(57)【要約】【課題】容量結合を用いて接続端子間を電気的に接続することができる端子の接続方法を提供する。【解決手段】接続用樹脂３を第１接続端子１１に塗布する工程と、第１接続端子１１と第２接続端子を接続用樹脂３を介して接続する工程と、接続用樹脂３を固化する工程とを具備する。固化した後の接続用樹脂３において、少なくとも一部の複数の第１の導電粉体３２は互いに離間した状態で接続用樹脂３内で分散しており、複数の第２の導電粉体３３の一部は、互いに接触することにより第１接続端子１１と第２接続端子２１を接続している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している端子の接続方法。
【請求項２】
固化した状態で柔軟性を有する絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している端子の接続方法。
【請求項３】
前記絶縁性ペーストは、前記第１接続端子の一面に塗布される請求項２に記載の端子の接続方法。
【請求項４】
第１の接続端子と、
第２の接続端子と、
絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有しており、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子を接続する接続用樹脂と、
を具備し、
少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している端子の接合構造。
【請求項５】
前記接続用樹脂は柔軟性を有しており、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子の少なくとも一方から取り外し可能である請求項４に記載の端子の接合構造。
【請求項６】
前記複数の第１の導電粉体は、信号の交流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達し、
前記複数の第２の導電粉体は信号の直流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達する請求項４又は５に記載の端子の接合構造。
【請求項７】
前記複数の第１の導電粉体に対する前記複数の第２の導電粉体の混入量は、重量比率で２倍以上２０倍以下である請求項４〜６のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項８】
前記接続用樹脂は比誘電率が１０００以上である請求項４〜７のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項９】
前記接続用樹脂は比透磁率が１０以上である請求項４〜８に記載の端子の接合構造。
【請求項１０】
前記接続用樹脂は、厚さが５００ｎｍ以上５０μｍ以下である請求項４〜９のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項１１】
絶縁性の樹脂と、
前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、
前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体と、
を具備する接続用樹脂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子の接続方法、端子の接合構造、及び接続用樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品において、端子間の電気的接続ははんだや導電性接着剤を用いるものが大半である。導電性接着剤は、絶縁性の樹脂に複数の導電粉体を混入し、これら導電粉体が互いに接触することにより、端子間の電気的接続を確保する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
はんだや導電性接着剤による端子間の接続は、導電物が互いに物理的に接触することのみにより導通を確保するものである。このような場合、接続部分に応力が加わると物理的な接触がなくなり、その結果、導通が確保できなくなる可能性があった。容量結合を用いて接続端子間を電気的に接続できる場合、物理的な接触がなくても導通を確保できる為、上記した問題の発生を抑制できる。
【０００４】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、容量結合を用いて接続端子間を電気的に接続することができる端子の接続方法、端子の接合構造、及び接続用樹脂を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る端子の接続方法は、絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している。
【０００６】
本発明に係る他の端子の接続方法は、固化した状態で柔軟性を有する絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している。
【０００７】
前記絶縁性ペーストは、前記第１接続端子の一面に塗布されるのが好ましい。
【０００８】
本発明に係る端子の接合構造は、第１の接続端子と、
第２の接続端子と、
絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを有しており、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子を接続する接続用樹脂と、
を具備し、
少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内で分散しており、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している端子の接合構造。
【０００９】
前記接続用樹脂は柔軟性を有していてもよい。この場合、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子の少なくとも一方から取り外し可能にすることができる。
【００１０】
前記複数の第１の導電粉体は、信号の交流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達し、前記複数の第２の導電粉体は信号の直流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達する。
【００１１】
前記複数の第１の導電粉体に対する前記複数の第２の導電粉体の混入量は、重量比率で２倍以上２０倍以下であるのが好ましい。前記接続用樹脂は、好ましくは比誘電率が１０００以上であり、さらに好ましくは比透磁率が１０以上である。
前記接続用樹脂は、厚さが５００ｎｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。
【００１２】
本発明に係る接続用樹脂は、絶縁性の樹脂と、
前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体と、
前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体とを具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、容量結合を用いて前記第１接続端子と前記第２接続端子を電気的に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る基板１と電子部品２の接合構造を説明するための断面図であり、図２は図１の要部拡大図である。本実施形態において電子部品２の接続端子２１は、接続用樹脂３を介して基板１の接続端子１１に接続している。電子部品２は、例えばBump Grid ArrayなどのLSIパッケージである。固化した状態における接続用樹脂３の厚さは、例えば５００ｎｍ以上５０μｍ以下である。
【００１５】
接続用樹脂３は、基材となる絶縁性の樹脂３１の中に、第１の導電粉体３２及び第２の導電粉体３３をそれぞれ複数混入したものである。樹脂３１は、溶媒を気化させ、若しくは重合又は縮合により固化している。
【００１６】
樹脂３１は、固化した状態において柔軟性を有していても良い。この場合、接続用樹脂３は、樹脂３１と接続端子１１，２１の間のファンデルワールス力により、接続端子１１，２１それぞれに接着することができる。樹脂３１は、例えば有機物であるが、ゴム又はゲル状の材料であることが望ましく、好ましくはシリコーンゲルまたはゴムである。樹脂３１は、真空処理に耐えるため、望ましくはモノマー、プライマー及び低分子が混入されていないゴムまたはゲルである。また樹脂３１は、シリコーン以外の場合は、望ましくは分子骨格に追従性がある-O-や-S-基が適切の導入されている。樹脂３１は、接続端子１１，２１の表面に十分に追従する場合、ファンデルワールス力でも十分な接着力を有する。従って、樹脂３１としてのゴムまたはゲルの側鎖はアルキル基でも十分であるが、電気接続介在シートの凹凸による接触面積が不足して接着力が不十分なときは、側鎖に適切な分極基、たとえばアミン基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基などを導入するのが好ましい。工程途中で電子部品を取り外しする場合は、この取り外しが可能な接着力に制御する。この場合、完成後圧力をかけて接触面積を増大させ、安定性を確保する。しかしこの後でも接合がファンデルワールスを主体としているため、基本的に取り外しが可能である。
【００１７】
第１の導電粉体３２は、例えば、銀などの金属粉体、又は金属核を絶縁膜で被覆し、更に前記絶縁膜を導電膜で被覆した複合粉体であり、平均粒径は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよい。第１の導電粉体３２の混入量は、例えば樹脂３１に対する重量比で０．０５倍以上０．５倍以下である。第１の導電粉体３２は、樹脂３１が固化した状態において、少なくとも一部、例えば５０％以上が、互いに５ｎｍ以上５００ｎｍ以下の間隔で分散している。残りの第１の導電粉体３２は、一部が凝集している。また残りの第１の導電粉体３２の一部は、互いに接触することにより接続端子１１，２１を接続している。第１の導電粉体３２は粒状（好ましくは球状）であるのが好ましいが、フレーク状であっても良い。
【００１８】
第２の導電粉体３３は、例えば、銀などの金属粉体であり、平均粒径は５００ｎｍ以上２０μｍ以下である。第２の導電粉体３３の一部は、互いに接触することにより接続端子１１，２１を接続している。第２の導電粉体３３はフレーク状であっても良いし、粒状であってもよい。なお、第１の導電粉体３２は第２の導電粉体３３に対して相対的に高価であるが、第１の導電粉体３２に対する複数の第２の導電粉体３３の混入量を、重量比率で２倍以上２０倍以下にすると、第１の導電粉体３２の混入量を抑制でき、その結果、費用対効果を大きくすることができる。
【００１９】
このような構成において、接続端子１１，２１相互間は、第１の導電粉体３２による容量結合で電気的に接続し、かつこの容量結合と並列に、第２の導電粉体３３の物理的な接触による電気的に接続する。接続端子１１，２１相互間にパルス信号が入力されると、パルス信号の交流成分は、主に第１の導電粉体３２による容量結合によって接続端子１１，２１相互間を伝播する。またパルス信号の直流成分は、第２の導電粉体３３の物理的な接触によって接続端子１１，２１相互間を伝播する。パルス信号の周波数は低周波数（例えば１ＭＨｚ）〜高周波（例えば３ＧＨｚ）の範囲内のいずれの値であってもよい。
【００２０】
接続用樹脂３の比誘電率は、後述する理由により１０００以上になり、また比透磁率も１０以上になる。このため、上記した容量結合による抵抗値は十分に小さくなる。例えば接続端子１１，２１が８０μｍφであり、固化した状態における接続用樹脂３の厚みが５０μｍである場合、接続端子１１，２１及び接続用樹脂３の相互間における接触抵抗は数mΩ〜数十Ωであるが、接続容量は5pFから数十pFが達成でき、通常の電子装置の接続として十分実用可能な値となる。特にパルス信号の周波数が１ＧＨｚ以上場合は、はんだ接続よりよい接続伝送特性が得られる。
【００２１】
次に、上記した端子の接合構造の製造方法の第１例について説明する。本例において、接続用樹脂３の樹脂３１は、固化した状態において柔軟性を有していても良いし、柔軟性を有していなくても良い。まず固化する前の接続用樹脂３を準備する。次いで接続端子１１又は接続端子２１のいずれか一方の表面に、接続用樹脂３を塗布する。次いで、接続端子１１及び接続端子２１を、接続用樹脂３を介して接続し、その後樹脂３１の溶媒を気化させ、若しくは樹脂３１を重合又は縮合させることにより、接続用樹脂３を固化する。この場合、接続用樹脂３１と接続端子１１，２１は、樹脂３１の接着力により接続する。
【００２２】
次に、上記した端子の接合構造の製造方法の第２例について説明する。本例において、接続用樹脂３の樹脂３１は、固化した状態において柔軟性を有しており、接続用樹脂３１と接続端子１１，２１はファンデルワールス力により接続する。まず固化する前の接続用樹脂３を準備する。次いで接続端子１１又は接続端子２１のいずれか一方の表面に、接続用樹脂３を塗布する。次いで、樹脂３１の溶媒を気化させ、若しくは樹脂３１を重合又は縮合させることにより、接続用樹脂３を固化する。その後、接続端子１１及び接続端子２１を、接続用樹脂３を介して互いに押し付け、互いに接続させる。本例の場合、接続端子１１，２１は、図３に示すように、接続用樹脂３から着脱可能にすることができる。固化した状態における接続用樹脂３の接着性を制御することにより、接続用樹脂３を、半永久的な永久接着接続シートまたは取り替え自由な接合シートとしても使用できる。
【００２３】
次に、接続用樹脂３の比誘電率及び比透磁率が高い理由を説明する。金属内の自由電子はプラズマのように振舞うことができるが、その摂動は量子化してプラズモンと呼ばれており、電子スピンの摂動はマグノンと呼ばれている。金属内において摂動は均質化しているが、電磁波に対して反応し、誘電率や透磁率が現れる。誘電率はプラズマ内と同様に負の値である。透磁率が負の値の自然界物質は常磁性体である。この両者共にとちらかが正の値であり、電磁波を反射する材料となっている。プラズモンやマグノンがナノ寸法でベクトルをはっきり持つようになると、隣り合う導電粉体のプラズモンやマグノンと干渉することで非常に大きな負の比誘電率と比透磁率、例えばマイナス１０００以上１千万の値を示すことができる。両者が負の値になると電磁波の屈折率は負の値になるが、負の掛け算になり、物質が正となる状態を保つため、電磁エネルギは通過する条件となる。
【００２４】
プラズモンやマグノンが持つベクトルの寸法を、図４を用いて説明する。絶縁性の樹脂４１内における円筒形の導電粉体４２の半径をr、導電粉体４２の中心間距離をaとすると、プラズマ周波数ωepに対して式１が成り立つ。ここで、neff＝電子密度、meff＝電子有効質量、c0＝光速、ε０＝真空中の誘電率である。この摂動は０次共振のため低周波からプラズマ周波数まで負の値の誘電率を持つ。はっきりとしたベクトルを持てばよいため円筒の長さに対して無関係であり、相互共振の関係から粉体間隔に対して大きく変動する。
【数１】
2009099708.tif 000003
【００２５】
透磁率に対する式も同様に式２に表すことができる。
【数２】
2009099708.tif 000004
【００２６】
そして、接続端子１１，２１の間における接続用樹脂３の容量ＣはＣ=Aεrε0/dで表せるが、上記したように比誘電率が高いため、大きな接続容量が取れる。ここでＣは容量[F]、Aは電極面積[m2]、dは誘電体の厚み[m]、εrは比誘電率、ε0は真空中の誘電率[F/m]=8.854×10-12である。なお接続用樹脂３の容量Ｃは、主に第１の導電粉体３２に由来する。
【００２７】
また、接続端子１１と接続端子２１それぞれをコイル状にした場合、接続端子１１，２１のインダクタンスＬはＬ=dμrμ0/Aの関係で大きなインダクティブ接続が取れる。ここでLはインダクタンス[H]、Aは接続端子１１，２１の面積[m2]、dは接続端子１１，２１の厚み[m]、μrは比透磁率、μ0は真空中の透磁率[H/m]=1.25×10-6である。この場合、容量結合とインダクティブ結合の複合結合が本発明で容易に実現し、直流に近い周波数から高周波までを非接触で接合できる。電磁エネルギは電界Eと磁界Hで伝達可能でW=EHwd [W]であり、CとLの大きさに比例する。また金属接触のためのフレークの混入で直流電力も供給できる。
【００２８】
以上、本発明によれば、容量結合を用いて接続端子間を電気的に接続することができる。また、ハンダで接続端子間を接続する場合に対して、接続に必要な労力が少なくなる。また、固化した後の接続用樹脂３に柔軟性を持たせた場合、界面ずれを不問とすることができ、その結果、柔軟性を付与した接続も可能であり、接合部分に生じる応力を小さくできる。また、接続端子１１，２１を、接続用樹脂３から着脱可能にすることができる。この場合、設計的自由度や検査や修理の容易性を確保できる。
【００２９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態に係る基板１と電子部品２の接合構造を説明するための断面図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】接続端子２１を接続用樹脂３から外した状態を示す図。
【図４】プラズモンやマグノンが持つベクトルの寸法を説明する図。
【符号の説明】
【００３１】
１…基板、２…電子部品、３…接続用樹脂、１１，２１…接続端子、３１，４１…樹脂、３２…第１の導電粉体、３３…第２の導電粉体，４２…導電粉体
【図１】
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【図２】
2009099708.tif 000006
【図３】
2009099708.tif 000007
【図４】
2009099708.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月26日(2007.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体を有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散している端子の接続方法。
【請求項２】
固化した状態で柔軟性を有する絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体を有する接続用樹脂を第１接続端子に塗布する工程と、
前記接続用樹脂を固化する工程と、
前記第１接続端子と第２接続端子を、前記接続用樹脂を介して接続する工程と、
を具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散している端子の接続方法。
【請求項３】
前記絶縁性ペーストは、前記第１接続端子の一面に塗布される請求項２に記載の端子の接続方法。
【請求項４】
前記接続用樹脂は、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体を更に具備し、
固化した後の前記接続用樹脂において、前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子の接続方法。
【請求項５】
第１の接続端子と、
第２の接続端子と、
絶縁性の樹脂と、前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体を有しており、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子を接続する接続用樹脂と、
を具備し、
少なくとも一部の前記複数の第１の導電粉体は互いに離間した状態で前記接続用樹脂内に分散している端子の接合構造。
【請求項６】
前記複数の第１の導電粉体は、信号の交流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達する請求項５に記載の端子の接続構造。
【請求項７】
前記接続用樹脂は、前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体を更に具備し、
前記複数の第２の導電粉体の一部は、互いに接触することにより前記第１接続端子と前記第２接続端子を接続している請求項５に記載の端子の接続構造。
【請求項８】
前記複数の第２の導電粉体は信号の直流成分を前記第１接続端子と前記第２接続端子の相互間で伝達する請求項７に記載の端子の接合構造。
【請求項９】
前記複数の第１の導電粉体に対する前記複数の第２の導電粉体の混入量は、重量比率で２倍以上２０倍以下である請求項７又は８に記載の端子の接合構造。
【請求項１０】
前記接続用樹脂は柔軟性を有しており、前記第１の接続端子及び前記第２の接続端子の少なくとも一方から取り外し可能である請求項５〜９のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項１１】
前記接続用樹脂は比誘電率が１０００以上である請求項５〜１０のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項１２】
前記接続用樹脂は比透磁率が１０以上である請求項５〜１１に記載の端子の接合構造。
【請求項１３】
前記接続用樹脂は、厚さが５００ｎｍ以上５０μｍ以下である請求項５〜１２のいずれか一項に記載の端子の接合構造。
【請求項１４】
絶縁性の樹脂と、
前記樹脂に混入され、平均粒径が５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である複数の第１の導電粉体を具備する接続用樹脂。
【請求項１５】
前記樹脂に混入され、平均粒径が５００ｎｍ以上２０μｍ以下である複数の第２の導電粉体をさらに具備する請求項１４に記載の接続用樹脂。