JP2006253014A - ピッチ変換コネクタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピッチ変換コネクタおよびその製造方法において、外部から加えられる熱に対して変形することがなく、電気的接続の信頼性が高く、製造が容易なものとする。
【解決手段】 本発明のピッチ変換コネクタ１は、矩形のセラミックのグリーンシートの一面にグリーンシートの一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように多数の導電路が形成されたグリーンシートが複数枚同じ向きにグリーンシートの厚み方向に積層されて焼成されたセラミック基板を備え、セラミック基板の一側縁側および他側縁側に露出した多数の導電路に電極４ａ、４ｂが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明はピッチ変換コネクタおよびその製造方法に関し、特に、例えば、医療用画像診断装置の超音波プローブの超音波を発生する圧電素子と機器に接続される電線とを接続する等、電線とそれらが接続される狭ピッチで接続ポイントの多い電子/電気部品との間に介在するピッチ変換コネクタおよびその製造方法に関するものである。

従来、ピッチ変換コネクタ（中継コネクタ）として、配線路が形成された絶縁板と、熱硬化性の接着性樹脂よりなる板状の接着性絶縁板要素形成材とを交互に積層して、加熱下で積層方向に加圧して接着して構成したものが知られている（特許文献１）。この絶縁板は樹脂製であり、配線路が一側縁では狭ピッチに、他側縁では広ピッチになるように形成されている。

また、板状の絶縁層の両面に端面が露出するよう、絶縁層の厚さ方向に貫通して配置された複数の金属配線体を有し、この金属配線体の、絶縁層の平面に対する角度が金属配線体の列毎に異なるように構成された配線基板が知られている（特許文献２）。
特開平９−９２３６５号公報（図１） 特開平１０−３０３５２５号公報（図１）

特許文献１のピッチ変換コネクタを構成するのに、配線路を形成した絶縁板要素形成材と熱硬化性の接着性樹脂よりなる板状の接着性絶縁板要素形成材とを交互に積層して、加熱下で積層方向に加圧して接着している。本発明においても、超音波プローブの圧電素子にピッチ変換コネクタの導電ピンを熱硬化型の導電性接着剤を用いて接着することが行われ、約１５０℃の雰囲気温度が必要になる。この硬化に必要な温度は、接着部分の形状等により温度が上昇する場合もある。このため、特許文献１に記載された従来技術のように樹脂製の絶縁板を積層したピッチ変換コネクタでは、製造過程で熱により樹脂が変形するおそれがあるので、狭ピッチ・多ピン用には不適である。

また、特許文献２に記載された従来技術においては、多層配線基板を構成する各配線層に配置される金属配線体の角度が、その配置される列毎に異なるので、実際に製作することが困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造過程で、或いは製造後においても外部から加えられる熱に対して変形することのない電気的接続の信頼性の高いピッチ変換コネクタおよびその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の別の目的は、製造が容易なピッチ変換コネクタおよびその製造方法を提供することにある。

本発明のピッチ変換コネクタは、セラミックのグリーンシートの一面にグリーンシートの一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路が形成されたグリーンシートが複数枚同じ向きにグリーンシートの厚み方向に積層されて焼成されたセラミック基板を備え、セラミック基板の一側縁側および他側縁側に露出した複数の導電路に電極が形成されてなることを特徴とするものである。

本発明のピッチ変換コネクタの製造方法は、ピッチ変換コネクタの製造方法であって、
ａ）セラミックのグリーンシートの一面に、グリーンシートの一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路を形成する工程と、
ｂ）グリーンシートを複数枚同じ向きにグリーンシートの厚み方向に積層する工程と、
ｃ）積層したグリーンシートを焼成してセラミック基板を形成する工程と、
ｄ）セラミック基板の一側縁側および他側縁側に露出した複数の導電路に電極を形成する工程と、
からなることを特徴とするものである。

上記電極は導電ピンとすることができる。また、電極をはんだボールとしてもよい。

本発明のピッチ変換コネクタは、セラミックのグリーンシートの一面に一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路が形成され、複数枚が同じ向きに積層されて焼成されたセラミック基板を備え、セラミック基板の一側縁側および他側縁側に露出した複数の導電路に電極が形成されるので、次の効果を奏する。即ちコネクタ本体はセラミックなので、外部から加えられる熱に対しても変形することがなく電気的接続の信頼性の高いものとすることができる。また、本発明のピッチ変換コネクタのセラミック基板は、同じように導電路が形成されたグリーンシートを同じ向き、即ち導電路が形成されたグリーンシートの面が同じ方向を向くように積層して、焼結することにより得られるので、製造が容易である。

また、本発明のピッチ変換コネクタの製造方法は、ピッチ変換コネクタの製造方法であって、
ａ）セラミックのグリーンシートの一面に、一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路を形成する工程と、ｂ）複数枚同じ向きにグリーンシートの厚み方向に積層する工程と、ｃ）焼成してセラミック基板を形成する工程と、ｄ）セラミック基板の導電路に電極を形成する工程とからなるので、次の効果を奏する。即ち。ピッチ変換コネクタはセラミックなので、外部から加えられる熱に対しても変形することがなく電気的接続の信頼性の高いものとすることができ、また、製造も容易である。

以下、本発明の一例を示すピッチ変換コネクタ（以下、単にコネクタという）の好ましい実施の形態について添付図を参照して詳細に説明する。図１はコネクタ１の正面図である。図１に示すように、コネクタ１は、平面視が略正方形のコネクタ本体２と、このコネクタ本体２の一面２ａに多数植設された中継用Ｉ／Ｏピンであるピン（導電ピン）４ａと、他面２ｂに多数植設された他の中継用Ｉ／Ｏピン即ちピン（導電ピン）４ｂとを有する。これらのピン４ａ、４ｂは、コネクタ１の電極となる。コネクタ本体２はセラミック製（例えば、アルミナＡＬ２０３）であり、ピン４ａは狭ピッチで高密度にマトリックス状（格子状）に配置されており、ピン４ｂは、ピン４ａよりも広ピッチで同様にマトリックス状に配置されている。コネクタ本体２内には、ピン４ａと、ピン４ｂとを連結する導電路が多数形成されている。このコネクタ１は、図示しない超音波診断装置の超音波プローブ内に配置され、超音波を発生するプローブトランスデューサ即ち圧電素子（図示せず）と機器側の電線との間に介在するものである。即ち、圧電素子側の狭ピッチから電線側の広ピッチにピッチを変換して、圧電素子と電線との電気的な接続を容易にするためのものである。

次に、このコネクタ１を製造する工程について、最初に図２を参照して説明する。図２はコネクタ１の製造過程を示し、図２（ａ）はコネクタ本体２を構成する未焼成のセラミックのグリーンシートに導電路を形成した状態、図２（ｂ）はグリーンシートを積層した状態、図２（ｃ）は積層したグリーンシートを焼成した状態をそれぞれ示す。未焼成のグリーンシート６は、厚さ約０．２ｍｍの比較的軟質の部材であり、焼結時の収縮（焼き締まり）を考慮して決められた上下方向の寸法を有する矩形形状である。このグリーンシート６には、その一側縁６ａから他側縁６ｂにかけて多数の導電路８が形成されている。

なお、この導電路８は、実際はセラミックを焼結するまでは導電性を示さないが、ここでは便宜上、未焼結のものも含めて「導電路」と表現する。各導電路８は、一側縁６ａ側で狭ピッチに形成され、他側縁６ｂ側で広ピッチになるように、一側縁６ａから他側縁６ｂにかけて経路が互いに離れるように形成されている。換言すると一側縁６ａから他側縁６ｂにかけて、ピッチが狭ピッチから広ピッチにピッチ変換されている。導電路８となる領域は、タングステン、クロム・モリブデン或いはモリブデン・マンガンのペーストが厚膜印刷により形成され、焼結されて導電路８となる。導電路８の本数は、本実施形態では６４本であるが、この本数より多くても少なくてももちろん可能である。積層されたグリーンシート６に形成された導体パターンは、グリーンシート６と同時焼成されるので、導電路８は連続的な導体として形成され、さらにグリーンシート６の焼き締りにより導電路８の配列ピッチは、より狭ピッチになる。従って、これらの導電路８は、樹脂製の板に形成されたものよりも高密度に形成される。

次に、図２（ｂ）に示すように、グリーンシート６を同じ向きに、即ち、導電路８が形成されたグリーンシート６の面が同じ方向を向くようにグリーンシート６の厚み方向に並べて積層し、厚み方向の両端に押え部材１０となる他のグリーンシートを配して、この形状を維持した状態で焼成する。このときのグリーンシート６の枚数は、本実施形態では６４枚である。焼成されると、図２（ｂ）に示すグリーンシート６および押え部材１０の集積体は、図２（ｃ）に示すようにセラミック基板２´として一体化され硬化したものとなる。このセラミック基板２´の寸法は例えば３５ｍｍ×３５ｍｍの四角形であり、厚さは７ｍｍである。このように構成されたセラミック基板２´は一側縁６ａ側となる一面２ａに６４×６４＝４０９６極の狭ピッチの導電路８の露出部が比較的小さい略正方形の領域１４ａの枠内にマトリックス状に形成される。また他側縁６ｂ側となる他面２ｂには四角形１４ａより大きい四角形の領域１４ｂ内に４０９６極の導電路８の露出部が形成される。

セラミック基板２´上のこれらの導電路８の露出部の上にニッケルにより蒸着によりパッドが形成され、さらにその上に金メッキされて図３に示すように導電パッド１６が形成されてコネクタ本体２が構成される。導電パッド１６の一つ一つは、一面２ａから他面２ｂにかけて導電路８により連結されている。このようにして導電パッド１６が形成されたコネクタ本体２を図３に示す。図３は、コネクタ本体２を示し、図３（ａ）はコネクタ本体２の平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は底面図をそれぞれ示す。図３中、導電パッド１６（１６ａ、１６ｂ）は、それらの配列状態を示すために誇張して拡大し、部分的にのみ示してあるが、実際は目視による識別が困難なほど極めて微小である。狭ピッチ側の一面２ａは、導体（電極）の配置密度を高めるために、導電パッド１６ａが所定のピッチで格子状（千鳥格子状）に形成されていることが望ましい。また他面２ｂには導電パッド１６ａより僅かに大きい導電パッド１６ｂが導電パッド１６ａより大きいピッチで配置されている。

次に、このコネクタ本体２の導電パッド１６ａ、１６ｂにピンを植設してコネクタ１を製造する工程について図４を参照して説明する。図４は、導電パッド１６（１６ａ、１６ｂ）にピン４（４ａ、４ｂ）をロウ付けした状態を示す部分拡大図である。コネクタ本体２の導電パッド１６は、ニッケル層１５ａとその上の金めっき層１５ｂからなる。この導電パッド１６に、ピン４（４ａ、４ｂ）が金および錫の合金のロウ材２０によりロウ付けされる。コネクタ本体２の一面２ａ側の導電パッド１６ａには、図１に示すようにピン４ａが、他面２ｂ側の導電パッド１６ｂにはピン４ｂがそれぞれロウ付けされる。ピン４ａは直径Ｄが約０．０５〜０．１２ｍｍ、長さＬが約１ｍｍである。また、ピン４ｂはＤ＝約０．１５〜０．２３ｍｍであり、Ｌ＝約２〜５ｍｍである。

次にピン４（４ａ、４ｂ）が、コネクタ本体２に植設された状態について図５を参照して説明する。図５は、導電パッド１６に植設されたピン４の配列を示し、図５（ａ）は、コネクタ本体２の一面２ａ側の導電パッド１６ａのピン４ａの配列を、図５（ｂ）は他面２ｂ側の導電パッド１６ｂのピン４ｂの配列をそれぞれ示す。ピン４ａのＸ方向の配列ピッチｘ１は０．２ｍｍであり、Ｙ方向の配列ピッチｙ１＝０．２ｍｍである。また隣接する列のピン４ａのずれ量ｘ１′は０．１ｍｍである。他面２ｂ側のピン４ｂのＸ軸方向のピッチｘ２は０．４ｍｍであり、Ｙ軸方向のピッチｙ２は０．４ｍｍである。即ち、他面２ｂ側では、Ｘ軸方向のピッチは２倍に拡大され、Ｙ軸方向のピッチは変わらず同じである。従って、前述の図３に示すように、一面２ａ側ではパッド１６ａが配置された正方形の領域１４ａが、他面側２ｂではＸ軸方向に細長い矩形の領域１４ｂとなる。

次にコネクタ１が製造されるまでの各工程について、図６および図７を参照して説明する。図６はコネクタ本体２が製造される工程を示し、図７はコネクタ本体２からコネクタ１が製造されるまでの工程をそれぞれ示す。コネクタ本体２は、グリーンシート６が所定の寸法に形成される寸法形成工程３０、このグリーンシート６に導電路８（の導体パターン）を厚膜印刷等により成形する導電路形成工程３２、このグリーンシート６を積層する積層工程３４、積層した多数のグリーンシート６を焼結して一体化する焼成工程３６により、導電路８を含む剛性の高いセラミック基板２´が構成される。即ち、焼成までの工程がセラミック基板２´が製造されるまでの工程である。

このセラミック基板２´には、ニッケル、金の順に蒸着により金属層が領域１４ａ、１４ｂに形成される金属層形成工程３８が実施される。この金属層は、パッド１６の材質となる。次に、これらの領域１４ａ、１４ｂに感光材（レジスト）が塗布されるレジスト塗布工程４０が実施される。次に、このレジスト面を、パッド１６に対応する部分に透孔を有するマスクを介して露光することが行われる（露光工程４２）。しかし、これに限定するものではなく、ポジでもネガでも良い。次に、露光した部分以外の部分即ち、パッド１６以外の部分のレジストおよび金属（ニッケル、金）の剥離がなされる（剥離工程４４）。そして、最終的にパッド１６の上のレジストの剥離工程４６を経てコネクタ本体２のセラミック工程４８が完了する。

次に図７を参照してコネクタ１の組立の手順について説明する。最初に、図７で使用されるピン４ａ、４ｂの製造方法について説明する。ピン４ａ、４ｂは、例えば、鉄、ニッケル、コバルトの合金（コバール）からなる線材を切断して、ニッケルめっきを行い、さらに金めっきを行ってピン４ａ、４ｂ単体を多数製造する。また、ピン４ａ、４ｂとパッド１６をロウ付けするための金と錫の合金からなるはんだボールが別途用意される。

図７に示すように、コネクタ１の組立工程は、最初にピンＡ、例えばピン４ａを図示しない治具の穴に振り込むことがなされる（治具振込工程５０）。この治具の穴は、コネクタ１の導電パッド１６に対応する位置に形成されており、各々の穴がピン４ａを１本のみ受容できるようになっている。そして次に、ピン４ａが振り込まれた治具の穴に直径が約０．１５ｍｍのはんだボールが振り込まれる（はんだボール振込工程５２）。同様に他側のピンＢ、この場合はピン４ｂも図示しない別の治具に振り込まれ（治具振込工程５４）、さらに、はんだボールが振り込まれる（はんだボール振込工程５６）。次に、これらの治具がコネクタ本体２の両側からコネクタ本体２を挟むようにして配置される（嵌合工程５８）。次にこの状態で加熱される（熱処理工程６０）と、はんだボールが溶融して、図４に示すロウ材２０として、ピン４ａ、４ｂと導電パッド１６a、１６ｂをそれぞれロウ付けする。そして治具取外し工程６２を経て、ピン４ａ、４ｂがコネクタ本体２に多数植設されたコネクタ１が完成する。

コネクタ１のピン４ａは、この後、例えば、超音波プローブ内に組み込まれるときは、導電性接着剤により約１５０℃の温度で圧電素子に接着される。しかし、コネクタ１はセラミック製であるので熱により変形するおそれはない。

以上、詳細に説明したように本発明のコネクタ１は、ピンを有しているので、相手方の狭ピッチで接続ポイントの多い電子/電気部品とロウ付けによる接続が容易である。

本発明のピッチ変換コネクタの正面図である。 図１のピッチ変換コネクタの製造過程を示し、（ａ）はコネクタ本体を構成する未焼成のグリーンシートに導電路を形成した状態、（ｂ）はグリーンシートを積層した状態、（ｃ）は積層したグリーンシートを焼成した状態をそれぞれ示す。 コネクタ本体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図をそれぞれ示す。 導電パッドにピンをロウ付けした状態を示す部分拡大図である。 導電パッドに植設されたピンの配列を示し、（ａ）は、コネクタ本体の一面側の導電パッドのピンの配列を、（ｂ）は他面側の導電パッドのピンの配列をそれぞれ示す。 コネクタ本体が製造される工程を示すフローチャートである。 コネクタ本体からピッチ変換コネクタが製造されるまでの工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ピッチ変換コネクタ
２ コネクタ本体
２´ セラミック基板
４ａ、４ｂ 導電ピン（電極）
６ グリーンシート
６ａ 一側縁
６ｂ 他側縁
８ 導電路

Claims (2)

1. セラミックのグリーンシートの一面に該グリーンシートの一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路が形成された前記グリーンシートが複数枚同じ向きに該グリーンシートの厚み方向に積層されて焼成されたセラミック基板を備え、該セラミック基板の前記一側縁側および他側縁側に露出した複数の前記導電路に電極が形成されてなることを特徴とするピッチ変換コネクタ。
2. ピッチ変換コネクタの製造方法であって、
   ａ）セラミックのグリーンシートの一面に、該グリーンシートの一側縁から他側縁にかけて狭ピッチから広ピッチになるように複数の導電路を形成する工程と、
   ｂ）該グリーンシートを複数枚同じ向きに該グリーンシートの厚み方向に積層する工程と、
   ｃ）該積層したグリーンシートを焼成してセラミック基板を形成する工程と、
   ｄ）該セラミック基板の前記一側縁側および他側縁側に露出した複数の前記導電路に電極を形成する工程
   とからなることを特徴とするピッチ変換コネクタの製造方法。

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