JP4074245B2 - 異方性導電性エラストマ材料に予め応力をかけるための装置および方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

発明の分野
本発明は、異方性導電性エラストマ材料で作製された電気的相互接続子の分野に関する。

発明の背景
異方性導電性エラストマ（ＡＣＥ）は、１つの軸方向に沿ってのみ導電するように構成されたエラストママトリックス内の導電性要素（たとえば、金属粒子または細線）の複合材料である。一般に、この種の材料は、その厚みを通して導電するように形成される。ＡＣＥは、磁性粒子または他の導体を液状樹脂と混合し、混合物を連続したシートに形成し、そのシートを磁場の存在下で硬化して製造することができる。これによって、連続シート内にシートの厚みを貫いたカラムを形成する。これらのカラムは導電性を有し、異方性導電性を創り出している。該シートは柔軟性および異方性導電性の両方の特有の特性を有している。したがって、このシートは、所望の形に切断されてフレームまたは連結構造体に機械的手段または接着剤の塗布によって装着される。ある場合には、切断されたＡＣＥは、単純に相互接続構造の内部に置かれる。このＡＣＥの使用方法は、材料の浪費をもたらし、組み立ての労力を必要とし、最適の成果よりも少ない成果しかもたらすことができない。

ＡＣＥの典型的な応用として、ＡＣＥを使用して作製された相互接続子は、分離可能な相互接続を可能にするために半田付けされた相互接続子を置き換える。分離可能な相互接続子は、通常、デバイスの試験、デバイスの調整（バーンイン）およびＯＥＭ製品への最終適用のために必要とされる。そのような一例は、デバイス上のパッドの配列が基板上の相応する配列に接続する必要があるランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）の中にある。第２の例は、半田ボールの配列を有するデバイスから成るボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が、基板上の相応する配列に分離可能なように接続されるときである。これら両者の例で、デバイスと基板との間に置かれたＡＣＥ材料の層は、適正に使用するとき、信頼性のある接続を提供することができる。

さらに、エラストマ材料の挙動は、相互接続子の性能の成功に決め手となる。典型的な高充填エラストマ材料は、低い弾性を示し、不連続なボタン様の接点に形成されたとき、ひどく硬化してパテのように移動する傾向がある。これら材料はほとんど残留弾発力を示さない。これらの要素は接続子の信頼性に影響を与え、実際上、種々のデバイスの複数デバイス挿入の障害となる。これらの高充填材料は低い弾性を有しているので、外部の弾発部材に接触力を創り出すことが必要となる。しかしながら、エラストマボタンは力をかけると連続して流動する。従来の解決手段は止め具で流れを制限することである。最終的には、極めて低い接触力という結果となる。これに加えて、シート形状のエラストマは優れた弾性を有することができるが、非圧縮性流体のように挙動する傾向がある。この挙動のために、シート状のエラストマを使用する接続システムの設計に、材料が移動するための場所を設けることが必要である。

ＡＣＥ使用の実例は、表面に取り付けられたＬＧＡまたはＢＧＡ接続子の先行技術の組立方法にある。接続子は、直線状のフレームとＡＣＥ材料片から構成される。ＡＣＥは、機械的手段または接着剤のいずれかでアライメントフレームに設置することができる。ある応用において、プリント回路基板上にＡＣＥをゆるく設置し、デバイスと基板との間の適所で圧縮することができる。これは、バーンインおよび試験のような使用には受け入れられるがほとんどのＯＥＭへの使用には受け入れられない。

回路パッドに接触している半田ボール、パッドまたはピンの表面はできるだけ欠陥がないことが重要である。ＢＧＡの半田ボールの変形、特に先端領域での変形は、劣悪なまたは機能しない半田付け接続となる可能性がある。ＢＧＡデバイスは、通常は、ばね負荷接点を利用する慣行のソケットアセンブリを使用して試験される。ある種の試験デバイスには、これらの接触子は個々の半田ボールとの接線方向の接触を可能にする鋸歯状の表面を有するピンを含んでいる。

接点の表面は良好な電気的接触を提供するが、ピンの全長は、本発明で使用されるＡＣＥによって提供される短路長に比べ、接点ピンアセンブリについてより高い電気的インダクタンスを創り出す。マイクロプロセッサの速度が上昇するにつれ、インダクタンスは性能を妨害する。いくつかの製造者は、５００Ｍｚの低い帯域幅でのこの劣化をよく知っている。

磁気的に整列した粒子から成るＡＣＥ層が、２つの導電体間で圧縮されると、圧縮されたカラム内の粒子は互いに接触するようになり導体となって、導電路を形成する。ＡＣＥを使用しているデバイスが温まるにつれて、エラストマ材料は、金属、セラミックおよびシステムの他の部品よりも高い割合で熱膨張する。エラストマの横方向の膨張は粒子カラム状態を崩壊させ、はるかに低い割合で膨張する垂直方向の膨張によってカラムは無負荷になる傾向がある。これら両方の結果は、温度とともに相互接続の電気的安定性に影響を与える。

発明の要約
本発明の目的はしたがって一体的ＡＣＥを有する相互接続部品を提供することである。
本発明のさらなる目的は、ＡＣＥ材料の浪費を最小にする部品を提供することである。

本発明のさらなる目的は、組み立て労力の少ない部品を提供することである。
本発明のさらなる目的は、ＡＣＥの相互接続性能を向上する部品を提供することである。

本発明のさらなる目的は、使用時に繰り返される熱的偏位に適応可能な、２またはそれ以上の部品を相互接続するためのデバイスを提供することである。

本発明のさらなる目的は、圧縮負荷の利用によって部分的に押し出された平面内の相互接続媒体に予め張力をかけることによって組立工程中に電気的経路のひずみを減少させる、圧縮負荷を使用する、２またはそれ以上の部品を相互接続するための装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、異方性導電媒体の周囲長を抑制することによって、異方性導電媒体内で導電路対して垂直な熱的または機械的変化によるひずみに耐える、２またはそれ以上の部品を相互接続するための装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、２またはそれ以上の部品を相互接続するための装置において、部品の位置合わせをするための機械的特性を提供することである。

本発明のさらなる目的は、部品の試験、調整および最終応用のための反復使用可能な、２またはそれ以上の部品を相互接続するための装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、デバイス中のエラストマ材料が圧縮を受けて流れ込むことの出来る流入空間を備える、２またはそれ以上の部品を相互接続するための装置を提供することである。

エラストマの特異な熱的膨張によってもたらされる電気的不安定性は、動作温度範囲にわたるエラストマの膨張によってもたらされるレベル以上にシートに予め応力をかける（引っ張る）ことによって、排除することができることが示される。エラストマから成る引っ張られたシートは加熱されると、全ての応力がなくなるまで温度とともにそれは緩和するが、物理的には横方向には移動しないであろう。したがって、十分に引っ張られたときには、システムの熱的作動範囲にわたって、カラムの破壊的移動は生じないであろう。さらに、シートが引っ張られるときにカラムの高さは変化しないでむしろカラム間のエラストマは、引っ張られたシートの増加した面積のために材料を供給するように、ネックダウン（neck down）する。このネッキングは、カラムに平行な方向の、温度に伴うエラストマの垂直方向の膨張を相殺するためにシステムによって必要とされる追加の自由容量を提供する。

特に、本発明の実施の一形態では、ＡＣＥのシートは、均一に引っ張られて、剛体フレームに取り付けられる。シートは、フレームによって張力のかかった状態に保たれる。張力の存在は、中でも、タンバリン、ドラムまたは他の打楽器タイプの楽器のように、フレームを打ったときに、引っ張られたエラストマによって出される共鳴音によって実証される。

デバイス間で圧縮される前に、ＡＣＥを引っ張ってフレームに保持することのさらなる利点は、組立工程中に横方向のひずみが減少することである。典型的なシステムでは、ＡＣＥシートが圧縮されると、それは僅かに横方向に押し出され周方向にカラムをたわませる。ＡＣＥシートの上部と下部とは摩擦によって抑止されるので、シートの中間部は表面よりも多く横方向に動き、最初は垂直であったカラムをたわませる。ＡＣＥの横の動きが組立工程中に抑止されると、このたわみは防止される。

本発明は、ＡＣＥを均一に引っ張り、それをフレームに装着する方法および手段を記述する。

本発明の実施の一形態は、連結フレーム、および連結フレームに一体的に連結した異方性導電性エラストマ（ＡＣＥ）を含む、一体的導電性エラストマシート材料を有する相互接続部品を特徴とする。一体的な連結状態は、フレーム中の１またはそれ以上の、ＡＣＥが保持される孔で強化することができる。フレームは環状であってもよく、孔は少なくともフレームの対向する辺の２箇所に存在していてもよい。フレームは、略長方形であり、孔はフレームの４辺に沿って存在していてもよい。

相互接続部品と接続されたデバイスとの間の位置合わせ精度の維持を助長するために、相互接続部品は、さらにＡＣＥ中に、フレームと接触する、１またはそれ以上の突起を含んでいてもよい。ＡＣＥは、フレーム中で張力がかかった状態であってもよい。ＡＣＥ中のカラムは、ＡＣＥの少なくとも１つの表面から突出していてもよい。ＡＣＥは、少なくともいくつかの導電性カラムの近傍で１またはそれ以上の窪みを規定してもよい。相互接続部品はさらにフレームの１またはそれ以上の部分とＡＣＥとの間で１またはそれ以上のスペーサ部分を含んでいてもよい。

相互接続部品はさらにＡＣＥへのデバイスの相互接続を強化するためにＡＣＥと電気的に接触しているフレキシブル回路相互接続子を含んでいてもよい。相互接続部品はさらに、ＡＣＥ表面上でかつ導電性カラムと電気的に接触している一連の電気接続子を含んでいてもよい。

本発明はまた、一体的ＡＣＥ材料を有する相互接続部品を形成する方法を特徴とし、連結フレームを設け、未硬化のＡＣＥ材料を連結フレームに注ぎ、ＡＣＥを硬化して、ＡＣＥを連結フレームに一体的に連結する。

本発明の方法は、環状のキャビティを規定する、中央台を有する成形板を設け、未硬化のＡＣＥを流し込む前にキャビティ内にフレームを設置することをさらに含んでいてもよい。本発明の方法は、さらに、フレームに１またはそれ以上の、ＡＣＥが保持される孔を設けることを含んでいてもよい。ＡＣＥ中の導電性カラムは、ＡＣＥの少なくとも１つの表面から突出していてもよい。この突起は、ＡＣＥの成形温度で液状材料から形成することができ、台と未硬化のＡＣＥとの間に置くことができる。

本発明の方法は、さらに、粒子のカラムが好ましくは電気的相互接続の領域に位置するように磁場の焦点を合わせるために、中央台内に高透磁率区域の配列を設けることを含んでいてもよい。

また本発明の特徴は、導電性エラストマシート材料を有する相互接続部品の形成方法であって、孔を規定するフレームを設け、異方性導電性エラストマ（ＡＣＥ）材料を張力をかけた状態で設置し、ＡＣＥが張力をかけた状態にある間に、孔を埋めているＡＣＥでＡＣＥをフレームに連結する。この方法において、設置工程はＡＣＥを引っ張ることを含んでいてもよい。ＡＣＥを引っ張ることは、ＡＣＥに略均一な放射状の張力を与えることを含んでいてもよい。設置工程は、ＡＣＥを張力をかけた状態で保持する装着フレームを設けることを含んでいてもよい。装着フレームは、複数の別個の位置でＡＣＥを保持する一連の機械構造を含んでいてもよい。設置工程は、ＡＣＥに可変の引っ張りを与える可変引っ張りフレームアセンブリを設けてもよい。

その他の目的、特徴および利点は、以下の、本発明の好ましい実施形態の記載および添付図面から当業者にとって明らかになるであろう。

好ましい実施形態の詳細な説明
２またはそれ以上の部品を電気的に相互接続するために、本発明のエラストマデバイスは概して、以下の基本要素を含む。すなわち、２またはそれ以上の外表面を有するエラストママトリックス、マトリックスを貫く１またはそれ以上の導電性経路、および導電性経路に垂直な張力がかかった状態でマトリックスを保持するフレームである。

エラストマのバルク特性
エラストママトリックス（ＡＣＥ）内の整列された導体の経路を有する材料は、エラストマよりも（体積で）少量の金属を使用し、材料の面内特性は、エラストマ基材の弾性性状を呈する傾向にある。しかしながら、上述の通り、エラストマ材料の挙動は、デバイスの性能の成功の決め手となる。高充填材料のような従来使用された材料は、通常、少しの残留弾発力しか示さず、このことが接点の信頼性を減じ、そして実際上、種々のデバイスでの複数デバイス挿入の障害となる。本発明では、これらの短所が、基板温度範囲にわたってほぼ完全な弾性を示すエラストマを含むマトリックスを使用することによって、克服されている。特に、ＧＥ−６１５とＧＥ−６３０シリコン（ゼネラルエレクトリック社
(General Electric Corp.)）との１：１混合物は、理想挙動に近い挙動を有することが確認された。好ましい実施形態では、マトリックスは、ＧＥ−６１５＋ＧＥ−６３０またはその均等物（均等物とは、２０℃〜７０℃の温度範囲でその圧縮係数のほとんどを保持するエラストマ材料を意味する）を基礎にして、磁気的に整列された粒子の２〜２５体積％の混合物で形成される。この組み合わせは、広範な温度範囲にわたって適用されないであろう。

概して、実施の一形態では、２またはそれ以上の部品を電気的に相互接続するためのエラストマデバイスを作製するための本発明の方法を実施するために、エラストマが固まる前にエラストマ中に粒子を混合し、電気的に絶縁されたカラム中で粒子それ自身がエラストマの固化時に整列するように磁力を粒子にかけることによって、図１の多数の導電性磁性粒子１６が、好ましくは約２０℃と７０℃との間の温度範囲にわたってその圧縮係数のほとんどを保持しているエラストマ１２に埋め込まれる。このことによって、１またはそれ以上の外面２６，２７を有し、マトリックスを貫く１またはそれ以上の導電性経路１４を含むエラストママトリックスが形成される。マトリックスは、導電性経路に対して垂直方向（矢印Ａの方向）に張力がかかっている状態で取り付けられる。成形方法によって、機械的に引っ張って、または熱的に膨張させてマトリックスに張力をかけることができる。その張力によって、領域２０〜２３に図示されているように、カラム１４の端部が表面の外へふくれ上がる。カラム端部の間にある領域２４は、カラムの端部よりも低く位置し、エラストマが加熱されたときに膨張する空間を形成している。材料はフレームに結合される。このことにより張力が保持される。あるいは、材料は、組み立てられるまで、張力のかかった状態で（フレームに結合することなく）保持してもよい。この場合、アセンブリは材料を張力のかかった状態に保つ。マトリックスはそれから電気的に相互接続される部品の間で圧縮される。

本発明の一例において、エラストママトリックス材料のシート１０は、図２Ａに示されるように略＋状に切断また打ち抜かれた。切断シートの４つの突出部分が拘束され、したがって１つの軸線方向に引っ張ることができるだけであっても、図２Ｂに示される応力緩和溝３０が正方形の中央部が当方的に引っ張ることを許容する。次いで、切断シートの４つの突出部分３１〜３４は、図３に示される引っ張り機構４０にテープで取り付けられた。この機構は、対向する相対的に移動可能な部分を有する。次いで、引っ張り機構の４本の棒４１〜４４はエラストマ材料から成る切断シートを約５％だけ引っ張るように矢印Ｂで示される方向に回転させられた。ロック機構４６は、材料シートに張力をかけた状態で適所で棒を保持している。引っ張りの効果は、目に見えて明らかである。すなわち、予め平坦な光沢のある底面が、明らかにつやのない外観のでこぼこした状態になる。材料を引っ張られた状態にして、図４に示されるファイバーガラスフレーム５０が、ロクタイトズパーマティックスブルーＲＴＶシリコンガスケットメイカー パート番号６Ｂ
(Loctite's Permatix Blue RTV Silicone Gasket Maker Part No.6)を使用して、材料に接着された。１日の硬化の後に、フレームの外側の余分な材料を切除し、張力がかかった状態で材料に互いに接着したフレームと材料とを残した。引っ張りの前後での引っ張り量（すなわち、シートの面積）とシートの厚さの測定は、シートの体積が見掛け上６〜７％増加していることを示した。実際の体積は顕著に変化しないであろうので、この見掛け上の変化はエラストマが表面から内部へ引っ張られた状態になった時に生じたトポロジー（粗さの増加）から生じているが、導電性カラムの高さは実質的に変化していない。このことが、本発明の１つの望ましい最終結果である間隙容量を創り出す。

ここに説明する本発明の実施の他の形態は、上述された多くの課題に取り組む。それは、また、他の製造方法ではすぐにはなし得ないような、異方性導電性エラストマ材料に特徴を追加することを可能にする。本実施形態は、材料シート形成工程を接続子組立工程と統合する。

本発明のこの実施形態で、接続子は、成形板を使用して導電性エラストマを適当な形のフレームに直接流し込むことによって作られる。図４Ａは、実施形態で使用するための成形板１０を示す。板１０は、キャビティ１４と中央台１６とを規定する。孔１８，２０は、成形板１０の他の面（図示せず）にまで貫通している。アライメントフレーム３０は、図４Ｂに示されるようにキャビティ１４内に配置される。アライメントフレーム３０は、以下により詳細に示される孔２２を担持している。台１６およびアライメントフレーム３０の上部は、成形板１０の表面よりも下にある。共に図４の未硬化の材料混合物２６を含む、充分な量の未硬化エラストマと混合された導電性粒子が、成形板１０内に注ぎ込まれ、ゴムへらまたはドクターブレード２４を用いて広げられ、台１６とフレーム３０と成形板１０の上面との間での高さの差によって定められる厚みを有するフィルムを作製する。幾分かの材料は、フレーム３０の孔２２内に流れ込み、フレームにフィルムを固定し、したがって、フレームにフィルムをぴったりあわせる。ポリマの硬化の前に、粒子を整列させるためとポリマを硬化するためにアセンブリ全体を磁場および炉の中に置く。それから、材料が硬化した後に、フレーム中の中央孔を埋めている硬化材料とともにフレームを含む組立部分は、取り出し孔１８を使用してアセンブリから取り出される。

エラストマは、室温よりも充分高い温度で硬化される。エラストマが室温に冷却されるにつれ、その熱膨張係数によって体積が縮小するであろう。しかしながら、シートは、アライメントフレーム３０によってその端部で制限されている。フレームはエラストマよりも低い熱膨張係数を有している。エラストマはフレームに結合し、硬化につれてフレーム内での保持が重要な役目を果たす。アセンブリが冷えたとき、エラストマは、フレームよりも速く収縮し、したがって材料に張力がかかったままになる。シートは、多数の垂直方向の剛体カラムを含んでいる。エラストマは、横方向に引っ張られているので、その相対的に高いポアソン比νによって、張力は、隙間にあるエラストマを実質的に垂直方向に収縮させる。このことは、導電性粒子のカラムの最適に近い配置をもたらす。シートはドラム頭部のように働くように、通常、十分な張力下にあり、指で打つとドラム様の音を出す。張力は、シートがデバイスの動作温度範囲にわたって張力がかかった状態にあるのが、好ましく充分である。

フレーム３０は道具としての特性（孔３１）を有しており、フレーム３０を型１０とその関連する台１６とに対して微調節することができる。キャビティ１４内の孔３０は成形板において、そのような道具としての特性の例である。孔３１，２０を挿通する整合ピン（図示せず）は、アライメントを達成する。台１６は、成形工程中の混合物の内面を制御可能に位置付ける表面を規定する。このことは、特徴を連結フレームに正確に位置する材料に成形することを可能にする。この可能化の概念のいくつかの応用が、以下に記載されている。

図は、説明のための単一の接続子製造システムを示す。生産において複数の接続子は、ツール内で同時に作製され、低コストと高効率な製造工程とをもたらすであろう。

接続子の機能改良を目指すために、さらなる特徴を本発明に組込むことができる。たとえば、成形工程中、アライメントフレーム３０ａ中にエラストマデバイスパッケージセンターリング突起４２（図５）を導入することができる。これは、図５に示されるように、アライメントフレーム３０ａおよび台１６ａ内に空間３８を作ることによって達成される。エラストマを板内にへらで入れるときにエラストマはこれらの空間を埋めて、成形アライメント突起４２を硬化シート４０内に作るであろう。これは、デバイスの機械的許容誤差の全範囲に最適に適用するために設計することができる。連結フレーム内でデバイスをセンターリングするフレーム構造にばねを形成するか接続することも可能である。これらのセンターリングは、本質的に突起４２が存在する場所である、フレームの内側周囲まわりの成形された指状突起部で達成することができる。この指状突起部は、適切にフレーム／シートおよび部品を位置付けるために、フレーム内に挿入されたデバイスを付勢する。

アライメントプレート上の台表面は、成形工程中、エラストマの表面によって複写される。エラストマの性能を高める特徴は、台上に形成することができ、これらはエラストマの表面内に複写されるであろう。そのような特徴の一例は、図６に示されており、ここで、一定間隔で配置された突起４６の連続４４は、材料と接続されているデバイスのパッド配列の間隔に対応するグリッド上の台１６ｂの上に配置されている。これはエラストマ内で小さな窪み配列をもたらし、これによってエラストマの体積膨張を許容し、隣接する接点間の電気的短絡の機会を潜在的に減少させるであろう。突起４６は、マッチング法またはソルダーマスクのような感光性媒体の塗布によって、台１６ｂに取り付けることができる。

成形板の中央台には、室温では固体であるが炉温度では液体の成形剥離剤(release)が被覆されることができる。これは材料が硬化される前に溶け、材料と台との間に液体フィルムを作るであろう。このことによって、材料内の粒子から磁気的に形成されている導電性カラムが、液状フィルムの下方向に（上方向にも）突出することができる。この結果、カラムは、硬化されたシートの表面から僅かに突出する。また、カラムの底部の粒子は液状フィルム内にあるので、カラムの横方向の可動性は増加しており、したがって、相互の反発力によって均一に分布する能力を高め、高密度偏在を減少させて、いずれの希薄な領域内にも埋め戻しをする。

また連結フレーム内に、たとえば、図７の剛体コーナスペーサ５２のような、スペーサ構造を組込むことも可能である。スペーサ５２はフレーム上で、シートとフレームとの間にある。したがって、スペーサ５２は、一定の圧縮厚みにエラストマの圧縮を制限するであろう。またヒートシンクおよびデバイスの衝撃および振動によって引き起こされる慣性力は、デバイスから基板（フレーム）に直接伝達され、こうしてエラストマとその電気的相互接続とを分離する。

張力下で構造に装着されたＡＣＥを完成するための他の方法は、ここに意図されている。たとえば、材料はプリント回路板上に直接流し込まれ、記載したように硬化され、このことによって材料を担持するための別のフレームの必要性がなくなる。あるいは、先行技術のように担持シート上に材料を流し込むことができ、次いで、フレームまたは基板を担持シートから材料を持ち上げる前に（したがって、それはまだ張力がかかった状態である）フレームまたは基板を硬化された材料に接着することができる。次いで、材料が切断され、フレームまたは基板が材料担持体から持ち上げられるときに、材料は構造上で張力がかかった状態にあるであろう。

他の好ましい実施形態では、フレキシブル回路５４が図８に示されようにシステム内に設置される。図に示されるようにフレキシブル回路５４はデバイス側にまたはエラストマの基板側に装着される。フレキシブル回路は両側にパッド５６を有し、該パッドはメタライズされたビアで相互接続される。パッド５６は相互に隔離するか、または図１１の回路６０に類似の回路５７と相互接続可能である。後者は、デバイスを再構築する費用をかけることなく、デバイス相互接続子を変更するための手段を提供するのに有用であろう。

このように介在されたフレキシブル回路は、設計にいくつかの特異な進歩をもたらす。それは、多数の挿入サイクルを必要とする用途のために、強固な磨耗表面を提供する。相互接続子ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）デバイスに使用されたとき、フレキシブル回路インターポーザは、球形ボールからエラストマに最適に負荷を移すための手段（適切な形と大きさに作られたパッド）を提供する。柔軟物のまたは材料上の対向するパッド表面は、相互接続を最適にするために大きさを合わせてめっきされる。たとえば、ＢＧＡ側に面しているパッドは、半田めっき可能である。別の例では、デバイスに面しているパッドは、デバイスと基板との間の許容誤差のミスマッチの問題をより良く調整するために、デバイスパッドよりも小さくすることができる。フレキシブル回路インターポーザのデバイス側上のパッドは、銀めっきニッケル粒子またはめっきされたダイアモンド片のようなその上に形成された凹凸を有することができる。これらはパッド上のいかなる酸化物または破片を通してでもかみ合い、電気的相互接続の質を向上するであろう。

他の好ましい実施形態では、エラストマのいずれかの表面は、図８とともに上述した同一のインターフェースパッド構造で直接めっき可能である。図１１を参照されたい。ここで、パッド５８は材料４０ｂの上に直接めっきされ、回路６０を相互接続しているパッドを含むことができる。接点５８は、上述したフレキシブル回路によって提供される多数の同一機能を備えている。これらのパッドは、多数の挿入サイクルを必要とする用途のために強い耐磨耗表面を備えている。

本発明の実施形態は、エラストマ導電性材料を特異なフレキシブル回路と組合わせて、低いインダクタンスを有する回路でかつＢＧＡパッケージ上の半田ボールの先端領域を損傷しない回路となる。この発明概念は、極めて低いインダクタンスを有し、しかも半田ボール面の完全状態を維持するので特異的である。

図９は、半田ボールの１つの列の中央線を通る断面図である。この図面は、本発明の設計の実施形態を実証するものである。この設計は、特有のフレキシブル回路を材料と組合わせて、ＢＧＡの先端、ランドまたはピンの端部または先端部を保護する低インダクタンスの相互接続システムを作製する。

図１０は、本発明の特有の柔軟物／材料相互接続子を使用して基板に相互接続された単一の半田ボールの拡大図を示している。フレキシブル回路、異なる上下構造を有するめっきされた貫通孔を内蔵する。先端側（半田ボールに面している側）は、孔内でボールが「座る」ことを可能にする完成孔寸法を有している。完成された孔は、好ましくは、ボールの中心とめっきされた貫通孔に対する接点との間で作られる三角形が約９０度の角度を作るような大きさに作られる。孔の底側は、材料と最大の接触を与える中実領域である。フレキシブル回路は、ボールを保護するとともに、相互接続中、こすりつける。それはまた、多数の再使用サイクルを許容する摩耗部材として機能する。それまた、デバイスの平面性欠如とボール直径の許容偏差変動とに対する限られた補償を与える。この補償は、一般に、入手可能なＢＧＡデバイスの広範な範囲には不充分である。ほとんどの動的範囲は、動的範囲の数ミルを相互接続子に加える材料によって提供される。

フレキシブル回路は、一方の側に積層された銅を有する高分子フレキシブル回路からなる基材から作製される。銅のない側からポリマを貫いて孔を形成するためにレーザが使用される。柔軟材料（電気絶縁性ポリイミド材料）を貫通するためにレーザは調節される。従来の、めっき、プリントおよびエッチング技術が、パッドを形成し、上面層および底面層を相互接続するために使用される。レーザであけられ、めっきされた孔の組み合わせは、所望の完成された孔の大きさをもたらす。

図９および図１０は、そのような形状のものを示す。他の形状は、次のとおりである。すなわち、
１．フレキシブル回路の担体としての電気絶縁性ポリイミド材料の代わりに、本発明ではシリコンのようなより柔軟な材料を使用することができる。この変形例で、金めっきパッドに、半田ボールのアライメントに役立つ程度の動きを与えることができる。

２．半田ボールに接触するパターンは円形状に示されている。別の相互接続幾何学を容易にするために、またはより小さな接続部を備えるように、ひし形または正方形のような他の形状が意図される。レーザの使用によっていかなる形状の孔を作ることが可能となる。

３．ここに示されているものは、２つの異なる部品としての柔軟物と材料とである。材料は、フレキシブル回路の上に直接成形することができる。

図１２の台１６ｃは、高透磁率材料を含む区域６４の配列６２を、デバイス接点と同一のグリッド上に組込むことができる。区域６４は、導電性粒子カラム密度が相互接続子の近傍で最大となり、接点間の空間では最小となるように、材料が硬化されている間、材料中に磁場の焦点を合わせる。このことは、接点の導電性と、近接する接点の間の絶縁抵抗とを同時に高める。

材料を引っ張るための２つのさらなる方法および装置である、固定引っ張りフレームおよび可変引っ張りフレームは、本発明の実施の他の形態を含む。この開示に基づく他の方法および装置は、当業者にとって明らかになるであろう。

図１３は、固定引っ張りフレームに取り付ける前の材料のクーポン８０(調製されたシート)を示す。クーポンは、定められたパターンで周囲に形成されたパンチ孔の配列を有している。図１４は、クーポン８０が装着されるピン８４の配列を有する装着フレーム８２を示す。クーポン８０内の孔とフレーム８２上のピン８４との間の関係は、クーポンがフレームに装着されるときに略均一な放射状の張力でクーポンを設置するようにすることである。ピンと孔との間の関係は、所望の張力をクーポンに進展させるように確立される。張力下にあるクーポンの使用可能領域は、図１３の破線で示されている。

一旦クーポンが引っ張られると、図１５の剛体フレーム８６は、機械的または接着手段によってクーポンの活性領域に結合される。引っ張りフレームとクーポンとの大きさは、１または複数の剛体フレームを収容するようにすることができることに注目すべきである。一旦剛体フレームがクーポンに結合されると、剛体フレームおよび関連する材料は、剛体フレームによって保持されている、材料中の張力を有するクーポンから取り外すことができる。図１５は、取り外し前の、引っ張られたクーポン８０に結合された単一の剛体フレーム８６を示す。この実施例において、剛体フレームは、デバイスと基板との間のアライメント媒体として機能する。

図１６に示すように、材料が取り付けられたアライメントフレーム８６を含むアセンブリ９０は、電子デバイス９２をプリント回路基板９４に電気的に接続するために使用される。電子デバイスの位置合わせは、アライメントフレームの内部切り抜き部または他の特徴（図示せず）によって達成され、アライメントピン９６によってプリント回路基板に移される。

上記は、材料に一定の均一な引っ張りを付与する装置を説明するものである。以下に、材料に各種レベルの均一な引っ張りを付与するために使用される装置について記載する。図１７は、可変引っ張りフレーム取り付け具１００の平面図である。溝１０２は、作動ピンを放射状に動かすガイドとして働く。溝１０２は、取り付け具１００の中心から放射状に位置合わせされている。このアプローチは、材料クーポンに連続的な略均一な放射状の引っ張りを与える。

図１８および図１９は、材料クーポンを引っ張るための取り付け具１００を使用するアセンブリ１２０の側面図である。これらの図は、初期位置と材料引っ張り位置とにおけるアセンブリ１２０をそれぞれ示す。上部板１１０と底部板１０６との間の空間は、スペーサ（図示せず）によって固定される。摺動作動板１００は、上部板および底部板間で自由に上下に動くが、上部板１１０に平行に維持するための手段（図示せず）によって制限されている。ピン１０８のようなピンの配列は、各ピン１０８がアセンブリの中心軸に関して旋回できるように角変位可能に底部板に装着されているが、底部板１０６で放射状に固定されている。これらのピン１０８は、作動板１００の溝１０２を通っている。ピン１０８は、わずかに斜めになっているので、作動板１００は、その最上位置（図１８）からその最低位置（図１９）に下げられ、ピン１０８は作動板１００によって上部板の溝１０２の内側端部から溝１０２の外側端部に向かって駆動される。（たとえば板１００または板１１０上の）ピンに装着されたクーポン（図示せず）は、作動板の最終位置に基づく程度まで放射状に引っ張られるであろう。引っ張りの度合いと摺動作動板の位置との間の直接的な関係は決めることができ、このことが、定められた板の垂直運動に関する定められた引っ張り量を許容する。

固定引っ張りフレームを用いる場合、適切に位置付けられた孔を有する材料クーポンは、ピンに装着される。これは最上位置で作動板を使用してなされ、このことによって、クーポンに張力をほとんどかからないか全くかけないでクーポンを取り付けることができる。次いで、作動板は下げられ、均一に放射状にクーポンを引っ張る。次いで、剛体フレームは、材料クーポンを張力がかかった状態で保持するために、上述したように、シートに結合される。

他の実施形態は、当業者に着想され、特許請求の範囲内にある。たとえば、材料の張力は、放射状である必要はない。それは、所望の結果を達成するために、材料のいずれかの１次元または２次元であることができる。

シートが横方向の張力を受けており、導電性カラムの高さに対してエラストママトリックスの垂直の収縮を引き起こしている、本発明のエラストマシート導電体ＡＣＥの実施の一形態の部分断面図である。 本発明に関するフレーム上で引っ張られるべきＡＣＥシートの実施の一形態の平面図である。 応力緩和溝を有する同一のシートを示す。 ＡＣＥシートを引っ張るために使用される装置を示す。 本発明の実施形態での使用のためのＡＣＥ成形板の斜視図である。 図４Ａの成形板内に置かれる、本発明の実施形態のためのアライメントフレームを示す。 図４Ｂのアセンブリ上に広げられている未硬化ＡＣＥ材料を大略的に示す。 成形板の所定場所で本発明の実施形態に使用される別のアライメントフレームを示す。 該フレームの一部の詳細を拡大して示す。 フレーム上に、成形硬化したＡＣＥ材料を有する図５Ａのフレームを示す。 本発明の実施形態のための成形板のための中央台の実施の他の形態を示す。 その成形板の一部の詳細を拡大して示す。 ＡＣＥを流し込む前の、本実施形態のためのフレーム上のスペーサ構造の使用を示す。 アセンブリにフレキシブル回路が使用されている、本発明の実施のさらに他の形態を示す。 アセンブリにフレキシブル回路が使用されている、本発明の実施のさらに他の形態を示す。 アセンブリにフレキシブル回路が使用されている、本発明の実施のさらに他の形態を示す。 アセンブリにフレキシブル回路が使用されている、本発明の実施のさらに他の形態を示す。 フレキシブル回路相互接続子を使用して本発明のＡＣＥに相互接続されたＢＧＡパッケージの断面図を示す。 図９のパッケージの１つのボールの拡大断面図を示す。 接点が直接ＡＣＥ上に設置されている、図８〜図１０のフレキシブル回路の他の例を示す。 設置されたＡＣＥ表面の一部の詳細を拡大して示す。 高透磁率材料区域の配列が使用されている、本発明のための成形板の中央台の他の例を示す。 図１２Ａの配列の一部の詳細を拡大して示す。 本発明の実施の他の形態のための、固定引っ張りフレームＡＣＥクーポンの平面図である。 図１３のクーポンのための引っ張りフレームを示す。 図１４のフレーム上に設置され、クーポンに取り付けられた剛体アライメントフレームを有する、図１３のクーポンのアセンブリを示す。 図１５からのアライメントフレーム内で予め応力をかけられたＡＣＥを使用するアセンブリの分解図を示す。 ＡＣＥクーポンに、可変であるが均一な応力を予めかけるためのフレームの平面図を示す。 ＡＣＥクーポンを搭載した図１７のフレームを大略的に示す側面図である。 ＡＣＥクーポンを均一に引っ張るために使用中の図１５のアセンブリの図である。

Claims (51)

1. 導電性エラストマシート材料を有する相互接続部品であって、
   孔を規定するフレームと、
   フレームに連結され、張力下でフレーム孔を埋める異方性導電性エラストマ材料であって、該材料がその厚みを貫き一連の間隔を置いて配置された導電性カラムを規定する異方性導電性エラストマ材料とを含むことを特徴とする相互接続部品。
2. 前記材料がフレームに一体的に連結していることを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
3. 一体的な連結が、材料が保持されているフレーム中の１またはそれ以上の孔で強化されていることを特徴とする請求項２記載の相互接続部品。
4. フレームが環状であり、孔がフレームの少なくとも２つの対向する辺に沿ってあることを特徴とする請求項３記載の相互接続部品。
5. フレームが略長方形であり、孔がフレームの全ての４つの辺に沿ってあることを特徴とする、請求項４記載の相互接続部品。
6. 相互接続部品とデバイスとの間の整合維持を助長するために、材料中にあり、フレームと接触している、１またはそれ以上の突起をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
7. 材料中の導電性カラムが材料の少なくとも１つの面から突出していることを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
8. 少なくともいくつかの導電性カラムの近傍で、材料が１またはそれ以上の窪みを規定することを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
9. フレームの１またはそれ以上の部分と材料との間に１またはそれ以上のスペーサをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
10. 材料へのデバイスの相互接続を強化するために、材料と電気的に接触しているフレキシブル回路相互接続子をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
11. フレキシブル回路相互接続子が少なくとも１つの側にパッドを有することを特徴とする請求項１０記載の相互接続部品。
12. 接続構造を孔に据えるために、少なくともいくつかのパッドが、接続構造の直径よりも小さい直径を有する導電性孔を規定することを特徴とする請求項１１記載の相互接続部品。
13. 接続構造がボールグリッドアレイのボールを含むことを特徴とする請求項１２記載の相互接続部品。
14. 材料表面上でかつ導電性カラムと電気的に接触している一連の電気的相互接続子をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
15. 一体的導電性エラストマシート材料を有する相互連結部品を形成する方法であって、
    構造物を設け、
    未硬化の異方性導電性エラストマを構造物上に流し込み、
    磁場の存在下で材料を硬化させて、材料を構造物に一体的に連結し、材料の厚みを貫通する一連の間隔をあけて配置された導電性カラムを作ることを特徴とする方法。
16. 構造物が孔を規定するフレームを含み、成形材料が孔を埋め、フレームは材料よりも低い熱膨張係数を有して、材料は張力がかかった状態で保持されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 中央台を有する環状キャビティを規定する成形板を設け、未硬化材料を流し込む前にフレームをキャビティ内に設置することをさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 材料が保持される構造物内に１またはそれ以上の孔を設けることを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
19. フレームが環状であり、孔がフレームの少なくとも２つの対向する辺に沿ってあることを特徴とする請求項１６記載の方法。
20. フレームが略長方形であり、孔が全ての４つの辺に沿ってあることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 相互接続部品とデバイスとの間の整合維持を助長するために、材料中にあり、フレームと接触している、１またはそれ以上の突起をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
22. 材料が構造物中で張力がかかっていることを特徴とする請求項１５記載の方法。
23. 材料中の導電性カラムが材料の少なくとも１つの面から突出していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
24. 突起が、材料の成形温度で液体である材料で作られ、構造物と未硬化材料との間に置かれていることを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 少なくともいくつかの導電性カラムの近傍で、材料が１またはそれ以上の窪みを規定することを特徴とする請求項１５記載の方法。
26. 構造物の１またはそれ以上の部分と材料との間に１またはそれ以上のスペーサ部材をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
27. 材料へのデバイスの相互接続を強化するために、材料と電気的に接触するフレキシブル回路相互接続子をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
28. 材料表面上で、かつ導電性カラムと電気的に接触する一連の電気的相互接続子をさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
29. 粒子のカラムが電気的相互接続の領域内に優先的に位置するように、磁場に焦点をあわすための中央台内に高透磁率領域の配列を設けることを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
30. 中央台が、フレーム孔を埋めている材料の部分で成形された特徴を創り出すために１またはそれ以上の道具としての特徴を規定することを特徴とする請求項１７記載の方法。
31. 導電性エラストマシート材料を有する相互接続部品を形成する方法であって、
    孔を規定する構造物を設け、
    異方性導電性エラストマ材料を張力のかかった状態で設置し、
    材料に張力がかかった状態にある間、材料をフレームに連結して、材料で孔を埋めることを特徴とする方法。
32. 設置工程は、材料を引っ張ることを含むことを特徴とする請求項３１記載の方法。
33. 材料を引っ張ることが、略均一な放射状の張力を与えることを含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
34. 設置工程が、材料を張力がかかった状態で保持する装着フレームを設けることを含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
35. 装着フレームが、材料を多数の別個の位置で材料を保持する一連の機械的構造を含むことを特徴とする請求項３４記載の方法。
36. 設置工程が、材料に可変の引っ張りを与える可変引っ張りフレームアセンブリを設けることを含むことを特徴とする請求項３２記載の方法。
37. 直交する方向に引っ張ることを特徴とする請求項３２記載の方法。
38. エラストママトリックスが、その端に沿って１またはそれ以上の位置で引くことによって引っ張られることを特徴とする請求項３２記載の方法。
39. 対向する相対的に移動可能な部分を有するデバイスが、エラストママトリックスを引っ張るために使用されることを特徴とする請求項３８記載の方法。
40. エラストママトリックスの周囲に間隔をあけた少なくとも２つの位置で、対向する相対的に移動可能な部分を有するデバイスにエラストママトリックスを連結することを特徴とする請求項３９記載の方法。
41. エラストママトリックスが、２セットの対向する端部規定する略＋形状を有しており、各端部がデバイスの対向する移動可能な部分に連結されていることを特徴とする請求項４０記載の方法。
42. エラストママトリックスが、デバイスの対向する移動可能な部分の相対的な動きによって引っ張られることを特徴とする請求項４１記載の方法。
43. 導電性エラストマシート材料を有する相互接続部品であって、
    孔を規定するフレームと、
    フレームに連結され、フレーム孔を埋めている異方性導電性エラストマ材料であって、その厚みを貫き一連の間隔をあけて配置された導電性カラムを規定する材料と、
    デバイスに対する相互接続を強化するために、材料に電気的に接触しているフレキシブル回路相互接続子とを含むことを特徴とする相互接続部品。
44. フレキシブル回路相互接続子が、少なくとも１つの側の上にパッドを有していることを特徴とする請求項４３記載の相互接続部品。
45. 接続構造を孔に据えるために、少なくともいくつかのパッドが、接続構造の直径よりも小さい直径を有する導電性孔を規定することを特徴とする請求項４４記載の相互接続部品。
46. 接続構造がボールグリッドアレイのボールを含むことを特徴とする請求項４５記載の相互接続部品。
47. 材料が、指で打ったときに聞き取り可能な音を出すように充分に張力がかかった状態にあることを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
48. 部品の作動の全範囲にわたって材料に張力がかかった状態であることを特徴とする請求項１記載の相互接続部品。
49. 構造物がプリント回路基板を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
50. 構造物が担持シートを含み、材料を張力がかかった状態で第２の構造物に移すために、担持シート上で材料に張力がかかっている間に硬化材料上に第２の構造物を固定することをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
51. 第２の構造物が、張力下で材料によって埋められた孔を規定するフレームを含むことを特徴とする請求項５０記載の方法。

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