JPH07307172A

JPH07307172A - 電気的接続導体、電気的接続装置及び電気回路装置

Info

Publication number: JPH07307172A
Application number: JP22378794A
Authority: JP
Inventors: Masato Wakamura; 正人若村; Jo Yamaguchi; 城山口; Kaoru Hashimoto; 薫橋本; Tatsuo Chiyonobu; 達雄千代延
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、小さなスペースに多数の微細な電気
的接続端子を有する回路基板を他の回路基板と電気的に
接続する電気的接続導体及び電気的接続装置に関し、挿
入力／抜去力を必要とせずに、微細化・高密度化の接続
を可能とし、接触抵抗値の一層の低下を実現する。【構成】異なる接続端子間を電気的に接続する電気的接
続導体であって、液体金属２及び有機液体３をかき混ぜ
て、微粒状の前記液体金属を前記有機液体中に混合させ
た導電性流体５からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気的接続導体、電気
的接続装置及び電気回路装置に関し、より詳しくは、小
さなスペースに多数の微細な接続端子を有する回路基板
を他の回路基板と電気的に接続する電気的接続導体、電
気的接続装置及び電気回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気的接続装置は雌型接点と呼ば
れるバネ性を有する部材（ジャック）を有し（参照文
献：R.F.Bonner et al .,IBM J.Research and Developm
ent,vol.26,no3,May 1982,PP 297〜305.) 、その雌型接
点に回路基板等に形成された雄型接点と呼ばれる接点ピ
ン（プラグ）を挿入して電気的に相互接続しているこの
電気的接続装置では、プラグをジャックに挿入し、この
際に両者が機械的に擦り合わされることによって金属間
接触を実現して電気的な接続を得ている。バネによって
加えられる力はそれぞれの部材の表面処理膜によって異
なるが、低くかつ安定な接続抵抗を得るために、少ない
場合でも数十グラムとなるように選定されている。

【０００３】近年、電子装置の小型化，高性能化のた
め、集積度の高いＬＳＩやチップコンデンサ，チップ抵
抗などを一つの回路基板上に多数搭載する実装技術が広
く用いられるようになってきている。そして、このよう
な回路基板では、基板当たりの入出力端子数も大幅に増
加している。入出力端子は、一般的には接点ピン（プラ
グに相当する。）の形で基板にろう付けされており、多
数の接点ピン（プラグ）をジャックに挿入したり、ジャ
ックから抜き去ったりする際の力は非常に大きくなる。
もっとも大きな規模では百キログラムを越えるものがあ
り、人力での操作が極めて困難であったり、挿入／抜去
時に接点ピンが曲がったり、ろう付け部が破断してしま
ったりすることがある。

【０００４】挿入／抜去に要する力を小さくしてこれら
の問題を解決するため、カム機構などの補助手段によっ
て挿入／抜去に要する力を軽減した電気的接続装置が開
発され、実用化されている（参照文献：IBM Research a
nd Development,vol.26,no3,May 1982,PP 318 〜327.)
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの電気
的接続装置では構造が複雑になったり、カム機構などに
要する占有面積が無視できない程度にまでなり、システ
ム全体の実装密度を低下させるという問題がある。この
ような問題は、今後接続端子がますます微細化し、増加
するにつれて重大な問題となる。

【０００６】この問題を解決するため、シリコーンオイ
ル等にパラジウムや銅の粉を分散した導電性流体を電気
的接点材料として用い、微細な容器に入れたものを電気
的接続装置として用いている（参照文献：IBM Technica
l Disclosure Bulletin, vol21No.11 April 1979 pp444
4 〜4445）。これにより、カム機構などの補助手段が不
必要になるものの、まだ充分に低い電気的接続抵抗値が
得られておらず、なお一層低い電気的接続抵抗値の実現
が望まれている。

【０００７】また、最近、端子間の電気的接続用導体と
して液体金属を用いた公知例がある。例えば、特開平5-
190219号公報に記載の例は液体金属に酸化物粉末を分散
させて粘度調整し、液体金属の飛散を防止するものであ
るが、液体金属の酸化が避けられない。更に、特開平5-
74503 号公報に記載の例は、液体金属の酸化を防止する
ため、各端子の接続部に液体金属を塗着し、更に塗着し
た液体金属の表面を液状高分子材料で被覆する構成をと
っている。しかし、液体金属が塗着した端子同士を互い
に接触する際に液体金属が脱離したり、液状高分子材料
が液体金属間に介在して電気的抵抗値の安定性が保持で
きなくなったりするという危険性がある。

【０００８】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、挿入力／抜去力を必要とせずに、
微細化・高密度化された半導体素子等の接続端子の接続
を可能とし、電気的接続抵抗値の一層の低下を図ること
ができる電気的接続導体、電気的接続装置及び電気回路
装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、異
なる端子間を電気的に接続する電気的接続導体であっ
て、液体金属及び有機液体をかき混ぜて、微粒状の前記
液体金属を前記有機液体中に混合させた導電性流体から
なる電気的接続導体によって達成され、第２に、前記液
体金属はGa-Sn 合金であることを特徴とする第１の発明
に記載の電気的接続導体によって達成され、第３に、前
記液体金属は92.0wt％のGaと8.0wt ％のSnの共晶組成を
有するGa-Sn 合金であることを特徴とする第２の発明に
記載の電気的接続導体によって達成され、第４に、前記
液体金属はGa-In 合金であることを特徴とする第１の発
明に記載の電気的接続導体によって達成され、第５に、
前記液体金属は75.5wt％のGaと24.5wt％のInの共晶組成
を有するGa-In 合金であることを特徴とする第４の発明
に記載の電気的接続導体によって達成され、第６に、前
記有機液体はパーフルオロカーボン，シリコーンオイル
又はハイドロカーボンであることを特徴とする第１〜第
５の発明のいずれかに記載の導電性流体によって達成さ
れ、第７に、第１〜第６の発明のいずれかに記載の導電
性流体が収納されており、該導電性流体を介して挿入さ
れた接続端子との間で電気的な接続を行う有底筒状の接
続部を有する電気的接続装置によって達成される。

【００１０】第８に、第７の発明に記載の電気的接続装
置の前記導電性流体が収納された有底筒状の前記接続部
に回路基板の接続端子が挿入されてなる電気回路装置で
あって、前記導電性流体に浸る前記接続端子の外周面と
前記接続部の内側の側壁面との間隔は最も狭いところで
１０〜５０μｍ以下になっていることを特徴とする電気
回路装置によって達成され、第９に、前記接続端子は前
記接続部内の前記導電性流体に浸る先端部で球状を有
し、かつ前記先端部で前記接続端子の幅が最大になって
いることを特徴とする第８の発明に記載の電気回路装置
によって達成され、第１０に、前記接続端子は前記接続
部内の前記導電性流体に浸る先端部で細く、かつ前記接
続部内の前記導電性流体に浸る中間部で太くなっている
ことを特徴とする第８の発明に記載の電気回路装置によ
って達成される。

【００１１】

【作用】本発明の電気的接続導体によれば、分散させた
液体金属の各微粒子は有機液体中で相互に接触するの
で、導電性流体自体の抵抗が小さくなり、接続端子と接
続部の間の安定した導通が得られる。また、液体金属は
耐蝕性に乏しく、酸化や水酸化を起こしやすいが、本発
明の電気的接続導体によれば、液体金属を有機液体中に
分散させることにより液体金属と外気との接触を遮断し
ているので、液体金属の酸化や水酸化を防止することが
可能である。

【００１２】本発明の電気的接続装置によれば、導電性
流体が収納された有底筒状接続部に接続端子を挿入し、
その導電性流体を介して電気的接続を行うことから、挿
入／抜去に要する力は実質的に零に近い。また、導電性
流体中の液体金属の微粒子が接続端子周辺部を覆うこと
から従来の機械的な接続方式や金属粉を分散した導電性
流体を用いた場合と比べて接触面積が大きくなり、その
結果たとえ接続端子が微細であっても電気的に安定した
接続が得られる。

【００１３】本発明の電気回路装置においては、導電性
流体に浸る接続端子の外周面と接続部の内側の側壁面と
の間隔を最も狭いところで１０〜５０μｍ以下にしてい
る。従って、接続端子の挿入時に接続端子を下げて導電
性流体に接触させ、接続端子に圧力を加えると、接続端
子と接続部の内側の側壁面との間の狭い隙間のため導電
性流体の上への移動が制限されて導電性流体に圧力が加
わる。このため、有機液体に含まれる液体金属微粒子は
下に押しやられ、密度が下側でより高くなる。接続端子
に更に圧力が加わると、狭い隙間により導電性流体の移
動は制限されるが、加圧につれて導電性流体に加わる圧
力が増すため、その圧力により主として流動性の高い有
機液体がその隙間から溢れ出て、接続端子は導電性流体
中に挿入される。

【００１４】そして、圧力を加えながら挿入している接
続端子が接続部内で最終的に停止したとき、狭い隙間の
部分と接続部の底の間には高密度となった液体金属微粒
子を含有する導電性流体が介在することになる。接続端
子の外周面と接続部の内側の側壁面との間に狭い隙間の
部分を形成するため、例えば接続端子の先端を他の部分
よりも太く、球状にしてもよい。この場合、接続端子の
下部に高密度の液体金属微粒子を含む導電性流体が介在
する。

【００１５】また、先端を細く、かつ中間部を太くして
もよい。この場合、先端部は高密度の液体金属微粒子を
含む導電性流体内に挿入されることになる。これによ
り、接続端子と接続部間の導電性は一層増し、接続抵抗
は一層低減する。

【００１６】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
係る電気的接続導体及び電気的接続装置の構成について
説明する。（１）本発明の実施例に係る導電性流体からなる電気的
接続導体の作成方法についての説明本発明の実施例の電気的接続導体として、液体金属と有
機液体をかき混ぜて微粒状の液体金属を有機液体中に混
合させた導電性流体を用いる。上記液体金属及び有機液
体の種類と、それらの組合せについて以下に示す。

【００１７】（Ａ）液体金属及び有機液体の種類液体金属として、 92.0wt％Ga，8.0wt ％Snの共晶組成を有するGa-Sn 液
体金属 92.0wt％以上のGa，8.0wt ％以下のSnの組成を有する
Ga-Sn 液体金属 92.0wt％以下のGa，8.0wt ％以上のSnの組成を有する
Ga-Sn 液体金属 75.5wt％Ga，24.5wt％Inの共晶組成を有するGa-In 液
体金属 75.5wt％以上のGa，24.5wt％以下のInの組成を有する
Ga-In 液体金属を用いることができる。

【００１８】また、有機液体として、（ａ）パーフルオロカーボンフロリナートクライトックス（フルオロカーボン系の潤滑油）（ｂ）シリコーンオイル（ｃ）ハイドロカーボンを用いることができる。

【００１９】（Ｂ）液体金属と有機液体の組合せ液体金属と有機液体の組合せとして、 (ｉ) , 又はの組成を有するGa-Sn とパーフルオ
ロカーボン (ii) , 又はの組成を有するGa-Sn とシリコーン
オイル (iii), 又はの組成を有するGa-Sn とシリコーン
オイルとハイドロカーボン (iV) 又はの組成を有するGa-In とパーフルオロカ
ーボン (V)又はの組成を有するGa-In とシリコーンオイル (Vi) 又はの組成を有するGa-In とシリコーンオイ
ルとハイドロカーボンを用いることができる。

【００２０】次に、図１（ａ），（ｂ）を参照しなが
ら、本発明の実施例に係る導電性流体からなる電気的接
続導体の作成方法について説明する。液体金属として共
晶組成を有するGa-Sn 合金を用い、有機液体として低粘
度及び高粘度の２種類の異なる粘度を有するパーフルオ
ロカーボン（商品名：ＦＣ−４０，ＦＣ−７１）を用い
た。なお、ＦＣ−４０，ＦＣ−７１は常温で液体であ
り、それらの沸点は、それぞれ５６℃，１５６℃であ
る。

【００２１】更に、液体金属の含有量に対する導電性流
体の抵抗値の依存性を調べるため、液体金属と有機液体
の混合比率を種々変化させた。まず、図１（ａ）に示す
ように、所定量のGa-Sn 合金（液体金属）２と所定量の
パーフルオロカーボン（有機液体）３とを同じ容器１に
入れる。なお、Ga-Snの組成は、室温で溶融状態にある
ような組成にすることが必要である。

【００２２】次いで、図１（ｂ）に示すように、ホモジ
ナイザ（攪拌器）４を上記の混合液体中に挿入し、回転
数１万〜２万ｒｐｓで攪拌する。これにより、液体金属
２は微粒状となって有機液体３と混合し、導電性流体５
が作成される。上記作成された導電性流体５の抵抗値を
測定した結果について図２に示す。抵抗値の測定は、上
記導電性流体５中に対の電極を挿入し、２つの電極間に
電圧を印加し、流れる電流を測定して抵抗値に換算する
ことにより行った。対の電極は直径２ｃｍ，厚さ１ｃｍ
の円板状の銅を、間隔２０〜３０μｍで対向させた。

【００２３】図２において縦軸は比例目盛りで示した抵
抗値（ｍΩ）を表し、横軸は比例目盛りで示したパーフ
ルオロカーボンの含有量（vol ％）を表す。その結果に
よれば、粘度の低いパーフルオロカーボン（ＦＣ−４
０）を用いた場合は、パーフルオロカーボンの含有量が
２０vol ％以下で、抵抗値は２０ｍΩ前後で一定である
が、パーフルオロカーボンの含有量が２０vol ％を越え
ると、抵抗値が次第に大きくなり、４５vol ％を越える
と抵抗値が１００ｍΩ以上となり、実用上好ましくなく
なる。

【００２４】また、粘度の高いパーフルオロカーボン
（ＦＣ−７１）を用いた場合は、パーフルオロカーボン
の含有量が１０vol ％以下で、抵抗値は２０ｍΩ前後で
一定であるが、パーフルオロカーボンの含有量が１０vo
l ％を越えると、抵抗値が次第に大きくなり、３０vol
％を越えると抵抗値が１００ｍΩ以上となり、実用上好
ましくなくなる。更に、４５vol ％を越えると２２０ｍ
Ω前後となる。

【００２５】以上のように、本発明の実施例に係る導電
性流体によれば、液体金属２が適当な含有量以上で抵抗
値が１００ｍΩ以下を保持することができる。この抵抗
値は金属粉を有機液体に分散させた場合と比較して小さ
い。これは、液体金属２を用いているので、一つには、
金属粉を有機液体に分散させた場合と比較して、電極と
の接触面積が大きくなるためであり、その他には、攪拌
し、混合させた液体金属２の各微粒子はパーフルオロカ
ーボン３中で相互に接触するので、導電性流体５自体の
抵抗が小さくなり、対の電極間で安定した導通が得られ
るためであると考えられる。

【００２６】また、液体金属２とパーフルオロカーボン
３を混合し、攪拌しているので、液体金属２の微粒子は
パーフルオロカーボン３によく混ざり、パーフルオロカ
ーボン３により被覆される。従って、液体金属２の微粒
子と外気との接触が防止されるため、酸化や水酸化が防
止され、抵抗値を低く保持することができる。次に、上
記の導電性流体５を６０℃，９０％の高温高湿雰囲気に
１２０時間放置する試験を行った。

【００２７】試験後の試料について抵抗値を測定した。
測定は上記に示した方法と同様な方法により行った。抵
抗値の測定結果によれば、外部端子１２と接続端子１６
の間の抵抗値は経時的に増加しなかった。また、試験後
の導電性流体５を外観観察し、更にＸＰＳ（Ｘ線励起光
電子分光法）により分析した。比較のため、Ga-Sn 液体
金属のみを６０℃，９０％の高温高湿雰囲気に曝した後
の試料についても同様に外観観察し、分析した。標準試
料としてGa-Sn 液体金属のＸＰＳによる分析結果につい
ても示す。

【００２８】外観観察した結果について図３（ａ）に示
す。図３（ｂ）は比較例の外観観察結果である。また、
結果を分析結果について表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】外観観察結果を示す図３（ａ），（ｂ）に
よれば、実施例の導電性流体５の場合、表面張力により
丸く集合しており、液状を保持している。一方、Ga-Sn
液体金属のみの場合、形状が一定ではなくなっており、
固化している。また、分析結果について示す表１によれ
ば、試料表面から放出される電子のエネルギのピーク位
置は、実施例の導電性流体５の場合、1119.5evとなって
おり、Ga₂O₃の存在が確認された。標準試料としてのGa
-Sn 液体金属のピーク位置1119.1に非常に近い。一方、
比較例の場合、1121.2eVとなっており、GaOOH やGa(OH)
₃の存在が確認された。このことは、実施例の導電性流
体５の場合、大気中の放置により表面の酸化は避けられ
ないため、その酸化物が検出されているものの、内部の
液体金属の酸化は抑制されており、抵抗値の測定や図３
（ａ）の観察結果が抑制効果を証明している。一方、比
較例の場合、水酸化物の形成は液体金属が大気中の水分
と反応したことを示している。

【００３１】以上より、液体金属２は耐蝕性に乏しく、
大気に曝しておくと酸化や水酸化を起こしやすいが、上
記の実施例の場合、Ga-Sn 液体金属２をパーフルオロカ
ーボン３と混合させることによりGa-Sn 液体金属２と外
気との接触を遮断しているので、Ga-Sn 液体金属２の酸
化や水酸化が抑制されていることを示している。また、
上記ではGa-Sn 液体金属について実験を行っているが、
Ga-In 液体金属についても同じような実験結果を得るこ
とができる。

【００３２】（２）本発明の実施例に係る電気的接続装
置の構成についての説明図４（ａ）は本発明の実施例に係る電気的接続装置と被
接続装置について示す斜視図であり、図４（ｂ），
（ｃ）は上記電気的接続装置の接続部の構成の詳細を示
す断面図である。図４（ａ）において、１１は多数の外
部端子１２を有する半導体素子（回路素子）、１３は半
導体素子１１を多数搭載したセラミック回路基板（被接
続装置）で、半導体素子１１の接続端子１２がコネクタ
基体１４との接続面に突出している。

【００３３】１４は絶縁性のコネクタ基体（電気的接続
装置）、１５は半導体素子１１の接続端子１２と接続す
べき位置に対応する位置のコネクタ基体１４に形成され
た凹状の接続部で、凹状の接続部１５の底部に導電体薄
膜の接続配線１６が形成されており、凹状の接続部１５
内に上記により作成された導電性流体５が収納されてい
る。１７は凹状の接続部１５の底部の接続配線１６と電
気的に接続され、接続配線１６間を適宜電気的に接続す
るための接続配線である。

【００３４】セラミック回路基板１３に搭載された半導
体素子１１とコネクタ基体１４とを接続する場合につい
て、図４（ｂ）及び図４（ｃ）を参照しながら説明す
る。まず、図１（ａ），（ｂ）と同様にして、液体金属
２の含有量が８８〜９９ vol％となるような割合で、9
2.0wt％Gaと8.0wt ％Snの共晶組成を有するGa-Sn 液体
金属２と有機液体であるパーフルオロカーボン３とを同
じ容器１に入れて攪拌し、導電性流体５を作成する。こ
のとき、混合した液体金属２の各微粒子はパーフルオロ
カーボン３中で相互に接触するので、導電性流体５自体
の抵抗が小さくなる。なお、パーフルオロカーボン３と
して例えば粘度の低いＦＣ−４０を用いる。

【００３５】次に、コネクタ基体１４のすべての凹状の
接続部１５に上記の導電性流体５を適量入れる。次い
で、半導体素子１１が多数搭載されたセラミック回路基
板１３を半導体素子１１の接続端子１２と凹状の接続部
１５とが対向するように配置した後、各凹状の接続部１
５にそれぞれ接続端子１２を挿入する。これにより、半
導体素子１１の接続端子１２とコネクタ基体１４の接続
部１６とが導電性流体５を介して電気的に接続する。

【００３６】このとき、接続端子１２と接続配線１６の
間に導電性流体５を介在させているので、挿入／抜去に
要する力は実質的に零に近い。また、導電性流体５中の
液体金属の微粒子が接続端子１２及び接続配線１６の表
面を覆うことから接触面積は大きく、かつ、導電性流体
５自体の抵抗が小さいので、接続端子１２と接続配線１
６の間で安定した導通が得られる。

【００３７】以上のように、本発明の実施例に係る電気
的接続装置によれば、接続端子１２と接続配線１６の間
に導電性流体５を介在させることから、挿入／抜去に要
する力は実質的に零に近い。従って、多数の接続端子１
２及び接続配線１６同士を接続する場合も、接続端子１
２を傷めず、かつ挿入／抜去が容易である。また、導電
性流体５中の液体金属２の微粒子が接続部を覆うため、
金属粉を分散した従来の導電性流体に比べて接触面積は
大きく、その結果たとえ接続端子１２が微細であっても
電気的に安定した接続が得られる。

【００３８】更に、分散させた液体金属２の各微粒子は
パーフルオロカーボン３中で相互に接触するので、導電
性流体５自体の抵抗が小さくなり、接続端子１２と接続
配線１６の間の安定した導通が得られる。また、液体金
属２をパーフルオロカーボン３と混合させることにより
液体金属２と外気との接触を遮断しているので、液体金
属２の酸化や水酸化を防止することが可能である。特
に、特開平5-74503 号公報に記載の例と比較して、粘度
調整はほとんど不要であり、取扱が容易である。しか
も、この公知例では、先端に液体金属が塗着された接続
端子同士を接触させるときに液体金属を被覆する液状の
高分子材料が液体金属間に介在する危険性があり、これ
による抵抗値の不安定さが生じる可能性があるが、上記
の実施例ではこれを避けることができる。

【００３９】なお、上記実施例では電気的接続導体とし
て、Ga-Sn 合金（液体金属）２とパーフルオロカーボン
（有機液体）３の組み合わせによる導電性流体５を用い
ているが、（１）の（Ａ）に示す他の液体金属や有機液
体を（１）の（Ｂ）のように組み合わせて用いることが
できる。また、実施例では、Ga-Sn 液体金属を用いてい
るが、Ga-In 液体金属についても同じように用いること
ができる。

【００４０】（３）本発明の実施例に係る電気回路装置
の構成についての説明図５（ａ），（ｂ）は本発明の実施例に係る電気回路装
置について示す断面図であり、接続端子の詳細な形状と
その接続端子の接続部への挿入状態について異なる２つ
の例を示す。図４（ａ）に示すと同じような電気的接続
装置と回路基板からなり、図４（ａ）と比較して回路基
板の接続端子が異なる。

【００４１】一つは、図５（ａ）に示すように、接続端
子12ａの先端部が他の部分と比べて太くなっており、球
状となっている。接続端子12ａの先端と接続部１５の底
の間に高密度の液体金属微粒子を含有する導電性流体５
が介在する。また、先端部より上の方には導電性流体５
のうち主に有機液体が存在している。他の符号は11ａは
半導体素子（回路素子）、13ａはセラミック回路基板で
ある。なお、図５（ａ）において、図４（ａ）〜（ｃ）
と同じ符号で示すものは同じものを示す。

【００４２】他は、図５（ｂ）に示すように、接続端子
12ｂの先端部は細く、かつ中間部で太くなっている。太
くなった接続端子12ｂの中間部と接続部１５の底の間に
高密度の液体金属微粒子を含有する導電性流体５が介在
する。従って、先端部は高密度の液体金属微粒子を含有
する導電性流体５に挿入されている。また、先端部より
上の方には導電性流体５のうち主に有機液体が存在して
いる。他の符号は11ｂは半導体素子（回路素子）、13ｂ
はセラミック回路基板である。なお、図５（ｂ）におい
て、図４（ａ）〜（ｃ）と同じ符号で示すものは同じも
のを示す。

【００４３】次に、上記の回路基板の接続端子を電気的
接続装置の接続部に挿入し、回路基板と電気的接続装置
とを電気的に接続する場合について説明する。まず、回
路基板13ａ，13ｂの接続端子12ａ，12ｂを導電性流体５
が収納されている電気的接続装置１４の接続部１５に位
置合わせする。次いで、接続端子12ａ，12ｂを下げて導
電性流体５と接触させ、更に圧力を加える。このとき、
接続端子12ａ，12ｂと接続部１５の内壁面との間に形成
される狭い隙間のため導電性流体５の上への移動が制限
されて導電性流体５に圧力が加わる。このため、有機液
体に含まれる液体金属微粒子は下に押しやられ、密度が
下側でより高くなる。

【００４４】更に、接続端子12ａ，12ｂに圧力を加える
につれて、狭い隙間により導電性流体５の移動は制限さ
れるため、導電性流体５に加わる圧力が増す。このた
め、その圧力により主として流動性の高い有機液体が接
続端子12ａ，12ｂと接続部１５の内側の側壁面の隙間か
ら溢れ出る。接続端子12ａ，12ｂは導電性流体５中に挿
入される。

【００４５】そして、圧力を加えながら挿入している接
続端子12ａ，12ｂが接続部１５内で最終的に停止したと
き、狭い隙間の部分と接続部１５の底の間には高密度と
なった液体金属微粒子を含有する導電性流体５が介在す
ることになる。なお、先端を細く、かつ中間部を太くし
た図５（ｂ）に示すピンを用いた場合、先端部は高密度
の液体金属微粒子を含む導電性流体５内に挿入されるこ
とになる。

【００４６】これにより、接続端子12ａ，12ｂと接続部
１５間の導電性は一層増し、接続抵抗は一層低減する。
なお、上記加圧は回路基板13ａ，13ｂの自重で十分な場
合もある。次に、接続端子12ａを用いて接続部に挿入し
たときの電気的接続抵抗値を測定した結果について説明
する。

【００４７】測定すべき接続端子12ａとして、先端が直
径６８５μｍの球状となっており、それ以外の部分が直
径２００〜３００μｍである金（Ａｕ）からなるピン
（接続端子）を用いた。なお、比較のため、直径２００
〜３００μｍであるピンを用いた。また、液体金属とし
て92.0wt％Ga，8.0wt ％Snの共晶組成を有するGa-Sn 液
体金属を用い、有機液体としてシリコーンオイルを用い
た。これらをホモジナイザにより攪拌し、液体金属微粒
子を含有する導電性流体５ａを作成した。

【００４８】電気的接続抵抗値の測定方法を図６により
説明する。図６は測定装置の構成図である。まず、銅
（Ｃｕ）からなる電極Ａの上にこの電極Ａが底になるよ
うに円筒状の絶縁壁２１を接着固定した後、絶縁壁２１
内に上記で作成した導電性流体５ａを収納した。更に、
半田付けにより電極Ａに電気抵抗測定器２２からの測定
端子Ａを接続した。

【００４９】また、電気的導通を確保して電極Ｂの板面
に上記接続端子12ａを取りつけた。更に、半田付けによ
り電極Ｂに電気抵抗測定器２２からの測定端子Ｂを接続
した。なお、測定端子Ａ，Ｂは接触抵抗の影響をなくす
ため、電流印加端子と電圧測定端子に分離している。

【００５０】この接続端子12ａの球状の先端を絶縁壁２
１内の導電性流体５ａに浸漬した。そして、加圧しなが
ら挿入し、接続端子12ａが停止したところで電極Ａ，Ｂ
間の電気的抵抗値を測定した。その結果、直径が一定の
細い接続端子を用いた場合、１００〜２００ｍΩであっ
たのに対して、先端が太く、球状になっている接続端子
12ａを用いた場合、２０〜３０ｍΩとなった。

【００５１】このように、導電性流体５ａに圧力を加え
ると、導電性流体５ａに含有される液体金属微粒子の密
度が高まり、導電性流体５ａの抵抗が低減する。このた
め、初期に液体金属の含有量が少なくても、導電性流体
５ａに圧力を加えて接続端子12ａを挿入することにより
実用的な接続抵抗値が得られるので、液体金属の含有量
の範囲を広げることが出来る。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明の電気的接続導体
によれば、分散させた液体金属の各微粒子は有機液体中
で相互に接触するので、液体金属自体の抵抗が小さくな
り、接続端子と接続部の間の安定した導通が得られる。
また、液体金属を有機液体中に分散させることにより液
体金属と外気との接触を遮断しているので、液体金属の
酸化や水酸化を防止することが可能である。

【００５３】本発明の電気的接続装置によれば、導電性
流体が収納された有底筒状接続部に接続端子を挿入し、
その導電性流体を介して電気的接続を行うことから、挿
入／抜去に要する力は実質的に零に近い。また、導電性
流体中の液体金属の微粒子が接続端子を覆うことから従
来の機械的な接続方式や金属粉を分散した導電性流体を
用いた場合と比べて接触面積は大きく、その結果たとえ
接続端子が微細であっても電気的に安定した接続が得ら
れる。

【００５４】本発明の電気回路装置においては、導電性
流体に浸る接続端子の外周面と接続部の内側の側壁面と
の間隔を最も狭いところで１０〜５０μｍ以下にしてい
る。従って、接続端子を挿入する際、接続端子と接続部
の内側の側壁面との間の狭い隙間のため導電性流体に圧
力が加わるので、接続端子が最終的に停止したとき、狭
い隙間の部分と接続部の底の間には高密度となった液体
金属微粒子を含有する導電性流体が介在することにな
る。これにより、接続端子と接続部間の導電性は一層増
し、接続抵抗は一層低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る導電性流体の作成方法に
ついて示す側面図である。

【図２】本発明の実施例に係る導電性流体の抵抗値の有
機液体の含有比率依存性について示す特性図である。

【図３】本発明の実施例に係る高温高湿試験後における
導電性流体の外観観察結果について示す上面図である。

【図４】本発明の実施例に係る電気的接続装置と接続装
置について示す斜視図及び接続部の詳細について示す断
面図である。

【図５】本発明の実施例に係る電気回路装置の回路基板
の接続端子の詳細について示す断面図である。

【図６】本発明の実施例に係る電気回路装置の電気的接
続抵抗の測定方法について説明する測定装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

１容器、２液体金属、３パーフルオロカーボン（有機液体）、４ホモジナイザ（攪拌器）、５導電性流体（電気的接続導体）、１１，11ａ，11ｂ半導体素子（回路素子）、１２，12ａ，12ｂ接続端子、１３，13ａ，13ｂセラミック回路基板、１４コネクタ基体、１５接続部、１６，１７接続配線、２１絶縁壁、２２電気抵抗測定器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千代延達雄神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる端子間を電気的に接続する電気的
接続導体であって、液体金属及び有機液体をかき混ぜ
て、微粒状の前記液体金属を前記有機液体中に混合させ
た導電性流体からなる電気的接続導体。
【請求項２】前記液体金属はGa-Sn 合金であることを
特徴とする請求項１記載の電気的接続導体。
【請求項３】前記液体金属は92.0wt％のGaと8.0wt ％
のSnの共晶組成を有するGa-Sn 合金であることを特徴と
する請求項２記載の電気的接続導体。
【請求項４】前記液体金属はGa-In 合金であることを
特徴とする請求項１記載の電気的接続導体。
【請求項５】前記液体金属は75.5wt％のGaと24.5wt％
のInの共晶組成を有するGa-In 合金であることを特徴と
する請求項４記載の電気的接続導体。
【請求項６】前記有機液体はパーフルオロカーボン，
シリコーンオイル又はハイドロカーボンであることを特
徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電気的
接続導体。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載の
導電性流体が収納されており、前記導電性流体を介して
挿入される接続端子との間で電気的な接続を行う有底筒
状の接続部を有する電気的接続装置。
【請求項８】請求項７に記載の電気的接続装置の前記
導電性流体が収納された有底筒状の前記接続部に回路基
板の接続端子が挿入されてなる電気回路装置であって、
前記導電性流体に浸る前記接続端子の外周面と前記接続
部の内側の側壁面との間隔は最も狭いところで１０〜５
０μｍ以下になっていることを特徴とする電気回路装
置。
【請求項９】前記接続端子は前記接続部内の前記導電
性流体に浸る先端部で球状を有し、かつ前記先端部で前
記接続端子の幅が最大になっていることを特徴とする請
求項８記載の電気回路装置。
【請求項１０】前記接続端子は前記接続部内の前記導
電性流体に浸る先端部で細く、かつ前記接続部内の前記
導電性流体に浸る中間部で太くなっていることを特徴と
する請求項８記載の電気回路装置。