JP2011003780A - 導電性接合構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ランド状接続端子とバネ状接触子を電気的に接合して安定的な接続状態を形成する導電性接合構造を提供する。
【解決手段】 ランド状接続端子３ａと、ランド状接続端子３ａに付勢力を施してランド状接続端子３ａと電気的に接触するバネ状接触子２とを備え、ランド状接続端子３ａは、スパイラル状接触子２、板バネ形状接触子、コイルバネ形状接触子などのバネ状接触子２との接触面にＳｎ―Ａｇメッキ３ａｃが施され、ランド状接続端子３ａとバネ状接触子２とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子３ａとバネ状接触子２とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部９が生成され、電子部品３などに熱履歴を加えることなく、Ｓｎ―Ａｇメッキ３ａｃとＡｕメッキ７ｂとの間に金属間接合部９を生成させ安定的に接合することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的な接続状態を形成する導電性接合構造に関し、ランド状接続端子とバネ状接触子を電気的に接合した接触面に金属間接合部を備える導電性接合構造に関する。

図６は、スパイラル状接触子と接続端子との金属間接合の概略を示す断面図であり、（ａ）は、接触前の状態を示し、（ｂ）は、接触後の接触箇所に金属間接合部が生成されている状態を示す。
図６の（ａ）（ｂ）に示すように、ランド状接続端子１０３ａと、ランド状接続端子１０３ａに付勢力を施してランド状接続端子１０３ａと電気的に接触して基板１０３ｂの所定の導電部に電気的に導通するように接合されたスパイラル状接触子１０２とにおいて、ランド状接続端子１０３ａとスパイラル状接触子１０２には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面１０３ａｃと鏡面状平面１０２ｃを備え、ランド状接続端子１０３ａとスパイラル状接触子１０２との鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせ、スパイラル状接触子１０２が有するバネ性によって、鏡面状平面同士が密着され、さらに加圧されて金属間接合部１０９が生成され、電気的に強固に接合することができる（特許文献１参照）。

特願２００８―２６８２６８号

しかしながら、前記従来例では、接続面に鏡面状平面を備えた接続端子と、先端部の上面に鏡面状平面を備えたスパイラル状接触子とを接合し、また、先端部の上面に鏡面状平面を備えたスパイラル状接触子同士を接合しているものである。
本発明は、ランド状接続端子とバネ状接触子を電気的に接合した接触面を鏡面状平面にすることなく金属間接合部を生成させて安定的に電気的な接続状態を形成することを目的とする。

請求項１に係る発明の導電性接合構造は、ランド状接続端子と、前記ランド状接続端子に付勢力を施して前記ランド状接続端子と電気的に接触するバネ状接触子とを備え、
前記ランド状接続端子は、前記バネ状接触子との接触面にＳｎ―Ａｇメッキが施され、
前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成されることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の導電性接合構造であって、前記バネ状接触子は、スパイラル状接触子であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の導電性接合構造であって、前記バネ状接触子は、板バネ形状であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の導電性接合構造であって、前記バネ状接触子は、コイルバネ形状であることを特徴とする。

請求項５に係る発明の導電性接合構造の製造方法は、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子、前記バネ状接触子の少なくとも一方に低周波振動を印加して金属間接合部を生成させることを特徴とする。

請求項６に係る発明の導電性接合構造の製造方法は、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子との接合部を不活性ガス雰囲気にして金属間接合部を生成させることを特徴とする。

請求項７に係る発明の導電性接合構造の製造方法は、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子との接合部を常温雰囲気および低温加熱雰囲気のどちらか一方にして金属間接合部を生成させることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法であって、前記低温加熱雰囲気は、スポット的な赤外線ランプによることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法であって、前記低温加熱雰囲気は、加熱された不活性ガスによることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法であって、前記低温加熱雰囲気は、ヒータを用いた加熱によることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法であって、前記低温加熱雰囲気は、８０〜１２０℃であることを特徴とする。

請求項１によれば、導電性接合構造は、ランド状接続端子と、ランド状接続端子に付勢力を施してランド状接続端子と電気的に接触するバネ状接触子とを備え、ランド状接続端子は、バネ状接触子との接触面にＳｎ―Ａｇメッキが施され、ランド状接続端子とバネ状接触子とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子とバネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、電子部品などに熱履歴を加えることなく、Ｓｎ―ＡｇメッキとＡｕメッキとの間に金属間接合部を生成させ安定的に接合することができる。

請求項２によれば、バネ状接触子がスパイラル状接触子であるため、ランド状接続端子とスパイラル状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部を生成させ安定的に接合することができる。

請求項３によれば、バネ状接触子は、板バネ形状であるため、ランド状接続端子と板バネ形状の接触子とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部を生成させ安定的に接合することができる。

請求項４によれば、バネ状接触子は、コイルバネ形状であるため、ランド状接続端子とコイルバネ形状の接触子とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部を生成させ安定的に接合することができる。

請求項５によれば、ランド状接続端子とバネ状接触子とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子とバネ状接触子とを対面させて重ね合わせ、ランド状接続端子、バネ状接触子の少なくとも一方に低周波振動を印加して電子部品などに熱履歴を加えることなく、接続端子と接触子との間に金属間接合部を生成させることができる。

請求項６によれば、ランド状接続端子とバネ状接触子とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子とバネ状接触子とを対面させて重ね合わせ、ランド状接続端子とバネ状接触子との接合部を不活性ガス雰囲気にして電子部品などに熱履歴を加えることなく、接続端子と接触子との間に金属間接合部を生成させることができる。

請求項７によれば、ランド状接続端子とバネ状接触子とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子とバネ状接触子とを対面させて重ね合わせ、ランド状接続端子とバネ状接触子との接合部を常温雰囲気および低温加熱雰囲気のどちらか一方にして、電子部品などに熱履歴を加えることなく、接続端子と接触子との間に金属間接合部を生成させることができる。

請求項８によれば、低温加熱雰囲気は、スポット的な赤外線ランプを用いることによって、接続端子と接触子との間を効果的に加熱し、金属間接合部を生成させることができる。

請求項９によれば、低温加熱雰囲気は、加熱された不活性ガスを用いることによって、接続端子と接触子との間を酸化することなく効果的に加熱し、金属間接合部を生成させることができる。

請求項１０によれば、低温加熱雰囲気は、ヒータを用いて加熱させることによって、接続端子と接触子との間を効果的に加熱し、金属間接合部を生成させることができる。

請求項１１によれば、低温加熱雰囲気は、８０〜１２０℃とすることによって、電子部品などに熱履歴を加えることなく、接続端子と接触子との間に金属間接合部を生成させることができる。
これによって、精度が良く、優れた電気的特性と優れたバネ追従性を有するバネ状接触子を備えた導電性接合構造を容易に形成することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る導電性接合構造の第１の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための導電性接合構造を示し、（ａ）は、スパイラル状接触子とランド状接続端子の接触前の状態を示し、（ｂ）は、接触後に接触箇所に金属間接合部が生成されている状態を示す。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、導電性接合構造１は、ランド状接続端子３ａと、ランド状接続端子３ａに付勢力を施してランド状接続端子３ａと電気的に接触するバネ状接触子（スパイラル状接触子）２とを備え、ランド状接続端子３ａは、バネ状接触子２との接触面にＳｎ―Ａｇメッキ３ａcが施され、ランド状接続端子３ａとバネ状接触子２とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子３ａとバネ状接触子２とを対面させて重ね合わせ、電子部品３、およびスパイラル状接触子２の何れか一方に低周波の振動、例えば５０Ｈｚの振動を印加することによって接触面に金属間接合部９が容易に生成される。低周波振動はピエゾ素子によるが、低周波振動を発生するものであれば、携帯電話のバイブに利用されるモータによって発生させても良い。また、バネ状接触子（スパイラル状接触子２）を備えた電子部品３やプリント基板を大きなテーブル上に固定して３０Ｈｚ程度の低周波で振動させて金属間接合を生成させることも可能である。また、接続端子や接触子の表面にＳｎ-Ａｇメッキを施すことによって金属間接合を生成させているが、接続端子や接触子の表面をＳｎ-Ａｇで被う場合、メッキに限定するものではなく、スパッタ法や塗布でも構わない。

図２は、金属間接合を説明する拡大断面図であり、金属間接合部が生成される雰囲気を示している。図２に示すように、導電性接合構造１を形成するためには、電子部品３やバネ状接触子（スパイラル状接触子）２の接合部（金属間接合部９）をチャンバー１１内に置いて、不活性ガス、例えば、窒素ガスを充満させて酸化を防止する。また、接合部（金属間接合部９を生成する部位）を低温加熱することによってより効果的に金属間接合を生成することが可能である。低温加熱は、加熱した不活性ガスをチャンバー内に充填したり、赤外線ランプで加熱したり、ニクロム線などのヒータで加熱する。
このように、導電性接合構造１は、電子部品３などに熱履歴を加えることなく、ランド状接続端子３ａのＳｎ―Ａｇメッキ３ａｃと、スパイラル状接触子２のＡｕメッキ３との間に金属間接合部９を生成させて安定的に接合することができる。なお、低温加熱雰囲気は、８０〜１２０℃としたが、電子部品やデバイスへの熱履歴の影響が無い範囲であればこれに限定することはない。

次に、バネ状接触子であるスパイラル状接触子の製造方法を簡単に説明する。
図３は、本発明に係るスパイラル状接触子の製造方法の工程断面図である。図３に示すように、スパイラル状接触子２は、渦巻状の中心に先端部（柱）２ｄを有する凸形のスパイラル状接触子である。なお、スパイラル状接触子２の形状は、接続端子と接触する部位がフラットな先端部を備えていれば良く、柱２ｄを備えるものに限定するものではない。

第１工程では、金属板４を用意し、この金属板４の表面に１つの凹部４ａをスパイラル状接触子の先端の位置に来るように形成する。なお、金属板４はＣｕ箔が好適であるので、以下、金属板４はＣｕ箔４と記載する。Ｃｕ箔４の厚みは、箔状であり、例えば、０．０８ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。
第２工程は、Ｃｕ箔４の表面にフォトレジスト５を貼付もしくは塗布し、その上方から３重巻きのスパイラル状接触子２のパターンを有するフォトマスク６を被せ、このフォトマスク６の上方から光を照射して露光する。これによって、柱２ｄが形成される。このフォトマスク６の形状は、スパイラル形状接触子２の部分を黒塗りにした模様になっている。また、白黒逆のパターンを用いた方法でも構わない。

第３工程は、フォトマスク６のパターンを形成するようにフォトレジスト５を現像する。
第４工程は、さらに上方からＣｕ箔４の露出面４ｂに金属材７（７ａ、７ｂ）を施し、３重巻きのスパイラル状接触子２を成形する。ここでの金属材７は、表層にＣｕ材を施したニッケル合金、又は表層にＣｕ材を施したニッケル合金メッキが好適である。なお、金属材は、例えば、ニッケルＮｉ合金メッキを用いたが、これに限定されるものではない。
第５工程は、フォトレジスト５を除去する。
第６工程は、Ｃｕ箔４の裏面にフォトレジスト５を貼付もしくは塗布し、穴を開けるためのフォトマスク６´を被せ、このフォトマスク６´に光を照射して露光・現像する。
第７工程は、Ｃｕ箔４の裏面からＣｕ箔４にエッチングで穴４ｃを開ける。
第８工程は、Ｃｕ箔４の裏面のフォトレジスト５を除去する。

図４は、本発明に係る製造方法の工程断面図であり、図３に示す第８工程に続く工程を示している。図４に示すように、第９工程では、上下反転させたスパイラル状接触子２の渦巻きの中心を一方から凸形工具１０で押し上げて凸形に変形させた状態でアニールフォーミングする。
詳細には、スパイラル状接触子２の下方に凸形工具１０を配置し、スパイラル状接触子２を下方から凸形工具１０で押し上げて凸形に変形させた状態でアニールフォーミングして成形を安定させ、すなわち、凸状に変形したスパイラル状接触子２が加熱及び焼鈍されて凸形状に成形される。このアニールフォーミングは、例えば、２５０℃で加熱し、焼きなまし処理を行い、内部応力を除去する。ここで加熱温度は２５０℃としたが、２５０℃前後を含むものとし、さらにこれに限定されるものではない。
第１０工程は、アニールフォーミングが完了するとともに、凸形工具１０を取り外した状態である。
第１１工程は、スパイラル状接触子２を、表面に導電性のランド８ａを有する実装基板８に位置決め固定する。この後、Ｃｕ箔４をエッチング除去する。

＜その他の実施形態＞
以下、本発明に係る導電性接合構造のその他の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。金属間接合部の生成方法は第１の実施形態と同様であり、生成方法の説明は省き、相違する具体的な構造を説明する。
図５は、本発明のその他の実施形態を説明するための導電性接合構造を示し、（ａ）は板バネ形状、（ｂ）はコイルバネ形状の接触子を示している。
図５（ａ）に示すように、導電性接合構造１１において、バネ状接触子１２は板バネ形状である。このように、ランド状接続端子３１ａと板バネ形状のバネ状接触子１２とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部１９を生成させて安定的に接合することができる。なお、バネ状接触子１２はランド状接続端子３３ａに半田付け部１４などを設けることによって接合される。ランド状接続端子３１ａと接触する板バネ状のバネ状接触子１２の接合面にはＳｎ-Ａｇメッキ３１ａｃを施している。

また、図５（ｂ）に示すように、導電性接合構造２１において、バネ状接触子２２はコイルバネ形状である。このように、ランド状接続端子４１ａとコイルバネ形状のバネ状接触子２２とを対面させて重ね合わせることによって、接触面に金属間接合部２９を生成させて安定的に接合することができる。なお、バネ状接触子２２はランド状接続端子５１ａに半田付け部２４などを設けることによって接合される。ランド状接続端子４１ａと接触するコイルバネ状のバネ状接触子２２の接合面にはＳｎ-Ａｇメッキ４１ａａを施している。
なお、半田接合（半田付け部）１４、２４は、レーザスポット溶接などであっても、電気的接合が可能であればその他の接合方法によっても、本発明に用いた金属接合によっても構わない。

また、バネ状接触子２、１２、２２を形成するコア材はニッケル（Ｎｉ）基材であり、表面にはＡｕメッキが施されているが、これに限定されるものではない。ここで金属間接合を簡単に説明する。金属間接合は、接合部の金属原子が互いに拡散して拡散接合が発生して起きる。この拡散接合とは、ＪＩＳの定義では、「母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じさせない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」となっている。
このような拡散接合の特徴は、材料的に溶融溶接が極めて困難とされている金属や、異種金属の接合ができること、面接合ができることである。

すなわち、接合すべき金属の接合面同士を著しい変形を伴わずに加圧、加熱し、接合面を横切って接合界面の原子を拡散させて接合する。この際、表面の凹凸や、酸化膜や、汚染層が接合阻害要因となるため、加圧による塑性変形量、加熱による拡散速度および表面処理の厳しい管理が求められるが、接合温度や接合時間どの条件コントロールによって接合材料間の相互拡散を抑制して精密な接合ができる。
また、１００℃以下の低温、真空中や不活性ガス中ではさらに金属接合が起こり易くなる。

以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、バネ状接触子は、スパイラル状接触子の中心先端に突起（柱）を有するものとして説明したが、突起が無くてもほぼ平面状であればそれでも構わない。また、バネ状接触子は、板バネ形状とコイルバネ形状として説明したが、これに限るものではなく、その他バネ状接触子であれば構わないし、薄板状金属板に金属間接合部を備えた接点を構成するものであっても構わない。

本発明の第１の実施形態を説明するための導電性接合構造を示す断面図であり、（ａ）は、スパイラル状接触子とランド状接続端子の接触前の状態を示し、（ｂ）は、接触後に接触箇所に金属間接合部が生成されている状態を示す。 金属間接合を説明する拡大断面図であり、金属間接合部が生成される雰囲気を示している。 本発明の第１の実施形態に係るスパイラル状接触子の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るスパイラル状接触子の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明のその他の実施形態を説明するための導電性接合構造を示し、（ａ）は板バネ形状、（ｂ）はコイルバネ形状の接触子を示している。 従来のスパイラル状接触子と接続端子との金属間接合の概略を示す断面図であり、（ａ）は、接触前の状態を示し、（ｂ）は、接触後に接触箇所に金属間接合部が生成されている状態を示す。

ランド状接続端子とバネ状接触子を電気的に接合した接触面を鏡面状平面にすることなく金属間接合部を生成させて安定的に電気的な接続状態を形成する導電性接合構造であって、電子部品間や実装基板間などの電子的基板間を接続して高集積デバイスを形成するためのインターコネクトに適用される。

１、１１、２１ 導電性接合構造
２、１２、２２ スパイラル状接触子、バネ状接触子
２ｄ 先端部
３ 電子部品
３ａ ランド状接続端子
３ａａ Ｃｕ
３ａｂ Ａｕメッキ
３ａｃ Ｓｎ-Ａｇメッキ
３ｄ ランド
４ Ｃｕ
４ａ 凹、窪み
４ｂ Ｃｕの露出面（上面）
４ｃ 穴
５ フォトレジスト
６、６´ フォトマスク
７ 金属メッキ、金属材
７ａ Ｎｉメッキ、金属材
７ｂ Ａｕメッキ、金属材
８ 実装基板
９、１９、２９ 金属間接合部
１０ 凸形工具
１１ チャンバー

Claims (11)

1. ランド状接続端子と、前記ランド状接続端子に付勢力を施して前記ランド状接続端子と電気的に接触するバネ状接触子とを備え、
   前記ランド状接続端子は、前記バネ状接触子との接触面にＳｎ―Ａｇメッキが施され、
   前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成されることを特徴とする導電性接合構造。
2. 前記バネ状接触子は、スパイラル状接触子であることを特徴とする請求項１に記載の導電性接合構造。
3. 前記バネ状接触子は、板バネ形状であることを特徴とする請求項１に記載の導電性接合構造。
4. 前記バネ状接触子は、コイルバネ形状であることを特徴とする請求項１に記載の導電性接合構造。
5. 前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子、前記バネ状接触子の少なくとも一方に低周波振動を印加して金属間接合部を生成させることを特徴とする導電性接合構造の製造方法。
6. 前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子との接合部を不活性ガス雰囲気にして金属間接合部を生成させることを特徴とする導電性接合構造の製造方法。
7. 前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを少なくとも一対設け、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子とを対面させて重ね合わせることによって、前記接触面に金属間接合部が生成される導電性接合構造の製造方法であって、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子との接合部を常温雰囲気および低温加熱雰囲気のどちらか一方にして金属間接合部を生成させることを特徴とする導電性接合構造の製造方法。
8. 前記低温加熱雰囲気は、スポット的な赤外線ランプによることを特徴とする請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法。
9. 前記低温加熱雰囲気は、加熱された不活性ガスによることを特徴とする請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法。
10. 前記低温加熱雰囲気は、ヒータを用いた加熱によることを特徴とする請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法。
11. 前記低温加熱雰囲気は、８０〜１２０℃であることを特徴とする請求項７に記載の導電性接合構造の製造方法。