JP6120239B2 - 導電性ボール - Google Patents

Description

本発明は、耐熱性、電気特性等の優れた特性を発揮し得る貴金属等で密着性よく被覆され、電極間に介在してそれら電極間を通電させるコネクタとして使用し得る導電性ボールに関するものである。

従来、電気／電子機器の小型化に伴い、半導体装置等の電子部品を実装基板上に実装する際の実装密度を高めることが、重要になっている。この実装密度を高める手段の一つとして、従来のピン型ＩＣパッケージに代わって、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型ＩＣパッケージが開発されている。このＢＧＡ型ＩＣパッケージ１は、図５に示すように、半導体チップ２と、半導体チップ２を載せた樹脂基板４と、樹脂基板４の下面に設けられ、半導体チップ２とボンディングワイヤ６及び電極３を介して電気的に接続されたはんだボール７とを備えている。

従来のはんだボール７は、はんだ金属のみで形成されており、半導体チップ２及びボンディングワイヤ６は、封止樹脂８で封止される。そして、ＢＧＡ型ＩＣパッケージ１を実装基板９上に実装する際には、実装基板９の配線パターンのはんだランド９ａにＢＧＡ型ＩＣパッケージ１のはんだボール７を位置させ、そのはんだボール７を溶融、固化することにより、ＢＧＡ型ＩＣパッケージ１を実装基板９に電気的及び機械的に接続している。

しかし、従来のＢＧＡ型ＩＣパッケージ１のはんだボール７は、ＢＧＡ型ＩＣパッケージ１を実装基板９にはんだ接合により実装したとき、或いはその後の熱履歴により、はんだボール７が溶融してつぶれてしまったり、そのはんだボール７がつぶれないにしても、そのはんだボール７にクラックが入ったり、破壊したりして、ＢＧＡ型ＩＣパッケージ１と実装基板９との電気的接続及び機械的接合の信頼性が低下するという問題があった。

このような不具合を解消するために、熱でつぶれない球体をはんだ金属により被覆したはんだボールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的に、このはんだボールは、耐熱性有機物からなる直径が２００〜８００μｍの球体と、その球体の表面を被覆したはんだ金属殻とを備えてなるとしている。

このようなはんだボールを用いた接合であれば、熱でつぶれない球体を有するので、接合の際の加熱、及びその後の熱履歴によりはんだボールがつぶれることはなく、接合の際の加熱、及びその後の熱履歴による熱膨張差により変形応力が発生したとしても、球体を構成する耐熱性有機物の弾性により吸収され、はんだボールにクラックが入ったり破壊したりすることを防止して、はんだ接合の信頼性を高めることが期待された。

特開２０００−２２８４５５号公報

一方、近年では、はんだを溶融させること無く電極間を通電させるコネクタのようなものが要求され始めた。このため、上記従来のはんだボールを電極間に介装して接触させ、電極に接触するはんだボールにより、その電極間を電気的に接続することが考えられる。

しかし、球体を金属殻により被覆したはんだボールの弾性率が高いと、平面を成す電極にはんだボールを押し当てても、その電極とはんだボールは点接触と成って必要な接触面積を得ることができず、電気的抵抗が増加する不具合がある。

また、弾性率が高いとはんだボール自体が変形しないために、複数のはんだボールを用いる場合であって、それらの外径にばらつきがあると、その内の大きな外径を有するはんだボールのみが電極に接触して、その他のはんだボールは電極に接触することが無くて、コネクタとしての作用を生じさせない不具合も生じさせる。

この接触面積を確保するために、はんだボールの球体を弾性率が低い弾性体により形成し、はんだボールを電極平面に押しつけた際の変形を許容し、金属殻と電極との接触面積を拡大することが考えられる。

けれども、球体を構成する弾性体の熱膨張係数は、金属殻を構成する金属の熱膨張係数に比較して一般的に高い。このため、熱膨張係数の高い弾性体からなる球体に、熱膨張係数の小さな金属により球体の表面を被覆して金属殻を形成すると、その後の熱履歴により、金属殻の熱膨張を超えて球体が膨張し、球体の外表面に形成された金属殻を破裂させて、その金属殻に亀裂を生じさせる不具合がある。このように金属殻に亀裂が生じると、その金属殻における導電性が低下して、電極間の導電率がその後に低下する問題を生じさせる。このため、弾性体から成る球体の表面に金属殻を形成しただけの導電性ボールであると、その温度範囲は金属殻が亀裂を生じさせない温度範囲と成って、その使用可能な温度範囲は著しく狭いものとなる不具合があった。

本発明の目的は、電極間に介在して、それらの電極間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして使用可能であって、その後の熱履歴による導電率の低下が抑制された導電性ボールを提供することにある。

本発明の導電性ボールは、電極同士を接合するコネクタとして使用する導電性ボールであって、弾性体で形成された球体と、前記球体の表面を被覆した、ポリイミド又はポリイミドを含む材料で形成された耐熱膨張性樹脂殻と、前記耐熱膨張性樹脂殻の外表面を被覆した導電性金属殻とを備え、前記球体の直径が０．０４ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする。

この場合、球体はゴムで形成されていることが好ましく、そのゴムは２００℃以上の耐熱性（ＪＩＳ Ｋ７１２０に従った熱重量分析（ＴＧＡ）にて重量減少率が１％に達する温度）を有することが更に好ましい。

一方、耐熱膨張性樹脂殻は、−４０℃以上４００℃以下における引っ張り強度が１ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下であって耐熱性（ＪＩＳ Ｋ７１２０に従った熱重量分析（ＴＧＡ）にて重量減少率が１％に達する温度）が２００℃以上の物性を持つ樹脂で形成されていることが好ましく、耐熱膨張性樹脂殻の厚さは球体の直径の１％以上２０％以下であることが好ましい。

そして、導電性金属殻は銅、金、銀若しくはパラジウム又はそれらを含む合金で形成されていることが好ましく、導電性金属殻の厚さは球体の直径の０．１％以上１０％以下であることが好ましい。

本発明によれば、電極間に介在して、それらの電極間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして使用可能であって、その後の熱履歴による導電率の低下が抑制された導電性ボールを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る導電性ボールの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る導電性ボールを電極で挟んだ状態を示す図４のＡ部拡大断面図である。 球体の表面への耐熱膨張性樹脂殻の形成方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る導電性ボールをコネクタとして用いてＩＣパッケージを実装基板に取付けた状態を示す断面図である。 従来のはんだボールを用いてＩＣパッケージを実装基板に取付けた状態を示す断面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る導電性ボール１０の構成を示す断面図である。この図１に示すように、本発明の導電性ボール１０は、弾性体で形成された球体１１と、その球体１１の表面を被覆した耐熱膨張性樹脂殻１２と、その耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面を被覆した導電性金属殻１３とを備える。

球体１１を構成する弾性体としては、弾性を有し、かつ球体１１に形成し得るものであればよく、例えばゴムを用いることができる。ゴムとしては、ゴムノキの樹液（ラテックス）によって作られる天然ゴムや、人工的に合成される合成ゴムが挙げられる。合成ゴムとしては、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムが挙げられるが、中でもシリコーンゴム（有機シリコーン）を用いることが好ましい。

本発明の導電性ボール１０を、電極同士を接合するコネクタとして使用することを考慮すると、球体１１の直径Ｄは、０．０４〜２ｍｍであることが好ましい。また、図２に示すように、球体１１は、平板状の電極を２ｇ〜５ｇの加重で載せた場合にその直径Ｄが１％〜３０％減少するような弾性率を有するものであることが好ましい。また、その加重を除けば元に戻ることが好ましい。

球体１１の直径を０．０４ｍｍ以上とすることで、取り扱う機器の性能に関わらず、コネクタとしての取り扱いが容易となる。球体１１の直径を２．０ｍｍ以下とすることで、本発明の導電性ボール１０をコネクタとして用いた場合に、電極が形成された電子部品を実装基板上に実装する際の実装密度を高めることができる。したがって、球体１１の好ましい直径は０．０４〜２ｍｍであり、０．１〜１ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。

また、弾性率を測定するための電極から受ける加重を２ｇ〜５ｇとするのは、電子部品を実装基板上に実装する際に導電性ボール１０が受ける加重が一般的にその程度であると考えられるからである。そして、その電極を２ｇ〜５ｇの加重で載せた場合の球体１１の直径の減少が１％以上であれば、電極が導電性金属殻１３と接触する十分な面積を得ることができ、電気抵抗が増す不具合を低減できる。また、電極を２ｇ〜５ｇの加重で載せた場合の球体１１の直径の減少が３０％以下であれば、その変形に起因して球体１１の外表面に形成される導電性金属殻１３を損傷させにくくなる。したがって、球体１１は、平板状の電極を２ｇ〜５ｇの加重で載せた場合にその直径Ｄが１％〜３０％減少するような弾性率を有するものが好ましく、３％〜２０％減少するような弾性率を有するものがより好ましく、５％〜１５％減少するような弾性率を有するものが更に好ましい。

また、本発明の導電性ボール１０を、電極同士を接合するコネクタとして使用することを考慮すると、球体１１を２００℃以上の耐熱性を有するゴムから構成することが好ましく、２００℃以上の耐熱性を有するシリコーンゴムから構成することが更に好ましい。

シリコーンゴムは、耐熱・耐水・耐薬品性に優れている事から、コネクタとしての使用環境に十分耐えうるものと成り、２００℃以上の耐熱性を有するシリコーンゴムから球体１１を形成すれば、本発明の導電性ボール１０の使用温度範囲を著しく広げることができる。

また、劣化が２５０℃を超えた場合に開始されるようなゴム（特にシリコーンゴム）から球体１１を構成すれば、比較的高温による使用がなされても、球体１１の劣化が防止され、その劣化に起因するガスが耐熱膨張性樹脂殻１２の内部に溜まるようなことを回避し、ガス溜まりに起因する導電性金属殻１３の破損を防止することができる。

すなわち、球体１１を構成する弾性体の耐熱性が２００℃以上であれば、熱履歴に耐えうるコネクタとしての使用が可能になる。そして、球体１１を構成する弾性体の耐熱性は２５０℃以上であることが好ましく、３００℃を超えかつ４００℃以下であることが更に好ましい。なお、本発明で言う「耐熱性」とは、ＪＩＳ Ｋ７１２０に従った熱重量分析（ＴＧＡ）にて重量減少率が１％に達する温度を意味する。

導電性ボール１０を形成するには、先ず、弾性体から成る球体１１を形成する。この球体１１の形成にあっては、弾性体を液状にて必要な量を抽出し、表面張力により球体を形成することが挙げられる。また、球体１１の成形金型を製作し、弾性体を液状にして成形金型に注入し、球体１１に形成する方法もある。更には、所定量の弾性体を上下の金型で押すように転がしながら擦り合わせて、球体１１を形成する方法もある。

弾性体で形成された球体１１の表面は耐熱膨張性樹脂殻１２により被覆される。この耐熱膨張性樹脂殻１２は弾性体で形成された球体１１の熱による膨張を防止して、その上に更に形成される導電性金属殻１３の破損を回避するものである。このため、この耐熱膨張性樹脂殻１２を構成し得る樹脂は、球体１１の表面を被覆可能であり、被覆した状態で球体１１の膨張を防止できる限りどのような樹脂であっても良い。けれども、本発明の導電性ボール１０をコネクタとして使用する場合、−４０〜４００℃における引っ張り強度が１〜７００ＭＰａであって耐熱性が２００℃以上の物性を持つ樹脂から成る耐熱膨張性樹脂殻１２を球体１１の表面に形成することが好ましい。なお、本発明で言う「引っ張り強度」は、ＪＩＳ Ｋ７１６１に従った引っ張り試験を行うことで得られる強度を意味する。

ここで、−４０〜４００℃における引っ張り強度が１〜７００ＭＰａであって耐熱性が２００℃以上の物性を持つ樹脂としては、ポリイミドが好ましい。換言すれば、耐熱膨張性樹脂殻１２は、ポリイミド又はポリイミドを含む材料で形成されていることが好ましい。ポリイミドを含む材料として、線膨張係数をより低く抑えるため、例えばポリイミドにＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を混合した複合材料を用いることもできる。

球体１１の表面への耐熱膨張性樹脂殻１２の形成は、例えば、図３に示すように、耐熱膨張性樹脂殻１２となる液状樹脂１２ａ及びその耐熱膨張性樹脂殻１２の内部に内包される液状の弾性体１１ａを、連続して流れる水性媒体１４の流れに供給することが挙げられる（例えば、特開２００４−２９０９７７。）。なお、使用する材料に関しては、例えば、弾性体１１ａはシリコーンゴムであり、液状樹脂１２ａはポリイミドのＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶液のＮＭＰをトルエンに置換したもの、水性媒体は水である。

図３では、液状樹脂１２ａと液状の弾性体１１ａを平行に流してその後に液滴とし、２つの材料１１ａ，１２ａの界面張力差により、球体１１となった液状の弾性体１１ａの表面に、液状の樹脂１２ａが均一の厚さで被覆された液滴１６を生成する場合を示す。

なお、球体１１となった液状弾性体１１ａの表面が液状樹脂１２ａにより被覆された液滴１６は、その後に水性媒体１４から取出されて熱重合により固化される。これにより、図１に示すように、弾性体で形成された球体１１の表面に均一な厚さｔ２の耐熱膨張性樹脂殻１２を容易に形成することが可能となる。

そして、耐熱膨張性樹脂殻１２が、ポリイミドなど、−４０〜４００℃における引っ張り強度が１〜７００ＭＰａであって耐熱性が２００℃以上の物性を有する樹脂から成る場合、耐熱膨張性樹脂殻１２の線膨張係数は、金属のものと略同一であり、この耐熱膨張性樹脂殻１２が熱膨張することに起因して、その更に上に形成される導電性金属殻１３が破損するようなことを防止することができる。そして、耐熱膨張性樹脂殻１２の引っ張り強度は比較的高いために、耐熱膨張性樹脂殻１２の厚さｔ２が球体１１の直径Ｄの１％〜２０％であれば、耐熱膨張性樹脂殻１２における十分な引っ張り強度を得ることもできる。よって、導電性金属殻１３を破裂させるような球体１１の膨張を確実に防止することが可能となる。

ここで耐熱膨張性樹脂殻１２の厚さｔ２を球体１１の直径Ｄの１％以上とすることで、導電性金属殻１３を破裂させるような球体１１の膨張を防止することができる。また、耐熱膨張性樹脂殻１２の厚さｔ２を球体１１の直径Ｄの２０％以下とすることで、その成膜自体が容易となり、均一な厚さの耐熱膨張性樹脂殻１２の形成が容易となるとともに弾性の柔軟さを確保することができる。したがって、耐熱膨張性樹脂殻１２の好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの１％〜２０％であり、より好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの２％〜１０％であり、更に好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの３％〜６％である。

このような耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面は導電性金属殻１３により被覆される。この導電性金属殻１３の形成は、従来のはんだボールの製造におけるものと同様であって、耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面に金属を蒸着することや、無電解メッキにより耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面に導電性金属殻１３を形成することにより、行うことができる。

導電性金属殻１３は導電性を有する限り、どのような金属であっても良い。けれども、本発明の導電性ボール１０をコネクタとして使用することを考慮すると、導電性金属殻１３は、電気抵抗値が低く、塑性変形が容易な銅、金、銀若しくはパラジウム又はそれらを主成分として含む金属で形成されていることが好ましい。なお、「主成分」とは、５０重量％以上含む成分を意味する。このような導電性金属殻１３を有する導電性ボール１０であれば、その導電抵抗を十分に低減させ、電極間に介在して、それらの電極間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして十分に使用可能なものとなる。

この場合、導電性金属殻１３の厚さｔ１を球体１１の直径Ｄの０．１％以上とすることで、十分な導電性を得ることが可能となる。導電性金属殻１３の厚さｔ１を球体１１の直径Ｄの１０％以下とすることで、導電性金属殻１３の形成が容易となり変形による破損が生じにくくなり、その弾性の柔軟性を確保することができる。したがって、導電性金属殻１３の好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの０．１％〜１０％であり、より好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの０．５％〜５％であり、更に好ましい厚さの範囲は球体１１の直径Ｄの１％〜３％である。

次に、本発明の導電性ボールがコネクタとして使用される場合の作用及び効果について説明する。

図４に、本発明の導電性ボール１０がＩＣパッケージ２０の電極２５と実装基板２９における電極３０とを接合するコネクタとして使用される場合を示す。

この図４に示すＩＣパッケージ２０は、上面電極２３を有する樹脂基板２４上に半導体チップ２２が搭載され、その半導体チップ２２上に設けられたパッド２２ａから上面電極２３まではボンディングワイヤ２６により接続されている。樹脂基板２４上の半導体チップ２２は、ボンディングワイヤ２６及び上面電極２３とともに封入樹脂２８で封止されている。そして、樹脂基板２４下面には上面電極２３に通電する下面電極２５が形成される。

他方、実装基板２９には、その表面に金属電極３０が形成され、この実装基板２９に形成された金属電極３０とＩＣパッケージ２０に設けられた下面電極２５は対向するように設けられる。本発明の導電性ボール２０は、この金属電極３０と下面電極２５の間に挿入されて、この金属電極３０と下面電極２５を電気的に接続するコネクタとして使用される。

この実施の形態では、ＩＣパッケージ２０が金具３１により実装基板２９に押しつけられる場合を示す。具体的に、金属電極３０と下面電極２５の間に導電性ボール１０を介在させた状態でＩＣパッケージ２０は実装基板２９上に載置され、その実装基板２９上に載置されたＩＣパッケージ２０が、金具３１により実装基板２９に押しつけられる。

ＩＣパッケージ２０が実装基板２９に押しつけられると、図２に示すように、それぞれの電極２５，３０間に介在する導電性ボール１０はそれらの電極２５，３０により両側から圧縮されることになる。圧縮された導電性ボール１０の最外周に形成された導電性金属殻１３は、ＩＣパッケージ２０における下面電極２５と実装基板２９における金属電極３０に接触して、それらを通電させて電気的に接続する。これにより、この導電性ボール１０は、電極２５，３０間を通電させるコネクタとしての役割を果たすことになる。

ここで、本発明の導電性ボール１０は、弾性体で形成された球体１１と、その球体１１の表面を被覆した耐熱膨張性樹脂殻１２と、その耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面を被覆した導電性金属殻１３とを備える。このため、本発明の導電性ボール１０では、この球体１１の存在により、電極２５，３０間に介在してもつぶれてしまうようなことはない。

また、球体１１が弾性体で形成されているので、この導電性ボール１０の弾性率は低い。このため、平面を成す電極２５，３０に挟まれてこの導電性ボール１０が圧縮されると、導電性ボール１０の電極２５，３０に接触する導電性金属殻１３が容易に弾性変形して、それらの電極２５，３０と面接触し、導電性金属殻１３と電極２５，３０との接触面積は拡大する。

この場合、導電性金属殻１３が銅、金、銀若しくはパラジウム又はそれらを主成分として含む金属で形成されている合金で形成されていれば、導電性金属殻１３の導電性は向上する。また、導電性金属殻１３の厚さｔ１が球体１１の直径Ｄの０．１％〜１０％であれば、その導電抵抗を十分に低減させ、電極２５，３０間に介在して、それらの電極２５，３０間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして十分に使用可能となる。

一方、このようなＩＣパッケージ２０を用いた製品の製造にあっては、時として加熱されることもあり、製品において所定の温度サイクルにより使用される場合もある。すると、ＩＣパッケージ２０における下面電極２５と実装基板２９における金属電極３０の間隔Ｔ（図２）が変動したり、その間隔Ｔが変化しなくても、互いの位置がずれるようなこともある。

下面電極２５と金属電極３０の間隔Ｔの変動にあっては、弾性体で形成された球体１１が弾性変形して、その間隔Ｔの変動を許容する。ここで、弾性体で形成された球体１１は、その弾性により表面の導電性金属殻１３を電極２５，３０に常に押しつける役割を果たす。これにより、この導電性ボール２０は、下面電極２５と金属電極３０の間隔Ｔの変動があっても、導電性金属殻１３と電極２５，３０が離間するようなことは無い。よって、ＩＣパッケージ２０における下面電極２５と基板２４における金属電極３０を、抵抗値を少なくした状態で安定して電気的に接続することができる。

また、導電性ボール１０は電極２５，３０に挟まれて最外周の導電性金属殻１３がそれらに面接触するけれども、この導電性金属殻１３がそれらの電極２５，３０に機械的に接合されてしまうようなことはない。このため、ＩＣパッケージ２０における下面電極２５と基板２４における金属電極３０の互いの位置がずれるような場合、本発明の導電性ボールは両電極２５，３０に挟まれて接触した状態で転動することになる。そして、転動後の導電性ボールは、転動前と同様に、その導電性ボール１０の電極２５，３０に接触する導電性金属殻１３がそれらの電極２５，３０と面接触する。よって、ＩＣパッケージ２０における下面電極２５と実装基板２９における金属電極３０は、それらがずれるようなことがあっても、それらを連結する導電性ボール１０の導電率が変動することはなく、安定して電気的に接続することができる。

ここで、球体１１を構成する弾性体の熱膨張係数は、導電性金属殻１３を構成する金属の熱膨張係数に比較して高い場合が考えられる。このため、導電性金属殻１３の熱膨張を超えて球体１１が膨張すると、電極間を電気的に接合する導電性金属殻１３にクラックが生じ、その電気的抵抗を上昇させることが生じる。

けれども、本発明の導電性ボール１０では、弾性体で形成された球体１１の表面を耐熱膨張性樹脂殻１２により被覆した。このため、それぞれの電極２５，３０間に介在する導電性ボール１０が加熱されても、球体１１の著しい熱膨張を耐熱膨張性樹脂殻１２により防止することができる。特に、耐熱膨張性樹脂殻１２が、ポリイミドなど、−４０〜４００℃における引っ張り強度が１〜７００ＭＰａであって耐熱性が２００℃以上の物性を持つ樹脂から成る場合、そのポリイミドの線膨張係数は、金属のものと略同一であり、その耐熱膨張性樹脂殻１２の厚さｔ２が球体１１の直径Ｄの１％〜２０％であれば、耐熱膨張性樹脂殻１２における十分な引っ張り強度を得ることもできる。

従って、本発明の導電性ボール１０は、製造途中又はその後の熱履歴により加熱されるようなことがあっても、耐熱膨張性樹脂殻１２の存在により、弾性体からなる球体１１が、導電性金属殻１３の熱膨張を超えて膨張するような事態を防止するので、その耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面に形成された導電性金属殻１３が破裂するような球体１１の膨張を確実に防止することができる。

また、ポリイミドは、分子構造中に窒素化合物を有し、この窒素化合物は金属と比較的強硬に結びつくものとして知られている。従って、耐熱膨張性樹脂殻１２がポリイミドから成る場合、そのポリイミドから成る耐熱膨張性樹脂殻１２と、その耐熱膨張性樹脂殻１２の外表面に形成される導電性金属殻１３との機械的な結びつきも強固と成り、導電性金属殻１３が耐熱膨張性樹脂殻１２から剥離するような事態を防止することもできる。

よって、本発明の導電性ボール１０は、電極２５，３０間に介在して、それらの電極２５，３０間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして使用した場合、その導電率をその後の熱履歴により低下させないものとなる。

そして、球体１１の直径Ｄ（図１）が０．４〜２ｍｍの範囲内のものであれば、比較的均一な直径の複数の球体１１を得ることが可能となり、本発明の導電性ボール１０の製造が容易となる。また、球体１１がシリコーンゴムから成り、そのシリコーンゴムが２００℃以上、好ましくは２５０℃以上の耐熱性を有するようであれば、本発明の導電性ボール１０の使用温度範囲を著しく広げることができる。

なお、上述した実施の形態では、図２及び４に本発明の導電性ボール１０が電極２５，３０間に挟まれてそれらを通電させるコネクタとして使用される場合を説明した。けれども、本発明の導電性ボール１０を電極２５，３０に接合する従来のはんだボールとして使用しても良い。

また、上述した実施の形態では、図４に本発明の導電性ボール１０を電極２５，３０間に挟んだＩＣパッケージ２０を金具３１により固定する場合を説明した。けれども、本発明の導電性ボール１０を電極２５，３０間に挟んでそれらを通電させるコネクタとして使用する場合のＩＣパッケージ２０や導電性ボール１０自体の固定構造は金具３１によるものに限定されるものではなく、電極２５，３０間に挟んだ導電性ボール１０の電極２５，３０間からの逸脱を禁止しうる限り、どのような構造であっても良い。例えば、接着や粘着であっても良い。

また、上述した実施の形態では、図３に耐熱膨張性樹脂殻１２となる液状樹脂１２ａ及びその耐熱膨張性樹脂殻１２の内部に内包される液状の弾性体１１ａを連続して流れる水性媒体１４の流れに供給して、球体１１及び耐熱膨張性樹脂殻１２を生成する場合を説明した。けれども、この製法は一例であって、球体１１の表面に耐熱膨張性樹脂殻１２を形成しうる限り、これに限られるものではない。例えば、二段重合やコーティングであっても良い。

また、この耐熱膨張性樹脂殻１２の形成にあって、上述した実施の形態では、図３に示すように、液状樹脂と液状の弾性体を平行に流した。このように、液状樹脂１２ａ及び液状の弾性体１１ａを水性媒体１４の流れに供給する場合であっても、球体１１の表面に耐熱膨張性樹脂殻１２を形成しうる限り、必ずしも平行に流す必要は無く、液状樹脂と液状の弾性体を別の位置から別々に流すようにしても良い。

＜実施例＞
図１に示す構成の導電性ボール１０を作製した。なお、球体１１はシリコーンゴム（耐熱性：４００℃）で、耐熱膨張性樹脂殻１２はポリイミド（耐熱性：３５０℃）で形成し、導電性金属殻１３は、銅／ニッケル／金の順でメッキを施すことで形成した。なお、球体１１の直径Ｄは０．２９ｍｍ、耐熱膨張性樹脂殻１２の厚さｔ２は１５μｍ（球体１１の直径Ｄの５％）、導電性金属殻１３の厚さｔ１は５μｍ（球体１１の直径Ｄの２％）であった。また、球体１１は、平板状の電極を２ｇ〜５ｇの加重で載せた場合にその直径Ｄが１０％減少するような弾性率を有していた。

＜比較例＞
耐熱膨張性樹脂殻を形成しないこと以外は実施例と同様にして、導電性ボールを作製した。なお、シリコーンゴムで形成された球体に直接メッキをすることができないため。導電性金属殻は銅／ニッケル／金の順にスパッタで成膜することで形成した。

＜評価＞
実施例及び比較例で得られた導電性ボールを５分間加熱し、室温まで戻した後の皮膜の状態をマイクロスコープで観察した。加熱温度は、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、及び２５０℃とした。結果を表１に示す。なお、実施例と比較例で導電性ボールの見え方が異なるのは、最外層となる導電性金属殻の形成方法が異なるためである。

以上のように、実施例で得られた導電性ボールは、２５０℃まで加熱しても皮膜に歪みや割れは一切生じなかった。それに対し、比較例で得られた導電性ボールは、１００℃で膨張が見られ、１５０℃に加熱した時点で皮膜に歪みや割れが生じた。したがって、本発明によれば、熱履歴による導電率の低下が抑制されることが分かる。

本発明の導電性ボールでは、弾性体で形成された球体の外表面を導電性金属殻により被覆するので、この導電性ボールの弾性率は低く、平面を成す電極にこの導電性ボールを押し当てると、この導電性ボールの電極に接触する部分が容易に弾性変形して、その電極と面接触する。これにより、導電性ボールの外表面に形成された導電性金属殻と電極との接触面積は拡大するので、押しつけられた電極と比較的高い導電率で通電させることが可能となる。

この場合、導電性金属殻が銅、金、銀若しくはパラジウム又はそれらを主成分とする合金から成れば、導電性金属殻の導電性は向上し、その導電性金属殻の厚さが球体の直径の１％〜２０％であれば、その導電抵抗をより低減することができ、電極間に介在して、それらの電極間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして十分に使用可能となる。

一方、球体を構成する弾性体の熱膨張係数は、導電性金属殻を構成する金属の熱膨張係数に比較して一般的に高い。けれども、本発明の導電性ボールでは、弾性体で形成された球体の表面を耐熱膨張性樹脂殻により被覆しているため、球体の著しい熱膨張は耐熱膨張性樹脂殻により防止される。

特に、耐熱膨張性樹脂殻が、ポリイミドなど、−４０〜４００℃における引っ張り強度が１〜７００ＭＰａであって耐熱性が２００℃以上の物性を持つ樹脂から成る場合、その線膨張係数は、金属のものと略同一である。また、その耐熱膨張性樹脂殻の厚さが球体の直径の１％〜２０％であれば、耐熱膨張性樹脂殻における十分な引っ張り強度を得ることもできる。よって、製造途中又はその後の熱履歴により、導電性ボールの温度が上昇するようなことがあっても、耐熱膨張性樹脂殻の存在により、弾性体からなる球体が、導電性金属殻の熱膨張を著しく超えて膨張するような事態を防止することができ、その耐熱膨張性樹脂殻の外表面に形成された導電性金属殻が破裂するような球体の膨張を確実に防止することができる。

そして、球体の直径が０．０４〜２ｍｍの範囲内のものであれば、比較的均一な直径の複数の球体を得ることが可能となり、本発明の導電性ボールの製造が容易となる。また、球体がシリコーンゴムから成り、それが２００℃以上の耐熱性を有するようであれば、本発明の導電性ボールの使用温度範囲を著しく広げることができる。

よって、本発明は、電極間に介在して、それらの電極間を比較的高い導電率で通電させるコネクタとして使用し得るものであって、電極間を通電する導電性金属殻がその後の熱履歴により破裂するようなこともないので、その導電率をその後の熱履歴により低下させない導電性ボールとなる。

１０ 導電性ボール
１１ 球体
１２ 耐熱膨張性樹脂殻
１３ 導電性金属殻

Claims (7)

1. 電極同士を接合するコネクタとして使用する導電性ボールであって、弾性体で形成された球体（１１）と、前記球体（１１）の表面を被覆した、ポリイミド又はポリイミドを含む材料で形成された耐熱膨張性樹脂殻（１２）と、前記耐熱膨張性樹脂殻（１２）の外表面を被覆した導電性金属殻（１３）とを備え、前記球体（１１）の直径（Ｄ）が０．０４ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする導電性ボール。
2. 前記球体（１１）が、ゴムで形成されている請求項１記載の導電性ボール。
3. 前記ゴムが、２００℃以上の耐熱性（ＪＩＳ Ｋ７１２０に従った熱重量分析（ＴＧＡ）にて重量減少率が１％に達する温度）を有する請求項２記載の導電性ボール。
4. 前記耐熱膨張性樹脂殻（１２）が、−４０℃以上４００℃以下における引っ張り強度が１ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下であって耐熱性（ＪＩＳ Ｋ７１２０に従った熱重量分析（ＴＧＡ）にて重量減少率が１％に達する温度）が２００℃以上の物性を持つ樹脂で形成されている請求項１ないし３いずれか１項に記載の導電性ボール。
5. 前記耐熱膨張性樹脂殻（１２）の厚さ（ｔ２）が、前記球体（１１）の直径（Ｄ）の１％以上２０％以下である請求項１ないし４いずれか１項に記載の導電性ボール。
6. 前記導電性金属殻（１３）が、銅、金、銀若しくはパラジウム又はそれらを含む合金で形成されている請求項１ないし５いずれか１項に記載の導電性ボール。
7. 前記導電性金属殻（１３）の厚さ（ｔ１）が、前記球体（１１）の直径（Ｄ）の０．１％以上１０％以下である請求項１ないし６いずれか１項に記載の導電性ボール。
   

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