專利名稱：撳鈕電極及其連接方法和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體安裝用的電極和柔性印刷電路(flexible printedcircuit)(以下也稱為[FPC])連接用的電極。特別涉及適用于安裝插入型半導(dǎo)體插件(以下也稱為[連接])的電極或用于連接FPC的電極。
背景技術(shù)：
為了放置半導(dǎo)體保護(hù)其與外部環(huán)境隔開，并把其安裝在基板等上，使用半導(dǎo)體插件(以下簡(jiǎn)稱為[插件]。半導(dǎo)體插件根據(jù)往基板上安裝的方法分為表面安裝型和插入安裝型。
作為表面安裝型插件例如有BGA(Ball Grid Array)。在插件的底面上按一定間隔成格子狀并列焊球。直接在基板表面上的錫焊的圖形(安裝小塊)上通過錫焊進(jìn)行安裝。而作為插入安裝型插件，例如有PGA(Pin GridArray)。把從插件主體垂直取出的銷電極插入基板的插座電極中進(jìn)行安裝。在今天隨著半導(dǎo)體的高集成化、高速化和電子設(shè)備的小型化，要求半導(dǎo)體的高密度安裝和小型化。
表面安裝型插件能夠使基板表面進(jìn)行錫焊的圖形和焊點(diǎn)細(xì)微化，能在基板的兩面安裝，故具有容易實(shí)現(xiàn)高密度的結(jié)構(gòu)。但是，表面安裝型插件由于底面在基板上進(jìn)行錫焊，不能一下撕掉安裝的插件。假設(shè)要撕掉，必須加熱，使焊錫熔化，存在對(duì)設(shè)備自身造成不好的影響，由于焊球變形不能再安裝的問題。
插入安裝型插件在結(jié)構(gòu)上可以使輸入輸出用的銷電極具有多個(gè)銷，也能拆裝插件。但是，由于插入銷電極的插座電極是用機(jī)械加工制造的，插座電極很難小型化。因此，500μm～1mm的銷節(jié)距是極限。另外，由于用機(jī)械加工制造，尺寸的偏差也大，為了得到可靠的電接觸，厚度至少需要1mm左右。
另一方面，在FPC的連接中，當(dāng)相互連接FPC或連接FPC與印刷電路基板等基板等時(shí)，使用用樹脂制的殼覆蓋由沖切形成的電極的接插件。但是，在FPC接插件中由于對(duì)用機(jī)械加工的電極尺寸的細(xì)微化有限制，并且要確保殼的機(jī)械強(qiáng)度，故存在很難實(shí)現(xiàn)接插件的小型化和端子節(jié)距窄小的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能拆裝插件或FPC的高密度連接用電極。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明的撳鈕電極具有剖面是圓形或多邊形筒狀環(huán)和在環(huán)內(nèi)與環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極。通過把插入安裝型插件或FPC的銷電極用板簧電極夾住與基板或FPC連接。撳鈕電極最好用鎳或鎳合金、銅或銅合金制成。也可以用貴金屬或?qū)щ娦越痄撌愄窟M(jìn)行涂敷。
本發(fā)明的撳鈕電極的連接方法是連接具有剖面是圓形或多邊形筒狀環(huán)和在環(huán)內(nèi)與環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極的撳鈕電極的連接方法。其借助金進(jìn)行超聲波連接或用錫焊把撳鈕電極只是環(huán)部與基板電極或FPC的電極連接。
本發(fā)明的撳鈕電極的使用方法是使用具有剖面是圓形或多邊形筒狀環(huán)和在環(huán)內(nèi)與環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極的撳鈕電極的使用方法，通過用板簧電極夾住插入安裝型插件或FPC的銷電極與基板或FPC連接。


圖1A和圖1B是表示本發(fā)明的撳鈕電極的使用方法的立體圖；圖2A～圖2L是表示本發(fā)明的撳鈕電極的形狀的剖面圖；圖3A～圖3E和圖4A～圖4G是表示本發(fā)明的撳鈕電極的制造方法的工序圖；圖5是表示本發(fā)明的撳鈕電極的連接方法的立體圖。
具體實(shí)施例方式
(撳鈕電極)本發(fā)明的撳鈕電極典型的如圖1A或圖1B所示，由環(huán)11a和板簧電極11b組成。該撳鈕電極11與設(shè)在印刷電路基板等基板上的基板電極12或FPC上的電極連接。在使插入安裝型插件或FPC與基板或其它的FPC連接時(shí)，通過用板簧電極11b夾住插入安裝型插件或FPC的銷電極13進(jìn)行?，F(xiàn)有的PGA用插件用塑料殼保護(hù)電極，但該結(jié)構(gòu)在細(xì)微化方面有限制。本發(fā)明的撳鈕電極通過在板簧電極周圍使保護(hù)電極的環(huán)形成一體，實(shí)現(xiàn)微小尺寸。
在用板簧電極11b夾住銷電極13的狀態(tài)下，例如，如圖1A所示，把銷電極13沿箭頭方向向由板簧電極11b形成的間隙14插入，處于用板簧電極11b夾住銷電極13的狀態(tài)。又如圖1B所示，在把銷電極13插入環(huán)11a中后，向箭頭方向偏移，使移動(dòng)到由板簧電極11b形成的間隙14中的銷電極13處于用板簧電極11b夾住的狀態(tài)。
本發(fā)明的撳鈕電極在使插入安裝型插件或FPC與基板或FPC連接時(shí)可以有效地使用。例如可以在把插入安裝型插件安裝在印刷電路基板等基板上的狀態(tài)、使FPC與基板連接的狀態(tài)、使插入安裝型插件與FPC連接的狀態(tài)或使FPC與其它的FPC連接的狀態(tài)下使用。
環(huán)是剖面為圓形或多邊形的筒狀體。所謂剖面為圓形或多邊形是指用與長(zhǎng)度方向垂直的面剖切筒狀的環(huán)時(shí)的剖面為圓形或多邊形。另外，所謂剖面是圓形，不只是完全的圓形，也包括與圓形近似的形狀，如包括橢圓形和圓周部分變形的等的形狀。所謂多邊形是指例如四邊形或六邊形，但不限于正多邊形，也包括邊的長(zhǎng)度不同的形狀。圖2A～圖2F表示環(huán)21a是圓形的例；圖2G～圖2L表示環(huán)21a是六邊形的例。
在環(huán)內(nèi)至少有一個(gè)板簧電極。通過設(shè)置板簧電極，可以夾住插入型插件等的銷電極，與基板等連接得到電或機(jī)械的連接。另外，板簧電極與環(huán)連接。通過與環(huán)連接，在制造撳鈕電極時(shí)保護(hù)板簧電極，同時(shí)，即使在連接等時(shí)，在插入銷電極時(shí)也可以使加在板簧電極上的負(fù)荷分散到環(huán)上，保護(hù)板簧電極。在圖2A～圖2c、圖2F、圖2G～圖2I及圖2L中，表示撳鈕電極21具有環(huán)21a和兩個(gè)板簧電極21b的例。而圖2D、圖2E、圖2J及圖2K中表示撳鈕電極21具有環(huán)21a和一個(gè)板簧電極21b及在環(huán)21a的上半部由電極材料組成的填充物21c的例。形成嵌合銷電極的間隙24除如圖2A所示，位于環(huán)21a的中央部的狀態(tài)外，本發(fā)明也包括如圖2F所示間隙24位于稍微偏離環(huán)21a的中央部的狀態(tài)。
(撳鈕電極的制造方法)本發(fā)明的撳鈕電極最好用包括由光刻法形成樹脂模的工序和在樹脂模中通過電鑄形成金屬材料層的工序的方法制造。在插入型插件等的連接中使用的插座電極由于用機(jī)械加工的方法制造不能小型化，即使小的也是外徑為500μm～1mm、厚度為1mm左右的大小。該尺寸在半導(dǎo)體的高密度連接中有限制。由于本發(fā)明的撳鈕電極通過使用光刻法和電鑄組合的方法制造可以作成外徑為50μm～500μm、厚度為50μm～1mm左右的小尺寸，故能高密度地連接。另外，由于是插入型插件等的連接用電極，所以能夠進(jìn)行插件的拆裝。進(jìn)而能使連接板簧電極與用于保護(hù)板簧電極的環(huán)構(gòu)成的撳鈕電極作成一體而容易制造，而不必組裝。
撳鈕電極的制造方法，如圖3所示，首先在導(dǎo)電基板31上形成用于光刻的樹脂層32。作為導(dǎo)電性基板例如可以使用銅、鎳、不銹鋼等金屬制基板，或者使用濺射鍍鈦、鉻等金屬材料的硅基板等。作為形成樹脂層的材料，有聚甲基異丁烯酸甲酯(PMMA)等以聚甲基異丁烯酸酯為主要成份的樹脂材料、對(duì)X線有感光性的化學(xué)增幅型樹脂材料等。樹脂層的厚度可以根據(jù)要形成的撳鈕電極的高度任意設(shè)定。例如可以作成50μm～1mm。撳鈕電極通過確保某一程度的高度，在插入銷電極時(shí)，可以擦掉附著在電極表面的污垢收到可靠的電連接效果(摩擦接觸效果)。
接著，在導(dǎo)電性基板31上配置掩膜33，通過掩膜33照射X線34(或紫外線)。作為X線，在可以實(shí)現(xiàn)縮影比這一點(diǎn)上最好是同步加速器放射的X線(以下簡(jiǎn)稱為“SR光”)。掩膜33具有對(duì)應(yīng)撳鈕電極規(guī)定的圖形形成的X線吸收層33a。構(gòu)成撳鈕電極的環(huán)的形狀例如在對(duì)比圓形和六邊形時(shí)，在掩膜上配置可以更高效這一點(diǎn)上，六邊形比圓形好。在構(gòu)成掩膜33的透光性基材33b上可以使用如氮化硅、硅、金鋼石、鈦等。另外，在X線吸收層33a上可以使用如金、鎢、鉭等重金屬或其化合物。在照射X線34后，顯影，除去用X線34變質(zhì)的部分32a就可以得到圖3B所示的樹脂膜32b。
接著，進(jìn)行電鑄，如圖3C所示，在樹脂模32b的空孔部中堆積金屬材料35。所謂電鑄是指用金屬離子溶液在導(dǎo)電性基板上形成金屬材料層。通過把導(dǎo)電基板31作為電鍍電極進(jìn)行電鑄可以把金屬材料35堆積在樹脂模32b的空孔部中，由堆積的金屬材料35組成的層最終成為撳鈕電極。作為金屬材料可以使用鎳、銅、金和這些金屬的合金、或坡莫合金等，但在插件等的銷電極插入時(shí)及插入后機(jī)械強(qiáng)度大這一點(diǎn)和作為電極導(dǎo)電性強(qiáng)這一點(diǎn)上最好是鎳、銅、鎳合金或銅合金。
電鑄后，通過研磨或研削使得與規(guī)定的厚度一致后，用液體腐蝕或等離子體腐蝕除掉樹脂模32b(圖3D)。接著，用酸或堿進(jìn)行液體腐蝕或進(jìn)行機(jī)械加工除掉導(dǎo)電性基板31就得到圖3E所示的撳鈕電極。
作為用于制造本發(fā)明的撳鈕電極的另一種方法，可以使用包括用模具形成樹脂模的工序和在樹脂模中通過電鑄形成金屬材料層的工序的方法。使用這種方法，也可以制造外徑為50μm～500μm、厚度為50μm～1mm的小尺寸的撳鈕電極。該撳鈕電極具有連接板簧電極和用于保護(hù)板簧電極的環(huán)的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的高密度連接。還可以作為插入安裝型插件或FPC用的電極使用，且插件或FPC可以拆裝。
首先，如圖4所示，使用有凸部模具42通過壓或射出成型等方式形成圖4B所示的凹狀樹脂體43。作為樹脂，可以使用如聚甲基異丁烯酸酯等丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、聚氧化甲基等的聚縮醛樹脂等熱可塑性樹脂。模具42與本發(fā)明的撳鈕電極一樣，由于是微小結(jié)構(gòu)體，最好用光刻法制造。
接著，如圖4C所示，使樹脂體43上下反轉(zhuǎn)后，貼在導(dǎo)電性基板41上。接著，如圖4D所示，研磨樹脂體43，形成樹脂模43a。此后，與上述一樣，通過電鑄堆積金屬材料45(圖4E)，調(diào)整厚度后，除掉樹脂模43a(圖4F)，并除掉導(dǎo)電性基板41，可以得到圖4G所示的撳鈕電極。
在提高電接觸性和耐腐蝕性這一點(diǎn)上，撳鈕電極最好是用金、鈀或白金等貴金屬形成鍍層的形態(tài)。通過筒鍍可以很容易地用金等使撳鈕電極的表面形成鍍層。另外，撳鈕電極在提高耐磨耗性這一點(diǎn)上最好用導(dǎo)電的金鋼石類炭作成涂層。通過用金鋼石類炭作成涂層，在撳鈕電極的表面形成具有金鋼石狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的炭膜。
(撳鈕電極的連接方法)本發(fā)明的撳鈕電極的連接方法通過金進(jìn)行超聲波連接，或通過錫焊把所述撳鈕電極的只是環(huán)部分與基板電極或FPC的電極連接。通過把撳鈕電極的只是環(huán)部分連接在基板電極或FPC的電極上，在基板電極或FPC的電極與板簧電極之間制造間隙，在插入銷電極時(shí)可以使板簧電極的動(dòng)作平滑地進(jìn)行。例如為了只使撳鈕電極的環(huán)部分與基板電極連接，如圖5所示，準(zhǔn)備在與撳鈕電極51的環(huán)51a接觸的部分有凸部52a的基板電極52，使該基板電極52和撳鈕電極51連接。而作為另一例，在基板電極中，只在與撳鈕電極的環(huán)接觸的部分進(jìn)行錫焊，使兩者連接。
作為連接方法，在可以得到高導(dǎo)電性和足夠的連接強(qiáng)度這一點(diǎn)上最好是通過金進(jìn)行超聲波連接的方法或用錫焊連接方法。超聲波連接法是在固態(tài)下邊使接觸面加壓，邊利用超聲波施加振動(dòng)，利用其能量破壞吸附膜等進(jìn)行連接的方法，其在短時(shí)間內(nèi)可以得到強(qiáng)力連接這方面最好。超聲波的振動(dòng)次數(shù)最好是10kHz～1000kHz，若是10kHz～100kHz更好。若小于10kHz，很難充分破壞吸附層；若大于1000kHz，由于成為高能量，恐怕會(huì)產(chǎn)生破損。加壓條件最好是0.01MPa～100MPa，若是0.01MPa～50MPa更好。若小于0.01MPa，接觸界面的附近很難發(fā)生塑性變形，難以得到足夠的連接強(qiáng)度；若大于100MPa，電極變形，恐怕會(huì)產(chǎn)生破損。在超聲波連接時(shí)，為了得到足夠的導(dǎo)電性和連接強(qiáng)度，最好在撳鈕電極和基板電極雙方鍍金后進(jìn)行。
(撳鈕電極的使用方法)本發(fā)明的撳鈕電極的使用方法通過用上述的撳鈕電極的板簧電極夾住插入安裝型插件或FPC的銷電極與基板或FPC連接。根據(jù)這種使用方法可以進(jìn)行插件的拆裝，并可以實(shí)現(xiàn)高密度的連接。
實(shí)施例1首先，如圖3A所示，在導(dǎo)電性基板31上形成用于光刻的樹脂層32。作為導(dǎo)電性基板使用了濺射鍍鈦的硅基板。作為形成樹脂層的材料使用甲基異丁烯酸酯和甲基異丁烯酸的共聚合體，樹脂層的厚度作成100μm。
接著，在導(dǎo)電性基板31上配置掩膜33，通過掩膜33照射X線34。作為X線，用SR(NIJI-III)裝置照射SR光。掩膜33使用具有由規(guī)定的撳鈕電極的圖形組成的X線吸收層33a的材料。構(gòu)成掩膜33的透光性材料33b由氮化硅組成，X線吸收層33a使用由氮化鎢制成的材料。
在照射X線34后，只要用甲基異丁基酮顯影，除掉由X線34產(chǎn)生的變質(zhì)的部分32a，就可以得到圖3B所示的樹脂模32b。接著進(jìn)行電鑄，如圖3C所示，在樹脂模32b的空孔部堆積金屬材料35。作為金屬材料使用鎳。
電鑄后，研磨除掉表面的凹凸后，用氧等離子體除掉樹脂模32b(圖3D)，接著用NaOH水溶液進(jìn)行濕腐蝕，除掉導(dǎo)電性基板31，得到圖3E所示的貫通狀態(tài)的撳鈕電極。
如圖5所示，得到的撳鈕電極51具有剖面為圓形的筒狀的環(huán)51a，在環(huán)51a內(nèi)有兩個(gè)板簧電極51b。板簧電極51b的兩端與環(huán)51a連接。該環(huán)51a的外徑為200μm，高為100μm。
如圖5所示，在與撳鈕電極51的環(huán)51a連接的部分備有具有凸部52a的基板電極52，在撳鈕電極51和基板電極52上用筒鍍作成金鍍層后，在印刷電路基板(圖中未示出)上安裝基板電極52。最后使撳鈕電極51的環(huán)51a與基板電極52的凸部52a重迭，進(jìn)行超聲波連接(50kHz、30MPa)。同樣地操作，在印刷電路基板上安裝30組撳鈕電極和基板電極。
在得到的印刷電路基板上安裝銷節(jié)距為250μm的PGA。如圖1A所示，沿著箭頭的方向向板簧電極11b形成的間隙14插入銷電極13，用板簧電極11b夾住銷電極13進(jìn)行安裝。結(jié)果，可以得到電和機(jī)械的連接，另外，PGA是可拆裝的。在本實(shí)施例，撳鈕電極的外徑為200μm，但由于也可以制造外徑為50μm左右的撳鈕電極，顯然也可以進(jìn)一步高密度地安裝。
實(shí)施例2代替圖5所示的撳鈕電極51，除作成圖1B所示的撳鈕電極11外，與在得到的印刷電路基板上安裝銷節(jié)距為250μm的PGA。如圖1B所示，把銷電極13插入環(huán)11a后，向箭頭的方向錯(cuò)開，把移動(dòng)到板簧電極11b形成的間隙14中的銷電極13用板簧電極11b夾住進(jìn)行安裝。結(jié)果可以得到電和機(jī)械的連接，另外，PGA也能拆裝。
可以認(rèn)為現(xiàn)公開的實(shí)施方式和實(shí)施例在所有方面都是示例而不是限制。本發(fā)明的范圍不由上述的說明而是權(quán)利要求書所示，包括在和權(quán)利要求均等的意義及范圍內(nèi)的所有變更。
根據(jù)本發(fā)明可以提供一種插件或FPC可拆裝的高密度連接的電極，該電極很小且尺寸誤差小，不需要組裝。
權(quán)利要求
1一種撳鈕電極，其包括剖面是圓形或多邊形的筒狀環(huán)(11a)和在該環(huán)內(nèi)與該環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極(11b)，其特征在于，通過把插入安裝型插件或柔性印刷電路的銷電極(13)用所述板簧電極(11b)夾住，與基板或柔性印刷電路連接。
2如權(quán)利要求1所述的撳鈕電極，其特征在于，所述撳鈕電極(11)由鎳或鎳合金制成。
3如權(quán)利要求1所述的撳鈕電極，其特征在于，所述撳鈕電極(11)由銅或銅合金制成。
4如權(quán)利要求1所述的撳鈕電極，其特征在于，所述撳鈕電極(11)用貴金屬或?qū)щ娦缘慕痄撌愄窟M(jìn)行涂敷。
5一種撳鈕電極的連接方法，其連接具有剖面是圓形或多邊形的筒狀環(huán)(11a)和在該環(huán)內(nèi)與該環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極(11b)的撳鈕電極(11)，其特征在于，借助金進(jìn)行超聲波連接或用錫焊把撳鈕電極(11)只是所述環(huán)部(11a)與基板電極(12)或柔性印刷電路的電極連接。
6一種撳鈕電極的使用方法，其使用具有剖面是圓形或多邊形的筒狀環(huán)(11a)和在該環(huán)內(nèi)與該環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極(11b)的撳鈕電極(11)，其特征在于，通過把插入安裝型插件或柔性印刷電路的銷電極(13)用所述板簧電極(11b)夾住，與基板或柔性印刷電路連接。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能拆裝插件或FPC的高密度連接用電極。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明的撳鈕電極(11)具有剖面是圓形或多邊形的筒狀環(huán)(11a)和在環(huán)內(nèi)與環(huán)連接的至少一個(gè)板簧電極(11b)。通過把插入安裝型插件或FPC的銷電極(13)用板簧電極(11b)夾住與基板或FPC連接。該撳鈕電極(11)最好用鎳或鎳合金，或銅或銅合金制成。也可以用貴金屬或?qū)щ娦缘慕痄撌愄窟M(jìn)行涂敷。
文檔編號(hào)H01R13/03GK1620741SQ0380259
公開日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者羽賀剛 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社