JP2005303221A - 弾性接触子 - Google Patents

Abstract

【課題】 専用のバイパスコンデンサを不要として、製造コストの削減と回路基板の小型化を図るとともに、ノイズを効果的に除去または低減可能な弾性接触子を提供する。
【解決手段】 半導体素子などの電子部品１をコネクタに装着すると、電子部品１の底面に設けられた電源電極１ａ１に、コネクタ側に設けられたスパイラル接触子（弾性接触子）２０Ｂに設けられた誘電膜２３が弾性的に接触する。このとき前記誘電膜２３が前記電源電極１ａ１とスパイラル接触子２０Ｂの接点部２２ａおよび弾性部２２との間に挟まれてキャパシタＣ１を形成し、バイパスコンデンサとして機能する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体素子などの電子部品に設けられたＬＧＡやＢＧＡに弾性的に接触して電気的な接続を行う弾性接触子に係わり、特に電源ラインや信号ラインに混入畳しやすい各種高周波ノイズを低減することが可能な弾性接触子に関する。

半導体素子などの電子部品を搭載した回路基板などにおいては、電源ラインや信号ラインに重畳して来る各種のノイズを低減し、前記電源電圧の安定させるとともに電子部品の誤動作を防止する必要がある。

このようなノイズを低減する手段としては、各電子部品の電源端子にコイルやキャパシタなどから構成されるラインフィルタを接続したり、信号端子にバイパスコンデンサを接続したりすることが一般的である。

また特許文献１には、従来の技術として信号ラインとなる貫通端子２０に段付円筒形状からなる誘電体２１を設けた貫通キャパシタをシールド板２２に配設した例が記載されている。

さらには特許文献２に示すように、多層基板の内部に共振周波数の異なる複数の内蔵キャパシタ４，５を形成した多層配線基板２なども存在している。
特開平６−２１５９７７号公報 特開２００２−３２９９７６号公報

しかし、ラインフィルタやバイパスコンデンサを用いる手段では、電子部品の誤動作を有効に防止するためには、前記ラインフィルタを構成するキャパシタやバイパスコンデンサを個々の電子部品の電源端子や信号端子ごとに接続する必要がある。このため、回路基板上に取り付けるキャパシタの点数が増大し、回路基板を小型化しにくいという問題がある。

しかも、電源端子や信号端子から離した位置にキャパシタを配置すると線長が長くなって期待どおりにノイズを除去することができなくなる。よって、キャパシタは電子部品の電源端子や信号端子の近傍に配置する必要があるため、配線の自由度が制限されるという問題もある。

また特許文献１に記載されたものでは、個々のラインすべてに貫通キャパシタを１個づつ配置する必要があるため、ライン数が多い場合には、その取り扱いや組み立て工程が煩雑となり、コストが高くなるという問題がある。

さらに特許文献２に示すものでは多層基板内にキャパシタを設けるという特殊な構造であるため、汎用性に乏しいとともに製造コストを低減しにくいという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、専用のバイパスコンデンサを不要として、製造コストの削減と回路基板の小型化を図るとともに、ノイズを効果的に除去または低減可能な弾性接触子を提供する。

また本発明は、回路基板内の配線の自由度を妨げることのない弾性接触子を提供することを目的としている。

本発明は、相手側となる電子部品の電極に接触可能な接点部と、前記接点部が前記電極に接触したときに弾性変形させられる弾性部と、前記弾性部の基部を支持する基端部と、が一体に形成された弾性接触子であって、
少なくとも前記接点部には所定の膜厚寸法からなる誘電膜が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の弾性接触子では、電子部品を回路基板に取り付けるコネクタを構成する接触子に、導通機能とキャパシタ機能を同時に持たせることができる。よって、回路基板上に多数のキャパシタを設ける必要がなくなり、部品点数の削減と回路基板の小型化を図ることが可能となる。

上記において、前記誘電膜が弾性部にも設けられているものが好ましい。
上記手段では、電極間の対向面積を広げることが可能となるため、キャパシタの静電容量値を大きくすることができる。

例えば、前記接点部、弾性部および基端部とが導電性の金属で一体に形成されており、前記誘電膜が前記金属の表面に積層されているものとして構成することができる。あるいは、前記接点部、弾性部および基端部が、所定の誘電率を有する合成樹脂で形成されているものとして構成することもできる。

また前記弾性部がスパイラル状であるものが好ましい。
スパイラル状の接触子とすると、狭いスペース内に多数配列することが可能となるため、特に多数の電極を有する電子部品用の弾性接触子の一部に利用することができる。

本発明では、回路基板上に取り付けるキャパシタの数を低減し、回路基板を小型化と製造コストの低減を図ることができる。

またキャパシタ機能を備えた弾性接触子を電源端子の近傍に配置することができるため、電源ラインに混入しやすいノイズを効果的に除去または低減することができる。さらには回路基板内にパターン線の自由度を阻害せず、自由に配線することができるようになる。

図１は電子部品を回路基板に保持するためのコネクタを示す平面図、図２は図１の２−２線断面図、図３はスパイラル接触子を拡大して示す平面図、図４は本発明の弾性接触子としてのスパイラル接触子を拡大して示す断面図であり、Ａは電子部品が装着される前の状態、Ｂは電子部品が装着された後の状態を示している。図５は弾性接触子が形成するキャパシタの構成を等価的に示す図、図６は電源と電子部品との間の接続を示す回路構成図である。

図１に示すように、電子部品１を保持する保持手段としてのコネクタ１０が回路基板３の上に固定されている。この回路基板３は、例えば図示しない携帯電話機などの電子機器に搭載されるものであり、多数の半導体素子やチップ部品など電子部品を搭載している。なお、前記回路基板３は単層基板または多層基板であり、少なくとも回路基板３の表裏両面には縦横方向（Ｘ−Ｙ方向）に銅箔などからなる複数のパターン線（図示せず）が形成されている。

前記コネクタ１０は、合成樹脂を成形して形成された四角い枡形のホルダ１１を有しており、前記ホルダ１１内の底部１１Ａには複数のスパイラル接触子（弾性接触子）２０が所定のピッチで規則正しくマトリックス状（格子状または碁盤の目状）に配列されている。

すなわち、図２に示すように、前記底部１１Ａには前記底部１１ＡをＺ方向に貫通する複数のスルーホール１２がマトリックス状に配置されている。図４Ａ，Ｂに示すように、前記スルーホール１２の内壁面にはＺ方向に延びる導電部１３が形成され、スルーホール１２の上下の開口縁部には環状に形成された接続部１４，１５が設けられている。前記導電部１３と接続部１４，１５とはともに銅メッキで形成されており、前記接続部１４と接続部１５とは前記導電部１３を介して電気的に接続されている。

一方の接続部（上部側）１４には、弾性接触子の実施の形態としてのスパイラル接触子２０が設けられている。

図３に示すように、前記スパイラル接触子２０は弾性を有する導電性金属材料で形成されており、外周側に四角い枠で形成れた基端部２１と前記基端部２１の内側から中心に向かって螺旋状に延びる弾性部２２とを有している。前記弾性部２２は、基端部２１側の基部２２ｂから先端である接点部２２ａに向かうほど図示Ｚ１方向に徐々に突出するように凸型形状で形成されている（図４Ａ参照）。

なお、前記スパイラル接触子２０は、例えばニッケルなどの導電性金属の溶液中にスパイラル接触子用の型を入れ、電気メッキまたは無電解メッキ法により形成されている。

前記基端部２１は前記接続部１４の表面に導電性接着剤などで固定されており、前記弾性部２２は前記スルーホール１２の貫通方向である図示Ｚ方向に弾性変形可能な状態で固定されている。したがって、前記コネクタ１０の底部１１Ａには、このような凸形状をした弾性部２２を有するスパイラル接触子２０がマトリック状態に配置されている（図１参照）。

ここで、図２においては、Ｘ２方向端部に設けられた２つのスパイラル接触子２０Ａとスパイラル接触子２０Ｂとはともに電源用であり、Ｘ１方向端部に設けられたスパイラル接触子２０Ｃは接地用（グランド用）である。前記電源用のスパイラル接触子２０Ａ，２０Ｂのうち、一方のスパイラル接触子２０Ａは電力入力用であり、他方のスパイラル接触子２０Ｂはノイズ除去用のキャパシタ機能を備えたスパイラル接触子である。また前記のスパイラル接触子２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃ以外のスパイラル接触子はすべて信号用である。

すなわち、前記電力入力用のスパイラル接触子２０Ａ、接地用のスパイラル接触子２０Ｃおよびその他の信号用のスパイラル接触子は、上記同様に弾性を有する導電性金属材料のみで形成されている。

他方、ノイズ除去用のスパイラル接触子２０Ｂは、例えば導電性金属材料で形成された弾性部２２や接点部ａの表面（Ｚ１側の面）に誘電膜２３が積層された構造であり、前記誘電膜２３は例えばポリイミドやポリフッ化エチレン（テフロン（登録商標））など誘電率の高い樹脂材料を所定の膜厚寸法ｄでコーティングすることにより形成されている。

図２に示すように、前記各スルーホール１２の下部側に設けられた接続部１５には凸型形状のバンプ１６が導電性接着剤などで固定されている。個々のバンプ１６の下端は、前記回路基板３上に設けられたパターン線のランド部１７に半田１８を介してそれぞれ接続されている。すなわち、個々のスパイラル接触子２０と、それに対応する個々のパターン線とは、前記接続部１４、導電部１３、接続部１５、バンプ１６およびランド部１７を介して電気的に接続されている。

前記ホルダ１１には、一方の枠部１１Ｂの内壁から対向する他方の枠部１１Ｂ方向に突出する係止部１０ａ，１０ａ，１０ａ，１０ａが形成されている。図２に示すように、各係止部１０ａは、前記ホルダ１１の内部に装着される電子部品１の上面（Ｚ１側の面）を係止できるようになっている。

この実施の形態に示す電子部品１は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの半導体素子（ＩＣ）であり、電子部品１の下面（Ｚ２側の面）には複数の外部接続用の電極１ａが、前記スパイラル接触子２０と同ピッチでＸ、Ｙ方向に規則正しくマトリックス状に配置されている。前記電極１ａとして、例えば平面状接触子（ＬＧＡ；Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）や球状接触子（ＢＧＡ；Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）である。なお、本実施の形態では平面状接触子（ＬＧＡ）が外部接続用の電極１ａとして示されている（図２、図４参照）。

この実施の形態に示す電子部品１では、図２に示す一方の端部（Ｘ２方向の端部）に電力入力用の外部接続電極（電源電極）１ａ１が設けられ、他方の端部（Ｘ１方向の端部）に接地用の外部接続電極（接地電極）１ａ２が設けられている。なお、前記電源電極１ａ１、接地電極１ａ２以外の外部接続電極１ａはすべて信号用の入出力電極である。

前記電源電極１ａ１は、前記接地電極１ａ２およびその他の信号用の外部接続電極１ａよりも大きな対向面積で形成されており、前記電源電極１ａ１には前記電力入力用のスパイラル接触子２０Ａと前記ノイズ除去用のスパイラル接触子２０Ｂとが接触できるようになっている。

図２に示すように、前記電子部品１を前記コネクタ１０のホルダ１１内部に挿入すると、電子部品１の上面（Ｚ１側の面）が前記係止部１０ａ，１０ａ，１０ａ，１０ａによって係止される。同時に、各スパイラル接触子２０の接点部２２ａが前記電子部品１の各外部接続電極１ａに接触しており、個々のスパイラル接触子２０と個々の外部接続電極１ａとがそれぞれ電気的に接続されている。

このとき、各スパイラル接触子２０の前記弾性部２２はＺ２方向に弾性変形（収縮）させられており、前記電子部品１は前記各弾性部２２が有する弾性力によって図示Ｚ１方向に持上げられた状態で前記ホルダ１１内に保持されている。よって、個々のスパイラル接触子２０と個々の外部接続電極１ａとの電気的な接続が確保されている。

このとき前記電源電極１ａ１には前記スパイラル接触子２０Ａとスパイラル接触子２０Ｂが当接しており、また接地電極１ａ２にはスパイラル接触子２０Ｃが当接している。

すなわち、前記スパイラル接触子２０Ａおよび２０Ｃでは、金属で形成された接点部２２ａと弾性部２２の一部が直接的に前記電源電極１ａ１および接地電極１ａ２に接触している。図６に示すように、前記スパイラル接触子２０Ａに連結しているパターン線（電源ライン）Ｐ１は電源ＰＳの出力部＋Ｖｃｃに接続され、且つスパイラル接触子２０Ｃに連結しているパターン線（接地ライン）Ｐ３は前記電源ＰＳの接地部Ｇに接続されており、前記電源ＰＳを立ち上げると電源電極１ａ１と接地電極１ａ２との間に所定の電圧が印加され、前記電子部品１に電力を供給することが可能となる。

一方、スパイラル接触子２０Ｂでは前記接点部２２ａおよび弾性部２２の一部が前記誘電膜２３を介して前記電源電極１ａ１に接触する。よって、図５に示すように、前記誘電膜２３が電源電極１ａ１と前記接点部２２ａの間、および電源電極１ａ１と弾性部２２の一部との間に挟まれた構造となるため、これらの間にはキャパシタＣ１を形成することができる。このとき、誘電膜２３の膜厚寸法をｄ、誘電率をε、誘電膜２３と電源電極１ａ１との接触面積をＳとすると、前記キャパシタＣ１の静電容量Ｃは、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄで規定される。

よって、図６に示すように、前記ノイズ除去用のスパイラル接触子２０Ｃに電気的に連結しているパターン線Ｐ２を接地部Ｇに落とすことにより、前記電源電極１ａ１と接地電極１ａ２との間、すなわちパターン線（電源ライン）Ｐ１とパターン線（接地ライン）Ｐ３との間にバイパスコンデンサとしてキャパシタＣ１を挿入することが可能となる。よって、前記電源ラインＰ１に混入したノイズの除去または前記ノイズを軽減することができる。

しかも、前記誘電膜２３として使用する誘電体の材料を変えたり、また膜厚寸法ｄを適宜変えたりすることにより、静電容量Ｃの大きさを調整することが可能である。

このように本願発明では、専用のバイパスコンデンサを購入する必要がないため、回路基板３の製造コストを低減することができる。またキャパシタＣ１とコネクタを構成するスパイラル接触子（弾性接触子）と一体化することができ、電子部品１の周囲にバイパスコンデンサを設けるためのスペースを確保する必要がなくなる。よって、各電子部品の実装面積を低減することができ、回路基板３を小型化することが可能となる。

しかも、電子部品１の電源電極１ａ１の近傍にキャパシタＣ１を設けることが可能となるため、電源ラインに混入するノイズを効果的に除去することが可能となる。また回路基板３上のその他のパターン線の自由度を阻害することもない。

なお、電力入力用のスパイラル接触子２０Ｂは、金属で形成された弾性部２２の表面に誘電膜２３が形成されたものを示したが、本発明はこれに限られるものではなく、弾性部そのものが誘電体を構成する合成樹脂のみで形成されたものであってもよい。

また上記実施の形態では弾性接触子として、スパイラル接触子２０を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば直線状に延びた板バネの表面に誘電膜を形成した構成であってもよい。また誘電率の高い合成樹脂で形成した板バネを弾性接触子とするものであってもよい。

さらに、上記図４Ａに示すものでは、前記誘電膜２３が前記基端部２１と弾性部２２の表面の全域に形成されたものを示したが、前記誘電膜は必ずしもスパイラル接触子２０の表面全域に形成されている必要はない。すなわち、静電容量Ｃを生じさせるためには、少なくとも電源電極１ａ１に接触することが可能な前記弾性部２２の先端（接点部２２ａ）に前記誘電膜２３を形成しておけばよい。また、前記誘電膜２３が形成される面積を弾性部２２の領域に広げることにより、静電容量Ｃを大きくすることができる。

また上記実施の形態では、ホルダ１１の一方の面にスパイラル接触子２０からなる弾性接触子が形成され、他方の面にはバンプ１６が形成されたものを示したが、バンプ１６の代わりに上記同様の弾性接触子を用いることも可能である。この場合、前記スパイラル接触子２０Ｂと対応する弾性接触子の表面に誘電膜を形成すると、上側のキャパシタＣ１と下側のキャパシタＣ１とが直列に接続されるようになるため、全体の静電容量Ｃをほぼ半分にすることが可能となる。

またこれとは反対に、ノイズ除去用のスパイラル接触子２０Ｂをもう一つ設けて前記電源電極１ａ１に接触させるようにすると、２つのキャパシタＣ１が並列に接続されるようになるため、全体の静電容量Ｃをほぼ２倍とすることが可能となる。

さらに、上記実施の形態では、キャパシタを備えたスパイラル接触子を電源ラインに用いたものを示したが、本発明はこれに限られるものではなく、信号ラインに用いるようにしてもよい。この場合には、信号ラインに混入しやすいノイズを除去することができるようになる。

電子部品を回路基板に保持するためのコネクタを示す平面図、 図１の２−２線断面図、 スパイラル接触子を拡大して示す平面図、 本発明の弾性接触子としてのスパイラル接触子を拡大して示す断面図であり、Ａは電子部品が装着される前の状態、Ｂは電子部品が装着された後の状態、 弾性接触子が形成するキャパシタの構成を等価的に示す図、 電源と電子部品との間の接続を示す回路構成図、

符号の説明

１ 電子部品
１ａ 外部接続電極
１ａ１ 電力入力用の外部接続電極（電源電極）
１ａ２ 接地用のの外部接続電極（接地電極）
３ 回路基板
１０ コネクタ
１０ａ 係止部
１１ ホルダ
１１Ａ 底部
１１Ｂ 枠部
１２ スルーホール
１３ 導電部
１４，１５ 接続部
１６ バンプ
１７ ランド部
２０ スパイラル接触子（弾性接触子）
２０Ａ 電力入力用のスパイラル接触子（弾性接触子）
２０Ｂ ノイズ除去用のスパイラル接触子（弾性接触子）
２０Ｃ 接地用のスパイラル接触子（弾性接触子）
２１ 基端部
２２ 弾性部
２２ａ 接点部
２２ｂ 基部
２３ 誘電膜
Ｃ 静電容量
Ｃ１ キャパシタ（バイパスコンデンサ）
Ｇ 接地部
Ｐ１ パターン線（電源ライン）
Ｐ２ パターン線（接地ライン）
Ｐ３ パターン線
ＰＳ 電源

Claims (5)

1. 相手側となる電子部品の電極に接触可能な接点部と、前記接点部が前記電極に接触したときに弾性変形させられる弾性部と、前記弾性部の基部を支持する基端部と、が一体に形成された弾性接触子であって、
   少なくとも前記接点部の前記電極に対向する面には、所定の膜厚寸法からなる誘電膜が設けられており、前記電極と前記接点部間にキャパシタが形成されることを特徴とする弾性接触子。
2. 前記誘電膜が弾性部にも設けられている請求項１記載の弾性接触子。
3. 前記接点部、弾性部および基端部とが導電性の金属で一体に形成されており、前記誘電膜が前記金属の表面に積層されている請求項１または２記載の弾性接触子。
4. 前記接点部、弾性部および基端部が、所定の誘電率を有する合成樹脂で形成されている請求項１または２記載の弾性接触子。
5. 前記弾性部がスパイラル状である請求項１ないし４のいずれか記載の弾性接触子。

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