JPWO2008111394A1 - コンタクトシート及びこれを備えた接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弾性接触子のばね定数を大きくすることができ、しかも高密度実装に適したコンタクトシートを提供すること。【解決手段】 周囲をコンタクトシート１９上で且つ複数の開口穴１９ａで囲まれた固定領域１９Ａに、弾性接触子２０の支持部２１を形成する。支持部２１は、周囲に設けられた開口穴１９ａの外周部に沿って前記固定領域１９Ａのほぼ全域に形成される。支持部２１の面積が広がるため、弾性接触子２０をコンタクトシート１９に対して強固に固定することができる。このため、弾性腕２２のばね定数を大きくすることが可能となる。また配列ピッチＰを狭めても、固定領域１９Ａを確保することができるため、弾性接触子２０の実装密度を高めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、弾性接触子としてのスパイラル接触子を備えたコンタクトシート及びこれを備えた接続装置に関する。

特許文献１には、シートに形成された開口部の外縁部に支持部が設けられ、この支持部から開口部の中心に向かって螺旋状の変形部が延びるスパイラル接触子を備えたコンタクトシートが記載されている。規則的に配列されたスパイラル接触子の間では、一方のスパイラル接触子の支持部の一片に凹部が形成され、この凹部内に他方のスパイラル接触子の変形部が部分的に位置するようになっている。

またスパイラル接触子ではないが、特許文献２には、螺旋状の接続部が絶縁シートに形成された開口部に設けられており、絶縁シートを挟んでその上下に位置する半導体チップの端子と基板側の端子とを接続するフラットスプリングが記載されている。

さらに特許文献３には、隣り合うスパイラル接触子間において、変形部の向きを互いに異なるように配置したコンタクトシートが記載されている。
特開２００５−２６８０７９号公報 米国特許第４，８９３，１７２号公報明細書 特開２００６−１９９０２６号公報

特許文献１に記載されたコンタクトシートでは、凹部とこの凹部内に配列されるスパイラル接触子とが並ぶ一方向（行方向）については、隣り合うスパイラル接触子の間隔を詰めることで、実装密度を高めている。しかし、行方向と直交する列方向については、スパイラル接触子の間隔を詰めることはできない構成である。このため、コンタクトシートの全体的な実装密度を高めることができないという問題がある。

また特許文献２に記載されたものでは、一つのフラットスプリングの支持部が、その上下左右方向に隣接して配置された四つの開口部に囲まれた領域に設けられる構成である。しかしながら、絶縁シート上に設けられた支持部の面積は、前記四つの開口部で囲まれた領域の面積に比較して小さい。このため、フラットスプリングの接続部側を支える力が弱く、フラットスプリングのばね定数を大きくし難いという問題がある。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、従来よりもスパイラル接触子の実装密度を高めることができ、しかもばね定数を大きな弾性接触子を有するコンタクトシート及びこれを備えた接続装置を提供することを目的としている。

本発明は、互いに直交する行方向および列方向に沿って形成された複数の開口穴を備えたシートと、個々の開口部に延びる弾性腕と前記弾性腕を支える支持部とが一体に形成された複数の弾性接触子と、を有するコンタクトシートにおいて、
前記シート上には周囲を複数の開口穴によって囲まれた固定領域が設けられており、前記弾性腕はそのうちの一つの開口穴に対向して配置されており、
前記支持部は、前記固定領域に設けられるとともに前記弾性腕が配置された前記一つの開口穴を除く他の残りの開口穴のうち、少なくとも二つ以上の開口穴の外縁部に沿って形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、支持部を固定するための固定領域の面積を広げることができるため、ばね定数の大きな弾性接触子とすることができる。しかも、配列ピッチを狭くしても広い面積からなる固定領域を確保することができるため、弾性接触子の実装密度を高めることが可能となる。

例えば、前記支持部は、前記弾性腕が配置された一つの開口穴から前記行方向および前記列方向に対して斜め方向となる位置に設けられた前記固定領域に形成されるものとすることができる。

さらには、前記固定領域上で、且つ隣接する一方の開口穴と他方の開口部とで挟まれる領域に前記支持部の一部を構成する隅部が設けられており、前記隅部がＲ面で形成されているものが好ましい。

上記手段では、隅部に無理な力が作用しなくなるため、支持部がシートから剥離することを防止することが可能となり、シートと支持部との間の密着度を高めることができる。

また、前記行方向又は前記列方向において隣接する弾性接触子は、その変形部の向きが１８０度逆向きに配置されていることが好ましい。

上記手段では、弾性接触子に作用する力を、隣接する弾性接触子の間でキャンセルすることができる、このため、コンタクトシートに無理なストレスが作用することを防止することができる。

上記においては、一つの固定領域は、少なくとも三つ以上の開口穴で囲まれる領域の内側である。

さらには、前記弾性接触子は、前記弾性腕が、外周側の巻き始端から内周側の巻き終端に向かって螺旋状に延びるスパイラル接触子である。

また本発明は、前記いずれか記載のコンタクトシートを備えた接続装置であって、
複数のスルーホールおよび前記スルーホールに形成された導電部とを有する基材シートと、支持面に複数の固定電極を有するとともに前記基材シートが設置される基台とが設けられ、前記基材シートの表面に前記コンタクトシートが配置されて、コンタクトシートに設けられた前記支持部と前記基台に設けられた固定電極とが、前記基材シートに設けられた前記導電部を介してそれぞれ接続されることを特徴とするものである。

本発明では、大きなばね定数を有する弾性接触子が高密度実装された接続装置とすることができる。

本発明では、弾性接触子を支える支持部の面積を拡張することができるため、弾性接触子のばね定数を大きくすることができる。

また隣接する開口部間の配列ピッチを詰めることが可能となるため、弾性接触子の実装密度を高めることができる。

図１は本発明の実施の形態であるコンタクトシートを有する接続装置の部分断面図、図２は本発明の実施の形態を示すコンタクトシートの平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であるとともに弾性接触子の部分断面図、図４は弾性接触子に電子部品側の接続電極が当接した状態を示す図３同様の断面図、図５は本発明の他の実施の形態として隣接する弾性接触子間で、弾性腕の巻き方向を１８０度異ならせた状態を示すコンタクトシートの平面図である。なお、以下の説明においては、Ｘ方向が列方向を、Ｙ方向が行方向を意味する。

図１に示す接続装置１は、基台１０を有している。基台１０の平面形状は四角形状であり、基台１０の４辺のそれぞれにはほぼ垂直に立ち上がる側壁部１０ａが形成されている。四辺の側壁部１０ａで囲まれた領域は凹部１１であり、その底部１０ｂの上面が支持面１２である。前記支持面１２の上には、シート状の接続基材１５が設置されている。接続基材１５は絶縁性の基材シート１６で形成されており、その表面には複数の弾性接触子２０を備えたコンタクトシート１９が設けられている（図３参照）。

図２に示すように、基材シート１６には、所定の径寸法からなる複数のスルーホール１６ａが、一定の配列ピッチＰでマトリックス状に配列されている。図３に示すように、それぞれのスルーホール１６ａの内周面には、導電層１７がメッキなどの手段で形成されている。基材シート１６の表面には、前記導電層１７に導通する表側の接続ランド１７ａが形成され、基材シート１６の裏面には、前記導電層１７に導通する裏側の接続ランド１７ｂが形成されている。

図２及び図３に示すように、コンタクトシート１９はポリイミドなど絶縁性および可撓性を有する薄い樹脂製のシートで形成される。コンタクトシート１９には、所定の径寸法からなる複数の開口穴１９ａが形成されている。それぞれの開口穴１９ａは、前記基材シート１６に形成されたスルーホール１６ａと同じ所定の配列ピッチＰでマトリックス状に配列されている。

弾性接触子２０は、薄い導電性金属板を打ち抜いて形成されさらにメッキ処理されたものであり、個々の弾性接触子２０が、前記コンタクトシート１９の一方の面に接着剤１３などを介して接合されている。あるいは、弾性接触子２０は、銅やニッケル（Ｎｉ）などの導電性材料を使用してメッキ工程で形成される。例えば、図３に示すように、コンタクトシート１９の片面（下面）に複数の弾性接触子２０がメッキ工程で形成され、前記コンタクトシート１９が基材シート１６に重ねられ且つ貼り合わされている。後に説明するように、弾性接触子２０は前記接続ランド１７ａの表面に接合される。

それぞれの弾性接触子２０は、コンタクトシート１９に形成された後、あるいはコンタクトシート１９が基材シート１６に設置された後に、外力が与えられて立体形状に形成される。このとき、加熱処理で内部の残留応力が除去され、弾性接触子２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。

図３に示すように、基材シート１６の裏面側では、前記接続ランド１７ｂに個別に接続する導電性材料のバンプ電極１８が形成されている。図１に示すように、接続基材１５が基台１０の底部１０ｂの表面である支持面１２に設置されると、前記バンプ電極１８が、前記支持面１２に設けられた固定電極に接続される。これにより、コンタクトシート１９に設けられた弾性接触子２０の支持部２１と基台１０の支持面１２に設けられた固定電極とが、基材シート１６のスルーホール１６ａの内周面に設けられた導電層１７を介して導通接続される。

なお、上記において、スルーホール１６ａ、開口穴１９ａおよび弾性接触子２０の配列ピッチＰは、例えば２ｍｍ以下であり、あるいは１ｍｍ以下である。弾性接触子２０の外形寸法の最大値も２ｍｍ以下であり、あるいは１ｍｍ以下である。なお、配列ピッチＰは、電子部品の隣り合う電極間の配列ピッチと同寸法である。

図２と図３に示すように、本実施の形態に示す弾性接触子２０は螺旋形状からなる弾性腕（弾性変形部）２２を備えたスパイラル接触子である。弾性接触子２０は、前記弾性腕２２と支持部２１とが一体的に形成されている。すなわち、弾性腕２２は、巻き始端である基部２２ａが外周側の支持部２１と一体化されている。弾性腕２２の巻き終端である先端部２２ｂは、螺旋の内周側に位置している。図３に示すように、弾性接触子２０を構成している支持部２１が図示しない導電性接着剤を介して前記接続ランド１７ａに接続され、弾性腕２２は、先端部２２ｂが接続ランド１７ａから離れるように上方に向かって立体成形されている。弾性接触子２０は、支持部２１の基部２２ａを支点として、弾性腕２２の先端部２２ｂ側が図示Ｚ方向に伸縮自在に弾性変形する。

図２に示すように、コンタクトシート１９の表面には、多数の開口穴１９ａが行（Ｙ）方向および列（Ｘ）方向に規則正しく配列されている。行方向および列方向に隣り合う開口穴１９ａと開口穴１９ａとが対向する部分で、且つ最も対向距離の短い部分が狭幅部１９ｂである。そして、図２に斜線で示すように、四つの開口穴１９ａと四つの狭幅部１９ｂとで囲まれた領域が、一つの固定領域１９Ａである。より詳しくは、隣接する四つの開口穴１９ａの中心点Ｏどうしを４本の仮想線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で結んで正方形とし、この正方形内に含まれる四つの開口穴１９を部分的に除いたときに形成される略アステロイド形状（略星芒形状）をした部分が一つの固定領域１９Ａである。コンタクトシート１９上には、このような固定領域１９Ａが多数設けられており、各弾性接触子２０の支持部２１はこれら固定領域１９Ａの内側にそれぞれ設けられる。なお、各狭幅部１９ｂは、仮想線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４上にそれぞれ位置する。

図３に示すように、前記弾性接触子２０は、支持部２１の上面側が固定領域１９Ａの下面（コンタクトシート１９の下面）に固定される。この状態では、支持部２１から延びる弾性腕２２は、コンタクトシート１９の下面側の位置にて開口穴１９ａ内にある。そして、弾性接触子２０が立体形状に形成される際に、弾性腕２２の先端部２２ｂ側が前記開口穴１９ａを介してコンタクトシート１９の表面側に突出させられる。

ところで、固定領域１９Ａはコンタクトシート１９上に多数の開口穴１９ａどうしを接近させた状態で規則的に並べて配置したときに、面積が狭いがために同じ直径の開口穴１９ａを物理的に配置することができない領域でもある。

本願発明では、このように物理的に開口穴１９ａを形成することができない固定領域１９Ａを有効利用するものであり、支持部２１は固定領域１９Ａのほぼ全域にわたって形成される。開口穴１９ａの配列ピッチＰを狭めても、隣接する開口穴１９ａどうしが重ならない限り、固定領域１９Ａの面積が極端に狭くなることがない。したがって、配列ピッチＰは、隣接する開口穴１９ａどうしが接する限界まで狭めることができ、この場合でも支持部２１を形成するための固定領域１９Ａをコンタクトシート１９上に確保することが可能であり、弾性接触子２０の実装密度を高めることができる。

図２に示す実施の形態に示すものでは、任意の開口穴１９ａに対応して設けられる前記支持部２１は、行方向および列方向に対して４５度の方向（弾性腕２２が配置された開口穴１９ａから見て右上斜め４５度の方向）の固定領域（斜線部分）１９Ａ内に設けられている。前記支持部２１は、四つの開口穴１９ａの数と同数からなる四つの縁部ａ，ｂ，ｃおよびｄを有している。弾性腕２２は、支持部２１を構成する一つの縁部ａに位置する基部２２ａから左斜め下方向に位置する一つ開口穴１９ａの中心点Ｏに向かって螺旋状に延びている。他の残りの三つの縁部ｂ，ｃおよびｄは、隣接する残りの三つの開口穴１９ａの外縁部に沿う凹状の形でそれぞれ形成されている。

また本実施の形態に示す支持部２１は、その周囲に四つの隅部２１ａを有している。各隅部２１ａは、固定領域１９Ａを形成する四つの狭幅部１９ｂの近傍までそれぞれ達しており、これにより支持部２１の全体的な面積の拡張が図られている。ただし、隣接する二つの支持部２１の間は電気的に絶縁されている。すなわち一方の支持部２１の隅部２１ａと他方の支持部２１の隅部２１ａとは、隙間を介して対向している。また隅部２１ａにはＲ面による面取りが施されており、すべての隅部２１ａは丸みを有している。このため、支持部２１には無理な外力が作用し難くなっている。よって、支持部２１はコンタクトシート１９から容易に剥離することがなく、コンタクトシート１９に強固に固定された状態にある。

このように、本願発明では、支持部２１がコンタクトシート１９に強固に固定されているため、弾性腕２２の幅寸法や厚み寸法を広げ、あるいは材質を変えること等により、弾性接触子２０のばね定数を大きくすることが可能である。すなわち、本願発明では、弾性腕２２が弾性変形するときの土台となる支持部２１が強固である。このため、ばね定数を大きくした弾性腕２２が弾性変形させられ、大きな力が弾性接触子２０に作用したとしても、弾性腕２２自体が折れ曲り、あるいは支持部２１がコンタクトシート１９から剥離して浮いてしまうといった不具合を防止することができる。すなわち、腰の強い弾性接触子２０が多数配置されたコンタクトシート１９とすることができる。

図１に示すように、接続装置１には電子部品４０が設置される。電子部品４０は、ＩＣパッケージなどであり、ＩＣベアチップなどの各種電子素子が本体部４１内に密閉されている。本体部４１の底面４１ａには、複数の接続電極４２が設けられており、それぞれの接続電極４２が本体部４１内の回路に導通している。この実施の形態の電子部品４０は、前記接続電極４２が球（ボール）形状である。ただし、接続電極４２は円錐形状。あるいは平面パッドなどであってもよい。

前記接続電極４２は、スズ（Ｓｎ）を含む導電性の合金、すなわち、鉛を含まないハンダで形成されており、スズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金で形成されたものが好ましい。ただし、前記接続電極４２はハンダで形成された構成に限定されるものではなく、その他例えば金、銀、銅あるいはこれらを含む合金などを用いて形成してもよい。

図４に示すように、電子部品４０が接続装置１に設置されると、前記接続電極４２が弾性腕２２の先端部２２ｂに当接する。よって、接続装置側の弾性接触子２０と電子部品４０側の接続電極４２との間が電気的に接続される。なお、電子部品４０には加圧力Ｆが与えられ、このとき接続電極４２が弾性接触子２０の先端部２２ｂを図示下方（Ｚ２方向）に押圧するため、弾性接触子２の弾性腕２２は圧縮させられる。

ここで、接続電極４２が弾性腕２２を加圧したときに作用する力は、基部２２ａを介して支持部２１に伝わる。上記実施の形態に示すように、コンタクトシート１９に設けられた弾性接触子２０のすべての弾性腕２２の螺旋の巻き方向が同じ（基部２２ａから先端部２２ｂに向かって半時計回り方向）であるような場合には、前記個々の支持部２１に対して同じ方向の力が作用する。個々の支持部２１に作用する力は小さいが、このよう弾性接触子２０が多数（例えば数百ないし数千個）集まると非常に大きな力となる。このため、上記のように、コンタクトシート１９上の弾性接触子２０のばね定数を大きくすることができても、コンタクトシート１９に過度なストレスが作用し、信頼性が低下したり、動作寿命が短くなったりする可能性がある。

そこで、例えば図５に示す実施の形態では、隣接する弾性接触子２０の間で、弾性腕２２の螺旋の巻き方向を互いに逆向きとしている。すなわち、巻き方向が時計回りの弾性腕２２と、半時計回りの弾性腕２２とが交互に配置するようにしている。あるいは、いくつかの弾性接触子２０が集まって１つのブロックを形成するものにあっては、ブロックごとに弾性接触子２０の巻き方向を異ならせる構成とするものであってもよい。

このように隣接する弾性接触子２０の間、あるいは隣接するブロック間で、弾性腕２２の螺旋の巻き方向を互いに逆向きとなる構成にすれば、個々の弾性接触子２０に作用する力を、隣接する弾性接触子２０の間で、あるいはブロック間で相殺することができ、コンタクトシート１９に作用するストレスを無くすか、あるいは極わずかなストレスだけしか残らないようにすることが可能となる。このため、寿命が長く、しかも信頼性の高いコンタクトシート１９とすることができる。

上記実施の形態では、四つの開口穴１９ａで囲まれた略アステロイド形状（略星芒形状）をした部分を固定領域１９Ａとし、この領域の内側に支持部２１が形成される構成を示したが、本発明はこれに限られるものではない。少なくとも三つの開口穴１９ａで囲まれる領域、すなわち略三角形状または略三菱形状からなる領域の内側を固定領域１９Ａとするものであればよい。したがって、例えば五つの開口穴１９ａで囲まれる略五芒星形状をした領域の内側を一つの固定領域１９Ａとするものでもよい。そして、支持部２１はこれらの形状からなる固定領域１９ａの内側に形成される構成であればよい。

さらに上記実施の形態では、支持部２１が、弾性腕２２が配置される開口穴１９ａを除いて残ったすべての開口穴１９ａの外縁部に沿う形状であるものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではない。支持部２１は、少なくとも二つ以上の縁部が各開口穴１９ａの外縁部に沿うものであればよく、これにより支持部２１の面積を拡張することが可能となる。

また上記実施の形態では、支持部２１が、図２において弾性腕２２が配置された開口穴１９ａから見て右上斜め４５度の方向に設けられた固定領域１９Ａに形成される場合について説明したが、開口穴１９ａに対する支持部２１の位置はこれに限られるものではなく、左上斜め４５度、右下斜め４５度または左下斜め４５度であってもよい。さらに、角度は４５度の方向でなくてもよい。ただし、４５度の方向とした場合には、開口穴１９ａをマトリックス状に配置した場合に、前記固定領域１９Ａを行方向および列方向において均整のとれた形状とすることができる。

本発明の実施の形態であるコンタクトシートを有する接続装置の部分断面図、 本発明の実施の形態を示すコンタクトシートの平面図、 図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であるとともに弾性接触子の部分断面図、 弾性接触子に電子部品側の接続電極が当接した状態を示す図３同様の断面図、 本発明の他の実施の形態として隣接する弾性接触子間で、弾性腕の巻き方向を１８０度異ならせた状態を示すコンタクトシートの平面図、

符号の説明

１ 接続装置
１０ 基台
１２ 支持面
１５ 接続基材
１６ 基材シート
１６ａ スルーホール
１９ コンタクトシート
１９Ａ 固定領域
１９ａ 開口穴
１９ｂ 狭幅部
２０ 弾性接触子
２１ 支持部
２１ａ 隅部
２２ 弾性腕（弾性変形部）
２２ａ 基部
２２ｂ 先端部
４０ 電子部品
４２ 接続電極
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 支持部の縁部

さらに特許文献３には、隣り合うスパイラル接触子間において、変形部の向きを互いに異なるように配置したコンタクトシートが記載されている。
特開２００５−２６８０７９号公報 米国特許第４，８９３，１７２号公報明細書 特願２００６−１９９０２６号公報

Claims (7)

1. 互いに直交する行方向および列方向に沿って形成された複数の開口穴を備えたシートと、個々の開口部に延びる弾性腕と前記弾性腕を支える支持部とが一体に形成された複数の弾性接触子と、を有するコンタクトシートにおいて、
   前記シート上には周囲を複数の開口穴によって囲まれた固定領域が設けられており、前記弾性腕はそのうちの一つの開口穴に対向して配置されており、
   前記支持部は、前記固定領域に設けられるとともに前記弾性腕が配置された前記一つの開口穴を除く他の残りの開口穴のうち、少なくとも二つ以上の開口穴の外縁部に沿って形成されていることを特徴とするコンタクトシート。
2. 前記支持部は、前記弾性腕が配置された一つの開口穴から前記行方向および前記列方向に対して斜め方向となる位置に設けられた前記固定領域に形成される請求項１記載のコンタクトシート。
3. 前記固定領域上で、かつ隣接する一方の開口穴と他方の開口部とで挟まれる領域に前記支持部の一部を構成する隅部が設けられており、前記隅部がＲ面で形成されている請求項１記載のコンタクトシート。
4. 前記行方向又は前記列方向において隣接する弾性接触子は、その変形部の向きが１８０度逆向きに配置されている請求項１に記載のコンタクトシート。
5. 一つの固定領域は、少なくとも三つ以上の開口穴で囲まれる領域の内側である請求項１に記載のコンタクトシート。
6. 前記弾性接触子は、前記弾性腕が、外周側の巻き始端から内周側の巻き終端に向かって螺旋状に延びるスパイラル接触子である請求項１に記載のコンタクトシート。
7. 前記請求項１ないし６のいずれか記載のコンタクトシートを備えた接続装置であって、
   複数のスルーホールおよび前記スルーホールに形成された導電部とを有する基材シートと、支持面に複数の固定電極を有するとともに前記基材シートが設置される基台とが設けられ、前記基材シートの表面に前記コンタクトシートが配置されて、コンタクトシートに設けられた前記支持部と前記基台に設けられた固定電極とが、前記基材シートに設けられた前記導電部を介してそれぞれ接続されることを特徴とする接続装置。

Images