SIM/microSDカード用コネクタ
はじめに
現在、携帯電話やスマートフォンは従来のカメラ/ビデオ機能、TV機能等に加えて、PC機能、GPS機能等をも兼備することで、モバイル端末としてさらなる発展を遂げている。一方でタブレットPCやPND等も通信機能・個人ID認証機能を備え、SIMカードを搭載するようになり、新たなモバイル端末として進化している。つまり各機器は今までのような各カテゴリー内だけに留まらず、”通信端末(モバイル端末)”としても徐々に発展していると言える。さらにこの発展に伴い、各機器間における音楽・画像・文書等のデータ交換・保存には、microSDカードのようなデータ移動が容易な小型ストレージメディアが必須となっている。このような背景・用途多様化により、通信用としてのSIMカード、小型ストレージメディアとしてのmicroSDカードは今後需要をさらに伸ばすことが予測され、これらに対応するコネクタ需要増も必然的に見込まれる。勿論、求められるコネクタは各機器に対応すべくさらなる低背化・省スペース化・多機能化がキーポイントとなる。当社では、常にこのような市場動向を踏まえた新しいコネクタ開発・技術構築に努めている。
本稿では、特にSIMカード用コネクタ・microSD用コネクタをメインに紹介し、その開発コンセプトを交えて説明する。
技術動向
① 小型化（低背化・省スペース化）セット設計の高密度実装に対応するため、コネクタは低背化・省スペース化がキーポイントとなる。当社では更なる製品低背化のため、成形品の薄肉成形化やプレス部材厚さの薄型化をメインに実施している。また省スペース化のためには、後述するヘッダータイプのような省スペース型コネクタを開発している。これにより基板占有面積を低減、且つ、カードつまみ代下部のフリースペースに他部品を実装できるようにしている。さらにはカード毎のスロットを積み上げる「スタッキング構造」の複合コネクタの開発も行い、セット品における実装自由度の向上に貢献している（図1）。
【図１ 省スペース化イメージ】
当社では製品の開発期間短縮と設計品質向上のため、様々なCAE解析を導入しており、大きく"静的解析"と"動的解析"に分けられる。従来からある静的解析においては、成形品の流動解析・反り解析、プレス品の剛性・応力分布解析、ばね解析等を行い、ゲート位置の最適化や信号端子の接点荷重等を検証している。また昨今のセット品の小型化・薄型化に伴い、落下衝撃に対する信頼性確保の観点から、動的解析は重要視されており、コネクタにもその解析体制が必須となっている。当社では落下・衝撃・振動解析等の動的解析を行い、瞬断抑制のための信号端子形状の検討や、基板剥離回避のための半田付け部形状等の最適化を実施している（図2）。
また、これら解析は製品の実使用条件に近い状態で行うことで、更なる解析精度向上を図っている。
【図２ SIMカード用コネクタ落下試験解析例】
現在、各種製品開発において、更なるコストパフォーマンス向上、開発期間短縮、レパートリー拡充のため、金型/製造ラインの共有化を導入している。例えば後述にあるmicroSDカード用コネクタ HEADERタイプは製品高さのSCALABLEが可能であり、金型の一部駒交換により実現している。また高さ以外の幅・奥行き寸法が同じであることから組立・検査工程の共有化も可能にしている。
一方SIMカード用コネクタでは、信号端子を8極型のみならず、6極型にも対応できるよう金型上で調整できるプロセスを導入している。当社はこれら共有化を、顧客要求に対して柔軟・迅速に対応できる手段のひとつとして活用している。
製品紹介
【microSDカード用コネクタ】
【 写真１ microSD HEADERタイプ レパートリー】
写真1は高さが2.45mmから6.00mmまでのSCALABLE対応可能な構造だけでなく、省スペース型でもあり、幅11.45mm/奥行き5.3mmと業界最小実装面積を達成している。
図１に示すように本SCALABLE構造により、カード飛び出し部の下部スペースが有効活用できることから、他部品の実装等でセットの高密度実装に貢献できる。
さらにカード嵌合部構造は製品高さが変わっても同一、つまり信号端子形状は同一であることから、安定した電気的性能・機械的性能の維持が可能である。シールドカバーは十分な半田付けエリアを各コーナーに設け、高いコジリ強度を確保している。さらにカード検知スイッチをコネクタ後方に配置していることから、静電気対策(ESD)を兼ね備えたものともなっている。
②PUSH-PULLタイプ
写真２/左は、高さ1.65mm、幅11.4mm、奥行き12.9mmと小型タイプである。特徴としては信号端子の接点荷重を従来の1.5倍以上に設定し、安定した接触信頼性を確保させている。またカード検知スイッチはコネクタ奥行き方向に配置することで、カード寸法公差に影響されずに検知が可能であり、高い検知精度を実現している。その他、シールドカバー側面部にはカード脱落防止のハーフロック構造を備えているが、このロック構造を取り除いたバージョンにも対応できる。
写真２/中央は、高さ1.47mm、幅11.35mm、奥行き11.25mmと写真２/左のコネクタをさらに低背化、省スペース化した製品となっており、本構造としては業界最小クラスである(【写真２/左】との体積比率：23％低減)。本製品もハーフロック構造を備えるが、一度カードをコネクタに挿すと、コネクタから抜けなくなる”ハードロック構造”タイプも準備している。
写真２/左は、高さ1.65mm、幅11.4mm、奥行き12.9mmと小型タイプである。特徴としては信号端子の接点荷重を従来の1.5倍以上に設定し、安定した接触信頼性を確保させている。またカード検知スイッチはコネクタ奥行き方向に配置することで、カード寸法公差に影響されずに検知が可能であり、高い検知精度を実現している。その他、シールドカバー側面部にはカード脱落防止のハーフロック構造を備えているが、このロック構造を取り除いたバージョンにも対応できる。
写真２/中央は、高さ1.47mm、幅11.35mm、奥行き11.25mmと写真２/左のコネクタをさらに低背化、省スペース化した製品となっており、本構造としては業界最小クラスである(【写真２/左】との体積比率：23％低減)。本製品もハーフロック構造を備えるが、一度カードをコネクタに挿すと、コネクタから抜けなくなる”ハードロック構造”タイプも準備している。
【 写真２ microSD PUSH-PULLタイプ、HINGEタイプ】
③HINGEタイプ
写真２/右は、高さ1.48mm、幅12.5mm、奥行き14.5mmと低背、かつ省スペースタイプとなっている。特徴として堅牢型の金属製シールドカバーのスライド・回転方式を採用しており、コネクタ実装エリア内でのカード着脱が可能である。
またユーザビリティの観点から、シールドカバーロック時/解除時にクリックフィーリングを持たせる構造を採用し、エンドユーザーが操作し易いものとなっている。更にシールドカバーはロック状態において4箇所のグランドへ設置する構造を採用しており、ESD/EMC対策にも対応している。
写真２/右は、高さ1.48mm、幅12.5mm、奥行き14.5mmと低背、かつ省スペースタイプとなっている。特徴として堅牢型の金属製シールドカバーのスライド・回転方式を採用しており、コネクタ実装エリア内でのカード着脱が可能である。
またユーザビリティの観点から、シールドカバーロック時/解除時にクリックフィーリングを持たせる構造を採用し、エンドユーザーが操作し易いものとなっている。更にシールドカバーはロック状態において4箇所のグランドへ設置する構造を採用しており、ESD/EMC対策にも対応している。
【SIMカード用コネクタ】
①PUSH-PUSHタイプ（8PIN型）
写真３/左は、PUSH-PUSH機構付きとして業界最低背の実装高さ1.4mmを実現、幅17.2mm、奥行き25.8mmと実装面積においても業界最小クラスを達成している。特徴としてシールドカバーは、堅牢性の高い上面フルホールドタイプを採用。8箇所のグランド部を設けて、シールド性能と実装強度の向上を図っている。またカード検知スイッチは2点接触構造のノーマルクローズタイプとし、高い接触信頼性を確保している。更にカード誤挿入時はこの検知スイッチが動作しない構造も設けている。その他、カードプッシュイジェクト時の排出量は3.0mmとし、信号端子の極数は8極対応だけでなく、6極対応も可能である。
②PUSH-PULLタイプ（8PIN型）
写真３/中央は、実装高さ1.3mmと、業界のみならず当社レパートリーの中でも最低背モデルあり、幅16.65mm、奥行き18.7mmと実装面積においても業界最小クラスである。信号端子の接点構造には2点接触構造を採用し、加えて高い接点荷重に設定することで、振動・衝撃・落下に対する瞬断性能の向上を図っている。また前述のPUSH-PUSHタイプと同じく、信号端子の極数は8極だけでなく、6極にも対応可能である。その他、ノーマルクローズタイプのカード検知スイッチを装備している。
③SIDE-ENTRYタイプ
写真３/右は高さ、1.45mmと低背タイプであるだけでなく、従来のカード縦挿し方式とは異なる横挿し方式(サイドエントリー方式)を採用している。これによりセット設計でのコネクタ配置自由度を向上させることができる。サイズは幅26.5mm、奥行き14.1mmと、省スペースタイプである。また信号端子は独自のコンタクト形状により、あらゆる方向からの斜め挿入時にコンタクト座屈を防ぐフェイルセーフ構造を持ち、エンドユーザーが安全・確実にSIMカードを抜き差しすることを可能にしている。その他、シールドカバーは前述PUSH-PUSHタイプと同じく、フルホールド構造を採用。グランド部を7箇所設け、高いシールド性能と実装強度を確保している。また全ての実装部はコネクタ外周部に配置することで、リワークが可能である。
①PUSH-PUSHタイプ（8PIN型）
写真３/左は、PUSH-PUSH機構付きとして業界最低背の実装高さ1.4mmを実現、幅17.2mm、奥行き25.8mmと実装面積においても業界最小クラスを達成している。特徴としてシールドカバーは、堅牢性の高い上面フルホールドタイプを採用。8箇所のグランド部を設けて、シールド性能と実装強度の向上を図っている。またカード検知スイッチは2点接触構造のノーマルクローズタイプとし、高い接触信頼性を確保している。更にカード誤挿入時はこの検知スイッチが動作しない構造も設けている。その他、カードプッシュイジェクト時の排出量は3.0mmとし、信号端子の極数は8極対応だけでなく、6極対応も可能である。
②PUSH-PULLタイプ（8PIN型）
写真３/中央は、実装高さ1.3mmと、業界のみならず当社レパートリーの中でも最低背モデルあり、幅16.65mm、奥行き18.7mmと実装面積においても業界最小クラスである。信号端子の接点構造には2点接触構造を採用し、加えて高い接点荷重に設定することで、振動・衝撃・落下に対する瞬断性能の向上を図っている。また前述のPUSH-PUSHタイプと同じく、信号端子の極数は8極だけでなく、6極にも対応可能である。その他、ノーマルクローズタイプのカード検知スイッチを装備している。
③SIDE-ENTRYタイプ
写真３/右は高さ、1.45mmと低背タイプであるだけでなく、従来のカード縦挿し方式とは異なる横挿し方式(サイドエントリー方式)を採用している。これによりセット設計でのコネクタ配置自由度を向上させることができる。サイズは幅26.5mm、奥行き14.1mmと、省スペースタイプである。また信号端子は独自のコンタクト形状により、あらゆる方向からの斜め挿入時にコンタクト座屈を防ぐフェイルセーフ構造を持ち、エンドユーザーが安全・確実にSIMカードを抜き差しすることを可能にしている。その他、シールドカバーは前述PUSH-PUSHタイプと同じく、フルホールド構造を採用。グランド部を7箇所設け、高いシールド性能と実装強度を確保している。また全ての実装部はコネクタ外周部に配置することで、リワークが可能である。
【写真３ SIM PUSH-PUSHタイプ、PUSH-PULLタイプ、SIDE-ENTRYタイプ】
【 写真４ microSD＋SIM一体型）】
【 写真５ microSD HEADER＋SIM PUSH-PULL 2ピース例】
【コンボコネクタ】
①microSD＋SIM一体型
写真４はSIMカードスロット部にmicroSDスロット部をスタックアップさせることで、基板占有面積の省スペース化を図ったものである。サイズは高さ3.3mm、横幅14.0mm、奥行き30.15mmである。microSDスロットは嵌合部分が浅いHEADERタイプを採用することで、SIMカードスロット上面部をカード挿抜領域として活用し、コネクタ範囲内でのカード操作を可能にしている。またSIMカードにおいてはサイドエントリー方式を採用しているが、サイドエントリーで懸念されるコンタクト座屈や誤挿入防止に対する対策も施されている。
②microSD HEADER＋SIM PUSH-PULL２ピースタイプ
当社製品は、常に”低背型・省スペース化”をキーワードに製品開発に注力しているが、例えば前述のmicroSDカード用コネクタ HEADERタイプとSIMカード用コネクタ PUSH-PULLタイプの実装配置・組合せを考慮することで、簡易的な2ピースタイプのコンボコネクタの提案も可能である。写真５はその一例であり、省スペース化を考慮したものであるが、更に各カードの挿抜方向を変化させるなど、セット設計を配慮したコネクタの配置・組合せも自由に行える。
①microSD＋SIM一体型
写真４はSIMカードスロット部にmicroSDスロット部をスタックアップさせることで、基板占有面積の省スペース化を図ったものである。サイズは高さ3.3mm、横幅14.0mm、奥行き30.15mmである。microSDスロットは嵌合部分が浅いHEADERタイプを採用することで、SIMカードスロット上面部をカード挿抜領域として活用し、コネクタ範囲内でのカード操作を可能にしている。またSIMカードにおいてはサイドエントリー方式を採用しているが、サイドエントリーで懸念されるコンタクト座屈や誤挿入防止に対する対策も施されている。
②microSD HEADER＋SIM PUSH-PULL２ピースタイプ
当社製品は、常に”低背型・省スペース化”をキーワードに製品開発に注力しているが、例えば前述のmicroSDカード用コネクタ HEADERタイプとSIMカード用コネクタ PUSH-PULLタイプの実装配置・組合せを考慮することで、簡易的な2ピースタイプのコンボコネクタの提案も可能である。写真５はその一例であり、省スペース化を考慮したものであるが、更に各カードの挿抜方向を変化させるなど、セット設計を配慮したコネクタの配置・組合せも自由に行える。
今後の展開
上記開発品のレパートリー拡充とともに、下記内容に注力したメモリカード用コネクタの開発を展開していく。【技術展開】
①高速伝送技術
インターフェイスコネクタ開発等を通じて得た高速伝送や高周波技術を活かすとともに、3次元電磁界解析シミュレーション技術及び解析技術を活用し、伝送特性を高めたコネクタを開発する。
②多機能化
PUSH-PUSH機構に替わる小型且つ簡易構造を持ったイジェクト機構を発案し、操作性を向上させながらさらなる小型化を図り、セット設計に貢献できる多機能コネクタを開発する。
【製品展開】
①microSDカード用コネクタ
低背化・省スペース化・多機能化の追求のみならず、次世代規格UHS-Ⅱに対応したコネクタの開発も行う。
②SIMカード用コネクタ
従来のSIMカード用コネクタの開発と並行して、microSIMカード用コネクタの開発も進める。microSIMカードはSIMカードと違い、カード外形面積が小さい(面積比：約52%ダウン)。そのため開発目標として、現行SIMカード用コネクタと同等の構造・機構を維持しつつ、且つ高いカード操作性能が得られる超小型コネクタの開発を行う。
筆者：ＳＭＫ株式会社 ＣＳ事業部
出典：電波新聞 2011年２月３日 特集「カード用コネクタ技術」
