CN101110509A - Ic插座和ic封装安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开IC插座和IC封装装配安装器件安装装置。本发明的一个方面在于：IC插座，其包括：多个触点，每个触点包括通过围绕着绕轴缠绕导电材料形成的弹簧和设置在该弹簧两端上的臂，该弹簧具有至少1圈的有效绕数；和包括与多个触点相同数目的孔的外壳，在该弹簧在绕轴的方向上被压缩的状态，每个孔具有插入其中的一个触点，以允许该弹簧中的相邻线圈部分彼此接触并且导电。

Description

IC插座和IC封装安装装置
相关申请的交叉引用
本申请基于和要求2006年7月21日申请的在先日本专利申请No.P2006-199538的优先权的权益；其全部内容作为参考包含在这里。
技术领域
本发明涉及一种集成电路(IC)插座，更具体地，涉及一种IC插座和用于将IC封装安装到印刷电路板上的IC封装安装装置。
背景技术
已经研究了用插座将IC封装例如中央处理单元(CPU)或大尺寸集成电路(LSI)安装到印刷电路上的技术很长时间。用来在平面栅格阵列(LGA)封装或球栅格阵列(BGA)封装中安装CPU的IC插座被嵌入许多个人计算机和母板中。
为了改进CPU的功能和性能，引脚数目和处理速度日益增加。随着CPU引脚数目和处理速度的增加，已经改善了IC封装以具有更大的尺寸和更细的间距，并且为了支持这种已经具有更多引脚数目的CPU，也已经类似地改善了IC插座。为了用于支持更多引脚数目的IC插座尺寸的增加，增加了IC封装的灵活量以及其接触焊盘和球的高度变化。因而，IC插座也需要对应于这种增加，并且需要具有能够确保IC插座的接触冲程(stroke)的结构。其间，应该用可能存在的最简单的结构实现对细小间距的支持，并且希望的结构是其中IC封装以短距离连接到印刷电路板的结构。而且，为了增加CPU的速度，接触具有低阻抗是重要的。这里，对应由于更高速所消耗的电流的增加，还期望实现高的可允许电流。
现在用于LGA封装的插座的主流是对应于以大约1mm间距的400到800个引脚的封装，其中具有通过杂乱地弯曲金属板形成给定形状的触点的结构，以便触点被插入到IC插座的外壳中。
然而，配置以将触点插入到IC插座外壳内的结构使用片簧。因而，当增加弹簧的长度以增加IC插座的冲程时，该弹簧会接触邻近的引脚。换句话说，该IC插座具有当间距变得更细时不能增加接触冲程的问题。
作为即使在更细间距的情况下用于增加接触冲程的对策，有如下公开，其中扭簧用于触点。当扭簧用于触点时，为了在由材料决定的允许应力范围内实现需要的力矩和冲程，可以调节各种参数，例如线径、平均绕组半径、有效绕数或臂长。因而，扭簧比简单的片簧提供更大的设计自由度，并且能够实现需要的材料特性。
然而，对于在使用扭簧作为触点的情况下的电特性，由于由扭簧的螺旋结构导致的高电感值，该扭簧会阻碍IC的高速工作。
发明内容
本发明的一个方面在于：一种IC插座，包括：多个触点，每个触点包括通过围绕着绕轴缠绕导电材料形成的弹簧和设置在该弹簧两端上的臂，该弹簧具有至少1圈的有效绕数；和包括与多个触点相同数目的孔的外壳，在该弹簧在绕轴的方向上被压缩的状态，每个孔具有插入其中的一个触点，以允许该弹簧中的相邻线圈部分彼此接触并且导电。
本发明的另一个方面在于：一种IC封装安装装置，包括：IC封装、配置以安装IC封装的印刷电路板，和IC插座，该IC插座包括：多个触点，每个触点包括通过围绕着绕轴缠绕导电材料形成的弹簧和设置在该弹簧两端上的臂，该弹簧具有至少1圈的有效绕数；和具有与多个触点相同数目的孔的外壳，在该弹簧在绕轴的方向上被压缩的状态中，每个孔具有插入其中的一个触点，以允许该弹簧中的相邻的线圈部分彼此接触且导电；以及该IC插座被布置在IC封装和印刷电路板之间，以通过触点将IC封装连接到印刷电路板。
附图说明
图1A是根据本发明第一实施例的集成电路(IC)插座的平面示意图，图1B是根据本发明第一实施例的IC插座的截面示意图。
图2A是图1A的部分放大图，图2B是图1B的部分放大图。
图3A和3B是用于说明根据本发明第一实施例的触点的压缩的图。
图4A和4B是用于示出根据本发明第一实施例的触点的导电路径的第一示范性图。
图5A和5B是用于示出根据本发明第一实施例的触点的导电路径的第二示范性图。
图6A和6B是用于示出根据本发明第一实施例的触点的导电路径的第三示范性图。
图7A至7C是示出根据本发明第一实施例的IC插座的装配操作的过程示意图。
图8是示出在根据本发明第一实施例的IC插座装配操作之后的IC封装安装装置的图。
图9是示出通过使用根据本发明第一实施例的IC插座配置以将IC封装安装在印刷电路板上的IC封装安装装置的第一视图。
图10是示出通过使用根据本发明第一实施例的IC插座配置以将IC封装安装在印刷电路板上的IC封装安装装置的第二视图。
图11A是根据本发明第二实施例的IC插座的平面示意图，图11B是根据本发明第一实施例的IC插座的截面示意图。
图12是示出根据本发明另一实施例的IC插座的尖端状臂的第一视图。
图13是示出根据本发明另一实施例的IC插座的尖端状臂的第二视图。
图14是示出根据本发明另一实施例的IC插座的尖端状臂的第三视图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的各个实施例。要注意，在整个图中对相同或相似的部件和元件应用相同或相似的附图标记，并且将省略或简单化相同或相似部件和元件的说明。
在以下描述中，提出了许多具体细节例如具体的信号值等以提供本发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，没有这种具体细节也可实施本发明。
(第一实施例)
如图1A和1B所示，根据本发明第一实施例的集成电路(IC)插座包括多个触点1和提供有与多个触点1相同数目的孔的外壳20。图1B是沿着图1A的线A-A′的截面图。
如图2A和2B所示，每个触点1都包括通过在具有有效绕数为至少1圈的绕轴周围缠绕导电材料形成的弹簧12和设置在弹簧12两端上的臂。弹簧12在绕轴方向上的长度等于在如图3A所示的正常未压缩状态下的长度X。其间，弹簧12的长度等于如图3B所示的压缩状态下的长度Y。当弹簧12压缩到长度Y时，电流传导路径变为从臂10的一侧到臂10的另一侧的最短距离，如图4A和4B中的箭头所示。当弹簧12没有被压缩到长度Y时，沿着弹簧12的绕组进行导电并且因此增加了电感值。
在下面将示出弹簧12没有压缩到长度Y的状态下触点1的电感值L′的计算值。如图3A所示，在弹簧12没有压缩到长度Y的状态下触点1的电感值L′等于臂10的电感值L1和电感值L2之和，其由以下表示：
L’＝L1+L2    (1)
假设弹簧12的平均绕组半径为r，有效绕数为N，线圈(弹簧12)的宽度为W，空气的导磁率为μ0，以及Nagaoka系数为K，参考图5A和5B，则弹簧的电感值L1由以下表示：
L1＝(K·μ0·π·r2·N2)/W    (2)
其间，参考图5B，假设臂10的丝径为d且臂10的长度为1，则臂10的电感值L2由以下表示：
L2＝μ0·1/2·[log(4·1/d)-3/4]    (3)
在这里，当作为具体实例对该等式(2)分配平均绕组半径r为2.5×10-4m、有效绕数为3.0、线圈宽度W为6.4×10-4m、空气的导磁率μ0为1.3×10-6Hm和Nagaoka系数K为7.1×10-1时，电感值L1被计算为2.5nH。而且，当作为具体实例对等式(3)分配空气的导磁率μ0为1.3×10-6Hm和丝径d为2.0×10-4m时，电感值L2被计算为0.34nH。对等式(1)分配从等式(2)和(3)计算出的电感值L1和L2，电感值L′被计算为208nH。近年来，作为IC插座规格容许的电感值在1.0nH左右。假设由扭簧制成的弹簧12的电感值L1等于2.5nH，通过在该具体实例对计算公式分配上述值，扭簧的弹簧12的电感值L1成为问题是显而易见的。
接下来，将计算在压缩弹簧12满足如图3B所示的长度Y的情况下的触点1的电感值L。当压缩弹簧12以满足长度Y时，触点1的传导会不顾如由图4A和4B中的箭头表示的线圈部分。因此，用于计算电感值L的模型为如图6A和6B所示。也就是，在该情况下，仅需要考虑构成臂10的直线部分和弹簧12的弯曲部分，而不考虑弹簧的线圈部分12。因此，当压缩弹簧12以满足长度Y时触点1的电感值L由如下表示：
L＝μ0·1/2·[log(4·(1+2rπ·N/d)-3/4)    (4)
在这里，当用于获得上述的电感值L′分配的相同值，也就是，作为具体实例对等式(4)分配空气的导磁率μ0为1.3×10-6Hm、平均绕组半径r为2.5×10-4m、Nagaoka系数K为7.1×10-1和线径d为2.0×10-4m时，电感值L1被计算为0.43nH。该值满足近年来作为IC插座规格容许的电感值。这种减小电感值的效果仅需要弹簧12的线圈部分彼此接触且因此在最短的距离传导的条件。换句话说，该部分不必固定。因此，触点1从机械角度可以作为扭簧工作并且通过调节有效绕数、臂10的长度、线径和平均绕组半径可以获得所需的力矩和冲程。
至于触点1，能够使用用于金属电镀的金属材料例如铜合金或不锈钢、或弹性非金属材料例如橡胶或合成树脂以获得传导性。金属电镀工艺可以是镀铜(Cu)、镀镍(Ni)、镀金(Au)等。而且，当使用由在镀Ni表面上镀Au而形成的镀Ni/Au时，利用镀Ni能够增加机械强度以及增强传导性，同时以镀Au减小接触电阻。
当制造触点1时，电镀的效果根据触点1的几何形状而变化。在这里，在下面将描述在电镀工艺中根据触点1的几何图形变化的电镀效果。
在第一方法中，当触点1仍是线杆(wire rod)时执行电镀工艺。简而言之，就是在弹簧12形成为弹簧状之前执行电镀工艺的方法。在该情况下，由于电镀整个线杆，所以在形成弹簧12之前在线杆的状态下电镀压缩弹簧12时彼此接触的弹簧12的线圈部分。这在电感值减少时是有利的。然而，由于电镀工艺代替线杆形式，所以没有电镀形成触点1之后的切割表面且需要另外的对策。
在第二方法中，在形成触点1的弹簧12和处理尖端形状之后执行电镀工艺。由于对完成的触点1进行电镀，所以还电镀了尖端上的切割表面。然而，由于在缠绕线杆以形成弹簧12之后执行电镀工艺，所以难以在压缩弹簧12时彼此接触的弹簧12的线圈部分上进行有效地电镀。因此，必须寻找确保均匀电镀的方式。
在第三方法中，当触点1仍是线杆时执行电镀工艺，形成触点1的弹簧12并且在处理尖端形状之后执行另一电镀工艺。根据该方法，能够在尖端的切割表面以及压缩弹簧12时彼此接触的线圈部分上实现充分的电镀，并由此确保性能。然而，另外的电镀工艺产生另外的操作和成本。
触点1的截面形状优选地形成为圆形或矩形。通过形成具有圆形或矩形截面形状的触点1，更容易形成扭簧。
如图2A和2B所示，该外壳包括触点插入孔22，其每个都配置以允许在该状态插入触点1以使得弹簧12在绕轴方向上压缩从而使得弹簧12的线圈部分彼此接触并由此在最短的距离实现传导。设计触点插入孔22的宽度为用于压缩触点1的弹簧12和容许弹簧12的线圈部分彼此接触以在最短的距离获得传导的适当宽度。优选地在接触孔22的内部提供突起形式的制动器(stopper)24以防止插入的触点1脱落。
在接触插入孔22中插入触点1的典型方法是在弹性变形的容许范围内使触点1变形并且将触点推进接触插入孔22中。可选地，存在垂直地分开外壳20和在将触点1放置在它们之间之后使外壳20的分离片结合在一起的另一方法。
接下来，将参考图7A至7C描述根据本发明第一实施例的IC插座的装配操作。
首先，如图7A所示，在IC封装40例如CPU或LSI和用于安装IC封装40的印刷电路板30之间设置IC插座。印刷电路板30进一步嵌入包括电阻器和电容器的电子部件，并且通过连接这些电子部件构成电子电路。接下来，如图7B所示，通过使印刷电路板30和IC封装40之间的间隙变窄，容许IC插座上的臂10接触印刷电路板30的端子(焊盘)32和IC封装40的端子(焊盘)42。接下来，如图7C所示，通过使印刷电路板30和IC封装40之间的间隙进一步变窄，容许在IC插座上臂10的尖端在印刷电路板30的焊盘32上和IC封装40的焊盘42上刮擦和移动。此时，臂10的尖端、印刷电路板30的焊盘32的表面和IC封装42的焊盘42的表面彼此刮擦。因此，能够获得擦抹效果以移除焊盘32和42表面上形成的氧化膜。通过该擦抹影响，每次装配IC插座，新的金属表面可以彼此接触。因此，能够保持接触电阻低。而且，在如图7C所示IC插座完全装配的状态下，臂10的角度变形并且因此产生力矩。这些力矩会带来接触压力和装配必需的冲程。
图8示出了在图7A至7C中示出的IC插座装配操作之后的IC封装安装装置。通过在IC封装40和用于安装IC封装40的印刷电路板30之间设置IC插座，IC封装安装装置通过触点1将IC封装40连接到印刷电路板30。在图8所示的IC封装安装装置中，外壳20垂直地分开成两片。而且，用于设置IC封装40的外壳20上的位置提供有台阶以允许定位IC封装40。
图9和图10示出了配置以通过使用根据本发明第一实施例的IC插座，将IC封装40安装在印刷电路板30上的IC封装安装装置的实例。
将外壳导杆(housing guide)26装配到图9所示的安装装置的印刷电路板30上。通过使用底板52和扣件例如螺杆固定外壳导杆26。当在印刷电路板30上安装IC插座时，外壳导杆26定位IC插座的外壳20。在邻接IC插座的触点1的IC封装40附近设置用于释放从IC封装40产生的热量的散热片50。通过利用扣件例如螺杆固定凸起部54，可以将散热片50定位和安装在印刷电路板30上。
图10所示的安装装置与图9中所示的安装装置的不同之处在于，在印刷电路板30上没有提供外壳导杆26。由于没有外壳导杆26，所以布置外壳20的设计用于通过使用扣件例如螺杆实现到印刷电路板30的固定。该器件的其它特征与图9中所示的安装装置基本相似，并且将在这里省略重复说明。
根据图9和图10所示的第一实施例的IC插座采用包括能够双面接触的触点1的结构。因此，为了维护的目的，能够与外壳20一起替换触点1。在维护图9所示的安装装置时，首先解开用于固定散热片50的扣件，然后拆卸IC封装40，以及替换IC插座。其间，在维护图10所示的安装装置时，首先解开用于固定散热片50的扣件，然后拆卸IC封装40，然后解开用于固定外壳20的扣件，以及替换IC插座。在其中操作稳定性重要的服务使用中规则地进行该维护。为此，根据第一实施例的IC插座可应用于该服务使用。当图9中所示的安装装置与图10中所示的安装装置作比较时，在图9的安装装置的情况下在拆卸散热片50之后同时拆卸IC封装40和IC插座。因此，优选地提供如图9所示的外壳导杆26，直至安装空间可用。
如上所述，根据第一实施例的IC插座，通过使用扭簧作为触点，能够调节包括线径、平均绕组半径、有效绕数和臂长度的多种参数，而不会导致产率下降。因此，更容易改进设计自由度和满足所需的机械特性。而且，当压缩弹簧12被插入接触插入孔22中时，弹簧12的线圈部分彼此接触并且以最短的距离导电以实现低电感值的连接。因此，该IC插座对应于更多引脚、更细间距、更大电流和更高速度的IC封装需求。而且，触点1应用使得能够借助扭簧实现双面接触的结构。由此，IC插座能被容易地替换并且在服务使用必需的维护方面具有优良的特征。另外，由于通过擦抹效应移除形成在端子等表面上的氧化膜，能够在新的金属表面之间实现接触并由此保持接触电阻低。
(第二实施例)
如图11A和11B所示，根据本发明第二实施例的IC插座与图2A和2B所示的第一实施例的IC插座的不同之处仅在于，在外壳20上设置外壳盖28以覆盖弹簧12，同时仅允许臂10暴露出。该IC插座的其它特征与第一实施例的IC插座基本相似并且在这里将省略重复说明。
外壳盖28防止触点1脱离触点插入孔22。而且，外壳盖28防止弹簧12在处理时的破坏。尽管外壳盖28仅被设置在图11A和11B中的外壳20的一个表面上，但还能够在其两个表面上提供外壳盖28。
根据第二实施例的IC插座，通过提供外壳盖28能够防止触点1脱落并防止弹簧12的损坏。因此，能够提供IC插座的耐用性和稳定性。
(其它实施例)
尽管已参考某些实施例描述了本发明，但要明白，构成该公开一部分的说明和图将不限制本发明的范围。对于本领域技术人员显而易见的是，从本公开的教导可以进行各个可选的实施例、实例和技术应用。
该实施例公开了触点1的臂10的尖端具有刮擦效果。刮擦效果的最重要的特征是移除金属表面上的氧化膜。在本文中，当尖端形状更尖锐时，能够更有效地移除氧化膜。然而，较尖锐的尖端形状更可能损伤印刷电路板30和IC封装40上的端子。而且，氧化膜的移除程度还根据臂10和端子之间的接触压力程度的设计而变化。在这里，当接触压力高时，能够更有效地移除氧化膜。因此，具有低接触压力的IC插座应装配有具有较尖锐尖端形状的臂10。相反，在具有高接触压力的IC插座的情况下，必需设计尖端形状以不会对端子造成过多的损伤。
因此，优选地设计适当的尖端形状以避免对具有高接触压力的IC插座的端子造成过度的损伤。例如，如图12所示，臂10a的尖端可形成为倒棱形。其间，如图13所示，臂10b的尖端可形成弯曲状。可选地，如图14所示，臂10c的尖端可形成为弯曲状。
在接收到本公开的教导之后，对于本领域技术人员来说可以进行各种修改，而不脱离其范围。

Claims (19)

1.一种IC插座，包括：
多个触点，每个触点包括通过围绕着绕轴缠绕导电材料形成的弹簧和设置在该弹簧两端上的臂，该弹簧具有至少1圈的有效绕数；和
包括与多个触点相同数目的孔的外壳，在该弹簧在绕轴的方向上被压缩的状态中，每个孔具有插入其中的一个触点，以允许该弹簧中的相邻线圈部分彼此接触并且导电。
2.如权利要求1的IC插座，其中，该触点由金属线杆制成。
3.如权利要求1的IC插座，其中，该触点由提供有金属电镀的弹性材料制成。
4.如权利要求1的IC插座，其中，该触点具有圆形截面形状。
5.如权利要求1的IC插座，其中，该触点具有矩形截面形状。
6.如权利要求1的IC插座，其中，该臂的尖端具有倒棱形。
7.如权利要求1的IC插座，其中，该臂的尖端具有弯曲状。
8.如权利要求1的IC插座，其中，该臂的尖端具有曲面状。
9.如权利要求1的IC插座，其中，所述的触点插入的孔提供有用于防止该触点脱落的制动器。
10.如权利要求1的IC插座，其中，该外壳进一步包括用于覆盖弹簧同时仅暴露所述臂的外壳盖。
11.一种IC封装安装装置，包括：
IC封装；
用于安装IC封装的印刷电路板；和
IC插座，该IC插座包括：
多个触点，每个触点包括通过围绕着绕轴缠绕导电材料形成的弹簧和设置在该弹簧两端上的臂，该弹簧具有至少1圈的有效绕数；和
具有与多个触点相同数目的孔的外壳，在该弹簧在绕轴的方向上被压缩的状态中，每个孔具有插入其中的一个触点，以允许该弹簧中的相邻线圈部分彼此接触且导电，以及
该IC插座被布置在IC封装和印刷电路板之间，以通过触点将IC封装连接到印刷电路板。
12.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该印刷电路板进一步包括用于定位IC插座的外壳导杆。
13.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该触点由金属线杆制成。
14.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该触点由提供有金属电镀的弹性材料制成。
15.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该臂的尖端具有倒棱形。
16.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该臂的尖端具有弯曲状。
17.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，该臂的尖端具有曲面状。
18.如权利要求11的IC封装安装装置，其中，所述的触点插入的孔提供有用于防止该触点脱落的制动器。
19.如权利要求11的IC封装装配器件，其中，该外壳进一步包括用于覆盖弹簧同时仅暴露所述臂的外壳盖。
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