JP2012018869A

JP2012018869A - 電気コンタクト

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Publication number: JP2012018869A
Application number: JP2010156594A
Authority: JP
Inventors: Moinul Bouilland; モイヌルブイヤン; Takeshi Kimura; 毅木村
Original assignee: Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Also published as: CN102340067A; KR20120005959A

Abstract

【課題】接点を構成する凸条の先端部における半径の最適範囲を明確に規定することにより、０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重すなわち低い接圧であっても高い集中応力が得られ、被接触物との接点における接触抵抗値を低く、かつ、ばらつきの小さい電気コンタクトを提供する。
【解決手段】電気コンタクト１は、相手基板１０の導電性を有する導体パターン（被接触物）に接触する接触部３を有する。接触部３の被接触物との接触面４には、接触面４から突出して被接触物との接点を構成する少なくとも１対の凸条５ａが設けられている。凸条５ａの各々の先端部の半径Ｒは、５〜１５μｍとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板の導体パターンや相手コンタクトといった導電性を有する被接触物に接触する電気コンタクトに関する。

従来より、回路基板の導体パターンや相手コンタクトといった導電性を有する被接触物に接触する電気コンタクトと、電気コンタクトを支持する絶縁性のハウジングを備えた電気コネクタが知られている。
この電気コネクタの一例として、例えば、図７に示すＩＣソケットが知られている（特許文献１参照）。図７は、従来のＩＣソケットを示し、（Ａ）はＩＣパッケージのリードとＩＣソケットのコンタクトが接続した状態の部分断面図、（Ｂ）はコンタクトの凹凸条部分を拡大して示す部分拡大図である。

図７（Ａ）に示すＩＣソケット１０１は、ＩＣパッケージ１３０の配列されたリード１３１と接触する少なくとも１列の導電性を有するコンタクト１２０と、コンタクト１２０を支持する絶縁性のハウジング１１０とを備えている。ハウジング１１０には、ＩＣパッケージ１３０が載置される。そして、ＩＣソケット１０１のハウジング１１０にＩＣパッケージ１３０を載置したときに、コンタクト１２０の接触部１２１は、リード１３１と互いに図７（Ｂ）に示す矢印Ｗ方向にワイピングして接触する。

そして、各コンタクト１２０の接触部１２１のリード１３１との接触面１２２には、ワイピング方向（矢印Ｗ方向）と直交する方向に延びる複数の凹凸条１２３が設けられている。この凹凸条１２３は、接触面１２２から凹む複数のＶ字形の溝１２３ａと、これら溝１２３ａの両側に溝１２３ａに沿う複数対の凸条１２３ｂとを備えている。凹凸条１２３は、ワイピング方向と直交する方向（図７（Ｂ）における紙面と直交する方向）に、ドラッギングによって形成される。

そして、これら凹凸条１２３の寸法として、例えば、溝１２３ａの角度α_１が６０度、深さｈ_１が０．０８ｍｍ、凸条１２３ｂ間の距離ｄ_１が０．０９ｍｍ、溝１２３ａの断面積Ｓが０．０３７ｍｍ^２、溝１２３ａ、１２３ａ間の距離Ｄ_１が０．０２０ｍｍとされている。
このような凹凸条１２３を設けることにより、コンタクト１２０とリード１３１との接触時にワイピング量が少なくても、伸びる性質を有する異物を凹凸条３６で掻き取って除去し、確実に電気的接続を行うことができる。

また、従来の電気コネクタの他の例として、例えば、図８に示すもの（特許文献２参照）が知られている。図８は、従来のインタポーザの断面図である。
図８に示すインタポーザ２０１は、被接触物間、例えば、回路基板２３０の導電性パッド２３１と半導体バンプ２４０とを相互接続するものであり、導電性を有するコンタクト２１０と、コンタクト２１０を支持する絶縁性のハウジング２２０とを備えている。

コンタクト２１０は、バネ部２１１と、一対の接点２１２，２１３とを備えている。コンタクト２１０は、例えばＮｉ−CｏやＮｉＭｎなどといったＮｉ合金からなるものであって、フォトリソグラフィと電気鋳造とを組み合わせた微細加工技術により製作される。
ここで、コンタクト２１０のバネ部２１１は、押圧することにより弾性変形する無端ループ状に形成された略瓢箪形状を有する。

また、コンタクト２１０の１対の接点２１２，２１３は、バネ部２１１のループの略半周分離れた上下位置においてそれぞれが外方に突出して形成される。また、この１対の接点２１２，２１３のそれぞれの先端部分は、フォトリソグラフィと電気鋳造とを組み合わせた微細加工技術によって半径３０μｍ以下の円弧状に形成することができ、ここでは例えば５μｍとされている。これら１対の接点２１２，２１３は、それぞれ対向する各被接触物、例えば半導体バンプ２４０、導体パターン２３１に接触して押圧を受ける。

このコンタクト２１０によれば、１対の接点２１２，２１３のそれぞれの先端部分が、フォトリソグラフィと電気鋳造とを組み合わせた微細加工技術によって半径３０μｍ以下の円弧状に形成されている。このため、１対の接点２１２，２１３がそれぞれ対向する各被接触物に接触して押圧を受けるときに、低荷重すなわち低い接圧であっても高い集中応力が得られる。そのため、被接触物の表面にコンタミネーションや絶縁皮膜が形成されていても、その高い集中応力により、１対の接点２１２，２１３がこれらを破壊し、被接触物と良好な接触抵抗を得ることができる。

特開２００５−７８８６５号公報特開２００９−１５８３８７号公報

しかしながら、これら従来の図７に示すＩＣソケット１０１に用いられるコンタクト１２０や図８に示すインタポーザ２０１に用いられるコンタクト２１０にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図７に示すＩＣソケット１０１に用いられるコンタクト１２０の場合、特許文献１において、凸条１２３ｂの先端部分の半径についてはいかなる大きさが適当であるかについて記載されていない。

また、図８に示すインタポーザ２０１に用いられるコンタクト２１０の場合、特許文献２において、１対の接点２１２，２１３のそれぞれの先端部分は、フォトリソグラフィと電気鋳造とを組み合わせた微細加工技術によって半径３０μｍ以下の円弧状に形成することができるとされ、例示としてその半径が５μｍのものが挙げられている。
しかし、１対の接点２１２，２１３のそれぞれの先端部分の半径が３０μｍ以下のものにつき、その半径の最適な範囲については特許文献２には一切開示されていない。

従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接点を構成する凸条の先端部における半径の最適範囲を明確に規定することにより、０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重すなわち低い接圧であっても高い集中応力が得られ、被接触物との接点における接触抵抗値を低く、かつ、ばらつきの小さい電気コンタクトを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係る電気コンタクトは、導電性を有する被接触物に接触する接触部を有する電気コンタクトにおいて、前記接触部の前記被接触物との接触面に、該接触面から突出して前記被接触物との接点を構成する少なくとも１対の凸条を設け、該凸条の各々の先端部の半径が５〜１５μｍとなっていることを特徴としている。

また、本発明のうち請求項２に係る電気コンタクトは、請求項１記載の電気コンタクトにおいて、前記接触部の接触面が湾曲面を構成し、複数対の前記凸条が前記湾曲面に設けられていることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３記載の電気コンタクトは、請求項１又は２記載の電気コンタクトにおいて、前記対の凸条間に、前記接触面から凹む溝を設けたことを特徴としている。

本発明に係る電気コンタクトによれば、接点を構成する凸条の各々の先端部の半径を５〜１５μｍとして明確に最適範囲を規定した。これにより、０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重すなわち低い接圧であっても高い集中応力が得られ、被接触物との接点における接触抵抗値を低く、かつ、ばらつきの小さい電気コンタクトを提供できる。

本発明に係る電気コンタクトの実施形態の部分側面図である。図１における電気コンタクトの主要部を示し、（Ａ）は主要部を拡大した部分側面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印２Ｂ部分の拡大図である。図１の電気コンタクトに対し、相手基板が平行な状態で接触した状態を示す部分側面図である。図１の電気コンタクトに対し、相手基板が平行な状態から大きくずれた状態で接触した状態を示す部分側面図である。接点における抵抗値と接点を構成する凸条の先端部の半径との関係を調査するための試験条件を説明するための図である。接点における抵抗値と接点を構成する凸条の先端部の半径との関係を示すグラフである。従来のＩＣソケットを示し、（Ａ）はＩＣパッケージのリードとＩＣソケットのコンタクトが接続した状態の部分断面図、（Ｂ）はコンタクトの凹凸条部分を拡大して示す部分拡大図である。従来のインタポーザの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示す電気コンタクト１は、ＤＤＲソケットコネクタ等の電気コネクタに用いられる電気コンタクトであって、当該電気コネクタの絶縁性ハウジング（図示せず）に固定される固定部（図示せず）から延びる弾性アーム部２を備えている。弾性アーム部２の先端には、図３に示すように、相手基板１０の導電性を有する導体パターン（被接触物）に接触する接触部３が設けられている。接触部３は、図１及び図２（Ａ）に示すように、弾性アーム部２の先端から上側が凸になるように湾曲して形成され、相手基板１０の導体パターンとの接触面４も上側が凸の湾曲面となっている。一方、固定部の弾性アーム部２が延びる側と反対側には、コンタクト１を回路基板上に接続するための接続部（図示せず）が設けられている。この電気コンタクト１は、金属板に対し後に述べるドラッギング、スタンピング（打抜き加工）及びフォーミング（曲げ加工）することによって形成される。

そして、接触部３の接触面４には、図１及び図２（Ａ）に示すように、接触面４から上方に突出して相手基板１０の導体パターンとの接点を構成する複数対（本実施形態にあっては３対）の凸条５ａが設けられている。相手基板１０の導体パターンが、接触部３の接触面４に接触するといっても、実際には、図３に示すように、接点を構成する凸条５ａの先端部に接触する。各対の凸条５ａ間には、図１及び図２（Ａ）に示すように、接触面４から凹む略Ｖ字形の溝５ｂが形成されている。各溝５ｂは、ワイピング方向（図２（Ａ）における矢印Ｗ方向）と直交する方向（図２（Ａ）における紙面と直交する方向）に延びている。対をなす凸条５ａは、溝５ｂの両側に当該溝５ｂに沿うように延びている。

ここで、これら各対の凸条５ａ及び溝５ｂは、ドラッギングによって形成される。即ち、これら各対の凸条５ａ及び溝５ｂは、ワイピング方向（図２（Ａ）における矢印Ｗ方向）と直交する方向（図２（Ａ）における紙面と直交する方向）に、断面方形状の治具等の機械的手段によって接触面４を引っ掻くことにより形成される。ドラッギングによって削られた板材の材料は、材料から剥離することなく、溝５ｂの両側に盛り上がり、効果的に凸条５ａとして形成されるのに供される。このドラッギングは、金属板をスタンピングする前に行われる。

そして、これら凸条５ａ及び溝５ｂの寸法としては、対をなす凸条５ａ間の距離ｄが１００μｍ、凸条５ａの高さｈが３５μｍ、溝５ｂの最深部における幅ｗが１５μｍ、凸条５ａの先端から溝５ｂの最深部までの深さＤが７０μｍ、互いに隣接する凸条５ａ間の距離Ｐが１００μｍ、とすることが好ましい。
特に、凸条５ａの先端から溝５ｂの最深部までの深さＤを深くして電気コンタクト１の板厚に近づけることで、溝５ｂが深くなる。これにより、ワイピング時に掻き取られた異物が溝５ｂ内に収容されるときにその異物の収容量を多くすることができ、クリーニング効果を一層上げることができる。

また、図２（Ｂ）に示す各凸条５ａの先端部の半径Ｒは、５〜１５μｍとする。この先端部の半径Ｒが５μｍ未満であると、半径Ｒが５μｍ未満の先端部を有する凸条５ａをドラッギングによって作成することができない。また、当該半径Ｒが５μｍ未満であると、被接触物が凸条５ａの先端部に接触した際に凸条５ａの先端部が被接触物に突き刺さり、弾性アーム部２が塑性変形するおそれがある。一方、当該先端部の半径Ｒが１５μｍよりも大きいと、０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重すなわち低い接圧のときに高い集中応力（ハーツストレス）が得られず、相手基板１０の導体パターン（被接触物）との接点における接触抵抗値を低くすることができず、かつ、当該接触抵抗値のばらつきが大きい電気コンタクトになってしまう。従って、各凸条５ａの先端部の半径Ｒは、５〜１５μｍとする。

発明者らは、各凸条５ａの先端部の半径Ｒを５〜１５μｍとすることの根拠について検証すべく、接点を構成する凸条５ａにおける抵抗値と接点を構成する凸条５ａの先端部の半径Ｒとの関係を調査するための試験を行った。
この試験に際しては、図５に示すように、リン青銅で構成される接触部３にドラッギングにより１対の凸条５ａを形成したものを用いた。そして、凸条５ａの先端部の半径Ｒにつき、５μｍのサンプルを３つ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）、１５μｍのサンプルを３つ（Ｎ１、Ｎ２，Ｎ３）、２５μｍのサンプルを３つ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）、５０μｍのサンプルを３つ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）、２００μｍのサンプルを３つ（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）用意した。

そして、それぞれのサンプルについて弾性アーム部２を固定し、金属板Ｍとして、銅板の接点部に金めっきを施したものを、凸条５ａに対して、図５に示すように、接触させた。このときの凸条５ａに対する金属板Ｍの荷重Ｆは、０．０９８Ｎとした。
このときの各サンプルにおける接点を構成する凸条５ａと金属板Ｍとの間の抵抗値を測定した。この結果を、表１及び図６に示す。

表１及び図６を参照すると、凸条５ａの先端部の半径Ｒが５μｍのサンプルＮ１、Ｎ２、Ｎ３の抵抗値は４０、５０、４５ｍΩであり、同半径Ｒが１５μｍのサンプルＮ１、Ｎ２、Ｎ３の抵抗値は５０、６０、５５ｍΩであった。従って、同半径Ｒが５μｍのサンプルについて抵抗値の平均値が４５ｍΩ、抵抗値最大値と最小値との差が１０ｍΩで、金属板（被接触物）Ｍとの接点における接触抵抗値が低く、かつ、ばらつきの小さいものであることがわかった。また、同半径Ｒが１５μｍのサンプルについて抵抗値の平均値が５５ｍΩ、抵抗値最大値と最小値との差が１０ｍΩで、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が低く、かつ、ばらつきの小さいものであることがわかった。従って、この結果より、同半径Ｒが５μｍ〜１５μｍまでのものについては、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が低く、かつ、ばらつきが小さい安定領域であると言える。

一方、凸条５ａの先端部の半径Ｒが２５μｍのサンプルＮ１、Ｎ２、Ｎ３の抵抗値は２１０、３２５、１４０ｍΩであり、同半径Ｒが５０μｍのサンプルＮ１、Ｎ２、Ｎ３の抵抗値は４３５、５００、３２５ｍΩであり、更に同半径Ｒが２００μｍのサンプルＮ１、Ｎ２、Ｎ３の抵抗値は６２５、７５０、４５０ｍΩであった。従って、同半径Ｒが２５μｍのサンプルについての抵抗値の平均値が２２５ｍΩ、抵抗値最大値と最小値との差が１８５ｍΩで、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が高く、かつ、ばらつきが大きいものであることがわかった。また、同半径Ｒが５０μｍのサンプルについて抵抗値の平均値が４２０ｍΩ、抵抗値最大値と最小値との差が１７５ｍΩで、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が高く、かつ、ばらつきが大きいものであることがわかった。更に、同半径Ｒが２００μｍのサンプルについて抵抗値の平均値が６０８ｍΩ、抵抗値最大値と最小値との差が３００ｍΩで、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が高く、かつ、ばらつきが大きいものであることがわかった。従って、この結果より、同半径Ｒが１５μｍを超えるものについては、金属板Ｍとの接点における接触抵抗値が高く、かつ、ばらつきが大きい不安定領域であると言える。

従って、発明者らは、被接触物との接点における接触抵抗値が低く、かつ、ばらつきが小さい安定領域を得るために、各凸条５ａの先端部の半径Ｒを１５μｍ以下としたのである。
このように構成された電気コンタクト１に相手基板１０の導体パターンが接触する様子を図３及び図４に示す。
図３に示すように、電気コンタクト１の３対ある凸条５ａのうち中央の対をなす凸条５ａに対し、相手基板１０が平行な状態で接触する。すると、相手基板１０の導体パターンは、３対ある凸条５ａのうち中央の対をなす凸条５ａに接触する。これにより、相手基板１０の導体パターンと電気コンタクト１とが電気的に導通することになる。また、電気コンタクト１の当該凸条５ａに対し、相手基板１０が平行な状態からわずかな角度ずれた状態で接触した場合、相手基板１０の導体パターンは、３対ある凸条５ａのうち中央の対をなす凸条５ａの一方に接触する。

この際、凸条５ａは図３及び図２（Ｂ）におけるＷ方向にワイピングする。すると、ワイピング時に掻き取られた異物が溝５ｂ内に収容される。本実施形態にあっては、対の凸条５ａ間に、接触面４から凹む溝５ｂを設けたので、ワイピング時に掻き取られた異物を当該溝５ｂ内に収容でき、クリーニング効果を上げることができる。そして、前述したように、凸条５ａの先端から溝５ｂの最深部までの深さＤを深くして電気コンタクト１の板厚に近づけることで、溝５ｂが深くなる。これにより、異物の収容量を多くすることができ、より一層クリーニング効果を上げることができる。

一方、図４に示すように、電気コンタクト１の３対ある凸条５ａのうち中央の対をなす凸条５ａに対し、相手基板１０が平行な状態から大きく角度がずれた場合には、相手基板１０の導体パターンは、３対ある凸条５ａのうち中央の対をなす凸条５ａに隣接した対をなす凸条５ａの一方又は双方に接触する。これは、接触部３の接触面４が湾曲面を構成し、複数対（本実施形態の場合３対）の凸条が湾曲面に設けられていることから可能となる。この際に、相手基板１０の導体パターンが接触する凸条５ａは１つ又は２つであるから、相手基板１０の導体パターンが０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重で接触しても高い集中応力を確保することができる。

これに対して、接触部３の接触面４が湾曲しない平らな平面状に形成され、その平面に複数対の凸条５ａを設けた場合には、相手基板１０の導体パターンが複数対の凸条５ａの全てに接触することになる。なぜなら相手基板１０の導体パターンが形成される面は、通常、湾曲していない平面で形成されるからである。この場合、相手基板１０の導体パターンが０．０９８Ｎ〜０．１４７Ｎ程度の低荷重で接触すると、応力がすべての凸条５ａに分散され、各凸条５ａにおいて高い集中応力を確保することができない。

従って、本実施形態にあっては、接触部３の接触面４を湾曲面で構成し、複数対の凸条５ａを当該湾曲面に設けるようにしている。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、電気コンタクト１は、接触部３の接触面４に少なくとも１対の凸条５ａを設けたものであればよく、ハウジングへの固定部や回路基板への接続部がなくてもよい。

また、電気コンタクト１において、凸条５ａは複数対設ける必要は必ずしもなく、少なくとも１対あればよい。例えば、凸条５ａを、図５に示すように、１対設けてもあるいは図示はしないが２対、４対以上設けても良い。
更に、接触部３の接触面４は必ずしも湾曲面で構成されている必要はなく、また、対の凸条５ａ間に溝５ｂを必ずしも設けなくても良い。
また、被接触物として相手基板１０の導体パターンが接触するようにしてあるが、導電性を有する被接触物であれば金属製のコンタクトや半導体バンプであってもよい。

１電気コンタクト
３接触部
４接触面
５ａ凸条
５ｂ溝
１０相手基板

Claims

導電性を有する被接触物に接触する接触部を有する電気コンタクトにおいて、
前記接触部の前記被接触物との接触面に、該接触面から突出して前記被接触物との接点を構成する少なくとも１対の凸条を設け、該凸条の各々の先端部の半径が５〜１５μｍとなっていることを特徴とする電気コンタクト。
前記接触部の接触面が湾曲面を構成し、複数対の前記凸条が前記湾曲面に設けられていることを特徴とする請求項１記載のコンタクト。
前記対の凸条間に、前記接触面から凹む溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気コンタクト。