JPH0158836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は電気的接続装置、特に比較的小さな面
積内で多数の分離可能な相互接続を、非常に僅か
な挿入力、抜去力をもつて行なうことが可能であ
り、多数回の挿入、抜去を行なつても安定した信
頼性の高い接続を得ることができる接続装置、す
なわちコネクタに関する。

(b) 従来技術と問題点 従来の電気的接続装置は、通常、雄型接点に相
当するピン（接点ピン）と雌型接点に相当するジ
ヤツクにより構成されており、これらの嵌合を通
じて電気装置相互の接続を得るようにできてい
る。ジヤツクは、接点ピンとの接触の安定性を確
保するため、かなりの強さの接触力を接点ピンに
かけることのできるスプリング機構を具備してい
る。ところが、このスプリング機構が働いてかな
りの強さの接触力がすべての接点ピンにかかるた
め、接点ピンをジヤツクに挿入する時の挿入力又
は接点ピンをジヤツクから抜き取る時の抜去力
は、単位接続装置当りの接点ピンの数が増加すれ
ば増加するほど大きくなり、接点ピンの数が数百
のオーダーになつた場合においては数10〔Kg〕以
上の挿入力が必要である。こうなると、もはや入
力で接続装置を操作することが不可能であり、治
具類を使用してのピンの挿入及び抜去が不可欠で
ある。

さらに、上記したような従来の接続装置におい
ては、着脱を行なうに際して大きなピン挿入力及
び抜去力をかける場合に電気装置を損傷させるこ
とが屡々である。さらにまた、このような接続装
置においては、大きなピン挿入力及び抜去力に耐
え得るだけの強度をその構成部材に付与すること
が必要であり、結果として、装置そのものの大型
化を余儀なくされる。

最近、接続装置当りのピン数の増加に対処し
て、ピン挿入力及び抜去力の軽減をはかろうとす
る試みもなされている。例えば、零挿入力
（ZIF）接続装置及び軽挿入力（LIF）接続装置と
して知られている。接点ピンをジヤツクに挿入し
た後にカム機構により接触力を付与する形式の接
続装置、あるいはスライドカムにより、一括して
接続するのではなくて、分割して接続する機構を
採り入れた接続装置、その他がそれである。しか
しながら、これらの接続装置は、複雑な機構と、
それに伴なう煩雑な取り扱いとを必要とし、ま
た、製造コストの上昇をもひきおこす。

従来のLSIモジユールを回路基板に接続するた
めの電気的接続装置は、一般に、各々のLSIモジ
ユールの底面から突き出た接点ピンと、該接点ピ
ンを挿入可能な回路基板のジヤツクとから構成さ
れており、また、回路基板のジヤツクには、接点
ピンに対してかなり大きな強さの接触力を付与す
るためのある形状のスプリング機構が配設されて
いる。しかしながら、このような接続装置を使用
した場合には、前述の接続装置の場合と同様に、
モジユールの接点ピンの増加とともにより大きな
ピン挿入力が必要となり、実用的な操作ができな
くなる。

このタイプの接続装置においては、さらに、ジ
ヤツクのスプリング機構のためにかなり広いスペ
ースが必要となる。かかるスペースの増大は、一
般的に、モジユールなどに設けることができる接
点ピンの数を制限する要因であり、これがため、
高密度の接点ピンを有する電気的接続装置を得る
ことができない。

従来の電気的接続装置の上述のような欠点を克
服した新しいタイプの電気的接続装置を本順発明
者は先に特願昭57−51155号によつて提供してい
る。該発明による電気的接続装置は、絶縁材料か
らなる接続ボード、該接続ボードを貫通して穿た
れた、電気装置の接点ピンを挿入可能なガイド
孔、該ガイド孔の一部に形成された金属溜め、該
金属溜めに収容された、接点間接続に供される低
融点金属、そして前記金属溜めの近傍に配置され
た、前記低融点金属を溶融せしめるための発熱
体、を組み合わせて含んでなることを特徴として
いる。

すなわち、該発明の電気的接続装置は、絶縁材
料からなる接続ボードの、接続しようとする電気
装置の接点ピン、配線パターン、その他に対応す
る位置に、その接続ボードを貫通して、接続しよ
うとするピンを挿入可能な細孔を穿ち、この細孔
の内部の任意の個所に低融点金属（電気装置の接
点間の接続に供する）をプールするための金属溜
めを設け、よつて、この金属溜めにプールされた
低融点金属を付属する発熱体の操作により融解及
び凝固させることによつて所期の接点接続を達成
しようとするものである。

第１図は、該発明の接続装置の一実施例の、１
つの接続点となる部分を拡大して示した断面図で
ある。図中の電気的に絶縁体であるアルミナから
形成された接続ボード１には、それを貫通して、
接点ピン（図示せず）を挿入するためのガイド孔
２が穿たれている。ガイド孔２の両端は、２′で
示すように、接点ピンの挿入をスムーズならしめ
るために面取りされている。孔２の中央部には、
金属溜め３が形成されており、また、この金属溜
め３には、低融点金属４がプールされている。金
属溜め３の周囲には、それを取り囲むように発熱
体５が形成されている。６は、発熱体に通電する
ための端子である。

第２図は、第１図に示した該発明による接続装
置を使用して２つの電気装置（図示せず）をその
それぞれの接点ピンを介して接続した状態を示し
た部分拡大断面図である。接点ピンは、１１及び
１２で示されておりかつ、それぞれ、絶縁性の接
点ピン支持体１３及び１４によつて固定的に支承
されている。接点ピン１１及び１２の先端は、金
属溜め３を埋めつくした凝固した低融点金属４の
なかに埋没している。接点ピン支持体１３及び１
４には、それぞれ、接点ピンを位置決めするため
のストツパー１５及び１６が数ケ所（第２図では
１ケ所のみ例示）において形成されている。接続
装置１０と接点ピン支持体１３及び１４とを貫通
して設けられた部材１７は、これらの部材を接続
する時に横方向の位置決めをするためのピンであ
る。また第３図は、多数の接点ピンを有するLSI
モジユールとプリント回路基板とを接続するため
の該発明の接続装置の他の実施例の、１つの接続
点部分を拡大して示した断面図、第４図は本実施
例によつて接続を行なうときの構成を示した略示
断面図である。この装置の形状は、金属溜め３が
ガイド孔２の下端に移動してその形状がロート状
になつた点を除いて、基本的に第１図のそれに同
じである。LSIモジユール２１は、接点ピン３１
が所定面積例えば40×40〔mm〕のなかに1.27〔mm〕
の間隔で取り付けられており、その総計は900本
である。これらの接点ピンは、それぞれ絶縁され
ておりかつ、図示の通り、環状のパツド３６を有
している。環状パツド３６は、LSIモジユールの
下面に融着してある。このLSIモジユールに整列
して設けてある接点ピンに対応するように、接続
ボード１にガイド孔２が設けてあり、また、これ
らのガイド孔に対応する位置に、プリント回路基
板２０の回路パターン２５及び２８が整列して設
けてある。

プリント回路基板２０は多層プリント回路基板
である。図中の２９は回路を構成している銅箔を
表わし、かつそれぞれ基板２０の絶縁材料により
完全に独立した状態にある。各銅箔層２９は、ス
ルーホールメツキ層３４及びメツキ層３５によつ
て、基板表面の回路パターン２５及び２８に接続
されている。

このように、多数本の接点ピン３１、ガイド孔
２、そして回路パターン２５及び２８は、LSIモ
ジユール２１に取り付けられているストツパー３
２付のガイドピン３３と接続ボード１のガイド穴
７及びプリント回路基板２０のガイド穴２６とに
よつて位置決めされるようになつている。

以上説明した如く前記先願発明によつて、非常
に僅かな挿入力と抜去力とで、電気的接続及びそ
の接続の解除を行なうことが可能な電気的接続装
置が提供される。しかしながら前記先願発明の電
気的接続装置において、接点ピンの挿抜の際に融
解された低融点金属の一部が、例えば第３図のプ
リント回路基板２０の被接続部分である回路パタ
ーン２５の下部にあるスルーホール部へ流れ落ち
る現象がある。このために接点ピンの挿抜の繰返
しによつて金属溜め内部の低融点金属の量が次第
に減少して、安定した接続が得られる挿抜回数が
限定されており、その改善が要望されている。

(c) 発明の目的 本発明の目的は、非常に小さなピン挿入力及び
抜去力をもつて電気的接続及びその接続の解除を
行なうことが可能であり、比較的に小さなスペー
スのなかにより多数の電気的に独立した接点を高
密度に接続することができ、しかも多数回の挿抜
を行つても安定した接続が得られる電気的接続装
置を提供することにある。

(d) 発明の構成 本発明の前記目的は、絶縁材料からなる接続ボ
ードと、該接続ボードに一端が埋設された第１の
接点ピンと、前記接続ボード内に形成されて該第
１の接点ピンが表出する金属溜めと、前記接続ボ
ードに穿たれて該金属溜めに達する第２の接点ピ
ンのガイド孔と、前記金属溜めに収容されて前記
第１の接点ピンと前記第２の接点ピンとの接続に
供される低融点金属と、前記金属溜めの近傍に配
設されて前記低融点金属を融解せしめるための発
熱体とを含んでなる電気的接続装置により達成さ
れる。

すなわち本発明の電気的接続装置は、先に説明
した先願発明にかかる装置と同様に、接続ボード
内に設けられた金属溜めにプールされた低融点金
属を付属の発熱体の操作によつて融解及び凝固さ
せることによつて所期の接点接続を達成するが、
先願発明においては接続ボードを貫通する接点ピ
ンガイド孔によつて前記金属溜めが２つの開口を
有するのに対して、本発明においては前記低融点
金属によつて接続される接点ピンの一方が接続ボ
ードに予め埋設されて、金属溜めの開口は外部か
ら挿入される第２の接点ピン側のガイド孔１つと
されている。このために低融点金属を融解して接
点ピンの挿抜を行なうときに融解金属の金属溜め
からの流出が抑制されて、多数回の挿抜を行なつ
ても安定した接続が得られる。

本発明による電気的接続装置を用いて接続を行
なうためには、接続しようとする電気装置の一方
の例えばプリント回路基板等に本装置を、埋込接
点ピンを挿入してはんだ付けするなどの手段によ
つて接続し、他方の被接続電気装置の接点ピンを
接続ボードの接続位置で対向して位置合わせして
おき、金属溜めの近傍に配置された発熱体に電流
を流すことにより先ず接続ボードを加熱し、伝熱
効果によつて金属溜め内の低融点金属を溶解さ
せ、この状態で被接続電気装置、例えばモジユー
ルを軽く押し付けてその接点ピンを接続ボードに
挿入し、ピン挿入のままの状態で発熱体への通電
を遮断し、接続ボードの温度を低下させ、よつ
て、金属溜めの低融点金属を凝固させる。このよ
うにして、信頼性の高い、低い接触抵抗の接続を
得ることができる。

接点接続を解除する場合には、接続の場合と同
様に発熱体への通電によつて接続ボードを加熱
し、低融点金属の融解後に接点ピンを抜去する。
このようにして、非常に弱い力で接点接続を解除
することができる。

(e) 発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体
的に説明する。

第５図は本発明による電気的接続装置の実施例
を示す断面図である。図において、４１は第１の
接続ボード、４２は第２の接続ボード、４３は埋
込接点ピン、４４は金属溜めを兼ねるガイド孔、
４５は低融点金属、４６は発熱体、４７は接着
層、４８は金属層を示す。

本実施例においては接続ボードは４１及び４２
の２枚の組合せにより構成され、何れも雲母を含
むガラスセラミツク基板（商品名マコール）を用
いて、面積約40〔mm〕×40〔mm〕、第１の接続ボード
４１の厚さを約１〔mm〕、第２の接続ボード４２の
厚さを約２〔mm〕としている。

第１の接続ボード４１には、直径約0.6〔mm〕の
金属溜めを兼ねるガイド孔４４が1.27〔mm〕ピツ
チで30×30＝900個設けられている。このガイド
孔４４の穿孔は、従来技術によりレーザ加工、電
子ビーム加工及び超音波加工等によつて行なうこ
とが可能であるが、本実施例に用いた材料ではド
リル加工も可能である。

この第１の接続ボード４１の１面に発熱体４６
を形成する。本実施例における発熱体４６のパタ
ーンの平面図を第６図に示す。第６図に示す発熱
体４６のパターンとして、厚膜スクリーン技術を
用いて、発熱体４６（抵抗体）及びそれらを接続
する導体４９を形成する。図示の例の場合、発熱
体の寸法は幅0.4〔mm〕及び長さ１〔mm〕であつた。

ガイド孔４４は、長手方向について、一列あた
りについて30個であるので、図示のような発熱体
を30個形成し、これを直列に接続するよう導体を
形成する。これらの直列に接続した発熱体は、孔
の数が30個であるから、図の横方向について３１
列を形成する。次に、各列の抵抗を、並列となる
ように導体で接続する。本例の場合、発熱体とし
てイー・アイ・デユポン社製のNo.4720抵抗ペース
トを使用し、導体として同社製のNo.9770導体ペー
ストを使用した。もちろん、他の発熱体及び導体
ペーストを使用することも可能であり、また、ス
パツタリングなどの薄膜技術を応用しても差しつ
かえない。このようにして製作した発熱体の、正
極及び負極間で測定した抵抗は、約250〔Ω〕であ
つた。

また第２の接続ボード４２には、直径約0.4
〔mm〕の貫通孔を前記第１の接続ボード４１と同
一の配置で設けた後に、その１面について深さ約
0.5〔mm〕まで孔径を直径約0.6〔mm〕まで拡大す
る。次いでこの孔の内壁に厚膜法によつて金属層
４８の一部を形成する。なお前記の直径約0.6
〔mm〕の孔の底面の形状は平面であることが望ま
しいが、傾斜面でもよい。

しかる後に第５図に示す如く、第１の接続ボー
ド４１と第２の接続ボード４２とを接着層４７に
よつて接着する。本実施例においては、接着剤と
してイー・アイ・デユポン社製の9137ペーストを
用いている。

次に埋込接点ピン４３を第２の接続ボード４２
の前記孔に嵌合し、金−錫（Au−Sn）合金ペー
ストで両者間のすき間を埋めて固定する。

本実施例の埋込接点ピン４３は、一端に直径約
0.6〔mm〕、高さ約0.5〔mm〕のつばを有する直径約
0.3〔mm〕の燐青銅製のピンであり、パラジウム
（Pd）めつきが施されている。

次いで低融点金属４５の適量を金属溜めを兼ね
てガイド孔４４にプールする。

本発明の装置を通常の状態で動作する場合に
は、有用な低融点金属は好ましくは100〜170〔℃〕
の融点を有している。このような金属として、例
えば、In−Sn合金、Bi−Sn合金、Bi−Pb合金、
ローズ合金（Sn、Bi、Pbから成る）、その他を有
利に用いることができる。低融点金属の融点が
100〔℃〕以下の場合には、電気的装置の動作時に
この金属が融解し、接続障害が発生するおそれが
ある。これは、装置を通常の状態で使用する場
合、LSI素子の発熱により、素子を実装するモジ
ユールの温度が上昇し、さらに、これと隣接する
接続ボードの温度も上昇するためである。一方、
低融点金属の融点が過度に高い場合、これを融解
するための温度をより高くする必要があり、それ
にともない、低融点金属を内蔵する接続ボードの
温度も必然的に上昇する。このことは、接続ボー
ドの近傍に配置されるプリント回路基板に対し悪
影響をおよぼす。すなわち、プリント回路基板上
の回路は、通常、67Sn−40Pbはんだめつき膜が
形成されており、このはんだ材料の融点は約180
〔℃〕であるため、接続ボードの温度がこれ以上
になると、はんだめつき膜が熱的な影響を受ける
ことが起こりうる。また、プリント回路基板がた
とえ耐熱性にすぐれたポリイミドなどの材料で構
成されていたとしても、このプリント回路基板も
熱的影響を受けることは避けられない。以上のよ
うな理由により、本発明による低融点金属の好ま
しい融点の範囲は前記のごとくに規定される。た
だし、この融点の範囲は、現在、通常の状態で使
用される装置に対して規定されるものであり、モ
ジユール、回路基板等がたとえば浸漬液冷される
などの場合、あるいは、プリント回路基板および
はんだめつき膜に対する熱的制約条件が変更され
る場合には、低融点金属の好ましい融点の範囲は
上で述べた範囲に限定されるものではない。

なお、先に述べた埋込接点ピン４３を第２の接
続ボード４２に固定するために用いたAu−Sn合
金は、その融点が280〔℃〕であつて低融点金属４
５の融解の際にこれが融解することはない。従つ
て被接続電気装置の接点ピンを接続し、また接続
を解除するために低融点金属４５を融解するとき
に、埋込接点ピン４３側は封止されており低融点
金属４５の流出が阻止される。

(f) 発明の効果 以上説明した如く本発明の電気的接続装置にお
いては、非常に僅かな挿入力と抜去力とで電気装
置間の接続及びその解除を行なうことができ、か
つ比較的小さな面積内に非常に多数の接続体を設
けることができる効果を損することなく、多数回
の挿入、抜去を行なつても低融点金属の流失が抑
制されて安定した信頼性の高い接続を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電気的接続装置の１例を示す部
分拡大断面図、第２図は前記従来例を用いて接点
ピン間の接続を行なつた状態を示す断面図、第３
図は他の従来例を使用してLSIモジユールとプリ
ント回路基板との間の接続を行なつた状態を示す
部分拡大断面図、第４図は前記従来例を用いる接
続構成を示す断面図、第５図は本発明の実施例を
示す部分拡大断面図、第６図は前記実施例の発熱
体パターンを示す平面図である。 図において、４１及び４２は接続ボード、４３
は埋込接点ピン、４４は金属溜めを兼ねるガイド
孔、４５は低融点金属、４６は発熱体、４７は接
着層、４８は金属層、４９は導体を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接点ピンのガイド孔を有し、一方の面の前記
   各ガイド孔の両側に厚膜抵抗発熱体が焼付け形成
   され、それら発熱体間が厚膜導体で連結されたセ
   ラミツク製の第１の接続ボードと、 前記ガイド孔と同一の径とそれよりも小さい径
   の２つの孔が同軸に２段に形成された貫通孔が、
   前記ガイド孔と同一配置で配設され、前記貫通孔
   の内壁に厚膜金属層が被着されたセラミツク製の
   第２の接続ボードと、 前記第２の接続ボードの貫通孔に嵌合されるつ
   ばを有する埋込接点ピンとからなり、 前記第１の接続ボードの発熱体配設面と前記第
   ２の接続ボードの大きい径の孔の開口面とが、相
   互の孔中心が合致するごとくに絶縁性のペースト
   で焼付け接着され、前記埋込接点ピンのつば部が
   前記第２の接続ボードの大きい径の孔に嵌合し、
   小さい径の孔からピン先端が突出するごとくに嵌
   挿し、前記貫通孔内壁の金属層に金属ペーストで
   密封状態で焼付け接合され、前記ガイド孔に低融
   点金属が収容されてなる電気的接続装置。