(57)【要約】【課題】  ランド状接続端子とバネ状接触子、または一対のバネ状接触子同士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コンタクタを提供する。【解決手段】  導電性接合コンタクタ１１は、ランド状接続端子１２ａと、ランド状接続端子１２ａに付勢力を施してランド状接続端子１２ａと電気的に接触して基板１２の導電部に電気的に導通するように接合されたバネ状接触子１３と、において、ランド状接続端子１２ａとバネ状接触子１３には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面１２ａａ、１３ａを備え、ランド状接続端子１２ａとバネ状接触子１３とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子１２ａとバネ状接触子１３との鏡面状平面１２ａａ、１３ａ同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部１５を備える。【選択図】図１
2010097842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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して基板の導電部に電気的に導通するように接合されたバネ状接触子と、において、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面を備え、
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の前記鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部を備えることを特徴とする導電性接合コンタクタ。
【請求項２】
互いに電気的に接触するバネ状接触子を少なくとも一対設け、前記一対のバネ状接触子が互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面を備え、前記一対のバネ状接触子は、前記鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部を備えることを特徴とする導電性接合コンタクタ。
【請求項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または請求項２に記載の導電性接合コンタクタ。
【請求項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または請求項２に記載の導電性接合コンタクタ。
【請求項５】
前記鏡面状平面は、ＣＭＰ法によって表面粗さ０．２ｎｍ以下に鏡面処理していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性接合コンタクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的な接続状態を形成する導電性接合コンタクタに関し、ランド状接続端子とバネ状接触子、または一対のバネ状接触子同士を電気的に接合した接触面に金属接合部を備える導電性接合コンタクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の接触子と接続端子の接触状態の概略を示す断面図であり、（ａ）は、スパイラルコンタクタを用いて、スパイラル状接触子と接続端子との接触状態を示し、（ｂ）は、スパイラルコンタクタを用いて、３重巻きスパイラル状接触子と３重巻きスパイラル状接触子との接触状態を示している。
図４の（ａ）に示すように、３重巻きスパイラル状接触子１０２は、表面に導電性のランド１０８ａを有する実装基板１０８に位置決め固定されている。
このスパイラルコンタクタ１０１は、根元から先端中心に向かって渦巻状に形成され、渦巻状の中心に先端を有する凸形のスパイラル状接触子１０２において、スパイラル状接触子１０２の根元を互いに１２０°位相をずらした位置に配置して、根元から渦巻きの中心に向けて立ち上がり、中心を同一として互いに併行して渦巻状に配設された３個のスパイラル状接触子１０２が先端で合流して一体とした３重渦巻きスパイラル状接触子１０２の先端の上面を鏡面処理した鏡面状平面１０２ｄａを備えている。
【０００３】
これによって、先端部の上面に鏡面状平面１０２ｄａを備えたスパイラル状接触子１０２と、やはり接続面に鏡面状平面１１１ａａを備えた接続端子１１１ａとを密着させて接合することができ、３重渦巻きスパイラル状接触子１０２の鏡面状平面１０２ｄａと、接続端子１１１ａの鏡面状平面１１１ａａとを対面させて重ね合わせることによって、鏡面状平面同士が密着して金属接合が発生して金属接合部１０２ｅを生成し、電気的に強固に接合することができる。
【０００４】
次に、図４の（ｂ）に示すように、一方の３重巻きスパイラル状接触子は、表面に導電性のランド１０８ａを有する実装基板１０８に位置決め固定され、他方の３重巻きスパイラル状接触子１０２も、表面に導電性のランド１０８ａを有する実装基板１０８に位置決め固定されている。
この３重渦巻きスパイラル状接触子１０２を少なくとも一対設け、一対の３重渦巻きスパイラル状接触子１０２の鏡面状平面１０２ｄａ同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部１０２ｅを備えている。
【０００５】
すなわち、３重渦巻きスパイラル状接触子１０２の鏡面状平面１０２ｄａと３重渦巻きスパイラル状接触子１０２の鏡面状平面１０２ｄａとを対面させて重ね合わせることによって、鏡面状平面同士が密着して金属接合が発生し、電気的に強固に接合することができ、精度が良く、バネ追従性に優れた３重渦巻きスパイラル状接触子を容易に製造することができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００８―２２２９０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、または一対のバネ状接触子同士を電気的に接合した接触面に金属接合部を備えて、バネ状接触子を用いることによって安定的に電気的な接続状態を形成する導電性接合コンタクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明の導電性接合コンタクタは、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して基板の導電部に電気的に導通するように接合されたバネ状接触子と、において、前記ランド状接続端子と前記バネ状接触子には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面を備え、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の前記鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部を備えることを特徴とする。導電部は、基板内に備えられたビア、端子、配線、または接続端子などの金属部である。
【０００８】
請求項２に係る発明の導電性接合コンタクタは、互いに電気的に接触するバネ状接触子を少なくとも一対設け、前記一対のバネ状接触子が互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面を備え、前記一対のバネ状接触子は、前記鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の導電性接合コンタクタであって、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。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の導電性接合コンタクタであって、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。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の導電性接合コンタクタであって、前記鏡面状平面は、ＣＭＰ法によって表面粗さ０．２ｎｍ以下に鏡面処理していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、接触面が鏡面処理された鏡面状平面を備えた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の鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって金属接合部を生成させ、互いの鏡面状平面を安定的に密着させて接合することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面を備えた一対のバネ状接触子を設け、一対のバネ状接触子の鏡面状平面同士を対面させて重ね合わせることによって金属接合部を生成させ、互いの鏡面状平面を安定的に密着させて接合することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、バネ状接触子が板バネ形状であることによって、互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面を備えた、板バネとランド状接続端子、または板バネ同士の間に金属接合部を生成させ、互いの鏡面状平面を安定的に密着させて接合することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、バネ状接触子がコイルバネ形状であることによって、互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面を備えた、コイルバネとランド状接続端子、またはコイルバネ同士の間に金属接合部を生成させ、互いの鏡面状平面を安定的に密着させて接合することができる。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状接触子を備えた導電性接合コンタクタを容易に形成することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、ＣＭＰ法によって表面粗さ０．２ｎｍ以下に鏡面処理した鏡面状平面を備えることによって、最も強力な金属接合部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る導電性接合コンタクタの第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コンタクタを示し、（ａ）は、板バネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図、（ｂ）は、コイルバネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図である。
【００１８】
図１の（ａ）に示すように、導電性接合コンタクタ１１は、ランド状接続端子１２ａと、ランド状接続端子１２ａにバネの付勢力を施してランド状接続端子１２ａと電気的に接触して基板１２のビア１２ｂに電気的に導通するように接合された、板バネ形状のバネ状接触子１３と、において、ランド状接続端子１２ａと、板バネ形状のバネ状接触子１３には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面１２ａａ、１３ａを備え、ランド状接続端子１２ａと、基板１２´のランド状接続端子２２ａ´に半田１４などによって接合された板バネ形状のバネ状接触子１３とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子１２ａと、板バネ形状のバネ状接触子１３との鏡面状平面１２ａａ、１３ａ同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部１５を備える。
【００１９】
また、図１の（ｂ）に示すように、導電性接合コンタクタ２１は、ランド状接続端子２２ａと、ランド状接続端子２２ａに付勢力を施してランド状接続端子２２ａと電気的に接触して基板２２のビア２２ｂに電気的に導通するように接合された、コイルバネ形状のバネ状接触子２３と、において、ランド状接続端子２２ａと、コイルバネ形状のバネ状接触子２３には、その接触面が鏡面処理された鏡面状平面２２ａａ、２３ａを備え、ランド状接続端子２２ａと、基板２２´のランド状接続端子２２ａ´に半田２４などによって接合されたコイルバネ形状のバネ状接触子２３とを少なくとも一対設け、ランド状接続端子２２ａと、コイルバネ形状のバネ状接触子２３との鏡面状平面２２ａａ、２３ａ同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部２５を備える。
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１３、２３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。
また、ランド状接続端子１２ａ、２２ａやバネ状接触子１３、２３の互いの接続面は、ＣＭＰ法によって、表面粗さ０．２ｎｍ程度に鏡面処理しているが、表面粗さ２０ｎｍ程度でも構わない。
【００２０】
次に、導電性接合コンタクタの動作を説明する。
図３は、金属接合を説明する拡大図である。図３の（ａ）は、バネ状接触子の接続相手がランド状接続端子の場合を示し、図３の（ｂ）は、バネ状接触子の接続相手が同じくバネ状接触子の場合を示している。
図１の（ａ）および図３の（ａ）に示すように、導電性接合コンタクタ１１の基板は、電気的配線を備えた実装基板である。この実装基板は電源端子などを備えた基板であっても構わない。
基板１２´のランド状接続端子１２ａ´に板バネ形状のバネ状接触子１３が半田付けされている。この半田付け部１４から延長したところに鏡面状平面１３ａを備えている。実施例では、この鏡面状平面１３ａは表面粗さ０．２ｎｍ程度にＣＰＭ処理が施され鏡面処理されている。なお、ＣＰＭ処理は、表面粗さ０．１ｎｍ〜２０ｎｍであれば構わない。
また、基板１２には、ランド状接続端子１２ａが設けられており、この表面にも表面粗さ０．２ｎｍ程度にＣＰＭ処理が施され鏡面処理されている鏡面状平面１２ａａが設けられている。
【００２１】
基板１２と基板１２´に設けられたランド状接続端子１２ａと板バネ形状のバネ状接触子１３を電気的に導通させて接合するために、基板１２と基板１２´を所望の距離に接近させることによって、ランド状接続端子１２ａと板バネ形状のバネ状接触子１３のそれぞれの鏡面状平面１２ａａ、１３ａが接触する。このとき板バネ形状のバネ状接触子１３のバネの付勢力によって、鏡面状平面１２ａａと鏡面状平面１３ａはやや加圧された状態で接触する。このとき、鏡面状平面１２ａａと鏡面状平面１３ａの金属原子が互いに拡散して、拡散接合が発生して金属接合部１５が生成される。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。
【００２２】
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。
【００２３】
鏡面状平面１２ａａ、１３ａには、ＣＭＰ法により精密な鏡面研磨を施し精密鏡面仕上げとしている。その表面粗さ（面粗度）は０．２ｎｍとしている。面粗度が０．２ｎｍでは無加圧でも金属接合が可能であり、常圧常温で鏡面状平面同士を密着させ重ね合わせることで、電気的に強固に接合される。
なお、面粗度が０．２〜１０ｎｍでは圧力を数ＭＰａ〜数十ＭＰａ程度にあげることによって電気的に強固に接合する。一旦接合できると、環境変化に関係なく半永久的に電気的な接合が維持される。
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。
また、鏡面状平面は、研磨を特徴とするものではなく、スパッタ処理、メッキ処理、エッチング処理、電気的加工処理など、鏡面状平面を生成できるものではあれば良い。
【００２４】
このように、バネ状接触子１２のバネ性によって接合面同士が相手に迎合して、互いの接合面の平行精度を補うように働くことができるので、鏡面状平面１２ａａ、１３ａ同士を密着させ重ね合わせることができる。これによって、鏡面状平面１２ａａ、１３ａ同士の接合面に適正な圧力をバネ状接触子１３から与えられて金属融合を起こさせる。
また、バネ状接触子１３の圧力は、バネ状接触子１３の断面を太くして、さらに巻き数を少なくすることで、従来のプローブに比べて大きくなり、鏡面状平面１２ａａ、１３ａ同士が強く加圧されて金属接合生成に好適である。
【００２５】
次に、バネ状接触子がコイルバネ形状のバネ状接触子の場合を説明する。
図１の（ｂ）に示すように、導電性接合コンタクタ２１の基板は、電気的配線を備えた実装基板である。この実装基板は電源端子などを備えた基板であっても構わない。
基板２２´のランド状接続端子２２ａ´にコイルバネ形状のバネ状接触子２３が半田付けされている。この半田付け部２４とは反対側の端面は、コイルバネの端面をカットした形状になっており、その端面は鏡面状平面２３ａとなっている。実施例では、この鏡面状平面２３ａは表面粗さ０．２ｎｍ程度にＣＰＭ処理が施され鏡面処理されている。なお、ＣＰＭ処理は、表面粗さ０．１ｎｍ〜２０ｎｍであれば構わない。
また、基板２２には、ランド状接続端子２２ａが設けられており、この表面にも表面粗さ０．２ｎｍ程度にＣＰＭ処理が施され鏡面処理されている鏡面状平面２２ａａが設けられている。
【００２６】
基板２２と基板２２´に設けられたランド状接続端子２２ａとコイルバネ形状のバネ状接触子２３を電気的に導通させて接合するために、基板２２と基板２２´を所望の距離に接近させることによって、ランド状接続端子２２ａとコイルバネ形状のバネ状接触子２３とのそれぞれの鏡面状平面２２ａａ、２３ａが接触する。このときコイルバネ形状のバネ状接触子２３のバネの付勢力によって、鏡面状平面２２ａａと鏡面状平面２３ａとは、やや加圧された状態で接触する。このとき、鏡面状平面２２ａａと鏡面状平面２３ａの金属原子が互いに拡散して拡散接合が発生し、金属接合部２５が生成される。拡散接合に関しては、前記板バネ形状のバネ状接触子を用いた場合と同様であるので、ここでの説明を割愛する。
【００２７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る導電性接合コンタクタの第２の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態では、ランド状接続端子とバネ状接触子が接触することによって電気的に接合するが、第２の実施形態では、バネ状接触子同士が接触することによって電気的に接合する点である。
図２は、本発明の第２の実施形態を説明するための導電性接合コンタクタを示し、（ａ）は、板バネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図、（ｂ）は、コイルバネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図である。
図２の（ａ）及び図３に示すように、導電性接合コンタクタ３１は、基板３２のランド状接続端子３２ａに電気的に導通するように半田接合された板バネ形状のバネ状接触子３３と、基板３２´のランド状接続端子３２ａ´に電気的に導通するように半田接合された板バネ形状のバネ状接触子３３´とが鏡面状平面３３ａ、３３ａ´において互いのバネの付勢力によって加圧接触して金属接合部３５を生成している。
【００２８】
また、図２の（ｂ）に示すように、導電性接合コンタクタ４１は、互いに電気的に接触するコイルバネ形状のバネ状接触子４３を一対設け、この一対のコイルバネ形状のバネ状接触子４３、４３´が互いに接触する接触面を鏡面処理した鏡面状平面４３ａ、４３ａ´を備え、この一対のコイルバネ形状のバネ状接触子４３、４３´は、基板４２、４２´のランド状接続端子４２ａ、４２ａ´に電気的に導通するように半田接合され、鏡面状平面４３ａ、４３ａ同士を対面させて重ね合わせることによって生成される金属接合部４５を備える。以下、拡散接合する導電性接合コンタクタの動作の説明は第１の実施形態と同様である。
【００２９】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための導電性接合コンタクタを示し、（ａ）は、板バネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図、（ｂ）は、コイルバネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明するための導電性接合コンタクタを示し、（ａ）は、板バネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図、（ｂ）は、コイルバネ形状のバネ状接触子を備えた導電性接合コンタクタを示す断面図である。
【図３】金属接合を説明する拡大図である。（ａ）は、バネ状接触子の接続相手がランド状接続端子の場合を示し、（ｂ）は、バネ状接触子の接続相手が同じくバネ状接触子の場合を示している。
【図４】従来の接触子と接続端子の接触状態の概略を示す断面図であり、（ａ）は、スパイラルコンタクタを用いて、スパイラル状接触子と接続端子との接触状態を示し、（ｂ）は、スパイラルコンタクタを用いて、３重巻きスパイラル状接触子と３重巻きスパイラル状接触子との接触状態を示している。
【符号の説明】
【００３１】
１１、２１、３１、４１  電気的接合コンタクタ
１２、２２、３２、４２  基板
１２ａ、１２ａ´、２２ａ、２２ａ´、３２ａ、３２ａ´、４２ａ、４２ａ´  ランド状接続端子
１２ａａ、２２ａａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ、３３ａ´、４３ａ、４３ａ´  鏡面状平面
１２ｂ、１２ｂ´、２２ｂ、２２ｂ´、３２ｂ、３２ｂ´、４２ｂ、４２ｂ´  ビア
１３、２３、３３、３３´、４３、４３´  バネ状接触子
１４、２４、３４、４４  半田接合、半田付け部
１５、２５、３５、４５  金属接合部
【図１】
2010097842.tif 000003
【図２】
2010097842.tif 000004
【図３】
2010097842.tif 000005
【図４】
2010097842.tif 000006