JP5139145B2 - 電気コネクタ - Google Patents

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Description

本発明は、電気コネクタに関し、特に、半導体素子を内蔵した電気コネクタに関する。
従来より、回路基板上に実装されるコネクタを介して接続される相手コネクタから過電流が流れてきた場合に、回路基板上の回路の破壊を防止するために、コネクタと回路基板上の回路との間に回路保護素子が設けられることがある。しかし、この回路保護素子が回路基板上に実装されると、他の電子回路や素子を回路基板上に実装するスペースが確保しづらくなるので、回路基板の高密度実装化には課題を残していた。
そこで、特許文献１及び特許文献２には、回路保護素子を内蔵した電気コネクタが開示されている。特許文献１に開示された電気コネクタは、その電気コネクタが実装される回路基板上の回路を過電流による破壊から保護することを目的とした電気コネクタである。この電気コネクタは、図６に示すように、ハウジング（図示せず）内に設けられたブスバー１２３、コンタクト片１２５Ａ，１２５Ｂ、及び過電流保護素子１２４とを具備している。ブスバー１２３は、ハウジング内において分岐端子部１２３Ａ1〜１２３Ａ4，１２３Ｂ1〜１２３Ｂ4を有する。コンタクト片１２５Ａ1〜１２５Ａ4，１２５Ｂ1〜１２５Ｂ4は、相手コネクタの相手コンタクトと接触するコンタクト片である。過電流保護素子１２４は、分岐端子部１２３Ａ，１２３Ｂ及びコンタクト片１２５Ａ，１２５Ｂ間に配置される。
また、特許文献２に開示されたコネクタ型半導体素子は、図７に示すように、第１リード２１１及び端子（コネクタ２１７）にそれぞれ半田付けされた半導体チップ２１４を外囲器２２１で封止してなる。そして、コネクタ２１７に設けられた１対のコネクタ爪２１８間に第２リード２１２が挿入接続されることによって、半導体チップ２１４を介して第１リード２１１と第２リード２１２とが接続されている。
特開平１１−１８５８８５号公報 特開２００１−３３９０２８号公報
しかしながら、特許文献１に開示された電気コネクタは、複数のコンタクト片１２５Ａ，１２５Ｂが互いに絶縁されていないため、これらを共通の機能で使用する用途に限定されてしまい、回路形成の自由度が低い。すなわち、複数のコンタクト片１２５Ａ，１２５Ｂが回路としてつながっているので、全て同じ電圧であり、電力の分岐等、過電流保護に特化した電気コネクタとしての用途しかない。また、特許文献２に開示されたコネクタ型半導体素子は、１対のコネクタ爪２１８間に第２リード２１２を挿入接続する構造であるので、多極の回路を小型のコネクタ内に収容するスペースが確保できない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路基板上の回路を保護する保護回路の自由度が高く、多極のコンタクトを有しても回路基板上の高集積化を実現する電気コネクタを提供することにある。
上記問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る電気コネクタは、回路基板上に実装された電気コネクタであって、ハウジングと、前記回路基板に接続されると共に、相手コネクタの相手コンタクトに接触し、前記ハウジングに取り付けられる複数のコンタクトと、前記ハウジングに内蔵された半導体素子と、を有する電気コネクタにおいて、
前記半導体素子が過電圧保護素子を有し、
前記半導体素子は前記コンタクトの中間部に配置され、
前記半導体素子上に形成された導電パッドは、前記コンタクトにワイヤボンディングされ、
前記過電圧保護素子を介して前記コンタクトが接地されていることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項２に係る電気コネクタは、請求項１に記載の発明において、前記複数のコンタクトのうち、接地用コンタクトと、その他のコンタクトとが前記過電圧保護素子を介して接続されていることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項３に係る電気コネクタは、請求項１に記載の発明において、前記コンタクトとは別に設けられた接地用端子と、前記コンタクトとが前記過電圧保護素子を介して接続されていることを特徴としている。
本発明のうち請求項１に係る電気コネクタによれば、過電圧保護素子を介して各コンタクトが接地された回路を備えた半導体素子を有するので、回路基板上の回路を保護し、回路基板上における保護回路の設置領域を削減できる。これは結果として、回路基板上に搭載される回路の保護及び回路基板上における高集積化を共に実現するものである。半導体素子に搭載される過電圧保護素子は、例えば、ツェナーダイオードである。
本発明のうち請求項２に係る電気コネクタによれば、複数のコンタクトのうち、接地に供するコンタクトに他のコンタクトが過電圧保護素子を介して接続されるので、簡単な構成で回路基板上の回路を保護することができる。すなわち、各コンタクトに過電圧が印加された場合、接地に供するコンタクトに過電圧電流を逃がすことができ、回路基板上の回路を保護することができる。ここで、「他のコンタクト」とは、接地に供するコンタクト以外のコンタクトを指し、例えば、信号用コンタクト、電力供給用コンタクト、識別情報通信用コンタクトが挙げられる。なお、過電圧保護素子を高速信号回路に使用する場合には、過電圧保護素子の入力容量が信号の劣化を引き起こすことがある。本発明のコネクタにおいては、コンタクトが誘導性であることを利用し、過電圧保護素子とコネクタとを別々に実装した場合に比べて高速信号の劣化の程度を低くすることができる。
また、本発明のうち請求項３に係る電気コネクタによれば、接地用端子を既存のコンタクト以外に個別に設けたので、過電圧電流を逃がす経路が、接地に供する既存のコンタクトに逃がす場合よりも増えるので効率的である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る電気コネクタを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。図２は図１（Ａ）における２−２線に沿う断面図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は図１の電気コネクタの製造方法を示す概略図である。図４はハウジング内における半導体素子とコンタクトとの接続状態を示し、（Ａ）は、第１の実施形態における概略図、（Ｂ）は、第２の実施形態における概略図である。図５は半導体素子に組み込まれる回路の回路図を示し、（Ａ）は、第１の実施形態における回路図、（Ｂ）は、第２の実施形態における回路図である。
（第１の実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｅ）に示すように、電気コネクタ１は、ハウジング３と、コンタクト１０と、接地用端子２０と、シェル６とを有してなる。電気コネクタ１は、図示しない回路基板上に電気コネクタ１の底面が当接するようにして実装される。コンタクト１０、及び接地用端子２０は、ハウジング３の前後方向（図１（Ｅ）における左右方向）に貫通するようにしてハウジング３に取り付けられる。シェル６は、板状の金属板であり、ハウジング３の側面部を覆うように筒状に曲げ加工されている。
図１（Ｂ）に示すように、ハウジング３の背面側に突出したコンタクト１０、及び接地用端子２０は、折り曲げられて、ハウジング３の底面に引き回され、回路基板上の導電パッド（図示せず）に接続される。
ハウジング３は、図２に示すように、電気コネクタ１の背面側に一部が露出した直方体状の本体部３ａと、本体部３ａから前方（図２における左側）に突出する板状のプラットフォーム部３ｂとを有している。ハウジング３は絶縁性の材料よりなる。
コンタクト１０は、５本のコンタクト１１〜１５からなる。コンタクト１１〜１５は、金属板を打ち抜いて成型される。コンタクト１１〜１５は、例えば、コンタクト１１が電力供給用として割り当てられ、コンタクト１２が識別情報通信用に割り当てられ、コンタクト１３，１４が信号用（例えば、差動伝送信号用）に割り当てられ、コンタクト１５が接地用に割り当てられる。図２に示すように、コンタクト１１〜１５は、電気コネクタ１の正面方向及び背面方向に延びるように横並びに設置される。コンタクト１１〜１５の一方の端部は、ハウジング３の背面に沿って底面側に折り曲げられ、回路基板上に形成された導電パッド（図示せず）に接続される。コンタクト１１〜１５の他方の端部は、プラットフォーム部３ｂの下側に露出させて配置される。プラットフォーム部３ｂの下側に配置されたコンタクト１１〜１５の他方の端部は、収容キャビティ５内に配置され、プラットフォーム部３ｂに嵌合される相手コネクタの相手コンタクトに電気的に接触する。
接地用端子２０は、その一方の端部が、コンタクト１１〜１５に並ぶようにハウジング３の背面に沿って底面側に折り曲げられる（図１（Ｂ）及び図３（Ａ）参照）。なお、接地用端子２０の他方の端部は、コンタクト１１〜１５の他方の端部と共に電気コネクタ１の正面方向に延びるように形成される必要はない。接地用端子２０の他方の端部は、後述する半導体素子３０上の導電パッドに適正に接続される位置まで延設されればよい（図３（Ａ）参照）。
図１（Ｃ）及び図２に示すように、電気コネクタ１の正面側には、電気コネクタ１に嵌合される相手コネクタ（図示せず）を収容する収容キャビティ５が、ハウジング３の側面を覆うシェル６の前方への突出部分によって形成されている。シェル６の前後方向の寸法は、本体部３ａの前後方向の寸法よりも長いため、シェル６には、本体部３ａより前方に突出する突出部分６ｃが形成される。そして、この突出部分６ｃとプラットフォーム部３ｂとの間には空隙が形成される。この空隙が収容キャビティ５であり、電気コネクタ１に嵌合される相手コネクタの嵌合部の形状に応じて成型される。
シェル６の背面側の上面には、幅方向に互いに離間した１対の爪部６ａ，６ａが内方に折り曲げ可能に形成されている。シェル６の下面には、左右側端部において１対の突片６ｂ，６ｂが形成されている。この突片６ｂ，６ｂを、電気コネクタ１が実装される回路基板に形成された導電パッドに表面実装し、半田付けすることにより、電気コネクタ１が回路基板上に固定される。
図１（Ｄ）及び図１（Ｅ）に示すように、シェル６の収容キャビティ５側の周縁部６ｄは、相手コネクタが収容キャビティ５内に収容されやすいように外方に折り曲げられている。
図２に示すように、コンタクト１１（コンタクト１２〜１５も同様）は、半導体素子３０と共に絶縁性の樹脂パッケージ４に封止されている。樹脂パッケージ４は、ハウジング３の本体部３ａに封止されている。コンタクト１１〜１５は、半導体素子３０上に形成された複数の導電パッド（図示せず）にボンディングワイヤ４０によって電気的に接続されている。具体的には、図３（Ｂ）及び図４（Ａ）に示すように、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ａとコンタクト１１とがボンディングワイヤ４０で接続されている。また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｂとコンタクト１２とがボンディングワイヤ４０で接続されている。また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｃとコンタクト１３とがボンディングワイヤ４０で接続されている。また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｄとコンタクト１４とがボンディングワイヤ４０で接続されている。また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｅとコンタクト１５とがボンディングワイヤ４０で接続されている。また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｆ，３０ｇと接地用端子２０とがボンディングワイヤ４０で接続されている。
また、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ａ〜３０ｅは、同様に半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ｆ又は導電パッド３０ｇに半導体素子３０の内部で過電圧保護素子５１〜５４を介して接続されている。すなわち、コンタクト１１〜１５は、半導体素子３０の内部に形成された過電圧保護素子５１〜５４を介して接地用端子２０に電気的に接続されている。前述したように、接地用端子２０は、電気コネクタ１が実装される回路基板上に形成された接地用の導電パッドに電気的に接続されているので、コンタクト１１〜１５は、過電圧保護素子５１〜５４を介して接地されている。ここで、過電圧保護素子５１〜５４は、例えば、ツェナーダイオード等である。
このように、コンタクト１１〜１５と接地用端子２０とが接続されていることによって、相手コネクタから過電圧が印加された際に、回路基板上の回路に過電圧を印加させずに、接地用端子２０に過電圧電流を逃がすことができる。
＜電気コネクタの製造方法＞
次に、本発明の電気コネクタの製造方法について、図３を参照して以下に説明する。本発明の電気コネクタの製造方法は、ボンディング工程と、第１の封止工程と、第２の封止工程と、組立工程とを有する。
＜ボンディング工程＞
ボンディング工程は、半導体素子３０上に形成された導電パッド３０ａ〜３０ｇと、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０とを接続する工程である。まず、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０は、これらがバラバラにならないように連結するタイバー（図示せず）を介して金属板等を打ち抜いて一体に成型されている。その後、図３（Ａ）に示すように、絶縁性の材料で被覆された半導体素子３０が、例えば、コンタクト１２〜１４の中間部に載置される。半導体素子３０とコンタクト１２〜１４との間には絶縁性のシートを設置してもよい。コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０の一方の端部は、予め設計されたハウジング３の背面及び底面の形状に応じて折り曲げられる。次に、図３（Ｂ）に示すように、半導体素子３０上に形成された各導電パッド３０ａ〜３０ｇと、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０とが、ボンディングワイヤ４０でワイヤボンディングされる（図４（Ａ）及び図５（Ａ）参照）。
＜第１の封止工程＞
第１の封止工程は、電気的に接続された半導体素子３０と、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０とを樹脂等の絶縁性の材料で封止する工程である。この工程は、ポット、プランジャ、ランナ、ゲート、キャビティ、イジェクタ、及びポンプ等を有する半導体装置製造用の樹脂封止装置を用いることが好ましい。半導体素子３０、並びに、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０は、半導体素子３０の全体、コンタクト１１〜１５の中間部、接地用端子２０，２０の一方の端部において樹脂封止される。樹脂封止された後は、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０を連結するタイバーを切断して、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０を個々に分離する。この第１の樹脂封止工程によって、図３（Ｃ）に示すように、半導体素子３０、並びに、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０は、樹脂パッケージ４に封止された形態となる。
＜第２の封止工程＞
第２の封止工程は、樹脂パッケージ４を樹脂等の絶縁性の材料でさらに封止し、ハウジング３を形成する工程である。第２の封止工程も、第１の封止工程と同様に、半導体装置製造用の樹脂封止装置を用いることが好ましい。なお、本工程に用いられるキャビティは、本体部３ａとプラットフォーム部３ｂとを形成する形状とされている。図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示すように、樹脂パッケージ４は、本体部３ａの背面側からコンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０のぞれぞれの一方の端部が突出するように樹脂封止される。また、樹脂パッケージ４は、本体部３ａの正面側からコンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０のぞれぞれの他方の端部が突出するように樹脂封止される。また、本体部３ａの上面部には、シェル６の爪部６ａを係合させるための溝部３ｃが成型される（図１（Ｂ）参照）。さらに、プラットフォーム部３ｂは、その下面に、コンタクト１１〜１５の他方の端部が位置するように成型される。その後、必要に応じて、コンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０のぞれぞれの一方の端部が、本体部３ａの背面に当接し、かつ、本体部３ａの下面に当接するように折り曲げ量を調節する。
＜組立工程＞
組立工程は、ハウジング３をシェル６に収納し、収容キャビティ５が正面に形成された電気コネクタ１を形成する工程である。ハウジング３は、前後方向を同じくしてシェル６の内部に収納される。このとき、シェル６の背面側の端面とハウジング３の背面とが位置合わせされる。図３（Ｄ）に示すように、シェル６は、金属板を打ち抜き及び曲げ加工することによって形成されている。シェル６は、前後方向に開口し、ハウジング３の本体部３ａの外形に応じて、その側面を覆うように曲げ成型される。シェル６には、背面側の下端部において、本体部３ａの下面に当接するように折り曲げられたコンタクト１１〜１５及び接地用端子２０，２０を回路基板に当接させるスペースが確保されている。ハウジング３を収納したシェル６は、爪部６ａを折り曲げてハウジング３の上面に形成された溝部３ｃに係合させることによって、ハウジング３がシェル６内において固定される（図１（Ｂ）参照）。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る電気コネクタは、半導体素子と、コンタクトとの接続関係が前述の第１の実施形態と異なるだけであるので、第１の実施形態と同じ符号を付した同様の構成については説明を省略する。図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る電気コネクタは、コンタクト１１〜１５のうち、いずれかが接地用に供されており、接地用端子２０，２０の代わりに接地用のコンタクトを用いている。具体的には、コンタクト１５が接地用に供されている場合、導電パッド３０ａ〜３０ｄと導電パッド３０ｅとが半導体素子３０の内部で過電圧保護素子５１〜５４を介して接続されている。
このように、過電圧保護素子５１〜５４を介してコンタクト１０に接続される接地用端子を、コンタクト１１〜１５に含まれる接地用端子とすることによって、電気コネクタの構成を簡略化し、製造コストを低減できる。
このように、回路基板上の回路を保護する保護回路の機能及び保護回路とコンタクトとの接続態様を適宜設定することにより、保護回路の自由度が高く、多極のコンタクトを有しても大きな実装面積を要しない電気コネクタを提供できる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、上述した実施形態では、マイクロＵＳＢコネクタを例として、コンタクト１０の数を５本（５対）としたが、コンタクト１０の数はこれに限られない。例えば、コンタクト１０の数は、ミニＨＤＭＩコネクタを例として１９本でもよい。また、コンタクト１０と半導体素子３０との接続は、ワイヤボンディングに限られず、フリップチップ接続等、ワイヤレスボンディングによって接続されてもよい。
本発明に係る電気コネクタを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。 図１（Ａ）における２−２線に沿う断面図である。 図１の電気コネクタの製造方法を示す概略図である。 ハウジング内における半導体素子とコンタクトとの接続状態を示し、（Ａ）は、第１の実施形態における概略図、（Ｂ）は、第２の実施形態における概略図である。 半導体素子に組み込まれる回路の回路図を示し、（Ａ）は、第１の実施形態における回路図、（Ｂ）は、第２の実施形態における回路図である。 従来の電気コネクタの構造を示す概略図である。 従来の電気コネクタの構造を示す概略図である。
符号の説明
１ 電気コネクタ
３ ハウジング
１０ コンタクト
２０ 接地用端子
３０ 半導体素子
５１〜５４ 過電圧保護素子
６０ コモンモードチョーク回路

Claims (4)

  1. 回路基板上に実装された電気コネクタであって、ハウジングと、前記回路基板に接続されると共に、相手コネクタの相手コンタクトに接触し、前記ハウジングに取り付けられる複数のコンタクトと、前記ハウジングに内蔵された半導体素子と、を有する電気コネクタにおいて、
    前記半導体素子が過電圧保護素子を有し、
    前記半導体素子は前記コンタクトの中間部に配置され、
    前記半導体素子上に形成された導電パッドは、前記コンタクトにワイヤボンディングされ、
    前記過電圧保護素子を介して前記コンタクトが接地されていることを特徴とする電気コネクタ。
  2. 前記複数のコンタクトのうち、接地用コンタクトと、その他のコンタクトとが前記過電圧保護素子を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
  3. 前記コンタクトとは別に設けられた接地用端子と、前記コンタクトとが前記過電圧保護素子を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気コネクタ。
  4. 前記半導体素子および前記コンタクトは、絶縁性の材料で封止されていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
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