JP2001196110A - 接触力クランプばねによって支持された変形可能なコンタクトコネクタを含む電気コネクタ組立体及び電気的接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 バンプと導電パッドの間に良好な電気的接触
を維持することができる電気コネクタ組立体の提供。 【解決手段】 本発明のシステムは、導電ビアによって
電気的接続された導電バンプ２１４が両面に設けられた
インターポーザ２１２を有する。インターポーザ２１２
の両面のバンプ２１４は変形可能であり、対応したパッ
ドの組と物理的に接触する。バンプ及びパッドは、コネ
クタシステムのコンポーネントの変位から生じた編位の
範囲でバンプ−パッド境界面に略一定の力を印加し得る
クランプばねを用いて加えられる力によって良好な電気
的接触状態に維持される。変形可能なバンプ２１４と一
定力の組み合わせは、コネクタの寿命に亘ってバンプと
パッドの間に良好な電気的接触を維持するよう作用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のパッ
ケージングに係り、特に、クランプばねを用いて導電パ
ッドの組と良好な電気接触が保たれた変形可能なバンプ
を含む電気コネクタシステムに関する。このばねは、特
に、システムコンポーネントの作業変位の全域に亘って
略一定力を発生するよう選択される。

【０００２】

【従来の技術】電気コネクタは、半導体装置の組立体及
びコンピュータ製品に多様な形態で使用される。たとえ
ば、コネクタは、デバイス若しくはモジュールのボンデ
ィングパッドを相互連結基板の導電パッドに連結し、基
板のＩ／Ｏパッドをパッケージのパッドに連結し、或い
は、パッケージのコンタクトパッドを他のパッケージの
コンタクトパッドに連結するため使用される。メタルバ
ンプコネクタは、従来、マルチチップモジュール(MCM)
及びそのモジュールのパッケージの組立体に使用される
ピン数が多く、ピンピッチの小さいコネクタの一例であ
る。バンプコネクタは、基板のボンディングパッドと物
理的に接触した隆起導電コンタクト若しくはパッドのグ
ループを表面上に含む。バンプ及びボンディングパッド
は、バンプがパッドに対して大きく動くことを避けるた
め付勢力を加えるエラストマパッド及び／又は機械的ば
ねによって良好な電気的接触状態に維持される。

【０００３】二つの別個の基板上のボンディングパッド
は、２組のパッドの間に設けられたインターポーザ構造
体を用いて電気的接触を保たれる。インターポーザは、
典型的に、反対向きの２枚のプレーナ表面上にバンプを
有し、対応した２組のバンプの部材は、このプレーナ表
面上で導電バイアによって電気的に接続される。

【０００４】図１は、従来のバンプコネクタ１００の側
面図である。コネクタ１００は、典型的に、基板１０４
上に形成された複数のバンプ１０２を有する。バンプ１
０２は、基板１０４上に形成された相互連結網を用いて
回路素子若しくは他のコンタクトに電気的接続される。
コネクタ１００が使用されるとき、バンプ１０２と、他
の回路素子、たとえば、フレキシブル回路１０８のパッ
ド１０６、又は、他のタイプの基板上の導電素子の組と
の間で電気的接触を確立し、維持することが望ましい。
これは、クランプ面又は圧力プレート１１０をフレキシ
ブル回路の上部に設け、第２のクランプ面を基板１０４
の下側に設置することによって実現され得る。２枚のク
ランプ面１１０は、ボルト若しくは付勢力を発生する素
子（図示されない）によって一体的に保たれるので、バ
ンプ１０２とパッド１０６の間に物理的かつ電気的接触
が維持される。

【０００５】このコネクタ設計の場合に生ずる問題点
は、バンプとパッドの境界面の抵抗が幾つかの要因のた
め大きい変動範囲を有することである。一つの要因は、
バンプが製作された材料の弾性の範囲が典型的に小さい
ということである。これは、ボンディングパッドと接触
しているバンプの表面が、良好な電気的接触を保つよう
十分に変形するとは限らないこと、すなわち、所望の動
作に対し抵抗が十分に小さくなるように十分に広い表面
積に亘る接触を保つように十分に変形するとは限らない
ということを意味する。さらに、個々のバンプは屡々高
さにばらつきがあるので、コネクタ材料、及び／又は、
バンプ−パッド境界面における熱膨張及び収縮の差は、
バンプとボンディングパッドの良好な電気的接触を維持
するバンプの接触力を一部で低下させる。すなわち、バ
ンプとボンディングパッドの間の電気的接触、或いは、
抵抗は、均一ではなく、コネクタの寿命の間、一定に保
たれない。バンプ−パッド境界面の抵抗変動の別の要因
は、バンプが製作された材料における応力緩和である。

【０００６】より均一な付勢力を加えるため、したがっ
て、バンプとボンディングパッドの間の良好な電気的接
触を時間的に維持するため、エラストマ性パッドが、ボ
ンディングパッドの基板としての役割を果たす回路素子
と、その回路の上部に配置されたクランプ面との間に挿
入される。図２は、エラストマ性パッド１１２が追加さ
れた図１のバンプコネクタの側面図である。エラストマ
性材料１１２は、バンプの組の全域での圧力の等化を助
け、バンプの弾性に更なる弾性範囲を与える。コネクタ
がエラストマ層を含む場合、（より弾性の低い）より堅
いバンプはより大きい力を層に加える。この層は、より
硬く、或いは、高いバンプが、柔らかく、或いは、低い
バンプよりも層の中に深く押し込まれるように、多少寄
与することによって応答する。これは、個々のバンプの
不均一な高さ及び弾性を補償するため役立つ。かくし
て、エラストマ層は、バンプ上の法線方向接触力を等化
するために有効であり、その結果として、より良好な接
触がバンプの組と導電パッドとの間で維持される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この設計は、
バンプ間の高さ及び／又は硬さにより生ずる問題を軽減
するが、接触力は、エラストマ層内のクリープに起因し
て時間的に減少する（すなわち、クランプ圧が減少す
る）。このため、バンプとパッドの間の電気的接触の程
度が減少し、その結果として、バンプ−パッド境界面に
おける抵抗が増加する。

【０００８】したがって、バンプと導電パッドの間に良
好な電気的接触を維持することができ、従来技術のよう
なバンプとパッドを時間的に接触状態に保つ力の減少に
よる影響を受けない電気的バンプコネクタ又はコネクタ
システムが必要である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、２組の導電パ
ッド若しくはコンタクトを電気的に接続するシステムで
ある。本発明のシステムは、両面に導電バンプが設けら
れ、一方の表面上の各バンプが導電ビアによって反対面
上の対応したバンプと電気的に接続されているインター
ポーザを有する。コネクタシステムは、バンプの各組
と、対応した導電パッドの組との間に電気的接触を維持
するように働き、その結果として、２組のパッドがイン
ターポーザの中間を通して電気的に接続される。インタ
ーポーザの各面上のバンプは、変形可能であり、対応し
たパッドの組と物理的に接触した状態に配置される。バ
ンプ及びパッドは、クランプばねを用いて加えられる力
によって良好な電気的接触状態に維持される。このクラ
ンプばねは、バンプとパッドの間の接触面積がバンプと
パッドの間の抵抗を所望のレベルに低下させるため十分
な大きさになるまでバンプを変形させる。クランプばね
は、コネクタシステムのコンポーネントの変位から生じ
た偏差の範囲に亘り、バンプ−パッド境界面の組に略一
定の力を印加し得るタイプのばねである。変形可能なバ
ンプと一定力の組み合わせは、コネクタの寿命に亘って
バンプとパッドの間に良好な電気的接触を維持するよう
作用する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、２組のボンディングパ
ッドと、２組の導電ピンの間で良好な電気的接触を確立
し、時間的に維持する電気コネクタシステムの設計であ
る。コネクタは、マルチチップモジュール(MCM)を基板
に接続し、或いは、回路モジュールのＩ／Ｏピンを一つ
に接続するため、並びに、電気的コネクタが使用される
その他の状況で使用される。本発明のコネクタシステム
は、変形可能な導電バンプの組を有するインターポーザ
と、コネクタシステムのコンポーネントの相対位置に関
する変位とは無関係に略一定のクランプ力をバンプの組
に加えることができるばねとを含む。これらの素子は、
バンプと、ボンディングパッドの組の間に低抵抗接触を
確立し、コネクタの寿命の期間中、その低抵抗接触を維
持するため使用される。

【００１１】変形可能なバンプと一定力ばねの組み合わ
せは、コネクタを、バンプサイズとバンプ形状の変化、
並びに、熱膨張／収縮などによって生ずるコネクタコン
ポーネントの変位に適合させることができる。また、こ
の組み合わせは、エラストマ層を利用するコネクタの場
合に、バンプをボンディングパッドの組と接触状態に保
つためバンプに加えられる力が時間的に減少することを
阻止するように作用する。

【００１２】図３（ａ）は、変形可能なバンプインター
ポーザ２０２を含む本発明の変形可能なコンタクトコネ
クタ２００の一実施例の側面図である。同図に示された
実施例の場合に、コネクタ２００は、第１のボンディン
グパッドの組２０４及び第２のボンディングパッドの組
２０６を電気的に接続するよう設計される。ボンディン
グパッド２０４及び２０６は、典型的に、それぞれの基
板２０８及び２１０の上に形成され、基板は、たとえ
ば、集積回路チップ、若しくは、相互連結網の一部であ
る。変形可能なバンプインターポーザ２０２は、２枚の
実質的に平坦な反対向きの表面を有するインターポーザ
プレート２１２を含む。インターポーザプレートの各面
には、典型的に金属若しくはその他の適当な導電性材料
から形成された複数の導電バンプ２１４が設けられる。
プレート２１４の両面の対応したバンプ２１４は、イン
ターポーザプレート２１２を通る導電ビア２１６を介し
て電気的に接続される。インターポーザプレート２１２
は、ポリイミド若しくはセラミックのような剛性、若し
くは、準剛性の誘電材料から作られる。ビア２１６は、
典型的に銅のような導電性材料から形成される。

【００１３】インターポーザ２０２は任意の方法で製作
される。以下に、２種類の例示的な製作法を説明する。
第１の方法は、比較的大面積（典型的に１００μｍ径よ
りも大）であり、間隔（ピッチ）がかなり広いバンプを
製作するため適当な方法であり、第２の方法は、かなり
小面積（典型的に１００μｍ径よりも小）であり、間隔
がかなり狭いバンプを製作するため適当な方法である。

【００１４】第１の方法の場合、スルーホールが、ドリ
ル加工、レーザードリル加工、パンチプレス、又は、
（感光性ポリマーフィルムの場合に）写真的な画成など
により、剛性若しくはフレキシブル基板に形成される。
スルーホールは、次に、周知のいずれかのスルーホール
めっき法を用いて銅材料でめっきされる。スルーホール
めっき法は、一般的に、ドリル加工された基板の各面に
フォトレジスト層を積層し、次に、スルーホールの端に
フォトパターンアパーチャを形成する。続いて、スルー
ホールの壁は、めっき触媒で処理され、無電解めっきさ
れる。初期層が形成された後、スルーホールのコアは、
従来の電気めっきプロセスを用いて充填される。

【００１５】導電ビアを形成するため、スルーホールが
銅若しくはその他の適当な材料で充たされた後、インタ
ーポーザ内のビアの露出した端部は、周知のいずれかの
無電解めっきプロセスを用いて柔らかい金（若しくは、
その他の適当な金属）で無電解めっきされる。めっき加
工の前に、ビアの端部は通常のめっき触媒で処理され
る。無電解めっきプロセス中に、材料は、半球状バンプ
を作成するため、各ビアの端で均一になる。このような
方法は、本願の譲受人に譲受され、参考のため内容が引
用された米国特許第5,515,604号に非常に詳しく開示さ
れている。

【００１６】しかし、無電解めっき法は、約２５μｍ以
上の高さのバンプを作成するためにはかなり時間を要す
る。このような状況では、以下に説明するように、より
高速な電気めっき法（若しくは、電解めっき法）が使用
される。薄い導電層が、電気めっきプロセスの共通電極
として機能するように、たとえば、蒸着又はスパッタリ
ングを用いてインターポーザの第１面に形成される。材
料が導電層上にめっきされるのを防ぐため、ブラックワ
ックスのようなマスク層が導電層上に形成される。マス
ク層を容易に通り抜けることができるめっきクリップが
共通電極に接触するようにインターポーザに取り付けら
れる。次に、バンプが、通常の電気めっきプロセスを用
いて第２の面でビア端部にめっきされる。バンプの形成
と共に、めっきマスクは（たとえば、有機溶媒若しくは
ストリッパーを用いて）取り除かれ、導電層が（たとえ
ば、通常の金属用湿式腐食液を用いて）取り除かれる。
薄い導電層は、ビアとは異なる材料により構成され、選
択性腐食液が使用される。第１面上のバンプは、薄い導
電層の湿式エッチングの間、マスクされる。

【００１７】次に、第２の薄い導電層が、第２面と、前
に形成されたバンプの上に形成される。めっきマスクは
第２面に配置され、バンプが第１面側のビア端部に電気
めっきされる。第２の薄い導電層及びそのめっきマスク
は、既に説明したように取り除かれる。

【００１８】比較的小面積（径が１００μｍ未満）でピ
ッチが狭いバンプを有するインターポーザを製作するた
め適した第２の方法は、参考のため引用されたYoshizaw
a他による米国特許第4,926,549号に開示されている。第
２の方法の場合、ポリイミドのような誘電層は、電気防
食用導電性基板に形成される。アパーチャが誘電層に形
成され、電気防食用基板を露出させる。等方性化学的防
食が、アパーチャによって露出された電気防食用基板の
場所に半球状の窪みを食刻するため使用される。次に、
窪み及びアパーチャは、導電性基板を陽極として用いる
電気めっきによって軟性の金で充たされる。この結果と
して、窪みの形状に応じて、誘電層の下側面に丸いバン
プ端部を有するビアコネクタが形成される。

【００１９】めっき処理は、導電性金が誘電層の上側面
に現れるように続けられ、上側面には丸いバンプ端部が
形成される。めっき処理後、電気防食用基板は、誘電層
及び金導電コネクタを外すため、選択性化学的エッチン
グプロセスによって食刻される。

【００２０】形成後、変形可能なバンプインターポーザ
２０２は、基板２０８と基板２１０の間に配置され、各
バンプ２１４がインターポーザ２０２のそれぞれの面上
の対応したボンディングパッド（素子２０４若しくは２
０６）と物理的に接触するように並べられる。圧力プレ
ート２１８は、一定力ばね２２０によって加えられるク
ランプ力をより均一に分散させるため、基板２０８の上
部に配置されてもよい。クランプ面若しくはプレート２
２２は、ばね２２０の上方で、基板２１０の下方に配置
される。二つのクランプ面は、ボルト若しくは他の取り
付け装置（図示しない）によって、固定的な相対間隔に
保たれる。

【００２１】クランプ後、各バンプ２１４は、バンプ内
の接触圧がバンプ材料の降伏応力よりも低いレベルに下
がるまで変形する。適当な量の塑性変形を実現し、バン
プとパッドの間に良好な電気的接触を維持するため望ま
しいコネクタクランプ力は、コンタクトパッド材料と、
バンプ材料と、コンタクトパッド形状と、バンプ形状の
機械的特性の関数である。法線方向力は、バンプ変形の
量を制御し、バンプ材料が弾性変形領域を通過し、塑性
（非弾性）領域に入ることを保証するように選択され
る。バンプ材料の塑性変形は、バンプが平らになり、コ
ンタクトパッドにより広い領域が与えられると共に減少
し終了するので、一定力クランプばねによって、バンプ
は平衡状態の形状にさせられ、一定力クランプは、コネ
クタの寿命の間、バンプ−パッド境界面の全域で実質的
に均一な力を保持する。この結果として、バンプとコン
タクトパッドの間で良好な電気的コネクションが維持さ
れる。

【００２２】バンプ２１４は、期待される印加力の範囲
内で十分に変形可能な導電性材料から作られる。適当な
材料は、金、インジウム若しくは鉛のような軟らかい延
性金属である。バンプ材料が容易に酸化される場合、た
とえば、ニッケル若しくは金の薄層のような保護コーテ
ィングをバンプ面に設けることが可能である。バンプ材
料は、十分に小さい抵抗で所望の電流レベルを伝達する
ため、変形されたバンプ表面とコンタクトパッドの間に
十分な接触面積を得るのに必要な程度まで変形可能でな
ければならない。図３（ａ）には、変形可能なバンプが
より剛性のあるパッドに接触している本発明の一実施例
が示されているが、バンプの硬さと、パッドの硬さの相
対的な関係の組み合わせは本例の組み合わせに限定され
ないことに注意する必要がある。たとえば、硬いバンプ
と変形可能なパッド、或いは、変形可能なパッドと変形
可能なバンプの組み合わせは、本発明の一部として使用
される。

【００２３】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された本発
明の変形可能なバンプコネクタの一実施例に関するクラ
ンプ力とバンプ変位（変形量）との関係を表すグラフで
ある。力Ｆ１は、２（ｈ＋ａ）の総バンプ変位を生じる
ために必要なクランプ力であり、ｈは、バンプ高さの最
大変動を表し、ａは、変形により生ずるバンプの高さの
望ましい最小変位を表す。図３（ａ）に示された実施例
の場合に、インターポーザの両面にバンプが存在するた
め、２倍の倍率が導入される。力Ｆ１は、バンプ全体に
対し変位を生じさせるために十分なクランプ力であり、
バンプは、良好な電気的コネクションを実現するため適
切な法線方向力と接触面積とを得ることができる。

【００２４】図３（ｃ）は、図３（ａ）に示された本発
明の変形可能なバンプコネクタの一実施例に関するクラ
ンプ力とクランプばね変位の関係を表すグラフである。
変位ｄ１は、バンプが変位量２（ｈ＋ａ）で変形したと
きのばね変位に対応する。値ｄ３は、クランプばねの公
称変位に対応し、ｄ３の両側には周辺変位（ｄ３−ｄ
２）及び（ｄ４−ｄ３）が存在する。周辺変位の大きさ
は、ばねの熱膨張係数、クリープ、製造公差などのファ
クタである。ばねによって発生されるクランプ力は、ｄ
２乃至ｄ４のばね変位範囲の全域で実質的に一定である
ことに注意する必要がある。バンプの形成後に、起こり
得るばね偏差の範囲に亘って、バンプとコンタクトパッ
ドの間で相対位置関係と電気的接触を維持することが望
ましい。このようなばね偏差は、部品公差、熱膨張／熱
収縮の差、エラストマクリープなどの結果として、コネ
クタシステムのコンポーネントの相対位置の変化により
生ずる可能性がある。かくして、ｄ２乃至ｄ４のクラン
プばね変位の範囲、並びに、対応した略一定のばねクラ
ンプ力は、本発明のコネクタシステムの望ましい動作範
囲を構成し、コネクタシステムの寿命中にシステムコン
ポーネントに対し期待される動きの範囲に対応する。

【００２５】図３（ｂ）を再度参照するに、クランプ力
Ｆ２が、バンプと対応したパッドの間に適切な接触面積
を設けるのに十分なバンプ変形を生じさせ、力Ｆ１が、
個別のバンプ・パッド間コンタクトを維持するため適切
な法線方向力を与えるならば、順次的な力の組み合わせ
が最終的なコネクタコンフィギュレーションを得るため
適用される。たとえば、力Ｆ２は、クランプばね以外の
加圧装置によって印加させてもよく、力Ｆ１は、コネク
タの使用中、力レベルＦ１が保持された一定力クランプ
ばねによって加えられる。

【００２６】上述の通り、クランプばねの所望の特性
は、コネクタの寿命の間に出現することが予測される典
型的な動作偏差の範囲に亘り、バンプ−パッド境界面で
略一定の力を維持し得る特性である。これは、偏差の量
に比例した復元力を発生する標準的なばねとは対照的で
ある。

【００２７】偏差の全範囲で略一定の力を発生するクラ
ンプばねを用いることにより、コネクタシステムは、装
置の製造中若しくは寿命期間中に生じる部品公差、温度
変化などの範囲に亘り意図した通りに動作する。本発明
で使用するため適当な２種類の実現可能な一定力ばね
は、California州Santa Ana所在のBal Seal Engineerin
g Company, Inc.から入手可能なタイプの傾斜コイルば
ね、又は、形状記憶合金（たとえば、Ni-Ti）から製作
された超弾性合金である。

【００２８】図４（ａ）は、十分なクランプ力が印加さ
れたときに、インターポーザコネクタのバンプが変形さ
れる様子の説明図である。同図に示されるように、バン
プには様々な形状があり、力が印加されたときにバンプ
が変形される様子はバンプの形状によって異なる。最終
的なバンプ形状は、バンプ−パッド境界面の電気的特性
に影響を与え、これにより、本発明のコネクタを一部と
して含む回路の動作に影響を与える。したがって、設計
者は、意図した回路アプリケーションに（抵抗、容量、
信号伝搬属性などに関して）最も有利なバンプ形状を指
定することができる。図４（ａ）に示された量ａは、バ
ンプの変形量である。

【００２９】図４（ｂ）は、バンプに印加された法線方
向クランプ力と、バンプ変位との関係を示すグラフであ
る。コンタクトパッドがバンプに力を加え始めると、バ
ンプは、最大印加応力がバンプの降伏応力と釣り合うま
で変形する。最小印加法線方向力は、バンプ材料の降伏
を生じさせる力である。この最小印加法線方向力は、バ
ンプ変位の最小充足量に対応する（同図では、ａ（最
小）というラベルが付けられている）。コネクタのクラ
ンプ力は、各バンプに加えられた法線方向力の合計と一
致する。

【００３０】図５（ａ）は、良好な電気的接触を維持す
るため必要な最小クランプ力を決定する方法を説明する
側面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のバンプに関
して、印加クランプ力とバンプ変位の関係を表すグラフ
である。クランプ力は、必要な最小法線方向力が（ｈ＋
ａ）以上の変位を生ずるために十分な変位を各バンプに
生じさせる必要がある。ここで、ｈはバンプの最大高さ
変動であり、ａはバンプの最小所望変位である。マルチ
バンプ構造の場合、クランプ力は、Ｆが１個のバンプに
対する変位量（ｈ＋ａ）に必要な力を表し、Ｎがバンプ
数を表すとき、Ｆ×Ｎ以上でなければならない。

【００３１】図６（ａ）は、本発明で使用されるタイプ
の傾斜コイルばねに関する負荷と変位の関係を表すグラ
フである。同図に示されるように、曲線は、ａからｂま
での変位の範囲内で実質的に平坦（フラット曲線領域）
である。すなわち、コネクタシステムが時間的にクリー
プし、或いは、弾性が変化する材料を含む場合（したが
って、ばねの編位若しくは変位を生じさせる場合）で
も、ばねは、この編位の範囲で、バンプとパッドを接触
状態に保つべく、略均一な力を加えるため使用される。
図６（ｂ）は、本発明で使用されるタイプの超弾性合金
に関する負荷と変位の関係を示すグラフである。この場
合も、曲線は、ａからｂまでの範囲で実質的に平坦であ
ることに注意する必要がある。これは、Ｆ＝−ｋｘとし
て記述される力の法則に従う標準的なばね、すなわち、
復元ばね力が変位に比例し、変位に応じて変化する標準
的なばねとは対照的である。

【００３２】図７乃至９は、本発明の実現可能な実施例
の側面図であり、バンプ及びボンディングパッドの種々
のコンフィギュレーションを示す。たとえば、図７に
は、インターポーザプレートが両側に変形可能なバンプ
を有する一実施例が示されている。バンプは、比較的硬
いコンタクトパッドに対し押圧されたときに変形する。
図８は、インターポーザプレートが、両側を接続する変
形可能な上部表面及び下部表面を有するビアを具備した
一実施例を示す。比較的硬いコンタクトバンプがビアの
上部表面及び下部表面に対し押圧されるとき、表面が変
形する。図９は、インターポーザプレートが上部表面及
び下部表面に変形可能なパッドを有し、パッドが導電ビ
アによって接続された一実施例を示す。コネクタシステ
ムがクランプされたとき、比較的硬いコンタクトバンプ
は変形可能なパッドに対し押圧される。図７乃至９に示
された「フラット曲線ばね」素子は、上述の傾斜コイル
スプリング、若しくは、超弾性合金スプリング、又は、
上記の特性を充たすその他のタイプのスプリングからな
る。

【００３３】図１０は、本発明の変形可能なバンプコネ
クタシステムがマルチチップモジュール(MCM)を基板に
電気的接続するため使用される態様を説明する断面図で
ある。同図に示す如く、マルチチップモジュール３００
は、コネクタバンプ若しくはパッドの組と電気的に接触
するように配置されるコンタクトバンプ若しくはパッド
の組を含む。コネクタバンプ若しくはパッドは、典型的
に、コネクタマウント又は基板３０４に形成される。イ
ンターポーザ３０２は、反対向きの上部表面及び下部表
面に変形可能なバンプ若しくはパッドを有し、一方の表
面上の各バンプ若しくはパッドは、反対側の表面上の対
応したバンプ若しくはパッドに、導電ビアを介して電気
的接続される。コネクタマウント３０４は、他のプリン
ト配線基板(PWB)若しくは基板３０６上に配置される。
インターポーザ３０２の変形可能なバンプ若しくはパッ
ドと、マルチチップモジュール３００及びコネクタ３０
４のバンプ若しくはパッドの間の略一定のクランプ力
は、フラット曲線ばね３０８（予定された変位範囲内で
略一定の力を発生するばね）を用いることによって維持
される。クランププレート３１０は、図示されるよう
に、ばね３０８と基板３０６の間で、コネクタ構造体の
上部及び下部に配置される。コネクタシステム全体は、
ねじ３１２、ピン、或いは、その他の適当なコネクタに
よって一体的に保持される。

【００３４】以上の説明で使用された用語及び表現は、
本発明の説明のために使用され、本発明を限定するため
に使用されたものではなく、かつ、図示され、説明され
た事項若しくはその一部の均等物を除外する意図ではな
く、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形を行い
得ることに注意する必要がある。

【００３５】以上の説明に関して更に以下のような態様
が考えられる。

【００３６】（付記１） 実質的に平面的な反対向きの
第１の表面及び第２の表面を有するインターポーザプレ
ートと、上記インターポーザプレートの各表面に配置さ
れた複数の変形可能な導電性領域と、上記インターポー
ザプレートの上記第１の表面上の各導電性領域を上記第
２の表面上の対応した導電性領域に電気的接続する複数
の導電ビアと、上記第１の表面上の上記導電性領域と物
理的に接触した複数の導電コンタクトが配置された第１
の基板と、上記第２の表面上の上記導電性領域と物理的
に接触した複数の導電コンタクトが配置された第２の基
板と、上記第１の基板の上記導電コンタクトを上記第１
の表面上の上記導電性領域に接触させた状態に保ち、上
記第２の基板の上記導電コンタクトを上記第２の表面上
の上記導電性領域に接触させた状態に保つため作用する
ばねクランプ力を印加するように構成され、使用時に生
じるばね変位の範囲で、ばね変位の関数として実質的に
一定のばね力を発生するばねとを有することを特徴とす
る電気コネクタ組立体。

【００３７】（付記２） 上記ばねの上部で上記インタ
ーポーザプレートと実質的に平行に配置された第１のク
ランププレートと、上記第２の基板の下側で上記インタ
ーポーザプレートと実質的に平行に配置された第２のク
ランププレートと、上記第１のクランププレートと上記
第２のクランププレートを望ましい間隔で保持するコネ
クタとを更に有する付記１記載の電気コネクタ組立体。

【００３８】（付記３） 上記ばねは傾斜コイルばねで
ある付記１記載の電気コネクタ組立体。

【００３９】（付記４） 上記ばねは超弾性合金ばねで
ある付記１記載の電気コネクタ組立体。

【００４０】（付記５） 上記インターポーザプレート
は誘電材料から形成される付記１記載の電気コネクタ組
立体。

【００４１】（付記６） 上記変形可能な導電性領域
は、金、インジウム、及び、鉛からなる群より選択され
た材料により形成される付記１記載の電気コネクタ組立
体。

【００４２】（付記７） 上記導電ビアは銅から形成さ
れる付記１記載の電気コネクタ組立体。

【００４３】（付記８） 複数の変形可能な導電性領域
が形成された第１の基板と、上記第１の基板の上記導電
性領域を導電パッドの組に接触させた状態に保つため作
用するばねクランプ力を印加するように構成され、使用
時に生じるばね変位の範囲で、ばね変位の関数として実
質的に一定のばね力を発生するばねとを有することを特
徴とする電気コネクタ組立体。

【００４４】（付記９） 上記導電パッドの組が形成さ
れた第２の基板を更に有し、上記導電パッドは上記変形
可能な導電性領域と接触することを特徴とする付記８記
載の電気コネクタ組立体。

【００４５】（付記１０） 上記ばねの上部で上記第１
の基板と実質的に平行に配置された第１のクランププレ
ートと、上記第２の基板の下側で上記第１の基板と実質
的に平行に配置された第２のクランププレートと、上記
第１のクランププレートと上記第２のクランププレート
を望ましい間隔で保持するコネクタとを更に有する付記
９記載の電気コネクタ組立体。

【００４６】（付記１１） 上記ばねは傾斜コイルばね
である付記８記載の電気コネクタ組立体。

【００４７】（付記１２） 上記ばねは超弾性合金ばね
である付記８記載の電気コネクタ組立体。

【００４８】（付記１３） 上記基板は誘電材料から形
成される付記８記載の電気コネクタ組立体。

【００４９】（付記１４） 上記変形可能な導電性領域
は、金、インジウム、及び、鉛からなる群より選択され
た材料により形成される付記８記載の電気コネクタ組立
体。

【００５０】（付記１５） 導電パッドの組を電気コネ
クタコンタクトの組に電気的接続する方法であって、上
記導電パッドの組を上記電気コネクタコンタクトの組と
物理的に接触させる工程と、各導電パッドと対応した一
つの電気コネクタコンタクトの間に望ましい程度の電気
的接触を得るため、上記電気コネクタコンタクトを十分
に変形させるように上記導電パッドと上記電気コネクタ
コンタクトの境界面に力を印加する工程と、上記導電パ
ッドの組と上記電気コネクタコンタクトの組の間で物理
的かつ電気的接触を保つため、コネクタ組立体の使用中
に生じる変位の範囲でばね変位の関数として実質的に一
定のばね力を発生するばねを用いて力を加える工程とを
有することを特徴とする方法。

【００５１】（付記１６） 上記ばねを用いて力を加え
る工程は、傾斜コイルばねを用いて力を加える工程を更
に有することを特徴とする付記１５記載の方法。

【００５２】（付記１７） 上記ばねを用いて力を加え
る工程は、超弾性合金を用いて力を加える工程を更に有
することを特徴とする付記１５記載の方法。

【００５３】

【発明の効果】２組のボンディング若しくはコンタクト
パッドを電気的接続するシステムについて説明した。こ
のシステムは、特に、高密度でＩ／Ｏピン数が多数の電
気的コネクタの製造上の用途に好適である。本発明のシ
ステムは、ボンディングパッドの組の間で良好な電気的
接触を確立し、時間的に維持するため、変形可能な導電
バンプ若しくは表面と、予定された変位の範囲内で略一
定の力を加えるクランプばねの組み合わせを使用する。

【００５４】本発明のシステムが従来利用可能なコネク
タよりも優れている点は以下のとおりである。

【００５５】バンプは変形可能な導電性材料から形成さ
れ、クランプ力の印加によって変形されるので、バンプ
の製造中に、全てのバンプが同じ高さになることを保証
するため、水平化プロセスは不要である。バンプが製作
される材料の高さとクランプ力は変化し、バンプと対応
したパッド若しくはコンタクトの間に良好な電気的接触
を生じさせるため十分なバンプ変形が得られる。たとえ
ば、本発明において使用される傾斜コイルばね若しくは
超弾性合金によって発生された力は、変位の範囲に亘り
実質的に一定であり、一定の接触力を与え、時間的に均
一な電気的特性が得られる。さらに、バンプは、コネク
タの組み立て中に関連した除去作用を有し、バンプ−パ
ッド境界面から酸化物及びその他の汚染物を取り除く。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のバンプコネクタの側面図である。

【図２】エラストマ性パッドが追加された図１のバンプ
コネクタの側面図である。

【図３（ａ）】変形可能なバンプインターポーザを含む
本発明の変形可能なコンタクトコネクタの一実施例の側
面図である。

【図３（ｂ）】図３（ａ）に示された本発明の一実施例
の変形可能なバンプコネクタに関するクランプ力とバン
プ変位の関係を表すグラフである。

【図３（ｃ）】図３（ａ）に示された本発明の一実施例
の変形可能なバンプコネクタに関するクランプ力とクラ
ンプばね変位の関係を表すグラフである。

【図４（ａ）】十分なクランプ力が加えられたときにコ
ネクタのバンプが変形する様子の説明図である。

【図４（ｂ）】バンプに加えられる法線方向クランプ力
とバンプ変位の関係を表すグラフである。

【図５（ａ）】良好な電気的接触を維持するため必要な
最小クランプ力を決める方法の説明図である。

【図５（ｂ）】図５（ａ）に示されたバンプに関して、
印加されたクランプ力とバンプ変位の関係を示すグラフ
である。

【図６（ａ）】本発明で使用されるタイプの傾斜コイル
ばねに関する負荷と変位の関係を示すグラフである。

【図６（ｂ）】本発明で使用される対応の超弾性合金ば
ねに関する負荷と変位の関係を示すグラフである。

【図７】バンプとボンディングパッドが第１のコンフィ
ギュレーションを有する本発明の実現可能な実施例の側
面図である。

【図８】バンプとボンディングパッドが第２のコンフィ
ギュレーションを有する本発明の実現可能な実施例の側
面図である。

【図９】バンプとボンディングパッドが第３のコンフィ
ギュレーションを有する本発明の実現可能な実施例の側
面図である。

【図１０】本発明の変形可能なバンプコネクタがマルチ
チップモジュールを基板に電気的に接続するため使用さ
れる様子を説明する側面図である。

【符号の説明】

２００ 変形可能なコンタクトコネクタ ２０２ 変形可能なバンプインターポーザ ２０４，２０６ ボンディングパッドの組 ２０８，２１０ 基板 ２１２ インターポーザプレート ２１４ バンプ ２１６ ビア ２１８ 圧力プレート ２２０ 一定力ばね ２２２ クランプ面 ３００ マルチチップモジュール ３０２ インターポーザ ３０４ コネクタマウント ３０６ ＰＷＢ／基板 ３０８ フラット曲線ばね ３１０ クランププレート ３１２ ねじ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に平面的な反対向きの第１の表面
   及び第２の表面を有するインターポーザプレートと、 上記インターポーザプレートの各表面に配置された複数
   の変形可能な導電性領域と、 上記インターポーザプレートの上記第１の表面上の各導
   電性領域を上記第２の表面上の対応した導電性領域に電
   気的接続する複数の導電ビアと、 上記第１の表面上の上記導電性領域と物理的に接触した
   複数の導電コンタクトが配置された第１の基板と、 上記第２の表面上の上記導電性領域と物理的に接触した
   複数の導電コンタクトが配置された第２の基板と、 上記第１の基板の上記導電コンタクトを上記第１の表面
   上の上記導電性領域に接触させた状態に保ち、上記第２
   の基板の上記導電コンタクトを上記第２の表面上の上記
   導電性領域に接触させた状態に保つため作用するばねク
   ランプ力を印加するように構成され、使用時に生じるば
   ね変位の範囲で、ばね変位の関数として実質的に一定の
   ばね力を発生するばねとを有することを特徴とする電気
   コネクタ組立体。
2. 【請求項２】 上記ばねの上部で上記インターポーザプ
   レートと実質的に平行に配置された第１のクランププレ
   ートと、 上記第２の基板の下側で上記インターポーザプレートと
   実質的に平行に配置された第２のクランププレートと、 上記第１のクランププレートと上記第２のクランププレ
   ートを望ましい間隔で保持するコネクタとを更に有する
   請求項１記載の電気コネクタ組立体。
3. 【請求項３】 複数の変形可能な導電性領域が形成され
   た第１の基板と、 上記第１の基板の上記導電性領域を導電パッドの組に接
   触させた状態に保つため作用するばねクランプ力を印加
   するように構成され、使用時に生じるばね変位の範囲
   で、ばね変位の関数として実質的に一定のばね力を発生
   するばねとを有することを特徴とする電気コネクタ組立
   体。
4. 【請求項４】 上記導電パッドの組が形成された第２の
   基板を更に有し、 上記導電パッドは上記変形可能な導電性領域と接触する
   ことを特徴とする請求項３記載の電気コネクタ組立体。
5. 【請求項５】 導電パッドの組を電気コネクタコンタク
   トの組に電気的接続する方法であって、 上記導電パッドの組を上記電気コネクタコンタクトの組
   と物理的に接触させる工程と、 各導電パッドと対応した一つの電気コネクタコンタクト
   の間に望ましい程度の電気的接触を得るため、上記電気
   コネクタコンタクトを十分に変形させるように上記導電
   パッドと上記電気コネクタコンタクトの境界面に力を印
   加する工程と、 上記導電パッドの組と上記電気コネクタコンタクトの組
   の間で物理的かつ電気的接触を保つため、コネクタ組立
   体の使用中に生じる変位の範囲でばね変位の関数として
   実質的に一定のばね力を発生するばねを用いて力を加え
   る工程とを有することを特徴とする方法。