JPWO2012144326A1

JPWO2012144326A1 - コネクタおよびコネクタの製造方法

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Publication number: JPWO2012144326A1
Application number: JP2013510936A
Authority: JP
Inventors: 木村　毅; 毅木村
Original assignee: Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2014-07-28
Also published as: US20140045386A1; WO2012144326A1; CN103477501A

Abstract

高い気密性を有しつつ低背化が可能なコネクタを提供する。コネクタ（１）は、絶縁基板（１１）、およびコンタクト部材（１２，１３）を備える。絶縁基板（１１）は、表面（１１ａ）から裏面（１１ｂ）まで貫通した貫通孔（１１１ｈ）を気密に塞いでなる貫通部（１１１）と、表面および裏面のそれぞれに広がる、貫通部（１１１）に接続された導電パッド（１１４ａ，１１４ｂ）とを有する。コンタクト部材（１２，１３）は、少なくとも一方の導電パッド（１１４ａ，１１４ｂ）に接続され、相手部品と電気的に接続される。コンタクト部材（１２，１３）は、導電パッド（１１４ａ，１１４ｂ）に半田で固定された固定部（１２１）と、固定部から延び絶縁基板（１１）から離れる方向に膨らんで相手部品の接触を受け、相手部品に押圧されて絶縁基板（１１）に近づくようにばね付勢された接触部（１２２）とを有する。

Description

本発明は、高い気密性を有する装置における電気接続を担うコネクタおよびこのコネクタの製造方法に関する。

このようなコネクタとして、例えば特許文献１には、隔壁内部が減圧される真空チャンバの隔壁内と隔壁外との間の電気接続を担うコネクタが示されている。このコネクタは、真空チャンバに対する内外両面がバイアにより相互接続された導電パッドを有する基板と、これら導電パッドに接続されたばねコンタクトとを備えている。コネクタの基板は、隔壁の孔を塞ぐ位置に取り付けられる。基板には、ばねコンタクトに接続される姿勢で基板型コネクタが装着される。

特開２００４−３４９０７３号公報

しかしながら、特許文献１に示すばねコネクタでは、コンタクトに接続される基板型コネクタが基板の内外両面と直交する姿勢で装着されており、また、ばねコンタクトも基板の内外両面と直交する向きに延びているため、接続の構造が低背化できない。

本発明は上記問題点を解決し、高い気密性を有しつつ低背化が可能なコネクタおよびこのコネクタの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する本発明のコネクタは、
表面および裏面を有し、この表面から裏面まで貫通した貫通孔を気密に塞いでなる貫通部と、この表面および裏面のそれぞれに広がる、双方が上記貫通部に接続された導電パッドとを有する絶縁基板、および
上記表面および裏面のそれぞれに広がる導電パッドの少なくとも一方の導電パッドに接続された、相手部品と電気的に接続されるコンタクト部材を備え、
上記コンタクト部材が、
上記少なくとも一方の導電パッドに固定された固定部と、
上記固定部から延び、この相手部品に押圧されてこの絶縁基板に近づくようにばね付勢された接触部とを有するものであることを特徴とする。

本発明のコネクタでは、絶縁基板の貫通孔を気密に塞ぐ導電性の貫通部によって、表面と裏面との間に高い気密性が保たれている。したがって、表面と裏面との間に気圧差がある環境にも対応できる。

また、コンタクト部材の固定部は導電パッドに固定されており、接触部は、固定部から延び相手部品の接触を受ける。フレキシブルケーブルや回路基板に代表される相手部品は、接触部に対し配線面を向けた姿勢で接触させることができるため、接続構造が低背化できる。しかも、相手部品の振動等による衝撃力が絶縁基板表面に平行に生じた場合、相手部品が接触部に対しずれ動くことで絶縁基板や貫通孔内の貫通部への衝撃力の伝達が阻止される。またさらに、衝撃力が絶縁基板表面に垂直に生じた場合にも、接触部が弾性変形することで衝撃力の伝達が阻止される。したがって、貫通部に隙間が生じることが回避され、高い気密性が維持される。

ここで、上記本発明のコネクタにおいて、上記接触部が、上記絶縁基板から離れる方向に膨らんだ形状を有するものであることが好ましい。

相手部品の振動等による衝撃力が絶縁基板表面に平行に生じた場合、相手部品が膨らんだ接触部に対し滑らかにずれ動くことで貫通部への衝撃力の伝達がより確実に阻止される。

ここで、上記本発明のコネクタにおいて、上記貫通部が、
上記貫通孔の内壁面を覆った金属メッキ膜と、
上記貫通孔を気密に塞ぐように塗布又は充填されて上記金属メッキ膜に接した半田とを有するものであることが好ましい。

貫通孔の内壁面を金属メッキ膜が覆い、この金属メッキ膜に半田が接した状態で貫通孔を塞いでいるので、材料同士の結合が強くなり、気密性がより高い。

上記目的を達成する本発明のコネクタの製造方法は、
表面および裏面を有する絶縁基板に該表面から該裏面まで貫通した貫通孔を設ける工程と、
前記貫通孔の内壁面を覆い、該内壁面からさらに前記表面および前記裏面の双方に沿って延びた導電トレースを設ける工程と、
前記貫通孔に封止材を充填することで該貫通孔を気密に塞ぐ工程と、
固定部と、該固定部から延び、相手部品に押圧されて該絶縁基板に近づくようにばね付勢された接触部とを有するコンタクト部材の前記固定部を、前記導電トレースのうち前記表面および前記裏面の少なくとも一方に延びた部分に固定する工程とを有する。

本発明の製造方法によれば、表面と裏面との間に高い気密性を保つコネクタが製造される。

以上説明したように、本発明によれば、高い気密性を有しつつ低背化が可能なコネクタが実現する。

本発明の第１実施形態であるコネクタを示す斜視図である。本発明の第１実施形態であるコネクタを示す平面図である。本発明の第１実施形態であるコネクタを示す正面図である。本発明の第１実施形態であるコネクタを示す側面図である。本発明の第１実施形態であるコネクタを示す底面図である。図１から図５に示すコネクタの側断面図である。図１から図６に示すコネクタの製造工程を説明する図である。図１〜図６に示すコネクタ１の適用例を示す概略構成図である。本発明の第２実施形態のコネクタの外観を示す斜視図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１から図５は、本発明の第１実施形態であるコネクタを示す外観図である。図１は斜視図である。図２は平面図である。図３は正面図である。図４は側面図である。図５は底面図である。また、図６は、図１から図５に示すコネクタの側断面図である。

図１から図６に示すコネクタ１は、例えば減圧環境を作り出すチャンバのように高い気密性が求められる装置における電気接続を担う気密コネクタである。コネクタ１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に接続されたコンタクト部材１２，１３とを備えている。

絶縁基板１１は、絶縁材料で形成された板材である。絶縁材料は例えばガラスエポキシ樹脂である。ただし、絶縁基板１１の材料にはガラスエポキシ樹脂以外にも、例えばフェノール樹脂に代表される樹脂、ガラス、およびセラミックスが採用可能である。また、「絶縁基板」には、金属製基板の貫通孔を含む一部表面に絶縁層が形成されたものも含まれる。絶縁基板１１には、表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通した貫通部１１１が設けられている。貫通部１１１は、図６に示すように、表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通した貫通孔１１１ｈを気密に塞いでおり導電性を有する。図に示すコネクタ１は、４極コネクタである。コネクタ１の絶縁基板１１には４つの貫通部１１１が配列されている。貫通部１１１は金属メッキ膜１１２および封止材１１３からなる。より詳細には、貫通孔１１１ｈの内壁面は金属メッキ膜１１２で覆われており、金属メッキ膜１１２で覆われた貫通孔１１１ｈ内に封止材１１３が充填されている。金属メッキ膜１１２の材料は例えば銅であり、封止材１１３は錫を主成分とする半田である。ただし、金属メッキ膜１１２の材料には、銅以外の金属も採用可能であり、封止材１１３の材料には、アルミや銀を主成分とする合金も採用可能である。封止材１１３は、金属メッキ膜１１２に密着しているため、絶縁基板１１の表面１１ａと裏面１１ｂとに圧力差が生じても表面１１ａから裏面１１ｂに、又は裏面１１ｂから表面１１ａに気体が抜けるような隙間が生じない。

絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂには、金属メッキ膜１１２に接続された導電パッド１１４ａ，１１４ｂがそれぞれ設けられている。導電パッド１１４ａ，１１４ｂは金属メッキ膜１１２と同じ材料で形成されており、金属メッキ膜１１２から続いて表面１１ａおよび裏面１１ｂのそれぞれに広がっている。金属メッキ膜１１２および導電パッド１１４ａ，１１４ｂによって、導体トレースＴが構成されている。導体トレースＴ、すなわち金属メッキ膜１１２および導電パッド１１４ａ，１１４ｂは、貫通孔１１１ｈが形成された絶縁基板１１に、メッキ処理によって一体のメッキ膜として形成される。

導体トレースＴのうち、絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂに延びた導電パッド１１４ａ，１１４ｂの部分には、コンタクト部材１２，１３が接続されている。本実施形態では、絶縁基板１１の表面１１ａに４つのコンタクト部材１２が配置されており、絶縁基板１１の裏面１１ｂに４つのコンタクト部材１３が配置されている。表面１１ａのコンタクト部材１２と裏面１１ｂのコンタクト部材１３とは同じ構造を有しているので、表面１１ａのコンタクト部材１２に代表させて説明をする。

コンタクト部材１２は、導電性の金属板を打抜き加工および折曲げ加工することによって形成された部材である。コンタクト部材１２は、導電パッド１１４ａに固定された固定部１２１と、相手部品（図示せず）に接触する接触部１２２とを備えている。固定部１２１は、導電パッド１１４ａに半田又は導電性接着剤で固定された平板状の部分である。接触部１２２は、固定部１２１から折れ曲がって延び、絶縁基板１１から離れる方向（図６では上方向）に膨らんでいる。接触部１２２は、相手部品の接触を受け、相手部品に押圧されて絶縁基板１１に近づくようにばね付勢されるとともに、弾性力によって相手部品に押し当てられる。コネクタ１の接触部１２２は、より詳細には、固定部１２１から固定部１２１の上に折り重なる角度まで折れ曲がって絶縁基板とほぼ平行に延びた部分と、さらにその先の、絶縁基板１１から離れる方向に膨らんだ部分とを有する。ただし、接触部１２２の形状としては、図に示す以外にも、例えば固定部１２１から折れ曲がった先の全体が円弧形状に膨らんだ形状も採用可能である。

また、コンタクト部材１２には、接触部１２２に予荷重を与える予荷重付与部１２３も設けられている。予荷重付与部１２３は、仮に接触部１２２に何ら荷重が付与されない場合よりも絶縁基板１１に近づいた位置で、接触部１２２を弾性変形させて押さえている。このため、例えば相手部品が接触部１２２に当たり、接触部１２２が予荷重付与部１２３から離れる程度にわずかに変形するだけで、接触部１２２は予荷重付与部１２３に押さえられた荷重以上の荷重（反力）で相手部品に当たる。

図７は、図１〜図６に示すコネクタの製造工程を説明する図である。図７には、コネクタを製造する各工程がパート（Ａ）から（Ｄ）まで順に示されている。

図７のパート（Ａ）には、孔あけ工程が示されている。孔あけ工程では、絶縁基板１１に、表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通した貫通孔１１１ｈを設ける。

次に、図７のパート（Ｂ）に示す導電トレース工程では、めっき処理によって、導電トレースＴを設ける。導電トレースＴは、貫通孔の内壁面１１１ｈを覆った金属メッキ膜１１２と、この金属メッキ膜１１２に続いて表面１１ａおよび裏面１１ｂに延びた導電パッド１１４ａ，１１４ｂが一体に形成される。

次に、図７のパート（Ｃ）に示す充填工程では、内壁面が金属メッキ膜１１２に覆われた貫通孔１１１ｈに封止材１１３が充填される。封止材１１３は、貫通孔を気密に塞ぐように充填される。充填工程によって、貫通部１１１が形成される。

次に、取付工程では、図６に示すように、導電トレースＴのうち導電パッド１１４ａ，１１４ｂにコンタクト部材１２，１３を取り付ける。より詳細には、半田によってコンタクト部材１２，１３の固定部１２１を、導電パッド１１４ａ，１１４ｂに固定する。これによって、図１〜図６に示すコネクタ１が完成する。

図８は、図１〜図６に示すコネクタ１の適用例を示す概略構成図である。

図８に示す装置２は、圧力や組成が調整された雰囲気中で動作するチャンバ装置である。より詳細には、装置２は、隔壁２１、内部回路基板２２、外部回路基板２３、そして、図１〜図６に示すコネクタ１を備えている。

隔壁２１は、外部の空間と内部の空間とを仕切る容器である。隔壁２１の内部には、内部回路基板２２が配置されている。内部回路基板２２には減圧または加圧された雰囲気中で動作する電子部品や機構装置が実装されている。隔壁２１には、電気配線用の配線孔２１ｈが設けられている。コネクタ１は絶縁基板１１で配線孔２１ｈを塞ぐようにして隔壁２１に取り付けられる。コネクタ１の絶縁基板１１と隔壁２１との間には、シール材（図示せず）が充填される。

外部回路基板２３は隔壁２１の外部に配置されており、内部回路基板２２に電源を供給するとともに、内部回路基板２２を制御する。内部回路基板２２と外部回路基板２３とは、コネクタ１が接続される相手部品である。内部回路基板２２と外部回路基板２３とは、コネクタ１を介して互いに電気的に接続されている。内部回路基板２２および外部回路基板２３は、コネクタ１のコンタクト部材１２，１３を絶縁基板１１に向かって押圧するよう、隔壁２１に保持されている。

隔壁２１は、コネクタ１が取り付けられることで気密状態となり、空気またはガスが出入れ口２１２から排出または注入されることで、内部の雰囲気が外部より減圧または加圧された状態となる。内部回路基板２２の電子部品や機構装置がこの雰囲気中で動作する。

ここで、コネクタ１の絶縁基板１１は、例えば図６に示すように、貫通孔１１１ｈが貫通部１１１によって気密に塞がれており、隔壁２１の外部と内部に対応する表面と裏面との間で気密性が保たれる。貫通孔１１１ｈは、より詳細には、貫通孔１１１ｈの内壁面を覆う金属メッキ膜１１２と金属メッキ膜１１２に溶着した封止材１１３によって塞がれているため、隔壁２１の外部と内部との間に圧力差がある状態でも気体の漏れがない。また、コネクタ１のコンタクト部材１２，１３は、絶縁基板１１に固定された固定部１２１から延び、絶縁基板１１から離れる方向に膨らんだ接触部１２２を備えている。このため、コンタクト部材１２，１３は、平板状の内部回路基板２２および外部回路基板２３が接触部１２２に当たるように、絶縁基板１１とほぼ平行に配置できる。したがって、絶縁基板と垂直に基板型コネクタを装着する従来のコネクタに比べて、接続構造が低背化できる。

内部回路基板２２または外部回路基板２３が振動等により絶縁基板１１に平行な衝撃力を受けた場合、絶縁基板１１から離れる方向に膨らんだ接触部１２２が内部回路基板２２または外部回路基板２３に対し滑らかにずれ動く。このため、絶縁基板１１や貫通孔１１１ｈ内の貫通部１１１への衝撃力の伝達が阻止される。内部回路基板２２または外部回路基板２３が絶縁基板１１に垂直な衝撃力を受けた場合、接触部１２２が弾性変形することで衝撃力を吸収し絶縁基板や貫通孔１１１ｈ内の貫通部１１１への衝撃力の伝達が阻止される。したがって、衝撃力によって貫通部１１１に損傷が生じることが回避され、高い気密性が維持される。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の第２実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。

図９は、本発明の第２実施形態のコネクタの外観を示す斜視図である。

図９に示すコネクタ３は、長円板状の絶縁基板３１を有している。絶縁基板３１の長円の縁には、隔壁２１（図８）に取り付けられる際に、隔壁との間の気密性を確保するため、図示しないＯリングが取り付けられる。第２実施形態のコネクタ３は、３０極のコネクタである。コネクタ３の絶縁基板３１の表の面３１ａには、３０個のコンタクト部材２２が配置されている。また、図示はしないが、コネクタ３は、裏面にも３０個のコンタクト部材が配置されている。表面のコンタクト部材２２と裏面のコンタクト部材とは、絶縁基板３１に設けられた３０個の貫通部（図には一部のみ示されている。）３１１を介して電気的に接続されている。個々のコンタクト部材２２や貫通部３１１の構造は、図１〜図６を参照して説明した第１実施形態と同様である。

第２実施形態のコネクタ３は、第１実施形態のコネクタに比べて多くの電気信号を経由させることができる。

なお、図８に示す適用例では、コネクタ１に対し、内部回路基板２２および外部回路基板２３が接続されたが、コネクタは、例えばＦＦＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＦｌａｔＣａｂｌｅ）や、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）に代表されるケーブルが接続されてもよい。

また、上述した実施形態には、本発明にいうコンタクト部材の例として、絶縁基板の表面および裏面の双方に配置されたコンタクト部材が示されている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、コンタクト部材は、表面および裏面のうちの一方に配置され、他方は、導電パッドのみが設けられ、相手部品が直接に接続されてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明にいうコネクタの例として、４極コネクタおよび３０極コネクタが示されている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、コネクタの極数すなわち貫通部の数は、４および３０以外の数であってもよいし、コンタクト部材はハウジングに収容されてもよい。

また、上述した実施形態の各要素は、相互に入替えしたものであってもよい。例えば、第１実施形態における絶縁基板の形状は、第２実施形態で説明したように長円状にすることも可能である。

さらに、上述した実施形態では、貫通孔１１１ｈは上下方向に直線的に延びていたが、表面１１ａと裏面１１ｂとをジグザグ状に連結してもよい。

また、封止材１１３は、半田以外に絶縁性のシール材（例えば、「ＴｏｒｒＳｅａｌ」（登録商標））であってもよいし、貫通孔を塞ぐよう貫通孔上に盛られ（塗布され）てもよい。

さらに、コンタクト部材は、貫通部を塞ぐように配置してもよいし、貫通孔１１１ｈ内に延びる部分を有してもよい。後者の場合、コンタクト部材と貫通孔（貫通部）との接続強度が強化される利点がある。

またさらに、コンタクト部材が相手部品に押圧されて弾性変形する向きは、上述した実施形態のように絶縁基板の表面および裏面にほぼ直交する向きのみならず、絶縁基板の表面および裏面に対し斜めの向きであってもよい。

１，３コネクタ
１１，３１絶縁基板
１１１ｈ貫通孔
１１１，３１１貫通部
１１２金属メッキ膜
１１３封止材
１１４ａ，１１４ｂ導電パッド
１２，１３コンタクト部材
１２１固定部
１２２接触部
Ｔ導電トレース

Claims

表面および裏面を有し、該表面から該裏面まで貫通した貫通孔を気密に塞いでなる貫通部と、該表面および該裏面のそれぞれに広がる、双方が前記貫通部に接続された導電パッドとを有する絶縁基板、および
前記表面および前記裏面のそれぞれに広がる導電パッドの少なくとも一方の導電パッドに接続された、相手部品と電気的に接続されるコンタクト部材を備え、
前記コンタクト部材が、
前記少なくとも一方の導電パッドに固定された固定部と、
前記固定部から延び、該相手部品に押圧されて該絶縁基板に近づくようにばね付勢された接触部とを有するものであることを特徴とするコネクタ。
前記接触部が、前記絶縁基板から離れる方向に膨らんだ形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
前記貫通部が、
前記貫通孔の内壁面を覆った金属メッキ膜と、
前記貫通孔を気密に塞ぐように塗布又は充填されて前記金属メッキ膜に接した半田とを有するものであることを特徴とする請求項１または２記載のコネクタ。
表面および裏面を有する絶縁基板に該表面から該裏面まで貫通した貫通孔を設ける工程と、
前記貫通孔の内壁面を覆い、該内壁面からさらに前記表面および前記裏面の双方に沿って延びた導電トレースを設ける工程と、
前記貫通孔に封止材を充填することで該貫通孔を気密に塞ぐ工程と、
固定部と、該固定部から延び、相手部品に押圧されて該絶縁基板に近づくようにばね付勢された接触部とを有するコンタクト部材の前記固定部を、前記導電トレースのうち前記表面および前記裏面の少なくとも一方に延びた部分に固定する工程とを有するコネクタの製造方法。