JPH08222333A

JPH08222333A - コネクタ組立品

Info

Publication number: JPH08222333A
Application number: JP7307862A
Authority: JP
Inventors: Edward Otto Donner; エドワード・アトウ・ドナー; Michael L Zumbrunnen; マイケル・リン・ザンブルネン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: MY112913A; EP0717471A2; US5611696A; CN1044950C; JP2843786B2; CN1128417A

Abstract

(57)【要約】【課題】電子パッケージと次のパッケージ・レベルと
の間に数千の接触点を有するコネクタ組立品を提供する
こと。【解決手段】小さく成形されたばね式接触素子（ＳＣ
Ｅ）１０４を使用する新手法を考案した。このＳＣＥは
介在する構造物に保持されるか、又は印刷配線基板１０
２もしくはモジュールに直接にハンダ付けされる。個々
の接触素子は信号線かもしくは電源線であり、電気特性
を改善するためにどの信号線も他の信号線と隣り合わな
いように、水平方向及び垂直方向に直交するグリッドに
交互に配置される。このばね式接触素子は複数の断面の
形を持ち、機械的性能を改善するために事前に成形され
る。保持具は多数のＳＣＥを包含し、同時に熱特性を改
善するために空気溜を持ち、冷媒を流して強制的に冷却
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の個別の接続
をして２つの電子部品を相互接続するための素子に関す
るものであり、それらの個別の接続は容易に切断及び再
接続ができ、前記電子部品間で異なる表面の凹凸及び熱
的膨張、収縮を許容できるものである。この場合の「多
数（ｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒ）」とは何千の数のもの
を意味している。

【０００２】

【従来の技術】チップ上の回路密度が増大するにしたが
って、これらの回路への入出力信号の数も増加する。こ
うした入出力端子は、微細な領域に詰込んで入れられて
チップ密度に適合されており、他の近傍のチップ又はシ
ステム中の他のチップやコンポーネントとの通信用に使
われる。チップは米国特許第３，９２１，２８５号に示
されているように、セラミック素子に取付けることがで
きる。この特許はＫｒａｌｌ氏に対して発行され、本願
と同じ出願人に譲渡された。この特許はシリコン集積回
路チップに取付けられる堅固なセラミックのチップ・キ
ャリアについて説明している。このセラミックのキャリ
アは通常印刷配線基板に取付けられ、そしてこの基板に
はセラミック・チップ・キャリア上に収容された多数の
チップが集積する。多数のプロセッサを持つシステム上
では、プロセッサを追加して客先のオフィスでの業務処
理能力を向上できるようにするために、通常たくさんの
セラミック・キャリアを使う。このようなセラミック・
チップ・キャリアに使われる、切り離しができ又再接続
が可能なコネクタにとっては、高い信頼性が主要で必須
の規準であり，それ故にこのコネクタは、塵埃及び微細
な繊維状ごみに対して耐えなければならない。

【０００３】またセラミック物体とガラス・エポキシ印
刷配線基板のような２つの面を接続するときは、ガラス
・エポキシ基板に対して非常に大きなコンプライアンス
が要求され、これはコネクタによって順応されなければ
ならない。それは基板表面及び電子モジュールに固有の
平面度（ｆｌａｔｎｅｓｓ）、及び凹凸によるものであ
る。セラミックの平坦度（ｐｌａｎａｒｉｔｙ）や堅固
さは比較的良好であり、セラミック部品の端部を押して
複数のコネクタを接続させようとすると、ガラス・エポ
キシの印刷配線基板は、面積が増大するにしたがって曲
げられる傾向を持つ。コネクタはこの曲がりを許容でき
なければならない。非常に大きなセラミック・モジュー
ルも、もし周辺にのみ力が加えられるときには曲るかも
しれない。

【０００４】ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌ
ｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．
３（１９８５年８月）の１０７９頁にあるＲ．Ｄａｒｒ
ｏｗ他による、「ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｉｎｌ
ｅｓｓＭｏｄｕｌｅＡｒｒａｙＣｏｎｎｅｃｔｏ
ｒ」の主題の論文では、一端では金属線又はワイヤを曲
げてＣ字型のばねを作り、もう一端を印刷配線基板のメ
ッキされたスルーホールに挿入してハンダ付けしてい
る、コネクタ組立品を開示している。そのＣ字型ばね
は、セラミック・モジュールによって加えられる力を支
えている、プラスチックのハウジング中に存在してい
る。このコネクタ配置の密度は、印刷配線基板中のハン
ダ付けされたスルー・ホールの密度、及びセラミック・
モジュールによってＣ字型ばねに加えられる力を支え
る、プラスチック・ハウジングの密度によって制限され
る。この密度はまた、隣り合うＣ字型ばねとの間で干渉
し合うＣ字型ばねの形によって影響を受ける。

【０００５】Ｓｉｍｐｓｏｎ氏に発行された米国特許第
４，７６４，８４８号は、セラミック・チップ・キャリ
ア及び印刷配線基板の両方にハンダ付けされる、曲げら
れた金属線を持つコネクタを開示している。個々の金属
線は一端に根元、もう一端に先端部を持つ。個々の曲げ
られた金属線の根元は、集積回路パッケージに接続され
て固定された電気的接続、及び機械的接続を形成する。
曲げられた金属線の先端部は、印刷配線基板の表面上の
パッドにハンダ付けされる。この手法は接続に対する引
張り軽減手段、及びセラミック素子の基板への機械的固
定手段を提供する。この開示は、容易に切離せるコネク
タ、特に客先のオフィスで求められるようなものを提供
するものではない。

【０００６】Ｂｕｓａｃｃｏ氏、外に発行された米国特
許第５，２４８，２６２号、及びＣｈａｐｉｎ氏、外に
発行された米国特許第５，０６１，１９２号は、柔軟な
フィルムに取付けられ、ハウジングに収められた小さく
て平坦なビーム（ｂｅａｍｓ）を持つ、コネクタ組立品
を開示している。小さくて平坦なビームはポリアミド細
片上に食刻された銅であり、ハウジング中に伸びてお
り、コネクタ組立品の両側にある配線部分のパッドと接
続する。この接続素子の細片は、食刻された素材、又は
接合された素材のいくつかの層から形成されており、パ
ッドに接触する接続素子を含み、ポリアミドの裏張り
材、銅の接地平面材、及び第５，２４８，２６２号の特
許の場合には、銅の接地平面に接合されてはいるが電気
的には分離されている、ステンレス鋼のバネ材の層から
成る。ポリアミドの細片上にステンレス銅のばねに並ん
で複数のコネクタ素子があり、等間隔に配列されてい
る。ハウジングには細片が表面から突出るための長い溝
があり、細片を配線部のパッドと接触させる。ポリアミ
ドのフィルムは１つの細片中に複数の接触素子を保持
し、多数の細片が１つのコネクタ組立品を形成する。１
つの細片中ではフィルムの挿入方向の剛性により、個々
の接触間でコンプライアンスに制限がある。個々の接触
素子は、それぞれの圧縮量、及び近隣素子の圧縮量に対
応して、接合部分内に自身の反力による応力と歪みを持
つ。その結果、応力と歪みのいく分かは細片と平行にな
り、コネクタ組立品に剪断力をもたらす。この剪断力の
悪影響を抑制するために、２つの予防措置が必要であ
る。１つは印刷配線基板の表面平坦度の凹凸をコネクタ
組立品の設計限度内に抑えることである。２つ目は細片
内の各接点が同時に圧縮される、即ち組立て時にはガイ
ドを使って、電子モジュールを最小の傾きでアレイ上に
均一に押しつける必要がある。

【０００７】単一の細片中に多数の接点を収容する設計
に備わる特性は、隣り合う細片間に一定の間隔が存在す
ることである。このことにより、コネクタ組立品を適用
ケースに合わせて最適化することに限界が生じる。単一
のコネクタ細片を製作し、これをバネ用細片に接合させ
るに当っての許容誤差は、コネクタ細片の全長を制限
し、更にコネクタ組立品中の接点数を制限する。コネク
タ細片の使用は、個々の接点において電子部品に与えら
れる力を調整する機能を制約する。ばねから生じるこの
力は接合面を曲げ、適用ケースに応じて許容される接点
数を制限する可能性がある。それ故に、高い入出力要求
を持つ高性能の適用ケースでは、コネクタ配列中で空間
的位置に応じてばね特性をカストマイズすることが望ま
しく、それによってモジュールの反りが最小になり、接
点の数も最大にできる。

【０００８】優れた電気的特性、高信頼性、低コスト及
び製造容易性、個々の適用ケースに個別対応できる柔軟
性、及びそれ以外の後記の主要な長所を持ち、そして本
発明開示に記述されているような分離可能なコネクタ
は、最新技術を進歩させるものと考えられている。

【０００９】共通の材料から作られ、熱サイクルや長時
間使用から生じる限界や、接合部の故障による機能停止
のないすこぶる信頼性のある、簡便で低価格の接点素子
を作ることが非常に望ましいことである。性能維持及び
冷却のために隣接する素子との間に空間をもたせるよう
に、これらの接点素子を保持する仕組みを作ることも望
まれている。この保持具はいくつかの穴を使って正確な
配置ができ、その材料は熱膨張に対して調節ができ、こ
の配置によって個々の接点素子が接触面に対して個別に
対応できることが非常に望ましい。

【００１０】個々の接点素子の特性、及びその素子と隣
接する接点素子との位置関係を個別に対応できること
は、好都合なことである。そして保持具と接点素子の組
立品が、接合し合う部品間の熱的な不適合を許容できる
ことが極めて望ましい。

【００１１】本発明開示において、適用ケースに対応す
る柔軟性を拡大するためには、次の規準に適合すること
も絶対に必要である。（ａ）パッケージ密度を改善するためには印刷配線基板
の両側を使用し、平均的な配線長を減少させシステムの
性能を向上させるべきである。（ｂ）接続の最大密度を提供するために、これらの接点
の面配列が必要である。それ以外のいかなる構成も、与
えられた面積内に十分な接続数をもたらさないであろ
う。（ｃ）適用ケースでは非常に高速度の集積回路を接続す
るので、コネクタ組立品は低電気ノイズの性質を持って
いなければならない。（ｄ）コネクタ組立品は、この小さな面積内で大量の電
流に耐えられなくてはならない。これにより、電力の要
求が大きいときにはコネクタに冷却の要求が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電子
モジュールを印刷配線基板に分離可能な方法で接続させ
るに当たり、その相互接続性能、密度、電流容量、及び
コストを改善することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的は、電気的相
互接続用として多数のばね式コネクタ素子（ＳＣＥ）を
使うことによって実現できる。ＳＣＥは最適な機械的圧
力を与えるように形作られ、電子モジュール全体に電気
的接触を確実なものにする。ＳＣＥの適切な形を打ち抜
くためには自動製造工程を採用できる。この自動製造工
程は、本特許申請と同じ日にファイルされ、本出願と同
じ出願人に譲渡された主題、「Ａｐｐａｒａｔｕｓａ
ｎｄＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒ
ｅｏｆＳｐｒｉｎｇＣｏｎｔａｃｔＥｌｅｍｅｎ
ｔｓＡｎｄＡｓｓｅｍｂｌｙＴｈｅｒｅｏｆ」
（ＩＢＭｄｏｃｋｅｔ番号、ＰＯ９−９４−０５
７）、シリアル番号の出願に説明されている。
本発明に固有のものは、重なっている（オーバーラップ
している）コネクタ用金属線素子又はワイヤ・セグメン
トであり、これらの素子は備わった角度によってＳＣＥ
素子のシールディング（遮蔽）を改善する。望ましい実
施例では、ＳＣＥはモジュールにも印刷配線基板にも接
続されず、保持具中に収容される。このケースにおいて
本発明のコネクタは分離できる組立品であり、市場で交
換可能な単位（ＦＲＵ）である。

【００１４】本発明はモジュールへの取付け部品として
実施化でき、又は印刷配線基板もしくはチップを収容す
るセラミック部品に取付けることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は改善された密度、電流容
量、低コスト、改善された熱放散の特徴を持つ改良され
た電子コネクタに関する。選択された実施例に従えば、
改善された接続は、お互いに近接して配置された多数の
短いＳＣＥから成立っている。この素子は電気抵抗を減
らすために大きな断面積を保持し、一方で電子モジュー
ルと印刷配線基板との間の電気的接触を行うに必要な接
合力を最小にするために、最適な形にされている。この
素子の形状はコネクタ配列の位置に応じて変わることも
ある。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に従ってい
る改良された電子コネクタを持つ、高性能多数チップ・
モジュールの側面のカットアウェイ（内部を見せるため
に外側の一部を取除いた図解）である。図２は図１に示
されたと同じ組立品の等角図法による拡大図である。旧
来の方法と同じように、図１及び図２のモジュールは、
基板１０２に搭載された集積回路チップ１０１の配列を
持っている。本発明において、基板１０２は多数のパッ
ド１０８を持ち、これらのパッドはＳＣＥ１０４を介し
てマザーボード１０９上のパッド１０５と電気的接続を
行うために用いられ、案内ピン１０７によってパッド１
０５、及び１０８と相対する位置に置かれる。

【００１７】ＳＣＥ１０４は、上部ハウジング１１０と
下部ハウジング１０３によって保持され、ＳＣＥの先端
１０６は、上部ハウジング及び下部ハウジングの外へわ
ずかに突出ている。組立てられた位置において、このＳ
ＣＥは適用ケースによるｘ、ｙ、ｚ方向の誤差、及び熱
的膨張の不適合を許容し、そしてＳＣＥは１個１個必ず
しも同一ではない。

【００１８】これらの図においてはＳＣＥ配列のわずか
の部分だけが見られるが、適用ケースでの必要性によっ
て、多数の行と多数の列に伸びている配列を想像するこ
とも可能である。一般的にコネクタはＮ行×Ｍ列のＳＣ
Ｅを収容できるが、ＮとＭは必ずしも同じ値でなくても
よい。本発明の高密度の目的を達成するためには、ＳＣ
Ｅをお互いにできるだけ近くに配置することが望まし
い。ばね接触素子間の間隔を減少させられる度合は、コ
ネクタを製造する能力と、マザーボードが小さい面積内
の純粋の接続数をサポートできる能力とに依存してい
る。これらの制約を満たす素子の典型的な中心線間の間
隔は、１ｍｍから１．５ｍｍである。

【００１９】１つのＳＣＥのクローズアップした平面
図、正面図、側面図をそれぞれ図３、図４、図５に示
す。ＳＣＥは丸い断面を持った金属線から製造され、図
に示された形に成形される。実例を示すとすれば、半硬
化されたベリリウム・銅Ｃ１７２００がバルク・ビーム
材となる。この材料は金属線又はワイヤの形でいつでも
入手可能であり、ばね材として広く使われ、非常に良好
な作業性及びハンダ付け特性を持ち、ほどよい電気的伝
導性を持つ（純銅２２％の場合）。このような特性を持
つ他の材料はすべて、本発明に適している。このバルク
材料は無酸素環境中での熱処理により事前硬化され、耐
腐食性を持たせるためにニッケルとパラジウムで電気メ
ッキされる。細かく切断し、打ち抜き、更に金属線を個
々のＳＣＥに成形する自動製造工程は、大量生産に採用
できる。代りの方法として（及び試作のハードウェア用
として）、前記の製造工程は手作業で行うこともでき
る。ＳＣＥの先端２０１は低い接触抵抗にするために金
で電気メッキされる。金属線両先端のほぼ中央の一定の
部分だけ、成形具が丸い断面を平坦にして長方形の断面
２０３にする。その上でＳＣＥは曲げられて内角又は夾
角２０２を形成し、完成されたときは２つのＳＣＥの先
端２０１は同心円上に配置される。本発明は金属線の材
料、ＳＣＥの内角２０２、ばね中央部分の断面の形２０
３を調整することにより、ＳＣＥを電子モジュールに適
用する際に最適化できるようにしている。図１及び図２
に示された改良された電子コネクタは、それぞれの位置
に応じて圧力と接触の最適化をした、１つ又は多数の部
品番号を持つＳＣＥから構成させることができる。

【００２０】図６は好適な実施例としての、保持具の半
体３０１及び３０２の中に保持されているＳＣＥ３０３
を持つ断面を図示している。２つの半体の接合面を３０
５として示している。穴をあけられた絶縁物の隔離板３
１１がＳＣＥ３０３の行間に置かれ、ＳＣＥ３０３がお
互いに短絡しないように隔離している。保持具の半体３
０１及び３０２は絶縁物質から作られ、すべてのＳＣＥ
３０３間の電気的な分離を行っている。もし必要なら
ば、図７に示すように保持具の中を通して空気を強制的
に流すことができる。これにより高電流の応用の場合に
は冷却ができる。冷媒３１６は例えば空気であり、保持
具の両半体の中を通し、穴をあけた隔離板３１１の上、
下、及び穴を通して強制的に流される。熱せられた冷媒
は保持具の他の端３１７から排出される。側壁３０７及
び３０８は２つの保持具半体を結合し、冷媒が途中で逃
げないようにする。保持具の両半体の冷媒入口及び冷媒
出口の側は、極めて大きなコネクタの応用ケースの場合
には、別個の接合部を持つこともある。各ＳＣＥ間のグ
リッド間隔Ｓは変化し得るが、前述のように一般的には
１ｍｍから１．５ｍｍの間である。保持具の外側の端部
は３０７及び３０８として図示されている。ＳＣＥの先
端３０４は保持具より突出ており、取付ける部品の表面
上の金メッキされたパッド１０５に接触し、同様にＳＣ
Ｅの他端３０６はパッド１０８に接触する。これらの部
品によって相対する側から圧力が加えられるので、ＳＣ
Ｅ３０３は保持具半体３０１及び３０２の中へ押しつけ
られる。穴３１４は保持具の両半体の内側で皿穴にされ
ており、ＳＣＥが保持具の内側で曲げられるのを防いで
いる。コネクタ組立品の全体の高さＨは、一般的には
４．５ｍｍから７．５ｍｍの間である。図６は圧縮され
ていない位置にあるＳＣＥ３０３を示している。図８は
誇張した圧縮位置にあるＳＣＥを示す、図６の拡大した
図である。図示のように皿形にした穴３１４により、十
分なすき間ができている。ＳＣＥ３０３に押しつける力
を加える上、及び下にある電気部品は示されていない。
図８はまた、ＳＣＥ３０３間の間隔３１０が配列内で均
一である必要がない、実施例を図示している。このこと
はまた、図に示された平面に向かう（垂直の）方向でも
同じである。

【００２１】図９は改良された電子モジュール・コネク
タ４１０が、印刷配線基板４０２に直接に取付けられて
いる実施例を図示している。この実施例ではＳＣＥの配
列を保持し、保護するために単一のハウジング４０３が
用いられている。保持具４０３及び保持具内の空気溜又
はプレナムを取付ける際に、ＳＣＥ配列の小さなｘ方
向、ｙ方向の調整は可能である。ＳＣＥの先端はハンダ
接合４０４によって印刷配線基板に取付けられ、接合の
検査は旧来の検査方法で行うことができる。基板表面の
配線が存在して、基板内部の配線に接続するためのバイ
アに表面配線がつながっているときは、印刷配線基板の
接触パッドは、メッキされたスルーホールの間隔よりも
小さな間隔にすることができる。電子モジュール４０５
の高性能接触は、モジュールがばねの保持クリップ４０
６を使ってその位置に固定され、押しつけられることに
よって行われる。前述のようにＳＣＥ４０１の先端は、
モジュール表面の金のパッド４０７に押しつけられる。
この実施例ではコネクタ組立品４１０は、市場での交換
可能単位（ＦＲＵ）である印刷配線基板４０２の一部と
なる。

【００２２】もう１つの実施例では、コネクタ組立品は
電子部品に直接に取付けられる。図１０では集積回路チ
ップ５０１は、非常に密なハンダ・ボール５０８の配列
によって、基板５０３のコネクタと相対する側面に取付
けられている。チップは冷却フレーム５０２に覆われ、
高電力消費の応用例では放熱板５０９が取付けられる。
この実施例では、高密度集積回路を冷却するために使わ
れる空気流はＳＣＥ５０６も冷却することができ、この
空気流が必要である。モジュールへの入出力と電源供給
の接続のため、ばね式接触素子（ＳＣＥ）５０６は基板
５０３に５０４で取付けられ（はんだ付け又はその他の
適切な手法による）、ＦＲＵの一部となる。ＳＣＥ５０
６は保持具５０５から突出ており、印刷配線基板上のパ
ッドと接触する。保持具５０５は電子基板５０３と位置
合わせされ、接着剤又は他の機械的な手法によってその
位置に固定される。この実施例ではＳＣＥ５０６は、小
さくて簡単に変換できるＦＲＵ上に存在することにな
る。

【００２３】電子部品の更に密度の高いパッケージで
も、印刷配線基板は基板の両側に能動部品を接続するこ
とができる。図１１は、この応用にＳＣＥを持つコネク
タが利用されている実施例を図示している。印刷配線基
板６０２は、１つの面に６０６でハンダ付けされている
ＳＣＥ６０１の配列、及びもう１つの面に６０４でハン
ダ付けされているＳＣＥ６０３の配列を有している。電
源、接地及び両方の面で同一であるモジュール信号配線
に対しては、ＳＣＥ６０１及びＳＣＥ６０３はボード上
の同じメッキされたスルー・ホール６０７を共有でき
る。前面の部品と後面の部品間とで共通でない接続に対
しては、ＳＣＥは先が止じたバイア６０８の位置に、又
は図９の４０４と同様な表面のランド（示されていな
い）にハンダ付けされる。この実施例は、高性能集積回
路チップ間の相互接続用配線の長さを減少させ、印刷配
線基板６０２の大きさも減少させる。

【００２４】前述の実施例のそれぞれは平坦度、熱的不
適合、ｘ、ｙ、ｚ方向の許容度についてそれぞれ自身の
パラメータを持ち、ＳＣＥの設計時にはこれらを考慮し
なくてはならない。ＳＣＥの断面を変化させたときの力
の偏り特性を解析するために有限要素モデル（ＦＥＭ）
が作られた。線形の長いビーム（ｂｅａｍ）のＦＥＭ要
素が採用され、各要素は自身の適当な断面積の特性テー
ブルに指標付けされた。基板と同じ位置にあるＳＣＥの
結節点又はノード（ｎｏｄｅ）は、変位と回転の両方に
ついて固定された。ＳＣＥ接点を表わす結節点は可変量
で変位を与えられ、その回転も自由にされた。ＳＣＥの
湾曲の程度は、小平面メッシュを刻むなどのファセット
（ｆａｃｅｔ）手法で多くの線形の長いビーム要素を用
いてモデル化された。ＢｅＣｕのバルク（ｂｕｌｋ）材
料に関連する物質特性には、ヤング率及びポアソン比が
ある。一般的にこれらの変数はそれぞれほぼ１２７．５
ＧＰａ、及び０．２９である。信頼性があり、再現可能
な接触に必要な最小の接触圧力は、この面積に対しては
３０グラムである。９０度の内角、０．２５ｍｍの直径
の金属線、及びＳＣＥの中心部分を６０パーセントに押
し付ける圧縮に対するＦＥＭ解析の結果の実例では、最
小限の圧力を達成する最小の偏位（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）として０．１ｍｍが算出された。最大の偏位は、適
切な搭載ハードウェアの許容度解析（即ち基板平坦度、
補強材、基板の平坦度、ベースプレート、等）に依存
し、システムに依存する。図示の目的のためのみとし
て、最大の偏位０．３ｍｍがここでは適用されている。

【００２５】この変位においては最大の接触圧力は７０
グラムであり、この値は今日の最新の技術の面配列コネ
クタに一致している。図１２は誇張された縮尺で、典型
的なＦＥＭ解析の出力としての変形された図形を示して
おり、これにより偏位が理解できる。ＳＣＥは移動Ｃに
よって押しつけられ、その結果横方向の距離Ｄ（約０．
２５ｍｍ）の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）とな
る。６０度の内角では最大の圧力はほぼ６０グラムに減
少する。検討されたもう１つの寸法は、電気的抵抗を減
らすために断面積を増やしたものである。このケースで
は０．３８ｍｍの直径の金属線が、０．１５ｍｍ×０．
７４ｍｍの長方形の断面に成形された。金属線の平坦化
は、大きな直径のＳＣＥの弾性率を許容できるレベルに
下げる手段である。

【００２６】ＳＣＥのばね率（ｓｐｒｉｎｇｒａｔ
ｅ）は、ばねの形の簡単な変更で制御できる。それ故に
カストマイズされたＳＣＥコネクタは、異ったばね率の
ＳＣＥで構成できる。即ち面配列の中心及び周辺では異
ったばね率を持たせ、基板の偏位を最小にし、一方で十
分な接触圧力を維持することができる。

【００２７】前記の長方形（０．１５ｍｍ×０．７４ｍ
ｍ）ＳＣＥのＤＣ抵抗は、６．５ミリオームのＳＣＥ本
体の抵抗値、及び２ミリオーム（「無塵状態」）から
４．１ミリオーム（「塵埃状態」）の間の接触抵抗値か
ら成る。そこで接触圧力が３０グラムから７０グラムの
間での全コネクタ抵抗の範囲は、この例では８．５ミリ
オームから１０．６ミリオームとなる。最悪の場合の発
熱率は、１アンペアの電力接触当たり０．０１１ワット
である。ｓ＝１．２ｍｍである７０ｍｍ×７０ｍｍのコ
ネクタの場合、５０％のＳＣＥが前記の発熱率で電力を
消費するならば、約１６．５ワットの電力がこのコネク
タ中のＳＣＥで消費される。図６を参照するとコネクタ
の冷却は、冷媒を３１６から送り込み、ＳＣＥ配列を通
して流し、他の端３１７から排出することによって行わ
れる。銅製のＳＣＥは、均一の発熱率を持ったピン状の
フィン（放熱用の薄板）として働く。図１３は空気の流
れがぶつかる偏向板（８０５）を使って、コネクタ組立
品８０４の中へ空気流を向ける方法を示している。空気
偏向板８０５は接着剤で印刷配線基板８０１に固定され
ている。空気の流れはファン８０６から、又は他の手段
で偏向板８０５に向けられ、その後に８０７の開口部か
らコネクタ組立品８０４の中へ導かれる。空気の流れは
組立品のもう１つの端８０８から外に出る。チップ８０
３及びセラミック部品８０２は、この目的専用の空気流
中に置かれた自身の放熱板で冷却される。偏向板８０５
は、重量のあるセラミック部品８０２を搭載するときの
基板補強材としても使われる。

【００２８】このコネクタ設計に対する電気的性能は、
複数の電気解析用有限差分（ｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅ
ｒｅｎｃｅ）ツールを使って決定された。図１４に点線
で囲んだ区域９０２で示す計算領域として、ＳＣＥの３
×３の配列が使われ、この中心と４つの隅は信号線９０
１とした。高性能メインフレーム・コンピュータへの応
用として、現在広範囲に使われているフォーク型コネク
タと比較するために、寸法Ｓ及びＴは１．２ｍｍとし
た。ＳＣＥの各部の自己インダクタンスと相互インダク
タンスを見積るために、１つの３次元のコードが使われ
た。数百のインダクタンス値を９×９のインダクタンス
値の行列に減らし、導体中のｄｉ／ｄｔの方向を考慮す
る（即ち信号ｖを基準とする）ために、もう１つの基準
が使われた。前述のように水平方向、及び垂直方向に交
互に信号と基準電圧の配列にしたＳＣＥを用いて、グリ
ッドを形成した。この配列は信号を相互にシールドする
助けをする。密の間隔で組み合わされたＳＣＥの形が、
ＳＣＥ金属線のお互いの部分間である種の重ね合わせを
生じさせるために、コネクタ中では更に別のシールド効
果が生じている。これらの重ね合わさる部分は信号と基
準電圧の交互配列の代りの役も果たし、それはＳＣＥの
内角のために、重なり合う部分間の相対間隔がＳＣＥ端
部間の間隔より小さいからである。これにより、重ね合
わさるＳＣＥとＳＣＥの形の組み合わせが自己インダク
タンスを減少させ、更に信号線をシールドする。

【００２９】解析の結果は結合ノイズがフォーク型コネ
クタのノイズの１／３、コネクタ内の一般的な遅延がフ
ォーク型コネクタでの遅延の６０％となった。

【００３０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００３１】（１）互いに向かい合う側に配置されて
いる２つの電子回路部品を相互接続するためのコネクタ
組立品であり、（ａ）２つの開放された端部、及び相対
する表面それぞれを貫通して形成された複数の穴を持つ
保持具と、（ｂ）個々のばね式接触素子の両端を前記保
持具の相対する穴に配置し、そのばねの両先端を前記電
気回路部品と接触させるのに十分な長さに前記保持具か
ら突出させており、それぞれが金属ばねの単体である多
数のばね式接触素子と、（ｃ）前記保持具中で前記ばね
式接触素子の隣り合う行間に保持され、絶縁をするとと
もに前記ばね式接触素子間の電気的ノイズ結合を最小に
するためにこれらのばね式接触素子を横方向に支持す
る、独立の隔離板と、を持つ前記コネクタ組立品。（２）前記ばね式接触素子がベリリウム・銅から成
る、（１）に従ったコネクタ組立品。（３）前記保持具が電気的に絶縁されている、（１）
に従ったコネクタ組立品。（４）前記保持具が電気回路部品の熱的膨張特性を持
つプラスチック材料である、（３）に従ったコネクタ組
立品。（５）前記ばね式接触素子が両端の接触端、曲線部、
及び内角を形成する屈曲を持つ平坦部分を持つ金属ばね
の単体であり、前記両端の接触端が前記電気回路部品が
形成する面に垂直な同じ軸上に存在する、（１）に従っ
たコネクタ組立品。（６）前記ばね式接触素子の前記両端が円の形をして
いる、（５）に従ったコネクタ組立品。（７）前記ばね式接触素子の両側の前記曲線部が１つ
の仮想円柱の中に存在し、この円柱は隣り合う円柱に平
行で、前記電気回路部品が形成する面には垂直である、
同じ平面に保持されている、（５）に従ったコネクタ組
立品。（８）前記ばね式接触素子の屈曲を持つ前記平坦部
が、大きな面及び薄い端部を持ち、この平坦面は請求項
７に従った前記平面に中心が存在する中心線を持つ、
（５）に従ったコネクタ組立品。（９）前記ばね式接触素子の内角が、請求項７に従っ
た前記平面に内包される、（５）に従ったコネクタ組立
品。（１０）前記ばね式接触素子が、前記ばね式接触素子
のたわみ力を制御するベリリウムの含有物を持つ、
（２）に従ったコネクタ組立品。（１１）前記ばね式接触素子の端部が金でメッキされ
ている、（１）に従ったコネクタ組立品。（１２）前記ばね式接触素子の少くとも１つが直径、
打ち抜いた形及び内角で違いを持つ、（５）に従ったコ
ネクタ組立品。（１３）前記ばね式接触素子を包含し整列させる手段
が、前記ばね式接触素子を挿入するために、前記保持具
中の正確な位置にある複数の穴である（１）に従ったコ
ネクタ組立品。（１４）前記ばね式接触素子を保持する前記複数の穴
が、ｘ又はｙ方向に不均一の間隔で配置されている、
（１３）に従ったコネクタ組立品。（１５）前記ばね式接触素子を保持する前記複数の穴
が、前記ばね式接触素子が圧縮されたときのすき間を持
たせるために、保持具の内側の面にこれらの素子の輪郭
に合わせて作られている、（１３）に従ったコネクタ組
立品。（１６）前記保持具中の前記穴の配置をいくつかの組
にグループ化しそれぞれの組において前記穴同士のｘ及
びｙ方向の間隔を組独自に持つことにより、前記ばね式
接触素子のインピーダンスを多くの要求を持つ適用ケー
スに適合させる、（１３）に従ったコネクタ組立品。（１７）前記ばね式接触素子を保持する前記穴の少な
くとも１つが空に保たれる、（１３）に従ったコネクタ
組立品。（１８）前記保持具が上部半体、及び下部半体を持
ち、２つの相対する端部が永続的に開かれている、
（１）に従ったコネクタ組立品。（１９）前記保持具中の前記ばね式接触素子の間を冷
媒が流れる、（１８）に従ったコネクタ組立品。（２０）前記冷媒の流れが、前記開かれた端部を通し
ていずれかの方向に流れる、（１８）に従ったコネクタ
組立品。（２１）前記ばね式接触素子を包含し整列させる手段
が、前記ばね式接触素子の個々の列間の隔離板から成
る、（５）に従ったコネクタ組立品。（２２）前記隔離板が前記保持具の前記開口部に垂直
に配列され、コネクタ組立品の高さの半分以下を占め
る、（２１）に従ったコネクタ組立品。（２３）前記隔離板が、冷媒が中を通過できるように
その長さ方向に沿って複数の穴を持つ、（２１）のコネ
クタ組立品。（２４）前記保持具が、前記ばね式接触素子用の前記
複数の穴があるその同じ平面に、前記電気回路部品と位
置合わせするための１つの穴を持つ、（１）に従ったコ
ネクタ組立品。（２５）前記ばね式接触素子の前記平坦部が、自身の
屈曲部が隣接する前記ばね式接触素子の前記長方形部分
に、重なり合う部分が生じる程度の間隔に近付けて置か
れるように方向付けて配列され、個々の隣接する前記ば
ね式接触素子が接地されており、前記ばね式接触素子の
前記平坦部の重なり合いが、更に信号線をお互いにシー
ルドし合う、（５）に従ったコネクタ組立品。（２６）前記ばね式接触素子が、両側に向かい合う前
記電気回路部品のパッドに圧力をかけて接触される、対
置する接触端子を持つ、（１）に従ったコネクタ組立
品。（２７）前記ばね式接触素子の一方の側の接触端子
が、前記電気回路部品の１つのパッドに接合され、他方
の側の接触端子が、その他の前記電気回路部品のパッド
に圧力をかけて接触されている、（１）に従ったコネク
タ組立品。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例における完成された組
立品の断面の概観を示す図である。

【図２】図１に示す完成された組立品と同じものの等角
図である。

【図３】ＳＣＥの平面図を示す。

【図４】ＳＣＥの正面図を示す。

【図５】ＳＣＥの側面図を示す。

【図６】コネクタ組立品が、セラミック電子部品にも印
刷配線基板にも取付けられていない状態での、好ましい
実施例での断面図である。

【図７】コネクタ組立品の平面図である。

【図８】図６に示された断面図のＳＣＥが圧縮されたと
きの分解図である。

【図９】改良されたコネクタが、印刷配線基板に直接に
取付けられている実施例における断面図である。

【図１０】改良された電子コネクタが、単一チップ・モ
ジュール、又は多数チップ・モジュールの底面に取付け
られている実施例を示す。

【図１１】図９に説明した実施例の拡張であり、コネク
タ組立品が印刷配線基板の両側に取付けられている例を
示す図である。

【図１２】ＳＣＥが押しつけられたときの形を示す図で
ある。

【図１３】組立品の中に空気を吹き込むことによってＳ
ＣＥを冷却する方法を示す図である。

【図１４】コネクタの電気的性能を評価するために使わ
れた電気的グリッドを示す図である。

【符号の説明】

１０１、５０１、８０３集積回路チップ１０２、５０３、８０２基板１０３、３０２下部ハウジング１０４、３０３、４０１、５０６、６０１、６０３
ばね式コネクタ素子（ＳＣＥ）１０５、１０８、４０７パッド１０６、２０１、３０４、３０６ＳＣＥの先端１０７案内ピン１０９マザーボード１１０、３０１上部ハウジング２０２内角２０３ＳＣＥの長方形部の断面３０５保持具上下の接合面３０７、３０８保持具の側壁３１０ＳＣＥの間隔３１１絶縁物の隔離板３１４保持具上下面の穴３１６冷媒（冷媒入口）３１７冷媒出口４０２、６０２、８０１印刷配線基板４０３、５０５単一のハウジング、空気溜４０４、５０４、６０４、６０６ハンダ付け接合４０５電子モジュール４０６ばねの保持クリップ４１０改良された電子モジュール
・コネクタ５０２冷却フレーム５０８ハンダ・ボール５０９放熱板６０７メッキされたスルー・ホー
ル６０８先が閉じたバイア８０４コネクタ組立品８０５偏向板８０６ファン８０７、８０８コネクタ開口部９０１信号線９０２計算領域Ｃ押した圧力による縦方向の
移動量Ｄばねの横方向の変位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マイケル・リン・ザンブルネンアメリカ合衆国55906、ミネソタ州ロチェスター、コネマーラ・ドライブ−・ノース・イースト 5189

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに向かい合う側に配置されている２
つの電子回路部品を相互接続するためのコネクタ組立品
であり、（ａ）２つの開放された端部、及び相対する表
面それぞれを貫通して形成された複数の穴を持つ保持具
と、（ｂ）個々のばね式接触素子の両端を前記保持具の
相対する穴に配置し、そのばねの両先端を前記電気回路
部品と接触させるのに十分な長さに前記保持具から突出
させており、それぞれが金属ばねの単体である多数のば
ね式接触素子と、（ｃ）前記保持具中で前記ばね式接触
素子の隣り合う行間に保持され、絶縁をするとともに前
記ばね式接触素子間の電気的ノイズ結合を最小にするた
めにこれらのばね式接触素子を横方向に支持する、独立
の隔離板と、を持つ前記コネクタ組立品。
【請求項２】前記ばね式接触素子がベリリウム・銅か
ら成る、請求項１に従ったコネクタ組立品。
【請求項３】前記保持具が電気的に絶縁されている、
請求項１に従ったコネクタ組立品。
【請求項４】前記保持具が電気回路部品の熱的膨張特
性を持つプラスチック材料である、請求項３に従ったコ
ネクタ組立品。
【請求項５】前記ばね式接触素子が両端の接触端、曲
線部、及び内角を形成する屈曲を持つ平坦部分を持つ金
属ばねの単体であり、前記両端の接触端が前記電気回路
部品が形成する面に垂直な同じ軸上に存在する、請求項
１に従ったコネクタ組立品。
【請求項６】前記ばね式接触素子の前記両端が円の形
をしている、請求項５に従ったコネクタ組立品。
【請求項７】前記ばね式接触素子の両側の前記曲線部
が１つの仮想円柱の中に存在し、この円柱は隣り合う円
柱に並行で前記電気回路部品が形成する面には垂直であ
る、同じ平面に保持されている、請求項５に従ったコネ
クタ組立品。
【請求項８】前記ばね式接触素子の屈曲を持つ前記平
坦部が、大きな面及び薄い端部を持ち、この平坦面は請
求項７に従った前記平面に中心が存在する中心線を持
つ、請求項５に従ったコネクタ組立品。
【請求項９】前記ばね式接触素子の内角が、請求項７
に従った前記平面に内包される、請求項５に従ったコネ
クタ組立品。
【請求項１０】前記ばね式接触素子が、前記ばね式接
触素子のたわみ力を制御するベリリウムの含有物を持
つ、請求項２に従ったコネクタ組立品。
【請求項１１】前記ばね式接触素子の端部が金でメッ
キされている、請求項１に従ったコネクタ組立品。
【請求項１２】前記ばね式接触素子の少くとも１つが
直径、打ち抜いた形、及び内角で違いを持つ、請求項５
に従ったコネクタ組立品。
【請求項１３】前記ばね式接触素子を包含し整列させ
る手段が、前記ばね式接触素子を挿入するために、前記
保持具中の正確な位置にある複数の穴である、請求項１
に従ったコネクタ組立品。
【請求項１４】前記ばね式接触素子を保持する前記複
数の穴が、ｘ又はｙ方向に不均一の間隔で配置されてい
る、請求項１３に従ったコネクタ組立品。
【請求項１５】前記ばね式接触素子を保持する前記複
数の穴が、前記ばね式接触素子が圧縮されたときのすき
間を持たせるために、保持具の内側の面にこれらの素子
の輪郭に合わせて作られている、請求項１３に従ったコ
ネクタ組立品。
【請求項１６】前記保持具中の前記穴の配置をいくつか
の組にグループ化し、それぞれの組において前記穴同士
のｘ及びｙ方向の間隔を組独自に持つことにより、前記
ばね式接触素子のインピーダンスを多くの要求を持つ適
用ケースに適合させる、請求項１３に従ったコネクタ組
立品。
【請求項１７】前記ばね式接触素子を保持する前記穴
の少なくとも１つが空に保たれる、請求項１３に従った
コネクタ組立品。
【請求項１８】前記保持具が上部半体、及び下部半体
を持ち、２つの相対する端部が永続的に開かれている、
請求項１に従ったコネクタ組立品。
【請求項１９】前記保持具中の前記ばね式接触素子の
間を冷媒が流れる、請求項１８に従ったコネクタ組立
品。
【請求項２０】前記冷媒の流れが、前記開かれた端部
を通していずれかの方向に流れる、請求項１８に従った
コネクタ組立品。
【請求項２１】前記ばね式接触素子を包含し整列させ
る手段が、前記ばね式接触素子の個々の列間の隔離板か
ら成る、請求項５に従ったコネクタ組立品。
【請求項２２】前記隔離板が前記保持具の前記開口部
に垂直に配列され、コネクタ組立品の高さの半分以下を
占める、請求項２１に従ったコネクタ組立品。
【請求項２３】前記隔離板が、冷媒が中を通過できる
ようにその長さ方向に沿って複数の穴を持つ、請求項２
１のコネクタ組立品。
【請求項２４】前記保持具が、前記ばね式接触素子用
の前記複数の穴があるその同じ平面に、前記電気回路部
品と位置合わせするための１つの穴を持つ、請求項１に
従ったコネクタ組立品。
【請求項２５】前記ばね式接触素子の前記平坦部が、
自身の屈曲部が隣接する前記ばね式接触素子の前記長方
形部分に、重なり合う部分が生じる程度の間隔に近付け
て置かれるように方向付けて配列され、個々の隣接する
前記ばね式接触素子が接地されており、前記ばね式接触
素子の前記平坦部の重なり合いが、更に信号線をお互い
にシールドし合う、請求項５に従ったコネクタ組立品。
【請求項２６】前記ばね式接触素子が、両側に向かい
合う前記電気回路部品のパッドに圧力をかけて接触され
る、対置する接触端子を持つ、請求項１に従ったコネク
タ組立品。
【請求項２７】前記ばね式接触素子の一方の側の接触
端子が、前記電気回路部品の１つのパッドに接合され、
他方の側の接触端子が、その他の前記電気回路部品のパ
ッドに圧力をかけて接触されている、請求項１に従った
コネクタ組立品。