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

Ｌｇａコネクタ、パッケージ実装構造 Download PDF

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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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