JP5229104B2

JP5229104B2 - ソケット用プローブ、集積回路用ソケット及び電子装置

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Publication number: JP5229104B2
Application number: JP2009118248A
Authority: JP
Inventors: 伸明桐木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: JP2010267502A; US20100289515A1; US8471576B2

Description

本発明は、ソケット用プローブ、集積回路用ソケット及び電子装置に関する。

ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）デバイスを通電試験するため、これらデバイスをソケットに搭載して、電源や信号線と接続している。近年、デバイスを構成するＩＣチップの集積度が増加し、且つクロック速度が上昇しているため、デバイスに流れる電流が大きくなっている。

このため、デバイスの動作時の温度上昇が著しく、特に、このような発熱の著しいデバイスを冷却しながら、測定する試験などでは、ＩＣデバイスを効率良く冷却することが、要求されている。

このような観点から、プローブを有するソケットと、ＩＣデバイス間に空隙を設け、ソケット側面から、空隙に冷却流を流し、ＩＣデバイスを冷却する構成のソケットが、提案されている。又、ソケット側部に開口を設け、ソケット側部からの空気流で、ソケット及びプローブを冷却する構造のものも提案されている。

特開２００３−２９７９８９号公報（図１〜図７）特開２０００−２８４０２０号公報（図２〜図４）特開２００７−２７３２３３号公報（図２〜図１３）

近年のＩＣデバイスに流れる電流の増大に伴い、ＩＣデバイスのみならず、ＩＣデバイスに電流を供給するプローブ自体の発熱量も増大している。プローブの発熱量が増加すると、プローブの抵抗値が増大し、プローブの電力損失が大きくなる、このため、ＩＣデバイスに流せる電流量が制限される。

従来、ソケット自体又はプローブ自体を側面から冷却する構成のため、プローブの部分的な冷却しかできないため、プローブ全体を有効に冷却できない。このため、従来、消費電力の大きいＩＣ，ＬＳＩでは、プローブの抵抗による損失も大きく、プローブの発熱により、プローブの抵抗値が増大し、流せる電流量が制限され、有効な試験や動作を行うことが困難である。

又、プローブの発熱を考慮せずに、プローブからＩＣ，ＬＳＩに大電流を流すと、プローブの一部が溶解し、ソケットとしての機能が損傷するおそれがある。

従って、本発明の目的は、搭載する集積回路に、より多くの電流を流すソケット用プローブ、集積回路用ソケット及び電子装置を提供することにある。

この目的の達成のため、集積回路用ソケットは、一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続する集積回路用ソケットであり、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブを有するソケット本体と、前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有する。

又、この目的の達成のため、電子装置は、集積回路と、回路基板と、前記回路基板に設けられ、一方の面に前記集積回路を搭載するソケット本体と、前記回路基板側から冷媒を送風する送風ファンと、前記ソケット本体に設けられ、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブと、前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有する。

更に、この目的の達成のため、ソケット用プローブは、一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続するソケットのプローブにおいて、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造の本体と、且つ前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有する。

集積回路を搭載するソケットに設けられたプローブを中空構成としたため、冷媒が、プローブの中心を通過する際に、プローブの熱を奪いとり、加熱された冷媒を、ソケット側面方向に排出することができる。このため、プローブの直接的な冷却が可能となり、プローブの発熱による、プローブの抵抗値の増加を抑えることができる。これにより、集積回路に流せる電流値の増加が可能となる。

本発明の集積回路用ソケットの一実施の形態の構成図である。図１のＡ部拡大図である。図１、図２のプローブの斜視図である。図１、図２の集積回路用ソケットの側面明図である。本発明の一実施の形態の電子装置の断面図である。

以下、実施の形態の例を、集積回路用ソケット、電子装置、他の実施の形態の順で説明するが、開示のソケット用プローブ、半導体集積回路用ソケット及び電子装置は、この実施の形態に限られない。

（集積回路用ソケット）
図１は、本発明の集積回路用ソケットの一実施の形態の断面図、図２は、図１のＡ部拡大図、図３は、図１、図２のプローブの斜視図、図４は、図１の集積回路用ソケットの側面図である。

図１に示すように、集積回路用ソケット（以下、ソケットという）３は、集積回路チップを内蔵した集積回路パッケージ６−１を搭載した集積回路基板６を支持する。ソケット３は、プリント基板２上に設けられる。プリント基板２の裏面には、冷媒（空気）を送風するファン５が設けられる。

ソケット３には、プリント基板２の導電パターンと、集積回路基板６の電極（ピン）を電気的に接続する導電性プローブ１が、集積回路基板６の電極（ピン）数分、分離して設けられる。又、ソケット３の側面には、冷媒排出穴４が設けられる。

図２の拡大図に示すように、プローブ１は、内部が、中空の構造を有する。又、プローブ１は、上部筒１０、中央筒１２、下部筒１４と、コイルスプリング１６とで構成される。図３でも示すように、下部筒１４は、その最下面に、プリント基板２のパターンと接触する接触面１４−１が、円形状（又は、ドーナツ状）に設けられており、内部は、中空である。

又、上部筒１０は、その最上部に、凹凸部が形成されている。この凸部１０−１は、集積回路基板６の電極（ピン）６−２と接続するため、凸形状に形成される。又、凹部１０−２は、後述するように、プローブ１の内部を通過する冷媒を、横方向に排出するため、凹形状に形成される。図２、図３の例では、凹凸部１０−１、１０−２は、例えば、三角形で形成され、上部筒１０の最上部の筒に、複数（図では、８つ）設けられる。

上部筒１０も、内部は、中空である。中央筒１２は、コイルスプリング１６を収容し、且つ上部筒１０の下部を覆い、下部筒１４の上部を覆う。スプリングコイル１６は、上部筒１０の下面と下部筒１４の上面に設けられ、上部筒１０と下部筒１４とを電気的に接続するとともに、上部筒１０を上方に、下部筒１４を下方に付勢する。又、中央筒１２も、上部筒１０と下部筒１４とを電気的に接続する。

図２に示すように、ソケット３は、上部に、集積回路基板６を側面で支持する第１のブロック３−１と、集積回路基板６と、ソケット３の間に空隙を与えて、集積回路用基板６を支持する第２のブロック３−２を有する。この第２のブロック３−２に、冷媒排出穴４が設けられる。図４の側面図に示すように、冷却排出穴４は、ソケット３の側面に、ソケット３のプローブ１が設けられた位置に、多数設けられる。

図２のように、プリント基板２のスルーホール２−２に、ソケット３のプローブ１の中空部分を位置決めし、プリント基板２に、ソケット３を取り付ける。この状態で、ソケット３に、集積回路基板６を設置し、集積回路チップの試験を行う。

この時、ソケット３に設けられたプローブ１の下部筒１４は、その最下面で、接触面１４−１が、プリント基板２のパターン２−１と接触する。又、ソケット３は、集積回路基板６を、空隙を設けて支持するが、プローブ１のコイルスプリング１６により、上部筒１０が、集積回路基板６の電極６−２に接触する。正確には、上部筒１０の凸部１０−１が、集積回路基板６の電極６−２に接触する。

このため、プローブ１は、プリント基板２のパターン２−１と、集積回路基板６の電極６−２との電気的導通をとるとともに、プリント基板２のスルーホール２−２から、ソケット３の空隙への冷媒流路を形成する。

この構成の動作を説明する。図１の送風ファン５が、プリント基板２の裏面に、冷媒（空気）を送風する。冷媒は、圧力により、プリント基板２のスルーホール２−２内を通過し、プローブ１の内部に流れる。プローブ１の下部筒１４の接触面１４−１は、冷媒が漏れないように、平面状に形成されているため、冷媒は、漏れることなく、プローブ１の内部を通過し、通過の際に、プローブ１の熱を奪い、冷却する。

加熱された冷媒は、プローブ１の上部筒１０の凹凸部の凹部１０−２から、側面方向に排出される。プローブ１の上部筒１０から流れ出た冷媒は、集積回路基板６の下の空隙を通過し、ソケット３の外周部に設けられた排出用穴４から、外部に排出される。即ち、集積回路基板６とソケット３の間に設けられた空隙は、冷媒が移動する空間を形成し、この空間は、排出用穴４で、外部と流通する。

このように、冷媒が、プローブ１の中心を通過する際に、プローブ１の熱を奪いとり、加熱された冷媒を、ソケット側面方向に排出することができる。このため、プローブ１の直接的な冷却が可能となり、プローブ１の発熱による、プローブ１の抵抗値の増加を抑えることができる。これにより、集積回路に流せる電流値の増加が可能となる。

特に、プローブを設けたソケットを利用すると、プリント基板２のパターン２−１との接触部と、集積回路基板６の電極６−２との接触部で、発熱が多く、抵抗値が高くなりやすい。しかし、本実施の形態では、冷媒が、プローブ１の中心を通過する際に、プローブ１の熱を奪いとり、加熱された冷媒を、ソケット側面方向に排出するため、この接触部を直接冷却ことができ、抵抗値の増加を直接的に抑えることができる。

又、プローブ１を中空にするだけのため、ソケットのサイズ（ピン数）を変更することなく、実現できる。更に、加熱された冷媒を、ソケット側面に排出するため、加熱された冷媒が、集積回路パッケージ６−１に直接触れることがなく、集積回路パッケージ６−１の不要な加熱を防止できる。

しかも、プローブ１の上部筒１０の凹凸を設けているため、電気的接続と、冷媒の排出を同時に実現できる。又、スプリングコイル１６により、プローブ１の電気的接触を保証できる。

（電子装置）
図５は、本発明の集積回路用ソケットを使用した電子装置の一実施の形態の断面図である。

図５に示すように、集積回路用ソケット（以下、ソケットという）３は、集積回路チップを内蔵した集積回路パッケージ６−１を搭載した集積回路基板６を支持する。ソケット３は、プリント基板２上に設けられる。プリント基板２の裏面には、冷媒（空気）を送風するファン５が設けられる。

図１乃至図４で説明したように、ソケット３には、プリント基板２の導電パターンと、集積回路基板６の電極（ピン）を電気的に接続するプローブ１が、集積回路基板６の電極（ピン）数分、分離して設けられる。又、ソケット３の側面には、冷媒排出穴４が設けられる。

更に、集積回路パッケージ６−１の上部には、ヒートシンク７が設けられ、ヒートシンク７の上に、第２の冷却ファン８が設けられる。ヒートシンク７には、多数のフィンが設けられ、このフィンを冷却するように、第２の冷却ファン８が設けられる。

このため、集積回路パッケージ６−１は、接触するヒートシンク７により放熱され、且つヒートシンク７は、第２の冷却ファン８で、冷却される。

一方、送風ファン５が、送風する冷媒（空気）が、プローブ１の中心を流れ、プローブ１の内部を通過し、通過の際に、プローブ１の熱を奪い、冷却する。加熱された冷媒は、プローブ１の上部筒１０の凹凸部の凹部１０−２から、側面方向に排出され、集積回路基板６の下の空隙を通過し、ソケット３の外周部に設けられた排出用穴４から、外部に排出される。このように、冷媒が、プローブ１の中心を通過する際に、プローブ１の熱を奪いとり、加熱された冷媒を、ソケット側面方向に排出することができる。

このため、集積回路パッケージ６−１が冷却されるとともに、プローブ１の直接的な冷却が可能となり、プローブ１の発熱による、プローブ１の抵抗値の増加を抑えることができる。これにより、集積回路に流せる電流値の増加が可能となり、高速で消費電力の大きい大規模集積回路（ＬＳＩ）の試験や、動作を安定に実行できる。特に、加速試験では、高温環境下で、高速にＬＳＩを動作するため、極めて有効である。又、このＬＳＩとしては、高速のプロセッサや消費電力の大きい電力用半導体が好適である。

更に、送風ファン５と第２のファンの送風方向は、反対方向であっても、同一方向であっても良い。例えば、送風ファン５と第２のファンの送風方向を、同一方向とすると、全体の空気流の方向が同一となり、又、加熱された空気は、上方に上がるため、好ましい。

（他の実施の形態）
前述の実施の形態では、プローブ１の凹凸を、三角形としているが、台形や円弧形状等他の形状を採用できる。又、排出用穴４も、円形のみならず、方形等を採用できる。更に、プローブ１も円形筒の形状のみならず、三角形、方形等でも良い。

以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、本発明は、種々の変形が可能であり、本発明の範囲からこれらを排除するものではない。

（付記１）
一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続する集積回路用ソケットにおいて、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブを有するソケット本体と、前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有することを特徴とする集積回路用ソケット。

（付記２）
前記プローブは、前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有することを特徴とする付記１の集積回路用ソケット。

（付記３）
前記ソケット本体は、前記一方の面で、前記搭載された前記集積回路との間に空間が形成されるように、前記集積回路を支持する側面ブロックを有し、前記側面ブロックに、前記排出口を設けたことを特徴とする付記２の集積回路用ソケット。

（付記４）
前記プローブの上部は、前記集積回路の電極と接触する凸部と、前記冷媒を前記空間に排出する凹部とを有し、前記プローブの下部は、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する平面を有することを特徴とする付記３の集積回路用ソケット。

（付記５）
前記プローブは、前記集積回路の電極と接触する凸部と、前記冷媒を前記空間に排出する凹部とを有する中空の上部と、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する中空の下部とを有することを特徴とする付記４の集積回路用ソケット。

（付記６）
前記上部と、前記下部の間に、設けられた導電性の弾性部材と、前記弾性部材を覆う中空の中央部とを更に有することを特徴とする付記４の集積回路用ソケット。

（付記７）
集積回路と、回路基板と、前記回路基板に設けられ、一方の面に前記集積回路を搭載するソケット本体と、前記回路基板側から冷媒を送風する送風ファンと、前記ソケット本体に設けられ、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブと、前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有することを特徴とする電子装置。

（付記８）
前記プローブは、前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有することを特徴とする付記７の電子装置。

（付記９）
前記ソケット本体は、前記一方の面で、前記搭載された前記集積回路との間に空間が形成されるように、前記集積回路を支持する側面ブロックを有し、前記側面ブロックに、前記排出口を設けたことを特徴とする付記８の電子装置。

（付記１０）
前記プローブの上部は、前記集積回路の電極と接触する凸部と、前記冷媒を前記空間に排出する凹部とを有し、前記プローブの下部は、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する平面を有することを特徴とする付記９の電子装置。

（付記１１）
前記プローブは、前記集積回路の電極と接触する凸部と、前記冷媒を前記空間に排出する凹部とを有する中空の上部と、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する中空の下部とを有することを特徴とする付記１０の電子装置。

（付記１２）
前記上部と、前記下部の間に、設けられた導電性の弾性部材と、前記弾性部材を覆う中空の中央部とを更に有することを特徴とする付記１１の電子装置。

（付記１３）
前記集積回路の上部に設けられ、前記集積回路を冷却する冷却機構を更に有することを特徴とする付記７の電子装置。

（付記１４）
前記冷却機構は、前記集積回路に設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクを冷却する第２のファンとを有することを特徴とする付記１３の電子装置。

（付記１５）
一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続するソケットのプローブにおいて、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造の本体と、前記本体の前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有することを特徴とするソケット用プローブ。

（付記１６）
前記プローブの上部は、前記集積回路の電極と接触する凸部と、冷媒を排出する凹部とを有し、前記プローブの下部は、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する平面を有することを特徴とする付記１５のソケット用プローブ。

（付記１７）
前記プローブは、前記集積回路の電極と接触する凸部と、前記冷媒を前記空間に排出する凹部とを有する中空の上部と、前記回路基板のスルーホールの周囲の前記導電パターンと接触する中空の下部とを有することを特徴とする付記１６のソケット用プローブ。

（付記１８）
前記上部と、前記下部の間に、設けられた導電性の弾性部材と、前記弾性部材を覆う中空の中央部とを更に有することを特徴とする付記１７のソケット用プローブ。

１導電性プローブ
２回路基板（プリント板）
２−１電極パターン
２−２スルーホール
３ソケット本体
３−１，３−２側面ブロック
４排出穴
５送風ファン
６集積回路基板
６−１集積回路
６−２電極
１０上部筒
１０−１凸部
１０−２凹部
１２中央筒
１４下部筒
１６スプリングコイル（弾性部材）

Claims

一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続する集積回路用ソケットにおいて、
他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブを有するソケット本体と、
前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有する
ことを特徴とする集積回路用ソケット。
前記プローブは、前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有する
ことを特徴とする請求項１の集積回路用ソケット。
前記ソケット本体は、前記一方の面で、前記搭載された前記集積回路との間に空間が形成されるように、前記集積回路を支持する側面ブロックを有し、
前記側面ブロックに、前記排出口を設けた
ことを特徴とする請求項２の集積回路用ソケット。
集積回路と、
回路基板と、
前記回路基板に設けられ、一方の面に前記集積回路を搭載するソケット本体と、
前記回路基板側から冷媒を送風する送風ファンと、
前記ソケット本体に設けられ、他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造を有する複数のプローブと、
前記ソケット本体の側面に設けられ、前記回路基板のスルーホールから前記プローブ内を通過する冷媒を排出する排出口とを有する
ことを特徴とする電子装置。
前記プローブは、前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有する
ことを特徴とする請求項４の電子装置。
前記ソケット本体は、前記一方の面で、前記搭載された前記集積回路との間に空間が形成されるように、前記集積回路を支持する側面ブロックを有し、
前記側面ブロックに、前記排出口を設けた
ことを特徴とする請求項５の電子装置。
一方の面に集積回路を搭載し、回路基板と前記集積回路とを電気的に接続するソケットのプローブにおいて、
他方の面に設けられた前記回路基板の導電パターンと前記一方の面に設けられた集積回路の電極とを電気的に接続し、且つ中空の構造の本体と、
前記本体の前記集積回路と接触する上部に、凹凸形状に形成された部分を有する
ことを特徴とするソケット用プローブ。