JP2829402B2 - チップキャリヤ用コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコネクタ、特にＩＣチッ
プキャリヤを回路板等に接続する為の高密度のコネクタ
に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】ＩＣ（集積回路）は従
来、小型回路板等であるシリコン又はセラミックモジュ
ール上のキャリヤであり、回路板上に１以上の層の相互
接続パターンが形成され、シリコン上にコンタクトパッ
ドが被着されている。また、斯かる基板（サブストレー
ト）には能動デバイス、ラインドライバ、レシーバ等が
形成される。モジュールは例えばフリップチップ、ワイ
ヤボンド又はテープ自動ボンディング方法等により基板
上に取付けられる。この技法はモジュール上に極めて高
い相互接続密度となる。例えば、フリップチップ技法は
約0.1mm の大きさ且つ約0.025mm の高さの半田バンプを
用いて極めて高密度のパッケージを得る。次に、モジュ
ールをプリント基板を介して相互接続する。信号伝播遅
延を最小にする為に、相互接続面積はできる限り小さく
しなければならない。

【０００３】コネクタ密度について言えば、コネクタ組
立体の技術はめっきしたスルーホールに取付けられるコ
ンタクトから、ピン・ソケット組合せ、表面半田付け及
び本件特許出願人に譲渡され、1987年10月13日に発行し
た米国特許第 4,699,593号公報に開示する如き最近のイ
ンターポーザへと発展して来た。このインターポーザ及
び類似方法は一般にコンタクトの配置及び方向付け手段
として絶縁体、特に弾性部材を使用する。しかし、隣接
するコンタクトを離隔するプラスチック材料の寸法があ
る限界値以下になると、プラスチックのモールド技術は
不十分になる。プラスチック材料が流れ込むモールド内
へのコアピン間のスペースが制限され、十分なパッキン
グ密度を得ること及びモールドから引き抜いた際に少な
くともある程度の機械的強度を保持することが困難にな
る。液体反応インジェクション（射出）成型技術は小寸
法を得るのに好適であるが、フラッシュを生じることな
く小寸法を製造するのが困難であり、これは時としてコ
ンタクト用セパレータ又はリブの寸法に近づく。更にま
た、モジュールからプリント基板へ不連続を生じること
なく信号の特性インピーダンスをコントロールするのが
好ましいので、プラスチックの使用は制限される。即
ち、コンタクトが相互に接近すると、両コンタクト間に
クロストーク（漏話) が生じる。このクロストークは１
つおきのコンタクトを接地することにより低減すること
が可能であるが、これにより達成できる相互接続密度に
影響が生じる。

【０００４】また、ＩＣモジュールはしばしばプリント
基板に実装した後に不良が発生する。斯かる場合、プリ
ント基板全体を交換することなくモジュールを交換でき
るのが好ましい。

【０００５】従って、本発明の目的の１つはＩＣチップ
モジュールをプリント基板等に高密度で接続する組立体
を提供することである。

【０００６】本発明の別の目的はインピーダンスが制御
でき、導波特性を有し、低抵抗、短い導電路且つ高密度
高信頼性有するＩＣチップモジュールとプリント回路板
間のコネクタ組立体を提供することである。

【０００７】本発明の更に他の目的は前述したすべての
要件を具え、更にモジュールの交換の為に分解可能なコ
ネクタ組立体を提供することである。

【０００８】

【課題解決の為の手段】上述した目的を達成する為に、
本発明のＩＣチップキャリヤ用コネクタは分解可能なコ
ネクタ組立体である。このコネクタ組立体には絶縁本体
（ボディ)及びコンタクト部材を有する複数の同一コン
タクトモジュールが設けられている。貫通する複数の開
口を有するホルダが設けられている。ホルダ内の各開口
は対応するコンタクトモジュールを受ける位置及び寸法
を有し、コンタクトモジュールの接触面はチップキャリ
ヤのコンタクトパッド及びチップキャリヤが接続される
基板上の対応するコンタクトパッドのスペースに対応す
る行列（アレイ）に保持される。

【０００９】本発明の実施例によると、ホルダは相互に
スタック（積み重ね）される複数の比較的薄い金属板製
である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図を参照して詳
細に説明する。

【００１１】第１図はＩＣチップキャリヤ12のコンタク
トパッドをプリント基板（ＰＣＢ）14その他の金属基板
上のコンパクトパッドと相互接続する為のインターポー
ザコネクタ組立体10の分解部分図である。以下に詳述す
る如く、このコネクタ組立体10は複数のコンタクト部材
16を含んでいる。このコネクタ部材16はコネクタ組立体
10の両側から突出してチップキャリヤ12及びＰＣＢ14の
両方のパッドと電気的に接触する。これらコンタクトと
対応するパッドとの嵌合はコネクタ組立体10をボルト20
により連結された比較的硬質の基部（ベース）17及び圧
縮板18によりチップキャリヤ12及びＰＣＢ14間に間挿す
ることにより達成される。チップキャリヤ12はその表面
24に固定された複数の表面実装（ＳＭＴ）ＩＣチップ22
を含む。チップ22内に含まれる回路素子はコンタクトパ
ッド26に接続され、チップキャリヤ12の表面28上に配置
される。複数のコンタクトパッド30がＰＣＢ14の表面32
上に配置される。ボルト20を所定位置に締め付けると、
コンタクト部材16は対応するパッド26, 30と係合し、コ
ンタクト素子16を偏奇させる。各コンタクト素子16を適
切に偏奇させるには約150gの力が必要となる。大きなチ
ップキャリヤの場合には、すべてのコンタクト素子16を
適切に接触させる為に相当大きな力を必要とする。例え
ばこのチップキャリヤ12の実施例は約20cm x 20cm の大
きさで、その表面28に25,000個のコンタクトパッド26を
含んでいる。従って、インターポーザコネクタ組立体10
は各々150gの力を必要とする25,000個のコンタクト部材
16を有しなければならない。これを単純に計算すると、
チップキャリヤ12とＰＣＢ14とを正しく接続するには合
計約3,630Kg の力が必要となる。チップキャリヤ10が斯
かる力に耐える為にハネカム状の支持部材34を圧力板18
に付加し、ＩＣチップ22の周囲のチップキャリヤ12の表
面24と当接するようにする。これにより、チップキャリ
ヤ12を許容限界を超えて偏奇させることなく十分大きな
力が印加可能である。

【００１２】第２図、第２Ａ図及び第３図はインターポ
ーザコネクタ組立体10の更に詳細な図である。第２図は
コネクタ10の平面図であって、電力用電極等を挿通する
為の中央開口40を有する略正方形の構体を示す。このコ
ネクタ組立体10はホルダ42とこの特定実施例では25,000
個のコンタクトモジュール44とより成る。ホルダ42は比
較的薄い板状体46を積層して、第３図に示す如くコンタ
クトモジュール44の高さＨ（例えば約2.3mm)と略等しく
なるようにする。これら板状体46はすべて同一形状、同
一寸法に切断する。この特定実施例では正方形である
が、他の形状も必要に応じ採用可能である。例えばフォ
トリソグラフ法とエッチング等の適当な手段により各板
状体46に一連の小孔48を形成する。この小孔48は夫々チ
ップキャリヤ12及びＰＣＢ14のコンタクトパッド26及び
30のパターンに対応するパターンに形成される。この例
では、中心間間隔が約1.3mm のＸ−Ｙ格子パターンに形
成する。これを達成するには、小孔48は第２Ａ図に最も
よく示す角度及ぶ構成である。特定実施例における各小
孔48は幅約 0.4mm、長さ約2.4mm であり、図中の横線に
対して約30°の角度で配置している。次に、小孔48を有
する各板状体46に並べて積層し、各小孔48が位置合せさ
れてホルダ42を完全に貫通する開口50となるようにす
る。板状体46は金属製であり、コンタクトモジュール44
を入れて押圧すると、各コンタクトは金属で包囲されて
コンタクト間のクロストークを大幅に低減する。各板状
体46を保持して単一硬質構造体とする為に任意の手段が
使用可能である。この実施例では、先端の直径が約3mm
の電極に100Aの電流を流して各電極を点（スポット) 溶
接する。この点溶接54は約10mm間隔でホルダ42の周辺及
び中央開口40の周辺に行う。

【００１３】第３図に示す如く、コンタクト部材16は弾
性部56及び夫々第１及び第２コンタクト部58, 60を含ん
でいる。このコンタクト部材16は本願出願人が1989年４
月13日付で出願した米国特許出願第 337,730号（対応日
本特許、特願平 2-93292号) 明細書に一層詳細に開示し
ている。しかし、本発明の実施に際しては他のコンタク
トを使用してもよいこと勿論である。

【００１４】コンタクトモジュール44の詳細は第４図に
更に詳細に示している。同図に示す如く、モジュール44
は第１部分62及び第２部分64より成る絶縁本体とコンタ
クト部材16とを含んでいる。２つの部分62, 64は夫々平
坦面70, 72に形成されたキャビティ（空洞) の一部66,
68を含んでいる。更に、両部分62, 64は相互に噛み合う
よう構成され、突起74が開口76に嵌合する。平面70, 72
がコンタクト部材16に当接するようにすると、突起74は
開口76と係合するので各部品を自己位置合せし、両部分
66, 68がコンタクト部材16を保持する一体のキャビティ
を形成するようにする。また、各キャビティ部分66, 68
は開口半体80, 81及び82, 83を含み、開口半体80, 82が
コンタクト部60を突出させる開口を形成し、開口半体8
1, 83が開口を形成してコンタクト部58を相互に反対方
向に突出させるようにする。部分66, 68で形成される内
部キャビティ及び開口半体80, 81, 82, 83で形成される
開口はすべて同一面上にあり、コンタクト部材16を受
け、且つキャビティ及び開口の面内でコンタクトが偏奇
することができるようにする。コンタクト部材16と嵌合
されると、２つの部分62, 64は略平坦且つ平行な外面8
6, 88を有するコンタクトモジュール44を形成する。こ
の例のモジュール44は第４図で見ると、厚さ（両外面8
6, 88間の間隔) 約 0.4mm、高さ約2.3mm 及び長さ約2.4
mm である。

【００１５】両部分62及び64は第５図に示す如く夫々比
較的長い連続したストリップで形成する。両部分62, 64
はリンク（連結部）104 で相互に連結され、モジュール
44をホルダ42の開口50内に挿入する前に除去する。

【００１６】第６図に示す如く、ストリップ100 及び10
2 はプラスチック射出ダイ110 を用いてプラスチックを
全体が略矩形状の断面を有するストリップ状に射出して
形成する。このプラスチック材料は、例えば米国ニュー
・ジャージー州サミット、モリスアベニュ81のセラニー
ズ社が製造するVectra LCP等の適当な誘電体である。こ
の射出されたプラスチックストリップは厚さ約0.15mm、
幅約2.3mm である。プラスチックのストリップがまだ高
温で変形可能な間に、１対のローラ112 及び114 間を通
過させる。これらローラ112 及び114 は外表面にダイ構
体116 及び118 を含み、プラスチックを変形させ夫々ス
トリップ100 及び102 を形成する。これらローラ112 及
び114 は相互にタイミングをとって（同期して) 回転
し、各部分62, 64が夫々ストリップ100 及び102 に形成
されるようにする。しかし、これらストリップはプラス
チック製ストリップをパンチ及びダイ組合せにより打抜
いて形成することも可能であることが理解できよう。ス
トリップ100 及び102 が第６図中で左から右へと進むに
つれて、ストリップ100 及び102 は徐々に近づくように
回転させて対応する表面70及び72が対向し、第６図中参
照符号122 で示す如く略平行になるようにする。この時
点で、コンタクト部材16をコンタクト供給源124 から取
り出して１対の部分62, 64のキャビティ部66, 68と位置
合せされた２個のストリップ100 及び102 間に挿入され
る。コンタクト部材16は矢印Ａ方向に挿入し、ストリッ
プは矢印Ｂ方向に移動する。コンタクト部材16もまた矢
印Ｂ方向へ横移動する。この横移動中に、２個のストリ
ップ100 及び102 は相互に併合され、挿入されたコンタ
クト部材16が２個の近づいて来るキャビティ部66, 68内
に捕えられるようにする。次に、挿入工具を引き抜い
て、両面70, 72がコンタクト部材16に当接し、突起74
が、第６図中124 で示す如く対応する開口76と嵌合する
まで併合を続行する。この点で、連結具104 で連結され
たモジュール44の連続ストリップを図示しないリールに
巻回して後で使用するよう保管してもよい。更に、この
時点で各モジュール44をストリップから切り離してホル
ダ42の開口50内に挿入できれば一層便利である。モジュ
ール44をストリップから切り離すと、モジュール44に付
属する連結具104 も切除する。或いは、２個のストリッ
プ100 及び102 の反対端を薄いウエブ又はウエブ材料の
一部で結合してもよい。ストリップが第６図の点122 に
向うと、ウエブはヒンジとして作用し、両ストリップは
互いに相手側に向って折り畳まれる。次に、このウエブ
を連結部104 に沿って除去してもよい。

【００１７】ダイ110 を介してプラスチックを射出し、
ローラ112,114を作動させ、ストリップ100,102を案内
し、コンタクト部材16を挿入し、ストリップ100, 102を
嵌合組立体に併合し、各モジュール44を切断し且つホル
ダ42内に挿入することは個々の機能を果す装置自体は周
知であっても、これらを１つにまとめて本発明のコネク
タモジュール44又はインターポーザコネクタ組立体10を
製造する方法自体は新規である。

【００１８】以上、本発明のＩＣチップキャリヤ用コネ
クタを実施例に基づきその製造方法と共に説明した。し
かし、本発明は必ずしも斯かる実施例のみに限定するべ
きではなく、その要旨を逸脱することなく種々の変形変
更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

【００１９】

【発明の効果】上述した説明から明らかな如く、本発明
の重要な特徴は金属板状体46間に誘電体が介在しないの
で、コンタクト相互間のクロストークを最小限にするこ
とが可能である。動作中に、板状体には十分な力が印加
されるので、コンタクトモジュール間で極めて良好に電
気的接触していることである。

【００２０】本発明の別の効果は、コンタクトが例えば
約1.3mm 以下の極めて小さい格子内に配置可能であるの
で、極めて小型高密度のコネクタが実現できることであ
る。

【００２１】また、本発明のコンタクトモジュールの製
造方法によると、1000分の1 インチ(0.025mm) オーダー
の寸法を有する正確な嵌合部品が高効率で製造可能であ
るということである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の典型的なコネクタ組立体の半分解断面
図である。

【図２】第１図のコネクタ組立体の正面図である。

【図２Ａ】第２図のコネクタの一部拡大図である。

【図３】第２Ａ図の線３−３に沿う断面図である。

【図４】部分的に組立てられた１個のコンタクトモジュ
ールの斜視図である。

【図５】第６図に示すストリップの一部を示す斜視図で
ある。

【図６】本発明によるコネクタ組立体に使用するコンタ
クトモジュールの製造方法を説明する斜視図である。

【符号の説明】

62 第１部分 64 第２部分 44 コンタクトモジュール 16 コンタクト部材 46 金属板積層体 48 開口

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に嵌合する第１及び第２部分により
   形成される絶縁ボディの空洞内に弾性コンタクト部材を
   挿入保持した複数のコンタクトモジュールを導電性金属
   積層体の開口内に挿入して構成したことを特徴とするチ
   ップキャリヤ用コネクタ。