JP2007165149A - Lgaコネクタ、パッケージ実装構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、コラム部に負荷される荷重がより均一になるLGAコネクタ、パッケージ実装構造を提供する。
【解決手段】プリント板6上に搭載されるLGAパッケージ4とプリント板6とを接続するためのLGAコネクタ1において、LGAパッケージ4の電極とプリント板6の電極との間の導通をとるためのコラム11と、コラム11を支持するソケット12と、を有するとともに、LGAパッケージ4を装着したときにコラム11にかかる荷重が均一となるように、コラムの高さがLGAコネクタ1の中央部にある開口部から外側に向かって低くなる構造とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、LGAパッケージとシステムボードとの導通をとるためのLGAコネクタおよびパッケージ実装構造に関する。
パッケージとシステムボードの導通を取るためには、直接基板にはんだ付けするBGA(Ball Grid Allay)方式やLGA(Land Grid Array)コネクタ方式などがある。BGA方式では、接合時に起きる熱問題や交換作業時の時間やコストの問題があるが、LGAコネクタ方式では、加圧して導通を取る構造になっているため、常温での作業で済み、また交換も容易である。
図1に従来例のパッケージの実装構造(断面図)、図2に従来例のパッケージの実装構造(平面図)を示す。
ヒートシンクベース52及びLIDまたはヒートスプレッダ53とボルスタープレート57との間をバネ59付きネジ58で締め付けることで加圧する構造となっており、基本的にはLGAパッケージ54の外側4隅を加圧し、LGAパッケージ54を搭載したパッケージ基板55とシステムボード56の間にLGAコネクタ51を挟む構造となっている。
4隅のネジ58によりLGAコネクタ51が加圧され、LGAコネクタ51のコラム61がつぶれることにより、パッケージ基板55およびシステムボード56の電極とコラム61内のAgフィラー間で導通が取られてLGAパッケージ54側とシステムボード側56の導通が取られる(特許文献1)。
特開2001−143829号公報(第2頁段落0007、図5〜図6)
LGAコネクタ51はヒートシンクベース52とボルスタープレート57の間に挟まれ、LGAパッケージ54の外側4隅をネジで加圧する構造となっていることから、構造上、コラム61にかかる荷重が均一にならず、4隅に近い外側の荷重が大きく、内側は低くなる。
また、現状はLGAコネクタ51のソケット62はポリミドのような樹脂材料が使われているため、剛性があまり高くないことから、荷重負荷時に変形し、コラム61に掛かる荷重を不均一にする要因となる。
そして、4箇所で加圧するが、組み立て時に順番にネジ締めしてバネ59により加圧するため、平行度が出にくい。
これらのことから、コラム61の荷重が低い部分があると導通がオープンになる可能性がある。
このため、コラム61に均一に荷重を負荷することが求められる。
本発明の目的は、コラム部に負荷される荷重がより均一になるLGAコネクタを提供することにある。
本発明のLGAコネクタは、プリント板上に搭載されるLGAパッケージとプリント板とを接続するためのLGAコネクタにおいて、LGAパッケージの電極とプリント板の電極との間の導通をとるためのコラムと、コラムを支持するソケットと、を備えるとともに、LGAパッケージを装着したときにコラムにかかる荷重が均一となる構造を有する構成である。
この構成により、コラムにかかる荷重が均一となるため、LGAパッケージとプリント基板の接触不良になることを低減できる。
また、コラムの高さを変えた構成である。
この構成により、コラムにかかる荷重が均一となるため、LGAパッケージとプリント基板の接触不良になることを低減できる。
また、LGAコネクタは、コラムの突起部の高さが、LGAコネクタの中央部にある開口部から外側に向かって低くなる構造を有する構成である。
コラムの突起部とは、コラムがソケットから外へ飛び出ている突起状の部分をいう。
この構成により、コラムの突起部の高さが開口部側から外側に向けて低くなるように傾斜しているため、LGAコネクタが加圧により中央部の高さが高く、周辺部の高さが低く変形した場合でも、コラムにかかる荷重が均一となるため、LGAパッケージとプリント基板の接触不良になることを低減できる。
また、LGAコネクタは、コラムの突起部の高さが、同一で、かつLGAコネクタの中央部にある開口部から外側に向かってソケットの高さが低くなる構造を有する構成である。
この構成により、ソケットの高さが開口部側から外側に向けて低くなるように傾斜しているため、LGAコネクタが加圧により中央部の高さが高く、周辺部の高さが低く変形した場合でも、コラムにかかる荷重が均一となるため、LGAパッケージとプリント基板の接触不良になることを低減できる。
また、LGAコネクタは、ソケットが絶縁処理された剛性の高い金属材料または剛性の高い樹脂材料である構成である。
この構成により、コラムを支持するソケットが変形しにくくなるため、コラムにかかる荷重が均一となり、LGAパッケージとプリント基板の接触不良になることを低減できる。
また、本発明のパッケージ実装構造は、LGAパッケージを搭載したパッケージ基板と、LGAパッケージの電極とプリント板の電極との間の導通をとるためのコラムと、コラムを支持するソケットと、を備えるとともにLGAパッケージを装着したときにコラムにかかる荷重が均一となるLGAコネクタと、パッケージ基板とLGAコネクタのコラムを介して接続されるプリント板と、LGAパッケージの上部及びプリント板の下部に設けたコラムへの加圧のための板と、LGAパッケージの上部板、プリント板、プリント板の下部板を貫通する加圧のためのバネ付きネジと、を有する構成である。
この構成により、コラムにかかる荷重が均一となる構造のLGAコネクタを使用しているため、LGAパッケージの上部板、プリント基板の下部板を貫通するバネ付きネジで締め付けても、コラムに均一に圧力がかかりやすくなる。
また、パッケージ実装構造は、バネ付きネジで加圧する位置がLGAコネクタに近接する位置であることを有する構成である。
この構成により、LGAコネクタに近接させるので、コラムに均一に圧力がかかりやすくなる。
また、パッケージ実装構造は、バネ付きネジで加圧する位置が3箇所である構成である。
この構成により、3点で締め付けるので、4点に比較して、コラムに均一に圧力がかかりやすくなる。
本発明により、LGAコネクタのコラム部に負荷される荷重がより均一になることにより、長期的な接続信頼性が向上する。
(実施例1)
図3に実施例のパッケージの実装構造(断面図)を示す。
LGA(Land Grid Array)パッケージ4の実装構造は、ヒートシンクベース2、LID(蓋)またはヒートスプレッダ3、LGAパッケージ4、パッケージ基板5、LGAコネクタ1、システムボード6、ボルスタープレート7の順に積重ねられた実装構造であり、バネ9付きネジ8で加圧する。
パッケージ基板5の電極とLGAコネクタ1のコラム11、LGAコネクタ1のコラム11とシステムボード6の電極が厚み方向に互いに重なることでLGAパッケージ4とシステムボード6とが導通する。
ヒートシンクベース2は、パッケージ基板5とLGAコネクタ1との接続を加圧するためのアルミ製の板である。また、放熱のため、図示していないヒートシンクを搭載する。
寸法は、例えば幅74×奥行き62mmで厚さ7mm程度である。
LIDまたはヒートスプレッダ3は、パッケージ基板5の平面度を出しながらLGAパッケージ4の熱をヒートシンクベース2経由でヒートシンクに伝達するためのものである。例えば銅製の板である。寸法は、例えば幅60×奥行き60mmで厚さ8.65mm程度である。
LGAパッケージ4は、半導体チップである。
パッケージ基板5は、LGAパッケージ4を搭載してLGAコネクタ1とLGAパッケージ4を電極により電気的に接続するためのものである。パッケージ基板5の材料は、例えばセラミックやFR−4である。寸法は、例えば幅42.5×奥行き42.5mmで厚さ1.6mm程度である。
LGAコネクタ1は、コラム11とソケット12を有する。寸法は、例えば幅47×奥行き47mmでコラムの高さは、2.35mm程度である。
コラム11は、変形し易いゴム性であり例えば、シリコンとAgフィラーの複合材である。ソケット12は、絶縁処理された銅のような剛性の高い金属もしくは、ポリミド樹脂材料より剛性の高い樹脂材料でできている。
LGAコネクタ1の上部は、パッケージ基板5が設けてあり、下部には、システムボード6が設けてある。コラム11は、パッケージ基板5上の電極およびシステムボード6上の電極とコラム11両面で接触し導通することで、LGAパッケージ4とシステムボード6との回路を接続している。
システムボード6は、例えばFR−4の材料でできており、各種回路を構成する。寸法は、例えば幅70mm×奥行き60mmであり、厚さ3.2mm程度である。
ボルスタープレート7は、パッケージ基板5とLGAコネクタ1との接続を加圧するためのステンレス製の板である。寸法は、例えば幅64×奥行き52mmで厚さ3mm程度である。
バネ9付きのネジ8を締め付けることにより、ヒートシンクベース2からボルスタープレート7の間が加圧され、LGAコネクタ1とパッケージ基板5の接触が安定する。ネジ8間は、例えば幅方向50mm、奥行き方向35mmである。4つのネジを通常使用する。
図4に、実施例1のLGAコネクタの構成図を示す。
LGAコネクタ1は、コラム11とソケット12を有する。
LGAコネクタ1は、図4(a)、(b)、(c)に示すように、ほぼ正方形の板状のソケット12を貫通して上下に突起状のコラム11が格子状に配列されている。そして、ソケット12の中央部は、パッケージ基板5上の部品が衝突しないように、ほぼ正方形の開口部14を有する。
次に、コラム11に負荷される荷重がより均一になるLGAコネクタ1または実装構造について説明を行う。
LGAコネクタ1は、コラム11の突起部13の高さがLGAコネクタ1の中央部にある開口部14から外側に向かって低くなる構造である。図4(c)に示すように外側の突起部13の高さa2は、内側の高さa1に比較して低い。 この結果、コラムの高さhがLGAコネクタ1の中央部にある開口部14から外側に向かって低くなる構造となっている。
この場合、コラム11の突起部13の高さの相違は、LGAコネクタ1を加圧する上下部材の剛性との関係により決める。この結果、LGAコネクタ1の内側から外側にかかる荷重が均一化できる。
図7に、実施例のコラムの高さ方向圧力差分比較を示す。シミュレーションによる値である。
従来例の図1におけるコラム11の圧力分布は、最大値が、-2.594MPa(MPa:メガパスカルで圧力単位)、最小値が-3.852MPaであり、最大値と最小値の差分が1.262MPaである。図7の「従来」に示す。
この従来例のシミュレーションは、以下の条件で行われている。
ヒートシンクベース2は、アルミニウム板で、寸法は、幅74×奥行き62mmで厚さ7mm程度である。
LIDまたはヒートスプレッダ3は、銅製の板で、寸法は、幅42.5×奥行き42.5mmで厚さ2.7mm程度である。
パッケージ基板5は、FR−4で、寸法は、幅42.5×奥行き42.5mmで厚さ1.6mm程度である。
LGAコネクタ1は、寸法は、幅47×奥行き47mmでコラム高さは、同一高さで2.35mm程度である。コラム11は、シリコンとAgフィラーの複合材である。ソケット12は、ポリミドのような樹脂材料である。
システムボード6は、FR−4の材料で、寸法は、幅70mm×奥行き60mmであり、厚さ3.2mmである。
ボルスタープレート7は、ステンレス製の板で、寸法は、幅64mm×奥行き52mmで厚さ3mm程度である。
ネジ間は、ボルスタープレート7の4隅に設置する寸法である。
一方以下の説明では、上記の従来例のシミュレーション条件の中から、コラム11の高さの条件のみを変更してシミュレーションをしている。
コラム11の内側と外側の高さの差を10μmとしたときのコラム11の高さ方向の圧力分布は、最大値が、-2.591MPaで最小値が-3.711MPaであり、最大値と最小値の差分が1.12MPaである。
従って、この値は、従来の最大値と最小値の差分の1.262MPaより小さくなっており、圧力分布が従来に比べて均一化方向にあることがわかる。図7(1)にシミュレーション結果を示す。
(実施例2)
図5に、実施例2のソケットの構造の説明図を示す。
コラム11の突起部13の高さh3を変更せずに、コラムを挟むソケット12の高さに変化を付ける方法である。外側の高さh2は、内側の高さh1に比較して低い。LGAコネクタの中央部にある開口部14から外側に向かって低くなる構造である。すなわち、コラムの高さhがLGAコネクタ1の中央部にある開口部14から外側に向かって低くなる構造となっている。効果は、コラム11部の突起部の高さのみを変更することと同等である。
(実施例3)
また、LIDもしくはヒートスプレッダ3をパッケージ基板5より大きくする。具体的には、剛性を保ちながら、ネジ8で固定できる位置まで大きくする。さらに、ネジ8により加圧する位置をLGAコネクタ1側にできるだけ寄せた構造とする。図3にこの構造の例を示す。
この実施例では、上記の従来例のシミュレーション条件の中から、LIDもしくはヒートスプレッダ3とネジ間寸法のみを変更してシミュレーションをしている。
すなわち、LIDもしくはヒートスプレッダ3寸法は、幅60×奥行き60mmで厚さ8.65mm程度である。また、ネジ間は、幅方向50mm、奥行き方向35mmである。
この構造での圧力分布は、最大値が-2.725MPaであり、最小値は-3.698MPaであり、最大値と最小値の差分が0.973 MPaである。
従って、この値は、従来の最大値と最小値の差分の1.262MPaより小さくなっており、圧力分布が従来に比べて均一化方向にあることがわかる。図7(2)にシミュレーション結果を示す。
(実施例4)また、LGAコネクタ1のソケット12を、絶縁処理された剛性の高い金属もしくは剛性の高い樹脂材料で作成する。絶縁処理された剛性の高い金属としては、例えば銅がある。また、剛性の高い樹脂材料としては、エンジニアリングプラスチック、例えば、ポリエーテルサルホン(PES)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などがある。
この実施例では、上記の従来例のシミュレーション条件の中から、ソケットの材質のみを変更してシミュレーションをしている。
この構造での圧力分布は、最大値は、-2.636MPaであり、最小値は、-3.790MPaであり、最大値と最小値の差分が1.154MPaである。
従って、この値は、従来の最大値と最小値の差分の1.262MPaより小さくなっており、圧力分布が従来に比べて均一化方向にあることがわかる。図7(3)にシミュレーション結果を示す。
(実施例5)実施例1、実施例3、実施例4の構造をすべて適用した構造での圧力分布は、最大値は、-2.804MPaであり、最小値は、-3.555MPaであり、最大値と最小値の差分が0.751MPaである。
従って、この値は、従来の最大値と最小値の差分の1.262MPaより小さくなっており、圧力分布が従来に比べて均一化方向にあることがわかる。図7(4)にシミュレーション結果を示す。
(実施例6)
図6に、実施例のパッケージの実装構造(平面図)を示す。
加圧する箇所が4箇所ではなく、3箇所で加圧する構造とする。4箇所では、ネジの締め付けにより、実装構造の中央部分が膨らみ、コラム11と電極の接触不良に繋がりやすいが、3箇所であれば、圧力分布がより均一化しやすいためである。
これらの実装構造をとることにより、コラム11に負荷される荷重が均一化され、荷重が低くなることによる導通オープンの問題が回避され、接続信頼性が向上する。
本発明は、コラム部に負荷される荷重がより均一になるLGAコネクタを提供する用途に適用できる。
従来例のパッケージの実装構造(断面図) 従来例のパッケージの実装構造(平面図) 実施例のパッケージの実装構造(断面図) 実施例のLGAコネクタの構成図 実施例のソケットの構造の説明図 実施例のパッケージの実装構造(平面図) 実施例のコラム高さ方向圧力差分比較
符号の説明
1 LGAコネクタ
2 ヒートシンクベース
3 LIDまたはヒートスプレッダ
4 LGAパッケージ
5 パッケージ基板
6 システムボード
7 ボルスタープレート
8 ネジ
9 バネ
11 コラム
12 ソケット
13 突起部
14 開口部
21 一部拡大したLGAコネクタ

Claims (8)

  1. プリント板上に搭載されるLGAパッケージとプリント板とを接続するためのLGAコネクタにおいて、
    LGAパッケージの電極とプリント板の電極との間の導通をとるためのコラムと、コラムを支持するソケットと、を備えるとともに、
    LGAパッケージを装着したときにコラムにかかる荷重が均一となる構造を有することを特徴とするLGAコネクタ。
  2. コラムの高さを変えたことを特徴とする請求項1記載のLGAコネクタ。
  3. コラムの突起部の高さが、
    LGAコネクタの中央部にある開口部から外側に向かって低くなる構造を有することを特徴とする請求項2記載のLGAコネクタ。
  4. コラムの突起部の高さが、同一で、かつ
    LGAコネクタの中央部にある開口部から外側に向かってソケットの高さが低くなる構造を有することを特徴とする請求項2記載のLGAコネクタ。
  5. ソケットが絶縁処理された剛性の高い金属材料または剛性の高い樹脂材料であることを特徴とする請求項1記載のLGAコネクタ。
  6. LGAパッケージを搭載したパッケージ基板と、
    LGAパッケージの電極とプリント板の電極との間の導通をとるためのコラムと、コラムを支持するソケットと、を備えるとともにLGAパッケージを装着したときにコラムにかかる荷重が均一となるLGAコネクタと、
    パッケージ基板とLGAコネクタのコラムを介して接続されるプリント板と、
    LGAパッケージの上部及びプリント板の下部に設けたコラムへの加圧のための板と、
    LGAパッケージの上部板、プリント板、プリント板の下部板を貫通する加圧のためのバネ付きネジと、
    を有するパッケージ実装構造。
  7. バネ付きネジの位置がLGAコネクタに近接する位置であることを有する請求項6記載のパッケージ実装構造。
  8. バネ付きネジの位置が3箇所である請求項7記載のパッケージ実装構造。
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