JP2011096414A - ビルトアップスパイラルコンタクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて収縮率が大きく、接続端子の平坦性の大きなばらつきを吸収可能な構成で、降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子を備えたビルトアップスパイラルコンタクタを提供する。
【解決手段】 ビルトアップスパイラルコンタクタ１は、凸形のスパイラル状接触子２ａ、２ｂにおいて、根元２ａｂ、２ｂｂから先端２ａａ、２ｂａ中心に向かって渦巻状２ａｃ、２ｂｃに形成され、この渦巻状の中心に先端を有する凸形のスパイラル状接触子を根元付近の裏面に形成された接合面２ａｄ、２ｂｄ同士を付き合わせて接合して形成され、連続した同じ巻き方向及び連続した逆巻き方向のいずれかになるように、接合面を金属間接合及び半田接合のいずれかによって接合している。これによって、例えば、自然長１００〜２００ミクロンのビルトアップスパイラルコンタクタ１は２枚分の４０ミクロンの厚さに収縮可能な接触子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパイラル状接触子のバネの外径が大きくなることを抑えてバネの全長を長くしたビルトアップスパイラルコンタクタに関し、特に、バネの外径が小さいことによってスパイラルコンタクタを小ピッチで構成可能で、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さく、降伏点を深くすることができるビルトアップスパイラルコンタクタに関する。

図８は、バネ状接触子同士が接触して金属間接合を生成する導電性接合コンタクタの概略を示す断面図である。
図８に示すように、導電性接合コンタクタ１０１、１０１´は、互いに電気的に接触するコイルバネ形状のバネ状接触子１０２、１０２´を一対設け、この一対のコイルバネ形状のバネ状接触子１０２、１０２´が互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面１０２ｄａ、１０２ｄａ´を備え、この一対のコイルバネ形状のバネ状接触子１０２、１０２´は、実装基板１０８、１０８´のランド状接続端子１０３、１０３´に電気的に導通するように半田接合され、コイルバネ形状のバネ状接触子１０２、１０２´の先端の鏡面状平面１０２ｄａ、１０２ｄａ´同士を対面させて互いのバネの付勢力によって加圧接触することによって拡散接合が発生して金属間接合部１０２ｅを生成している。この拡散接合とは、ＪＩＳの定義では、「母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じさせない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」となっている。このような拡散接合の特徴は、材料的に溶融溶接が極めて困難とされている金属や、異種金属間の接合ができること、面接合できることが開示されている（特許文献１参照）。

特願２００８-２６８２６８号

電子部品の接続端子の数が増えるに従ってその平坦度を一定に保つことは必ずしも容易ではなく、そのため接続端子と電気的に導通を図るスパイラル状接触子において、スパイラル状接触子の背丈を高くするとともにバネ定数や降伏点などの優れた接続特性を維持向上させる必要があった。しかしながら、スパイラル状接触子の背丈を高くすることは根元の外径を大きくすることになり、ピッチが大きくなるという可能性があった。

本発明は、前記課題を解決するために創案されたものであり、バネの外径が大きくなることを抑えてバネの全長を長くしてスパイラルコンタクタの降伏点を深くすることができ、さらに、バネの外径が小さいことによってスパイラルコンタクタを小ピッチで構成可能で、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができるビルトアップスパイラルコンタクタを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明のビルトアップスパイラルコンタクタ１は、根元２ａｂ、２ｂｂから先端２ａａ、２ｂａ中心に向かって渦巻状２ａｃ、２ｂｃに形成され、前記渦巻状２ａｃ、２ｂｃの中心に先端２ａａ、２ｂａを有する凸形の上段のスパイラル状接触子２ａと下段のスパイラル状接触子２ｂとを根元付近の裏面に形成された接合面２ａｄ、２ｂｄを付き合わせ接合して形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記根元２ａｂ、２ｂｂの裏面に接合面２ａｄ、２ｂｄを備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記接合面２ａｄ、２ｂｄは金属間接合によって接合されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記接合面２ａｄ、２ｂｄは半田接合されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂを接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１は、連続した同じ巻き方向になるように接合されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂ´を接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１´は、連続した逆巻き方向になるように接合されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ１であって、前記下段のスパイラル状接触子２ｂ、２ｂ´の先端２ｂａ、２ｂ´ａには平面部を備え、この平面部には穴２ｂｅ、２ｂ´ｅが設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子との接合面を突き合わせて２つのスパイラル状接触子を連続的に接合することによって、バネの外径が大きくなることを抑えてバネの全長を長くすることができることでスパイラルコンタクタの降伏点を深くすることができる。さらに、バネの外径が小さいことによってスパイラルコンタクタを小ピッチで構成可能である。このように、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項２に係る発明によれば、根元２ａｂ、２ｂｂの裏面に接合面２ａｄ、２ｂｄを備えていることによって、スパイラル状接触子の渦巻きに沿って上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子とを連続的に接合することができる。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項３に係る発明によれば、接合面２ａｄ、２ｂｄが金属間接合によって接合されていることによって、接合面の平面同士が密着して拡散接合が発生して、金属間接合部が生成されて、電気的に強固で安定的な接合とすることができる。また、加熱することがないため熱履歴を加えることなく接合することができる。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項４に係る発明によれば、接合面２ａｄ、２ｂｄが半田によって接合されていることによって、電気的に強固で安定的な接合とすることができる。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項５に係る発明によれば、２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂを接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１は、連続した同じ巻き方向になるように接合されていることによって、スパイラル状接触子に流れる電流の磁界を一方向に揃えた電気的に強固で安定的な接合とすることができる。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項６に係る発明によれば、２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂ´を接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１´は、連続した逆巻き方向になるように接合されていることによって、スパイラル状接触子に流れる電流の磁界を途中で逆方向にした電気的に強固で安定的な接合とすることができる。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。

請求項７に係る発明によれば、下段のスパイラル状接触子２ｂ、２ｂ´の先端２ｂａ、２ｂ´ａの平面部に穴２ｂｅ、２ｂ´ｅが設けられていることによって、平面部に設けられた穴と周辺の両方に半田の吸い上がりであるフィレットが形成され、より強固な半田接合を可能とする。これによって、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。また、スパイラル状接触子が接続端子と接触して、スパイラル状接触子を先端から順に押し下げるときにスパイラル状接触子の先端部が接続端子とねじり動作を伴いながら接触し、微小円を描くことによって、接続端子との間に優れた電気接続性を有するスパイラル状接触子において、優れた電気的特性と優れたバネ特性の両方を併せ持ったスパイラル状接触子を実現することができる。

本発明の実施形態を説明するためのビルトアップスパイラルコンタクタの外観図を示し、（ａ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子との接合前を示す斜視図、（ｂ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子とが接合された後の正面図である。 スパイラル状接触子の平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子を図１に示すＡ矢視方向から見た平面図、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を図１に示すＡ矢視方向から見た平面図である。 本発明の実施形態を説明するためのビルトアップスパイラルコンタクタの外観図を示し、図１のビルトアップスパイラルコンタクタを順巻きとすると、図２に示すビルトアップスパイラルコンタクタは一部逆巻きのビルトアップスパイラルコンタクタであり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子との接合前を示す斜視図、（ｂ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子とが接合された後の正面図である。 スパイラル状接触子の平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子を図３に示すＢ矢視方向から見た平面図、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を図３に示すＢ矢視方向から見た平面図である。 ビルトアップスパイラルコンタクタのピッチと高さを説明するための説明図であり、（ａ）には本発明のビルトアップスパイラルコンタクタを示し、（ｂ）には本発明のビルトアップスパイラルコンタクタと同一高さを得るためのスパイラル状接触子を示している。 スパイラル状接触子の接合面の変形例を示す平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を示している。 ビルトアップスパイラルコンタクタを配置するピッチを説明するための説明図であり、（ａ）は図２に示す接合面を有するスパイラル状接触子を備えたビルトアップスパイラルコンタクタの平面図、（ｂ）は図６に示す接合面を有するスパイラル状接触子を備えたビルトアップスパイラルコンタクタの平面図である。 従来の接合面を有する導電性接合コンタクタを示す概略図である。

以下、本発明に係るスパイラルコンタクタの形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態を説明するためのビルトアップスパイラルコンタクタの外観図を示し、（ａ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子との接合前を示す斜視図、（ｂ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子とが接合された後の正面図である。
図２は、スパイラル状接触子の平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子を図１に示すＡ矢視方向から見た平面図、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を図１に示すＡ矢視方向から見た平面図である。

図１に示すように、ビルトアップスパイラルコンタクタ１は、凸形の上段のスパイラル状接触子２ａと下段のスパイラル状接触子２ｂから構成され、根元２ａｂ、２ｂｂから先端２ａａ、２ｂａ中心に向かって渦巻状２ａｃ、２ｂｃに形成され、この渦巻状２ａｃ、２ｂｃの中心に先端２ａａ、２ｂａを有する凸形のスパイラル状接触子２ａ、２ｂを根元付近の裏面に形成された接合面２ａｄ、２ｂｄ同士を付き合わせて接合して形成している。
この２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂを接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１は、連続した同じ巻き方向になるように接合されており、これによって、スパイラル状接触子に流れる電流による磁界を一方向に揃えた電気的に強固で安定的な接合とすることができる。
また、図２に示すように、スパイラル状接触子２ａ、２ｂは略円形に形成されている。その根元２ａｂ、２ｂｂの裏面には接合面２ａｄ、２ｂｄが設けられており、互いに順方向に渦を巻いて形成されている。

これによれば、上段のスパイラル状接触子２ａの接合面２ａｄと下段のスパイラル状接触子２ｂの接合面２ｂｄとを突き合わせて２つのスパイラル状接触子を連続的に接合することによって、バネの外径が大きくなることを抑えてバネの全長を長くすることができ、スパイラルコンタクタの降伏点を深くすることができる。さらに、バネの外径が小さいことによってスパイラルコンタクタを小ピッチで構成可能である。このように、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを大きくして設置面積の小さいビルトアップスパイラルコンタクタとすることができる。

また、ビルトアップスパイラルコンタクタ１は、接合面２ａｄ、２ｂｄを金属間接合によって接合している。このように、接合面２ａｄ、２ｂｄの平面同士が密着して金属の拡散接合が発生して金属間接合部２ｄが生成され、電気的に強固で安定的な接合とすることができる。また、加熱することがないため熱履歴を加えることなく接合することができる。

また、ビルトアップスパイラルコンタクタ１は、接合面２ａｄ、２ｂｄが半田によって接合されても良い。

図３は、ビルトアップスパイラルコンタクタの概略図を示し、図１のビルトアップスパイラルコンタクタを順巻きとすると、図２に示すビルトアップスパイラルコンタクタは一部逆巻きのビルトアップスパイラルコンタクタであり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子との接合前を示す斜視図、（ｂ）は上段のスパイラル状接触子と下段のスパイラル状接触子とが接合された後の正面図である。
図３に示すように、２個のスパイラル状接触子２ａ、２ｂ´を接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ１´は、連続した逆巻き方向になるように接合しても良い。このビルトアップスパイラルコンタクタ１´は、接合面２ａ、２ｂ´において、渦巻の巻き方向が入れ替わっている。これによって、スパイラル状接触子に流れる電流の磁界を途中で逆方向にした電気的に強固で安定的な接合とすることができる。

図４は、スパイラル状接触子の平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子を図１に示すＢ矢視方向から見た平面図、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を図１に示すＢ矢視方向から見た平面図である。

図４に示すように、スパイラル状接触子２ａ、２ｂ´は略円形に形成されている。その根元２ａｂ、２ｂ´ｂの裏面には接合面２ａｄ、２ｂ´ｄが設けられており、互いに逆方向に渦を巻いて形成されている。

また、図１〜図４に示すように、下段のスパイラル状接触子２ｂ、２ｂ´の先端２ｂａ、２ｂ´ａには平面部を備え、この平面部には穴２ｂｅ、２ｂ´ｅが設けられている。これによって、平面部に設けられた穴２ｂｅ、２ｂ´ｅと周辺の両方に半田の吸い上がりであるフィレットが形成され、より強固な半田接合を可能とする。また、平面部を金属間接合によって接合しても良い。これによって、熱履歴を与えることなくビルトアップスパイラルコンタクタを基板に形成することができる。また、接触押圧力を上げることなく電気抵抗を小さくすることができ、必要な降伏点の深さを維持して設置面積の小さいスパイラル状接触子とすることができる。また、スパイラル状接触子が接続端子と接触して、スパイラル状接触子を先端から順に押し下げるときにスパイラル状接触子の先端部が接続端子とねじり動作を伴いながら接触し、微小円を描くことによって、接続端子との間に優れた電気接続性を有するスパイラル状接触子において、優れた電気的特性と優れたバネ特性の両方を併せ持ったスパイラル状接触子を実現することができる。

図５は、ビルトアップスパイラルコンタクタのピッチと高さを説明するための説明図であり、（ａ）には本発明のビルトアップスパイラルコンタクタを示し、（ｂ）は（ａ）に示すビルトアップスパイラルコンタクタ１が接続端子４と押圧接触して収縮した状態を示し、（ｃ）には本発明のビルトアップスパイラルコンタクタと同一高さを得るためのスパイラル状接触子を示している。
図５の（ａ）に示すように、ビルトアップスパイラルコンタクタ１は、例えば、３個のビルトアップスパイラルコンタクタ１、１、１が、ピッチＰ１、Ｐ１で基板３に複数設けられたランド３ａ、３ａ‥に配置されている。背丈はＨ１を確保しており、この背丈Ｈ１は、従来のスパイラル状接触子の背丈Ｈ０の２倍であり、接続端子４の高さや大きさのばらつきを従来の２倍のバネ性で吸収することができる。
図５の（ｃ）に示すように、背丈Ｈ１を確保するためには、スパイラルコンタクタ１２ａの根元１２ｂａの外径をかなり大きくする必要があり、スパイラルコンタクタ１２ａはピッチＰ２、Ｐ２‥を必要とする。このようにピッチＰ１はピッチＰ２より遥かに小さくすることができ、電子機器の組み込みに最適である。
図５の（ｂ）に示すように、図中左側のビルトアップスパイラルコンタクタ１は略すべて収縮した状態になっており、例えば、スパイラル状接触子２ａ、２ｂの板厚が２０ミクロンとした場合、自然長１００〜２００ミクロンのビルトアップスパイラルコンタクタ１を４０ミクロンの厚さに収縮可能な接触子である。このように、ビルトアップスパイラルコンタクタ１はコイルバネ状接触子でありながら極めて収縮することが可能である。このような特徴によって電子機器のインターコネクタにおいては極めて薄型化を実現することができる。

図６は、スパイラル状接触子の接合面の変形例を示す平面図であり、（ａ）は上段のスパイラル状接触子、（ｂ）は下段のスパイラル状接触子を示している。
図２及び図４に示すようなスパイラル状接触子２ａ、２ｂ、２ｂ´は接合面２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄも含めて略円形に形成されていたが、図６に示すスパイラル状接触子２ａ´は、接合面２ａ´´ｄ、２ｂ´´ｄの接合面積を大きくしている。また、大きくすることでスペース効率を向上させている。

図７は、ビルトアップスパイラルコンタクタを配置するピッチを説明するための説明図であり、（ａ）は図２に示す接合面を有するスパイラル状接触子を備えたビルトアップスパイラルコンタクタの平面図、（ｂ）は図６に示す接合面を有するスパイラル状接触子を備えたビルトアップスパイラルコンタクタの平面図である。すなわち、図７では、図６に示す接合面２ａ´´ｂ、２ｂ´´ｂを備えたスパイラル状接触子２ａ´´、２ｂ´´を用いた場合と、図２及び図４に示す略円形のスパイラル状接触子２ａ、２ｂ、２ｂ´を用いた場合とを比較したものである。
図７に示すように、複数のビルトアップスパイラルコンタクタ１、１´´を配置したスペースは同等であり、（ｂ）に示すように接合面を大きくしたスパイラルコンタクタ１´´は接合面積を大きく取れる分、優位ではある。これは用途に応じて適宜選択すれば良い。

またビルトアップスパイラルコンタクタ１、１´、１´´を形成するスパイラル状接触子２ａ、２ａ´´、２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´は、電気電導性に富んだ材料、バネ性に富んだ材料を用いている。スパイラル状接触子２ａ、２ａ´´、２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´を形成するコア材は低電気抵抗材料のニッケル（Ｎｉ）基材であり、上下表面にはＡｕメッキを施している。そしてスパイラル状接触子２ａ、２ａ´´、２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´を形成するコア材はバネ特性に優れたニッケル合金（Ｎｉ合金）であり、上面表面にはＡｕメッキを施している。

以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、接合面同士の接合に金属間接合や半田接合を用いて説明したが、これに限定するものではなく、スポット溶接などその他の接合方法を用いても構わない。また、電子機器内に用いられるインターコネクタとして説明したが、高性能プローブとして用いても構わない。

液晶パネルやカメラモジュール、ＩＣ、ＬＳＩ等の基板間、デバイスと基板間などを電気的に接続するインターコネクタとして用いられ、優れたコプラナリティ特性、電気特性、及びバネ特性に富む良好な組み合わせを併せ持ったスパイラルコンタクタに適用可能である。

１、１´、１´´ 、１１ ビルトアップスパイラルコンタクタ
２ａ、２ａ´´、２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´、１２ａ スパイラル状接触子
２ａａ、２ａ´´ａ、１２ａａ 先端
２ｂａ、２ｂ´ａ、２ｂ´´ａ 先端（平面部）
２ａｂ、２ｂｂ、２ｂ´ｂ、１２ａｂ 根元
２ａｃ、２ｂｃ、２ｂ´ｃ、１２ａｃ 渦巻き部
２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄ、１２ａｄ 接合面
２ｂｅ、２ｂ´ｅ 穴、フィレット形成穴
２ｄ、２ｄ´ 金属間接合部
３ 基板
３ａ ランド（接続端子）
４ 接続端子、球状接続端子

Claims (7)

1. 根元（２ａｂ、２ｂｂ、２ｂ´ｂ、）から先端（２ａａ、２ｂａ、２ｂ´ａ）中心に向かって渦巻状（２ａｃ、２ｂｃ、２ｂ´ｃ）に形成され、前記渦巻状の中心に前記先端を有する凸形の上段のスパイラル状接触子（２ａ、２ａ´´）と下段のスパイラル状接触子（２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´）とを根元付近の裏面に形成された接合面（２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄ）を付き合わせ接合して形成したことを特徴とするビルトアップスパイラルコンタクタ（１、１´、１´´）。
2. 前記根元（２ａｂ、２ｂｂ、２ｂ´ｂ）の裏面に接合面（２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１、１´、１´´）。
3. 前記接合面（２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄ）は金属間接合によって接合されていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１、１´、１´´）。
4. 前記接合面（２ａｄ、２ｂｄ、２ｂ´ｄ）は半田接合されていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１、１´、１´´）。
5. 前記２個のスパイラル状接触子（２ａ、２ｂ）を接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ（１）は、連続した同じ巻き方向になるように接合されていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１）。
6. 前記２個のスパイラル状接触子（２ａ、２ｂ´）を接合して形成されたビルトアップスパイラルコンタクタ（１´）は、連続した逆巻き方向になるように接合されていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１´）。
7. 前記下段のスパイラル状接触子（２ｂ、２ｂ´、２ｂ´´）の先端（２ｂａ、２ｂ´ａ、２ｂ´ａ）には平面部を備え、この平面部には穴（２ｂｅ、２ｂ´ｅ、２ｂ´´ｅ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のビルトアップスパイラルコンタクタ（１、１´、１´´）。