JP2008091222A

JP2008091222A - 接続ソケット

Info

Publication number: JP2008091222A
Application number: JP2006271336A
Authority: JP
Inventors: Kenji Toda; 賢二戸田; Tatsuhiko Ito; 伊藤　　達彦
Original assignee: PURE ELECTRONICS KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: PURE ELECTRONICS KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】この発明は、プリント基板等に電子部品を仮に実装する場合に重宝する接続ソケットに関している。
【解決手段】コア材（プリント配線板）の所定の位置に非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し、当該孔に弾性導電ゴムを埋め込み・貼付けし押圧接触コンタクトを成型する。デバイス電極部とプリント基板電極部の間に当該コンタクトを挟み、デバイス電極部を押圧することによりデバイス電極部とプリント基板電極部を繰返し電気的接続を可能にする。
【選択図】図1

Description

この発明は、プリント基板等に電子部品を仮に実装する場合に重宝する接続ソケットに関している。

デバイスの開発及び製品化に評価・検査過程は重要である。その際プリント基板への電気的接続方法として半田付けすることなく繰返しデバイスの交換をおこなえるソケットを用いることが多い。先端デバイスは高密度化・多ピン化・高周波化への進歩が要求され、それらを実現するためにパッケ−ジにはＢＧＡ・ＣＳＰが選択されることが多い。またそれら先端デバイスが実装されるプリント基板もデバイスの進化に対応するべく多層化・高密度化・高周波化が要求されている。それらのプリント基板は製造コストが高く、また容易に修正・配線の追加を行なうことはできない。デバイス開発はプリント基板製造と同時並行的な工程も多く思わぬ誤配線等の不具合なる不足事態が発生することも多いが従来のＢＧＡ・ＣＳＰソケットは接触コンタクトにプロ−ブピン、異方導電性シ−トを用いたものが多い為その構造からコンタクト内部に配線を行なうことは不可能であった。誤配線等が発生した場合デバイス及びプリント基板を改造したりプリント基板を再製作したりし、時間・コストを無駄に使うことを余儀なくされた、また改造により電気的な特性にも悪影響を及ぼしていた。その為、配線の修正が容易に行なわれ、かつ低コスト・高周波対応のコンタクトを持つソケットの要求が多い。

ソケットは、各種ＩＣ（／ＬＳＩ）パッケージの端子部とプリント基板端子部を、非半田で電気的に接続する電子部品であり、ＩＣ部品を容易に取り替える機能を提供する。

ＬＳＩパッケージの端子とプリント基板の端子の接続に、従来の導電性シートやスプリングを用いたソケットは、前者は耐久性や高周波の対応に問題があり、後者では製造に手数がかかり高価であった。

［従来例１］
特許文献１には、スルーホールに導電性ゴムを利用して、高周波特性を改善する電気接点板が開示されている。しかし、この電気接点板では、接点の位置を変更することについては開示されていない。

［従来例２］
また、特許文献２には、接続用の穴のなかに導電性接着剤を施し、これと円柱状のバンプとを接合する例が開示されている。しかし、この導電性接着剤では、接続しなおすと、著しく信頼度が低下する。

特開平１１−３０７１５５号公報特開平08-307043号公報

従来は、ＩＣの型番が違うものを用いたい場合や、仕様変更に伴い信号線の配置が変わった場合、実験用に接続先を変更したい場合なども、基板の作り直しが必要であった。基板の作り直しには、多数の配線の干渉やタイミングの再設計が必要になり、多大な工期や費用が必要であった。

また、ＩＣパッケージの多数のコンタクトを電気的に良好に導電性シートなどに接触させるため、ソケットへのＩＣパッケージの位置決めや均等な加圧の実現などに、高い精度が要求され、そのためソケットの高価格化及び装着時の調整の面倒さを招いていた。

そこで、本発明は、プリント基板等に電子部品を仮に実装することが可能で、高周波特性に優れた接続ソケットを実現する。

本発明の接続ソケットを用いることによって、仕様変更に伴い信号線の配置を変えることや、実験用に接続先を変更することが、周波数特性を損なうことの少ない配置で容易におこなうことができる。

本発明では、コア材（プリント配線板等）に非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し、当該個所に導電ゴムを埋め込みまたは貼付けすることにより押圧接触コンタクトとする。

また、上記の配置を介在しデバイス電極部とプリント基板電極部双方を電気的に接続させる。

また、デバイス電極部の形状に適応させるため、コア材（プリント配線板）に埋め込み、または貼付けされた導電ゴムはコア材面に対し平坦または凹凸とする。

また、コア材（プリント配線板等）に可変である配線を施し、及び非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し当該個所に導電ゴムを埋め込みまたは貼付けすることにより可変接続押圧接触コンタクトとする。

また、上記４を介在しデバイス電極部とプリント基板電極部双方を電気的に可変接続させる。

また、プリント基板に非貫通孔（片面・両面）・多段孔・すり鉢状穴を配置する。

また、上記の各孔に導電メッキを施す。

また、レ−ザ−により導電ゴムを切断し絶縁部を確保する。

また、コア材を用いず、プリント基板本体に非貫通孔・多段孔・すり鉢孔を配置し、当該個所に導電ゴムを埋め込み・貼付けすることにより押圧コンタクトとしデバイス電極部を押圧することによりデバイス電極部とプリント基板電極部双方を電気的に接続させる。

まず、本発明の概要を述べる。
コンタクトにプロ−ブピンを用いたソケットはプロ−ブピンの長さを１ミリ以内にすることは構造上不可能でありコンタクト自体の導電経路長が悪影響を及ぼす為、高周波デバイスの評価ソケットとしては向かない。また異方導電性シ−トはシリコン等の弾性材料が主体であり、その内部にて配線を行なうことは不可能である。これは樹脂成型材料が主体であるプロ−ブピンタイプのソケットも同様である。本発明はコア材（プリント配線板）の電極部に弾性の導電ゴムを埋め込み・貼付けしその導電ゴムを介してデバイス電極部をプリント基板電極部に押圧することにより電気的接続を行い、かつコア材に配線を施しコンタクト内部にてデバイスとプリント基板との導電経路を変更させることが可能であり、コア材に薄いものを選択することにより高周波対応になることを特徴とする。また配線の自由度・接触信頼性を考慮して、コア材には非貫通孔（図５０）を有したもの、多段孔（図５１）すり鉢形状孔（図５２）を有したプリント配線板を用いる。

本発明は、例えば、レーザによる弾性導電材でコンタクトポイントを成形する。これには、プリント基板にＩＣと接触させるためのコンタクトポイントを成形する際、プリント基板に塗布や射出などの方法で弾性導電材を成形し、プリント基板電極以外の部分はレーザにより除去する。除去部分は、図１の様にプリント基板電極のサイズや、図２の様に電極を覆っていても良い。また、本手法は、プリント基板の片面でも両面でも実施できる。

また、本体基板とＩＣとの間に小基板を挟む手法でじつげんできる。以下の貫通孔と非貫通孔が利用できる。ＩＣ及び基板の接続はそれぞれソケットとして取り外し可能にする他、どちらか及び両方を半田付けすることも可能である。

貫通孔の利用に関しては、以下の様にする。
これらのケースで両面の場合、上下のプリント基板電極（孔周辺ランド）同士を、図３や図４様に、導電性メッキを施した貫通孔で接続することもできる。
さらに、導電性材料は、図５の様に、プリント基板電極の孔と貫通孔の内部のみに充填されてもよい。この場合は、上下からはボール電極などの突起形状のコンタクトと接触させて用いることができる。

また、貫通孔に導電メッキを施さず弾性導電材のみで上下の導通を行うこともできる（図６図７、図８）。なお、孔周辺ランド間は、配線を行ったり、電子部品の搭載や接続を行うことができる。

また、孔周辺ランドを用いず貫通孔壁面メッキのみに導電材料を充填して、図９や図１０などの形態で用いることもできる。

さらに、壁面メッキも省略し、図１１や図１２の様に弾性導電材だけで上下の導通を行うこともできる。この場合、プリント基板は弾性導電材の位置決めや変形の抑制などの役割を果たす。

［非貫通孔の利用］
貫通孔だと上限のコンタクトが直接接続されてしまうが、非貫通孔を用いることで、上下のコンタクト間の接続を自由に行うことができる。これは、本体基板の修正無しに、異なる型番のＩＣに載せ替えたり、実験様の配線変更や信号の取り出しを行ったりすることを可能にするという新たな機能を実現するものである。非貫通孔の形成方法は、貫通孔の位置の違う薄い基板を貼り合わせる手法があるが、これに限定するものではない。

弾性導電材は、プリント基板の孔周辺ランドの上部、全体を覆う、内部のみなどの形態が可能である。これらの場合、孔周辺ランドを設置し、孔の壁面及び底部にメッキを施す場合（図１３、図１４、図１５）とメッキ無しの場合（図１６、図１７、図１８）が可能である。

また、孔周辺にランドを設置せず、縦穴及び底面の導電メッキのみ（図１９、図２０、図２１）でもよい。

さらに、側面のメッキ無しで、孔底面の導電メッキのみでもよい。

また、導電材より絶縁材を高くすれば、ＩＣ他のボールコンタクトなどが凹面に収まりやすく位置決めが行い易い。これにも、弾性導電材の大きさや孔周辺のランドや側面及び底面のメッキの有無に応じたバリエーションが可能である。

図２５及び図２６は、ランド、側面メッキ、底面メッキがある場合である。

図２７及び図２８は、ランドのみがある場合である。

図２９及び図３０は、側面と底面のメッキのみがある場合である。

図３１及び図３２は、底面のメッキのみがある場合である。

また、導電材と絶縁材が同じ高さの場合は、（均一に材料を塗布しておいて磁力などをかける手法などで）成形が容易であり、導電材と絶縁材の境界での引っかかりがなく機械的強度が高いなどの利点がある。これにも、弾性導電材の大きさや孔周辺のランドや側面及び底面のメッキの有無に応じたバリエーションが可能である。

図３３及び図３４は、ランド、側面メッキ、底面メッキがある場合である。

図３５及び図３６は、ランドのみがある場合である。

図３７及び図３８は、側面と底面のメッキのみがある場合である。

図３９及び図４０は、底面のメッキのみがある場合である。

また、図４９の様に、弾性導電材がランドの高さしかない場合も可能である。

［デバイス電極部とプリント基板電極部を非半田付けで電気的接続をおこなう方法］
コア材（プリント配線板）の所定の位置に非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し、当該孔に弾性導電ゴムを埋め込み・貼付けし押圧接触コンタクトを成型する。デバイス電極部とプリント基板電極部の間に当該コンタクトを挟み、デバイス電極部を押圧することによりデバイス電極部とプリント基板電極部を繰返し電気的接続を可能にする。

［ソケット使用時におけるデバイス電極部とプリント基板電極部との接続可変である電気的接続を可能にする］
コア材（プリント配線板）に配線を施し所定の位置に非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し当該孔に弾性導電ゴムを埋め込み・貼付けし押圧接触コンタクトを成型する。デバイス電極部とプリント基板電極部の間に当該コンタクトを挟み、デバイス電極部を押圧することによりデバイス電極部とプリント基板電極部を接続可変かつ繰返し電気的接続を可能にする。

［コア材（プリント配線板）に配置された孔の形状］
貫通孔に導電ゴムを埋め込み・貼付けした場合、同位置に配置されたデバイス電極部とプリント基板電極部との断線は不可能であるが、非貫通孔を用いた場合孔上部と下部との間に絶縁材を介在させることが可能なため断線が可能である。またデバイス電極部側の接点部は大きいほうが接続が安定し、かつデバイス電極の位置決めを容易にするが、ストレ−ト貫通孔ではプリント基板に展開配置された異なる電極部間でのショ−トの可能性が発生するため孔径をプリント基板電極部径以上の大きさにすることはできない。多段孔及びすり鉢状の孔を用いることにより接点部をデバイス電極側は大きくプリント基板側は小さくすることが可能である。

［コア材（プリント配線板）に導電ゴムを全面貼付けした際の絶縁部成型方法］
異なる電極部間の導電ゴムをレ−ザ−により切断・除去し絶縁を確保する。

デバイスとプリント基板との間に、コア材（プリント配線板）に導電性ゴムを埋め込み・貼付けしたコンタクトを介在させ、デバイスの電極部を押圧することにより両者の電極部を半田付けすることなく電気的接続をおこない、必要な際はコア材内部にて配線を行いデバイスとプリント基板との導電経路を変更することが可能になる。

配線自由度の高い・接触信頼性／高周波特性が高くデバイス電極部の位置合わせが容易なコア材（プリント配線板）形状を提供する。従来のプリント基板孔は貫通・ストレ−ト孔であるが、本発明に使用するコア材の孔は非貫通孔・多段孔・すり鉢形状孔を用いる。配線の自由度を実現するため非貫通孔（図５３）が必要である。
貫通孔の場合デバイス電極部とプリント基板電極部との配線による電気的接続は断線目的の際には不可能である（図５４）。またお互いが異なる位置に電極部を配置したデバイス・プリント基板の接続は不可能である（図５５）。多段孔・すり鉢形状の孔を用いる理由としては、コア材のデバイス側の開口部を大きくすることによりデバイス電極部の位置合わせが容易になり、接触面積が大きくなることにより接触信頼性・高周波特性がよくなり、またコア材上面を平坦にすることが可能である。ストレ−ト孔の場合コア材の穴径をプリント基板電極部径以下にしないとプリント基板上の他電極部に接続してしまう可能性がある。（図５６）

コア材と導電ゴムとの成型方法を提供する。シリコン等の有機性弾性材料にニッケル粒子等の導電性フィラ−を適量混入させ、それをコア材孔に埋め込む、または表面に貼付けし、脱泡した後硬化させる。表面に貼付けした際はレ−ザ加工機にて切断し絶縁部を確保する。この際、コア材は切断しないようレ−ザ−の出力を調整する。

［用語の定義］
弾性導電材（導電性弾性材料）：いわゆる導電性ゴムなどのこと
スルーホール：貫通孔で壁面に金属の円筒（スリーブ）が成形されているもので、プリント基板の上下が電気的に導通しているもの。かつ、プリント基板表面の孔の周囲に金属のランドが付属している。
ランドレススルーホール：スルーホールであるが、孔の周囲に金属のランドがないもの。
ノンスルーホール：貫通孔で壁面に金属の円筒（スリーブ）がなく、プリント基板の上下が電気的に導通していないもの。
非貫通スルーホール：スルーホールをもつ複数の基板を絶縁材や導電材を挟み込み貼り合わせるなどの手法で成形したもので、基板上の貫通孔がふさがれたもの。
プリント基板・プリント配線板は同種のものであるが、デバイスの被接続対象であるプリント回路基板とコンタクトのコア材なるプリント回路基板を差別するため用語を異にしている。
コンタクト：デバイス電極部とプリント基板電極部を半田付けすることなく電気的接続させるため、弾性をもった導電構造物が必要であるが、それらをコンタクトとする。押すと接続するものを押圧コンタクトとする

以上の本手法により、デバイス電極部とプリント基板電極部との電気的接続を半田付けすることなく繰返しおこなうことが可能、かつ各電極部の可変接続を実現し、高周波対応、接触安定性が高い接触コンタクトの製造を可能にする。特に以下のような用途で有用である。

デバイス電極部とプリント基板電極部との電気的接続を半田付けすることなく繰返しおこなうことが可能であるため、デバイスの評価・実験・検査に有用であるデバイス電極部とプリント基板電極部との電気的接続変更を可能にし、電気的接続を半田付けすることなく繰返しおこなうことが可能であるため、デバイス・プリント基板の配線上何らかの不具合が発生した際にデバイス・プリント基板のいずれも修正することなく所定の機能を保持するのに有用である。

お互いの電極部位置が異なるデバイスとプリント基板との接続を半田付けすることなく繰返しおこなうことが可能であるため、形状の異なるデバイスを同一のプリント基板にて動作させるのに有用である（図８）小基板に多層板を用いることにより、個別の層毎にレーザを使い穿孔し、孔にメッキなどで層の上下の導通路を形成した後、樹脂などで孔を埋めることにより、非貫通のコンタクトポイントを成形する手法を開示する。この加工を行った層やこの層と貼り合わせを行う次の層などでプリント配線などを行うことにより任意の上のコンタクトと下のコンタクトが接続された多層版が形成される。

この手法を用いれば、上下のコンタクトポイント間の距離を非常に短くすることができ、配線も可能である。さらに、チップのボール（被接触物）のコンタクトポイント部分を穿孔しそこに導電性弾性材料を埋めることにより（非貫通孔）、据わりがよくなり、位置決めが容易で、接触面も広くなるため、高い信頼性を得ることができる。

ソケット用の小基板（又は本体基板に直接）にソケットを形成するために穿孔を行う際、ＩＣのボールコンタクトの形状に対応する位置に、孔の形状をボールの経に対応した大きさで、すり鉢状又は、段階的に孔の経を拡大する方法を開示する（図端子のコンタクトと孔の形状）。

プリント基板設計における結線間違いを、可変接続ソケットでの配線で修正できる。可変接続ソケットでの配線により、パッケージ変更や型番が異なるＬＳＩにも対応できる。

レーザで周りの導電性弾性材料（べたゴムなど。以下導電弾性材）を取り除く。
不要な部位の導電弾性材を取り除く必要があるが、この手段として、レーザで周りの不要な導電弾性材を取り除く方法を開示する。

この際、距離が変わるとレーザの出力が変わるので順方向からのスキャンの後、逆方向から再度スキャンする手法が有効である。さらにレーザによる基板焼けを防止するのにメッキを施しておく方法を開示する。本手法は、不要な導電弾性材を取り除くのにピンセットなどを用いる方法に比べ、低コストで取り残しがないという利点を持つ。

ＬＳＩチップと基板の間に小基板を挟み込み、導電弾性材でこれらをコンタクトさせる。小基板上で上下の配線を接続する。直接の上下コンタクトの配線のみならず、任意のコンタクト間で配線が行え、子基板上に電子部品を搭載することもできる。このため本体基板の修正なしに、型番やパッケージ形式の異なるＩＣへの対応や試験などが行える。

ソケット用の小基板（又は本体基板に直接）にソケットを形成するために穿孔を行う際、ＩＣのボールコンタクトの形状に対応する位置に、孔の形状をボールの経に対応した大きさで、すり鉢状又は、段階的に孔の経を拡大する方法。

基板などに弾性導電材を施工する手段として、凹部に、弾性導電材のボールを投入する方法。
非貫通孔にピンなどの端子を立てる手法として、非貫通孔に前もって、半田ボールを投入しておき、半田フローで他の部品と同様に半田付けを行う方法。

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Claims

コア材（プリント配線板等）に非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し、当該個所に導電ゴムを埋め込みまたは貼付けすることにより押圧接触コンタクトとすることを特徴とする接続ソケット。
デバイス電極部とプリント基板電極部双方を電気的に接続させることを特徴とする請求項１の接続ソケット。
デバイス電極部の形状に適応させるため、コア材（プリント配線板）に埋め込み、または貼付けされた導電ゴムはコア材面に対し平坦または凹凸があることを特徴とする請求項1の接続ソケット。
コア材（プリント配線板等）に可変である配線を施し、及び非貫通孔・多段孔・すり鉢状孔を配置し当該個所に導電ゴムを埋め込みまたは貼付けすることにより可変接続押圧接触コンタクトとすることを特徴とする請求項1の接続ソケット。
デバイス電極部とプリント基板電極部双方を電気的に接続させることを特徴とする請求項４の接続ソケット。