JP2007328996A - ソケットとその製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低抵抗、大電流化、高速化に対応できる優れたソケット及びこれを用いた半導体装置の提供。
【解決手段】金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、主柱部とその両端から延出したアーム部とを有し、これらのアーム部間で該舌片部を挟持しているコ字状の金属端子とを有してなることを特徴とするソケット。
【選択図】図1
【解決手段】金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、主柱部とその両端から延出したアーム部とを有し、これらのアーム部間で該舌片部を挟持しているコ字状の金属端子とを有してなることを特徴とするソケット。
【選択図】図1
Description
本発明は、CPUやLSI等のICパッケージをプリント基板に実装する際に使用するソケットに関し、特に、LGAパッケージやBGAパッケージのICパッケージをプリント基板上に実装する際などに好適に用いられるソケットとその製造方法及びこれを用いた半導体装置に関する。
従来から、CPUやLSI等のICパッケージを、ソケットを介してプリント基板に実装する技術が検討されており、各種半導体装置、例えばパーソナルコンピュータやサーバーのマザーボードの多くには、LGAパッケージやBGAパッケージのCPUを装着するためのソケットが実装されている。
CPUは、その機能、性能の向上のため、年々多ピン化、高速化が進んでおり、パッケージのサイズアップや、ファインピッチによって対応がなされている。
これに伴い、ソケットも多ピン化への対応が必要になるとともに、パッケージのサイズアップに伴うたわみ量増大への対応や、パッケージの接触ランドやボールの高さばらつきへの対応が必要となるため、ソケットコンタクトのストロークを確保することができる構造が求められている。
また、ファインピッチ化に対する対応としては、ソケットコンタクトの小型化が重要であり、ICのピンとソケットのコンタクトの適切な接圧での接触を確保できることが望まれる。
更に高速化においては、コンタクトが低インダクタンスであることが重要であり、高速化による消費電流増大に対応して接触抵抗が低く、許容電流も高いことが求められる。
CPUは、その機能、性能の向上のため、年々多ピン化、高速化が進んでおり、パッケージのサイズアップや、ファインピッチによって対応がなされている。
これに伴い、ソケットも多ピン化への対応が必要になるとともに、パッケージのサイズアップに伴うたわみ量増大への対応や、パッケージの接触ランドやボールの高さばらつきへの対応が必要となるため、ソケットコンタクトのストロークを確保することができる構造が求められている。
また、ファインピッチ化に対する対応としては、ソケットコンタクトの小型化が重要であり、ICのピンとソケットのコンタクトの適切な接圧での接触を確保できることが望まれる。
更に高速化においては、コンタクトが低インダクタンスであることが重要であり、高速化による消費電流増大に対応して接触抵抗が低く、許容電流も高いことが求められる。
現在のLGAパッケージ用ソケットの主流は、約1mmピッチの400〜800ピンのものであり、金属板を複雑に折り曲げて所定形状のコンタクト端子を作り、ソケットハウジングにコンタクト端子を挿入して製造する方法が用いられている。これらの従来技術は、例えば特許文献1〜2に開示されている。
特開2004−158430号公報
特開2005−19284号公報
米国特許第6669490号明細書
しかしながら、特許文献1,2に開示された従来技術は、コンタクト端子が板バネ方式であるため、コンタクトのストロークを大きくするためにバネを長くすると、隣接するピンに接触してしまうため、ファインピッチになるとストロークを大きくできないといった問題がある。
また、この問題を解決するべく、コンタクトに導電性エラストマーからなるコラムを用いた構造として、例えば、特許文献3に開示された技術が提案されている。この場合、ソケットの反発性は導電性エラストマーの特性や構造で決まるため、適切な反発力の導電性エラストマーがあれば、要求にあった荷重において十分なストロークを確保することが可能なソケットを実現可能である。
しかし、特許文献3に開示されているような導電性エラストマーを用いると、
・コンタクトが金属でなくエラストマーであるため、金属接触に比較して接触抵抗が高く、高電流化に対して発熱や電圧降下が増大する恐れがある、
・パッケージ挿入時に、コンタクトが金属ランドをワイピングしないため、ランドの酸化膜除去が期待できない、等の、新たな課題が発生する。
・コンタクトが金属でなくエラストマーであるため、金属接触に比較して接触抵抗が高く、高電流化に対して発熱や電圧降下が増大する恐れがある、
・パッケージ挿入時に、コンタクトが金属ランドをワイピングしないため、ランドの酸化膜除去が期待できない、等の、新たな課題が発生する。
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、低抵抗、大電流化、高速化に対応できる優れたソケット及びこれを用いた半導体装置の提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、主柱部とその両端から延出したアーム部とを有し、これらのアーム部間で該舌片部を挟持しているコ字状の金属端子とを有してなり、前記金属端子の主柱部が前記舌片部の突端側に設けられると共に、前記アーム部のうちの端子接触部が前記舌片部の基端部近傍に配置されていることを特徴とするソケットを提供する。
本発明のソケットにおいて、前記エラストマーは、フッ素系エラストマーであることが好ましい。
本発明のソケットにおいて、前記金属端子のアーム部外面に凸部が設けられたことが好ましい。
本発明のソケットにおいて、前記金属端子と前記舌片部とは3点以上の点接触又は面接触又は直線的一面で接している構造を有することが好ましい。
本発明のソケットにおいて、前記エラストマーに複数の金属端子が設けられてなることが好ましい。
本発明のソケットにおいて、前記金属端子の一方のアーム部が半田付けのためのランドとされ、他方のアーム部がICパッケージの接続用端子とされたことが好ましい。
また本発明は、
(1)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、コ字状をなす金属端子とを用意し、
(2)次いで、エラストマーの舌片部を押し上げ又は引き下げて、エラストマーの表面又は裏面から突出させるとともに、この状態を保持し、
(3)次いで、エラストマーの表面又は裏面から突出した舌片部に、金属端子を、そのアーム部間で舌片部を挟持するように取り付け、
(4)次いで、金属端子を取り付けた舌片部をスリット内に収めることにより、前述した本発明に係るソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法、及び、
(A)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、L字状又は直線状の金属部材とを用意し、
(B)次いで、スリットを通してエラストマーに金属部材を挿入し、
(C)次いで、金属部材の一端側又は両端側を折り曲げてコ字状の金属端子とすると共に、舌片部を金属端子の両方のアーム部で挟み、前述した本発明に係るソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法を提供する。
(1)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、コ字状をなす金属端子とを用意し、
(2)次いで、エラストマーの舌片部を押し上げ又は引き下げて、エラストマーの表面又は裏面から突出させるとともに、この状態を保持し、
(3)次いで、エラストマーの表面又は裏面から突出した舌片部に、金属端子を、そのアーム部間で舌片部を挟持するように取り付け、
(4)次いで、金属端子を取り付けた舌片部をスリット内に収めることにより、前述した本発明に係るソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法、及び、
(A)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、L字状又は直線状の金属部材とを用意し、
(B)次いで、スリットを通してエラストマーに金属部材を挿入し、
(C)次いで、金属部材の一端側又は両端側を折り曲げてコ字状の金属端子とすると共に、舌片部を金属端子の両方のアーム部で挟み、前述した本発明に係るソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法を提供する。
また本発明は、前述した本発明に係るソケットと、該ソケットを介して電気的に接続されたプリント基板及びICパッケージとを有することを特徴とする半導体装置を提供する。
本発明のソケットは、金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、主柱部とその両端から延出したアーム部とを有し、これらのアーム部間で該舌片部を挟持しているコ字状の金属端子とを有してなる構成としたので、部品点数が少なく、安価なソケットを提供できる。
また、エラストマーの寸法を調整することにより、ある程度の荷重−変位特性の制御が可能となり、荷重−変位特性の異なる各種のソケットを容易に製造できるので、荷重−変位特性の異なる各種のソケットの要求にも対応できる。
また、接触部分が金属であるため、接続端子と同金属のメッキ処理が可能であり、低接触抵抗での接続が可能である。
また、コ字状の金属端子に電流が流れるので、低インダクタンスで接続可能である。
また、荷重を印加した際には、コ字状をなす金属端子の主柱部を支点としてアーム部が沈み込むため、相対する接触面とこすれ合いながら位置をずらして接触するワイピング機能を実現でき、これにより金属表面の酸化膜や異物を除去して新鮮な金属面同士で接続が可能となり、接続抵抗をより低くすることができる。
また、上下の接触は荷重による接続で実現可能なため、交換可能なソケットを設計でき、サーバー用途で求められるメンテナンス性にも優れている。
また、接続対象の基板に反りがあっても、エラストマーがその反り形状に追従するので、基板の反りの影響を軽減できる。
また、エラストマーの寸法を調整することにより、ある程度の荷重−変位特性の制御が可能となり、荷重−変位特性の異なる各種のソケットを容易に製造できるので、荷重−変位特性の異なる各種のソケットの要求にも対応できる。
また、接触部分が金属であるため、接続端子と同金属のメッキ処理が可能であり、低接触抵抗での接続が可能である。
また、コ字状の金属端子に電流が流れるので、低インダクタンスで接続可能である。
また、荷重を印加した際には、コ字状をなす金属端子の主柱部を支点としてアーム部が沈み込むため、相対する接触面とこすれ合いながら位置をずらして接触するワイピング機能を実現でき、これにより金属表面の酸化膜や異物を除去して新鮮な金属面同士で接続が可能となり、接続抵抗をより低くすることができる。
また、上下の接触は荷重による接続で実現可能なため、交換可能なソケットを設計でき、サーバー用途で求められるメンテナンス性にも優れている。
また、接続対象の基板に反りがあっても、エラストマーがその反り形状に追従するので、基板の反りの影響を軽減できる。
また、エラストマーをフッ素ゴムで形成したことで、耐熱性が高くなり、このソケットを基板やパッケージと接合する際に、半田のリフロー処理が可能になり、接合工程が容易となり、生産コストを低減することが可能となる。
また、金属端子のアーム部外面に凸部を設けた構成とすれば、プリント基板やLGAパッケージのような平坦な電極に対しても、所定の荷重−変位特性での使用が可能となり、ソケットの適用範囲を拡げることができる。
また、金属端子と前記舌片部とが3点以上の点接触又は面接触又は直線的一面で接している構造とすることで、エラストマーから金属端子が抜け難くなり、押圧・解除を繰り返した場合でも金属端子が脱落せず、ソケットとしての信頼性を高めることができる。
また、板状のエラストマーに複数の金属端子を設けた構成とすることで、複数の金属端子を備えたソケットを安価に提供でき、また金属端子の配置密度を高めることができる。
また、本発明のソケットの製造方法によれば、前述した本発明に係るソケットを、簡単に、効率よく製造することができるので、高性能なソケットを安価に製造することができる。
また本発明の半導体装置は、前述した本発明に係るソケットと、該ソケットを介して電気的に接続されたプリント基板及びICパッケージとを有するものなので、低抵抗、大電流化、高速化に対応できる高性能な装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1及び図2は、本発明のソケットの第1実施形態を示す図であり、図1はソケット10の平面図、図2は図1中のA−A’部断面図である。これらの図中、符号10はソケット、11はエラストマー、12はスリット、13は舌片部、14は金属端子、14Aは主柱部、14Bはアーム部である。
図1及び図2は、本発明のソケットの第1実施形態を示す図であり、図1はソケット10の平面図、図2は図1中のA−A’部断面図である。これらの図中、符号10はソケット、11はエラストマー、12はスリット、13は舌片部、14は金属端子、14Aは主柱部、14Bはアーム部である。
本実施形態のソケット10は、金属端子配置領域の周縁にコ字状のスリット12が設けられ、該スリット12の内側に金属端子配置領域となる舌片部13が形成された板状のエラストマー11と、主柱部14Aとその両端から延出したアーム部14Bとを有し、これらのアーム部14B間で舌片部13を挟持しているコ字状の金属端子14とから構成され、前記金属端子の主柱部14Aが舌片部13の突端側に設けられると共に、アーム部14Bのうちの端子接触部が前記舌片部13の基端部近傍に配置されているている。本例示では、一枚のエラストマー11に多数の金属端子14が三角格子状に所定の端子ピッチで配置されている。
本実施形態のソケット10は、プリント基板やICパッケージの端子と接触するコンタクト端子として、コ字状の金属端子14を使用し、また反発力は金属端子14で挟み込んだエラストマー11の舌片部13によって確保するソケット端子構造になっている。基本構造は、板状のエラストマー11に、金属端子14を取り付けるためのコ字状のスリット12を形成し、端子間を接続するエラストマー支持板(エラストマー11のうち舌片部13以外の本体部分)と各端子の舌片部13とが一部で繋がった形状にすることで、舌片部13を持ち上げ、変形させた状態でコ字状の金属端子14を舌片部13に挟み込むことが可能になる。
このような構造をとることにより、本実施形態のソケット10は、プリント基板やパッケージの端子に対して金属接触が可能であり、かつエラストマーの反発を主要因にした荷重−ストローク特性を示すソケット構造が、組み立てやすい形状で実現可能となる。
また、接触部であるアーム部14Bが主柱部14Aの両端を支点として沈み込むため、ワイピング効果も期待できる。
また、コ字状の金属端子14部分に電流が流れるため、電気的な導通経路を短距離にすることで低インダクタンス化を実現することができ、従って、本実施形態のソケット10は低抵抗、大電流化、高速化に対応した高性能なものとなる。
また、このような構造をとることにより、反発力を得るためのコ字状の金属端子14に挟まれた舌片部13と端子間を接続して位置決めするための支持板とが同一の板状エラストマー11で実現できるため、エラストマー11にスリット12を形成し、そのスリット12内方の舌片部13にコ字状の金属端子14を挟み込むだけで製造が可能となる。
また、接触部であるアーム部14Bが主柱部14Aの両端を支点として沈み込むため、ワイピング効果も期待できる。
また、コ字状の金属端子14部分に電流が流れるため、電気的な導通経路を短距離にすることで低インダクタンス化を実現することができ、従って、本実施形態のソケット10は低抵抗、大電流化、高速化に対応した高性能なものとなる。
また、このような構造をとることにより、反発力を得るためのコ字状の金属端子14に挟まれた舌片部13と端子間を接続して位置決めするための支持板とが同一の板状エラストマー11で実現できるため、エラストマー11にスリット12を形成し、そのスリット12内方の舌片部13にコ字状の金属端子14を挟み込むだけで製造が可能となる。
なお、本実施形態では、エラストマー11に形成するスリット12の形状をコ字状としたが、端子間を接続するエラストマー支持板と各端子の舌片部13とが一部で繋がった形状になっていれば、コの字形状に限らず、U字状その他の形状としてもよい。
エラストマー11と舌片部13との接続部は、荷重を印加した場合の荷重−変位特性に影響するため、舌片部13を理想的な直方体と考えて反発力を計算し、荷重−変位特性を設計したい場合は、機械強度や、繰り返し荷重に耐えさえすれば、接続部は細いほどよい。そのため、この接続部を意図的に小さくしたC字のようなスリット形状や、接続部の一部を更に切れ込みを入れる形状も考えられる。但し、コ字状の金属端子の安定性を考えると、金属端子14の主柱部14Aは、舌片部13の面と突き当たることで、金属端子14のズレを抑制し、整列性を保つ必要があり、少なくとも金属端子14と舌片部13とは3点以上の接する面を有することが望ましい。尚、図1では、コ字状の金属端子14の主柱部14Aと舌片部13とは直線的な面で接する構造としている。
図1及び図2に示すコ字状の金属端子14は、銅や黄銅などの導電性の良い材料からなるものが望ましく、また接触抵抗低減のために外面に金めっきを施すことが望ましい。また、銅に金めっきを施す場合は、拡散に対するブロック層として、下地にニッケルメッキを施すことが一般的である。
この金属端子14に挟み込む舌片部13を含むエラストマー11の高さは、金属端子14の内側の高さ寸法と同じであることが望ましい。また、舌片部13とそれと隣接するエラストマー11のスリット幅は、狭すぎると金属端子14に荷重をかけたときに、押しつぶされた舌片部13が、スリット12を介して対向するエラストマー11の本体部と干渉してしまい、ある程度以上の変位量で必要荷重が高くなってしまうとともに、隣り合う金属端子14に対するエラストマーの引っ張り、圧縮による力の伝達軽減効果が得られなくなくなってしまう。一方、舌片部13の周りに設けるスリット12の幅を広くしすぎると、隣接端子間隔を狭くできない問題を生じるか、舌片部13の体積が確保できなくなり、舌片部13の反発力が十分に得られなくなってしまう。
上記理由により、金属端子14で挟み込む舌片部13の大きさは、金属端子14の面積と同じかやや大きいことが望ましい。また、言い換えれば、この舌片部13の寸法を調整することにより、各端子の荷重−変位特性を制御できることになる。
次に、本実施形態のソケット10の製造方法の一例を、図3及び図4を参照して説明する。図3は、ソケット10の製造に用いる板状のエラストマー11の所定位置にコ字状のスリット12を形成した状態を示す平面図、図4は、本例によるソケット10の製造方法を工程順に示す側面断面図である。
本例によるソケット10の製造方法は、
(1)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリット12が設けられ、該スリット12の内側に金属端子配置領域となる舌片部13が形成された板状のエラストマー11と、コ字状をなす金属端子14とを用意し、
(2)次いで、エラストマー11の舌片部13を押し上げ又は引き下げて、エラストマーの表面又は裏面から突出させるとともに、この状態を保持し、
(3)次いで、エラストマーの表面又は裏面から突出した舌片部13に、金属端子14を、そのアーム部間で舌片部13を挟持するように取り付け、
(4)次いで、金属端子14を取り付けた舌片部13をスリット12内に収めることにより、前述したソケット10を得ることを特徴としている。
(1)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリット12が設けられ、該スリット12の内側に金属端子配置領域となる舌片部13が形成された板状のエラストマー11と、コ字状をなす金属端子14とを用意し、
(2)次いで、エラストマー11の舌片部13を押し上げ又は引き下げて、エラストマーの表面又は裏面から突出させるとともに、この状態を保持し、
(3)次いで、エラストマーの表面又は裏面から突出した舌片部13に、金属端子14を、そのアーム部間で舌片部13を挟持するように取り付け、
(4)次いで、金属端子14を取り付けた舌片部13をスリット12内に収めることにより、前述したソケット10を得ることを特徴としている。
本発明のソケットの製造方法において用いる金属端子14の材料は、銅や黄銅などの金属を、既存のプレスや金型成型による金属部品加工技術を適用して容易に作製することができる。また、メッキ処理も、通常のニッケルメッキや金メッキ技術が適用可能であり、これら技術で可能な範囲のファインピッチ化に対応できる。
一方、エラストマー11は、液状の原材料を板状に押し出して裁断する方法や、射出成型によって必要な形状を実現する方法が適用でき、これについても既存の製造方法が適用できる。エラストマー11に形成するスリット12は、板状のエラストマー11に打ち抜き加工等を施すことによって容易に形成することができる。
図3及び図4の1)に、スリット12を形成したエラストマー11を示す。図3に示すように、エラストマー11にコ字状のスリット12を形成することで、スリット12の内側に、金属端子配置領域となる舌片部13が形成される。
次に、図4の2)に示すように、舌片部13を押上げてエラストマー11上に突出させる前記(2)の工程を行う。
次に、図4の3)に示すように、別途用意した金属端子14を舌片部13に挿入し、両方のアーム部で舌片部13を挟み込む、前記(3)の工程を行う。
次に、図4の4)及び5)に示すように、金属端子14を取り付けた舌片部13をスリット12内に収めることにより、前述したソケット10を得る、(4)の工程を行う。
次に、図4の3)に示すように、別途用意した金属端子14を舌片部13に挿入し、両方のアーム部で舌片部13を挟み込む、前記(3)の工程を行う。
次に、図4の4)及び5)に示すように、金属端子14を取り付けた舌片部13をスリット12内に収めることにより、前述したソケット10を得る、(4)の工程を行う。
また本発明のソケットの製造方法において、金属端子となる金具は、最初からコ字状でなくても良く、L字状又は直線状の金属部材をスリット12に挿入後、折り曲げ加工してコ字状の金属端子を形成しても良い。このような金属部材を用いる場合には、以下の各工程(A)〜(C)を経てソケット製造を行うことが望ましい。
(A)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリット12が設けられ、該スリット12の内側に金属端子配置領域となる舌片部13が形成された板状のエラストマー11と、L字状又は直線状の金属部材とを用意する工程、
(B)次いで、スリット12を通してエラストマー11に金属部材を挿入する工程、
(C)次いで、金属部材の一端側又は両端側を折り曲げてコ字状の金属端子14とすると共に、舌片部13を金属端子14の両方のアーム部で挟み、前述した本発明に係るソケットを得る工程。
(A)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリット12が設けられ、該スリット12の内側に金属端子配置領域となる舌片部13が形成された板状のエラストマー11と、L字状又は直線状の金属部材とを用意する工程、
(B)次いで、スリット12を通してエラストマー11に金属部材を挿入する工程、
(C)次いで、金属部材の一端側又は両端側を折り曲げてコ字状の金属端子14とすると共に、舌片部13を金属端子14の両方のアーム部で挟み、前述した本発明に係るソケットを得る工程。
図5は、本実施形態のソケット10を用いた半導体装置の一例として、このソケット10をBGAパッケージのICのためのソケットとして用いた場合のコンタクト動作を示す図である。図5(a)は、半導体装置20の押圧力付与前の状態(又は押圧力付与後の復元状態)を示す側面断面図、(b)は、半導体装置20に押圧力を付与した時の状態を示す側面断面図である。図5中、符号20は半導体装置、21はプリント基板、22はBGAパッケージ(ICパッケージ)、23はパターン配線、24は半田、25はBGA端子半田ボールである。
ソケット10をプリント基板21上のパターン配線23に接続する場合、プリント基板21側に予め必要な箇所だけにペースト半田24を塗布し、その上にソケット10の一方のアーム部外面を接して実装し、リフロー炉を通して半田付けすることで、電気的接続を実現できる。
この半導体装置において、ソケット10をプリント基板21上に実装した状態で、BGAパッケージ22のICを上に乗せた状態が図5(a)である。さらに、この状態で荷重を加えた状態が図5(b)である。荷重を加えると、エラストマー11が圧縮され、それに応じて反発力を発生しながら沈み込み、この時の荷重と発生する沈みが、荷重−ストローク特性となる。この場合もアーム部は主柱部を支点としてして沈み込む為、荷重を加えると接触点が主柱部側に移動し、これによって、ワイピング効果をもたらし、金属表面の酸化膜を除去してフレッシュな金属面同士を接触させることが出来るため、低抵抗で接触を実現できる。
また、本発明のソケットにおいて、荷重−変位特性を主に決定するのは、当然のことながら舌片部13にあるエラストマーの特性である。従って、ソケットとして求められる荷重−変位仕様に応じて適切なエラストマー材料を選択すべきであるが、これに加え、図5のようにエラストマー11に耐半田付け性が求められる場合がある。この場合、耐熱性が重要になる。市場に存在するエラストマーには、耐熱性に優れ、ソケットの荷重−変位特性を実現可能なものとして、フッ素系エラストマー、プロピレン系エラストマー、エチレン系エラストマー、ポリエステルエラストマー等がある。これらの中でも、特にフッ素系エラストマーが好ましい。
図6及び図7は、本発明のソケットの第2実施形態を示す図であり、図6は本実施例のソケット30の平面図、図7は図6中のA−A’部断面図である。これらの図中、符号11はエラストマー、12はスリット、13は舌片部、30はソケット、31は金属端子、31Aは主柱部、31Bはアーム部、32は凸部である。
本実施形態のソケット30は、前述した第1実施形態のソケット10とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、エラストマー11に、金属端子を取り付けるためのコ字状のスリット12を形成し、端子間を接続するエラストマー支持板と各端子の舌片部13とが一部で繋がった形状にすることで、舌片部13を持ち上げ、変形させた状態で金属端子を舌片部13に挟み込むことが可能になる点は同様であるが、本実施形態では、金属端子として、LGAパッケージを装着可能にするため、アーム部31Bの外側にドーム状や半球状の凸部32が設けられた金属端子31を用いた点で異なっている。
また、このソケット30を用いる半導体装置(図8参照)は、プリント基板側も凸部を設け、プリント基板上に形成した接続ランドと接触することを想定した構造としている。ソケット市場において、実際の機器のプリント基板に装着して使用するソケットは、パーソナルコンピュータ用などのように、一度実装して交換しない場合と、サーバー用途などのように定期的にソケットコンタクトを交換するものがあり、図6及び図7に例示したソケット30は、そのサーバー用途を考慮して、両面とも金属接触する構造にしている。このように本発明のソケットは、ICパッケージに凸部がないLGAパッケージや、メンテナンス時に交換するサーバー用途にも適用可能である。
図8は、本実施形態のソケット30を用いた半導体装置の一例として、このソケット30をLGAパッケージのICのためのソケットとして用いた場合の動作を示す図である。図8(a)は半導体装置40の押圧力付与前の状態(又は押圧力付与後の復元状態)を示す側面図、(b)は、半導体装置40に押圧力を付与した時の状態を示す側面図である。図8中、符号40は半導体装置、41はプリント基板、42はLGAパッケージ(ICパッケージ)、43はパターン配線、44はLGAランドである。
この半導体装置40は、プリント基板41のパターン配線43上に、ソケット30の一方のアーム部を載せ、ソケット30の他方のアーム部にLGAパッケージ42のLGAランド44を当接させた構造になっている。本実施形態のソケット30は、コ字状の金属端子31に凸部32を設けることにより、この凸部32の高さによってストロークを発生する構造となっている。
この状態で荷重を加えた状態が図8(b)である。荷重を加えると、エラストマー11が圧縮され、それに応じて反発力を発生しながら沈み込み、このときの荷重と発生する沈みが、荷重−ストローク特性となる。また、金属端子31のアーム部は主柱部を支点としてして沈み込むため、荷重を加えると接触点が主柱部側に移動し、これによってワイピング効果をもたらし、酸化膜を除去してフレッシュな金属面同士を接触させることが出来るため、低抵抗で接触を実現できる。尚、当然のことながら、エラストマー11の高さや幅寸法は、必要な荷重−ストローク特性を満たす反発性を有するように設計すべきであり、特にエラストマー11の高さ寸法は、少なくともストローク分より大きな寸法とする必要がある。
この場合、図5と比較して、上下共にエラストマー11が圧縮される点が異なる。また、接続する対象のランドの厚さを考慮しなければ、図8のソケット構造では変位可能な範囲(ストローク)は、凸部32の高さで決定することが分かる。従って、圧縮時に変形しない凸部32を形成できれば、凸部32の高さが高いほど変位を大きく取ることができる。一般に、ソケットでは10〜50gf程度の荷重で0.1〜1.0mm程度の荷重を求められることが多いが、本実施形態のソケット30は、そのような用途でも対応することができる。
図8を模擬した実験では、約25gにおいて0.15mmの変位が得られ、0.3mm程度の変位まで動作可能であり、500MHzで1nH以下の低インダクタンスが実現可能であることが分かった。
10,30…ソケット、11…エラストマー、12…スリット、13…舌片部、14,31…金属端子、14A,31A…主柱部、14B,31B…アーム部、20,40…半導体装置、21,41…プリント基板、22…BGAパッケージ(ICパッケージ)、23,43…パターン配線、24…半田、25…BGA端子半田ボール、32…凸部、42…LGAパッケージ(ICパッケージ)、44…LGAランド。
Claims (14)
- 金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、主柱部とその両端から延出したアーム部とを有し、これらのアーム部間で該舌片部を挟持しているコ字状の金属端子とを有してなり、前記金属端子の主柱部が前記舌片部の突端側に設けられると共に、前記アーム部のうちの端子接触部が前記舌片部の基端部近傍に配置されていることを特徴とするソケット。
- 前記エラストマーがフッ素系エラストマーであることを特徴とする請求項1に記載のソケット。
- 前記金属端子のアーム部外面に凸部が設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載のソケット。
- 前記金属端子と前記舌片部とは3点以上の点接触又は面接触又は直線的一面で接している構造を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のソケット。
- 前記エラストマーに複数の金属端子が設けられてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のソケット。
- 前記金属端子の一方のアーム部が半田付けのためのランドとされ、他方のアーム部がICパッケージの接続用端子とされたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のソケット。
- (1)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、コ字状をなす金属端子とを用意し、
(2)次いで、エラストマーの舌片部を押し上げ又は引き下げて、エラストマーの表面又は裏面から突出させるとともに、この状態を保持し、
(3)次いで、エラストマーの表面又は裏面から突出した舌片部に、金属端子を、そのアーム部間で舌片部を挟持するように取り付け、
(4)次いで、金属端子を取り付けた舌片部をスリット内に収めることにより、請求項1に記載のソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法。 - (A)金属端子配置領域の周縁にコ字状又はU字状のスリットが設けられ、該スリットの内側に金属端子配置領域となる舌片部が形成された板状のエラストマーと、L字状又は直線状の金属部材とを用意し、
(B)次いで、スリットを通してエラストマーに金属部材を挿入し、
(C)次いで、金属部材の一端側又は両端側を折り曲げてコ字状の金属端子とすると共に、舌片部を金属端子の両方のアーム部で挟み、請求項1に記載のソケットを得ることを特徴とするソケットの製造方法。 - 前記エラストマーがフッ素系エラストマーであることを特徴とする請求項7又は8に記載のソケットの製造方法。
- 前記金属端子のアーム部外面に凸部が設けられたことを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のソケットの製造方法。
- 前記金属端子と前記舌片部とは3点以上の点接触又は面接触又は直線的一面で接している構造を有することを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載のソケットの製造方法。
- 前記エラストマーに複数の金属端子が設けられてなることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載のソケットの製造方法。
- 前記金属端子の一方のアーム部が半田付けのためのランドとされ、他方のアーム部がICパッケージの接続用端子とされたことを特徴とする請求項7〜12のいずれかに記載のソケットの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のソケットと、該ソケットを介して電気的に接続されたプリント基板及びICパッケージとを有することを特徴とする半導体装置。
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