JPH09199208A - 電気コネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 本発明は、外部端子に球状の突起電極を有す
るボール・グリッド・アレイ型のICパッケージの検査や
接続に用いて好適な電気コネクタに係り、その接点部を
微細なピッチで配列することができ、接点部の形状が簡
単で接続不良を生じることなくICパッケージの検査、接
続が確実に安定して行え、被接続側の端子とのアライメ
ントの容易な電気コネクタを提供することにある。 【解決手段】本発明の電気コネクタは、絶縁性エラスト
マ層の厚み方向に貫通して複数の線状導電体４を設けた
電気コネクタ１であって、線状導電体４の一方の端部が
球状の接点部を形成し、この球状接点部５の少なくとも
一部が絶縁性エラストマ層３の表面に設けられた凹部６
の底面から露出しており、線状導電体４の線径をＬとす
るとき、球状接点部５の球径Ｒは、Ｌ＜Ｒ＜３Ｌの範囲
にあり、球状接点部５の底面からの露出高Ｅは、Ｒ／３
＜Ｅ＜Ｒの範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部端子に球状の
突起電極を有するボール・グリッド・アレイ型のICパッ
ケージの検査や接続に用いて好適な電気コネクタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、入出力端子数の多い表面実装型IC
パッケージとして、パッケージ本体の周囲４辺から外部
端子を取り出した形のクワッド・フラット・パッケージ
（以下、QFP という）が使用されているが、QFP の場
合、近年の端子数の増加に対応するには、実装面積をで
きるかぎり小さくするために、パッケージサイズを一定
寸法以下に抑え、端子ピッチを狭くして端子数を増やす
必要があり、そのため最近では、端子ピッチは 0.4mm程
度まで小さくなってきている。このような微細なピッチ
の多端子QFP のリード端子は細く変形しやすい。また端
子の位置合わせが困難なため、製造工程、検査工程およ
び実装工程などで多くの問題を生じていた。

【０００３】この対策として、最近では、ICパッケージ
本体の上下一方の面に、平面状に端子電極を配したエリ
アアレイ型のICパッケージ、特に、球状の端子電極を取
り付けたボール・グリッド・アレイ型のICパッケージ
（以下、BGA という）が開発され、その実用化が進んで
いる。このBGA の検査に対して、従来のICパッケージと
同様に、BGA の端子電極に対応した接触子を備えた専用
のICソケットの使用が検討され開発が進められている。
一般にICソケットは、エンジニアリングプラスチック材
料の射出成形によって作られたソケット本体に、銅合金
系バネ材料などに金メッキを施した多数の接触子が圧入
固定されており、これらの接触子を介してICソケットに
接着されたICパッケージの端子電極と検査回路基板の電
極とが電気的に接続される。BGA 対応タイプのICソケッ
トの構成も基本的には同じ構成をしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、BGA 対
応タイプ用のICソケットには以下のような問題がある。
上記したICソケットの接触子は、接着されたICパッケー
ジの端子電極との接続に所定の接触圧力が必要であり、
さらにICパッケージの個々の端子電極の高さのばらつき
を吸収するために、接触子に屈曲部を設けた複雑な形状
となっており、接続不良を生じる一因となっていた。こ
のように形状の複雑な接触子を平面上に配列するのは容
易でなく、特に微細な間隔で接触子を配列することは極
めて困難であり、端子電極ピッチが 1.0mm以下のBGA に
対しては接触子の配列が対応できない、また端子電極と
接触子との位置出し機構、接触圧力機構など構成が複雑
となり、コストがかかるのが現状である。

【０００５】また、最近では携帯電話、通信機器及びコ
ンピューターなどに、高周波の信号を処理するICパッケ
ージが頻繁に使用されている。このような高周波対応用
のICパッケージをICソケットで検査しようとすると、IC
ソケットの接触子は前記したように屈曲部を有する複雑
な形状をしているため、導通経路が長くなり、出力信号
の遅延や波形に歪を生じるという問題があった。したが
って、本発明の目的は、接点部を微細なピッチで配列す
ることができ、接点部の形状が簡単で接続不良を生じる
ことなくICパッケージの検査、接続が確実に安定して行
え、被接続側の端子とのアライメントの容易な電気コネ
クタを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電気コネクタ
は、絶縁性エラストマ層の厚み方向に貫通して複数の線
状導電体を設けた電気コネクタであって、線状導電体の
一方の端部が球状の接点部を形成し、この球状接点部の
少なくとも一部が絶縁性エラストマ層の表面に設けられ
た凹部の底面から露出しており、線状導電体の線径をＬ
とするとき、球状接点部の球径Ｒは、Ｌ＜Ｒ＜３Ｌの範
囲にあり、球状接点部の底面からの露出高Ｅは、Ｒ／３
＜Ｅ＜Ｒの範囲にあることを特徴とする。

【０００７】本発明の電気コネクタは、絶縁性エラスト
マ層の厚み方向に貫通して複数の線状導電体が汎用のボ
ールボンダーにより埋設されてなり、線状導電体の一方
の端部に球状の接点部（以下、球状接点部という）とそ
の周囲に凹部が形成され、球状接点部の少なくとも一部
が絶縁性エラストマ層の表面に設けた凹部の底面から露
出してなるものである。以下、本発明の電気コネクタに
ついて詳細に説明する。

【０００８】本発明の電気コネクタは、線状導電体が、
絶縁性エラストマ層の厚み方向に複数貫通して配列し、
埋設されている。このような構成とするために、絶縁性
エラストマ層の原料は硬化前は流動性を有し、硬化させ
ることにより架橋構造を形成するものが好ましく、例え
ば、シリコーン系ゴム、ポリブタジェンゴム、天然ゴ
ム、ポリイソプレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレン
ゴム、ポリエステル系ゴム、スチレン−ブタジェン共重
合体ゴム、エピクロルヒドリンゴム、またはこれらの発
泡材料などが挙げられる。なかでも、硬化後の電気絶縁
性、耐熱性、圧縮永久歪に優れているシリコーンゴムが
最も好ましい。その硬度は、高すぎると圧縮接続の際の
荷重が大きくなり、低すぎると圧縮の際の歪量が大きく
なるため10〜80°Ｈ、好ましくは20〜60°Ｈのものが使
用される。

【０００９】電気コネクタの外縁に設けられるフレーム
は、シート状の絶縁性エラストマ層を保持し、電気コネ
クタの取扱いの際の利便性をよくするとともに、検査基
板や検査治具との位置決めに利用することができる。フ
レームの材質としては、汎用のエンジニアリングプラス
チック材、セラミック材、及び金属材料などを適宜選択
して使用できる。特に、耐熱性、寸法安定性に優れたエ
ンジニアリングプラスチック材では、ポリエーテルイミ
ド（PEI)、 ポリフェニレンサルファイド（PPS)、ポリエ
ーテルスルホン(PES) などの材料を使用するとよい。

【００１０】線状導電体の線径は、接続する際にかかる
荷重をできるだけ小さくする必要があり、さらに、低ピ
ッチで配設されたBGA の球状端子電極の電極間距離に対
応するため、接続安定性に悪影響を与えない範囲で、線
状導電体の線径は細い方が好ましく、具体的には線径0.
01〜0.2mm の範囲から選択される。線状導電体の配列に
は、入手が容易であって、汎用のボールボンダーの使用
が可能な線径0.02〜0.08mmの金線が好ましい。なお、本
発明に用いる線状導電体の断面は、必ずしも真円とは限
らず、長円や楕円、四角形に代表される多角形でもよい
が、いずれの場合もアスペクト比（長円、楕円では長径
／短径、四角形の場合は縦／横、多角形の場合は最長幅
／最短幅を示す。）が１〜２であるものの中から選択す
ることが望ましい。一般的に、線径とは真円における直
径を意味する用語であるが、本発明においては、線状導
電体の断面形状が真円以外の場合、すなわち長円、楕
円、多角形の場合は、これら断面形状の外接円を想定
し、その径を線径とみなすことにする。なお、市販の金
線などの線状導電体は円としての寸法表示、すなわちφ
000 mmという表示がなされているので、それを線径とし
て扱う。線状導電体としては、金、金合金、銅、アルミ
ニウム、アルミニウム−珪素合金、真鍮、りん青銅、ベ
リリウム銅、ニッケル、モリブデン、タングステンなど
の線状導電体、あるいはこれらの表面に金または金合金
などのメッキ加工を施した線状導電体などが使用でき
る。

【００１１】また、線状導電体の球状接点部は、線状導
電体の先端部に、汎用のレーザー光を照射して形成す
る。この線状導電体の端部を球状にすることで、BGA の
球状端子電極と圧縮接続した際に、線状導電体の接触部
が絶縁性エラストマ層の弾性によって反撥し、陥没する
ことなく、良好な接続状態が得られる。また、レーザー
光の出力や照射位置の調整で、接点部の球径Ｒを所定の
サイズに設定することができる。 この方法によって形
成される球状接点部の球径Ｒは、線状導電体の線径Ｌに
依存し、Ｌ＜Ｒ＜３Ｌの範囲にあるのが好ましい。より
具体的には、線状導電体の線径を例えば 0.076mmとする
と、線径のほぼ１〜３倍、すなわち球径Ｒは0.08〜0.22
mmとするのが好ましい。球状接点部の球径Ｒが、線状導
電体の線径Ｌ以下では球状接点とならず、しかもBGA の
球状端子電極と圧縮接続した際に、球状接点部が絶縁性
エラストマ層中に陥没して接続不良を生じ、電気コネク
タとして機能しない。一方、線状導電体の線径Ｌの３倍
以上では、BGA の球状端子電極の微細ピッチに対応する
ことができず、実装接続時にBGA の球状端子電極に平均
的に接続せず接続不安定となったり、位置ズレの原因と
なり好ましくない。従って、上記範囲に限定され、範囲
外では電気コネクタとしての所望の機能が得られない。

【００１２】凹部の形成には、汎用のレーザー、例えば
エキシマレーザー、アルゴンレーザー、YAG レーザー、
炭酸ガスレーザーなどを用いて線状導電体の球状接点部
に相当する部分にレーザー光を所定の方向、例えば上方
より照射して、球状接点部の周囲の絶縁性エラストマ層
を除去して凹部を設け、球状接点部を絶縁性エラストマ
層から露出させる。この凹部形成の際、球状接点部の配
列パターンと同じパターンの穴が設けられたマスクを、
絶縁性エラストマ層の加工面上に配列された球状接点部
と位置合わせして、このマスク上からレーザー光を照射
したり、同様のマスクを通したレーザー光を所定の球状
接点部に照射することにより、効率的にしかも精度よく
凹部の加工ができる。その際、球状接点部に影響を与え
ないようなレーザー光を選択する必要がある。一般に、
透明な材料は、波長の長いレーザー光を透過してしまう
ため、照射部分が除去されず、凹部形成加工が出来ない
場合がある。このような場合には、絶縁性エラストマ層
に適宜選択した着色剤などを添加し、レーザー光を吸収
しやすくすると、加工性が向上し、その表面もきれいに
仕上がる。

【００１３】線状導電体の球状接点部が凹部底面から露
出する露出高Ｅは、Ｒ/3＜Ｅ＜Ｒの範囲にあり、より好
ましくは、Ｒ/3＜Ｅ＜2/3 Ｒの範囲である。露出高Ｅが
Ｒ/3以下では、BGA の球状端子電極との接続可能部分が
少ないため、接続不安定あるいは絶縁性エラストマ層に
接触してしまって接続不可能となり、電気コネクタとし
て機能しない。また露出高ＥがＲ以上では、圧縮接続時
に球状接点部がその基部で座屈状態になり、接続の確実
性、安定性が低下し実装接続に適さない。さらにBGA の
検査での繰り返し使用時に球状接点部が切断されて接続
不可能の状態となり、この場合も電気コネクタとして機
能せず、好ましくない。

【００１４】本発明の電気コネクタの球状接点部は、凹
部内に埋設され、かつ凹部底面の絶縁性エラストマ層表
面から露出している。BGA の球状端子電極との接続に際
し、対応する電気コネクタの接続箇所を、球状接点部を
埋設した凹部形状としたことによって、BGA の各球状端
子電極は、電気コネクタの凹部とワンタッチで嵌合し、
容易にアライメントされ、しかも安定して確実に接続さ
れる。BGA の球状端子電極ピッチが 1.0mm以下で、球状
端子電極径が 0.5あるいは 0.3mmという極小電極にたい
しても容易かつ確実に接続される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電気コネクタは、BGA の
球状端子電極や検査基板あるいは電子回路基板の電極と
電気的接続を得るために使用されるが、その際の本発明
の電気コネクタを用いての実装の一態様を図１に示し
た。図２は本発明の電気コネクタの一実施態様を示し、
図２（ａ）はその平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ矢
視線にそう縦断面図である。先ず、電気コネクタ１は、
フレーム２に保持されたシート状の絶縁性エラストマ層
３中に、線状導電体４がその厚み方向に貫通して埋設さ
れており、線状導電体の一方の先端部にはその線径より
も大きな直径を有する球状の接点部５が形成され、絶縁
性エラストマ層３の表面に設けられた凹部６の底面から
その一部が露出した状態で配設されている。

【００１６】このような構成からなる電気コネクタ１が
BGA７と検査基板８との接続に実装されている。 BGA７
の球状端子電極９は、電気コネクタ１の表面に設けられ
た内面形状が円柱形状の凹部６に嵌合し、凹部６の底面
から露出した球状接点部５と、凹部６の周囲の絶縁性エ
ラストマ層３の弾性により損傷を受けずに接続される。
さらに、電気コネクタ１の球状接点部５の反対側の端子
電極10と検査基板８の電極11とを接続することによっ
て、電気コネクタ１を介して、 BGA７の球状端子電極９
と検査基板８の電極11との間に安定した確実な導通が得
られる。

【００１７】絶縁性エラストマ層の表面に設けられた凹
部の形状を図３（ａ）、（ｂ）および図４に示す。図３
（ａ）は凹部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ矢
視線に沿う縦断面図であり、図４は凹部の他の例を示す
平面図である。図３に示された凹部６の内面形状は円柱
形状をしており、その底面から線状導電体４の球状接点
部５が露出している。図３においてＣは凹部６の内径で
あり、Ｄは凹部６の深さ、Ｒは球状接点部５の球径、Ｅ
は球状接点部５が凹部６の底面から露出している高さ、
Ｌは線状導電体４の線径である。図４におけるＳは、凹
部６が平面視矩形であるときの一辺の長さである。凹部
の内径Ｃは、 BGA７の球状端子電極９の球径に対応し
て、多少のクリアランスを加味して設定すればよい。BG
A７の球状端子電極９の球径は、1.0 mmが一般的である
が、より小型化、精細化の傾向があり、球径 0.3mmある
いは 0.5mmの球状端子電極９も開発されている。これら
の球状端子電極９と電気コネクタ１とをスムーズに作業
性よく、位置ズレのない状態で接続させるには、 BGA７
の球状端子電極９のピッチのバラツキを考慮して、凹部
６によって形成された円柱形状の内径Ｃを 0.5〜1.2mm
とするのが最適である。

【００１８】さらに凹部６の深さＤは、 BGA７の球状端
子電極９の径が 0.3〜1.0mm であることから、 0.2〜0.
7mm とすることで、 BGA７を電気コネクタ１に圧縮して
接続させても、 BGA７は凹部６を形成している絶縁性エ
ラストマ層３の表面に接することなく接続される（図１
参照）。また、図４は凹部６の内面形状が四角柱の場合
であり、この場合も図３（ａ）と同様に一辺Ｓを 0.4〜
1.2mm 、深さＤを 0.2〜0.7mm とするのが好ましい。凹
部６の内面形状は、図３（ａ）、（ｂ）に示すような円
柱形状、あるいは図４に示すような四角柱状が挙げられ
るが、 BGA７の端子電極９が球状であることから、位置
ズレ防止、接続時の位置合わせの容易性などを考慮する
と円柱形状が最も好ましい。

【００１９】図５、６および７において、凹部６に埋設
された線状導電体４の配列例を示した。 BGA７の球状端
子電極９の径にかかわりなく、確実に安定した接続を行
うには、図６および図７のように、一つの凹部６に埋設
された線状導電体４の数は３〜４本が好ましいが、対応
する BGA７の球状端子電極数が増えるにつれ製造コスト
がかかる。従って、通常のケースにおいては１〜４本で
の対応が好ましい。なお、安定した接続性と製造コスト
を考慮すると、図６に示した３本が最も好ましい。さら
に、本発明の電気コネクタを実施例にもとづき詳細に説
明する。

【００２０】

【実施例】本発明の電気コネクタを次のようにして作製
した。 ［実施例１］ 線状導電体のボンディング：厚み1.0 μｍの金メッキ
を施した厚み 0.5mm、縦横それぞれ35mmの銅製のボンデ
ィング基板上に、汎用のボールボンダーを用いて、直径
76μｍの金線を垂直に0.5mmピッチでボンディング基板
の中央部に縦17列、横17列（総電極数289)のマトリクス
状に、１電極当たり３本の金線をボンディング配列し
た。１電極に対応する３本の金線は、１辺が0.27mmの正
三角形の各頂点にそれぞれボンディングした。配列した
金線全ての先端にアルゴンレーザー光を照射して、各先
端に直径が 150μｍの球状接点部を形成し、ボンディン
グ基板からの高さが 1.0mmで均一になるように揃えた。
さらに、この基板上の外縁に沿って縦横それぞれ30mm、
高さ 1.2mm、厚さ５mmのポリフェニレンサルファイド製
のフレームを配設した。

【００２１】絶縁性エラストマ層の成形：このフレー
ムの枠内に、絶縁性エラストマ層としてシリコーンゴム
KE-106（信越化学工業製、商品名） 100重量部に対し、
硬化剤Cat-RG（信越化学工業製、商品名）10重量部、シ
リコーンゴム用着色剤K-Color-BK-02(信越化学工業製、
商品名）を10重量部添加して十分に混合した材料を、硬
化後のレベルがフレームと同じ高さになるまで注入し、
銅製のボンディング基板を水平に保ちながら、 120℃で
60分加熱処理して硬化させた。続いて、銅製のボンディ
ング基板を塩化第二鉄溶液によりエッチング除去し、十
分に洗浄したのち 200℃で60分のポストキュアー処理を
行った。

【００２２】凹部の形成：さらに、BGA の球状端子電
極と同じ位置に直径 0.4mmの穴を設けた厚み 0.5mmのマ
スクを、フレームの上に位置合わせして固定し、その上
方よりYAG レーザー光を照射して、マスクの穴の部分に
露出したシリコーンゴム部分を、深さにして0.2mm除去
して凹部を形成し、各凹部底面のシリコーンゴム表面か
ら、三角形の各頂点位置にそれぞれ球状接点部が 100μ
ｍ突出した本発明の電気コネクタを得た。

【００２３】実装：このようにして作製した電気コネ
クタを、先の図１に示すように、直径 0.3mm、高さ 0.2
mmのハンダ製の球状端子電極が 0.5mmピッチで縦17列、
横17列のマトリクス状に配列されたBGA と検査基板との
間で 0.1mm圧縮・接続したところ、安定した導通が得ら
れ、導通試験を行う上で何等問題はなかった。なお、絶
縁性エラストマ層を成形する際に使用したフレームは、
製品の保護枠として作製した電気コネクタから取り外す
ことなく使用した。

【００２４】［実施例２〜５及び比較例１〜４］金線の
先端に形成した球状接点部の球径（Ｒ）、シリコーンゴ
ム表面に形成した凹部の深さ（Ｈ）、およびこの凹部底
面のシリコーンゴム表面から突出する球状接点部の露出
高（Ｅ）を変えた以外は、実施例１と同様にして、電気
コネクタを作製した。その結果を表１にまとめて示す。

【００２５】実施例１〜５のいずれの電気コネクタも、
１年間の実装導通連続試験後においても、球状接点部は
シリコーンゴム中に陥没することなく良好な接続導通状
態を維持していた。一方、比較例１の電気コネクタは、
球状接点部の球径が大き過ぎてBGA の球状端子電極の微
細ピッチに対応することができず位置ズレを生じ、比較
例２の電気コネクタは、球状接点部の露出高が小さいた
め、BGA の球状端子電極との接続可能部分が少なく、接
続が不安定で電気コネクタとして機能せず、比較例３の
電気コネクタは、BGA の球状端子電極と圧縮接続した際
に、球状接点部がシリコーンゴム中に陥没して接続不良
を生じた。さらに、比較例４の電気コネクタは、圧縮接
続時に球状接点部がその基部で座屈状態になり、接続の
確実性、安定性が低下し実装接続に適さないものであっ
た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明の電気コネクタは、絶縁性エラス
トマ層の厚み方向に貫通する線状導電体の一方の端部に
球状接点部を設けたことによって、従来のICソケットが
所定の接触圧力を得るために屈曲した導通経路の長い接
触子を用いているのに対して、線状導電体を極力短く、
微細なピッチで平面状に配列することができ、ICソケッ
トでは困難な端子電極ピッチが 1.0mm以下、特に 0.5mm
以下のBGA に対しても、高周波の信号を処理する場合の
検査、特性検査の接続の際にも信号の遅延や波形の歪を
生じることなく、またBGA の球状の突起電極と常に同一
箇所で接触するため安定した検査、接続が可能である。
また、接点部を線状導電体の線径より大きな径を有する
球状接点部とし、少なくともその一部が露出しているよ
うにすることによって、被接続側の電極で圧接された際
に、電気コネクタの接点部が絶縁性エラストマ層中に、
実装時または実装中陥没して接続不良が生じるのを防止
することができ、確実に接続される。さらに、この球状
接点部を、周囲が弾性を有する絶縁性エラストマ層の凹
部内に設けたことにより、BGA の検査、接続の際にBGA
の球状の突起電極は、この凹部にガイドされるかたちで
損傷を受けずに、また位置出しガイド機構を用いずに位
置ズレもなく電気コネクタ側の球状接点部に確実にアラ
イメントされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気コネクタを、BGA と検査基板との
接続に使用したときの状態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の電気コネクタの一実施態様に係り、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視線にそう縦断
面図である。

【図３】（ａ）は本発明の電気コネクタの凹部を示す上
面図であり、（ｂ）は凹部の内面形状が円柱形状を示す
縦断面図である。

【図４】本発明の電気コネクタの凹部の内面形状が四角
柱状を示す上面図である。

【図５】（ａ）は本発明の電気コネクタの一つの凹部に
埋設された線状導電体の数が２本である場合を示す凹部
の上面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。

【図６】（ａ）は本発明の電気コネクタの線状導電体が
３本の場合を示す凹部の上面図であり、（ｂ）はその縦
断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の電気コネクタの線状導電体が
４本の場合を示す凹部の上面図であり、（ｂ）はその縦
断面図である。

【符号の説明】

１． 電気コネクタ、 ２． フレーム、 ３． 絶縁性エラストマ層、 ４． 線状導電体、 ５． 球状接点部、 ６． 凹部、 ７． BGA 、 ８． 検査基板、 ９． 球状端子電極、 10. 端子電極、 11. 電極、

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｒ 33/94 9462−5Ｂ Ｈ０１Ｒ 33/94

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性エラストマ層の厚み方向に貫通して
   複数の線状導電体を設けた電気コネクタであって、線状
   導電体の一方の端部が球状の接点部を形成し、この球状
   接点部の少なくとも一部が絶縁性エラストマ層の表面に
   設けられた凹部の底面から露出しており、線状導電体の
   線径をＬとするとき、球状接点部の球径Ｒは、Ｌ＜Ｒ＜
   ３Ｌの範囲にあり、球状接点部の底面からの露出高Ｅ
   は、Ｒ／３＜Ｅ＜Ｒの範囲にあることを特徴とする電気
   コネクタ。