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JP4964754B2 - コンタクト部材 - Google Patents

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JP4964754B2
JP4964754B2 JP2007324955A JP2007324955A JP4964754B2 JP 4964754 B2 JP4964754 B2 JP 4964754B2 JP 2007324955 A JP2007324955 A JP 2007324955A JP 2007324955 A JP2007324955 A JP 2007324955A JP 4964754 B2 JP4964754 B2 JP 4964754B2
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Description

本発明はコンタクト部材に係り、例えば、LGA型或いはBGA型のICパッケージを回路基板上に実装するときに使用されるICパッケージ用コネクタの一部に利用されるコンタクト部材に関する。
LGA型或いはBGA型のICパッケージを簡単に交換が可能な状態で実装するために、ICパッケージ用コネクタが使用されている。このICパッケージ用コネクタについては、近年、データ伝送の大規模化や高速化とともに高信頼性が要求されている。データの伝送速度が高速化してくると、コンタクトのインダクタンスの影響を考慮することが必要となってくる。近年では、データの伝送速度がGHzのオーダとなってきており、データが正常に伝送されるためには、ICパッケージ用コネクタ内のコンタクトのインダクタンスがナノヘンリー(nH)のオーダであることが要求されてきている。また、コンタクトは使用状態で弾性力を発生している構成であることも必要である。また、ICパッケージのパッドの並びのピッチに対応するべくサイズが小さいことも必要である。
図1(A)、(B)は従来の1例のコンタクト部材1を示す。コンタクト部材1は複数ターンの螺旋状のうずまきバネの構造である。コンタクト部材1は、圧縮されて反発力が発生している状態で使用され、信号の伝送路は螺旋である。
特開昭56−8837号公報 特開2001−235486号公報 特開2005−129428号公報
図1に示すコンタクト部材1は、弾撥力は得られるけれども、信号の伝送路が螺旋であるためインダクタンスが小さくはなく、高速データ伝送を箇所には適当ではなく、また、サイズも小さくはなく、短いピッチで配置することが要求されるコネクタ、例えばICパッケージ用コネクタのコンタクト部材としては適当ではない。
本発明は、上記課題を解決したコンタクト部材を提供することを目的とする。
本発明は、帯状部が略環状に形成してある胴体部と、
前記胴体部の一端に存在する外周側の外周側接点部と、
前記胴体部の他端に存在して、前記外周側接点部の内側に位置する内周側接点部を有し、
前記外周側接点部と前記内周側接点部とが、対向しており、
前記内周側接点部が前記胴体部の軸線の方向に押圧されたときに、前記帯状部が弾性的にねじられ、前記内周側接点部が前記外周側接点部と接触するコンタクト部材であって、
前記胴体部を形成する前記帯状部が、前記外周側接点部と前記内周側接点部との間の途中の箇所に折り返し部を有することを特徴とする。
折り返し部は、外周側接点部と内周側接点部との間の距離を広げないで、帯状部の全長を長くする。よって、本発明になるコンタクト部材は、内周側接点部が胴体部の軸線の方向に、内周側接点部が外周側接点部と接触する状態となるまで押圧され、帯状部が弾性的にねじられた場合に、帯状部が塑性変形を起し難くなり、良好なばね特性を有する。
次に本発明の実施の形態について説明する。
図2及び図3(A),(B)は本発明の実施例1であるコンタクト部材10を示す。図4(A),(B)は使用状態のコンタクト部材10を示す。図2及び図3(A),(B)は外力が作用されていない自然な状態を示し、図4(A),(B)は外力が作用されて弾性変形したときの状態を示す。図2は斜視図、図3(A)、図4(A)は平面図、図3(B)、図4(B)は正面図である。コンタクト部材10は、略円筒の形状であり、内径D0が約0.5mm、軸線方向の長さH0が約1.5mmであり、非常に小さいサイズである。
図5(A),(B)はコンタクト部材10を展開した状態の図、即ち、成形前の展開板部材20である。この展開板部材20は、厚さtが約0.05mmの板をプレスで所定の形状に打ち抜いたものであり、りん青銅或いはステンレス製であり、およその外形は、X1−X2方向である横が長く、横寸法がA、縦寸法がBの長方形の範囲に収まる形状である。縦の方向がZ1−Z2の方向である。展開板部材20は、後述する胴体部を形成する胴体部形成予定部21と、このX2側の端に存在して後述する外周側接点部を形成する外周側接点部形成予定部30と、胴体部形成予定部21のX1側の端に存在して後述する内周側接点部を形成する内周側接点部形成予定部40とを有する。
胴体部形成予定部21は、帯状部22よりなる。帯状部22は、幅がW1であり、略S字形状であって、途中に折り返し部23,24を有し、且つ、外周側接点部形成予定部30と内周側接点部形成予定部40との中間の線CL1に関して左右対称である。帯状部22の全長L2は、外周側接点部形成予定部30と内周側接点部形成予定部40との間の距離L1の約2倍の長さである。胴体部形成予定部21の一端はP1で外周側接点部形成予定部30とつながっており、胴体部形成予定部21の他端はP2で内周側接点部形成予定部40とつながっており、P1とP2とは、縦の方向に、寸法H1ずれている。
外周側接点部形成予定部30及び内周側接点部形成予定部40は、共に縦の方向に長い長方形を有する。外周側接点部形成予定部30は、Z方向の寸法がA1、X方向の寸法がB1であり、内周側接点部形成予定部40は、Z方向の寸法がA2、X方向の寸法がB2である。外周側接点部形成予定部30は内周側接点部形成予定部40よりも縦に長い形状であり、B1>B2であり、A1=A2である。30a、40aは表面であり、展開板部材20が筒状に成形された状態で、外周面となる面である。30b、40bは裏面であり、展開板部材20が筒状に成形された状態で、内周面となる面である。外周側接点部形成予定部30の上端31,41は、縦の方向(Z方向)に関しては、同じ位置にある。外周側接点部形成予定部30の下端32は、内周側接点部形成予定部40の下端42よりもZ2方向に寸法H2突き出ており、脚部形成予定部33を形成している。内周側接点部形成予定部40には、複数の球状の突起部43が表面40aに突き出て且つ千鳥状に並んで形成してある。
コンタクト部材10は、上記の展開板部材20を、外周側接点部形成予定部30と内周側接点部形成予定部40とが円周方向に重なるように、約1.3巻き(ターン)螺旋状に巻いて成形した構成である。螺旋の向きは、内周側接点部形成予定部40が外周側接点部形成予定部30よりもZ1方向にシフトしている向きである。
図2及び図3(A),(B)に示すように、コンタクト部材10は、胴体部形成予定部21である帯状部22が略一巻きされて略環状に形成してある胴体部21Aと、この胴体部21Aの一端の外周側接点部30Aと、この胴体部21Aの他端の内周側接点部40Aとを有する。CL2はコンタクト部材10の胴体部21Aの軸線である。
図2及び図3(A),(B)に示すように、胴体部21Aは、外周側接点部30Aと内周側接点部40Aとの間の途中に折り返し部23A,24Aを有する。ここで、折り返し部23A,24Aは、図3(A)に示すように、胴体部21Aの中心を通って、外周側接点部30Aと内周側接点部40Aとが重なる方向の内径D0に対して直交する線DL上に配置されて、上記線DLに沿う胴体部21Aの直径の方向の略反対の箇所に位置している。即ち、折り返し部23A,24Aは、図3(A)に符号D0で示す内径を示す線に関して対称に配置してある。
図3(A)に示すように、外周側接点部30A及び内周側接点部40Aも円弧状となっている。外周側接点部30Aと内周側接点部40Aとは、外周側接点部30Aが外周側に、内周側接点部40Aが内周側に配置されて、間に隙間12をあけて対向している。隙間12は約0.05mmと狭い。
また、図2及び図3(B)に示すように、内周側接点部40Aと外周側接点部30Aとは、内周側接点部40AがZ1側、外周側接点部30AがZ2側となるように軸線CLの方向に食い違っており、内周側接点部40Aの上端41Aは、外周側接点部30Aの上端31AよりZ1方向に寸法C突き出ている。
次に、図2に示すように、コンタクト部材10にその軸線CL2の方向にコンタクト部材10を圧縮する押圧力Fを作用させたときの変形の状態について説明する。
コンタクト部材10を、例えば、外周側接点部30Aの脚部33Aを固定されて支持し、内周側接点部40Aの上端41AにZ2方向に押し付ける押圧力Fを作用させた場合を想定する。
コンタクト部材10は押圧力Fを作用されると、胴体部21Aがねじれるように弾性的に撓んで、寸法Hが短くなる方向に変形し、内周側接点部40Aの上端41Aには反発力fが発生する。
コンタクト部材10の軸線方向の長さHと押圧力Fとの関係は、図6に線Iで示すようになる。長さHと反発力fとの関係は、図6に線IIで示すようになる。即ち、長さHが短くなるにつれて、押圧力F及び反発力fは角度αで比例的に増える。角度αがコンタクト部材10のばね定数に対応する。実際には、線Iと線IIとは重なる関係になるけれども、便宜上、ずらして示している。
長さHが短くなる方向に変形するにつれて、螺旋状であった胴体部21Aは平面状となる方向に変化し、内径D0が拡大することにより、内周側接点部40Aが外周側接点部30Aの方向に接近する。また、螺旋状であった胴体部21Aは平面状となる方向に変化するときに帯状部22がねじれることにより、内周側接点部40Aがその上端41Aが外周側に倒れる方向に傾斜することによって、内周側接点部40Aが外周側接点部30Aに接近する方向に接近する。
ここで、図3(A)に示すように、折り返し部23A,24Aの配置は、外周側接点部30Aと内周側接点部40Aとが重なる方向の内径(直径)Dに関して対称であるため、胴体部21Aは全周に亘って一様に弾性変形する。よって、内周側接点部40Aが外周側接点部30Aに接近する方向とは異なる方向に無用に傾くことが起きない。このことによっても、内周側接点部40Aは外周側接点部30Aに正常に接近する。
コンタクト部材10の長さHが短くなってH1となると、遂には、図4(A),(B)に示すように、胴体部21Aの内径がD10となり、内周側接点部40Aの外周面が外周側接点部30Aの内周面に接触した状態となる。内周側接点部40Aが外周側接点部30Aに接触すると、胴体部21Aは信号伝送経路から除外され、接触して重なった状態でZ方向に並んでいる内周側接点部40Aと外周側接点部30Aとが直線の信号伝送経路となり、最短の信号伝送経路が形成され、信号伝送経路のインダクタンスは、図6に線IIIで示すように、急激に低下してナノヘンリーのオーダとなる。
内周側接点部40Aが外周側接点部30Aに接触すると、摩擦が発生し、押圧力Fは線Iaで示すように急激に増加する。反発力fも線IIaで示すように押圧力Fと同様に増加する。
図6中、100は、内周側接点部40Aが外周側接点部30Aに接触した直後の領域であり、コンタクト部材10は、この領域100の範囲内で使用される。なお、帯状部22の全長L2(図5(A)参照)が長いため、コンタクト部材10が領域100にまで押し縮められても、胴体部21Aに塑性変形は起きず、胴体部21Aの変形は依然として弾性変形の状態にあり、コンタクト部材10は良好なばね特性を有する。
よって、コンタクト部材10は、内周側接点部40Aの上端41Aと外周側接点部30Aの下端32Aとが夫々相手のパッド或いはコンタクト等にf1とf2の間の反発力で押し当たった状態で接触し、信号は、内周側接点部40Aから外周側接点部30Aを経て直線的に伝送される状態となる。よって、コンタクト部材10とパッド或いは半田ボールグリッド等との電気的接続は高い信頼性を有し、且つ、信号伝送経路のインダクタンスはナノヘンリー(nH)のオーダとなる。
ここで、内周側接点部40Aはその複数の球状の突起部43が外周側接点部30Aの内面30Aaと点で接触するため、仮に内周側接点部40Aの外面が平面であると仮定した場合に比較して、接触は高い信頼性でなされ、内周側接点部40Aと外周側接点部30Aとの電気的接続の信頼性は高い。
また、上記の球状の突起部43に代えて、例えば、切り起した切片を設けてもよい。
また、内周側接点部40Aと外周側接点部30Aは、軸線CL2の方向に沿って、内周側接点部40AがZ1側、外周側接点部30AがZ2側に位置するように食い違う位置関係にあるけれども、これとは逆に、内周側接点部40AがZ2側、外周側接点部30AがZ1側に位置するように食い違う位置関係でもよい。
ここで、本願発明と対比するため、図5(A)において、外周側接点部30Aと内周側接点部40Aとの間L1が仮に直線状の帯状部で連結されている形状の展開板部材を想像し、これを略環状としてなるコンタクト部材を想像してみる。このコンタクト部材は、内周側接点部40Aが外周側接点部30Aと接触する状態(前記の領域100)にまで押し縮められると、上記の直線状の帯状部が弾性限界を超えて塑性変形を起こす恐れがあり、ばね特性はよくない。
また、図5(C)に示すように、外周側接点部形成予定部30と内周側接点部形成予定部40との間がL1×2の長さの直線状の帯状体20Xでつながっている形状の展開板部材20X、を略環状に形成したコンタクト部材を想像してみる。このコンタクト部材のばね特性は、コンタクト部材10と似たものとなる。しかし、展開板部材20Xを一巻きさせてなる環状のコンタクト部材は、直径が大きくなってしまい、コンタクト部材を狭いピッチで配置することが困難となり、コンタクト部材を高密度に配置することが必要であるコネクタ或いはソケットには適さない。
図7及び図8(A)乃至(E)は本発明の実施例2であるコンタクト部材10Bを示す。コンタクト部材10Bは、胴体部21Bが、断面が矩形であること、及び、巻きが螺旋状でなく平面内であること以外は、図2及び図3(A),(B)に示すコンタクト部材10と同じ構成であり、略中空の角柱形状である。図7及び図8(A)乃至(E)中、図2乃至図4に示す構成部分と対応する構成部分には添字Bを付した同じ符号を付す。
コンタクト部材10Bは、形が矩形の略環状の胴体部21Bと、この胴体部21Bの一端の外周側接点部30Bと、この胴体部21Bの他端の内周側接点部40Bとを有する。
胴体部21Bは、折り返し部を有するS字形状の帯状部を四角柱形に折り曲げて形成してあり、矩形である筒状である。外周側接点部30Bと内周側接点部40Bとは、間に約0.05mmの隙間12Bをあけて対向しており、且つ、軸線CL2の方向に食い違っている。
このコンタクト部材10Bは、前記のコンタクト部材10と同じばね特性を有しており、長さが短くなる方向に圧縮されると、胴体部21Bを形成している帯状部が弾性的にねじられ、内周側接点部40Bが外側に変位されて外周側接点部30Bと接触する。
このコンタクト部材10Bは、例えば、LGA型ICパッケージ用コネクタ50の一部を構成する部品として使用される。
図9乃至図11はLGA型ICパッケージ用コネクタ50を示す。LGA型ICパッケージ用コネクタ50は、薄い板状のコネクタ本体51に、コンタクト部材10Bが組み込まれている構成である。
コネクタ本体51は、図12(A)乃至(D)及び図13に示すように、薄い絶縁性の板に、コンタクト部材組み込み孔52がマトリクス状に整列している構成である。コンタクト部材組み込み孔52は、コネクタ本体51を貫通していない形状である。コンタクト部材組み込み孔52は、コンタクト部材10Bに対応するサイズである略正方形の孔本体53と、底部55のうち孔52の一つの側壁寄りの箇所を貫通するスリット54を有する。スリット54はマトリクス状に整列している全部の孔本体53について同じ側に配置してある。
図11に示すように、コンタクト部材10Bは、孔本体53内に収容され、脚部33Bがスリット54に圧入されてこれを貫通した状態で、コンタクト部材組み込み孔52内に組み込まれている。
内周側接点部40Bの上端41Bはコネクタ本体51の上面51aより突き出ており、外周側接点部30Bの下端31B、即ち、脚部33Bの先端はコネクタ本体51の下面51bより突き出ている。
LGA型ICパッケージ用コネクタ50は、上面51aに内周側接点部40Bの上端41Bが、下面51bに外周側接点部30Bの下端31Bが夫々突き出して共にマトリクス状に整列している構成である。
このLGA型ICパッケージ用コネクタ50は、図9に示すように使用される。LGA型ICパッケージ用コネクタ50をプリント回路基板70上に置き、LGA型ICパッケージ60をLGA型ICパッケージ用コネクタ50上に載せ、カバー部材80をLGA型ICパッケージ60上に載せ、ねじ部材90を通し、プリント回路基板70の下面側でナット(図示せず)に螺合することによって、全体がプリント回路基板70上に固定されて、LGA型ICパッケージ60は実装される。各コンタクト部材10Bは、押圧されて、内周側接点部40Bが外周側接点部30Bと接触し、下端31Bがプリント回路基板70上のパッド71と接触し、上端41BがLGA型ICパッケージ60の下面の半田ボールグリッド61と接触した状態となる。コンタクト部材10Bの信号伝送路は、接触している内周側接点部40Bと外周側接点部30Bとよりなる直線状となり、インダクタンスはナノヘンリー(nH)のオーダとなる。
図14は本発明の実施例3であるコンタクト部材10Cを示す。このコンタクト部材10Cは、図15に示す形状の展開板部材20´を、前記実施例1の場合と同様に、螺旋状に約一巻き巻いてある構成である。
展開板部材20´は、図5に示す展開板部材20とは、胴体部形成予定部21が外周側接点部形成予定部30及び内周側接点部形成予定部40と繋がっている部分が、応力集中が起きにくいように、テーパ部25,26としてある点が相違する。テーパ部25,26は、中央に三角形の開口25a,26aを有する。
コンタクト部材10Cは、テーパ部25C,26Cが存在することによって、胴体部21Cの両端への応力集中が緩和され、前記実施例1のコンタクト部材10Aに比較して耐久性に優れた特性を有する。
図16(A)、(B)、(C)は本発明の実施例4であるコンタクト部材10Dを示す。コンタクト部材10Dは、図16(A),(B)に示す形状の展開板部材20Xを、前記実施例1の場合と同様に、螺旋状に一ターン強、巻いてある構成であり、略環状の胴体部21Dと、外周側接点部30Dと、内周側接点部40Dとを有する。外周側接点部30Dと内周側接点部40Dとは、間に約0.05mmの隙間12Dをあけて対向しており、且つ、軸線CL2の方向に食い違っている。
展開板部材20Xは、上側と下側とに切り欠き部110,111が形成してあり、胴体部形成予定部21Xの幅W10は、外周側接点部形成予定部30X及び内周側接点部形成予定部40Xの長さW20より狭くなっている。これによって、胴体部形成予定部の幅が外周側接点部形成予定部30Xの長さW20と同じである場合に比べて、コンタクト部材10Dのばね定数は低い。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、胴体部21等の形状を表す「環状」は、円形、矩形の他に三角形でもよい。
また、上記のコンタクト部材10A(10B、10D)は、外力が作用していない自然な状態で、内周側接点部40A(40B、40D)と外周側接点部30A(30B、40D)の間に隙間がなくて、内周側接点部40A(40B、40D)が外周側接点部30A(30B、40B)に軽く接触している構成でもよい。要は、内周側接点部40A(40B、40D)が外周側接点部30A(30B、40D)と対向している構成であればよい。
従来の1例のコンタクト部材を示す図である。 本発明の実施例1であるコンタクト部材の斜視図である。 図2のコンタクト部材を示す図である。 圧縮されて内周側接点部が外周側接点部と接触した状態を示す図である。 図2のコンタクト部材の展開図である。 図2のコンタクト部材の特性を示す図である。 本発明の実施例2であるコンタクト部材の斜視図である。 図7のコンタクト部材を示す図である。 LGA型ICパッケージ用コネクタをLGA型ICパッケージ、プリント回路基板及びカバー部材と併せて示す斜視図である。 LGA型ICパッケージ用コネクタを示す図である。 図10(A)中、XI-XI線に沿う拡大断面図である。 コネクタ本体を示す図である。 図12(A)中、XIII-XIII線に沿う拡大断面図である。 本発明の実施例3であるコンタクト部材の斜視図である。 図14のコンタクト部材の展開図である。 本発明の実施例4であるコンタクト部材の斜視図である。 図16のコンタクト部材の展開図である。
符号の説明
10,10B,10C、10D コンタクト部材
21A、21B、21C、21D 胴体部
23A,24A、23B,24B、 折り返し部
30A、30B、30C、30D 外周側接点部
32A 脚部
40A、40B、40C、40D 内周側接点部
25C,26C テーパ部
20 展開板部材
21 胴体部形成予定部
22 帯状部
23,24 折り返し部
30 外周側接点部形成予定部
40 内周側接点部形成予定部
43 突起部
110,111 切り欠き部

Claims (8)

  1. 帯状部が略環状に形成してある胴体部と、
    前記胴体部の一端に存在する外周側の外周側接点部と、
    前記胴体部の他端に存在して、前記外周側接点部の内側に位置する内周側接点部を有し、
    前記外周側接点部と前記内周側接点部とが、対向しており、
    前記内周側接点部が前記胴体部の軸線の方向に押圧されたときに、前記帯状部が弾性的にねじられ、前記内周側接点部が前記外周側接点部と接触するコンタクト部材であって、
    前記胴体部を形成する前記帯状部が、前記外周側接点部と前記内周側接点部との間の途中の箇所に折り返し部を有するコンタクト部材。
  2. 前記折り返し部は、二箇所であり、その位置は、前記外周側接点部と前記内周側接点部とが対向している方向の線に関して対称の位置である請求項1に記載のコンタクト部材。
  3. 前記胴体部は、前記コンタクト部材を展開した状態で、S字形状を有する請求項1に記載のコンタクト部材。
  4. 前記胴体部と前記外周側接点部との繋がり部及び前記胴体部と前記内周側接点部との繋がり部が、応力集中が起きにくいようにテーパ部としてある請求項1に記載のコンタクト部材。
  5. 前記内周側接点部と前記外周側接点部とは、前記内周側接点部の上端が前記外周側接点部の上端より上方に位置するように食い違っており、
    前記外周側接点部は、その下側の部分に脚部を有する請求項1に記載のコンタクト部材。
  6. 前記胴体部は、断面の形状が円或いは矩形である環状である請求項1乃至5のうち何れか一項に記載のコンタクト部材。
  7. 請求項1乃至6のうち何れか一項に記載のコンタクト部材の胴体部に対応する孔部を有するコネクタ本体を含み、
    請求項1乃至6のうち何れか一項に記載のコンタクト部材が、その胴体部を前記孔部に収容して前記コネクタ本体に組み込んであるコネクタ。
  8. 請求項5に記載のコンタクト部材の胴体部に対応する孔部と、前記外周側接点部の脚部に対応するスリットを有するコネクタ本体を有し、
    請求項5に記載のコンタクト部材が、その胴体部を前記孔部に収容して且つ前記脚部を前記スリットに固定して前記コネクタ本体に組み込んであるコネクタ。
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