JPH09502051A - エッジ接続型プリント回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弾性変形可能なプリント回路基板（１０）が、二組の主表面と接触エッジ（１８）とを有する。導電性トレース（１４、２４）が、基板の前記接触エッジで導電性接触パッド（１６、２６）につながる基板の各々の主表面に備えられる。ギャップ（２２）が、接触エッジに沿う基板の二組の主表面の間に備えられる。ギャップが、基板の弾性変形を可能にすることにより、変形時に発生する力によって、各主表面がその未変形時の位置へ向かうバイアスを受けるようにした。弾性的なバイアス部材（２８）が、ギャップに備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 エッジ接続型プリント回路基板 発明の分野 本発明は、一般にプリント回路基板に関し、さらに具体的にはプリント回路基 板をその他の電子素子に接続することに関する。 発明の背景 プリント回路基板は、典型的にはコンピューターの適応性能及び記憶容量を増 加させるために使用される。プリント回路基板は、一般に基板上に備えられた一 つ以上の集積回路及び／またはその他の電子回路部品を有する剛性のある下地を 含んでなる。プリント回路基板は、他のプリント回路基板のように幾つかのピン を有する一つの基板及びそれらのピンを受け入れるためのソケットを有するもう 一つの基板を備えることにより、電子素子に電気的に接続できることはよく知ら れている。ピンとソケットの間に良好な電気接触を維持することを確実にするた めに、プレス加工金属スプリングが典型的に使用される。一般に、各々のピンに 対して一つのスプリングが備えられる。 しかしながら、これらのプレス加工をした金属スプリングは、ピンの数が増加 するにつれて価格も上昇することになる。したがって、必要とされるピンの数と スプリングの数は、典型的には数個から６８の範囲であるが、数百まで増やすこ とができる。すなわち、ピンの大きさまたはピンの間隙を減少することが有利と なるけれども、そのような多数の薄いスプリングの製作と取り付との困難性及び その価格により、間隙の減少は難しくなり、個々のスプリングがピ ンとピンのそれぞれのソケットの間の良好な電気接触を確実にするに、十分な強 さをさらに必要とする。 プリント回路基板は、携帯コンピューターに次第に使用されてきている集積回 路（ＩＣ）カードに使用できる。集積回路カードは、パーソナルコンピューター （ＰＣ）カード及びスマートカード（Ｓｍａｒｔ ｃａｒｄ）を含む。二つの基 本的な型のＰＣカードがあり、すなわち、入出力（１０）カードとメモリーカー ドである。メモリーカードは、携帯コンピュータのような携帯電気装置に、デー ターをしまっておくために使用できる。メモリーカードは、コンピュータの主メ モリーを増設するために使用することができ、また、特殊な主題に属する情報を 蓄積するために使用することができ、すなわち、それらは、患者の医療記録を蓄 積するために、病院用のセッティングに使用することができる。記録カードは、 読み取り専用記録素子（ＲＯＭ）またはランダムアクセス記憶素子（ＲＡＭ）の いずれを有する少なくとも一つの集積回路（ＩＣ）を典型的に含む。前述の形の マルチ−ピンコネクターを使用することにり、これらのカードを電子素子に容易 に取り付け取り外しができることが、主なる利点である。 有効にするためには、カードコネクターは、何回もの取り付け取り外しサイク ルに持ちこたえることができる必要がある。ある標準組織により確立された性能 要求事項は、典型的には１０，０００回の取り付け取り外しサイクルとなる。こ れらの必要事項に適合し、その上に、簡単で信頼性のあるデザインであることを 、プリント回路基板が有することを望まれる。 発明の概要 本発明は、二組の主表面と接触エッジとを有する弾性変形可能な プリント回路基板を含む。少なくとも一つの主表面にある導電性トレースは、基 板の接触エッジ部で導電性パッドにつながる。回路のギャップは接触エッジに沿 って二組の主表面の間に形成される。このギャップが基板の弾性変形を可能にす ることにより、変形時に発生する力によって、各主表面がその未変形時の位置へ 向かうバイアスを受けるようにした。また、さらに主表面をバイアスを受けるよ うにするために、エラストマーのようなバイアス部材を、ギャップに備えること ができる。 本発明の一つの実施例においては、導電性トレースと接触パッドとを基板の主 表面の両面に備えることができる。変形により作りだされた力が、二列の接触パ ッドを互いに離れる向きにバイアスを受けるようにする。基板は、他の素子に電 気的に接続される二列のヘッダーピンの間で基板を圧縮することにより、別の電 子素子に接続することができ、その結果として、基板の接触パッドはヘッダーピ ンと電気的に接続される。本発明の別の実施態様においては、プリント回路基板 はピン案内組立物を含み、接触エッジが組立物内に配置され、且つ、組立物が接 触パッドと電気的に接触して、導電性ピンが他の電子素子を案内するような形状 になる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従うプリント回路基板の部分概略平面図である。 図２Ａ、２Ｂ及び３は、図１の基板の代わりの実施態様の概略横断面側面図で ある。 図４は、電気コネクターソケットに挿入される図１の基板の概略横断面側面図 である。 図５は、本発明の一つの実施態様に使用するためのピン案内組立 物の斜視図である。 図６は、電気コネクターソケットに挿入されるピン案内組立物を有する図１の 基板の概略横断面側面図である。 図７は、本発明の代わりの実施態様にしたがう電気コネクターソケットに挿入 されるピン案内組立物を有するプリント回路基板の概略横断面側面図である。 図８は、本発明の代わりの実施態様にしたがうプリント回路基板の概略平面図 である。 詳細な説明 本発明にしたがうプリント回路基板１０を図１に示す。プリント回路基板１０ は、第一の複数の導電性トレース１４を有する基板１２を含み、導電性トレース は第一の複数の導電性接触パッド１６につながり、導電性接触パッドは基板１２ の一つの主表面の接触エッジ１８に沿って配置される。第二の複数の導電性接触 パッド２６につながり、また、導電性接触パッドが接触エッジ１８に沿って配置 される第二の複数の導電性トレース２４が、プリント回路基板１０の別の主表面 に任意に設けられる。プリント回路基板１０は、それらの面に備えられる一つ以 上のＩＣチップ（図示せず）を含むことができ、かつＩＣカード（同様に図示せ ず）に含ませることもできる。 回路基板１０の模式的横断面側面図を図２Ａ及び２Ｂに示す。図２Ａにおいて 、基板１２が、基板の接触エッジ１８に沿って伸びるその主表面の間にエアーギ ャップ２２を有する。ギャップ２２は、接触パッド１６と２６との長さより幾分 大きい深さを好ましく有するので、二組の複数の接触パッドがギャップによって 分離される。基板１２の中のその深さの初めから終わりまで相対的に一定である 矩形の横断面を持つ開口部を、ギャップ２２は有するので、ギャップの各側部で 基板の厚さが相対的に一定となる。 代わりのギャップの組立部を図２Ｂに示す。ギャップ開口部の矩形横断面領域 が、接触エッジ１８から遠くなる横断面を次第に減少するように、エアーギャッ プ２７はテーパーに成るので、その結果、ギャップの各側部の基板１２の厚みは 接触エッジから遠くへと次第に増加する。他にギャップサイズ及び形状が可能で あり、且つ、これらの種々の形状が、接触パッド１６と２６とを支持する基板１ ２のパッド部分の剛性と強度に影響を及ぼすことが当業者には理解されている。 一つの実施態様において、ギャップは、図３に示すようにバイアス部材２８で もって充填しても良い。バイアス部材２８は、図２Ｂの基板１２のギャップ２７ を充填するために使用することもできる。電気コネクターソケット（次に検討す る）に基板の挿入を容易にするために、接触エッジ１８で互いに基板１２の二組 の主表面をエポキシ樹脂で接着することも望ましい。 基板１０は、次に述べる別のプリント回路基板またはその他の電子回路のよう な、別の電子素子に電気的に接続できる。電子素子（図示せず）は、図４に示す ような電気コネクターソケット３０を有する。ソケット３０は、ヘッダーピン３ ２の第一の列及びヘッダーピン３４の第二の列を有する。ヘッダーピン３２と３ ４との二列は、二組の複数の接触パッド１６と２６とに一致する。基板１０をヘ ッダーピン３２と３４とに挿入したとき、接触エッジ１８が圧縮され、それによ ってギャップ２２の幅が狭まり、且つ二組の複数の接触パッド１６と２６との間 の距離が狭められる。基板１２は、その固有弾力性によりこの圧縮に抵抗する。 これは、基板１２とソケット３０の間に滑りバメを与え、すなわち、接触パッド １６と２６及 びピン３２と３４のそれぞれの間に良好な電気接続を確実にする。基板１０がギ ャップにバイアス部材２８を含む場合、このバイアス部材が接触エッジ１８で基 板１２の変形に逆らうことに寄与して、それによって互いに遠くへ基板の主表面 がバイアスを受けるようにする。 接触パッド１６と２６及びヘッダーピン３２と３４のそれぞれの間の適正位置 決めを確実にするために、基板１０と会合するピン案内組立物４０を使用するこ とが好ましい。図５に示されるように、組立物４０は、二つの実質的に平行な側 壁４２と４４とを有する。側壁４２と４４は、基板１２の厚さより長くて実質的 に平行な比較的短い二つの壁４５により接続される。側壁４２と４４は、前壁４ ６によっても接続される。前壁４６は、側壁４４に隣接する一列の貫通穴４８を 有し、且つ側壁４４の長さに沿って伸びる。前壁４６は、対向する側壁４２に隣 接する第二の一列の貫通穴５０を有し、且つ側壁４６の長さに沿って伸びる。 組立物４０には、それぞれチャンネル５２と５４とを規定する二組の平行な隆 起部６２と６４とが備えられる。第一の組の隆起部６２とチャンネル５２とが、 壁４４と向き合う壁４２の表面に設けられる。チャンネル５２が、壁４２の全長 を横切って一定間隙で配置される。個々のチャンネル５２は、穴５０から前壁４ ６に向き合う組立物４０の開口部へと伸びる。同様に、第二の組の隆起部６４と チャンネル５４が、壁４２と向き合う壁４４の表面に設けられる。チャンネル５ ４が、壁４４の全長を横切って一定間隙で配置され、且つ、個々のチャンネル５ ４が、穴４８から前壁４６に向き合う組立物４０の開口部へと伸びる。図５に示 すように、隆起物６２と６４との高さは、前壁４６から前壁に向き合う組立物４ ０の開口部まで、次第に減少する。代わりに、隆起物６２と６４との高さのテー パー率は、組立物４０の開口部近くよりも前壁４６の近くで大きくなる。 基板１０が組立物４０に挿入されると、基板の接触エッジ１８は、図６に示さ れるように、組立物の前壁４６と接触する。接触パッド１６と２６のそれぞれが 、チャンネル５２と５４に並ぶように、基板１０は組立物４０に方向合わせする 。基板１０は、圧縮バメまたは接着剤のような寛容の手段で組立物に４０に固定 することができる。基板１０は組立物４０に好ましく取り外し可能に固定される ので、組立物は接触パッド１６と２６を洗浄するために任意に取り外すことがで きる。 基板１０をヘッダー３０に電気的に接続するために、二列のヘッダーピン３２ と３４を組立物４０内の二列の穴５０と４８のそれぞれに貫通して挿入する必要 がある。ヘッダーピン３２と３４がチャンネル５２と５４に押し進められた場合 、ヘッダーピンはそれぞれ接触パッド１６と２６とに接触して押しつけられる。 バイアス部材２８は、二組の複数の接触パッド１６と２６が互いに離れる向きに バイアスを受けることに応答して、それによって、接触パッドとヘッダーピン３ ２と３４の間の良好な電気的接触を確実にする。 組立物４０は、基板１０の外側の主表面をヘッダーピン３２と３４によるハツ リから保護を確実にする助けとなる。隆起物６２と６４は前壁４６に向かってテ ーパーになるので、ピンの組立物４０への挿入中に、ピン３２と３４は、接触パ ッド１６と２６のそれぞれの締め代量の増加をもたらす。組立物４０は、ピン３ ２と３４の機械的支持も与え、それによって、挿入中或いは装入後に、ピンを外 側に広がることを防止するのに役立つ。組立物４０は、ポリフェニレンスルフィ ド、ポリエーテルイミド、或いはエンジニヤリング熱可塑性樹脂または熱硬化性 樹脂を用いて成形できる。 本発明の別の実施態様においては、図７に示すように、基板１０は、単一の複 数の接触ピン１６につながる単一の複数の導電性トレース１４のみを有する。こ の実施態様においては、組立物４０’はチャンネル５２につながる一列の穴５０ のみを有し、且つヘッダー３０は一列のヘッダーピン３２のみを有する。ピン３ ２は穴５０を貫通してチャンネル５２の下方に挿入される。接触ピン１６はバイ アス部材２８によってヘッダーピン３２に向かってバイアスが加わる。 回路基板１０の別の構造物を回路基板８０として図８に示す。回路基板８０は 、基板８２と、基板のエッジ８８に沿って伸びる複数の導電性接触パッド８６に つながる複数の導電性トレース８４とを含んでなる。各接触パッド８６は、個々 の接触パッドをヘッダーピンに向かって個々にバイアスが加わることを可能にす るスロット９０によって、隣接する接触パッドから分離される。スロット９０は 、穿孔機を使用して作ることができ、幅約０．３５ｍｍ長さ６ｍｍにできる。代 わりに、個々の接触パッド８６は、基板８０のエッジ８８の前で、すなわちエッ ジから約５ｍｍで終わるスロット９０によって分離することができる。 スロット９０を個々の接触パッド８６全体に配置することは望ましくない。異 なる長さまたは直径のヘッダーピンと一致させることを意図するので、スロット ９０は、隣接する接触パッド８６の間のみに設けられる。 基板１２は、電気的絶縁性、破壊抵抗力、及び弾性のある材料から好ましく作 られ、一方で必要なバイアスを与えるため十分な剛性もある。基板１２用の好ま しい材料は、ガラスエポキシラミネート、ポリイミド、または他の回路基板ラミ ネート材料である。基板１２は、また複数の層を含むことができる。 基板１２の二組の外側主表面を電気的に接続するために、導電性ビヤー（ｖｉ ａ）を備えることがまた望しい。このビアーによって外側主表面に電気的に接続 が可能である導電性平面を基板内に備えることがまた望ましい。一つ以上の接触 エッジ１８を設けることができ、且つ接触エッジが基板１２の種々の場所に設け ることができることは、当業者には理解できる。 バイアス部材２８のための好ましい材料は、エラストマー、フォーム、スポン ジ、ゴム、金属スプリング、プラスチックメッシュまたはスチールウールのよう な金属メッシュ、及び液体或いはガス充填したエラストマー系或いは非エラスト マー系ブラダーを含む。圧力下で容易にたわみ、且つ圧力を取り除いた場合良好 な弾性反発を示す材料が好ましい。 バイアス部材２８を基板１２のギャップに接着することが好ましい。バイアス 部材２８を基板１２に固定する必要がある場合に、アクリレートまたはシリコン ベースの接着剤のような適切な接着剤の薄い層を使用することができる。接着剤 とバイアス部材２８を、例えばエラストマー系接着剤で単一部材に組み合わせで きることは望ましい。 接触パッド１６と２６及びヘッダーピン３２と３４のそれぞれの間に、締まり バメが存在できることを確実にするために、バイアス部材２８の適切な厚さを選 択する必要がある。例えば、１．３ｍｍまで離される二列のヘッダーピンの間に 挿入されるラミネート合計厚さが０．２ｍｍを有する基板の場合、バイアス部材 ２８の厚さは好ましくは約１．１ｍｍから８ｍｍの範囲にあり、さらに好ましく は、約１．３ｍｍから１．６ｍｍの範囲、もっとも好ましくは約１．５ｍｍであ る。 例えば、１．２７ｍｍの中心間隙でならぶ０．４３ｍｍの直径を 有するヘッダーピンは、０．８４ｍｍの内側面間に間隙を有する。接触パッド、 基板及びギャップ２２（或いはこのギャップが充填されているならば、バイアス 部材）のサンドイッチは、締まりバメを発生させるために、ヘッダーピン面間の ギャップより厚い必要があり、その結果電気的接触をするために垂直力が発生す る。サンドイッチとヘッダーピンとの間の締まりを増加することにより、バイア ス部材の弾性係数を増加することにより、或いは、基板材料の剛性を増加するこ とにより、接触点での垂直力を増加することができる。接触力は、好ましくは接 触パッド当たり約０．１ｇから５００ｇの範囲にあり、さらに好ましくは接触パ ッド当たり約１０ｇから１５０ｇの範囲にあり、最も好ましくは接触パッド当た り約８５ｇである。必要な接触垂直力は、接触パッド及びピンの金属メッキの選 択に依存する。 狭い領域に従来の打ち抜き加工したスプリングをたくさん使用するのには問題 があり、隣接するヘッダーピン３２と３４との間隔がこのように狭い場合に、本 発明のエッジ接触型プリント回路基板の使用が特に有利である。これは、中心と 中心との間隔が約４ｍｍ未満である場合に考慮することが可能である。 ヘッダー３０を組立物４０に挿入中に、ヘッダーピン３２と３４が、それぞれ チャンネル５２と５４に進んだとき、ヘッダーを組立物に対して移動するために 必要な力が増加するので、ヘッダーピンが挿入された後に、接触パッド１６と２ ６と電気的に接触して残留する。接触パッド１６と２６も厚さと長さを変えるこ とにより、バイアス部材２８の寸法、位置及び弾性定数を改めることにより、或 いは隆起物６２及び６８の計上を変更することにより、挿入の「感覚」を変えら れる。さらに、基板１０の厚さを接触エッジ１８に向かってテーパーにすること ができ、且つ穴４８と５０を基板１０が ヘッダー３０に挿入しやすい形にすることができる。本発明のエッジ接続型プリ ント回路基板は、基板の接触パッドを、プリント回路基板或いは液晶表示装置の ような、別の接触パッドに電気的に接続するために使用することもできるが当業 者には理解できる。 本発明は、次に限定をするものではないが、実施例を参照してさらにここで説 明する。全ての測定値は概算である。 実施例１ 本発明にしたがうエアーギャップのあるプリント回路基板は、次のように組立 られた。Ｄｅｌａｗａｒｅ州 ＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎのＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ株式会社からの２５μｍ厚さで２．５ｃｍ幅のＴｅｄｌａ ｒ（登録商標）ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）剥離ライナーのストリップが、Ｗｉ ｓｃｏｎｓｉｎ州 ＬａＣｒｏｓｓのＡｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ部門のＮｏｒ ｐｌｅｘ Ｏａｋからの８９μｍ厚さのＮｏｒｐｌｅｘ（登録商標）１０６ガラ スエポキシプレプレグの二組の接触エッジの間に配置された。標準１オンス銅ホ イルを、個々のエポキシプレプレグの一方の側部に備えた。その後、エポキシプ レプレグの箔の備えられなかった表面を、真空プレスで互いに積層した。回路基 板構造物の残部を寛容のガイドラインにつなげた。 その後、基板の接触エッジを裁断して、剥離ライナーを１．３ｃｍ幅にした。 次に、剥離ライナーが基板の接触エッジを丁寧に曲げることにより取り除かれ、 それによって、エアーギャップが形成された。 Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州 Ｅａｓｔ ＷｏｏｄｓｔｏｃｋのＲｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのカタログ番号４７０１−５９−２５０４５−１６ ４８である１．１ｍｍ厚さで１．３ｃｍ 幅のＰｏｒｏｎウレタンスポンジラバーのストリップが、エアーギャップに挿入 された。導電性トレース及び接触パッドを形成するために使用された外被金属は 、２μｍのニッケル、７６ｎｍのパラジウム、ＡＴ＆Ｔからの０．８μｍのパラ ジウム−ニッケル及び７６ｎｍの金である。その後、このストリップが、基板の 輪郭部と一致させるために裁断された。次に、基板は、ピンガイド組立物に挿入 され、適切に締めつけられた。 次に、基板及びピンガイド組立物が、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州 Ｈａｒｒ ｉｂｕｒｇのＡＭＰ社からの部品番号１７５６５１−２の６８ヘッダーピンコネ クターに接続された。６８接触の初期電気抵抗は、０．００２０オームの標準偏 差で平均して０．０１１７オームになることが測定された。手動挿入を１０００ ０回続けた後での、６８ピンの電気抵抗は、０．００２３オームの標準偏差で０ ．０１３３オームになることが測定された。これらの資料は、電気抵抗のための Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｎ ａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＰＣＭＣＩＡ）２．０標準に適合し た。 実施例２ バイアス部材２８を有する図３の基板１０に類似するプリント回路基板が、次 のように組み立てられた。０．２５ｍｍ厚さのガラスエポキシペルペルグ層が、 Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州 Ｎｅｗ ＨａｖｅｎのＣＨＲ部門のＦｕｒｏｎ社か らのＣＯＨＲｌａｓｔｌｃ Ｒ１０４８０エラストマーの１．６ｍｍ厚さで２． ５ｃｍの幅のストリップに隣接して配置された。ガラスエポキシ層の厚さは、そ の圧縮された状態のエラストマーの厚さに一致させて選択された。その後、薄い ガラスエポキシ層と、隣接するエラストマーとが、実 施例１に記載された８９μｍのガラスエポキシペルペルグと１オンス銅ホイル層 との間に積層された。次に、基板の接触エッジを裁断して、エラストマーを１． ３ｃｍの幅にした。 実施例３ 図２Ａの基板１２に類似する回路基板を次のように組み立てた。１．５７ｍｍ 厚さのガラスエポキシ層の接触エッジに１．１４ｍｍのスロットを刻み込み、０ ．２２ｍｍの厚みの基板エッジ部分を残した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第一と第二との主表面及び接触エッジ（１８）を有する弾性変形可能な プリント回路基板（１２）、及び 前記基板の前記接触エッジにおいて複数の導電性の接触パッド（１６）につな がる主表面の少なくとも一面に設けられた複数の導電性のトレース（１４）、 を含んでなるプリント回路基板（１０）であって、 第一と第二との主表面が、前記接触エッジにおいて主表面の間のギャップ（２ ２）を規定し、且つ、前記ギャップが前記基板の弾性変形を可能にすることによ り、変形時に発生する力によって各主表面がその未変形時の位置へ向かうバイア スを受けるようにしたプリント回路基板。 ２． 前記接触エッジにおいて第二の複数の導電性接触パッド（２６）につな がる別の主表面上に、第二の複数の導電性トレース（２４）をさらに含み、且つ 変形時に発生する力が、上記二組の複数の接触パッドが互いに離れる向きにバイ アスを受けるようにした請求項１記載の基板。 ３． 内部に前記接触エッジが配置され、かつ複数の導電性ピン（３２）を案 内して前記複数の接触パッドと電気的に接触させる形状をしているピン案内組立 物（４０）をさらに含む請求項１記載の基板。 ４． 前記ギャップに備えられたバイアス部材（２８）をさらに含む請求項１ 、２または３に記載の基板。 ５． 前記バイアス部材がエラストマーである請求項４記載の基板。 ６． 前記主表面の１面の前記接触パッドの少なくとも一つが、前記接触エッ ジに垂直な前記基板のスロット（９０）によって、同 一面に隣接する接触パッドから分離される請求項１記載の基板。 ７． 各々のスロットが、前記基板の前記接触エッジより前で端部を形成する 請求項６記載の基板。 ８． 前記基板の前記二組の主表面の前記二組の複数の接触パッドがピン案内 組立物（４０）内に配置され、かつ二組の複数の導電性ピン（３２、３４）を案 内して前記二組の複数のパッドと電気的に接触させる形状をしている前記組立物 をさらに含む請求項２記載の基板。 ９． 前記組立物が前記基板に取り外し可能に固定される請求項３記載の基板 。 １０． 前記エラストマーが接着剤である請求項５記載の基板。