JP2019135710A - Multiple electric signal connection device and connection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に狭ピッチ配列を有する多連の相互配線接続に使用される電気信号接続装置及びその接続方法で、狭ピッチ用コネクタ、液晶装置、プローブカード等の電子機器における電気信号接続に関する。 The present invention relates to an electrical signal connection device used for connecting multiple interconnects having a narrow pitch arrangement and its connection method, and more particularly to electrical signal connection in electronic devices such as narrow pitch connectors, liquid crystal devices, and probe cards.
近年、電子機器や電子部品の進展には著しいものがあり、その高機能化・小型軽量化・大容量化に伴って単位面積当たりの集積度が向上している。そのため、電子機器または電子部品相互間で授受される電気信号の本数は増加し、接続端子部及び配線パターン共に微小空間での設置を余儀なくされている。 In recent years, there has been remarkable progress in electronic devices and electronic components, and the degree of integration per unit area has been improved with the increase in functionality, size, weight, and capacity. For this reason, the number of electrical signals exchanged between electronic devices or electronic components has increased, and both connection terminal portions and wiring patterns have to be installed in a minute space.
例えば、液晶画面装置では年々高画質化が進み、画素数が飛躍的に増加している。これらの画素を駆動するための駆動回路との配線数は、1ユニット当たり数千本にも及ぶものになっているが、このような駆動対象物と駆動回路を電気的に接続するために、一般的にはフレキシブル基板等で接続端子間を半田付け又は圧接等により相互接続固定を行っている。 For example, in the liquid crystal display device, the image quality is increasing year by year, and the number of pixels is increasing dramatically. Although the number of wirings with the drive circuit for driving these pixels has reached several thousand per unit, in order to electrically connect such a drive object and the drive circuit, In general, the connection terminals are fixed to each other by soldering or pressure welding with a flexible substrate or the like.
また、駆動回路を接続固定する前には、液晶画面の各画素の点灯検査等を実施し液晶画面の良否検査を行う。そのため、画素側の接続端子とフレキシブル基板等の接続端子は取り外しが可能であることが望ましい。取り外しを可能とするには一般的には挿抜機能を有するコネクタが使用されているが、実装占有面積が大きくなり、小型化の妨げとなっている。 Before the drive circuit is connected and fixed, a lighting inspection of each pixel of the liquid crystal screen is performed and a quality inspection of the liquid crystal screen is performed. Therefore, it is desirable that the connection terminal on the pixel side and the connection terminal such as a flexible substrate can be removed. In general, a connector having an insertion / extraction function is used to enable the removal, but the mounting occupation area is increased, which hinders downsizing.
狭ピッチ多連配列接続が要求される他の例として、ICの電気的検査を半導体ウエハ上で行うためのプローブカードがある。微細化されたICの電気端子に、それと同等数・同一ピッチで配置されたプローブ針を接触させ、さらにプローブからテスターへ接続するための端子までを基板上で配線したものである。この配線方法としてはプローブカードを構成する多層基板により配線するのが一般的であるが、多ピン化・狭ピッチ化になるほど基板を数十層にまで多層化して対応しているのが現状である。 As another example in which narrow pitch multiple array connection is required, there is a probe card for performing an electrical inspection of an IC on a semiconductor wafer. The probe terminals arranged at the same number and the same pitch are brought into contact with the electric terminals of the miniaturized IC, and further, the terminals for connection from the probe to the tester are wired on the substrate. As a wiring method, wiring is generally performed using a multilayer board constituting the probe card. However, as the number of pins is increased and the pitch is reduced, the number of boards is increased to several tens of layers. is there.
一方で、電気機器機能の進歩は目覚ましく、その進歩に対応するためのICの機種変更も頻繁に行われるため、その都度多層基板を新規に作製しなければならず、益々高コスト化と長納期化が問題となってきている。 On the other hand, the progress of the electrical equipment function is remarkable, and the model of the IC is frequently changed to cope with the progress. Therefore, it is necessary to make a new multi-layer substrate each time. Is becoming a problem.
本発明者らは前記プローブカードの問題を解決するために、効率的なプローブカード組立方法として、例えば特開2016−206160号公報で開示されているように、プローブカード主基板の表層に、銅箔シートを加工し、前記プローブとテスターとのインターフェース部とを接続する配線パターンを形成した1枚又は複数枚の配線パターンシートを設け、前記配線パターンシート上の任意の前記配線パターンの片端が前記プローブと電気的に接続し、前記配線パターンの他端が前記インターフェース部の端子又は前記主基板上の他の端子と電気的に接続した構成を提案している。 In order to solve the problem of the probe card, the present inventors, as an efficient probe card assembling method, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-206160, a copper layer is formed on the surface layer of the probe card main board. A foil sheet is processed, and one or a plurality of wiring pattern sheets on which a wiring pattern for connecting the interface portion between the probe and the tester is formed are provided, and one end of any wiring pattern on the wiring pattern sheet is A configuration is proposed in which the wiring pattern is electrically connected to the probe, and the other end of the wiring pattern is electrically connected to a terminal of the interface unit or another terminal on the main board.
特開2016−206160号公報で開示されている前記プローブカード及び従来の多連電気信号接続方法として用いられる一般的な例を、図4に側面図として示す。 A general example used as the probe card disclosed in JP-A-2006-206160 and a conventional multiple electric signal connection method is shown as a side view in FIG.
図4において、絶縁基板10上に、一方に複数の第1の接続端子11と他方に複数の第2の接続端子12と、前記第1の接続端子11と前記第2の接続端子12との間を電気的に接続する配線パターン13を有した多連電気信号接続装置100を構成するものである。21は前記第1の接続端子11の接続対象となる電子機器又は電子部品(図示せず)の接続端子Aで、22は前記第2の接続端子12の接続対象となる電子機器又は電子部品(図示せず)の接続端子Bを示す。前記多連電気信号接続装置100を使用し、前記接続端子A21及び前記接続端子B22の間を接続するために、前記第1の接続端子11と前記接続端子A21、及び前記第2の接続端子12と前記接続端子B22との間を、半田40にて半田接続する方法を用いたものである。 In FIG. 4, on the
しかしながら、特開2016−206160号公報で開示されている方法等によれば、前記インターフェース部の端子数が、1000〜2000ピンを有し、その全てを半田付け等の接続固定手段を用いた場合、組立や保守時の高コスト化及び長納期化の原因になるという問題が生じてくる。 However, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-206160, the number of terminals of the interface section has 1000 to 2000 pins, and all of them use connection fixing means such as soldering As a result, there arises a problem of high cost and long delivery time during assembly and maintenance.
一般的に、狭ピッチ多連配列接続を要する接続装置の問題点として、狭ピッチ化・多ピン化になるほど、配線接続の狭ピッチ化構造の限界及び接続方法の高コスト化及び長納期化の問題が生じてくる。 In general, as a problem with connection devices that require a narrow pitch multiple array connection, the narrower the pitch and the greater the number of pins, the higher the limit of the structure for narrowing the wiring connection, the higher the cost of the connection method, and the longer the delivery time. Problems arise.
本発明は、上記狭ピッチ多連電気信号接続における問題点を解決するためになされたもので、狭ピッチ化かつ多ピン化傾向にある電子機器相互又は電子部品相互の配線接続において、接続端子部に設置したばね構造により半田付け等の金属溶融接続を行うこと無く、堅固でかつ取り外し可能な配線接続を最小限の実装面積にて可能とし、さらに、従来のコネクタでは実現不可能な極小ピッチ(例えば30μm以下)を有する端子配列からのピッチ変換を高精度に実現可能とすることにより、安価で接続工程の容易な多連電気信号接続装置及び接続方法を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the problems in the above-described narrow pitch multiple electric signal connection. In the wiring connection between electronic devices or electronic components which tend to have a narrow pitch and multiple pins, the connection terminal portion With the spring structure installed in the cable, it is possible to achieve a robust and detachable wiring connection with a minimum mounting area without performing metal fusion connection such as soldering. For example, it is possible to provide a multiple electrical signal connection device and a connection method that are inexpensive and easy to connect by enabling pitch conversion from a terminal array having a size of 30 μm or less to be realized with high accuracy.
本発明の多連電気信号接続装置は、絶縁基板上に、一方に複数の第1の接続端子と他方に複数の第2の接続端子と、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子との間を電気的に接続する配線パターンを有し、前記第1又は第2の一部又は全ての接続端子の先端部に、少なくとも基板面(XY平面)に垂直方向(Z方向)に弾性変形を生じるばね変形部を有し、前記ばね変形部の一部又は全ての範囲において少なくともZ方向に対する可動機能を有する固定板を設置した構成であり、前記第1又は第2の接続端子の前記ばね変形部を前記第1又は第2の接続端子の接続対象となる接続端子上で、前記固定板でZ方向に押し付けることにより前記ばね変形部のばね力により固定する手段であるため、接続端子を金属溶融接続する必要が無く、最小限の実装面積で着脱可能な接続が可能となる。 The multiple electrical signal connection device of the present invention includes a plurality of first connection terminals on one side, a plurality of second connection terminals on the other side, the first connection terminal, and the second connection terminal on an insulating substrate. And a wiring pattern for electrically connecting between the first and second terminals or all of the connection terminals, elastic at least in the direction perpendicular to the substrate surface (XY plane) (Z direction) It has a spring deforming portion that causes deformation, and a fixed plate having a movable function in at least the Z direction is installed in a part or all of the spring deforming portion, and the first or second connection terminal Since the spring deformation portion is a means for fixing the spring deformation portion by the spring force of the spring deformation portion by pressing in the Z direction with the fixing plate on the connection terminal to be connected to the first or second connection terminal. No need for metal fusion connection Thereby enabling detachable mounting area of the connection.
また、前記第1又は第2の接続端子の前記ばね変形部のXY平面における各々の配置間隔が、前記第1又は第2の接続端子の接続対象装置の接続端子のXY平面における配置間隔と予め同一となるべく設置した手段により、高精度に接続端子間相互の接続が実現できる。 In addition, each arrangement interval in the XY plane of the spring deforming portion of the first or second connection terminal is equal to an arrangement interval in the XY plane of the connection terminal of the connection target device of the first or second connection terminal in advance. By means of the same arrangement as much as possible, the connection terminals can be connected with high accuracy.
また、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子と前記配線パターンが連続した同一の金属である手段としたため、作製が容易で量産性に優れ、高精度の配線パターンが実現できるものである。 In addition, since the first connection terminal, the second connection terminal, and the wiring pattern are made of the same continuous metal, it can be easily manufactured, has excellent mass productivity, and can realize a highly accurate wiring pattern. is there.
また、少なくとも前記第1の接続端子と前記第2の接続端子が弾性係数の大きい金属(例えばニッケル合金等)から成り、前記配線パターンが導電性の大きな金属(例えば銅合金等)から成る2種又は3種以上の金属で構成したため、接続端子部の結合が堅固になり、かつ、電気抵抗の少ない電気信号接続装置を実現できる。 Further, at least the first connection terminal and the second connection terminal are made of a metal having a large elastic coefficient (for example, nickel alloy), and the wiring pattern is made of a metal having a large conductivity (for example, copper alloy). Or since it comprised with 3 or more types of metals, the coupling | bonding of a connection terminal part becomes firm, and the electrical signal connection apparatus with few electrical resistances is realizable.
また、前記第1の接続端子ピッチと前記第2の接続端子ピッチが異なり、前記配線パターンの一部又は全部の形状が連続した曲線(例えばスプライン曲線)を含む手段としたため、極小ピッチの端子配列を有する接続端子から比較的大きなピッチの端子配列を有する接続端子へのピッチ変換が容易に実現できる。 Further, since the first connection terminal pitch is different from the second connection terminal pitch, and the means includes a curve (for example, a spline curve) in which a part or all of the shape of the wiring pattern is continuous, a terminal arrangement with a minimum pitch is provided. It is possible to easily realize pitch conversion from a connection terminal having a connection terminal to a connection terminal having a relatively large pitch terminal arrangement.
また、前記接続端子ピッチの相対的に小さい前記第1又は第2の接続端子から、前記接続端子ピッチの相対的に大きい他方の前記接続端に至るまで、前記配線パターン間ピッチ又は前記配線パターン幅が連続的に大きくなる手段を有するため、極小ピッチの端子配列を有する接続端子から比較的大きなピッチの端子配列を有する接続端子への変換であっても、電気抵抗の少ない多連電気信号接続装置を実現できる。 Also, the wiring pattern pitch or the wiring pattern width from the first or second connection terminal having a relatively small connection terminal pitch to the other connection end having a relatively large connection terminal pitch. Since there is a means for continuously increasing the size, a multiple electrical signal connection device with low electrical resistance even when converting from a connection terminal having a terminal arrangement with a very small pitch to a connection terminal having a terminal arrangement with a relatively large pitch Can be realized.
さらに、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子と前記配線パターンを電鋳方法にて一括作製する手段により、従来のフレキシブル基板等では不可能な極小ピッチ(例えば30μmピッチ以下)の接続端子配列を高精度に実現することができる。 Further, by means of collectively producing the first connection terminal, the second connection terminal, and the wiring pattern by an electroforming method, a connection with an extremely small pitch (for example, 30 μm pitch or less) impossible with a conventional flexible substrate or the like is possible. The terminal arrangement can be realized with high accuracy.
本発明の多連電気信号接続装置によれば、狭ピッチ化かつ多ピン化傾向にある電子機器相互又は電子部品相互の配線接続において、接続端子部に設置したばね構造により半田付け等の金属溶融接続を行うこと無く、堅固でかつ取り外し可能な配線接続を最小限の実装面積にて可能とし、さらに、従来のコネクタでは実現不可能な極小ピッチ(例えば30μm以下)を有する端子配列からのピッチ変換を高精度に実現可能とすることにより、安価で接続工程の容易な多連電気信号接続装置及び接続方法を提供するものである。 According to the multiple electrical signal connecting device of the present invention, in the wiring connection between electronic devices or electronic components that tend to have a narrow pitch and multiple pins, metal fusion such as soldering is performed by a spring structure installed in the connection terminal portion. Pitch conversion from a terminal arrangement with a minimum pitch (for example, 30 μm or less) that cannot be realized with a conventional connector, and enables a robust and removable wiring connection with a minimum mounting area without connection. Can be realized with high accuracy, thereby providing a multiple electric signal connecting device and a connecting method which are inexpensive and easy to connect.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る多連電気信号接続装置1の基本構成を示す斜視図である。絶縁基板10上に、一方に複数の第1の接続端子11と他方に複数の第2の接続端子12と、前記第1の接続端子11と前記第2の接続端子12との間を電気的に接続する配線パターン13を有し、前記第1の接続端子11又は第2の接続端子12一部又は全ての接続端子の先端にそれぞれ、少なくとも基板面(XY平面)に垂直方向(Z方向)に弾性変形を生じるばね変形部14を有するものである。前記第1の接続端子11のばね変形部14−1の範囲において、少なくともZ方向に対する可動機能を有する固定板15−1を設置し、前記第2の接続端子12のばね変形部14−2の範囲において、少なくともZ方向に対する可動機能を有する固定板15−2を設置した FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of a multiple electrical signal connection device 1 according to an embodiment of the present invention. On the
21は前記第1の接続端子11の接続対象となる電子機器又は電子部品(図示せず)の接続端子Aで、22は前記第2の接続端子12の接続対象となる電子機器又は電子部品(図示せず)の接続端子Bを示す。前記接続端子B22上には、銅や半田で形成されたバンプ16が設置されている例を示す。 21 is a connection terminal A of an electronic device or electronic component (not shown) to be connected to the
前記第1の接続端子11と接続端子A21とは、前記ばね変形部14−1を含む前記第1の接続端子11のXY平面における各々の配置間隔P1が、前記接続端子A21のXY平面における配置間隔Paと予め同一となるべく設置されている。同様に、前記ばね変形部14−2を含む前記第2の接続端子12のXY平面における各々の配置間隔P2が、前記接続端子B22のXY平面における配置間隔Pbと予め同一となるべく設置されている。 The first connecting
前記第1の接続端子11の前記ばね変形部14−1を接続対象となる前記接続端子A21上で、前記固定板15−1にてZ方向下方に押し付けることにより、前記ばね変形部のばね力により固定される。同様に、前記第2の接続端子12の前記ばね変形部14−2を接続対象となる前記接続端子B22上で、前記固定板15−2にてZ方向下方に押し付けることにより、前記ばね変形部のばね力により固定される。 The spring deformation portion 14-1 of the
前記第1の接続端子11と前記接続端子A21、又は、前記第2の接続端子12と前記接続端子B22との相互の端子の位置合わせは、各々の基板上に設置された基準穴18により高精度に実施できる。 The first connecting
図1の例では、前記第1の接続端子の配列間隔P1と前記第2の接続端子の配列間隔P2が異なる例を示した。前記第1の接続端子11の接続対象となる前記接続端子A21は、例えばIC電極端子に見られるような非常に狭ピッチ(例えば数十μm)の端子配列の例であり、前記第2の接続端子12の接続対象となる前記接続端子B22は、例えばIC電極端子を通じて検査信号を授受する試験装置等の接続端子で比較的大きな配列間隔(例えば数百μm〜数mm)の例である。前記配線パターン13は、前記接続端子A21と前記接続端子B22との間を配線接続するために、前記第1の接続端子11の配列間隔P1と前記第2の接続端子12の配列間隔P2のピッチ変換を行うため、前記配線パターン13の一部又は全部の形状が連続した曲線17(例えばスプライン曲線)で構成されている。 In the example of FIG. 1, an example in which the arrangement interval P1 of the first connection terminals is different from the arrangement interval P2 of the second connection terminals is shown. The connection terminal A21 to be connected to the
また、接続端子間隔の相対的に小さい前記第1の接続端子11から接続端子間隔の相対的に大きい前記第2の接続端子12に至るまで、前記配線パターン間ピッチPw又は前記配線パターン幅Wpが連続的に大きくなるように設置することも可能である。 Further, the wiring pattern pitch Pw or the wiring pattern width Wp extends from the
図2は、本発明の実施形態に係る多連電気信号接続装置の構造を示す側面図である。図2(a)は、前記第1の接続端子11と前記第2の接続端子12と前記配線パターン13が連続した同一の金属の場合を示したものである。一方、図2(b)は、少なくとも前記第1の接続端子11と前記第2の接続端子12が弾性係数の大きい第1の金属31(例えばニッケル合金等)から成り、前記配線パターン13が導電性の大きな第2の金属32(例えば銅合金等)から成ることを示すものである。このような2種以上の金属から成る配線パターンを作製する方法としては、電鋳方式による製造方法などが有効である。 FIG. 2 is a side view showing the structure of the multiple electrical signal connecting device according to the embodiment of the present invention. FIG. 2A shows the case where the
図3は、本発明の実施形態に係る多連電気信号接続装置の接続方法及び動作を示す説明図である。前記第2の接続端子12の前記ばね変形部14−2を、接続対象となる前記接続端子B22の前記バンプ16上において、前記固定板15−2でZ方向下方に力Fにより押し付けることにより、前記ばね変形部14−2のばね反力により固定される際の動作を示すものである。 FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a connection method and operation of the multiple electrical signal connection device according to the embodiment of the present invention. By pressing the spring deformation portion 14-2 of the
図3(a)は、前記固定板15−2がZ方向下方に移動し、前記ばね変形部14−2に接触を開始する状態を示すものである。図3(b)は、前記固定板15−2がZ方向下方にさらに移動し、前記第2の接続端子12の前記ばね変形部14−2を、接続対象となる前記接続端子B22の前記バンプ16上で、前記固定板15−2でZ方向下方に力Fで押し付けることにより、前記ばね変形部14−2のばね反力により固定される。前記ばね変形部14−2の形状は、図示のように、前記第2の接続端子12の先端部を+Z方向に概略30度折り曲げたものであるが、本形状に限るものではない。 FIG. 3A shows a state in which the fixed plate 15-2 moves downward in the Z direction and starts to contact the spring deforming portion 14-2. FIG. 3B shows that the fixing plate 15-2 further moves downward in the Z direction, and the spring deformation portion 14-2 of the
以上説明した実施形態により、本発明の多連電気信号接続装置によれば、狭ピッチ化かつ多ピン化傾向にある電子機器相互又は電子部品相互の配線接続において、接続端子部に設置したばね構造により半田付け等の金属溶融接続を行うこと無く、堅固でかつ取り外し可能な配線接続を最小限の実装面積にて可能とし、さらに、従来のコネクタでは実現不可能な極小ピッチ(例えば30μm以下)を有する端子配列からのピッチ変換を高精度に実現可能とすることにより、安価で接続工程の容易な多連電気信号接続装置及び接続方法を提供できるものである。 According to the embodiment described above, according to the multiple electric signal connecting device of the present invention, in the wiring connection between electronic devices or electronic components which tend to have a narrow pitch and multiple pins, the spring structure installed in the connection terminal portion This makes it possible to achieve a robust and detachable wiring connection with a minimum mounting area without performing a metal fusion connection such as soldering, and a minimum pitch (for example, 30 μm or less) that cannot be realized with a conventional connector. By making it possible to realize pitch conversion from the terminal arrangement having high accuracy, it is possible to provide a multiple electric signal connecting device and a connecting method that are inexpensive and easy to connect.
特に狭ピッチ配列を有する多連の相互配線接続に使用される電気信号接続装置で、狭ピッチ用コネクタ、液晶装置、プローブカード等の電子機器における電気信号接続に利用することができる。 In particular, it is an electrical signal connection device used for connecting multiple interconnects having a narrow pitch arrangement, and can be used for electrical signal connection in electronic devices such as narrow pitch connectors, liquid crystal devices, and probe cards.
1、100 多連電気信号接続装置
11 第1の接続端子
12 第2の接続端子
13 配線パターン
14 ばね変形部
15 固定板
16 バンプ
17 曲線
18 基準穴
21 接続端子A
22 接続端子B
31 第1の金属
32 第2の金属
P1 第1の接続端子の配置間隔
P2 第2の接続端子の配置間隔
Pa 接続端子Aの配置間隔
Pb 接続端子Bの配置間隔
Pw 配線パターン間ピッチ
Wp 配線パターン幅DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Multiple electric
22 Connection terminal B
31
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