KR102304611B1 - 고주파용 기판 대 기판 커넥터 - Google Patents

고주파용 기판 대 기판 커넥터 Download PDF

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성낙훈
최재일
최영식
김영주
김나연
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협진커넥터(주)
동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 각 절연하우징에 배치된 다수의 신호단자가 서로 접속을 하여 접점부를 형성하는 메일 커넥터(Male connector)와 피메일 커넥터(Female connector)로 이루어진 고주파용 기판 대 기판 커넥터에 관한 것으로서, 특히 상기 접점부를 기준으로 상기 메일 커넥터의 신호단자와 상기 피메일 커넥터의 신호단자가 서로 마주보게 배치되어, 신호의 입력과 출력이 반대쪽에서 이루어짐으로써 신호의 손실이 감소되는 효과가 있다.

Description

고주파용 기판 대 기판 커넥터{High frequency board-to-board connector}
본 발명은 기판 대 기판 커넥터에 관한 것으로서, 특히 신호 손실을 감소시킬 수 있는 고주파용 기판 대 기판 커넥터에 관한 것이다.
기판 대 기판 커넥터((Board-to-Board Connector, BTB 커넥터)는 회로기판과 회로기판 또는 회로기판과 전자부품을 전기적으로 연결하는데 사용되는 것으로서, 피메일 커넥터(Female connector, '리셉터클 커넥터'라 불리기도 함)와 이에 암수 형태로 맞물려 결합되는 메일 커넥터(Fale connector, '플러그 커넥터'로 불리기도 함)로 구성된다.
이러한 피메일 커넥터와 메일 커넥터는 서로 다른 회로기판에 결합된 상태로 서로 간의 신호단자가 접촉되어 전기적 신호를 주게 받게 된다.
최근 전자제품의 소형화, 고속화, 대용량화에 대한 요구에 대응하기 위하여 전자제품에 들어가는 부품들도 고밀도화, 고정밀화 되고 있으며, 기판 대 기판 커넥터 역시 수 mm의 매우 좁은 폭(ultra-narrow width)을 갖는 크기의 소형 및 슬림화로 구현되고 있으며, 이에 따라 각 커넥터에 배치된 신호단자 간에도 수 마이크로미터의 좁은 피치화가 진행되고 있다.
또한, 최근에 5G의 정보통신을 사용하면서 전자기기에서는 정보량의 증가 및 통신 속도의 고속화도 진행되고 있으며, 기판 대 기판 커넥터도 이러한 대용량 및 고속 전송에 대응한 설계가 요구되고 있다.
이러한 상황에서 기판 대 기판 커넥터는 각 커넥터 간에 주고받는 전기적 신호의 손실을 최소화하는 것이 필요한데, 도 1에 도시된 것처럼 피메일 커넥터의 신호단자(2)와 메일 커넥터의 신호단자(1)가 서로 겹쳐진 종래의 방식으로는 전기적 신호의 손실을 감소시킬 수 없는 한계가 있다.
도 1을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 신호가 메일 커넥터의 신호단자(1)를 통해 오른쪽에서 입력된 후 피메일 커넥터의 신호단자(2)를 통해 오른쪽으로 출력되는 경우처럼 신호의 입력과 출력이 동일한 위치(오른쪽)인 경우에는, 신호가 흐르면서 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 신호와 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르는 신호 간에 서로 간섭과 방해를 일으켜서 신호 손실이 발생하게 되는 문제가 있다.
등록특허 10-1488891 (출원번호: 10-2013-0094180, 발명의 명칭: 기판 대 기판 커넥터 어셈블리)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 신호의 입력방향과 출력방향이 서로 반대방향이 되도록 하여 신호의 손실을 감소시킬 수 있는 고주파용 기판 대 기판 커넥터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터는 각 절연하우징에 배치된 다수의 신호단자가 서로 접속을 하여 접점부를 형성하는 메일 커넥터(Male connector)와 피메일 커넥터(Female connector)로 이루어진 것으로서, 상기 접점부를 기준으로 상기 메일 커넥터의 신호단자와 상기 피메일 커넥터의 신호단자가 서로 마주보게 배치된다.
여기에서, 상기 피메일 커넥터의 절연하우징에는 다수의 신호단자가 매립된 상태로 노출되는 삽입홈이 형성되고, 상기 메일 커넥터의 절연하우징에는 다수의 신호단자가 매립된 상태로 노출되어 상기 삽입홈에 삽입되는 삽입돌출부가 형성되며, 상기 피메일 커넥터의 신호단자 끝단은 메일 커넥터의 신호단자 끝단을 탄성 가압하되 상기 삽입돌출부를 삽입홈 안쪽으로 누르는 방향으로 탄성력을 제공한다.
그리고, 상기 메일 커넥터의 신호단자 외측면에는 상기 피메일 커넥터의 신호단자 끝단이 삽입되는 요입홈이 형성된다.
또한, 상기 메일 커넥터의 절연하우징 중간부분에는 솔더탭(Solder tap)이 구비되고, 상기 피메일 커넥터의 절연하우징의 중간부분에는 상기 솔더탭이 안착되는 안착부가 형성된다.
또한, 상기 피메일 커넥터의 안착부에는 가압돌기가 형성되고, 상기 메일 커넥터의 삽입돌출부에는 상기 가압돌기가 삽입되는 돌기홈이 형성된다.
또한, 상기 피메일 커넥터의 절연하우징에는 길이방향 가장자리에 차폐판이 매립 배치된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 고주파용 기판 대 기판 커넥터는 메일 커넥터의 신호단자와 피메일 커넥터의 신호단자가 접점부 양측에서 서로 마주보게 배치되므로 신호단자가 일직선으로 배치되는 형상을 취하게 되어, 신호의 입력과 출력이 반대쪽에서 이루어짐으로써 신호의 손실이 감소되는 이점이 있다.
또한, 메일 커넥터의 삽입돌출부를 피메일 커넥터의 삽입홈 안쪽으로 누르는 방향으로 피메일 커넥터의 신호단자가 메일 커넥터의 신호단자를 탄성 가압하므로, 메일 커넥터의 삽입돌출부는 피메일 커넥터의 삽입홈에 잘 끼워지지만, 일단 끼워진 메일 커넥터의 삽입돌출부는 피메일 커넥터의 삽입홈에서 잘 빠지지 않는 이점이 있다. 따라서, 메일 커넥터와 피메일 커넥터의 체결은 쉬우면서 분리는 잘 되지 않는 구조를 취하게 된다.
또한, 피메일 커넥터의 신호단자 끝단이 메일 커넥터 신호단자의 요입홈에 삽입되므로, 피메일 커넥터에서 메일 커넥터가 잘 분리되지 않는 이점이 있다.
또한, 솔더탭이 메일 커넥터의 절연하우징 중간부분에 구비되므로, 입출력 되는 전기적 신호의 주파수에 맞게 솔더탭 양측으로 신호단자를 분할 배치하여 신호단자의 배치 상태를 시각적으로 용이하게 확인할 수 있는 이점이 있다. 더불어 분할 배치된 신호단자 사이에서 차폐역할을 하여 신호 단자 사이에서 발생할 수 있는 크로스 토크(Cross talk)를 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 피메일 커넥터에 차폐판이 설치되므로 전기적 노이즈를 차단할 수 있는 이점이 있다.
또한, 신호단자와 차폐판이 절연하우징에 매립 설치되므로 제품의 슬림화와 소형화가 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래기술의 기판 대 기판 커넥터에서 전기적 신호가 흐르는 모습을 보인 도.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터를 보인 도.
도 6은 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터에서 전기적 신호가 흐르는 모습을 보인 도.
도 7의 (a)는 종래의 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 체결하거나 분리할 때 신호단자에 작용하는 힘을 보인 도이고, (b)는 본 발명에 의한 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 체결하거나 분리할 때 신호단자에 작용하는 힘을 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터를 보인 도이고, 도 6은 본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터에서 전기적 신호가 흐르는 모습을 보인 도이며, 도 7의 (a)는 종래의 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 체결하거나 분리할 때 신호단자에 작용하는 힘을 보인 도이고, (b)는 본 발명에 의한 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 체결하거나 분리할 때 신호단자에 작용하는 힘을 보인 도이다.
본 발명에 의한 고주파용 기판 대 기판 커넥터는 각각의 회로기판에 실장되어 서로 접속되는 메일 커넥터(Male connector,10)와 피메일 커넥터(Female connector,20)로 구성된다. 메일 커넥터(10)와 피메일 커넥터(20)는 각각의 절연하우징(11,21)에 배치된 다수의 신호단자(12,22)를 각각 구비하고 있고, 이러한 다수의 신호단자(12,22)가 서로 접속을 하여 접점부(C)를 형성함으로써 전기적 신호를 주고받는다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 메일 커넥터(10)는 절연하우징(11)과, 상기 절연하우징(11)에 배치되는 다수의 신호단자(12)와, 상기 절연하우징(11)에 설치되는 솔더탭(Solder tap,13), 상기 절연하우징(11)의 양 끝단에 구비된 보강대(14)를 포함하여 구성된다.
상기 절연하우징(11)은 인접한 신호단자(12)들 간의 단락을 방지하기 위해서 절연물질로 만들어진다. 이러한 절연하우징(11)에는 다수의 신호단자(12)가 매립되어 있으며 피메일 커넥터(20)를 향하는 면이 돌출되어 삽입돌출부(11a)가 형성된다. 부연하면, 절연하우징(11)에는 다수의 신호단자(12)가 매립된 상태로 노출된 삽입돌출부(11a)가 형성된다.
또한, 삽입돌출부(11a)의 중앙 부분에는 후술할 피메일 커넥터(20)의 가압돌기(21c)가 삽입되는 돌기홈(11b)이 형성된다.
상기 신호단자(12)는 절연하우징(11)에 배치되되 다수개가 일정간격을 이루면서 절연하우징(11)의 길이방향을 따라 1열로 배치된다. 이러한 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)는 인서트 사출성형에 의해 절연하우징(11)에 매립 배치된다. 그리고, 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 외측면에는 후술할 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)가 삽입되는 요입홈(12a)이 형성되어 있다.
상기 솔더탭(13)은 신호단자(12)의 폭보다 충분히 넓게 형성되고, 메일 커넥터(10)의 절연하우징(11) 중간부분에 구비된다. 이러한 솔더탭(13)은 메일 커넥터(10)와 회로기판 사이의 솔더링(Soldering)을 강화하는 역할을 하면서, 중앙에서 절연하우징(11)의 양측을 분할하여 솔더탭(13)을 기준으로 양측에 특정 주파수 대역을 설정할 수 있도록 한다.
예들 들어, 솔더탭(13)을 기준으로 절연하우징(11)의 좌측과 우측에 각각 9개의 신호단자(12)를 배치하여 동일한 주파수 대역을 설정하거나, 솔더탭(13)을 기준으로 절연하우징(11)의 좌측과 우측에 7개의 신호단자(12)와 9개의 신호단자(12)를 각각 배치하여 다른 주파수 대역을 설정하는 것이다. 이러한 방법으로 절연하우징(11)의 좌우측에 주파수 대역을 설정할 수 있다.
더불어, 솔더탭(13)은 메일 커넥터(10)의 절연하우징(11) 중간에 설치되어 좌우측으로 분할 배치된 신호단자(12) 사이에서 차폐 기능을 수행한다.
상기 보강대(14)는 신호단자(12), 솔더탭(13) 등과는 서로 연결되지 않는 분리된 별도의 구성요소로서, 인서트 사출성형에 의해 절연하우징(11)의 양 끝부분에 매립됨으로써 절연하우징(11)의 강성을 증가시킨다. 이러한 보강대(14)는 절연하우징(11)에서 돌출되는 양측단 부분을 회로기판에 납땜함으로써 회로기판과 메일 커넥터(10)의 결합력을 높일 수 있도록 한다.
지금까지는 메일 커넥터(10)에 대해 설명을 하였고, 여기부터는 메일 커넥터(10)와 결합되는 피메일 커넥터(20)에 대해 설명하도록 한다.
상기 피메일 커넥터(20)는 절연하우징(21)과, 상기 절연하우징(21)에 배치되는 다수의 신호단자(22)와, 상기 절연하우징(21)의 양쪽에 설치되는 한 쌍의 차폐판(23)과, 상기 절연하우징(21)의 양 끝단에 구비된 보강대(24)를 포함하여 구성된다.
상기 절연하우징(21)은 절연물질로 만들고, 다수의 신호단자(22)가 매립 배치되어 있으며, 다수의 신호단자(22)가 매립된 상태로 노출되는 삽입홈(21a)이 메일 커넥터(10)를 향하는 면에 움푹하게 형성된다.
상기 삽입홈(21a)은 절연하우징(21)의 길이방향을 따라 길게 형성되고, 이 삽입홈(21a)에 메일 커넥터(10)의 삽입돌출부(11a)가 삽입된다.
그리고, 피메일 커넥터(20)의 절연하우징(21) 중간부분에는 메일 커넥터(10)의 솔더탭(13)이 안착되는 안착부(21b)가 형성된다. 더불어 상기 안착부(21b)에는 가압돌기(21c)가 형성되고, 이 가압돌기(21c)는 메일 커넥터(10)의 삽입돌출부(11a)에 형성된 돌기홈(11b)에 삽입된다.
상기 신호단자(22)는 절연하우징(21)의 길이방향을 따라 다수개가 일정간격을 이루면서 1열로 배치되고, 인서트 사출성형에 의해 절연하우징(21)에 매립 배치된다.
피메일 커넥터(20)의 삽입홈(21a)에 메일 커넥터(10)의 삽입돌출부(11a)가 삽입되었을 때 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)가 서로 접속을 하여 접점부(C)를 형성한다.
이렇게 신호단자(12,22)의 접속에 의해 접점부(C)가 형성될 때, 상기 접점부(C)를 기준으로 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 서로 마주보게 배치된다. 즉 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 직렬 방식으로 연결되어 서로 일직선이 되게 배치된다.
메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)가 일직선으로 배치되면(도 6 참조), 전기적 신호가 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)를 통해 오른쪽에서 입력된 후 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)를 통해 왼쪽으로 출력된다. 이렇게 전기적 신호의 입력과 출력이 반대위치(오른쪽 → 왼쪽)인 경우에는 전기적 신호가 흐를 때 간섭과 방해가 일어나지 않아서 전기적 신호의 손실이 발생되지 않는다.
더불어, 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)가 서로 연결될 때, 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22) 끝단은 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 끝단을 탄성 가압한다.
즉, 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 끝부분이 절연하우징(21)의 벽면과 일정거리 이격되는데 그 이격된 끝부분이 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 끝부분을 탄성 가압한다. 이때 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 삽입돌출부(11a)를 삽입홈(21a) 안쪽으로 누르는 방향으로 탄성력을 제공한다.
여기에서, 종래의 메일 커넥터의 신호단자(12)와 피메일 커넥터의 신호단자(22)를 간단히 보이고 있는 도 7의 (a)와, 본 발명의 메일 커넥터의 신호단자(12)와 피메일 커넥터의 신호단자(22)를 간단히 보이고 있는 도 7의 (b)를 참조하여 좀 더 자세히 설명한다.
종래의 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 메일 커넥터의 신호단자(1)를 하측으로 눌러 삽입할 때는, 메일 커넥터의 신호단자(1)에 의한 하측방향의 힘(↓)과 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 의한 상측으로 기울어진 방향의 힘(↗)이 함께 작용(↗↓)하기 때문에, 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 의한 힘(↗)이 메일 커넥터의 신호단자(1)가 하측으로 가압되는 것을 방해함으로써 메일 커넥터를 피메일 커넥터에 체결하는 것이 쉽지 않다.
그리고, 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 삽입되어 있던 메일 커넥터의 신호단자(1)를 위쪽으로 빼낼 때는, 메일 커넥터의 신호단자(1)에 의한 상측방향의 힘(↑)과 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 의한 상측으로 기울어진 방향의 힘(↗)이 함께 작용(↗↑)하기 때문에, 피메일 커넥터의 신호단자(2)에 의한 힘(↗)이 메일 커넥터의 신호단자(1)를 상측으로 밀어 올려 피메일 커넥터로부터 메일 커넥터가 더 쉽게 이탈되도록 하는 문제가 있다.
반면에, 본 발명에 의한 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 하측으로 눌러 체결할 때는, 메일 커넥터의 신호단자(12)에 의한 하측방향의 힘(↓)과 피메일 커넥터의 신호단자(22)에 의한 하측으로 기울어진 방향의 힘(↙)이 함께 작용(↓↙)하기 때문에, 피메일 커넥터의 신호단자(22)에 의한 힘(↙)이 메일 커넥터를 하측으로 누름으로써 피메일 커넥터에 메일 커넥터를 체결하는 것이 더 용이해진다.
그리고, 피메일 커넥터에 체결되어 있던 메일 커넥터를 위쪽으로 빼내어 분리할 때는, 메일 커넥터의 신호단자(12)에 의한 상측방향의 힘(↑)과 피메일 커넥터의 신호단자(22)에 의한 상측으로 기울어진 방향의 힘(↙)이 함께 작용(↑↙)하기 때문에, 피메일 커넥터의 신호단자(22)에 의한 힘(↙)이 메일 커넥터의 신호단자(12)를 하측으로 누름으로써 피메일 커넥터로부터 메일 커넥터가 쉽게 이탈되지 않는다.
한편, 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 그 끝단이 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 쪽을 향해 볼록한 곡선 형태로 형성되는데, 이 볼록한 피메일 커넥터(20)의 끝단이 메일 커넥터(10)의 요입홈(12a)에 삽입된다. 이로써 메일 커넥터(10)는 피메일 커넥터(20)에서 쉽게 이탈되지 않는다.
상기 차폐판(23)은 길이가 긴 판상의 형태로 제작되고, 절연하우징(21)에 배치되되 절연하우징(21)의 길이방향 가장자리에 하나씩 매립 배치된다. 따라서 메일 커넥터(10)를 피메일 커넥터(20)에 삽입했을 때 한 쌍의 차페판(23) 사이에 메일 커넥터(10)이 신호단자(12)와 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)가 위치하게 된다. 이러한 차폐판(23)은 외부의 전기적 노이즈 유입을 차단하고 내측에서 발생되는 전자파의 방사를 방지하기 위한 것으로서, 인서트 사출성형에 의해 피메일 커넥터(20)의 절연하우징(21)에 매립 배치된다.
한편, 차폐판(23)의 저면에는 다수의 납땜 보강부(23a)가 이격되게 구비된다. 이러한 납땜 보강부(23a)는 납땜을 하는 부분으로서, 여기에 납땜을 하여 회로기판과의 결합력을 더 높일 수 있도록 한다.
상기 보강대(24)는 신호단자(22), 차폐판(23) 등과는 서로 연결되지 않는 분리된 별도의 구성요소로서, 인서트 사출성형에 의해 절연하우징(21)의 양 끝부분에 매립됨으로써 절연하우징(21)의 강성을 증가시킨다. 이러한 보강대(24)는 그 끝부분을 회로기판과 납땜한다.
10: 메일 커넥터 11: 절연하우징
11a: 삽입돌출부 11b: 돌기홈
12: 신호단자 12a: 요입홈
13: 솔더탭 14: 보강대
20: 피메일 커넥터 21: 절연하우징
21a: 삽입홈 21b: 안착부
21c: 가압돌기 22: 신호단자
23: 차폐판 23a: 납땜 보강부
24: 보강대 C: 접점부

Claims (6)

  1. 각 절연하우징(11,21)에 배치된 다수의 신호단자(12,22)가 서로 접속을 하여 접점부(C)를 형성하는 메일 커넥터(Male connector,10)와 피메일 커넥터(Female connector,20)로 이루어진 기판 대 기판 커넥터에 있어서,
    상기 접점부(C)를 기준으로 상기 메일 커넥터(10)의 신호단자(12)와 상기 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22)는 직렬 방식으로 연결되어 서로 일직선이 되게 배치되며,
    상기 메일 커넥터(10)의 절연하우징(11)의 신호단자와 신호단자 사이에 솔더탭(Solder tap,13)이 구비되고, 상기 피메일 커넥터(20)의 절연하우징(21)에 배치된 신호단자와 신호단자 사이에는 상기 솔더탭(13)이 안착되는 안착부(21b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피메일 커넥터(20)의 절연하우징(21)에는 다수의 신호단자(22)가 매립된 상태로 노출되는 삽입홈(21a)이 형성되고,
    상기 메일 커넥터(10)의 절연하우징(11)에는 다수의 신호단자(12)가 매립된 상태로 노출되어 상기 삽입홈(21a)에 삽입되는 삽입돌출부(11a)가 형성되며,
    상기 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22) 끝단은 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 끝단을 탄성 가압하되, 상기 삽입돌출부(11a)를 삽입홈(21a) 안쪽으로 누르는 방향으로 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메일 커넥터(10)의 신호단자(12) 외측면에는 상기 피메일 커넥터(20)의 신호단자(22) 끝단이 삽입되는 요입홈(12a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 솔더탭(Solder tap,13)은 상기 메일 커넥터(10)의 삽입돌출부(11a)에 구비되는 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 피메일 커넥터(20)의 안착부(21b)에는 가압돌기(21c)가 형성되고, 상기 메일 커넥터(10)의 삽입돌출부(11a)에는 상기 가압돌기(21c)가 삽입되는 돌기홈(11b)이 형성된 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 피메일 커넥터(20)의 절연하우징(21)에는 길이방향 가장자리에 차폐판(23)이 매립 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파용 기판 대 기판 커넥터.
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