JP3885866B2 - コネクタ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣパッケージを印刷回路基板へ接続するコネクタ組立体、特にＩＣパッケージのリードと印刷回路基板との間に無ハンダ接続を形成するコネクタ組立体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、集積回路を損傷から保護し、作用中に十分に熱を放散し、かつ集積回路と印刷回路基板のリードとの間に電気的接続を形成するようになっているパッケージ内に標準的に収納される。ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）およびカラムグリッドアレイ（ＣＧＡ）を含む幾つかの従来のパッケージは、従来の技術内のものである。
【０００３】
集積回路（ＩＣ）パッケージにおいて、端子パッドは、回路基板などの表面上の取付けパッドまたはリードに対応するパターンでパッケージの１つの主要面上に配置される。このデバイスパッケージは、端子ランドを取付けパッドへハンダ付けすることにより回路基板上に取付けられる。パッケージの一面上の主要部分にわたり分布されるランドのパターンを有するパッケージは、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージと呼ばれる。同様に外部回路と相互接続を形成する一面上にパターンで配置される小さいハンダ隆起部を有するパッケージは、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージと通常呼ばれる。
【０００４】
多くの用途において、ＩＣパッケージのリードを印刷回路基板へハンダ付けすることは、好ましくない。例えばＩＣパッケージと印刷回路基板との間に短絡部または接地部を目視で位置決めすることは不可能である。通常、リードがパッケージの下に隠されるので、接続を検査するために費用のかかるＸ−線技法が必要となる。さらにＩＣパッケージにより提供されるリードの数が増加するので、パッケージの印刷回路基板へのハンダ付けが一層難しくなる。
【０００５】
したがって従来の技術において、ＩＣパッケージのリードを印刷回路基板へ無ハンダ接続するようにした改良されたコネクタ組立体が開発されている。この規準を満足するデバイスの一例は、「ファズボール（毛玉）」ソケットである。「ファズボール( ｆｕｚｚ ｂａｌｌ )」ソケットは、それぞれが接点エレンメントを収納する複数のスルーホールが形成される非導電性基材を備える。接点エレンメントは、金メッキワイヤが、スルーホールを通して延びかつスチールウールの一片に類似しているジャンブル（ｊｕｍｂｌｅ）接点にランダムに曲げられるように、所定の長さの金メッキワイヤをスルーホールに押し込むことにより形成される。
【０００６】
ＩＣパッケージを印刷回路基板へ取付けるために、「ファズボール」ソケット印刷回路基板へ確実に固定され、ついでパッケージが「ファズボール」ソケットへ確実に固定される。パッケージのランドと「ファズボール」ソケットを経た印刷回路基板との間に電気的接続を維持するために、十分な圧力を「ファズボール」ソケットとパッケージのそれぞれに加えなければならないことが分かる。
【０００７】
ランドの数、および対応する「ファズボール」接点の数が増加するにつれて、接点間のピッチが対応して減少し、かつ製造上の問題が増える。個別のワイヤをさらに緊密にパックされたスルーホールに挿入することにより、莫大な技術上の種々の開発が必要となる。さらに「ファズボール」ソケットは、個別のワイヤをスルーホールに挿入して種々の「ファズボール」接点を形成する段階を含む費用のかかる製造方法により比較的に高価となる。したがってＢＧＡパッケージのボールリードを「ファズボール」ソケットに押し入れ接触するのに必要な大きい力により、ＢＧＡボールリード上に磨耗が生じ、かつボールリードが変形する可能性が増大する。
【０００８】
挿入中に僅かの力で済む、または力を必要としないソケット、および接点のピッチが減少するにつれて多数の接点を必要とするソケットのニーズに加えて、反復サイクリングと試験およびバーイン（ｂｕｒｎ−ｉｎ）中に生じる極度の温度変動とを通して確実に作用する弾性接点を採用するコネクタ組立体が望まれる。
【０００９】
「Ｙ」、「ピンチ」および「フォーク」接点を採用する従来の技術コネクタ組立体は、バーインに必要な弾性要求条件を満足するが、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）のような０．５ｍｍピッチを有するパッケージの厳密な公差と非常に小さい機能に対応しない。代わりに導電性エラストマーは失敗した。というのは、その導電性材料が限定されたサイクル数の後に屈し、かつ種々のパッケージ間のグリッドアレイの平坦度の変動により一時的中断を生じるからである。さらにそのエラストマーは、高温に暴露されると屈する傾向がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術のこれらの欠点を克服するために、本発明の目的は、ＩＣパッケージと印刷回路基板との間の無ハンダ接続用コネクタ組立体を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ＩＣパッケージをソケット中に取付けるのに必要な大量の圧力を減少するコネクタ組立体を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、ＩＣパッケージがＢＧＡパッケージであるかＬＧＡパッケージであるかには関係なく、回路基板の接点とＩＣパッケージのリードとの間で電気的接続を形成できる独自の弾性電気接点を有するコネクタ組立体を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージのボールリードを変形しない独自の弾性電気接点を有するコネクタ組立体を提供することにある。
【００１４】
また本発明の目的は、ＩＣパッケージを印刷回路基板へ固定してコネクタ組立体が印刷回路基板へ取付けられるときに、ＩＣパッケージを印刷回路基板から分離する間隔がコネクタ組立体の非導電性基材の厚さにほぼ等しいコネクタ組立体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的に合致するために、ＩＣパッケージを印刷回路基板へ無ハンダ接続するコネクタ組立体が提供される。本発明のコネクタ組立体は、それぞれがＩＣパッケージのランドに対応する複数のスルーホールが形成される非導電性基材を備える。本発明の実施態様においてほぼ円筒形の弾性電気接点がスルーホールのそれぞれに配設されて、対応するランドと印刷回路基板のリードとの間に電気接続を形成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例に関して、ほぼ円筒形の弾性電気接点は、単体導体から形成される。その導体は、螺旋状にコイル巻きにされて、バネに類似する電気接点を形成する。それぞれのバネ状電気接点は、接触点を形成する両環状縁部で開始するように形成される。ついでその導体は、等間隔で離間する径が等しいリングを形成するようにコイル巻きされる。ついでバネ状電気接点は、開始環状縁部と同様な環状終了縁部で終了させられる。開始と終了環状縁部から等距離の中間部分は、コイル巻き部の小部分が、環状縁部により形成される他の径よりも大きい径を有するように形成される。バネ状電気接点の拡大された中間部分は、スルーホールの内面と締まりばめで係合する。開始環状縁部は、グリッドアレイパッケージのボールリードまたはランドを受容し、かつそれと電気的に係合する接触点を形成し、一方終了環状縁部は、下にある印刷回路基板または半導体デバイスと係合する接触点を形成する。バネ状電気接点は、熱処理されたベリリウム銅合金のような既知の弾性導電性材料から形成できる。高い屈曲性、弾性および導電性を確保するために、金またはニッケルなどで被覆されるのが好ましい。
【００１７】
バネ状電気接点は、２つの層から構成される基材内に取付けられ、その層のそれぞれが、スルーホールの一端において逆切頭拡大部分を有するスルーホールを備える。それらの層が重ねられ、かつ電気接点が層内に取付けられると、バネ状電気接点の拡大中間部分は、逆切頭開口部分内に捕捉される。つまり各電気接点の拡大中間部分は捕捉され、かつ伸張不能であり、一方その両端部は、コネクタ組立体が作用位置にあるときに弾性があり、かつ圧縮可能である。
【００１８】
未圧縮状態において、バネ状電気接点の環状縁部は、非導電性基材の対応する外面から僅かに延び、またコイル巻き部は、等間隔で離間する。使用中にＩＣパッケージと印刷回路基板それぞれは、非導電性基材と緊密に正面係合状態で載置されるので、電気接点が非導電性基材へ圧縮される。圧縮された電気接点は、ＩＣパッケージと印刷回路基板との間に電気接続を形成する。電気接点の圧縮に応答するバネ力は、電気接点の環状縁部を対応するランドとリードと緊密に係合するように維持する。また電気接点の圧縮により、使用中、ＩＣパッケージと印刷回路基板との間の間隔は、非導電性基材の厚さにほぼ等しい。この結果、コネクタ組立体とＩＣパッケージの組合せは、ＩＣパッケージとコネクタ組立体の実際合計寸法をほぼ包含するように好都合に組立と取付けができる。コンピュータ内の空間と容積が不足しているので、この取付け手順から形成される組立て取付けられた構成体へ加算される寸法的増加は望ましくない。
【００１９】
電気接点の特性がバネであることにより、このコネクタ組立体が利用されると、電気接点は垂直方向だけに移動することが分かる。接点アームが水平に移動してリードを掴む「ピンチ」型の従来の技術の電気接点と反対に、本発明の電気接点は、どのような水平方向にも変位されない。スルーホールを、接点アームの固定のためにオーバーサイズする必要がないので、新規で改良されたコネクタ組立体のスルーホールは、電気接点のコイル巻き部の径よりも僅かに大きいだけで済む。好都合には、これにより、スルーホールを従来の技術のスルーホールよりも小さくすることができ、かつスルーホールのピッチを減少できるので、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）用に最適である。
【００２０】
ＢＧＡパッケージの係合において、バネ状電気接点の環状縁部の接触点は、過度の圧力を受けることなく導電性ボールリードを受容し、また環状縁部と球状ボールリードの対応可能な形状により、ボールリードの変形の可能性が減少する。また環状縁部が中で形成される平坦な平面により、バネ状電気接点は、ランドグリッドアレイパッケージおよびパッドグリッドアレイパッケージなどに使用するのが望ましい。全ての場合、バネ状電気接点により、無ハンダ接続に、回路基板の接点とＩＣパッケージのリードとの間に電気接続を形成できる。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の特徴は、本発明の下記の詳細な説明および添付図面の検討を通して一層良く理解される。
【００２２】
【実施例】
〔実施例１〕
図面を参照すると、ＩＣパッケージ１２を印刷回路基板１４へ接続する新規で改良されたコネクタ組立体１０が提供される。コネクタ組立体１０は、非導電性基材１６を通して形成されるスルーホール２０内に取付けられる複数の電気接点を有する非導電性基材１６を備える。電気接点１８の数は、ＩＣパッケージ１２が設けられるランドの数にほぼ対応する。またコネクタ組立体１０のサイズも、ＩＣパッケージ１２のサイズにほぼ左右される。コネクタ組立体１０は、ＩＣパッケージ１２を収容するソケットとして形成できる。
【００２３】
説明の目的のために、本発明のコネクタ組立体１０は、図３に示されるように、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージをチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）バーインソケット２２へ接続する場合において示され、かつ説明される。
【００２４】
本発明の目的のために、コネクタ組立体１０はＩＣパッケージ１２と同一の寸法で形成する必要がないことが分かるであろう。しかしながら電気接点１８は、接点の圧縮が電気接点１８とＩＣパッケージ１２のランド２４との間で達成され、コネクタ組立体１０がＩＣパッケージ１２と正面接触した状態で載置されるように、コネクタ組立体１０内に配設されなければならない。ランド２４は、ＩＣパッケージ１２の表面２６全体を通して複数の行と列を形成するように配設できる。この結果、図示されないが、電気接点１８は同様な行−列のパターンで整合されることになる。
【００２５】
図１と４を参照すると、電気接点１８の実施例が示される。電気接点１８は、基材１６の厚さ「ｔ」よりも大きい全長を有するほぼ円筒形形状である。電気接点１８のそれぞれは、基材１６に関して電気接点１８の弾性収縮を許容するベリリウム銅合金のような良好なバネ特性を有する材料から形成される。ほぼ円筒形の弾性電気接点１８は、単体の導体から形成される。その導体は螺旋状にコイル巻きされてバネに類似する電気接点を形成する。それぞれのバネ状電気接点１８は、接触点を形成する開始環状縁部２８で開始するように形成される。ついでその導体は、等間隔で離間する径が等しいリング３０を形成するようにコイル巻きされる。ついでバネ状電気接点１８は、開始環状縁部２８と同様な終了環状縁部３２で終了される。開始環状縁部２８と終了環状縁部３２から等しい距離にある中間部分３４は、コイル巻き部の小部分が、両環状縁部により形成される他の径ｄ２よりも大きい径ｄ１を有するように、形成される。バネ状電気接点１８の拡大された中間部分３４は、以下に詳細に説明するように、電気接点１８を保持するために締まりばめで、基材１６のスルーホール２０の内面３６と係合する。開始環状縁部２８は、グリッドアレイパッケージのボールリード２４またはランドを受容し、かつそれと電気的に係合する接触点を形成し、一方終了縁部３２は、下にある印刷回路基板１４または半導体デバイスと係合する接触点を形成する。
【００２６】
バネ状電気接点１８は、２つの層３８、４０から構成される基材１６内に取付けられ、層のそれぞれが、その一端に、逆切頭拡大部分３６、４２を有するスルーホール２０を備える。層３８、４０が重ねられ、かつ電気接点１８が層内に取付けられると、バネ状電気接点１８の拡大中間部分３４は、逆切頭開口部分３６内に捕捉される。つまり各電気接点１８の拡大中間部分３４は、捕捉され、かつ伸張不能であり、一方その両端の環状縁部２８、３２は、コネクタ組立体１０が作用位置にあるときに、弾性があり、かつ圧縮可能である。
【００２７】
コネクタ組立体１０が未圧縮状態にある図４に示されるように、バネ状電気接点１８の両環状縁部２８、３２は、非導電性基材１６の対応する外面から僅かに延び、またコイル巻き部３０は等間隔で離間する。ついで図５を参照すると、コネクタ組立体１０は、印刷回路基板１４へ取付けられる。バネ状電気接点１８が基材１６の逆切頭部分３６により捕捉されるので、電気接点１８のそれぞれの半分は、互いに独立して移動する。コネクタ組立体１０が印刷回路基板１４へ固定されると、電気接点１８の終了環状縁部３２は印刷回路基板１４と気密シールされ、またコイル巻き部３０の１つの巻き部の他は全て互いに接触する。終了環状縁部３２と印刷回路基板１４との間のシールは、ＩＣパッケージが交換される度に破れないので、一旦試験されると、非常に信頼性のある電気接続となる。
【００２８】
使用中、図５と６に示されるように、ＢＧＡパッケージのボールリード２４は、バネ状電気接点１８の開始環状縁部２８と接触する。掴み上げ型バーインソケット２２の蓋４４を閉じることにより圧力がＩＣパッケージ１２へ加えられると、ＩＣパッケージ１２と印刷回路基板１４はそれぞれ、非導電性基材１６と確実に正面係合するように載置されるので、電気接点１８が非導電性基材中に圧縮される。これらの図に示されるように、ＢＧＡパッケージを採用する状態において、基材１６の上部層３８の拡大切頭部分４２により、ボールリード２４がスルーホール２０内に着座させられる。同様に、電気接点の下部部分に関して上述したように、電気接点１８の上部コイル巻き部３０は互いに接触する。圧縮された電気接点１８は、ＩＣパッケージ１２と印刷回路基板１４との間に電気接続を形成する。電気接点１８の圧縮に応答するバネ力は、電気接点の環状縁部を対応するランドとリードと緊密に係合するように維持する。
【００２９】
コネクタ組立体１０は、ソケットとして使用できるばかりではなく、重ねられた集積回路間の相互接続器具または介在器具としても使用できる。使用に際してコネクタ組立体１０が、２つの集積回路間に介在され、また全体の組立体は、隣接する集積回路の表面と緊密に正面係合しているコネクタ組立体の表面と共に締め付けられる。電気接点１８の弾性により、電気接点１８は、上述した従来の技術の「ファズボールソケット」のように、使用中に恒久的に変形されない。加えて、バネ状電気接点１８の高さは、電気接点の完全な圧縮中に全てのコイル巻き部が互いに接触しないように決められるので、電気接点１８の機械的故障が避けられることが分かるであろう。また電気接点１８を、コネクタ組立体１０の基材１２中に十分に圧縮できるので、集積回路の組立られた積載層間の間隔は基材１２の厚さに等しい。
【００３０】
容易に明らかなように、多くの変更態様と変形態様は、当業者には容易に考えることができるので、本発明を図示および説明された特定の構造と作用に限定するのを望まない。したがって全ての適切な変形同等物は、請求される本発明の範囲に入るように実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明の圧着式グリッドアレイコネクタ組立体は、ＩＣパッケージをソケット中に取付けるのに必要な大量の圧力を減少するコネクタ組立体であり、またＩＣパッケージがＢＧＡパッケージであるかＬＧＡパッケージであるかには関係なく、回路基板の接点とＩＣパッケージのリードとの間で電気的接続を形成できる独自の弾性電気接点と、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージのボールリードを変形しない独自の弾性電気接点を有し、さらにＩＣパッケージを印刷回路基板へ固定してコネクタ組立体が印刷回路基板へ取付けられるときに、ＩＣパッケージを印刷回路基板から分離する間隔がコネクタ組立体の非導電性基材の厚さにほぼ等しいという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例のバネ状電気接点の側面図である。
【図２】 本発明の実施例の電気接点の平面図である。
【図３】 本発明の実施例のコネクタ組立体を採用するチップスケールバーインソケットの断面図である。
【図４】 本発明の実施例の非導電性基材の２つの層間に捕捉された電気接点の断面図である。
【図５】 本発明の実施例のコネクタ組立体の断面図であり、そこにおいてコネクタ組立体が印刷回路基板に取付けられ、電気接点が載置状態にある。
【図６】 本発明の実施例のコネクタ組立体の断面図であり、そこにおいてＩＣパッケージがコネクタ組立体に完全に挿入される。
【符号の説明】
１０ コネクタ組立体
１２ ＩＣパッケージ
１４ 印刷回路基板
１６ 非導電性基材
１８ 電気接点
２０ スルーホール
２２ バーインソケット
２４ ランド
２６ 表面
２８ 開始環状縁部
３０ リング
３２ 終了環状縁部
３４ 環状縁部の中間部分
３６，４２ 逆切頭拡大部分
３８，４０ 層

Claims (1)

1. 集積回路パッケージと印刷回路基板との間に複数の電気接続を形成するコネクタ組立体において、
   対向する上端と下端の表面、および該上端と下端の表面間に延びる複数のスルーホールを有する少なくとも２つの層からなる非導電性基材と、および
   前記複数のスルーホールに対応する複数のほぼ円筒形の弾性電気接点であって、それぞれの前記電気接点は、単一の前記スルーホール内に配設され、等間隔で離間する径が等しいリングを備え、かつ開始環状縁部となる第１の端部と終了環状縁部となる第２の端部を有し、さらに該第１の端部が、前記基材の前記下端面を通して延び、かつほぼ前記基材に対して垂直方向に圧縮可能であるとともに、該第２の端部が、前記基材の前記下端面を通して延び、かつほぼ前記基材に対して垂直方向に圧縮可能であり、また、前記第１と第２の端部から等しい距離にある拡大された中間部分をさらに備えた、螺旋状でコイル巻きされる単体導体から形成される複数のほぼ円筒形の弾性電気接点と、から構成され、前記基材の上端層の拡大切頭部分により、ＢＧＡパッケージのボールリードが前記スルーホール内に着座させられ、それにより前記電気接点の前記中間部分が前記基材の下端層の拡大切頭部分内に捕捉されることを特徴とするコネクタ組立体。

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