JP4755151B2 - 電気接続装置 - Google Patents

Description

この発明は２つの接続対象物の間に介在し、その接続対象物同士を機械的かつ電気的に接続するシート状の電気接続装置に関する。

従来、シート状基材と複数の導電性部材とを備えるコネクタシートが知られている（下記特許文献１参照）。

シート状基材は例えばシリコーン樹脂とエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂の一種）と無機フィラーとで構成されている。シート状基材の表面及び裏面は熱硬化性樹脂を含む。シリコーン樹脂は主に粘着性を発現し、エポキシ樹脂は主に接着性を発現する役割を担っており、無機フィラーは永久接着後のシート基材の熱膨張係数を制御する役割を担っている。

シート状基材の表面及び裏面には第１の温度条件下では粘着性が現れるが、第２の温度条件下では接着性が現われる。

各導電性部材はシート状基材の厚さ方向へ延びて、シート状基材を貫通しており、導電性部材の一端はシート状基材の表面に露出しており、導電性部材の他端はシート状基材の裏面に露出している。

上記コネクタシートの使用に際しては、第１の温度条件下でシート状基材の表面及び裏面に粘着性を発現させ、この状態でコネクタシートの表面及び裏面に接続対象物を貼り付ける。

その後、第２の温度条件下でシート状基材の表面及び裏面に接着性を発現させ、接続対象物同士を接着する。

その結果、複数の導電性部材によって接続対象物同士が電気的に接続される。
特開２００５−２３６２５６号公報（段落００７１〜００７６、図１参照）

上述のコネクタシートではシート状基材の熱硬化性樹脂だけで接続対象物同士を接着するので、例えば接続対象物が大きいと接合強度が不足する虞があった。また、接続対象物同士を接着する際には、治具等を用いて位置決めを行う必要があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は接続対象物同士の接合強度を高くすることができ、また、接続対象物同士の位置決めを簡易に行うことができる電気接続装置を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１の発明の電気接続装置は、２つの接続対象物間に配置され、それらの接続対象物を機械的かつ電気的に接続する電気接続装置において、前記２つの接続対象物を接合するための熱硬化性を有するシート状の絶縁体と、前記絶縁体にその一方の面から他方の面へ貫通するように設けられ、前記２つの接続対象物のそれぞれに設けられた端子部間を導通させるための複数の弾性を有する柱状の導電性部材と、前記絶縁体に設けられ、前記絶縁体の硬化温度より低い融点を有し、前記２つの接続対象物のそれぞれに設けられた接続部に溶接するための金属部とを備えていることを特徴とする。

上述のように２つの接続対象物のそれぞれに設けられた接続部に溶接するための金属部を備えているので、２つの接続対象物が絶縁体によって接合されるだけでなく、点金属部によっても接合される。

請求項２の発明は、請求項１記載の電気接続装置において、前記金属部が柱状であり、前記絶縁体の一方の面から他方の面へ貫通していることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の電気接続装置において、前記絶縁体は、低い熱膨張係数及び高い耐引張り性を有する基材シートと、この基材シートの両面に配置された熱硬化性樹脂層とを有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３項記載の電気接続装置において、前記基材シートの材料がポリイミド又はアラミドであることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３又は４項記載の電気接続装置において、前記熱硬化性樹脂層の材料がエポキシ系樹脂であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の電気接続装置において、前記導電性部材が、弾性樹脂材料と、この弾性樹脂材料に混入された導電性金属粒子とで構成されていることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の電気接続装置において、前記金属部が、フラックスと、このフラックスに混入された導電性金属粒子とで構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、接続対象物同士の接合強度を高くすることができる。また、金属部の構成によりセルフアライメント機能が働くことにより、接続対象物同士の位置決めを簡易に行うことができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る電気接続装置の断面図である。

図１に示すように、電気接続装置１は絶縁シート（絶縁体）３と複数の導電性部材５と複数のホールドダウン部材（金属部）７とを備えている。電気接続装置１は主に一方の接続対象物であるプリント配線板２１（図３Ｄ参照）と他方の接続対象物であるコネクタ２２（図３Ｄ参照）とを機械的かつ電気的に接続するいわゆる永久接続型の電気接続装置である。

絶縁シート３は基材シート３１と熱硬化性樹脂層３２とを有する。基材シート３１の材料としては、絶縁シート３のＸＹ方向（絶縁シート３の縦方向と横方向）の伸展を妨げて導電性部材５及びホールドダウン部材７のピッチずれを防止するために、耐引張り性が高く、熱膨張係数が低い材料が好ましい。具体的にはポリイミドやアラミド等が好ましい。

熱硬化性樹脂層３２は基材シート３１の上面及び下面に設けられている。熱硬化性樹脂層３２は接着剤層である。熱硬化性樹脂層３２の材料としては、熱硬化温度（例えば１５０〜２００℃）にさらされると一旦軟化し、その後時間の経過とともに硬化するものが好ましい。具体的にはエポキシ樹脂が好ましい。

絶縁シート３には複数の貫通孔３ａ，３ｂが形成されている。貫通孔３ａは所定間隔に配置されている。貫通孔３ｂは絶縁シート３の両端部に位置している。

複数の導電性部材５はそれぞれ円柱状であり、絶縁シート３の貫通孔３ａに固定状態で収容されている。導電性部材５の両端部は貫通孔３ａから突出している。導電性部材５の材料は導電性及び弾性を有する。具体的にはシリコーン樹脂等の弾性樹脂材料中にＡｕやＡｇ等の導電性金属微粒子を混入したものが好ましい。

複数のホールドダウン部材７はそれぞれ円柱状であり、絶縁シートの３の貫通孔３ｂに固定状態で収容されている。ホールドダウン部材７の両端部は貫通孔３ｂから突出している。ホールドダウン部材７は低融点金属で形成されている。この低融点金属の融点は熱硬化性樹脂層３２の熱硬化温度よりも低い（例えば１１０〜１４０℃）。低融点金属としては金属微粒子とフラックスとを混合したペースト状のものが好ましい。金属微粒子の具体例としてＳｎ−Ｂｉ合金の微粒子やＳｎ−Ｉｎ合金の微粒子が挙げられる。

プリント配線板２１（図３Ｄ参照）は端子部２１１と接続部２１２とを有する。端子部２１１は導電性部材５と接触する。端子部２１１の断面（横断面）の形状及び大きさは導電性部材５の断面（横断面）の形状及び大きさとほぼ同じである。接続部２１２にはホールドダウン部材７が溶接される。接続部２１２の断面（横断面）の形状及び大きさはホールドダウン部材７の断面（横断面）の形状及び大きさとほぼ同じである。

コネクタ２２（図３Ｄ参照）は端子部２２１と接続部２２２とを有する。端子部２２１は導電性部材５と接触する。端子部２２１の断面（横断面）の形状及び大きさは導電性部材５の断面（横断面）の形状及び大きさとほぼ同じである。接続部２２２にはホールドダウン部材７が溶接される。接続部２２２の断面（横断面）の形状及び大きさはホールドダウン部材７の断面（横断面）の形状及び大きさとほぼ同じである。

図２は図１に示す電気接続装置の製造工程を示し、図２Ａは基材シートに熱硬化性樹脂層を形成した状態を示す断面図、図２Ｂは絶縁シートに貫通孔を形成した状態を示す断面図、図２Ｃは貫通孔に導電性部材及びホールドダウン部材を形成した状態を示す断面図、図２Ｄは熱硬化性樹脂層から離型薄膜を剥がした状態を示す断面図である。

図２Ａ〜Ｄに基づいて、電気接続装置の製造工程を説明する。

まず、図２Ａに示すように、基材シート３１の表面及び裏面にそれぞれ熱硬化性樹脂層３２を貼り付けて絶縁シート３を作成する。その後、各熱硬化性樹脂層３２の表面に離型薄膜９を貼り付ける。

次に、図２Ｂに示すように、絶縁シート３及び離型薄膜９に貫通孔３ａ，３ｂ，９１，９２を形成する。貫通孔３ａ，３ｂ，９１，９２の形成はレーザ加工或いはパンチング加工によって行われる。レーザ加工する場合、Ｃｏ₂レーザやＹＧＡレーザが用いられる。離型薄膜９を剥がすときの熱の影響や、狭ピッチに対応するために微細な貫通孔３ａ，９１を形成することを考慮すると、ＹＡＧの３次元高周波を用いるのが望ましい。

その後、図２Ｃに示すように、貫通孔３ａ，９１に導電性部材５のペースト状の材料を充填し、貫通孔３ｂ，９２にホールドダウン部材７のペースト状の材料を充填する。充填は例えば印刷やディスペンサ等で行われる。

最後に、熱硬化性樹脂層３２から離型薄膜９を剥がす。その結果、図２Ｄに示すように、導電性部材５及びホールドダウン部材７の両端部がそれぞれ熱硬化性樹脂層３２から僅かに突出する。

以上の工程により、電気接続装置１が完成する。

図３は図１に示す電気接続装置の使用方法を説明するための図であり、図３Ａは図１に示す電気接続装置をプリント配線板上に配置した状態を示す断面図、図３Ｂは図３Ａに示す電気接続装置上にコネクタを配置した状態を示す断面図、図３Ｃは図３Ｂに示す電気接続装置をホールドダウン部材の融点温度で過熱した状態を示す断面図、図３Ｄはコネクタをプレス機で押している状態を示す断面図、図３Ｅはプリント配線板とコネクタとの接合作業が完了した状態を示す断面図である。

次に、電気接続装置１の接続作業について説明する。

まず、図３Ａに示すように、プリント配線板２１上に電気接続装置１を載せる。このとき、プリント配線板２１に対して電気接続装置１を位置決めする。その結果、電気接続装置１の導電性部材５はプリント配線板２１の端子部２１１に接触し、電気接続装置１のホールドダウン部材７はプリント配線板２１の接続部２１２に接触する。

次に、図３Ｂに示すように、電気接続装置１上にコネクタ２２を載せる。このとき、電気接続装置１に対してコネクタ２２を位置決めする。その結果、電気接続装置１の導電性部材５はコネクタ２２の端子部２２１に接触し、電気接続装置１のホールドダウン部材７はコネクタ２２の接続部２２２に接触する。

その後、ホールドダウン部材７の融点温度よりも高く、熱硬化性樹脂層３２の熱硬化温度よりも低い温度で電気接続装置１を加熱する。そうすると、図３Ｃに示すように、ホールドダウン部材７が溶融し、溶融したホールドダウン部材７の表面張力により、貫通孔３ｂの中心線とプリント配線板２１の接続部２１２の中心とが自動的に重なり、同様に、貫通孔３ｂの中心線とコネクタ２２の接続部２２２の中心とが自動的に重なり、いわゆるセルフアライメント機能が働く。その結果、電気接続装置１に対してプリント配線板２１と電気接続装置１とが正確に位置決めされる。

次に、熱硬化性樹脂層３２の熱硬化温度よりも高い所定の温度で所定時間電気接続装置１を加熱しながら、図３Ｄに示すように、プレス機２３でコネクタ２２を所定の圧力で押圧する。

熱硬化性樹脂層３の温度が熱硬化温度に達すると熱硬化性樹脂層３は一旦軟化し、その後硬化し、プリント配線板２１とコネクタ２２とが熱硬化性樹脂層３によって接着される。熱硬化性樹脂層３が軟化したとき導電性部材５は圧縮され、その状態で熱硬化性樹脂層３が硬化する（図３Ｅ参照）。したがって、プリント配線板２１の端子部２１１と導電性部材５との間、コネクタ２２の端子部２２１と導電性部材５との間に、それぞれ安定した導通状態を確保するために必要な接触力が生じる。

その後、電気接続装置１を冷却する。このとき、ホールドダウン部材７が硬化し、接続部２１２，２２２に溶接される。

以上の作業により、図３Ｅに示すように、電気接続装置１によるプリント配線板２１とコネクタ２２との機械的かつ電気的な接続作業が完了する。

この実施形態によれば、熱硬化性樹脂層３２によってプリント配線板２１とコネクタ２２とが接合されるとともに、ホールドダウン部材７が接続部２１２，２２２に溶接されるので、プリント配線板２１とコネクタ２２との接合強度を高くすることができる。したがって、例えばコネクタ２２が大きくてもコネクタ２２とプリント配線板２１との接合強度が不足することはない。

また、ホールドダウン部材７が熱硬化性樹脂層３２の熱硬化温度よりも低い融点を有する金属で形成されているので、溶融時の表面張力を利用したセルフアライメント機能が働く。

更に、絶縁シート３は低い熱膨張係数及び高い耐引張り性を有する基材シート３１を備えているので、電気接続装置１のＸＹ方向への伸張を抑えることができ、プリント配線板２１の端子部２１１と導電性部材５とのピッチずれを防ぐことができるとともに、コネクタ２２の端子部２２１と導電性部材５とのピッチずれを防ぐことができる。

なお、この実施形態の電気接続装置１のホールドダウン部材７は円柱状で絶縁シート３を貫通しているが、ホールドダウン部材７は絶縁シート３を貫通している必要は無く、例えば帯状のホールドダウン部材を絶縁シート３の一端部の外周面に巻き付けるように固着してもよい。

また、この実施形態では２つの接続対象物としてプリント配線板２１とコネクタ２２との接続について述べたが、これ以外の接続すべき対象物としては半導体デバイス等の電子部品がある。

なお、この実施形態では、絶縁シート３に基材シート３１を設けたが、基材シート３１を省略してもよい。

図１はこの発明の一実施形態に係る電気接続装置の断面図である。 図２Ａは基材シートに熱硬化性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 図２Ｂは絶縁シートに貫通孔を形成した状態を示す断面図である。 図２Ｃは貫通孔に導電性部材及びホールドダウン部材を形成した状態を示す断面図である。 図２Ｄは熱硬化性樹脂層から離型薄膜を剥がした状態を示す断面図である。 図３Ａは図１に示す電気接続装置をプリント配線板上に配置した状態を示す断面図である。 図３Ｂは図３Ａに示す電気接続装置上にコネクタを配置した状態を示す断面図である。 図３Ｃは図３Ｂに示す電気接続装置をホールドダウン部材の融点温度で過熱した状態を示す断面図である。 図３Ｄはコネクタをプレス機で押している状態を示す断面図である。 図３Ｅはプリント配線板とコネクタとの接合作業が完了した状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 電気接続装置
３ 絶縁シート（絶縁体）
３１ 基材シート
３２ 熱硬化性樹脂層
５ 導電性部材
７ ホールドダウン部材（金属部）
２１ プリント配線板（接続対象物）
２１１ 端子部
２１２ 接続部
２２ コネクタ（接続対象物）
２２１ 端子部
２２２ 接続部

Claims (7)

1. ２つの接続対象物間に配置され、それらの接続対象物を機械的かつ電気的に接続する電気接続装置において、
   前記２つの接続対象物を接合するための熱硬化性を有するシート状の絶縁体と、
   前記絶縁体にその一方の面から他方の面へ貫通するように設けられ、前記２つの接続対象物のそれぞれに設けられた端子部間を導通させるための複数の弾性を有する柱状の導電性部材と、
   前記絶縁体に設けられ、前記絶縁体の硬化温度より低い融点を有し、前記２つの接続対象物のそれぞれに設けられた接続部に溶接するための金属部と
   を備えていることを特徴とする電気接続装置。
2. 前記金属部が柱状であり、前記絶縁体の一方の面から他方の面へ貫通していることを特徴とする請求項１記載の電気接続装置。
3. 前記絶縁体は、低い熱膨張係数及び高い耐引張り性を有する基材シートと、この基材シートの両面に配置された熱硬化性樹脂層とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電気接続装置。
4. 前記基材シートの材料がポリイミド又はアラミドであることを特徴とする請求項３項記載の電気接続装置。
5. 前記熱硬化性樹脂層の材料がエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項３又は４項記載の電気接続装置。
6. 前記導電性部材が、弾性樹脂材料と、この弾性樹脂材料に混入された導電性金属粒子とで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電気接続装置。
7. 前記金属部が、フラックスと、このフラックスに混入された導電性金属粒子とで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の電気接続装置。

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