JP2007500426A - ＩＣデバイス用の圧力装着ソケット及びＺＩＦ（ＺｅｒｏＩｎｓｅｒｔｉｏｎＦｏｒｃｅ）ソケット - Google Patents

Abstract

ＩＣ（集積回路）デバイス(106)のピン(114)を、回路基板(110)の接触パッド(118)に結合するソケットシステム及び方法において、ソケット(202、302)のＺＩＦ開口部(204)では、ＩＣデバイスのピン(114)が中に挿入される際に、実質上、ゼロ挿入力の状態とされる。加えて、ソケットの圧力装着リード(208、304)が、回路基板の接触パッドに向けて押圧する。ピンが一度ＺＩＦ開口部内に挿入されると、ピンに対して押圧するフォークリード(212)を介して圧力装着リードに結合される。従って、実質上、ゼロ挿入力がＩＣデバイスのボディに適用される。更に、フォークリードの上端部がＩＣデバイスの方に向けたピンの上端部と接触し、電気的経路長を最小限に抑える。

Description

本発明は、概して、集積回路テクノロジーに関し、より具体的には、ＩＣ（集積回路）デバイスを回路基板に保持するようにゼロ挿入力及び圧力装着を用いるソケットシステム及び方法に関する。

図１に、ＩＣ（集積回路）デバイス１０６の複数のピン１０４を回路基板１１０の対応する複数の接触パッド１０８に結合するソケット１０２を含んだ従来技術に係るソケットシステム１００を示す。ＩＣデバイスがマイクロピングリッドアレイＩＣパッケージとして実装される際、ＩＣデバイスのピン１０４がアレイとして配置されることは、集積回路技術の当業者に知られている。ＩＣデバイス１０６のピン１０４の各々が、ソケット１０２のリード１１２の対応する一つを介して、接触パッド１０８の対応する一つに結合される。例えば、ソケット１０２の第１リード１１６を介して、ＩＣデバイス１０６の第１ピン１１４が、ＰＣＢ（Print Circuit Board：プリント基板）である回路基板１１０の第１接触パッド１１８に結合される。

集積回路技術の当業者においては、電気信号が、ＩＣデバイス１０６の試験中あるいは動作中に回路基板１１０の接触パッド１０８を介してＩＣデバイス１０６のピン１１４へと流され、あるいはＩＣデバイス１０６のピン１１４から流されることは良く知られている。図１及び図２に、ソケット１０２がソケット１０２のリード１１２の各々が回路基板１１０の接触パッド１０８の対応するそれぞれの一つと電気的に接触するように、スクリュー機構１２０によって回路基板１１０に装着されることを示す。

加えて、ＩＣデバイス１０６のピン１０４の各々がソケット１０２のリード１１２のそれぞれ対応する一つと電気的に接触するように、ＩＣデバイス１０６はクランプ機構１２２によってソケット１０２に装着される。ソケット１０２のリード１１２の対応する一つと電気的に接触するように、ＩＣデバイス１０６のピン１０４の各々が、ソケット１０２内の対応する開口部内に挿入される。クランプ機構１２２は、ＩＣデバイス１０６のボディ（即ち、ピン１０４を含まないＩＣデバイス部分）をソケット１０２にクランプする。

図３は、ソケット１０２の第１リード１１６を介して、回路基板１１０の第１接触パッド１１８と接触するＩＣデバイス１０６の第１ピン１１４用の一例示的な開口部１２４の断面図を示す。リード１１６は、ソケット１０２の開口部１２４内にある。従来技術では、リード１１６は、ピン１１４の方に向かうよう配置される第１ホッピングスプリング１２６及び接触パッド１１８の方に向かうよう配置される第２ホッピングスプリング１２８を含む双方向ホッピングスプリングの一部である。

図２及び図４に、ソケット１０２が回路基板１１０に装着され、ＩＣデバイス１０６のボディがソケット１０２にクランプされる際に、ピン１１４が開口部１２４に挿入され、リード１１６の上端部と電気的に接触することが示される。加えて、リード１１６の底端部が接触パッド１１８と電気的に接触する。第1ホッピングスプリング１２６が圧縮され、リード１１６の上端部はピン１１４の底端部と確実に電気的に接触するように、接触パッド１１８に対してリード１１６の上端部を押圧する。同様に、第２ホッピングスプリング１２８が圧縮され、リード１１６の底端部はコンタクトパッド１１８と確実に電気的に接触するように、接触パッド１１８に対してリード１１６の底端部を押圧する。

図２及び図４に、ＩＣデバイス１０６のボディがソケット１０２にクランプされることは、従来技術のソケットシステム１００における不利な点であることが示される。ソケット１０２内の対応するリード１１６の上端部からピン１０４の各々にかかる圧力により、ＩＣデバイス１０６がソケット１０２にクランプされる。ピン１０４にかかるこのようなクランプ力及び圧力は、ＩＣデバイス１０６に対して悪影響を及ぼしかねない。集積回路テクノロジーの進歩にともない、ＩＣデバイスにおけるピン１０４の数が増えている。ピン数が増加することで、結果としてピン１０４にかかる全圧力及びＩＣデバイス１０６にかかるクランプ力が増加する。これらの力が、このＩＣデバイス１０６の欠陥につながるＩＣデバイス１０６構造のひずみ及び損傷を生じかねない。

加えて、従来技術のソケットシステム１００では、リード１１６の上端部がピン１１４の底端部と電気的に接触する。結果として、従来技術のソケットシステム１００では、ＩＣデバイス１０６及び接触パッド１１８間の電気的経路長を最小限に抑えることができない。しかし、抵抗率を最小限に抑えることがＩＣデバイス１０６の速度性能を高めることとなるので、ＩＣデバイス１０６及び接触パッド１１８間の電気的経路長を最小限に抑えることが求められている。

それゆえ、ＩＣデバイス１０６に対する力を最小限に抑え、及び、ＩＣデバイス１０６及び接触パッド１１８間の電気的経路長を最小限に抑えるソケットシステムが求められている。

本発明では、概して、ＩＣデバイスにかかる力を最小限に抑えるように、ＺＩＦ（Zero-insertion-force）開口部がソケットシステムにおいて用いられる。加えて、電気的経路長を最小限に抑えるために、フォークリードが用いられ、ＩＣデバイスのピンの上端部と電気的に接触する。

本発明の一実施形態では、ＩＣ（集積回路）デバイスを回路基板の接触パッドに結合するソケットシステム及び方法が提供される。ＩＣデバイスのピンがその中に挿入される際、ソケットのＺＩＦ開口部が実質上、ゼロ挿入力の状態になり、ソケットの圧縮装着リードは、回路基板の接触パッドに対して押圧する。

本発明の更なる一実施形態では、フォークリードが圧力装着リードに結合され、ＺＩＦ開口部内のピンを取り巻くようになっている。ピンがフォークリードを介して圧力装着リードに結合されるように、駆動プレート及び駆動レバーはフォークリードをピンに対して押圧する。

本発明の他の実施形態では、ＩＣデバイス及び回路基板間の電気的経路長を最小限に抑えるように、フォークリードの上端部がＩＣデバイスの方に向かうピンの上端部と接触する。

本発明の更なる他の実施形態では、圧力装着リードは、ホッピングスプリングあるいはリードのうちの一つからなる。

本発明の更なる実施形態では、ソケットが回路基板の表面側に装着される際に、バックプレートが回路基板のひずみを防ぐように回路基板の裏面側に装着される。

このように、本発明の一実施形態において、ＺＩＦ開口部を用いて、実質上のゼロ挿入力が、ソケットに対してクランプされないＩＣデバイスのボディに適用される。ＩＣデバイスのピンは、むしろ、回路基板の接触パッドに結合されるようにＺＩＦ開口部内のフォークリード間で圧縮される。加えて、ＩＣデバイス及び回路基板の接触パッド間の電気的経路長を最小限に抑えるように、フォークリードがＩＣデバイスの方に向けたピンの上端部と電気的に接触する。

本発明の上記の優位性及び他の優位性は、添付の図面とともに記載する下記の本発明の詳細な明細書を検討することによって、より理解されよう。

本明細書で参照する図面は、説明をわかりやすくするよう記載するものであり、必ずしも正しい縮尺で記載されているわけではない。図１〜図１０において用いる同一の符号を有する要素は、同様の構造及び機能面で同様の要素を示す。

図５及び図８に、本発明の一実施形態に係る、ＩＣデバイス１０６のピン１０４を回路基板１１０の接触パッド１０８に結合するソケット２０２を有するソケットシステム２００が示される。図５においては、例示及び説明を簡潔にし、明りょうにするように、ソケット２０２のＺＩＦ（Zero Insertion Force）開口部２０４内の機構の一つが示される。しかし、ソケット２０２は、ＩＣデバイス１０６のピン１０４の対応するそれぞれの一つを回路基板１１０の接触パッド１０８の対応する各々に結合する各ＺＩＦ開口部を備えるような、複数のＺＩＦ開口部を有する。図５は、ＩＣデバイス１０６の一例示的なピン１１４を回路基板１１０の一例示的な接触パッド１１８に結合するＺＩＦ開口部２０４の一例を示す。

図６及び図８に、本発明の一実施形態に係るスクリュー機構２０６を用いて、ソケット２０２が回路基板１１０に装着されることが示される。様々なスクリュー機構が機構技術分野の当業者にとって知られている。本発明は回路基板１１０にソケット２０２を装着する他のいずれの従来の機構でも実装される。ソケット２０２が回路基板１１０に装着される際に、一例示的なリード２０８のような複数のリードは、回路基板１１０の接触パッド１０８と電気的に接触する。

更に、図６及び図８には、ソケット２０２が回路基板１１０に装着される際に、リード２０８のホッピングスプリング２１０が圧縮され、リード２０８の底端部を接触パッド１１８に対して押圧することが示される。このホッピングスプリング２１０の圧力により、リード２０８の底端部が回路基板１１０の接触パッド１１８と電気的に確実に接触するようになる。

加えて、ソケット２０２が回路基板１１０に装着された後、ＩＣデバイス１０６は下方に引き下げられ、ＩＣデバイス１０６の複数のピン１０４がソケット２０２のＺＩＦ開口部内に挿入される。図６に、ＩＣデバイス１０６のピン１１４がソケット２０２のＺＩＦ開口部２０４内に挿入されることを示す。本発明の一態様により、ピン１１４がＺＩＦ開口部２０４内に挿入される際に、最初に、ＺＩＦ開口部２０４からピン１１４に実質上ゼロ挿入力がかかる。

ＺＩＦ開口部２０４の中に挿入されるピン１１４を取り囲むように、フォークリード２１２がＺＩＦ開口部２０４内に配設される。フォークリード２１２のうちの一つには、駆動レバー２１４及び駆動プレート２１６が、結合されている。図６及び図７を参照すると、ピン１１４がＺＩＦ開口部２０４内のフォークリード２１２間に挿入された後、これらフォークリードを曲げるように、駆動レバー２１４がフォークリード２１２の一つに対して駆動プレートを押圧するために引っ張られる様子が示される。このように、駆動プレート２１６がＺＩＦ開口部２０４内のピン１１４に対して押圧し、電気的に接触する。従って、フォークリード２１２及び圧力装着リード２０８を介して、ピンが接触パッド１１８に電気的に結合される。

加えて、フォークリード２１２がピン１１４の上部半分と接触するように、駆動プレート２１６がＩＣデバイス１０６に向かって配置される。それゆえ、本発明の一実施形態において、ＩＣデバイス１０６及び接触パッド１１８間の電気的経路長が最小限に抑えられる。図４の従来技術では、ＩＣデバイス１０６から最も離れているピン１１４の底面がリード１１６と電気的に接触する。反対に、図７に示す本発明では、フォークリード２１２がＩＣデバイス１０６のボディに可能な限り近い位置でピン１１４と電気的に接触することにより、ＩＣデバイス１０６及び接触パッド１１８間の電気的経路長を最小限に抑える。

上述した電気的経路長を最小限に抑えることは、抵抗率を最小限に抑えるために有効であり、それゆえ、ＩＣデバイス１０６の速度性能を最大限に高める。速度性能のこうした向上にともない、図８に示すＩＣデバイス試験システム２５０において、本発明のソケットシステム２００がＩＣデバイス１０６の高周波の試験用に有効に用いられる。その場合に、ＩＣデバイス試験プロセッサ２２０は、接触パッド１０８に適用あるいは生成される高周波信号（例えば、ギガヘルツ（ＧＨｚ）周波数帯域の信号など）を用いてＩＣデバイス１０６の動作に関して試験する。

更に、ピン１０４がソケット２０２の上述したＺＩＦ開口部２０４内に挿入される際に、ソケット２０２の複数のＺＩＦ開口部２０４により、実質上、ゼロ挿入力がピン１０４に挿入される。ピン１０４を回路基板１１０の上の接触パッド１０８に結合するように、ＺＩＦ開口部２０４内のフォークリード２１４が、実質的にピンのみに力を加える。それゆえ、ＩＣデバイス１０６のボディはソケット２０２にクランプされず、ＩＣデバイス１０６を保護するように、ＩＣデバイス１０６のボディにかかる力は実質的にゼロとなる。

更に図８に、本発明の更なる実施形態において、ソケット２０２が回路基板１１０の表面側に装着される際に、バックプレート２２２が回路基板１１０の裏面側に装着されることが示される。回路基板１１０の表面側は、回路基板の上にプリントされる接触パッド１０８を有し、及び、ソケット２０２は、前述の接触パッド１０８に電気的接続を提供するように表面側に装着される。

図７において、ソケット２０２のリード２０８が、圧縮されたホッピングスプリング２１０の力によって接触パッド１１８に向けて下方へと押圧されることが示される。集積回路テクノロジーの進歩にともない、ソケットのリード数が増え、回路基板１１０上にかかる圧力が大きくなっている。回路基板１１０に対して押圧する、ソケットのこれらリード全てによって負荷される多大な全圧力は、回路基板１１０を歪ませ、損傷し得る。バックプレート２２２を基板１１０の裏面側に装着することで、そうした歪みの発生を防ぎ、上述した圧力が回路基板１１０に及ぼす損傷を阻止する。

図９に、他のソケット３０２を備えるソケットシステム３００の他の実施形態を示す。図９に示すソケット３０２は、同様の構造及び機能を有する同様の数の要素を備えるという点では、図５〜図７に示すソケット２０２と同様である。しかし、図９に示すソケット３０２は、ソケット２０２のホッピングスプリング機構２１０に替えて、底部圧力装着リード用のJ型リード３０４を有する。図９及び図１０に、ソケット３０２が回路基板１１０に装着される際に、接触パッド１１８と電気的に接触するように、J型圧力装着リード３０４を接触パッド１１８に対して押圧することが示される。J型リード３０４は、回路基板１１０の接触パッドと接触する圧力装着リード用の単純な他の機構であるという利点を有する。

図６に示すホッピングスプリング機構２１０あるいは図９に示すJ型リード３０４の何れの場合でも、ソケット２０２もしくは３０２が回路基板１１０に装着される際に、上述した圧力装着リードは回路基板１１０の接触パッドと接触する。ソケット２０２又は３０２が故障すれば、上述した圧力装着リードによって、故障ソケットが回路基板から取り除かれ、他の故障していない製品と単に置換される。従って、故障ソケットが存在したにもかかわらず、回路基板をさらに再使用することができる。例えば、試験システムでは、数万のＩＣデバイスがその上で試験された後、ソケット２０２又は３０２が故障し得る。そうした故障ソケットは、その後、回路基板１１０から取り除かれ、故障していないソケットが回路基板１１０に装着される。

ＺＩＦ開口部内のリードが回路基板１１０に永久的にハンダ付けされるＯＥＭ（Original Equipment Manufacturer）システムにおいて、ＺＩＦ開口部を用いている場合もある。しかし、従来技術における、このように永久的にハンダ付けを行うことは、ＺＩＦ開口部内の何らかの機構が故障したときに、回路基板全体が廃棄されるので不都合である。

ソケットシステム２００又は３００が、試験システム内で使用される場合、数百万のＩＣデバイスがこのソケットシステムを用いて試験される。従って、このソケットシステムは、時間の経過とともに故障し易くなる。故障したソケットは、ソケット用の圧力装着リードによって、回路基板から取り除かれて、回路基板が再使用されるように単に他の故障していないソケットと置換される。

図１０に、本発明の他の実施形態において、ソケットシステム２００又は３００をＰＣ（Personal Computer）のようなＯＥＭ（Original Equipment Maker）機器３５０の一部として示される。例えば、回路基板１１０はＰＣのマザーボードであってよい。ＯＥＭ機器のコンポーネントが国内で組み立てられる場合に、ＺＩＦ開口部及び圧力装着リードを備えるソケット２０２あるいは３０２を使用するソケットシステム２００あるいは３００は、関税コストの低減に関して有利であり得る。

一般的に、輸入されたＯＥＭ機器に課せられる関税率は、ＯＥＭ機器のコンポーネントが輸入され、その後国内で組み立てられる場合より、ＯＥＭ機器が輸入される前に組み立て済みである方がより高くなる。従来技術では、ＯＥＭ機器内のソケットのリードが回路基板にハンダ付けされる。ハンダ付けの工程は労働集約型であることから、ＯＥＭ機器が輸入される前に、ソケットが海外で回路基板にハンダ付けされるので、結果としてより高い関税率が課せられることになる。

対照的に、本発明の実施形態のソケット２０２又はソケット３０２内に圧力装着リードを用いることは、ソケットを回路基板に装着するために、より簡単で、及び、より少ない労働集約の機構となる。従って、ＩＣパッケージ１０６、ソケット２０２又は３０２、及び／又は回路基板１１０は、コンポーネント部品として輸入され、その後関税率を低減するように国内でＯＥＭ機器内に組み立てられる。

上述したことは、単に一例を示すものであり、本発明の制限を意図するものではない。例えば、本発明は、ＺＩＦ開口部及び圧力装着リードの例示的な実施例に関連して記載されている。本発明は、ＺＩＦ開口部及び圧力装着リードの異なる機構で実施されてよい。更に、図５及び図９に示されるコンポーネント２０６、２１０、２１２、２１４、２１６、及び３０４に関する様々な実施例は、個々に機構分野の当業者に知られている。加えて、本発明のソケットシステム２００又は３００では、高周波試験システム２５０内あるいはＯＥＭ機器３５０内での使用に関して説明している。しかし、ソケットシステム２００又は３００は、ＩＣデバイスのピンを回路基板の接触パッドに結合するためにソケットを使用する他のいかなる応用に関しても使用される。本発明は、添付の特許請求の範囲、及び、その均等物にのみ限定されるものとして制限される。

従来技術に係る、ＩＣデバイスのピンを回路基板の接触パッドに結合するためのソケットシステムのコンポーネントの説明図。 従来技術に係る、ソケットが回路基板に装着され、及び、ＩＣデバイスがソケットにクランプされる際の図１のソケットシステムのコンポーネントの説明図。 従来技術に係る、双方向にホッピングスプリングを備える図１及び図２に示すソケット開口部内のリードの断面図。 従来技術に係る、ＩＣデバイスのピンを回路基板の接触パッドに結合するように圧縮された図３の双方向ホッピングスプリングの説明図。 本発明の実施形態に係るソケットのＺＩＦ（Zero Insertion Force）開口部内の圧力装着リードの断面図。 本発明の実施形態に係る、回路基板に装着され、かつ、ＩＣデバイスのピンがＺＩＦ開口部内に挿入された図５のソケットの説明図。 本発明の一実施形態に係る、ＩＣパッケージのピンの表面部と電気的に接触するＺＩＦ開口部内のフォークリードを備える図６のソケットの説明図。 本発明の一実施形態に係る、図５に示すソケットを有してバックプレートを含むソケットシステムのコンポーネントの説明図。 本発明の他の実施形態に係る、ソケットのＺＩＦ開口部内のＪ型リードからなる圧力装着リードの断面図。 本発明の一実施形態に係る、図９に示すソケットを有するソケットシステムのコンポーネントの説明図。

Claims (10)

1. ＩＣ（集積回路）デバイス（１０６）のピン（１１４）を回路基板（１１０）の接触パッド（１１８）に結合するソケットシステム（２００、３００）であって、
   前記ＩＣデバイス（１０６）の前記ピン（１１４）が中に挿入される際に実質上、ゼロ挿入力となるソケット（２０２、３０２）のＺＩＦ開口部（２０４）と、
   前記回路基板（１１０）の前記接触パッド（１１８）に対して押圧力を加える、前記ソケット（２０２、３０２）の圧力装着リード（２０８、３０４）と、を備える、ソケットシステム。
2. 前記圧力装着リード（２０８、３０４）に結合され、前記ＺＩＦ開口部（２０４）内の前記ピン（１１４）を取り巻くフォークリード（２１２）と、
   前記フォークリード（２１２）を介して前記ピン（１１４）が前記圧力装着リード（２０８、３０４）に結合されるよう、前記ピン（１１４）に対して前記フォークリード（２１２）を押圧する、駆動プレート（２１６）及び駆動レバー（２１４）、を更に備える、請求項１記載のソケットシステム（２００、３００）。
3. 前記圧力装着リードは、ホッピングスプリング（２１０）またはJ型リード（３０４）を含む、請求項１記載のソケットシステム（２００、３００）。
4. 前記ソケット（２０２、３０２）が前記回路基板（１１０）の表面側に装着される際における前記回路基板（１１０）の裏面側に装着されるバックプレート（２２２）、を更に備える、請求項１記載のソケットシステム（２００、３００）。
5. 前記ソケット（２０２、３０２）及び前記回路基板（１１０）は、前記ＩＣデバイス（１０６）を試験する試験システム（２５０）の一部、あるいはＯＥＭ機器（３５０）用の一部である、請求項１記載のソケットシステム（２００、３００）。
6. ＩＣ（集積回路）デバイス（１０６）のピン（１１４）を回路基板（１１０）の接触パッド（１１８）に結合する方法であって、
   前記ＩＣデバイス（１０６）の前記ピン（１１４）がソケット（２０２、３０２）のＺＩＦ開口部（２０４）内に挿入される際に、前記ピンを実質上、ゼロ挿入力とするステップと、
   前記回路基板（１１０）の前記接触パッド（１１８）に対して、前記ソケット（２０２、３０２）の圧力装着リード（２０８、３０４）を押圧するステップと、を有する、方法。
7. 前記フォークリード（２１２）を介して前記ピン（１１４）が前記圧力装着リード（２０８、３０４）に結合されるように、前記ＺＩＦ開口部（２０４）内の前記ピン（１１４）に対してフォークリード（２１２）を押圧するステップを更に有する、請求項６記載の方法。
8. 前記圧力装着リードは、ホッピングスプリング（２１０）またはJ型リード（３０４）のいずれかを含む、請求項６記載の方法。
9. 前記ソケット（２０２、３０２）が前記回路基板（１１０）の表面側に装着される際における前記回路基板（１１０）の裏面側にバックプレート（２２２）を装着するステップを更に有する、請求項６記載の方法。
10. 前記ソケット（２０２、３０２）及び前記回路基板（１１０）は、前記ＩＣデバイス（１０６）を試験する試験システム（２５０）の一部、あるいはＯＥＭ機器（３５０）用の一部である、請求項６記載の方法。

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