JP3708470B2 - ボールグリッドアレーコネクタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電気コネクタに関し、特に、ピングリッドアレーを有する電子(電気)部品に接続される、表面実装用の多数のはんだボールを有するボールグリッドアレーコネクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボールグリッドアレーコネクタとして、特開2000−357572号公報に開示されたICパッケージ用ソケットが知られている。このソケットは、マトリックス状に配列された多数のコンタクトを有するベースハウジングと、このベースハウジング上を摺動する、前記コンタクトに対応する開口を有するカバーハウジングを備えている。コンタクトは、はんだボール或いはタインを介してプリント基板(以下、単に基板という)に接続される。カバーハウジング上には、ピングリッドアレーを有するICパッケージが、ベースハウジング側のコンタクトと接続されるために載置される。ICパッケージは、極めて多極であるため、ピンとコンタクトとの接続抵抗が大きい。そのため、ICパッケージの電極となるピンをカバーハウジングの開口内に抵抗なく挿入した後、ICパッケージを載置したカバーハウジングを倍力機構により摺動させて、コンタクトとピンとの電気的接続を行うようになっている。
【0003】
カバーハウジングを摺動させる機構として、てこの原理を利用した駆動機構がソケットの端部に設けられている。この駆動機構においては、カバーハウジングを摺動させてピンとコンタクトとを接続するのに大きな力を要するため、スクリュードライバ等の工具によって操作される。このため、駆動機構部内のてこの作用部に大きな力が加わるため、駆動機構部には耐久性の観点から作用部分に金属部品が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術においては、重い金属部品を使用した駆動機構部がソケットの端部にあることによって必然的にソケットの重心が偏る。換言すると、ソケットの重心は、基板にはんだ付けされてソケットを基板に固定するコンタクト或いは、はんだボールの領域(はんだ付領域)の中心よりも、駆動機構部側に偏った位置になる。
【0005】
このようなはんだ付領域の中心と、ソケットの重心との位置ずれによって、ソケットを基板にリフローはんだ付けする工程において、次のような問題が生じる虞がある。即ち、リフローはんだ付時に、重い駆動機構部側が基板に近づくように、また、駆動機構部と反対側の軽いソケット端部が基板から離れるように回転モーメントを生じる。その結果、基板に対してソケットが傾いて取付けられたり、電気的な接続不良が生じる虞もある。また、ICパッケージを装着した後、ソケットには、ICパッケージの放熱のためにヒートシンクが取付けられることがある。このヒートシンクが、基板に平行に位置決めして取付けられる基板取付型のものである場合は、ヒートシンクは、傾斜したソケットに取付けられたICパッケージの傾斜した表面と適切に面接触せず、十分な放熱効果が得られないという問題が生じる。特に、近年のコンピュータのCPUは、高速で作動するようになって、CPUから放出される熱量が格段に増大しているが、放熱効果が不十分な場合、CPUの作動に致命的な影響を与える虞がある。
【0006】
また、他の電子(電気)部品を基板の反対側の面に実装するために、再度リフローはんだ付け工程に回される場合がある。この工程では、既に基板に取付けられた前述のソケットは、基板の下側、即ち基板に吊り下げられた状態となり、基板の上面側には他の電子部品が載置される。この再度のリフローはんだ付工程において、基板の周囲の雰囲気温度が高温になると、ソケットのはんだ付部(コンタクトのタインのはんだ付部或いは、はんだボールの部分)も軟化し溶融する。一般的に溶融したはんだ接続部は、表面張力があるために、この状態でも基板に取付けられた状態となっている。しかし、前述のソケットの重心位置が、はんだ付領域の中心から位置ずれしていると、重い駆動機構部により、今度は逆に駆動機構部側の端部が基板から離れる方に回転モーメントを生じるために、ソケットは基板に対して傾き、このまま固定されてしまう虞がある。場合により、電気的接続が不良となったり、ソケットそのものが基板から脱落してしまう虞もある。
【0007】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、はんだボールの配列された領域(はんだ付領域)の中心と、ハウジング組立体の重心がずれている場合でも、コネクタを常に基板と平行にリフローはんだ付けすることができるボールグリッドアレーコネクタを提供することを目的とするものである。
【0008】
本発明の他の目的は、基板に取付けられたコネクタに、十分な放熱効果が得られるように基板取付型のヒートシンクが取付けられるボールグリッドアレーコネクタを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールグリッドアレーコネクタは、相手方コンタクトに接触するマトリックス状に配列された多数のコンタクトと、このコンタクトを収容する絶縁ハウジングと、絶縁ハウジングの底面にコンタクトに対応し且つこのコンタクトと導通して配置されたはんだボールとを有し、はんだボールにより基板へのはんだ付けがなされるハウジング組立体を備え、ハウジング組立体の重心がはんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているボールグリッドアレーコネクタにおいて、ハウジング組立体を基板にリフローはんだ付けする際に、偏倚した重心によりはんだボールが基板から離れるように生じる回転モーメントを阻止する姿勢補償部材が、ハウジング組立体に設けられていることを特徴とするものである。
【0010】
この姿勢補償部材は、例えば、ハウジング組立体の重心側の端部から基板側に突出した、基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグとすることができる。
【0011】
さらに、ハウジング組立体は、ベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ICパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、ハウジング組立体の端部にはカバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、ベースハウジングにはカム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、半田ペグが、基部プレートと一体に形成された構成とすることができる。
【0012】
また、姿勢補償部材は、ハウジング組立体の重心側の底面に位置するよう構成することができる。
【0013】
【発明の効果】
本発明のボールグリッドアレーコネクタは、ハウジング組立体の重心がはんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているが、このハウジング組立体を基板にリフローはんだ付けする際に、偏倚した重心によりはんだボールが基板から離れるようにハウジング組立体に生じる回転モーメントに起因するハウジング組立体の傾きを阻止する姿勢補償部材が、ハウジング組立体に設けられているので次の効果を奏する。
【0014】
即ち、はんだ付領域の中心とハウジング組立体の重心がずれている場合でも、姿勢補償部材によって、コネクタを常に基板と平行にリフローはんだ付けすることができ、コネクタと基板との電気的接続が確実になされる。特に、コネクタが基板に逆さに配置された状態で、他の電子部品を基板表面にリフローはんだ付けする場合にその効果が大きい。すなわち、姿勢補償部材により、基板への取付姿勢が平行に維持され、基板から脱落することもない。
【0015】
また、姿勢補償部材が、ハウジング組立体の重心側の端部から基板側に突出した、基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグとした場合は、はんだボールが基板から離れるようにハウジング組立体に生じる回転モーメントによりハウジング組立体が基板に対して傾こうとするのを、この基板側に突出したはんだペグが基板に当接して阻止するため、簡単な部品で姿勢補償部材を構成することができる。
【0016】
さらに、ハウジング組立体が、ベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ICパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、ハウジング組立体の端部にはカバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、ベースハウジングにはカム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、半田ペグが、基部プレートと一体に形成された構成とした場合は、部品を共用することで部品点数を低減することができる。また、基板と平行な基板取付型のヒートシンクをコネクタのICパッケージと適切に面接触させ十分な放熱効果が得られるように取付けることができる。
【0017】
また、姿勢補償部材が、ハウジング組立体の重心側の底面に位置するよう構成した場合は、姿勢補償部材をコネクタの外周から外側へ突出させることがないのでコネクタの占有面積を最小にすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボールグリッドアレーコネクタ(以下、単にコネクタという)の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明のコネクタの平面図、図2は、図1のコネクタの2−2線に沿う縦断面図、図3は、図1のコネクタの回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図、図4は、図1のコネクタの2回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図、図5は、基板に取付けられたコネクタにICパッケージと、ヒートシンクを取り付けた側面図を示し、図5(A)はコネクタが基板に適切に取付けられていない状態、図5(B)は、適切に取付けられている状態を夫々示す。
【0019】
最初に、図1および図2を参照して説明する。コネクタ1は、図2に最もよく示すように、絶縁性のベースハウジング(絶縁ハウジング)2と、このベースハウジング2上に摺動可能に配置されるカバーハウジング4を有する。ベースハウジング2には、図示しない電極となるコンタクトが、マトリックス状に多数配置されている。これらの各コンタクトには、基板100(図2)にはんだ付けされるはんだボール6が電気的に接続されている。即ち、はんだボール6も、コンタクトに対応してベースハウジング2にマトリックス状に配置されている。ベースハウジング2の端部50には、ベースハウジング2の底面8から僅かに突出したスタンドオフ54がベースハウジング2と一体に形成されている。はんだボール6は、ベースハウジング2の底面8から基板100側に、スタンドオフ54よりも僅かに突出している。
【0020】
また、コネクタ1のボールグリッドアレー、即ち、多数のはんだボール6が配列された領域(はんだ付領域)10から外れた端部50に、カバーハウジング4をベースハウジング2の上面12に沿って、摺動させる駆動機構部14を有する。この駆動機構部14は、特開2000−173735号に開示された金属製の偏心カム部材を有するスライド機構と同様なものである。
【0021】
この駆動機構部14の概略を以下に説明する。ベースハウジング2のスタンドオフ54が形成された端部50の底面8には凹部16が形成され、それに対応するベースハウジング2の上面12には、後述するはんだペグ20を有する基部プレート19が配置される凹み18が形成されている。凹部16と凹み18は、貫通孔26で連通している。他方、凹み18に対応するカバーハウジング4の部分には、凹所22が形成されている。この凹所22内に、孔24aが形成された金属板24が固定されている。
【0022】
これらの孔24a、貫通孔26には、金属製のカム部材28が挿通され、取付けられて、ハウジング組立体42が構成される。カム部材28は、工具係合溝30(図1)を上面に有するフランジ部32を有し、フランジ部32の下面略中央から胴部34が垂下する。胴部34は、金属板24の孔24a、基部プレート19の孔20aおよびベースハウジング2の貫通孔26に挿通され、凹部16内に突出して、先端部36にワッシャ38が固定されて抜止めされる。カム部材28は、基部プレートの孔20aで回動可能に支持される。
【0023】
基部プレート19は、ベースハウジング2の凹部16を形成したことによるベースハウジング2の薄肉部分を補強するとともに、カム部材28を支持する役割を有する。カム部材28をベースハウジング2に確実に支持する必要があるため、基部プレート19は、図には示されていないが、はんだペグ20の両側にコネクタ1の一辺の両端部近傍まで延在する矩形形状を有し、広範囲に亘るベースハウジング2の部分でカム部材28から受ける力を支持するようになっている。胴部34の金属板24に対応する部分の外周にはカム40が形成されており、カム部材28を回動させるとこのカム40が金属板24とカム係合して駆動し、この金属板24がカバーハウジング4を摺動させるように構成されている。
【0024】
姿勢補償部材となるはんだペグ20は、ベースハウジング2の凹み18に配置される平坦部48即ち基部プレート19の部分と、ベースハウジング2の端部50から外方に延出し、基板100側に折り曲げられ、さらに基板100と略平行に延出するタイン部52を有する。タイン部52は、切欠き52aを有する。この切欠き52aは、タイン部52が基板100にはんだ付けされたときのはんだフィレットが形成される長さ即ち周長を大きくして、溶融したはんだによる表面張力を大きくするためのものである。タイン部52の突出高さは、前述のスタンドオフ54よりも僅かに基板100側に突出している。
【0025】
図1に最もよく示すように、はんだ付領域10に対応するカバーハウジング4の上面46には、ICパッケージ90(図5)の図示しないピン(電極)を受容する多数の開口44がマトリックス状に形成されている。図1ではこの開口44は、最も外側と最も内側の部分のみを示し、中間部分は省略して示す。はんだ付領域10の中心をCとすると、ハウジング組立体42の重心Gは、中心Cから駆動機構部14側に偏倚した位置となる。この理由は駆動機構部14には金属板24、カム部材28が設けられており重量があるためである。この位置をいま仮にGとすると、図1および図2に示すように中心Cから偏倚した位置となる。
【0026】
次に、ハウジング組立体42を基板100上に、はんだ付けする工程について、図3および図4を参照して説明する。リフローはんだ付の際は、ハウジング組立体42は、基板100上に何の支えもなく単に載置された図3に示す状態となる。そして雰囲気温度が、はんだボール6の溶融温度に達すると、はんだボール6が溶けだして、基板100の所定位置即ち図示しない導体パッドにはんだボール6が融着される。このとき、重心Gがはんだ付領域10の中心Cから偏倚しているため、ベースハウジング2の端部50に、矢印M1で示す方向に回転モーメントが生じて沈む虞がある。換言すると、図3において、右側が低く、左側が高くなる虞がある。
【0027】
しかし、前述のはんだペグ20のタイン部52が基板100側に突出してはんだ付けされるので、このタイン部52によって沈み込みが阻止され、ハウジング組立体42の上面46は、基板100と平行に維持される。そして、リフローはんだ付工程が完了すると、溶融したはんだボール6のはんだが固化して、ハウジング組立体42が基板100に固定される。この工程では、はんだペグ20はスタンドオフ54のような役割をするが、基板100にはんだ付けされて固定される点で相違する。このはんだペグ20の役割は、次に説明する再度のリフローはんだ付工程についての説明により、その重要性が一層明確になる。
【0028】
次に、図4を参照して、コネクタ1が取付けられた基板100の裏面102に、さらに他の電子部品104を表面実装するために、再度リフローはんだ付工程を行うときのコネクタ1の状態について説明する。電子部品104は、基板100上に載置されて、高温の雰囲気中で前述したように基板100に表面実装される。しかし、このとき、コネクタ1のはんだ取付部も、高温に曝されるため軟化する。そして、重心Gがはんだ付領域10の中心Cから偏倚しているため、M1とは逆の矢印M2で示す回転モーメントが生じ、図4においてコネクタ1の左側が下がった状態となる。このため、ベースハウジング2の端部50に近いはんだボール6aが最も基板100から離れやすくなり、接続が不安定となる。このままリフローはんだ付工程を終了すると、コネクタ1は傾斜したまま基板100に固定されてしまう。最悪の場合は、リフローはんだ付中に、はんだボール6aの側からはんだ付部が次々に剥がれてコネクタ1が基板100から脱落してしまうことになる。
【0029】
しかし、前述のはんだペグ20の比較的広い面積のタイン部52の部分で基板100に確実にはんだ付けされているので、回転モーメントM2が生じても、コネクタ1は、タイン部52の表面張力によって姿勢を変化させることなく、上面46は基板100と平行に維持される。このように、はんだペグ20は、リフローはんだ付時のコネクタ1の姿勢を制御するという重要な役割を有する。この点で、はんだペグ20は、通常、電子部品等に使用される、単に基板への取付に使用される従来のはんだペグとは全く異なる機能を有するものである。
【0030】
次に、図5を参照して、ICパッケージ90と、ヒートシンク92がコネクタ1に取付けられた状態について説明する。図5(A)に示すように、コネクタ1が、基板100上に適切に取付けられていない状態、即ち基板100に対して傾斜している状態では、コネクタ1のはんだボール6と基板100との電気的接続が不安定になるとともに、コネクタ1に搭載されるICパッケージ90の上面90aも傾斜してしまう。そのため、基板100に平行に取付けられるヒートシンク92の底面94が、ICパッケージ90の上面90aと面接触せず十分な放熱効果が得られないことが理解できよう。
【0031】
図5(B)に示すように、コネクタ1が適切に取付けられた状態の時は、コネクタ1の姿勢が正しく維持されて、ハウジング組立体42の上面46、ICパッケージ90の上面90a、ヒートシンク92の底面94が、基板100に対し平行になるため、信頼性の高い電気的接続がえられ、ICパッケージ90の上面90aとヒートシンク92の底面94が面接触するので十分な放熱効果が得られる。
【0032】
次に本発明の実施例について説明する。
実施例
満足できる性能を得るためには、コネクタ1の傾斜角度は±0.2°の範囲内にあることが要求されているが、本発明のコネクタについて、各々のはんだペグの高さに付き、13回の実験を行った結果、次の通りであった。
【表1】
以上の実験の結果から、はんだペグ20の、スタンドオフからの高さが、0.1mm、0.2mmおよび0.3mmの場合に、コネクタ1の傾斜角度は、十分±0.2°以内の範囲内にあることが実証された。
【0033】
以上、本発明について好ましい実施形態を参照して詳細に説明したが、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、駆動機構部は、マイナスのスクリュードライバにより作動させるものの他、従来知られているレバー式のものでもよい。また、上記の実施形態は、ICパッケージ用ソケットについて説明したが、通常の基板に表面実装される多極のボールグリッドアレーを使用し、且つ相手コネクタと接続されるコンタクトを有する電気コネクタであっても勿論よい。
【0034】
はんだペグ20の切欠き52aは、1つに限定されるものではなく複数個設けてもよい。また駆動機構部14の位置は、コネクタ1の中心軸線上になくとも、例えば図1の右上から右下に至る任意の位置にあってもよい。
【0035】
本発明の実施形態においては、姿勢補償部材となるはんだペグ20を、ベースハウジング2の端部50に設けた場合について説明したが、端部50と反対側の端部に設けてもよい。また、反対側の端部には、重量のバランスをとるための、比較的重量のある付加物を取付けるか或いは、ベースハウジング2および/またはカバーハウジング4と一体に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のボールグリッドアレーコネクタの平面図
【図2】図1のコネクタの2−2線に沿う縦断面図
【図3】図1のコネクタの1回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図
【図4】図1のコネクタの2回目のリフローはんだ付け時の位置を示す側面図
【図5】基板に取付けられたコネクタにICパッケージと、ヒートシンクを取り付けた側面図を示し、(A)はコネクタが基板に適切に取付けられていない状態、(B)は、適切に取付けられている状態を夫々示す。
【符号の説明】
1 ボールグリッドアレーコネクタ
2 ベースハウジング(絶縁ハウジング)
4 カバーハウジング
6 はんだボール
8 底面
19 基部プレート
20 はんだペグ(姿勢補償部材)
28 カム部材
42 ハウジング組立体
90 ICパッケージ
100 基板
C 中心
G 重心
Claims (3)
- 相手方コンタクトに接触するマトリックス状に配列された多数のコンタクトと、該コンタクトを収容する絶縁ハウジングと、該絶縁ハウジングの底面に前記コンタクトに対応し且つ該コンタクトと導通して配置されたはんだボールとを有し、該はんだボールにより基板へのはんだ付けがなされるハウジング組立体を備え、該ハウジング組立体の重心が前記はんだボールが配置された領域の中心から偏倚しているボールグリッドアレーコネクタにおいて、
前記ハウジング組立体を前記基板にリフローはんだ付けする際に、前記偏倚した重心により前記はんだボールが前記基板から離れるように前記ハウジング組立体に生じる回転モーメントに起因するハウジング組立体の傾きを阻止する姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体に設けられ、
前記姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体の前記重心側の端部から前記基板側に突出した、該基板表面上に半田付けされる金属製の半田ペグであることを特徴とするボールグリッドアレーコネクタ。 - 前記ハウジング組立体がベースハウジングと、その上に摺動可能に配置される、ICパッケージを載置するカバーハウジングとを有し、前記ハウジング組立体の前記端部には前記カバーハウジングを摺動させるカム部材が配置され、前記ベースハウジングには前記カム部材を支持する金属製の基部プレートが固定され、前記半田ペグが、前記基部プレートと一体に形成されていることを特徴とする請求項1記載のボールグリッドアレーコネクタ。
- 前記姿勢補償部材が、前記ハウジング組立体の前記重心側の底面に位置していることを特徴とする請求項1記載のボールグリッドアレーコネクタ。
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