JPH0831342B2 - 電気接続部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、分離することができ、その後、希望すると
きに再接続することができる電気接続に関し、具体的に
は、集積回路チップ、回路板、ケーブル相互接続などの
高電流超小型の応用分野用の接点に関する。

B.従来技術 電気機器の実装密度が高まるにつれて、相互接続は実
装の結果、ますます小さくなるが、高い実装密度のた
め、それぞれ運ばなければならない電流は増加する傾向
がある。さらに、修理及びサブアセンブリの交換のため
にこうした接続を分離して再接続できることがますます
望ましくなっている。

技術の発展につれて、接点の両側から交互嵌合できる
部材をもつ接続（接続される両接続面が指状突起組織で
あるために接続時にそれらが互いにかみ合うこと。）
が、接続部分の位置合わせ及び電流運搬能力を保持する
ために役立つとの認識が高まってきた。

米国特許第2461980号及び第3725844号明細書には、ブ
ラシに類似するフィラメントのグループから接点部材が
構成されるという、そうした交互嵌合接続構造（指状突
起組織化された構造）が開示されている。

米国特許第3526867号明細書には、部品を保持するた
めのインターロック特性をもつ交互嵌合（指状突起組織
化された）コネクタが記載されている。

ドイツ特許DE2816328号明細書では、交互嵌合コネク
タは、接点の両側からかみ合うデンドライト型（樹木模
様状の）突起を有する材料でできている。

C.発明が解決しようとする問題点 しかし、当技術分野では、指状突起組織部材の縦横比
が大きくなるにつれて、分離及び接続の際に部材にかか
る水平応力が接続の損傷及び劣化をもたらすという問題
がある。

指状突起部材の縦横比及び応力を、第１図に図示す
る。第１図では、平面状の導電性材料１上に、それぞれ
縦横比が１の要素３、縦横比が２の要素４、縦横比が４
の要素５を含む複数の指状突起部材２と、位置ずれや別
の指状突起部材２がそれらの部材の間の空間に入ること
などによって発生する水平応力６が示してある。縦横比
が大きくなるにつれて、潜在的応力が指状突起部材２を
損傷する可能性も増大することは明らかである。

第２図を参照すると、平面状導電性部材１が指状突起
部材７、８、９、10、11を有し、それと対向する導電性
部材12が指状突起部材13、14、15、16、17、18を有し、
これらの対向する指状突起部材を相補的にぴったりと係
合させる形式の接点が示されている。このような接点
は、接点が結合されたとき、接点が対向部材の各部分に
適合して入るべき場所があるため、水平応力を吸収する
ことができ、よって、個々の指状突起部材に対する応力
が最小となる。

しかし、第３図及び第４図の顕微鏡写真にそれぞれ示
される、ヒルロック型材料、及びデンドライト型材料を
指状突起部材として使用し、接点の着脱を繰り返したと
き、主に、指状突起部材のランダムな大きさ、及び接点
を接触させるときの位置ずれによって生じる、第１図に
関して述べた水平応力のために、この指状突起部材は損
傷を受けやすい。第５図、第６図及び第７図は、タング
ステンから作成した第４図のようなデンドライト型材料
の顕微鏡写真（倍率約200倍）であり、横方向応力の影
響による損傷を示す。第５図では、出発物質が接点とし
て押しつけられる以前であり、損傷は見られない。しか
し、第６図では、接点が３回押しつけられ、右下隅にあ
る程度の損傷が現れ始めている。次に第７図では、50回
着脱後に、接点全域にわたって損傷領域が広がっている
のが見られる。

本発明によれば、このような損傷を発生させる、第１
図に示した応力に対処するための方策が提供される。

D.問題点を解決するための手段 本発明の電気接続部材は、それぞれ平坦な導電性材料
部分を有する、対向配置された第１及び第２の接点部材
より構成される。第１接点部材には、平面状導電性材料
部分の表面に一体的に配設され、かつその材料の表面か
ら突き出した、縦横比が１より大きい、ほぼ垂直な複数
の指状突起組織構造が設けられている。第２接点部材は
軟質の導電性材料を有し、第１接点部材の指状突起組織
構造をその中に押し込むことによって、密着した電気的
接続を形成し、しかも横方向応力に対処することができ
る。

E.実施例 第８図には、本発明の実施例が示されている。この図
では、導電性材料の平面状領域１にいくつかの指状突起
部材20、21、22、23、24が一体的に取り付けられ、それ
らの部材が軟質の金属材料25中に押し込まれている。押
し込みが完了すると、金属材料25は指状突起部材の形状
に応じて変形して、指状突起部材20ないし24に対応する
一連の係合位置を形成する。これは、指状突起部材とし
て、導電性材料１上に成長させた高さ約375ミクロン、
厚さ約25〜125ミクロンのデンドライト型のパラジウム
またはタングステンなどを設け、接点パッドとしての金
属材料25を鉛−スズ共融はんだや純金など軟質または変
形可能なものにすることによって行える。

本発明によれば、大きな縦横比で十分経済的に製造で
き、接続のための限られた位置に配置できる指状突起部
部材用の材料には、大別して２種のものがある。それ
は、それぞれ第３図及び第４図の顕微鏡写真に示す、ヒ
ルロック型（多数の丘状）材料、及びデンドライト型
（多数の樹木状）材料と呼ばれるものである。これらの
材料は、基板上で非常に精確な位置決めを可能にする。

第３図及び第４図に示したヒルロック型及びデンドラ
イト型材料は、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウ
ム、オスミニウム、タングステンのうちから選ぶことが
できる。ヒルロック型材料及びデンドライト型材料は、
めっき溶液中の金属イオン濃度を通常より低く保ち、電
流密度を通常より高い値に保った電気めっきによって形
成することができる。第４図のデンドライト型材料は、
使用する金属の六フッ化物、例えば六フッ化タングステ
ンの水素還元によっても形成できる。六フッ化タングス
テンは蒸気圧の高い液体なので、ガスとして反応室に容
易に供給できる。生成した水素が、キャリア・ガス兼反
応剤として使用できる。反応は、一般に400ないし650℃
で行う。ヒルロック型材料はデンドライト型材料と同じ
手順を用いて、短時間でできる。ヒルロック型材料は、
一般に仕様が余り厳しくない応用分野に使用する。

第９図及び第10図には、それぞれ係合後の指状突起部
材及び接点パッドとしての金属材料の顕微鏡写真（倍率
約100倍）が示されている。第９図では、第８図に20な
いし24の符号で示した指状突起部材材料はデンドライト
型パラジウムである。第10図では、鉛−スズ共融はんだ
の金属材料25が示されている。デンドライトが接点パッ
ドつまり金属材料25を貫通しており、軟質または変形可
能は共融はんだ金属材料がデンドライトの形状と共形と
なって、デンドライトに損傷を与えるおそれのある水平
応力なしで、強い機械的結合をもたらすことができるこ
とは明らかである。

第17図では、ポリマーなどの材料52で補強された平面
状部材50上の指状突起部材51によって横方向応力に対処
する。この構成では、ポリマーは指状突起部材に対する
応力解除サポートとして働く。明らかに、ポリマーは絶
縁体なので、指状突起部材が他の係合接点と接触する部
分からポリマーを除去する必要がある。これは、反応性
イオン・エッチングやプラズマ・エッチングなど、ポリ
マー材料を所定の高さまで除去できる乾式等方性エッチ
ング法で行うと好都合である。

本発明の接点を使用するとき、通常は２つの係合部分
を合わせておくためにクランプの形で力を加えるが、電
子機器では、集積回路チップ用のカバーなどの部品が、
接点を定位置に保つ機能の一部分を実施できる場合がし
ばしばある。

以上、縦横比が１より大きい、ほぼ垂直な複数の指状
突起組織構造を有する第１接点部材と、軟質の導電性材
料よりなる第２接点部材を有し、第１接点部材の指状突
起組織構造をその中に押し込むことで、係合接点を形成
し、よって、電気的に結合され、さらに横方向応力に対
処することができるものについて述べた。

F.参考例 次に参考例として、第２図のように対向する指状突起
部材をかみ合わせる形式の接点において、双方の指状突
起部分上に補強及び衝撃吸収用のコーティング材料を設
けることを示す。

第11図には、水平応力に対処するために指状突起部材
をさらにコーティングで補強したものを示す。平面状導
電性部材30上の指状突起部材31はタングステンからな
り、厚さ約５ミクロンの銅補強コーティング33で覆われ
た厚さ約500オングストロームのクロム接着コーティン
グ32を備えている。接着コーティングはめっきによって
設けられ、銅コーティングはスパッタリングによって設
けられる。

第12図及び第13図では、第11図に関して述べた銅で補
強したタングステンのデンドライト型構造の顕微鏡写真
が示されている。第12図は、作成時の構造（倍率約200
倍）を示し、第13図は、第７図で示したものと同様に、
僅かに位置合わせ角度をずらしてもう１つの接点と約50
回係合させた後の構造（倍率約200倍）を示す。第11図
の補強用コーティング33は、第13図から明らかなよう
に、第７図に示した種類の破壊を防止するのに適してい
る。

補強による損傷防止効果は、第14図及び第15図からさ
らに明らかとなる。第14図は、作成時のデンドライト構
造（倍率約500倍）を示し、第15図は50回係合後の構造
（倍率約500倍）を示すが、損傷の徴候は見られない。

一方、第16図は、横方向応力に対する変位衝撃吸収材
として働くコーティングを設けることによって対処を行
う参考例を示す。第16図では、平面状材料40上に指状突
起部材41が配置され、その上にコーティング42が載って
いる。コーティング42は軟質の金ベースでよく、蒸着な
どの乾式法または電気めっきなどの湿式法で設けられ
る。金は十分に軟らかく、もう１つの接点と交互嵌合す
る際に変形して、硬いデンドライト型材料に対する衝撃
を吸収して、横方向応力を解除する。

G.発明の効果 本発明によれば、分離及び接続の際に損傷や劣化を起
こしにくい高電流超小型向きの電気接続部材を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、様々な縦横比及び交互嵌合部材に対する応力
を示す該略図である。 第２図は、係合部品が同形性であるコネクタの該略図で
ある。 第３図は、ヒルロック型指状突起部材（即ち、金属表面
の結晶構造）の顕微鏡写真である。 第４図は、デンドライト型指状突起部材（即ち、金属表
面の結晶構造）の顕微鏡写真である。 第５図、第６図及び第７図は、それぞれ分離及び再接続
を０回、３回及び50回行った場合の、デンドライト型指
状突起部材（即ち、金属表面の結晶構造）の接点の位置
ずれによる損傷の進行を示す顕微鏡写真（倍率約200
倍）である。 第８図は、本発明による同形接点を形成する際の中間段
階の概略図である。 第９図及び第10図は、それぞれ係合後のデンドライト型
指状突起部材（即ち、金属表面の結晶構造）及び接点パ
ッドとしての金属材料の表面を示す顕微鏡写真である。 第11図は、めっきコーティングを施した指状突起部材の
概略図である。 第12図及び第13図は、それぞれ分離及び再結合を０回及
び50回行った場合のめっきコーティングしたデンドライ
ト型指状突起部材（即ち、金属表面の結晶構造）を示す
顕微鏡写真（倍率約200倍）である。 第14図及び第15図は、第12図及び第13図の指状突起部材
（即ち、金属表面の結晶構造）のさらに拡大した顕微鏡
写真（倍率約500倍）である。 第16図は、めっきした軟質で変形可能な衝撃吸収性コー
ティングを使用した、横方向応力対策構造の概略図であ
る。 第17図は、指状突起部材補強材料、つまり応力解除サポ
ート材料を使用した、本発明の横方向応力対策構造の概
略図である。 符号の説明 １、12、30、40、50……平面状導電性材料、２、７ない
し11、13ないし18、20ないし24、31、41、51……指状突
起部材、25……金属材料、32……接着コーティング、33
……補強コーティング、42……衝撃吸収性コーティン
グ、52……応力解除サポート材料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サング・クワン・カング アメリカ合衆国ニユーヨーク州チヤパツ ク、メイベリイ・ロード36番地 (72)発明者 ジヤンギイー・キム アメリカ合衆国ニユーヨーク州ピイークス キル、ロツクウツド・ロード97番地 (72)発明者 ポール・ローロ アメリカ合衆国ニユーヨーク州ポモナ、オ ーミアン・ドライブ21番地 (72)発明者 エケハード・フリツツ・ミーチ アメリカ合衆国ニユーヨーク州ママロネツ ク、シヨー・アクレス535番地 (72)発明者 ジヨン・・ジエームズ・リツコ アメリカ合衆国ニユーヨーク州モンテ・キ スコ、ハイ・リツヂ・ロード70番地 (72)発明者 ジヨージ・ジヨン・サクセンメイヤー、ジ ユニア アメリカ合衆国ニユーヨーク州アパラチ ン、バートン・ロード（番地なし) (72)発明者 ジヨージ・フレデリツク・ワーカー アメリカ合衆国ニユーヨーク州ニユーヨー ク、アパートメント11ケー、ヨーク・アベ エニユー1540番地 (56)参考文献 特公 昭62−49705（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭51−6694（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許2461980（ＵＳ，Ａ) 米国特許3526867（ＵＳ，Ａ) 米国特許3725844（ＵＳ，Ａ) 西独国特許公開2816328（ＤＥ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに向き合う方向に結合力を加えること
   により、電気的に結合される第１及び第２の対向配置さ
   れた接点部材を有する電気接続部材であって、 前記第１及び第２接点部材は、それぞれ平坦な導電性部
   分を有し、 前記第１接点部材は、前記平坦な導電性部分の表面に一
   体的に配設され、かつ前記第２接点部材に向かって突き
   出る縦横比が１より大きな複数の導電性指状突起部材を
   有し、 前記第２接点部材は、軟質で、前記第１接点部材をその
   中に押し込むことができる導電性の材料である、 ことを特徴とする電気接続部材。
2. 【請求項２】前記第２接点部材は、鉛−スズ共融はんだ
   又は金である請求項１記載の電気接続部材。