(57)【要約】【課題】  湾曲状態で立体的に立ち上がる形状の変形部を有し、前記変形部と電極部との接触性を常に良好に保つことができる弾性接触素子を提供する。【解決手段】  弾性接触素子１０は、ランド部２に固定されている固定支持部１１と、立体形状に立ち上がる変形部１２とを有している。変形部１２は基端部１２ａから先端部１２ｂに至るまで、同じ方向へのみ捩れ変形して、先端部１２ｂに向かうにしたがって徐々に仮想平面Ｈから離れている。変形部１２の先端部１２ｂには外側に向く外側突起１３が設けられ、この外側突起１３が変形部の捩れ方向と同じ向きに傾いて、外側突起１３の先端１３ａが仮想平面Ｈから最も離れた位置にある。電極部と接触するときに外側突起１３の先端１３ａによって、電極部の表面の被膜を除去しやすくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形可能な導電性材料によって、固定面に固定される固定支持部と前記固定支持部から延びる変形部とが一体に形成された弾性接触素子において、
前記変形部は、前記固定支持部に連続する基端部と、自由端である先端部と、前記基端部と前記先端部との間の中間部とを有し、前記中間部は、幅寸法を二分した点を結んだ中心線が、前記固定面を含む仮想平面に投影したときに湾曲線を含んでおり、
前記基端部の幅寸法の中点と前記変形部の外縁と外縁との中点とを結ぶ線を基準線としたときに、前記変形部は、前記基準線を中心とする同じ回転方向へのみ捩れ変形して、前記先端部に向かうにしたがって前記仮想平面からの距離が長くなるように立ち上がっており、
前記先端部に、前記中心線が描く湾曲線の外周方向へ突出する外側突起が一体に形成されていることを特徴とする弾性接触素子。
【請求項２】
前記外側突起の先端が、前記仮想平面から最も離れた位置にある請求項１記載の弾性接触素子。
【請求項３】
前記中心線が描く湾曲線は、前記基準線を挟む一方の側と他方の側において、１条ずつ設けられている請求項１または２記載の弾性接触素子。
【請求項４】
前記中心線が描く湾曲線は、１８０度を超えて３６０度未満の範囲で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性接触素子。
【請求項５】
前記先端部に、前記中心線が描く湾曲線の内周方向へ突出する内側突起が一体に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性接触素子。
【請求項６】
前記外側突起と前記内側突起は共に、前記変形部の先端面に連続して形成されており、前記先端面の少なくとも一部が平面である請求項５記載の弾性接触素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの底部に設けられた電極部や回路基板に設けられた電極部などに個別に接触して導通する弾性接触素子に係り、特に電極部との導通性能を高めることができる弾性接触素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１と特許文献２には、弾性変形部を有する弾性接触素子が開示されている。これら弾性接触素子の弾性変形部は、基端部から先端部まで３６０度以上周回する螺旋形状とされている。
【０００３】
特許文献１と特許文献２に記載された弾性接触素子は、螺旋状の弾性変形部が半導体パッケージの底部に設けられた球状の電極部に押し付けられると、弾性変形部が球状の電極部の周囲に巻き付くように接触して、弾性接触素子と電極部とが導通するというものである。
【０００４】
しかし、電極部の表面には酸化被膜や有機物の被膜が形成されているため、螺旋状の変形部を球状の電極部の周囲に巻き付かせただけでは、酸化被膜や有機物の被膜を十分に除去できずに、弾性接触素子と電極部との接触抵抗が大きくなることがある。
【０００５】
そこで、特許文献２に記載された弾性接触素子は、螺旋状の変形部の内周側または外周側に突起が一体に形成されており、螺旋状の変形部を球状の電極部に巻き付かせるときに、前記突起を電極部の表面に食い込ませて、酸化被膜や有機物の被膜を除去しやすくしている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の弾性接触素子を平坦な表面を有する平面電極部に接触させるときは、前記突起を電極部の表面に十分な深さで食い込ませることが難しい。特許文献２に記載された弾性接触素子の螺旋状の弾性変形部は３６０度以上の範囲で多重に巻かれ、螺旋の中心部に突起が設けている構造である。そのために、平面電極部を接触させて弾性変形部を変形させたときに、突起の向きが不確定で、突起の先端が必ずしも電極部の表面に向かなくなり、突起を電極部の表面に十分な深さで食い込ませることが難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４９２９３号公報
【特許文献２】特開２００５−７１９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、変形部に設けられた突起が常に電極部の表面に向くようにして、電極部が接触したときに前記突起が電極部の表面に食い込みやすくした弾性接触素子を提供することを目的としている。
【０００９】
また、本発明は、表面が平坦面の平面電極部であっても、十分な導通状態を実現でき、またインダクタンスを低くして、高周波を通電させるのに適した形状の弾性接触素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、弾性変形可能な導電性材料によって、固定面に固定される固定支持部と前記固定支持部から延びる変形部とが一体に形成された弾性接触素子において、
前記変形部は、前記固定支持部に連続する基端部と、自由端である先端部と、前記基端部と前記先端部との間の中間部とを有し、前記中間部は、幅寸法を二分した点を結んだ中心線が、前記固定面を含む仮想平面に投影したときに湾曲線を含んでおり、
前記基端部の幅寸法の中点と前記変形部の外縁と外縁との中点とを結ぶ線を基準線としたときに、前記変形部は、前記基準線を中心とする同じ回転方向へのみ捩れ変形して、前記先端部に向かうにしたがって前記仮想平面からの距離が長くなるように立ち上がっており、
前記先端部に、前記中心線が描く湾曲線の外周方向へ突出する外側突起が一体に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
前記弾性接触素子は、変形部が基準線を中心とする同じ回転方向にのみ捩れ変形しているため、変形部の先部に設けられた外側突起が常に仮想平面に対して立ち上がる向きとなる。そのため、変形部が電極部と接触するときに外側突起が電極の表面に食い込みやすくなって、電極部の表面の酸化被膜や有機物の被膜を除去しやすくなる。特に、変形部と表面が平坦な平面電極部とが接触したときであっても、接触抵抗を小さくすることが可能になる。
【００１２】
本発明は、変形部の基端部から先端部までの全長において、中心線が湾曲線となるものであってもよいし、または基端部から先端部までの間で、中心線の一部が湾曲線で中心線の他の部分が直線であってもよい。
【００１３】
本発明は、前記外側突起の先端が、前記仮想平面から最も離れた位置にあるものが好ましい。この場合、外側突起の先端が、仮想平面から大きな角度で立ち上がるようになり、外側突起の先端が電極部の表面に食い込みやすくなって、酸化被膜や有機物の被膜を除去しやすくなる。
【００１４】
本発明は、前記中心線が描く湾曲線が、前記基準線を挟む一方の側と他方の側において、１条ずつ設けられている構造である。また、前記中心線が描く湾曲線が、１８０度を超えて３６０度未満の範囲で形成されているものである。
【００１５】
本発明は、前記先端部に、前記中心線が描く湾曲線の内周方向へ突出する内側突起が一体に形成されているものが好ましく、さらには、前記外側突起と前記内側突起は共に、前記変形部の先端面に連続して形成されており、前記先端面の少なくとも一部が平面であることが好ましい。
【００１６】
前記のように、変形部の先端面に連続して外側突起と内側突起が設けられていると、最初に外側突起が電極部の表面に当たった後に、電極部が押し付けられたときに、変形部の変形に伴って前記先端面のエッジ部が電極部の表面を摺動して、前記エッジ部で電極部の表面の被膜を除去しやすくなる。外側突起と内側突起の双方を設けることで前記先端面を長くでき、電極部の表面に摺動させやすくなる。さらに、電極部の圧力で変形部が変形させられたときに、内側突起を電極部の表面に食い込ませて被膜を除去することも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、変形部に設けられた突起の先端が常に電極部に向く構造となるため、前記突起の先端で電極部の表面の被膜を除去しやすくなり、弾性接触素子と電極部との接触抵抗を低くすることができる。特に、表面が平坦な平面電極部との導通性能を高くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の弾性接触素子を示す平面図、
【図２】図１に示す弾性接触素子を示すものであり、基板のみを切断して示すＩＩ−ＩＩ矢視の断面図、
【図３】比較例の弾性接触素子を示す平面図、
【図４】実施の形態の弾性接触素子の周波数特性を示す線図、
【図５】（Ａ）（Ｂ）は、比較例の弾性接触素子の周波数特性を示す線図、
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２に示す基板１は、樹脂フィルムで形成された可撓性基板または硬質基板である。基板１の表面１ａには導電性金属材料で成膜されたランド部２が設けられており、このランド部２の表面２ａに弾性接触素子１０が固定されている。この実施の形態では、ランド部２の表面２ａが、弾性接触素子１０を固定する固定面であり、前記表面２ａを含む平面が仮想平面Ｈである。
【００２０】
図２に示すように、弾性接触素子１０は、仮想平面Ｈから立ち上がる立体形状であるが、図１では、弾性接触素子１０が立体形状に変形させられる前の平坦な状態で示されている。弾性接触素子１０は微小であり、図１に示す平面形状において、弾性接触素子１０の幅寸法２Ｗは、５ｍｍ以下でありまたは２ｍｍ以下である。
【００２１】
基板１の表面１ａには、多数のランド部２が規則的に配列されて設けられ、それぞれのランド部２に弾性接触素子１０が固定されている。基板１には、弾性接触素子１０の下側で表裏に貫通する貫通穴３が形成されている。図１に示す平面形状の弾性接触素子１０は、前記貫通穴３を通じて下から治具で押し上げられることで、図２に示す立体形状に成形される。
【００２２】
図２に示すように、基板１の表面１ａにのみ弾性接触素子１０が設けられていてもよいし、基板１の裏面１ｂに弾性接触素子１０または弾性接触素子１０以外の構造の接触素子が設けられていてもよい。この場合に、貫通穴３の内周面に形成される導電層によって、基板１の表面１ａ側の弾性接触素子１０と裏面１ｂ側の接触素子とが導通されて、マザー基板と半導体パッケージなどとの間に挟まれるインターポーザとして使用される。
【００２３】
弾性接触素子１０は、固定支持部１１と変形部１２とが一体に形成された構造である。弾性接触素子１０は、弾性力を発揮する導電性材料で形成されており、変形部１２は、図２に示す立体形状から基板１の表面１ａに向けて押し潰されるまで弾性領域で変形できる。弾性接触素子１０は、例えば、銅または銅合金の箔体（薄い板材）からエッチングで分離されて形成され、その外側の全面にアモルファス状態のＮｉ−Ｐ（ニッケルーリン）合金が無電解メッキにより形成されている。この構造では、銅または銅合金の層が導電体として機能し、Ｎｉ−Ｐの層が弾性部材としての機能を補強している。さらには、弾性接触素子１０の最表面に金メッキなどの低抵抗の金属層が形成される。
【００２４】
あるいは、弾性接触素子１０は、その全体がＮｉ−Ｐであって、メッキ工程で形成されるものであってもよい。
【００２５】
弾性接触素子１０は、ランド部２の表面２ａに半田付けなどの手段で固定されている部分が固定支持部１１であり、ランド部２との固定状態から開放されて外力を受けたときに変形する領域が変形部１２である。弾性接触素子１０の固定支持部１１と変形部１２は、図１の平面図に現れている各方向の幅寸法が、厚さ寸法ｔ（図２参照）よりも大きい。
【００２６】
変形部１２は、前記固定支持部１１との境界部が基端部１２ａであり、自由端が先端部１２ｂであり、基端部１２ａから先端部１２ｂまでが中間部１２ｃである。変形部１２は、基端部１２ａから先端部１２ｂまでの延べ長さが幅寸法Ｗｐよりも十分に長い長尺形状であり、中間部１２ｃは少なくとも一部が湾曲している。図１には、変形部１２の基端部１２ａから先端部１２ｂまでの各部分において幅寸法Ｗｐの中点を結んだ中心線Ｏｐが示されている。図１に示すように、変形部１２が変形していない平坦な状態で、前記中心線Ｏｐは同じ向きの曲率を有する湾曲線を含んでいる。図１に示す変形部１２の中心線Ｏｐに含まれる湾曲線の曲率の向きは時計回り方向である。
【００２７】
図２に示すように、変形部１２が立体形状とされた状態で、上方から変形部１２を仮想平面Ｈに投影して見たときも、中心線Ｏｐは時計回りの曲率を有する湾曲線を含んでいる。
【００２８】
変形部１２は、基端部１２ａから先端部１２ｂまでの延びる中心線Ｏｐの全長が同じ方向へ曲がる湾曲線であってもよいし、基端部１２ａから先端部１２ｂまで延びる中心線Ｏｐの一部のみが湾曲線であってもよい。中心線Ｏｐに含まれる前記湾曲線の周回角度は１８０度を超えて３６０度未満であり、好ましくは、２４０度以上で３００度未満である。図１に示す例では、中心線Ｏｐに含まれる湾曲線の周回角度がほぼ２７０度である。
【００２９】
図１には、変形部１２の捩れ方向を規定する基準となる基準軸Ｌｓが示されている。この基準線Ｌｓは、変形部１２の基端部１２ａの幅寸法の中点Ｓ１と、変形部１２の右側の外縁から左側の外縁までの幅寸法２×Ｗの中点Ｓ２とを結ぶ直線である。中心線Ｏｐに含まれる湾曲線の周回角度が１８０度を超えて３６０度未満であるため、基準線Ｌｓよりも右側には、変形部１２および中心線Ｏｐが１条のみ存在し、基準線Ｌｓよりも左側には、変形部１２および中心線Ｏｐが１条のみ存在している。
【００３０】
前記変形部１２の先端部１２ｂには、中心線Ｏｐが描く湾曲線よりも外側へ向けて突出する外側突起１３が一体に形成されており、外側突起１３の先端１３ａは鋭角な角部を有している。また、先端部１２ｂには、中心線Ｏｐが描く湾曲線の内側に向けて突出する内側突起１４が一体に形成されている。内側突起１４の先端１４ａは鋭角な角部を有している。変形部１２の先端面１２ｄは少なくとも一部が平坦面であり、この先端面１２ｄが、外側突起１３の先端１３ａと内側突起１４の先端１４ａに連続している。
【００３１】
弾性接触素子１０は、図１に示すように、ランド部２に固定された状態で平坦な形状で成形される。その後に、基板１の下側から貫通穴３内に治具が挿入されて、先端部１２ｂに上向きの力Ｆが与えられる。先端部１２ｂに上向きの力Ｆが与えられた状態で、加熱工程に移行して、変形した変形部１２の内部応力が緩和される。冷却後に前記治具を除去することで、変形部１２は図２に示す立体形状となる。
【００３２】
変形部１２は、中心線Ｏｐの湾曲線の周回角度が１８０度を超えて３６０度未満である。そのため先端部１２ｂが上向きに押されて変形させられると、変形部１２の基端部１２ａから先端部１２ｂまでの間の中間部１２ｃの全ての箇所において、その捩じり方向が、基準線Ｌｓを中心とする時計回りＣＷとなる。すなわち、変形部１２の任意の場所で基準線Ｌｓと直交する線Ａ１，Ａ２，Ａ３を選択したときに、全ての線Ａ１，Ａ２，Ａ３において、変形部１２は基準線Ｌｓを中心とする時計回りＣＷと同じ向きに捩れている。
【００３３】
図２に示すように、変形部１２は、基端部１２ａから先端部１２ｂまで、同じ向きである時計回りＣＷに向く捩れが与えられて変形させられ、変形部１２は、先端部１２ｂに向かうにしたがって仮想平面Ｈからの高さ寸法が徐々に大きくなる。外側突起１３は、先端部１２ｂにおいて中心線Ｏｐが描く湾曲線の外周側に向けて突出している。そのため、図２に示すように、変形部１２は、外側突起１３の部分において、仮想片面Ｈからの立ち上がり角度が最も急になり、外側突起１３の先端１３ａが仮想平面Ｈから最も離れた位置となる。
【００３４】
図２は、電子素子の一例として半導体パッケージ２０に設けられた電極部２１が弾性接触素子１０に対向する状態を示している。電極部２１は、表面２１ａが平坦面の平面電極部である。変形部１２に設けられた外側突起１３は、仮想平面Ｈから大きく立ち上がるように傾斜しているため、電極部２１と弾性接触素子１０とが接近すると、外側突起１３の鋭角の先端１３ａが最初に電極部２１の表面２１ａに当たる。その後に、電極部２１の表面２１ａの圧力によって変形部１２が潰されるように変形するときに、外側突起１３の先端１３ａが、電極部２１の表面２１ａに食い込み、電極部２１の表面の酸化被膜や有機物の被膜が除去されて、弾性接触素子１０と電極部２１との接触抵抗が低下する。
【００３５】
さらに、電極部２１が基板１に接近して行き、変形部１２が平坦な形状となるように押し潰されていくと、上向きの姿勢であった、変形部１２の先端面１２ｄの上向きのエッジが、電極部２１の表面２１ａと摺動する。この摺動によっても、電極部２１の表面２１ａの酸化被膜や有機物の被膜が除去される。よって、変形部１２が平坦な形状に押しつぶされても、先端面１２ｄの上向きのエッジと電極部２１との摺動により、接触抵抗を低減させることができる。
【００３６】
さらに、電極部２１が基板１の表面１ａに向けて強く押し付けられ、外側突起１３の先端１３ａがやや下向きの姿勢に変形することがあったとしても、この場合は、内側突起１４の先端１４ａが上向きになって、内側突起１４の先端１４ａが電極部２１の表面２１ａに食い込みやすくなる。
【００３７】
上記のように、弾性接触素子１０は、変形部１２が全ての部分で時計回りＣＷに捩じれており、先端部１２ｂには外側に向く外側突起１３が設けられているため、図２に示すように、電極部２１が接していないときに、外側突起１３は、仮想平面Ｈからの角度が最も急となるように立ち上がる。また、外側突起１３の先端１３ａが、仮想平面Ｈから最も離れた高い位置にある。このように、外側突起１３の姿勢が上向きで安定しているために、常に外側突起１３の先端１３ａが電極部２１に先行して当たるようになり、さらには、その後に先端面１２ｄの上向きのエッジが電極部２１と摺動できるようになる。そのため、電極部の表面の被膜を除去しやすくなる。
【００３８】
図３は、実施の形態の弾性接触素子１０の利点を明確にするための比較例である弾性接触素子１１０を示している。
【００３９】
比較例の弾性接触素子１１０は、ランド部２の表面２ａに固定された固定支持部１１１と、固定支持部１１１と連続して弾性変形する変形部１１２とを有している。弾性変形部１１２は基端部１１２ａから先端部１１２ｂまで湾曲しており、その周回角度は約５４０度である。
【００４０】
図３には、変形部１１２の基端部１１２ａの幅寸法の中点と、変形部１１２の幅寸法２×Ｗ１の中点とを通る基準線Ｌｓ１が示されている。
【００４１】
変形部１１２の先端部１１２ｂが、治具によって紙面の手前側に向けて押圧された状態で加熱処理され、変形部１１２の応力が緩和されると、変形部１１２は、先端部１１２ｂが最も高い位置となる立体形状に形成される。治具によって先端部１１２ｂが紙面の手前側に押されると、線Ｂ１と線Ｂ２で示す位置で、基準線Ｌｓ１に対する時計回りＣＷのモーメントが作用し、線Ｂ１と線Ｂ２の位置では、変形部１２が時計回りＣＷに捩れる。一方、線Ｂ３の位置で、基準線Ｌｓ１に対する反時計回りＣＣＷのモーメントが作用するため、線Ｂ３の位置で、変形部１１２は反時計回りＣＣＷに捩れる。
【００４２】
上記のように、変形部１１２の場所によって捩れる向きが変化するため、立体状態に変形したとき、先端部１１２ｂの姿勢を一律に確定させることが難しい。そのため、先端部１１２ｂに鋭角な突起１１４を設けても、この突起１１４が電極部に向けて立ち上がる形状となるか否か不確定になる。また立ち上がったとしてもその角度は浅くなる。そのため、電極部２１が接触したときに電極部２１の表面２１ａの被膜を効果的に除去できない。
【００４３】
つまり、比較例では、本発明の実施例のように、常に外側突起１３が電極部２１に向けて急な角度で立ち上がる立体構造を実現できない。
【００４４】
次に、図１に示す実施の形態の弾性接触素子１０と図３に示す比較例の弾性接触素子１１０とで、固定支持部１１と固定支持部１１１の大きさを同じとし、変形部１２の幅寸法２×Ｗと変形部１１２の幅寸法２×Ｗ１とを同等にして比較する。
【００４５】
この場合、実施の形態の弾性接触素子１０と比較例の弾性接触素子１１０の平面に占める面積はほぼ同等であるが、実施の形態の変形部１２の基端部１２ａから先端部１２ｂまでの延べ長さ寸法は、比較例の変形部１１２よりも短くなり、実施の形態の変形部１２の幅寸法Ｗｐは、比較例の変形部１１２の幅寸法よりも大きくなる。
【００４６】
そのため、実施の形態の弾性接触素子１０のインダクタンスを、比較例の弾性接触素子１１０よりも低く設定できるようになり、高周波の通電部に実施の形態の弾性接触素子１０を使用したときの特定が、比較例の弾性接触素子１１０を使用したときよりも良好になる。
【００４７】
図４は、実施の形態の弾性接触素子１０をコネクタとして使用したときのリターンロスとインサーションロスを示すものであり、横軸が周波数（ＧＨｚ）であり、縦軸がロス（ｄＢ）である。図４では、実施の形態を使用した時のリターンロスの周波数特性をＲａで示し、インサーションロスの周波数特性をＲｂで示している。
【００４８】
一方、図５は比較例の弾性接触素子１１０をコネクタとして使用したときのリターンロスの周波数特定を示し、図６は、比較例の弾性接触素子１１０をコネクタとして使用したときのインサーションロスの周波数特定を示している。
【００４９】
図４と図５では、実施の形態の弾性接触素子１０を使用したときに、比較例に比べて、広い周波数帯域でリターンロスを低く抑えることができ、インサーションロスを高いレベルに設定できることが解る。
【符号の説明】
【００５０】
１  基板
２  ランド部
３  貫通穴
１０  弾性接触素子
１１  固定支持部
１２  変形部
１２ａ  基端部
１２ｂ  先端部
１２ｃ  中間部
１２ｄ  先端面
１３  外側突起
１４  内側突起
２０  半導体パッケージ
２１  電極部
Ｏｐ  中心線
Ｌｓ  基準線
【図１】
2010211940.tif 000003
【図２】
2010211940.tif 000004
【図３】
2010211940.tif 000005
【図４】
2010211940.tif 000006
【図５】
2010211940.tif 000007