JP2007335116A - ソケット及び半導体装置 - Google Patents

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】主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子挿入時に少なくともその一部を挟持し又は少なくともその一部と係合する穴形状を有していることを特徴とするソケット。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＰＵやＬＳＩ等のＩＣパッケージを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。

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。

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、主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子挿入時に少なくともその一部を挟持し又は少なくともその一部と係合する穴形状を有し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、前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子の金属端子が圧入される係合部を有する凸字形になっていることが好ましい。

本発明のソケットにおいて、前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子を挿入した状態で、端子挿入穴内壁とコンタクト端子との間に隙間が設けられる穴寸法であることが好ましい。

本発明のソケットにおいて、前記ハウジングは、エラストマーによって形成されていることが好ましい。
また、前記ハウジングは、前記コンタクト端子に用いられたエラストマーと同じ材質のエラストマーから形成されていることが好ましい。

本発明のソケットにおいて、前記アーム部の外面に凸部が設けられたことが好ましい。

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、主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有してなり、前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子挿入時に少なくともその一部を挟持し又は少なくともその一部と係合する穴形状を有しているものなので、ハウジングに多数のコンタクト端子を高密度で装着でき、狭ピッチのソケットの実現が可能である。
また、接触部分が金属のため、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、金属回路に荷重を加えた場合、金属端子の主柱部を支点にしてアーム部がエラストマーに沈み込むため、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し、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、低抵抗で電気接続が可能となる。
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、サーバ用途で求められるメンテナンス性にも優れている。
また、基板に反りがあっても、エラストマーの弾性変形によって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、前記端子挿入穴を、前記コンタクト端子の金属端子が圧入される係合部を有する凸字形とすることによって、この係合部の先端部分をコンタクト端子の金属端子より若干小さくすることにより、コンタクト端子の金属端子がハウジングに固定され、コンタクト端子が脱落しにくくなる。

また、前記端子挿入穴の寸法を、前記コンタクト端子を挿入した状態で、端子挿入穴内壁とコンタクト端子との間のいずれかに隙間が設けられるように設定することで、コンタクト端子に荷重を印加した際に圧縮されて膨らんだエラストマーをこの隙間に収め、ハウジングとエラストマーとの間に摩擦が発生することを防ぐことができるので、コンタクト端子は設定通りの荷重−変位特性を得ることができる。
また、コンタクト端子に梁部分を設け、その梁部分をハウジング側の係合部に圧入することにより、エラストマーとハウジングの接触がなくなるので、コンタクト端子をハウジングに係合した後でも、コンタクト端子単体の荷重−変位特性を保つことが可能である。

また、ハウジングをエラストマーによって形成することによって、基板に反りが生じていた場合でも、ハウジングが基板の反りに追従するように撓って、基板とソケットを密接できるので、良好な電気的接続を確保することができる。

本発明の半導体装置は、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（ａ）はソケット１０の側面断面図、（ｂ）は要部平面図である。図１中、符号１０はソケット、１１はハウジング、１２は端子挿入穴、１３はコンタクト端子、１４はエラストマー、１５は金属端子、１５ａは主柱部、１５ｂはアーム部、１５ｃは凸部、１６は隙間、１７はシート、１８は開口である。

本実施形態のソケット１０は、主柱部１５ａとその両端から延出したアーム部１５ｂとを持つコ字状をなす金属端子１５と、両方のアーム部１５ｂ間に挟持されたエラストマー１４とを有するコンタクト端子１３と、このコンタクト端子１３が挿入された端子挿入穴１２が設けられたハウジング１１とを有し、端子挿入穴１２は、コンタクト端子１３挿入時に、エラストマー１４の側面のうち金属端子１５が被さっていない２つの側面を挟持し、他の側面と穴の内壁との間には隙間１６が形成される穴形状を有していることを特徴としている。

また、本実施形態では、該端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を挿入した状態でコンタクト端子１３に接し、アーム部１５ｂの一部を露出させる開口１８が設けられたシート１７が、前記ハウジング１１の表裏両面に固着された構成になっている。さらに、金属端子１５のアーム部１５ｂ外面には、基板やＩＣパッケージの端子部と接触する凸部１５ｃが設けられている。

本実施形態のソケット１０に用いるコ字状の金属端子１５は、銅や黄銅などの導電性の良い材料が適しており、接触抵抗低減のために、その外面には金メッキを施すことが望ましい。

また、エラストマー１４の材料としては、アーム部１５ｂに荷重が印加された際に、適度な弾性反発力を発揮し得る絶縁性の各種エラストマー材料の中から適宜選択して用いることができ、耐熱性が要求される場合には、フッ素系エラストマーを用いることが好ましい。前記コ字状の金属端子１５に挟み込むエラストマー１４の高さは、金属端子１５の内側の高さ寸法と同じであることが望ましい。

本実施形態のソケット１０に用いるハウジング１１としては、合成樹脂などが使用できる。ハウジング１１に設けられた端子挿入穴１２は、ハウジング１１の成形加工時に同時に形成しても良いし、穴の無いハウジングを成形した後、ドリル加工などによって所望の寸法の端子挿入穴１２を所定のピッチで穴開け加工により形成することもできる。

本実施形態のソケット１０に用いるシート１７としては、ポリイミドなどの樹脂シートが適用可能である。このシート１７に設ける開口１８は、金属端子１５のアーム部１５ｂの一部、特に凸部１５ｃとその周辺が露出する程度の開口径とすることが好ましい。

本実施形態のソケット１０は、コンタクト端子１３としてコ字状の金属端子１５を使用し、その反発力は金属端子１５で挟み込むエラストマー１４によって確保し、エラストマーによる反発によって、所望の荷重−変位特性を得られるコンタクト端子構造を有している。本発明は、このコンタクト端子単体をソケットとして利用するための固定構造を特徴としている。
以下、この固定構造について説明する。

従来技術、例えば、特許文献１，２に開示されている板バネ方式の場合は、板バネ機能を有した金属端子を、絶縁樹脂で成型されたハウジングに圧入して組み立てられているが、端子には圧入用の梁部分が設けられており、この梁がハウジングの挿入部分より若干大きな寸法になっていることで、所定の保持力を確保し、ソケットを構成している。

一方、本実施形態のソケット１０は、金属端子１３に反発力を付与するためにエラストマー１４を用いているため、最適な圧入条件は金属端子１５を樹脂製のハウジング１１に挿入する場合と異なる。エラストマー１４を用いる場合、金属端子１５に掛かる荷重とストロークの関係は、エラストマー１４の周囲に存在する物質との摩擦が関係する。この摩擦が大きいと、低荷重での動作が困難になるだけでなく、荷重増加時と荷重低減時の挙動に差が出やすくなる。

そのため、本実施形態では、ハウジング１１の端子挿入穴１２の構造として、アーム部１５ｂの延出方向に沿う側はコンタクト端子１３より大きな寸法で、該延出方向と直交する方向に沿う側はコンタクト端子１３より若干小さな寸法の穴形状とし、端子挿入時にエラストマー１４を圧縮しながら端子挿入穴１２内に挿入することで、所定の保持力を確保している。例えばハウジング１１としては、ポリイミド板などの材料を用い、金型加工、レーザー加工などにより、端子挿入穴１２を形成する際に、コンタクト端子１３の一部を挟持する固定方向は、コンタクト端子１３より若干寸法を小さくする。また、コンタクト端子１３を固定しない方向を設け、コンタクト端子１３を固定しない方向はコンタクト端子１３とハウジング１１とが接しないように、コンタクト端子１３より寸法を大きくした端子挿入穴１２を加工する。この端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を圧入することにより、圧入されたエラストマー１４の弾性反発力によりコンタクト端子１３が挿入穴１２内に固定される。

このコンタクト端子１３に荷重が加わった場合、コンタクト端子１３内のエラストマー１４は、ハウジング１１と接していない隙間１６に向かって変形するため、容易に変形することができる。一方、コンタクト端子１３とハウジング１１の間に隙間が無い構造では、エラストマー１４が変形できず、大きな荷重をかけないと変形しなくなり、ソケット１０の特性として好ましくない。

図２は、本発明のソケットの第２実施形態を示す図であり、図２（ａ）はソケット２０の平面図、（ｂ）は側面断面図である。
本実施形態のソケット２０は、ハウジング１１に設けた端子挿入穴１２の穴形状を変更した以外は、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、同一の構成要素には同一符号を付してある。

本実施形態のソケット２０は、ハウジング１１に設けた端子挿入穴１２の穴形状を平面視で凸字状に形成したことを特徴としている。そして、凸字の頂部にあたる部分には、コンタクト端子１３の主柱部１５ａが嵌入される係合部２１になっている。この係合部２１と端子挿入穴１２の対向する側との間の寸法は、コンタクト端子１３の長さよりも若干小さく形成されており、係合部２１に主柱部１５ａを嵌合したコンタクト端子１３を挿入した時に、エラストマー１４が圧縮されて主柱部１５ａが係合部２１に向けて押圧された状態となり、その結果、端子挿入穴１２からコンタクト端子１３が脱落し難くなる。一方、コンタクト端子１３の他の側面とハウジング１１の端子挿入穴１２内壁との間には隙間が設けられている。

本実施形態のソケット２０は、ハウジング１１の端子挿入穴１２を凸字状の形状とし、凸字の先端部分を金属端子１５より若干寸法を小さくした係合部２１とし、この係合部２１に金属端子１５の主柱部１５ａを嵌入することにより、端子固定方向と垂直方向にも固定の力が働くため、コンタクト端子１３の脱落がより確実に防止できる。また、金属端子１５の位置が係合部２１で決まるため、製造時の金属端子１５の位置ずれが小さくなる効果もある。

図３は、本発明のソケットの第３実施形態を示す図であり、図３（ａ）はハウジング１１の端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を挿入する状態を示す平面図、（ｂ）はソケット３０の平面図、（ｃ）はソケット３０の側面断面図である。
本実施形態のソケット３０は、外方に向けて突出する梁部分３１が設けられた金属端子１５を用いてなるコンタクト端子１３と、この梁部分３１が嵌入される係合部３２を有する端子挿入穴１２が設けられたハウジング１１とから構成されている。

本実施形態のソケット３０は、端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を装着した状態において、梁部分３１が係合部３２に嵌入して脱落することなく、コンタクト端子１３がハウジング１１の端子挿入穴１２に強固に装着される。このように、コンタクト端子１３の梁部分３１をハウジング１１に係合することにより、コンタクト端子１３のエラストマー１４部分はハウジング１１に接することなく、コンタクト端子１３単体での荷重−変位特性を保つことが可能になる。

図５は、本発明のソケットの第４実施形態、及びこのソケットを用いて構成された半導体装置の一例を示す図である。また図４は、ソケットに可撓性が無い参考例を示す図である。これらの図中、符号４０はＬＧＡパッケージなどのＩＣパッケージ、４１は可撓性の無い参考例のソケット、４２は反りのある基板、４３は可撓性のある本実施形態のソケット、４４はソケット４３を用いて構成された半導体装置を表している。

本実施形態のソケット４３は、基本的な構造としては前述した第１〜第３実施形態のいずれかのソケット１０，２０，３０とすることができ、ただし、可撓性のあるエラストマー製のハウジングを用いており、ソケット４３全体がある程度撓い、反りが生じた基板４２の形状に対応できることを特徴としている。

基板４２に反りが生じている場合、可撓性が無いソケット４１を用いて半導体装置を作製しようとしても、図４の破線部分に示すように、基板４２とソケット４１との接合面に隙間が生じ易くなり、基板４２とソケット４１との電気的な接続が不良になってしまう可能性がある。
一方、本実施形態のソケット４３は、ハウジングの材料としてエラストマー材料等の可撓性のある柔らかい材料を用いることによって、ソケット４３を基板４２に実装するときに、基板４２の反りに追従し、実装不良を防止することができる。このとき、ソケット４３自体も基板４２と一緒に反ってしまうが、ＩＣパッケージとのコンタクトにおいては、各コンタクト端子のストロークによって反りによる高さの違いを吸収するため、問題とならない。

図６は、本発明のソケットの第５実施形態を示す図であり、図６（ａ）は端子挿入穴５１を形成したハウジング５０の平面図、（ｂ）は端子挿入穴５１を形成する際に切り出されたエラストマー片からコンタクト端子用のエラストマー５２を作製した状態を示す平面図である。

本実施形態では、ソケットの基本的な構造は前述した第３実施形態と同様であり、またハウジング５０としてエラストマーを使用している点は前記第４実施形態と同様である。本実施形態のソケットは、ハウジング５０に端子挿入穴５１を開けた時に切り出されたエラストマー片を、コンタクト端子のエラストマー５２として用いていることを特徴としている。これによって、材料費が節約でき、また、穴開け加工時に端子用のエラストマー５２も一緒に加工できるので、加工工数の削減にも繋がり、コストダウンの効果がある。

本発明のソケットの第１実施形態を示す図であり、（ａ）はソケットの側面断面図、（ｂ）は要部平面図である。 本発明のソケットの第２実施形態を示す図であり、（ａ）はソケットの平面図図、（ｂ）は側面断面図である。 本発明のソケットの第３実施形態を示す図であり、（ａ）はハウジングの端子挿入穴にコンタクト端子を挿入する状態を示す平面図、（ｂ）はソケットの平面図、（ｃ）はソケットの側面断面図である。 参考例として、可撓性の無いソケットを用いて構成した半導体装置の側面図である。 本発明のソケットの第４実施形態、及び該ソケット用いて構成された半導体装置を示す側面図である。 本発明のソケットの第５実施形態を示す図であり、（ａ）は端子挿入穴を形成したハウジングの平面図、（ｂ）は端子挿入穴を形成する際に切り出されたエラストマー片からコンタクト端子用のエラストマーを作製した状態を示す平面図である。

符号の説明

１０、２０，３０，４１，４３…ソケット、１１，５０…ハウジング、１２，５１…端子挿入穴、１３…コンタクト端子、１４，５２…エラストマー、１５…金属端子、１５ａ…主柱部、１５ｂ…アーム部、１５ｃ…凸部、１６…隙間、１７…シート、１８…開口、２１，３２…係合部、３１…梁部分、４０…ＩＣパッケージ、４２…基板、４４…半導体装置。

Claims (7)

1. 主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、
   前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子挿入時に少なくともその一部を挟持し又は少なくともその一部と係合する穴形状を有していることを特徴とするソケット。
2. 前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子の金属端子が圧入される係合部を有する凸字形になっていることを特徴とする請求項１に記載のソケット。
3. 前記端子挿入穴は、前記コンタクト端子を挿入した状態で、端子挿入穴内壁とコンタクト端子との間のいずれかに隙間が設けられる穴寸法であることを特徴とする請求項１又は２に記載のソケット。
4. 前記ハウジングがエラストマーによって形成されてい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。
5. 前記ハウジングが前記コンタクト端子に用いられたエラストマーと同じ材質のエラストマーから形成されていることを特徴とする請求項４に記載のソケット。
6. 前記アーム部の外面に凸部が設けら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。
7. 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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