JP2006210293A

JP2006210293A - 回路部品用ソケット及びその実装方法

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Publication number: JP2006210293A
Application number: JP2005024452A
Authority: JP
Inventors: Mayumi Ishida; 真弓石田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10
Also published as: US7210952B2; US20060216982A1

Abstract

【課題】ソケットへ回路部品を圧着する力によって、ベース部材が変形して半田付け不良が発生するのを抑制する。
【解決手段】金属フレーム４０２と、この金属フレーム４０２に固定され、回路部品収容部４０５を備えると共にその回路部品収容部４０５の反対側に半田ボール装着面を有したベース部材１０１と、金属フレーム４０２に回動自在に支持され、回路部品収容部４０５に収容された回路部品をベース部材１０１に対して圧着する圧着部材とでなるソケット４０１において、圧着部材によって応力を受けて変形しても、その変形を相殺して半田ボー目装着面が平面状になるように、ベース部材１０１３を予め回路部品収容部４０５側に突出するように変形させておくように構成した。
【選択図】図２

Description

この発明は、表面実装型のパッケージを有する半導体回路部品等の回路部品を回路基板に実装する際にための適用されるソケットに関し、特に、ソケットが回路基板に対して、半田ボール等の金属バンプで接合されるように構成された回路部品用ソケット及びその実装方法に関する。

昨今、回路基板に実装される半導体回路部品としては、そのパッケージの多様化が進み、基板との電気的接続にリードあるいはピンを用いることのない、リードレスの表面実装型パッケージが広く実用に供されるに至っている。

このような、リードレス表面実装型パッケージとしては、例えば、外部回路と接続するための複数の電極（パッド）をそのパッケージの底面に例えば格子状に形成し、このパッドに半田ボールを装着することで接続端子としたＢＧＡ（Ball Grid Array）、あるいは、パッケージの底面に格子状に形成した複数のパッド（ランド）をそのまま接続端子としたＬＧＡ（Land Grid Array）等がある。

また、半導体を構成するベアチップと略同じ大きさのパッケージを備えたＣＳＰ（Chip Size Package）も知られている。このＣＳＰも、パッケージの底面に複数のパッドを備えている。

ＬＧＡ回路部品は、一般的には、ソケットを介して回路基板に実装される。このソケットは、ＬＧＡ回路部品の底面に所定の位置関係で格子状に形成された複数のランドに対応して配置された複数の接触子を備え、ＬＧＡ回路部品が載置される回路部品収容部が形成されたベース部材と、載置されたＬＧＡ回路部品をベース部材に所定の弾性力で圧着させて、ＬＧＡ回路部品のランドと接触子との接触状態を安定に維持させる弾性圧着手段を具備している。

ベース部材は、ＬＧＡ回路部品が載置される回路部品収容部とは反対側の底面に、複数の電極が設けられており、それら電極が回路部品収容部の接触子と電気的に接続されている。さらに複数設けられた電極それぞれに半田ボールが装着されており、この半田ボールによって、回路基板のパッドに接合されることになる。

このようなＬＧＡ回路部品用ソケットについて、図を参照して説明する。図４は、現在一般的に使用されている周知のＬＧＡ回路部品用ソケットを説明するために示す斜視図であり、図５は、図４に示すソケットを側面方向から見て一部断面にして示す図である。なお、図５は、説明を解り易くするために、模式的に図示しており、細部において図１とは異なる。

図４において、ソケット４０１は、平板状の金属フレーム４０２を基体として形成されており、その中央部にベース部材４０３が固定されている。ベース部材４０３は、ソケット本体を構成するものであり、合成樹脂によって外形が略平板状の立方体形状に成形され、４辺の外縁にそれぞれ枠４０４が、平面に対して起立するように形成されている。

枠４０４で囲まれる内部がＬＧＡ回路部品が収容される回路部品収容部４０５であり、回路部品収容部４０５は、枠４０４の一辺に平行に複数設けられた仕切り部４０６によって細かく仕切られており、その仕切り部４０６で仕切られる部位に、複数の接触子４０７が設けられている。さらに、枠４０４の内面に対向するように、突起４０８が形成されている。また、回路部品収容部４０５の略中央部には、開口４０９が形成されている。

なお、図１においては、図示の都合上、接触子４０７は、一部のみを表示しているが、実際には各仕切り部４０６で仕切られた略全ての部位に接触子４０７が設けられているものである。

すなわち、接触子４０７は、図５に示すように、先端が回部品収容部４０５の表面から突出した先端が折曲されており、反対側は、ベース部材４０３の底面に設けられた図示しない電極に接続され、さらにその電極にそれぞれ半田ボール４１０が装着されている。そのように構成される接触子４０７がＬＧＡ回路部品の底面に形成された電極に対応するような配置で複数設けられている。

金属フレーム４０２の４辺は、それぞれ縁の一部あるいは全部が起立するように折曲されており、その一辺の側壁４１１には、回路部品を部品収容部４０５に圧着させるための圧着カバー４１２が、部品収容部４０５を覆う方向（図５に矢印Ａで示す方向）及びその反対方向（図５に矢印Ｂで示す方向）に回動可能に取り付けられている。

すなわち、金属フレーム４０２の側壁４１１には、開口４１３が設けられており、圧着カバー４１２はその先端に形成された係合部４１４がその開口４１３に回動自在に係合されている。

圧着カバー４１２は、中央部にＬＧＡ回路部品の本体頂部が貫通する開口４１５が設けられており、この開口４１５の縁によって、ＬＧＡ回路部品の鍔部に接触して、圧着するように構成されているものであるが、詳細については後述する。

圧着カバー４１２の、係合部４１４が形成された辺とは反対の辺には、突片４１６が設けられている。さらに突片４１６が設けられた辺の両側の辺の縁は、金属フレーム４０２方向へ折り曲げられて、折曲部４１７が形成されており、圧着カバー４１２としての必要な強度を確保している。

また、圧着カバー４１２は、図５に示すように、係合部４１４が形成された辺から突片４１６が設けられた辺に向かって、部品収容部４０５とは反対側方向に反るように所定の曲率で曲げられており、係合部４１４から突片４１６にかけて角度差Φが存在する。

金属フレーム４０２の、圧着カバー４１２が取り付けられた側壁４１１とは反対側の側壁４１８には、圧着レバー４１９が部品収容部４０５を覆う方向（図５の矢印Ｃで示す方向）及びその反対方向（図５の矢印Ｄで示す方向）に回動自在に取り付けられている。金属フレーム４０２の側壁４１８は、圧着レバー４１９を保持するための一対の保持部４２０を構成するものであり、その先端が部品収容部４０５方向に折曲され、その内部で圧着レバー４１９を回動自在に保持する。

すなわち、金属フレーム４０２の、側壁４１１に隣接する２つの側壁４２１，４２２の保持部４２０側の端には、圧着レバー４１９の下面を支える支持部４２３が形成されており、圧着レバー４１９はその下面が支持部４２３で支持され、かつ上面が保持部４２０で保持されることで、回動自在に支持されることになる。

圧着レバー４１９は、弾性を有する素材で形成されており、その、一対の保持部４２０の中間に位置する部位は、所定角度で突出するように折曲されて圧接部４２４が形成され、さらに金属フレーム４０２の側壁４２１側の端はユーザが操作可能に折曲されて延設され、操作部４２５を形成している。

図５に示すように、操作部４２４は、圧接部４２３よりも所定角度外側（矢印Ｄ方向）に開くように形成されている。

さらに金属フレーム４０２の、ベース部材４０３と側壁４１８との間には、圧着カバー４１２の突片４１６を逃がすための開口４２６が形成されている。

さらに、金属フレーム４０２の側壁４２１の所定位置には、圧着レバー４１９の操作部４２５を係止するための係止部４２７が形成されている。

ＬＧＡ回路部品を回路基板に実装するためのソケットは、以上説明したように構成される、次にＬＧＡ回路部品について説明する。図６は、図４及び５に示すソケットに装着されるＬＧＡ回路部品の例を示す斜視図である。

図６において、ＬＧＡ回路部品６０１は、回路基板で構成されるベース６０２の表面に、外側を金属筐体で覆った半導体パッケージが装着されている。金属筐体はベース６０２に装着される鍔部６０３と、鍔部６０３の表面に設けられた本体部６０４で構成される。また、ベース６０２には、ソケットに装着する際に位置決めとなる切欠き６０５が形成されている。

図７は、図６に示すＬＧＡ回路部品６０１をそのベース６０２の底面側から見た平面図であり、図５に示す半田ボール４１０が、格子状に配列されている。

次に、図６及び図７に示すＬＧＡ回路部品６０１を、図４及び図５に示すソケット４０１に装着する手順を説明する。

図８に示すように、ＬＧＡ回路部品６０１を、ベース部材４０３の回路部品収容部４０５に収容する。この作業は、ＬＧＡ回路部品６０１のベース６０２の切欠き６０５を、ベース部材４０３の枠４０４に形成された突起４０８に位置を合わせて、回路部品収容部４０５に載置するようにして行う。

次に、圧着カバー４１２を図５の矢印Ａ方向に回動させて、ＬＧＡ回路部品６０１の上に接触させる。このとき、圧着カバー４１２の開口４１５からＬＧＡ回路部品６０１の本体６０４の頂部が突出するようになり、開口４１５の縁がＬＧＡ回路部品６０１の鍔部６０３の上に接触するようになる。

次に、圧着レバー４１９を図５の矢印Ｃ方向に回動させて、その圧接部４２３を、圧着カバー４１２の突片４１６上に接触させる。

その状態で、圧着レバー４１９を矢印Ｃ方向に回動させていくと、圧着レバー４１９の圧接部４２４によって、突片４１６が、ベース部材４０３方向の力を受けて、圧着カバー４１２が、ＬＧＡ回路部品６０１の鍔部６０３上に徐々に圧着されるようになる。

さらに、圧着レバー４１９を矢印Ｃ方向に回動させ、最後に、金属フレーム４０２の側壁４２０の係止片４２６に係止させることで、ＬＧＡ回路部品６０１のソケット４０１への装着が完了する。

その状態を図９に示す。図９に示すように、圧着レバー４１９が、その圧接部４２４で圧着カバー４１２の突片４１６を押さえ込むと共に、操作部４２５が金属フレーム４０２の側壁４２１の係止片４２７に係止されており、それによって、圧着カバー４１２が、その開口４１５の縁で、ＬＧＡ回路部品６０１の鍔部６０３を圧着していることが明確に示されている。この状態においては、圧着レバー４１９の圧接部４２４と、その操作部４２５との間の角度に応じた弾性力で、圧着カバー４１２がＬＧＡ回路部品６０１をベース部材４０３の回路部品収容部５０４に圧着させることになる。

以上のように構成された、ソケット４０１はベース部材４０３の半田ボール４１０によって回路基板に実装された後、以上述べたような手順でＬＧＡ回路部品６０１が装着されるものである。

しかしながら、ここにおいて、次のような問題が発生することが確認された。すなわち、圧着カバー４１２は、圧着レバー４１９の弾性力によって、ＬＧＡ回路部品６０１に圧着することになるが、その圧着力は、かなりの強さのものである。圧着レバー４１２は、図５に示すように、係合部４１４から突片４１６にかけて、所定の曲率で反る方向に湾曲するように形成されているため、その中央部付近でＬＧＡ回路部品６０１に最も大きな応力が加えられることになる。

そしてその応力が、ＬＧＡ回路部品６０１を介してベース部材４０３にまで作用し、ベース部材４０３を変形させてしまうということである。その結果、半田ボール４１９が装着される面が平面でなくなり、実装した際に、各半田ボール間で半田付け状態が一様でなくなり、半田不良が発生するものである。

図１０はベース部材４０３が変形する状況を説明するために示す図であり、ベース部材４０３が、その金属フレーム４０２の側壁４１１側と、圧着レバー４１９の保持部４２０側とで平面に対して浮き上がるように変形していることを示している。

それによって、浮き上がっているベース部材４０３の外側の部位において、例えば、半田ボール同士が接合してショートしてしまったり、半田付の接合不良が発生して、電気的に完全な接合を行うことができなくなったり、あるいは半田接合部の機械的強度が充分でなく、ソケット４０１が回路基板から外れてしまうという問題も発生する虞がある。
特開４−２２０８１号公報

以上のように、従来、回路基板に実装されたソケットにＬＧＡ回路部品を装着することで、ソケットが変形してしまい半田付け不良が発生することがある。

したがって、この発明は、ＬＧＡ回路部品を装着しても、ベース部材の半田ボール装着面が平面状を保持するように構成した回路部品用ソケット及びその実装方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回路部品用ソケットは、フレームと、このフレームに固定され一面に回路部品が収容される収容部が形成されると共に、反対面に当該回路部品収容部に収容された回路部品の電極と電気的に接続され回路基板と接合される接続端子が形成された接続端子面を有したベース部材と、前記回路部品収容部に収容された回路部品を前記ベース部材に圧着させる圧着手段とを備えた回路部品用ソケットにおいて、前記ベース部材を、その前記接続端子面が前記回路部品収容部方向に所定量変移するように形成したことを特徴とする。

また、本発明の回路部品用ソケットの実装方法は、フレームと、このフレームに固定され一面に回路部品が収容される収容部が形成されると共に、反対面に当該回路部品収容部に収容された回路部品の電極と電気的に接続され回路基板と接合される接続端子が形成された接続端子面を有し、当該接続端子面が、回路部品収部方向に湾曲するように形成されたベース部材と、前記回路部品収容部に収容された回路部品を前記ベース部材に圧着させる圧着手段とを備えた回路部品用ソケットの前記回路部品収容部にダミー回路部品を装着して、回路基板に実装するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ソケットのベース部材を、回路部品装着による応力で、半田ボール装着面が平面になるように、予め変形させるようにしたので、半田不良の発生することのないソケット及びその実装方法を提供することができるものである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明に係るソケットに適用されるベース部材の構成を説明するために示す断面図である。

すなわち、本発明のソケットの一実施の形態に適用されるベース部材１０１は、表面に一段低くなるように形成された回路部品収容部１０２を有すると共に、その反対側の面に図示しない半田ボールが装着される接続端子面１０３を有する。回路部品収納部１０２は、図示していないが、図４，図５及び図８〜図１０に示すソケット４０１のベース部材４０３と同様に、仕切り部で仕切られた部位に複数の接触子が設けられ、当該接触子は、接続端子面１０３に形成された図示しない電極と接続され、さらにその電極に半田ボールが装着されて外部端子として構成されるものである。

本発明に係るソケットに適用されるベース部材１０１は、以上の構成に加えて、接続端子面１０３と回路部品収容部１０２の底面が、それぞれ、その中央部が図１に示すように、端部に対して中央部が、回路部品収容部１０２方向に湾曲した構造を有している。図１において、点線が直線であり、それに対して、回路部品収容部１０２方向に所定寸法湾曲するように形成されている。

このときの、湾曲寸法は圧着カバー４１２及び圧着レバー４１９によってベース部材１０１が受ける変形を相殺する値に設定されるものであるが、それは実験的に求めることができるものである。

ベース部材１０１が以上説明したよう構成されることによって、それを図４，５及び図８〜１０で示した構成要素と共にソケットに組み込むことによって、回路部品装着時に、ベース部材が、圧着カバー及び圧着レバーによって受ける応力で変形される量が、予め変形していた構成によって相殺されることになるため、接続端子面１０３を平面状態に保持することが可能になるものである。

それによって、回路基板に実装されたソケットは、回路部品を装着することで、接続端子面１０３と、回路基板の実装面とが略平行な状態になり、半田ボールによる回路基板との接合が良好な状態で保持されるため、半田付け不良等の事故を低減させることが可能となるものである。

なお、図１に示すベース部材１０１が組み込まれたソケットを回路基板に実装する際に、場合によっては、回路部品収容部にダミーの回路部品を装着することで、その接続端子面１０３を平面状に変更することが可能になるため、実装が簡単に実行できるようにものである。その際のダミーの回路部品としては、外形寸法が図５に示すＬＧＡ回路部品の外形寸法と同等のものを適用することになる。

図２は、図１に示すベース部材１０１を適用したソケット２０１を、回路基板２０２に実装し、さらにＬＧＡ回路部品６０１を装着した状態を示すものである。なお、図２において、ベース部材１０１を除く他の構成要素は、図４〜図１０に示す構成と同じであり、同一番号を付して詳細な説明は省略する。図２に示すように、ソケット２０１は、ベース部材１０１が、圧着カバー４１２及び圧着レバー４１８による応力を受けて、その中央部分が接続端子面１０３側に突出するように変形しようとしても、予めその中央部分を、接続端子面１０３と反対側に湾曲させてあるため、それによって変形量が相殺されて、結局、ベース部材１０１の接続端子面１０３は平面状態を保持することになる。

それによって、ベース部材１０１の接続端子面１０３は、回路基板２０２の実装面と略平行な平面状態に保持されるため、回路基板２０２とソケット２０１の半田による接合部が変形することなく、接続不良等の事故の発生を大幅に減らすことが可能である。

なお、ベース部材としては、図１に示すように半田ボール装着面と反対方向に曲線的に変形させておくという構成の他、端部から中央部に行くにしたがって直線的に、半田ボール装着面と反対方向に変形させるように構成することも可能である。

図３において、ベース部材３０１は、中央部が直線的に半田ボール装着面と反対方向に変形されることで構成されている。この実施の形態のベース部材を用いた回路部品用ソケットにおいても、それを適用したソケットでは、半田ボール装着面を平面状に保持することが可能であり、半田付け不良を削減させることが可能である。なお、図３中、３０２は回路部品収容部であり、３０３は接続端子面である。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

この発明に係わる回路部品用ソケットに適用されるベース素材の一例を説明するために示す図。図１に示すベース素材を適用したこの発明に係るソケットの一実施の形態を説明するために示す一部断面側面図。この発明に係わる回路部品用ソケットに適用されるベース素材の他の例を説明するために示す図。一般的な、回路部品用ソケットを説明するために示す図。一般的な、回路部品用ソケットを説明するために示す図。回路部品用ソケットに装着される回路部品を説明するために示す。回路部品用ソケットに装着される回路部品を説明するために示す。一般的な回路部品用ソケットに回路部品を装着する状態を説明するために示す図。一般的な回路部品用ソケットに回路部品を装着した状態を説明するために示す図。一般的な回路部品用ソケットの問題点を説明するために示す図。

符号の説明

１０１…ベース部材
２０１…ソケット
３０１…ベース部材
４０１…ソケット
４０２…金属フレーム
４０３…ベース部材
４０４…枠
４０５…回路部品収容部
４０６…仕切り部
４０７…接触子
４０８…突起
４０９…開口
４１０…半田ボール
４１１…側壁
４１２…圧着カバー
４１３…開口
４１４…係合部
４１５…開口
４１６…突片
４１７…折曲部
４１８…側壁
４１９…圧着レバー
４２０…保持部
４２１，４２２…側壁
４２３…支持部
４２４…圧接部
４２５…操作部
４２６…開口
４２７…係止片

Claims

フレームと、このフレームに固定され一面に回路部品が収容される収容部が形成されると共に、反対面に当該回路部品収容部に収容された回路部品の電極と電気的に接続され回路基板と接合される接続端子が形成された接続端子面を有したベース部材と、前記回路部品収容部に収容された回路部品を前記ベース部材に圧着させる圧着手段とを備えた回路部品用ソケットにおいて、
前記ベース部材を、その前記接続端子面が前記回路部品収容部方向に所定量変移するように形成したことを特徴とする回路部品用ソケット。
前記圧着手段は、その前記回路部品収容部に収容された回路部品を圧着する力が、回路部品収容部の周辺部に対して中央部が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路部品用ソケット。
前記ベース部材が、前記圧着手段による回路部品の回路部品収容部への圧着によって受ける変形を相殺するようにその前記接続端子面が前記回路部品収容部方向に変形するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路部品用ソケット。
前記ベース部材が、その前記接続端子面が前記回路部品収容部方向に湾曲するように成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路部品用ソケット。
前記ベース部材が、その前記接続端子面が前記回路部品収容部方向に直線的に突出するように成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路部品用ソケット。
フレームと、このフレームに固定され一面に回路部品が収容される収容部が形成されると共に、反対面に当該回路部品収容部に収容された回路部品の電極と電気的に接続され回路基板と接合される接続端子が形成された接続端子面を有し、当該接続端子面が、回路部品収部方向に湾曲するように形成されたベース部材と、前記回路部品収容部に収容された回路部品を前記ベース部材に圧着させる圧着手段とを備えた回路部品用ソケットの前記回路部品収容部にダミー回路部品を装着して、回路基板に実装するようにした回路部品用ソケットの実装方法。