JP7141796B2 - コンタクトピン及びソケット - Google Patents

Description

本発明は、コンタクトピン及びソケットに関する。

例えば特許文献１に記載されているように、従来、ＩＣパッケージ等の電気部品を検査する際、ソケットが用いられている。このソケットは、電気部品と検査装置側の基板である検査用基板とを電気的に接続する複数のコンタクトピンを備えている。

これらのコンタクトピンは、電気部品の端子に接触する第１可動部材と、検査用基板の端子に接触する第２可動部材と、第１可動部材と第２可動部材の間に配置され、第１可動部材と第２可動部材とが互いに離れるように反発するコイルバネとを有する。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して従来のソケットの構成の一例について説明する。図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ従来のコンタクトピン及びソケットの一例の構成を示す模式的な断面図である。

コンタクトピン１０１は、ソケットのハウジング１０３に形成された貫通孔１３０に挿通されている。

コンタクトピン１０１は、第１プランジャ１１１と、第２プランジャ１１２と、コイルスプリング１１３とを備える。

第１プランジャ１１１は、略円筒状の中空部材である。第２プランジャ１１２は、略円柱状の部材である。第２プランジャ１１２は、下方から第１プランジャ１１１に挿通され、第１プランジャ１１１から第１プランジャ１１１の軸線Ｌに沿って（又はほぼ軸線Ｌに沿って）進退可能となっている。

第１プランジャ１１１は、軸線Ｌに沿って幅を持った円筒状の拡径部１１１ａを有している。第２プランジャ１１２は図外において第１プランジャ１１１から突出した箇所に拡径部を有している。コイルスプリング１１３は、第１プランジャ１１１の拡径部１１１ａと、第２プランジャ１１２の拡径部との間に設けられる。

第１プランジャ１１１の上端は、図外において、ＩＣパッケージの半田ボールと電気的に接触する。第２プランジャ１１２の下端は、図外において、検査用基板の端子と電気的に接触する。

ハウジング１０３には、水平面による切断面が円形の前記貫通孔１３０が設けられている。貫通孔１３０は、上側の小径部分１３０ａと、図外の下側の小径部分と、これらの小径部分の間に形成された大径部分１３０ｂから構成されている。

第１プランジャ１１１の拡径部１１１ａの径及び第２プランジャ１１２の拡径部の径は、貫通孔１３０の上側の小径部分１３０ａ及び下側の小径部分の内径よりも大きく形成されている。これにより、コンタクトピン１０１が貫通孔１３０に保持されるようにしている。

このようなソケットを用いて検査を行う際、まず、ソケットが図外の検査用基板にセットされる。そして、図５Ａに示す状態から、ＩＣパッケージの半田ボールが第１プランジャ１１１の上端に押しつけられる。よって、図５Ｂに示すように、第２プランジャ１１２が第１プランジャ１１１に相対的に差し込まれるとともに、コイルバネ１１３が圧縮される。

このとき、第２プランジャ１１２と検査用基板の端子との間には、コイルバネ１１３の反発力に起因する力、いわゆるプリロードが加わる。プリロードは、第２プランジャ１１２と検査用基板の端子との安定的な接触、ひいては、これらの間における接触抵抗の低減及び安定化に寄与する。

特開２０１５－１０８６０８号公報

しかしながら、図５Ａ及び図５Ｂに示すコンタクトピン１０１及びソケットでは、第１プランジャ１１１の拡径部１１１ａが軸線Ｌに沿ってストレートに延在しているため以下のような課題がある。

（１）拡径部１１１ａが、貫通孔１３０を形成するハウジング１０３の内壁面と面接触するようになる。このため、拡径部１１１ａが貫通孔１３０内を移動する際の摩擦抵抗が大きくなり、コンタクトピン１０１が貫通孔１３０内を滑らかに移動しないことがある。
（２）拡径部１１１ａにより、貫通孔１３０内で第１プランジャ１１１が斜めになることが規制されるようになる。このため、第１プランジャ１１１と第２プランジャ１１２とそれぞれ軸線を鉛直方向に向けた姿勢となり、第１プランジャ１１１と第２プランジャ１１２との接触圧が不安定になり易く、ひいてはコンタクトピン１０１の導電性が不安定になり易い。

本発明は、このような課題を解決するために創案されたものであり、コンタクトピンの移動性及び導電性を向上することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のコンタクトピンは、第１方向における一端側に設けられた第１接触部と、前記第１方向と交差する第２方向へ拡大する第１拡大部とを有する中空の第１プランジャと、前記一端側を前記第１プランジャに挿入され、前記第１方向における他端側に設けられた第２接触部と、前記第１プランジャから突出した突出部に設けられ、前記第２方向に拡大する第２拡大部とを有する第２プランジャと、前記第１プランジャ及び前記第２プランジャを囲み、前記第１拡大部と前記第２拡大部との間に取り付けられたバネと、を備え、前記第１拡大部が、外側に膨出する曲面形状に形成され、前記曲面形状は、前記第１拡大部のうち、少なくとも、前記バネが当接する部分で、徐々に拡径する形状を有する。

上記従来の課題を解決するために、本発明のソケットは、前記コンタクトピンと、前記コンタクトピンが挿入される貫通孔を有する支持体と、を備える。

本発明によれば、コンタクトピンの移動性及び導電性を向上できる。

コンタクトピンの構成を示す図であって、図１Ａは斜視図、図１Ｂは縦断面。 図２はソケットの構成を示す断面図。 図３Ａ及び図３Ｂはコンタクトピン及びソケットの作用効果を説明するための模式的な断面図。 コンタクトピンの変形例の構成を示す図であって、図４Ａは斜視図、図４Ｂは縦断面図。 図５Ａ及び図５Ｂは従来のコンタクトピン及びソケットの一例の構成を示す模式的な断面図。

以下、本発明の実施の形態に係るコンタクトピン及びソケットついて、図面を参照しながら説明する。以下に示す各実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

なお、以下の実施形態では、便宜的に、コンタクトピンは、第１プランジャが上側に配置され、第２プランジャが下側に配置されているものとして説明を行う。但し、コンタクトピン及びソケットの配置がそのような配置に限られないことは言うまでもない。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。

以下、本発明の実施の形態に係るコンタクトピン及びソケットについて図面を参照しながら詳細に説明する。

［１．構成］
［１－１．コンタクトピンの構成］
本発明の一実施形態のコンタクトピンの構成について、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。図１Ａ及び図１Ｂはコンタクトピンの構成を示す図であって、図１Ａは斜視図、図１Ｂは縦断面図である。

コンタクトピン１は、第１プランジャ１１と、第２プランジャ１２と、コイルスプリング１３とを備える。

第１プランジャ１１は、略円筒状の中空部材である。第２プランジャ１２は、略円柱状の部材である。第２プランジャ１２は、下方から第１プランジャ１１に挿通され、第１プランジャ１１の軸線Ｌ１に沿って（又は、ほぼ軸線Ｌ１に沿って）第１プランジャ１１の下方から進退可能となっている。第１プランジャ１１と第２プランジャ１２とはそれぞれ導電性の素材により形成されている。

第１プランジャ１１は、軸線方向の中間部に、水平方向（第１方向である鉛直方向と交差する方向）に拡大する膨出部１１ａが設けられている。この膨出部１１ａは、本発明の第１拡大部を構成する。膨出部１１ａは外側に（軸線Ｌ１から離れる方向に）膨出する曲面形状に形成されている。膨出部１１ａは、本実施形態では、中空の球体の上部及び下部をそれぞれ水平に切断した形状をしている。

また、第１プランジャ１１の上端（すなわち第１方向における一端）には、後述のＩＣパッケージの半田ボールと接触する接触部１１ｂ（第１接触部）が設けられている。接触部１１ｂは、本実施形態では、先端の尖った複数の切片により構成されており、接触部１１ｂは、半田ボールに突き刺さるように接触する。

また、第１プランジャ１１は、その上部、詳しくは膨出部１１ａと接触部１１ｂとの間であって接触部１１ｂよりも僅かに下方に、蓋部１１ｃが備えられている。接触部１１ｂが突き刺さるように接触することで半田ボールから削り取られた切削屑が、この蓋部１１ｃによって下方に入り込むことが防止される。これにより、第１プランジャ１１と第２プランジャ１２との間の隙間に当該切削屑が入り込んで第１プランジャ１１と第２プランジャ１２との相対的な移動を阻害してしまうことが防止される。蓋部１１ｃは、第１プランジャ１１の円筒面の一部に略円形の切り込みを入れ、この切り込みに囲まれた切片を内側（軸線Ｌ側）に折り込むことによって形成される。

第１プランジャ１１は、板材を、それぞれ鉛直方向に延在する一端と他端とを突き合わせるように円筒状に丸めて製作される。図１中の符合１１ｄは、当該一端と当該他端との突き合わせ部である。なお、図１Ｂは、コンタクトピン１を、この突き合わせ部を通る鉛直面で切断した断面図である。また、膨出部１１ａは当該板材をプレス加工することで形成され、膨出部１１ａにおいては外壁面と内壁面とが共に外方に膨出する。

第２プランジャ１２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、下側部分に鍔状の拡径部１２ａを有している。コイルスプリング１３は、この第２プランジャ１２の拡径部１２ａと第１プランジャ１１の膨出部１１ａとの間に取り付けられる。

第２プランジャ１２の拡径部１２ａよりも下方の下端には、後述の検査用基板の端子と接触するテーパー状の接触部１２ｂ（第２接触部）が設けられている。この接触部１２ｂは、下方に尖った円錐を斜めに切断したような形状をしている。これにより、接触部１２ｂの先端１２ｃ、すなわち検査用基板の端子との接触点が、第２プランジャ１２の軸線Ｌ２から離れた位置とされている。

［１－２．ソケットの構成］
本発明の一実施形態のソケットの構成について図２を参照して説明する。図２はソケットの構成を示す断面図である。図２では、便宜的に、ソケットの異なる状態を横に並べて示している。

図２に示すソケット１００は、コンタクトピン１と、フローティングプレート２と、ハウジング３とを備える。

ソケット１００に接続されるＩＣパッケージ２００の底面には、端子である半田ボール２０１がマトリックス状に複数配置される。コンタクトピン１は、この半田ボール２０１の配置に一致するようにマトリックス状に複数配置される。

フローティングプレート２は、ハウジング３の上方に、ハウジング３に対し離接可能に設けられている。

フローティングプレート２には、フローティングプレート２を鉛直方向に貫通する貫通孔２０が複数設けられている。各貫通孔２０の配置は、半田ボール２０１の配置及びコンタクトピン１の配置と一致している。また、各貫通孔２０の水平面による切断面は円形を呈する。

同様に、本発明の支持体を構成するハウジング３には、ハウジング３を鉛直方向に貫通する貫通孔３０が複数設けられ、これらの各貫通孔３０の配置は、半田ボール２０１の配置及びコンタクトピン１の配置と一致している。また、貫通孔３０の水平面による切断面は円形を呈する。

このような構成により、各コンタクトピン１は、半田ボール２０１の配置にあわせて、鉛直方向に並ぶ貫通孔２０と貫通孔３０とに挿通されている。

また、貫通孔３０は、上側の小径部分３０ａと、下側の小径部分３０ａと、これらの小径部分３０ａ，３０の間に形成された大径部分３０ｂから構成されている。小径部分３０ａの内径は、第１プランジャ１１の膨出部１１ａの最大外径、第２プランジャ１２の拡径部１２ａの最大外径及びコイルスプリング１３の最大外径よりも小さく形成されている。また、大径部分３０ｂの径は、第１プランジャ１１の膨出部１１ａの最大外径、第２プランジャ１２の拡径部１２ａの最大外径及びコイルスプリング１３の最大外径よりも僅かに大きく形成されている。

また、接触部１１ｂを含む、第１プランジャ１１の膨出部１１ａよりも上部の最大外径は、上方の小径部分３０ａの内径及びフローティングプレート２の貫通孔２０の内径よりも小さい。また、第２プランジャ１２の拡径部１２ａよりも下方の接触部１２ｂの最大外径は、下方の小径部分３０ａの内径よりも小さい。したがって、接触部１１ｂを含む、第１プランジャ１１の膨出部１１ａよりも上部は、上方の小径部分３０ａ及びフローティングプレート２の貫通孔２０よりも上方に突出可能となっている。同様に、第２プランジャ１２の接触部１２ｂは、下方の小径部分３０ａよりも下方に突出可能となっている。

これにより、コンタクトピン１が貫通孔３０から抜け止めされつつ、貫通孔３０内において、コイルスプリング１３が伸縮可能に、且つ、第２プランジャ１２が第１プランジャ１１から進退可能となっている。

図２では、コンタクトピン１毎に、ソケット１００の異なる状態が示されており、以下、各状態について、図２において左から順に説明する。

左から一番目のコンタクトピン１は、外力の作用しない自然状態、すなわち、コイルスプリング１３が伸張し、ひいてはコンタクトピン１が伸張した状態である。この状態では、第２プランジャ１２は、その拡径部１２ａにおいて、貫通孔３０の下側の小径部分３０ａと大径部分３０ｂとの段差により下方から支持され、接触部１２ｂがハウジング３の底面から突出する。

左から二番目のコンタクトピン１は検査用基板３００により、コンタクトピン１が全体的に押し上げられている。詳しくは、コンタクトピン１は、膨出部１１ａの上部が、貫通孔３０の上側の小径部分３０ａと大径部分３０ｂとの段差に当接するまで上方に押し上げられている。

左から三番目（右から二番目）のコンタクトピン１は、検査用基板３００によりさらに押し上げられている。詳しくは、検査用基板３００をその上面がハウジング３の底面に接触するまで上昇させている。この状態では、第２プランジャ１２が第１プランジャ１１にさらに差し込まれ、コイルバネ１３が圧縮される。なお、この状態では、ＩＣパッケージ２００がフローティングプレート２の上方にセットされているが、半田ボール２０１は、コンタクトピン１の接触部１１ｂに接触していない。

左から四番目（右から一番目）のコンタクトピン１は、ＩＣパッケージ２００の検査時の状態となっている。すなわち、第１プランジャ１１は、半田ボール２０１により下方に押し込まれ、コイルバネ１３がさらに圧縮されている。このとき、第２プランジャ１２と検査用基板３００の端子３０１との間には、コイルバネ１３から発生する反発力が、第２プランジャ１２と検査用基板３００の端子３０１との間にプリロードとして作用している。

［２．作用・効果］
本発明の一実施形態のソケット及びコンタクトピンの作用効果について、図１Ａ～図３Ｂを参照して説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、ソケット及びコンタクトピンの作用効果について説明するための模式的な断面図である。図３Ａは、半田ボール２０１（図２参照）によって下方に押し下げられていない状態、すなわちＩＣパッケージ２００の検査が行われていない状態を示す。図３Ｂは、半田ボール２０１によって下方に押し下げられた状態、すなわちＩＣパッケージ２００の検査が行われる状態を示す。

貫通孔３０の大径部分３０ｂの内周面と、コイルスプリング１３との間にはクリアランスが設けられている。このため、図３Ａに示す状態から、第１プランジャ１１Ａ及びコイルバネ１３が、半田ボール２０１によって下方に押し下げられて図３Ｂに示す状態になるまでの間に、コイルバネ１３は、当該クリアランスの間で変位し、蛇行しながら下降する。

第１プランジャ１１の膨出部１１ａは湾曲形状をしており、コイルバネ１３の上方から徐々に拡径する形状となっている。このため、コイルバネ１３と膨出部１１ａとのフィット性が向上する。さらに、膨出部１１ａは、湾曲形状をしているので、貫通孔３０を画成するハウジング３の壁面との接触面積が、図５Ａ及び図５Ｂに示すストレート形状の拡径部１１１ａに比べて小さくなる。

この結果、第１プランジャ１１は、コイルバネ１３の蛇行に追従して鉛直方向に対し傾斜しやすく、ひいては、第１プランジャ１１が、第２プランジャ１２に対して傾斜しやすくなる。この結果、内部接触の加重が大きくなる。すなわち、第２プランジャ１２が第１プランジャ１１の内壁面に対し強く当たる箇所が生じるようになる。したがって、第１プランジャ１１と第２プランジャ１２との間の電気抵抗値が安定し、コンタクトピン１の導電性が安定する。

また、コイルバネ１３の蛇行に対する第１プランジャ１１の追従性が向上すると共に、膨出部１１ａとハウジング３の壁面との接触面積が従来よりも小さくなるので、第１プランジャ１１が貫通孔３０内を従来よりも滑らかに移動するようになる。

したがって、コンタクトピン１の移動性及び導電性を向上できる。

さらに、図１Ｂに示すように、第二プランジャ１２は、その接触部１２ｂの先端１２ｃが軸線Ｌ２から離れた位置とされているため、ＩＣパッケージ２００の半田ボール２０１と、検査用基板３００の端子３０１とに挟まれて荷重が作用したとき、鉛直方向に対し傾斜し易くなる。このとき、第１プランジャ１１と第２プランジャ１２とはバランス的に逆方向に傾斜し、コンタクトピン１は、くの字形状又は逆くの字形となる。したがって、第２プランジャ１２が第１プランジャ１１の内壁面に対し、一層強く当たるようになり、コンタクトピン１の移動性及び導電性を一層向上できる。なお、図２では便宜的に第１プランジャ１１及び第２プランジャ１１を、それらの軸線Ｌ１，Ｌ２が鉛直方向に沿った姿勢で示している。

［３．変形例］
（１）コンタクトピンの変形例の構成について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａ及び図４Ｂはコンタクトピンの変形例の構成を示す図であって、図４Ａは斜視図、図４Ｂは縦断面図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すコンタクトピン１Ａの第１プランジャ１１Ａは機械加工によい製作される。詳しくは、第１プランジャ１１Ａの中空部１１ｅは、切削加工により形成されるため、膨出部１１ａにおいても内径が一定のストレート形状となっている。また、図１Ａ及び図１Ｂに示すコンタクトピン１に対し、蓋部１１ｃが省略されている。この他の構成はコンタクトピン１と同様なので説明を省略する。

（２）前記実施形態では、膨出部１１ａを、球体の上部及び下部をそれぞれ水平に切断した形状としたが、膨出部１１ａの形状はこれに限定されない。例えば膨出部１１ａを、鉛直方向に長い楕円体又水平方向に長い楕円体の上部及び下部を切断したような形状としてもよい。

（３）前記実施形態では、本発明のコンタクトピン及びソケットを、ＩＣパッケージの検査用に適用したが、本発明のソケットは、これに限られるものではなく、他の電気部品の種々の用途に適用できる。

本発明は、コンタクトピン及びソケットとして好適に利用される。

１，１Ａ コンタクトピン
２ フローティングプレート
３ ハウジング（支持体）
１１，１１Ａ 第１プランジャ
１１ａ 膨出部（第１拡大部）
１１ｂ 接触部（第１接触部）
１１ｃ 蓋部
１１ｄ 突き合わせ部
１１ｅ 中空部
１２ 第２プランジャ
１２ａ 拡径部
１２ｂ 接触部（第２接触部）
１２ｃ 先端
１３ コイルスプリング（バネ）
２０ 貫通孔
３０ 貫通孔
３０ａ 小径部分
３０ｂ 大径部分
１００ ソケット
２００ ＩＣパッケージ
２０１ 半田ボール
３００ 検査用基板
３０１ 端子
Ｌ１ 第１プランジャの軸線
Ｌ２ 第２プランジャの軸線

Claims (3)

1. 第１方向における一端側に設けられた第１接触部と、前記第１方向と交差する第２方向へ拡大する第１拡大部とを有する中空の第１プランジャと、
   前記一端側を前記第１プランジャに挿入され、前記第１方向における他端側に設けられた第２接触部と、前記第１プランジャから突出した突出部に設けられ、前記第２方向に拡大する第２拡大部とを有する第２プランジャと、
   前記第１プランジャ及び前記第２プランジャを囲み、前記第１拡大部と前記第２拡大部との間に取り付けられたバネと、を備え、
   前記第１拡大部が、外側に膨出する曲面形状に形成され、
   前記曲面形状は、前記第１拡大部のうち、少なくとも、前記バネが当接する部分で、徐々に拡径する形状を有する
   コンタクトピン。
2. 前記第２接触部は、テーパー状に形成され、且つ、先端が前記第２プランジャの軸心線から離れている
   請求項１に記載のコンタクトピン。
3. 請求項１又は２に記載のコンタクトピンと、
   前記コンタクトピンが挿入される貫通孔を有する支持体と、を備えた
   ソケット。

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