コネクタ

【課題】
気密性が高められたコネクタを提供する。
【解決手段】
コネクタ１は、絶縁基板１１と、導体パターン１５と、棒状体１６と、半田１７とを備える。絶縁基板１１は、表面から裏面まで貫通した貫通孔１１ｈが設けられている。導体パターン１５は貫通孔１１ｈの内壁を覆っている。棒状体１６は、第１端１６ｂが裏面よりも突出するともに第２端１６ａが貫通孔１１ｈ内にある。半田１７は、貫通孔１１ｈの内壁と棒状体１６の隙間を塞ぐとともに棒状体１６の第２端１６ａを覆っている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密性を有する装置における電気接続を担うコネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなコネクタとして、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知られている。このようなコネクタは、隔壁の孔を塞ぐ位置に取り付けられる基板を有し、基板には、表面から裏面まで貫通し、内部に半田が充填されたスルーホールを有する。
【０００３】
半田が充填されたスルーホールを有する構造として、例えば特許文献１には、スルーホールを有するプリント配線板が示されている。スルーホールには実装部品のリードが貫通しており、半田が充填されている。このプリント配線板では、半田付けの際の冷却速度を速くするため、スルーホールに続くスルーホールランドの領域を大きくして放熱効果と高めている。これにより、冷却速度の低下に伴い半田表面に生じるひび割れ（引け巣）を低減しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のプリント配線板では、表面および裏面の両面において、リードが半田を貫通しており、リードと半田との界面が表面と裏面の双方に露出している。したがって、表面と裏面とに気圧差を付与した場合、リードと半田との界面に沿って気体が漏れるおそれがある。
【０００６】
そこで、スルーホール内に半田のみを配置する構造が考えられる。しかしこの場合、量産製造において、半田ペーストを使用する半田リフロー処理を採用すると、スルーホールに充填された半田ペーストの揮発成分が加熱により失われ、体積が著しく減少する。この結果、スルーホール内の半田が薄くなり、充填不良や気圧差による破損が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決し、気密性が高められたコネクタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、表面から裏面まで貫通した貫通孔が設けられた絶縁基板と、
上記貫通孔の内壁を覆った導体パターンと、
上記貫通孔内で上記表面と交わる向きに延びた、第１端が上記裏面よりも突出するとともにこの第１端とは反対側の第２端が上記貫通孔内にある棒状体と、
上記貫通孔の内壁と上記棒状体の隙間を塞ぐとともに上記棒状体の第２端を覆った半田とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のコネクタでは、貫通孔内に棒状体が挿入された状態となっており、貫通孔内の残りの隙間を半田が塞いでいる。貫通孔を塞ぐために使用される半田の量は、棒状体が貫通孔に占める体積分減少する。したがって、貫通孔内の充填物全体として見た場合に、半田リフロー処理を経て半田ペーストが半田になる際の体積減少量は、棒状体が存在しない場合に比べて小さい。したがって、貫通孔内における半田の厚みの減少が抑えられ、気密性が高まる。またさらに、棒状体は、第２端が貫通孔内にあり、半田によって覆われている。すなわち、棒状体と半田の界面は、絶縁基板の表面側の外部に露出していない。このため、棒状体と半田の界面を通じた気体の漏れが抑えられ、気密性がさらに高まる。
【００１０】
ここで、上記本発明のコネクタにおいて、上記棒状体が金属材料からなるものであることが好ましい。
【００１１】
金属材料は、半田リフローの加熱による体積の減少がない。また、金属材料は、半田が溶着しやすい。このため、例えば溶融半田の逃げにより棒状体と半田との界面が絶縁基板の表の面に生じる事態が防止できる。
【００１２】
ここで、上記本発明のコネクタにおいて、上記半田が、上記棒状体の全周に亘り取り巻いたものであることが好ましい。
【００１３】
棒状体が全周に亘り半田によって貫通孔と結合することで、気密性がさらに高まる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、気密性が高められたコネクタが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態であるコネクタの表面を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態であるコネクタの裏面を示す斜視図である。
【図３】図１に示すコネクタの３−３線断面を示す断面図である。
【図４】図１〜図３に示すコネクタを製造するための第１の工程を示す斜視図である。
【図５】図１〜図３に示すコネクタを製造するための第２の工程を示す断面図である。
【図６】図１〜図３に示すコネクタを製造するための第３の工程を示す断面図である。
【図７】棒状体が配置されていない比較例を示す断面図である。
【図８】図１〜図３に示すコネクタ１の適用例を示す概略構成図である。
【図９】第２実施形態のコネクタの一部を切り出して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１および図２は、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。図１は、コネクタ１の表の面（表面）を示し、図２は裏面を示す。また、図３は、図１に示すコネクタの３−３線断面を示す断面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すコネクタ１は平板状の部品である。コネクタ１は、後に説明する隔壁の穴に被さる位置に取り付けられ、穴を塞ぐとともに、穴を介して隔壁の内と外との間の電気的接続を担う。コネクタ１は、図１に示す表面１１ａを隔壁に向けて取り付けられる。コネクタ１は、絶縁基板１１および電気接続部１４を備えている。
【００１９】
絶縁基板１１は、絶縁性の材料からなる板状の部分である。絶縁基板１１の材料は、例えばガラスエポキシやセラミックである。絶縁基板１１は、隔壁に向く表面１１ａ、および、表面の反対面である裏面１１ｂを有する。絶縁基板１１には、絶縁基板１１の表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通した貫通孔１１ｈ（図３参照）が設けられている。また、絶縁基板１１の表面１１ａには、表面１１ａの周縁に沿って、帯状の封止用金属めっきパターン１２が設けられている。封止用金属めっきパターン１２は、金属めっきにより形成されている。
【００２０】
図に示すコネクタ１は、２８極コネクタであり、コネクタ１の絶縁基板１１には２８個の電気接続部１４が配列されている。封止用金属めっきパターン１２は、表面１１ａに露出した２８個の電気接続部１４を取り囲んでいる。
【００２１】
各電気接続部１４は、図３に示すように、接続用導体パターン１５、棒状体１６、および半田１７を有する。
【００２２】
接続用導体パターン１５は金属めっきにより形成されており、内壁部１５ａ、縁部１５ｂ、および接触部１５ｃを有する。内壁部１５ａは、貫通孔１１ｈの内壁を覆っている。縁部１５ｂは、内壁部１５ａに続いており、絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂの双方における、貫通孔１１ｈの開口縁部分に円環状に広がっている。接触部１５ｃは、絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂの双方において、縁部１５ｂの外周から突出している。
【００２３】
棒状体１６は、円柱の棒状であり、半田１７の溶融温度よりも高い溶融温度を有する金属材料で形成されている。棒状体１６は、貫通孔１１ｈ内に、絶縁基板１１の表面１１ａと交わる向きに延びている。より詳細には、貫通孔１１ｈは、絶縁基板１１の表面１１ａと略直角に延びており、棒状体１６は、貫通孔１１ｈと略平行、すなわち、表面１１ａと略直角に延びている。棒状体１６の両端のうち第１端１６ａは、裏面１１ｂよりも突出している。また、第１端１６ａとは反対側の第２端１６ｂは、貫通孔１１ｈ内にある。つまり、棒状体１６は一部が貫通孔１１ｈに入り込み、残りの一部が貫通孔１１ｈの外に出ている。より詳細には、棒状体１６は、貫通孔１１ｈに、絶縁基板１１の厚み（すなわち貫通孔１１ｈの長さ）の半分以上に亘り入り込んでいる。
【００２４】
棒状体１６の径は、接続用導体パターン１５が設けられた貫通孔１１ｈの内径よりも小さい。棒状体１６は、貫通孔１１ｈの内壁から離隔しており、内壁に接していない。より詳細には、棒状体１６は、貫通孔１１ｈの径方向において、貫通孔１１ｈのほぼ中央に配置されている。
【００２５】
半田１７は、錫を主成分とする金属合金である。半田１７は、半田ペーストがリフロー半田処理で加熱形成されたものである。半田１７は、貫通孔１１ｈの内壁と棒状体１６との隙間、より詳細には、貫通孔１１ｈの内壁に設けられた接続用導体パターン１５と棒状体１６との隙間を塞いでいる。上述したように、棒状体１６は貫通孔１１ｈの内壁に接していないので、半田１７は棒状体１６を全周に亘り取り巻いている。すなわち、半田１７は棒状体１６の全周に亘り貫通孔１１ｈの内壁との間に存在している。また、半田１７は、貫通孔１１ｈ内で棒状体１６の第２端１６ｂを覆っている。つまり、貫通孔１１ｈ内のうち、棒状体１６が入り込んでいない部分は、半田１７のみによって塞がっている。
【００２６】
半田１７は、貫通孔１１ｈの内壁を覆った接続用導体パターン１５に融着し、また、棒状体１６にも融着している。したがって、電気接続部１４は、貫通孔１１ｈが、接続用導体パターン１５、棒状体１６、および半田１７によって気密に塞がれた構造を有する。
【００２７】
［コネクタの製造］
図４〜図６は、図１〜図３に示すコネクタ１を製造するための工程を示す図である。図４は、コネクタ１を製造する第１の工程を示す斜視図である。
【００２８】
第１の工程では、まず、絶縁基板１１に貫通孔１１ｈを形成し、金属めっき処理によって、封止用金属めっきパターン１２および接続用導体パターン１５を形成する。次に、平板状の治具Ｊを用意し、この治具Ｊに棒状体１６を配置する。治具Ｊは、半田の溶融温度では変形・変質せず、かつ、溶融半田が付着しにくい（半田濡れ性の低い）材料で形成されている。治具Ｊの材料は、例えばカーボン（炭素）である。治具Ｊには、コネクタ１における貫通孔１１ｈの配列と同様の配列を有する穴が設けられており、各棒状体１６の一部が差し込まれている。
【００２９】
次に、棒状体１６が配置された治具Ｊの上に、封止用金属めっきパターン１２および接続用導体パターン１５が形成された絶縁基板１１を載せる。このとき絶縁基板１１の裏面１１ｂを治具Ｊに向ける。
【００３０】
図５は、コネクタ１を製造する第２の工程を示す断面図である。
【００３１】
第２の工程では、絶縁基板１１の貫通孔１１ｈ内に棒状体１６が挿入されるよう、絶縁基板１１を治具Ｊの上に載せる。絶縁基板１１は治具Ｊに対し、棒状体１６が貫通孔１１ｈの中央に位置するよう、位置決めされる。
【００３２】
図６は、コネクタ１を製造する第３の工程を示す断面図である。
【００３３】
第３の工程では、絶縁基板１１の貫通孔１１ｈに、半田となる半田ペーストＰを充填する。具体的には、まず、絶縁基板１１の表面１１ａに、貫通孔１１ｈの配列と同様の配列を有する穴Ｓｈが設けられた型紙（ステンシル）Ｓを載せる。型紙Ｓの穴Ｓｈは、貫通孔１１ｈの径よりも大きく、接続用導体パターン１５の縁部１５ｂ（図１参照）程度の大きさを有する。次に、例えばゴム板からなるスクイジーを使用し、型紙Ｓの穴Ｓｈから貫通孔１１ｈの中に半田ペーストＰを押し込む。この工程によって、半田ペーストＰが、貫通孔１１ｈに充填される。貫通孔１１ｈ内には、棒状体１６が配置されており、半田ペーストＰは、棒状体１６の全周を取り囲むように貫通孔１１ｈの内壁と棒状体１６との間に充填される。また、半田ペーストＰは、棒状体１６の第２端１６ｂを覆って、貫通孔１１ｈを塞いでいる。
【００３４】
次に、型紙Ｓを取り除き、絶縁基板１１を治具Ｊの上に載せたまま、半田リフロー処理を行い、半田ペーストを加熱する。半田リフロー処理は、溶融した半田に基板を浸す半田フロー処理に比べて、量産性が高い。半田ペーストＰは、加熱されることで金属成分が溶融し、貫通孔１１ｈの内壁を覆った接続用導体パターン１５に融着する。この結果、図３に示すコネクタ１が完成する。
【００３５】
半田リフローに用いる半田ペーストは、半田リフロー処理の温度で蒸散し失われる揮発性成分を多く含んでいる。例えば、半田ペーストの体積の半分以上が揮発性成分で占められている。このため、半田１７（図３参照）の体積は、半田ペーストＰ（図６参照）に比べ、体積が半分以下に減少し、図３に示すように、半田１７が貫通孔１１ｈを塞ぐ距離（高さ）は、貫通孔１１ｈの全長よりも短くなる。
【００３６】
しかし、本実施形態のコネクタ１は、貫通孔１１ｈ内に、揮発性成分を含まない棒状体１６が配置されている。棒状体１６は、加熱しても体積が減少しない。棒状体１６が貫通孔１１ｈを占める体積分だけ、貫通孔１１ｈ内の半田ペーストＰ（図６参照）の量は少なく済む。このため、半田ペーストＰが半田リフロー処理で半田１７になるときの体積の減少量も低減する。
【００３７】
図７は、棒状体が配置されていない比較例を示す断面図である。
【００３８】
図７に示す比較例のコネクタ９では、棒状体が存在せず、貫通孔９１ｈには、半田９７のみが存在している。このため、コネクタ９は、半田リフロー処理で半田ペーストが半田９７になるときの体積の減少量が大きい。したがって、貫通孔９１ｈを塞ぐ半田９７の距離が短くなる。比較例のコネクタ９は、コネクタ９の表面９１ａと裏面９１ｂとの間に圧力差をかけると半田９７が損傷し、気密性が低減するおそれがある。
【００３９】
図３に示す本実施形態のコネクタ１は、図７に示す比較例に比べて、半田ペーストＰが半田リフロー処理で半田１７になるときの体積の減少量が低減する。コネクタ１は、貫通孔１１ｈを塞ぐ距離が長いため、圧力差を有する環境下でも半田１７の損傷が抑えられる。したがって、電気接続部１４の気密性が高い。また、棒状体１６の周囲にある半田１７は、剛体とみなせる貫通孔１１ｈの内壁と剛体とみなせる棒状体１６との間の狭い隙間にある。このことによっても気密性が高められる。
【００４０】
さらに、本実施形態のコネクタ１において、棒状体１６は、第２端１６ｂが貫通孔１１ｈ内にあり、半田１７によって覆われている。つまり、棒状体１６と半田１７の界面が、絶縁基板の表面１１ａ側の外部に露出していない。このため、例えば棒状体が半田を貫通した場合に比べて、棒状体１６と半田１７の界面を通じた微量な気体の漏れが抑えられる。また、棒状体１６に加わる外力や温度膨張率の差異によって棒状体１６と半田１７の間に亀裂等が生じることによる気体の漏れも抑えられる。このようにして、本実施形態のコネクタ１では、気密性がさらに高められている。本実施形態のコネクタ１は、棒状体１６が金属製であるため、半田リフロー処理で半田が融着しやすい。このため、半田リフローにおいて半田が棒状体１６の第２端１６ｂから逃げて棒状体１６と半田１７との界面が絶縁基板１１の表面１１ａ側に生じるといった事態が確実に防止される。
【００４１】
［取付構造］
図８は、図１〜図３に示すコネクタ１の適用例を示す概略構成図である。
【００４２】
図８に示す装置３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３は、隔壁３１、内部回路基板３２、外部回路基板３３、そして、図１〜図３に示すコネクタ１を備えている。なお、図８では、コネクタ１が、図１に示す表面１１ａを下に向けて配置されている。
【００４３】
隔壁３１は、外部の空間と内部の空間とを仕切る容器である。隔壁３１の内部には、内部回路基板３２が配置されている。内部回路基板３２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３１には、電気配線用の配線穴３１ｈが設けられている。コネクタ１は、配線穴３１ｈよりも大きく、配線穴３１ｈに被さる位置に取り付けられることで配線穴３１ｈを塞いでいる。より詳細には、コネクタ１の絶縁基板１１（図１参照）が配線穴３１ｈを塞いでいる。また、コネクタ１は、配線穴３１ｈを介して、隔壁３１の内と外との間の電気的接続を担っている。コネクタ１の絶縁基板１１に設けられた封止用金属めっきパターン１２（図１参照）と隔壁３１との間は、シール材としての半田によって密封されている。
【００４４】
外部回路基板３３は隔壁３１の外部に配置されており、内部回路基板３２に電源を供給するとともに、内部回路基板３２を制御する。内部回路基板３２と外部回路基板３３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３２および外部回路基板３３は、コネクタ１に接触するコンタクト３２１，３３１をそれぞれ有している。コンタクト３２１，３３１は、コネクタ１が有する接続用導体パターン１５（図１，図２参照）の接触部１５ｃに接触する。内部回路基板３２と外部回路基板３３とは、コネクタ１の電気接続部１４（図３参照）を介して互いに電気的に接続されている。
【００４５】
隔壁３１は、コネクタ１が取り付けられることで気密状態となる。出入口３１２から空気やガスが排出または注入されることによって、隔壁３１内部の圧力が外部よりも減圧または加圧された状態となる。内部回路基板３２の電子部品や機構装置はこの圧力の下で動作する。
【００４６】
本実施形態のコネクタ１は、上述したように高い気密性を有ており、隔壁３１内部の気密状態を長期に亘り維持することができる。
【００４７】
［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。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。
【００４８】
図９は、第２実施形態のコネクタの一部を示す斜視図である。
【００４９】
図９に示すコネクタ２は、電気接続部２４にコンタクト部材２８が設けられている点が第１実施形態のコネクタ１と異なり、この他の点は、第１実施形態のコネクタ１と同様である。図９には、コネクタ２のうち４つの電気接続部２４に対応する部分が切り取られ示されている。
【００５０】
コネクタ２のコンタクト部材２８は、絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂの双方に配置されている。コンタクト部材２８は、接続用導体パターン１５の接触部１５ｃに半田接続されている。コンタクト部材２８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り、他の回路基板に弾性接触する弾性接触部２８１を有する。
【００５１】
本実施形態のコネクタ２は、図８に示す装置３の内部回路基板３２および外部回路基板３３がコンタクト３２１，３３１を有していない場合に用いられる。コネクタ２は、コンタクト部材２８によって、図８に示す内部回路基板３２および外部回路基板３３の導体パターン（図示しない）に直接接続される。
【００５２】
なお、上述した第２実施形態には、絶縁基板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂの双方にコンタクト部材２８が配置されたコネクタ２が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、コンタクト部材は絶縁基板の片側のみにあってもよい。
【００５３】
また、上述した実施形態における絶縁基板１１は長円状である。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、絶縁基板の形状は、例えば矩形であってもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態における封止用金属めっきパターン１２は、絶縁基板１１の表面１１ａの周縁に設けられている。ただし、封止用導体パターンは絶縁基板の側面に続いて広がるものであってもよい。また、封止用金属めっきパターンが絶縁基板の裏面に設けられ、コネクタが、この裏面を隔壁に向けて配置されるものであってもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態には、本発明にいう棒状体の例として、金属材料からなる円柱が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、棒状体は、例えば表面がめっきされた樹脂材料であってもよく、角柱であってもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態における半田１７は、棒状体１６の全周を取り巻いている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、棒状体の一部が貫通孔の導体パターンに接したものであってもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態における電気接続部１４は２８個設けられている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、電気接続部の数は２８個以外でもよい。また、電気接続部の形状についても、例えば表面および裏面にさらに延伸した部分を有していてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１，２コネクタ
１１絶縁基板
１１ｈ貫通孔
１１ａ表面
１１ｂ裏面
１５接続用導体パターン
１５ａ内壁部
１５ｂ縁部
１５ｃ接触部
１６棒状体
１６ａ第１端
１６ｂ第２端
１７半田
２８コンタクト部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
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が設けられた絶縁基板と、
前記貫通孔の内壁を覆った導体パターンと、
前記貫通孔内で前記表面と交わる向きに延びた、第１端が前記裏面よりも突出するとともに該第１端とは反対側の第２端が前記貫通孔内にある棒状体と、
前記貫通孔の内壁と前記棒状体の隙間を塞ぐとともに前記棒状体の第２端を覆った半田とを備えたことを特徴とするコネクタ。
【請求項２】
前記棒状体が金属材料からな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。
【請求項３】
前記半田が、前記棒状体の全周に亘り取り巻いた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。

【図１】