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【発明の名称】 接続装置
【発明者】 【氏名】吉田 岳司

【氏名】佐名川 佳治
【要約】 【課題】従来に比べて相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した破損が起こりにくい接続装置を提供する。

【解決手段】接続装置であるコネクタＡは、相手側部材たる相手側コネクタの複数の突起状の接続端子それぞれに対応する各部位に接続端子が挿入される挿入部１１ａが設けられたベース部１１と、ベース部１１の各挿入部１１ａ内に設けられてベース部１１に支持され各挿入部１１ａ内それぞれにおいて接続端子を挟む２つの板ばね部１２と、ベース部１１における相手側コネクタとの対向面側で挿入部１１ａ内の各板ばね部１２と挿入部１１ａの周部とに跨って積層された導電層からなり接続端子に弾接するコンタクト部１３とを備えている。ベース部１１の各挿入部１１ａ内に設けられた２つの板ばね部１２は、接続端子の挿入方向に交差する方向に撓み可能となっている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手側部材の複数の突起状の接続端子それぞれに対応する各部位に接続端子が挿入される挿入部が設けられたベース部と、ベース部の各挿入部内に設けられてベース部に支持され接続端子の挿入方向に交差する方向に撓み可能であり各挿入部内それぞれにおいて接続端子を挟む複数の板ばね部とを備えてなることを特徴とする接続装置。
【請求項２】
前記板ばね部は、前記ベース部に連結される両端部における幅寸法が中央部における幅寸法に比べて大きく設定されてなることを特徴とする請求項１記載の接続装置。
【請求項３】
前記板ばね部は、前記ベース部に連結される両端部における厚み寸法が中央部における厚み寸法に比べて大きく設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接続装置。
【請求項４】
前記ベース部と前記板ばね部とは、半導体基板を用いて一体に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の接続装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器などの小型化、薄型化、高性能化に伴って、携帯機器の器体内で２つの回路基板間（例えば、フレキシブル基板とプリント基板との間）を電気的に接続する接続装置としてのコネクタに対して、小型化、薄型化、相手側部材である相手側コネクタの複数の接続端子を各別に接続するコンタクトの数の増大、コンタクトの配列ピッチの狭ピッチ化などが望まれており、コンタクトの配列ピッチを０．５ｍｍとしたコネクタが提供されている。なお、この種のコネクタでは、コンタクトの狭ピッチ化に伴い、配列ピッチの高精度化だけでなく、隣り合うコンタクト間の間隔の高精度化も必要となっている。
【０００３】
また、近年、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）などの相手側部材において２次元アレイ状に配列された球状の接続端子それぞれと各別に接続される複数のコンタクト部を有する接続装置として、図９に示すように、複数のスパイラル状のコンタクト部１０２をガラスエポキシ製の絶縁基板からなるベース部１０１の一表面側において２次元アレイ状に配列した構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここにおいて、コンタクト部１０２は、銅およびニッケルにより形成されている。また、ベース部１０１には、当該ベース部１０１の厚み方向へのコンタクト部１０２の変位を可能とするための貫通孔１０１ｂが貫設されている。なお、上記特許文献１では、相手側部材の接続端子の配列ピッチを０．４ｍｍとした場合に、ベース部１０１の厚みを１ｍｍ程度、貫通孔１０１ｂの内径を０．３ｍｍ程度とすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１７５８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図９に示した構成の接続装置では、コンタクト部１０２がベース部１０１の厚み方向へ変位可能であって、コンタクト部１０２のばね力によって所望の接圧を確保するようになっているが、スパイラル状のコンタクト部１０２の一端部がベース部１０１の上記一表面側において貫通孔１０１ｂの周縁に形成された円環状のフレーム部１０３に連続一体に連結される一方で他端部が自由端となっており、相手側部材との接続時にコンタクト部１０２の上記一端部付近に応力が集中するので、球状の接続端子のような突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因して、変位量の大きなコンタクト部１０２が破断されやすかった。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べて相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した破損が起こりにくい接続装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、相手側部材の複数の突起状の接続端子それぞれに対応する各部位に接続端子が挿入される挿入部が設けられたベース部と、ベース部の各挿入部内に設けられてベース部に支持され接続端子の挿入方向に交差する方向に撓み可能であり各挿入部内それぞれにおいて接続端子を挟む複数の板ばね部とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、ベース部の各挿入部内では相手側部材の突起状の接続端子の挿入方向に交差する方向に撓み可能な複数の板ばね部により接続端子を挟むので、相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに比べて各板ばね部の変位量のばらつきを低減でき、相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した板ばね部の破断が起こりにくいから、従来に比べて相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した破損が起こりにくくなる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記板ばね部は、前記ベース部に連結される両端部における幅寸法が中央部における幅寸法に比べて大きく設定されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記板ばね部が応力の集中する両端部付近で破断されるのをより確実に防止することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記板ばね部は、前記ベース部に連結される両端部における厚み寸法が中央部における厚み寸法に比べて大きく設定されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記板ばね部が応力の集中する両端部付近で破断されるのをより確実に防止することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記ベース部と前記板ばね部とは、半導体基板を用いて一体に形成されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、一般的な半導体微細加工プロセスにより前記ベース部の挿入部および前記各板ばね部を形成することができるので、従来に比べて薄型化、小型化、狭ピッチ化が可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、従来に比べて相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した破損が起こりにくくなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態では、接続装置として、回路基板間の電気的接続に利用可能なコネクタを例示する。
【００１６】
図１に示した本実施形態のコネクタＡは、図２に示すようにプリント基板３０に実装され、図３に示すようにフレキシブル基板４０に実装された相手側部材たるコネクタ（以下、相手側コネクタと称す）Ｂと電気的に接続される。
【００１７】
ここにおいて、相手側コネクタＢは、第１のシリコン基板からなる第１の半導体基板を用いて形成した矩形板状のコネクタボディ２１と、コネクタボディ２１の一表面上に所定の配列ピッチ（例えば、５００μｍ）でマトリクス状（２次元アレイ状）に配列された複数（例えば、１００個）の突起状（ここでは、球状）の接続端子２３とを備えており、コネクタボディ２１の上記一表面上で各接続端子２３それぞれに接続された金属配線２４がコネクタボディ２１の厚み方向に貫設した貫通配線（図示せず）を介してフレキシブル基板４０の導体パターン（図示せず）と電気的に接続可能となっている。
【００１８】
コネクタＡは、相手側コネクタＢの各接続端子２３それぞれに対応する各部位に接続端子２３が挿入される矩形状の挿入部１１ａが設けられたベース部１１と、ベース部１１の各挿入部１１ａ内に設けられてベース部１１に支持され各挿入部１１ａ内それぞれにおいて接続端子２３を挟む複数の板ばね部１２と、ベース部１１における相手側コネクタＢとの対向面である一表面側（図１（ｂ）における上面側）で挿入部１１ａ内の各板ばね部１２の表面と挿入部１１ａの周部の表面とに跨って積層された導電層（例えば、金属膜など）からなり各板ばね部１２に積層されている部位が接続端子２３に弾接するコンタクト部１３（なお、コンタクト部１３となる上記導電層は図１（ｂ）に示すように各板ばね部１２の両側面にも積層されている）とを備えている。要するに、相手側コネクタＢの複数の接続端子２３とコネクタＡの複数のコンタクト部１３とは一対一で対応している。
【００１９】
ここで、ベース部１１の各挿入部１１ａ内に設けられた２つの板ばね部１２は、両端部がベース部１１の挿入部１１ａの内周面に連続一体に連結されており、接続端子２３の挿入方向（図１（ｂ）における下方向）に交差する方向（ベース部１１の上記一表面に沿った面内方向であって、図１（ｂ）では左右方向）に撓み可能となっている。また、各挿入部１１ａ内ごとに２つずつ設けられた板ばね部１２は、挿入部１１ａ内で平行に配置されており、挿入部１１ａ内で対向配置された２つの板ばね部１２間に挿入された接続端子２３と当該接続端子２３に接触するコンタクト部１３とが両板ばね部１２のばね力によって弾接可能となるように、挿入部１１ａ内で対向する２つの板ばね部１２間の距離を接続端子２３の外形寸法よりも短く設定してある。また、各板ばね部１２は、撓み方向に沿った厚み方向（図１（ｂ）における左右方向）の寸法を、厚み方向に直交する幅方向（図１（ｂ）における上下方向）の寸法に比べて小さく設定してあり、幅方向の寸法をベース部１１の厚み方向（図１（ｂ）における上下方向）の寸法に比べて小さく設定してある。なお、本実施形態における各挿入部１１ａは、ベース１１の厚み方向の両面（図１（ｂ）における上面および下面）が開放されているが、少なくとも相手側コネクタＢとの対向面である一表面（図１（ｂ）における上面）が開放されていればよい。
【００２０】
また、本実施形態では、コネクタＡにおけるベース部１１と各板ばね部１２とが、第２のシリコン基板からなる第２の半導体基板１０（図５（ａ）参照）を用いて形成されており、コンタクト部１３を板ばね部１２に積層された導電層により構成してあるが、第２の半導体基板１０における板ばね部１２の形成部位に不純物をドーピングすることで板ばね部１２に導電性を付与して、導電性が付与された板ばね部１２と当該板ばね部１２に積層された導電層とでコンタクト部１３を構成するようにしてもよい。
【００２１】
また、コネクタＡは、コンタクト部１３のうちベース部１１の上記一表面で挿入部１１ａの周部の全周に亘って形成された部位が、ベース部１１の厚み方向に貫設された貫通配線１６を介してベース部１１の他表面（図１（ｂ）における下面）の外部接続電極１７と電気的に接続されており、図４に示すように各外部接続電極１７それぞれが半田ボール１８を介してプリント基板３０の導体パターン３３と電気的に接続可能となっている。なお、コンタクト部１３と貫通配線１６との間に両者を電気的に接続する配線（金属配線、拡散層配線など）を介在させてもよいことは勿論である。
【００２２】
コネクタＡの各コンタクト部１３それぞれに相手側コネクタＢの各接続端子２３を電気的に接続する際には、図４（ａ）に示すように、プリント基板３０に実装したコネクタＡとフレキシブル基板４０に実装した相手側コネクタＢとを対向させてから、図４（ｂ）に示すように、コネクタＡに相手側コネクタＢを近づければよい。ここにおいて、コネクタＡは各挿入部１１ａ内で並設された２つの板ばね部１２が接続端子２３の挿入方向に交差する方向へ撓むことができるので、各挿入部１１ａごとに２つの板ばね部１２が相手側コネクタＢの突起状の接続端子２３を挟むように変形するから、球状の接続端子２３の突出高さなどのばらつきや接続端子２３の傾きなどを許容することができるとともに、所望の接圧を満足することが可能となる。なお、コネクタＡと相手側コネクタＢとの電気的接続状態を維持するためのロック機構は、例えば、プリント基板３０およびフレキシブル基板４０を収納する機器（例えば、携帯機器など）の器体や、各基板３０，４０に設ければよいが、各コネクタＡ，Ｂに設けてもよい。
【００２３】
以下、コネクタＡの製造方法について図５を参照しながら簡単に説明する。
【００２４】
まず、第２の半導体基板１０の裏面側（図５（ａ）における下面側）の全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜５１を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、絶縁膜５１のうちベース部１１に対応する部位が残り且つ各挿入部１１ａそれぞれに対応する部位および各貫通配線１６用のスルーホールに対応する部位が除去されるように絶縁膜５１をパターニングすることによって、図５（ａ）に示す構造を得る。
【００２５】
その後、パターニングされた絶縁膜５１をマスクとして、第２の半導体基板１０を裏面側から所定深さ（第２の半導体基板１０において板ばね部１２に対応する部位の厚みが板ばね部１２の幅寸法になる深さ）までエッチングして各挿入部１１ａの一部となる凹所１１ｂおよび各スルーホールそれぞれの一部となる有底孔（図示せず）を形成することによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、凹所１１ｂおよび有底孔を形成するエッチングに際しては、垂直深掘が可能なドライエッチング装置（例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置など）を用いることにより、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングを行う場合に比べて、凹所１１ｂの配列ピッチを短縮することができ、ベース部１１の平面サイズの小型化を図れる。
【００２６】
上述のように第２の半導体基板１０に複数の凹所１１ｂおよび複数の有底孔を形成した後、第２の半導体基板１０の裏面側の絶縁膜５１を除去してから、第２の半導体基板１０の主表面側（図５（ｂ）における上面側）の全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜５２を形成し、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、絶縁膜５２のうちベース部１１および各板ばね部１２それぞれに対応する部位が残り且つ各スルーホールそれぞれに対応する部位が除去されるように絶縁膜５２をパターニングすることによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【００２７】
次に、パターニングされた絶縁膜５２をマスクとして、第２の半導体基板１０を主表面側からエッチングして各挿入部１１ａおよび各板ばね部１２および各スルーホールを形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。なお、このエッチングの際には、垂直深掘が可能なドライエッチング装置（例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置など）を用いる。
【００２８】
その後、第２の半導体基板１０の主表面側の絶縁膜５２をエッチング除去することで図５（ｅ）に示す構造を得てから、第２の半導体基板１０の主表面側にメタルマスクを用いて各コンタクト部１３を形成することによって、図５（ｆ）に示す構造を得る。その後は、貫通配線１６を形成し、第２の半導体基板１０の裏面側に外部接続電極１７を形成してから、第２の半導体基板１０をダイシング工程により個々のチップ（コネクタＡ）に分離すればよい。
【００２９】
以上説明した本実施形態のコネクタＡは、ベース部１１の各挿入部１１ａ内では相手側部材たる相手側コネクタＢの突起状の接続端子２３の挿入方向に交差する方向に撓み可能な２つの板ばね部１２により接続端子２３を挟むので、相手側コネクタＢのコネクタボディ２１におけるベース部１１との対向面からの接続端子２３の突出高さのばらつきに比べて各板ばね部１２の変位量のばらつきを低減でき、相手側コネクタＢの突起状の接続端子２３の突出高さのばらつきに起因した板ばね部１２の破断が起こりにくくなり、従来に比べて相手側部材の突起状の接続端子の突出高さのばらつきに起因した破損が起こりにくくなる。
【００３０】
ところで、図９に示した構成の接続装置では、ベース部１０１の基礎となる絶縁基板に貫通孔１０１ｂを形成する工程において、ドリル加工により各貫通孔１０１ｂを個別に形成しているので、貫通孔１０１ｂの配列ピッチおよび貫通孔１０１ｂ間の間隔それぞれの高精度化が難しいとともに、貫通孔１０１ｂのより一層の狭ピッチ化が難しく、接続装置全体としてのより一層の小型化が難しかった。また、図９に示した構成の接続装置では、ベース部１０１とコンタクト部１０２とが互いに異なる材料により形成されているので、ベース部１０１の貫通孔１０１ｂとコンタクト部１０２との位置合わせ精度の関係からも、貫通孔１０１ｂおよびコンタクト部１０２の狭ピッチ化が難しく、接続装置全体のより一層の小型化が難しかった。
【００３１】
これに対して、本実施形態のコネクタＡでは、ベース部１１の各挿入部１１ａ内に設けられる各２つずつの板ばね部１２が、ベース部１１とともに第２の半導体基板１０を用いてベース部１１と一体に形成されており、一般的な半導体微細加工プロセスによりベース部１１の各挿入部１１ａおよび各板ばね部１２を形成することができるので、従来に比べて薄型化、小型化、狭ピッチ化が可能になる。ここにおいて、本実施形態のコネクタＡでは、シリコンにより形成された板ばね部１２のばね力によって接続端子２３とコンタクト部１３との所望の接圧を確保することができるので、図９に示した従来例のように銅膜とニッケル膜とを積層した金属膜からなるコンタクト部１０２のみのばね力によって接圧を確保する構造に比べて、接続端子２３とコンタクト部１３との接圧を高めることができる。なお、ニッケルはヤング率が２０４ＧＰａ、破断強度が５８ＭＰａであるのに対して、シリコンはヤング率が１６９ＧＰａ、破断強度が２０００ＭＰａであり、本実施形態のコネクタＡの方が従来例に比べて、接圧を確保するための構造部が破壊されにくい。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態において接続装置として例示するコネクタＡの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１ではベース部１１の各挿入部１１ａ内において２つの板ばね部１２が平行配置されていたのに対して、図６に示すように、ベース部１１の各挿入部１１ａ内に３つの板ばね部１２がベース部１１の厚み方向に直交する面内で当該３つの板ばね部１２より正三角形の領域を囲むように配置されており、接続端子２３が３つの板ばね部１２により囲まれた領域に挿入されることで各板ばね部１２の中央部が正三角形の領域の中心から離れる向きへ撓むようになっている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
しかして、本実施形態のコネクタＡでは、実施形態１に比べて、各接続端子２３を挟む板ばね部１２の数が増えるので、相手側部材たる相手側コネクタＢの突起状の接続端子２３とコンタクト部１３との接触面積を大きくすることができ、接続端子２３とコンタクト部１３との接触抵抗を低減することができる。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態において接続装置として例示するコネクタＡの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、各板ばね部１２においてベース部１１に連続一体に連結される両端部（つまり、長手方向の両端部）における幅寸法（図７（ｃ）の左右方向の寸法）が中央部における幅寸法に比べて大きく設定されている点が相違する。ここにおいて、各板ばね部１２の長手方向（図７（ａ）における上下方向）の両端部は、ベース部１１に近づくにつれて幅寸法が徐々に大きくなっている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
しかして、本実施形態のコネクタＡでは、実施形態１のように板ばね部１２の幅寸法が一定である場合に比べて、板ばね部１２が応力の集中する両端部付近で破断されるのをより確実に防止することができる。なお、実施形態２における各板ばね部１２を本実施形態における板ばね部１２と同様の形状に形成してもよい。
【００３６】
（実施形態４）
本実施形態において接続装置として例示するコネクタＡの基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、各板ばね部１２においてベース部１１に連続一体に連結される両端部（つまり、長手方向の両端部）における厚み寸法（図８（ａ）の左右方向の寸法）が中央部における厚み寸法に比べて大きく設定されている点が相違する。ここにおいて、各板ばね部１２の長手方向（図８（ａ）における上下方向）の両端部は、ベース部１１に近づくにつれて厚み寸法が徐々に大きくなっている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
しかして、本実施形態のコネクタＡでは、実施形態１のように板ばね部１２の厚み寸法が一定である場合に比べて、板ばね部１２が応力の集中する両端部付近で破断されるのをより確実に防止することができる。なお、実施形態１〜３における各板ばね部１２を本実施形態における板ばね部１２と同様に厚みを変化させた形状に形成してもよい。
【００３８】
上記各実施形態では、接続装置として、回路基板間の電気的な接続に用いるコネクタＡを例示したが、接続装置は、回路基板間の電気的な接続に用いるコネクタに限定するものではなく、接続装置の相手側部材も相手側コネクタＢに限らず、例えば、ＢＧＡやＣＳＰやベアチップなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態１におけるコネクタを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図２】同上におけるコネクタを示し、（ａ）はプリント基板に表面実装した状態の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図３】同上における相手側コネクタを示し、（ａ）はフレキシブル基板に表面実装した状態の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上におけるコネクタの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】実施形態２におけるコネクタを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図７】実施形態３におけるコネクタを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’概略断面図である。
【図８】実施形態４におけるコネクタを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図９】従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ コネクタ
１１ ベース部
１１ａ 挿入部
１２ 板ばね部
１３ コンタクト部
１６ 貫通配線
１７ 外部接続電極
【出願人】 【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
【出願日】 平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００８７７６７
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清

【識別番号】１０００８５６０４
【弁理士】
【氏名又は名称】森 厚夫
【公開番号】 特開２００７−５２５０（Ｐ２００７−５２５０Ａ）
【公開日】 平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願番号】 特願２００５−１８７２３８（Ｐ２００５−１８７２３８）