JP4775554B2

JP4775554B2 - Ｂｇａ用ｌｓｉテストソケット

Info

Publication number: JP4775554B2
Application number: JP2005511543A
Authority: JP
Inventors: 靖木下
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JPWO2005006003A1; US7129728B2; US20070018667A1; US20060132160A1; US7477062B2; WO2005006003A1

Description

本発明は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）パッケージに組み込まれたＬＳＩの検査の際に用いられるＬＳＩテストソケットに関し、特に、電気的パラメータ等を確認する場合に用いられるＢＧＡ用ＬＳＩテストソケットの構造に関するものである。

本発明に関する現時点での技術水準をより十分に説明する目的で、本願で引用され或いは特定される特許、特許出願、特許公報、科学論文等の全てを、ここに、参照することでそれらの全ての説明を組入れる。

従来、高密度かつ多ピンであるＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩの選別テストを行なう際には、ＢＧＡパッケージの半田ボールに対して熱的、機械的なダメージを与えないようにＬＳＩテストソケット（以下、ＬＳＩソケットと呼ぶ）が使用されている。この目的で使用されるＬＳＩソケットとしては、一般にポゴピンタイプとシートタイプの二つに大別されている。

ポゴピンはバネピンもしくはスプリングプローブピンとも呼ばれ、図１の断面図に示すように、ポゴピン００１は、ピン００２、バネ００３、支持部００４の三つの部品から構成されている。このポゴピンを用いたポゴピンタイプのＬＳＩソケットは、コイル状のバネ構造が樹脂筐体により保持されたピンとともに設けられ、このピンの上下を押さえることにより電気的な接続を実現している。

図２Ａ、２Ｂと図３Ａ、３Ｂは、それぞれポゴピンを使用した従来のＢＧＡ用ＬＳＩソケットの構造を示す断面図である。まず、図２Ａ、２Ｂのように、このＬＳＩソケットは、ポゴピン００１とポゴピン支持筐体部００５とを組み合わせて構成されている。すなわち、ＬＳＩソケットの構造としては、樹脂などの非導電性材質であるポゴピン支持筐体部００５の上側もしくは下側からポゴピン００１を筐体穴０１０に挿入する構造となっている。

図２Ａはポゴピン００１をポゴピン支持筐体部００５の下側から筐体穴０１０に挿入し固定する場合であり、ストッパー００６がポゴピン支持筐体部００５の上側に設置されている。一方、図２Ｂは上側から挿入し固定する場合であり、ストッパー００６がポゴピン支持筐体部００５の下側に設置されている。

また、図３Ａは図２Ａの構造のＬＳＩソケットをテストボード００９に設置した場合であり、図７Ｂは図２Ｂの構造のＬＳＩソケットをテストボード００９に設置した場合である。いずれの場合も、ＢＧＡパッケージに封入されたＬＳＩの半田ボール００７の位置に対応して配置されているポゴピン００１は、ＬＳＩソケットが搭載されるテストボード００９上の配線パッド００８を機械的に上から押しつけることで電気的接続を実現している。一般的にこのタイプのＬＳＩソケットは、構造が単純なため価格が安いこと、機械的強度が大きく繰り返し使用が可能であることなどが利点となっている。

一方、シートタイプＬＳＩソケットは導電性のシートを用いるものであり、シートのタイプとして金属細線埋め込みタイプと導電性ゴムタイプがある。シートタイプは前述のポゴピンタイプに比べてピン長を短くできるので、高周波特性に優れている点が利点である。しかし、酸化金属の削れによるゴミの発生が多く、シートも高価でランニングコストが大きいという問題があり、さらに、接触表面に酸化金属が付着するため接触抵抗が大きくなるという問題がある。

また、これらいずれのタイプのＬＳＩソケットを使用する場合でも、近年のＬＳＩの高周波かつ大電源電流動作に伴い、きわめて重要な問題点が浮上してきている。それは、テストするべきＬＳＩの大幅な性能向上に伴ってテスト周波数が高くなり、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩのテスト条件がＧＨｚオーダーの高周波領域数で行われるようになってきている。そのため、きわめて大きな電源電流が生じてしまい、ＬＳＩの電源及びＧＮＤの電位変動が起こりやすくなってきていることである。また、ＬＳＩの選別テストに際しては、ＬＳＩの動作に必要な電源をＬＳＩから遠く離れたテスタから供給するため、ＢＧＡパッケージ近傍では品質のよい電源を供給できにくくなっている問題もある。

このため、テストをするＢＧＡパッケージの最近傍にコンデンサを配置することができないと、ＬＳＩの高周波動作による電源電流が生じ、テスト基板の電源及びＧＮＤの電位を変動させてしまい、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩの安定動作を確保することが困難となってしまう。

しかしながら、これとは別に従来のＬＳＩソケットでは、ＢＧＡパッケージの近傍で電源及びＧＮＤの電位変動の揺れを緩和するためのデカップリングコンデンサの取り付けができなくなっているという本質的な問題がある。それは、ＬＳＩの入出力信号、電源及びＧＮＤの電極数が集積度の向上により従来に比べて増加していること、ＢＧＡパッケージの小型化によりＢＧＡパッケージにおける電極間の間隔が狭くなり電極が密集すること、などが原因である。また、テスト周波数がそれほど高くなくても、例えば、パラレル入出力の本数が５１２本も有るようなＬＳＩの場合、ＩＯの同時動作時に非常に大きな瞬間電源電流が流れるという問題もある。

上記の電源及びＧＮＤの電位変動を緩和する手段として、例えば、シートタイプのＬＳＩソケットにおいて、導電シートの片面側の複数電極を導電層で接続しこの導電層をシートに密着させて電源層とし、他面側の複数電極を導電層で接続しこの導電層をシートに密着させてＧＮＤ層とすることで、導電シートをコンデンサとして使用するものである（例えば、特許文献１参照）。これにより、ＬＳＩを組み込んだＢＧＡパッケージの直下にパッケージサイズのコンデンサを配置でき、ＬＳＩの高周波動作の際に電源及びＧＮＤに発生するノイズの影響を小さくすることができる。
上記した従来のシートタイプのＬＳＩソケットは、その構造上きわめて実現が困難であるという問題、また、高価で繰り返し使用の安定性がないためランニングコストが大きいという問題、さらにはＬＳＩソケット自体のコンタクト性の欠如などの問題があり、実際に量産レベルで繰り返し使用できるものではない。また、近年のＬＳＩは複数の電源電圧を必要とするものが多く、シートタイプでは対応することができない。
特開２０００−９７９９１号公報（第３頁、第１−３図）

このため本発明の目的は、入出力信号や電源及びＧＮＤピン数が非常に多いＢＧＡパッケージに封入されたＬＳＩを高周波でテストする際に発生する問題を解決するためになされたもので、ソケットピンの交換が容易であり、かつ低コストで安定性の高いポゴピン構造でありながら、テストの際、ＢＧＡパッケージの近傍での電源及びＧＮＤ電位の変動を緩和するデカップリングコンデンサを内蔵したポゴピンタイプのＬＳＩソケットを提供することである。

本発明の主旨の第１の側面は、第１のスルーホール内面と結合される電源層と第２のスルーホール内面と結合されるＧＮＤ層とが誘電体からなるセパレータとを介して積層されたデカップリングコンデンサが少なくとも１つ以上内蔵されているプリント基板と、前記プリント基板を重ね合わせて一体化して前記第１及び第２のスルーホールに対応する位置にそれぞれ第１及び第２の筐体穴が少なくとも１組以上開口されるポゴピン支持筐体部と、前記プリント基板に開けられた前記電源層と接続される前記第一のスルーホール及び前記ＧＮＤ層に接続される第２のスルーホールと前記第１及び第２の筐体穴との穴位置を一致させた貫通穴に挿入される第１及び第２のポゴピンとを少なくとも１組以上備え、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩのテストの際にプリント基板の一端がＢＧＡパッケージと対面して他端に前記ポゴピン支持筐体部が配置されているＢＧＡ用ＬＳＩテストソケットを提供する。なお、電源プレートとは、信号ではなく電源を供給する面状に広がるプレートあって、デカップリングコンデンサの電極の機能を有する金属等の箔その他の素材から構成されるとともに、このプレートに印加される電位は電源電圧の他に中間電位やＧＮＤさらに負の電位等も含まれるものである。

プリント基板内には、前記第１及び第２の電源プレートにそれぞれ対応した電源層及び一つのＧＮＤ層が形成され、この電源層とＧＮＤ層間の静電容量を利用してデカップリングコンデンサが形成されてもよい。

プリント基板は、信号用ポゴピンが挿入されるスルーホール以外の電源用ポゴピン及びＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面にメッキ層が形成されてもよい。

ポゴピン支持筐体部は非導電性材料からなり、筐体穴内面にはメッキ層が形成されていなくともよい。

そして、電源層は電源用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、また、前記ＧＮＤ層はＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続されていてもよい。

本発明の主旨の第２の側面は、第１のスルーホール内面と結合される電源層と第２のスルーホール内面と結合されるＧＮＤ層とがセパレータとを介して積層されたデカップリングコンデンサが内蔵されているプリント基板と、このプリント基板を重ね合わせて一体化して前記第１及び第２のスルーホールに対応する位置にそれぞれ第１及び第２の筐体穴が開口されるポゴピン支持筐体部と、前記プリント基板に開けられた前記電源層と接続される前記第一のスルーホール及び前記ＧＮＤ層に接続される第２のスルーホールと前記第１及び第２の筐体穴との穴位置を一致させた貫通穴に挿入されるポゴピンとからなり、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩのテストの際に前記ポゴピン支持筐体部の一端がＢＧＡパッケージと対面して他端に前記プリント基板が配置されているＢＧＡ用ＬＳＩテストソケットを提供する。

プリント基板内には、前記第１及び第２の電源プレートにそれぞれ対応した電源層及び一つのＧＮＤ層が形成され、この電源層とＧＮＤ層間の静電容量を利用してデカップリングコンデンサが形成されていてもよい。

プリント基板は、信号用ポゴピン、電源用ポゴピン及びＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるすべてのスルーホール内面にメッキ層が形成されていてもよい。

前記ポゴピン支持筐体部は非導電性材料からなり、筐体穴内面にはメッキ層が形成されていなくともよい。

電源層は電源用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、また、前記ＧＮＤ層はＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、一方、信号用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層は電源層及びＧＮＤ層と電気的に接続されていなくともよい。

そして、ポゴピンは、それぞれ対応するプリント基板のスルーホールにポゴピンの下部を挿入しメッキ層を介して半田付けにより固定されていてもよい。

本発明によれば、ＢＧＡ用のＬＳＩソケット内にデカップリングコンデンサを内蔵したことによって、高周波で動作するＬＳＩの電源電位変動を減少させることができ、安定した動作テストを行うことができる。また、デカップリングコンデンサの内蔵部とポゴピン支持筐体部が別層のパーツに分かれていることにより、良好な製造安定性及びテスト安定性を有するＢＧＡ用のＬＳＩソケットを実現することができる。

以下に本発明の実施の形態を図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態につき以下説明する。図４は本発明のＢＧＡ用ＬＳＩソケットを構成する各構成要素を示す分解縦断面図である。図５は本発明における第１の実施の形態を示すＢＧＡ用ＬＳＩソケットを示す縦断面図である。

図４に示すように、本発明のＬＳＩソケット１０１は、プリント基板１０２、ポゴピン１０３、ポゴピン支持筐体部１０４の３つの部品から構成されている。プリント基板１０２には、印加される電圧値が異なる第１の電源ピン１０５と第２の電源ピン１０６、ＧＮＤピン１０７、信号ピン１０８用となるポゴピン１０３がそれぞれ挿入される複数のスルーホール１０９が設けられており、信号ピン１０８が貫通するスルーホール１０９以外の全てのスルーホール１０９内面にメッキ層１１６が形成されている。そして、プリント基板１０２内には、電源プレートとして第１の電源層１１０と第２の電源層１１１、及びＧＮＤ層１１２が形成されており、それぞれの層が対応する各ポゴピン用のスルーホール１０９内面のメッキ層１１６と電気的に接続されている。

この電源層１１０および１１１とＧＮＤ層１１２間に積層される誘電体等からなるセパレータの静電容量を利用して、デカップリングコンデンサ１１３が形成される。なお、図４、５では２種類の電源ピンが図示されているが、印加される電圧の種類の数には制限はない。また、ポゴピン支持筐体部１０４には、プリント基板１０２のスルーホール１０９と対応する位置に同様の筐体穴１１４が設けられている。このポゴピン支持筐体部１０４の上面側にプリント基板１０２を重ねあわせ、図２に示すように接着材料を使用して圧着もしくは機械的に接合し、ＬＳＩソケット１０１の筐体として一体化する。なお、筐体穴１１４の内面にはメッキ層は形成されていない。

そして、スルーホール１０９と筐体穴１１４の穴位置が一致している穴にポゴピン１０３を挿入することによって、最終的なＬＳＩソケット１０１としての構造を実現している。なお、ポゴピン１０３はプリント基板１０２が設置された上面側から挿入され、ポゴピン支持筐体部１０４の筐体穴１１４の下部に形成されているストッパー１１５で固定される。ここで、プリント基板１０２内に形成されている第１、第２の電源層１１０、１１１及びＧＮＤ層１１２とポゴピン１０３との電気的接続は、ソケットピンの交換容易性を考慮してポゴピン１０３の導電性材料とスルーホール１０９内面のメッキ層１１６との機械的接触で実現している。

このように構成された図５に示すＬＳＩソケットを用いてテストを行う際は、ＢＧＡパッケージの図示しない半田ボールをポゴピン１０３の上部先端に接触させ、ポゴピン１０３の下部先端を図示しないテストボードのパッドに接触させ、ポゴピンのバネ力によって電気的接触を実現している。

以上の構造により、本実施の形態ではソケットピンの交換容易性と近年のＬＳＩの複数電源に対応しつつ、ＢＧＡパッケージに封入されたＬＳＩ側に近い方にデカップリングコンデンサを内蔵したプリント基板が配置されるので、ＬＳＩソケットピンのインダクタンス成分の影響を受けることなく良好な特性を得ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図６は第２の実施の形態におけるＢＧＡ用ＬＳＩソケットを構成する各構成要素を示す分解縦断面図である。図７は第２の実施の形態におけるＢＧＡ用ＬＳＩソケットを示す縦断面図である。

図６に示すように、本発明のＬＳＩソケット２０１は、ポゴピンの下部部品２０３Ａ、プリント基板２０２、ポゴピンの上部部品２０３Ｂ、ポゴピン支持筐体部２０４の４つの部品から構成されている。プリント基板２０２には、印加される電圧値が異なる第１の電源ピン２０５と第２の電源ピン２０６、ＧＮＤピン２０７、信号ピン２０８用となるポゴピン２０３（２０３Ａと２０３Ｂからなる）がそれぞれ挿入される複数のスルーホール２０９が設けられており、すべてのスルーホール２０９内面にメッキ層２１６が形成されている。そして、プリント基板２０２内には、第１の電源層２１０と第２の電源層２１１、及びＧＮＤ層２１２が形成されており、それぞれの層が対応するポゴピン用のスルーホール２０９内面のメッキ層２１６と電気的に接続されている。

この電源層２１０及び２１１とＧＮＤ層２１２間に積層される誘電体等からなるセパレータの静電容量を利用して、デカップリングコンデンサ２１３が形成される。なお、図６、７では２種類の電源ピンが図示されているが、印加される電圧の種類の数には制限はない。また、ポゴピン支持筐体部２０４には、プリント基板２０２のスルーホール２０９と対応する位置に同様の筐体穴２１４が設けられている。

このプリント基板２０２のスルーホール２０９にポゴピンの下部部品２０３Ａを挿入し、メッキ層２１６を介して半田付け処理することで固定する。次に、プリント基板２０２に固定されたポゴピンの下部部品２０３Ａにバネ及びポゴピンの上部部品２０３Ｂをはめ込み、さらにポゴピン支持筐体部２０４をその上からかぶせるように設置する。この際、ポゴピンの上部部品２０３Ｂは筐体穴２１４の上部に設けられたストッパー２１５によって固定される。

そして、図７に示すように、プリント基板２０２をポゴピン支持筐体部２０４の下側に配置してポゴピンの交換性を考慮して図示しないネジ止めなどで固定し、ＬＳＩソケット２０１の筐体として一体化する。

以上の構造により、本実施の形態では、ＬＳＩ側から離れた方向にデカップリングコンデンサを内蔵したプリント基板が配置されることになるためＬＳＩソケットピンのインダクタンス成分の影響が多少発生することと、ソケットピンの完全な交換容易性は犠牲になるが、ポゴピンの下部導電部分とデカップリングコンデンサの電気的な接続が良好となり、大電流が流れる用途に適したＬＳＩソケットとなる。

本発明は、ＢＧＡパッケージに封入されたＬＳＩを高周波でテストする際に使用するＬＳＩソケットであって、ポゴピン構造を採用していることによって接触ピンの交換が可能で、かつ低コストで製造できるため、利用可能性が大きい。

本発明は、ＢＧＡパッケージに封入されたＬＳＩを高周波でテストする際に使用するＬＳＩソケットに関するものであれば、あらゆるものに適用することが可能であり、その利用の可能性において何ら限定するものではない。

幾つかの好適な実施の形態及び実施例に関連付けして本発明を説明したが、これら実施の形態及び実施例は単に実例を挙げて発明を説明するためのものであって、限定することを意味するものではないことが理解できる。本明細書を読んだ後であれば、当業者にとって等価な構成要素や技術による数多くの変更および置換が容易であることが明白であるが、このような変更および置換は、添付の請求項の真の範囲及び精神に該当するものであることは明白である。

従来のポゴピンの構造を示す縦断面図である。は、従来のポゴピンを下から挿入する場合の構造を示す縦断面図である。は、従来のポゴピンを上から挿入する場合の構造を示す縦断面図である。は、従来のＬＳＩソケットの構造を示す縦断面図あって、ポゴピンを下から挿入した場合の構造を示す縦断面図である。は、従来のＬＳＩソケットの構造を示す縦断面図あって、ポゴピンを上から挿入した場合の構造を示す縦断面図である。は、本発明の第１の実施形態におけるＬＳＩソケットを示す分解縦断面図である。は、本発明の第１の実施形態におけるＬＳＩソケットを示す縦断面図である。は、本発明の第２の実施形態におけるＬＳＩソケットのを示す構造分解図である。は、本発明の第２の実施形態におけるＬＳＩソケットを示す縦断面図である。

Claims

第１のスルーホール内面と結合される電源層と第２のスルーホール内面と結合されるＧＮＤ層とが誘電体からなるセパレータとを介して積層されたデカップリングコンデンサが少なくとも１つ以上内蔵されているプリント基板と、前記プリント基板を重ね合わせて一体化して前記第１及び第２のスルーホールに対応する位置にそれぞれ第１及び第２の筐体穴が少なくとも１組以上開口されるポゴピン支持筐体部と、前記プリント基板に開けられた前記電源層と接続される前記第一のスルーホール及び前記ＧＮＤ層に接続される第２のスルーホールと前記第１及び第２の筐体穴との穴位置を一致させた貫通穴に挿入される第１及び第２のポゴピンとを少なくとも１組以上備え、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩのテストの際にプリント基板の一端がＢＧＡパッケージと対面して他端に前記ポゴピン支持筐体部が配置されているＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記プリント基板は、信号用ポゴピンが挿入されるスルーホール以外の電源用ポゴピン及びＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面にメッキ層が形成されている請求項１記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記ポゴピン支持筐体部は非導電性材料からなり、筐体穴内面にはメッキ層が形成されていない請求項１記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記電源層は電源用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、また、前記ＧＮＤ層はＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続されている請求項３記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
第１のスルーホール内面と結合される電源層と第２のスルーホール内面と結合されるＧＮＤ層とがセパレータとを介して積層されたデカップリングコンデンサが内蔵されているプリント基板と、このプリント基板を重ね合わせて一体化して前記第１及び第２のスルーホールに対応する位置にそれぞれ第１及び第２の筐体穴が開口されるポゴピン支持筐体部と、前記プリント基板に開けられた前記電源層と接続される前記第一のスルーホール及び前記ＧＮＤ層に接続される第２のスルーホールと前記第１及び第２の筐体穴との穴位置を一致させた貫通穴に挿入されるポゴピンとからなり、ＢＧＡパッケージに組み込まれたＬＳＩのテストの際に前記ポゴピン支持筐体部の一端がＢＧＡパッケージと対面して他端に前記プリント基板が配置されているＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記プリント基板は、信号用ポゴピン、電源用ポゴピン及びＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるすべてのスルーホール内面にメッキ層が形成されている請求項５記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記ポゴピン支持筐体部は非導電性材料からなり、筐体穴内面にはメッキ層が形成されていない請求項５記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記電源層は電源用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、また、前記ＧＮＤ層はＧＮＤ用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層と電気的に接続され、一方、信号用ポゴピンが挿入されるスルーホール内面のメッキ層は電源層及びＧＮＤ層と電気的に接続されていない請求項６記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。
前記ポゴピンは、それぞれ対応するプリント基板のスルーホールにポゴピンの下部を挿入しメッキ層を介して半田付けにより固定されている請求項６記載のＢＧＡ用ＬＳＩテストソケット。