KR101007817B1

KR101007817B1 - 커넥터 장치

Info

Publication number: KR101007817B1
Application number: KR1020090072174A
Authority: KR
Inventors: 유교선
Original assignee: 주식회사디아이; 사단법인 한국전자정보통신산업진흥회; 주식회사 엑시콘
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-01-18

Abstract

본 발명은 전기 커넥터장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형 및 제작이 용이한 인터포저(interposer)를 이용하고, 우수한 전기적 특성으로 다수의 신호단자를 연결할 수 있는 커넥터장치를 제공하는데 있다. 상기 커넥터는 인쇄회로기판(PCB)에는 접지전극이 형성되어 있으며, 상기 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극과 신호단자 사이에는 인터포저가 구비되어 있다. 또한, 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극과 타단의 신호단자가 전기적으로 연결될 수 있도록 신호단자를 가압해 주기 위한 가압부재를 구비한다.

따라서, 인터포저를 통해 인쇄회로기판(PCB)과 신호단자는 전기적으로 연결상태를 이룰 수 있으며, 또한 무삽입력(ZIF : Zero Insertion Force) 장치를 제공하여 인쇄회로기판(PCB)과 신호단자 사이에 무리한 힘을 가하지 않고 전기적으로 온·오프(on/off) 상태를 이룰 수 있다.

무삽입력, 제로인서션포스, 지프, 커넥터, 인터포저

Description

커넥터 장치{Connector Unit}

본 발명은 커넥터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기·전자 부품에 대한 전기적 연결을 위해 인쇄회로기판(PCB)의 상호간 연결, 혹은 인쇄회로기판(PCB)과 전기부품의 신호단자를 연결하기 위한 전기적 커넥터 장치에 관한 것이다.

전기 신호를 전송하거나 전기부품을 장착하기 위해서는 패턴 및 단자가 미리 형성된 인쇄회로기판(PCB)에 장착하고자 하는 상기 전기부품을 솔더링하여 접속시키는 것이 가장 일반적인 방법이다. 그리고 상기 인쇄회로기판에 다른 인쇄회로기판이나 별도의 전기부품을 전기적으로 접속시키고자 할 경우에는 전선을 이용하여 솔더링시키거나 혹은 별도의 컨넥터를 이용하여 상호간을 연결하기도 한다.

특히, 상기 전선은 인쇄회로기판과 함께 가장 널리 사용되며 다양한 규격과 직경으로 제작이 용이하면서도 가격이 저렴하다는 이점이 있으나, 점차 극소형화되고 있는 전기부품이나 인쇄회로기판에 접속시키기 위해서는 미세전선의 접속방안이 요구되고 있는 실정이다.

이와 같이, 복잡한 신호전달 구조를 보다 단순화하기 위해서 인쇄회로기판과 다른 인쇄회로기판을 전선을 통해 직접 연결하는 방법 또는, 소켓형태의 암수 커넥터를 생각할 수 있겠으나, 이 역시 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극 간의 간격이 협소하고 인쇄회로기판(PCB)의 양측면에 전선을 솔더하여야 하므로 솔더링 작업의 난이도가 매우 높아질 뿐만 아니라, 고장수리시에 이를 다시 분리시켜야 하므로 좋은 해결 방안이라고 하기 어렵다.

실제, 미세전선을 사용하더라도 솔더링 작업을 위하여 미세전선에 솔더나 압착단자와 같은 별도의 장치를 부착하여 사용하여야 하고, 이 경우에 오히려 미세 전선의 직경보다 솔더나 압착단자의 크기가 더 커지게 되므로 미세피치가 중복되는 부분에는 사용되지 않고 있는 실정이다.

뿐만 아니라, 전기적인 연결을 위해 별도의 소켓 형태인 암·수 커넥터를 장착할 경우, 정밀금형을 이용한 사출성형을 통해 커넥터를 제작하게 되는데, 이때 많은 기간과 비용이 추가적으로 발생된다.

본 발명은 상기의 종래 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 전기·전자 부품에 대한 전기적 연결을 위해 인쇄회로기판(PCB) 상호간 또는 인쇄회로기판과 소켓이나 전선, 도체핀, IC 등과 같은 신호단자를 전기적으로 연결하고자 할 때, 신호경로를 최소화하여 전기적 특성을 향상시키고 협피치에 대한 대응이 가능하며 연결의 편이성을 높이고 저비용으로 대응할 수 있도록 구성된 전기커넥터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기·전자 부품에 대한 전기적 연결을 위해 인쇄회로기판(PCB) 상호간의 연결이나 인쇄회로기판(PCB)과 소켓의 연결 또는 인쇄회로기판(PCB) 혹은 전선, 도체핀 등과 같은 신호단자를 전기적으로 연결하기 위한 커넥터에 있어서, 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극에 대응하는 인터포저를 포함하고 복수의 신호단자를 갖는 전기부품을 포함하여 신호단자를 가압하여 전기적으로 온·오프(on/off) 상태를 이룰 수 있는 삽입홈을 갖는 가압부재와 구동돌기를 갖는 구동부재로 구성되어 있다.

상기 인터포저는 고무화된 전도성 인터포저로써 양 신호단자를 전기적으로 중계하며 상기 전기부품은 복수의 신호단자를 포함한다. 즉 인쇄회로기판(PCB), 전선, 도체핀, IC, 상대 인쇄회로기판 등을 전기적으로 연결할 수 있다.

또한, 가압부재는 복수의 구동돌기를 포함하고 상기 구동돌기는 삼각형상, 반구형상 혹은 상단측이 평평한 면을 갖으며 돌출 혹은 홈의 형상을 갖을 수 있다.

상기 구동부재는 복수의 삽입홈을 포함하며, 상기 삽입홈은 삼각형상, 반구형상 혹은 상단측이 평평한 면을 갖으며 돌출 혹은 홈의 형상을 갖을 수 있다.

위와 같은 구성을 통해 본 발명은 두 신호단자 사이를 인터포저를 통해 중계하고, 가압부재를 통해 신호단자를 연결시켜 줌으로써 전기적 상태를 온·오프(of/off) 상태를 이룰 수 있다.

본 발명에 따른 전기 커넥터에 의하면, 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극에 대응하는 고무화된 전도성 인터포저(rubberized conductive interposer)를 배치시켜, 상대 신호단자(전선, 도체핀, 타단의 상대 PCB 접지전극 등과 같은 전기적 신호의 터미널) 와 전기적 경로를 용이하게 형성할 수 있다.

즉, 인터포저(interposer)는 두 전기적 신호단자를 중계할 수 있으며, 박판형상화 함으로써 얇은 두께의 제공이 가능하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며 인터포저의 패드의 배열 및 배치가 용이하다.

이와 같이, 인터포저를 통해 신호단자간 피치를 달리할 수 있고 배선의 변경이 용이하여 범용 인쇄회로기판의 사용이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 커넥터의 형상 및 패드의 형성 위치에 자유도를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

뿐만아니라, 실리콘 인터포저는 높은 정밀도로 형성하는 것이 가능하며, 따 라서 반도체 소자의 전극 피치에 대응할 수 있다.

따라서, 본 발명의 전기 커넥터장치를 통해 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다.

첫째, 인터포저는 제작이 쉽고, 장착이 용이하다.

둘째, 인터포저를 박판형상화 함으로써, 신호경로를 최소화하여 전기적 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

셋째, 접지단자의 부피를 감소하여 제품의 소형화가 가능하다.

넷째, 제품의 손상시 땜질 제거 작업의 어려움 없이 간단하게 분리 가능가 가능하다.

다섯째, 2열, 3열, 4열 등과 같이 인터포저 배열의 확장이 용이하다.

여섯째, 인터포저를 통해, 기존 솔더링 작업을 생략할 수 있어 고밀도 접지전극의 과밀한 실장이 가능하다.

일곱째, 납땜작업을 배제하여 작업공수를 최소화하고 저비용으로 대응 가능하다.

여덟째, 암·수의 소켓을 제작하기 위한 금형이 불필요하여 기간과 비용을 크게 감소시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

본 발명은 인터포저(interposer)를 이용한 전기 커넥터 장치로써, 신호 경로를 최소화하여 전기적 특성이 우수하며 신호단자와 타단의 신호단자 사이를 연결·해제하기 용이한 커넥터 장치를 제공하고자 한다. 본 발명에서 신호단자는 전선, 도체핀, PCB 접지전극 등과 같은 전기적 신호의 터미널을 의미한다.

인터포저는 박판형상의 부도체 실리콘 고무재질(rubber type sillicon)로 이루어 졌으며, 내부에는 판 두께 방향으로 골든파우더로 형성된 도체성 금속입자가 배치되어 있다. 또한, 인터포저의 두께방향으로 압력을 가하면 실리콘 고무 내에서 인접하는 금속입자가 서로 접촉함으로써 이방 전도성을 나타낸다. 이와 같은 성질을 가지는 가압 도전 고무를 사용하여 인터포저를 구성함으로써 인쇄회로기판(PCB)의 접지전극과 신호단자 사이의 전기적인 연결을 도모하여도 된다.

이하, 보다 상세한 설명은 도면을 통해 설명한다.

도 1은 인터포저(interposer)의 상세도를 나타낸 것으로써, 인터포저(interposer)(10)는 박판 형상의 실리콘 고무재질로 이루어져 있으며 내부에는 판 두께 방향으로 골든파우더의 도체성 금속입자(11)가 형성되어 있다. 이와 같이, 고무화된 전도성 인터포저(rubberized conductive interposer)는 두 전기적 신호단자를 금속입자를 통해 중계할 수 있으며, 박판형상화 함으로써 신호경로를 최소화하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘 인터포저는 높은 정밀도로 형성하는 것이 가능하고 금속입자의 크기 조절과 배치가 자유롭다.

도 2는 인쇄회로기판(PCB)(20)의 측면에 인터포저(10)가 배치되어 있다.(인쇄회로기판을 사이에 두고 제1 인터포저와 제2 인터포저는 대칭구조를 갖으며 인쇄회로기판의 일측면만을 기준으로 설명하며, 제2 측면의 중복설명은 생략한다.) 상기 인쇄회로기판(PCB)(20)의 복수의 접지전극(21)과 인터포저(10)의 복수의 금속입자(11)는 서로 일대일 대응관계를 갖으며, 두 신호단자 사이를 전기적으로 신호중계를 수행한다.

상기의 인터포저(10)는 도전성 재료로 이루어지고, 축선방향으로 신축 자유로운 복수의 접속 단자와 절연성 재료로 이루어지고 양자를 탄력적 및 전기적으로 접촉시킬 수 있다.

도 3은 인쇄회로기판(PCB)과 전기부품(30) 그리고 인터포저(10)가 배치된 것이다.(대칭적인 구조와 이에 따른 중복 설명은 생략한다)

상기 인터포저(10)는 금속입자(11)를 통해 인쇄회로기판(20)의 접지전극(21)과 전기부품(30)의 신호단자(31) 사이를 중계하여, 전기적 신호를 상호간 연결할 수 있으며, 양측 전기부품 사이의 인터포저를 통해 중계된 배선의 간격을 짧게하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 인터포저를 사이에 두고 인쇄회로기판(PCB)과 전기부품의 신호단자에는 유연성을 제공할 수 있으며 전기적으로도 연결할 수 있다. 이와 같이 전기·전자 부품에 대한 전기적 연결을 위해 인쇄회로기판(PCB)의 상호간 연결, 혹은 인쇄회로기판(PCB)과 전기부품의 신호단자를 연결하기 위한 전기적 커넥터장치를 제공할 수 있다.

도 4는 가압부재(40)를 갖는 커넥터장치(100)의 분해도 이다. 인쇄회로기 판(20)과 일측에 배치된 인터포저(10)와 상기 인터포저(10)의 외측에 위치한 전기부품(30), 그리고 전기부품(30)의 외측에는 가압부재(40)와 구동부재(50)가 구비되어 있다.(대칭구조와 중복설명 생략)

상기 구동부재(50)는 가압부재(40)와 인접하게 배치되어 있으며, 구동부재(50)는 상기 가압부재(40)를 상기 전기부품(30)을 향해 단속적(斷續的)으로 밀어준다. 구체적으로 구동부재(50)는 가압부재(40)를 단속적(斷續的)으로 밀기 위한 적어도 하나 이상의 구동돌기(51)를 갖고, 상기 가압부재(40)는 구동돌기에 대응하는 삽입홈(41)을 가질 수 있다. 즉, 구동부재(50)의 길이방향 이동을 통해 상기 구동부재의 구동돌기(51)와 가압부재의 삽입홈(41)은 정합 혹은 부정합 관계를 갖는다. 상기 구동돌기(51)와 삽입홈(41)의 위치가 일치한 정합관계를 갖는 경우, 상기 구동돌기(51)는 가압부재를 가압하고, 가압된 가압부재(40)는 전기부품(30)과 인터포저(10)가 전기적 접촉을 갖도록 가압한다. 이로써 인쇄회로기판(20)과 전기부품(30)은 전기적으로 도통 상태를 이룰 수 있다. 반대의 경우, 다시 구동부재(50)가 길이방향 이동하여 상기 구동부재의 구동돌기(51)와 가압부재의 삽입홈(41)의 위치가 일치하지 않는 부정합 관계를 갖을때, 상기 인쇄회로기판(20)과 전기부품(30)은 가압되지 못하여 일정간격 이격되며, 전기적으로 도통되지 못한 상태를 갖는다.

도 5는 전기 커넥터장치(100)의 결합관계를 나타내고 있으며, 구동부재(50)의 길이방향으로 이동함에 따라, 상기 구동부재(50)에 구비된 구동돌기(51)는 가압부재(40)의 삽입홈(41)으로부터 이탈되어 가압부재(40)를 가압하게 된다. 따라서, 가압된 가압부재(40)는 전기부품(30)을 인터포저(10)가 위치한 방향으로 밀착시켜 준다. 이와같이, 가압부재(40)의 가압에 의해 인쇄회로기판(PCB)(20)과 전기부품(30)은 인터포저(10)와 밀착되며, 상기 인터포저(10)의 중계 역할을 통해 전기적으로 온(on) 상태를 이룰 수 있다.

도 6은 전기 커넥터 장치의 결합관계를 나타내고 있으며, 상기 구동부재(50)가 다시 길이방향으로 이동하여 구동돌기(51)가 가압부재(40)의 삽입홈(41)에 삽입된 경우, 상기 가압부재(40)는 다시 원위치로 이동한다. 이 경우, 가압되지 않은 전기부품(30)은 인터포저(10)와 밀착되지 못하고 일정간격 이격되고 이때, 상기 인터포저(10)는 인쇄회로기판(PCB)(20)과 전기부품(30)을 중계하지 못하게 되어 전기적으로 연결되지 못한 상태(off)를 갖는다.

도 7은 인쇄회로기판(PCB)과 도체핀(conductivity pin)의 전기적 결합 전의 단계를 나타낸다. 상기 인쇄회로기판(20)과 복수의 도체핀(60)이 구비되어 있으며, 상기 인쇄회로기판(20)과 복수의 도체핀(60)의 신호단자 사이에는 인터포저(10)가 구비되어 있다. 상기 두 신호단자와 인터포저는 일대일 대응관계를 갖으며 따라서 상기 인터포저는 두 신호단자 사이를 중계할 수 있게 된다.

도 8은 인쇄회로기판(PCB)과 도체핀(conductivity pin)의 전기적 결합이 이루어진 상태를 나타낸다. 이때, 인쇄회로기판(20)과 도체핀(60) 사이는 인터포즈가 전기적 중계 역할을 수행할 수 있다.

도 9는 인쇄회로기판(PCB)과 도체핀(conductivity pin) 사이를 가압하기 위 한 가압부재와의 관계를 나타낸다. 인쇄회로기판(20)과 일측에 배치된 인터포저(10)와 상기 인터포저(10)의 외측에 위치한 복수의 도체핀(60), 그리고 상기 도체핀(60)의 외측에는 가압부재(40)와 구동부재(50)가 구비되어 있다.

상기 구동부재(50)는 가압부재(40)와 인접하게 배치되어 있으며, 구동부재(50)는 상기 가압부재(40)를 전기부품를 향해 단속적(斷續的)으로 밀어준다. 구체적으로 구동부재(50)는 가압부재(40)를 단속적으로 밀기 위한 적어도 하나 이상의 구동돌기(51)를 갖고, 가압부재는 구동돌기에 대응하는 삽입홈(41)을 가질 수 있다.

이때, 구동부재(50)의 길이방향으로 이동함에 따라, 구동부재(50)에 구비된 구동돌기(51)는 가압부재(40)의 삽입홈(41)으로부터 이탈되어 가압부재(40)를 가압하게 된다. 따라서, 가압된 가압부재(40)는 도체핀(60)을 인터포저(10)가 위치한 방향으로 밀착시켜 준다. 이와같이, 가압부재의 가압에 의해 인쇄회로기판(PCB)(20)과 도체핀(60)은 인터포저와 밀착되며, 인터포저의 중계 역할을 통해 전기적으로 온(on) 상태를 이룰 수 있다.

반대의 경우, 다시 구동부재(50)가 길이방향으로 이동하여 구동돌기(51)가 가압부재(40)의 삽입홈(41)에 삽입된 경우, 가압부재는 다시 도체핀(60)과 이격된다. 따라서, 인터포저(10)는 인쇄회로기판(PCB)(20)과 도체핀(60)을 중계하지 못하고 전기적으로 연결되지 못한 상태(off)를 갖는다.

도 10은 구동부재(50)와 가압부재(40)에 구비되어 있는 구동돌기(51)와 삽입 홈(41)의 다양한 형상을 나타낸다. 도 10(a)는 삼각형상의 구동돌기와 삽입홈을 갖는다. 이때, 삼각형상의 경사각은 다소 높거나 다소 낮아질 수 있다. 도 10(b)는 반구형상의 구동돌기와 삽입홈을 갖는다. 또한, 구동부재와 가압부재에 구비된 구동돌기와 삽입돌기는 상단측에 평평한 면을 갖는 돌출 혹은 홈의 형상을 갖을 수 있다.

도 1은 인터포저의 상세도.

도 2는 인쇄회로기판(PCB)과 인터포저의 일대일 대응관계.

도 3은 인쇄회로기판(PCB)과 전기부품 사이를 중계하기 위한 인터포저의 배치도.

도 4는 인터포저 중계를 통한 가압부재를 갖는 전기 커넥터장치의 분해도.

도 5는 전기적으로 온(on) 상태를 이루는 전기 커넥터장치.

도 6은 전기적으로 오프(off) 상태를 이루는 전기 커넥터장치.

도 7은 인쇄회로기판(PCB)과 신호단자인 복수의 도체핀과의 배치도.

도 8은 인쇄회로기판(PCB)과 복수의 도체핀이 일대일 결합관계의 배치도.

도 9는 가압부재를 포함하는 인쇄회로기판(PCB)과 도체핀의 배치도.

도 10은 가압부재와 구동부재에 형성된 구동돌기와 삽입홈의 다양한 형상.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 인터포저 11 : 금속입자

20 : 인쇄회로기판(PCB) 21 : 접지전극

30 : 전기부품 31 : 신호단자

40 : 가압부재 41 : 삽입홈

50 : 구동부재 51 : 구동돌기

60 : 도체핀

Claims

전기·전자 부품을 상호 전기적으로 연결하기 위한 커넥터 장치에 있어서,

복수의 접지전극을 갖는 인쇄회로기판(PCB);

복수의 신호단자가 형성된 전기부품;

상기 인쇄회로기판과 상기 전기부품 사이에 형성되어 상기 접지전극과 상기 신호단자를 전기적으로 연결하는 인터포저;

상기 전기부품을 가압하여 상기 인터포저에 접촉되도록하는 가압부재; 및

상기 가압부재를 구동하기 위한 구동부재를 포함하는 커넥터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가압부재는 삽입홈을 포함하고, 상기 구동부재는 상기 삽입홈에 대응하는 구동돌기를 포함하는 커넥터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 인터포저는 도체성 금속입자가 형성되어 있는 커넥터 장치.
제 2항에 있어서,

상기 구동돌기는 삼각형상, 반구형상 혹은 일측이 평평한 면을 갖는 돌출 형상을 갖는 커넥터 장치.
제 2항에 있어서,

상기 삽입홈은 삼각형상, 반구형상 혹은 일측이 평평한 면을 갖는 돌출 형상을 갖는 커넥터 장치.