窮地に立たされたとき世界最小の基板対基板コネクタを設計に生かす

スマートフォン、ウェアラブルデバイス、IoT（モノのインターネット）設計、スマートホームデバイスはますます小型化、高性能化しており、市場はさらに多くの機能を求めています。そのため、私たち設計者は、新しい機能を追加するために設計を縮小しなければならないという問題を抱えることになります。多くの疑問の1つは、信頼性を損なうことなく基板対基板コネクタを小型化するにはどうすればよいかということです。

このような課題に対処するため、Molexは、デバイス設計者、フレキシブルプリント回路サプライヤ、および自社の請負業者と協力し、独自のアプローチであるQuad-Row基板対基板コネクタを開発しました。この製品は世界最小の基板対基板コネクタファミリで、スペースに制約のある設計に最適です。

Quad-Rowは何が違うのか？

物理法則は変わっていません。コネクタのサイズを小さくする唯一の方法は、コンタクトを近づけることです。ここでの限界は、コンタクト間隔が業界標準のはんだ付けピッチである0.35ミリメートル（mm）を下回る場合、製造時に特別な取り扱いが必要になることです。消費者向け機器の大量生産メーカーにとって、これは選択肢とはなりません。コネクティビティのイノベーターであるMolexは、この問題にリソースを投入し、一連の高密度4列基板対基板コネクタを開発しました（図1）。

図1：MolexのQuad-Row基板対基板コネクタは、4列にわたってコンタクトを配置する千鳥状の回路レイアウトを使用しています。その結果、0.175mmのコンタクトピッチを提供しながら、望ましい0.35mmのはんだ付けピッチを維持することができます。（画像提供：Molex）

図1の右のレセプタクルをご覧ください。コネクタで両側のコンタクトが千鳥配置されたペアに分割されていることがわかります。両側の外側コンタクトは、標準的なはんだ付けピッチ0.35mmで配置されています。内側のコンタクトは0.175mmのコンタクトピッチでオフセットされていますが、0.35mmの間隔もあります。その結果、コネクタの両側のコンタクトは、より近い0.175mmの間隔を達成しながらも、製品の製造性を損なうことはありません。その代わり、標準的な面実装0.35mmはんだ付けピッチを維持しています。

明らかに、コネクタを小型化すると、その強度と信頼性が損なわれる可能性がありました。Molexは、内部装甲とインサート成形されたパワーネイル（図を参照）によって堅牢性を確保しています。内部装甲とインサート成形されたパワーネイルは、大量生産および組み立て中にピンが損傷するのを防ぎます。また、Molexは、プラグとレセプタクルの嵌合アライメントを広く設計し、適切な位置合わせを容易にすることで、簡単で確実な嵌合と極めて低いコンタクト破損率を実現しています。

コンタクトは信頼性の高い回路動作に貢献します。信号コンタクトは30ミリオーム（mΩ）のコンタクト抵抗を持つため、最大0.3アンペア（A）の電流に対応します。コンタクト抵抗は20mΩで、パワーネイルコンタクトは定格3Aの電流に対応し、コンパクトなフォームファクタで高電力を求めるお客様の要件に応えます。

千鳥配置のレイアウトにより、標準的なコネクタと比較してコネクタの長さが30%短縮されます（図2）。

図2：4列千鳥配置設計により、標準コネクタの2分の1のコンタクト間隔と30%の全長短縮が可能です。（画像提供：Molex）

Molexは現在、32ピンと36ピンの2種類のコネクタ構成を提供しています。32ピンバージョンには、Molex 2033890323レセプタクルとMolex 2033900323プラグが含まれています。寸法からわかるように、極めて小さなコネクタです。レセプタクルとプラグはともに、公称幅1.94mm、長さ4.835mm、高さ0.5mmです。嵌合時の全体の高さは0.6mmです。

36ピンバージョンには、Molex 2033890363レセプタクルとMolex 2033900363プラグが含まれています。36コンタクトコネクタの寸法は、公称で幅1.94mm、長さ5.185mm、高さ0.5mmです。嵌合時の全体の高さは0.6mmです。

よりコンタクト数の多いコネクタセットが近日入手可能になります。

これらの小型コネクタは、非常に貴重なプリント回路基板（プリント基板）面積を解放しています。その結果、プリント回路基板上の解放されたスペースは、将来の設計で機能を追加するために必要なコンポーネントやハードウェアに充てることができます。

いくつかの資料を読むと、Molexは2020年以降、5,000万個以上の4列コネクタを出荷していることがわかりました。このようなデータは、Molexの4列コネクタが実績のある高品質な製品であり、確実に納品されるといった安心感を提供します。これらは、どのようなプロジェクトにおいても重要な要素となります。

まとめ

設計者がフォームファクタの縮小という課題に日々直面している中で、Molexのような主要な基板対基板コネクタプロバイダは、このような課題を解決するソリューションに取り組んでいます。小型で信頼性の高いQuad-Row基板対基板コネクタは、ますます小型化するプリント基板やフレックスアセンブリを必要とするさまざまなアプリケーションに最適です。現場で実績のあるこれらのコネクタを使用することで、スマートウォッチ、携帯電話、ウェアラブル、増え続けるIoT機器など、様々なデバイスの小型化要件に対して、ほぼ無限の可能性が生まれます。