JPWO2006100746A1 - 電子部品および回路基板 - Google Patents

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Abstract

電子部品(100)に形成された複数の電気接続端子としての半田バンプ(101〜103)と、電子部品(100)が搭載される回路基板(150)に形成された複数の電気接触子としてのスパイラルコンタクタ(151〜153)とを互いに当接させて電気的接続をおこなう。電子部品(100)の複数の半田バンプ(101〜103)は、電子部品(100)の半田バンプ(101〜103)が形成された主面(116)に対する高さがそれぞれ異なるように形成されている。

Description

この発明は、電子部品および回路基板に関し、特に電子部品と回路基板との時間差接続を可能にし活線挿抜に用いて好適な電子部品および回路基板に関する。
近年のコンピュータシステムなどの高機能化に伴い、種々の機能をもった電子部品が同一の回路基板上に多数搭載(実装)されるようになってきた。このように同一の回路基板上で種々の機能を実現できるようになると、たとえば一部の電子部品が故障などによって交換が必要となった場合や、新たな電子部品を追加して機能の拡充を図る場合などに、回路基板上での電子部品の交換作業や追加作業が必要となる。このとき、たとえば回路基板上のある部分を通電状態で作動させたままかつある部分の通電を遮断して、所望の電子部品を交換したり追加したりすることが必要とされる場合、いわゆるホットプラグ(活線挿抜)機構が要求されることとなる。
図11は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための外観斜視図である。また、図12は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面図である。図11において、プラグ型接続部端末400の主面401上には、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に接続端部405からの距離が異なる複数の配線402〜404が形成されている。また、レセプタクル型接続部端末500の主面501上には、凹状矩形断面を有する嵌合部510が形成され、この嵌合部510の内周面には、接続端部505からの距離が等しい複数の配線502が形成されている。
このように構成された両接続部端末400,500を接続する場合、プラグ型接続部端末400をレセプタクル型接続部端末500の嵌合部510に嵌合接続すると、電気接続方向と直交する短手方向両端の配線402および配線502が最初に接触し、つぎに配線403と配線502とが接触し、最後に配線404および配線502が接触することとなる。嵌合部510からプラグ型接続部端末400を抜去する場合は、これと順序が逆となる。このような構造を、ここではカードエッジ型接続構造という。
一方、図12において、電子部品600には、挿入方向(図中白抜き矢印方向)に主面604からの高さ(長さ)が異なる複数の電気接続端子601〜603が2次元に配置され形成されている。また、回路基板700には、電気接続端子601〜603が挿入される穴部701の内周面および開口周縁に電気接触子702が形成されている。このように構成された場合、上記カードエッジ型接続構造と比較して、高集積・高密度化を図ることはできるが、この接続構造においても、電子部品600を回路基板700に嵌合接続すると、電気接続端子601、電気接続端子602および電気接続端子603が順番に電気接触子702と接触することとなる。電子部品600を回路基板700から取り外す場合は、これと順序が逆となる。このような構造を、ここではPGA(Pin Grid Array)という。
すなわち、図11に示したカードエッジ型接続構造および図12に示したPGAなどの従来の接続構造における活線挿抜機構では、互いに当接させる部品の一方の接続部(配線や接続端子など)の電気接続方向(挿入方向)に対する長さ(配線長など)をあらかじめ適宜変更して形成しておくことによって、各接続部の接触タイミングに時間差を生じさせた活線挿抜機構を実現している。これにより、たとえば電源側や接地側の配線を通電状態にしたまま回路側の配線を遮断して電子部品を交換することなどが可能となる(たとえば、特許文献1を参照。)。
なお、このような上述した活線挿抜機構においては、たとえばカードエッジ型接続構造では配線402〜404をプラグ側接続部端末400の表裏側の主面401上にしか形成できないことや、PGAでは電気接続端子601〜603を強度保持のために一定間隔以下で電子部品600に形成できないなどの高密度実装に対する問題点が残されていた。
そこで、さらなる高密度実装に対応すべく、いわゆるBGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)などの実装技術が開発され、たとえば0.5mm間隔で電極を形成したうえでの電子部品と回路基板との電気接続構造などが可能となってきた。ただし、これらBGAやLGAでは、一旦回路基板との電気的接続をおこなうと、電極バンプや電極ランドなどの接続部同士が機械的に接合され恒久的に接続される構造のため、部品交換などには不向きな実装技術であるといえる(たとえば、特許文献2および特許文献3を参照。)。
このため、たとえば回路基板側に変形可能なスパイラル状の接触子(スパイラルコンタクタ)を形成配置してBGAなどの電極形状との対応を図りつつ、容易に部品交換などが可能な電子部品と回路基板との電気接続構造が実現されている。図13−1〜図13−3および図14−1〜図14−3は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。まず、図13−1に示すように、電子部品800には、球状の複数の電気接続端子(電極バンプ)801〜803が形成されている。また、回路基板850には、電子部品800の複数の電気接続端子801〜803との接続位置と対応する位置に平面状の複数のスパイラルコンタクタ851〜853が形成されている。
ここで、図13−2に示すように、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品800を回路基板850に徐々に近付けていくと、各電気接続端子801〜803と各スパイラルコンタクタ851〜853とがほぼ同時に接触する。そして、図13−3に示すように、各スパイラルコンタクタ851〜853がそのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に変形することによって、各電気接続端子801〜803と各スパイラルコンタクタ851〜853とが確実に接続される。
また、図14−1に示すように、電子部品900には、平板状の複数の電気接続端子901〜903が形成されている。また、回路基板950には、電子部品900の複数の電気接続端子901〜903との接続位置と対応する位置に凸状の複数のスパイラルコンタクタ951〜953が形成されている。ここで、図14−2に示すように、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品900を回路基板950に徐々に近付けていくと、各電気接続端子901〜903と各スパイラルコンタクタ951〜953とがほぼ同時に接触する。そして、図14−3に示すように、各スパイラルコンタクタ951〜953が平面状に変形することによって、各電気接続端子901〜903と各スパイラルコンタクタ951〜953とが確実に接続される(たとえば、特許文献4を参照。)。
特開平10−41025号公報 特開2000−340709号公報 特開2001−68594号公報 特許第3440243号公報
しかしながら、図13−1〜図13−3および図14−1〜図14−3に示す電子部品と回路基板との電気接続構造においては、複数の電気接続端子801〜803(901〜903)と複数のスパイラルコンタクタ851〜853(951〜953)とがほぼ同時に接触する。このため、電子部品800(900)の回路基板850(950)との着脱機構を実現することはできるが、たとえば電子部品800(900)内の電源回路を先に通電させた後に、所定の回路を通電させるなどの活線挿抜機構を着脱機構とともに実現することは困難であるという問題がある。
また、高集積・高密度化を進めるうえで、BGA,LGAなどのCSP(Chip Size Package)技術において、電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することは困難であるという問題がある。なお、上記特許文献1〜4に記載された技術においても、特に電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現する技術について提供するものではない。
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、高密度実装技術において電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる電子部品および回路基板を提供することを目的とする。また、この発明は、表面実装型の電子部品と、この電子部品を実装して、この電子部品と電気的に接続する回路基板との間の接続について、接続順を制御可能とすることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる電子部品は、弾性を有する複数の電気接触端子を備えた回路基板に搭載され、複数の前記電気接触端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接続端子を備えた電子部品において、複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なることを特徴とする。
この発明にかかる電子部品によれば、回路基板の複数の電気接触子と接する複数の電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なるように電子部品に備えられている。これにより、電子部品と回路基板との挿抜時に各電気接続端子と各電気接触子との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせることができる。このため、電子部品と回路基板との着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる。
また、この発明にかかる回路基板は、複数の電気接続端子を備えた電子部品の搭載が可能であり、当該電気接続端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接触端子を備えた回路基板において、複数の前記電気接触端子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触端子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なることを特徴とする。
この発明にかかる回路基板によれば、電子部品の複数の電気接続端子と接する複数の電気接触子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なるように回路基板に備えられている。これにより、電子部品と回路基板との挿抜時に各電気接続端子と各電気接触子との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせることができる。このため、電子部品と回路基板との着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる。
この発明にかかる電子部品および回路基板によれば、高密度実装における電子部品と回路基板との着脱機構および活線挿抜機構を同時に実現することができるという効果を奏する。また、この発明によれば、表面実装型の電子部品の電気接続端子についても回路基板との電気的な接続順を制御することができる。
図1は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 図2は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を実現する電子部品の基板側平面図である。 図3−1は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図3−2は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図3−3は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図4−1は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図4−2は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図4−3は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図5は、実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を示す一部切欠側面図である。 図6は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 図7−1は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図7−2は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図7−3は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 図8−1は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図8−2は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図8−3は、実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図9は、実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 図10−1は、実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図10−2は、実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図10−3は、実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 図11は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための外観斜視図である。 図12は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面図である。 図13−1は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 図13−2は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 図13−3は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 図14−1は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 図14−2は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 図14−3は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。
符号の説明
100、200、300 電子部品
101〜103 半田バンプ
116、216、316、256、356 主面
117、217、317 接続基板
150、250、350 回路基板
151〜153、251〜253、351〜353 スパイラルコンタクタ
201〜203 電極ランド
257、357 絶縁基板
259 穴部
301〜303 電極
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子部品および回路基板の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
はじめに、この発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。この実施の形態1の電子部品および回路基板の電気接続構造は、電子部品の電気接続端子として大きさ(直径)の異なる球状の接続端子(半田バンプ)を、回路基板の電気接触子として大きさ(直径)の異なる平面状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。
図1はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。また、図2はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を実現する電子部品の基板側平面図である。図1および図2に示すように、CSPなどの電子部品100には、接続基板117(図2参照)の主面116に複数の電気接続端子としての球状の半田バンプ101〜103がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品100が搭載(実装)される回路基板150には、電子部品100の各半田バンプ101〜103と対応する位置に複数の電気接触子としての平面状のスパイラルコンタクタ151〜153がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品100の各半田バンプ101〜103は、その球状部分の直径の大きさ順に半田バンプ101>半田バンプ102>半田バンプ103という関係で形成されており、接続基板117の主面116の外縁部に向けて半田バンプ103、半田バンプ102および半田バンプ101と徐々にその直径が大きくなるように配置され形成されている。また、回路基板150の各スパイラルコンタクタ151〜153は、各半田バンプ101〜103と対応するように、その直径が大きい順にスパイラルコンタクタ151、スパイラルコンタクタ152およびスパイラルコンタクタ153という関係で形成されている。
ここで、電子部品100の各半田バンプ101〜103は、たとえばつぎのように形成される。図3−1〜図3−3はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。まず、図3−1に示すように、電子部品100の絶縁材からなる接続基板117の主面116側にAu、Ag、Cuなどの各種金属およびこれらの合金などの配線用金属材料からなる導体(配線)パターン119を形成する。
そして、導体パターン119の上にCuなどからなる所望の大きさの電極ランド111〜113を形成するとともにそれ以外の主面116をレジスト118で覆い、たとえば半田を非酸化雰囲気中で加熱溶解した液中に接続基板117を入れて半田バンプ101〜103を電極ランド111〜113上にメッキ形成する。このとき、電極ランド111〜113の大きさ(直径)を電極ランド111>電極ランド112>電極ランド113となるように形成しておけば、溶融した半田の表面張力により電極ランド111〜113の大きさによってメッキされる半田の量に差が生じ、半田バンプ101〜103の大きさを異ならせることができる。
つぎに、図3−2に示すように、接続基板117の主面116上のレジスト118を剥離などして除去し、レジスト118を除去した接続基板117を再度加熱などすることによって、半田バンプ101〜103に表面張力を生じさせ、図3−3に示すように、半田バンプ101〜103を球状に整える。これにより、接続基板117の主面116からの高さに差を生じさせた各半田バンプ101〜103を形成することができる。なお、回路基板150(図1参照)のスパイラルコンタクタ151〜153の形成工程については、光ビームなどを用いた写真印刷技術(フォトリソグラフィ)などの従来技術を用いて形成するため、ここでは説明を省略する。
こうして半田バンプ101〜103を形成した電子部品100を回路基板150に搭載すると、つぎのように各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図4−1〜図4−3はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図4−1に示すように、電子部品100を回路基板150に近付けていくと、最も直径の大きい半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151とが最初に接触する。
つぎに、図4−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品100を近付けていくと、2番目に直径の大きい半田バンプ102とスパイラルコンタクタ152とが接触する。最後に、図4−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品100を近付けていくと、最も直径の小さい半田バンプ103とスパイラルコンタクタ153とが接触し、電子部品100と回路基板150とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品100を回路基板150に接続する場合は、半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151を最初に接触させて通電させ、つぎに半田バンプ102およびスパイラルコンタクタ152を接触させて通電させ、最後に半田バンプ103およびスパイラルコンタクタ153を接触させて通電させることができる。また、接続時に各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とを機械的に接合する構造ではないため、電子部品100を回路基板150から抜去する場合は、逆に、半田バンプ103およびスパイラルコンタクタ153を最初に離脱させて遮断し、つぎに半田バンプ102およびスパイラルコンタクタ152を離脱させて遮断し、最後に半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品100の電源回路を半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151の接触で通電するように構成し、その他のプログラム回路などを半田バンプ102、103およびスパイラルコンタクタ152、153の接触で通電するように構成して、活線挿抜がおこなえるようにすることができる。このため、たとえば電子部品100の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構を実現することができるとともに、電子部品100の回路基板150への着脱機構も実現することができる。なお、実施の形態1では、電子部品100の半田バンプ101〜103を、主面116の外縁部に向けて当接させる方向の高さが徐々に高くなるように形成した。これによって、つぎのような場合に有用である。
図5はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を示す一部切欠側面図である。図5に示すように、たとえば半導体チップ130を有する電子部品100の各半田バンプ101〜103は、外縁部に向けて当接させる方向の高さが徐々に高くなるように形成されている。一方、回路基板150のスパイラルコンタクタ151〜153は、平面状に形成されている。このような構造により、電子部品100の回路基板150への搭載時に、たとえば電子部品100が多少なりとも図示のように傾いた状態で回路基板150に搭載される状態になっても、確実に半田バンプ101、半田バンプ102および半田バンプ103の順番にスパイラルコンタクタ151〜153と当接させることができる。したがって、各半田バンプ101〜103の高さを外縁部に向けて徐々に高くして形成することによって、この発明の電子部品および回路基板の電気的接続を活線挿抜機構とともに確実に実現することができる。
なお、半田バンプ101〜103の配置は、上述した場合に限られるものではなく、適宜所望する接続態様などに合わせて変更するようにしてもよい。以上のように、この実施の形態1の電子部品および回路基板によれば、電子部品100の各半田バンプ101〜103の大きさ(高さ)を、接続基板117の主面116に対して回路基板150と当接させる方向に変化させて形成している。このため、互いに当接される電子部品100および回路基板150の各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせ、電子部品100の回路基板150への活線挿抜機構を実現することができる。また、各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品100の回路基板150への着脱機構を実現することができる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品100の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品100の高密度実装を可能にすることができる。
(実施の形態2)
つぎに、この発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。上記実施の形態1の電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として球状の接続端子(半田バンプ)を、回路基板の電気接触子として平面状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合について説明した。
一方、この実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として円盤状の接続端子(電極ランド)を、回路基板の電気接触子として凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。なお、実施の形態2において、既に説明した部分と重複する箇所は同一の符号を附して説明を省略する。
図6はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。図6に示すように、CSPなどの電子部品200には、接続基板217の主面216に複数の電気接続端子としての円盤状の電極ランド201〜203がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品200が搭載(実装)される回路基板250には、主面256上の電子部品200の各電極ランド201〜203と対応する位置に複数の電気接触子としての凸状のスパイラルコンタクタ251〜253がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品200の各電極ランド201〜203は、主面216に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じとなるように配置され形成されている。同様に、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253は、絶縁基板257の主面256に沿った方向の大きさ(直径)が各電極ランド201〜203と対応するように、すべて同じとなる関係で形成されているが、電子部品200と当接させる方向の高さが、主面256の外縁部に向かって徐々に高くなるように形成されている。
ここで、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253は、たとえばつぎのように形成される。図7−1〜図7−3はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。まず、図7−1に示すように、絶縁材からなる絶縁基板257に複数の穴部259を設け、これら穴部259の開口部にCuなどの配線用金属材料からなるスパイラルコンタクタ251〜253を形成する。
つぎに、図7−2に示すように、絶縁基板257の穴部259のスパイラルコンタクタ251〜253形成側と反対側の開口部(図示せず)から、所定の段差をもった凸状に形成された治具991〜993を挿入し、各スパイラルコンタクタ251〜253を凸状に型押し成形する。最後に、図7−3に示すように、治具991〜993を穴部259から取り外し、各スパイラルコンタクタ251〜253を凸状に形成する。なお、ここでは、スパイラルコンタクタ251〜253は、その凸状部分の高さが高い順にスパイラルコンタクタ251>スパイラルコンタクタ252>スパイラルコンタクタ253という関係で形成されている。
こうしてスパイラルコンタクタ251〜253を形成した回路基板250に電子部品200を搭載すると、つぎのように各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図8−1〜図8−3はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図8−1に示すように、接続基板217の導体パターン219に各電極ランド201〜203が形成された電子部品200を回路基板250に近付けていくと、最も高さが高いスパイラルコンタクタ251と電極ランド201とが最初に接触する。
つぎに、図8−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品200を近付けていくと、2番目に高さが高いスパイラルコンタクタ252と電極ランド202とが接触する。最後に、図8−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品200を近付けていくと、最も高さが低いスパイラルコンタクタ253と電極ランド203とが接触し、電子部品200と回路基板250とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品200を回路基板250に接続する場合は、電極ランド201およびスパイラルコンタクタ251を最初に接触させて通電させ、つぎに電極ランド202およびスパイラルコンタクタ252を接触させて通電させ、最後に電極ランド203およびスパイラルコンタクタ253を接触させて通電させることができる。また、電子部品200を回路基板250から離脱させる場合は、接続する場合とは逆に、電極ランド203およびスパイラルコンタクタ253を最初に離脱させて遮断し、つぎに電極ランド202およびスパイラルコンタクタ252を離脱させて遮断し、最後に電極ランド201およびスパイラルコンタクタ251を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品200の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構を実現することができるとともに、電子部品200の回路基板250への着脱機構も実現することができる。以上のように、この実施の形態2の電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253の高さを、絶縁基板257の主面256に対して電子部品200と当接させる方向に変化させて形成している。このため、互いに当接される電子部品200および回路基板250の各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせて電子部品200の回路基板250への活線挿抜機構を実現することができる。また、実施の形態1と同様に、各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品200の回路基板250への着脱機構を実現することもできる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品200の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品200の高密度実装を可能にすることができる。なお、各電極ランド201〜203および各スパイラルコンタクタ251〜253は、主面216および主面256に沿った方向の大きさが、実施の形態1に示した場合のように異なる状態で形成されていてもよい。
(実施の形態3)
つぎに、この発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。上記実施の形態2の電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として円盤状の接続端子(電極ランド)を、回路基板の電気接触子として凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合について説明した。
一方、この実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として高さの異なる円盤状(円筒状)の接続端子(電極)を、回路基板の電気接触子として高さの異なる凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。なお、実施の形態3において、既に説明した部分と重複する箇所は同一の符号を附して説明を省略する。
図9はこの発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。図9に示すように、CSPなどの電子部品300には、接続基板317の主面316に複数の電気接続端子としての円盤状の電極301〜303がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品300が搭載(実装)される回路基板350には、絶縁基板357の主面356上の電子部品300の各電極301〜303と対応する位置に複数の電気接触子としての凸状のスパイラルコンタクタ351〜353がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品300の各電極301〜303は、主面316に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じでかつ回路基板350と当接させる方向の高さが、主面316の外縁部に向かって徐々に高くなるように配置され形成されている。また、電子部品300が搭載される回路基板350の各スパイラルコンタクタ351〜353は、主面356上の電子部品300の各電極301〜303と対応する位置に、主面356に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じでかつ電子部品300と当接させる方向の高さが、主面356の外縁部に向かって徐々に高くなるように配置され形成されている。
このように各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とが形成された電子部品300を回路基板350に搭載すると、つぎのように各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図10−1〜図10−3はこの発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図10−1に示すように、接続基板317の導体パターン319上に各電極301〜303が形成された電子部品300を各スパイラルコンタクタ351〜353が形成された回路基板350に近付けていくと、最も高さが高い電極301と最も高さが高いスパイラルコンタクタ351とが最初に接触する。
つぎに、図10−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品300を近付けていくと、2番目に高さが高い電極302と2番目に高さが高いスパイラルコンタクタ352とが接触する。最後に、図10−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品300を近付けていくと、最も高さが低い電極300と最も高さが低いスパイラルコンタクタ353とが接触し、電子部品300と回路基板350とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品300を回路基板350に接続する場合は、電極301およびスパイラルコンタクタ351を最初に接触させて通電させ、つぎに電極302およびスパイラルコンタクタ352を接触させて通電させ、最後に電極303およびスパイラルコンタクタ353を接触させて通電させることができる。また、電子部品300を回路基板350から離脱させる場合には、接続する場合とは逆の順番で各電極303〜301および各スパイラルコンタクタ353〜351を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品300の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構と着脱機構とを実現することができる。以上のように、この実施の形態3の電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、電子部品300の各電極301〜303の高さと、回路基板350の各スパイラルコンタクタ351〜353の高さとを、それぞれの主面316、356の外縁部に向かって互いに当接させる方向に対して徐々に高くなるように変化させて形成している。
このため、電子部品300および回路基板350の各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353との接触/離脱タイミングにさらに確実に時間差を生じさせて活線挿抜機構を実現することができる。また、実施の形態1および実施の形態2と同様に、各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品300の回路基板350への着脱機構も実現することができる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品300の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品300の高密度実装を可能にすることができる。なお、各電極301〜303および各スパイラルコンタクタ351〜353は、主面316および主面356に沿った方向の大きさが、実施の形態1に示した場合のように異なる状態で形成されていてもよい。
また、図示および説明は省略するが、回路基板の電気接触子として上述したような変形可能なスパイラルコンタクタを用いる他に、たとえば回路基板に通常の電極ランドを形成し、電子部品の電極に大きさの異なる変形可能な導電性ゴムや異方導電性ゴムを採用してこの発明にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現するようにしてもよい。このようにしても、電子部品および回路基板の接触/離脱タイミングに時間差を生じさせて活線挿抜機構を実現することができるとともに、着脱機構も同時に実現することができる。
以上説明したように、この発明の実施の形態1〜3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、高密度実装における電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができるという効果を奏する。
なお、以上において本発明は、上述した実施の形態1〜3に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、回路基板150などに搭載する電子部品100などの代わりに、電気接続端子を有する接続コネクタを用い、接触/離脱タイミングに時間差を生じさせる電気的接続をおこなうようにしてもよい。また、たとえば実施の形態1において、図4−1のように各スパイラルコンタクタ151〜153が初期状態でフラットである場合について説明したが、これら各スパイラルコンタクタ151〜153は、その高さ(回路基板150の主面に対する高さ)が所定の範囲内においては揃っていなくてもよい。すなわち、電子部品100の半田バンプ101の主面116に対する高さと、半田バンプ102の主面116に対する高さが、たとえば△Dだけ異なるとすると、少なくともスパイラルコンタクタ151に対してスパイラルコンタクタ152の高さが△Dより小さい範囲内で高い場合であっても、上述したように接続時には、半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151との接触が最初となり、接続状態を解除する際には、半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151との接触が最後まで保たれることとなる。
以上のように、本発明にかかる電子部品および回路基板は、電子部品を回路基板へ搭載(実装)する各種の用途に利用できる。

この発明は、電子部品および回路基板に関し、特に電子部品と回路基板との時間差接続を可能にし活線挿抜に用いて好適な電子部品および回路基板に関する。
近年のコンピュータシステムなどの高機能化に伴い、種々の機能をもった電子部品が同一の回路基板上に多数搭載(実装)されるようになってきた。このように同一の回路基板上で種々の機能を実現できるようになると、たとえば一部の電子部品が故障などによって交換が必要となった場合や、新たな電子部品を追加して機能の拡充を図る場合などに、回路基板上での電子部品の交換作業や追加作業が必要となる。このとき、たとえば回路基板上のある部分を通電状態で作動させたままかつある部分の通電を遮断して、所望の電子部品を交換したり追加したりすることが必要とされる場合、いわゆるホットプラグ(活線挿抜)機構が要求されることとなる。
図11は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための外観斜視図である。また、図12は、従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面図である。図11において、プラグ型接続部端末400の主面401上には、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に接続端部405からの距離が異なる複数の配線402〜404が形成されている。また、レセプタクル型接続部端末500の主面501上には、凹状矩形断面を有する嵌合部510が形成され、この嵌合部510の内周面には、接続端部505からの距離が等しい複数の配線502が形成されている。
このように構成された両接続部端末400,500を接続する場合、プラグ型接続部端末400をレセプタクル型接続部端末500の嵌合部510に嵌合接続すると、電気接続方向と直交する短手方向両端の配線402および配線502が最初に接触し、つぎに配線403と配線502とが接触し、最後に配線404および配線502が接触することとなる。嵌合部510からプラグ型接続部端末400を抜去する場合は、これと順序が逆となる。このような構造を、ここではカードエッジ型接続構造という。
一方、図12において、電子部品600には、挿入方向(図中白抜き矢印方向)に主面604からの高さ(長さ)が異なる複数の電気接続端子601〜603が2次元に配置され形成されている。また、回路基板700には、電気接続端子601〜603が挿入される穴部701の内周面および開口周縁に電気接触子702が形成されている。このように構成された場合、上記カードエッジ型接続構造と比較して、高集積・高密度化を図ることはできるが、この接続構造においても、電子部品600を回路基板700に嵌合接続すると、電気接続端子601、電気接続端子602および電気接続端子603が順番に電気接触子702と接触することとなる。電子部品600を回路基板700から取り外す場合は、これと順序が逆となる。このような構造を、ここではPGA(Pin Grid Array)という。
すなわち、図11に示したカードエッジ型接続構造および図12に示したPGAなどの従来の接続構造における活線挿抜機構では、互いに当接させる部品の一方の接続部(配線や接続端子など)の電気接続方向(挿入方向)に対する長さ(配線長など)をあらかじめ適宜変更して形成しておくことによって、各接続部の接触タイミングに時間差を生じさせた活線挿抜機構を実現している。これにより、たとえば電源側や接地側の配線を通電状態にしたまま回路側の配線を遮断して電子部品を交換することなどが可能となる(たとえば、特許文献1を参照。)。
なお、このような上述した活線挿抜機構においては、たとえばカードエッジ型接続構造では配線402〜404をプラグ側接続部端末400の表裏側の主面401上にしか形成できないことや、PGAでは電気接続端子601〜603を強度保持のために一定間隔以下で電子部品600に形成できないなどの高密度実装に対する問題点が残されていた。
そこで、さらなる高密度実装に対応すべく、いわゆるBGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)などの実装技術が開発され、たとえば0.5mm間隔で電極を形成したうえでの電子部品と回路基板との電気接続構造などが可能となってきた。ただし、これらBGAやLGAでは、一旦回路基板との電気的接続をおこなうと、電極バンプや電極ランドなどの接続部同士が機械的に接合され恒久的に接続される構造のため、部品交換などには不向きな実装技術であるといえる(たとえば、特許文献2および特許文献3を参照。)。
このため、たとえば回路基板側に変形可能なスパイラル状の接触子(スパイラルコンタクタ)を形成配置してBGAなどの電極形状との対応を図りつつ、容易に部品交換などが可能な電子部品と回路基板との電気接続構造が実現されている。図13−1〜図13−3および図14−1〜図14−3は、従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。まず、図13−1に示すように、電子部品800には、球状の複数の電気接続端子(電極バンプ)801〜803が形成されている。また、回路基板850には、電子部品800の複数の電気接続端子801〜803との接続位置と対応する位置に平面状の複数のスパイラルコンタクタ851〜853が形成されている。
ここで、図13−2に示すように、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品800を回路基板850に徐々に近付けていくと、各電気接続端子801〜803と各スパイラルコンタクタ851〜853とがほぼ同時に接触する。そして、図13−3に示すように、各スパイラルコンタクタ851〜853がそのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に変形することによって、各電気接続端子801〜803と各スパイラルコンタクタ851〜853とが確実に接続される。
また、図14−1に示すように、電子部品900には、平板状の複数の電気接続端子901〜903が形成されている。また、回路基板950には、電子部品900の複数の電気接続端子901〜903との接続位置と対応する位置に凸状の複数のスパイラルコンタクタ951〜953が形成されている。ここで、図14−2に示すように、電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品900を回路基板950に徐々に近付けていくと、各電気接続端子901〜903と各スパイラルコンタクタ951〜953とがほぼ同時に接触する。そして、図14−3に示すように、各スパイラルコンタクタ951〜953が平面状に変形することによって、各電気接続端子901〜903と各スパイラルコンタクタ951〜953とが確実に接続される(たとえば、特許文献4を参照。)。
特開平10−41025号公報 特開2000−340709号公報 特開2001−68594号公報 特許第3440243号公報
しかしながら、図13−1〜図13−3および図14−1〜図14−3に示す電子部品と回路基板との電気接続構造においては、複数の電気接続端子801〜803(901〜903)と複数のスパイラルコンタクタ851〜853(951〜953)とがほぼ同時に接触する。このため、電子部品800(900)の回路基板850(950)との着脱機構を実現することはできるが、たとえば電子部品800(900)内の電源回路を先に通電させた後に、所定の回路を通電させるなどの活線挿抜機構を着脱機構とともに実現することは困難であるという問題がある。
また、高集積・高密度化を進めるうえで、BGA,LGAなどのCSP(Chip Size Package)技術において、電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することは困難であるという問題がある。なお、上記特許文献1〜4に記載された技術においても、特に電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現する技術について提供するものではない。
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、高密度実装技術において電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる電子部品および回路基板を提供することを目的とする。また、この発明は、表面実装型の電子部品と、この電子部品を実装して、この電子部品と電気的に接続する回路基板との間の接続について、接続順を制御可能とすることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる電子部品は、弾性を有する複数の電気接触端子を備えた回路基板に搭載され、複数の前記電気接触端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接続端子を備えた電子部品において、複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なることを特徴とする。
この発明にかかる電子部品によれば、回路基板の複数の電気接触子と接する複数の電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なるように電子部品に備えられている。これにより、電子部品と回路基板との挿抜時に各電気接続端子と各電気接触子との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせることができる。このため、電子部品と回路基板との着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる。
また、この発明にかかる回路基板は、複数の電気接続端子を備えた電子部品の搭載が可能であり、当該電気接続端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接触端子を備えた回路基板において、複数の前記電気接触端子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触端子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なることを特徴とする。
この発明にかかる回路基板によれば、電子部品の複数の電気接続端子と接する複数の電気接触子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なるように回路基板に備えられている。これにより、電子部品と回路基板との挿抜時に各電気接続端子と各電気接触子との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせることができる。このため、電子部品と回路基板との着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができる。
この発明にかかる電子部品および回路基板によれば、高密度実装における電子部品と回路基板との着脱機構および活線挿抜機構を同時に実現することができるという効果を奏する。また、この発明によれば、表面実装型の電子部品の電気接続端子についても回路基板との電気的な接続順を制御することができる。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子部品および回路基板の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
はじめに、この発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。この実施の形態1の電子部品および回路基板の電気接続構造は、電子部品の電気接続端子として大きさ(直径)の異なる球状の接続端子(半田バンプ)を、回路基板の電気接触子として大きさ(直径)の異なる平面状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。
図1はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。また、図2はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を実現する電子部品の基板側平面図である。図1および図2に示すように、CSPなどの電子部品100には、接続基板117(図2参照)の主面116に複数の電気接続端子としての球状の半田バンプ101〜103がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品100が搭載(実装)される回路基板150には、電子部品100の各半田バンプ101〜103と対応する位置に複数の電気接触子としての平面状のスパイラルコンタクタ151〜153がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品100の各半田バンプ101〜103は、その球状部分の直径の大きさ順に半田バンプ101>半田バンプ102>半田バンプ103という関係で形成されており、接続基板117の主面116の外縁部に向けて半田バンプ103、半田バンプ102および半田バンプ101と徐々にその直径が大きくなるように配置され形成されている。また、回路基板150の各スパイラルコンタクタ151〜153は、各半田バンプ101〜103と対応するように、その直径が大きい順にスパイラルコンタクタ151、スパイラルコンタクタ152およびスパイラルコンタクタ153という関係で形成されている。
ここで、電子部品100の各半田バンプ101〜103は、たとえばつぎのように形成される。図3−1〜図3−3はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。まず、図3−1に示すように、電子部品100の絶縁材からなる接続基板117の主面116側にAu、Ag、Cuなどの各種金属およびこれらの合金などの配線用金属材料からなる導体(配線)パターン119を形成する。
そして、導体パターン119の上にCuなどからなる所望の大きさの電極ランド111〜113を形成するとともにそれ以外の主面116をレジスト118で覆い、たとえば半田を非酸化雰囲気中で加熱溶解した液中に接続基板117を入れて半田バンプ101〜103を電極ランド111〜113上にメッキ形成する。このとき、電極ランド111〜113の大きさ(直径)を電極ランド111>電極ランド112>電極ランド113となるように形成しておけば、溶融した半田の表面張力により電極ランド111〜113の大きさによってメッキされる半田の量に差が生じ、半田バンプ101〜103の大きさを異ならせることができる。
つぎに、図3−2に示すように、接続基板117の主面116上のレジスト118を剥離などして除去し、レジスト118を除去した接続基板117を再度加熱などすることによって、半田バンプ101〜103に表面張力を生じさせ、図3−3に示すように、半田バンプ101〜103を球状に整える。これにより、接続基板117の主面116からの高さに差を生じさせた各半田バンプ101〜103を形成することができる。なお、回路基板150(図1参照)のスパイラルコンタクタ151〜153の形成工程については、光ビームなどを用いた写真印刷技術(フォトリソグラフィ)などの従来技術を用いて形成するため、ここでは説明を省略する。
こうして半田バンプ101〜103を形成した電子部品100を回路基板150に搭載すると、つぎのように各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図4−1〜図4−3はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図4−1に示すように、電子部品100を回路基板150に近付けていくと、最も直径の大きい半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151とが最初に接触する。
つぎに、図4−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品100を近付けていくと、2番目に直径の大きい半田バンプ102とスパイラルコンタクタ152とが接触する。最後に、図4−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品100を近付けていくと、最も直径の小さい半田バンプ103とスパイラルコンタクタ153とが接触し、電子部品100と回路基板150とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品100を回路基板150に接続する場合は、半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151を最初に接触させて通電させ、つぎに半田バンプ102およびスパイラルコンタクタ152を接触させて通電させ、最後に半田バンプ103およびスパイラルコンタクタ153を接触させて通電させることができる。また、接続時に各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とを機械的に接合する構造ではないため、電子部品100を回路基板150から抜去する場合は、逆に、半田バンプ103およびスパイラルコンタクタ153を最初に離脱させて遮断し、つぎに半田バンプ102およびスパイラルコンタクタ152を離脱させて遮断し、最後に半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品100の電源回路を半田バンプ101およびスパイラルコンタクタ151の接触で通電するように構成し、その他のプログラム回路などを半田バンプ102、103およびスパイラルコンタクタ152、153の接触で通電するように構成して、活線挿抜がおこなえるようにすることができる。このため、たとえば電子部品100の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構を実現することができるとともに、電子部品100の回路基板150への着脱機構も実現することができる。なお、実施の形態1では、電子部品100の半田バンプ101〜103を、主面116の外縁部に向けて当接させる方向の高さが徐々に高くなるように形成した。これによって、つぎのような場合に有用である。
図5はこの発明の実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を示す一部切欠側面図である。図5に示すように、たとえば半導体チップ130を有する電子部品100の各半田バンプ101〜103は、外縁部に向けて当接させる方向の高さが徐々に高くなるように形成されている。一方、回路基板150のスパイラルコンタクタ151〜153は、平面状に形成されている。このような構造により、電子部品100の回路基板150への搭載時に、たとえば電子部品100が多少なりとも図示のように傾いた状態で回路基板150に搭載される状態になっても、確実に半田バンプ101、半田バンプ102および半田バンプ103の順番にスパイラルコンタクタ151〜153と当接させることができる。したがって、各半田バンプ101〜103の高さを外縁部に向けて徐々に高くして形成することによって、この発明の電子部品および回路基板の電気的接続を活線挿抜機構とともに確実に実現することができる。
なお、半田バンプ101〜103の配置は、上述した場合に限られるものではなく、適宜所望する接続態様などに合わせて変更するようにしてもよい。以上のように、この実施の形態1の電子部品および回路基板によれば、電子部品100の各半田バンプ101〜103の大きさ(高さ)を、接続基板117の主面116に対して回路基板150と当接させる方向に変化させて形成している。このため、互いに当接される電子部品100および回路基板150の各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせ、電子部品100の回路基板150への活線挿抜機構を実現することができる。また、各半田バンプ101〜103と各スパイラルコンタクタ151〜153とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品100の回路基板150への着脱機構を実現することができる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品100の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品100の高密度実装を可能にすることができる。
(実施の形態2)
つぎに、この発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。上記実施の形態1の電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として球状の接続端子(半田バンプ)を、回路基板の電気接触子として平面状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合について説明した。
一方、この実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として円盤状の接続端子(電極ランド)を、回路基板の電気接触子として凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。なお、実施の形態2において、既に説明した部分と重複する箇所は同一の符号を附して説明を省略する。
図6はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。図6に示すように、CSPなどの電子部品200には、接続基板217の主面216に複数の電気接続端子としての円盤状の電極ランド201〜203がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品200が搭載(実装)される回路基板250には、主面256上の電子部品200の各電極ランド201〜203と対応する位置に複数の電気接触子としての凸状のスパイラルコンタクタ251〜253がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品200の各電極ランド201〜203は、主面216に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じとなるように配置され形成されている。同様に、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253は、絶縁基板257の主面256に沿った方向の大きさ(直径)が各電極ランド201〜203と対応するように、すべて同じとなる関係で形成されているが、電子部品200と当接させる方向の高さが、主面256の外縁部に向かって徐々に高くなるように形成されている。
ここで、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253は、たとえばつぎのように形成される。図7−1〜図7−3はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。まず、図7−1に示すように、絶縁材からなる絶縁基板257に複数の穴部259を設け、これら穴部259の開口部にCuなどの配線用金属材料からなるスパイラルコンタクタ251〜253を形成する。
つぎに、図7−2に示すように、絶縁基板257の穴部259のスパイラルコンタクタ251〜253形成側と反対側の開口部(図示せず)から、所定の段差をもった凸状に形成された治具991〜993を挿入し、各スパイラルコンタクタ251〜253を凸状に型押し成形する。最後に、図7−3に示すように、治具991〜993を穴部259から取り外し、各スパイラルコンタクタ251〜253を凸状に形成する。なお、ここでは、スパイラルコンタクタ251〜253は、その凸状部分の高さが高い順にスパイラルコンタクタ251>スパイラルコンタクタ252>スパイラルコンタクタ253という関係で形成されている。
こうしてスパイラルコンタクタ251〜253を形成した回路基板250に電子部品200を搭載すると、つぎのように各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図8−1〜図8−3はこの発明の実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図8−1に示すように、接続基板217の導体パターン219に各電極ランド201〜203が形成された電子部品200を回路基板250に近付けていくと、最も高さが高いスパイラルコンタクタ251と電極ランド201とが最初に接触する。
つぎに、図8−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品200を近付けていくと、2番目に高さが高いスパイラルコンタクタ252と電極ランド202とが接触する。最後に、図8−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品200を近付けていくと、最も高さが低いスパイラルコンタクタ253と電極ランド203とが接触し、電子部品200と回路基板250とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品200を回路基板250に接続する場合は、電極ランド201およびスパイラルコンタクタ251を最初に接触させて通電させ、つぎに電極ランド202およびスパイラルコンタクタ252を接触させて通電させ、最後に電極ランド203およびスパイラルコンタクタ253を接触させて通電させることができる。また、電子部品200を回路基板250から離脱させる場合は、接続する場合とは逆に、電極ランド203およびスパイラルコンタクタ253を最初に離脱させて遮断し、つぎに電極ランド202およびスパイラルコンタクタ252を離脱させて遮断し、最後に電極ランド201およびスパイラルコンタクタ251を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品200の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構を実現することができるとともに、電子部品200の回路基板250への着脱機構も実現することができる。以上のように、この実施の形態2の電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、回路基板250の各スパイラルコンタクタ251〜253の高さを、絶縁基板257の主面256に対して電子部品200と当接させる方向に変化させて形成している。このため、互いに当接される電子部品200および回路基板250の各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253との接触/離脱タイミングに時間差を生じさせて電子部品200の回路基板250への活線挿抜機構を実現することができる。また、実施の形態1と同様に、各電極ランド201〜203と各スパイラルコンタクタ251〜253とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品200の回路基板250への着脱機構を実現することもできる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品200の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品200の高密度実装を可能にすることができる。なお、各電極ランド201〜203および各スパイラルコンタクタ251〜253は、主面216および主面256に沿った方向の大きさが、実施の形態1に示した場合のように異なる状態で形成されていてもよい。
(実施の形態3)
つぎに、この発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造について説明する。上記実施の形態2の電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として円盤状の接続端子(電極ランド)を、回路基板の電気接触子として凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合について説明した。
一方、この実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造では、電子部品の電気接続端子として高さの異なる円盤状(円筒状)の接続端子(電極)を、回路基板の電気接触子として高さの異なる凸状のスパイラルコンタクタをそれぞれ用いた場合の電子部品および回路基板の電気接続構造である。なお、実施の形態3において、既に説明した部分と重複する箇所は同一の符号を附して説明を省略する。
図9はこの発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。図9に示すように、CSPなどの電子部品300には、接続基板317の主面316に複数の電気接続端子としての円盤状の電極301〜303がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。また、電子部品300が搭載(実装)される回路基板350には、絶縁基板357の主面356上の電子部品300の各電極301〜303と対応する位置に複数の電気接触子としての凸状のスパイラルコンタクタ351〜353がX方向およびY方向に2次元に配列形成されている。
電子部品300の各電極301〜303は、主面316に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じでかつ回路基板350と当接させる方向の高さが、主面316の外縁部に向かって徐々に高くなるように配置され形成されている。また、電子部品300が搭載される回路基板350の各スパイラルコンタクタ351〜353は、主面356上の電子部品300の各電極301〜303と対応する位置に、主面356に沿った方向の大きさ(直径)がすべて同じでかつ電子部品300と当接させる方向の高さが、主面356の外縁部に向かって徐々に高くなるように配置され形成されている。
このように各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とが形成された電子部品300を回路基板350に搭載すると、つぎのように各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とが接触し、電気的接続がおこなわれる。図10−1〜図10−3はこの発明の実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。まず、図10−1に示すように、接続基板317の導体パターン319上に各電極301〜303が形成された電子部品300を各スパイラルコンタクタ351〜353が形成された回路基板350に近付けていくと、最も高さが高い電極301と最も高さが高いスパイラルコンタクタ351とが最初に接触する。
つぎに、図10−2に示すように、さらに電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品300を近付けていくと、2番目に高さが高い電極302と2番目に高さが高いスパイラルコンタクタ352とが接触する。最後に、図10−3に示すように、そのまま電気接続方向(図中白抜き矢印方向)に電子部品300を近付けていくと、最も高さが低い電極300と最も高さが低いスパイラルコンタクタ353とが接触し、電子部品300と回路基板350とが完全に電気的に接続される。
このようにして電気的接続をおこなえば、電子部品300を回路基板350に接続する場合は、電極301およびスパイラルコンタクタ351を最初に接触させて通電させ、つぎに電極302およびスパイラルコンタクタ352を接触させて通電させ、最後に電極303およびスパイラルコンタクタ353を接触させて通電させることができる。また、電子部品300を回路基板350から離脱させる場合には、接続する場合とは逆の順番で各電極303〜301および各スパイラルコンタクタ353〜351を離脱させて遮断することができる。
これにより、たとえば電子部品300の任意の回路を先に通電させておき、後から他の回路を通電させるといったいわゆる活線挿抜機構と着脱機構とを実現することができる。以上のように、この実施の形態3の電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、電子部品300の各電極301〜303の高さと、回路基板350の各スパイラルコンタクタ351〜353の高さとを、それぞれの主面316、356の外縁部に向かって互いに当接させる方向に対して徐々に高くなるように変化させて形成している。
このため、電子部品300および回路基板350の各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353との接触/離脱タイミングにさらに確実に時間差を生じさせて活線挿抜機構を実現することができる。また、実施の形態1および実施の形態2と同様に、各電極301〜303と各スパイラルコンタクタ351〜353とを当接させて電気的接続を図る構造のため、電子部品300の回路基板350への着脱機構も実現することができる。このため、たとえばメンテナンスや部品交換などの際に、活線挿抜機構を実現しつつ電子部品300の着脱をおこなうことが可能となる。さらに、この電子部品および回路基板の電気接続構造は、BGA、LGAなどに適用することができるため、電子部品300の高密度実装を可能にすることができる。なお、各電極301〜303および各スパイラルコンタクタ351〜353は、主面316および主面356に沿った方向の大きさが、実施の形態1に示した場合のように異なる状態で形成されていてもよい。
また、図示および説明は省略するが、回路基板の電気接触子として上述したような変形可能なスパイラルコンタクタを用いる他に、たとえば回路基板に通常の電極ランドを形成し、電子部品の電極に大きさの異なる変形可能な導電性ゴムや異方導電性ゴムを採用してこの発明にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現するようにしてもよい。このようにしても、電子部品および回路基板の接触/離脱タイミングに時間差を生じさせて活線挿抜機構を実現することができるとともに、着脱機構も同時に実現することができる。
以上説明したように、この発明の実施の形態1〜3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造によれば、高密度実装における電子部品の着脱機構と活線挿抜機構とを同時に実現することができるという効果を奏する。
なお、以上において本発明は、上述した実施の形態1〜3に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、回路基板150などに搭載する電子部品100などの代わりに、電気接続端子を有する接続コネクタを用い、接触/離脱タイミングに時間差を生じさせる電気的接続をおこなうようにしてもよい。また、たとえば実施の形態1において、図4−1のように各スパイラルコンタクタ151〜153が初期状態でフラットである場合について説明したが、これら各スパイラルコンタクタ151〜153は、その高さ(回路基板150の主面に対する高さ)が所定の範囲内においては揃っていなくてもよい。すなわち、電子部品100の半田バンプ101の主面116に対する高さと、半田バンプ102の主面116に対する高さが、たとえば△Dだけ異なるとすると、少なくともスパイラルコンタクタ151に対してスパイラルコンタクタ152の高さが△Dより小さい範囲内で高い場合であっても、上述したように接続時には、半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151との接触が最初となり、接続状態を解除する際には、半田バンプ101とスパイラルコンタクタ151との接触が最後まで保たれることとなる。
(付記1)弾性を有する複数の電気接触端子を備えた回路基板に搭載され、複数の前記電気接触端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接続端子を備えた電子部品において、
複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なることを特徴とする電子部品。
(付記2)複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面の外縁部に向けて、当該面に対する高さが徐々に高くなることを特徴とする付記1に記載の電子部品。
(付記3)複数の前記電気接続端子は、変形可能に形成されていることを特徴とする付記1に記載の電子部品。
(付記4)複数の前記電気接続端子は、球状接続端子であることを特徴とする付記1に記載の電子部品。
(付記5)複数の前記電気接続端子は、前記電子部品の直径が異なる電極部上に形成された球状接続端子からなり、当該球状接続端子が形成された面の外縁部に向けて、それぞれの高さが当該面に対して徐々に高くなることを特徴とする付記1に記載の電子部品。
(付記6)複数の電気接続端子を備えた電子部品の搭載が可能であり、当該電気接続端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接触端子を備えた回路基板において、
複数の前記電気接触端子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触端子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なることを特徴とする回路基板。
(付記7)複数の前記電気接触子は、当該電気接触子が設けられた面の外縁部に向けて、当該面に対する高さが徐々に高くなることを特徴とする付記6に記載の回路基板。
(付記8)複数の前記電気接触子は、スパイラルコンタクタであることを特徴とする付記6に記載の回路基板。
(付記9)複数の前記電気接触子は、前記回路基板に設けられた直径が異なるスパイラルコンタクタからなり、当該スパイラルコンタクタが設けられた面の外縁部に向けて、それぞれの高さが当該面に対して徐々に高くなることを特徴とする付記6に記載の回路基板。
以上のように、本発明にかかる電子部品および回路基板は、電子部品を回路基板へ搭載(実装)する各種の用途に利用できる。
実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を実現する電子部品の基板側平面図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品の半田バンプ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態1にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を示す一部切欠側面図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する回路基板のスパイラルコンタクタ形成における遷移状態の一例を示す工程図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態2にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造の一例を説明するための電子部品および回路基板の一部透過外観斜視図である。 実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 実施の形態3にかかる電子部品および回路基板の電気接続構造を実現する電子部品と回路基板との接続工程の一例を示す工程図である。 従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための外観斜視図である。 従来の活線挿抜機構を実現する電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。 従来のスパイラルコンタクタを用いた電子部品と回路基板との電気接続構造を説明するための一部断面動作遷移図である。
符号の説明
100、200、300 電子部品
101〜103 半田バンプ
116、216、316、256、356 主面
117、217、317 接続基板
150、250、350 回路基板
151〜153、251〜253、351〜353 スパイラルコンタクタ
201〜203 電極ランド
257、357 絶縁基板
259 穴部
301〜303 電極

Claims (9)

  1. 弾性を有する複数の電気接触端子を備えた回路基板に搭載され、複数の前記電気接触端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接続端子を備えた電子部品において、
    複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面に対する高さがそれぞれ異なることを特徴とする電子部品。
  2. 複数の前記電気接続端子は、当該電気接続端子が形成された面の外縁部に向けて、当該面に対する高さが徐々に高くなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  3. 複数の前記電気接続端子は、変形可能に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  4. 複数の前記電気接続端子は、球状接続端子であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  5. 複数の前記電気接続端子は、前記電子部品の直径が異なる電極部上に形成された球状接続端子からなり、当該球状接続端子が形成された面の外縁部に向けて、それぞれの高さが当該面に対して徐々に高くなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品。
  6. 複数の電気接続端子を備えた電子部品の搭載が可能であり、当該電気接続端子と接することで電気的な接続を可能とする複数の電気接触端子を備えた回路基板において、
    複数の前記電気接触端子は、弾性を有し、かつ、外力が与えられていない状態で当該電気接触端子が設けられた面に対して、それぞれ高さが異なることを特徴とする回路基板。
  7. 複数の前記電気接触子は、当該電気接触子が設けられた面の外縁部に向けて、当該面に対する高さが徐々に高くなることを特徴とする請求項6に記載の回路基板。
  8. 複数の前記電気接触子は、スパイラルコンタクタであることを特徴とする請求項6に記載の回路基板。
  9. 複数の前記電気接触子は、前記回路基板に設けられた直径が異なるスパイラルコンタクタからなり、当該スパイラルコンタクタが設けられた面の外縁部に向けて、それぞれの高さが当該面に対して徐々に高くなることを特徴とする請求項6に記載の回路基板。
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