CN109428248B - 插座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有滑擦功能的可表面贴装的插座。本发明的插座(100)能够表面贴装于基板(210)上。插座(100)包括多个触针(110)，各触针(110)由能够接触半导体装置端子的接触部(112)、与该接触部(112)连接的锁定部(116)以及从该锁定部(116)延伸并且能够与形成于基板表面上的导电区接触的基板侧接触部(118)构成。插座(100)还包括支持多个触针(110)锁定部(116)的限位器(120)以及与限位器(120)对置的导向器(180)，导向器(180)上有容纳从限位器(120)中突出的基板侧触针(118)的多个通孔(184)。

Description

插座
技术领域
本发明涉及一种安装BGA(Ball Grid Array：球栅阵列)、CSP(Chip SizedPackage：芯片级封装)或者LGA(Land Grid Array：栅格阵列)等半导体装置的插座，特别是，涉及用于将插座安装于电路基板的结构。
背景技术
插座被广泛用作电连接半导体装置与电路基板等的接口。例如，如图1所示，专利文献1所示插座10包括：基部20、能够沿靠近或离开基部20的方向往复移动的插座盖30、基部20内装的多个触针40、限制触针40的另一端位置的触针调节器50、能够相对于触针调节器50往复运动的适配器60以及压住BGA表面的闩锁70。当适配器60被移向触针调节器50时，适配器60上放置的BGA元件的焊球11分别与从适配器60的各通孔65突出的各触针另一端42接触。如图2所示，触针40包括一端41与另一端42之间的弯曲弹性变形部44，该弹性变形部44产生弹力。另外，专利文献2所示的插座10A装有用于引导闩锁70在垂直方向上移动的导向器78。
专利文献1：日本专利3566691B2号
专利文献2：日本专利第4868413B2号
在进行半导体装置的老化等测试时，首先将插座安装于电路基板上，然后将半导体装置安装于插座上。图4为通孔型插座10B。在基部20的中央开口内装有触针调节器50，触针调节器50有多个通孔，触针40的直形一端经由触针调节器50的通孔，从插座10B的底部向外部伸出。另外，基部20的各角部装有定位柱42，定位柱42插入电路基板的定位孔，两者产生定位。如图5所示，触针40的一端被插入电路基板90的通孔92内，触针40通过焊锡92与电路基板的导电区或者布线实现电连接。
因为插座10B焊在电路基板90上，插座10B发生故障时更换麻烦。作为对策，人们使用装有探针的表贴型插座，但这种插座与焊接型插座相比，价格昂贵。另外，如图6所示，虽然该表面贴装型插座将探针96与电路基板90通孔内的镀金焊盘98连接，但如果焊盘98附有异物和脏污，则容易导致接触不良。并且，通孔型插座和表面贴装型插座分别需要专用基板，无法共用电路基板。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有问题，提供一种具备滑擦功能和可表面贴装的插座。
本发明的插座能够表面贴装于基板上，其包括：由导电性材料制成的多个触针，各触针由能够与半导体装置端子接触的接触部、与该接触部连接的锁定部以及从该锁定部延伸并且能够与形成于基板表面上的导电区接触的基板侧接触部构成；夹持所述多个触针锁定部的夹持器；与所述夹持器对置的导向器，导向器上有容纳从所述夹持器突出的触针基板侧接触部的多个通孔，所述导向器能够沿靠近或离开所述夹持器的方向移动。
在某一实施方式中，所述基板侧接触部在轴向受力时，沿轴向以及与该轴向垂直的方向移动。在某一实施方式中，所述基板侧接触部旋转移动。在某一实施方式中，所述基板侧接触部包括与所述锁定部连接的弹性变形部和与该弹性变形部连接的弯曲部。在某一实施方式中，所述基板侧接触部以所述弹性变形部为支点旋转移动。在某一实施方式中，所述基板侧接触部大于所述基板的通孔直径。在某一实施方式中，所述基板侧接触部的中心相对于所述基板通孔中心有偏移。在某一实施方式中，所述基板侧接触部的曲率半径大于所述基板通孔的半径。在某一实施方式中，所述基板侧接触部包括宽度相对较小的部分。在某一实施方式中，所述基板侧接触部表面上电镀的材料选择与所述基板通孔或者通孔处基板表面上电镀的材料同等或更软的材料。在某一实施方式中，所述基板侧接触部镀银，所述基板通孔镀金。在某一实施方式中，插座还包括将所述导向器从所述夹持器推开方向作用的弹簧装置。
本发明的实装装置包括上述任一结构的插座和表面贴装有该插座的基板。在某一实施方式中，所述实装装置是测试用装置。在某一实施方式中，所述基板侧接触部与所述基板通孔的边缘部分多重接触。
采用本发明，能够提供可用于现有通孔型基板的表面贴装型插座。由于元器件结构与现有通孔型插座几乎相同，因此与探针型表面贴装插座相比，价格低廉。而且，通过使基板侧接触部从基板通孔偏移，使基板侧接触部沿水平方向移动，从而能够使基板侧接触部与通孔边缘部分滑擦，防止因异物等导致接触不良。
附图说明
[图1]图1(A)是现有插座的俯视图，图1(B)是其X-X截面图。
[图2]图2(A)是现有插座的触针俯视图，图2(B)是触针侧视图。
[图3]是现有其他插座的结构剖视图。
[图4]是现有通孔型插座的概略结构剖视图。
[图5]是显示插座触针焊接于电路基板通孔内的剖视图。
[图6]是使用现有探针与电路基板焊盘连接的连接方法说明图。
[图7]是从上方观察本发明实施例的表面贴装型插座立体图。
[图8]是本发明实施例的表面贴装型插座的分解立体图。
[图9]是从下方观察本发明实施例的表面贴装型插座立体图。
[图10]是本发明实施例的表面贴装型插座的分解立体图。
[图11]是说明本发明实施例的表面贴装型插座与基板连接图。
[图12]是显示本发明实施例的表面贴装型插座概略结构剖视图。
[图12A]图12(A)是基部俯视图，图12(B)是包括基部的局部剖面的侧视图。
[图13]是本发明实施例的触针示例，图13(A)是触针主视图，图13(B)是触针侧视图，图13(C)是基板侧触针的放大图，图13(D)是基板侧触针与基板通孔关系的说明图。
[图14]是本发明实施例的限位器俯视图。
[图14A]是本发明实施例的导向器俯视图。
[图15]，图15(A)是显示将插座装于基板上的概略剖视图，图15(B)是显示将插座按压于基板上时的概略剖视图。
[图16]是基板侧接触部的滑擦动作说明图。
附图标记说明
100：插座；110：触针；112：接触部；114：弹性变形部；116：锁定部；118：基板侧触针；118A：突出部；118B：弹性变形部；118C：基板侧接触部；120：限位器；130：基部；140：插座盖；180：导向器；210：基板；214：通孔。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的优选实施方式。图7至图11是显示本发明实施例的可表面贴装插座的概略结构立体图。本实施例插座由多个触针110、限位器120、基部130、插座盖140、闩锁150、连接件160、浮动/适配器170以及嵌入螺母190构成。多个触针110为BGA等半导体装置(半导体封装或者集成电路芯片)与基板提供电连接，限位器120对齐和支持触针110的基板侧端部，基部130定位和固定限位器120并且对齐和支持触针110的集成电路侧端部，插座盖140能够沿靠近或离开基部130的方向移动，并且受到螺旋弹簧离开基部方向的作用，闩锁150压住半导体装置的上表面，使半导体装置端子与触针接触，连接件160与插座盖140的动作联动，驱动闩锁150旋转，浮动/适配器170承载半导体装置，并且引导触针110的端部，使触针110的端部与半导体装置的端子接触，导向器180对齐触针110的基板侧端部，嵌入螺母190螺纹连接插座和基板时为阴螺纹。
插座盖140、闩锁150、连接件160以及浮动/适配器元件170的结构和动作为专利文献1、2的公开内容，此处省略其详细说明。另外，本实施例插座只要采用可安装BGA等半导体装置的结构即可，不一定包括插座盖140、闩锁150、连接件160以及浮动/适配器170。
图12是本实施例插座的概略结构剖视图。本实施例插座100采用能够表面贴装于基板上的接口结构，因此也能够用于现有通孔型基板。如图5所示，通孔型基板通常是将插座触针插入通孔内，但本实施例的接口构造无需将触针真正插入通孔内，便能与包括通孔在内的基板表面导电区域接触。
如该图所示，在本实施例插座100中，作为用于能够表面贴装于基板上的接口结构，包括多个触针110、安装于基部130中央开口内的限位器120以及安装于限位器120下方的导引导向器180。
图12A为基部130的俯视图和包含基部130的局部剖面的侧视图。基部130内有由排列、夹持多个触针110的多个隔壁分隔出的多个空间，在其表面上形成与该多个空间相连的多个开口部134。开口部134包括宽幅部分134A和从该宽幅部分134沿正交方向延伸的延伸部分134B。在将触针110夹持于基部130内时，触针110的顶端部从开口部134的宽幅部分134A突出。
图13(A)为触针的放大主视图，图13(B)为触针的侧视图，图13(C)为基板侧触针的放大图，图13(D)显示基板侧触针与基板通孔的关系。本实施例触针110采用铍铜、铜合金等导电性金属材料制成的板材通过冲压、蚀刻等制成所需形状。触针110大致沿轴向延伸，并且其一端部构成与半导体装置端子接触的接触部112。接触部112包括与半导体装置(例如BGA装置)底面的球状端子接触的顶部112A以及从轴向向侧面突出的突出部112B。顶部112A通过基部130开口部134的宽幅部分134A，然后向延伸部分134B的方向翻到。因此突出部112B通过延伸部分134B的槽向上固定，对触针110施加预载荷。基部130上装有浮动/适配器170，浮动/适配器170的通孔与基部130开口部134的位置对齐。基部130的表面上突出的接触部112进入浮动/适配器170的通孔内。如果由闩锁150通过半导体装置向下按压浮动/适配器170，通孔将引导接触部112，使其从浮动/适配器170的表面突出。弹簧圈142对插座盖140施加离开基部130的作用力。浮动/适配器170通过连接件160与插座盖140和闩锁150联动：插座盖140下降时，闩锁150打开，浮动/适配器170上升；插座盖140上升时，闩锁150关闭，浮动/适配器170下降。
触针110还包括与接触部112连接的往一侧弯成大致U形的弹性变形部114。弹性变形部114通过弯曲在接触部112与半导体装置端子之间产生一定接触压力。触针110还包括从弹性变形部114沿轴向延伸的锁定部116。锁定部116由后述的限位器120固定。在一个实施例中，锁定部116包括大宽度的宽幅部，还包括从宽幅部折弯成近似直角的折弯部116A以及从折弯部116A向下方延伸的宽幅部116B。
锁定部116还连接与基板侧电极等导电面接触的基板侧触针118。基板侧触针118包括：突出部118A，其从轴向稍微突出；弹性变形部118B，其向与突出部118A相反方向突出，折弯成大致V形；以及基板侧接触部118C，其与弹性变形部118连接并与基板接触。基板侧接触部118C包括与锁定部116几乎相同轴向延伸的延伸部118C1，从延伸部118C1处折回几乎180度的形状。向压缩基板侧接触部118C的方向施加载荷时，基板侧接触部118C以弹性变形部118的屈曲部f为支点旋转移动。
基部130内有多个隔壁分隔出的多个空间以对齐和支持多个触针110。从基部130的底部一侧安装限位器120，从而封闭该空间。图14是限位器120的俯视图。限位器120包括：提供近似矩形状面的主体部122；形成于主体部122侧部的多个卡柱124。多个卡柱124被插入基部130的安装孔内，将限位器120固定于基部130上。
主体部122上有二维状分布的多条细长槽126。细长槽126的短边方向宽度比触针110的宽度略大，通过该短边方向的宽度限制触针110在短边方向的移动。另外，有多条锁定槽128沿多条细长槽126分布。当多个基板侧触针118插入于细长槽126内时，锁定部116的宽幅部分116B将被锁定槽128锁定。在该实施例中，一个细长槽126内排列4个或5个触针，因此，沿一个细长槽126形成4个或5个锁定槽128。
细长槽126贯穿主体部122的深度一定，该深度与基板侧触针118的弹性变形部118B在轴向的长度大致相等。因此，基板侧触针118的基板侧接触部118C从限位器120的底面突出。
将导向器180安装于基部130上，使其与限位器120对置。图14A是导向器180的俯视图。如该图所示，导向器180包括：提供矩形面的主体部181；形成于主体部181侧部的多个卡柱182。多个卡柱182的各自顶端形成钩，该钩能够与基部130侧壁上的钩132卡合(参见图12)。在优选实施例中，弹簧圈136(为了显示弹簧圈136，图15中部分显示其他剖面)对导向器180施加离开基部130方向的力，使得导向器180能够沿靠近或离开基部130的方向移动。卡柱182与基部的钩132锁定时，导向器180位于最远离限位器120的位置，在两者之间形成一定间隔。
在导向器180的主体部181上，与限位器120的细长槽126对应的位置形成有多个通孔184。在一个实施例中，如图12所示，通孔184包括其直径从导向器180的表面向底面缓缓变小的矩形部分184A和以固定内径从矩形部分184A直线延伸的矩形部分184B。从限位器120的底面突出的基板接触部118C插入通孔184内。导向器180位于最远离基部130的位置时，基板侧接触部118C的顶端与导向器180底面几乎处于齐平或者比底面稍微突出。
如图13(D)所示，基板侧接触部118C与弹性变形部118B连接，其顶端折成圆形或者U形。对于该近似弯曲形状，如果基板侧接触部118C的曲率中心定义为C，曲率半径定义为r，基板210的通孔214直径定义为D，则2r>D。如果基板表面以及/或者通孔214的内壁有镀层212，直径D为减去镀层212膜厚后的内径。如果向基板接触部118C施加大致轴向的力，则弹性变形部118B的屈曲部f进一步折弯，基板侧接触部118C将以屈曲部f为支点旋转移动。可以通过减小基板侧接触部118C与弹性变形部118B的连接部宽度，使基板侧接触部118C以连接部为支点进一步弹性旋转。另外，基板侧接触部118C的曲率中心C与基板210的通孔214的中心有偏移。
下面说明在基板上安装本实施例插座时的动作。首先，将从基部130底面角部突出的定位销200作为引导，将销200插入基板210的定位孔内，将插座100安装至基板210上，具体如图15(A)所示。然后，一边将插座100压向基板210，一边使用螺钉220从基板下表面侧固定插座(参见图11)。
将插座100按向基板210的过程中，基板侧触针118的基板侧接触部118C滑擦着基板表面的导电区而与导电区接触。图16(A)为将插座100安装于基板210上时的基板侧接触部118C的初始位置。即如图15(A)所示，准备将插座100按向基板210并且导向器180位于最远离基部130的位置时，基板侧接触部118C的曲率中心C与基板210的通孔214中心C1存在偏移，基板侧接触部118C与通孔214的边缘部接触。
然后，如果将插座100按向基板210，导向器180将克服弹簧圈136的弹性力，沿靠近基部130的方向移动。同时，基板侧接触部118C受到基板表面产生的轴向力，并且因偏移而受到通孔边缘沿轴向倾斜方向的作用力，因此基板侧接触部118C以弹性变形部118B的支点f为中心旋转移动，在基板表面上滑动。通过水平方向的移动，基板侧接触部118C与通孔214的边缘部WP实现滑擦(参见图16(B))。另外，如上所述，螺钉220固定插座100与基板210。在表面贴装插座100后，采用与常用插座相同的操作方法进行老化测试等。
因为本实施例的插座具有以下特征，从而能够避免原有问题，即避免异物导致的接触不良。
a.基板侧接触部与通孔边缘部有2～4个点的多点接触和滑动。
b.基板侧接触部顶端的初始位置与通孔存在偏移。
c.基板侧接触部的曲率半径r大于基板的通孔半径，基板侧接触部与弹簧部共面。
d.与上述正交的方向内的通孔直径较小(细)。
e.集成电路侧和基板侧的弹簧部能够独立移动。
另外，能够将插座表面贴装于现有通孔型基板上。并且在插座发生故障时，能够容易更换，简化老化测试板的维护。
下面说明本发明的第二个实施例。在第二实施例中，基板侧接触部118C的表面使用与通孔214的内壁以及/或者基板210表面电镀材料(参见图13(B)的镀层212)相同或者更软的电镀材料。例如，基板侧接触部118C采用镀银，基板210的通孔214采用镀银或者镀金。从而能够避免基板侧的电镀磨损，增加基板耐用寿命。
另外，单层电路基板或者多层电路基板都可以安装该插座。另外，对基板通孔内的导电面形状和材料并无特别限制。只要基板侧接触部118C接触基板通孔时，能够同时与导电面实现电接触即可。
另外，对安装插座的半导体装置无特别限制。上述实施例可用于焊球结构的BGA封装，但也用于其它表面贴装半导体封装(半导体装置)。另外，端子形状并不局限于球状，还可以采用半圆状、圆锥状、矩形状等凸形。
以上为本发明的优选实施方式详细描述，但这并非限定本发明的特定实施方式。在权利要求书阐述的本发明主旨范围内，可以进行各种调整和变更。

Claims (14)

1.一种可表面贴装于基板上的插座，包括：
由导电性材料制成的多个触针，所述多个触针中的每一个包括能够接触半导体装置端子的具有顶端部的接触部、与该接触部连接的锁定部以及从该锁定部延伸并且能够与形成于基板表面上的导电区接触的基板侧接触部；
夹持所述多个触针的所述锁定部的限位器；以及
与所述限位器对置的导向器，导向器具有容纳从所述限位器突出的所述多个触针的所述基板侧接触部的多个通孔；
所述基板侧接触部进一步包括突出部，该突出部与所述顶端部隔开间隔，且从所述接触部的表面延伸，与所述限位器的开口部嵌合，所述限位器的所述开口部包括第一部分和从所述第一部分沿正交方向延伸的第二部分，并且，所述突出部从轴向突出；并且
所述导向器能够沿靠近或离开所述限位器的方向移动。
2.根据权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部在轴向受力时，沿所述轴向以及垂直该轴向的方向移动。
3.根据权利要求2所述的插座，其中，
所述基板侧接触部旋转移动。
4.权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部包括与所述锁定部连接的弹性变形部和与该弹性变形部连接的弯曲部。
5.根据权利要求4所述的插座，其中，
所述基板侧接触部以屈曲部为支点旋转移动。
6.根据权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部大于所述基板的通孔的直径。
7.根据权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部的中心相对于所述基板的通孔的中心存在偏移。
8.根据权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部包括宽度相对较小的部分。
9.根据权利要求1所述的插座，其中，
所述基板侧接触部的表面上电镀的材料选择与所述基板的通孔或者所述通孔处的所述基板表面上电镀的材料同等或更软的材料。
10.根据权利要求9所述的插座，其中，
所述基板侧接触部的所述表面上电镀的所述材料是银，所述基板的所述通孔或者所述通孔处的所述基板表面上电镀的所述材料是金。
11.根据权利要求1所述的插座，其中，
插座还包括将所述导向器从所述限位器推开方向作用的弹簧装置。
12.一种实装装置，包含基板和表面贴装于所述基板上的插座，
所述插座包括：
由导电性材料制成的多个触针，所述多个触针中的每一个包括能够接触半导体装置端子的具有顶端部的接触部、与该接触部连接的锁定部以及从该锁定部延伸并且能够与形成于基板表面上的导电区接触的基板侧接触部；
夹持所述多个触针的所述锁定部的限位器；以及
与所述限位器对置的导向器，导向器具有容纳从所述限位器突出的所述多个触针的所述基板侧接触部的多个通孔；
所述基板侧接触部进一步包括突出部，该突出部与所述顶端部隔开间隔，且从所述接触部的表面沿轴向延伸，与所述限位器的开口部嵌合，所述限位器的所述开口部包括第一部分和从所述第一部分沿正交方向延伸的第二部分；并且
所述导向器能够沿靠近或离开所述限位器的方向移动。
13.根据权利要求12所述的实装装置，其中，
所述实装装置是测试用装置。
14.根据权利要求12所述的实装装置，其中，
所述基板侧接触部与所述基板的所述通孔的边缘部分多重接触。
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