JP4282638B2 - 基板接合部材およびこれを使用した三次元接続構造体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子（以下、ＩＣチップとよぶ）等の電子部品を搭載した複数の基板間を接続する基板接合部材、およびこれを用いて接合した三次元接続構造体に関する。

従来、ＩＣチップやチップ部品等の電子部品を搭載したモジュール基板等の基板間を接続する基板接合部材としては、プラグ側とソケット側からなる多極接続タイプコネクタか、あるいは樹脂製スペーサに複数個の接続ピンを固定したピンコネクタを使用している。

図１１は、従来の方式であるピンコネクタ１００によりモジュール基板１１０，１２０間を接続した構成を示す断面図である。ピンコネクタ１００は、樹脂スペーサ１０２と、この樹脂スペーサ１０２に貫通固定された複数の金属製接続ピン１０４とからなる。また、モジュール基板１１０は、配線基板１１２の一方の表面に回路パターン１１４が形成され、この回路パターン１１４の所定の箇所にチップ部品または半導体チップ等からなる電子部品１１６が搭載され構成されている。さらに、モジュール基板１２０も同様に、配線基板１２２の一方の表面に回路パターン１２４が形成され、この回路パターン１２４の所定の箇所にチップ部品または半導体チップ等からなる電子部品１２６が搭載され構成されている。

ピンコネクタ１００を用いたモジュール基板１１０，１２０間の接続は、以下のように行う。最初に、ピンコネクタ１００の金属製接続ピン１０４とモジュール基板１１０，１２０のそれぞれの回路パターン１１４，１２４とを位置合わせする。つぎに、金属製接続ピン１０４の上端部と下端部とをそれぞれの回路パターン１１４，１２４に貫通させる。この後、回路パターン１１４と接続ピン１０４の下端部および回路パターン１２４と接続ピン１０４の上端部とをそれぞれハンダ付け部１２８によりハンダ付けする。以上により、ピンコネクタ１００を用いたモジュール基板１１０，１２０との接続ができる。

ところで、モバイル機器等の小型軽量化や高機能化の進展につれて、モジュール基板間の接続端子数が増加する傾向にある。このため、基板接合部材としてのコネクタは、一つの接続端子当りの面積を小さくすることが必要となっている。このため、ピンコネクタの接続端子ピッチを小さくする努力が行われている。

しかし、このような接続方式においては、ピンコネクタの接合部が、この接合部を構成する部材間の温度変化時の寸法変動の差や外部から衝撃力を受けたときに大きな力を受けやすい。このため、このような外力を緩和するための構造の検討が行われている。

例えば、図１２に示すようなピンコネクタ１３０を用いて、図１３に示すようにモジュール基板１１０，１２０同士を接続することで、樹脂スペーサ１３２等の熱膨脹による応力の影響を緩和する接続構造が示されている（例えば、特許文献１）。図１２（ａ）はその平面図で、図１２（ｂ）は長手方向に沿った断面図である。また、図１３は、このピンコネクタ１３０を用いてモジュール基板１１０，１２０同士を接続した構成を示す断面図である。このピンコネクタ１３０の樹脂スペーサ１３２には、上下に貫通する複数個の金属製接続ピン１３４がインサート成形し固定されている。さらに、図１２（ｂ）に示すように、ピンコネクタ１３０の下面の左右両端部に可撓弾性片１３６が斜め下方に突設されている。

図１３に示すように、このピンコネクタ１３０を使用して、２枚のモジュール基板１１０，１２０を接続する。具体的には、金属製接続ピン１３４の上端部と下端部とをそれぞれの回路パターン１１４，１２４に貫通させた後、接続ピン１３４の上端部と回路パターン１２４および接続ピン１３４の下端部と回路パターン１１４とを、それぞれハンダ付け部１２８によりハンダ付けして接続する。このとき、下側のモジュール基板１１０は樹脂スペーサ１３２の下面の可撓弾性片１３６に当接するように固定される。

これによって、モジュール基板１１０，１２０に搭載した電子部品１１６，１２６の発熱や周囲温度の変化によってピンコネクタ１３０の樹脂スペーサ１３２が熱膨脹した場合、それにより生じる応力は可撓弾性片１３６によって吸収できる。この結果、発熱が生じてもハンダ付け部に応力が生じることがなくなり、安定したハンダ付け状態が保持される。なお、可撓弾性片１３６は樹脂スペーサ１３２の下面だけでなく、上面にも設けてもよい。
特開平６−３１０１９５号公報

しかし、近年のモバイル機器の高機能化は著しく、コネクタの接続端子数がますます多くなるとともに、落下衝撃等に対してより強い機器が要求されるようになっている。これに対して、上記の例に示されたようなピンコネクタによる接続構造では、モジュール基板に貫通孔を設け、この貫通孔に接続ピンを貫通させて回路パターンと接続するとともに可撓弾性片により熱応力を吸収している。

図１１におけるピンコネクタ１００などでは、樹脂スペーサ１０２の樹脂成形時における成形圧によって複数の金属製接続ピン１０４の位置ぶれが発生し、これは特に、ファインピッチの接続の場合に重大な問題となる。

また、従来の構造では、モジュール基板の両面を有効に利用できず、貫通孔を設けるために高密度の回路パターン形成が困難であるという課題があった。
本発明はファインピッチの接続が可能な安定した構造の基板接合部材を提供することを目的とする。

かつ、落下衝撃等の応力が加わっても接続部の信頼性の高い基板接合部材とそれを用いた三次元接続構造体を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の基板接合部材は、第１の回路基板と第２の回路基板との間に介装されて電気接続を中継する基板接合部材であって、絶縁性のハウジングと、前記ハウジングによって連結された複数の複数のリード端子とを有し、リード端子は、基端部が前記ハウジング中に埋設され前記基端部の一方から前記ハウジングの外部に延出して露出してその端部が前記第１の回路基板と第２の回路基板のうちの一方の回路基板との接合個所となる第１の接合部と、前記基端部の他方から前記ハウジングの外部に延出して他方の回路基板との接合個所となる第２の接合部とを有し、前記ハウジングの形状が多角形の額縁形状で、かつハウジングの外周または内周にシールド部材を有することを特徴とする。

本発明の請求項２記載の基板接合部材は、請求項１において、リード端子の第１の接合部は、前記基端部の一方から前記ハウジングの長さ方向に延長された露出部の他端に前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成され、リード端子の第２の接合部は、前記基端部の他方から前記ハウジングの側方の外部に延出して前記ハウジングの長さ方向で前記露出部とは反対側に前記ハウジングの側面と接触しない状態で延長され前記ハウジングの端面と接触しない状態で前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の基板接合部材は、請求項１において、リード端子の第１の接合部は、前記基端部の一方から前記ハウジングの長さ方向に延長された露出部の他端に前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成され、リード端子の第２の接合部は、前記基端部の他方から前記ハウジングの長さ方向で前記露出部とは反対側に延設されて前記第１の接合部とは反対側の前記ハウジングの端面に延長して前記ハウジングの端面と接触した状態で前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の基板接合部材は、請求項１〜請求項３の何れか１項において、前記シールド部材は、折曲げた金属薄板をハウジングと一体成形、または、シールド部材はハウジング表面に導電性材料をコーティングして構成したことを特徴とする。

本発明の請求項５記載の三次元接続構造体は、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の基板接合部材によって第１の回路基板と第２の回路基板を積み上げて電気接続したことを特徴とする。

本発明の基板接合部材は、リード端子をハウジングの側面から露出させる構造にすることにより、樹脂成形時における成形圧によるリード端子のぶれも抑制でき、より安定な構造を得ることもできる。

また、この基板接合部材によって接合された三次元接続構造体に対して、落下衝撃等の大きな衝撃力が加わっても、この先端部で衝撃力を吸収して耐衝撃性を大きく向上できる。この結果、ファインピッチでの接続でありながら、耐衝撃性に優れた三次元接続構造体を実現できるという大きな効果を奏する。

以下、本発明の各実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は本発明の（実施の形態１）を示す。

図１は上側のモジュール基板７２ａと下側のモジュール基板７２ｂとを、図２に示した基板接合部材１０を使用して接続した三次元接続構造を示している。
上側のモジュール基板７２ａは、両面に配線層が形成された多層配線基板６５上にＩＣチップやチップ部品等の電子部品７０，７１を搭載した構成である。多層配線基板６５は、樹脂基材６６の両面に形成された回路パターン６７，６８およびこれらを接続する貫通導体６９から構成されている。下側のモジュール基板７２ｂも上側のモジュール基板７２ａと基本的な構造は同様であり、ＩＣチップやチップ部品等の電子部品６２，６３を搭載した構成である。

基板接合部材１０は、四角形で角部が面取りされた額縁形状のハウジング１２と、ハウジング１２に所定のピッチで設けられたリード端子１４とで構成されている。ハウジング１２は液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂からなり、ばね弾性に優れた金属薄板からなるリード端子１４の一部がハウジング１２中に埋設して保持されている。

さらに詳しくは、リード端子１４は図１からわかるように、ハウジング１２の中に埋め込まれている基端部１５と、ハウジング１２の下端面１２Ａの側に設けられた第１の接合部１６と、ハウジング１２の内壁１２Ｃの中央部付近から内壁１２Ｃに沿って立ち上がりハウジング１２の上端面１２Ｂに沿って折曲げられた先端部１７とから構成されている。なお、先端部１７において、ハウジング１２の上端面１２Ｂに沿って折曲げられた領域は第２の接合部１７Ａとなる。基端部１５は略クランク形状でハウジング１２の内部に埋設されている。この基端部１５の一方の端部はハウジング１２の下端面１２Ａから露出し、下端面１２Ａの幅方向（矢印Ｋ方向）に向かって折曲げられ、かつ下端面１２Ａに密着して形成されており、この部分が第１の接合部１６を構成している。第１の接合部１６はハウジング１２の外壁側よりも突出している。ハウジング１２の内壁１２Ｃからリード端子１４の一部が露出しており、これを露出部１３とする。

先端部１７はハウジング１２の内壁１２Ｃおよび上端面１２Ｂとは離間した状態に保持されており、外力を受けたときに容易に弾性変形が可能である。
本実施の形態による基板接合部材１０は上述した構成からなり、複数個のリード端子１４の第２の接合部１７Ａと第１の接合部１６とは、それぞれ略平行な平面上にあり、これらによりそれぞれの基板の回路パターンとの電気的および機械的な接続を行う。具体的には、下側のモジュール基板７２ｂに形成されている回路パターンと上側のモジュール基板７２ａに形成されている回路パターン６８のうち、基板接合部材１０のリード端子１４の第２の接合部１７Ａおよび第１の接合部１６と対向する箇所と、第２の接合部１７Ａおよび第１の接合部１６とをハンダ付け１８により接合する。

なお、このリード端子１４の材料としては、ばね弾性に優れたリン青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、ニッケル合金、ステンレス鋼、ばね鋼等を用いることが望ましいが、銅、ニッケル等も用いることができる。また、リード端子１４の形状としては、図１に示すような平板形状だけでなく、断面が円形状であってもよい。さらに、全体としては平板形状としながら、第２の接合部１７Ａを除く先端部１７の幅を第２の接合部１７Ａの幅より小さくして、先端部１７での弾性的な変形がより生じやすくなるようにしてもよい。また、リード端子の幅や厚み等については、用いる材料と配列ピッチに応じて適宜設定する。

この接合により、上側のモジュール基板７２ａと下側のモジュール基板７２ｂとが電気的および機械的に接続された三次元接続構造体が得られる。
この構成によると、三次元接続構造体に対して落下衝撃等の大きな衝撃力が作用しても、その衝撃力はリード端子１４の先端部１７が弾性的に変形することで吸収することができ、リード端子１４の破損や下側のモジュール基板７２ｂの回路パターンまたは上側のモジュール基板７２ａの回路パターン６８とリード端子１４との接合部の不良発生も防ぐことができる。

リード端子１４の第１の接合部１６は、必ずしもハウジング１２の下端面１２Ａから幅方向に突出させる必要はない。また、図１では、第２の接合部１７Ａはハウジング１２の上端面１２Ｂの幅より短く形成したが、上端面１２Ｂの幅方向に突出するように形成してもよい。

また、この露出部１３を設ける構造にすることにより、樹脂成形時に成形圧で露出部１３は金型に押し付けられるため、リードぶれなどが抑制でき、より安定な構造を得ることもできる。

さらに、それぞれの基板の回路パターンとの接続をハンダ付けにより行う場合には、少なくともリード端子１４の第２の接合部１７Ａと第１の接合部１６の表面にハンダメッキや金メッキ等のハンダ付け性をよくする処理をしておくことが望ましい。また、回路パターンとの接続は導電性接着剤を用いて行ってもよいが、この場合には表面に金メッキ等の処理をしておくと接続抵抗を小さくできるので好ましい。

（実施の形態２）
図３と図４は本発明の（実施の形態２）を示す。
図３は本発明の（実施の形態２）の基板接合部材１０を示し、ハウジング１２の上端面１２Ｂと外壁１２Ｄとの表面にシールド部材５２を設けた点だけが図１に示した基板接合部材１０とは異なっている。

図４は本実施の形態の基板接合部材１０を用いた三次元接続構造体の断面図であり、基板接合部材１０を基準として図３に示すＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
このシールド部材５２は、ハウジング１２の外壁１２Ｄを覆うとともに、上端面１２Ｂ上にも形成されている。シールド部材５２には銅箔等の金属箔を用い、ハウジング１２に一体的に成形している。すなわち、シールド部材５２は、ハウジング１２の外壁１２Ｄから上端面１２Ｂも一体に覆うように折曲げた形状であり、これをハウジング１２に一体的に成形している。これにより、シールド部材５２とハウジング１２とは一体的に接合され、かつ電磁シールド機能も向上できる。

なお、シールド部材５２は、ハウジング１２の下端面１２Ａにおいて、リード端子１４を設けた領域の両端部に形成されているアースリード端子５５と電気的に接続している。このアースリード端子５５は、ハウジング１２の下端面１２Ａにそれぞれ２個設けてあるが、すべてのアースリード端子５５とシールド部材５２とを電気的に接続する必要はなく、下側のモジュール基板７２ｂの回路パターンのうち、アース接続端子とシールド部材５２に接続されているアースリード端子５５の少なくとも１個をハンダ付けにより接合する。

このように構成したため、基板接合部材１０の外壁１２Ｄと上端面１２Ｂとに設けられたシールド部材５２により基板接合部材１０の内壁１２Ｃで囲まれる領域部での電磁シールド機能も得られる。なお、リード端子１４についても、ほとんどがシールド部材５２でカバーされているので、このリード端子１４に対する電磁シールド機能も有する。

したがって、上側のモジュール基板７２ａと下側のモジュール基板７２ｂのそれぞれの表面上で、基板接合部材１０の内壁１２Ｃ側の領域に、外部ノイズに影響されやすい電子部品を選択して搭載すれば、耐ノイズ特性に優れた三次元接続構造体を実現することもできる。

なお、基板接合部材１０のシールド部材５２はリード端子１４を設けた領域の両端部にアースリード端子５５を配設し、このアースリード端子５５と接続したが、本発明はこれに限定されない。リード端子１４の１本をアース用のリード端子として、シールド部材５２をハウジング１２の下端面１２Ａまで延在させて、このアース用のリード端子に接続するようにしてもよい。

なお、モジュール基板７２ａ，７２ｂを多層配線基板としたが、これに限定されない。すなわち、両方ともに両面配線基板でもよいし、片方が両面配線基板、もう片方が多層配線基板としてもよい。また、一方のモジュール基板をフレキシブル配線基板としてもよい。さらに、モジュール基板は樹脂基材上に回路パターンを形成したが、本発明は樹脂基材に限定されることはない。例えば、ホウロウ基板や絶縁膜が形成された金属基材であってもよい。

（実施の形態３）
図５〜図８はそれぞれ本発明の（実施の形態３）を示す。
先ず図５を説明する。

図５では、上側のモジュール基板７２ａと下側のモジュール基板７２ｂとを接続して三次元接続構造を構成している基板接合部材１０Ａが図１の場合とは異なり、リード端子１４の第２の接合部１７Ａもハウジング１２に埋没した状態で、リード端子１４が成形時に一体成形されている。先端をさらにハウジング１２の外側に沿わせるように屈曲させて成形されている。その他は図１と同じである。

第１の接合部１６は、基端部１５の一方から前記ハウジングの長さ方向に延長された露出部１３の他端に前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成されている。

第２の接合部１７Ａは、基端部１５の他方からハウジングの長さ方向（矢印Ｊ方向）で露出部１３とは反対側に延設されて第１の接合部１６とは反対側のハウジング１２の端面に延長して、ハウジング１２の端面と接触した状態で前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成されている。

次に図６では、図５の構成にシールド部５２を備えた場合で、シールド部５２はハウジング１２に圧入して形成されている。ただ、製造方法はこれに限ることはない。シールド部５２は一体成形でハウジング１２に埋設して形成することも可能である。

さらに、図７は図５の変形例、図８は図６の変形例であり、露出部１３をモジュール基板７２ａに近い方にした場合を示している。
（実施の形態４）
図９と図１０はそれぞれ本発明の（実施の形態４）を示す。

図９に示す三次元接続構造体に使用されている基板接合部材１０Ｂは、シールド部５２が成形時に一体成形で形成されたハウジング１２に、リード端子１４がハウジング１２の成形後に圧入されている。シールド電極５２はなくてもよい。

このように、リード端子１４Ａが圧入されていることで、リード電極の固定にあそびが生じ、落下試験などにおける衝撃を緩和することができる。
図１０では、リード電極１４Ａとシールド部５２の両方が、ハウジング１２の成形後に圧入されている。シールド電極５２はなくてもよい。

上記の各実施の形態において、基板接合部材１０，１０Ａ，１０Ｂのハウジングの形状を略四角形の額縁形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、円環形状で、円環部に所定のピッチでリード端子が配列されるようにしてもよい。あるいは、五角形や長方形の額縁形状としてもよいし、単に直方体のハウジングとして、直線状にリード端子を配列する構造であってもよい。

また、基板接合部材のリード先端部とモジュール基板の回路パターンはハンダ付け接続するとしたが、導電性を有する接着剤で接続する場合であっても同様に実施できる。
また、第１の接合部１６はハウジング１２の下端面に密着して形成されていたが、密着していなくても良い。

また、ハウジング１２には、複数のリード端子の先端部の間の壁面に隔壁が設けられていてもよい。または、ハウジング１２に凹部を設け、この凹部に先端部が配設されていてもよい。このように隔壁または凹部を設けることで、リード端子の配列方向に大きな衝撃力が加わっても、先端部は隔壁または凹部により変形が規制される。したがって、リード端子同士の接触によるショートを防止できる。

また、シールド部材の表面が絶縁性皮膜で覆われている構成としてもよい。これにより、シールド部材に電子部品等が誤って接触しても電気的に特性が変化することがなくなる。

また、シールド部材は折曲げた金属薄板をハウジングと一体成形した構成としてもよい。または、シールド部材はハウジング表面に導電性材料をコーティングした構成としてもよい。このような構成により、シールド部材の形成を容易に行うことが可能となる。

本発明の基板接合部材ならびにそれを用いた三次元接続構造体は、電子部品が実装された基板間をファインピッチで接続でき、耐衝撃性を大きく改善できる。また、基板接合部材にシールド機能を付加することもでき、電磁ノイズに影響されやすい電子部品を電磁シールドすることも可能となり、モバイル機器等の携帯用電子機器の分野において特に有用である。

本発明の（実施の形態１）にかかる基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 同実施の形態にかかる基板接合部材の斜視図 本発明の（実施の形態２）にかかる基板接合部材の斜視図 同実施の形態にかかる基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 本発明の（実施の形態３）にかかる基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 同実施の形態の別の例の基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 同実施の形態の別の例の基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 同実施の形態の別の例の基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 本発明の（実施の形態４）にかかる基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 同実施の形態の別の例の基板接合部材を用いて作製した三次元接続構造体の断面図 従来の三次元接続構造体の断面図 他の従来のピンコネクタの平面図と長手方向に沿った断面図 図１２に示すピンコネクタを用いた三次元接続構造体の断面図

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ 基板接合部材
１２ ハウジング
１２Ａ ハウジング１２の下端面
１２Ｂ ハウジング１２の上端面
１２Ｃ ハウジング１２の内壁
１３ 露出部
１４，１４Ａ リード電極
１５ 基端部
１６ 第１の接合部
１７ 先端部
１７Ａ 第２の接合部
１８ ハンダ付け
５２ シールド部材
５５ アースリード端子
７２ａ，７２ｂ モジュール基板

Claims (6)

1. 第１の回路基板と第２の回路基板との間に介装されて電気接続を中継する基板接合部材であって、
   絶縁性のハウジングと、
   前記ハウジングによって連結された複数の複数のリード端子とを有し、
   リード端子は、
   基端部が前記ハウジング中に埋設され前記基端部の一方から前記ハウジングの外部に延出して露出してその端部が前記第１の回路基板と第２の回路基板のうちの一方の回路基板との接合個所となる第１の接合部と、
   前記基端部の他方から前記ハウジングの外部に延出して他方の回路基板との接合個所となる第２の接合部と
   を有し、前記ハウジングの形状が多角形の額縁形状で、かつハウジングの外周または内周にシールド部材を有する
   基板接合部材。
2. リード端子の第１の接合部は、前記基端部の一方から前記ハウジングの長さ方向に延長された露出部の他端に前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成され、
   リード端子の第２の接合部は、前記基端部の他方から前記ハウジングの側方の外部に延出して前記ハウジングの長さ方向で前記露出部とは反対側に前記ハウジングの側面と接触しない状態で延長され前記ハウジングの端面と接触しない状態で前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成した
   請求項１記載の基板接合部材。
3. リード端子の第１の接合部は、前記基端部の一方から前記ハウジングの長さ方向に延長された露出部の他端に前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成され、
   リード端子の第２の接合部は、前記基端部の他方から前記ハウジングの長さ方向で前記露出部とは反対側に延設されて前記第１の接合部とは反対側の前記ハウジングの端面に延長して前記ハウジングの端面と接触した状態で前記ハウジングの長さ方向と交差する方向に折り曲げて形成した
   請求項１記載の基板接合部材。
4. 前記シールド部材は、折曲げた金属薄板をハウジングと一体成形、または、シールド部材はハウジング表面に導電性材料をコーティングして構成した
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の基板接合部材。
5. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の基板接合部材によって第１の回路基板と第２の回路基板を積み上げて電気接続した
   三次元接続構造体。
6. 第１の回路基板と第２の回路基板との間に、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の基板接合部材を介装して接続した三次元接続構造体によって電気回路基板が実装された
   携帯用電子機器。

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