JP2004509434A - リード片を用いない表面実装用リードリレー - Google Patents

Abstract

実質的にリード片を用いず、インダクタンスを可能な限り小さくすることができるリードリレー素子またはリードセンサー素子（１０２）は個々のユニットまたは複数のユニットとして製造することができる。リードリレー素子またはリードセンサ素子（１０２）は、素子の内部側の接点と素子の外部側の複数の接点（１３０、１３２、１３４）を有する基板（１１０）を備え、外部側の接点を内部側の接点に接続させることによって、信号経路が素子の内部構成部品に接続される。内部構成部品は、リードスイッチ（１００）、電気シールド（１４８）、コイルボビン、および巻線（１２０）からなり、励磁によってリードリレーを切り換えることができる。

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は概してスイッチング素子に関する。さらに詳細には、本発明は実質的にリード片を用いないことにより、信号経路を可能な限り短くし、周波数応答性を可能な限り大きくすることができる表面実装用リードリレーまたはリードセンサーに関する。本リードスイッチは、インダクタンスおよび配線容量が著しく小さいので、より高い周波数応答性を得ることができる。また、本発明はリードリレーの構成部品およびそれらの構成部品からなるアレイを製造する方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
電磁気リレーはかなり以前から電子工業界において知られている。このような電磁気リレーの１つの形式として、リードスイッチを内蔵するリードリレーが挙げられる。リードスイッチは２つの平坦な接触舌片からなり、磁気的に作動される装置である。接触舌片は、例えば、保護用不活性ガスが充填されているか、または真空に維持されている密封ガラス管内に配置されている。このスイッチはコイルまたは永久磁石のいずれかによる外部磁界によって作動される。外部磁界が付加されると、平行に重なり合っている接触舌片の端部が互いに引き付け合って接触し、スイッチを閉じる。逆に、磁界を取除くと、接触舌片は消磁され、静止位置まで弾性的に復帰し、スイッチを開く。
【０００３】
磁気コイルによって作動されるリードスイッチは典型的にはボビン、すなわち、糸巻状部材内に内蔵されている。巻線がボビンの外側に巻き付けられ、電源に接続される。コイルを流れる電流によって所定の磁界が生成し、ボビンのハウジング内に内蔵されているリードスイッチを作動させる。リード素子の用途によっては、５００ＭＨｚを超える周波数の信号を伝達する必要がある。そのような用途においては、一般的に銅、真鍮、または他の適切な導体金属からなるアースシールド導体がリードスイッチの周囲に配置される。アースシールド導体は通常円筒状に形成されている。シールド導体はリードスイッチとボビンのハウジング間に配置され、同軸高周波伝送系を構成する。この同軸系は外側のシールド導体とリードスイッチの中心に沿ってシールド導体と同軸に配置されるリードスイッチ信号導体からなる。アースシールド導体は、信号経路の所定のインピーダンスを維持し、スイッチ導体内の信号を保護するために用いられる。高周波の用途において、リードスイッチ素子は、理想的には、その素子が配置される回路の所定のインピーダンス条件とできるだけ整合するように構成される必要がある。
【０００４】
回路環境内において、回路の一体性と所定のインピーダンス整合を維持するために、好ましくは、同軸配置はその回路環境の全体にわたって同一であるように構成されるとよい。前述したように、リードスイッチの本体は必要とされる同軸環境を有している。一方、ユーザの回路基板のプリント信号配線は２つのアースリード線が同一面上において信号リード線の両側に「ストリップライン（帯線）」として配置される「導波管」の構成を有している。なお、アースリード線が配置されるアース面は信号導体面よりも下方に位置している。これらの技術を適切に用いることによって、適切な回路機能を得るのに必要な所定のインピーダンスを維持するための２次元の同軸配置と類似の環境が得られる。
【０００５】
しかし、リードスイッチ素子は物理的にパッケージ化された状態で、回路基板に相互接続され、所定の回路構成を形成する必要がある。通常、シールド端子および信号端子をリードフレーム構造に終端させた後、次工程の製造およびパッケージ化を容易にするために、リードスイッチ組立体をプラスチックのような誘電材料によって封止する。リードフレームのリード片は表面実装に適したガルウイング、すなわち、Ｊ字状に屈曲される。この場合、信号リード線または端子はリードスイッチの本体から空気中に延在し、回路基板に電気的に相互接続されるが、このような信号リード線のプラスチック誘電体から空気中への延在によって、スイッチ本体内において保たれていた信号リード線のシールド導体による同軸保護環境に不連続性が生じる。このような不連続性によって、リードスイッチ素子のインピーダンスが不正確かつ不確実になる。その結果、回路設計者は、同軸保護環境の不連続性およびその不連続性によるリードスイッチ素子のインピーダンスの劣化を補償するために、回路を特別に設計する必要がある。例えば、回路の調整方法として、浮遊インダクタンスおよび浮遊容量を加えることによって、不連続性を補償する方法が挙げられる。しかし、このような不連続性を補償する方法は好ましくない。何故なら、その方法は複雑であり、設計プロセスの効率を低下させ、回路の一体性を低減させるからである。このような観点から、上記のような回路の調整を極力行わずに、同軸保護環境の不連続性をなくす方法が望まれている。
【０００６】
一般的に、信号リード線内のインピーダンスを可能な限り小さくすることによって、信号の品質の劣化を防ぐと共に熱の発生を低減するために、信号リード線は高導電材料によって形成される。しかし、インダクタンスの問題はリード線の組成によって解決することができない。信号経路に沿って一方向に電流が伝播されると、その電流の伝播に応じて磁界が生成し、インダクタンスが生成する。このインダクタンスは信号経路内に逆方向の電流を生成する。信号経路内の望ましくないインダクタンスは回路の高周波数能力を低下させる。この影響はある程度は補償することもできるが、信号の周波数が大きくなると、信号の補償によってもインダクタンスの問題をなくすことができない。その結果、使用される周波数が制限され、素子の帯域が制限される。
【０００７】
個人消費者および産業界がより高速の信号処理、大きな帯域、および構成部品の薄型化を望むにつれ、マイクロ波領域の高周波数の信号に対しても、その信号の品質を劣化させずに、作動することができる小型の電子装置が必要とされている。さらに具体的には、極めて高い周波数の信号をその品質を殆どまたは全く劣化させることなく伝達させることができる小型装置が必要とされている。
【０００８】
［発明の要約］
本発明は、マイクロ波信号スイッチングおよび／または超小型の構成部品を必要とする用途に適した、リードリレーまたはリードセンサーのような電磁リードスイッチ素子を提供する。本リードリレースイッチおよびリードセンサーはより小さく、より製造が容易であり、また、単一ユニットとして用いることもできるしまたは複数のユニットに分割して用いることもできる稠密構造のアレイとして製造することができる。本発明の素子は、従来の表面実装技術および材料を用いて任意の回路基板に表面実装することができるので、素子の構成部品は特別の形態を有することもなく、容易に製造することができる。
【０００９】
ここに開示するリードスイッチ素子は、少なくとも１つの電気信号経路を有するリードスイッチと、リードスイッチの周囲に設けられる円筒状アースシールドを備えている。アース端子はアースシールドの両端側に接続され、かつアース端子は同一面において信号端子の両側に配置されている。リードスイッチは支持基板上に配置されている。導電信号経路は基板の本体内を延在し、信号端子に接続され、アース経路も基板の本体内を延在し、アース端子に接続される。アース経路は、信号経路と同一面上において、信号経路の両側に位置している。信号経路とアース経路は基板の本体から外部に露出し、任意の回路に接続される。このように、本リードスイッチ素子はインピーダンス環境を一定に制御した小型の表面実装に適したパッケージとして提供される。
【００１０】
本発明によるリードスイッチ素子は構成部品の形状を小さくし、かつ望ましくないインダクタンスを実質的に低減させた、実質的にリード片を用いない設計の素子である。従って、本発明による素子は、著しく高い周波数応答に基づいて、高周波信号をスイッチする用途に適している。さらに具体的には、本発明による素子はマイクロ波周波数の高速デジタルパルスをより短いまたは小さい信号経路を介してスイッチすることができる能力を有している。本発明による素子のさらに他の能力として、構成部品をモジュール化またはアレイ化することができるので、単一リレー装置のみならず多重スイッチング点を有するアレイ構造のリレー装置を安価に製造することができる。
【００１１】
従って、本発明の目的は小さな実装面積を有する小型リードスイッチパッケージを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は既存の回路環境のインピーダンスに容易に整合するようにパッケージの全体にわたってインピーダンス環境を制御することができるリードスイッチ素子を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は高周波信号を効率的に伝達することができる実質的にリード片を用いないリードスイッチパッケージを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は安価に製造することができるリードスイッチパッケージを提供することにある。
【００１５】
［発明の詳細な説明］
本発明の新規の特徴は「特許請求の範囲」に記載された通りである。以下、本発明のさらなる目的および利点と共に本発明の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。ただし、それらの実施例は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１６】
図１は本発明による単一ユニットとしてのリードスイッチ素子を示している。図において、リードスイッチ素子には、最終製品において内部リードスイッチ部品を被覆する熱成形による被覆モールドは設けられていない。基板１１０は内部構成部品１０２を内蔵できる開口を有している。図示の内部構成部品は、リードスイッチ１００、リードスイッチを実質的に包囲する電気シールド１４８、およびコイルボビンの周囲に巻かれた巻線からなるコイル組立体１２０からなる。コイルは電磁気的に励磁され、リードスイッチを作動させる。内部構成部品１０２は基板１１０内に着座している。この構成部品１０２は参照番号１５０によって示される２つの導体を電気的に接続する手段、例えば、導体エポキシ、導体ペースト、半田、または溶接部によって、複数の接点１３０、１３２、および１３４に終端する。コイル組立体１２０およびシールド１４８も同様に基板の接点１３２および１３４に終端する。
【００１７】
図２ａは基板１１２の底が開口された実施例を示している。この基板は１つ以上の内部構成部品（図示せず）を内蔵することができる長さと厚みを有する構造を備えている。基板の内部に内部構成部品を内蔵する中空の空間が形成され、基板の外部に複数の外面が形成されている。参照番号１３０は導電経路に連なる接点を示している。本実施例において、接点１３０は基板の外端にまで延長していない。すなわち、基板の外端と接点１３０間に逃げ領域が設けられている。図示される基板の上面の接点１３０はリードスイッチ（図示せず）の内部構成部品に接続されるようになっている。本実施例において、別の接点の組が基板の底面に設けられている（図示せず）。底面の接点は、表面実装時に、リードスイッチが組み込まれる回路基板と電気的に接続される。上面の内部接点と底面の外部接点は基板を貫通する導電バイア（ｖｉａ）を介して接続される（図示せず）。導電バイアは基板に孔を形成し、その孔に導電材料を充填するかまたはメッキすることによって得られる。
【００１８】
図２ｂに示される他の実施例において、基板１１４は、底面が閉じ、また、内部構成部品（図示せず）を内蔵するのに十分な長さと厚みを有する構造を備えている。この基板は内部構成部品を内蔵する凹部を有している。基板は、凹部によって画成される複数の内面と底面、および外部側面を有している。内部構成部品（図示せず）は内部接点に終端し、内部接点は導体経路を介して複数の外部接点と連通している。本実施例において、内部接点と外部接点を電気的に接続する導体経路は、基板の外面に沿って延在する導電性プリント配線または端子１３８によって具体化されている。
【００１９】
図３ａは片側が開口している以外は図２と同様の構造を有する基板１１６の実施例を示している。接点１３０は内部構成部品１０２と係合し、端子１３８と電気的に接続している。従って、本実施例において、導体経路は基板１１６から離れて形成されている。
【００２０】
図３ｂは実質的に薄い基板１１８の実施例を示している。複数のピン１３９は内部構成部品１０２に終端し、同時に、基板１１８上の内部構成部品１０２を拘束している。ピン１３９は基板１１８を貫通し、外部接点１３０に終端する。その結果、リードスイッチモジュールの外面から内部構成部品１０２に至る複数の伝導経路が得られる。
【００２１】
図４ａに示す実施例において、リードスイッチは底の開いた基板１１２を備えている。この基板１１２は内部構成部品を内蔵することができる中空の開口を有している。多数の接点１３０が基板１１２に設けられている。図４ｂは基板を省略した以外は図４ａと同じ実施例を示している。図において、接点１３０は基板の上面の内部接点と基板の底面の外部接点からなる。内部接点は内部構成部品に接続され、外部接点は回路基板上に素子を表面実装するのに用いられる接点である。内部接点および外部接点は、基板内の複数のメッキされた貫通孔内を延在することによって非導電基板材料内を貫通する導体経路を形成する導体、すなわち、バイア１４０を介して接続される。図４ｃはメッキされた貫通孔内を延在するバイア１４２が基板の１つ以上の面から露出している状態を示している。図４ｄは基板の複数の外面に露出している端子１３８からなる導体経路を示している。また、図４ｅは複数の面が開口された基板１１６に沿って内部構成部品１０２に延在する端子１３８からなる導体経路を示している。
【００２２】
図５は表面実装用リードスイッチモジュールの完成品を示している。この完成されたリードスイッチモジュールは、例えば、回路基板に表面実装することができる実質的にリード片を用いない設計に基づく構成を有している。リード片を用いないので、よりコンパクトな構造を得ることができ、モジュールの実装面積を低減することができ、かつパッケージのリード線のインダクタンスを実質的になくすことができる。図示するモジュールは底面に接点１３０を有する基板１１０を備えている。接点１３０は回路基板からモジュールの内部構成部品に延在する外部接点である。図５において、内部接点と内部構成部品は図示していない。被覆モールド１６０は熱可塑性材料からなり、基板と密着し、複数の外面を有するモジュールとして一体化している。また、被覆モールド１６０はモジュールの内部構成部品を封止している。
【００２３】
図６は本発明による一実施例を示す図であり、複数の内部構成部品を内蔵できるように基板を孔加工した状態を示している。図６において、セラミック基板２１４は底の閉鎖した基板であり、５０個のリードスイッチ素子（図示せず）を内蔵することができる５×１０の行列パターンで配列された孔を有している。本実施例において、基板２１４は５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ（２×２“）の寸法を有し、この寸法は５０個の完成されたリードスイッチ素子からなるスイッチモジュールの略実装面積に相当する。図７は５０個の完成されたリードスイッチ素子からなるスイッチモジュールの実施例を示している。図示するように、５０個のリードスイッチ素子（内部構成部品１０２）が基板２１４に配置され、次いで、前述のように電気的に終端されている。図８は、熱硬化性被覆モールド１６０が基板２１４の縁部から内側に引っ込んだ領域を除いて設けられた以外は、図７と同じ５０個のリードスイッチ素子からなるスイッチモジュールの実施例を示している。ここで、一実施例として、５０個のリードスイッチからなる１つのスイッチモジュールを５０のリードスイッチモジュールにダイシングによって分割するとよい。他の実施例として、５０個のリードスイッチからなる１つのスイッチモジュールを任意のリードスイッチアレイ、例えば、１×５アレイ、１×１０アレイ、２×１０アレイ、３×８アレイ、５×５アレイなどからなるモジュールにダイシングによって分割するとよい。さらに他の実施例として、５０個のリードスイッチアレイを単一モジュールとして用いるとよい。完成されたモジュールにおけるスイッチの数は用途における仕様および回路基板の所定の実装面積によって決定される。
【００２４】
図９、１０、１１、および１２は本発明の概略構造図である。線影１７０は本発明の一実施例によって形成された行列パターンで配列された素子を個々の構成素子に切断する場合の切断箇所を示している。図９に示すように、接点１３２、１３４、および１３６は回路基板からコイル組立体、シールド、およびリードスイッチ（図示せず）にそれぞれ延在する導電経路に連なる外部接点である。製造を容易にするため、具体的には、このような素子を任意のアレイに分割し易くするため、接点はいくつかのモジュールに跨って形成されている。図１０はダイシングによる切断前の基板２１４に形成された行列パターンで配列されたリードスイッチ構成部品を示している。メッキされた貫通孔１８０が基板に形成されている。本実施例において、貫通孔は完成品における外部接点と内部接点間のバイアまたは類似の導体経路をなす。図１１もまた基板２１４に形成された行列パターンで配列されたリードスイッチ構成部品を示している。接点１３２、１３４、および１３６は内部構成部品（図示せず）のコイル組立体、シールド、およびリードスイッチ要素にそれぞれ係合される内部接点である。接点１３２、１３４、および１３６の端子の縁部はこの図に示す基板２１４の端から内側に引っ込んで設けられている。図１２は図９、１０、および図１１を重ねた図である。外部接点および内部接点は総称的に参照番号１３０によって示されている。本実施例において、基板２１４は底開口構成であり、リードスイッチ素子および内部構成部品を内蔵する中心開口を有している。図示する外部接点１３０は開口から外側にずれ、逃げ領域をそれらの間に設けている。この逃げ領域を利用して、前述の被覆モールドプロセスを円滑に行うことができる。
【００２５】
図１３は本発明による２つの実施例を示している。すなわち、図１３ａは単一リードスイッチに示し、図１３ｂは複式リードスイッチを示している。これらの実施例において、内部構成部品１０２は図１３ａにおいては基板１１４、図１３ｂにおいては基板３１４に内蔵されている。内部構成部品１０２は複数の導電信号経路端子１３８（図１３ａ）および２３８（図１３ｂ）に終端している。図１３ｂにおいて、複式スイッチ素子はさらに「１入力端子―２出力端子」構成、すなわち、２つのスイッチへ信号を供給する１つの信号経路に連なる１つの端子１３８と２つのスイッチからそれぞれ信号を取出す２つの信号経路に連なる２つの端子２３８の構成を備えている。
【００２６】
図１４は本発明による複式リードスイッチの実施例を示している。図示するように、２つのスイッチ構成部品１０２は１つの基板３１４に配置され、１つの共通入力側信号経路端子１３８（１入力端子）と２つの個別の出力側信号経路端子２３８（２出力端子）に終端している。本発明によれば、他の構成、例えば、「４入力端子―１出力端子」構成、「２入力端子―１６出力端子」構成、「６入力端子―１出力端子」構成、または「２入力端子―６４出力端子」構成も可能である。このような構成は図示しないが図１４に示すのと実質的に同じようにして達成することができる。
【００２７】
図１５は、基板１１４および基板３１４に内蔵された内部スイッチ構成部品が被覆モールド１６０によって覆われる以外は、図１３の単一スイッチおよび複式スイッチの実施例の構成と同じ構成の実施例を示している。被覆モールド１６０は基板１１４および基板３１４の２つの縁部から内側に引っ込んだ領域を除いて形成される。従って、内部構成部品に電気経路と接続させる複数の端子１３８がその逃げ領域に露出する。
【００２８】
図１６は図１５のリードスイッチモジュールの表面実装特性を示している。完成されたモジュールはＰＣ基板に表面実装されるために上下逆に配置させることができる。完成されたスイッチの被覆モールド１６０の部分をＰＣ基板内の孔１９０に嵌合し、基板１１４の表面に露出した端子（この図においては示されていない）をＰＣ基板上の端子３３８と位置合わせする。この上下逆転実装によって、リードスイッチモジュールを、モジュールが占める基板の上側の空間を可能な限り小さくすることが望まれる用途に用いることができる。図１７は図１６の実施例におけるリードスイッチを上下逆にしてＰＣ基板に実装した状態を示す図である。被覆モールド（図示せず）はＰＣ基板（図示せず）の孔内に内蔵され、基板１１４がＰＣ基板の平面より上方に延在するリードスイッチモジュールの唯一の部分になる。ＰＣ基板３３８上の端子は、例えば、半田ボールまたは導電ペーストによってリードスイッチモジュール１３８上の端子に接続され、基板からリードスイッチに至る信号経路を形成する。本実施例において、スイッチおよびスイッチ端子は外部の電磁気力から効果的にシールドされている。図１８は図１７の上下逆に実装されたリードスイッチの破断図であり、スイッチモジュールの端子１３８とＰＣ基板の端子３３８間の電気的接続および端子１３８と接点１３２および１３４間の電気的接続をさらに示している。図１８において、被覆モールド１６０はＰＣ基板の開口すなわち孔内に内蔵されている。被覆モールド１６０および基板１１４は内部構成部品１０２を効果的に内蔵し、かつシールドしている。
【００２９】
本発明によるリードスイッチモジュールは１つ、さらに好ましくは、複数のリードスイッチ素子を備えている。各リードスイッチ素子は管内に内蔵された複数の接触舌片を備えている。これらの接触舌片は管の外側に延在する信号リード線に終端している。信号リード線は複数の信号接点に終端している。アースシールド導体が管の外側の周囲に配置され、複数のアース接点に終端している。磁気コイル組立体がアースシールド導体の外側の周囲に配置されている。この磁気コイル組立体はコイルボビンとそのコイルボビンに巻きつけられた巻線によって構成されている。巻線はコイル接点に終端している。１つ以上のリードスイッチ素子が基板上に着座かつ内蔵、またはそれ以外の形態で配置されている。基板はリードスイッチ素子に対応する上面と下面を有する本体を備えている。リードスイッチは基板上にそれらが占める空間が可能な限り小さくなるように、例えば、アレイまたは行列パターンで配置される。複数の導電経路がリードスイッチと電気的に接続した状態で基板の１つ以上の面に沿って配置されている。複数の導電経路は信号接点、アース接点、およびコイル接点に接続されている。これらの経路はさらに任意の回路の信号ライン、アースライン、および磁気コイルラインに接続することができる。被覆モールドが基板の上面に配置される。被覆モールドは内部構成部品、すなわち、リードスイッチ素子を覆っている。表面実装用リードスイッチモジュールの場合、被覆モールドは基板の複数の側端から内側に引っ込んだ領域を除いて形成される。従って、回路内の所定の電気経路に電気的に接続される端子の部分が被覆モールドから露出する。
【００３０】
ここで用いる「内部構成部品」という用語は、アースシールド導体、コイルボビン、およびコイルからなるリードスイッチ組立体またはリードセンサー組立体を意味する。リードスイッチは当業者にとって公知であるが、通常、以下の構成を有している。リードスイッチまたはリードセンサーは典型的には複数の導電性接触舌片を備え、磁気的に作動する装置である。接触舌片は、一般的に保護用不活性ガスが充填されたまたは真空に維持された密封管、例えば、ガラス管内の小さな空間内に互いにずれて内蔵されている。接触舌片は管の外側に延在する信号リード線に終端している。リードスイッチは、典型的には導電材料、例えば、真鍮、錫、金、アルミニウム、または銅からなるアースシールド導体によってシールドされている。アースシールドは、通常、リードスイッチの本体、すなわち管の外側を包囲する円筒状に形成され、素子のアース経路に終端している。コイルボビンがリードスイッチおよびアースシールド導体の外側を包囲して配置されている。コイルボビンは典型的にはプラスチック、セラミック、または他の非導電性材料によって形成される。導電線、例えば、銅線からなる巻線がコイルボビンの周囲に巻き付けられている。巻線は電源に終端している。巻線を流れる電流によって磁界が生成し、この磁界が接触舌片を互いに引き付けることによってリードスイッチまたはリードセンサーを作動させ、回路を閉鎖する。コイルドライバと一般的に呼ばれるスイッチング源を用いて磁気コイル組立体に間欠電流を付加し、リードスイッチ素子を制御することもできる。
【００３１】
ここで用いる「基板」という用語は、成形または機械加工によって製造することが可能な中実の非導電材料、例えば、セラミック材料、Ｇ１０レジンのようなプリント回路基板材料、熱硬化性プラスチック、あるいは他の中実の実質的に剛性のある材料を意味する。基板の材料の選択は各用途に必要な所定の熱的特性および誘電特性に依存して決定される。本発明による最も好適な実施例として、基板はセラミック材料からなるとよい。また、基板は内部構成部品を内蔵するのに適した長さと厚みを有している。本発明によれば、これらのリード構成部品を製造する技術の改善によって、それらの寸法は小さくなっているので、前述の基板はより多くのリードリレーまたはリードセンサーを内蔵することができる。基板は単一のリードスイッチを１つのスイッチモジュールとして製造するための基板として製造することができ、あるいは、複数のリードスイッチを１つのスイッチモジュールとして製造するための基板として製造することもできる。一実施例として、基板はその両側が実質的に平坦かつ実質的に平滑であるとよい。他の実施例として、基板はその一面に内部構成部品を内蔵する凹部を有しているとよい。さらに他の実施例として、基板は内部構成部品またはその一部を内蔵する中空の空間、すなわち、開口を有しているとよい。本発明による最も好適な実施例において、基板はセラミックからなり、底が閉鎖され、１つ以上の中空の凹部を有し、各凹部にリードスイッチを内蔵かつ固定または着座させるように構成されている。
【００３２】
リードスイッチモジュールの外面から内面に延在し、リードスイッチ素子に連通する導電経路が設けられる。これらの例として、プリント配線、端子、またはバイアなどが挙げられる。導電経路は、基板の１つ以上の面に沿って、それらを横切って、またはそれらを貫通し、内部構成部品と接続する電気経路、例えば、信号経路、アース経路、および磁気コイル組立体の経路を構成する。好適な実施例として、基板の１つ以上の面に沿って配置され、複数の接点、すなわち、信号接点、アース接点、および磁気コイル接点に電気的に接続されるプリント配線または端子を導電経路として用いるとよい。この実施例において、リードスイッチ素子はこれらの接点に電気的に接続される。さらに他の実施例として、複数のピンを内部構成部品と接続する電気経路として用いてもよい。この場合、複数のピンはリードスイッチ素子を包囲して固定する働きもある。さらに他の実施例として、メッキされた複数の貫通孔を基板に設けてもよい。この場合、貫通孔を基板の内部と外部との間に導電経路を形成するのに適した位置に設けるとよい。貫通孔は当業者にとって公知の標準的な方法によって形成するとよい。例えば、基板をモールド成形するときに貫通孔を設けてもよいし、機械加工または穴あけ加工によって貫通孔を設けてもよいし、さらに好ましくは、レーザによって貫通孔を設けてもよい。基板を貫通する孔または空間に導電材料、例えば、金、錫、アルミニウム、または他の公知の導電材料を埋め込むかまたはメッキするとよい。メッキの場合、標準的な貫通孔のメッキ技術を用いるとよい。このような導電経路は埋設による孔全体の導電部から構成されてもよいし、またはメッキによる孔の面に形成された線状の導電部であってもよい。このようにして、基板の外面の接点から基板の内面の信号接点、アース接点、およびコイル接点に延在する導電経路、すなわち、バイアを形成することができる。一実施例として、外部接点および内部接点は基板の縁部まで延長させず、むしろ、接点の縁と基板の縁との間に逃げまたは隙間を設けるとよい。
【００３３】
リードリレーまたはリードセンサー組立体は基板の上面、好ましくは、上述した凹部または開口に配置され、リードスイッチ素子を接点（すなわち、信号接点、アース接点、およびコイル接点）と終端させることによって固定される。このようなリードスイッチ素子の接点への終端は、２つの導体を電気的に接続するどのような手段、例えば、半田、導体ペースト、導電エポキシ、または溶接によって達成することができる、その結果、スイッチ内を延在する信号経路、アースシールド導体用のアース経路、および磁気回路を作動する電気経路を形成することができる。
【００３４】
ここで用いる「被覆モールド」という用語は内部構成部品（リードスイッチ素子）および接点の上方に一層以上配置され、内部構成部品および接点を絶縁またはシールドする材料を意味する。この被覆モールドはさらに内部構成部品をＲＦ信号からシールドすることができるシールド層を備えていてもよい。本実施例においては、シールド用のアース経路が設けられている。本発明による最も好適な実施例において、被覆モールドは熱硬化性プラスチック樹脂からなる。
【００３５】
以下、熱硬化性被覆モールドを基板および内部構成部品に設ける方法について説明する。まず、基板および電気的に終端されたリードスイッチ素子を成形装置内に配置する。成形装置は成形材料を押出しまたは注入する成形空間を形成する２つの面を有している。成形装置の１つの面を基板のリードスイッチ素子が配置された面と反対側の面、すなわち、外面と接触させる。この場合、熱硬化性モールドが完成品としてのモジュールの外面上の接点または端子を被覆しないようにするのが望ましい。従って、成形装置の一面を基板の外面上の接点の厚みに略相当する隙間だけわずかに浮かすように設定する。接点は基板の開口の縁から内側にわずかに引っ込んだ位置に配置されているので、基板の外面から浮かした成形装置の面は基板上の接点の縁部と係合し、基板の開口の底を密閉することができる。成形装置の他の面（すなわち、完成されたモジュールの上面、すなわち、内面と係合する面）は、内部構成部品、すなわち、リードスイッチ素子に対する隙間および接点または端子が配置された位置におけるそれらの接点または端子に対する隙間に相当するヘッドスペース（頭隙）を有し、それ以外の箇所は基板の表面と直接接触するように構成されている。成形装置の表面を基板および内部構成部品の一部を覆ってかつ一部と係合させた状態で、モールド材料を成形装置の両面間の空間に注入する。一実施例として、成形装置の表面の縁を直接基板の外周に接触させて、基板の上面の全体をシールしてもよい。この構成によれば、モジュールに連なる電気経路をすべて、モジュールの基板を貫通させ、モジュールの外面の接点と接続させるような表面実装に適したスイッチモジュールを製造することができる。しかし、本発明による最も好適な実施例における被覆モールドの形成プロセスによれば、被覆モールドを基板の上面にその複数の縁から内側に引っ込んだ領域を除いて形成し、それらの複数の端に沿って逃げ領域を設ける。この場合、端子はその長さ方向の一部のみが被覆モールドによって被覆され、上記の逃げ領域において露出している。
【００３６】
完成したリードスイッチまたはリードセンサーは一体構造を有する内蔵型モジュールであり、実質的にリード線を有していない。本素子は、例えば、構成部品取付け基板の面に従来の表面実装技術によって直接実装することができる。本発明による好適な実施例によれば、リードリレーまたはリードセンサーモジュールのアレイを製造することができる。このアレイをダイシングによって分割することによって、個々のモジュールを製造することができ、さらに好ましくは、複数のリードリレーまたはリードセンサーからなるモジュールを製造することができる。このようにして分割されたリードスイッチモジュールは実質的にリード線を有せず、表面実装することができる。
【００３７】
本発明によれば、コイルドライバをリードスイッチモジュールに設けることができる。例えば、１つ以上の集積回路ドライバをリードスイッチ列またはリレー列に、直列入力によってそれらをオン／オフ制御できるように、接続することができる。この場合、好ましくは、外部終端の必要性を少なくするために、単一直列ラインで接続するとよい。コイルドライバはスイッチモジュールに内蔵、すなわち、スイッチモジュールの外面に設置してもよいし、スイッチドライバの外部に設置してもよい。コイルドライバの位置はスイッチモジュールの用途およびスイッチモジュールを内蔵する装置に必要とされる物理的仕様に依存して決定するとよい。
【００３８】
本発明による表面実装用リードスイッチは多くの用途に用いられる。この素子の使用に関する一実施例として、例えば、高絶縁抵抗（典型的には、１０^１２オームよりも大きい抵抗）を有し、かつ高速パルスおよびマイクロ波領域内の高周波を切り換えかつ伝達させる能力を有するスイッチング素子を必要とする自動テスト機器の集積回路テスターを挙げることができる。本発明によるリードスイッチを内蔵する自動テスト機器は、プリント配線基板の試験、および高周波および／または高速デジタルパルスを切り換えおよび／または伝達する他の環境などの用途に用いられる。好適な一実施例において、本発明による素子を用いる自動テスト機器は、少なくとも１０ＧＨｚの周波数の無線周波数（ＲＦ）信号を切り換えまたは伝達することができ、また、少なくとも３ＧＨｚのクロック速度の高速パルスを、少なくとも５０ピコ秒のパルス立上がり時間をリードスイッチによって実質的に歪曲または実質的に捻回させることなく、切り換えまたは伝達することができる。
【００３９】
他の実施例において、本発明によるリードスイッチは減衰器として用いることができる。この場合、高周波および／または高速のデジタルパルスを複数のリードスイッチからなる減衰器を介して切り替えることによって、信号レベルを漸増的に低減させることができる。本発明によるリードスイッチは、半導体スイッチが同じ高周波信号を切り換える場合に生じる内部変調周波数の歪曲がないという特徴がある。
【００４０】
本発明の使用に関する他の実施例として、電気通信回路における送信／受信スイッチの用途が挙げられる。例えば、本発明のリードスイッチ素子を用いる電池作動装置の場合、非励磁位置（非作動位置）において、単極双投式リードスイッチはＯＦＦ状態で入力信号を受信する側と接続している。このリードスイッチを励磁すると、リレーの常開側に切り替わり、高周波の送信を開始する。本発明の使用例として、単なる例示に過ぎないが、携帯情報端末（ＰＤＡ）、双方向ポケベル、および携帯電話が挙げられる。また、本発明のリードスイッチは携帯電話のアンテナの切り替えの用途にも用いることができる。この場合、携帯電話が自動車内の鞘状ケース内の位置にあると、単極双投式リードスイッチは非励磁状態で自動車のアンテナ側に接続される。ここで、リレーを励磁すると、携帯電話は自動車の電池によって充電される。携帯電話を鞘状ケースから取出すと、リレーは非励磁状態になり、携帯電話のアンテナ側に接続される。以後、リレーには実質的に電源は投入されない。従って、携帯電話自身の電池からの電源の投入がなくなるので、電池の寿命を延ばすことができる。半導体スイッチの場合、連続的に電源の投入が必要であり、待機モードにおいても電池から貴重な電源を使用する。本発明において、リードスイッチの９００ＭＨｚにおける信号挿入損失は約０．１ｄＢでしかない。
【００４１】
本発明によるパッケージは、１つ以上のリードスイッチを収容することによって多重チャンネルを実現するパッケージに容易に変更することができる。この構成において、各チャンネルに対応するリードスイッチ間の相互接続を適切な相互接続用半田ボールを用いて行うとよい。多くの異なった相互接続端子を本発明のパッケージに用いることができる。回路基板への電気的相互接続用のＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）パッケージにおける半田ボールを用いるのが好ましいが、ピン・グリッドまたはランド・グリッドのような他の相互接続端子を用いてもよい。さらに、ＢＧＡソケット構成を用いることによって、必要に応じて、パッケージの取り外しまたは交換を容易に行うことができる。
【００４２】
本発明による表面実装用リードスイッチモジュールは、小型かつ薄型で、信号線をシールドすることによってインピーダンス環境を制御する必要のある装置にモジュールを容易に内蔵できるように構成されている。図１５、１６、１７、および１８に示される好適な実施例において、スイッチモジュールは基板に対応する少なくとも１つのリードスイッチを備え、さらにそれらのリードスイッチ、アースシールド、および磁気コイル組立体に終端する複数の端子を備えるように構成されるとよい。この実施例において、被覆モールドは基板の少なくとも１つの縁から引っ込んだ領域を除いて形成され、その逃げ領域に端子が露出する。この実施例によれば、スイッチモジュールを上下逆に実装し、回路基板の孔の凹みに被覆モールドを内蔵させることができる。
【００４３】
ここに例示した実施例に基づき、本発明の精神から逸脱することなく、種々の変更および修正をなすことができることは、当業者によっては明らかである。従って、当業者によってさらなる修正がなされたとしても、そのような修正はここに開示した内容の範囲に含まれる。すなわち、ここに例示した実施例に基づく修正および変更はすべて請求の範囲に包含されるとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
基板上に配置されたリードスイッチを示す図であり、内部スイッチ部品を示すために被覆モールドを省略している。
【図２】
底の開口した中空基板の実施例と底の閉鎖した中空基板の実施例であって、これらの基板におけるスイッチ接点を示す図である。
【図３】
片側の開口した基板の実施例と実質的に薄い基板の実施例であって、これらの基板におけるリードスイッチ内部構成部品を示す図である。
【図４】
基板内または基板の上に配置された導電信号経路を説明するためのいくつかの実施例を示す図である。
【図５】
内部スイッチ構成部品が被覆モールドに封止された完成品としてのリードスイッチを示す図である。
【図６】
５０個のリードスイッチ構成部品を内蔵するための基板アレイを示す図である。
【図７】
図６の基板アレイに５０個のリードスイッチ構成部品が挿入され、導電信号経路に終端された状態を示す図である。
【図８】
図６および図７に示す５０個の行列パターンの内部スイッチ構成部品が熱硬化性被覆モールドによって封止された状態を示す図である。
【図９】
本発明の一実施例の構造概略図であって、行列パターンのスイッチ群を個別のスイッチにダイシングによって切断する箇所を線影で示し、基板の底面の電気接点を示す図である。
【図１０】
ダイシング前の基板上の行列パターンのスイッチ群を示す図であって、基板の本体を貫通するメッキされた貫通孔からなる導体経路を示す図である。
【図１１】
本発明の一実施例の構造概略図であって、行列パターンのスイッチ群を個別のスイッチにダイシングによって切断する箇所を線影で示し、基板の上面の内部リードスイッチ構造部品が終端する電気接点を示す図である。
【図１２】
図９、１０、および１１の図面を重ねた図である。
【図１３】
本発明による単一リードスイッチの実施例と複式リードスイッチの実施例を示す図である。
【図１４】
複式リードスイッチの実施例を示す図であって、２つのスイッチ構成部品が１つの基板に配置され、共通の信号経路に終端している状態を示す図である。
【図１５】
図１３の単一および複式スイッチの実施例を示す図であって、スイッチは基板の端部から内側に引っ込んだ領域を除いて被覆モールドに封止され、信号経路を内部スイッチ構成部品に接続させる端子がその領域に露出している状態を示す図である。
【図１６】
図１５に示す実施例をさらに示す図であって、完成したスイッチの被覆モールド部分をＰＣ基板の孔に対応させ、露出した端子をＰＣ基板上の端子と位置合わせさせ、ＰＣ基板の信号経路をリードスイッチに接続する状態を示す図である。
【図１７】
図１６に示す実施例をさらに示す図であって、リードスイッチを上下逆にして実装する状態を示す図である。
【図１８】
上下逆に実装した後、ＰＣ基板に終端させたリードスイッチの破断図である。

Claims (23)

1. リードスイッチ素子、基板、複数の導電経路、および被覆モールドからなるリードスイッチモジュールにおいて、
   前記リードスイッチ素子は、管に内蔵された複数の接触舌片と、前記管の外側の周囲に配置されたアースシールド導体と、前記アースシールド導体の外側の周囲に配置された磁気コイル組立体からなり、前記接触舌片は前記管の外側に延在する信号リード線に終端し、前記信号リード線は複数の信号接点に終端し、前記アースシールド導体は複数のアース接点に終端し、前記磁気コイル組立体はさらにコイルボビンと前記コイルボビンに巻き付けられた巻線からなり、前記巻線はコイル接点に終端し、
   前記基板は上面と下面を有する本体を備え、前記リードスイッチ素子が前記基板上に配置され、
   前記複数の導電経路は前記リードスイッチ素子と電気的に接続された状態で前記基板の１つ以上の面に沿って配置され、前記複数の導電経路は前記信号接点、前記複数のアース接点、および前記コイル接点に接続され、前記経路はさらに任意の回路の信号ライン、アースライン、および磁気コイルラインに接続可能であり、
   前記被覆モールドは前記リードスイッチ素子を覆って前記基板の上面に配置される
   ことを特徴とするリードスイッチモジュール。
2. 前記基板は誘電材料からなることを特徴とする請求項１に記載のリードスイッチモジュール。
3. 前記基板はセラミック材料からなることを特徴とする請求項１に記載のリードスイッチモジュール。
4. 前記経路は複数の半田ボールによって前記回路に接続されることを特徴とする請求項１に記載のリードスイッチモジュール。
5. 前記基板は十分に薄く、かつその両面が平坦であり、前記経路は前記リードスイッチ素子の前記信号リード線、前記アースシールド導体、および前記コイル組立体と電気的に接続した状態で複数の接触ピンに終端することを特徴とする請求項１に記載のリードスイッチモジュール。
6. 前記基板はその一面に前記リレー、シールド、コイルボビン、およびコイルが内蔵かつ着座する凹部を有していることを特徴とする請求項１に記載のリードリレー素子。
7. 前記基板は前記リレー、シールド、コイルボビン、およびコイルが内蔵かつ着座する中空の空間を有していることを特徴とする請求項１に記載のリードリレー素子。
8. 前記素子は高周波応答性を維持し、少なくとも１０ＧＨｚの周波数の無線周波数信号を伝達することができることを特徴とする請求項１に記載のリードリレー素子。
9. 前記素子は高速デジタルパルスを、少なくとも３０ピコ秒から少なくとも５０ピコ秒の範囲のパルス立上がり時間を実質的に歪ませずまたは捻らせずに維持して、少なくとも３ＧＨｚのクロック速度で伝達することができることを特徴とする請求項１に記載のリードリレー素子。
10. リードスイッチ素子、基板、複数の導電経路、および被覆モールドからなるリードスイッチモジュールにおいて、
    前記リードスイッチ素子は、管に内蔵された複数の接触舌片と、前記管の外側の周囲に配置されたアースシールド導体と、前記アースシールド導体の外側の周囲に配置された磁気コイル組立体からなり、前記接触舌片は前記管の外側に延在する信号リード線に終端し、前記信号リード線は複数の信号接点に終端し、前記アースシールド導体は複数のアース接点に終端し、前記磁気コイル組立体はさらにコイルボビンと前記コイルボビンに巻き付けられた巻線からなり、前記巻線はコイル接点に終端し、
    前記基板は上面と下面を有する本体を備え、前記リードスイッチ素子が前記基板上に配置され、
    前記複数の導電経路は前記リードスイッチ素子と電気的に接続された状態で前記基板の１つ以上の面に沿って配置され、前記複数の導電経路は前記信号接点、前記複数のアース接点、および前記コイル接点に接続され、前記経路はさらに任意の回路の信号ライン、アースライン、および磁気コイルラインに接続可能であり、
    前記被覆モールドは、前記基板の複数の側端部から内側に引っ込んだ領域を除いて前記リードスイッチ素子を覆って、前記基板の上面に配置されている
    ことを特徴とするリードスイッチモジュール。
11. 前記経路は前記被覆モールドによって部分的に被覆され、前記経路の露出部によって、前記リードスイッチモジュールが任意の回路基板に表面実装されることを特徴とする請求項１０に記載のリードスイッチモジュール。
12. 前記モジュールの前記被覆モールドは任意の回路基板の孔に内蔵され、前記回路基板上の前記モジュールの外形が小さくなることを特徴とする請求項１１に記載のリードスイッチモジュール。
13. 複数のリードスイッチ素子、基板、複数の導電経路、および被覆モールドからなるリードスイッチモジュールにおいて、
    前記複数のリードスイッチ素子は、各々、管に内蔵された複数の接触舌片と、前記管の外側の周囲に配置されたアースシールド導体と、前記アースシールド導体の外側の周囲に配置された磁気コイル組立体からなり、前記接触舌片は前記管の外側に延在する信号リード線に終端し、前記信号リード線は複数の信号接点に終端し、前記アースシールド導体は複数のアース接点に終端し、前記磁気コイル組立体はさらにコイルボビンと前記コイルボビンに巻き付けられた巻線からなり、前記巻線はコイル接点に終端し、
    前記基板は前記リードスイッチ素子のアレイに対応する上面と下面を有する本体を備え、前記リードスイッチ素子が前記基板上に配置され、
    前記複数の導電経路は前記リードスイッチ素子と電気的に接続された状態で前記基板の１つ以上の面に沿って配置され、前記複数の導電経路は前記信号接点、前記複数のアース接点、および前記コイル接点に接続され、前記経路はさらに任意の回路の信号ライン、アースライン、および磁気コイルラインに接続可能であり、
    前記被覆モールドは、前記基板の複数の側端部から内側に引っ込んだ領域を除いて前記リードスイッチ素子を覆って、前記基板の上面に配置されている
    ことを特徴とするリードスイッチモジュール。
14. 前記経路は前記被覆モールドによって部分的に被覆され、前記経路の露出部によって、前記リードスイッチモジュールが任意の回路基板に表面実装されることを特徴とする請求項１３に記載のリードスイッチモジュール。
15. 前記モジュールの前記被覆モールドは任意の回路基板の孔に内蔵され、前記回路基板上の前記モジュールの外形が小さくなることを特徴とする請求項１４に記載のリードスイッチモジュール。
16. 前記基板は誘電材料からなることを特徴とする請求項１３に記載のリードスイッチモジュール。
17. 前記基板はセラミック材料からなることを特徴とする請求項１３に記載のリードスイッチモジュール。
18. 前記経路は複数の半田ボールによって前記回路に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載のリードスイッチモジュール。
19. 前記基板は十分に薄く、かつその両面が平坦であり、前記経路が前記リードスイッチ素子の前記信号リード線、前記アースシールド導体、および前記コイル組立体と電気的に接続した状態で複数の接触ピンに終端していることを特徴とする請求項１３に記載のリードスイッチモジュール。
20. 前記基板はその一面に前記リレー、シールド、コイルボビン、およびコイルが内蔵かつ着座する凹部を有していることを特徴とする請求項１３に記載のリードリレーモジュール。
21. 前記基板は前記リレー、シールド、コイルボビン、およびコイルが内蔵かつ着座する中空の空間を有していることを特徴とする請求項１３に記載のリードリレーモジュール。
22. 前記素子は高周波応答性を維持し、少なくとも１０ＧＨｚの周波数の無線周波数信号を伝達することができることを特徴とする請求項１３に記載のリードリレーモジュール。
23. 前記素子は高速デジタルパルスを、少なくとも３０ピコ秒から少なくとも５０ピコ秒の範囲のパルス立上がり時間を実質的に歪ませずまたは捻らせずに維持して、少なくとも３ＧＨｚのクロック速度で伝達することができることを特徴とする請求項１３に記載のリードリレーモジュール。

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