JP6101112B2 - 表面実装コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、表面実装コネクタに関する。

各種の電子機器には、基板面に対して表面実装（ＳＭＴ；Surface mount technology）される電気コネクタが広く利用されている（例えば、特許文献１）。
表面実装コネクタは、基板上に配列された複数の端子パターンの各々にハンダで導通される複数のリード端子を備えている。それらのリード端子を基板面に確実に実装するために、基板に対向する各リード端子の下端の位置が基板面にほぼ一致している必要がある。そのため、リード端子には高いコプラナリティー（端子の整列性）が求められる。

特開２００８−１３５３１４号公報

コプラナリティー向上のため、コネクタの寸法精度を高める努力が重ねられているが、表面実装には基板の平坦度も影響する。したがって、いくらコプラナリティーを追求しても、基板の反りの度合によっては表面実装できない。
例えば、数十極のリード端子を備えたコネクタに関して１０分の数ｍｍ程度のコプラナリティーが実現されていても、１ｍｍ反っている基板に対しては、一部のリード端子と基板面との間の距離が大き過ぎてハンダ付けできない。
図６（ａ）は、リード端子４６の配列方向に対して反っている基板４５を示している。そうすると、図６（ｂ）に示すように、基板４５の表面からリード端子４６が浮いてしまう。

上記の課題に基づいて、本発明は、コプラナリティーを追求しなくても、かつ基板の反りの度合に関わらずに、表面実装が可能な表面実装コネクタを提供することを目的とする。

金属が用いられるリード端子は、その最下端が基板面に突き当てられると弾性変形するものの、その変形量は、リード端子下端の位置のバラツキや基板の反りを吸収するのには不足する。
そこで、本発明者は、リード端子に代えて、柔軟で大きな変形量が得られるフレキシブルな部材を用いる着想を得た。
それに基づく本発明の表面実装コネクタは、複数のコンタクトと、コンタクトを保持するハウジングと、コンタクトと基板との間に介在する柔軟なフレキシブル端子と、を備え、フレキシブル端子は、コンタクトに接続される第１接続部と、基板の端子パターンに接続される第２接続部と、を備え、第１接続部および第２接続部は、複数の導体と、複数の導体を覆い、それらの導体と一体化される絶縁体と、を有して構成され、第２接続部は、隣り合う導体の間に位置する絶縁体が切除されて導体が互いに分離した櫛歯状の形態とされ、第２接続部の導体は、隣り合う導体と互いに分離している先端側において、基板に向けて露出し、第２接続部の絶縁体は、導体の先端側を基板とは反対側から覆っていることを特徴とする。

本発明の表面実装コネクタを基板に対して実装するときに、フレキシブル端子がその柔軟性により基板の表面に追従する。そのため、基板が大きく反っていたり、ハウジングの反りによりコンタクトが変形していたとしても、コンタクトの各々に対応するフレキシブル端子の複数の導体のいずれも、基板に確実に表面実装することができる。
したがって、基板およびハウジングの反り、変形を許容できるとともに、コプラナリティーの制約を払拭し、基板および表面実装コネクタの双方の製造容易性を向上させることができる。
本発明におけるフレキシブル端子には、その形状を保ち、基板上に第２接続部を着地させることができることを限度に柔軟であることが求められる。

ところで、基板に応力を加えて反り矯正を行うと、基板に残存する応力によりハンダにクラックが入るおそれがあるが、本発明では基板が反っていても表面実装できるので、基板の反りを矯正する必要がない。このため、基板の応力によりハンダにクラックが入るのを回避することができるので、接続信頼性を確保できる。
また、基板とハウジングの線膨張係数の違いに基づく基板およびハウジングの伸縮量の相違をフレキシブル端子の変形により吸収し、コンタクトと基板の端子パターンとの導通を保つことができる。このときのフレキシブル端子の変形により、ハンダにクラックが生じるのも防止できる。

本発明の表面実装コネクタは、第２接続部が、端子パターンに接続されていないとき、基板の表面に対応する基準面を超える位置まで延びていることが好ましい。
このようにフレキシブル端子と基板とがオーバーラップされていると、基板およびハウジングの反りをフレキシブル端子の変形域で吸収し、フレキシブル端子が備えるいずれの導体をも基板表面に着地させることができる。

本発明の表面実装コネクタでは、フレキシブル端子が、コンタクトの各々に導通される導体と、複数の導体を覆うとともに、それらの導体と一体化される絶縁体と、を備え、第２接続部は、隣り合う導体の間に位置する絶縁体が切除されて導体が互いに分離した櫛歯状の形態とされている。
そうすると、櫛歯の各々の歯が、互いに拘束されることなく個別に変形できるので、フレキシブル端子の導体のいずれも基板表面に対してよりスムーズに追従する。
本発明の表面実装コネクタにおいて、第２接続部の絶縁体は、切除される部分に対応するスリットが形成されることで櫛歯状に構成されていることが好ましい。

本発明では、フレキシブル端子の変形量が大であるために、ガルウィング型のリード端子のように、熱応力の緩衝部を長くとらなくても、フレキシブル端子の熱応力を緩衝できる。このため、フレキシブル端子は、緩衝部を廃して、コンパクトに形成することができる。そのフレキシブル端子の形態として、第１接続部に対して第２接続部が屈曲された略Ｌ字状の形態を採用することができる。
このフレキシブル端子は、ハウジングから基板の面方向に張り出す寸法が短いため、基板に省スペースで設置できる。

本発明におけるフレキシブル端子としては、フレキシブルプリンテッドサーキット（フレキシブルプリント基板）またはフレキシブルフラットケーブルを用いることができる。

本発明によれば、コプラナリティーを追求しなくても、かつ基板の反りの度合に関わらずに、表面実装が可能な表面実装コネクタを提供することができる。

第１実施形態の表面実装コネクタを示す斜視図である。 フレキシブル端子をコンタクトに接続する前の表面実装コネクタを示す斜視図である。 フレキシブル端子の断面図である。 表面実装コネクタの断面図であり、（ａ）は基板に実装される前の状態を示し、（ｂ）は基板に実装された後の状態を示す。 第２実施形態の表面実装コネクタのフレキシブル端子を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 従来のリード端子を備える表面実装コネクタを示す図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図４に示す表面実装コネクタ１は、ハウジング１０と、ハウジング１０に保持される複数のコンタクト１１（図４）と、コンタクト１１の各々に接続されるフレキシブル端子１２とを備えている。
表面実装コネクタ１において、基板２（図４（ｂ））と接続される側を下、その反対側を上と定義する。
基板２は、プリント基板（ＰＣＢ；printed circuit board）である。基板２の組成は任意であり、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、セラミックス基板などが採用されている。基板２の表面には、コンタクト１１の各々が導通される端子パターン（図示せず）が形成されている。

ハウジング１０は、絶縁性樹脂による射出成形品であり、図示しない相手コネクタを前端側から受容する。このハウジング１０は、基板２に固定される図示しない固定部を備えている。
ハウジング１０の外周面には、相手コネクタのハウジングに係止されるロック凹部１０Ａが形成されている。
ハウジング１０の後端部は、下部１０２に対して上部１０１が後方に突出するように段差状に形成されている。

コンタクト１１は、金属板の打ち抜きによってピン状に形成され、その後端１１Ａは、図２に示すように、二股状に形成されている。
コンタクト１１は、上下二列に配列されており、上側に位置するコンタクト１１の後端１１Ａは上部１０１から突出するとともに、下側に位置するコンタクト１１の後端１１Ａは下部１０２から突出する。

フレキシブル端子１２は、フレキシブルプリンテッドサーキット（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuits）とされている。
フレキシブル端子１２は、図４に示すように、基材であるベースフィルム１３と、ベースフィルム１３上にプリントされる複数の銅箔１４と、ベースフィルム１３に対向する任意のカバーレイ１５とを備えている。カバーレイ１５は、本実施形態において例示的に示したものであり、他の実施形態はカバーレイ１５がない構成であってもよい。
複数の銅箔１４がプリントされたベースフィルム１３に、図示しない接着層を介してカバーレイ１５を貼り合わせることにより、それらの銅箔１４がベースフィルム１３およびカバーレイ１５により覆われるとともに、ベースフィルム１３，銅箔１４，およびカバーレイ１５が一体化される。
本実施形態では、ハウジング１０の後端側（裏側）にカバーレイ１５を配置し、表側にはベースフィルム１３を配置しているが、それとは逆に、表側にカバーレイ１５を配置し、裏側にベースフィルム１３を配置することもできる。

ベースフィルム１３は、各種樹脂等を用いた透明部材、例えば、ポリイミドが用いられた透明部材とされ、その厚みが例えば１０〜５０μｍ程度とされている。カバーレイ１５も、ベースフィルム１３と同様の材料および厚みで形成することができる。ベースフィルム１３およびカバーレイ１５の各々の材料、厚みは任意である。
銅箔１４は、厚みが例えば１０〜５０μｍ程度の帯状に形成されている。銅箔１４は、コンタクト１１を基板２の端子パターンに導通させる導通部材であり、コンタクト１１の各々に対応して設けられ、コンタクト１１が並ぶ方向に配列されている。銅箔１４は、ベースフィルム１３上に任意の形状でプリントすることができる。
フレキシブル端子１２は、リード端子材料である銅、鉄やニッケルおよびそれらの合金等の金属と比べて剛性が小さい樹脂が用いられるのに加えて厚みが薄いために、全体として容易に変形させることができる柔軟性を有している。

フレキシブル端子１２は、上下方向に延在する上端部１２１と、上端部１２１から後方に向けて屈曲し、基板２に対向する下端部１２２とを有してＬ字状に形成されている。フレキシブル端子１２は、ハウジング１０後端の上部１０１に設けられるフレキシブル端子１２Ａと、ハウジング１０後端の下部１０２に設けられるフレキシブル端子１２Ｂとの２種類があり、フレキシブル端子１２Ａは、フレキシブル端子１２Ｂよりも上端部１２１が長い。
板状とされる上端部１２１には、コンタクト１１の後端１１Ａが挿入される挿入孔１２０（図２）が厚み方向に貫通して形成されている。
下端部１２２は、上端部１２１に対して鈍角をなして傾斜しており、櫛歯状に形成されている。下端部１２２では、銅箔１４と銅箔１４との間に位置するベースフィルム１３およびカバーレイ１５に、前後方向に沿ってスリット１６が形成されている。

フレキシブル端子１２の上端部１２１、および下端部１２２の上端側では、ベースフィルム１３およびカバーレイ１５が銅箔１４の配列方向に連続しているため、それらベースフィルム１３およびカバーレイ１５を介してすべての銅箔１４が一体化されている。
このようにフレキシブル端子１２が一つの部材とされているので、銅箔１４毎にベースフィルム１３およびカバーレイ１５を設けて複数の部材を製作する場合とは異なり、フレキシブル端子１２をコンタクト１１に接続する工程が一工程に留まる。
一方、櫛歯状とされる下端部１２２は、その上部１２２Ｂだけは上端部１２１と同様に形成されているが、銅箔１４の各々が互いに分離した形態とされている。

上端部１２１の挿入孔１２０は、銅箔１４およびカバーレイ１５を貫通する孔１２０Ａと、その孔１２０Ａよりも開口面積が大きいベースフィルム１３の孔１２０Ｂとからなる。ベースフィルム１３の孔１２０Ｂを介して、銅箔１４がフレキシブル端子１２の表側に露出している。その露出部が、コンタクト１１と銅箔１４との端子部１４Ａとされており、端子部１４Ａにおいてコンタクト１１の二股状の後端１１Ａを割り開いてカシメることで、フレキシブル端子１２がコンタクト１１に接続されている。
ここで、コンタクト１１にフレキシブル端子１２を接続する手段は任意であり、リベットやハンダを用いることもできる。

ベースフィルム１３が上端部１２１および下端部１２２の全体に亘り設けられているのに対して、カバーレイ１５は、上端部１２１および下端部１２２の上端側のみに設けられている。それにより、先端１２２Ａ側では、銅箔１４がフレキシブル端子１２の裏側に露出している。その露出部が、フレキシブル端子１２と基板２の端子パターンとが接続される端子部１４Ｂとされており、端子部１４ＢがハンダＳで基板２の表面に接合される（図４（ｂ））。
ここで、図４（ａ）に、基板２の表面に対応する基準面Ａを仮定すると、従来は、リード端子の下端の位置が基準面Ａに一致するようにコネクタおよび基板が設計される。これに対し、本実施形態では、フレキシブル端子１２と基板２とを寸法Ｈだけオーバーラップさせており、下端部１２２の先端１２２Ａは、基板２の端子パターンに接続されていない状態では、基準面Ａよりも寸法Ｈだけ下方に位置している。寸法Ｈは任意であるが、ここでは２ｍｍ程度とされている。

表面実装コネクタ１を基板２に対して実装するときは、基板２の表面にクリーム状のハンダを端子部１４Ｂの各々に対応する位置に印刷または塗布した後、表面実装コネクタ１を基板２上の所定位置に載せ、ハウジング１０を基板２に固定する。
このとき、フレキシブル端子１２は、その柔軟性により基板２の表面に追従する。そのときのフレキシブル端子１２の変形量は、フレキシブル端子１２と基板２とをオーバーラップさせた寸法Ｈの範囲内は勿論のこと、フレキシブル端子１２の可撓性が許す限り、寸法Ｈ以上に大きく確保されている。
したがって、基板２が大きく反っていたとしても、フレキシブル端子１２のいずれの銅箔１４も基板２上のハンダＳに着地する。
しかも、フレキシブル端子１２の下端部１２２が櫛歯状に形成されているので、その各々の歯が、互いに拘束されることなく個別に変形できる。このため、基板２表面が、基準面Ａに対して凹凸に波打つように複雑な形態に変形していたとしても、各銅箔１４が基板２の表面に対してよりスムーズに追従し、着地する。
その後、基板２および表面実装コネクタ１をオーブンで加熱してハンダＳを溶融させ、オーブンから取り出して硬化させる。このときの温度変化によって基板２が反っても、上記同様にフレキシブル端子１２が基板２表面に追従する。その結果、フレキシブル端子１２のいずれの銅箔１４も、ハンダＳにより基板２の端子パターンに接合される。

本実施形態の表面実装コネクタ１によれば、フレキシブル端子１２の採用により、大きく反った基板２にも確実に表面実装することができる。
また、本実施形態は、表面実装コネクタ１のハウジング１０の反りによるコンタクト１１の変形に対しても有効である。
例えば、基板２が表面実装コネクタ１から離れる向きに例えば１ｍｍ反っていて、ハウジング１０も基板２から離れる向きに反っていると、基板２とハウジング１０の離間距離は１ｍｍを超える。しかし、本実施形態では、フレキシブル端子１２と基板２とがオーバーラップされる寸法Ｈを一例として２ｍｍ程度にとっており、上述のように寸法Ｈ以上にフレキシブル端子１２の変形量が確保されている。このため、基板２およびコンタクト１１の変形量をフレキシブル端子１２の変形域で余裕を持って吸収し、いずれの銅箔１４をも基板２上に着地させることができる。
寸法Ｈは、基板２およびハウジング１０に許容される変形量に基づいて定められる。
本実施形態によれば、基板２およびハウジング１０の反り、変形を許容できるとともに、表面実装では常に大きな課題となるコプラナリティーの制約を払拭できるので、基板２および表面実装コネクタ１の双方の製造容易性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では基板２の反りを矯正する必要がないので、基板２の残留応力によりハンダにクラックが入るのを回避することができる。
また、基板２とハウジング１０の線膨張係数の違いに基づいて、温度変化に伴う基板２およびハウジング１０の伸縮量の相違をフレキシブル端子１２の変形により吸収し、コンタクト１１と基板２の端子パターンとの導通を保つことができる。このときのフレキシブル端子１２の変形により、ハンダＳにクラックが生じるのも防止できる。

ここで、図６に示すように、リード端子４６を用いる場合は、温度変化によりリード端子４６に加わる熱応力を緩衝するため、ガルウィング型と呼ばれる形態のリード端子４６が一般に採用される。このリード端子４６は、二箇所で折り曲げられ、熱応力を緩衝するために、コンタクト４８に一体に形成される部分と基板４５に接続される部分との間に位置する中間部４９が前後方向に長くとられている。
しかし、本実施形態では、フレキシブル端子１２が柔軟であり大きな変形量が得られるために、熱応力の緩衝部を長くとらなくても熱応力を緩衝できる。このため、フレキシブル端子は、緩衝部を廃し、フレキシブル端子１２をＬ字状としている。
そうすると、ハウジング１０の後端部に設けられた上端部１２１から基板２表面までの間を延出する下端部１２２だけが、ハウジング１０の後端部から基板２の面方向に張り出す。下端部１２２は、基板２の端子パターンに導通するのに足りる長さが確保される限り、前後方向の長さを短くすることができるので、表面実装コネクタ１を省スペースで基板２に設置できる。これにより、表面実装コネクタ１のすぐ近くに他の部品を配置し、基板２の集積度を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
本実施形態の表面実装コネクタは、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ；Flexible Flat Cable）をフレキシブル端子に用いる点を除いて、第１実施形態の表面実装コネクタ１と同様に構成されている。

図５に示すフレキシブル端子２２は、複数の薄い導体２４と、導体２４を覆う第１絶縁シート２３および第２絶縁シート２５とを備えている。
フレキシブル端子２２は、上下方向に延在する板状の上端部１２１と、上端部１２１に対して後方に屈曲する櫛歯状の下端部１２２とを有している。

導体２４は、銅を用いて厚みが３０〜４００μｍ程度に形成されている。導体２４は、コンタクト１１を基板２の端子パターンに導通させる導通部材であり、コンタクト１１の各々に対応して設けられ、コンタクト１１が並ぶ方向に配列されている。
複数の導体２４は、第１絶縁シート２３と、それに対向する第２絶縁シート２５との間に介在する図示しない接着層に埋め込まれており、その接着層により、第１絶縁シート２３、導体２４、および第２絶縁シート２５が一体化されている。

第１絶縁シート２３および第２絶縁シート２５は、ポリエステルやポリエチレンが用いられた透明部材とされ、各々の厚みが１０〜４００μｍ程度とされている。第１絶縁シート２３および第２絶縁シート２５の各々の材料、厚みは任意である。
フレキシブル端子２２は、リード端子材料である鉄やニッケル合金等の金属と比べて剛性が小さい樹脂が用いられるのに加えて厚みが薄いために、全体として容易に変形させることができる柔軟性を有している。

上端部１２１では、絶縁シート２３に、導体２４および絶縁シート２５を貫通する孔１２０Ａよりも一回り大きい孔１２０Ｂが形成されている。この孔１２０Ｂを介して導体２４が露出する部分が、コンタクト１１と導体２４との端子部１４Ａとされている。この端子部１４Ａにおいてコンタクト１１の後端１１Ａをカシメることで、フレキシブル端子１２がコンタクト１１に接続されている。

また、下端部１２２の先端１２２Ａ側では、銅箔１４がフレキシブル端子１２の裏側に露出している。その露出部が、フレキシブル端子１２と基板２の端子パターンとが接続される端子部１４Ｂとされている。
本実施形態でも、フレキシブル端子２２と基板２とを寸法Ｈだけオーバーラップさせている。

本実施形態のフレキシブル端子２２も、その柔軟性により基板２の表面に追従するので、基板２が大きく反っていても、いずれの導体２４も基板２上のハンダＳに着地する。
しかも、下端部１２２が櫛歯状に形成されているので、各導体２４が基板２の表面に対してよりスムーズに追従し、着地する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、大きく反った基板２にも容易に表面実装することができる。
したがって、基板２の反り矯正が必要ないので、基板２の残留応力によるハンダＳのクラックを防止することができる。
また、フレキシブル端子２２の変形により、温度変化に伴う基板２およびハウジング１０の伸縮量の相違を吸収し、コンタクト１１と基板２の端子パターンとの導通を保つことができる。このときのフレキシブル端子２２の変形により、ハンダＳにクラックが生じるのも防止できる。
その他、第１実施形態で説明したのと同様の効果が得られる。
本実施形態は、フレキシブル端子２２の導体２４が上述の銅箔１４よりも厚いため、より大きい電流を流す用途に好適である。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、フレキシブル端子の下端部は、櫛歯状とせずに、板状とすることもできる。このようにしても、フレキシブル端子の柔軟性により、各導体を基板の表面に対して追従させ、基板に着地させることができる。
本発明のフレキシブル端子の構成は、製造容易性および製造コストも考慮し、適宜定められる。

本発明は、基板に表面実装されるＩＣ（Integrated Circuit）チップ等の電子部品にも応用できる。
その電子部品は、内蔵する回路の入出力端子と基板との間に介在し、柔軟性を有するフレキシブル端子を備えている。そのフレキシブル端子は、入出力端子に接続される第１接続部と、基板の端子パターンに接続される第２接続部とを備えている。この電子部品により、コプラナリティーを追求しなくても、かつ基板の反りの度合に関わらずに、表面実装が可能となる。

１ 表面実装コネクタ
２ 基板
１０ ハウジング
１０Ａ ロック凹部
１１ コンタクト
１１Ａ 後端
１２，１２Ａ，１２Ｂ フレキシブル端子
１３ ベースフィルム（絶縁体）
１４ 銅箔（導体）
１４Ａ，１４Ｂ 端子部
１５ カバーレイ（絶縁体）
１６ スリット
２２ フレキシブル端子
２３，２５ 絶縁シート
２４ 導体
４５ 基板
４６ リード端子
４７ ハウジング
４８ コンタクト
４９ 中間部
１０１ 上部
１０２ 下部
１２０ 挿入孔
１２０Ａ 孔
１２０Ｂ 孔
１２１ 上端部（第１接続部）
１２２ 下端部（第２接続部）
１２２Ａ 先端
Ａ 基準面
Ｈ 寸法
Ｓ ハンダ

Claims (5)

1. 基板に表面実装されるコネクタであって、
   複数のコンタクトと、
   前記コンタクトを保持するハウジングと、
   前記コンタクトと前記基板との間に介在する柔軟なフレキシブル端子と、を備え、
   前記フレキシブル端子は、
   前記コンタクトに接続される第１接続部と、前記基板の端子パターンに接続される第２接続部と、を備え、
   前記第１接続部および前記第２接続部は、
   複数の導体と、複数の前記導体を覆い、それらの導体と一体化される絶縁体と、を有して構成され、
   前記第２接続部は、隣り合う前記導体の間に位置する前記絶縁体が切除されて前記導体が互いに分離した櫛歯状の形態とされ、
   前記第２接続部の前記導体は、隣り合う前記導体と互いに分離している先端側において、前記基板に向けて露出し、
   前記第２接続部の前記絶縁体は、前記導体の前記先端側を前記基板とは反対側から覆っている、
   ことを特徴とする表面実装コネクタ。
2. 前記第２接続部は、前記端子パターンに接続されていないとき、
   前記基板の表面に対応する基準面を超える位置まで延びている、
   請求項１に記載の表面実装コネクタ。
3. 前記第２接続部の前記絶縁体は、
   切除される部分に対応するスリットが形成されることで櫛歯状に構成されている、
   請求項１または２に記載の表面実装コネクタ。
4. 前記フレキシブル端子は、前記第１接続部に対して前記第２接続部が屈曲された略Ｌ字状の形態とされている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の表面実装コネクタ。
5. 前記フレキシブル端子は、
   フレキシブルプリンテッドサーキットまたはフレキシブルフラットケーブルとされている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の表面実装コネクタ。

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