(57)【要約】【課題】電子素子を搭載する第１部材の導体部分と第２部材の導体部分を機械的に接続しかつ電気的に高密度に実装することができるとともに、故障した電子素子を搭載する第１部材を第２部材から取り外すことができる電気接続装置および電気接続装置を有する電子機器を提供すること。【解決手段】第１部材４０に設けられている導体部分と第２部材４１に設けられている導体部分を機械的に接続しかつ電気的に接続するための電気接続装置２００であり、第１部材４０の導体部分６２に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する球状の第１接続端子６０と、第２部材４１の導体部分８４に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する第２接続端子８０であり、球状の第１接続端子６０の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる第２接続端子８０とを備える。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に設けられている導体部分と第２部材に設けられている導体部分を機械的に接続しかつ電気的に接続するための電気接続装置であり、
前記第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する球状の第１接続端子と、
前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する第２接続端子であり、前記球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる前記第２接続端子と、
を備えることを特徴とする電気接続装置。
【請求項２】
前記第１部材と前記第２部材は、リジット基板あるいはフレキシブル基板である請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項３】
前記第２接続端子は、前記球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まで前記球状の第１接続端子の外周面にはめ合わされるはめ合わせ部を有している請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項４】
前記第２接続端子は、前記球状の第１接続端子の前記外周面の位置を位置決めして、前記球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まで前記はめ合わせ部を前記球状の第１接続端子の外周面にはめ合わせるためのストッパ部を有している請求項３に記載の電気接続装置。
【請求項５】
前記はめ合わせ部は、第１部分と第２部分を有しており、前記第１部分と前記第２部分の間に前記球状の第１接続端子の前記外周面がはめ込まれる前には、前記第１部分と前記第２部分の開き間隔は、前記球状の第１接続端子の直径より小さく設定されている請求項４に記載の電気接続装置。
【請求項６】
前記第１部材は、第１基板部と第２基板部を有しており、
前記第１基板部は前記球状の第１接続端子の前記外周面に対して電気的にかつ機械的に接続される導電性の線状体を有しており、前記球状の第１接続端子は、前記線状体を介して前記第２基板部の導体部分に対して電気的に接続されている請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項７】
前記球状の第１接続端子の前記外周面は、前記線状体の端部に対してロウ材を用いて電気的にかつ機械的に接続されている請求項６に記載の電気接続装置。
【請求項８】
前記第１基板部の導体部分と前記第２基板部の前記導体部分とは、接続材料により機械的に接着して固定されている請求項７に記載の電気接続装置。
【請求項９】
前記第２接続端子は、
前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されるハウジング部と、
前記ハウジングに保持されて、前記球状の第１接続端子の外周面を着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わすための可撓性の導通部分とを有する請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項１０】
前記第２接続端子の前記可撓性の導通部分が、前記第１部材における前記球状の第１接続端子の外周面の位置のずれに対応してたわむ際に、前記球状の第１接続端子の外周面の位置のずれを吸収する位置ずれ吸収部を有する請求項９に記載の電気接続装置。
【請求項１１】
前記位置ずれ吸収部は、前記ハウジングと前記可撓性の導通部分の間に形成された溝である請求項１０に記載の電気接続装置。
【請求項１２】
前記球状の第１接続端子は、導電性を有する金属材料の単体の球体または導電性を有する金属材料の合金の球体である請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項１３】
前記球状の第１接続端子は、表面に導電性を有する金属材料が被覆された非導電性材料の球体である請求項１に記載の電気接続装置。
【請求項１４】
第１部材に設けられている導体部分と第２部材に設けられている導体部分を機械的に接続しかつ電気的に接続するための電気接続装置を有する電子機器であり、
前記電気接続装置は、
前記第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する球状の第１接続端子と、
前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する第２接続端子であり、前記球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる前記第２接続端子と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
前記第１部材と前記第２部材は、リジット基板あるいはフレキシブル基板である請求項１４に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に設けられて、電子素子を搭載している第２部材に設けられている導体部分を、第１部材に設けられている導体部分に対して機械的かつ電気的に高密度に実装することができるとともに、故障した電子素子と第２部材の導体部分を第１部材の導体部分から取り外して交換することができる電気接続装置および電気接続装置を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１部材の導体部分と第２部材の導体部分を電気的に接続するいわゆるコネクタは、各種実用化されている。
電子機器の例を挙げると、たとえば携帯型の電子機器の具体的な例として携帯電話は、小型化および薄型化が進み、携帯電話の筐体の中に配置されている回路基板も小型で薄型になっている。
この回路基板に対して、たとえばＣＰＵ（中央処理装置）や、各種電子部品を駆動するための駆動ＩＣ（集積回路）等が、回路基板に対してたとえばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）のコネクタを用いて、電気的に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種のコネクタは、複数本の端子が並列に配置されており、これらの端子は、回路基板側の接続端子と電気的に接続される。このようなコネクタの端子の配列は直線状に平行に並べて配列されている。回路基板の小型化等の要請により、電気的な接続形態をより高密度化するためには、隣接する線状の端子のピッチ間隔を小さくする必要がある。このピッチ間隔はたとえば０．２ｍｍが限界である。
従って、電子機器の更なる小型化および薄型化に伴い、回路基板自体の大きさを小さくし、その回路基板に対して各種の電子素子をより高密度に電気的に接続ししかも回路基板に対して各電子素子を確実に機械的に固定する必要性が出てくる。
しかも、回路基板上のある電子素子が故障した場合に、その故障した電子素子のみを新しい電子素子に交換したいという希望もある。
そこで本発明は上記課題を解消し、電子素子を搭載する第１部材の導体部分と第２部材の導体部分を機械的に接続しかつ電気的に高密度に実装することができるとともに、故障した電子素子を搭載する第１部材を第２部材から取り外すことができる電気接続装置および電気接続装置を有する電子機器を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１部材に設けられている導体部分と第２部材に設けられている導体部分を機械的に接続しかつ電気的に接続するための電気接続装置であり、前記第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する球状の第１接続端子と、前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する第２接続端子であり、前記球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる前記第２接続端子と、を備えることを特徴とする電気接続装置である。
【０００５】
請求項１では、球状の第１接続端子は、第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有するものである。
第２接続端子は、第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有するものである。この第２接続端子は、球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる。
これにより、第２部材の導体部分側の第２接続端子は、第１部材の導体部分側の球状の第１接続端子に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わせることにより、第１部材の導体部分と、電子素子を搭載している第２部材の導体部分を電気的かつ機械的に高密度に接続することができる。
しかも、第２部材側の電子素子が故障した場合には、電子素子は第２部材の導体部分とともに、第１部材の導体部分から簡単に取り外して新しい電子素子を搭載している第２部材と交換することができる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記第１部材と前記第２部材は、リジット基板あるいはフレキシブル基板である。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記第２接続端子は、前記球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まで前記球状の第１接続端子の外周面にはめ合わされるはめ合わせ部を有している。
【０００８】
請求項３では、第２接続端子のはめ合わせ部は、球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まで球状の第１接続端子の外周面にはめ合わせることができるので、第２接続端子は球状の第１接続端子に対して外れないように確実に機械的に固定することができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の電気接続装置において、前記第２接続端子は、前記球状の第１接続端子の前記外周面の位置を位置決めして、前記球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まで前記はめ合わせ部を前記球状の第１接続端子の外周面にはめ合わせるためのストッパ部を有している。
【００１０】
請求項４では、第２接続端子のストッパ部が、球状の第１接続端子の外周面の位置を位置決めすることができる。このために、球状の第１接続端子の直径の１／２を超える位置まではめ合わせ部が球状の第１接続端子の外周面にはめ合わせる際に、球状の第１接続端子をはめ合わせ部の内部に確実に位置決めすることができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の電気接続装置において、前記はめ合わせ部は、第１部分と第２部分を有しており、前記第１部分と前記第２部分の間に前記球状の第１接続端子の前記外周面がはめ込まれる前には、前記第１部分と前記第２部分の開き間隔は、前記球状の第１接続端子の直径より小さく設定されている。
【００１２】
請求項５では、はめ合わせ部の第１部分と第２部分の開き間隔が、球状の第１接続端子の直径より小さくなっているので、球状の第１接続端子がはめ合わせ部から外れにくくなる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記第１部材は、第１基板部と第２基板部を有しており、前記第１基板部は前記球状の第１接続端子の前記外周面に対して電気的にかつ機械的に接続される導電性の線状体を有しており、前記球状の第１接続端子は、前記線状体を介して前記第２基板部の導体部分に対して電気的に接続されている。
【００１４】
請求項６では、第１部材の第１基板部は、導電性の線状体を有している。この導電性の線状体は、球状の第１接続端子の外周面に対して電気的にかつ機械的に接続される。この球状の第１接続端子は、線状体を介して第２基板部の導体部分に対して電気的に接続される。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６に記載の電気接続装置において、前記球状の第１接続端子の前記外周面は、前記線状体の端部に対してロウ材を用いて電気的にかつ機械的に接続されている。
【００１６】
請求項７では、球状の第１接続端子の外周面が、線状体の端部に対してロウ材により電気的かつ機械的に確実に接続することができる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項７に記載の電気接続装置において、前記第１基板部の導体部分と前記第２基板部の前記導体部分とは、接続材料により機械的に接着して固定されている。
【００１８】
請求項８では、第１基板部と第２基板部の導体部分が、接続材料により機械的に接着して固定されているので、第１基板部の導体部分と第２基板部の導体部分は確実に固定することができる。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記第２接続端子は、前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されるハウジング部と、前記ハウジングに保持されて、前記球状の第１接続端子の外周面を着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わすための可撓性の導通部分とを有する。
【００２０】
請求項９では、第２接続端子のハウジング部は、第２部材の導体部分に対して電気的かつ機械的に固定されている。第２接続端子の可撓性の導通部分は、球状の第１接続端子の外周面を着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わせる部分である。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の電気接続装置において、前記第２接続端子の前記可撓性の導通部分が、前記第１部材における前記球状の第１接続端子の外周面の位置のずれに対応してたわむ際に、前記球状の第１接続端子の外周面の位置のずれを吸収する位置ずれ吸収部を有する。
【００２２】
請求項１０では、第２接続端子の可撓性の導通部分が、第１部材における球状の第１接続端子の外周面の位置ずれに対応してたわむ際に、位置ずれ吸収部は、球状の第１接続端子の外周面の位置のずれを吸収する。これによって、多少球状の第１接続端子の外周面の位置がずれたとしても、第１接続端子と第２接続端子は簡単かつ確実に電気的かつ機械的に接続することができる。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の電気接続装置において、前記位置ずれ吸収部は、前記ハウジングと前記可撓性の導通部分の間に形成された溝である。
【００２４】
請求項１２の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記球状の第１接続端子は、導電性を有する金属材料の単体の球体または導電性を有する金属材料の合金の球体である。
【００２５】
請求項１３の発明は、請求項１に記載の電気接続装置において、前記球状の第１接続端子は、表面に導電性を有する金属材料が被覆された非導電性材料の球体である。
【００２６】
請求項１４の発明は、第１部材に設けられている導体部分と第２部材に設けられている導体部分を機械的に接続しかつ電気的に接続するための電気接続装置を有する電子機器であり、前記電気接続装置は、前記第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する球状の第１接続端子と、前記第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有する第２接続端子であり、前記球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる前記第２接続端子と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【００２７】
請求項１４では、球状の第１接続端子は、第１部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有するものである。
第２接続端子は、第２部材の導体部分に対して電気的にかつ機械的に固定されている導電性を有するものである。この第２接続端子は、球状の第１接続端子の外周面に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わされる。
これにより、第２部材の導体部分側の第２接続端子は、第１部材の導体部分側の球状の第１接続端子に対して着脱自在に電気的にかつ機械的にはめ合わせることにより、第１部材の導体部分と、電子素子を搭載している第２部材の導体部分を電気的かつ機械的に高密度に接続することができる。
しかも、第２部材側の電子素子が故障した場合には、電子素子は第２部材の導体部分とともに、第１部材の導体部分から簡単に取り外して新しい電子素子を搭載している第２部材と交換することができる。
【００２８】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の電子機器において、前記第１部材と前記第２部材は、リジット基板あるいはフレキシブル基板である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３０】
図１は、本発明の電気接続装置を有する電子機器の一例として携帯電話を示しており、図１は携帯電話の正面図であり、図２は携帯電話の背面図である。
この携帯電話１０は、たとえば周波数域が０．８〜１．５（ＧＨｚ）のデジタル方式の携帯電話であり、図１と図２に示すように筐体１２、アンテナ１４、表示部１６、操作部１８、マイク２０、スピーカ２２等を有している。図１に示すように操作部１８は、各種の操作キーを有しており、通話ボタン１８Ａ、通話の切断ボタン１８Ｂは、テンキー１８Ｃ等を有している。表示部１６は、たとえば液晶表示装置を用いることができる。
筐体１２は、図１に示すフロント部２４と図２に示すリヤ部２６を有しており、リヤ部２６側には、バッテリ２８が着脱可能に固定することができる。アンテナ１４は筐体１２に対して出し入れ可能に取り付けられている。
図２に示すように、携帯電話１０の筐体１２の中には、破線で示すように実装基板部１００が収容されている。
【００３１】
図３は、この実装基板部１００の構造を簡単に示している。
実装基板部１００は、第１部材４０と、第２部材４１を有している。
第１部材４０は、一例として第１基板部５１と第２基板部５２を有している。複数個の各第２部材４１は、第１基板部５１に対して図４に示す電気接続装置２００を用いて、着脱可能に電気的かつ機械的に接続されている。
第２部材４１としては、たとえばＣＰＵ（中央処理装置）や、携帯電話における振動発生用のモータを駆動するためのドライバＩＣやその他ＬＳＩ（大規模集積回路）、能動素子（トランジスター、ダイオード）、受動素子（ＬＣＲ）等を混載したモジュール基板等の電子素子を搭載している。各第２部材４１は、第１基板部５１に対してそれぞれ独立して着脱することができる。
【００３２】
図４と図５は、図３に示す第１部材４０と第２部材４１の実際の接続構造例を示している。図４では、電気接続装置２００の球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０は離れており、図５では球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０が電気的にかつ機械的に接続されている。
まず第１部材４０の構造について説明する。
第１部材４０は、上述したように第１基板部５１と第２基板部５２を有している。第１基板部５１と第２基板部５２は、たとえばともに有機基板であり、リジット（硬い基板）、たとえばセラミック基板、ガラスエポキシ基板、その他のリジット基板材に使用されている基板材料等を採用することができる。この第１基板部５１と第２基板部５２は、ともにリジットな基板であっても良いし、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）であっても勿論構わない。
第１部材４０の第１基板部５１は子基板とも呼び、第２基板部５２はマザー基板とも呼んでいる。
【００３３】
第１基板部５１は有機基板であって耐熱性を有していても良いし耐熱性を有していなくても良い。第２基板部５２は耐熱性の有機基板であっても耐熱性を有していない有機基板であっても良い。
第１基板部５１側には、球状の第１接続端子６０と、ピン６１およびランド６２を有している。球状の第１接続端子６０は、複数個設けられており、このボールとも言う球状の第１接続端子６０は、たとえば鋼球、銅球あるいはアルミニウム球等の導電性を有する単体の金属材料を採用することができる。
【００３４】
しかし、球状の第１接続端子６０は、この単体の球状に代えて、導電性を有する金属材料の合金の球体であっても良い。
また球状の第１接続端子６０は、非導電性材料の球体の表面に導電性を有する金属材料を被覆した構造のものを採用しても良い。この場合には球状の第１接続端子６０の非導電性材料のコア球体は、ガラスやセラミックス材料であり、このコア球体の表面にたとえばＮｉ−Ａｕ等の金属材料をメッキ処理により被覆しても良い。非導電性材料のコア球体としては、プラスチックであっても良い。
【００３５】
球状の第１接続端子６０の材料の選択は、コストの観点および後で説明するロウ付けするためのロウ材６４の溶融温度と第２部材４１の基板６３の耐熱性により選択することになる。
球状の第１接続端子６０は、予めピン６１の端部を固定しやすいように粗加工等を施したものであっても良い。また球状の第１接続端子６０は、球状としながらも、第１基板部５１と接する部分のみをやや変形させた形状にしたものであっても良い。
球状の第１接続端子６０は、より好ましくは、通常用いられているボールベアリング用のボールを用いることにより、比較的安いコストで高い精度の球体が得られるので、このボールベアリング用のボールを使用することが望ましい。
【００３６】
次に、図４に示すピン６１は、導電性の線状体であり、ピン６１の一端部６１Ａは、球状の第１接続端子６０の外周面に対してロウ材６４を用いて固定されている。ピン６１の他端部６１Ｂは、第２基板部５２の導体部分であるランド６５に対して電気的に接続されている。このピン６１は、第１基板部５１に形成されたスルーホール６６を通っており、ピン６１の一端部６１Ａは第１基板部５１の表面５１Ｓとほぼ面一の位置まで達している。ピン６１の他端部６１Ｂは、上述したようにランド６５に接している。
【００３７】
ピン６１の材質としては、球状の第１接続端子６０（ロウ付けする母材としての）の材質およびロウ材６４の材質によって選択することになるが、はんだ付けおよびそのはんだ付け処理のための錫、パラジウム、ニッケル、金等のメッキを溶融することから、金属材料の中でも、４２ＦＮ、５０ＦＮ、コパールを用いることができる。４２ＦＮ、５０ＦＮ、コパールは、電子材料のうちの一般に呼称されるハーメチックシール用合金線に用いられる材料である。ピン６１の材質としては、Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ等を使用することも可能である。
【００３８】
図４の第１基板部５１の裏面５１Ｂには、第１部材４０の導体部分としてのランド６２が形成されている。この第１基板部５１のランド６２と第２基板部５２のランド６５は、ともにたとえば銅により作られている。スルーホール６６の内面には、たとえば銅メッキが施されており、この銅メッキにより球状の第１接続端子６０とランド６２が電気的な導通が可能になっている。
第１基板部５１と第２基板部５２の間には、空間が形成されているが、この空間には、接続材料７０と、接続材料７１が配置されている。第２基板部５２は片面基板もしくは両面基板あるいは多層基板を用いている。ランド６２は第１基板部５１の裏面５１Ｂに形成されているが、ランド６５は第２基板部５２の表面５２Ａに形成されていて、ランド６２とランド６５はそれぞれ対面している。ピン６１の他端部６１Ｂがランド６５に突き当てられた状態で、接続材料７０と接続材料７１は、ランド６２とランド６５を電気的かつ機械的に接続している。
【００３９】
ここで、図４に示す接続材料７０と接続材料７１の材質について説明する。
接続材料７０と接続材料７１はともに接合材とも呼んでおり、接続材料７０は、通常使用される共晶はんだまたは鉛フリーのはんだであり、比較的低温で溶融するロウ材である。この接続材料７０の溶融温度は、たとえば１６０℃から３００℃程度である。接続材料７１の材質は、接続材料７０と同様のものである。ただし、接続材料７０と接続材料７１は、その材質を変えて異なる温度で溶融するように選択しても良い。
【００４０】
図４と図５の例では、たとえば図６（Ａ）に示すように、球状の第１接続端子６０の外周面は、ピン６１の一端部６１Ａに対して、図６（Ｂ）に示すようにロウ材６４を用いて電気的かつ機械的に固定している。この場合のピン６１の材質は、上述したようにたとえば４２ＦＮやコパール等の線材である。球状の第１接続端子６０の直径は、必要とする電気接続グリッド（格子）のピッチ間隔によって選択されるが、たとえば図４の例では各球状の第１接続端子６０は、０．８ｍｍピッチ間隔で、図４のＸ方向とＹ方向に沿ってグリッド状に配列されている。球状の第１接続端子６０の直径は、たとえば０．４ｍｍである。
【００４１】
図６（Ｂ）は、球状の第１接続端子６０がロウ材６４を用いてピン６１の一端部６１Ａに電気的かつ機械的に固定されている例を示している。
ピン６１の直径Ｄ１は、球状の第１接続端子６０の直径Ｄ２の１／２を目安にして、ピン６１の直径Ｄ１はたとえば２００μｍである。
またロウ材６４のふくらみ形成幅Ｄ３は、球状の第１接続端子６０の直径Ｄ２の１／３以上はみださないようにつけている。
球状の第１接続端子６０とピン６１の締結方式としては、この実施の形態では高融点のロウ材（Ａｇ，Ｃｕ系）を主として用いているが、この他にも溶接等が考えられる。しかし溶接等を用いると、冶工具が大掛かりになってしまうことから、比較的簡単な冶工具で作業が行えるロウ付けを選択している。
【００４２】
ロウ材６４の材質としては、ロウ付けしようとする球状の第１接続端子６０の材質とピン６１の材質に合わせて次のようなものを選択することができる。
ロウ材６４としては、Ａｇ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ｓｎ，ＭｎＺｎ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｂ等を混合・割合を変えることにより所望のロウ材を得る。通常はんだと称される低温ロウ付け材は、主成分としてＺｎ−Ｐｂとフラックスを混合してペースト状にしたものである。このＺｎとＰｂの混合比を５０：５０程度にしたものが共晶はんだと呼ばれるものである。
鉛の含有率を高くして行くことにより高温で溶融するはんだが形成される。
今回、本発明の実施の形態で用いるロウ材は、一例としてＡｇを主成分とするロウ材で固相線６００℃以上、液相線６５０℃から７５０℃程度のロウ材を選択した。
【００４３】
図６（Ｂ）に示すピン６１は、たとえば一般的に呼称されるハーメチック用合金線を使用している。材料としては、上述のように４２ＦＮ、５０ＦＮ、コパールの中から選択したが、この他、Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ等を使用することが可能である。これは、ロウ付けする母材とロウ材の選択により決定される。
代表的な材料である４２ＦＮとコパールについて説明しておく。
４２ＦＮは、Ｃ−０．０５ｗｔ％、Ｓｉ−０．３０ｗｔ％、Ｍｎ０５−０．８ｗｔ％、Ｎｉ４１−４３ｗｔ％、ＦｅＢａｌ．の元素からなっており、ＮｉとＦｅの合金である。
コパールは、Ｃ−０．０６ｗｔ％、Ｓｉ−０．２０ｗｔ％、Ｍｎ−０．８ｗｔ％、Ｎｉ２８−３０ｗｔ％、Ｃｏ１６−１８ｗｔ％、ＦｅＢａｌの元素からなっている。
固有抵抗は、４２ＦＮでは０．５８μΩ．ｍ、コパールでは０．４９μΩ．ｍとなっている。この材料の用途としては、セラミックＰＧＡ（ピングリッドアレイ）のピンや水晶振動子のリード線または、ＩＣパッケージのリード材として使用されている例が多い。
【００４４】
次に、図４と図５に示す第２部材４１の構造について説明する。
第２部材４１は、基板６３と、複数の第２接続端子８０、電子素子８１、封止樹脂８２を有しており、第２部材４１は第１部材４０に対して電気接続装置２００を用いて着脱自在に電気的かつ機械的に接続されている。
基板６３の穴には、所定ピッチ間隔を置いて、第２接続端子８０が固定されている。この各第２接続端子８０と、上述した球状の第１接続端子６０は、それぞれ対応した位置にＸ方向とＹ方向に沿ってグリッド状に配置されており、球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０は、電気接続装置２００を構成している。
第２部材４１の導体部分であるランド８４に対して、各第２接続端子８０が電気的かつ機械的に接続されている。ランド８４は、電子素子８１のたとえばバンプ８６に対して、接合材料８７を用いて機械的に固定されている。さらに封止樹脂８２が、電子素子８１を基板６３に対して封止している。
【００４５】
第２接続端子８０は、第２部材４１のランド８４に対して電気的かつ機械的に固定されている導電性を有する部材である。第２接続端子８０は、対応する位置にある球状の第１接続端子６０に対して着脱可能に機械的かつ電気的に接続できるようになっている。
第２接続端子８０の構造は、次のようになっている。第２接続端子８０は、はめ合わせ部９０とストッパ部９１を有している。ストッパ部９１は基板６３の穴に挿入して固定される挿入部９２を有している。ストッパ部９１は、図５に示すように球状の第１接続端子６０の外周面を突き当てることにより、はめ合わせ部９０の第１部分９５と第２部分９６における位置を止めて位置決めするための部分である。はめ合わせ部９０の第１部分９５と第２部分９６は、互いに向かい合うような形状であり、しかも図４に示すＴ方向に弾性変形することができる。第１部分９５と第２部分９６の開き間隔Ｅは、球状の第１接続端子６０の直径よりも小さく設定されている。
【００４６】
これによって、図４に示す状態から図５に示すように球状の第１接続端子６０が第２接続端子８０の中に着脱可能にはめ込まれる場合には、第１部分９５と第２部分９６は、Ｔ方向に弾性変形して広がりながら球状の第１接続端子６０を導き入れる。そしてストッパ部９１が球状の第１接続端子６０の外周面に突き当たることにより、図４におけるＺ方向における球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０の相対位置決めを行うのである。
【００４７】
図４に示す基板６３は、上述したようなリジット基板あるいはフレキシブルプリント基板であり、接合部材８７はたとえばはんだを用いることができる。
第２接続端子８０の材質としては、導電性を有する材料であり、しかも弾性変形能力を有する必要があることから、リン青銅等を用いて、接触電気抵抗を抑える工夫として、たとえばＮｉ−Ａｕ等のメッキ処理を行っている。
【００４８】
この第２接続端子８０に対して球状の第１接続端子６０をはめ込む際には、機械的なクリック感を発揮することができる。すなわち、球状の第１接続端子６０が、第１部分９５と第２部分９６の開き間隔Ｅを通る際に、第１部分９５と第２部分９６がＴ方向に広がるのであるが、球状の第１接続端子６０の直径の１／２だけ入った位置で第１部分９５と第２部分９６はＴ方向に最大に広がり、その直径の１／２の位置を通りすぎた所で球状の第１接続端子６０の進入がストッパ部９１により停止する。これにより、第２部材４１を第１部材４０側にはめ込む際に作業者はクリック感を感じることができる。球状の第１接続端子６０は、第２接続端子８０の第１部分９５と第２部分９６の中に球状の第１接続端子６０の直径の１／２をこえた所まで入るので、球状の第１接続端子６０は確実に機械的に固定することができる。
【００４９】
なお、図４と図５に示すように第１部材４０側に球状の第１接続端子６０を設けて、第２部材４１側に第２接続端子８０を設ける構造にしても良いが、これに代えて、第１部材４０側に第２接続端子８０を設けて、第２部材４１側に球状の第１接続端子６０を設けるような構造も採用することができる。
【００５０】
次に、図７を参照して、本発明の電気接続装置の別の実施の形態について説明する。
図７に示す実施の形態が、図４と図５に示す実施の形態と異なるのは、第１部材４０の第１基板部５１の構造であり、図７の実施の形態のその他の部分については、図４と図５に示す実施の形態の対応する部分と同じであるので、同じ符号を記してその説明を用いることにする。
【００５１】
図７に示す第１部材４０の第１基板部５１は、スルーホール１６６を有しており、このスルーホール１６６の中にはロウ材１６４が充填されている。このロウ材１６４は、第１基板部５１の一方のランド６２Ａと他方のランド６２を電気的に接続している。
ランド６２の穴には、ロウ材１６９が充填されており、このロウ材１６９が球状の第１接続端子６０をランド６２Ａに対して固定している。
他方のランド６２は、第１基板部５２のランド６５に対して電気的に直接接している。接続材料７１が、ランド６２とランド６５を接着により固定している。
【００５２】
第１基板部５１は、たとえば耐熱ガラスやセラミックス基板であり、接続材料７１は熱硬化型の接着剤である。第１基板部５１がセラミックス基板である場合には、このセラミックス基板は、ホウケイ酸ガラスセラミックス、９５％，９６％アルミナ基板、高純度アルミナ、耐熱ガラス等を採用することができる。このように球状の第１接続端子６０は、ピンを用いずにランド６２Ａとロウ材１６４およびランド６２を介して、第２基板部５２のランド６５に対して電気的に接続されている。第１基板部５１は両面基板あるいは多層基板のどちらでも使用可能である。
【００５３】
図８は、本発明の電気接続装置２００のさらに別の実施の形態を示している。図８の実施の形態が、図４と図５の実施の形態と異なるのは、第１基板部５１のスルーホール６６の中に、ピン６１に沿ってロウ材６４が充填されている点である。すなわちピン６１はロウ材６４を用いて第１基板部５１に対しても同時に固定している。
図８の実施の形態のその他の部分については、図４と図５の実施の形態の対応する部分と同じであるのでその説明を用いる。
図８の実施の形態は、図７の実施の形態に比べて、第１基板部５１に導体部分６２Ａのパターニングの必要が無い分だけコストダウンを図ることができる。ただし第１基板部５１が第２基板部５２に対して配置するための高さに制限がある場合には、図７の実施の形態の方が優れている。
【００５４】
図９の電気接続装置２００の実施の形態は、図４と図５に示す電気接続装置２００の実施の形態とは、次の点で異なるが、図９の実施の形態のその他の点については図４と図５の実施の形態の対応する部分と同じであるのでその説明を用いる。
図９の電気接続装置２００において異なるのは、図４の実施の形態に比べて第１基板部５１のピン６１が比較的短く形成されており、ピン６１の他端部６１Ｂは、第１基板部５１のランド６２に電気的に接続されている。ランド６２は、第２基板部５２のランド６５に対して接着材料７０により電気的かつ機械的に接続されている。このようにすれば、第１基板部５１と第２基板部５２の配列間隔を図４と図５の実施の形態に比べて小さくすることができる。
【００５５】
次に、図１０は、本発明の電気接続装置２００のさらに別の実施の形態を示している。
図１０の実施の形態が、図４と図５の実施の形態と異なるのは、電気接続装置２００の第２接続端子２８０の形状である。球状の第１接続端子６０は同じものである。電気接続装置２００の第２接続端子２８０は、図１１に拡大して示すように、ハウジング部２８１と可撓性の導通部分２８４を有している。
ハウジング部２８１は、電気絶縁性を有する材料、たとえばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等を成型加工することにより作られている。
【００５６】
可撓性の導通部分２８４は、たとえば導電性のゴムにより作られている。この可撓性の導通部分２８４は、基板６３のランド６３Ａに対して導電性を有する接続材料２８５を用いて接着して固定されている。ランド６３Ａは、反対側のランド８４に対してロウ材６４を通じて電気的にかつ機械的に接続されている。
可撓性の導通部分２８４とハウジング部２８１の間には、位置ずれ吸収部３００が形成されている。この位置ずれ吸収部３００は、図１１の実施の形態ではハウジング部２８１の内面と導通部分２８４の外面の間に形成された溝２９０である。このような溝２９０を設けることにより、図１０に示す球状の第１接続端子６０の配列位置がＸ方向に多少ずれていたとしても、球状の第１接続端子６０と図１１に示す第２接続端子２８０の可撓性の導通部分２８４は、可撓性の導通部分２８４が弾性変形することにより確実に電気的にかつ機械的に接続することができるのである。
【００５７】
可撓性の導通部分２８４の材質としては、導電性ゴムの他に、次のような構造のものを採用することができる。
たとえば図１２に示すように、可撓性の導通部分２８４は、電気絶縁性のシリコンゴム２８４Ａの中に、Ａｕワイヤー３０１を複数本配列して埋め込んだものを採用することができる。このような導電性のワイヤー３０１は、Ａｕに限らず、Ａｇやカーボンであっても勿論構わない。いずれにしてもワイヤー３０１は、加圧する方向Ｚに平行に設けられる。
図１１で用いている接続材料２８５は、導電性を有する材料たとえば導電性接着剤や異方性導電膜あるいははんだであっても勿論構わない。
【００５８】
図１３は、図４に示す第２部材４１のさらに別の実施の形態を示している。
図１３においては第２接続端子８０の第１部分９５と第２部分９６が、ほぼＺ方向に沿って平行に形成されている。図４の実施の形態では、第１部分９５と第２部分９６は、Ｚ方向に対してある角度で向かい合っている。
しかも、第１部分９５と第２部分９６の間には、ハウジング３６０が設けられているので、第１部分９５と第２部分９６はハウジング３６０により開く量が制限される。
【００５９】
図１４は、第２部材４１のさらに別の実施の形態を示している。
この実施の形態では、第２接続端子８０の第１部分９５と第２部分９６が、ほぼ弓形になっている。
【００６０】
図１５の実施の形態では、第２接続端子８０の第１部分９５がほぼＺ方向に沿って直線状になっているのに対して、第２部分９６はほぼ円弧状になっている。
【００６１】
図１６の実施の形態では、球状の第１接続端子６０が球状もしくは長い球状になっている。第２接続端子８０の第１部分９５と第２部分９６は、ほぼ平行であり、第１部分９５と第２部分９６の内側には、ストッパ部９１が形成されている。
【００６２】
図１７の実施の形態では、第２接続端子８０は球状の第１接続端子６０を受け入れるための凹部４００を有している。球状の第１接続端子６０は、電気接続部材４１０により電気的に接続されている。この電気接続部材４１０は第２接続端子８０の凹部４００から外に導き出されている。
【００６３】
図１８の実施の形態では、図１７の実施の形態における電気接続部材４１０に代えて電気接続部材４２０を用いている。この電気接続部材４２０は、位置ずれ吸収部４６０を有している。この位置ずれ吸収部４６０は、球状の第１接続端子６０がＸ方向に位置ずれした状態であっても、Ｘ方向に弾性変形することによりその球状の第１接続端子６０の位置ずれを吸収して機械的かつ電気的に接続する構造になっている。
その他に、図１９に示す実施の形態では、球状の第１接続端子６０は、ほぼＵ字型のワイヤー４７０により第２部材側の導体部分に電気的に接続できるようになっている。
【００６４】
本発明の実施の形態において、図６に示すようにロウ材６４の幅Ｄ３は、ロウ材のはみ出し限界線Ｌにより規定される範囲に収められており、この幅Ｄ３は、球状の第１接続端子６０のボールセンターＬＣにおける直径Ｄ２に対して１／３以下になっているのが望ましい。このように１／３以下になっていることにより、図５に示すように第２接続端子８０の第１部分９５と第２部分９６が球状の第１接続端子６０の外周面にはまり込んだ状態において、第１部分９５と第２部分９６が図６に示すロウ材６４に当たらないようにすることができるのである。
【００６５】
上述した実施の形態におけるたとえば図４に示す第２部材４１は、通常用いられるいわゆるＣＳＰ（チップサイズドパッケージ）の形式を採用しても良く、第２部材４１をこのようなＣＳＰ構造にすることにより、ＣＳＰ構造の第２部材４１は、第１部材４０の球状の第１接続端子６０に対して着脱可能に機械的かつ電気的に保持することができる。
【００６６】
仮に図３に示す第２部材４１の電子素子が故障したとしても、その故障した図４に示す電子素子８１を有する第２部材４１は、第１部材４０から図５に示す状態から取り外すことにより、新たな第２部材４１を第１部材４０に対して簡単に電気的かつ機械的に取り付けることができるのである。このような構造を採用することで、故障した部分のみの交換が可能であり、マザー基板を含む第１部材４０はそのまま残しておけば良いので、図３の実装基板部１００を全て交換してしまわなければならないという事態には陥らず、メンテナンス時のコストダウンを図ることができる。
【００６７】
しかも、第２部材４１を第１部材４０から取り外す際には高度なテクニックや冶工具等が不要になるために、その面でもコストダウンを図ることができる。
第１部材４０の球状の第１接続端子６０に対して第２部材４１の対応する第２接続端子８０をはめ込む際には、クリック感を発生することができるので、使用者はそのクリック感を感じながら確実に第２部材４１の導体部分と第１部材４０の導体部分を電気的にかつ機械的に接続することができる。
【００６８】
球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０から構成される電気接続装置２００では、球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０を、図４のＸ方向とＹ方向にグリッド状にあるいはマトリックス状に配列することにより、小さな面積で多数の電気的な接続個数を確保することができるので、電子機器の小型化および薄型化に対応することができる。
【００６９】
本発明の電気接続装置２００は、図４に示すような球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０を機械的かつ電気的に接続することにより、第１部材４０の導体部分であるランド６２，６５を、球状の第１接続端子６０と第２接続端子８０を介して第２部材４１の導体部分であるランド８４に電気的に接続することができる。球状の第１接続端子６０とピン６１は、ロウ材６４により電気的かつ機械的に固定することにより確実に両者を固定できる。このロウ材６４は、たとえば４００℃以上の高温によるＡｇあるいはＣｕ等の材料を用いている。
【００７０】
球状の第１接続端子６０としては、非常に安価なボールベアリング状のボールを使用することができる。この球状の第１接続端子６０の球の直径は、通常用いられているボールの規格の中から選択可能である。
またこのボールベアリング用のボールは、そのボールの精度がたとえばＪＩＳ（日本工業規格）で厳しく管理されていることから、この種のボールはμｍ単位の精度を確保することができる。
【００７１】
球状の第１接続端子６０とリードとも呼んでいるピン６１との接合は、ＡｇあるいはＣｕ等の高温のロウ材６４により接合されることから、機械的な接合強度が非常に高いものになる。接合強度は、実験により求めてみると、２乃至３ｔ／ｃｍ２の引っ張り強度が得られている。
このロウ材６４として通常のはんだを用いる場合には、たとえば鋼球の球状の第１接続端子６０をピン６１に固定することは難しい。またＣｕの球状の第１接続端子６０をやはり通常のはんだで固定しようとしても強度ははるかに及ばない。従って本発明の実施の形態のように、高温のロウ材６４を用いて球状の第１接続端子６０とピン６１を電気的かつ機械的に接続することにより高い信頼性を得ることができる。
球状の第１接続端子６０に対して第２接続端子８０を着脱可能に接続できるようになっているが、球状の第１接続端子６０の耐磨耗性については、たとえばボールベアリング用のボールを用いることにより、十分得ることができる。
【００７２】
ところで本発明は上記実施の形態に限定されない。
上述した実施の形態では、電子機器の一例として携帯電話を例に挙げている。しかしこれに限らず電子機器は、たとえば携帯情報端末、ゲーム機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ノート型のパーソナルコンピュータ等の他のものであっても勿論構わず、特に限定されない。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子素子を搭載する第１部材の導体部分と第２部材の導体部分を機械的に接続しかつ電気的に高密度に実装することができるとともに、故障した電子素子を搭載する第１部材を第２部材から取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器の一例である携帯電話を示す正面図。
【図２】図１の携帯電話の背面図。
【図３】図１と図２の携帯電話の筐体の中に配置された実装基板部の例を示す斜視図。
【図４】本発明の電気接続装置を含む第１部材と第２部材の構造例を示す図。
【図５】図４の第２部材が第１部材に対して電気接続装置を用いて電気的に接続されている状態を示す図。
【図６】図４の球状の第１接続端子とピンを拡大して示す図。
【図７】本発明の電気接続装置を含む第１部材と第２部材の別の実施の形態を示す図。
【図８】本発明の電気接続装置を含む第１部材と第２部材のさらに別の実施の形態を示す図。
【図９】本発明の電気接続装置を含む第１部材と第２部材のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１０】本発明の電気接続装置を含む第１部材と第２部材のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１１】図１０の電気接続装置の第２接続端子の構造を示す拡大図。
【図１２】図１１の第２接続端子の可撓性の導通部分の構造例を示す図。
【図１３】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１４】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１５】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１６】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１７】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１８】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１９】本発明の電気接続装置のさらに別の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１０・・・携帯電話（電子機器の一例）、４０・・・第１部材、４１・・・第２部材、５１・・・第１部材の第１基板部、５２・・・第１部材の第２基板部、６０・・・球状の第１接続端子、６１・・・ピン（線状体の一例）、６２・・・第１基板部のランド（導体部分）、６３・・・第２部材の基板、６４・・・ロウ材、６５・・・第２基板部のランド（導体部分）、８０・・・第２接続端子、８１・・・電子素子、８４・・・第２部材のランド（導体部分）、９０・・・第２接続端子のはめ合わせ部、９１・・・ストッパ部、９５・・・はめ合わせ部の第１部分、９６・・・はめ合わせ部の第２部分、１００・・・実装基板部、２００・・・電気接続装置、Ｅ・・・開き間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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