JP4215468B2 - 電気コネクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板や半導体パッケージ等からなる各種の電気電子部品を電気的に接続する電気コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気コネクタは、例えばＵＳ６，３４８，６５９Ｂ１に開示されているように、回路基板と半導体パッケージとの間に介在する絶縁基板と、この絶縁基板に並べて貫通支持され、回路基板と半導体パッケージの電極に接触する複数の導電接点素子とから構成されている。各導電接点素子は、上記公報に開示されているように、導電ゴムを用いて円錐台形、樽形、円柱形、断面略八角形等に成形されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、消費電力や発熱量の大きい半導体素子を使用する場合には、何らかの放熱部材を設けなければ、半導体素子の性能に悪影響を及ぼすこととなる。特に、半導体パッケージの半導体素子が発熱し、７０℃を超えて使用されるときには、半導体素子が誤動作したり、故障するおそれがある。
そこで、従来においては、半導体素子にヒートシンクを直接取り付けたり、ヒートシンクに空気を送風して冷却するようにしている。
【０００４】
しかしながら、半導体素子は、近年さらに高性能化して発熱量がますます増大する傾向にあり、中には消費電力が１０Ｗを超えるタイプも出現してきている。これに対処するには、ヒートシンクを大型化せざるを得ず、その分大きなスペースを確保しなければならないことになる。また、ヒートシンクに対する送風量を増やすと、電子機器の消費電力の増大を招くおそれが少なくない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、ヒートシンクを大型化する必要がなく、電子機器の消費電力を抑制することのできる電気コネクタを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記課題を解決するため、相対向する回路基板と表面実装型の半導体パッケージとを電気的に接続するものであって、
回路基板と半導体パッケージとの間に介在するポリイミド製の絶縁基板と、この絶縁基板に貫通支持されて回路基板と半導体パッケージの電極に接触する複数の導電接点素子とを含み、各導電接点素子を、絶縁性エラストマー１００質量部に粒状の銀粉末４１０〜５９０質量部が配合された導電性エラストマーにより成形するとともに、各導電接点素子の熱伝導率を２．６Ｗ／ｍ・℃あるいは３．１Ｗ／ｍ・℃とし、
各導電接点素子を、絶縁基板からそれぞれ露出する一対の錐台と、この一対の錐台間を接続して絶縁基板の貫通孔を貫通する貫通接続部とから一体形成し、一対の錐台間の長さを０．５〜２．２ｍｍとし、各錐台の拡幅部の幅を０．３〜０．８ｍｍとし、各錐台の縮幅部の幅を０．２〜０．６ｍｍとし、かつこの縮幅部の端部周縁を角張らせ、貫通接続部の幅を０．２〜０．６ｍｍとしたことを特徴としている。
【０００８】
ここで特許請求の範囲における回路基板には、プリント配線板、フレキシブル基板、検査基板等が含まれ、半導体パッケージには、ＢＧＡやＬＧＡ等が含まれる。導電接点素子は、円錐台形、角錐台形、多角形の錐台形、樽形、円柱形、断面略六角形、断面略八角形、断面略小判形等に適宜形成される。また、絶縁基板は、可撓性の有無を特に問うものではない。
【０００９】
本発明によれば、複数の電気接合物の間に電気コネクタを配置してその導電接点素子を電気接合物にそれぞれ電気的に接続し、導電接点素子を圧縮すれば、複数の電気接合物を電気コネクタを介して電気的に接続することができる。熱伝導率の良い導電接点素子がコネクタ機能と放熱機能とを発揮するので、一の電気接合物の熱を他の電気接合物側に伝熱することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、絶縁基板に単数複数の導電接点素子を支持させるので、導電接点素子の姿勢の安定や位置決めの容易化等を図ることができる。また、導電接点素子を構成する一対の錐台間の長さが０．５〜２．２ｍｍの範囲なので、少なくとも低抵抗を得ることができる。また、錐台の拡幅部の幅が０．３〜０．８ｍｍの範囲なので、少なくとも狭ピッチを得ることができる。さらに、縮幅部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、最低限抵抗を低く安定させることが可能になる。さらにまた、貫通接続部２５の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、低抵抗化が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における電気コネクタは、図１ないし図３に示すように、回路基板１と半導体パッケージ１０との間に介在する絶縁基板２０と、この絶縁基板２０に並べて貫通支持され、回路基板１と半導体パッケージ１０の電極２・１１に接触する複数の導電接点素子２２とを備え、各導電接点素子２２を導電性エラストマー３０により形成してその熱伝導率を１．５〜３．５Ｗ／ｍ・℃とするようにしている。
【００１２】
回路基板１は、例えば積層板からなる絶縁基板を備え、この絶縁基板の内外に、導電性を有する複数の配線パターンや電極２が適宜形成される。また、半導体パッケージ１０としては、図１に示すように、例えば下面に複数の電極１１が格子形に配列された表面実装用エリアアレイ型のＬＧＡが使用される。
【００１３】
絶縁基板２０は、図２に示すように、所定の材料を使用して可撓性の平面矩形に形成され、ＸＹの厚さ方向に複数の貫通孔２１が所定の間隔で規則的に配列穿孔される。この絶縁基板２０の材料としては、ポリイミド、ガラスエポキシ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＩ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、液晶ポリマー等があげられる。これらの中でも、熱膨張係数が小さく、耐熱性に優れるポリイミドが最適である。
【００１４】
各導電接点素子２２は、図２や図３に示すように、導電性エラストマー３０を使用して断面略八角形の縦長に形成され、上下の端部周縁の丸みが除去されており、絶縁基板２０の貫通孔２１に一体的に設けられる。導電性エラストマー３０は、所定の絶縁性エラストマーに導電粒子が配合された導電性組成物からなる。絶縁性エラストマーとしては、硬化前に流動性を有し、硬化により架橋構造を有する各種のエラストマー(常温付近でゴム状弾性を有するものの総称)が使用される。
【００１５】
具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ポリエステル系ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム、天然ゴム等があげられる。また、これらの独立・連泡の発泡体等も該当する。これらの中でも、電気絶縁性、耐熱性、圧縮永久歪み、加工性等に優れるシリコーンゴムが最適である。
【００１６】
導電粒子としては、粒状あるいはフレーク状のタイプがあげられる。具体的には、金、銀、銅、プラチナ、パラジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属単体、あるいはこれらの合金からなる粒子の他、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、これらの焼成品、カーボン、セラミックス、シリカ等の無機材料を核として表面が上記金属によりメッキ、蒸着、スパッタ等の方法で被覆された粒子があげられる。
【００１７】
導電粒子は、粒状あるいはフレーク状のものを単体で、あるいは混合して使用することが可能である。この導電粒子は、抵抗やコストの観点から、粒状の銀粒子を、絶縁性エラストマー材料１００質量部に対して４１０〜５９０質量部の範囲で配合するのが好ましい。また、熱伝導率を向上させるため、補助的にアルミナ(酸化アルミ)粉末や酸化チタン粉末を添加することができる。
【００１８】
各導電接点素子２２は、図３に示すように、絶縁基板２０の表裏両面からそれぞれ突出する一対の円錐台２３と、この一対の円錐台２３間を接続して絶縁基板２０の貫通孔２１を貫通する円柱形の貫通接続部２４とから一体形成される。上下一対の円錐台２３間の長さである高さ２３Ｈは、０．５〜２．２ｍｍの範囲、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍの範囲が良い。これは、かかる範囲から逸脱すると、低抵抗を得ることができなくなるおそれがあり、又圧縮許容範囲を考慮したものである。
【００１９】
各円錐台２３は、その拡径部の径２３Ａ(幅)が０．３〜０．８ｍｍの範囲、より好ましくは０．７ｍｍが最適であり、平坦な縮径部の径２３Ｍ(幅)が０．２〜０．６ｍｍの範囲、好ましくは０．５ｍｍが良い。拡径部の径２３Ａが０．３〜０．８ｍｍの範囲なのは、この範囲から外れると、狭ピッチを得られなくなるからであり、又絶縁基板２０や導電接点素子２２の接合強度を考慮したものである。また、縮径部の径２３Ｍが０．２〜０．６ｍｍの範囲なのは、この範囲ならば、抵抗を低く安定させ、狭ピッチを確保することができるという理由に基づく。また、貫通孔２１の径、換言すれば、貫通接続部２４の径２４Ａ(幅)は、０．２〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍが良い。これは、低抵抗化や絶縁基板２０と導電接点素子２２の接合強度を考慮したものである。
【００２０】
さらに、各導電接点素子２２の熱伝導率は１．５〜３．５Ｗ／ｍ・℃の範囲が好ましい。これは、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・℃未満の場合には、熱伝導性が十分ではないので、半導体素子が７０℃以上に発熱することがあり、半導体素子が誤動作したり、故障するおそれがあるからである。逆に、熱伝導率が３．５Ｗ／ｍ・℃を超える場合には、熱伝導性には問題がないものの、導電粒子を高充填しなければならないので、導電性組成物の可塑度が上昇し、加工性が悪化するからである。また、硬化物の硬度が高くなって荷重が増大したり、導電粒子の高充填に伴い、コストアップを招くからである。
【００２１】
このような電気コネクタを製造する場合には、先ず、絶縁基板２０に複数の貫通孔２１を穿孔し、この絶縁基板２０上に導電性シリコーンゴムからなる導電性エラストマー３０を重ねて金型３１にセットする(図４参照)。こうして準備が完了したら、金型３１を型締めして加圧加熱成形(図５参照)し、絶縁基板２０と導電接点素子２２とが一体化した電気コネクタを製造し、その後、金型３１を型開きすれば、電気コネクタを取り出して使用することができる(図６参照)。
【００２２】
上記構成において、回路基板１と半導体パッケージ１０との間に電気コネクタを介在してその複数の導電接点素子２２における上下両端部を回路基板１と半導体パッケージ１０の電極２・１１にそれぞれ導通可能に弾接し、半導体パッケージ１０を圧下押圧して複数の導電接点素子２２を圧縮させれば、回路基板１と半導体パッケージ１０とを電気コネクタを介して電気的に導通接続することができる(図１参照)。
【００２３】
上記構成によれば、導電接点素子２２が電気コネクタ機能と放熱機能とを発揮するので、半導体パッケージ１０の熱を回路基板１側に伝熱することができる。したがって、ヒートシンクの大型化やヒートシンクに対する送風量の増加を図る必要が全くない。特に、２．５Ｗ以上の電力を消費する半導体素子の場合には、きわめて有意義である。また、導電接点素子２２の上下両端部の周縁が図３のように角張っているので、導電接点素子２２の端面面積の拡大に伴い電極接触部分が拡大し、半導体パッケージ１０と導電接点素子２２の接触面積が小さくなることがない。したがって、初期接続を安定させ、抵抗値の上昇を抑制することができる。さらに、導電接点素子２２を圧縮して接触面積を拡大する必要がないから、接続時に大きな荷重が必要になることがない。
【００２４】
次に、図７は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２をストレートで拡径の円柱形に成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明らかである。
【００２５】
次に、図８は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２をストレートで縮径の円柱形に成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明らかである。
【００２６】
次に、図９は本発明の第４の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円柱形に成形してその上下両端部をそれぞれ半球形に湾曲形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明白である。
【００２７】
次に、図１０は本発明の第５の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を略球形に形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の設計の自由度を大幅に向上させることができるのは明白である。
【００２８】
次に、図１１は本発明の第６の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円柱形に成形してその上下両端部をそれぞれ円錐台形に形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の設計の自由度を大幅に向上させることができる。
【００２９】
次に、図１２は本発明の第７の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円錐台形に成形してその周面を凹ませながら湾曲させるようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることが可能になる。
【００３０】
【実施例】
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２に示す電気コネクタをそれぞれ作製し、これらを図１３に示すように、回路基板と測定用熱電対を搭載したヒータの間に介在し、ヒータ表面温度を測定・評価した。
実施例１の電気コネクタ
電気コネクタを、厚さ０．１ｍｍのポリイミドからなる絶縁基板と、この絶縁基板に１ｍｍピッチで並べて貫通支持される１１５６個の導電接点素子(３４個×３４個)とから構成し、各導電接点素子を熱伝導率２．６Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物により成形した(図２参照)。
【００３１】
導電性シリコーンゴム組成物は、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末５００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合することにより調製した。この導電性シリコーンゴム組成物は厚み６ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工し、熱伝導率は京都電子工業株式会社製の測定装置〔商品名ＱＴＭ‐Ｄ３〕で測定した。また、各導電接点素子を形成する一対の円錐台間の高さを１．０ｍｍとし、円錐台の拡径部の径を０．７ｍｍとするとともに、縮径部の径を０．５ｍｍとし、貫通孔の径を０．５ｍｍとした(図１４参照)。
【００３２】
実施例２の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末５５０質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が３．１Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、３．１Ｗ／ｍ・℃という良好な熱伝導率を得ることができたが、粒状銀粉末の増加に伴い実施例１の電気コネクタに比べてゴムの硬度が上昇し、加工性の低下を招いた。
【００３３】
比較例１の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末４００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、１．４Ｗ／ｍ・℃という不十分な熱伝導率しか得ることができず、半導体パッケージの半導体素子が誤動作した。
【００３４】
比較例２の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末６００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が３．６Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、３．６Ｗ／ｍ・℃という良好な熱伝導率を得ることができたものの、導電性シリコーンゴム組成物の可塑度が必要以上に上昇し、加工性が悪化した。さらに、ゴム硬さ(ＪＩＳＫ６２５３：デュロメータ硬さ タイプＡ)が８０を越えてしまい、圧縮荷重が増大し、回路基板が損傷した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
実施例１の電気コネクタと比較例１の電気コネクタに関し、ヒータ表面温度を測定して図１５のグラフにまとめた。このグラフからも明らかなように、実施例１の電気コネクタを使用した場合には、ヒータ表面温度の温度上昇が少なく、良好な放熱効果を得ることができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ヒートシンクを大型化する必要がなく、しかも、電子機器の消費電力を抑制することができるという効果がある。
またこれ以外にも、絶縁基板がポリイミド製なので、熱膨張係数を小さくし、優れた耐熱性を得ることができる。また、絶縁基板に複数の導電接点素子を支持させるので、導電接点素子の姿勢の安定や位置決めの容易化等を図ることができる。また、各導電接点素子を、絶縁性エラストマー１００質量部に粒状の銀粉末４１０〜５９０質量部が配合された導電性エラストマーにより成形するので、抵抗やコストの観点から有益である。また、導電接点素子を構成する一対の錐台間の長さが０．５〜２．２ｍｍの範囲なので、少なくとも低抵抗を得ることができる。
また、錐台の拡幅部の幅が０．３〜０．８ｍｍの範囲なので、少なくとも狭ピッチを得ることができる。また、縮幅部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、最低限抵抗を低く安定させることが可能になる。また、縮幅部の端部周縁が角張っているので、導電接点素子の端面面積の拡大に伴い電極接触部分が拡大し、半導体パッケージと導電接点素子の接触面積が小さくなることが少ない。したがって、初期接続を安定させ、抵抗値の上昇を抑制することが可能になる。さらに、貫通接続部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、低抵抗化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係る電気コネクタの実施形態における導電接点素子を示す模式断面説明図である。
【図４】本発明に係る電気コネクタの実施形態における絶縁基板に貫通孔を設け、絶縁基板上に導電エラストマーを重ねて金型にセットした状態を示す模式断面説明図である。
【図５】図４の金型を型締めして成形する状態を示す模式断面説明図である。
【図６】図５の金型を型開きして電気コネクタを取り出す状態を示す模式断面説明図である。
【図７】本発明に係る電気コネクタの第２の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図８】本発明に係る電気コネクタの第３の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図９】本発明に係る電気コネクタの第４の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１０】本発明に係る電気コネクタの第５の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１１】本発明に係る電気コネクタの第６の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１２】本発明に係る電気コネクタの第７の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１３】本発明に係る電気コネクタの実施例を示す全体説明図である。
【図１４】図１３の電気コネクタの導電接点素子を示す模式断面説明図である。
【図１５】本発明に係る電気コネクタの実施例におけるヒータ表面温度と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 回路基板（電気接合物）
１０ 半導体パッケージ（電気接合物）
２０ 絶縁基板
２１ 貫通孔
２２ 導電接点素子
２３ 円錐台(錐台)
２３Ａ 円錐台の拡径部の径(錐台の拡幅部の幅)
２３Ｈ 一対の円錐台間の高さ(一対の錐台間の長さ)
２３Ｍ 円錐台の縮径部の径(錐台の縮幅部の幅)
２４ 貫通接続部
２４Ａ 貫通接続部の径(貫通接続部の幅)
３０ 導電性エラストマー
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板や半導体パッケージ等からなる各種の電気電子部品を電気的に接続する電気コネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気コネクタは、例えばＵＳ６，３４８，６５９Ｂ１に開示されているように、回路基板と半導体パッケージとの間に介在する絶縁基板と、この絶縁基板に並べて貫通支持され、回路基板と半導体パッケージの電極に接触する複数の導電接点素子とから構成されている。各導電接点素子は、上記公報に開示されているように、導電ゴムを用いて円錐台形、樽形、円柱形、断面略八角形等に成形されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、消費電力や発熱量の大きい半導体素子を使用する場合には、何らかの放熱部材を設けなければ、半導体素子の性能に悪影響を及ぼすこととなる。特に、半導体パッケージの半導体素子が発熱し、７０℃を超えて使用されるときには、半導体素子が誤動作したり、故障するおそれがある。
そこで、従来においては、半導体素子にヒートシンクを直接取り付けたり、ヒートシンクに空気を送風して冷却するようにしている。
【０００４】
しかしながら、半導体素子は、近年さらに高性能化して発熱量がますます増大する傾向にあり、中には消費電力が１０Ｗを超えるタイプも出現してきている。これに対処するには、ヒートシンクを大型化せざるを得ず、その分大きなスペースを確保しなければならないことになる。また、ヒートシンクに対する送風量を増やすと、電子機器の消費電力の増大を招くおそれが少なくない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、ヒートシンクを大型化する必要がなく、電子機器の消費電力を抑制することのできる電気コネクタを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記課題を解決するため、相対向する回路基板と表面実装型の半導体パッケージとを電気的に接続するものであって、
回路基板と半導体パッケージとの間に介在するポリイミド製の絶縁基板と、この絶縁基板に貫通支持されて回路基板と半導体パッケージの電極に接触する複数の導電接点素子とを含み、各導電接点素子を、絶縁性エラストマー１００質量部に粒状の銀粉末４１０〜５９０質量部が配合された導電性エラストマーにより成形するとともに、各導電接点素子の熱伝導率を２．６Ｗ／ｍ・℃あるいは３．１Ｗ／ｍ・℃とし、
各導電接点素子を、絶縁基板からそれぞれ露出する一対の錐台と、この一対の錐台間を接続して絶縁基板の貫通孔を貫通する貫通接続部とから一体形成し、一対の錐台間の長さを０．５〜２．２ｍｍとし、各錐台の拡幅部の幅を０．３〜０．８ｍｍとし、各錐台の縮幅部の幅を０．２〜０．６ｍｍとし、かつこの縮幅部の端部周縁を角張らせ、貫通接続部の幅を０．２〜０．６ｍｍとしたことを特徴としている。
【０００８】
ここで特許請求の範囲における回路基板には、プリント配線板、フレキシブル基板、検査基板等が含まれ、半導体パッケージには、ＢＧＡやＬＧＡ等が含まれる。導電接点素子は、円錐台形、角錐台形、多角形の錐台形、樽形、円柱形、断面略六角形、断面略八角形、断面略小判形等に適宜形成される。また、絶縁基板は、可撓性の有無を特に問うものではない。
【０００９】
本発明によれば、複数の電気接合物の間に電気コネクタを配置してその導電接点素子を電気接合物にそれぞれ電気的に接続し、導電接点素子を圧縮すれば、複数の電気接合物を電気コネクタを介して電気的に接続することができる。熱伝導率の良い導電接点素子がコネクタ機能と放熱機能とを発揮するので、一の電気接合物の熱を他の電気接合物側に伝熱することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、絶縁基板に単数複数の導電接点素子を支持させるので、導電接点素子の姿勢の安定や位置決めの容易化等を図ることができる。また、導電接点素子を構成する一対の錐台間の長さが０．５〜２．２ｍｍの範囲なので、少なくとも低抵抗を得ることができる。また、錐台の拡幅部の幅が０．３〜０．８ｍｍの範囲なので、少なくとも狭ピッチを得ることができる。さらに、縮幅部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、最低限抵抗を低く安定させることが可能になる。さらにまた、貫通接続部２５の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、低抵抗化が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における電気コネクタは、図１ないし図３に示すように、回路基板１と半導体パッケージ１０との間に介在する絶縁基板２０と、この絶縁基板２０に並べて貫通支持され、回路基板１と半導体パッケージ１０の電極２・１１に接触する複数の導電接点素子２２とを備え、各導電接点素子２２を導電性エラストマー３０により形成してその熱伝導率を１．５〜３．５Ｗ／ｍ・℃とするようにしている。
【００１２】
回路基板１は、例えば積層板からなる絶縁基板を備え、この絶縁基板の内外に、導電性を有する複数の配線パターンや電極２が適宜形成される。また、半導体パッケージ１０としては、図１に示すように、例えば下面に複数の電極１１が格子形に配列された表面実装用エリアアレイ型のＬＧＡが使用される。
【００１３】
絶縁基板２０は、図２に示すように、所定の材料を使用して可撓性の平面矩形に形成され、ＸＹの厚さ方向に複数の貫通孔２１が所定の間隔で規則的に配列穿孔される。この絶縁基板２０の材料としては、ポリイミド、ガラスエポキシ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＩ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、液晶ポリマー等があげられる。これらの中でも、熱膨張係数が小さく、耐熱性に優れるポリイミドが最適である。
【００１４】
各導電接点素子２２は、図２や図３に示すように、導電性エラストマー３０を使用して断面略八角形の縦長に形成され、上下の端部周縁の丸みが除去されており、絶縁基板２０の貫通孔２１に一体的に設けられる。導電性エラストマー３０は、所定の絶縁性エラストマーに導電粒子が配合された導電性組成物からなる。絶縁性エラストマーとしては、硬化前に流動性を有し、硬化により架橋構造を有する各種のエラストマー(常温付近でゴム状弾性を有するものの総称)が使用される。
【００１５】
具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ポリエステル系ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム、天然ゴム等があげられる。また、これらの独立・連泡の発泡体等も該当する。これらの中でも、電気絶縁性、耐熱性、圧縮永久歪み、加工性等に優れるシリコーンゴムが最適である。
【００１６】
導電粒子としては、粒状あるいはフレーク状のタイプがあげられる。具体的には、金、銀、銅、プラチナ、パラジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属単体、あるいはこれらの合金からなる粒子の他、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、これらの焼成品、カーボン、セラミックス、シリカ等の無機材料を核として表面が上記金属によりメッキ、蒸着、スパッタ等の方法で被覆された粒子があげられる。
【００１７】
導電粒子は、粒状あるいはフレーク状のものを単体で、あるいは混合して使用することが可能である。この導電粒子は、抵抗やコストの観点から、粒状の銀粒子を、絶縁性エラストマー材料１００質量部に対して４１０〜５９０質量部の範囲で配合するのが好ましい。また、熱伝導率を向上させるため、補助的にアルミナ(酸化アルミ)粉末や酸化チタン粉末を添加することができる。
【００１８】
各導電接点素子２２は、図３に示すように、絶縁基板２０の表裏両面からそれぞれ突出する一対の円錐台２３と、この一対の円錐台２３間を接続して絶縁基板２０の貫通孔２１を貫通する円柱形の貫通接続部２４とから一体形成される。上下一対の円錐台２３間の長さである高さ２３Ｈは、０．５〜２．２ｍｍの範囲、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍの範囲が良い。これは、かかる範囲から逸脱すると、低抵抗を得ることができなくなるおそれがあり、又圧縮許容範囲を考慮したものである。
【００１９】
各円錐台２３は、その拡径部の径２３Ａ(幅)が０．３〜０．８ｍｍの範囲、より好ましくは０．７ｍｍが最適であり、平坦な縮径部の径２３Ｍ(幅)が０．２〜０．６ｍｍの範囲、好ましくは０．５ｍｍが良い。拡径部の径２３Ａが０．３〜０．８ｍｍの範囲なのは、この範囲から外れると、狭ピッチを得られなくなるからであり、又絶縁基板２０や導電接点素子２２の接合強度を考慮したものである。また、縮径部の径２３Ｍが０．２〜０．６ｍｍの範囲なのは、この範囲ならば、抵抗を低く安定させ、狭ピッチを確保することができるという理由に基づく。また、貫通孔２１の径、換言すれば、貫通接続部２４の径２４Ａ(幅)は、０．２〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍが良い。これは、低抵抗化や絶縁基板２０と導電接点素子２２の接合強度を考慮したものである。
【００２０】
さらに、各導電接点素子２２の熱伝導率は１．５〜３．５Ｗ／ｍ・℃の範囲が好ましい。これは、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍ・℃未満の場合には、熱伝導性が十分ではないので、半導体素子が７０℃以上に発熱することがあり、半導体素子が誤動作したり、故障するおそれがあるからである。逆に、熱伝導率が３．５Ｗ／ｍ・℃を超える場合には、熱伝導性には問題がないものの、導電粒子を高充填しなければならないので、導電性組成物の可塑度が上昇し、加工性が悪化するからである。また、硬化物の硬度が高くなって荷重が増大したり、導電粒子の高充填に伴い、コストアップを招くからである。
【００２１】
このような電気コネクタを製造する場合には、先ず、絶縁基板２０に複数の貫通孔２１を穿孔し、この絶縁基板２０上に導電性シリコーンゴムからなる導電性エラストマー３０を重ねて金型３１にセットする(図４参照)。こうして準備が完了したら、金型３１を型締めして加圧加熱成形(図５参照)し、絶縁基板２０と導電接点素子２２とが一体化した電気コネクタを製造し、その後、金型３１を型開きすれば、電気コネクタを取り出して使用することができる(図６参照)。
【００２２】
上記構成において、回路基板１と半導体パッケージ１０との間に電気コネクタを介在してその複数の導電接点素子２２における上下両端部を回路基板１と半導体パッケージ１０の電極２・１１にそれぞれ導通可能に弾接し、半導体パッケージ１０を圧下押圧して複数の導電接点素子２２を圧縮させれば、回路基板１と半導体パッケージ１０とを電気コネクタを介して電気的に導通接続することができる(図１参照)。
【００２３】
上記構成によれば、導電接点素子２２が電気コネクタ機能と放熱機能とを発揮するので、半導体パッケージ１０の熱を回路基板１側に伝熱することができる。したがって、ヒートシンクの大型化やヒートシンクに対する送風量の増加を図る必要が全くない。特に、２．５Ｗ以上の電力を消費する半導体素子の場合には、きわめて有意義である。また、導電接点素子２２の上下両端部の周縁が図３のように角張っているので、導電接点素子２２の端面面積の拡大に伴い電極接触部分が拡大し、半導体パッケージ１０と導電接点素子２２の接触面積が小さくなることがない。したがって、初期接続を安定させ、抵抗値の上昇を抑制することができる。さらに、導電接点素子２２を圧縮して接触面積を拡大する必要がないから、接続時に大きな荷重が必要になることがない。
【００２４】
次に、図７は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２をストレートで拡径の円柱形に成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明らかである。
【００２５】
次に、図８は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２をストレートで縮径の円柱形に成形するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明らかである。
【００２６】
次に、図９は本発明の第４の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円柱形に成形してその上下両端部をそれぞれ半球形に湾曲形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることができるのは明白である。
【００２７】
次に、図１０は本発明の第５の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を略球形に形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の設計の自由度を大幅に向上させることができるのは明白である。
【００２８】
次に、図１１は本発明の第６の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円柱形に成形してその上下両端部をそれぞれ円錐台形に形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の設計の自由度を大幅に向上させることができる。
【００２９】
次に、図１２は本発明の第７の実施形態を示すもので、この場合には、各導電接点素子２２を基本的には円錐台形に成形してその周面を凹ませながら湾曲させるようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導電接点素子２２の形状の多様化を図ることが可能になる。
【００３０】
【実施例】
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２に示す電気コネクタをそれぞれ作製し、これらを図１３に示すように、回路基板と測定用熱電対を搭載したヒータの間に介在し、ヒータ表面温度を測定・評価した。
実施例１の電気コネクタ
電気コネクタを、厚さ０．１ｍｍのポリイミドからなる絶縁基板と、この絶縁基板に１ｍｍピッチで並べて貫通支持される１１５６個の導電接点素子(３４個×３４個)とから構成し、各導電接点素子を熱伝導率２．６Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物により成形した(図２参照)。
【００３１】
導電性シリコーンゴム組成物は、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末５００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合することにより調製した。この導電性シリコーンゴム組成物は厚み６ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工し、熱伝導率は京都電子工業株式会社製の測定装置〔商品名ＱＴＭ‐Ｄ３〕で測定した。また、各導電接点素子を形成する一対の円錐台間の高さを１．０ｍｍとし、円錐台の拡径部の径を０．７ｍｍとするとともに、縮径部の径を０．５ｍｍとし、貫通孔の径を０．５ｍｍとした(図１４参照)。
【００３２】
実施例２の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末５５０質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が３．１Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、３．１Ｗ／ｍ・℃という良好な熱伝導率を得ることができたが、粒状銀粉末の増加に伴い実施例１の電気コネクタに比べてゴムの硬度が上昇し、加工性の低下を招いた。
【００３３】
比較例１の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末４００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、１．４Ｗ／ｍ・℃という不十分な熱伝導率しか得ることができず、半導体パッケージの半導体素子が誤動作した。
【００３４】
比較例２の電気コネクタ
基本的には実施例１と同様だが、メチルビニルポリシロキサン１００質量部、及び粒状銀粉末６００質量部と、これらの混合物１００質量部に対してジクミルパーオキサイド０．５質量部配合して熱伝導率が３．６Ｗ／ｍ・℃の導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
本実施例の電気コネクタは、３．６Ｗ／ｍ・℃という良好な熱伝導率を得ることができたものの、導電性シリコーンゴム組成物の可塑度が必要以上に上昇し、加工性が悪化した。さらに、ゴム硬さ(ＪＩＳＫ６２５３：デュロメータ硬さ タイプＡ)が８０を越えてしまい、圧縮荷重が増大し、回路基板が損傷した。
【００３５】
【表１】
実施例１の電気コネクタと比較例１の電気コネクタに関し、ヒータ表面温度を測定して図１５のグラフにまとめた。このグラフからも明らかなように、実施例１の電気コネクタを使用した場合には、ヒータ表面温度の温度上昇が少なく、良好な放熱効果を得ることができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ヒートシンクを大型化する必要がなく、しかも、電子機器の消費電力を抑制することができるという効果がある。
またこれ以外にも、絶縁基板がポリイミド製なので、熱膨張係数を小さくし、優れた耐熱性を得ることができる。また、絶縁基板に複数の導電接点素子を支持させるので、導電接点素子の姿勢の安定や位置決めの容易化等を図ることができる。また、各導電接点素子を、絶縁性エラストマー１００質量部に粒状の銀粉末４１０〜５９０質量部が配合された導電性エラストマーにより成形するので、抵抗やコストの観点から有益である。また、導電接点素子を構成する一対の錐台間の長さが０．５〜２．２ｍｍの範囲なので、少なくとも低抵抗を得ることができる。
また、錐台の拡幅部の幅が０．３〜０．８ｍｍの範囲なので、少なくとも狭ピッチを得ることができる。また、縮幅部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、最低限抵抗を低く安定させることが可能になる。また、縮幅部の端部周縁が角張っているので、導電接点素子の端面面積の拡大に伴い電極接触部分が拡大し、半導体パッケージと導電接点素子の接触面積が小さくなることが少ない。したがって、初期接続を安定させ、抵抗値の上昇を抑制することが可能になる。さらに、貫通接続部の幅が０．２〜０．６ｍｍの範囲であるから、低抵抗化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係る電気コネクタの実施形態における導電接点素子を示す模式断面説明図である。
【図４】本発明に係る電気コネクタの実施形態における絶縁基板に貫通孔を設け、絶縁基板上に導電エラストマーを重ねて金型にセットした状態を示す模式断面説明図である。
【図５】図４の金型を型締めして成形する状態を示す模式断面説明図である。
【図６】図５の金型を型開きして電気コネクタを取り出す状態を示す模式断面説明図である。
【図７】本発明に係る電気コネクタの第２の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図８】本発明に係る電気コネクタの第３の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図９】本発明に係る電気コネクタの第４の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１０】本発明に係る電気コネクタの第５の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１１】本発明に係る電気コネクタの第６の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１２】本発明に係る電気コネクタの第７の実施形態を示す模式断面説明図である。
【図１３】本発明に係る電気コネクタの実施例を示す全体説明図である。
【図１４】図１３の電気コネクタの導電接点素子を示す模式断面説明図である。
【図１５】本発明に係る電気コネクタの実施例におけるヒータ表面温度と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 回路基板（電気接合物）
１０ 半導体パッケージ（電気接合物）
２０ 絶縁基板
２１ 貫通孔
２２ 導電接点素子
２３ 円錐台(錐台)
２３Ａ 円錐台の拡径部の径(錐台の拡幅部の幅)
２３Ｈ 一対の円錐台間の高さ(一対の錐台間の長さ)
２３Ｍ 円錐台の縮径部の径(錐台の縮幅部の幅)
２４ 貫通接続部
２４Ａ 貫通接続部の径(貫通接続部の幅)
３０ 導電性エラストマー
Claims (1)
- 相対向する回路基板と表面実装型の半導体パッケージとを電気的に接続する電気コネクタであって、
回路基板と半導体パッケージとの間に介在するポリイミド製の絶縁基板と、この絶縁基板に貫通支持されて回路基板と半導体パッケージの電極に接触する複数の導電接点素子とを含み、各導電接点素子を、絶縁性エラストマー１００質量部に粒状の銀粉末４１０〜５９０質量部が配合された導電性エラストマーにより成形するとともに、各導電接点素子の熱伝導率を２．６Ｗ／ｍ・℃あるいは３．１Ｗ／ｍ・℃とし、
各導電接点素子を、絶縁基板からそれぞれ露出する一対の錐台と、この一対の錐台間を接続して絶縁基板の貫通孔を貫通する貫通接続部とから一体形成し、一対の錐台間の長さを０．５〜２．２ｍｍとし、各錐台の拡幅部の幅を０．３〜０．８ｍｍとし、各錐台の縮幅部の幅を０．２〜０．６ｍｍとし、かつこの縮幅部の端部周縁を角張らせ、貫通接続部の幅を０．２〜０．６ｍｍとしたことを特徴とする電気コネクタ。
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