KR20180111144A - 기판 대 기판 커넥터 - Google Patents

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KR20180111144A KR1020170041647A KR20170041647A KR20180111144A KR 20180111144 A KR20180111144 A KR 20180111144A KR 1020170041647 A KR1020170041647 A KR 1020170041647A KR 20170041647 A KR20170041647 A KR 20170041647A KR 20180111144 A KR20180111144 A KR 20180111144A
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고상용
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몰렉스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 기판과 기판을 전기적으로 연결하면서 외부 진동과 충격에 대하여 안정적인 접속이 유지되도록 하는 커넥터에 관한 것으로, 리셉터클 커넥터는, 절연 재질의 프레임으로 내부에 공간을 형성하는 외부 하우징; 절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 분리되면서 상기 외부 하우징의 내부 공간에 배치되는 내부 하우징; 금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 일측의 기판에 전기적으로 접점되는 리셉터클 접촉단자; 및 상기 외부 하우징의 양측 단부를 가압하면서 일측의 기판에 실장되어 상기 외부 하우징을 고정하는 리셉터클 피팅네일;을 포함하고, 플러그 커넥터는, 절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징이 형성하는 플러그 수용부에 삽입되는 플러그 하우징; 금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 플러그 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 타측의 기판에 전기적으로 접점되는 플러그 접촉단자; 및 상기 플러그 하우징의 양측 단부를 가압하면서 타측의 기판에 실장되어 상기 플러그 하우징을 고정하는 플러그 피팅네일;을 포함한다.

Description

기판 대 기판 커넥터{Board to board connector}
본 발명은 기판과 기판의 접속에 사용되는 커넥터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판과 기판을 전기적으로 연결하면서 외부 진동과 충격에 대하여 안정적인 접속이 유지되도록 하는 커넥터에 관한 것이다.
일반적으로 전기·전자 산업분야에서 사용되는 커넥터는 두 개 이상의 부품을 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서, 전기·전자 산업이 발전함에 따라 그 사용빈도가 더욱 증가하는 추세이다.
최근에는 차량 내부에 운전자 또는 탑승자의 편의를 위한 각종 전자장비 시스템이 구비되어 있으며, 이와 같은 시스템에는 내장된 PCB 와 PCB를 서로 전기적으로 결합시키기 위하여 커넥터가 이용된다. 특히, 차량에 사용되는 커넥터는 지속적으로 발생하는 진동에 대응하기 위하여 플로팅 구조의 기판 대 기판 커넥터(Floating type Board to Board Connector)(이하, '커넥터'라 함)가 주로 이용된다. 또한, 최근의 차량은 전기 자동차, 자율 주행 자동차 등과 같이 전자화가 급속히 진행됨에 따라 커넥터에 대하여 더욱 슬림하면서 높은 신뢰성이 요구되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 커넥터를 나타낸 결합 단면도이다. 도시된 바와 같이, 커넥터는 리셉터클 커넥터(이하, '리셉터클'이라 함)와 플러그 커넥터(이하, '플러그'라 함)로 구분된다.
리셉터클(10, Receptacle)은 일측의 제1 기판(10')에 실장되며, 외부 하우징(12)과 내부 하우징(13)으로 분리되는 제1 하우징(11), 외부 하우징(12)과 내부 하우징(13)을 연결하면서 후술하는 플러그(20)의 제2 접촉단자(24)와 접촉하는 다수의 제1 접촉단자(14)를 포함한다. 제1 접촉단자(14)는 일측이 외부 하우징(12)에 조립되면서 제1 기판(10')에 실장되고, 타측이 내부 하우징(13)에 조립된다. 따라서 외부 하우징(12)과 내부 하우징(13)은 공간적으로 분리된 상태에서 제1 접촉단자(14)에 의하여 서로 연결된다.
플러그(20, Plug)는 타측의 제2 기판(20')에 실장되며, 제2 하우징(21), 상기 제2 하우징(21)에 조립되어 상기 제1 접촉단자(14)와 접촉하는 다수의 제2 접촉단자(24)를 포함한다.
상기와 같은 구성의 커넥터는 리셉터클(10)과 플러그(20)가 서로 결합될 때 제2 접촉단자(24)가 제1 접촉단자(14)에 삽입되면서 이들 사이에 전기적 접촉이 이루어지게 된다. 이를 위하여 제1 접촉단자(14)는 제1 기판(10') 표면의 회로 전극에 접점되는 접점부(14a)와, 접점부(14a)의 단부가 상측(z 방향)으로 돌출되면서 절곡되는 벤딩부(14b)와, 벤딩부(14b)의 단부에서 'U' 형상으로 연장되어 제2 접촉단자(24)를 수용하는 U 형상부(14c)와, U 형상부(14c)의 단부가 내측으로 돌출되어 제2 접촉단자(24)와 접촉하는 접촉부(14d)로 구성된다.
제2 접촉단자(24)는 플러그(20)의 제2 하우징(21)이 리셉터클(10)의 내부 하우징(13)에 결합될 때, 제1 접촉단자(14)의 U 형상부(14c)에 삽입된다. 이때, 리셉터클(10)의 내부 하우징(13)은 U 형상부(14c)에 의하여 외부 하우징(12)에 대하여 어느 정도 유동이 가능한 상태를 이루며, 결국, 내부 하우징(13)에 결합된 제2 하우징(21)도 외부 하우징(12)에 대하여 유동이 가능하게 된다.
일반적으로 차량 내부에 구비되는 커넥터는 지속적으로 진동이 발생하는 환경에 놓여지는데, 이와 같이 내부 하우징(13)이 외부 하우징(12)에 대하여 유동 가능한 구조를 이룸으로써, 각 하우징을 매개로 서로 결합되는 리셉터클(10)과 플러그(20)는 U 형상부(14c)에서 진동이 흡수되어 어느 일측의 진동이 타측으로 전달되는 것이 차단된다.
그러나 종래의 커넥터는 제1 접촉단자(14)의 U 형상부(14c)가 단일 구조를 이루어 리셉터클(10) 또는 플러그(20)의 진동을 완전히 차단하지 못하고, 어느 일측에서 발생되는 진동의 일부가 타측으로 전달된다. 또한, 종래의 커넥터는 제2 접촉단자(24)가 제1 접촉단자(14)에 삽입되거나 제1 접촉단자(14)로부터 발거될 때 발생되는 수직 방향의 힘이 벤딩부(14b)를 통하여 접점부(14a)까지 전달된다. 따라서 종래의 기술에 따른 커넥터는 차량의 진동이나 커넥터의 착탈시 발생되는 힘에 의하여 접촉 불량이 자주 발생되고, 심지어 기판과 접촉단자의 접점이 손상되는 문제점도 발생한다.
미국등록특허 US 9,325,103 B2(2016.04.26.등록) 한국등록특허 10-1294155(2013.08.01.등록)
최근 차량에 적용되는 전기·전자 시스템은 점차 컴팩트(compact) 되고 있으며, 이에 따라 커넥터도 슬림화와 함께 신뢰성 확보가 큰 이슈가 되고 있다.
본 발명은 차량의 진동이나 접촉단자의 삽입 및 발거시 발생되는 진동을 효율적으로 차단하여 각 기판과 접촉단자 사이의 접점 불량을 방지하고, 접점의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 대 기판 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 접촉단자의 접촉 신뢰성을 확보하면서 슬림화에 유리한 기판 대 기판 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 횡 방향(x,y 방향)과 종 방향(z 방향)의 유동을 안정적으로 제어하여 접점의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 대 기판 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각 기판에 실장된 리셉터클 커넥터와 플러그 커넥터가 착탈되면서 접속되는 기판 대 기판 커넥터에 있어서,
상기 리셉터클 커넥터는, 절연 재질의 프레임으로 내부에 공간을 형성하는 외부 하우징; 절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 분리되면서 상기 외부 하우징의 내부 공간에 배치되는 내부 하우징; 금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 일측의 기판에 전기적으로 접점되는 리셉터클 접촉단자; 및 상기 외부 하우징의 양측 단부를 가압하면서 일측의 기판에 실장되어 상기 외부 하우징을 고정하는 리셉터클 피팅네일;을 포함하고,
상기 플러그 커넥터는, 절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징이 형성하는 플러그 수용부에 삽입되는 플러그 하우징; 금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 플러그 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 타측의 기판에 전기적으로 접점되는 플러그 접촉단자; 및 상기 플러그 하우징의 양측 단부를 가압하면서 타측의 기판에 실장되어 상기 플러그 하우징을 고정하는 플러그 피팅네일;을 포함하며,
상기 리셉터클 접촉단자는 이중 U 형상 구조를 이루며 상기 외부 하우징 또는 상기 내부 하우징 사이의 진동 전달을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리셉터클 접촉단자는, 기판에 접점되는 제1 접점부; 상기 제1접점부의 단부에서 상측으로 볼록하게 벤딩되면서 상기 제1 접점부의 반대 방향으로 연장되는 제1 벤딩부; 상기 제1 벤딩부의 단부에서 'U' 형상으로 연장되는 제1 U 형상부; 상기 제1 U 형상부의 단부에서 상측으로 볼록하게 벤딩되면서 상기 제1 U 형상부의 내측 방향으로 연장되는 제2 벤딩부; 및 상기 제2 벤딩부의 단부에서 상기 제1 U 형상부의 공간 내에서 'U' 형상으로 연장되는 제2 U 형상부;로 구성되고, 상기 플러그 접촉단자는, 기판에 접점되는 제2 접점부; 및 상기 제2 접점부의 단부에서 하측으로 볼록하게 벤딩되면서 연장되어 상기 제2 U 형상부 내부에 삽입되는 제3 벤딩부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리셉터클 접촉단자와 상기 플러그 접촉단자는, 상기 제2 U 형상부 양 단의 프레임 내측에 형성되는 제1 및 제2 접촉부와, 상기 제3 벤딩부의 프레임 외면에 형성되는 제3 및 제4 접촉부에 의한 이중 접촉 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징은, 제1 접촉단자가 이탈되지 않도록 상기 제1 벤딩부 및 상기 제2 벤딩부가 걸려지는 단자 걸림턱을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 피팅네일은, 상기 외부 하우징의 단부 외측면을 감싸는 제1 측면 프레임; 상기 제1 측면 프레임 상단에서 길이 방향(y 방향)의 내측으로 연장되면서 상기 외부 하우징의 상면과 내측면에 밀착되는 제1 지지 프레임; 및 상기 제1 측면 프레임 상단에서 서로 마주보는 폭 방향(x 방향)의 내측으로 연장되면서 상기 외부 하우징의 상면과 내측면에 밀착되는 제2 지지 프레임;으로 구성되고,
상기 제2 피팅네일은, 상기 제2 하우징의 하면 일부를 가압하는 제1 가압 프레임; 상기 제1 가압 프레임의 길이 방향(y 방향) 외측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 제2 하우징의 측면에 밀착되는 제3 지지 프레임; 상기 제1 가압 프레임의 폭 방향(x 방향) 양측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 제2 하우징의 측면에 밀착되는 제4 지지 프레임; 및 상기 제1 가압 프레임의 길이 방향(y 방향) 내측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 제2 하우징에 조립되는 고정 프레임;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리셉터클과 상기 플러그는, 상기 제1 피팅네일의 상기 제2 지지 프레임과 상기 제2 피팅네일의 상기 제4 지지 프레임이 형성하는 간격의 범위 내에서 폭 방향(x 방향)의 유동이 이루어지고, 상기 제1 피팅네일의 상기 제1 지지 프레임과 상기 제2 피팅네일의 상기 제3 지지 프레임이 형성하는 간격의 범위 내에서 길이 방향(y 방향)의 유동이 이루어지며, 상기 제1 피팅네일의 상기 제1 지지 프레임의 하단부와 상기 내부 하우징의 지지 플레이트가 형성하는 간격의 범위 내에서, 수직 방향(z 방향)의 유동이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 커넥터는 리셉터클 접촉단자가 이중 U 형상 구조를 이루어 리셉터클 접촉단자 또는 플러그 접촉단자의 기판 접점부는 플러그 또는 리셉터클의 진동으로부터 완전히 독립될 수 있어, 차량의 진동이나 커넥터의 반복적인 착탈에 따른 접점 불량이 나타나지 않는다.
또한, 본 발명의 커넥터는 차량의 진동이나 커넥터의 반복적인 착탈에 따른 수직 및 수평 방향에 대한 유동을 안정적으로 제어하여, 커넥터의 접촉 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 커넥터를 나타낸 결합 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커넥터를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 주요부인 리셉터클을 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3의 리셉터클을 나타낸 평면도,
도 5는 도 2의 주요부인 플러그를 나타낸 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터 구조를 나타낸 결합 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 접촉단자를 나타낸 사시도,
도 8은 단일 구조의 접촉단자의 삽입 및 발거시 응력분포를 나타낸 도면,
도 9는 이중 구조의 접촉단자의 삽입 및 발거시 응력분포를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 X 방향 유동 제어 구조를 나타낸 결합 단면도,
도 11은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 Y 방향 및 Z 방향 유동 제어 구조를 나타낸 결합 단면도.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 설명에 있어서, 제1, 제2, 상, 하, 전, 후, 좌, 우 등과 같은 표현은 서로 상대적인 순서나 위치, 방향 등을 나타내는 것으로 그 사전적 의미에 한정되지 않는다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커넥터를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 주요부인 리셉터클을 나타낸 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 리셉터클을 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 2의 주요부인 플러그를 나타낸 분해 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 커넥터는 리셉터클(100)과 플러그(200)로 구성되며, 리셉터클(100)과 플러그(200)는 서로 분리된 PCB 또는 FPCB 형태의 기판(미도시)에 실장된 상태에서 결합이 이루어진다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 리셉터클(100)은 외부 하우징(120)와 내부 하우징(130)으로 이루어지는 리셉터클 하우징(110)과, 리셉터클 하우징에 조립되는 다수의 리셉터클 접촉단자(150)와, 외부 하우징(120)을 제1 기판(미도시)에 고정시키는 리셉터클 피팅네일(170)을 포함한다.
상기 외부 하우징(120)은 리셉터클(100)의 외부 몸체를 이루는 구성으로, 절연 재질의 수지를 이용한 사출 성형체로 구성될 수 있다. 외부 하우징(120)은 소정의 폭과 길이를 갖는 사각 형상의 외부 프레임(121)으로 구성되며, 내측에는 내부 하우징(130)이 배치되는 공간을 형성한다. 외부 하우징(120)은 기판(미도시)에 고정되어 다수의 리셉터클 접촉단자(150)를 기판의 회로 전극에 접점시킨다. 이를 위한 외부 하우징(120)은 길이 방향(y 방향)으로 마주보는 양측의 외부 프레임(121)에 리셉터클 접촉단자(150)의 외측이 조립되는 다수의 외부단자 삽입 홀(123)이 형성된다.
상기 내부 하우징(130)은 외부 하우징(120)과 분리되면서 리셉터클(100)의 내부 몸체를 이루는 구성으로, 절연 재질의 수지를 이용한 사출 성형체로 구성될 수 있다. 내부 하우징(130)은 사각 기둥 형상의 내부 프레임(131)과 내부 프레임(131)을 지지하는 지지 플레이트(132)로 구성되며, 내부 프레임(131)은 외부 하우징(120)의 외부 프레임(121)과 소정의 공간을 확보하여 플러그 하우징(210)이 삽입되는 플러그 수용부(110a)를 제공한다. 또한, 내부 하우징(130)은 외부 하우징(120)의 외부단자 삽입 홀(123)과 마주하는 길이 방향의 내부 프레임(131)에 리셉터클 접촉단자(150)의 내측이 조립되는 다수의 내부단자 삽입 홀(133)이 형성된다.
상기 리셉터클 접촉단자(150)는 기판과 전기적 접점을 이루면서 플러그 접촉단자(250)와 접촉되어 리셉터클(100)과 플러그(200)를 전기적으로 연결한다. 다수의 리셉터클 접촉단자(150)는 외부 하우징(120)과 내부 하우징(130)에 형성된 각 단자 삽입 홀(123,133)에 끼워지면서 외부 하우징(120)과 내부 하우징(130)을 연결하고, 플러그 수용부(110a)에서 길이 방향(y 방향)으로 일정 간격을 두고 2열로 배열된다. 리셉터클 접촉단자(150)는 외부 하우징(120) 및 내부 하우징(130)과 별도로 제조되어 조립될 수 있으며, 인서트 몰딩에 의하여 외부 하우징(120) 및 내부 하우징(130)과 일체로 형성될 수도 있다.
이러한 리셉터클 접촉단자(150)는 알루미늄과 같은 전도성을 갖는 금속 소재로 구성되며, 스탬핑 성형에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 리셉터클 접촉단자(150)는 플러그 접촉단자(250)가 끼워질 수 있도록 탄성을 갖는 도전체로 형성되고, 본 발명에서는 상부가 개방된 이중 U 형상 구조를 이룬다.
상기 리셉터클 피팅네일(170)은 외부 하우징(120)의 길이 방향 양 단부에서 기판에 솔더링되어 외부 하우징(120)을 기판에 고정시킨다. 리셉터클 피팅네일(170)은 외부 하우징(120)의 길이 방향(y 방향) 단부의 측면과 그 양 측면 일부를 'ㄷ' 형상으로 감싸는 제1 측면 프레임(171)과, 제1 측면 프레임(171) 상단에서 길이 방향(y 방향)의 내측으로 벤딩 및 연장되면서 외부 하우징(120)의 상면과 내측면에 밀착되는 제1 지지 프레임(172)과, 제1 측면 프레임(171) 상단에서 서로 마주보는 폭 방향(x 방향)의 내측으로 벤딩 및 연장되면서 외부 하우징(120)의 상면과 내측면에 밀착되는 한 쌍의 제2 지지 프레임(173)으로 이루어진다. 또한, 리셉터클 피팅네일(170)은 제1 측면 프레임(171)의 하단부에 기판과 결합되기 위한 복수의 제1 솔더링부(175)를 형성한다.
외부 하우징(120)은 양단부에 걸림돌기(124)와 삽입홈(125)들을 구비하여 리셉터클 피팅네일(170)이 조립된다. 또한, 리셉터클 피팅네일(170)은 인서트 몰딩에 의하여 외부 하우징(120)과 일체로 형성될 수도 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 플러그(200)는 플러그 하우징(210)과, 플러그 하우징에 조립되어 리셉터클 접촉단자(150)와 전기적 접촉이 이루어지는 다수의 플러그 접촉단자(250)와, 플러그 하우징(210)을 제2 기판(미도시)에 고정시키는 플러그 피팅네일(270)을 포함한다.
상기 플러그 하우징(210)은 플러그(200)의 몸체를 이루면서 리셉터클 하우징(110)에 결합되는 구성으로, 절연 재질의 수지를 이용한 사출 성형체로 구성될 수 있다. 플러그 하우징(210)은 소정의 폭과 길이를 갖는 사각 형상의 메인 플레이트(212)와, 메인 플레이트(212)의 하면 가장자리를 따라 사각 형상으로 돌출되어 리셉터클 하우징(110)의 플러그 수용부(110a)에 대응하는 결합 프레임(211)으로 구성된다. 이러한 플러그 하우징(210)은 기판(미도시)에 고정되어 다수의 플러그 접촉단자(250)를 기판의 회로 전극에 접점시키며, 이를 위하여 서로 마주보는 양측의 결합 프레임(211)에는 길이 방향(y 방향)을 따라 플러그 접촉단자(250)가 조립되는 다수의 플러그단자 삽입 홀(213)이 형성된다.
상기 플러그 접촉단자(250)는 기판과 전기적 접점을 이루면서 리셉터클 접촉단자(150)와 접촉되어 플러그(200)와 리셉터클(100)을 전기적으로 연결한다. 다수의 플러그 접촉단자(250)는 플러그 하우징(210)의 양측에서 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 2열로 배열되면서 플러그 하우징(210)에 형성된 플러그단자 삽입 홀(213)에 조립된다. 플러그 접촉단자(250)는 플러그 하우징(210)과 별도로 제조되어 조립될 수 있으며, 인서트 몰딩에 의하여 플러그 하우징(210)과 일체로 형성될 수도 있다.
이러한 플러그 접촉단자(250)는 알루미늄과 같은 전도성을 갖는 금속 소재로 구성되며, 스탬핑 성형에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 플러그 접촉단자(250)는 리셉터클 접촉단자(150)에 끼워질 수 있도록 탄성을 갖는 도전체로 형성된다.
상기 플러그 피팅네일(270)은 플러그 하우징(210)의 길이 방향 양단부에서 기판에 솔더링되어 플러그 하우징(210)을 기판에 고정시킨다. 플러그 피팅네일(270)은 플러그 하우징(210)의 하면 일부를 가압하는 제1 가압 프레임(271)과, 제1 가압 프레임(271)의 길이 방향(y 방향) 외측 단부에서 상측으로 벤딩되어 플러그 하우징(210)의 측면에 밀착되는 제3 지지 프레임(272)과, 제1 가압 프레임(271)의 폭 방향(x 방향) 양측 단부에서 상측으로 벤딩되어 플러그 하우징(210)의 측면에 밀착되는 한 쌍의 제4 지지 프레임(273)과, 제1 가압 프레임(271)의 길이 방향(y 방향) 내측 단부에서 상측으로 벤딩되어 플러그 하우징(210)에 조립되는 고정 프레임(274)으로 이루어진다. 또한, 플러그 피팅네일(270)은 제3 지지 프레임(272) 또는 제4 지지 프레임(273)의 상단부에 기판과 결합되기 위한 제2 솔더링부(275)를 형성한다.
플러그 하우징(210)은 양단부에 걸림돌기(214)와 삽입홈(215)들이 형성되어 플러그 피팅네일(270)이 조립된다. 또한, 플러그 피팅네일(270)은 인서트 몰딩에 의하여 플러그 하우징(210)과 일체로 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터 구조를 나타낸 결합 단면도(도 2의 Ⅰ-Ⅰ 방향)이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 접촉단자를 나타낸 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 커넥터는 하부의 리셉터클(100)에 상부의 플러그(200)가 삽입되면서 결합되어, 리셉터클 접촉단자(150)와 플러그 접촉단자(250)가 전기적으로 접촉된다. 리셉터클 접촉단자(150)는 서로 분리된 외부 하우징(120)과 내부 하우징(130)을 연결하면서 기판에 고정되는 외부 하우징(120)으로부터 내부 하우징(130)을 유동시켜 리셉터클(100) 또는 플러그(200)에서 발생되는 진동이 서로 전달되는 것을 차단한다.
상기 리셉터클 접촉단자(150)는 기판에 접점되는 제1 접점부(151)와, 제1 접점부의 단부에서 상측으로 볼록하게 '∩' 형상으로 벤딩되면서 연장되는 제1 벤딩부(152)와, 제1 벤딩부의 단부에서 'U' 형상으로 연장되는 제1 U 형상부(153)와, 제1 U 형상부의 단부에서 상측으로 볼록하게 '∩' 형상으로 벤딩되면서 제1 U 형상부(153)의 내측 공간으로 연장되는 제2 벤딩부(154)와, 제2 벤딩부의 단부에서 'U' 형상으로 연장되는 제2 U 형상부(155)로 구성된다. 즉, 상기 리셉터클 접촉단자(150)는 제1 U 형상부(153)와 제2 U 형상부(155)에 의한 이중 U 형상 구조를 이룬다.
제2 U 형상부(155)는 일측은 제2 벤딩부(154)에 고정되는 고정단을 형성하고, 타측은 자유단을 형성한다. 또한, 제2 U 형상부(155)는 제1 U 형상부(153) 내부에 위치하며, 일측의 고정단과 타측의 자유단에서 내측으로 볼록하게 돌출되는 제1 접촉부(156)와 제2 접촉부(157)를 각각 형성한다.
상기와 같은 구성의 리셉터클 접촉단자(150)는 소정의 길이를 갖는 금속 프레임으로서, 제1, 2 U 형상부(153,155)의 중심부를 기준으로 일측(외측)의 제1 접점부(151), 제1 벤딩부(152)가 외부 하우징(120)에 조립된다. 이를 위하여 외부 하우징(120)은 제1 벤딩부(152)가 삽입되는 외부단자 삽입 홀(123)과, 제1 벤딩부(152)가 이탈되지 않도록 하는 외부단자 걸림턱(126)을 형성한다.
또한, 리셉터클 접촉단자(150)는 제1, 2 U 형상부(153,155)의 중심부를 기준으로 타측(내측)의 제2 벤딩부(154)가 내부 하우징(130)에 조립된다. 이를 위하여 내부 하우징(130)은 제2 벤딩부(154)가 삽입되는 내부단자 삽입 홀(133)과, 제2 벤딩부(154)가 이탈되지 않도록 하는 내부단자 걸림턱(136)을 형성한다.
상기 외부단자 걸림턱(126)과 상기 내부단자 걸림턱(136)은 플러그 접촉단자(250)의 발거시 리셉터클 접촉단자(150)가 플러그 접촉단자(250)와 함께 끌려나가는 것을 방지한다.
또한, 리셉터클 접촉단자(150)는 금속 프레임 측부로 쐐기 형상으로 돌출되는 다수의 고정돌기(158)를 구비하며, 상기 고정돌기(158)는 리셉터클 접촉단자(150)를 외부 하우징(120) 및 내부 하우징(130)에 고정시킨다.
상기 플러그 접촉단자(250)는 기판에 접점되는 제2 접점부(251)와, 상기 제2 접점부(251)의 단부에서 하측으로 볼록하게 '∪' 형상으로 벤딩되면서 연장되는 제3 벤딩부(252)로 구성된다. 상기 제3 벤딩부(252)는 리셉터클 접촉단자(150)의 제2 U 형상부(155) 내부에 삽입된다. 제3 벤딩부(252)는 프레임 외면에 오목한 한 쌍의 제3 접촉부(256)와 제4 접촉부(257)가 형성되며, 제2 U 형상부(155)의 제1 접촉부(156) 및 제2 접촉부(157)가 제3 접촉부(256) 및 제4 접촉부(257)에 접촉되도록 제2 U 형상부(155)에 삽입된다.
상기와 같은 구성의 리셉터클 접촉단자(150)와 플러그 접촉단자(250)는 한 쌍의 접촉부(156,157,256,257)에 의한 이중 접촉 구조를 이루어 진동에 의한 떨림에도 안정적인 접촉이 이루어질 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 접촉부(156,157,256,257)는 서로 대응하는 돌기와 홈 형상에 따른 접촉으로 리셉터클 또는 플러그의 삽입 또는 발거시 안정적인 클릭감을 구현할 수 있다. 이때, 상기 제1,2 접촉부(156,157)가 오목한 홈 형상을 이루고, 제3,4 접촉부(256,257)가 볼록한 돌기 형상을 이룰 수도 있을 것이다.
도 8은 단일 U 형상 구조의 접촉단자의 삽입 및 발거시 응력분포를 나타낸 도면이고, 도 9는 이중 U 형상 구조의 접촉단자의 삽입 및 발거시 응력분포를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 리셉터클 접촉단자(150)와 플러그 접촉단자(250)는 차량에서 발생되는 진동이나 리셉터클(100)과 플러그(200)의 착탈시 발생되는 진동이 서로 전달되는 것을 효율적으로 차단하여 진동에 의한 접점 불량을 방지한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 단일 컵 구조의 리셉터클 접촉단자는 플러그 접촉단자가 삽입(도 8(a))되거나 발거(도 8(b))될 때, 플러그 접촉단자의 접촉에 따른 응력이 발생된다. 리셉터클 접촉단자 및 플러그 접촉단자는 각 접촉부에서 응력이 최초로 발생되고, 도시된 바와 같이 응력은 리셉터클 접촉단자에서는 제1 U 형상부와 제1 벤딩부를 따라 분포되며, 최종적으로 기판에 접점된 제1 접점부까지 전달된다. 제1 접점부에 전달되는 응력은 제1 접점부와 기판의 접점에 영향을 미치게 된다. 따라서, 단일 U 형상 구조의 리셉터클 접촉단자는 차량의 진동이나 플러그 접촉단자의 반복적인 삽입 및 발거로 인하여 기판과 접점 불량이 쉽게 발생하게 된다.
도 9을 참조하면, 이중 U 형상 구조의 리셉터클 접촉단자도 플러그 접촉단자가 삽입(도 9(a))되거나 발거(도 9(b))될 때, 플러그 접촉단자의 접촉에 따른 응력이 발생된다. 리셉터클 접촉단자 및 플러그 접촉단자는 각 접촉부에서 응력이 발생되고, 도시된 바와 같이 제2 U 형상부와 제2 벤딩부에 대부분의 응력이 분포되면서, 제1 U 형상부, 제1 벤딩부 및 제1 접점부에는 응력이 전달되지 않는다. 이는 리셉터클 접촉단자가 이중 U 형상 구조를 이룸으로써, 각 접촉부에서 발생된 응력이 내부의 제2 벤딩부와 제2 U 형상부에 집중되기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 이중 U 형상 구조의 리셉터클 접촉단자는 차량의 진동이나 플러그 접촉단자의 반복적인 삽입 및 발거에 따른 진동에도 기판과의 접점이 안정적으로 유지되어 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 x 방향 유동 제어 구조를 나타낸 결합 단면도(도 2의 Ⅱ-Ⅱ 방향)이고, 도 11은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 커넥터의 y 방향 및 z 방향 유동 제어 구조를 나타낸 결합 단면도(도 2의 Ⅲ-Ⅲ 방향)이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 커넥터는 폭 방향(x 방향)에 대하여 일측 기판에 고정되는 리셉터클 피팅네일(170)과 타측 기판에 고정되는 플러그 피팅네일(270) 사이에 소정의 간격(f1)이 형성된다. 즉, 외부 하우징(120)을 고정하는 리셉터클 피팅네일(170)의 제2 지지 프레임(173)과 플러그 하우징(210)을 고정하는 플러그 피팅네일(270)의 제4 지지 프레임(273)은 커넥터의 폭 방향에 대하여 소정의 간격(f1)을 이루면서 마주하도록 각 기판에 솔더링된다.
플러그(200)는 플러그 하우징(210)이 리셉터클(100)의 내부 하우징(130)에 결합되면서 전기적으로 연결되며, 내부 하우징(130)은 리셉터클 접촉단자(150)를 매개로 외부 하우징(120)에 연결되면서 유동을 가지게 된다. 따라서 플러그 하우징(210)도 내부 하우징(130)과 함께 외부 하우징(120)에 대하여 유동을 가지게 되고, 이러한 유동이 리셉터클(100)과 플러그(200) 사이에서 진동을 흡수하여 전달되는 것을 차단한다.
이때, 플러그 하우징(210)의 폭 방향 유동은 소정의 간격(f1) 내에서 이루어지도록 제어되어야 하며, 폭 방향의 유동 간격(f1)은 리셉터클 피팅네일(170)과 플러그 피팅네일(270)에 의하여 제어된다. 즉, 플러그 하우징(210)은 플러그 피팅네일(270)의 제4 지지 프레임(273)이 리셉터클 피팅네일(170)의 제2 지지 프레임(173)에 접촉되는 간격(f1) 내에서만 폭 방향으로 유동이 이루어진다.
리셉터클(100)과 플러그(200)의 유동이 수지 재질인 하우징에 의하여 제어되는 경우 하우징이 쉽게 손상되거나 마모되어 유동 제어가 파괴된다. 그러나 본 발명은 리셉터클(100)과 플러그(200)의 유동 제어가 각 기판에 직접 실장된 금속 재질의 리셉터클 피팅네일(170)과 제2 피팅 네일(270)에 의하여 이루어짐으로써, 유동 제어가 견고하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 본 발명의 커넥터는 길이 방향(y 방향)에 대하여 일측 기판에 고정되는 리셉터클 피팅네일(170)과 타측 기판에 고정되는 플러그 피팅네일(270) 사이에 소정의 간격(f2)이 형성된다. 즉, 외부 하우징(120)을 고정하는 리셉터클 피팅네일(170)의 제1 지지 프레임(172)과 플러그 하우징(210)을 고정하는 플러그 피팅네일(270)의 제3 지지 프레임(272)은 커넥터의 길이 방향에 대하여 소정의 간격(f2)을 이루면서 마주하도록 각 기판에 솔더링된다. 따라서 플러그 하우징(210)의 길이 방향 유동은 리셉터클 피팅네일(170)의 제1 지지 프레임(172)과 플러그 피팅네일(270)의 제3 지지 프레임(272)이 접촉되는 간격(f2) 내에서만 이루어지도록 제어된다.
또한, 본 발명의 커넥터는 수직 방향(z 방향) 유동이 리셉터클 피팅네일(170)과 내부 하우징(130) 사이의 간격(f3)에 의하여 제어되도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 리셉터클 피팅네일(170)의 제1 지지 프레임(172)은 하단부가 내부 하우징(130)의 지지 플레이트(132)와 수직 방향에 대하여 소정의 간격(f3)을 갖도록 외부 하우징(120)에 조립된다. 따라서 플러그 하우징(210)의 수직 방향 유동은 리셉터클 피팅네일(170)의 제1 지지 프레임(172)과 내부 하우징(130)의 지지 플레이트(132)가 접촉되는 간격 내에서만 이루어지도록 제어된다.
상기와 같이 본 발명의 커넥터는 리셉터클과 플러그가 x,y,z 방향에 대하여 소정의 범위 내에서 유동이 이루어지도록 제어됨으로써, 차량의 진동 등에 대하여 진동이 전달되는 것을 효율적으로 차단하면서, 진동에 대하여 전기적 접점이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 리셉터클 110 : 리셉터클 하우징
120 : 외부 하우징 130 : 내부 하우징
121 : 외부 프레임 123 : 외부단자 삽입 홀
131 : 내부 프레임 132 : 지지 플레이트
133 : 내부단자 삽입 홀
150 : 리셉터클 접촉단자 151 : 제1 접점부
152 : 제1 벤딩부 153 : 제1 U 형상부
154 : 제2 벤딩부 155 : 제2 U 형상부
156 : 제1 접촉부 157 : 제2 접촉부
170 : 리셉터클 피팅네일
200 : 플러그 210 : 플러그 하우징
211 : 결합 프레임 212 : 메인 플레이트
213 : 플러그단자 삽입 홀
250 : 플러그 접촉단자 251 : 제2 접점부
252 : 제3 벤딩부 256 : 제3 접촉부
257 : 제4 접촉부
270 : 플러그 피팅네일

Claims (9)

  1. 각 기판에 실장된 리셉터클 커넥터와 플러그 커넥터가 착탈되면서 접속되는 기판 대 기판 커넥터에 있어서,
    상기 리셉터클 커넥터는,
    절연 재질의 프레임으로 내부에 공간을 형성하는 외부 하우징;
    절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 분리되면서 상기 외부 하우징의 내부 공간에 배치되는 내부 하우징;
    금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 일측의 기판에 전기적으로 접점되는 리셉터클 접촉단자; 및
    상기 외부 하우징의 양측 단부를 가압하면서 일측의 기판에 실장되어 상기 외부 하우징을 고정하는 리셉터클 피팅네일;을 포함하고,
    상기 플러그 커넥터는,
    절연 재질의 프레임으로 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징이 형성하는 플러그 수용부에 삽입되는 플러그 하우징;
    금속 재질의 프레임으로 이루어진 탄성체로서, 상기 플러그 하우징의 프레임에 형성되는 단자 삽입 홀에 삽입되고, 타측의 기판에 전기적으로 접점되는 플러그 접촉단자; 및
    상기 플러그 하우징의 양측 단부를 가압하면서 타측의 기판에 실장되어 상기 플러그 하우징을 고정하는 플러그 피팅네일;을 포함하며,
    상기 리셉터클 접촉단자는 이중 U 형상 구조를 이루며 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징 사이의 진동 전달을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리셉터클 접촉단자는,
    기판에 접점되는 제1 접점부;
    상기 제1 접점부의 단부에서 상측으로 볼록하게 벤딩되면서 상기 제1 접점부의 반대 방향으로 연장되는 제1 벤딩부;
    상기 제1 벤딩부의 단부에서 'U' 형상으로 연장되는 제1 U 형상부;
    상기 제1 U 형상부의 단부에서 상측으로 볼록하게 벤딩되면서 상기 제1 U 형상부의 내측 방향으로 연장되는 제2 벤딩부; 및
    상기 제2 벤딩부의 단부에서 상기 제1 U 형상부의 공간 내에서 'U' 형상으로 연장되는 제2 U 형상부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플러그 접촉단자는,
    기판에 접점되는 제2 접점부; 및
    상기 제2 접점부의 단부에서 하측으로 볼록하게 벤딩되면서 연장되어 상기 제2 U 형상부 내부에 삽입되는 제3 벤딩부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 리셉터클 접촉단자와 상기 플러그 접촉단자는,
    상기 제2 U 형상부 양 단의 프레임 내측에 형성되는 제1 및 제2 접촉부와, 상기 제3 벤딩부의 프레임 외면에 형성되는 제3 및 제4 접촉부에 의한 이중 접촉 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  5. 제2항에 있어서, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징은,
    리셉터클 접촉단자가 이탈되지 않도록 상기 제1 벤딩부 및 상기 제2 벤딩부가 걸려지는 단자 걸림턱을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리셉터클 피팅네일은,
    상기 외부 하우징의 단부 외측면을 감싸는 제1 측면 프레임;
    상기 제1 측면 프레임 상단에서 길이 방향(y 방향)의 내측으로 연장되면서 상기 외부 하우징의 상면과 내측면에 밀착되는 제1 지지 프레임; 및
    상기 제1 측면 프레임 상단에서 서로 마주보는 폭 방향(x 방향)의 내측으로 연장되면서 상기 외부 하우징의 상면과 내측면에 밀착되는 제2 지지 프레임;으로 구성되고,
    상기 플러그 피팅네일은,
    상기 플러그 하우징의 하면 일부를 가압하는 제1 가압 프레임;
    상기 제1 가압 프레임의 길이 방향(y 방향) 외측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 플러그 하우징의 측면에 밀착되는 제3 지지 프레임;
    상기 제1 가압 프레임의 폭 방향(x 방향) 양측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 플러그 하우징의 측면에 밀착되는 제4 지지 프레임; 및
    상기 제1 가압 프레임의 길이 방향(y 방향) 내측 단부에서 상측으로 연장되어 상기 플러그 하우징에 조립되는 고정 프레임;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 리셉터클과 상기 플러그는,
    상기 리셉터클 피팅네일의 상기 제2 지지 프레임과 상기 플러그 피팅네일의 상기 제4 지지 프레임이 형성하는 간격의 범위 내에서, 폭 방향(x 방향)의 유동이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 리셉터클과 상기 플러그는,
    상기 리셉터클 피팅네일의 상기 제1 지지 프레임과 상기 플러그 피팅네일의 상기 제3 지지 프레임이 형성하는 간격의 범위 내에서, 길이 방향(y 방향)의 유동이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.
  9. 제6항에 있어서, 상기 리셉터클과 상기 플러그는,
    상기 리셉터클 피팅네일의 상기 제1 지지 프레임의 하단부와 상기 내부 하우징의 지지 플레이트가 형성하는 간격의 범위 내에서, 수직 방향(z 방향)의 유동이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 대 기판 커넥터.



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