JP2010262869A - ソケット及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と回路基板との距離に分布を生じても、全ての接続端子の接触圧が均一に維持されるようにしたソケット。
【解決手段】 電子部品下面の複数の素子電極３ａと、回路基板上面の複数の基板電極１０ａとの間に介在し、素子電極３ａと基板電極１ａとに圧接されて電気的に接続する複数の接続導体４を有するソケットにおいて、接続導体４を支持する支持基板２ｃと、支持基板２ｃに設けられた複数の貫通孔２ｃ−１と、各貫通孔２ｃ−１内に設けられ、伸縮自在な材料からなる互いに絶縁された中空体５と、中空体を連結する連通管６と、中空体５及び連通管６の内部に密閉された流体と、中空体５の表面を被覆する導電材料からなる前記接続導体４と、を備えるソケット２。
【選択図】図２

Description

本発明は回路基板上面および電子部品下面にそれぞれ形成された外部接続用の電極間を電気的に接続するための複数の接続導体を有するソケット及びそのソケットを用いた電子機器に関し、とくに、接続導体と電極との接触圧が全ての接続導体に対して均等に維持されるソケット及び電子機器に関する。

電子機器には、外部機器との接続に用いられる、接続面が平坦な多数の電極（以下「素子電極」という。）を備える電子部品、例えばＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ：ランド・グリッド・アレイ）パッケージに収容された半導体装置が広く使用されている。かかる電子部品は、上面に素子電極に対向して配置された接続面が平坦な電極（以下「基板電極」という。）を有する回路基板上に、ソケット、例えばＬＧＡソケットを介して搭載される。

かかるソケットは、素子電極及び基板電極の間を電気的に接続する、弾性を有する良電気伝導体からなる接続導体と、接続導体を相互に電気的に絶縁して支持する支持基板とを備える。このソケットは、接続導体の下端が基板電極上面に当接するように回路基板上に位置決めされて載置され、そのソケット上に、電子部品が、素子電極下面を接続導体上端に当接するように位置決めされて回路基板上に載置される。そして、電子部品は回路基板上に押圧されて搭載される。従って、電子部品と回路基板とは、素子電極と基板電極とがその間に挟持されたソケットの接続導体を押圧するように固定される。

このような電子部品の回路基板上への固定は、通常、回路基板及び電子部品を挟持する一対の板状の固定治具を用いてなされる。固定治具は、その４隅をねじにより上下方向に締めつけられ、固定治具に挟持された回路基板及び電子部品を上下から押圧する。これにより、ソケットの接続導体は素子電極と基板電極とにより押圧され、これらの電極間の電気的接続が保持される。

電子部品をかかるソケットを介して回路基板上に搭載する電子機器では、電子部品は回路基板上に着脱自在に固定される。即ち、固定治具による押圧を解除することで、回路基板から容易にソケット及び電子部品を取り外すことができる。従って、電子部品の交換が容易であるという利点がある。

従来のソケットでは、接続導体材料として、安価に製造することができる導電性樹脂が多用されている（例えば特許文献１、２を参照。）。しかし、導電性樹脂の弾性限界は金属ばねに比べて小さいため、接触不良を招来することがある。

特開２０００−１６４２７０号公報 特開平０９−１１５５７７号公報

上述したように、従来のソケットは、素子電極と基板電極間の電気的接続が電極と接続導体との押圧（接触圧）により実現されている。このため、電極間の押圧のばらつきがあると接触抵抗もばらつき、その結果、電気的接続不良を招来することがある。

例えば、固定治具を締めつける４隅のねじの締めつけが、締めつけ時の不良あるいは長期間経過後の緩み等により不均等になることがある。その結果、素子電極の形成面（電子部品下面）と基板電極の形成面（回路基板上面）が非平行になり傾くことがある。また、例えば電子部品の発熱により、固定治具を用いて固定されている電子部品又は回路基板が反ることがある。

かかる電子部品又は回路基板の傾き又は反りは、素子電極と基板電極との間隔の面内分布を発生させる。このとき、弾性体からなる接続導体は、ばね性を有するため、素子電極と基板電極との間隔に応じて伸縮し接続を保持する。しかし、弾性体としての接続導体に印加される押圧は、その間隔が拡がると小さくなり、逆に狭まると大きくなる。従って、素子電極と基板電極との間隔に面内分布があると、多数の接続導体のそれぞれに印加される押圧も面内分布を有するものとなる。その結果、押圧の小さな接続導体の接触圧が小さくなり電気的接続の信頼性が損なわれるという問題がある。

従来、ソケットの接続導体には、安価かつ容易に成形することができる導電性樹脂が多用されている。しかし、導電性樹脂は弾性限界が小さいため、かかる電子部品又は回路基板の傾き又は反りにより容易にソケットの接触不良を生じる。他方、弾性限界が大きな金属ばねを用いたのでは、製造コストが高くなる。

本発明は、電子部品又は回路基板が傾いたり反ったりして、接続導体により接続されるべき素子電極と基板電極との間隔に面内分布が生じた場合でも、常に全ての接続導体が均一な接触圧に保持されるソケット及びかかるソケットを用いた電子機器を安価な製造コストで提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のソケットは、電子部品の下面に設けられた複数の素子電極と、前記素子電極に対向して回路基板の上面に設けられた複数の基板電極との間に介在し、前記素子電極と前記基板電極とに圧接されて前記素子電極と前記基板電極とを電気的に接続する複数の接続導体を有するソケットにおいて、前記接続導体を支持する支持基板と、前記支持基板に設けられた複数の貫通孔と、各前記貫通孔内に設けられ、伸縮自在な材料からなる互いに絶縁された中空体と、前記中空体を相互に連結する連通管と、前記中空体及び前記連通管の内部に密閉された流体と、前記中空体の表面を被覆する導電材料からなる前記接続導体と、を備えたことを特徴として構成する。

本発明によれば、接続導体は、伸縮自在の中空体の表面を被覆するように形成される。中空体の内部は、連通管を介して互いに連結されており、流体が密閉されている。この構成では、接続導体と接する素子電極及び基板電極との押圧（接触圧）は中空体の内圧によりほぼ定まる。従って、電極間距離が変動して接触圧が変わった場合、各中空体の内圧（即ち接触圧）が等しくなるまで各中空体が伸縮するので、電極間距離の分布が変化しても、全ての接続導体の接触圧は常に均一に保持される。

本発明の第１実施形態の電子機器断面図 本発明の第１実施形態のソケットの平面図 本発明の第１実施形態のソケットの垂直断面図 本発明の第１実施形態のソケットの水平断面図 本発明の第１実施形態の一体成形体斜視図 本発明の第１実施形態のソケットの効果を説明する断面図 本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その１） 本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その２） 本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その３） 本発明の第１実施形態の一体成形体の他の製造工程断面図 本発明の第２実施形態のソケット部分断面図 本発明の第２実施形態の変形例のソケット部分断面図 本発明の第２実施形態の第２変形例の製造方法を説明するための断面図

本発明の第１実施形態は、上下端面に上下に移動可能な金属電極（接触部）を備えた円柱形中空体を有するソケットを用いた電子機器に関する。

図１は本発明の第１実施形態の電子機器断面図であり、回路基板上にソケットを介して電子部品を接続し搭載した電子機器の主要な構成を表している。

図１を参照して、本第１実施形態の電子機器１００では、電子部品３と回路基板１とがソケット２を挟持するように配置される。

電子部品３は、その下面に多数の外部接続用の素子電極３ａが配置されている。かかる電子部品３として、例えば半導体チップをＬＧＡパッケージに収容したＬＧＡ半導体パッケージがある。また、回路基板１上面には、基板電極１ａが各素子電極３ａに対向して、例えば格子状に配置されている。これら素子電極３ａ及び基板電極１ａは、それらの対向面、即ち接続導体４が接触する接続面が平坦な平面形状を有する。

ソケット２は、絶縁性の支持基板２ｃと、連通管６により接続された円柱状の中空体５と、中空体５の側面及び中空体５の上下端面を被覆する接続導体４とを有する。接続導体４は、支持基板２ｃを貫通するビア２ｂと、接続導体４の上下端を構成する接触部２ａとからなり、接続導体４の上下端面は、支持基板２ｃの上下面から突出している。なお、ソケット２の詳細は後述する。

ソケット２は、接続導体４の下端面が回路基板１上面の基板電極１ａに当接するように回路基板１上に位置合わせされて載置される。そのソケット２上に、電子部品３を、接続導体４の上端面が電子部品３下面の素子電極３ａに当接するように位置合わせして載置する。

固定治具は、回路基板１の下面に配置された補強板９と、電子部品３上面に配置された放熱板７と、補強板９と放熱板７とをばね締結するボルト８ａ及びナット８ｂを有する。

放熱板７は、上面に放熱フィン７ａが形成されており、下面中央に窪みを有する押し板１０ｂを介して電子部品３上面を押圧する。なお、電子部品３と押し板１０ｂとは、押し板１０ｂの窪みに配置された良熱伝導性の接着剤１０ａにより固着されている。

補強板９、回路基板１及び放熱板７の４隅に、ボルト８ａを回路基板１の垂直方向に貫通させる貫通孔が設けられている。この貫通孔の直上に位置する放熱板７上面に、穿孔７ｂが形成されている。補強板９の下方から貫通孔を通して挿入されたボルト８ａは、上端を穿孔７ｂ内に挿入され、穿孔７ｂ内でコイルばね８ｃを介してナット８ｂにより螺着され、コイルばね締結がなされる。

４隅でコイルばね締結された補強板９と放熱板７は、回路基板１を上方に、電子部品３を下方に押圧する。これにより、ソケット２の接続導体４は、素子電極３ａと基板電極１ａとにより押圧され、挟持されて固定される。同時に、この押圧に起因して生じた接続導体４と素子電極３ａ又は基板電極１ａとの接触圧により、両電極３ａ、１ａ間の電気的接続がとられる。

次に、本第１実施形態で用いられたソケット２の詳細を説明する。

図２は本発明の第１実施形態のソケットの平面図であり、接続導体４の面内配置を表している。図３は本発明の第１実施形態のソケットの垂直断面図であり、図２中の直線ＡＡ’断面を表している。

図２を参照して、ソケット２を構成する支持基板２ｃは、矩形平板形の絶縁体からなり、その表面に接続導体４が、素子電極３ａに対応する位置にグリッド状に配置されている。なお、本第１実施形態では、説明を簡明にするため４×４の接続導体４の配置を示すが、本発明のソケット２はこれに限られず、より多数の、例えば４０×４０以上の配置のＬＧＡ半導体パッケージ（電子部品３）の素子電極３ａに対応したソケットに適用することができるのは当然である。

図２及び図３を参照して、支持基板２ｃには、支持基板２ｃを上下に（垂直に）貫通する貫通孔２ｃ−１（ビアホール）が形成されている。この貫通孔２ｃ−１内に、円柱形の外形を有する中空体５が貫通孔２ｃ−１と同心円状に緩挿される。

貫通孔２ｃ−１の内部側壁と中空体５との隙間には、弾性を有する導電体、例えば導電性樹脂が埋め込まれ、支持基板２ｃを上下に貫通するビア２ｂを形成する。中空体５の上端面及び下端面には、中空体５と同径の導電性金属円柱からなる接触部２ａが固着されている。

ビア２ｂは、中空体５の側面を被覆し、接触部２ａの側面に接触するよう設けられる。即ち、ビア２ｂは、その弾性力により接触部２ａの側面を押圧して接触を保持する。このため、後述するように、接触部２ａが上下に移動しても、接触部２ａの側面はビア２ｂに押圧されてビア２ｂの内壁面上を摺動し、ビア２ｂとの安定した接触が維持される。従って、中空体５の上端面及び下端面に設けられた接触部２ａは、常にビア２ｂにより電気的に接続される。

中空体５は、中空構造の円柱形の外形を有し、伸縮性の大きな絶縁材料、例えばエラストマーから構成される。この中空体５は、内部空洞内が流体で満たされており、内部空洞内の圧力の変化により、あるいは、中空体５の上下端面に印加される圧力により、上下方向（柱軸方向）に伸縮する。なお、中空体５の側壁面はビア２ｂにより抑えられており、直径方向への伸縮はない。

図４は本発明の第１実施形態のソケットの水平断面図であり、図３中の直線ＡＡ’を含む水平断面を表している。

図４を参照して、全ての中空体５の内部空洞は、支持基板２ｃ中に埋設された連通管６を介して連結されている。従って、全ての中空体５の内部空洞の圧力は常に等しい。なお、連通管６は、中空体５の内部空洞を連結するものであればよく、例えば、支持基板２ｃの外部に設けることもできる。

上述した中空体５及び連通管６は、絶縁性のエラストマーを用いた一体成形体として製造することができる。一体成形体とすることで、安価に製造することができる。

図５は本発明の第１実施形態の一体成形体斜視図であり、エラストマー成形された中空体５及び連通管６の一体成形体を表している。図５を参照して、４×４の各格子点に配列された円柱形に成形された中空体５が、格子状に配置された連通管６により連結されている。

図６は本発明の第１実施形態のソケット２の効果を説明する断面図であり、素子電極３ａと基板電極１ａの間隔の変動に伴う接続導体の形状変化を表している。

図６（ｂ）を参照して、電子部品３及び回路基板１が互いに平行に支持されている正常な状態では、接続導体４の上下端面（図６中で、接続導体４の上端に設けられた接触部２ａの上面及び下端に設けられた接触部２ａの下面）間の距離は全ての接続導体４について等しい。このとき、全ての接続導体４の上下端面は、支持基板２ｃの表面から高さＨｏだけ突出し、それぞれ素子電極３ａ及び基板電極１ａに当接している。なお、この高さＨｏは、接続導体４上下端面に印加される押圧と、弾性材料からなるビア２ｂ及び中空体５の反力とが釣り合う高さとして定まる。

より具体的に説明すると、接触部２ａ及び中空体５は、ビア２ｂの内壁面を摺動して上下方向にそれぞれ移動可能に設けられる。従って、接続導体４に印加される押圧は、ビア２ｂと接触部２ａとに分散されて支持される。このとき、ビア２ｂに分散された押圧は、ビア２ｂの弾性力により支持される。他方、接触部２ａに分散された押圧は、中空体５の内圧により支持される。通常、ビア２ｂが電極１ａ、３ａと接する上下の平坦面の面積は接触部２ａに比べて非常に小さいので、接続導体４に印加される押圧の大部分は接触部２ａが担うことになる。

接触部２ａに印加された押圧は、中空体５の内圧により支持される。これは、中空体５が伸縮自在の材料、例えばエラストマーからなり、外圧（例えば押圧）と内圧とが等しくなるまで自由に膨張する（本第１実施形態形態では、中空体５の側壁面はビア２ｂにより膨張が抑制されるため、中空体５は上下方向に膨張する。）ためである。即ち、接触部２ａに印加される押圧が中空体５の内圧に等しくなるまで、中空体５は上下に膨張し、それに応じて接触部２ａは上下に移動する。

中空体５は互いに連通しており、その内圧は全ての中空体５で同一である。このため、接触部２ａにより支持される押圧は全ての接続導体４について同一であり、従って、接続導体４により支持される押圧は、全ての接続導体についてほぼ等しい（ビア６ｂが支持する分だけ異なる場合がある。）
なお、弾性体からなるビア２ｂは、常に接触部２ａ及び中空体５の側壁面、即ち摺動面を押圧する。従って、ビア２ｂと接触部２ａの電気的接続は常に良好に保たれる。

次に、電子部品３又は回路基板１の反り又は電子部品３及び回路基板１の締めつけの不均衡により、素子電極３ａと基板電極１ａとの間隔が、支持基板２ｃ面内で面内分布を生じた場合を説明する。このとき、当接する素子電極３ａと基板電極１ａの間隔が広くなる接続導体４と、間隔が狭くなる接続導体４とが生ずる。

素子電極３ａと基板電極１ａの間隔が広くなった領域に配置された接続導体４では、図６（ａ）を参照して、その両端に印加される押圧（接触圧）が減少する。従って、中空体５は膨張し（柱軸方向に伸長する。）又ビア２ｂも伸長する。その結果、接続導体４は伸長し、接続導体４の上下端面は、支持基板２ｃの表面から当初の高さＨｏよりΔｈだけ高い高さＨｏ＋Δｈまで突出する。なお、高さの変化Δｈがビア２ｂの弾性限界を超えたとき、図６（ａ）に示すように、接触部２ａの上面が支持基板２ｃ上面から高さＨｏ＋Δｈまで、ビア２の上端面を超えて突出するように接触部２ａが移動してもよい。

他方、素子電極３ａと基板電極１ａの間隔が狭くなった領域に配置された接続導体４では、図６（ｂ）を参照して、その両端に印加される押圧（接触圧）が増大する。その結果、接続導体４は縮小し、接続導体４の上下端面の支持基板２ｃの表面からの突出高さは、当初の高さＨｏよりΔｈだけ低い高さＨｏ−Δｈまで低下する。この高さの低下、即ち中空体５の圧縮は、接触部２にかかる押圧と中空体５の内圧が等しくなるまで進行する。

上述したように、素子電極３ａと基板電極１ａの間隔が一部領域で広く，残りの領域で狭くなるように変化した場合、その間隔の広狭に応じて接続導体４の高さが伸縮する。この接続導体４の伸縮は、接続導体４が素子電極３ａ及び基板電極１ａを押圧する圧力、即ち接触圧が、中空体５の内圧に等しくなるまで進行し、そこで停止する。既に説明したように、全ての中空体５の内圧は等しいから、かかる素子電極３ａと基板電極１ａの面内間隔分布が変化しても、接続導体４にかかる押圧（接触圧）は常に全ての接続端子４に対して均等に分配される。このため、間隔が広い一部の接続端子４に印加される押圧が低下して引き起こされる接触不良は回避される。

本第１実施形態のソケットでは、図６（ｃ）を参照して、接続導体４が圧縮されたとき、ビア２ｂの先端は当初より低い位置まで押下されるので、ビア２ｂ先端の平坦面は広くなる。その結果、ビア２ｂが担う押圧が増加する。これにより、一部の中空体５のみが大きく圧縮されることを防ぐことがてきる。

以下、本第１実施形態のソケットの製造方法を説明する。本第１実施形態形態のソケットは、エラストマーの一体成形体１１の製造工程、支持基板２ｃの製造工程及び接続導体４の製造工程を順次経て製造される。

図７は本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その１）であり、図４に示すエラストマーの一体成形体１１からなる中空体５及び連通管６の製造工程を表している。なお、図７は（ｂ−１）を除き、図４に示す中空体５及び連通管６の軸芯を含む断面を表している。

本第１の実施形態に用いられたソケット２を構成する中空体５及び連通管６からなる一体成形体１１は、一体成形体１１の上半分及び下半分をそれぞれ金型を用いて製造した後、上下半分を張り合わせて製造される。

図７（ａ）を参照して、上型２１Ｕと下型２１Ｄからなる金型２１は、中空体５を形成する上底が閉じた円筒状の空洞２４、及び、連通管６を形成する、空洞２４を繋ぐ円管の上半分からなる空洞２３とを形成する。この空洞２３、２４は、中空体５及び連通管６の上半分の形状に加えて、下端に糊代となる部分を形成する。この金型２１に、熱可塑性のエラストマーを射出して、図７（ｂ）を参照して、中空体５及び連通管６の上半分に相当する半製品１１Ａを製造する。なお、半製品１１Ａは、他の成形方法、例えば上述した上型２１Ｕと下型２１Ｄと同様の金型２１を用いて、エラストマーシートを熱プレス成形して製造することもできる。

図７（ｂ−１）は、図７（ｂ）中のＡＡ’断面であり、半製品１１Ａの連通管６部分の管軸に垂直な断面を表している。図７（ｂ−１）を参照して、半製品１１Ａの下端は垂下して、長さεの糊代を形成する。

次いで、２個の半製品１１Ａを上下対象に上下に重ね、互いの糊代を用いて貼着する。これにより、上下の半製品１１Ａが重なり、ほぼ図４に示す一体成形体１１に近い形状のエラストマー成形体１１Ｂが製造される。なお、互いの糊代は重ならないように、下側の糊代を上側の糊代の上方に貼着するようにする。従って、貼着部分の幅は糊代のほぼ２倍の幅２εになる。また、貼着部分のエラストマーの厚さは、他の部分の２倍になる。

次いで、図７（ｃ）を参照して、半製品１１Ａを重ねて貼着したエラストマー成形体１Ｂを、上型２２Ｕと下型２２Ｄからなる加熱された金型２２の空洞内に収納する。この金型２２の空洞は図４に示す一体成形体１１の外形に嵌合する。次いで、図７（ｄ）を参照して、エラストマー成形体１１Ｂの内部に空気を吹き込み、ブロー成形する。次いで、図７（ｅ）を参照して、金型２２を開くことにより、糊代部分が薄くされ、同時に金型２２の空洞で規定される外形を有するエラストマーの一体成形体１１が製造される。

なお、一体成形体１１の内部には流体が密閉される。かかる流体の密閉は、一体成形体１１のブロー成形終了時に一体成形体１１を密閉することでなすことができる。また、ブロー成形された一体成形体１１に液体又は気体を注入して封止してもよい。封止する気体として、例えば空気、窒素を用いることができ、封止する液体として、例えば水、オイルを用いることができる。液体は気体に比べて熱膨張率が小さく、温度変化による内圧の変動が小さいという利点がある。

一体成形体１１を形成する材料として、絶縁性、弾性及び伸縮性を有し、かつ熱プレス成形、ブロー成形又は射出成形により容易に加工可能な熱可塑性の材料が好ましい。かかる材料として、ポリウレタン、スチレン−ブタジエンゴム、イソプロピレンゴム、ブタジエンゴム又は天然ゴム等のエラストマーがある。さらに、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン又はポリエチレン等のプラスチック樹脂を用いてもよい。

上述した中空体５及び連通管６は一体成形体１１として製造された。しかし、これに限らず、中空体５と連通管６をそれぞれ異なる工程又は材料により形成し、接合して形成することもできる。

次に、支持基板２ｃの製造工程を説明する。支持基板２は、上述の工程で製造された一体成形体１１を絶縁樹脂中に埋め込むモールド加工により形成することができる。

図８は本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その２）であり、一体成形体１１が埋め込まれた支持基板の製造途中の断面を表している。なお、図８（ａ）〜（ｃ）は図４の直線ＡＡ’に沿う垂直断面を、図８（ｄ）は図４の直線ＢＢ’に沿う垂直断面を表している
図８（ａ）を参照して、まず、上下対象の上型２５Ｕ及び下型２５Ｄからなる金型２５の空洞２５ａ〜２５ｃ中に、中空体５及び連通管６の一体成形体１１を嵌め込む。

図８（ｂ）は、一体成形体１１が嵌め込まれた金型２５を表している。図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、金型２５は、空洞２５ａ〜２５ｃを備える。

空洞２５ｃは、円柱状をなし、一体成形体１１を構成する中空体５に嵌合する。そして、金型２５には、空洞２５ｃの周囲を円筒状に囲み、金型２５の接合面側に突出する円筒状突起２５ｄが設けられている。この円筒状突起２５ｄは、空洞２５ｃの側壁の一部を構成し、支持基板２ｃに開設される貫通孔２ｃ−１（図８（ｃ）参照。）を画定する。また、円筒状突起２５ｄには、連通管６に嵌合する空洞２５ａが開設される。

空洞２５ｂは、平面外形が支持基板２ｃ外周を画定する矩形なし、その矩形内の空洞２５ｃ及び円筒状突起２５ｄを除く部分に形成される。即ち、空洞２５ｂの平面形状は、外形矩形で、空洞２５ｃ及び円筒状突起２５ｄで画定される円形部分を除く平面形状を有する。この空洞２５ｂは、支持基板２ｃの厚さに等しい高さを有し、連通管６の中央部分（隣接する空洞２５ａに挟まれた区間の部分）を収容する。従って、連通管６の中央部分は空洞２５ｂ内に表出している。

次いで、金型２５の空洞２５ｂ内に、絶縁性樹脂からなるモールド材料を射出し、連通管６を埋め込む支持基板２ｃを形成する。これにより、図８（ｃ）及び図８（ｄ）を参照して、支持基板２ｃ中に一体成形体１１が埋め込まれたソケット中間製品２Ａが製造される。

ソケット中間製品２Ａの支持基板２ｃは、空洞２５ｂにより画定される高さ及び矩形平面形状を有する矩形板状をなし、空洞２５ｃ及び円筒状突起２５ｄに対応する部分が支持基板を貫通する貫通孔２ｃ−１となっている。一体成形体１１の中空体５がこの貫通孔２ｃ−１内に緩挿され、その周囲、即ち円筒状突起２５ｄに対応する部分が円筒形の隙間を形成する。中空体５を格子状に連通する連通管６は、円筒状突起２５ｄに対応する隙間内で表出する他、それ以外の連通管６の部分（中央部分）は支持基板２ｃに埋め込まれている。

モールド材料として、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エポキシ樹脂を用いることができる。また、必要ならば、機会強度に優れるエンジニアリングプラステック、例えばポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホンからなる補強体（スティフィナー）を組み合わせるてもよい。

なお、支持基板２ｃは、ソケット１１として必要な機械的強度と電気的絶縁性を有するならば、他の材料、例えばモールド樹脂以外の絶縁樹脂又はセラミック材料を用いることができる。この場合、これらの材料を、機械加工又は型を用いて空洞２５ｂと同様の形状を有する上下２つの平板に形成し、これら上下の平板で一体成形体１１を挟持して、ソケット中間製品２Ａを製造してもよい。

次に、接続導体４の製造工程を説明する。

図９は本発明の第１実施形態のソケットの製造工程断面図（その３）であり、ソケット中間製品２Ａに接続導体４を形成する工程を表している。

図９（ａ）を参照して、ソケット中間製品２Ａを、互いに上下面対象な上型３１Ｕ及び下型３１Ｄからなる金型３１で挟持する。図９（ｂ）はソケット中間製品２Ａを挟持した金型の断面を表している。

図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、上型３１Ｕ及び下型３１Ｄは、ソケット中間製品２Ａを挟持したとき、支持基板２ｃの上下面の略全面に当接して支持基板２ｃを挟持する平面端面を有する凸部３１ａと、中空体５の収容部分に錐台状に窪む凹部３１ｃとを備える。この凹部３１ｃの開口径は貫通孔２ｃ−１と同程度とし、底面は中空体５の上面と同じ平面形状を有する。さらに、凹部３１ｃの底面には、中空体５の上面と同じ平面形状を有する柱状凸部３１ｂが設けられる。中空体５の上下端は、柱状凸部３１ｂの端面に密着して支持される。その結果、中空体５の側面周囲を円筒状に囲む空洞３１ｄが形成される。

この空洞３１ｄの外形は、上下部分は金型３１の凹部３１ｃにより画定され、その間は支持基板２ｃの貫通孔２ｃ−１により画定される。また、空洞３１ｄの内形は、柱状の中空体５及び柱状凸起３１ｂにより画定される。従って、空洞３１ｄは、上下部分が錐台をなす柱体状を、柱軸に沿って中空体５と同形断面を有する柱体で切り取った形状をなす。

次いで、金型３１の空洞３１ｄに導電性材料を注入し、図９（ｃ）を参照して、空洞３１ｄと同形のビア２ｂを形成する。即ち、ビア２ｂの上下端は円錐台状をなし、その中央に中空体５の上下端面を表出する柱状の穴が開口する。

このビア２ｂの材料には導電性を有する弾性材料、例えば導電性フィラーを分散した絶縁弾性材料が用いられる。絶縁弾性材料として、例えば、熱硬化性エラストマー、ウレタン系、オレフィン系若しくはポリフチレン系等の熱可塑性エラストマー、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、イソプロピレンゴム、フッソゴム若しくはエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の合成ゴム、又は、天然ゴムを用いることができる。また、導電性フィラーとして、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉛、錫、鉄、亜鉛、アルミニウム、クロム若しくはチタン等の金属、鉄ニッケル、ステンレス、はんだ、ベリリウム銅、青銅、リン青銅若しくは黄銅等の合金、カーボン、又は、セラミックスからなる針状、球状、板状若しくは不定形の粉末を用いることができる。なお、絶縁性の粉末は、導電性処理を施して使用される。

次いで、予め容易された、金型３１の柱状凸部３１ｂと同形を有する円柱形の導電性材料、例えば良導電性の金属又は合金からなる接触部２ａを、ビア２ｂの上下端に開設され、底面に中空体５の上下端面を表出する柱状の穴に嵌入し、中空体５上面に貼着する。

以上の工程を経て、ソケット２が製造される。

上述のソケット２の製造工程では、一体成形体１１を、上下半分の半製品１１Ａを合わせて製造した。エラストマー袋を成形加工することで、直接一体成形体１１を製造することもできる。この方法では、半製品１１Ａの製造工程を省略することができるので、安価に製造することができる。

図１０は、本発明の第１実施形態の一体成形体の他の製造工程断面図であり、エラストマー袋体の成形加工により一体成形体１１が製造される工程を表している。

図１０（ａ）を参照して、エラストマーの袋体３３を予め用意する。袋体３３は、その一端に外部から気体を吹き込むための吹き込み口を備え、例えば平板状の外形を有する。この袋３３を上型３２Ｕ及び下型３２Ｄからなる金型３２で挟持する。この金型３２は、中空体５及び連通管６の外形と同形の空洞３２ａ、３２ｂを形成する。

次いで、図１０（ｂ）を参照して、挟持された袋体３３内部に気体を圧入し、ブロー成形により袋体３３を成形する。これにより、袋体３３は、中空体５が連通管６で接続された構造の一体成形品１１に成形される。このとき、中空体５及び連通管６の外側では、袋体３３の上下の皮膜が貼着すると同時に、僅かの幅の貼着代を残して貼着する部分は切断分離される。次いで、図１０（ｃ）を参照して、金型３２から取り出し、一体成形体１１が製造される。

この製造方法では、中空体５及び連通管６の上下方向の中央に貼着代が形成され、この貼着代が一体成形体を取り巻くバリとして残される。かかる貼着代は幅が狭く、通常はそのまま使用しても問題は生じない。しかし、このように製造された貼着代を有する一体成形体を、図７（ｂ）に示す金型２２を用いてブロー成形することで、貼着代のない滑らかな皮膜からなる一体成形体１１を形成することもできる。この滑らかな一体成形体１１は、機械的強度、とくに疲労強度の観点から好ましい。

本発明の第２実施形態は、接続導体４が導電性の弾性体からなるソケット２に関する。図１１は本発明の第２実施形態のソケット部分断面図であり、接続導体の形状を表している。なお、図１１（ｂ）は正常な圧縮状態を、図１１（ａ）は正常な状態より伸長した状態を、図１１（ｃ）は正常な状態より圧縮された状態を表している。

図１１（ｂ）を参照して、本第２実施形態の接続導体４は、既述の第１実施形態形態における接続導体４の接触部２ａを、ビア２ｂと同一材料により構成する。その他は、形状各部材の材料及び形状ともに第１実施形態と同様である。

かかる接続導体４は、図９（ａ）〜（ｂ）に示す第１実施形態の接続導体４を製造するための金型３１を、柱状凸部３１ｂを除去して用いることで、第１実施形態のビア２ｂと同様の工程で製造することができる。

図１１（ｂ）を参照して、接続導体４が正常な押圧の下で正常な圧縮状態にあるとき、接続導体４は、その上面が支持基板２ｃの上下面より高さＨｏだけ突出している。これは第１実施形態の接続導体４と同様である。

次いで、押圧が減少した結果中空体５が伸長すると、全体がビア４ｂと同じ弾性材料からなる接続導体４は、中空体５と共に伸長し、接続導体４上面は支持基板２ｃの上下面より高さΔｈだけ高い高さＨｏ＋Δｈまで突出する。

図１１（ｃ）を参照して、逆に押圧が減少して中空体５が圧縮される、接続導体４は中空体５と共に圧縮され、接続導体４上面は支持基板２ｃの上下面より高さΔｈだけ低い高さＨｏ−Δｈまで押し下げられられる。

このように、本第２実施形態の接続導体４は、第１実施形態と同様、素子電極３ａと基板電極１ａ間の距離の変動ないし面内分布を接続導体４の伸縮により吸収することで、全ての接続端子の押圧（接触圧）を常に均一に維持する。

本実施形態では、接続導体４を一工程で形成することができるので、製造コストを容易に低くすることができる。

図１２は本発明の第２実施形態の変形例のソケット部分断面図であり、中空体５及び接続導体４の形状を表している。なお、図１２（ａ）は第２実施形態の第１変形例を、図１２（ｂ）は第２実施形態の第２変形例を表している。

図１２（ａ）を参照して、第１変形例では、球形の中空体５の表面全面（連通間６との接続部を除く）を被覆して、導電性弾性材料からなる接続導体４が形成されている。なお、接続導体４の上下端は接続面積を増加するために平面にすることが好ましい。かかる接続導体は第２実施形態と同様にして形成することができる。

この第１変形例では、素子電極３ａと基板電極１ａ間の距離が変動すると、それに応じて球形の中空体５が膨張又は縮小する。従って、接続導体４も伸縮して接続導体４の高さが変化し、第１実施形態と同様に、全ての接続導体４にかかる押圧（接触圧）が均一化される。

図１２（ｂ）を参照して、第２変形例では、既述の第２実施形態における接続導体４を、その上下端部分に水平に切り込みを入れ、上下方向の押圧に対する実効的な弾性定数（ばね定数）を小さくしたものである。この第２変形例では、弾性限界が大きくなるので、大きな伸縮に容易に追従することができる。その他は第２実施形態と同様である。

図１３は本発明の第２実施形態の第２変形例の製造方法を説明するための断面図であり、第２変形例の接続導体４を形成するための金型３４を表している。

金型３４は、中空体５近傍を除き第１及び第２実施形態形態の金型３１と同様である。図１３を参照して、中空体５が収納される金型３４の空洞３４ａは、４個の割り子３４ＲＵ〜３４ＬＤにより形成される。割り子３４ＲＵ及び割り子３４ＬＵは、上型３４Ｕの窪み内に嵌挿され、合わせたときに、蛇腹状の断面を有する円柱状の空洞３４ａの上部を形成する。同様に、割り子３４ＲＤ及び割り子３４ＬＤは、下型３４Ｄの窪み内に嵌挿され、合わせて蛇腹状の断面を有する円柱状の空洞３４ａの下部を形成する。

導電性を有する弾性材料を空洞３４ａ内に注入し、図１２（ｂ）に示す第２変形例の接続導体４が形成される。その後、上型３４Ｕ及び下型３４Ｄを外した後、割り子３４ＲＵ及び割り子３４ＬＵ、割り子３４ＲＤ及び割り子３４ＬＤをそれぞれ左右に水平に分離することで、金型３１から接続導体４が分離される。

なお、第２変形例の接続導体４は上記形状に限られず、伸縮性を高める他の形状を採用することができる。例えば、上述した蛇腹状外形に代えて、水平又は垂直のスリットを設ける、あるいはプリーツ又は螺旋状の外形とすることもできる。さらに、第２変形例の接続導体４の樹腹状外形を有する部分を、別体の中空の蛇腹構造を有する導電性部品により構成することもできる。このように、接続導体４の上下部分をビア２ｂと別体とすることで、複雑な形状により付与される優れた伸縮性を有する接続導体４を作成することができる。

本発明をＬＧＡパッケージに収容された半導体部品を回路基板に搭載するためのＬＧＡソケットに適用することで、半導体部品と回路基板間の距離の面内分布が発生しても、常に均一な接触圧を維持する信頼性の高い接続を保持することができる。

１ 回路基板
１ａ 基板電極
２ ソケット
２ａ 接触部
２ｂ ビア
２ｃ 支持基板
２ｃ−１ 貫通孔
２Ａ ソケット中間製品
３ 電子部品（半導体パッケージ）
３ａ 素子電極
４ 接続導体
５ 中空体
６ 連通管
７ 放熱板
７ａ 放熱フィン
８ａ ボルト
８ｂ ナット
８ｃ ばね
９ 補強板
１０ａ 接着剤
１０ｂ 押し板
１１ 一体成形体
１１Ａ 半製品
１１Ｂ エラストマー成形体
２１、２２、２５、３１、３２、３４ 金型
３１ａ 凸部
３１ｂ 柱状凸部
３１ｃ 凹部
３１ｄ、３４ａ 空洞
２１Ｕ、２２Ｕ，２５Ｕ、３１Ｕ、３２Ｕ、３４Ｕ 上型
２１Ｄ、２２Ｄ，２５Ｄ、３１Ｄ、３２Ｄ、３４Ｄ 下型
３３ 袋体
１００ 電子機器

Claims (5)

1. 電子部品の下面に設けられた複数の素子電極と、前記素子電極に対向して回路基板の上面に設けられた複数の基板電極との間に介在し、前記素子電極と前記基板電極とに圧接されて前記素子電極と前記基板電極とを電気的に接続する複数の接続導体を有するソケットにおいて、
   前記接続導体を支持する支持基板と、
   前記支持基板に設けられた複数の貫通孔と、
   各前記貫通孔内に設けられ、伸縮自在な材料からなる互いに絶縁された中空体と、
   前記中空体を相互に連結する連通管と、
   前記中空体及び前記連通管の内部に密閉された流体と、
   前記中空体の表面を被覆する導電材料からなる前記接続導体と、
   を備えたことを特徴とするソケット。
2. 前記中空体及び前記連通管は、絶縁性を有するエラストマーの一体成形体からなることを特徴とする請求項１記載のソケット。
3. 前記中空体は、前記支持基板に垂直な柱軸を有する柱体からなり、
   前記接続導体のうち少なくとも前記柱体の側面を被覆する部分は、弾性を有する導電材料からなることを特徴とする請求項１又は２記載のソケット。
4. 前記中空体は球体からなり、
   前記接続導体は、前記中空体の全面を被覆する弾性を有する導電材料からなることを特徴とする請求項１又は２記載のソケット。
5. 下面に複数の素子電極が設けられた電子部品と、上面に前記素子電極に対向する複数の基板電極が設けられた回路基板と、前記素子電極と前記基板電極とに圧接されて前記素子電極と前記基板電極とを電気的に接続する複数の接続導体を有するソケットとを有する電子機器において、
   前記ソケットは、
   前記接続導体を支持する支持基板と、
   前記支持基板に設けられた複数の貫通孔と、
   各前記貫通孔内に設けられ、伸縮自在な材料で形成され中空部が流体で充満された中空体と、
   前記中空体を相互に連結する連通管と、
   前記中空体の表面を被覆する導電材料からなる前記接続導体と、
   を備えたことを特徴とする電子機器。

Images