JP5016692B2

JP5016692B2 - ソケットコネクタ

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Publication number: JP5016692B2
Application number: JP2010027945A
Authority: JP
Inventors: 威高橋
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN102170068B; US20110195589A1; US8292634B2; CN102170068A; JP2011165512A

Description

本発明は、ソケットコネクタに関する。

特許文献１には、LGA(Land Grid Array)タイプの半導体パッケージなどの接続対象物を回路基板などに搭載するためのソケットが開示されている。そのソケットは、２辺に弾性変形可能なアームを備え、これらのアームにより接続対象物を載置面と水平な方向に押圧して基準面に押し付け、接続対象物を位置決めするように構成されている。

また特許文献２には、通信ケーブルに接続されたプラグなどの接続対象物を接続する小型化されたソケットが開示されている。そのソケットは、先端に係止片を有するバネ部を備え、その係止片を接続対象物に係合させることで、接続対象物を抜け止めように構成されている。また接続対象物の位置決めは、バネ部とは別の部品を用いて行っている。

特開２００６−１２７８０４号公報特開２００３−０９２１６８号公報

昨今の機器の小型化・高密度化の要求に対応させる場合、接続対象物の位置決め機能および保持機能を別部品にもたせることは、部品点数を増加させ、スペースの確保や強度の確保などの点で不利である。

それ故に本発明の課題は、接続対象物の位置決め機能と保持機能を簡単な構成により実現したソケットコネクタを提供することにある。

本発明一態様によれば、接続対象物を装着する凹部を有するソケット本体と、前記凹部の底面部に配された複数のコンタクトと、前記凹部の側方に設けられたバネ部品とを有し、前記バネ部品は、前記接続対象物の装着の第１段階において前記接続対象物に抜け出し方向で係合し仮保持する係合部と、前記装着の第２段階において前記接続対象物を前記底面部と平行で且つ前記凹部の内方に押圧し前記凹部の所定位置に位置決めする押圧部とを有し、前記バネ部品は、前記凹部の底面部側から立ち上がる第１のバネ片と、該第１のバネ片に連続し折り返し部を介して前記凹部の底面部側に延びる第２のバネ片と、第１のバネ片の前記底面部側端部に連続し、該底面部と平行に延びる第３のバネ片とを有し、該第２のバネ片は前記凹部に臨んでおり前記係合部と前記押圧部が形成され、該第３のバネ片はその端部が前記ソケット本体に固定され、前記底面部と平行な方向に弾性変形可能になっていることを特徴とするソケットコネクタが得られる。

前記ソケット本体は、前記第１のバネ片の前記凹部の外側方向に向く面の中間部に当接する支持部を有し、前記第１のバネ片は前記支持部の上側部分を前記凹部の外側方向に弾性変形させると、該支持部が支点となって該支持部の下側部分が前記凹部の内側方向に弾性変形するようになっていてもよい。

前記支持部は、前記押圧部と対向する位置に設けられていてもよい。

前記バネ部品は前記凹部の―側に設けられ、前記凹部の他側には前記バネ部品の押圧部により前記接続対象物の外周部を押し付けられ前記所定位置に位置決めする位置決め基準面が設けられていてもよい。

前記位置決め基準面には、前記接続対象物が抜け出し方向で係合し、前記係合部と協働して前記接続対象物を仮保持する係合突起が設けられていてもよい。

前記接続対象物は外周部に鍔部を有し、該鍔部が前記係合部及び／又は前記係合突起に係合し、前記押圧部により押圧され前記凹部の所定位置に位置決めされてもよい。

本発明の各態様によるコネクタは、接続対象物を装着する凹部の側方にバネ部品を配設し、接続対象物に係合し仮保持する係合部と、凹部の底面部と平行な方向に押圧し所定位置に位置決めする押圧部とをそのバネ部品に設けることで、一つのバネ部品での仮保持と位置決めの両方ができるようになる。

本発明の一実施形態に係るソケットコネクタの上方の一側から見た斜視図。図１Ａのソケットコネクタの上方の他側から見た斜視図。図１Ａ及び図１Ｂのソケットコネクタの下方から見た斜視図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに含まれたソケットとバネ部品とを分解状態で示す斜視図。図２に示すソケットの一部のみを示す底面図。図２に示すバネ部品の拡大斜視図。図４Ａに示すバネ部品の側面図。図２に示すソケットに含まれたコンタクト部品の一側から見た斜視図。図５Ａに示すコンタクト部品の他側から見た斜視図。図５Ａ及び図５Ｂに示すコンタクト部品の構造を説明するための説明用斜視図。図２に示すソケットに含まれたソケット本体の断面斜視図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに接続可能な接続対象物を上方から見た斜視図。図８Ａの接続対象物を下方から見た斜視図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに対する図８の接続対象物の装着作業の開始段階を示す断面図。図９Ａの開始段階から装着作業が進行するときのバネ部品の状態を説明するための説明図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに対する図８の接続対象物の装着作業が更に進行した第１段階を示す断面図。図１０Ａの第１段階から装着作業が進行するときのバネ部品の状態を説明するための説明図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに対する図８の接続対象物の装着作業が更に進行した第２段階を示す断面図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに接続対象物を接続させる機構の一例を示す模式図。図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタを多数、一枚の基板に搭載した一例を示す模式図。接続対象物の他例を図１Ａ−図１Ｃのソケットコネクタに接続した状態で示す斜視図。

先ず図１Ａ−図７を参照して、本発明の実施形態に係るソケットコネクタ１の構成について説明する。

図１Ａ−図１Ｃ及び図２において、ソケットコネクタ１は、LGA(Land Grid Array)タイプ又はBGA(Ball Grid Array)タイプの半導体モジュールなどを接続対象物として回路基板などに搭載するためのものである。このソケットコネクタ１は、接続対象物を装着するための平面形状が略四角形の凹部２を上面中央に有するソケット本体３と、接続対象物の位置決め機能と保持機能とを得るために凹部２の第１の方向Ｘにおける一側面部に組み込まれた一つのバネ部品４と、接続対象物を電気的に接続するために凹部２の底面部２ａに組み込まれた複数のコンタクト部品５とを含んでいる。ここでは、ソケット本体３とコンタクト部品５とを合わせて、単に「ソケット」と呼ぶ。

ソケット本体３は絶縁性のプラスチック成形材から成っている。ソケット本体３には凹部２の四隅に対応して４本のモジュールガイド用支柱（以下、単に「支柱」と呼ぶ）６１、６２が設けられている。これらの支柱６１、６２の各々は、凹部２の底面部２ａから第１の方向Ｘに直交した第２の方向Ｙにおいて上方にのびている。後で詳述するように、一端側の２本支柱６１はバネ部品４の組み込みに寄与し、他端側の２本の支柱６２は接続対象物の位置決め機能と保持機能とを得るのに寄与する。

さらに、図３に示すように、ソケット本体３は第１の方向Ｘにおける一端部にバネ部品４を組み込むためのバネ組込部７を備えている。バネ組込部７は、第３の方向Ｚにおける中央部に形成された圧入穴８と一端側の２本の支柱６１に対応した両端部に形成された挿通穴９とを有している。

また、ソケット本体３の他端側の二つの支柱６２には、図１Ｂに示すように一端側の支柱６１に間隔をおいて対向した位置決め基準面６２ａと係合突起６２ｂとが設けられている。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、バネ部品４は、第３の方向Ｚにおける中央に、圧入穴８に圧入される圧入部１１を有し、両端部にそれぞれバネ部１２を有している。各バネ部１２は水平部分と垂直部分とを有するＬ字状となっており、垂直部分が上側から折り返すように形成される。この折り返した部分はバネ性を持ち変形するため、図４に示すように変形に必要な分だけスペースＳを空けて折り返す。

バネ部品４は、垂直にのびた第１のバネ片１３と、第１のバネ片１３の上端から一側に折り返された折り返し部１４と、折り返し部１４から下方にのびた第２のバネ片１５と、圧入部１１と第１のバネ片１３の下端との間で水平にのびた第３のバネ片１６とを有している。さらに、第２のバネ片１５の下端から、係合部１７及び押圧部１８が形成されている。バネ部品４をソケット本体３に組み付ける際に、第１のバネ片１３が挿通穴９に挿通され、ソケット本体３の一端側の支柱６１の内側に配置される。この結果、第２のバネ片１５、係合部１７、及び押圧部１８は、ソケット本体３の他端側の支柱６２に間隔をおいて対向した姿勢で、凹部２の底面部２ａの上方に露出する。

なお、ここではバネ部１２は左右対称に２箇所形成されているが、片側のみに形成されてもよい。また、バネ部品４は金属板に打ち抜き及び折り曲げ加工を施して作製されているが、プラスチック材にて製作されてもよい。

図５Ａ−図６に示すように、コンタクト部品５は、補強・搬送用の基材２１、ゲル、ゴム等からなる粘弾性体２２、及び表面に芯数に応じた数の導体２３を形成したポリイミド等からなる厚さ数μｍ〜十数μｍの絶縁フィルム２４を用いて作製されたものである。先ず、粘弾性体２２が基材２１を囲むように成形され、これにより基材２１を保持する。次に、絶縁フィルム２４が粘弾性体２２に接着剤などを使用して貼り付け、固定される。絶縁フィルム２４は、予め、表面にスパッタやメッキ、エッチングなどによって導体２３がパターニングされたものである。こうして、コンタクト部品５は、上下端面に夫々複数の接点部２３ａを有する低圧接コンタクトとして構成されている。なお、コンタクト部品５に代えて、一般的なプレスコンタクトを適用することも可能である。

図７に示すように、ソケット本体３の凹部２の底面部２ａは、第３の方向Ｚにのびた互いに平行な複数のスリット２５と、各スリット２５内に位置した複数の突起２６とを有している。コンタクト部品５は、スリット２５の各々に挿入されることで、第１の方向Ｘに複数が隣接した状態でソケット本体３に組み付けられる。コンタクト部品５は、ソケット本体３の突起２６と、コンタクト部品５の当該部位に設けた凹み２７との嵌合により、ソケット本体３に保持される。コンタクト部品５がソケット本体３の凹部２の底面部２ａの上下にそれぞれ突出した状態で組み込まれるため、接点部２３ａは底面部２ａから上下にマトリックス状の配置で露出している。この状態は、ソケット本体３の凹部２の底面部２ａに多数のコンタクトをマトリックス状に組みつけたものと看做すこともできる。なお、ソケット本体３の下面には、ソケットコネクタ１を搭載する基板に対し位置決めするための複数の位置決めボス２８が設けられている。

ソケットコネクタ１の芯数は、スリット２５やコンタクト部品５の数に応じて任意に設計できる。例えば導体２３を９本形成したコンタクト部品５をソケット本体３に９本挿入している場合には、８１芯のソケットコネクタ１が得られる。

ここで図８Ａ及び図８Ｂを参照して、接続対象物としての半導体モジュール３０について簡単に説明する。

この半導体モジュール３０は、ＬＧＡ基板３１と、ＬＧＡ基板３１の上面に固定搭載された、半導体素子を有する半導体パッケージ３２とを含んでいる。ＬＧＡ基板３１の下面には多数の端子３３がマトリックス状に配列されている。半導体パッケージ３２はその上面に、光ファイバーを引き出すための開口３２ａが形成されている。

次に、図９Ａ〜図１１をも合わせ参照して、上述したソケットコネクタ１に半導体モジュール３０を装着するときの動作について説明する。

図９Ａ及び図９Ｂにおいて、半導体モジュール３０をソケットコネクタ１に対し上方から装着する。まずバネ部品４の係合部１７が、半導体モジュール３０のＬＧＡ基板の周辺部からなる鍔部３４に押される。このとき、バネ部１２に対する加圧点３５とソケット本体３に支持部として設けた変形抑制部３６とは、図９Ｂに示すように第２の方向Ｙで大きく位置ズレしている。そのため、図９Ｂに太い破線で示すように、変形抑制部３６の上端を支点としてバネ部１２の上部が外側（図９Ｂの左側）へ倒れる。この時、バネ部１２の下部は変形抑制部３６の上端を支点としたテコのようになり右方向へ変形しようとする。このため、バネ部１２のＬ字状をなす部分の全体がねじれるように変形して反力を生成する。なお、バネ部１２の上部の変形を可能にするために支柱６１に逃げ凹部６１ａが形成されている。

即ち、半導体モジュール３０の鍔部３４を係合部１７に係合させる装着の第１段階において、支持部となる変形抑制部３６の上端を支点として第１のバネ片１３の上側（及び第２のバネ片１５）が逃げ凹部６１ａの内方向に、下側（及び第３のバネ片１６）がこれとは逆方向である逃げ凹部６１ａの外方向に弾性変形し、第１のバネ変１３及び第２のバネ片１５（及び第３のバネ片１６）の全体がバネとして機能する。第１のバネ片１３の下側及び第３のバネ片１６は支持部及び固定部を支点として図９Ｂの右方向に変形するので、結果として第２のバネ片１５及び第３のバネ片１６はねじれるように変形する。

半導体モジュール３０の装着がさらに進行すると、鍔部３４が係合部１７及び係合突起６２ｂを乗り越え、係合部１７の凹み部分に入る。この結果、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、鍔部３４の一端部が係合部１７に第２の方向Ｙで係合する。同時に、鍔部３４の他端部は、バネ部１２の反力により位置決め基準面６２ａに圧接されると共に、係合突起６２ｂに第２の方向Ｙで係合する。この結果、半導体モジュール３０はソケット本体３の凹部２の底面部から離間した第１の位置で姿勢を制御されつつ仮保持される。こうして半導体モジュール３０は図１０Ａ及び図１０Ｂに示すようにバネ部品４の係合部１７と押圧部１８との間に形成された凹み部に収まった時にバネ部１２のバネ性により抜け止めされる。

ここで「仮保持」とはソケットコネクタ１を裏返しても半導体モジュール３０が脱落することのない程度の弱い保持を意味するが、バネ部１２のバネ形状を変えることで、抜け止めを仮保持程度としたり、上方へ引くだけでは外れないようにしたりすることもできる。なお、本実施形態の形状は仮保持程度の保持力を得るものであり、したがって半導体モジュール３０を図１０Ａ及び図１０Ｂにおける左側へ変位させることで取り外すことができる。

上記の状態から更に半導体モジュール３０を押し下げるときには、バネ部品４を変形させることを伴って、半導体モジュール３０が図１０Ａにおける右側の支柱６２の位置決め基準面６２ａに押し付けられ、位置決めされる。

図１１の位置まで半導体モジュール３０が下降すると、加圧点３５とバネ変形抑制部３６との位置関係が第２の方向Ｙにおいて実質的に一致し、バネ部１２は基本的に折り返し部１４でバネ性を得る。こうして、半導体モジュール３０は前記第１の位置よりも凹部２の底面部に近い第２の位置で凹部２の所定位置に位置決めされかつ保持される。換言すると、半導体モジュール３０の最終的な装着を行う第２段階においては、押圧部１８により第１のバネ片１３に掛る反力を支持部即ち変形抑制部３６で受けるので、第１のバネ片１３の支持部から上側がバネとして作用し、バネ長が短くなるので押圧部１８に強い押圧力（バネ力）で半導体モジュール３０を位置決め保持する。なお、４０は、ソケットコネクタ１を搭載した基板を示す。

上述したように、ソケットコネクタ１は、折り返し部１４を介して互いに対向する第１のバネ片１３及び第２のバネ片１５を有する逆Ｕ字状のバネ部品４を用い、ソケット本体３の凹部２に臨む第２のバネ片１５に半導体モジュール３０を仮保持する係合部１７と、半導体モジュール３０を凹部２の底面部２ａと平行に押圧移動して凹部２の所定位置に位置決めする押圧部１８とを設け、第１のバネ片１３の外側の面の押圧部１８に対向する部位をバネ変形抑制部３６で支持する構造にしている。この構造によると、半導体モジュール３０を係合部１７に係合し仮保持させる装着の第１段階では、第１のバネ片１３はバネ変形抑制部３６を支点としてその上側が外方に下側が内方に弾性変形して第１のバネ片１３全体がバネとして作用し、半導体モジュール３０の係合（仮保持）を容易にする。それと共に、半導体モジュール３０を押圧部１８に移動し位置決めする装着の第２段階では、第１のバネ片１３のバネ変形抑制部３６よりも上側部分だけがバネとして作用し、バネ長が短くなって半導体モジュール３０の押圧移動に必要な強いバネ力が得られる。また、第１のバネ片１３の端部に凹部２の底面部に平行な第３のバネ片１６を設けることで、半導体モジュール３０の係合時のバネ長を更に長くし、係合を更に容易にすると共に、ソケットコネクタ１全体の高さを抑えることができる。

上記実施形態ではバネ部品４によるバネ力の作用方向が第１の方向Ｘのみであるが、更に第３の方向Ｚにバネ力が作用するバネ部品を追加してもよい。また、一端側の支柱６１のみならず、他端側の支柱６２にも係合突起６２ｂの代わりにバネ部品４と同様なバネ部品を備えてもよい。上述したソケットコネクタ１に対する半導体モジュール３０の最終的な接続は、図１２のようなバネ４１を備えた押え込み機構４２を用いて、或いはソケットの上部にモジュール押え込み用のカバーを装着することで行う。また、図１３に示すように１枚の基板４０にソケットコネクタ１を複数個配置して、半導体モジュール３０をそれぞれセットした後に、これらを一括して押さえ込むことも考えられる。また、図１４に示すように光フアイバー４３が引き出されている光モジュールを半導体モジュール３０としてソケットコネクタ１に接続する場合もある。いずれの場合においても、ソケットコネクタ１に半導体モジュール３０を仮保持する機能を備えていた方が取り扱い上好ましい。

なお、上述では接続対象物として半導体モジュール３０を用いた場合について説明したが、これに限られることなく、様々なものを接続対象物として用い得ることは言うまでもない。

本発明に係るソケットコネクタは、CPUやO/E変換モジュールなどのようなLGAタイプ又はBGAタイプの半導体モジュールの接続に使用できる。

１ソケットコネクタ
２凹部
２ａ底面部
３ソケット本体
４バネ部品
５コンタクト部品
６１、６２モジュールガイド用支柱
６１ａ逃げ凹部
６２ａ位置決め基準面
６２ｂ係合突起
７バネ組込部
８圧入穴
９挿通穴
１１圧入部
１２バネ部
１３第１のバネ片
１４折り返し部
１５第２のバネ片
１６第３のバネ片
１７係合部
１８押圧部
２１基材
２２粘弾性体
２３導体
２３ａ接点部
２４絶縁フィルム
２５スリット
２６突起
２７凹み
２８位置決めボス
３０半導体モジュール
３１ＬＧＡ基板
３２半導体パッケージ
３２ａ開孔
３３端子
３４鍔部
３５加圧点
３６変形抑制部
４０基板
４１バネ
４２押え込み機構
４３光フアイバー

Claims

接続対象物を装着する凹部を有するソケット本体と、前記凹部の底面部に配された複数のコンタクトと、前記凹部の側方に設けられたバネ部品とを有し、前記バネ部品は、前記接続対象物の装着の第１段階において前記接続対象物に抜け出し方向で係合し仮保持する係合部と、前記装着の第２段階において前記接続対象物を前記底面部と平行で且つ前記凹部の内方に押圧し前記凹部の所定位置に位置決めする押圧部とを有し、前記バネ部品は、前記凹部の底面部側から立ち上がる第１のバネ片と、該第１のバネ片に連続し折り返し部を介して前記凹部の底面部側に延びる第２のバネ片と、第１のバネ片の前記底面部側端部に連続し、該底面部と平行に延びる第３のバネ片とを有し、該第２のバネ片は前記凹部に臨んでおり前記係合部と前記押圧部が形成され、該第３のバネ片はその端部が前記ソケット本体に固定され、前記底面部と平行な方向に弾性変形可能になっていることを特徴とするソケットコネクタ。
前記ソケット本体は、前記第１のバネ片の前記凹部の外側方向に向く面の中間部に当接する支持部を有し、前記第１のバネ片は前記支持部の上側部分を前記凹部の外側方向に弾性変形させると、該支持部が支点となって該支持部の下側部分が前記凹部の内側方向に弾性変形するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のソケットコネクタ。
前記支持部は、前記押圧部と対向する位置に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のソケットコネクタ。
前記バネ部品は前記凹部の―側に設けられ、前記凹部の他側には前記バネ部品の押圧部により前記接続対象物の外周部を押し付けられ前記所定位置に位置決めする位置決め基準面が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のソケットコネクタ。
前記位置決め基準面には、前記接続対象物が抜け出し方向で係合し、前記係合部と協働して前記接続対象物を仮保持する係合突起が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のソケットコネクタ。
前記接続対象物は外周部に鍔部を有し、該鍔部が前記係合部及び／又は前記係合突起に係合し、前記押圧部により押圧され前記凹部の所定位置に位置決めされることを特徴とする、請求項５に記載のソケットコネクタ。