JP4927172B2 - 確実なランドグリッドアレイソケット荷重装置 - Google Patents

Description

本発明の実施態様は、集積回路を回路板と結合するための方法及び装置に関する。具体的には、本装置及び本方法は、ランドグリッドアレイパッケージをプリント回路板に結合するためのソケット及びソケット荷重機構を提供する。

中央処理装置及び類似の集積回路は、典型的にはメインボード又はマザーボードと呼ばれるプリント回路板の上でコンピュータシステムの他の素子と通信する。中央処理装置及び類似のプロセッサは、典型的にはソケットを通じてメインボードに結合される。ソケットは、メインボード及び中央処理装置のためのインターフェースとして働く。ソケットは、中央処理装置及びメインボードの相互接続を整列する。ソケットは、中央処理装置をメインボードに電気的に要求するソケット荷重機構と結合される。

１つの種類のソケット接続は、ランドグリッドアレイ型ソケットと呼ばれる。ランドは、ソケット又はメインボード上のピン又は類似構造との相互接続を形成する中央処理装置の底部上の接触パッドである。中央処理装置上のランドは、グリッドアレイとして配置され得る。メインボードのピンは、ランドと接触するようソケットを通じて延びる。ピンは、ソルダボールグリッドアレイを使用してメインボードの回路経路にはんだ付けされる。ソルダボールグリッドアレイは、メインボード上のソルダボールの配列(アレイ)である。組立て中、ソケットは、ボールグリッドアレイの上に配置され、ソルダボールグリッドアレイは、各ボールがソケット内でピンと結合されるようになり、且つ、それによって、ソケットがメインボードに取り付けられるよう、リフローされる。

ソケットのピンと中央処理装置のランドとの間の電気接触を維持することは、プロセッサパッド及びソケットピンのそれぞれが電気的に接続するよう、必須量の圧縮力がプロセッサ及びソケットに加えられることを必要とする。ソケット荷重機構は、この力を生成し且つ維持し並びに中央処理装置をメインボードに固定することに関与する。中央処理装置がソケット内に位置するとき、荷重板が、他端でのヒンジ制約と共に、一端で荷重板に取り付けられるレバーによって生成される、中央処理装置に対する力を加え、それによって、中央処理装置をソケット内に固定し、電気接触を維持する。

しかしながら、中央処理装置とメインボードとの間の帯域幅要求は時間と共に増大するので、ランド及びピンの数は増大し、結果的に、各並列電気接続を維持するのに必要とされる力の総量も増大する。現在のソケット設計は、大きい数のランド及びピンが企図されるときには、所要圧力を中央処理装置及びソケットに均一に加えることができない。増大された力及び反力は、ボールグリッドアレイ及びソケットの隅部に不均衡な応力を引き起こし、ソケットの信頼性を減少する。信頼性の減少は、ソケットの隅部でのボールグリッドアレイに対する高い引張荷重及び剪断荷重に起因する。これらの荷重は、使用中の中央処理装置の温度周期、相互接続材料の熱膨張係数の不整合、及び、コンピュータシステムの搬送及び取扱いからの衝撃及び振動によってさらに悪化され得る亀裂成長を招き得る。そのような損傷を相殺するために、高価な受板が使用されなければならない。

加えて、より大きなプロセッサは、典型的には、より大きな熱解決策を必要とする。これらの熱解決策は、中央処理装置を通じてソケットに結合される。中央処理装置がソケットとの電気接続を維持するのと同時に、中央処理装置は熱を散逸するために熱解決策と熱接続を維持しなければならない。熱接続信頼性は、荷重機構によって得られる静荷重と相互作用する他の圧縮静荷重を介して得られる。プロセッサが大きければ大きいほど、必要とされる熱解決策及び熱信頼性を維持するのに必要とされる静止圧縮力も大きい。

本発明の実施態様は、付属図面の図面中に一例として例証されており、限定として例証されていない。図面中、同等の参照は、類似の素子を示している。この開示中の「ある」或いは「１つの」実施態様に対する異なる参照は、必ずしも同じ実施態様に対してではなく、そのような参照は、少なくとも１つを意味する。

ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 ソケット及びソケット荷重機構の分配の１つの実施態様を示す概略図である。 一体的に形成される締結具を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 カム板を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 受板を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 ソケット補強フレームと一体的に形成される締結具を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 大きい接触配列(アレイ)又は二重圧縮ソケットのための、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 従来的なランドグリッドアレイソケットのためのボールグリッドアレイ上のランドを示すグラフである。 ランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様のためのボールグリッドアレイ上のランドを示すグラフである。 従来的なランドグリッドアレイソケット及びランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様の比較最大引張荷重を示すグラフである。 ソケットを組み立てるためのプロセスの１つの実施態様を示すフロー図である。 アドオンクリップを備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。 アドオン素子を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様を示す概略図である。

図１Ａは、ランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）ソケット１００は、回路板１１１に取り付けられ得る。回路板１１１は、プリント回路板又は集積回路及び類似素子を取り付けるための類似基板のような、如何なる種類の回路板でもあってもよい。回路板１１１は、メインボード、周辺素子カード、又は、類似種類のボードであり得る。回路板１１１は、コンピュータシステム（例えば、デスクトップシステム、ラップトップ、サーバ、又は、類似システム）、コンソール装置、大衆消費電子製品、又は、類似装置において利用され得る。

１つの実施態様において、ＬＧＡソケット及び随伴するソケット荷重機構又は保持機構は、荷重板１０１と、ソケット本体１０５と、ソケット補強フレーム１０７と、荷重レバー１０９と、荷重分配機構１１３とを含み得る。ソケット本体１０５は、集積回路（ＩＣ）１０３が位置付けられるソケットの部分である。中央処理装置、グラフィックプロセッサ、ネットワークプロセッサ、結合プロセッサ、及び、チップセットパッケージ、並びに、類似の集積回路を含む、あらゆる種類のＩＣがＬＧＡソケット内に配置されるよう設計され得る。ソケット本体１０５は、如何なる非伝導性形態のプラスチック、樹脂、又は、他の材料からをも形成され得る。ソケット本体１０５は、如何なる大きさ及び寸法をも有し得る。ソケット本体１０５によって定められる接点のための空間の数は、関連するＩＣのためのランドの数に依存し得る。９００ランドを含む、あらゆる数のランド及び接点が支持され得る。ソケット本体１０５の大きさ及び形状は、９００ランドと結合されるべき９００ピンより多くを収容することを含めて、関連するＩＣの大きさ及び形状と整合するよう設計され得る。

ソケット本体１０５は、ＩＣのＬＧＡと電気的に連絡するべき一組の接点のための空間を定める。これらの接点は、一組の片持ちバネ又は類似の接触構造若しくは機構であり得る。ソケット接点は、接点構造とランドとの間の物理的及び電気的な接触を維持するよう、ＩＣに対する圧力の適用によって、ＩＣのランドと電気的に連絡して配置される。接触構造は、回路板１１１上のボールグリッドアレイとも電気的に連絡する。各接触構造は、別個のボールに取り付けられ得る。ボールグリッドアレイのソルダボールは、リフロープロセスによって接触構造に取り付けられ、リフロープロセスは、結果的に、ソケット本体１０５も回路板１１１に取り付ける。他の実施態様では、他の取付け方法及び取付け構造も利用され得る。例えば、ソルダボールグリッドアレイソケットの代わりに、二重圧縮接点も利用され得る。

ソケット本体１０５は、ソケット補強フレーム１０７によって支持され得る。ソケット補強フレーム１０７は、ソケット本体１０５に対する支持と、荷重レバー１０９及び荷重板１０１のような他の素子のための取付け地点とをもたらす。荷重板１０１は、荷重板１０１とソケット補強フレーム１０７との間の荷重回路の一部であり得るヒンジ又は類似の機能を通じて、ソケット補強フレーム１０７と結合され得る。ソケット補強フレーム１０７は、連結部分又は類似の結合機構によって、ソケット本体１０５に接続され得る。ソケット補強フレーム１０７は、金属、プラスチック、又は、類似材料であり得る。１つの実施態様において、ソケット補強フレーム１０７は、強化鋼から作成される。ソケット補強フレーム１０７は、ソケット本体１０５の周りに周を形成するようソケット本体１０５と整合する寸法を有し得る。

ソケット補強フレーム１０７は、荷重レバー１０９及び荷重板１０１のための結合機構を定め得る。荷重レバー１０９の一部が、荷重レバー１０９の回転を可能にするよう、補強フレーム１０７内の一組の通路内に配置される。荷重レバー１０９の回転は、荷重板１０１上で力を生成し得る。荷重レバー１０９は、荷重板１０１を所定位置に係止し且つＩＣ１０３のランドをソケット本体１０５の接点と接触して保持するのに必要な力を生成するために、２０：１以上の機械的利益を利用し得る。４ポンド以下の加えた力を用いて、荷重レバー１０９は、荷重板１０１を通じて８０から１２０ポンドを超える力を生成し得る。荷重レバー１０９は、鋼又は類似材料のような剛性材料から作成され得る。

１つの実施態様において、荷重板１０１は、閉塞位置まで回転するよう、ヒンジ又は類似機能によってソケット補強体１０７に結合される。閉塞位置では、荷重レバー１０９のアームが、ＩＣ１０３をソケット本体１０５内の接点と接触して所定位置に保持するよう、荷重板１０１に対して圧力を加え得る。荷重板１０１は、ＩＣパッケージ１０３上の一体的な熱スプレッダが荷重板１０１の頂部表面を越えて突出するのを可能にするよう、開放頂部を定め得る。荷重板１０１が、荷重レバー１０９によって作用されるときに、荷重レバー１０９が中央処理装置及びヒンジインターフェースに対して作用するときに実質的に平坦であるよう、荷重板１０１は、荷重レバー１０９によって加えられる圧力を補償するよう板内の僅かな屈曲を伴って形成され得る。荷重板１０１は、鋼又は類似材料のような合成材料から形成され得る。

１つの実施態様において、ＩＣパッケージ１０３は、ソケット本体１０５内に装填され、荷重板１０１及び荷重レバー１０９によって所定位置に保持され得る。ＩＣパッケージ１０３は、プラスチック、セラミック、樹脂、又は、類似材料を含む、如何なる材料又はその複合材からをも作成され得る。ＩＣパッケージ１０３の頂部は、ＩＣが過熱することを防止するようパッケージの頂部を通じた熱の伝搬を可能にするよう設計される一体的な熱スプレッダであり得る。ＩＣパッケージ１０３は、如何なる形状又は寸法でもあり得る。ＩＣパッケージ１０３の大きさは、しばしば、ＩＣのために必要とされるランドの数に基づく。６４ビット又は１２８ビットプロセッサのような大きいデータ経路を備えるＩＣは、より大きなランド数を有し、より大きなフットプリントを必要とする。

熱解決策（図示せず）が、ソケット補強フレーム１０７若しくはソケットの他の部分、ソケット荷重機構、又は、回路板１１１に取り付けられ得る。熱解決策は、ヒートシンク、ファン、又は、それらの組み合わせであり得る。熱解決策は、銅、アルミニウム、又は、他の熱放散材料から形成され得る。熱解決策は、ソケットの信頼性の問題に寄与する。熱解決策は、熱解決策の取付けの間に並びに結合されたソケット及び熱解決策の移動の間に、ソケットに対して追加的な応力を引き起こし得る。熱解決策は、ソケット補強フレーム１０７によって作用される、熱解決策を所定位置に保持する力を加えるラッチ機構によって、ソケット補強フレーム１０７に取り付けられ得る。これは荷重分配機構１１３によって相殺されるソルダボールグリッドアレイに対する追加的な不均一な応力を引き起こす。

１つの実施態様において、ソケット本体１０５は、荷重分配機構１１３によってソケットに加えられる荷重を分配するよう、さらに強化され得る。荷重分配機構１１３は、ネジ、ポスト若しくは類似部材、フック、ラッチ、又は、類似の結合機構のような、一組の軸方向部材１１５であり得る。荷重分配機構１１３は、回路板１１１を通じてソケット本体１０５に付着し得る。荷重分配機構１１３は、ソケット上のより高い或いは不均一な応力の地点で、ソケット本体１０５に取り付けられ得る。例えば、一組の４つのネジ１１５が、ＩＣチップパッケージ１０３上で荷重レバー１０９及び荷重板１０１によって加えられる荷重を受容し、結果的に、ソルダボールグリッドアレイ上の引張及び剪断荷重を軽減するよう、ソケットの隅部に配置され得る。荷重分配機構１１３は、鋼、プラスチック、又は、類似材料を含む如何なる材料からも作成され得る。

図１Ｂは、ランドグリッドアレイソケット及び荷重機構の１つの実施態様の断面の概略図である。概略図は、ソケット荷重機構によってソケット及びＩＣパッケージ１０３に加えられる荷重の分配を描写している。荷重レバー１０９及び荷重板１０１は、ソケット本体１０５及びＩＣパッケージ１０３に荷重１５１（小さい力線によって描写されている）を加える。この荷重の一部１５３は、軸方向部材１１５又は荷重分配機構の類似素子によって分配される。軸方向部材を通じた荷重のこの分配は、ソケット本体１０５を回路板１１１に結合するソルダボールグリッドアレイから圧力を取り除く。

以下にさらなる長さで議論されるべき実施態様において、荷重分配機構は、受板１６１又は類似素子を含み得る。受板１６１は、荷重の一部１５５をさらに分配し、回路板１１１の表面に亘る荷重の分配を均等にする。

加えて、荷重分配機構は、荷重に作用し、ソルダボールグリッドアレイに対する圧縮力を創成し、それによって、アレイ（配列）を強化し、ソルダボールグリッドアレイに対する引張又は剪断荷重又は環境応力のような他の力の効果を減少し得る。

図２は、一体的に形成される荷重分配機構を備えるランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、荷重分配機構２０１は、ソケット本体１０５の一体的な部分として形成され得る。ソケット本体１０５は、一組のポスト又は類似の荷重分配機構２０１を形成し得るプラスチック又は類似材料から形成され得る。１つの実施態様において、ソケット本体１０５の荷重分配機構２０１は、押出し、熱かしめ、超音波溶接、又は、類似プロセスによって、荷重分配機構と組み合わせられ得る。ソケット本体１０５は、それが回路板１１１上に配置されるときに、回路板に取り付けられ得る。荷重分配機構は、形状嵌め、スナップ嵌め、又は、類似の取付き機構によって、ソケット本体１０５を回路板１１１に結合し得る。ソケット本体１０５は、リフロープロセスによっても取り付けられ得る。

図３は、カム板を備える、ランドグリッドアレイソケット、ソケット荷重機構、及び、荷重分配機構の１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ＬＧＡソケット及び荷重分配機構は、カム板３０３を含む。カム板３０３は、荷重分配機構３０１の一部としてソケット３００に取り付けられ得る。荷重分配機構３０１は、カム板３０３を固定するよう、カム板３０３又は類似の取付け機構の相補部分を含み得る。１つの実施態様において、荷重分配機構３０１は、狭められた本体と拡大された頭部とを備えるポスト３０５を含む。ポスト３０５は、２つの素子を連結するよう、カム板３０３内の開口を通じて配置され得る。

カム板３０３は、如何なる形状又は大きさをも有し得る。カム板３０３は、回路板１１１の背部平面に当接する部分を有し得る。カム板３０３は、ポスト２０５又は類似の軸方向部材から受け取る荷重を回路板１１１の背部に亘ってさらに分配し、荷重分配機構３０１のポスト３０５又は類似の軸方向部材に対する支持をもたらす。カム板３０３は、鋼、プラスチック、又は、他の剛性材料を含む、如何なる材料からも形成され得る。カム板３０３は、荷重分配機構３０１の軸方向部材のそれぞれと結合するのに十分な如何なる形状又は寸法をも有し得る。

図４は、受板を含む荷重分配機構を備えるランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ＬＧＡソケットは、受板(back plate)４０３を備える荷重分配機構４０１を含み得る。受板４０３は、軸方向部材４０５（例えば、ポスト、ネジ、又は、類似素子）又は類似の取付け機構によって、回路板１１１及びソケット本体１０５を通じてソケット４００に取り付けられ得る。軸方向部材４０５は、受板４０３の相補部分を定め得るし、或いは、受板４０３に同様に取り付けられ得る。１つの実施態様において、荷重分配機構４０１は、受板４０３内の相補孔内に嵌入する形状及び大きさを備えるポスト４０５を含み得る。ポスト４０５は、２つの素子を連結するよう、受板４０３内の開口を通じて配置され得る。受板４０３は、形状嵌め、スナップ嵌め、連結素子、又は、類似の取付け機構を含む如何なる種類の結合機構によっても取り付けられ得る。

受板４０３は、如何なる形状又は大きさをも有し得る。受板４０３は、回路板１１１の背部平面に当接する部分を有し得る。受板４０３は、回路板１１１の背部に亘って荷重をさらに分配し、軸方向部材４０５及び荷重分配機構４０１の他の素子に対する支持をもたらす。受板４０３は、鋼、プラスチック、又は、剛性材料を含む如何なる材料からも形成され得る。

図５は、ソケット補強フレームと一体的に形成される締結具を備える、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構の１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ソケット補強フレーム５０１は、ソケット本体１０５及びソルダボールグリッドアレイに対する追加的な支持をもたらす。ソケット補強フレーム５０１は、荷重分配機構５０３と一体的に形成され得る。荷重分配機構５０３は、一組のポスト５０３、締結具、ラッチ、又は、類似の結合機構を含み得る。荷重分配機構５０３は、熱かしめ、超音波溶接、又は、類似プロセスによって、ソケット補強フレーム５０１と一体的に形成され得る。ソケット補強フレーム５０１は、荷重を回路板１１１及びボールグリッドアレイに亘って均一に分配するのを助けるよう、回路板１１１に直接的に取り付けられ得る。荷重分配機構５０３は、ボールグリッド上の不均一な荷重又は高い応力の地点に位置付けられ得る。荷重分配機構５０３は、荷重補強フレーム５０１のための取付け機構を提供し、形状嵌め、スナップ嵌め、ラッチ、又は、類似の結合機構によって、それを回路板１１１に固定し得る。

１つの実施態様において、ソケット補強フレーム５０１は、プラスチック、樹脂、又は、類似材料から形成され得る。ソケット補強フレーム５０１は、ソケット本体１０５の前又は後に、組立てプロセス中に回路板１１１上に配置され得る。ソケット本体１０５は、荷重がソケット本体１０５からソケット補強フレーム５０１に移り、次に、荷重分配機構５０３に移るのを可能にするよう、ソケット補強フレーム５０１と連結され得る。

図６は、大きい接触アレイ（配列)及び二重圧縮アレイ（配列)のためのランドグリッドアレイの１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ソケット及びソケット荷重機構は、荷重板６０１と、ソケット本体６０５と、ソケット荷重フレーム６０９と、絶縁体６１５と、受板６１７と、荷重分配機構及び類似素子を形成する締結具６１３及び６１９とを含み得る。

１つの実施態様において、ソケット荷重フレーム６０９は、荷重板６０１及び荷重レバー６０７のためのインターフェース及び荷重作用部材として働く。ソケット荷重フレーム６０９は、レバー６０７及び荷重板６０１からの荷重をソケット本体６０５及び受板６１７を含む荷重分配機構に移転し、受板は荷重を回路板６１１の背面に亘って均一に作用する。

１つの実施態様において、ソケット荷重フレーム６０９は、ソケット本体６０５に対する構造的インターフェースを有さなくてもよく、ソケット本体６０５の側部を参照する。ソケット荷重フレーム６０９は、金属、プラスチック、又は、それらの組み合わせから作成され得る。ソケット荷重フレーム６０９は、ソケット本体６０５の周りに周を形成する。ソケット荷重フレーム６０９及びソケット本体６０５は、受け入れられるべきＩＣのフットプリントに基づく寸法を有する。他の実施態様では、ソケット荷重フレーム６０９は、ソケット本体６０５と係合し得る。

１つの実施態様において、荷重板６０１は、ソケット荷重フレーム６０９と接続するヒンジ線の周りで回転し、ＩＣ６０３と接触する。荷重板６０１は、ヒンジ線の反対で荷重レバー６０７によって活性化され得る。荷重板６０１自体は、荷重レバー６０７インターフェースから一体的な熱スプレッダインターフェースへ約２：１機械的荷重利益を生成し得る。荷重板６０１は平坦になり、荷重板６０１内の開口を通じて突出するＩＣの頂部表面より下に留まる。

１つの実施態様において、荷重レバー６０７は、レバー６０７の回転が荷重板６０１上に荷重を生成するよう、ワイヤ内に偏心（オフセット）を有する。荷重レバー６０７は、約２０：１機械的利益を有する。荷重レバー６０７は、約４ポンド以下の力によって活性化され得る。荷重レバー６０７及び荷重板６０１は、組み合わせられると、ＩＣパッケージ６０３及びソケット本体６０５に応答して、１２０ポンド以上の力を加え得る。荷重レバー６０７が回転された後、それはソケット荷重フレーム６０９上のキャッチによって保持され得る。

１つの実施態様において、荷重分配機構の受板６１７は、回路板６１１内の孔及び一組の締結具６１３，６１９を通じてソケット荷重フレーム６０９に付着する。受板６１７は、ソケット荷重フレーム６０９からの反作用荷重をソケットの本体に亘って均一に分配する。受板６１７は、主板６１７の組立部品、ソケット荷重フレームからの荷重を支持するためのネジ６１３及びナット６１９のような一組の軸方向部材、及び、電気短絡を防止する受板６１７と回路板６１１との間の絶縁体６１５であり得る。

１つの実施態様において、ソケット、ソケット荷重機構、及び、荷重分配機構のこの構造は、ＩＣパッケージ６０３のランドとソケット本体６０５の相互接続部(インターコネクト)との間の電気接触を維持するよう、荷重板を通じて十分な（例えば、１２０ポンドを超える）力を生成することによって、１０００を越える接点を備えるＩＣパッケージの着座を支持し得る。さらに、ソケット本体６０５は、単一の圧縮相互接続部、即ち、ソルダボールグリッドアレイにはんだ付けされる相互接続部を有し得る。他の実施態様では、ソケットは、ソケット本体６０５の相互接続部を回路板６１１の回路経路と電気的に結合するためにソルダボールグリッドアレイが利用されない、二重圧縮ソケットであり得る。代わりに、一組の片持ちバネ又は類似の圧縮機構が、ソケットと回路板との間の接触を維持し得る。二重圧縮インターフェースの使用は、ソケット本体６０５及びＩＣパッケージ６０３に加えられるべきより大きいレベルの圧力を必要とする。荷重分配機構は、この付加的圧力を支持する。

図７Ａは、従来的なランドグリッドアレイソケットのためのボールグリッドアレイ上のランドを示すグラフである。グラフは、ソケット荷重中のボールグリッドアレイ７０１の隅部の高い引張荷重を示している。隅部での引張荷重は、１．５ニュートン以上であり得る。ソケット荷重は、ＬＧＡソケット内へのＩＣパッケージの配置に起因する荷重である。荷重は、荷重レバーに対する力の適用によって生成され、それは荷重板上でより大きい力に転換される。この荷重は、熱解決策の据付け又は搬送のような環境荷重又は類似の力を考慮に入れていない。

ソルダボールグリッドアレイの隅部に対する高い引張張力は、ソルダボールの亀裂を引き起こし得る。この問題は、通常動作からのプロセッサの温度サイクル、並びに、環境的、搬送、熱解決策取付け及び類似の事象及び条件によってさらに悪化され得る。これらの要因は、ソケットの意図される寿命である７年の寿命の前に、ソルダボールグリッドアレイ、よって、ソケットインターフェースの故障を招き得る。

この故障リスクは、ソケット内のＩＣパッケージの温度サイクルを制約し或いはソルダボールグリッドアレイ上の張力及び／又は剪断荷重を減少することによって緩和されなければならない。ＩＣパッケージは、摂氏７４度の温度レベルより下に維持されなければならない。この温度限界は、ソケット内のＩＣの性能を制約する。中央処理装置及びグラフィックプロセッサのようなより強力なＩＣは、高密度に取り込まれるチップ内で大量のエネルギを消費し、高温を生む。プロセッサの動作速度及び処理力が大きければ大きいほど、生成される温度はより高い。よって、温度制限は、プロセッサ処理力制限に直接的に変換する。

図７Ｂは、ランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様のためのソルダボールグリッドアレイに対する荷重を示すグラフである。グラフは、本発明の実施態様のためのソルダボールグリッドアレイの隅部での高い張力と置換した高い圧縮力７０３を示している。これはここに記載される荷重分配機構に対する荷重の移動の結果である。圧縮の地点のそれぞれは、荷重分配機構に対応し得る。この圧縮は、ボールグリッドアレイ又はソケットの損傷又は信頼性の減少を招く可能性は低い。実際には、それは支持をもたらし、グリッドアレイ内のソルダボールを強化する。

結果的に、ソケット内のプロセッサは、ソルダボールグリッドアレイを損傷する著しい危険性やソケットの故障を伴わずに、摂氏７４度を超える温度で動作し得る。これはソケットがより高速で動作し、より多くの動力を消費し、且つ、より多数のランドを有する、より強力なプロセッサを支持することを可能にする。

図７Ｃは、従来的なランドグリッドアレイソケット及び１つの実施態様のランドグリッドアレイソケットの比較最大引張荷重を示すグラフである。第一のバー７０５は、従来的なランドグリッドアレイソケットの最大引張荷重を表している。第二のバー７０７は、少なくとも１つの実施態様のランドグリッドアレイソケットの最大引張荷重を表している。従来的なランドグリッドアレイソケットは、１．６ニュートンの最大引張荷重を有するのに対し、実施態様は０．４８ニュートンの最大引張荷重を有する。

図８は、ランドグリッドアレイソケット及びソケット荷重機構のある実施態様を組み立てるためのプロセスの１つの実施態様のフロー図である。１つの実施態様において、ソケットの組立てプロセスは、据付けのための回路板の準備で開始し得る。回路経路及び回路板の他の素子は、ソケットの組立ての前に準備され得る。他の実施態様では、ソケット組立体は、他の回路板素子の準備中又は後に行われ得る。

１つの実施態様において、ボールグリッドアレイは、回路板上に配置され得る（ブロック８０１）。ボールグリッドアレイは、一組の回路経路端点の上に配置され得るし、或いは、類似に配置され得る。ソルダボールグリッドアレイは、ソルダボールグリッドアレイを創成するための如何なる技法をも用いて一組のソルダボールを創成するよう、はんだを加熱することによって配置され得る。１つの実施態様において、ソルダボールグリッドアレイが準備された後、ソケット本体がボールグリッドアレイの上に配置され得る（ブロック８０３）。ソケットは、ソケット本体内の接点をソルダボールグリッドアレイのボールと整列するよう配置される。各接点は、別個のデータ又は回路板からＩＣへの制御信号経路に対応する。もしソケット本体が、ソケット本体及び回路板のための追加的な結合機構をもたらす、一体化された或いは他の取付け機構、例えば、荷重分配機構を有するならば、ソケット本体も孔内に挿入され得るし、或いは、類似の方法で回路板に取り付けられ得る。他の実施態様では、組立てプロセスにおける後期まで、荷重機構又は類似の取付け機構が利用され得ない。

１つの実施態様では、ソケット本体が配置された後、リフロー作業が行われ得る（ブロック８０５）。リフロー作業は、ボールグリッドアレイを再加熱し、或いは、類似の方法でボールグリッドアレイを流動させる。ボールグリッドアレイをリフローすることは、グリッドアレイ内の各ボールがソケット内の接点に付着することを可能にする。これはソケットを回路板に取り付ける働きもする。リフロープロセスは、ソルダボールグリッドアレイがソケット内の隣接する接点に結合し且つ個々のボールが互いに接続し得ない地点まではんだをリフローしないのに十分なほどにソルダボールグリッドアレイを加熱するに過ぎない。他の実施態様では、ソケット本体は二重圧縮インターフェースであるので、リフロープロセスは利用されない。

１つの実施態様では、リフロープロセスが完了した後、ソケット補強体がソケット本体に付加され得る（ブロック８０７）。ソケット補強体は、連結機構又は類似の結合機構を使用して、ソケット本体に結合し得る。１つの実施態様において、ソケット補強フレームは、回路板に直接的に取り付けられなくてもよい。他の実施態様では、ソケット補強フレームは、フレームに一体的に形成され或いは取り付けられる一組の荷重分配機構を含み得る。荷重分配機構は、ソケットフレーム補強体を回路板上に取り付け、それによって、ソケット本体及びボールグリッドアレイのための追加的な支持をもたらすために使用され得る。

１つの実施態様において、荷重分配機構は、受板又はカム板を含み得る（ブロック８０９）。ソケット本体及びソケット補強体が所定位置に配置された後、カム板又は受板は、取付けのために位置付けられ得る。受板又はカム板を位置付けることは、受板又はカム板の整列孔又は取付け機構をソケット及び回路板の対応する孔又は取付け機構と整列することを含む。取付け機構がソケット本体又はソケットフレーム補強体と一体的に形成される実施態様では、受板又はカム板は、これらの構造に直接的に取り付けられ得る。

他の実施態様では、受板又はカム板をソケット又はソケット補強体に固定するために一組のポスト、ネジ、ドエル（だぼ）、又は、類似構造のような荷重分配機構締結具が使用され得る（ブロック８１１）。他の実施態様では、受板又はカム板を用いずに、荷重分配機構締結具は、ソケット本体又はソケット補強フレームの接続を強化し、組立て、荷重、温度サイクル、搬送、又は、ソケットの荷重に関連する類似プロセスによって引き起こされるソルダボールグリッドアレイ中の高い張力地点を軽減するために使用され得る。荷重分配機構は、相補的なネジ切り、形状嵌め、スナップ嵌め、又は、類似の取付け機構によって取り付けられ得る。

１つの実施態様では、ソケット本体及びソケット補強フレームが位置付けられ、荷重分配機構が所定位置に配置された後、荷重板がソケットに取り付けられ得る（ブロック８１３）。荷重板は、遊びヒンジ、組の連結部分として取り付けられ、或いは、同様の方法で取り付けられ得る（ブロック８１３）。荷重板は、ソケット本体及びソケット補強フレームとの関係で回転し得る。回転機構は、板の１つの縁部で、荷重板をソケット又はソケット補強フレームに取り付け得る。荷重板は、他の縁部に沿ってもソケットと連結し或いは係合し得る。

荷重レバーが、ソケット補強フレーム及び荷重板によって定められる受容通路内に配置されることによって、ソケット補強フレームに取り付けられ得る（ブロック８１５）。レバーは、ソケット補強体及び荷重板に回転可能に取り付けられ得る。レバーは、荷重板に対して十分な力を加えることによってソケット内にＩＣを固定するよう荷重板に対して力を加えるために使用され得る。レバーは、荷重板に力を加えるために、２０：１機械的利益を生成し得る。この力は、レバーが持ち上げられ、荷重板を解放し、荷重板が自由に回転することを可能にするまで、荷重板を閉塞位置に固定する。閉塞レバー位置を維持するために、荷重レバーが、閉塞ソケット位置内でキャッチ又は類似機構と係合し得る（ブロック８２１）。

１つの実施態様において、ソケット組立体は、主要素子のそれぞれがソケットに導入され且つ付加されたので、この段階で完了したとみなされる。ソケット及び回路板は、この状態で搬送され得るし、或いは、この段階で購入され得る。次に、ＩＣが使用者又は消費者によって荷重され得る。

他の実施態様では、ＩＣは組立てプロセスの一部として荷重され得る（ブロック８１７）。ＩＣは、ソケット本体内に配置され得る。ソケット本体は、ＩＣのランドがソケットの接点と適切に整列するのを保証するために、ＩＣと相補的な形状を有し得る。ＩＣ及びソケットは、ＩＣがソケットに対して特別な向きを有することを要求する形状を有し得る。ＩＣがソケット内に適切に位置付けられるや否や、荷重板はＩＣを覆うよう回転され得るし、レバーは荷重板に圧力を加えるよう活性化され得る（ブロック８１９）。レバーが完全に活性化されると、ＩＣは所定位置に係止され、レバーはキャッチ又は類似機構によって所定位置に保持され得る（ブロック８２１）。

図９Ａは、アドオンクリップを含む荷重分配機構を備えるランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、ソケット及びソケット荷重機構は、最終使用者動作温度がＩＣの故障の原因であり得る高性能ＩＣのためのソケットの信頼性を向上するために、ソケット又はソケット荷重機構に付着するアドオン素子を支持し得る。もしより低い動作温度を伴うより低価格帯のＩＣが使用されるならば、アドオン素子が使用される必要はない。このアプローチは、アドオンを具備しないより安価版のソケットが、最小要件で特定のＩＣのために使用されることを可能にし、且つ、アドオン素子を具備するより高価版が高性能ＩＣのために使用されることを可能にし、それによって、ＩＣを固定し高性能ＩＣを支持する増分アプローチを提供する。

１つの実施態様において、荷重分配機構は、ソケット補強フレーム１０７、ソケット本体、又は、ソケットの類似素子に取り付けられ得る一組のクリップ９０１Ａ，９０１Ｂを含み得る。アドオン部分は、如何なる数のクリップ９０１Ａ，９０１Ｂ、ラッチ、クランプ、又は、類似構造でもあり得る。これらの構造は、荷重分配機構の一部である一組の締結具９０５によって回路板１１１に結合され得る。荷重分配機構の締結具９０５は、クリップ９０１Ａ，９０１Ｂ及びソケットを回路板１１１に取り付ける、ポスト、ネジ、ドエル（だぼ）、又は、類似機構であり得る。アドオン素子は、ソケットフレーム１１１、ソケット本体、又は、ソケット９００の類似素子に形状嵌め、スナップ嵌め、掛止めし、或いは、類似の方法で結合し得る。

アドオン素子は、ソケットの信頼性を増分的に向上するために使用され得る。個々のアドオン素子が、信頼性の所望の増大又はＩＣの次等級以上のための支持のそれぞれのためにソケットに付加され得る。他の実施態様では、アドオン素子は、信頼性を向上するために組で増分的に付加され得る。例えば、１増分だけ信頼性を向上するよう、一組の２つのクリップ９０１Ａ，９０１Ｂがソケットに付加され得る。

１つの実施態様において、増分荷重分配機構は、回路板がアドオン素子を取り付けるための通孔又は類似素子を提供することによってアドオン素子を支持することを必要とし得る。

図９Ｂは、アドオン素子を備えるランドグリッドアレイソケットの１つの実施態様の概略図である。１つの実施態様において、アドオン素子は、受板９０３を含み得る。受板９０３は、他のアドオン素子が荷重分配機構の一部として増分的に取り付けられ得る素子を提供し得る。他の実施態様では、受板は、荷重分配機構のアドオン素子を取り付ける取付け構造を提供することによってアドオン素子が使用されることを可能にする、ソケットの標準的素子であり得る。

１つの実施態様において、組立てプロセスは、ハードウェア装置によって自動化され得る。他の実施態様では、これらの素子は、ソフトウェア（例えば、マイクロコード、アセンブリ言語、又は、より高いレベルの言語）において実施され得る。これらのソフトウェアのインプレメンテーションは、機械読取り可能な媒体上に記憶され得る。「機械読取り可能な」媒体は、情報を記憶し或いは移転し得る如何なる媒体をも含みうる。機械読取り可能な媒体の実施例は、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、光ディスク、又は、類似媒体を含む。

上記の明細書において、本発明の実施態様が、それらの具体的な実施態様を参照して記載された。しかしながら、付属の請求項中に示されるような本発明のより広い精神及び範囲から逸脱せずに、様々な修正及び変更がそれらに行われ得ることが明らかであろう。従って、明細書及び図面は、制限的な意味ではなく、むしろ例証的な意味で考慮されるべきである。

Claims (23)

1. チップパッケージに荷重を加える荷重板と、
   前記チップパッケージを受け入れるソケット本体と、
   前記荷重板からの前記荷重に作用する作用フレームと、
   前記ソケット本体及び前記作用フレームからの前記荷重を前記ソケット本体とプリント回路板との間の相互接続部に亘って均一に分配し、前記相互接続部内の引張荷重又は剪断荷重を減少するよう、前記ソケット本体をプリント回路板に結合し得る荷重分配機構とを含み、
   前記荷重板は、少なくとも１つのヒンジを含み、前記荷重分配機構は、前記ソケット本体に取り付けられる、
   装置。
2. 前記荷重分配機構は、前記荷重を前記プリント回路板の背部表面に亘って更に分配する受板を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記作用フレームに旋回可能に取り付けられ、前記荷重板に対して荷重を加え得る荷重レバーを更に含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記荷重分配機構は、前記プリント回路板を通じて前記ソケット本体に取り付けられる少なくとも１つの軸方向部材を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記荷重分配機構は、前記チップパッケージの隅部に対する応力を減少するよう、前記ソケット本体の隅部に隣接して前記プリント回路板を通じて前記ソケット本体に結合される、少なくとも１つの軸方向部材を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記ソケット本体は、９００を越える接点を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記ソケット本体は、ソルダボールグリッドアレイによって、前記プリント回路板に結合される、請求項１に記載の装置。
8. 荷重を前記プリント回路板の背部表面に亘って更に分配するカム板を更に含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記荷重分配機構は、温度サイクルによって引き起こされる相互接続不良を減少する、請求項１に記載の装置。
10. チップパッケージの固定における第一レベルの信頼性をもたらすために、前記チップパッケージを回路板に固定するランドグリッドアレイソケットを含み、
    前記チップパッケージの固定における第二レベルの信頼性をもたらすために、前記ランドグリッドアレイソケットに取り付けられる第一の取り外し可能な素子を含み、
    該第一の取り外し可能な素子は、前記チップパッケージを前記回路板に取り付けるよう前記回路板を通じて配置される軸方向部材を含み、前記第一の取り外し可能な素子は、前記ランドグリッドアレイソケットからの荷重を、前記ランドグリッドアレイソケットと前記回路板との間の相互接続部に亘って均一に分配し、前記相互接続部内の引張荷重又は剪断荷重を減少する、
    装置。
11. 前記チップパッケージの固定における第三レベルの信頼性をもたらすために、前記ランドグリッドアレイソケットと結合する第二の取り外し可能な素子を更に含み、該第二の取り外し可能な素子は、前記ランドグリッドアレイソケット又は前記第一の取り外し可能な素子に取り付けられるアドオン素子である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第一の取り外し可能な素子は、前記チップパッケージが前記ランドグリッドアレイソケットに固定された後、前記ランドグリッドアレイソケットと結合され得る、請求項１０に記載の装置。
13. 回路板と、
    該回路板に結合されるグラフィックプロセッサと、
    前記回路板に結合されるプロセッサ結合機構とを含み、
    該プロセッサ結合機構は、
    プロセッサに荷重を加える荷重板と、
    前記プロセッサを受け入れるソケット本体と、
    前記荷重板からの前記荷重に作用する作用フレームと、
    前記ソケット本体及び前記作用フレームからの前記荷重を前記ソケット本体と前記回路板との間の相互接続部に亘って均一に分配し且つ前記プロセッサ上の前記相互接続部内の引張荷重又は剪断荷重を減少するよう、前記ソケット本体を前記回路板に結合する荷重分配機構とを含み、該荷重分配機構は、前記ソケット本体に取り付けられる、
    システム。
14. 前記回路板の表面に結合されるソルダボールグリッドアレイを更に含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ボールグリッドアレイは、少なくとも９００のソルダボールを含む、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記荷重分配機構は、前記荷重を前記回路板の背部表面に亘って更に分配する受板を更に含む、請求項１３に記載のシステム。
17. 前記プロセッサ結合機構は、前記プロセッサ結合機構を前記プリント回路板に固定し且つ追加的な荷重分配をもたらすために、前記ソケット本体又は前記作用フレームに取り付け得る取り外し可能な結合機構を更に含み、該取り外し可能な結合機構は、前記荷重分配機構によって前記回路板に結合される、請求項１３に記載のシステム。
18. 回路板の上にソケット本体を配置するステップと、
    前記ソケット本体の上にソケット補強フレームを配置するステップと、
    荷重板を前記ソケット補強フレームに取り付けるステップと、
    荷重レバーを前記ソケット補強フレームに取り付けるステップと、
    前記ソケット本体および前記ソケット補強フレームからの荷重を前記回路板と前記ソケット本体との間の相互接続部に亘って均一に分配し、前記相互接続部内の引張荷重又は剪断荷重を減少するよう、前記ソケット本体を前記プリント回路板に締結する荷重分配機構を取り付けるステップとを含み、
    前記荷重板は、少なくとも１つのヒンジを含み、前記荷重分配機構は、前記ソケット本体に取り付けられる、
    方法。
19. 前記荷重分配機構に受板を取り付けるステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. チップパッケージを前記ソケット本体内に挿入するステップと、
    荷重を前記荷重板に対して配置するために、力を前記荷重レバーに加えるステップとを更に含む、
    請求項１８に記載の方法。
21. 前記相互接続部は、９００よりも多くのソルダボールを含む、請求項２１に記載の方法。
22. 少なくとも１つのクリップを前記ソケット補強フレームに締結するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記相互接続部は、二重圧縮アレイ又はソルダグリッドアレイのいずれか１つを含む、請求項１８に記載の方法。

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