JP2009193883A - 接続端子、コネクタおよび半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し使用することができ、ストローク範囲を広く取ることができる接続端子および当該接続端子を備えたコネクタおよび半導体パッケージを提供する。
【解決手段】異なる二つの回路構造のうち一方の回路構造に表面の一部が固定されたベース部と、このベース部の表面のうち一方の回路構造に固定されていない部分からベース部に対して立ち上がる方向に延在し、他方の回路構造と接触する接触部とを備える。ベース部が平板状をなし、接触部の基端部は、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して下に凸な曲面をなしていればより好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接続端子および当該接続端子を備えたコネクタおよび半導体パッケージに関する。

従来より、半導体用の各種コネクタや半導体パッケージなどに設けられる接続端子として板ばねを使用したものが知られている。接続端子として使用する板ばねを製造する際には、平板状のばね材料にプレス加工等の塑性加工を施すことによって塑性変形させ、この塑性変形させたばね材料に対して適当な変位を加えることにより、所望の荷重特性や電気特性を付与している（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特開２００４−３１９２０９号公報 特開２００１−８５１３１号公報 特開２００２−２３１４０１号公報

しかしながら、上述した従来の板ばねは、ばねストローク時の最大応力がばねの特定部分に集中して発生しやすい構造を有しているため、繰り返しの使用に耐えられないという問題があった。また、板ばねが前述した構造を有していることにより、ヘタリを生じないで使用することが可能なストローク範囲が狭いという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繰り返し使用することができ、使用可能なストローク範囲を広く取ることができる接続端子および当該接続端子を備えたコネクタおよび半導体パッケージを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接続端子は、導電性材料を用いて形成され、異なる二つの回路構造を電気的に接続する接続端子であって、前記二つの回路構造のうち一方の回路構造に一部が固定されたベース部と、前記ベース部の前記一方の回路構造に固定されていない部分から前記ベース部に対して立ち上がる方向に延在し、他方の回路構造と接触する接触部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る接続端子は、上記発明において、前記ベース部は平板状をなし、前記接触部の基端部は、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して下に凸な曲面をなしていることを特徴とする。

また、本発明に係る接続端子は、上記発明において、前記接触部は、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して上に凸な曲面をなし、前記基端部に連なる先端部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る接続端子は、上記発明において、前記接触部は、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して下に凸な曲面をなす先端部と、前記先端部と前記基端部との間に位置するとともに当該接触部の中で前記ベース部から最も離れた部分を含み、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して上に凸な曲面をなす中間部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る接続端子は、上記発明において、前記ベース部は、前記接触部の外縁を当該ベース部の表面に射影した部分を常に含む形状をなす開口部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る接続端子は、上記発明において、前記接触部は塑性加工によって形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタは、上記いずれかの発明に係る接続端子が平面上に複数設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体パッケージは、上記いずれかの発明に係る接続端子が平面上に複数設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、二つの回路構造のうち一方の回路構造に表面の一部が固定されたベース部と、ベース部の表面のうち一方の回路構造に固定されていない部分からベース部に対して立ち上がる方向に延在し、他方の前記回路構造と接触する接触部とを備えているため、実質的に複数のばね要素を設けたこととなり、二つの回路構造間を電気的に接続する際に加わる荷重をベース部と接触部とに分散させることができる。したがって、外部から加わる荷重に対する耐久性が向上し、繰り返し使用することが可能となるとともに、ヘタリを生じないで使用することができるストロークの範囲を拡大することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、異なる図面において同じ物体を図示する場合には、寸法や縮尺等が互いに異なる場合もある。

図１は、本発明の一実施の形態に係る接続端子の構成を示す斜視図である。また、図２は図１の上方から見た平面図であり、図３は図２の矢視Ａ方向の側面図である。これらの図に示す接続端子１は、中央部に開口部１０が設けられた平板状のベース部１１と、ベース部１１の開口部１０の内周面からベース部１１に対して立ち上がる方向に先細の帯状をなして延在し、接触対象である回路構造に接触する先細の接触部１２とを備える。接触部１２がベース部１１に対して延在する側をベース部１１の上方とするとき、接触部１２はベース部１１の表面に対して下に凸な曲面をなす基端部１２ａと、ベース部１１の表面に対して上に凸な曲面をなし、接触対象と接触する先端部１２ｂとを有する。

接続端子１は、りん青銅、ばね鋼、銅、ステンレス、ニッケル、ニッケル合金などの導電性材料を用いて形成される。接続端子１は、例えば１枚の平板をエッチング加工して接触部１２の部分の形取りを行った後、この形取った接触部１２の部分にプレス成形等の塑性加工を施すことによって形成される。

図４は、以上の構成を有する接続端子１の一適用例であるソケットコネクタの構成を示す図である。同図に示すソケットコネクタ１００は、ＬＧＡやＢＧＡなどの半導体パッケージ２００とプリント回路基板３００との間を電気的に接続するものである。ソケットコネクタ１００は、図５に示すようにプリント回路基板３００の表面にアレイ状に並べて配設された複数の接続端子１と、複数の接続端子１の周囲に設けられ、半導体パッケージ２００の電極面を底面として装着するハウジング部材１０１と、ハウジング部材１０１に装着された半導体パッケージ２００に所定の荷重を加えて固定するフレーム部材１０２とを有する。フレーム部材１０２の四隅にはネジ部材１０３を挿通するための孔部が設けられている。フレーム部材１０２の孔部に挿通されるネジ部材１０３は、対応するハウジング部材１０１の取付穴１０４に螺合される。このようにしてフレーム部材１０２をハウジング部材１０１に取り付けると、接続端子１には所定の荷重が加わり、半導体パッケージ２００とプリント回路基板３００とが接続端子１を介して電気的に接続される。

図６は、ソケットコネクタ１００における接続端子１のプリント回路基板３００への取り付け態様を示す図である。接続端子１のベース部１１の一部は、異なる二つの回路構造のうちの一方の回路構造であるプリント回路基板３００の電極部分へ半田または溶接等によって固定される。図６では、ベース部１１のうちプリント回路基板３００に固定されている固定部分Ｇを破線領域で図示している。また、図６では、ベース部１１の端部のうちプリント回路基板３００に固定されていない端部から固定部分Ｇまでの長さｄを示している。この長さｄは、ベース部１１のうちプリント回路基板３００から離間することが可能な領域を示すパラメータである。

複数の接続端子１をプリント回路基板３００へ配設する方法として、例えば隣接する接続端子１を連結してアレイ状に並べた１枚のシートを形成し、このシートをプリント回路基板３００へ取り付けた後、隣接する接続端子１の連結部分に絶縁処理を施す方法を適用することができる。

図７は、ソケットコネクタ１００で半導体パッケージ２００を装着するときの接続端子１の形状の変化を示す図である。図８は、半導体パッケージ２００をソケットコネクタへ一度装着した後、その半導体パッケージ２００を取り除いた場合の接続端子１のストロークと荷重の関係を示す図である。以下、これらの図を参照して接続端子１の荷重特性を説明する。なお、図７では、半導体パッケージ２００の電極が平面状であることを想定しているが、ＢＧＡなどのように電極が球状をなしていてもよい。

半導体パッケージ２００が下降して接続端子１の接触部１２に接触すると、接続端子１に荷重が加わり始める。接続端子１に荷重が加わり始めると、接触部１２はベース部１１に対して徐々に寝ていく一方、ベース部１１のうち固定部分Ｇ以外の部分がプリント回路基板３００の表面から離間してせり上がっていく。そして、半導体パッケージ２００が装着された状態（図７の矢印の右側に示す状態）で荷重が最大となり、先端部１２ｂの最先端は開口部１０を通過してプリント回路基板３００の表面に接触する。

接続端子１に荷重を加え始めてから最大荷重に達するまでの間、接触部１２の基端部１２ａの曲面の形状はほとんど変わらない（図７では曲率半径Ｒで例示）。このため、基端部１２ａの底面は、荷重が変化してもプリント回路基板３００との接触を保ち続ける。基端部１２ａとプリント回路基板３００との接点Ｃの位置は、半導体パッケージ２００が下降することによって荷重が大きくなるにつれて先端部１２ｂに近い側へ徐々に移動していく。これにより、接触部１２のばね定数が徐々に変化するため、ストロークと荷重との関係は図８に示すように２次曲線的となる。この意味で、ベース部１１の一部のみが固定されている接続端子１は非線型効果が大きい。

接続端子１に荷重を加え始めてから最大荷重に達するまでの間、先端部１２ｂの形状は徐々に変化し、半導体パッケージ２００と接触部１２との接点の位置も少しずつ変化する。

図８に示す曲線Ｌ１では、ソケットコネクタ１００において、半導体パッケージ２００を装着して一度取り外した後もストロークがゼロの位置まで戻り、ヘタリが生じない。したがって、接続端子１の荷重特性は使用後も変化しないため、半導体パッケージ２００を再び装着して使用することが可能となる。

図９は、ベース部１１の端部のうちプリント回路基板３００に固定されていない端部から固定部分Ｇまでの長さｄと接続端子１に荷重が加わっている時の最大応力Ｐmaxとの関係を示す図である。図９の曲線Ｌ２における最大応力Ｐmaxの値は、ベース部１１を全部固定した場合（ｄ＝０）が最大であり、長さｄが増加するとともに減少する。最大応力Ｐmaxの長さｄに対する減少の度合いは、長さｄが大きくなるにつれて小さくなり、図９に示す範囲Ｄではほぼ一定となる。したがって、長さｄの値を範囲Ｄに含まれる値とすれば、接続端子１に加わる荷重をベース部１１と接触部１２とに適切に分散させることができる。

図１０は、接続端子１のベース部１１の表面全体をプリント回路基板３００の表面に固定した場合に半導体パッケージ２００を装着するときの接続端子１の形状の変化を示す図であり、図７に対応する図である。図１０に示すように、ベース部１１をプリント回路基板３００に対して完全に固定した場合、接続端子１に荷重が加わってもベース部１１は変形しない。このため、接続端子１に加わる荷重は、接触部１２に加わることとなる。

図１１は、図１０に示すように接続端子１に荷重を加えた後、接続端子１から荷重を取り除くまでのストロークと荷重との関係を示す図であり、図８に対応する図である。図１１に示す曲線Ｌ３は、曲線Ｌ１と同じだけストロークを増加させた後に荷重を減らしてもストロークがすぐには減少せず、荷重がある程度小さくなってからストロークが減少をし始めている。このため、荷重がゼロになってもストロークがゼロまで戻らず、ヘタリが生じている。接続端子１がヘタリを生じると接続端子１の荷重特性が変化するため、この接続端子１を再度使用する場合に所望の電気的な接続を実現することができなくなる。

このように、同じ接続端子１を用いても、ベース部１１をプリント回路基板３００に対して完全に固定するか否かによって、接続端子１を繰り返し使用可能性が変化する。すなわち、接続端子１のベース部１１全体を固定せずにその一部を適切に選んで固定することにより、繰り返し使用しても接続端子１の荷重特性をほとんど変化させないでおくことが可能となる。

なお、接続端子１は、ソケットコネクタ１００以外の半導体用の各種コネクタにも適用可能である。また、接続端子１を半導体パッケージの電極として適用することもできる。図１２は、接続端子１を適用した半導体パッケージの構成を示す斜視図である。同図に示す半導体パッケージ４００は、平面上に並んだ複数の接続端子１が基材４０１の電極位置に半田または溶接等によって取り付けられている。このような構成を有する半導体パッケージ４００においても、ソケットコネクタ１００の場合と同様の効果を得ることができる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、二つの回路構造のうち一方の回路構造に表面の一部が固定されたベース部と、ベース部の表面のうち一方の回路構造に固定されていない部分からベース部に対して立ち上がる方向に延在し、他方の前記回路構造と接触する接触部とを備えているため、実質的に複数のばね要素を設けたこととなり、二つの回路構造間を電気的に接続する際に加わる荷重をベース部と接触部とに分散させることができる。したがって、外部から加わる荷重に対する耐久性が向上し、繰り返し使用することが可能となるとともに、ヘタリを生じないで使用することができるストロークの範囲を拡大することができる。

図１３は、本実施の形態の第１変形例に係る接続端子の構成を示す図である。同図に示す接続端子２は、上述した接続端子１と同様にベース部２１と接触部２２とを備える。接触部２２は、ベース部２１から延在している基端部２２ａと、先端部２２ｂと、基端部２２ａと先端部２２ｂとの間に位置する中間部２２ｃとを有する。基端部２２ａおよび先端部２２ｂは、ベース部２１に対して下に凸な曲面をなしている。一方、中間部２２ｃは、ベース部２１に対して上に凸な曲面をなしており、接触部２２の中でベース部２１から最も離れた部分を含み、接触対象の基板と直接接触する。これにより、荷重が加わった状態で先端部２２ｂがソケットコネクタ１００のプリント回路基板３００の表面や半導体パッケージ４００の基材４０１の表面などと接触する時の衝撃を緩和することができ、その表面を過度に傷つけてしまうのを防止することができる。また、接触部２２がプリント回路基板３００や基材４０１の表面と接触する際に破損してしまうのを防止することもできる。

図１４は、本実施の形態の第２変形例に係る接続端子の構成を示す斜視図である。同図に示す接続端子３は、略正方形の一対の対辺の中央部がくびれた断面形状をなす開口部３０を有するベース部３１と、開口部３０の内周面であって略正方形断面のくびれていない辺の内周面からベース部３１の表面と異なる方向へ延在する接触部３２とを有する。このように、開口部の形状は、接触部の外縁をベース部の表面に射影した部分を接触部の形状変化によらずに常に含んでさえいればよく、接続端子の用途や求められる荷重特性に応じて適宜変更することが可能である。

図１５は、本実施の形態の第３変形例に係る接続端子の構成を示す斜視図である。同図に示す接続端子４は、開口部４０を有するベース部４１と接触部４２との境界部分から接触部４２の基端部を延長した方向に延在する一対の舌片部４３が設けられている。このような構成を有する接続端子４によれば、舌片部４３の長さを調整することによってベース部４１と接触部４２の境界部分の捩れ特性を変化させることが可能となる。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明の一実施の形態に係る接続端子の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る接続端子の構成を示す平面図である。 図２の矢視Ａ方向の側面図である。 本発明の一実施の形態に係るコネクタ（ソケットコネクタ）の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るコネクタ（ソケットコネクタ）の接続端子の配置例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る接続端子の取付態様を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るコネクタ（ソケットコネクタ）に半導体パッケージを装着する時の接続端子の形状の変化を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るコネクタ（ソケットコネクタ）における接続端子の荷重特性を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る接続端子のベース部のフリーな領域と最大応力との関係を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る接続端子のベース部をプリント回路基板に完全に固定した場合に半導体パッケージを装着する時の接続端子の形状の変化を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る接続端子のベース部をプリント回路基板に完全に固定した場合の接続端子の荷重特性を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る半導体パッケージの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態の第１変形例に係る接続端子の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態の第２変形例に係る接続端子の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態の第３変形例に係る接続端子の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１、２、３、４ 接続端子
１０、３０、４０ 開口部
１１、２１、３１、４１ ベース部
１２、２２、３２、４２ 接触部
１２ａ、２２ａ 基端部
１２ｂ、２２ｂ 先端部
２２ｃ 中間部
４３ 舌片部
１００ ソケットコネクタ
１０１ ハウジング部材
１０２ フレーム部材
１０３ ネジ部材
１０４ 取付穴
２００、４００ 半導体パッケージ
３００ プリント回路基板
４０１ 基材

Claims (8)

1. 導電性材料を用いて形成され、異なる二つの回路構造を電気的に接続する接続端子であって、
   前記二つの回路構造のうち一方の回路構造に一部が固定されたベース部と、
   前記ベース部の前記一方の回路構造に固定されていない部分から前記ベース部に対して立ち上がる方向に延在し、他方の回路構造と接触する接触部と、
   を備えたことを特徴とする接続端子。
2. 前記ベース部は平板状をなし、
   前記接触部は、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して下に凸な曲面をなす基端部を有することを特徴とする請求項１記載の接続端子。
3. 前記接触部は、
   当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して上に凸な曲面をなし、前記基端部に連なる先端部を有することを特徴とする請求項１または２記載の接続端子。
4. 前記接触部は、
   当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して下に凸な曲面をなす先端部と、
   前記先端部と前記基端部との間に位置するとともに当該接触部の中で前記ベース部から最も離れた部分を含み、当該接触部が前記ベース部の表面に対して延在する側を前記ベース部の上方とするとき前記ベース部の表面に対して上に凸な曲面をなす中間部と、
   を有することを特徴とする請求項１または２記載の接続端子。
5. 前記ベース部は、前記接触部の外縁を当該ベース部の表面に射影した部分を常に含む形状をなす開口部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の接続端子。
6. 前記接触部は塑性加工によって形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の接続端子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の接続端子が平面上に複数設けられていることを特徴とするコネクタ。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の接続端子が平面上に複数設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。

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