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技術 接続部材、接続部材の製造方法及び電子装置

出願人 富士通株式会社
発明者 古山昌治米田泰博
出願日 2009年10月22日 (11年2ヶ月経過) 出願番号 2009-243714
公開日 2011年5月6日 (9年7ヶ月経過) 公開番号 2011-090899
状態 特許登録済
技術分野 離間導体の接続器及び電線端子 雄雌型接触部材 ホルダ付接続装置(装置一般)
主要キーワード 補助弾性体 弾性劣化 バネ付き 各接続導体 要部断面模式図 平板状基板 サーマルグリース 導電弾性体
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

接続対象物との接続信頼性を確保することのできる、長寿命接続部材を提供する。

解決手段

接続部材20は、支持基板21の貫通孔21aを貫通してその表面から突出する導電弾性体22a、及び導電弾性体22aが突出するようにその周囲に設けられた補助弾性体22bを含む。導電弾性体22aの圧縮変形により、接続対象物との接続信頼性が確保され、補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮が抑制され、接続部材20の長寿命化が図られる。

概要

背景

電子装置に含まれる電子部品の1種であるBGA(Ball Grid Array)型やLGA(Land Grid Array)型の表面実装型半導体パッケージは、回路基板への高密度実装が可能であり、また、高機能化に伴う多ピン化にも対応することが可能である。

このような半導体パッケージと回路基板(実装用基板検査用基板等)との電気的接続には、支持体にこれを貫通するように弾性のある導電部を設けた、ソケットコンタクトシート電気接点板等といった接続部材を用いることが知られている。このような接続部材の導電部に、半導体パッケージ等の接続対象物電極押圧し、導電部を圧縮することで、それらを電気的に接続する。

概要

接続対象物との接続信頼性を確保することのできる、長寿命の接続部材を提供する。接続部材20は、支持基板21の貫通孔21aを貫通してその表面から突出する導電弾性体22a、及び導電弾性体22aが突出するようにその周囲に設けられた補助弾性体22bを含む。導電弾性体22aの圧縮変形により、接続対象物との接続信頼性が確保され、補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮が抑制され、接続部材20の長寿命化がられる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

貫通孔が設けられた基板と、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材と、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように設けられた第2弾性部材と、を含むことを特徴とする接続部材

請求項2

前記第1弾性部材は、前記第2弾性部材よりもヤング率が小さいことを特徴とする請求項1に記載の接続部材。

請求項3

前記第2弾性部材が導電性であることを特徴とする請求項1又は2に記載の接続部材。

請求項4

前記第1弾性部材は、前記貫通孔に充填され、更に前記基板の両面から突出し、前記第2弾性部材は、前記基板の一方の面側に突出する前記第1弾性部材の第1突出部の周囲に設けられた第1部材と、前記基板の他方の面側に突出する前記第1弾性部材の第2突出部の周囲に設けられた第2部材と、を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の接続部材。

請求項5

前記第2弾性部材は、前記基板を貫通することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の接続部材。

請求項6

貫通孔が設けられた基板に、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材を配設する工程と、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように第2弾性部材を配設する工程と、を含むことを特徴とする接続部材の製造方法。

請求項7

貫通孔が設けられた基板と、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材と、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように設けられた第2弾性部材とを含み、前記第1弾性部材が、圧縮により前記第2弾性部材に埋没する接続部材と、前記第1弾性部材の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、前記第1弾性部材を介して電気的に接続された第1電子素子及び第2電子素子と、を含むことを特徴とする電子装置

技術分野

0001

本発明は、接続部材及びその製造方法、並びに接続部材を用いた電子装置に関する。

背景技術

0002

電子装置に含まれる電子部品の1種であるBGA(Ball Grid Array)型やLGA(Land Grid Array)型の表面実装型半導体パッケージは、回路基板への高密度実装が可能であり、また、高機能化に伴う多ピン化にも対応することが可能である。

0003

このような半導体パッケージと回路基板(実装用基板検査用基板等)との電気的接続には、支持体にこれを貫通するように弾性のある導電部を設けた、ソケットコンタクトシート電気接点板等といった接続部材を用いることが知られている。このような接続部材の導電部に、半導体パッケージ等の接続対象物電極押圧し、導電部を圧縮することで、それらを電気的に接続する。

先行技術

0004

特開2008−59895号公報
特開平11−307155号公報
特開2001−237039号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、接続対象物と接続部材との電気的接続にあたり、接続対象物を接続部材に押圧してその導電部に大きな圧力を継続的にかけると、その導電部の弾性が次第に劣化し、接続部材の寿命が低下してしまう場合があった。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一観点によれば、貫通孔が設けられた基板と、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材と、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように設けられた第2弾性部材と、を含む接続部材が提供される。

発明の効果

0007

開示の接続部材によれば、接続対象物との接続信頼性を確保し、更に、その長寿命化を図ることが可能になる。

図面の簡単な説明

0008

第1の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面模式図である。
第1の実施の形態に係る接続部材の一例を示す図である。
第1の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の一例の説明図である。
第1の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の別例の説明図である。
別形態の接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の説明図である。
第1の実施の形態に係る接続部材の変形例の説明図である。
第1支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
第1弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図である。
弾性材料導入後の状態の一例を示す要部断面模式図である。
第2支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
第2弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図である。
第2の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面模式図である。
第2の実施の形態に係る接続部材の一例の要部断面模式図である。
第2の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の一例の説明図である。
第2の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の別例の説明図である。
金型の一例の要部断面模式図である。
弾性部材配置工程の一例の要部断面模式図である。
支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
金型配置工程の一例の要部断面模式図である。
弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図である。

実施例

0009

まず、第1の実施の形態について説明する。
図1は第1の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面模式図である。
図1に示す電子装置1は、回路基板10、接続部材(ソケット)20、電子部品30、放熱板40、補強板50、及びバネ付きねじ60を含んでいる。

0010

回路基板10は、その一方の面に形成された複数の電極10aを有している。これらの電極10aは、回路基板10の内部に形成された、図示しない配線、或いは、配線及び配線間を接続するビアに、電気的に接続されている。また、回路基板10は、バネ付きねじ60が挿通される貫通孔11を有している。

0011

接続部材20は、支持基板21と、回路基板10の各電極10aに対応する位置にそれぞれ支持基板21を貫通するように設けられた導電部(接続導体)22を有している。各接続導体22は、導電性の第1弾性部材(導電弾性体)22aと、導電性又は絶縁性の第2弾性部材(補助弾性体)22bを有している。各接続導体22は、少なくともその導電弾性体22aを介して、対応する位置の回路基板10の電極10aと、電気的に接続されている。尚、接続部材20の詳細については後述する。

0012

電子部品30は、パッケージ基板31aの一方の面側に半導体チップ31bが実装されたLGA型の半導体パッケージ31、及びその半導体パッケージ31に熱的に接続されたヒートスプレッダ32を有している。

0013

電子部品30は、パッケージ基板31aの半導体チップ31b実装面側と反対の面側に形成された複数の電極30aを有している。これらの電極30aは、接続部材20の各接続導体22に対応する位置(回路基板10の各電極30aに対応する位置)に形成されている。各電極30aは、対応する位置にある接続導体22の、少なくとも導電弾性体22aと、電気的に接続されている。各電極30aは、パッケージ基板31aの内部に形成された、図示しない配線、或いは、配線及び配線間を接続するビアを介して、半導体チップ31bに電気的に接続されている。

0014

このように回路基板10と電子部品30とは、接続部材20を介して、電気的に接続された状態になっている。
放熱板40は、電子部品30の上に、直に或いはサーマルグリース等の伝熱部材(図示せず)を介して、配置されている。放熱板40は、図示しない放熱フィン、及びバネ付きねじ60が挿通される貫通孔41を有している。

0015

補強板50は、回路基板10の裏面側(接続部材20及び電子部品30が搭載される面側と反対の面側)に配置されている。補強板50には、放熱板40及び回路基板10の貫通孔41,11に挿通されたバネ付きねじ60の先端部が螺着されている。

0016

上記のような構成を有する電子装置1は、例えば、次のようにして組み立てることができる。
まず、回路基板10上に接続部材20を、各電極10aと接続導体22との位置合わせを行って、配置する。次いで、その接続部材20の上に電子部品30を、各接続導体22と電極30aとの位置合わせを行って、配置する。このようにして配置した電子部品30の上に、放熱板40を配置する。そして、バネ付きねじ60を、放熱板40及び回路基板10の貫通孔41,11に挿通し、その先端部を、回路基板10の裏面に配置した補強板50に螺着する。

0017

バネ付きねじ60を補強板50に締め付けることで、放熱板40によって電子部品30が回路基板10側に押圧される。この押圧により、電子部品30の電極30aと接続部材20の接続導体22の上端側、接続導体22の下端側と回路基板10の電極10aを、いずれも接触(圧接)させ、弾性を有する接続導体22を圧縮させて、電子部品30と回路基板10を電気的に接続する。

0018

続いて、接続部材20について、より詳細に説明する。
図2は第1の実施の形態に係る接続部材の一例を示す図であって、(A)は平面模式図、(B)は(A)のX−X断面模式図である。尚、図2には、押圧を行う前の状態を示している。

0019

図2(A),(B)には、矩形平板状の支持基板21の周辺部に、複数の接続導体22が配列された接続部材20を例示している。接続部材20を挟んで配置される上記の回路基板10及び電子部品30には、図2(A)に示すような平面配置の接続導体22に対応する位置に、電極10a,30aが配置されている。

0020

接続部材20の各接続導体22は、図2(B)に示すように、支持基板21に設けられた貫通孔21aを貫通してその支持基板21の両面から突出する導電弾性体22aを有している。導電弾性体22aの周囲、ここでは導電弾性体22aの支持基板21の両面から突出する突出部22a1,22a2の周囲にそれぞれ、補助弾性体22bが設けられている。

0021

押圧により圧縮される前、導電弾性体22aは、その突出部22a1,22a2の先端部22a3,22a4が、各補助弾性体22bから突出するように、設けられている。導電弾性体22aは、押圧時にはその弾性により圧縮し、例えば、その圧縮により補助弾性体22bに埋没される。

0022

上記のような接続部材20の支持基板21には、例えば、絶縁性及び耐熱性に優れる、ポリイミド樹脂ポリエチレンテレフタレート樹脂、或いはこれらをガラスクロス等で補強して剛性を高めたものが用いられる。支持基板21の寸法は、例えば、幅42mm×奥行き42mm×厚さ1.3mm程度とされる。

0023

接続導体22の導電弾性体22aには、導電性を有する弾性材料、例えば、絶縁性の弾性材料に導電性のフィラーを含有させたものが用いられる。
導電弾性体22aに用いる弾性材料には、例えば、シリコーンゴムフッ素ゴムイソプレンゴムウレタンゴム等の合成ゴム又は天然ゴムを用いることができる。これらの弾性材料のうち、例えばシリコーンゴムは、耐熱性、環境安定性圧縮永久歪み特性に優れ、導電弾性体22aの材料として好適である。

0024

導電弾性体22aに用いるフィラーには、例えば、金、銀、銅、白金パラジウム、鉛、錫等の金属を含む粒子ベリリウム銅青銅リン青銅黄銅等の合金を含む粒子を用いることができる。このほか、フィラーには、カーボン導電性セラミック等の導電性粒子カーボン粒子の表面又は導電性若しくは絶縁性のセラミック粒子の表面に金属をコーティングしたもの等を用いることができる。フィラーに用いる金属(粒子の全体又は一部に用いる金属)のうち、例えば銀は、接触抵抗が小さく、導電弾性体22aのフィラーの材料として好適である。

0025

導電弾性体22aは、フィラーの含有量、製造時の弾性材料の硬化温度等を調整し、例えば、そのヤング率を20MPa程度(硬度50程度)に設定する。
導電弾性体22aは、例えば、直径0.3mm(突出部22a1,22a2)、高さ2.4mm程度の寸法の柱状とする。

0026

接続導体22の補助弾性体22bには、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム又は天然ゴムを用いることができる。例えばシリコーンゴムは、耐熱性、環境安定性、圧縮永久歪み特性に優れ、補助弾性体22bの材料として好適である。補助弾性体22bには、これらの弾性材料に、絶縁性又は導電性のフィラーを含有させることができる。補助弾性体22bに導電性のフィラーを含有させた場合には、補助弾性体22bを導電性とすることが可能になる。

0027

補助弾性体22bは、フィラーの含有量、製造時の弾性材料の硬化温度等を調整し、例えば、そのヤング率を、導電弾性体22aより大きい値に設定する。例えば、ヤング率を20MPa程度に設定した導電弾性体22aに対し、補助弾性体22bのヤング率を40MPa程度(硬度70程度)に設定する。

0028

補助弾性体22bは、例えば、支持基板21の一方の面側につきそれぞれ、外径0.5mm、高さ0.45mmの寸法の円筒状とする。この場合、上記のように支持基板21の厚さを1.3mm、導電弾性体22aの高さを2.4mmとすれば、補助弾性体22bから突出する導電弾性体22aの先端部22a3,22a4の長さ(突出量)Lは、片側100μmとなる。

0029

このように接続部材20は、先端部22a3,22a4が突出する導電弾性体22a、及びその周囲に設けられた補助弾性体22bを含んでいる。電子装置1の組み立て時には、回路基板10と電子部品30の間に、このような接続部材20が配置された状態で、放熱板40、補強板50及びバネ付きねじ60を用いた押圧が行われる。

0030

図3は第1の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の一例の説明図であって、(A)は押圧初期の状態を示す図、(B)は押圧後期の状態を示す図である。尚、図3には、電子装置1における、接続部材20、回路基板10及び電子部品30の要部を模式的に図示している。

0031

電子装置1の組み立て時において、上記の押圧を行っていくと、図3(A)に示すように、接続部材20の導電弾性体22aが、電極10a,30a間に挟まれて圧縮されていく。このとき、回路基板10と電子部品30とは、電極10a,30a及びそれらに圧接された導電弾性体22aを介して、電気的に接続された状態になっている。

0032

そして、図3(A)の状態から更に押圧が進むと、図3(B)に示すように、導電弾性体22aは、更に圧縮され、その周囲に設けられた補助弾性体22bに埋没し、その結果、補助弾性体22bが電極10a,30aに接触するようになる。このように補助弾性体22bが電極10a,30aに接触することで、接続導体22の電極10a,30aとの接触面積が増加し、それにより、導電弾性体22aにかかる圧力が低減される。

0033

一般に、弾性体にかかる圧力が大きく、その圧縮が大きいと、時間の経過と共にその塑性変形が進行する、所謂クリープ変形が発生し得る。このようなクリープ変形は、その弾性体の寿命を低下させる恐れがある。

0034

一方、この接続部材20では、たとえ押圧が大きくなっても、補助弾性体22bが電極10a,30aと接触した後は、補助弾性体22bによって導電弾性体22aにかかる圧力を低減することができる。それにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑え、導電弾性体22aのクリープ変形による弾性劣化を抑えることができる。

0035

接続部材20では、一例として、導電弾性体22aの方が、補助弾性体22bよりも、ヤング率が小さく(変形しやすく)なるようにすることができる。この場合、電子装置1の組み立て時における押圧の初期段階には(図3(A))、ヤング率の比較的小さい導電弾性体22aが比較的容易に圧縮されて電極10a,30aに圧接され、電極10a,30aとの電気接続が確保されるようになる。更に押圧が進み、補助弾性体22bが電極10a,30aと接触した後は(図3(B))、比較的ヤング率の大きいその補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮が効果的に抑えられるようになる。

0036

尚、ここでは、図3(B)に示したように、補助弾性体22bが電極10a,30aに接触する状態まで押圧を行う場合を例示したが、押圧は必ずしもこのような状態まで行うことを要しない。図3(A)に示したような、補助弾性体22bが電極10a,30aに接触する前の、接続導体22のうちの導電弾性体22aのみが電極10a,30aに圧接されている状態で、押圧を止めることもできる。

0037

ところで、接続部材20を用いて電気的に接続する回路基板10及び電子部品30には、それらの構成材料熱膨張係数や、接続部材20を用いた接続に至るまでの熱履歴等に起因して、反りが生じている場合がある。上記の接続部材20によれば、回路基板10及び/又は電子部品30に反りが生じているような場合であっても、回路基板10と電子部品30を電気的に接続することができる。

0038

図4は第1の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の別例の説明図である。尚、図4には、電子装置1における、接続部材20、回路基板10及び電子部品30の要部を模式的に図示している。

0039

図4には、回路基板10及び電子部品30の双方に反りが生じており、それにより、回路基板10の複数の電極10a間、及び電子部品30の複数の電極30a間に、それぞれ面内の高さばらつきが生じている場合を例示している。即ち、対向する電極10a,30a間の距離が一定でなく、ばらつきが生じている場合を例示している。

0040

電子装置1の組み立て時には、このような回路基板10と電子部品30の間に、接続部材20が配置された状態で、放熱板40、補強板50及びバネ付きねじ60を用いた押圧が行われる。

0041

この押圧の際には、まず、回路基板10及び電子部品30の電極10a,30a間の距離が短い箇所P1において、接続部材20の導電弾性体22aが電極10a,30aと接触する。その後、更に押圧が進むと、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1、長い箇所P2のいずれの導電弾性体22aも、電極10a,30a間に挟まれて圧縮され、電極10a,30aに圧接された状態となる。それにより、導電弾性体22a及び電極10a,30aを介して、回路基板10と電子部品30が電気的に接続される。

0042

このとき、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1では、長い箇所P2に比べて、導電弾性体22aの圧縮が大きくなる。但し、このような箇所P1では、圧縮した導電弾性体22aの周囲の補助弾性体22bが電極10a,30aと接触した後は、その補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑えることができる。

0043

ここで比較のため、電子装置1において、上記の接続部材20に替え、別形態の接続部材を用いて、回路基板10と電子部品30を接続する場合について説明する。
図5は別形態の接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の説明図であって、(A)は押圧が小さい状態の一例を示す図、(B)は押圧が大きい状態の一例を示す図である。

0044

図5(A),(B)には、支持基板101にそれを貫通する複数の接続導体102が設けられた接続部材100を用いて、回路基板10と電子部品30との接続を行う場合を例示している。接続部材100の接続導体102は、導電性を有する弾性材料で形成されており、また、支持基板101両面に円錐台状の突出部が形成されている。このような接続部材100を用いて、上記同様、反りにより、対向する電極10a,30a間の距離にばらつきが生じている回路基板10と電子部品30とを、電気的に接続する場合を想定する。

0045

この場合、接続部材100に対する押圧が小さいときには、図5(A)に示すように、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1では、電極10a,30aに接続導体102が圧接される。このとき、電極10a,30a間の距離が長い箇所P2では、未だ接続導体102の先端が電極30aと接触しない場合がある。全ての接続導体102を電極30aに接触させるため、押圧を更に大きくすると、図5(B)に示すように、いずれの箇所P1,P2の接続導体102も圧縮され、電極10a,30aに圧接されるようになる。それにより、全ての接続導体102を用いて、回路基板10と電子部品30を電気的に接続することが可能になる。

0046

しかし、このとき、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1では、長い箇所P2に比べて、接続導体102に、より大きな圧力がかかっており、その圧縮が大きくなっている。このように圧縮が大きい接続導体102は、時間の経過に伴うクリープ変形により、その接続導体102の寿命が低下し、接続部材100の寿命が低下する恐れがある。また、このような寿命の低下は、回路基板10及び電子部品30に反りが生じていない場合でも、押圧が大きく、接続導体102の圧縮が大きければ、時間の経過と共に、同様に起こり得る。

0047

これに対し、第1の実施の形態に係る接続部材20では、各接続導体22が、導電弾性体22a、及びその周囲に先端部22a3,22a4が突出するように設けた補助弾性体22bを含んでいる。

0048

このような接続部材20によれば、電子装置1の組み立て時に接続部材20が押圧される際、たとえ電極10a,30a間の距離にばらつきが生じていても、各導電弾性体22aの圧縮変形によってそのばらつきを吸収することができる。その結果、回路基板10と電子部品30との接続信頼性を確保することが可能になる。

0049

また、接続部材20に対する押圧が大きくなり、導電弾性体22aの周囲の補助弾性体22bが電極10a,30aと接触した後は、その導電弾性体22aにかかる圧力を補助弾性体22bによって低減し、その導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑えることができる。その結果、導電弾性体22aのクリープ変形による弾性劣化を抑え、導電弾性体22a及び接続部材20の長寿命化を図ることが可能になる。

0050

尚、接続部材20において、導電弾性体22aのヤング率を、補助弾性体22bのヤング率よりも小さくしている場合には、導電弾性体22aが比較的容易に圧縮されるため、電極10a,30a間の距離のばらつきを効果的に吸収することができる。補助弾性体22bが電極10a,30aと接触した後は、ヤング率の大きい補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮を効果的に抑えることができる。また、補助弾性体22bのヤング率を大きくすると、その圧縮歪みが小さくなるため、そのクリープ変形が抑えられ、その結果、接続部材20の長寿命化を図ることができる。

0051

このように導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑える補助弾性体22bは、回路基板10と電子部品30の間の導通経路となる導電弾性体22aを、その周囲から保護する保護部材としての役割も果たす。

0052

また、補助弾性体22bは、上記のように、絶縁性又は導電性とすることができ、いずれの場合であっても、導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑える効果を得ることができる。補助弾性体22bを、導電性としている場合には、補助弾性体22bが電極10a,30aと接触するとき、導電弾性体22a及び電極10a,30aのほか、導電性の補助弾性体22bも用いて、回路基板10と電子部品30を電気的に接続することができる。また、補助弾性体22bを、絶縁性としている場合には、接続導体22を狭ピッチで配列したとしても、隣接する接続導体22間のショートを確実に回避することができる。

0053

尚、上記の説明では、導電弾性体22aのヤング率を、補助弾性体22bのヤング率よりも小さくする場合を例示したが、導電弾性体22aのヤング率は、必ずしも補助弾性体22bのヤング率よりも小さくすることを要しない。たとえ導電弾性体22aのヤング率が補助弾性体22bのヤング率と同じか又は大きい場合であっても、そのような導電弾性体22aを押圧により圧縮させることで、距離にばらつきのある電極10a,30a間を接続することが可能である。また、たとえ補助弾性体22bのヤング率が導電弾性体22aのヤング率と同じか又は小さい場合であっても、押圧が大きくなった場合には、導電弾性体22aの周囲のそのような補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑えることが可能である。

0054

また、以上の説明では、押圧が進んだ時に、補助弾性体22bが電極10a,30aの表面領域内に接触するように接続導体22が形成されている場合を例示したが、補助弾性体22bは、必ずしもこのような形態に限定されるものではない。

0055

図6は第1の実施の形態に係る接続部材の変形例の説明図であって、(A)は第1変形例の要部断面模式図、(B)は第2変形例の要部断面模式図である。尚、図6には、接続部材、回路基板10及び電子部品30の要部を模式的に図示している。

0056

図6(A)に示す接続部材201は、押圧が進んだ時に、補助弾性体22bが、電極10a,30aの表面領域と、それらの外側の回路基板10表面、電子部品30表面とに跨って、接触するようになっている。このように接触するよう、接続部材201では、上記の接続部材20に比べ、補助弾性体22bの接続部材201平面方向の厚みを厚くしている。このように補助弾性体22bの接続部材201平面方向の厚みを厚くすることにより、接続対象物との接触面積を増加させ、導電弾性体22aにかかる圧力を一層効果的に低減し、その過剰な圧縮を抑えることが可能になる。

0057

また、図6(B)に示す接続部材202は、導電弾性体22aの接続部材202平面方向の寸法を電極10a,30aの寸法に合わせて太くし、その周囲に補助弾性体22bを設けている。このような接続部材202では、補助弾性体22bが、電極10a,30aの外側の回路基板10表面、電子部品30表面に接触することになる。このような接続部材202では、導電弾性体22aの接続部材202平面方向の寸法を太くすることで、電極10a,30aとの接触抵抗を低く抑えることが可能になる。また、このような位置に設けた補助弾性体22bによっても、導電弾性体22aの圧縮を抑えることが可能である。

0058

この図6(B)に示した接続部材202において、導電弾性体22aの接続部材202平面方向の寸法を太くすると共に、更に図6(A)の例に従い、補助弾性体22bの接続部材202平面方向の厚みを厚くすることも可能である。

0059

接続部材20,201,202の各平面方向の導電弾性体22a及び補助弾性体22bの寸法は、電極10a,30aの寸法のほか、隣接する接続導体22間の距離(ピッチ)を基に、設定することができる。

0060

尚、接続部材20,201,202の導電弾性体22aの、押圧前における補助弾性体22bからの突出量は、回路基板10及び電子部品30に発生し得る反り、導電弾性体22a及び補助弾性体22bに用いる材料(ヤング率)を基に、設定することができる。

0061

続いて、一例として、接続部材20の形成方法について説明する。
図7は第1支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
まず、複数の貫通孔21aを形成した支持基板21を用意する。このような支持基板21は、所定材質平板状基板に、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術、機械的な穴開け加工技術等を用い、所定位置に、所定寸法の貫通孔21aを所定数形成することによって、形成することができる。

0062

用意した支持基板21は、図7に示すような上金型311と下金型312を有する第1金型310内に、上金型311と下金型312の間に挟むようにして配置する。上金型311には、支持基板21の各貫通孔21aに対応する位置に、形成する接続部材20(図2)の、導電弾性体22aの突出部22a1に相当する形状の凹部311aが形成されている。また、下金型312にも同様に、支持基板21の各貫通孔21aに対応する位置に、形成する接続部材20(図2)の、導電弾性体22aの突出部22a2に相当する形状の凹部312aが形成されている。

0063

尚、ここでは図示を省略するが、この第1金型310には、貫通孔21a及び凹部311a,312aに弾性材料を導入するための導入経路、弾性材料の導入に伴って内部空間から押し出されるガス等を外部に排出するための排出口が形成されている。

0064

図8は第1弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図、図9は弾性材料導入後の状態の一例を示す要部断面模式図である。
第1金型310内に支持基板21を配置した後、図8に示すように、導電性を有する弾性材料22cを導入する。例えば、銀等を含む導電性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料(硬化加硫)前)22cを、第1金型310内に導入する。第1金型310内に導入された弾性材料22cは、図8に示したように、支持基板21の各貫通孔21a、及び第1金型310の各凹部311a,312aに充填される。

0065

このように各貫通孔21a及び凹部311a,312aに充填した弾性材料22cを、加熱等によって硬化(加硫)させ、導電弾性体22aを形成する。導電弾性体22aは、弾性材料22cの導電性フィラーの含有量、硬化温度等を調整することにより、所定のヤング率を示すように形成する。その後、第1金型310を取り外すことで、図9に示すように、支持基板21の各貫通孔21aの位置に、各貫通孔21aに充填され更に支持基板21の両面に突出する導電弾性体22aが形成された、構造体20aを得る。

0066

図10は第2支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
構造体20aの形成後は、それを図10に示すような上金型411と下金型412を有する第2金型410内に、上金型411と下金型412の間に挟むようにして配置する。上金型411には、構造体20aの各導電弾性体22aに対応する位置に、形成する接続部材20(図2)の、導電弾性体22aと、その周囲に先端部22a3を突出させて設ける補助弾性体22bとに相当する形状の凹部411aが形成されている。また、下金型412にも同様に、構造体20aの各導電弾性体22aに対応する位置に、形成する接続部材20(図2)の、導電弾性体22aと、その周囲に先端部22a4を突出させて設ける補助弾性体22bとに相当する形状の凹部412aが形成されている。

0067

尚、ここでは、弾性材料の凹部411a,412aへの導入経路、及びガス等の排出口については、図示を省略している。
図11は第2弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図である。

0068

第2金型410内に構造体20aを配置した後、図11に示すように、絶縁性又は導電性を有する弾性材料22dを導入する。例えば、絶縁性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料(硬化(加硫)前)22d、又は銀等を含む導電性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料(硬化(加硫)前)22dを、第2金型410内に導入する。第2金型410内に導入された弾性材料22dは、図11に示したように、各凹部411a,412aに充填される。

0069

このように各凹部411a,412aに充填した弾性材料22dを、加熱等によって硬化(加硫)させ、補助弾性体22bを形成する。補助弾性体22bは、弾性材料22dのフィラーの含有量、硬化温度等を調整することにより、所定のヤング率を示すように形成する。その後、第2金型410を取り外すことで、上記図2に示したような、導電弾性体22aの周囲に補助弾性体22bが形成された接続部材20を得ることができる。

0070

尚、上記図6(A),(B)に例示した接続部材201,202も、その形状に応じた適当な金型を用いることで、この接続部材20の形成方法と同様にして形成することができる。

0071

以上説明したように、この第1の実施の形態に係る接続部材20等によれば、導電弾性体22aの圧縮変形により、回路基板10と電子部品30との接続信頼性を確保することが可能になる。また、導電弾性体22aの周囲に設けた補助弾性体22bにより、導電弾性体22aの過剰な圧縮を抑制し、接続部材20等の長寿命化を図ることが可能になる。また、このような接続部材20等を用いることにより、高品質高信頼性の電子装置1を実現することが可能になる。

0072

次に、第2の実施の形態について説明する。
図12は第2の実施の形態に係る電子装置の一例の要部断面模式図、図13は第2の実施の形態に係る接続部材の一例の要部断面模式図である。

0073

図12に示す電子装置1Aは、上記の電子装置1の接続部材20と異なる形態の接続部材70を含んでいる。
この第2の実施の形態に係る接続部材70は、図13に示すように、複数の貫通孔71aを有する支持基板71と、各貫通孔71aを貫通して支持基板71の両面に突出する複数の接続導体72を有している。各接続導体72は、導電弾性体72aと、導電性又は絶縁性の補助弾性体72bを有している。この接続部材70では、導電弾性体72aと補助弾性体72bが、共に貫通孔71aを貫通するように設けられている。

0074

押圧により圧縮される前、導電弾性体72aは、その突出部72a1,72a2の先端部72a3,72a4が、補助弾性体72bから突出するように、設けられている。導電弾性体72aは、押圧時にはその弾性により圧縮し、例えば、その圧縮により補助弾性体72bに埋没される。

0075

尚、この第2の実施の形態に係る接続部材70の支持基板71は、上記第1の実施の形態に係る接続部材20の支持基板21と同様の材料を用いて形成することができる。また、この第2の実施の形態に係る接続部材70の導電弾性体72a及び補助弾性体72bはそれぞれ、上記第1の実施の形態に係る接続部材20の導電弾性体22a及び補助弾性体22bと同様の材料を用いて形成することができる。

0076

このような接続部材70を用いた場合にも、上記同様、電子装置1Aの組み立て時には、回路基板10と電子部品30の間に接続部材70が配置された状態で、放熱板40、補強板50及びバネ付きねじ60を用いた押圧が行われる。

0077

図14は第2の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の一例の説明図であって、(A)は押圧初期の状態を示す図、(B)は押圧後期の状態を示す図である。尚、図14には、電子装置1Aにおける、接続部材70、回路基板10及び電子部品30の要部を模式的に図示している。

0078

接続部材70では、上記の接続部材20と同様、電子装置1Aの組み立て時の押圧により、図14(A)に示すように、導電弾性体72aが電極10a,30a間に挟まれて圧縮される。このとき、回路基板10と電子部品30は、電極10a,30a及び導電弾性体72aを介して、電気的に接続される。

0079

そして、更に押圧が進むと、図14(B)に示すように、導電弾性体72aが更に圧縮され、その周囲に設けられている補助弾性体72bが電極10a,30aに接触し、導電弾性体72aにかかる圧力が低減される。それにより、導電弾性体72aの過剰な圧縮が抑えられ、導電弾性体72aのクリープ変形による弾性劣化が抑えられる。

0080

接続部材70では、一例として、導電弾性体72aの方が、補助弾性体72bよりも、ヤング率が小さくなるようにすることができる。この場合、電子装置1Aの組み立て時における押圧の初期段階(図14(A))には、導電弾性体72aが、比較的容易に圧縮され、電極10a,30aに圧接されるようになる。更に押圧が進み、補助弾性体72bが電極10a,30aと接触した後は(図14(B))、補助弾性体72bにより、導電弾性体72aの過剰な圧縮が効果的に抑えられるようになる。

0081

尚、電子装置1Aの組み立て時には、図14(A)に示したような状態で押圧を止めることもできる。
また、接続部材70は、上記の接続部材20と同様に、回路基板10及び電子部品30に反りが生じていて、電極10a,30a間の距離にばらつきが生じているような場合にも、用いることができる。

0082

図15は第2の実施の形態に係る接続部材を回路基板と電子部品の接続に用いた場合の別例の説明図である。尚、図15には、電子装置1Aにおける、接続部材70、回路基板10及び電子部品30の要部を模式的に図示している。

0083

反りが生じているような場合にも、図15に示すように、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1、長い箇所P2のいずれの導電弾性体72aも、押圧により圧縮され、電極10a,30aに圧接されて、回路基板10と電子部品30が電気的に接続される。このとき、電極10a,30a間の距離が短い箇所P1では、導電弾性体72aの周囲の補助弾性体72bが電極10a,30aに接触するようになる。それにより、導電弾性体72aにかかる圧力が低減され、導電弾性体72aの過剰な圧縮が抑えられるため、導電弾性体72aのクリープ変形による弾性劣化が抑えられるようになる。

0084

尚、この第2の実施の形態においても、貫通孔71a、導電弾性体72a、補助弾性体22bの寸法を調整することにより、上記図6(A),(B)に示した例と同様に、補助弾性体72bの回路基板10及び電子部品30との接触領域を調整することが可能である。

0085

続いて、一例として、接続部材70の形成方法について説明する。
図16は金型の一例の要部断面模式図である。
接続部材70の形成には、図16に示すような複数の凹部502aが形成された下金型502が用いられる。各凹部502aは、接続部材70の各接続導体72(図13)の、支持基板71の一方の面側に突出する部分(導電弾性体72a及び補助弾性体72bの突出部)に相当する形状に、形成されている。

0086

図17は弾性部材配置工程の一例の要部断面模式図である。
上記の下金型502に、図17に示すように、導電弾性体72aを配置する。導電弾性体72aは、例えば、銀等を含む導電性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料を用いた射出成形により、予め形成しておく。導電弾性体72aは、弾性材料の導電性フィラーの含有量、硬化温度等を調整することにより、所定のヤング率を示すように形成する。このようにして予め形成した導電弾性体72aを、下金型502の凹部502a内の、導電弾性体72aの突出部に相当する部分に、配置する。

0087

図18は支持基板配置工程の一例の要部断面模式図である。
導電弾性体72aの下金型502への配置後は、図18に示すように、下金型502上に、予め用意された、複数の貫通孔71aが形成された支持基板71を配置する。支持基板71は、各貫通孔71aと凹部502aとの位置合わせを行い、各凹部502aに配置されている導電弾性体72aが貫通孔71aを貫通するように、下金型502上に配置する。

0088

図19は金型配置工程の一例の要部断面模式図である。
下金型502上への支持基板71の配置後は、その上に、図19に示すような複数の凹部501aが形成された上金型501を配置する。各凹部501aは、下金型502と同様に、接続部材70の各接続導体72(図13)の、支持基板71の他方の面側に突出する部分(導電弾性体72a及び補助弾性体72bの突出部)に相当する形状に、形成されている。

0089

このような上金型501を、下金型502に配置されている導電弾性体72aが、上金型501の凹部501a内の、導電弾性体72aの突出部に相当する部分に配置されるように、配置する。

0090

尚、ここでは、弾性材料の貫通孔71a及び凹部501a,502aへの弾性材料の導入経路、及びガス等の排出口については、図示を省略している。
図20は弾性材料導入工程の一例の要部断面模式図である。

0091

下金型502の上に上金型501を配置した後は、下金型502及び上金型501の内部に絶縁性又は導電性の弾性材料72cを導入し、図20に示すように、弾性材料72cで貫通孔71a及び凹部501a,502aを充填する。例えば、絶縁性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料(硬化(加硫)前)72c、又は銀等を含む導電性のフィラーを硫黄と共にシリコーンゴムに含有させた弾性材料(硬化(加硫)前)72cを、貫通孔71a及び凹部501a,502aに充填する。

0092

このように貫通孔71a及び凹部501a,502aに充填した弾性材料72cを、加熱等によって硬化(加硫)させ、補助弾性体72bを形成する。補助弾性体72bは、弾性材料72cのフィラーの含有量、硬化温度等を調整することにより、所定のヤング率を示すように形成する。その後、下金型502及び上金型501を取り外すことで、上記図13に示したような、導電弾性体72aの周囲に補助弾性体72bが形成された接続部材70を得ることができる。

0093

尚、ここでは、図17に示す導電弾性体72aの配設後、図18に示す支持基板71の配設を行う場合を例示したが、支持基板71の配設後に導電弾性体72aを配設するようにしても構わない。

0094

また、上記図6(A),(B)の例に従って補助弾性体72bの回路基板10及び電子部品30との接触領域を調整した接続部材も、その形状に応じた適当な金型を用いることで、この接続部材70の形成方法と同様にして形成することができる。

0095

以上説明したように、この第2の実施の形態に係る接続部材70等によっても、導電弾性体72aの圧縮変形により、回路基板10と電子部品30との接続信頼性を確保することが可能になる。また、導電弾性体72aの周囲に設けた補助弾性体72bにより、導電弾性体72aの過剰な圧縮を抑制し、接続部材70等の長寿命化を図ることが可能になる。また、このような接続部材70等を用いることにより、高品質、高信頼性の電子装置1Aを実現することが可能になる。

0096

尚、以上の説明では、電子部品としてLGA型の半導体パッケージを含むものを例示したが、上記の接続部材20,70等は、半田等のバンプが配設されたBGA型の半導体パッケージを含むような電子部品にも、同様に適用可能である。その場合は、バンプに対応する位置に上記のような接続導体22,72を配設した接続部材20,70等を用い、その接続導体22,72にバンプを押圧し、回路基板と電子部品を電気的に接続すればよい。

0097

また、上記の接続部材20,70等は、上記のようなLGA型やBGA型の半導体パッケージを含む電子部品に限らず、半導体パッケージを含まないような電子部品と回路基板との接続にも、同様に適用可能である。

0098

更にまた、上記の接続部材20,70等は、回路基板と電子部品との電気的接続に限らず、回路基板間や、電子部品間等、異なる電子素子間の電気的接続にも、同様に適用可能である。

0099

また、以上の説明では、支持基板21,71の両面に導電弾性体22a,72aが突出する接続部材20,70等を例にして述べた。このほか、これらの接続部材20,70等を用いて接続する接続対象物の組み合わせによっては、支持基板21,71の一方の面側にのみ導電弾性体22a,72aが突出する形態とすることも可能である。

0100

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)貫通孔が設けられた基板と、
前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材と、
前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように設けられた第2弾性部材と、
を含むことを特徴とする接続部材。

0101

(付記2) 前記第1弾性部材は、前記第2弾性部材よりもヤング率が小さいことを特徴とする付記1に記載の接続部材。
(付記3) 前記第2弾性部材が導電性であることを特徴とする付記1又は2に記載の接続部材。

0102

(付記4) 前記第2弾性部材が絶縁性であることを特徴とする付記1又は2に記載の接続部材。
(付記5) 前記第1弾性部材は、前記貫通孔に充填され、更に前記基板の両面から突出し、
前記第2弾性部材は、前記基板の一方の面側に突出する前記第1弾性部材の第1突出部の周囲に設けられた第1部材と、前記基板の他方の面側に突出する前記第1弾性部材の第2突出部の周囲に設けられた第2部材と、を含むことを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の接続部材。

0103

(付記6) 前記第2弾性部材は、前記基板を貫通することを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の接続部材。
(付記7)貫通孔が設けられた基板に、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材を配設する工程と、
前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように第2弾性部材を配設する工程と、
を含むことを特徴とする接続部材の製造方法。

0104

(付記8) 前記貫通孔が設けられた前記基板を配置した第1金型内に第1弾性材料を導入して成形することにより、前記基板に、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する前記第1弾性部材を配設し、
前記第1弾性部材の配設後の前記基板を配置した第2金型内に第2弾性材料を導入して成形することにより、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように前記第2弾性部材を配設する、
ことを特徴とする付記7に記載の接続部材の製造方法。

0105

(付記9)金型内に、前記貫通孔が設けられた基板を配置すると共に、予め形成された前記第1弾性部材を、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出するように配置し、
前記金型内に弾性材料を導入して成形することにより、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように前記第2弾性部材を配設する、
ことを特徴とする付記7に記載の接続部材の製造方法。

0106

(付記10)貫通孔が設けられた基板と、前記貫通孔を貫通して前記基板の表面から突出する導電性の第1弾性部材と、前記第1弾性部材の周囲に、前記第1弾性部材が突出するように設けられた第2弾性部材とを含み、前記第1弾性部材が、圧縮により前記第2弾性部材に埋没する接続部材と、
前記第1弾性部材の一端側及び他端側にそれぞれ配置され、前記第1弾性部材を介して電気的に接続された第1電子素子及び第2電子素子と、
を含むことを特徴とする電子装置。

0107

1,1A電子装置
10回路基板
10a,30a電極
11,21a,41,71a貫通孔
20,70,100,201,202接続部材
20a構造体
21,71,101支持基板
22,72,102接続導体
22a,72a導電弾性体
22b,72b補助弾性体
22a1,22a2,72a1,72a2 突出部
22a3,22a4,72a3,72a4 先端部
22c,22d,72c弾性材料
30電子部品
31半導体パッケージ
31aパッケージ基板
31b半導体チップ
32ヒートスプレッダ
40放熱板
50補強板
60バネ付きねじ
310 第1金型
410 第2金型
311,411,501上金型
312,412,502下金型
311a,312a,411a,412a,501a,502a 凹部
P1,P2 箇所

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