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(kāi)，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(guò)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(wèn)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(shù)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)在板簧電極周?chē)贡Ｗo(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(guò)設(shè)置板簧電極，可以?shī)A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(guò)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(shù)脂模的工序和在樹(shù)脂模中通過(guò)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(guò)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(shù)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(shù)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(shù)脂材料、對(duì)X線有感光性的化學(xué)增幅型樹(shù)脂材料等。樹(shù)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(guò)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(guò)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(shù)脂膜32b。
接著，進(jìn)行電鑄，如圖3C所示，在樹(shù)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(guò)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(shù)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(guò)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(shù)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(shù)脂模的工序和在樹(shù)脂模中通過(guò)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(guò)壓或射出成型等方式形成圖4B所示的凹狀樹(shù)脂體43。作為樹(shù)脂，可以使用如聚甲基異丁烯酸酯等丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、聚氧化甲基等的聚縮醛樹(shù)脂等熱可塑性樹(shù)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(shù)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(shù)脂體43，形成樹(shù)脂模43a。此后，與上述一樣，通過(guò)電鑄堆積金屬材料45(圖4E)，調(diào)整厚度后，除掉樹(shù)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(guò)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(guò)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(guò)金進(jìn)行超聲波連接，或通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shù)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(shù)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(shù)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(guò)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(shù)脂模32b。接著進(jìn)行電鑄，如圖3C所示，在樹(shù)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(shù)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(kāi)，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(kāi)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(shuō)明而是權(quán)利要求書(shū)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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