JP2011204622A - Connector, electronic device, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To follow change of the shapes of a semiconductor device and a wiring board, and to maintain electric connection between a connector, a semiconductor device and a wiring board.SOLUTION: In an electronic device 100, a land 112 of the semiconductor device 110 and an electrode pad 122 of the wiring board 120 are electrically connected to each other via an LGA connector 130. The LGA connector 130 has an electrically insulating frame 131 which serves as a support member and an electrically conductive column 140 which serves as a connection terminal. The column 140 is placed within a through-hole formed in the frame 131 and protrudes from the frame 131. The column 140 has a metal portion 143 containing a shape memory alloy. In an embodiment, the column 140 has electrically conductive elastomers 141 and 142 on contact surfaces of the land 112 and the electrode pad 122, respectively, and the metal portion 143 is disposed between the elastomers 141 and 142.

Description

本発明は、ランドグリッドアレイ(LGA)型パッケージを配線基板に電気接続するコネクタ、該コネクタを含む電子装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a connector for electrically connecting a land grid array (LGA) type package to a wiring board, an electronic device including the connector, and a method for manufacturing the same.

サーバ及びパーソナルコンピュータ(PC)等の電子機器の高機能化及び高性能化に伴い、多数の端子をパッケージの一方の面に格子状に配置したボールグリッドアレイ(BGA)型又はランドグリッドアレイ(LGA)型の半導体装置が広く使用されている。LGAパッケージは、システムボード等の配線基板上に加圧実装することができる。LGAパッケージの加圧実装は、機械的な接触を利用して電気的に接続されるものであるため、はんだ溶融接合のための高温工程を不要とし、また、半導体装置のリペア作業を容易にする。LGAパッケージの加圧実装においては、一般的に、LGAコネクタ又はLGAインターポーザと呼ばれるコネクタを介して、LGAパッケージのランドと配線基板の電極パッドとの間の電気的な接続が達成される。   A ball grid array (BGA) type or land grid array (LGA) in which a large number of terminals are arranged in a grid pattern on one surface of a package as electronic devices such as servers and personal computers (PCs) become highly functional and sophisticated. ) Type semiconductor devices are widely used. The LGA package can be pressure-mounted on a wiring board such as a system board. Since the pressure mounting of the LGA package is electrically connected using mechanical contact, a high-temperature process for solder fusion bonding is not required, and the repair work of the semiconductor device is facilitated. . In pressure mounting of an LGA package, an electrical connection is generally achieved between a land of the LGA package and an electrode pad of a wiring board via a connector called an LGA connector or an LGA interposer.

図1に、従来のLGAコネクタを含む実装構造の一例を示す。LGAパッケージである半導体装置10がLGAコネクタ30を介してシステムボード20上に搭載されている。LGAパッケージ10及びシステムボード20は、それらの外側に配置された補強板(ボルスタープレート)51とヒートスプレッダ52及びヒートシンクベース53とによって挟まれ、バネ付きネジ54によって締め付けられる。LGAパッケージ10は、パッケージ基板11と、その下面に格子状に配列されたランド12と、半導体チップ13とを有する。システムボード20は、基板21と、その上面に格子状に配列された電極パッド22とを有する。システムボードの電極パッド22は、LGAパッケージのランド12と同様のパターンを有する。なお、実際のサーバやPC等の内部においては一般的に、図1の構成に加えて、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体が取り付けられる。   FIG. 1 shows an example of a mounting structure including a conventional LGA connector. A semiconductor device 10 that is an LGA package is mounted on the system board 20 via an LGA connector 30. The LGA package 10 and the system board 20 are sandwiched between a reinforcing plate (bolster plate) 51, a heat spreader 52, and a heat sink base 53 arranged outside thereof, and are tightened by a spring-loaded screw 54. The LGA package 10 includes a package substrate 11, lands 12 arranged in a lattice pattern on the lower surface thereof, and a semiconductor chip 13. The system board 20 includes a substrate 21 and electrode pads 22 arranged on the upper surface thereof in a grid pattern. The electrode pads 22 of the system board have the same pattern as the lands 12 of the LGA package. In addition, in an actual server, PC, or the like, a heat sink or a housing having heat radiating fins is generally attached in addition to the configuration of FIG.

LGAコネクタ30は、支持部材であるフレーム(ソケット等とも呼ばれる)31と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の接続端子(以下、コラムと称する)40とを有する。コラム40はLGAパッケージのランド12及び配線基板の電極パッド22と同様のパターンに配置されている。コラム40は、導電性フィラーを分散させた導電性ゴムからなり、バネ付きネジ54による加圧によってランド12と電極パッド22との間で圧縮され、これらを電気的に接続することができる。   The LGA connector 30 includes a frame (also referred to as a socket) 31 that is a support member, and a plurality of connection terminals (hereinafter referred to as columns) 40 that penetrate the frame and protrude from both sides of the frame. The columns 40 are arranged in the same pattern as the lands 12 of the LGA package and the electrode pads 22 of the wiring board. The column 40 is made of conductive rubber in which a conductive filler is dispersed. The column 40 is compressed between the land 12 and the electrode pad 22 by pressurization with a spring-loaded screw 54, and these can be electrically connected.

しかしながら、長期的な加圧及び/又は電子装置の稼動時の発熱によって、コラム40とランド12及び/又は電極パッド22との間の電気接続性が低下してしまい得る。例えば、ゴム材のクリープ等によってコラム40が変形すると、コラム40は半導体チップからの発熱によるLGAパッケージ10及びシステムボード20の反りに追従することができなくなり得る。さらに、LGAパッケージ10及び/又はシステムボード20の反りが増大すると、図2に示すように、コラム40とランド12及び/又は電極パッド22との間にギャップ60が生じ、ランド12と電極パッド22との間の導通を阻害してしまう。   However, electrical connectivity between the column 40 and the lands 12 and / or electrode pads 22 may be reduced by prolonged pressurization and / or heat generation during operation of the electronic device. For example, when the column 40 is deformed due to creep of a rubber material or the like, the column 40 may not be able to follow the warpage of the LGA package 10 and the system board 20 due to heat generated from the semiconductor chip. Further, when the warpage of the LGA package 10 and / or the system board 20 is increased, a gap 60 is generated between the column 40 and the land 12 and / or the electrode pad 22, as shown in FIG. Will interfere with continuity.

この問題又はその他の問題に関連し、コラムにバネを用いた構成や、コラムにバネとエラストマーとの組み合わせ等の複合部材を用いた構成が知られている。   In relation to this or other problems, a configuration using a spring for the column and a configuration using a composite member such as a combination of a spring and an elastomer for the column are known.

特表2004−519075号公報Special table 2004-519075 gazette 特開2002−100431号公報JP 2002-100431 A 特開2004−296301号公報JP 2004-296301 A 特開2008−226841号公報JP 2008-226841 A

バネ又は複合部材をコラムに用いた既知のコネクタは、しかしながら、以下のような問題を有する。バネなどによる伸縮範囲の拡大によって半導体装置及び/又は配線基板の反りに対する追従性は向上し得るものの、バネを構成する線材の長さ及び細さに起因して抵抗が増大する。また、バネ材自体又は組み合わせるエラストマーにクリープ等による変形が生じ、半導体装置などの形状変化に対する追従性が低下し得る。   However, the known connectors using springs or composite members for the column have the following problems. Although the followability to the warp of the semiconductor device and / or the wiring board can be improved by expanding the expansion / contraction range by a spring or the like, the resistance increases due to the length and thinness of the wire constituting the spring. Further, the spring material itself or the elastomer to be combined is deformed by creep or the like, and the followability to a change in shape of the semiconductor device or the like can be lowered.

よって、半導体装置及び配線基板の形状変化に追従し、加圧実装される半導体装置と配線基板との電気接続性を維持し得る技術が依然として望まれる。   Therefore, there is still a demand for a technology that can follow the change in the shape of the semiconductor device and the wiring board and maintain the electrical connectivity between the pressure-mounted semiconductor device and the wiring board.

一観点によれば、電気絶縁性のフレ−ムと、フレームから突出した接続端子とを含むコネクタが提供される。フレームに貫通孔が設けられ、貫通孔内に接続端子が配置される。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。   According to one aspect, a connector is provided that includes an electrically insulating frame and a connection terminal protruding from the frame. A through hole is provided in the frame, and a connection terminal is disposed in the through hole. The connection terminal includes a metal part including a shape memory alloy.

他の一観点によれば、配線基板と、配線基板の上方に設けられた半導体装置と、配線基板と半導体装置とを電気的に接続する接続端子とを有する電子装置が提供される。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。   According to another aspect, an electronic device is provided that includes a wiring board, a semiconductor device provided above the wiring board, and a connection terminal that electrically connects the wiring board and the semiconductor device. The connection terminal includes a metal part including a shape memory alloy.

他の一観点によれば、電子装置の製造方法が提供される。当該方法は、フレ−ムと、該フレームに備えられた貫通孔と、該貫通孔内に配置され且つフレームから突出する接続端子と、を有するコネクタを配線基板上に配置する工程を含む。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。当該方法は更に、コネクタ上に半導体装置を配置し、接続端子を配線基板及び半導体装置と電気的に接続する工程を含む。   According to another aspect, an electronic device manufacturing method is provided. The method includes a step of disposing a connector having a frame, a through-hole provided in the frame, and a connection terminal disposed in the through-hole and protruding from the frame on a wiring board. The connection terminal includes a metal part including a shape memory alloy. The method further includes the steps of disposing the semiconductor device on the connector and electrically connecting the connection terminal to the wiring board and the semiconductor device.

半導体装置からの発熱によって半導体装置と配線基板との離間距離が増大するとき、接続端子の金属部が形状記憶効果により伸長することで、接続端子と配線基板及び半導体装置との電気接続性を維持することができる。   When the distance between the semiconductor device and the wiring board increases due to heat generation from the semiconductor device, the metal part of the connection terminal extends due to the shape memory effect, thereby maintaining the electrical connectivity between the connection terminal, the wiring board, and the semiconductor device. can do.

従来のLGAコネクタを用いた実装構造を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the mounting structure using the conventional LGA connector. 従来のLGAコネクタにおいて見られる問題を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the problem seen in the conventional LGA connector. 第1実施形態に係るLGAコネクタ及び電子装置を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the LGA connector and electronic device which concern on 1st Embodiment. コラムの配列パターンを例示する上面図である。It is a top view which illustrates the arrangement pattern of a column. 図3のコラム及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the column of FIG. 3, and its peripheral part. 図3のLGAコネクタの効果を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the effect of the LGA connector of FIG. 3 typically. 金属部の一変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one modification of a metal part. 図3のLGAコネクタの製造方法を例示する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the LGA connector of FIG. 3. 第2実施形態に係るLGAコネクタを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the LGA connector which concerns on 2nd Embodiment. 図9のLGAコネクタの効果を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the effect of the LGA connector of FIG. 9 typically. 図9のLGAコネクタの製造方法を例示する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the LGA connector of FIG. 9.

以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一又は類似の参照符号を付する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, various components are not necessarily drawn to the same scale. Throughout the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same or similar reference numerals.

(第1実施形態)
先ず、図3及び4を参照して、第1実施形態に従った電子装置100及びコネクタ130の概略構成を説明する。
(First embodiment)
First, a schematic configuration of the electronic device 100 and the connector 130 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図3に示すように、電子装置100は、半導体装置110、配線基板120及びコネクタ130を含んでいる。半導体装置110はコネクタ130を介して配線基板120上に搭載されている。そして、半導体装置110及び配線基板120は、それらの外側に配置されたボルスタープレート151と放熱機構(例えば、ヒートスプレッダ152及びヒートシンクベース153)とによって挟まれ、バネ付きネジ154によって締め付けられる。典型的に、電子装置100は3乃至4本のバネ付きネジ154を有する。なお、実際のサーバやPC等の内部において、電子装置100は、例えば、図3の構成に加えて、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体を有し得る。   As shown in FIG. 3, the electronic device 100 includes a semiconductor device 110, a wiring board 120, and a connector 130. The semiconductor device 110 is mounted on the wiring board 120 via the connector 130. The semiconductor device 110 and the wiring board 120 are sandwiched between a bolster plate 151 and a heat dissipation mechanism (for example, a heat spreader 152 and a heat sink base 153) disposed outside the semiconductor device 110 and tightened by a spring-loaded screw 154. Typically, the electronic device 100 has 3 to 4 spring-loaded screws 154. In addition, in an actual server, PC, or the like, the electronic device 100 can include, for example, a heat sink or a housing having heat radiation fins in addition to the configuration of FIG.

半導体装置110は、パッケージ基板111と、その下面に格子状に配列された複数のパッド(ランド)112と、半導体チップ113とを有する。このような半導体装置はLGAパッケージ等と呼ばれている。LGAパッケージ110はまた、その内部の実装形態に応じて、その他の要素を含み得る。例えば、半導体チップ113がパッケージ基板111にフリップチップ実装される場合、該チップとパッケージ基板111との間にアンダーフィル樹脂が充填され得る。また、半導体チップ113がパッケージ基板111にボンディングワイヤによって接続される場合、該チップ及びボンディングワイヤを封止する封止樹脂等が設けられる。配線基板120は、例えばシステムボードであり、基板121と、その上面に格子状に配列された複数の電極パッド122とを有する。システムボードの電極パッド122は、LGAパッケージのランド112と同様のパターンを有する。一般的に、LGAパッケージのランド112及びシステムボードの電極パッド122は、例えば銅(Cu)めっきにより形成され、表面に金(Au)めっきが施される。   The semiconductor device 110 includes a package substrate 111, a plurality of pads (lands) 112 arranged on the lower surface of the package substrate 111 in a lattice pattern, and a semiconductor chip 113. Such a semiconductor device is called an LGA package or the like. The LGA package 110 may also include other elements depending on its internal implementation. For example, when the semiconductor chip 113 is flip-chip mounted on the package substrate 111, an underfill resin can be filled between the chip and the package substrate 111. In addition, when the semiconductor chip 113 is connected to the package substrate 111 by a bonding wire, a sealing resin or the like for sealing the chip and the bonding wire is provided. The wiring board 120 is, for example, a system board, and includes a board 121 and a plurality of electrode pads 122 arranged on the upper surface of the board 121. The electrode pads 122 on the system board have the same pattern as the lands 112 on the LGA package. In general, the land 112 of the LGA package and the electrode pad 122 of the system board are formed by, for example, copper (Cu) plating, and the surface is subjected to gold (Au) plating.

コネクタ130は、支持部材である電気絶縁性のフレーム(ソケット等とも呼ばれる)131と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の導電性接続端子(以下、コラムと称する)140とを有する。フレーム131は、例えばポリイミド又はガラスクロスを内部に含有する樹脂などを有する。このようなコネクタはLGAコネクタ又はLGAインターポーザ等と呼ばれている。コラム140はフレーム131の面内で、図4の上面図に例示するように、LGAパッケージのランド112及びシステムボードの電極パッド122と同様の2次元パターンに配列されている。故に、コラム140は、バネ付きネジ154による加圧によってランド112と電極パッド122との間に挟持され、相対するランド112と電極パッド122とを電気的に接続することができる。なお、図4に示すように、フレーム131は、コラム140が存在しない部分に開口部131aを有していてもよい。また、例えばコラム数が多い場合など、フレーム131は横方向にバネ付きネジ154を超えて延在し、ネジ154の位置に対応してネジ通過孔を有していてもよい。   The connector 130 includes an electrically insulating frame (also referred to as a socket) 131 that is a support member, and a plurality of conductive connection terminals (hereinafter referred to as columns) 140 that penetrate the frame and protrude from both sides of the frame. Have. The frame 131 includes, for example, a resin containing polyimide or glass cloth inside. Such a connector is called an LGA connector or an LGA interposer. The columns 140 are arranged in a two-dimensional pattern similar to the lands 112 of the LGA package and the electrode pads 122 of the system board in the plane of the frame 131 as illustrated in the top view of FIG. Therefore, the column 140 is sandwiched between the land 112 and the electrode pad 122 by pressing with the spring-loaded screw 154, and the opposing land 112 and the electrode pad 122 can be electrically connected. As shown in FIG. 4, the frame 131 may have an opening 131 a in a portion where the column 140 does not exist. Further, for example, when the number of columns is large, the frame 131 may extend beyond the spring-loaded screw 154 in the lateral direction, and may have a screw passage hole corresponding to the position of the screw 154.

続いて、図5の拡大断面図を参照して、LGAコネクタ130が有するコラム140を更に詳細に説明する。   Next, the column 140 included in the LGA connector 130 will be described in more detail with reference to the enlarged sectional view of FIG.

各コラム140は、LGAパッケージ110側に設けられた第1の導電性エラストマー141と、システムボード120側に設けられた第2の導電性エラストマー142と、これら2つのエラストマー間に設けられた金属部143とを有する。金属部143は、フレーム131に形成された貫通孔132に挿通されている。金属部143はまた、フレーム131の厚さより大きい長さを有し、フレーム131のLGAパッケージ側及びシステムボード側の双方から突出している。そして、エラストマー141及び142は、それぞれ、金属部143の突出部を受け入れる挿入孔141a及び142aを有し、該挿入孔の内面で金属部143と接している。また、エラストマー141及び142は例えば円錐の頂部を切断したような外形を有し、それぞれの頂面141b、142bでそれぞれLGAパッケージのランド112、システムボードの電極パッド122と接触する。   Each column 140 includes a first conductive elastomer 141 provided on the LGA package 110 side, a second conductive elastomer 142 provided on the system board 120 side, and a metal part provided between the two elastomers. 143. The metal part 143 is inserted through a through hole 132 formed in the frame 131. The metal part 143 also has a length larger than the thickness of the frame 131 and protrudes from both the LGA package side and the system board side of the frame 131. The elastomers 141 and 142 have insertion holes 141a and 142a for receiving the protrusions of the metal part 143, respectively, and are in contact with the metal part 143 on the inner surfaces of the insertion holes. Further, the elastomers 141 and 142 have, for example, an outer shape obtained by cutting the top of a cone, and come into contact with the land 112 of the LGA package and the electrode pad 122 of the system board at the top surfaces 141b and 142b, respectively.

第1及び第2のエラストマー141及び142は、例えば銀(Ag)フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性ゴムを含んでいる。また、金属部143は形状記憶合金を含んでいる。故に、各コラム140は、導電性ゴムと形状記憶合金とを連結した複合部材として構成され得る。金属部143の形状記憶合金は、変態点温度を考慮して、例えば、51Ni−49Ti等のニッケルチタン系合金、Cu−Zn−Al等の銅系合金、及びFe−Mn−Si等の鉄系合金などの種々の形状記憶合金から選択し得る。形状記憶合金はまた、温度ヒステリシスが小さいもの及び/又は安価なもの等、その他の点を考慮に入れて選択されてもよい。形状記憶合金は、相変態原理に基づき、マルテンサイト相にあるときは小さな荷重で縮むことができ、変態点温度以上の温度でオーステナイト相(母相)に戻ると、形状記憶効果を発揮して形状回復する。   The first and second elastomers 141 and 142 include conductive rubber in which conductive filler such as silver (Ag) filler is dispersed. Moreover, the metal part 143 contains the shape memory alloy. Therefore, each column 140 can be configured as a composite member in which conductive rubber and a shape memory alloy are connected. The shape memory alloy of the metal part 143 is, for example, a nickel-titanium alloy such as 51Ni-49Ti, a copper-based alloy such as Cu-Zn-Al, and an iron-based material such as Fe-Mn-Si in consideration of the transformation point temperature. A variety of shape memory alloys such as alloys may be selected. Shape memory alloys may also be selected taking into account other considerations, such as those with low temperature hysteresis and / or low cost. Based on the principle of phase transformation, shape memory alloys can shrink with a small load when in the martensite phase, and when they return to the austenite phase (parent phase) at temperatures above the transformation temperature, they exhibit a shape memory effect. Recover shape.

図6に、このような複合部材として構成されたコラム140を用いることの効果を模式的に示す。図6は、電子装置100の一部を、(a)室温付近、(b)温度上昇時(例えば、80℃付近)の2つの温度域について示している。   FIG. 6 schematically shows the effect of using the column 140 configured as such a composite member. FIG. 6 shows a part of the electronic device 100 in two temperature ranges (a) near room temperature and (b) when the temperature rises (for example, around 80 ° C.).

室温付近において、形状記憶合金を含む金属部143は、バネ付きネジ154による締め付けによりLGAパッケージ110及びシステムボード120から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。このときの金属部143の長さをL1とする。当然ながら、導電性エラストマー141及び142にも同一の荷重が作用し、エラストマー141及び142はそれぞれLGAパッケージのランド112及びシステムボードの電極パッド122に圧接されている。   In the vicinity of room temperature, the metal part 143 including the shape memory alloy is in a state of being compressed according to the load received from the LGA package 110 and the system board 120 by tightening with the spring-loaded screw 154. The length of the metal part 143 at this time is L1. Of course, the same load is applied to the conductive elastomers 141 and 142, and the elastomers 141 and 142 are pressed against the lands 112 of the LGA package and the electrode pads 122 of the system board, respectively.

電子装置100の稼働時、LGAパッケージ110が含む半導体チップ113の発熱により、LGAパッケージ110、システムボード120及びLGAコネクタ130の温度が上昇し、これらの要素に反りが生じ得る。通常、これらの要素の熱膨張と、バネ付きネジ154による締め付けとにより、図示のように、LGAパッケージ110は上に凸、システムボード120は下に凸の形状に反る傾向にある。故に、LGAパッケージ110とシステムボード120との離間距離が増大する。このとき、形状記憶合金を含む金属部143は、形状記憶効果により、増大した離間距離に追従して長さL2に伸張し(L2>L1)、エラストマー141及び142をそれぞれランド112及び電極パッド122に押し当てるよう作用する。   When the electronic device 100 is in operation, the temperature of the LGA package 110, the system board 120, and the LGA connector 130 rises due to heat generated by the semiconductor chip 113 included in the LGA package 110, and these elements may be warped. Usually, due to the thermal expansion of these elements and the tightening with the spring-loaded screw 154, the LGA package 110 tends to be convex upward and the system board 120 tends to be convex downward as shown. Therefore, the distance between the LGA package 110 and the system board 120 increases. At this time, the metal portion 143 including the shape memory alloy expands to the length L2 following the increased separation distance due to the shape memory effect (L2> L1), and the elastomers 141 and 142 are extended to the land 112 and the electrode pad 122, respectively. Acts to press against.

図6(a)、(b)に示した挙動は、室温付近でマルテンサイト相にあり、且つ反りが発生するような温度上昇時に母相にあるように、形状記憶合金の種類及び組成を選択することにより実現することができる。例えば、金属部143に用いる形状記憶合金の変態点温度を、室温と有意な反りが発生する温度との間の温度、例えば室温と装置設計上の最大動作温度との間の温度、に選択し得る。   The behavior shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) selects the type and composition of the shape memory alloy so that it is in the martensite phase near room temperature and in the parent phase when the temperature rises to cause warpage. This can be realized. For example, the transformation point temperature of the shape memory alloy used for the metal part 143 is selected to be a temperature between room temperature and a temperature at which significant warpage occurs, for example, a temperature between room temperature and the maximum operating temperature in the device design. obtain.

斯くして、金属部143を含むコラム140の高さは、形状記憶合金の相変態を利用して、室温付近及び昇温時の双方においてLGAパッケージ110及びシステムボード120の熱変形に追従して変化し得る。故に、コラム140は、ランド112及び電極パッド122との間にギャップが生じることを阻止し、LGAパッケージ110とシステムボード120との間の電気接続性を良好に維持することができる。   Thus, the height of the column 140 including the metal portion 143 follows the thermal deformation of the LGA package 110 and the system board 120 both near room temperature and at the time of temperature rise using the phase transformation of the shape memory alloy. Can change. Therefore, the column 140 prevents a gap from being generated between the land 112 and the electrode pad 122, and can maintain good electrical connectivity between the LGA package 110 and the system board 120.

また、各コラム140は、導電性エラストマー141及び142を対応するランド112及びパッド122に当接させるため、金属を直接当接させる場合等に見られるランド表面及びパッド表面のAuめっきの損傷を防止することができる。故に、Cuが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。   Also, each column 140 abuts the conductive elastomers 141 and 142 to the corresponding lands 112 and pads 122, thus preventing damage to the Au plating on the land surface and the pad surface seen when directly contacting the metal. can do. Therefore, it can be avoided that Cu is exposed and oxidized, and also from this point, it can contribute to maintaining good electrical connectivity.

図5を再び参照するに、LGAコネクタ130は好ましくは、フレーム131の貫通孔132の内壁に形成された金属膜133を有する。金属膜133は例えばCuめっき膜とし得る。また、LGAコネクタ130は好ましくは、フレーム131のLGAパッケージ110側及びシステムボード120側の双方又は一方の表面に、各貫通孔132を囲む金属パッド134を有する。金属パッド134は例えばAuめっき膜とし得る。存在する場合、金属膜133及びパッド134は連通し、各貫通孔132を取り囲む。   Referring back to FIG. 5, the LGA connector 130 preferably has a metal film 133 formed on the inner wall of the through hole 132 of the frame 131. The metal film 133 can be a Cu plating film, for example. The LGA connector 130 preferably has a metal pad 134 that surrounds each through-hole 132 on the surface of the frame 131 on the LGA package 110 side and the system board 120 side or on one surface thereof. The metal pad 134 may be an Au plating film, for example. When present, the metal film 133 and the pad 134 communicate and surround each through-hole 132.

金属膜133又は金属パッド134は、導電性エラストマー141、142及び金属部143を有するコラム140に接触し、LGAパッケージのランド112とシステムボードの電極パッド122との間の導通に寄与する。特に、金属部143の形状記憶合金がその材料及び/又は形状に起因して比較的高い電気抵抗を有する場合、金属膜133及び金属パッド134は、コラム140に寄生する抵抗を有意に低減し、LGAパッケージ110とシステムボード120との間での信号遅延を低減することができる。   The metal film 133 or the metal pad 134 contacts the column 140 having the conductive elastomers 141 and 142 and the metal part 143, and contributes to conduction between the land 112 of the LGA package and the electrode pad 122 of the system board. In particular, when the shape memory alloy of the metal part 143 has a relatively high electrical resistance due to its material and / or shape, the metal film 133 and the metal pad 134 significantly reduce the resistance parasitic to the column 140, Signal delay between the LGA package 110 and the system board 120 can be reduced.

なお、本実施形態は、全てのコラム140に形状記憶合金を含む金属部143を設けることに限定されず、一部のコラムのみに金属部143を設けてもよい。一例として、図2及び6(b)に示したような反り形状に対応して、図4に示した格子状のコラム140のうちの内周部のコラムのみに金属部143を設けてもよい。他の一例として、構成要素間の熱膨張係数の不整合などに起因して逆の反り形状が予見される場合、例えば外周部又はコーナー部のコラムのみに金属部143を設けてもよい。   In addition, this embodiment is not limited to providing the metal part 143 containing a shape memory alloy in all the columns 140, You may provide the metal part 143 only in a part of column. As an example, the metal part 143 may be provided only in the inner peripheral column of the grid-like column 140 shown in FIG. 4 in correspondence with the warp shape as shown in FIGS. . As another example, when a reverse warp shape is predicted due to a mismatch in thermal expansion coefficients between components, for example, the metal portion 143 may be provided only in the outer peripheral portion or the corner portion column.

また、金属部143の形状は棒状に限定されず、例えばコイル状又は波板状など、その他の形状を用いてもよい。コイル状又は波板状の形状記憶合金は、一層大きな反り等に対応することが可能な可動範囲を実現し得る。   Further, the shape of the metal part 143 is not limited to a rod shape, and other shapes such as a coil shape or a corrugated plate shape may be used. A coil-shaped or corrugated shape-memory alloy can realize a movable range capable of dealing with a larger warp or the like.

さらに、金属部143は、その長さがフレーム131の厚さより大きいものに限定されず、予見される反り量などに応じて長さを決定され得る。例えば、必要な形状記憶合金の長さがフレーム厚さより小さい場合、形状記憶合金を貫通孔内の高さ方向の一部のみに位置付け、導電性エラストマー141及び142に、貫通孔に挿入され且つ形状記憶合金に当接あるいは接着される棒状部分を設けてもよい。あるいは、図7に示すようにコラム140’のように、形状記憶合金を有する第1金属部143−1とその他の金属又は合金を有する第2金属部143−2として金属部143’を構成してもよい。第2金属部143−2として例えばCu等の低抵抗金属を用いることにより、コラムの電気抵抗を更に低減することができる。   Furthermore, the length of the metal part 143 is not limited to that greater than the thickness of the frame 131, and the length can be determined according to the predicted amount of warpage. For example, when the length of the required shape memory alloy is smaller than the frame thickness, the shape memory alloy is positioned only in a part of the height direction in the through hole, inserted into the through holes in the conductive elastomers 141 and 142, and shaped. You may provide the rod-shaped part contact | abutted or adhere | attached on a memory alloy. Alternatively, as shown in FIG. 7, a metal part 143 ′ is configured as a first metal part 143-1 having a shape memory alloy and a second metal part 143-2 having another metal or alloy, like a column 140 ′. May be. By using a low resistance metal such as Cu as the second metal portion 143-2, the electric resistance of the column can be further reduced.

続いて、図8を参照して、LGAコネクタ130及び電子装置100の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the LGA connector 130 and the electronic device 100 will be described with reference to FIG.

先ず、図8(a)に示すように、ポリイミド又はガラスクロスを内部に含有する樹脂などの絶縁材料を有するフレーム131に、ドリル又はレーザ等によって、LGAパッケージのランドパターンに対応したパターンで貫通孔132を形成する。   First, as shown in FIG. 8 (a), a through hole having a pattern corresponding to the land pattern of the LGA package is formed in a frame 131 having an insulating material such as resin containing polyimide or glass cloth by a drill or a laser. 132 is formed.

次いで、図8(b)に示すように、フレームの貫通孔132の内壁に金属めっき膜133を形成し、めっきされた貫通孔132の周辺に金属パッド134を形成する。例えば、金属めっき膜133をCuめっき膜とし、金属パッド134をAuパッドとし得る。   Next, as shown in FIG. 8B, a metal plating film 133 is formed on the inner wall of the through hole 132 of the frame, and a metal pad 134 is formed around the plated through hole 132. For example, the metal plating film 133 can be a Cu plating film, and the metal pad 134 can be an Au pad.

次いで、図8(c)に示すように、貫通孔132に形状記憶合金を含む金属部143を挿通する。金属部143は、貫通孔132の直径より小さい直径と所望の長さとを有するように予め成形しておくことができる。挿通の際、貫通孔132の挿入側とは反対側から吸引するなどの方法を用いてもよい。形状記憶合金は例えばNiTi合金とし得るが、室温での圧縮状態から電子装置100の稼働温度域で元の形状に回復する物性を有するその他の合金としてもよい。また、コイル状又は波板状などのその他の形状を有する形状記憶合金を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 8C, the metal part 143 including the shape memory alloy is inserted into the through hole 132. The metal part 143 can be formed in advance so as to have a diameter smaller than the diameter of the through hole 132 and a desired length. At the time of insertion, a method such as suction from the side opposite to the insertion side of the through hole 132 may be used. The shape memory alloy may be, for example, a NiTi alloy, but may be other alloys having physical properties that recover from the compressed state at room temperature to the original shape in the operating temperature range of the electronic device 100. Moreover, you may use the shape memory alloy which has other shapes, such as coil shape or a corrugated sheet shape.

最後に、図8(d)に示すように、フレーム131から突出した金属部143に、導電性エラストマー141及び142を取り付ける。導電性エラストマー141及び142にそれぞれ形成された挿入孔141a及び142aを用いて、金属部143と導電性エラストマー141及び142とを嵌合させ、且つエラストマー141及び142を金属パッド134に接触させることが可能である。導電性エラストマー141及び142は、例えば、導電性フィラーを含有する導電性ゴムとし得る。一例として、Agフィラーを含有したゴム材を金型に流し入れ、頂部が平坦に切断された円錐状の外形と底面の中心部に設けられた挿入孔とを有する導電性ゴムを成型し得る。しかしながら、その他の導電性フィラー又は導電性粒子や、その他の形状を用いてもよい。   Finally, as shown in FIG. 8D, the conductive elastomers 141 and 142 are attached to the metal part 143 protruding from the frame 131. Using the insertion holes 141a and 142a formed in the conductive elastomers 141 and 142, respectively, the metal part 143 and the conductive elastomers 141 and 142 can be fitted, and the elastomers 141 and 142 can be brought into contact with the metal pad 134. Is possible. The conductive elastomers 141 and 142 may be, for example, conductive rubber containing a conductive filler. As an example, a rubber material containing an Ag filler can be poured into a mold, and a conductive rubber having a conical outer shape whose top is cut flat and an insertion hole provided in the center of the bottom can be molded. However, other conductive fillers or conductive particles or other shapes may be used.

電子装置100の製造においては、システムボード120、LGAコネクタ130及びLGAパッケージ110を、それぞれのパッド122、コラム140及びランド112が整列するように位置合わせして積み重ね、スタックを形成する。そして、該スタックをボルスタープレート151と、ヒートスプレッダ152及びヒートシンクベース153との間に配置し、バネ付きネジ154によって締め付けることによって、パッド122、コラム140及びランド112を十分な接力で接触させることができる。   In manufacturing the electronic device 100, the system board 120, the LGA connector 130, and the LGA package 110 are stacked so that the pads 122, the columns 140, and the lands 112 are aligned to form a stack. The stack is arranged between the bolster plate 151, the heat spreader 152, and the heat sink base 153, and tightened by the spring-loaded screw 154, whereby the pad 122, the column 140, and the land 112 can be brought into contact with each other with sufficient contact force. .

(実施例1)
厚さ1.95mm程度のフレームに、格子状に配列されたピッチ1.27mm、直径0.75mm程度の貫通孔を形成する。貫通孔の内壁にCuめっきを行い、貫通孔の周辺にAuパッドを形成する。貫通孔に長さ2.15mm程度、直径0.7mm程度の棒状の、Ni:49%、Ti:51%の組成比を有するNiTi合金を挿通する。フレームのLGAパッケージ側及びシステムボード側の双方において、フレームから突出したNiTi合金の部分に、例えばAgフィラーを含有する導電性ゴムを嵌合させる。以上により、非加圧時の総高さが2.3mm程度のコラムを形成する。
Example 1
Through holes having a pitch of 1.27 mm and a diameter of about 0.75 mm are formed in a frame having a thickness of about 1.95 mm. Cu plating is performed on the inner wall of the through hole to form an Au pad around the through hole. A rod-shaped NiTi alloy having a composition ratio of Ni: 49% and Ti: 51% is inserted into the through hole. On both the LGA package side and the system board side of the frame, conductive rubber containing, for example, an Ag filler is fitted into the NiTi alloy portion protruding from the frame. As a result, a column having a total height of about 2.3 mm when not pressurized is formed.

このコラムを有するLGAコネクタ(以下、コネクタ1と称する)を用いた場合について、導電性ゴムのみからなるコラムを有するLGAコネクタ(以下、従来コネクタと称する)を用いた場合との比較検討を行った。   The case of using an LGA connector having this column (hereinafter referred to as connector 1) was compared with the case of using an LGA connector having a column made of only conductive rubber (hereinafter referred to as a conventional connector). .

室温及び80℃においてLGAパッケージとLGAコネクタのコラムとの間の接触状態を観測したところ、従来コネクタにおいては80℃において10μm〜30μmのギャップが発生したが、コネクタ1においてギャップは見られなかった。NiTi合金の形状回復歪みが3%程度であることから、長さ2.15mm程度の棒状のNiTi合金は温度上昇時の相変態により約65μm伸張することができ、ギャップの発生を阻止することができる。   When the contact state between the LGA package and the column of the LGA connector was observed at room temperature and 80 ° C., a gap of 10 μm to 30 μm was generated in the conventional connector at 80 ° C., but no gap was observed in the connector 1. Since the shape recovery strain of the NiTi alloy is about 3%, the rod-shaped NiTi alloy having a length of about 2.15 mm can be extended by about 65 μm due to the phase transformation when the temperature rises, and the generation of the gap can be prevented. it can.

また、従来コネクタを用いた場合、コラムへの荷重が設計上の上限荷重とした60gを超えて最大70〜90gに達する。そのため、コラムが極度に変形し、温度変化(15℃−80℃)に伴うLGAパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従しなくなる。抵抗測定により、LGAコネクタとLGAパッケージ及び/又はシステムボードとの間での接触不良が観測された。一方、コネクタ1を用いた場合、コラムへの荷重が30g〜60gの範囲内に制御される。コラムの変形を小さくすることができ、また、温度変化(15℃−80℃)に伴うLGAパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従することができる。その結果、コラムがつぶれてLGAパッケージ及び/又はシステムボードとの間で接触不良を起こすことは観測されなかった。   In addition, when a conventional connector is used, the load on the column reaches a maximum of 70 to 90 g, exceeding the design upper limit load of 60 g. For this reason, the column is extremely deformed and does not follow the change in the separation distance between the LGA package and the system board accompanying the temperature change (15 ° C. to 80 ° C.). By the resistance measurement, a contact failure between the LGA connector and the LGA package and / or the system board was observed. On the other hand, when the connector 1 is used, the load on the column is controlled within a range of 30 g to 60 g. The deformation of the column can be reduced, and a change in the separation distance between the LGA package and the system board accompanying a temperature change (15 ° C. to 80 ° C.) can be followed. As a result, it was not observed that the column collapsed and caused poor contact with the LGA package and / or system board.

(第2実施形態)
続いて、図9を参照して、第2実施形態に従ったLGAコネクタ230の構成を説明する。LGAコネクタ230は、図3に示した電子装置100において、LGAコネクタ130に代えて用いることができる。図9は、図5に対応して、コネクタ230の一部と、該コネクタによって接続される半導体装置(LGAパッケージと称する)110及び配線基板(システムボードと称する)120の一部とを示している。なお、コネクタ130とコネクタ230とで共通する要素については、類似の参照符号を付し、その機能及び材料についての詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the LGA connector 230 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The LGA connector 230 can be used in place of the LGA connector 130 in the electronic device 100 shown in FIG. 9 corresponds to FIG. 5 and shows a part of the connector 230 and a part of the semiconductor device (referred to as LGA package) 110 and the wiring board (referred to as system board) 120 connected by the connector. Yes. In addition, about the element which is common in the connector 130 and the connector 230, the same referential mark is attached | subjected and detailed description about the function and material is abbreviate | omitted.

LGAコネクタ230は、支持部材である電気絶縁性のフレーム231と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の導電性接続端子(コラム)240とを有する。コラム240は、外部からの加圧によってLGAパッケージ110のランド112とシステムボード120の電極パッド122との間に挟持され、相対するランド112と電極パッド122とを電気的に接続することができる。   The LGA connector 230 includes an electrically insulating frame 231 that is a support member, and a plurality of conductive connection terminals (columns) 240 that penetrate the frame and protrude from both sides of the frame. The column 240 is sandwiched between the land 112 of the LGA package 110 and the electrode pad 122 of the system board 120 by external pressure, and can electrically connect the opposing land 112 and the electrode pad 122.

各コラム240は、フレーム231の貫通孔232に挿通された金属部243と、LGAパッケージ110側に設けられた第1の導電性バネ244と、システムボード120側に設けられた第2の導電性バネ245とを有する。金属部243は、フレーム231の厚さより大きい長さを有し、フレーム231のLGAパッケージ側及びシステムボード側の双方から突出している。そして、第1のバネ244は金属部243のLGAパッケージ側の突出部の周りに巻かれ、第2のバネ245は金属部243のシステムボード側の突出部の周りに巻かれている。導電性バネ244及び245としては、例えば銅、リン青銅、ステンレス、ベリリウム銅、ピアノ線などの金属線を用いることができ、例えば金めっき等のめっきが施されていてもよい。   Each column 240 includes a metal part 243 inserted through the through-hole 232 of the frame 231, a first conductive spring 244 provided on the LGA package 110 side, and a second conductive provided on the system board 120 side. And a spring 245. The metal part 243 has a length larger than the thickness of the frame 231 and protrudes from both the LGA package side and the system board side of the frame 231. The first spring 244 is wound around the protruding portion of the metal portion 243 on the LGA package side, and the second spring 245 is wound around the protruding portion of the metal portion 243 on the system board side. As the conductive springs 244 and 245, for example, metal wires such as copper, phosphor bronze, stainless steel, beryllium copper, and piano wire can be used, and for example, plating such as gold plating may be performed.

各コラム240は更に、第1のバネ244の先端(LGAパッケージ110側の端部)に取り付けられた第1の導電性パッド246と、第2のバネ245の先端(システムボード120側の端部)に取り付けられた第2の導電性パッド247とを有し得る。導電性パッド246及び247は、それぞれ、少なくともLGAパッケージ110及びシステムボード120との接触面に、例えば導電性フィラーを分散させた導電性ゴム等の導電性エラストマーを有する。第1の導電性パッド246及び第2の導電性パッド247は、それぞれ、第1のバネ244及び第2のバネ245に導電性接着剤を用いて取り付けられ得る。接着に代えて、あるいは加えて、例えば導電性パッド246及び247がそれぞれバネ244及び245の先端と嵌合する成形部を有する等、その他の接続手段が用いられてもよい。   Each column 240 further includes a first conductive pad 246 attached to the tip of the first spring 244 (the end on the LGA package 110 side) and the tip of the second spring 245 (the end on the system board 120 side). ) Attached to the second conductive pad 247. The conductive pads 246 and 247 each include a conductive elastomer such as a conductive rubber in which a conductive filler is dispersed, at least on the contact surface with the LGA package 110 and the system board 120. The first conductive pad 246 and the second conductive pad 247 may be attached to the first spring 244 and the second spring 245 using a conductive adhesive, respectively. Instead of or in addition to bonding, other connection means may be used, such as, for example, the conductive pads 246 and 247 have molded portions that fit into the tips of the springs 244 and 245, respectively.

好ましくは、LGAコネクタ230は、フレームの貫通孔232の内壁に形成された金属膜233を有する。金属膜233は例えばCuめっき膜とし得る。また、LGAコネクタ230は更に、フレーム231のLGAパッケージ110側及びシステムボード120側の少なくとも一方の表面に、各貫通孔232の周囲に形成された金属パッド(図11の234参照)を有していてもよい。この金属パッドが存在する場合、金属膜233及び金属パッドは連通し、各貫通孔232を取り囲む。第1及び第2の導電性バネ244及び245の基端(フレーム231側の端部)は、金属膜233又は該金属パッドに電気的に接続されることができる。この電気的な接続は、例えば、導電性バネ244及び245の基端をこれら金属膜233又は金属パッド等に接触させる、あるいは導電性接着剤で接着することによって行い得る。金属膜233は、LGAパッケージのランド112とシステムボードの電極パッド122との間の導通に寄与する。   Preferably, the LGA connector 230 has a metal film 233 formed on the inner wall of the through hole 232 of the frame. The metal film 233 can be, for example, a Cu plating film. The LGA connector 230 further has metal pads (see 234 in FIG. 11) formed around each through hole 232 on at least one surface of the frame 231 on the LGA package 110 side and the system board 120 side. May be. When this metal pad exists, the metal film 233 and the metal pad communicate with each other and surround each through hole 232. Base ends (end portions on the frame 231 side) of the first and second conductive springs 244 and 245 can be electrically connected to the metal film 233 or the metal pad. This electrical connection can be performed, for example, by bringing the base ends of the conductive springs 244 and 245 into contact with the metal film 233 or a metal pad, or by bonding with a conductive adhesive. The metal film 233 contributes to conduction between the land 112 of the LGA package and the electrode pad 122 of the system board.

斯くして、各コラムは、形状記憶合金を含む金属部243と、第1及び第2の導電性バネ244及び245と、導電性エラストマーを含む第1及び第2の導電性パッド246及び247とを含む複合部材として構成され得る。金属部243の形状記憶合金は、第1実施形態の金属部143に関して上述したように、変態点温度等を考慮して、例えば、Ni−Ti系合金、銅系合金及び鉄系合金などの種々の形状記憶合金から選択し得る。形状記憶合金は、相変態原理に基づき、マルテンサイト相にあるときは小さな荷重で縮むことができ、変態点温度以上の温度で母相に戻ると、形状記憶効果を発揮して形状回復する。   Thus, each column includes a metal portion 243 including a shape memory alloy, first and second conductive springs 244 and 245, and first and second conductive pads 246 and 247 including a conductive elastomer. It can be configured as a composite member including As described above with respect to the metal part 143 of the first embodiment, the shape memory alloy of the metal part 243 can be various, such as a Ni—Ti alloy, a copper alloy, and an iron alloy in consideration of the transformation point temperature and the like. Can be selected from these shape memory alloys. Based on the phase transformation principle, the shape memory alloy can be shrunk with a small load when in the martensite phase, and when the shape memory alloy returns to the parent phase at a temperature equal to or higher than the transformation point temperature, it exhibits a shape memory effect and recovers its shape.

図10に、このような複合部材として構成されたコラム240を用いることの効果を模式的に示す。図10は、図6と同様に、電子装置100の一部を、(a)室温付近、(b)温度上昇時(例えば、80℃付近)の2つの温度域について示している。   FIG. 10 schematically shows the effect of using the column 240 configured as such a composite member. FIG. 10 shows a part of the electronic device 100 in two temperature ranges (a) near room temperature and (b) when the temperature rises (for example, near 80 ° C.), as in FIG.

室温付近において、形状記憶合金を含む金属部243は、外部からの圧力によりLGAパッケージ110及びシステムボード120から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。このときの金属部243の長さをL3とする。また、バネ244及び245もLGAパッケージ110及びシステムボード120から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。当然ながら、導電性エラストマーを含む導電性パッド246及び247にも荷重が作用し、パッド246及び247はそれぞれLGAパッケージのランド112及びシステムボードの電極パッド122に圧接されている。   In the vicinity of room temperature, the metal part 243 including the shape memory alloy is in a state of being compressed in accordance with a load received from the LGA package 110 and the system board 120 by an external pressure. The length of the metal part 243 at this time is L3. The springs 244 and 245 are also compressed according to the load received from the LGA package 110 and the system board 120. Of course, a load is also applied to the conductive pads 246 and 247 including the conductive elastomer, and the pads 246 and 247 are in pressure contact with the land 112 of the LGA package and the electrode pad 122 of the system board, respectively.

電子装置100の稼働時、LGAパッケージ110が含む半導体チップ113の発熱により、LGAパッケージ110、システムボード120及びLGAコネクタ130の温度が上昇し、これらの要素に反りが生じ得る。通常、図示のように、LGAパッケージ110は上に凸、システムボード120は下に凸の形状に反る傾向にあり、故に、LGAパッケージ110とシステムボード120との離間距離が増大する。このとき、形状記憶合金を含む金属部243は、形状記憶効果により、増大した離間距離に追従して長さL4に伸張し(L4>L3)、導電性パッド244及び245をそれぞれランド112及び電極パッド122に押し当てるよう作用する。また、バネ244及び245も、それ自体の熱膨張及び弾性作用により、導電性パッド244及び245をそれぞれランド112及び電極パッド122に押し当てるよう作用する。   When the electronic device 100 is in operation, the temperature of the LGA package 110, the system board 120, and the LGA connector 130 rises due to heat generated by the semiconductor chip 113 included in the LGA package 110, and these elements may be warped. Normally, as shown in the figure, the LGA package 110 tends to warp upward and the system board 120 tends to warp downward, and therefore the distance between the LGA package 110 and the system board 120 increases. At this time, the metal portion 243 including the shape memory alloy extends to the length L4 following the increased separation distance due to the shape memory effect (L4> L3), and the conductive pads 244 and 245 are respectively connected to the land 112 and the electrode. It acts to press against the pad 122. The springs 244 and 245 also act to press the conductive pads 244 and 245 against the land 112 and the electrode pad 122, respectively, due to their own thermal expansion and elasticity.

図10(a)、(b)に示した挙動は、室温付近でマルテンサイト相にあり、且つ反りが発生するような温度上昇時に母相にあるように、形状記憶合金の種類及び組成を選択することにより実現することができる。例えば、金属部243に用いる形状記憶合金の変態点温度を、室温と装置設計上の最大動作温度との間の温度に選択してもよい。   The behavior shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) is selected from the shape and composition of the shape memory alloy so that it is in the martensite phase near room temperature and in the parent phase when the temperature rises to cause warpage. This can be realized. For example, the transformation point temperature of the shape memory alloy used for the metal part 243 may be selected as a temperature between room temperature and the maximum operating temperature in the device design.

斯くして、金属部243を含むコラム240の高さは、形状記憶合金の相変態を利用して、室温付近及び昇温時の双方においてLGAパッケージ110及びシステムボード120の熱変形に追従して変化し得る。故に、コラム240は、ランド112及び電極パッド122との間にギャップが生じることを阻止し、LGAパッケージ110とシステムボード120との間の電気接続性を良好に維持することができる。   Thus, the height of the column 240 including the metal portion 243 follows the thermal deformation of the LGA package 110 and the system board 120 both near room temperature and at the time of temperature rise using the phase transformation of the shape memory alloy. Can change. Therefore, the column 240 prevents a gap from being formed between the land 112 and the electrode pad 122, and can maintain good electrical connectivity between the LGA package 110 and the system board 120.

また、各コラム140は、導電性エラストマー141及び142を対応するランド112及びパッド122に当接させるため、金属を直接当接させる場合等に見られるランド表面及びパッド表面のAuめっきの損傷を防止することができる。故に、Cuが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。   Also, each column 140 abuts the conductive elastomers 141 and 142 to the corresponding lands 112 and pads 122, thus preventing damage to the Au plating on the land surface and the pad surface seen when directly contacting the metal. can do. Therefore, it can be avoided that Cu is exposed and oxidized, and also from this point, it can contribute to maintaining good electrical connectivity.

また、コラム240への荷重が金属部243とバネ244、245とに分散されるため、金属部243は、バネ244及び245における過大な荷重による弾性力の消失及び/又はクリープの発生を抑制するよう作用する。故に、仮にLGAパッケージ110及び/又はシステムボード120に予期せぬ大きさの反りが生じた場合にも、コラム240はバネ244及び245の伸張により、LGAパッケージとシステムボードとの間の電気接続性を維持することができる。   Further, since the load on the column 240 is distributed to the metal portion 243 and the springs 244 and 245, the metal portion 243 suppresses the disappearance of elastic force and / or the occurrence of creep due to an excessive load on the springs 244 and 245. It works like this. Therefore, even if the LGA package 110 and / or the system board 120 is warped unexpectedly, the column 240 is electrically connected between the LGA package and the system board by the extension of the springs 244 and 245. Can be maintained.

さらに、各コラム240は、導電性エラストマーを少なくとも表面に含むパッド246及び247を対応するランド112及びパッド122に当接させるため、ランド表面及びパッド表面のAuめっきの損傷を防止することができる。故に、Cuが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。   Furthermore, since each column 240 makes the pads 246 and 247 including at least the surface of the conductive elastomer contact the corresponding lands 112 and pads 122, damage to the Au plating on the land surface and the pad surface can be prevented. Therefore, it can be avoided that Cu is exposed and oxidized, and also from this point, it can contribute to maintaining good electrical connectivity.

なお、本実施形態においても、必要に応じて、第1実施形態に関連して言及した種々の変形例を適用することができる。例えば、内周部又は外周部のコラムのみが形状記憶合金を含む構成、形状記憶合金とその他の金属とを連結して金属部を形成した構成、及び/又は金属部がコイル状又は波板状などの棒状以外の形状を有する構成を用いてもよい。   Also in the present embodiment, various modifications mentioned in relation to the first embodiment can be applied as necessary. For example, a configuration in which only the inner peripheral portion or the outer peripheral column includes a shape memory alloy, a configuration in which a shape memory alloy and another metal are connected to form a metal portion, and / or a metal portion is a coil shape or a corrugated plate You may use the structure which has shapes other than rod shape, such as.

続いて、図11を参照して、LGAコネクタ230の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the LGA connector 230 will be described with reference to FIG.

図11(a)−(c)の工程は図8(a)−(c)の工程と同様にして行うことができる。先ず、図11(a)に示すように、絶縁材料を有するフレーム231に、LGAパッケージのランドパターンに対応したパターンで貫通孔232を形成する。次いで、図11(b)に示すように、フレームの貫通孔232の内壁に金属めっき膜233を形成する。また、めっきされた貫通孔232の周辺にパッド234を形成してもよい。次いで、図11(c)に示すように、貫通孔232に形状記憶合金を含む金属部243を挿通する。   The steps of FIGS. 11A to 11C can be performed in the same manner as the steps of FIGS. 8A to 8C. First, as shown in FIG. 11A, through holes 232 are formed in a frame 231 having an insulating material in a pattern corresponding to the land pattern of the LGA package. Next, as shown in FIG. 11B, a metal plating film 233 is formed on the inner wall of the through hole 232 of the frame. Further, a pad 234 may be formed around the plated through hole 232. Next, as shown in FIG. 11 (c), the metal part 243 including the shape memory alloy is inserted into the through hole 232.

次いで、図11(d)に示すように、フレーム231から突出した金属部243に、フレーム231の両側からバネ244及び245を挿通する。バネ244及び245は、例えば銅などの金属細線から予め形成しておくことができる。また、バネ244及び245の基端を、例えば導電性接着剤などでパッド234上に固定し得る。パッド234がない場合、あるいは金属めっき膜233との直接的な導通が可能な場合には、バネ244及び245の基端を金属めっき膜233に固定してもよい。また、この電気接続は、導電性接着剤を用いずに、その他の手法によって行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 11 (d), springs 244 and 245 are inserted into the metal part 243 protruding from the frame 231 from both sides of the frame 231. The springs 244 and 245 can be formed in advance from a fine metal wire such as copper. Further, the base ends of the springs 244 and 245 can be fixed on the pad 234 with, for example, a conductive adhesive. When there is no pad 234 or when direct conduction with the metal plating film 233 is possible, the base ends of the springs 244 and 245 may be fixed to the metal plating film 233. Further, this electrical connection may be performed by other methods without using a conductive adhesive.

最後に、図11(e)に示すように、バネ244及び245の先端に、それぞれ、導電性エラストマーを含む導電性パッド246及び247を取り付ける。導電性エラストマーは、例えば導電性シリコーンゴム等、導電性フィラーを含有する導電性ゴムとし得る。導電性パッド246及び247は、例えば、導電性接着剤を用いてバネ244及び245の先端に固定し得る。なお、ここでは、バネ244及び245の基端及び先端のみを固定しているが、必要に応じて、該バネの途中部分を金属部243に固定してもよい。また、フレームの貫通孔232を囲む金属めっき膜233及び金属パッド234を形成しない場合には、バネ244及び245の基端を金属部243に固定してもよい。   Finally, as shown in FIG. 11E, conductive pads 246 and 247 containing a conductive elastomer are attached to the tips of the springs 244 and 245, respectively. The conductive elastomer may be a conductive rubber containing a conductive filler such as a conductive silicone rubber. The conductive pads 246 and 247 can be fixed to the tips of the springs 244 and 245 using, for example, a conductive adhesive. Here, only the proximal ends and the distal ends of the springs 244 and 245 are fixed, but an intermediate portion of the springs may be fixed to the metal portion 243 as necessary. When the metal plating film 233 and the metal pad 234 surrounding the through hole 232 of the frame are not formed, the base ends of the springs 244 and 245 may be fixed to the metal portion 243.

(実施例2)
厚さ1.95mm程度のフレームに、格子状に配列されたピッチ1.27mm、直径0.75mm程度の貫通孔を形成する。貫通孔の内壁にCuめっきを行い、貫通孔の周辺にAuパッドを形成する。貫通孔に長さ2.17mm程度、直径0.7mm程度の棒状の、Ni:49%、Ti:51%の組成比を有するNiTi合金を挿通する。フレームのLGAパッケージ側及びシステムボード側の双方において、フレームから突出したNiTi合金を囲むように、30μm〜70μmφの銅線を50μmピッチで巻いた長さ0.18mm程度のバネを配置する。各バネの基端をAuパッドに導電性接着剤で固定する。各バネの先端に、例えば導電性シリコーンゴムパッドを導電性接着剤で固定する。
(Example 2)
Through holes having a pitch of 1.27 mm and a diameter of about 0.75 mm are formed in a frame having a thickness of about 1.95 mm. Cu plating is performed on the inner wall of the through hole to form an Au pad around the through hole. A rod-shaped NiTi alloy having a composition ratio of Ni: 49% and Ti: 51% is inserted through the through hole. On both the LGA package side and the system board side of the frame, a spring having a length of about 0.18 mm is disposed by winding a copper wire of 30 μm to 70 μmφ at a pitch of 50 μm so as to surround the NiTi alloy protruding from the frame. The base end of each spring is fixed to the Au pad with a conductive adhesive. For example, a conductive silicone rubber pad is fixed to the tip of each spring with a conductive adhesive.

以上により製造されたコラムを有するLGAコネクタ(以下、コネクタ2と称する)を用いた場合について、上述の従来コネクタ(導電性ゴムのみからなるコラムを有するLGAコネクタ)を用いた場合との比較検討を行った。   The case of using the LGA connector having the column manufactured as described above (hereinafter referred to as connector 2) is compared with the case of using the above-described conventional connector (the LGA connector having a column made of only conductive rubber). went.

室温及び80℃においてLGAパッケージとLGAコネクタのコラムとの間の接触状態を観測したところ、従来コネクタにおいては上述のように80℃において10μm〜30μmのギャップが発生したが、コネクタ2においてギャップは見られなかった。長さ2.17mm程度の棒状のNiTi合金は、温度上昇時の相変態により約65μm伸張することができ、導電性シリコーンゴムパッドに接触して該パッドを突き上げるように作用する。それにより、ギャップの発生を阻止することができる。   When the contact state between the LGA package and the column of the LGA connector was observed at room temperature and 80 ° C., a gap of 10 μm to 30 μm was generated in the conventional connector at 80 ° C. as described above. I couldn't. A rod-shaped NiTi alloy having a length of about 2.17 mm can be extended by about 65 μm due to a phase transformation when the temperature rises, and acts to touch the conductive silicone rubber pad and push up the pad. Thereby, generation | occurrence | production of a gap can be prevented.

また、従来コネクタを用いた場合、上述のように、過大な荷重によりコラムが極度に変形し、温度変化(15℃−80℃)に伴うLGAパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従しなくなり、接触不良が発生した。一方、コネクタ2を用いた場合、上述のコネクタ1を用いた場合と同様に、コラムへの荷重が30g〜60gの範囲内に制御される。コラムの変形を小さくすることができ、また、温度変化(15℃−80℃)に伴うLGAパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従することができる。その結果、コラムがつぶれてLGAパッケージ及び/又はシステムボードとの間で接触不良を起こすことは観測されなかった。さらに、コネクタ2においては、バネ及び導電性シリコーンゴムパッドを介した電気接続と、NiTi合金及び導電性シリコーンゴムパッドを介した電気接続との双方を実現し、電気接続性を更に向上し得る。   In addition, when the conventional connector is used, as described above, the column is extremely deformed by an excessive load and follows the change in the separation distance between the LGA package and the system board due to the temperature change (15 ° C.-80 ° C.). And contact failure occurred. On the other hand, when the connector 2 is used, the load on the column is controlled within the range of 30 g to 60 g as in the case of using the connector 1 described above. The deformation of the column can be reduced, and a change in the separation distance between the LGA package and the system board accompanying a temperature change (15 ° C. to 80 ° C.) can be followed. As a result, it was not observed that the column collapsed and caused poor contact with the LGA package and / or system board. Further, the connector 2 can realize both electrical connection via the spring and the conductive silicone rubber pad and electrical connection via the NiTi alloy and the conductive silicone rubber pad, thereby further improving the electrical connectivity.

以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist described in the claims.

100 電子装置
110 半導体装置(LGAパッケージ)
111 パッケージ基板
112 パッド(ランド)
113 半導体チップ
120 配線基板(システムボード)
122 電極パッド
130、230 コネクタ(LGAコネクタ)
131、231 フレーム
132、232 貫通孔
133、233 金属膜
134、234 金属パッド
140、240 コラム
141、142 導電性エラストマー
141a、142a 挿入孔
141b、142b 接触面
143、243 金属部(形状記憶合金)
151 ボルスタープレート
152 ヒートスプレッダ
153 ヒートシンクベース
154 バネ付きネジ
244、245 導電性バネ
246、247 導電性パッド
100 Electronic device 110 Semiconductor device (LGA package)
111 Package substrate 112 Pad (land)
113 Semiconductor chip 120 Wiring board (system board)
122 Electrode pad 130, 230 Connector (LGA connector)
131, 231 Frame 132, 232 Through hole 133, 233 Metal film 134, 234 Metal pad 140, 240 Column 141, 142 Conductive elastomer 141a, 142a Insertion hole 141b, 142b Contact surface 143, 243 Metal part (shape memory alloy)
151 Bolster plate 152 Heat spreader 153 Heat sink base 154 Screw with spring 244, 245 Conductive spring 246, 247 Conductive pad

Claims (7)

電気絶縁性のフレ−ムと、
前記フレームに備えられた貫通孔と、
前記貫通孔内に配置され且つ前記フレームから突出する接続端子であり、形状記憶合金を含む金属部を備えた接続端子と
を有することを特徴とするコネクタ。
An electrically insulating frame;
A through hole provided in the frame;
A connector comprising: a connection terminal disposed in the through hole and projecting from the frame, the connection terminal having a metal part including a shape memory alloy.
前記接続端子は前記フレームからの突出部の先端に導電性エラストマーを有する、ことを特徴とする請求項1記載のコネクタ。   The connector according to claim 1, wherein the connection terminal has a conductive elastomer at a tip of a protruding portion from the frame. 前記金属部は、前記フレームの厚さより大きい長さを有し、且つ前記フレームの両面から突出している、ことを特徴とする請求項1又は2記載のコネクタ。   The connector according to claim 1, wherein the metal part has a length larger than a thickness of the frame and protrudes from both sides of the frame. 前記金属部の前記フレームからの突出部の周囲にバネが巻かれている、ことを特徴とする請求項3記載のコネクタ。   The connector according to claim 3, wherein a spring is wound around a protruding portion of the metal portion from the frame. 前記貫通孔の内壁に金属膜が形成されている、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載のコネクタ。   The connector according to claim 1, wherein a metal film is formed on an inner wall of the through hole. 配線基板と、
前記配線基板の上方に設けられた半導体装置と、
形状記憶合金を含む金属部を備えた、前記配線基板と前記半導体装置とを電気的に接続する接続端子と
を有することを特徴とする電子装置。
A wiring board;
A semiconductor device provided above the wiring board;
An electronic device comprising: a metal terminal including a shape memory alloy; and a connection terminal for electrically connecting the wiring board and the semiconductor device.
フレ−ムと、前記フレームに備えられた貫通孔と、前記貫通孔内に配置され且つ前記フレームから突出する接続端子であり、形状記憶合金を含む金属部を備えた接続端子と、を有するコネクタを配線基板上に配置する工程と、
前記コネクタ上に半導体装置を配置し、前記接続端子を前記配線基板及び前記半導体装置と電気的に接続する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
A connector having a frame, a through hole provided in the frame, and a connection terminal disposed in the through hole and projecting from the frame, the connection terminal having a metal part including a shape memory alloy Placing on the wiring board;
A method of manufacturing an electronic device, comprising: disposing a semiconductor device on the connector and electrically connecting the connection terminal to the wiring board and the semiconductor device.
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