JP3020432B2 - 電気コネクタおよびその製造方法 - Google Patents
電気コネクタおよびその製造方法Info
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Description
電極を有するボール・グリッド・アレイ型のICパッケ
ージの検査や接続に用いられる電気コネクタと、その製
造方法に関する。
Cパッケージとして、パッケージ本体の周囲4辺から外
部端子を取り出した形のクワッド・フラット・パッケー
ジ(以下、QFPという)が使用されているが、QFP
の場合、端子数の増加に対応するには、実装面積をでき
るかぎり小さくするためにパッケージサイズを一定寸法
以下に抑え、端子ピッチを狭くして端子数を増やす必要
があり、そのため最近では、端子ピッチは 0.4mm程度
まで小さくなってきている。このように端子ピッチの狭
い、すなわち微細なピッチの多端子QFPのリード端子
は細く変形しやすいため、製造工程、検査工程および実
装工程などで多くの問題を生じていた。
ジ本体の上下一方の面に、平面状に端子電極を配したエ
リアアレイ型のICパッケージ、特に、球状の端子電極
を取り付けたボール・グリッド・アレイ型のICパッケ
ージ(以下、BGAという)が開発され、その実用化が
進んでいる。このBGAの検査に対して、従来のICパ
ッケージと同様に、専用のBGAの端子電極に対応した
接触子を備えたICソケットの使用が検討され開発が進
められている。ICソケットは、一般にエンジニアリン
グプラスチック材料の射出成形によって作られたソケツ
ト本体に、銅合金系ばね材料などに金メッキを施した多
数の接触子を圧入固定し、これらの接触子を介してソケ
ットに装着されたICパッケージの端子電極と検査回路
基板の電極とが電気的に接続されるような構成になって
いる。BGA対応タイプのICソケットの構成も基本的
には同じ構成である。
用のICソケットには以下のような問題がある。上記し
たICソケットの接触子は、装着されたBGAの端子電
極との接続に所定の接触圧力が必要であり、さらにBG
Aの個々の端子電極の高さのばらつきを吸収するため
に、接触子に屈曲部を設けた複雑な形状となっており、
接続不良を生じる一因となっていた。このように形状の
複雑な接触子を平面上に配列するのは容易ではなく、特
に微細な間隔で接触子を配列することは極めて困難であ
り、端子電極ピッチが1.0mm以下のBGAに対しては
接触子の配列が対応できないのが現状である。また、最
近では携帯電話、通信機器及びコンピューターなどに、
高周波の信号を処理するBGAが頻繁に使用されてい
る。このようなBGAをICソケットで検査しようとす
ると、ICソケットの接触子は前記したように屈曲部を
有する複雑な形状をしているため、導通経路が長くな
り、出力信号の遅延や波形に歪みを生じるという問題が
あった。したがって、本発明の目的は、微細な間隔で配
列が可能であって、形状が簡単な接触子を備え、接続不
良を生じることなくBGAの検査、接続に用いられる電
気コネクタとその製造方法を提供することにある。
してなり、本発明の電気コネクタは、絶縁性エラストマ
ー材料層の厚み方向に貫通して複数の金属細線を設けた
電気コネクタであって、金属細線の一方の端部がすべて
球状接点部に形成され、球状接点部の少なくとも一部が
絶縁性エラストマー材料層の表面に設けた凹所の底部に
露出していることを特徴とする。さらに、本発明の電気
コネクタの製造方法は、複数の金属細線をボンディング
基板上の予め設定した位置に植設し、各金属細線の先端
部に、レーザ光を照射して、球状接点部を形成した後、
成形用フレームをボンディング基板の外周部に一体的に
取り付け、この成形用フレーム内に絶縁性エラストマー
材料を、球状接点部が完全に埋もれるよう水平に充填し
たのち硬化させ、その後、ボンディング基板を取り除
き、球状接点部の上部を覆う絶縁性エラストマー材料
を、レーザ光を照射することにより除去し、球状接点部
の少なくとも一部が絶縁性エラストマー材料層の表面に
形成される凹所の底部に露出させることを特徴とする。
1〜図4にもとづいてさらに詳細に説明する。図1は本
発明の電気コネクタの一実施態様に係り、図(a)はそ
の平面図、図(b)は図(a)のA−A矢視線にそう縦
断面図である。図1に示す電気コネクタ1は、成形用フ
レーム2に保持されたシート状の絶縁性エラストマー材
料3内に、BGAの端子電極や検査基板及び電子回路基
板の電極と電気的接続を得るための複数の金属細線4が
その厚み方向に貫通して埋設され、金属細線4の一方の
先端部にはその線径よりも大きな直径を有する球状接点
部5が形成され、絶縁性エラストマー材料3の表面に設
けた凹所6の底部にその一部が露出して形成されてい
る。
一例を図2(a)〜(e)の断面図にもとづいて説明す
る。まず、図2(a)に示すように、ボンディング基板
7上に複数の金属細線4を所定のパターンに従い植設す
る。このとき、BGAの一つの端子電極に対し複数の金
属細線4を設けるように植設してもよい。金属細線4の
配列には、BGAの端子電極パターンと同様の配列にし
たり、微小なピッチで配列したり、あるいは接続時にか
かる荷重を低減させるために、汎用のボールボンダーを
用いて、金属細線4を傾斜させて配列したりすることが
できる。
ルミニウム、アルミニウムーけい素合金、真鍮、りん青
銅、ベリリウム銅、ニッケル、モリブデン、タングステ
ンなどの金属細線、あるいはこれらの表面に金または金
合金などのめっき加工を施した金属細線などが使用でき
る。上記した方法により配列する場合は、ボールボンダ
ーに通常使用されており、優れた導電性と耐環境特性を
有するために接続信頼性の高い金細線を用いるのが最も
好ましい。金属細線4の線径は、接続する際にかかる荷
重をできるだけ小さくする必要があるため、あるいはB
GAの端子電極間ピッチの小さいものに対応するため、
接続安定性に悪影響を与えない範囲で細いほうが好まし
く、10〜 200μmである。特に、汎用のボールボンダー
でも使用され、しかも入手の容易な 20 〜80μmの金線
がより好適である。
除く必要があるため、ケミカルエッチングで溶解除去が
可能な銅などの金属板を用いるのが好ましい。
ング基板7上に配列した金属細線4の先端部に、レーザ
光8を照射して球状接点部5を形成する。この金属細線
4の端部を球状にすることによって、BGAの端子電極
と圧縮接続した際に、金属細線4の接触部が絶縁性エラ
ストマー材料の弾性によって反撥され、陥没することな
く、良好な接続状態が得られるという効果がある。ま
た、接点部5の形状を球状にすることによって、レーザ
の出力や照射位置を調整することにより球状接点部5の
球径を任意に設定できる利点がある。なお、このような
方法で形成できる球状接点部5の球径Rは金属細線4の
線径に依存し、球径Rは、 金属細線4の線径<R<金
属細線4の線径の3倍 の範囲とするのが好ましい。よ
り具体的には、金属細線4の線径をφ76μmとすると、
線径の1.1〜2.5倍、すなわち球径Rは90〜190μmとす
るのが好ましい。
0.193〜 0.308μm)、アルゴンレーザ(発振波長が
0.333〜 0.529μm)、YAGレーザ(発振波長が1.06
μm)、YAG第2高調波レーザ(発振波長が 0.532μ
m)、YAG第3高調波レーザ(発振波長が 0.339μ
m)および炭酸ガスレーザ(発振波長が10.6μm)など
を用いることができる。具体的には、使用する金属細線
4に対する加工性の良いものを選択すればよい。例え
ば、金属細線4に金細線を使用する場合には、ランニン
グコストが低く金に対する反射率が低い、すなわち加工
効率に優れたアルゴンレーザを用いるのが好ましい。
ング基板7上に配列した金属細線群の外周部に、成形用
フレーム2を一体的に取り付けた後、成形用フレーム2
の内側に液状の絶縁性エラストマー材料、例えばシリコ
ーンゴムを注入し充填した後、必要に応じて80〜 150
℃、好ましくは 110〜 130℃に加熱して硬化する。 成
形用フレーム2の材質としては、汎用のエンジニアリン
グプラスチック材料、セラミックス材料、及び金属材料
などを適宜選択して使用できるが、電気コネクタをバー
ンイン試験などに使用する場合は、特に、耐熱性、寸法
安定性に優れるポリカーボネート、ポリエステルなどの
材料を使用するのが望ましい。
治具との位置決めに利用することもできる。このような
場合は、図3(a)、(b)に示すように、成形用フレ
ーム2に位置決め用穴10や固定用穴11を設ければ、
セッティングが容易となる。さらに、成形用フレーム2
の内側部に、固定部12を設ければ、充填された絶縁性
エラストマー材料3が固定部12の穴に入り込み、硬化
することによって、絶縁性エラストマー材料3は成形用
フレーム2にしっかりと固定される。絶縁性エラストマ
ー材料3を、その硬化後のレベルが球状接点部5全体を
一様な高さで完全に埋めるように、成形用フレーム2内
に注入する。この注入工程には、空気圧力値と空気圧力
を加えている時間とにより制御するシリンジ式、一定の
空気圧力値と流路解放時間とにより制御するタンクバル
ブ式、ギヤポンプやプランジャーを利用した方式などの
定量吐出装置を使用することができる。
後に架橋構造を形成する材料が好ましい。例えば、シリ
コーンゴム、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、ポリイソ
プレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ポリエ
ステル系ゴム、スチレンーブタジエン共重合体ゴム、エ
ピクロルヒドリンゴム、またはこれらの発泡材料などが
挙げられる。なかでも、硬化後の電気絶縁性、耐熱性、
圧縮永久歪みに優れるシリコーンゴムが最も好ましい。
その硬度は、高すぎると圧縮接続の際の荷重が大きくな
り、低すぎると圧縮の際の歪み量が大きくなるため 10
〜80°H、好ましくは 20 〜60°Hのものが使用され
る。この絶縁性エラストマー材料3には、金属細線4や
成形用フレーム2との接着性を増すために、接着助剤を
添加してもよい。例えば、絶縁性エラストマー材料3に
シリコーンゴムを使用する場合は、シランカップリング
剤などが使用できる。なお、シリコーンゴムを使用する
場合は、温度依存性が高く、触媒や制御剤などで硬化条
件やタイミングをコントロールできる付加反応型のもの
が望ましい。また、絶縁性エラストマー材料3は前記し
たように注入時の性状は液状であり、その粘度は、金属
細線4の配置・形状を崩さずに注入することができ、か
つ注入後に短時間で一様にレベリングできる低い粘度が
好ましい。シリコーンゴムの場合、粘度は10〜1000ポイ
ズが好ましく、特に10〜200 ポイズが好適である。
ち、図2(d)に示すように、ボンディング基板7をケ
ミカルエッチングなどにより除去したのち、球状接点部
5に相当する部分にレーザ光8を上方から照射して、絶
縁性エラストマー材料3を除去して凹所6を設け、球状
接点部5を絶縁性エラストマー材料3の凹所6の底部に
露出させる。このとき、図2(d)に示すように、球状
接点部5と同じパターンの穴が設けられたマスク9を、
絶縁性エラストマー材料2の加工面上に位置合わせして
固定し、このマスク9上にレーザ光8をスキャニング照
射することにより効率的にしかも精度よく凹所6の加工
ができる。このような方法を用いれば、レーザ光のエネ
ルギーや種類を選ぶことにより、凹所6の深さを制御す
ることができ、球状接点部5の露出量を調整できる利点
がある。このようにして、図2(e)に示す電気コネク
タ1が製造される。
治具との位置決めに利用することもできる。このような
場合は、図3(a)、(b)に示すように、成形用フレ
ーム2に位置決め用穴10や固定用穴11を設ければ、
セッティングが容易となる。さらに、成形用フレーム2
の内側部に、固定部12を設ければ、充填された絶縁性
エラストマー材料3が固定部12の穴に入り込み、硬化
することによって、絶縁性エラストマー材料3は成形用
フレーム2にしっかりと固定される。なお、凹所6の形
状は、円柱状、四角柱状などが考えられるが、BGAの
端子電極が球状であることから円柱状とするのが好まし
く、凹所6の径は、BGAの位置ずれ防止、接続時の位
置合わせのし易さなどを考慮すると、BGAの球状端子
電極の直径よりも若干大きく(BGAの球状端子電極直
径の1.2〜1.33倍の大きさ)すればよい。
シマレーザ(発振波長が 0.193〜 0.308μm)、アルゴ
ンレーザ(発振波長が 0.333〜 0.529μm)、YAGレ
ーザ(発振波長が1.06μm)、YAG第2高調波レーザ
(発振波長が 0.532μm)、YAG第3高調波レーザ
(発振波長が 0.339μm)および炭酸ガスレーザ(発振
波長が10.6μm)などが挙げられるが、絶縁性材料の除
去加工が可能で、その際、球状接点部5には影響を与え
ないようなレーザ光を選択し使用することが肝要であ
る。一般に、透明な材料は、波長の長いレーザ光を透過
してしまい凹所などの除去加工ができない場合がある
が、このような場合には、絶縁性エラストマー材料に着
色剤などを適宜添加することによって、レーザ光を吸収
しやすくすると、加工性が向上し、その表面もきれいに
仕上がる。
A13と検査基板14との接続に実装した状態を示して
いる。BGA13の球状端子電極15は、電気コネクタ
1の表面に設けられた円柱状の凹所6に嵌合し、凹所6
の底部に露出した球状接点部5と、凹所6の周囲の絶縁
性エラストマー材料の弾性により損傷を受けずに接続
し、さらに、電気コネクタ1の球状接点部5の反対側の
端子電極と検査基板14の電極16とを接続することに
よって、安定した確実な導通が得られる。
材料層を貫通して複数の金属細線を配列し、金属細線の
一方の端部の接点部を、簡単な形状の球状としたことに
よって、球状接点部は被接続側の電極との圧接時におい
てもエラストマー材料層中に陥没することなく圧接状態
を維持する。加えて、金属細線を微小なピッチで平面状
に配列することができ、端子電極ピッチが 1.0mm以下
のBGAの検査や接続に対応することができる。そし
て、導通経路が短いため、検査、接続の際の出力信号の
遅延や波形の歪みを生じることがない。更に、球状接点
部を、弾性を有する絶縁性エラストマー材料の表面に設
けられた凹所内に設けたことによつて、BGAの球状の
端子電極に損傷を与えずに検査、接続の際のアライメン
トができ、安定した確実な導通が得られる。
き説明する。 [実施例1] まず、ボンディング面にニッケル1.0μm、さらに金1.0
μmのめっきを施した厚さ0.5mm、縦、横それぞれ 25
mmの銅製のボンディング基板上に、汎用のボールボン
ダーを用いて、直径 76μmの金線を、垂直方向に0.5m
mピッチで縦17列、横17列(総電極数289)の電極に対
応するようにマトリクス状にボンディング配列(総数28
9)した。次に、これらの金線すべての先端にアルゴン
レーザ光を照射して、先端に直径が150μmの球状接点
部を形成し、その高さが1.0mmで均一になるように揃
えた。さらにこの基板上の外縁に沿って縦、横それぞれ
25mm、高さ1.0mm、幅5mmのポリフェニレンサルフ
ァイド(以下、PPSという)製の成形用フレームを配
設した。
リコーンゴムKE−106 [信越化学工業(株)製、商品
名]100 重量部に対し、硬化剤Cat−RG[信越化学
工業(株)製、商品名]を 10 重量部、シリコーンゴム
用着色剤K−Color−BK−02[信越化学工業
(株)製、商品名]を 10 重量部添加して十分に混合し
た材料を、硬化後のレベルが金属細線の球状接点部の先
端より 0.10 mm高くなる量を注入し、銅製のボンディ
ング基板を水平に保ちながら、120 ℃で 60 分加熱処理
して硬化させた。
二鉄溶液によりエッチング除去し、十分に洗浄したのち
200℃で60分のポストキュアー処理を行った。次に、直
径0.4mmの穴を電極と同じ位置に設けた厚み0.5mmの
マスクを、成形用フレームの上に位置合わせして固定
し、その上方よりYAGレーザ光をスキャニング照射し
て、マスクの穴の部分のシリコーンゴム部分を深さにし
て0.15mm除去して凹所を設け、さらに、球状接点部を
覆っているシリコーンゴムも除去し、この凹所底部のシ
リコーンゴム表面から球状接点部が50μm突出している
本発明のBGA接続用電気コネクタを得た。
さ 0.2mmのハンダ製の球状端子電極を 0.5mmピッチ
で縦 17 列、横 17 列のマトリクス状に有するBGA
と、検査基板間で 0.1mm圧縮したところ、安定した導
通が得られ、電気的特性試験をするうえで問題がなかっ
た。さらに、一年間の実装後においても、球状接点部は
被接続側の電極との圧接によって陥没することなく良好
な接続状態を維持した。
μmのめっきを施した厚さ0.5mm、縦、横それぞれ40
mmの銅製のボンディング基板上に、汎用のボールボン
ダーを用いて、直径76μmの金線を垂直方向に、1電極
に対し0.3mm□の四隅に4本を配置し、1.27mmピッ
チで縦7列、横17列(総電極数119)の電極に対応するよ
うにマトリクス状にボンディング配列(総数476)し
た。次に、これらのすべての金線の先端にアルゴンレー
ザ光を照射して、先端に直径が150μmの球状接点部を
形成し、その高さが1.0mmで均一になるように揃え
た。さらにこの基板上の外縁に沿って縦、横それぞれ40
mm、高さ1.3mm、幅5mmのポリフェニレンサルフ
ァイド(以下、PPSという)製の成形用フレームを配
設した。
リコーンゴムKE−106 [信越化学工業(株)製、商品
名]100 重量部に対し、硬化剤Cat−RG[信越化学
工業(株)製、商品名]を 10 重量部、シリコーンゴム
用着色剤K−Color−BK−02[信越化学工業
(株)製、商品名]を 10 重量部添加して十分に混合し
た材料を、硬化後のレベルが金属細線の球状接点部の先
端より 0.30 mm高くなる量を注入し、銅製のボンディ
ング基板を水平に保ちながら、120 ℃で 60 分加熱処理
して硬化させた。
二鉄溶液によりエッチング除去し、十分に洗浄したのち
200℃で60 分のポストキュアー処理を行った。次に、直
径0.9mmの穴を電極と同じ位置に設けた厚み0.5mmの
マスクを、成形用フレームの上に位置合わせして固定
し、その上方よりYAGレーザ光をスキャンニング照射
して、マスクの穴の部分のシリコーンゴム部分を深さに
して0.35mm除去して凹所を設け、さらに、球状接点部
を覆っているシリコーンゴムも除去し、この凹所底部の
シリコーンゴム表面から球状接点部が50μm突出してい
る本発明のBGA接続用電気コネクタを得た。
さ 0.6mmのハンダ製の球状端子電極を 1.27 mmピッ
チで縦 7列、横 17 列のマトリクス状に有するBGA
と、検査基板間で 0.2mm圧縮したところ、安定した導
通が得られ、電気的特性試験をするうえで問題がなかっ
た。さらに、一年間の実装後においても、球状接点部は
被接続側の電極との圧接によって陥没することなく良好
な接続状態を維持した。
ストマー材料層の厚み方向に貫通する金属細線の一方の
端部を、直径が金属細線の線径よりも大きな球状接点部
とすることにより、被接続側の電極で圧接された際に、
電気コネクタの接点部が絶縁性エラストマー材料中に実
装時または実装中陥没して接続不良が生じるのを防止す
ることができる。また、この球状接点部を、周囲が弾性
を有する絶縁性エラストマー材料の凹所底部に設けたこ
とにより、BGAの検査、接続の際にBGAの球状の突
起電極は、この凹所にガイドされるかたちで損傷を受け
ずに電気コネクタ側の球状接点部に確実にアライメント
される。ICソケットが所定の接触圧力を得るために
屈曲を有する導通経路の長い接触子を用いているのに対
して、本発明の電気コネクタは、弾性を有する絶縁性エ
ラストマー材料層によって接触圧力を調整できるため金
属細線を短くすることができ、高周波の信号を処理する
BGAの検査、接続の際にも信号の遅延や波形の歪みを
生じることなく使用できる。金属細線を微小なピッチ
で平面状に配列することができるので、ICソケットで
は困難な端子電極ピッチが1.0mm以下のBGAの検査
や接続にも対応できる、という優れた特性を有してい
る。
(a)はその平面図、図(b)は図(a)のA−A矢視
線にそう縦断面図である。
ネクタの製造方法の一実施態様を工程順に示す縦断面図
である。
成形用フレームの一実施態様に係り、図(a)はその平
面図、図(b)は図(a)のB−B矢視線にそう縦断面
図である。
接続に使用したときの状態を示す縦断面図である。
ム、3・・・ 絶縁性エラストマー材料、 4・・・ 金属細
線、5・・・ 球状接点部、 6・・・ 凹所、7
・・・ ボンディング基板、 8・・・ レーザ光、9・・
・ マスク、 10・・・ 位置決め用穴、1
1・・・ 固定用穴、 12・・・ 固定部、13
・・・ BGA、 14・・・ 検査基板、15
・・・ 球状端子電極、 16・・・ 電極、
Claims (2)
- 【請求項1】 絶縁性エラストマー材料層の厚み方向に
貫通して複数の金属細線を設けた電気コネクタであっ
て、金属細線の一方の端部がすべて球状接点部に形成さ
れ、球状接点部の少なくとも一部が絶縁性エラストマー
材料層の表面に設けた凹所の底部に露出していることを
特徴とするBGA接続用電気コネクタ。 - 【請求項2】 複数の金属細線をボンディング基板上の
予め設定した位置に植設し、各金属細線の先端部に、レ
ーザ光を照射して、球状接点部を形成した後、成形用フ
レームをボンディング基板の外周部に一体的に取り付
け、この成形用フレーム内に絶縁性エラストマー材料
を、球状接点部が完全に埋もれるよう水平に充填したの
ち硬化させ、その後、ボンディング基板を取り除き、球
状接点部の上部を覆う絶縁性エラストマー材料を、レー
ザ光を照射することにより除去し、球状接点部の少なく
とも一部が、絶縁性エラストマー材料層の表面に形成さ
れる凹所の底部に露出させることを特徴とするBGA接
続用電気コネクタの製造方法。
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JP7147686A JP3020432B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 電気コネクタおよびその製造方法 |
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JP7147686A JP3020432B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 電気コネクタおよびその製造方法 |
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Family Applications (1)
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JP7147686A Expired - Lifetime JP3020432B2 (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 電気コネクタおよびその製造方法 |
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-
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- 1995-06-14 JP JP7147686A patent/JP3020432B2/ja not_active Expired - Lifetime
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