KR100332393B1 - 가요성기판에장착되는단자핀을구비한전자장치 - Google Patents

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해리 엔. 에터스
로버트 엠. 푸어스트
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Abstract

본 발명은 0.127 cm(0.050 inch) 미만의 두께를 갖고 소정 직경의 대체로 원형 구멍(58)을 갖는 평평한 가요성 유전 기판(56)을 포함하는 전자 장치(52)에 관한 것이다. 사실상 정사각형 또는 다각형 단자 핀(62)이 기판 내의 원형 구멍(58)으로 삽입된다. 핀은 원형 구멍(58)의 직경보다 더 큰 반대 직경상 모서리들 사이의 소정 단면 치수(64)를 갖는다. 핀(62)의 단면 치수(64)와 원형 구멍(58)의 직경(66) 사이의 차이는 구멍 직경의 대략 7% 내지 67%이다.

Description

가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치 {Electronic Device with Terminal Pin Mounted in Flexible Substrate}
본 발명은 일반적으로 전기 커넥터에 관한 것으로서, 특히 단자 핀들이 편평한 가요성 회로 또는 기판 내의 구멍들을 통해 전기 결합된 전기 장치에 관한 것이다.
커넥터 상에 직접 장착되거나 커넥터 상의 단자 핀들을 구비한 회로 내에 접속될 수 있는 편평한 가요성 회로를 이용하는 다양한 전기 커넥터들이 실용적으로 설계되고 있다. 일반적으로, 편평한 가요성 회로는 하나 이상의 단자 핀들을 수용하기 위해 그 내부에 하나 이상의 구멍을 갖는 편평한 가요성 유전 기판을 포함한다. 연성(ductile)의 전도체 필름 또는 다른 회로 트레이스 시스템은 적어도 구멍(들) 둘레의 한 영역에서 기판 상에 배치된다. 단자 핀들은 핀들 및 편평한 가요성 회로 사이에 전기 및 기계 접속을 이루도록 기판의 구멍 내에 삽입된다. 보통, 각각의 구멍은 각각의 핀보다 직경이 더 작다. 대안으로서, 핀은 전기 및 기계 접속되도록 편평한 가요성 회로를 통해 펀칭될 수도 있다.
이러한 유형의 전자 장치 또는 전기 커넥터들에서 양호한 전기 및 기계 접속을 보장하기 위해서는, 납땜 또는 다른 접착제들이 종종 사용된다. 예를 들어, 본발명의 양수인에게 양도된 1990년 11월 13일자의 미국 특허 제4,970,624호에서는, 단자 핀이 관통되는 구멍 둘레의 편평한 가요성 회로 상에 단일 축상(uni-axial) 접착제가 배치된다. 접착제는 무질서하게 이격된 전도성 입자들을 조합하는 비전도성 기부를 포함한다. 단자 핀이 접착제를 통해 가압될 때, 접착제의 일부분은 핀과 편평한 가요성 회로 사이의 단자 핀으로 지지된다. 접착제의 지지부는 전도성 입자들 사이에 접촉부 및 단자 핀과 편평한 회로 사이의 전도성을 제공하도록 가압됨으로써, 비전도성 상태에서의 일부분을 제외하고는 접착제를 남겨 둔다. 그러한 접착제는 종종 "Z-축" 접착제로 불리운다. 이러한 접착제는 특정 온도의 저항 성분 및 기판을 요하는 납땜 기술로 대체되도록 개발되어져 왔다.
전도성 접착제는 편평한 가요성 회로들을 포함하는 다른 분야에서 이용된다. 예를 들어, 본 발명의 양수인에게 양도되고 1995년 10월 10일자의 미국 특허 제5,456,616호에서는, 커넥터 하우징이 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 다이 캐스트 금속 재료로 제조된다. 편평한 가요성 회로 상의 연성 필름은 구리 등과 같은 다른 금속 재료로 제조되며, 주석/납 합금과 같은 다른 금속 재료로 도금될 수 있다. 편평한 가요성 회로 상의 전도성 필름은 커넥터 하우징의 후방면에 대한 접지면으로서 작용한다. 하우징은 편평한 가요성 회로 내의 구멍들을 통해 돌출한 복수의 핀들을 구비한다. 하우징 핀들과 편평한 가요성 회로 사이에 "Z-축" 접착제를 이용하는 것은 전술된 바와 같이 값비쌀 뿐만 아니라 상이한 금속 성분들 사이에 전도성 인터페이스가 가압 영역으로 제한된다. 결과적으로, 상기 특허는 내부에 구멍 영역 상의 전도성 필름이 배치된 전방향성(omni-directional) 전도성 접착제의 이용을 개시하고, 전도성 접착제는 전도성 필름에 의해 한정된 금속 접지면과 금속 하우징 사이에 전도성 인터페이스를 확장한다.
그러한 전도성 접착제의 이용이 접착제가 Z-축 접착제 또는 무배향성 접착제이든 간에 특정 용도에서 소정 목적을 위해 제공되더라도, 그 이용 방법 뿐만 아니라 접착제의 비용면에서도 상대적으로 값비싸다. 또한, 전도성 접착제의 어느 한 유형의 이용은 금속 입자들에 의한 접착제 디스펜서의 클로깅 문제는 물론, 금속 입자들과 관련된 비용과 부수적인 조작의 면에서 비용이 발생한다.
전도성 접착제의 이용과 관련된 문제점들로 인해, 본 발명의 양수인에게 양도되고 1995년 1월 24일자의 미국 특허 제5,384,435호에 개시된 바와 같은 특정 시스템이 고안되었다. 상기 특허는 핀과 기판 사이에 다양한 매개 변수를 제어하여 편평한 가요성 기판 상의 편평한 커넥터와 단자 핀 사이에 직접 전기 접속부를 제공함으로써 전도성 접착제가 안고 있는 문제점을 해결한다. 상기 특허의 시스템에서, 단자 핀은 단면이 원형이고, 편평한 가요성 기판 내의 원형 구멍으로 삽입된다. 이러한 시스템은 꽤 효과적인 것으로 판명되었지만, 거기에는 부가적인 개선안들이 계속해서 요구되고, 본 발명은 그러한 목적을 위한 것이다.
예를 들어, 커넥터 구조 내의 핀들 사이에 피치 또는 공간을 변화시킴없이 결합 방향(즉, 핀의 축방향)으로 핀의 버클링 가능성을 감소시키기 위해 정사각형 단면의 핀이 단자 핀의 칼럼 강도를 개선시킬 수 있음이 발견되었다. 즉, 원형 핀이 정사각형 핀의 대향하는 직경 모서리들 사이의 단면과 동일한 직경을 갖는다면, 그러한 원형 핀은 인접한 핀들 사이에 피치 또는 공간을 증가시키게 되고, 따라서전체 커넥터의 크기를 증가시키게 된다. 반면에, 정사각형 핀이 기판 내의 원형 구멍과 정사각형 핀 사이에 특정한 치수 관계가 존재하지 않는 다면 기판 내의 구멍의 파열을 초래하는 문제점을 발생시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 편평한 가요성 기판 또는 가요성 회로 내에서 단자 핀들과 같은 전기 단자들을 장착하는 신규하고 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명을 구체화하는 다중 단자 필터식 전기 커넥터 조립체의 분해 사시도.
도2는 인쇄 회로 기판에 장착된 커넥터 조립체의 확대 수직 단면도.
도3은 종래 기술의 시스템에 의한 편평한 가요성 회로와 단자 핀 사이의 상호 접속을 도시하는 확대도.
도4는 본 발명에 따른 편평한 가요성 회로와 단자 핀 사이의 상호 접속을 도시하는 확대도.
도5는 도4의 선 5-5를 따라 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전기 커넥터 조립체
12 : 커넥터
20 : 필터 회로
22 : 단자
26 : 하우징
30 : 통로
36 : 장착 핀
37 : 장착 구멍
48 : 전도성 필름
본 발명의 예시적인 실시예에서, 전자 장치는 0.127 cm(0.050 인치) 미만의 두께를 갖는 편평한 가요성 유전 기판 또는 회로를 포함한다. 기판은 소정 직경의 원형 구멍을 구비한다. 전형적으로, 연성의 전도성 필름은 적어도 구멍 둘레의 한 영역 내의 기판 상에 배치된다. 실질적으로 정사각형의 단자 핀은 기판 내의 구멍으로 삽입된다. 핀은 구멍의 직경보다 더 큰 핀의 대향하는 직경 모서리 사이의 소정의 단면 치수를 갖는다. 핀의 단면 치수와 구멍의 직경 사이의 차이는 구멍 직경의 대략 7% 내지 67%이다. 이러한 매개 변수는 가요성 기판을 파열시키지 않고 가요성 기판 상의 전도성 필름과 정사각형 핀 사이에 양호한 접속을 제공한다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 기판 내의 구멍은 미리 펀칭되거나 드릴링될 수 있다. 기판은 폴리에스테르 등과 같은 재료들도 적절하지만 폴리이미드 등의 재료로 제조될 수 있다. 연성의 전도성 필름은 구리 또는 다른 전도성을 갖는 두꺼운 필름 재료로 제조될 수 있다. 단자 핀과 연성의 전도성 필름 모두는 공통의 도금 재료로 도금될 수 있음이 주목된다. 본 발명의 한 실시예에서, 도금 재료는 주석/납 합금으로 구성된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부된 도면과 관련하여 설명된 다음의 상세한 설명에서 명백해진다.
신규한 것으로 믿어지는 본 발명의 특징은 첨부된 청구 범위에 특별히 개시되어 있다. 본 발명은 그 목적 및 이점과 함께 동일한 참조 부호가 동일한 요소를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 설명된 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해되어질 수 있다.
도면을 더 상세히 참조하면, 먼저 도1에서, 본 발명은 다중 단자 필터 전기 커넥터 조립체(10)로서 구현될 수 있다. 한 쌍의 가요성 커패시터 필터 회로(20)가 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 커넥터(12)의 후방에 장착된다. 복수의 단자(22)는 가요성 회로가 화살표 "A" 방향으로 핀들 상으로 가압될 때 가요성 커패시터 필터 회로(20)를 통해 커넥터(12) 상으로 조립된다. 각각의 가요성 커패시터 필터 회로는 복수의 칩 커패시터(21)를 구비하고, 복수의 칩 커패시터는 그 사이를 통과하는 단자와 조작 연결된다. 각각의 단자(22)는 꼬리부(22a)를 포함한다. 예시를 위해, 도1은 도금 공정 중에 주로 단자들을 취급하는 데 이용되는 밴더리어(bandolier) 홀더(24) 상에 보유된 단자(22) 그룹을 도시한다. 단지 16개의 단자들이 4그룹으로 도시되었지만, 커넥터(12)는 80개의 단자들 만큼 많이 장착될 수 있고 유사하게 형성된 커넥터 설계들은 200개 이상의 단자들을 장착할 수 있다.
도1과 관련하여 도2를 참조하면, 커넥터(12)는 사출 성형된 유전성 인서트(28)를 구비한 하우징(26)을 포함한다. 하우징은 인서트(28)를 통해 단자(22)들을 수용하는 복수의 관통 통로(30)를 포함하고, 여기서 단자들의 전방 단부들은 하우징의 공동(32)에 노출되어 있다. 그 공동은 단자(22)들과 상호 결합하는 암형 단자들을 갖는 상보 전기 커넥터 조립체(도시되지 않음)를 수용하도록 제공된다. 하우징(26)은 그 후방면(34)을 한정하고, 복수의 장착 핀(36)들은 하우징 후방에 회로들을 장착하고 하우징과 가요성 회로들 사이에 전기 접촉을 제공하기 위해 가요성 커패시터 필터 회로(20)들 내에 장착 구멍(37)들로 삽입되도록 후방면으로부터 돌출되어 있다. 하우징(26)은 양호하게는 다이 캐스트 하우징이나, 도금 플라스틱 등으로 제조될 수도 있다.
도1과 관련하여 도2를 참조하면, 커넥터(12) 특히 하우징(26)은 인쇄 회로 기판(38)에 장착 가능한 직각 커넥터를 제공하도록 구성되고, 단자(22)들은 인쇄 회로 기판에 대체로 평행한 통로(30)를 통해 연장되어 있음을 알 수 있다. 단자(22)들은 지점 22b에서 직각으로 만곡되어, 단자들의 꼬리부(22a)가 기판 상의 적절한 회로 트레이스에 상호 접속되기 위해 회로 기판 내에 적절한 구멍(42)으로 삽입되도록 인쇄 회로 기판(38)에 수직으로 연장되어 있다. 단자(22)들은 인쇄 회로 기판(38)에 장착 가능한 정렬 또는 수직 커넥터를 제공하도록 직선 또는 수직 배향으로 제공될 수 있다.
도3을 참조하면, 단자 핀(22a)은 편평한 가요성 회로(20) 내의 구멍(44)을통해 삽입된다. 이러한 시스템은 전술된 미국 특허 제5,384,435호에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 것으로서, 구멍(44)은 원형이고 핀(22a)은 그 단면이 원형이다. 편평한 가요성 회로는 상부에 연성의 전도성 필름(48)을 갖는 편평한 가요성 유전 기판(46)을 포함한다. 구멍(44)은 회로 내에서 미리 펀칭된다. 기판(46)의 두께는 0.127 cm(0.050 인치)보다 작다. 원형 단자 핀(22a)은 전도성 필름(48)과 전기 접속되도록 구멍(44)을 통해 삽입된다.
도3의 종래 기술 시스템은 도3에서 지점 50으로 도시된 바와 같은 "제어된 메니스커스(controlled meniscus)"로 명명될 수 있는 한 원리를 이용하는 것을 주목한다. 즉, 납땜, 접착제, 에폭시 등의 이용을 피하기 위해, 만곡 영역(50)내의 편평한 가요성 회로(20) 및 원형 단자 핀(22a) 사이에서 특정 간섭(interference)이 발생되는 것으로 이는 본질적으로 화살표 "D" 방향으로 삽입될 때 화살표 "C" 방향으로 단자 핀에 수직력을 가하는 회로의 주변 영역이 변형된다. 이러한 영역 및 간섭력은 원형 단자 핀(22a)과 원형 구멍(44)의 상대적인 직경을 조절함으로써 제어되는 것으로 발견되었다. 실질적으로, 단자 핀(22a)의 직경과 구멍(44)의 직경 사이의 차이가 대략 구멍 직경의 5% 내지 50%이었을 때, 양호한 전기 접속이 유지될 수 있음을 알게 되었다. 이러한 것은 "간섭" 매개 변수로 명명될 수 있다.
도3의 종래 기술 시스템은 단자 핀을 편평한 가요성 회로의 편평한 커넥터에 납땜하거나 핀 및 가요성 회로 사이의 에폭시 또는 다른 접착제를 이용하는 등의 2차적인 조작들이 완전히 제거될 수 있고 가요성 회로의 편평한 전도체 (필름)과 핀 사이에 양호한 전기 접속을 계속해서 유지할 수 있음을 도시하고 있다. 그러나,도4에 도시된 바와 같은 본 발명은 이러한 개념에 대한 부가적인 개선안이다.
특히, 정사각형 단면의 단자 핀들을 이용하여 복수의 단자 핀들 사이의 피치 또는 공간을 증가시키지 않고 단자 핀의 칼럼 강도가 상당히 증가될 수 있음이 발견되었다. 그러나, 지금까지 구멍의 직경과 그 사이의 정렬 관계에서의 핀의 형상으로 인해 정사각형 핀들이 정사각형 모서리부에서 파열되는 문제점을 유발해 왔다. 본 발명은 이러한 문제점들을 하기에 설명되는 시스템을 통해 해결한다. 도4 및 도5는 전자 장치 또는 상호 접속부(52)를 도시하고, 이러한 전자 장치는 도1 및 도2에서 커넥터(10)와 같은 커넥터들 내의 단자 핀으로 적용될 수 있다. 이러한 시스템에서, 편평한 가요성 회로(54)는 편평한 가요성 유전 기판(56)을 또한 포함하고, 가요성 유전 기판은 그 상부에 연성의 전도성 필름(60)과 대체로 원형의 구멍(58)을 구비한다. 정사각형의 단자 핀(62)은 전도성 필름(60)과 전기 접속되도록 기판(56) 내의 구멍(58)을 통해 삽입된다. 정사각형의 핀은 구멍의 직경보다 더 큰 핀의 대향하는 직경 모서리 사이에 소정의 단면 크기를 갖는다. 특히, 정사각형의 핀의 단면 치수와 원형 구멍의 직경 사이의 차이는 구멍 직경의 대략 7% 내지 67%이다.
상기 관계는 정사각형 핀(62)의 대향하는 직경 모서리 사이의 단면 치수가 쌍화살표(64)로 나타나 있는 도5에 가장 잘 도시되어 있다. 가요성 기판(56) 내의 원형 구멍(58)의 직경은 쌍화살표(66)로 도시되어 있다. 따라서, 치수(64) 및 치수(66)의 차이는 대략 7% 내지 67%이다. 이러한 매개 변수들은 가요성 회로의 변형된 외주 영역이 핀이 화살표 "F" 방향으로 삽입될 때 화살표 "E" 방향 내의 정사각형의 단자 핀에 수직력을 가하는 (도4의) 지점 68에 도시되어진 바와 같이 "제어된 메니스커스"로 나타난다.
전도성 필름(60) 및 단자 핀(62)의 도금부는 유사하거나 또는 유사하지 않은 재료일 수 있다. 예를 들어, 전도성 필름(60)은 구리 재료일 수 있고, 단자 핀은 주석 또는 주석/납 합금으로 도금될 수 있다. 구리 필름 자체는 주석/납 합금으로 도금될 수 있고, 단자 핀은 유사한 금속 인터페이스를 형성하도록 유사한 주석 또는 주석/납 합금으로 도금될 수 있거나 또는 상이한 금속으로 도금될 수도 있다. 물론, 니켈과 같은 다른 합금들이 이용될 수 있다. 기판(56)은 폴리이미드 재료 또는 폴리에스테르 재료와 같은 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 또한, 핀(62)의 모서리들은 커넥터와 만곡 회로의 조립에 관련된 정렬 문제로 인한 기판의 파열을 보다 더 제거하기 위해 둥글게 제조될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 발명은 그 정신 및 중심 특성에서 벗어남 없이 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음이 이해되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 모든면에서 제한적이 아닌 예시적인 것으로 고려되어져야 하며 본문에 기재된 세부 사항들로 제한되어서는 안된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 편평한 가요성 기판 또는 가요성 회로 내에서 단자 핀들과 같은 전기 단자들을 장착하는 신규하고 개선된 시스템을 제공하는 것으로서, 정사각형 핀이 기판 내의 원형 구멍과 정사각형 핀 사이에서 구멍의 파열을 초래하는 문제점을 해결한다.

Claims (14)

  1. 0.127 cm(0.050 inch) 미만의 두께를 갖고, 소정 직경을 갖는 원형의 구멍을 구비한 편평한 가요성 유전 기판과,
    상기 기판 내의 원형 구멍으로 삽입되며, 대향하는 직경 모서리 사이의 소정의 단면 치수가 상기 원형 구멍의 직경보다 더 큰 정사각형의 단자 핀을 포함하고,
    상기 정사각형 핀의 단면 치수와 상기 원형 구멍의 직경 사이의 차이는 상기 구멍 직경의 대략 7% 내지 67%인 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구멍 둘레의 영역 내의 기판 상에 연성의 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정사각형 단자 핀의 모서리는 둥글게 처리된 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단자 핀은 전도성 재료로 도금되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단자 핀은 주석/납 합금으로 도금되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판은 폴리이미드 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 폴리에스테르 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서, 기판 내의 상기 구멍은 미리 펀칭된 구멍인 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  9. 0.127 cm(0.050 inch) 미만의 두께를 갖고, 소정 직경을 갖는 원형인 구멍을 구비한 편평한 가요성 유전 기판과,
    상기 기판 내의 원형 구멍으로 삽입되고, 대향하는 직경 모서리 사이의 소정의 단면의 치수가 상기 원형 구멍의 직경보다 더 큰 다각형의 단자 핀을 포함하고,
    상기 다각형 핀의 단면 치수와 상기 원형 구멍의 직경 사이의 차이가 구멍 직경의 대략 7% 내지 67%인 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다각형 단자 핀의 모서리들은 둥글게 처리된 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 구멍 둘레의 영역 내의 기판 상에 연성의 전도성 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연성의 전도성 필름 및 상기 단자 핀은 공통의 전도성 도금 재료로 도금되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 단자 핀은 전도성 재료로 도금되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 단자 핀은 주석/납 합금으로 도금되는 것을 특징으로 하는 가요성 기판에 장착되는 단자 핀을 구비한 전자 장치.
KR1019980040256A 1997-09-29 1998-09-28 가요성기판에장착되는단자핀을구비한전자장치 KR100332393B1 (ko)

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