネクタである。図２Ｂは、上端の４つのプロングが右回り螺旋を形成し、下端の４つのプロングは左回り螺旋を形成する両頭コネクタである。図２Ｃは、上端の４つのプロングと下端の４つのプロングがジグザクパターンを形成するように軸に沿って距離とともに変化する角度をコネクタの軸としている両頭コネクタである。等価な端を備える両頭コネクタは製造組立を単純化するうえで利益があるが、当業者は、この発明の両頭コネクタが機械的に等価である端を有する必要はないことを十分に理解するであろう。例えば、特定の用途では、反対端がその嵌合バンプから容易に離脱される間にコネクタの一端が嵌合ポストに確実に取り付けられたままであることが望ましい。これらの特定の用途のための高性能コネクタは、機械的に等価ではない上端と下端を有するであろう。

本発明の両頭コネクタは、対応する端子ポストの対を電気的、機械的に接続し、それによってそれらの間に高性能の電気的接続を付与するための手段を提供する。図３Ａは、上側端子ポスト４０と下側端子ポスト４４との間に配置された両頭コネクタ３４を示している。この実施形態において、下側端子ポスト４４は、ポリイミドプリント配線板３３の銅パッド４６にはんだ付けされた０．５ｍｍ径のＳｎ−Ａｇ３．５ソルダボールである。対応して、上側端子ポスト４０は、薄いＮｉ／Ａｕでめっきされ、ポリイミドプリント配線板３０のビアの金めっき銅パッド３８に熱圧着ボンディングされた０．５ｍｍ径の鋼球である。コネクタ３４は、０．４４ｍｍの内径と０．５５ｍｍの外径を備える２．０ｍｍ長の３０４ステンレス鋼管であり、上端と下端の各々に沿ってそれぞれ軸長０．７５ｍｍの４つの弾性螺旋形プロング３６、３８に切削されている。図３Ｂは、下方に押し込まれて下側端子ポスト４４と係合し、嵌合した後のコネクタ３４を示している。図３Ｃは以後のステップを示しており、上側端子ポスト４０は、ボード３０を下方に押しそれによって上側端子ポスト４０をコネクタ３４のプロング３６と係合させることによってコネクタ３４と嵌合されている。図３Ｃのコネクタ３４は、それらを電気的に接続しつつ上側端子ポスト４０と下側端子ポストを機械的に一体に保持している。約２０グラムの嵌合力は、端子ポスト４４へのコネクタ３４の嵌合の間に基板３０の補助的振動によって相当に低減される。

当業者には十分に理解されるはずであるように、３４のようなコネクタの配列が、クランプ又は機械的拘束を使用することなく、回路板３０といった電子装置を回路板３２といったシステムに電気的、機械的に接続するために使用することができる。コネクタ３４はプロング３６、３８を備え、それによりポスト４０は、嵌合された時にポスト４０のまわりのプロング３６の締付け作用によって捕捉され、下方に押される。同様に、プロング３８の類似の構成により、ポスト４４はポスト４４のまわりのプロング３８の締付け作用によって捕捉され、上方に押される。プロング３６、３８の特定の設計によって、コネクタ３４は、コネクタ３４とのポスト４０、４４の嵌合時に回路板３０を回路板３２に向けて引くように作ることができる。一例として、プロング３６はより好ましくは、ポスト４０の最大円周上に又はその上方に存在するいくつかの点において、ポスト４０の円周で接触するように設計される。この方法によって、第１の電子装置の基板３０を、機械式クランプ又は拘束を要さずに第２の電子装置の基板３２に装着することができる。嵌合した時に、コネクタ３４は、第１及び第２の電子装置を一緒に引張り、横方向と垂直方向の両方でそれらを適所に保つ。第１の電子装置は、端子ポスト４０をコネクタ３４内に保持する保持力に打ち克つために十分な力で基板３０を上方に押すことによって取り外すことができる。

コネクタ３４が永久的にボード３２に取り付けられることを要求する特定の用途では、コネクタ３４は、ポスト４４のソルダバンプをリフローさせ、それによってプリント配線基板３２のポスト４４にコネクタ３４を濡らし付着させることによって基板３２のポスト４４に永久的に取り付けることができる。他の特定の用途において、ボード３０はボード３２と一時的に接続されて、アセンブリを加熱することによってボード３０をボード３２に永久的に接続する前に組み立てられたシステムを試験することができる。この用途では、バンプ４０、４４は両方とも、はんだ又ははんだ被覆金属球で形成され、それにより加熱がソルダバンプを流動させ、それによってパッド４６をコネクタ３４のプロング３８にはんだ付けし、パッド３８をコネクタ３４のプロング３６にはんだ付けする。はんだは、酸化ニッケル又は当業において既知の他のソルダストップといったソルダストップによってプロング３６、３８をフローアップさせる（flowing up）のを防ぐことができる。

図４Ａ〜４Ｆに示されたものを含むがこれらに限らない端子ポストが、本発明の電気コネクタとの使用に対して構成することができる。図４Ａの端子ポスト５０は、プリント配線板５６の銅パッド５４にはんだ付けされたソルダボールである。ソルダバンプは一般に、バンプの溶融とリフローの間の表面張力によって形づくられる球体部分である。ソルダボールは、ニッケルめっき銅球といった固体金属の核を有してもよい。ソルダバンプはまた、ヴァーモント州バーリントン（Burlington）のＩＢＭマイクロエレクトロニクス（IBM Microelectronics）から入手可能なコラムグリッドアレイの場合のように、ソルダポストとコラムに機械的に造形することもできる。ソルダバンプ５０は一般に軸方向で対称である。

図４Ｂの端子ポスト６０は、サーモソニックボンディング又は熱圧着ボンディングによってプリント配線板６６の環状金属リング６４に付着された固体金属球６２である。好ましくは、ニッケル／金めっき銅球６２を金めっき環状銅リング６４に付着させるためにサーモソニックボンディングが使用される。端子ポスト６０は、ソルダバンプが好適ではない高温用途向けの本発明の高性能電気コネクタとの嵌合に適している。ボール６２は、以下に限らないが黄銅、青銅、ステンレス鋼、炭素鋼、銅、銀、ニッケル、それらの合金といった金属の球体ボールである。金属球６２は、ボールを腐食から保護するためにニッケル、モネル（Monel）、金、パラジウム、銀、ロジウム、オスミウム、それらの合金の薄い金属コーティングを有することができる。あるいはまた、ボール６２は、薄い金属フィルムで被覆した、ポリマー、ガラス、中空ポリマー又は他の誘電材料で作ることもできる。端子バンプ６０のボール６２は、本発明の電気コネクタへの嵌合のための係合／離脱力を調節制御するために、可変サイズで供給されてもよい。例えば、より大きい直径のボールがコネクタ３４の下端と嵌合され、小直径のボールが上端と嵌合されて、コネクタ３４からの上側ボールの比較的容易な係合及び離脱を可能にする。

図４Ｃの端子ポスト７０は、軸方向に対称な頭部７２及び、プリント配線板７６のめっきスルーホール７８に保持される細長い端部を備える金属ポスト７４である。ポスト７４は、スイス仕上げ（Swiss machined）黄銅ピンとして産業界で普通に入手可能である。ポスト頭部７２は、本発明の高性能電気コネクタとの嵌合を助成する面取り又は丸められた頂部縁端を有する。

端子ポスト８０は、基板８６のパッド８４にＮｉ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ又は電気化学技術において既知の他の材料といった金属をめっきすることによって作られた金属ボス８２である。端子ポスト８０の先端７０はコネクタとの嵌合を助成するために異なる金属で作ることができる。ポスト８２の円周は、コネクタ３４との嵌合をさらに助成するために高さの関数にすることができる。あるいはまた、ポスト７０は、Ｃｕ、Ｎｉ、種々の合金といった金属の層をエッチングして円筒形ボス８２を残すことによって作ることもできる。

端子ポスト９０は、カラー９４によって基板９６の表面の上方に保持された金属球９２である。そのような高くしたポスト９０は、コネクタ３４又はこの発明の他の実施形態と嵌合された時に、増大した機械的保持特性を付与することができる。一例として、端子９０は基板９６の環状リング９４を最初にめっきすることによって製作することができる。ボール９２は、ニッケルと金の薄い表面コーティングを備える銅球として選定することができる。ボール９２は、電子パッケージング技術において周知であるように、サーモソニックボンディング又は熱圧着ボンディングによってカラー９４に結合される。

端子ポスト１００は、基板の表面の上方に突出する他の端子ポストによっては付与されない低背型の利点を付与する。ポスト１００は、回路板１０６の上面に環状リング１０４を切削することによって作られる。ポスト１００の上面１０２及び側壁１０８、１１０は、一般には銅を無電解シーディング（electroless seeding）してから所望の厚さに電気めっきすることによって、銅といった金属の薄い層で被覆される。端子ポスト１００はコネクタ３４と嵌合する凹部表面１１０をもたらす。

図５Ｂは本発明の１つ以上の実施形態に従って嵌合したコネクタアセンブリ１３０を示しており、図５Ａは嵌合前のアセンブリ１３０の構成要素を示している。ボール１２２がカラー１２４によって基板１２６に付着され、それによってコネクタ１３２と嵌合するための端子ポストを付与する。コネクタ１３２は金属管よりなり、上端が管の中間部から端まで１つ以上の螺旋溝穴によって切断され、それによって弾性螺旋形プロング１３４を形成する。プロング１３４は、近位端部で管の中間部に付属したままであり、末端部で自由に撓むことができる。コネクタ１３２は、はんだ１４６によってめっき穴１４０に保持された下端で基板１２０に取り付けられている。配線１４８がはんだ塊１４８によってコネクタ１３２に、ビア１４２を通じて接続されている。ボール１２２は、基板１２６を下方に押し、それによって弾性プロング１３４をコネクタ１３２の軸から外方へ離れるように変位させることによってコネクタ１３２に嵌合される。プロング１３４は、ボール１２２の円周が最大に近い高さのその外周長で、ボール１２２と接触する。プロング１３４は、ボール１２２を内方に押して、ボールとの確実な電気的接触を行い、ボールを把持しそれをコネクタ１３２の内部に保持する。２つ以上の弾性プロングがその円周の２つ以上の点でボールに接触する。

コネクタアセンブリ１３０は衝撃や振動に耐性である電気的接触を付与する。弾性プロング１３４は、ボール１２２を把持し撓み、ボール１２２へのその把持を緩めることなくボールが横方向及び垂直方向に移動できるようにする。機械的応力、振動、機械的衝撃、反り、熱サイクリングは、プロング１３４をそれらがボール１２２への把持を保っている間、撓ませる。一例として、図５Ｃは、垂直方向に動かされ、それによってコネクタ１３２に応力を加え、弾性プロング１３４を撓ませて垂直方向に伸ばした後の基板１２６を示している。プロング１３４が垂直方向に拡張し撓む間、それらは連続的な電気的接触を可能にするボール１２２への把持を保つ。さらに、プロング１３４の撓みは、アセンブリ１３０への振動又は他の機械的応力に起因するコネクタ１３２とのボールの擦れを著しく低減する。コネクタ１３４の表面とのボール１２２の擦れ又は「フレッティング（fretting）」の低減は、信頼性を改善し、接続されたアセンブリ１３０の寿命を延長する。ある金属表面と別の金属表面との擦れによって生じるフレッティングが接触部位で微細な微粒子片を生じることは当業において周知であり、そのような破片は２つの金属間の電気的接続の電気的信頼性を低下させる。好ましくは、フレッティングを低減するために、弾性プロング１３４は、コネクタ１３２の円周に等間隔で切断された２つ以上の溝穴によって形成され、その場合、各溝穴はコネクタの軸に関して１５°ないし７５°、より好ましくは２０°ないし７０°の角度で切断される。さらに、そしてより好ましくは、弾性プロング１３４は、コネクタ１３２の管の外周の半分と少なくとも同じ長さである溝穴の中間点上の想像線に沿って計測した長さに切断された溝穴によって形成される。

コネクタ１３２のさらなる改良１５２は、その軸に沿った方向でボール１２２をコネクタに引き込むように働く。図５Ｄは、その軸に沿って計測してコネクタ１５２の上端から離れる距離とともに溝穴１５８を拡幅するように各プロング１５４間の溝穴１５８を修正することによって改良されたコネクタ１５２を示している。コネクタ１５２の上端からの距離に伴う各溝穴１５８の幅の増加は、ボール１２２がプロング１５４と接触する領域において、プロング１５４にボール１２２をコネクタ１５２にさらに引き込むようにさせる。ボール１２２への内向きの力は、コネクタ１５２の軸に沿ったボールの移動によるプロング１５２の撓みに起因する。ボール１２２への内向きの力は、コネクタ１５２の上端から離れる距離とともに溝穴１５８の拡幅によって生じるプロング１５４の撓みに起因する。ボール１２２への内向きの力を生じるために、コネクタ１５２のプロングにエンボス加工する、コネクタ１５２の管の壁面を傾斜させる、管の軸に向けてプロング１５４をカールさせる、又は管の他の変形は、必要ない。未嵌合のコネクタ１５２の管の内壁と外壁はまっすぐであり、管の軸に平行である。未嵌合のコネクタ１５２は直正円柱の部分よりなり、その壁面は円柱の軸に沿った輪の投影である。好ましくは、輪は円であり、円柱は直円柱である。コネクタの管状胴体をディンプル加工する、エンボス加工する、ねじる、又は別様に変形させる必要なくコネクタ１５２が嵌合ボール１２２に内向きつまり圧縮する力を行使するので、コネクタ１５２は、本発明の１つ以上の実施形態と矛盾しない特定のパターンで管をレーザ切断することによって容易に製作される。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、管状コネクタ要素は、例えば図６Ｂに示されたように同軸コネクタアセンブリ２００で機器構成することができる。同軸コネクタアセンブリ２００は、上基板１８０の端子ポスト１８６、上基板の端子環１８２、下基板の導電性受け器２１２に付着された内コネクタ１９０、下基板２０８の導電性環状受け器２０６に付着された外コネクタ１９８を含む。本発明の１つ以上の実施形態において、内コネクタ１９０は、配線２０４を導電性受け器２１２に連結するはんだ２０２によって信号線２０４と電気的に接続されている。配線２０４は同軸ケーブル（本発明の原理の例証を助成するために図示せず）の中心導線であるとしてよく、そのための同軸シールドが導電性受け器２０６と電気的に接続されている。同軸コネクタアセンブリ２００は、内コネクタ１９０によって伝達されるその信号が周囲の電気的干渉から保護される高性能信号接続を付与する。アセンブリ２００はまた、およそＺ０＝６０ｌｎ（Ｄ／ｄ）の制御されたインピーダンスの接続を付与し、ここでＤは外コネクタ１９８の内径であり、ｄは内コネクタ１９０の外径である。

図６Ａは、嵌合前の同軸コネクタアセンブリ２００を示している。図６Ａは下基板２０８に固定された外コネクタ１９８と内コネクタ１９０の両方を示しているが、内部導線は下基板に固定されてもよく、そして外コネクタ１９８は上基板に固定されてもよい。あるいはまた、内コネクタ１９０と外コネクタ１９８の両方ともインタポーザシートを介して固定されてもよく、それにより内コネクタと外コネクタの上端は上基板の接触端子と嵌合するためにインタポーザシートの上方に延び、内コネクタと外コネクタの下端は下基板の接触端子と嵌合するためにインタポーザシートの下方に延びる。超音波振動、音響振動、インパルス衝撃などといった機械的振動を、コネクタの嵌合又は脱離を助成するために使用することができる。

同軸コネクタアセンブリ２００は、容易に小型化することができる単純な機械式同軸コネクタを提供するという点で利益を提供する。同軸コネクタの１つ以上の実施形態は、セルフロッキングであり、クランプ、クリップ、ベオニットベース、クラムシェルホルダ、又は嵌合コンタクトを一体に保持する他の手段を必要としない。特定の用途では、嵌合コネクタが高機械的応力の条件下で嵌合されたままであることを保証するために、追加の機械的拘束又はクランプが望ましいことは理解されるであろう。さらなる利点は、衝撃、振動、熱的過渡現象、機械的応力の間に信頼できる同軸電気的接触の維持を可能にするコネクタ１９０、１９８の機械的コンプライアンスに起因して生じる。コネクタ１９０、１９８を両頭とすることができ、その場合、上端と下端は機械的に等価であり、それにより管状コネクタが基板２０８に取り付けられる前に上下どちらを向いていてもよいので同軸コネクタの量産組立を単純化することは当業者によって理解されるであろう。上記及び他の利益により、同軸コネクタの１つ以上の実施形態は、回路板間の高性能接続に、高周波マイクロエレクトロニクス装置の装着に、試験目的での電気システムへの一時的接続に、１つの同軸ケーブルを別のものに接続するために、そして当業者には明らかであろう他の用途に、使用することができる。

図７Ａは、両頭コネクタ３００のコネクタ配列３２０がキャリヤシート３１６を貫通する穴に配設されている実施形態の断面線Ａ−Ａ’での断面図である。この実施形態において、両頭コネクタ３００は、所与のポストをコネクタ３００の上端のプロング３２８に挿入するために要求される力が、同じ所与のポストをコネクタ３００の下端のプロング３３８に挿入するために要求される力とほぼ等しいという点で等価である上端と下端を有する。４つの弾性螺旋形プロング３２６は、コネクタ３００の中間部３４２からコネクタの上端まで延びる４つの螺旋溝穴３０４によって形成されている。プロング３３８の近位端部はコネクタ３００の中間部のカラー領域３４２のまわりに付属しており、末端部は自由に撓むことができる。ポストがコネクタ３００の縦軸に沿って下方に挿入された時、弾性プロング３２６は軸から離れて外方に撓み、それによりポストを収容しその円周でポストと接触する。

コネクタ３００の各々はキャリヤシート３１６の穴の内部に保持され、それによってコネクタ３００の上端はキャリヤシートから垂直に上方へ延び、下端はキャリヤシートから垂直に下方へ延びる。コネクタ３００の各々は、中間部のまわりのカラー３４２から管の各端に延びる４つの螺旋溝穴３０２、３０４を備えるステンレス鋼種３０４の管である。溝穴３０２、３０４は、管の０．０５ｍｍ厚壁面を通りＮｄ−ＹＡＧレーザによって作られた０．０５ｍｍ幅スライスである。典型的な実施形態において、溝穴３０２、３０４は、管の縦軸に垂直な平面に対して３０°の角度で傾けられている。コネクタ３００の管は長さ２．０ｍｍで、０．４４ｍｍの内径と０．５５ｍｍの外径である。各コネクタ３００は、キャリヤシート３１６を各コネクタの中間部のまわりのカラー３４２に結合する接着剤３１８によってキャリヤシート３１６に付着されている。キャリヤシート３１６はまた、０．０５ｍｍ厚のＢｅ−Ｃｕ合金１７２の上部金属層３０８及び、０．０５ｍｍ厚のＢｅ−Ｃｕ合金１７２の下部金属層３０６よりなり、それらの対が間に積層されたボンドプライ誘電フィルム３１０を挟んでいる。接着剤３１８は、０．０５ｍｍ厚のＢステージエポキシ、０．０５厚のポリイミド膜、０．０５ｍｍ厚のＢステージエポキシの層からなるボンドプライ誘電材料３１０から外方に流れたＢステージエポキシである。コネクタ配列３２０のコネクタ３００から選定された第１の群が、金属タブ３１２によって上部キャリヤ金属層３０８と電気的に接続されている。キャリヤシート３１６への第１の群のコネクタの取付の詳細は、管の中間部のまわりのカラー３４２に対するタブの弾性変形によって保持された金属タブ３１２を示している図８Ａの断面斜視図においてより明確に例示されている。金属層３０８は、コネクタ３００のうちの選定されたものの第１の群をパワー分配回路又はグランド分配回路に接続することができる。さらに、コネクタ配列３２０のコネクタ３００から選定された第２の群が、金属タブ３１４によって下部金属層３０６に電気的に接続される。金属層３０６は、第２の群の選定されたコネクタ３００をグランド分配回路、パワー分配回路、遮蔽回路又は他の共通回路に共通して接続することができる。図７Ｃのコネクタ配列の平面図は、タブ３１２による上部金属層への第１の群の選定されたコネクタの共通接続及び、タブ３１４（破線で図示）による下部金属層への第２の群の選定されたコネクタの他の共通接続を例示している。

キャリヤシート３１６はコネクタ３００の配列を所定の位置に保持する。上述の実施形態の構成に加えて、キャリヤシートの他の構成が本発明のコネクタを保持するために使用できることは当業者によって理解されるであろう。一例として、キャリヤシート３１６は以下より構成することができる。ポリイミド、Ｇ−１０、（ＧＥポリマーズ（GE Polymers）から入手可能な）ウルテム（Ultem（登録商標））、ガラス強化エポキシ、金属強化エポキシ、液晶ポリマー材料、他のポリマーといった誘電材料の１つ以上の層、そして、Ｂステージエポキシ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ウルテム（登録商標）、アクリル樹脂、ＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアミドブレンドを含むがこれらに限らない１つ以上の接着剤。接着剤は、シート形式で、ボンドプライ積層品といった層形式で、分注可能な接着剤としてメリーランド州ボルチモア（Baltimore）のＣＴｌインコーポレーテッド（CTl,Inc.）社から入手可能なＢステージエポキシといったステンシル印刷可能ペーストで、そして当業において既知の他の接着剤で、使用することができる。キャリヤシートは、特定の用途に適合させるためにエンボス加工、打抜き、穴あけ、伸ばし、機械的整形によってさらに成形してもよい。

さらなる変種において、キャリヤシート３１６は１つ以上の金属層を含むことができ、それらは、熱伝導率、グランドプレーン接続、パワープレーン接続、電磁遮蔽、熱膨張の管理、機械的剛性、内コネクタ遮蔽、コネクタのインピーダンス管理、圧力シール、金属層間のインテグラルキャパシタ、放射遮蔽、個別部品の取付のための手段、付加的な配線層のための基板、過電圧保護接地、応力除去スプリング、当業において既知の他の用途を提供することができる。図７Ａ〜７Ｃは薄い金属層３０６、３０８を示しているが、金属層は、中間部からコネクタ３００の上端まで広がる第１の金属層、及び中間部からコネクタ３００の下端まで広がる第２の金属層を含む、あらゆる厚さのものであってよい。そのような厚い金属層は、他のコネクタからの１つのコネクタの保護を付与するために使用される。一例として、スルーホールの直径は、パワーコネクタやグランドコネクタのための第１の穴の直径と信号コネクタのための第２の穴の直径とで異なるかもしれない。金属層は、以下に限らないが、ばね作動コンタクト、はんだ付け、サーモソニックボンディング、レーザ溶接、導電性接着剤接合、圧力ばめ取付及び拡散ボンディングを含む、当業において既知の手段によってコネクタ３００のうちの選定されたものに接続することができる。金属層は、コネクタの中間部の絶縁スリーブ、金属層への誘電性コーティング、金属層への電着誘電性コーティング、誘電性接着剤、エアギャップ、当業において既知の他の絶縁手段によってコネクタ３００の他のものから絶縁することができる。金属層のうちの選定されたものが、パワー、グランド、信号、クロックタイミング、シャーシ接地及び他の電気的手段を提供する回路に接続することができる。

図７Ａ〜Ｃに示されたコネクタ３００は両頭であり、コネクタ３００の上端と下端は機械的に等価である。特定の用途では、コネクタの上端がボールポストを係合離脱するのに小さい力を要求する一方、コネクタの下端は類似のボールポストを係合離脱するのに大きい力を要求することが望ましい。例えば、上側ボールポストがコネクタから離脱される時に、コネクタが下側ボールポストに係合したままであることを要求されるかもしれない。この例では、コネクタの下部のプロングは剛く設計され、コネクタの上部のプロングはそれほど剛くないように設計される。溝穴をより幅広くし、管壁をより薄くし、コネクタまわりのプロングの数を変え、プロングをより長くし、そしてプロング形状の変更を機械的モデリングによってガイドされるようにすることによって、プロングの剛性を落とすことができる。

コネクタ配列３２０は、上基板３２２のポスト３２６の第１の配列を下基板３３２のポスト３３６の対応する第２の配列に機械的、電気的に接続するために使用される。接続は、コネクタ配列３２０のコネクタ３００の上へ上基板３２２のポストの第１の配列を並置し、コネクタ配列３２０のコネクタ３００の下へ下基板のポスト３３６の第２の配列を並置し、そして上基板３２２を下基板３３２に向けて下方に押すことによって行われる。それによって、上基板３２２のポスト３２６はコネクタ３００の上端のプロング３２８と嵌合され、プロング３２８の各々はその円周でポスト３２６に接触し、そしてポスト３３６はコネクタ３００の下端のプロング３３８と嵌合される。接続が行われた後、コネクタ配列３２０は、クランプ又は他の拘束手段を要することなく上基板３２２と下基板３３２とを機械的に一体に保持するが、そうした手段を機械的衝撃による損傷からの付加的な保護として追加してもよい。

コネクタ３００は上基板３２２の嵌合ポスト３２６及び下基板３３２の嵌合ポスト３３２を弾性的に一体に保持し、それによってポスト３２６は、その間の電気的又は機械的接続を失うことなくポスト３３６に対して水平方向に少量だけ、垂直方向に少量だけ移動することができる。１つ以上の実施形態において、上基板３２２は、上基板３２２のポスト３２６と下基板３３２のポスト３３６との間の接触を失うことなく、水平方向で０．５ｍｍ又は垂直方向で０．５ｍｍだけ下基板３３２に対して移動することができる。下基板３３２に対する上基板３２２の相対的な動きは、カラー３２４からコネクタ３００の上端まで延びる弾性プロング３２８の撓みによって、そしてカラー３２４からコネクタ３００のボトムまで延びる弾性プロング３３８の撓みによって吸収される。

嵌合後、上基板３２２に加えられた上向きの力は、ポスト３２６との接続を失うことなくコネクタ３００のプロング３２８を上方へ引き伸ばし、ポスト３３６との接続を失うことなくコネクタ３００のプロング３３８を下方へ引き伸ばすように作用する。プロング３２８、３３８の弾性によりコネクタ３００は、振動、機械的衝撃、熱的不適合、加速力、重力、特定のしきい値を下回る他の応力にもかかわらず、ポスト３２６とポスト３２８との電気的、機械的接触を維持することが可能である。本発明の１つ以上の実施形態のコネクタは、それらの間の接触を断つまでにコネクタに嵌合されたポストへの力に２０グラムまで耐えることができる。プロングが十分に弾性であるためには、プロング３２８間の溝穴３０４の角度は、コネクタの軸に垂直な平面に対して計測した時に１５°ないし７５°又は、より好ましくは２０°ないし７０°である。より好ましくは、プロング３２８間の各溝穴３０４は、管の外径で計測した時にそれぞれ、コネクタ３００の管の円周の少なくとも２分の１であるその中間点に沿って計測した長さを有する。加えて、コネクタ３００と係合したポストの保持の機械的特性は、溝穴３０４の幅を上端３６６からの軸方向距離とともに増加させる、そして同様に溝穴３０２の幅を下端３６８からの軸方向距離とともに増加させることによって増強される。コネクタ３００の端からの距離に伴う溝穴３０４の幅の増加は、ボールがコネクタ３００の軸の領域に沿って動く際に、ボールの円周に接触しているプロング３２８によって行使される嵌合ボールへの内向きの力を発生するように作用する。好ましくは、ボールは、ボールが装着される基板の表面の上方に最大円周が存在するようにして基板に装着される。以下に限らないが図４のポスト５０、６０、７０、９０を含むポストが好ましいが、コネクタはより広範囲のポスト幾何形状について申し分なく動作するであろう。

１つの電気装置を別のものに機械的に取り付け電気的に接続するうえで本発明を実用に付すことができる。図１０は、コネクタ４２２の配列によってプリント配線基板４２６に装着された電子装置４２８を含むアセンブリ４２０を示している。コネクタ４２２の各々は、装置４２８の底面のＢＧＡのボール（見えず）を把持する２つ以上の上向きのプロングを有する。コネクタ４２２の配列は、通常の機械的応力の期間中の接触を維持するために機械的クランプ手段を要することなく装置４２８を適位置に保持する。随意で、装置４２２との接続を高機械的応力の事故から保護するためにクランプを追加してもよい。コネクタ４２２の弾性プロングは、基板４２６に加えられた振動及び機械的衝撃から装置４２８を保護するために撓む。本発明のさらなる利点は、嵌合したコネクタ４２２の配列をＢＧＡから離脱させるために必要な力がコネクタの配列をＢＧＡに係合させるために必要な力よりも大きいという、コネクタ４２２の嵌合特性に起因して生じる。それによって、本発明の１つ以上の実施形態によって作られたコネクタ４２２は、装置を係合するために最初に用いられた力よりも大きい離脱力に抗して電子装置４２８を保持することができる。このさらなる利点は、より大きな衝撃と振動の力の作用に抗して装置を保持しながら、小さい力で基板への装置の容易な取付を可能にする。装置４２８の離脱は、振動、超音波エネルギーなどの使用によって助成され、基板４２６からの装置４２８の離脱に必要な力を低減する。

本発明の１つ以上の実施形態に従ったコネクタ４２２は、ＢＧＡ装置を基板に取り付けるためのコネクタ配列での使用に適している。限定を伴わず一例として、コネクタ４２２は図８Ａのコネクタ３００、図８Ｂのコネクタ３７０、図５Ｄのコネクタ１５２であるとしてよい。コネクタ３００は、上述の通り、キャリヤシートに取り付けられた両頭コネクタである。コネクタ３７０は、基板３８６のビア３８２にはんだ接続３７２によって下端で取り付けられた両頭コネクタである。図８Ｂのコネクタ３７０は、コネクタ３７０の各端が反対端と等価であるので、コネクタ３７０のどちらの端でもコネクタを上又は下に向きを変える必要なくビア３８２にはんだ付けすることができるという点で、組立上の利点を提供する。図５Ｄは、コネクタの上端から離れる軸方向距離に伴い幅が増加する溝穴１５８を備えるコネクタ１５２を示す。この幅の増大は、コネクタ１５２の上端からの距離に伴い溝穴１５８の幅が増大するその垂直位置の範囲にわたり、ボールが下方に引張られるような嵌合ボールへの下向きの力を生じるように作用する。

一例として、図９は、コネクタ４０２が端子ブロック４００に配列される本発明の１つ以上の実施形態の別の応用を例示している。一対のコネクタ４０２がハウジング４１０の空洞４０６に保持されている。ハウジング４１０は、環境における電気的ノイズからコネクタ４０２を電気的に保護するために金属表面を有する。コネクタ４０２は、嵌合端子ブロック（図示せず）の対応するポストの組と嵌合するように適応されている。各コネクタ４０２は締付け力を要することなくそれに嵌合されるポストを保持するが、端子ブロック４００には取付ラグ４１２と取付ねじ穴４０８が設けられており、嵌合端子ブロックからのねじが穴４０８を通り取り付けられた時に付加的な機械的安定性を付与する。任意の数のコンタクタが各空洞に配列できることは当業者によって理解されるであろう。コネクタ４０２は、本発明の１つ以上の実施形態によれば片頭又は両頭であるとしてよい。他のコネクタ機器構成、遮蔽方法、取付方法、クランプ、ブラケットが当業者には明白であろう。

本発明を特定の実施形態に関して説明した。他の実施形態は当業者には明らかであろう。当業者は、多くの変種、修正及び代替を認識するであろう。従って、この発明は添付クレームによって示されたものを除き限定されるものではないことが意図される。

コネクタの内径よりもわずかに大きい最大外径のボール状バンプを備える端子ポストを把持するように適応されたプロングを備える、本発明に従った高性能コネクタの斜視図である。 端子ポストを把持するためのプロングを備える本発明に従った両頭コネクタの斜視図である。 対応する上ポスト及び下ポストとの接続のための本発明に従ったコネクタであり、図３Ａは未嵌合構成のコネクタを示しており、図３Ｂは下ポストと嵌合されたコネクタを示しており、図３Ｃは上ポスト及び下ポストと嵌合されたコネクタを示している。 本発明に従ったコネクタと嵌合するように適応されたいくつかの設計のポストである。 係合の数段階におけるコネクタアセンブリ及び対応するボール形金属ポストを示し（Ａ−Ｃ）。嵌合ボールを把持しより確実に保持するために修正された本発明に従ったコネクタの実施形態の断面図を示している（Ｄ）。 同軸接地シールドコネクタ、嵌合する金属端子ポスト及び接地コンタクトを備える本発明に従ったコネクタの実施形態の断面図を示しており、図６Ａでは未嵌合位置にあり、図６Ｂでは嵌合位置にある。 本発明に従ったコネクタの配列を示しており、図７Ａは配列だけの側面断面図であり、図７Ｂは嵌合するポストの上配列及び嵌合するポストの下配列と係合したコネクタによる側面断面図であり、図７Ｃは配列の平面図である。 その中間断面のまわりのカラーでキャリヤシートに取り付けられた本発明に従ったコネクタを図示している斜視断面図（Ａ）と回路板のビアにはんだによって取り付けられたコネクタを図示している斜視断面図（Ｂ）である。 端子ブロックを形成するためにエンクロージャに装着された本発明に従ったコネクタの配列の斜視図である。 本発明に従った複数のコネクタによってシステム基板に装着され電気的に接続されたマイクロエレクトロニクス装置のアセンブリの斜視図である。

Claims (3)

1. ボールグリッドアレイ端子を備えるマイクロエレクトロニクス装置のためのソケットであって、前記ソケットは、
   ａ．上面と下面を備える誘電性基板と、
   ｂ．上端と下端を備える１つ以上のコンタクト円筒と、
   ｃ．前記コンタクト円筒の各々は薄い金属壁を有しており、
   ｄ．前記コンタクト円筒の各々の前記上端は前記壁を通る２つ以上の螺旋状切断を有しており、
   ｅ．前記上面の１つ以上の金属コンタクトパッドとを含んでおり、各パッドは各々の前記コンタクト円筒の前記下端と嵌合するために造形されており、
   ｆ．前記コンタクト円筒の各々の前記下端は前記コンタクトパッドに永久的に固定されており、
   ｇ．それによって前記コンタクト円筒の各々は嵌合する前記コンタクトパッドと電気的接触している、ソケット。
2. 前記コンタクトパッドは前記基板の前記上面の円筒形凹部に形成されている請求項１に記載のソケット。
3. シールドされた電気的接続を行うための同軸コネクタ装置であって、
   ａ．上面と下面を備える第１の誘電性基板と、
   ｂ．２つ以上の螺旋形プロングに切断されている上端と、前記第１の基板の前記上面に固定されている下端を備える導電性信号コンタクト円筒と、
   ｃ．前記第１の誘電性基板の前記上面に固定されている下端と上端とを備える導電性シールド円筒と、
   ｄ．前記シールド円筒は前記信号コンタクト円筒を包囲するように配置されており、
   ｅ．上面と下面を備える第２の誘電性基板と、
   ｆ．前記第２の誘電性基板の前記下面の導電性コンタクトポストとを含んでおり、
   ｇ．それによって前記第２の基板が前記第１の基板に下方へ強制された時に前記第１の基板の前記信号コンタクト円筒の前記上端と前記第２の誘電性基板の前記ポストとの間で電気的接触が行われる、同軸コネクタ装置。

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