JP5293487B2 - コネクタ、半導体モジュール、半導体装置の実装方法及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタ、半導体モジュール、半導体装置の実装方法及び半導体モジュールの製造方法に関する。

近年、半導体装置の実装の高密度化に伴い、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）型の半導体装置に比べて高密度化を図ることができるＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型の半導体装置が実用化されている。

ＬＧＡ型の半導体装置は、半導体素子と半導体素子を搭載するパッケージ基板とを有しており、パッケージ基板は、半導体素子が搭載される面と反対側の面に、規則的に配列された電極パッドを備えている。

ＬＧＡ型の半導体装置を配線基板に実装する際は、例えばパッケージ基板の上方にヒートシンク、パッケージ基板と配線基板との間にコネクタ、配線基板の下方に補強板をそれぞれ配置し、ヒートシンクと補強板との間を四隅に設けたネジで締結する。これにより、パッケージ基板およびコネクタが機械的に押圧され、半導体装置と配線基板とが電気的に接続される。この接続方法によれば、半導体装置の交換が容易であるため、実装歩留まりの向上を図ることができる。

特許第４０３６７４２号公報 特開２００３−６９１８７号公報 特開２００４−１６５５８６号公報 特開２００７−１６５１４９号公報

しかし、ヒートシンクと補強板との間をネジで締結した場合、ヒートシンクの四隅を起点とした傾きまたは反りにより、パッケージ基板と配線基板との間に介在するコネクタへの押圧が不均一となり、パッケージ基板と配線基板との接続不良（導通不良）の発生を招く恐れがある。また、ＬＧＡ型の半導体装置を実装する際に、ネジの締結順序により、ネジ毎に荷重分布が異なる恐れがある。このため、コネクタと、パッケージ基板の電極パッドおよび配線基板の電極パッドとの接触圧力が場所により異なることにより、導通不良が発生する恐れがある。

本発明は、配線基板およびパッケージ基板との接続信頼性の向上を図ることができるコネクタ、半導体モジュール、半導体装置の実装方法及び半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

発明の一観点によれば、フレ−ムと、前記フレームに備えられた貫通孔と、前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備えた接続端子と、前記中空部内に配置されたカムと前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有するコネクタが提供される。

発明の別の一観点によれば、半導体装置と、コネクタを介して前記半導体装置と電気的に接続された配線基板とを有し、前記コネクタは、フレ−ムと、前記フレームに備えられた貫通孔と、前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、前記中空部内に配置されたカムと前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有する半導体モジュールが提供される。

発明の別の一観点によれば、フレ−ムと、前記フレームに備えられた貫通孔と、前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、前記中空部内に配置されたカムと、前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有するコネクタを配線基板上に配置する工程と、前記コネクタ上に半導体装置を配置し、前記接続端子を介して前記基板と前記半導体装置とを電気的に接続する工程とを有し、 前記接続する工程は、前記半導体装置を前記配線基板に押圧しながら前記カムを回転させ、前記回転により前記接続端子の高さを変化させる半導体装置の実装方法が提供される。

発明の別の一観点によれば、フレ−ムと、前記フレームに備えられた貫通孔と、前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、前記接続端子に備えられた中空部内に配置されたカムと、前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有するコネクタを配線基板上に配置する工程と、前記コネクタ上に半導体装置を配置し、前記接続端子を介して前記基板と前記半導体装置とを電気的に接続する工程とを有し、前記接続する工程は、前記半導体装置を前記配線基板に押圧しながら前記カムを回転させ、前記回転により前記接続端子の高さを変化させる半導体装置モジュールの製造方法が提供される。

上述の観点によれば、コネクタと配線基板、およびパッケージ基板との接続信頼性の向上を図ることができる。

図１は、実施例１におけるコネクタを用いた半導体装置モジュールを示す模式図である。 図２は、実施例１におけるコネクタの外形を示す平面図である。 図３は、実施例１におけるコネクタの一部を拡大した模式図である。 図４は、実施例１におけるフレームの平面図である。 図５は、実施例１におけるコネクタを用いた半導体装置の実装方法、半導体モジュールの製造方法を示す工程断面図である。 図６は、実施例１における半導体装置を配線基板に実装する前後における、コネクタの状態を説明するための断面図である。 図７は、実施例１における図３（ｂ）に示す一点鎖線Ｃ−Ｃ’におけるコネクタの断面図である。 図８は、実施例１におけるコネクタを介してパッケージ基板と配線基板とを接続した際に、傾きが発生したコネクタの接続状態を示す断面図である。 図９は、実施例１におけるコネクタの変形例を示す模式図である。 図１０は、実施例１におけるフレームの変形例を示す断面図である。 図１１は、実施例１におけるフレームの製造方法を示す工程断面図（その１）である。 図１２は、実施例１におけるフレームの製造方法を示す工程断面図（その２）である。 図１３は、実施例１における、打ち抜き法を用いたカムの製造方法を示す工程断面図である。 図１４は、実施例１における、カムにシャフトを接続する工程を示す工程断面図である。 図１５は、実施例１におけるコネクタの製造方法を示す工程平面図（その１）およびその断面図である。 図１６は、実施例１におけるコネクタの製造方法を示す工程平面図（その２）である。 図１７は、実施例１におけるコネクタの変形例の製造方法を示す工程平面図（その１）である。 図１８は、実施例１におけるコネクタの変形例の製造方法を示す工程平面図（その２）である。 図１９は、実施例２におけるコネクタを示す模式図である。 図２０は、実施例２におけるコネクタを介してパッケージ基板と配線基板とを接続した際の、コネクタの接続状態を示す断面図である。 図２１は、実施例３におけるコネクタを示す模式図である。 図２２は、実施例３におけるコネクタを介してパッケージ基板と配線基板とを接続した際の、コネクタの接続状態を示す断面図である。 図２３は、実施例３におけるコネクタの変形例を示す断面図である。 図２４は、コネクタの変形例を介してパッケージ基板と配線基板とを接続した際の、コネクタの状態を示す断面図である。 図２５は、実施例３におけるコネクタの別の変形例を示す模式図である。 図２６は、コネクタの別の変形例を介してパッケージ基板と配線基板とを接続した際の、コネクタの接続状態を示す断面図である。 図２７は、実施例４におけるコネクタの外形を示す平面図である。 図２８は、実施例４におけるコネクタの変形例の外形を示す平面図である。 図２９は、実施例４におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その１）である。 図３０は、実施例４におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その２）である。 図３１は、実施例５におけるコネクタの外形を示す平面図である。 図３２は、実施例５におけるコネクタの変形例の外形を示す平面図である。 図３３は、実施例５におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その１）である。 図３４は、実施例５におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その２）である。 図３５は、実施例５におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その３）である。 図３６は、実施例５におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図（その４）である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

実施例１について、図１乃至図６を参照して説明する。

図１は、実施例１におけるコネクタを用いた半導体モジュールを示す模式図である。図１に示すように、半導体装置１０はコネクタ２０を介して配線基板３０上に実装されている。半導体装置１０は、半導体装置１０の上面に配置されたヒートシンク４０と、配線基板３０の下面に設けた補強板５０との間のネジ６０によって固定されている。

以下、コネクタを用いた半導体モジュールの各部の詳細について説明する。

半導体装置１０は、例えば厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の半導体チップ１１と、半導体チップ１１がバンプ１２を介して搭載された厚さ０．１５ｍｍ〜２ｍｍ程度のパッケージ基板１３と、パッケージ基板１３の下面に規則的に備えられたランド電極１４と、半導体チップ１１の上面を覆う厚さ０．８ｍｍ〜１ｍｍ程度のヒートスプレッダ１５とを有している。

パッケージ基板１３は、例えばガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリイミド、セラミック等の基板基材の両面に、ＣｕまたはＡｌを含む配線パターンが形成された基板を用いることができる。

ランド電極１４は、例えばパッケージ基板１３側から厚さ１０μｍ〜４０μｍ程度のＣｕ、厚さ約３μｍのＮｉ、厚さ０．１μｍ〜０．５μｍ程度のＡｕを順次積層した電極を用いることができる。

ヒートスプレッダ１５は、半導体チップから発生した熱を広範囲で吸収してヒートシンク４０に伝達する機能を有しており、例えば厚さ約１ｍｍのＣｕを含む材料を用いることができる。

配線基板３０は、例えばガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂、ポリイミド等の基板基材の両面に、ＣｕまたはＡｌを含む配線パターンが形成されている。また、配線パターンの一部として、パッケージ基板１３のランド電極１４に対応する位置に、電極パッド３１が規則的に配置されている。

ヒートシンク４０は、放熱する半導体装置１０を冷却する機能を有しており、例えば厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍ程度のＡｌを含む材料を用いることができる。ヒートシンク４０および補強板５０の四隅近傍には、バネ６１，６２が設けられたネジ６０が貫通して設けられている。バネ６１，６２上に配置したナット６３，６４を用いてネジ６０をそれぞれ締結することにより、半導体装置１０と配線基板３０との間に介在するコネクタ２０が押圧され、半導体装置１０がコネクタ２０を介して配線基板３０に固定されている。

補強板５０は、半導体装置１０を配線基板３０にネジ６０で固定する際に、配線基板３０を補強する機能を有しており、例えば厚さ２．５ｍｍ〜３ｍｍ程度のステンレスの板材を用いることができる。

続いて、本発明に係るコネクタ２０について、図２を参照して説明する。

図２は、実施例１におけるコネクタ２０の外形を示す平面図である。

コネクタ２０は、図２に示すように、例えば厚さ１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のフレーム２１と、フレーム２１に設けられた貫通孔２２内に配置され、フレーム２１の両面から突出した上端部および下端部を備えた接続端子２３とを有している。

図３は、実施例１におけるコネクタ２０の一部を拡大した模式図であり、図３（ａ）は、図２に示す一点鎖線Ａ−Ａ’におけるコネクタ２０の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す一点鎖線Ｂ−Ｂ’におけるコネクタ２０の平面図である。

コネクタ２０はさらに、図３に示すように、接続端子２３の、フレーム２１が延在する方向に設けられた凹状の中空部２４と、中空部２４内に配置されたカム２５と、カム２５に備えられたシャフト２６とを有している。

また、図２および図３に示すように、接続端子２３に設ける中空部２４の位置を適宜選択することができる。例えば、半導体装置１０の反り方向の傾向が既知である場合に、半導体装置１０と配線基板３０との間隙が大きくなる方向の面に中空部２４を設けることにより、接続端子２３による接触をより確実に行うことができる。ただし、図２に示すように、シャフト２６は同一方向に延在するように配置した方が製造上好ましい。

図４は、実施例１におけるフレーム２１の平面図である。フレーム２１は、コネクタ２０の基材として用いられ、接続端子２３を配置するための貫通孔２２と、シャフト２６を導入するための溝部２８とを有している。フレーム２１の材料としては、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン等の絶縁性の材料を用いることができる。

図３に戻り、接続端子２３は、パッケージ基板１３のランド電極１４と配線基板３０の電極パッド３１との電気的接続を得るために設けられたものであり、実施例１では、接続端子２３は球形状を有している。接続端子２３は、フレーム２１の、パッケージ基板１３のランド電極１４に対応する位置に埋め込まれるように配置されており、なお且つ配線基板３０の電極パッド３１に対応する位置に配置されている。

コネクタ２０を介して半導体装置１０を配線基板３０に実装する際には、接続端子２３の上端部をランド電極１４、下端部を電極パッド３１にそれぞれ接触させる。そのため、隣接する接続端子２３同士の間隔（ピッチ）は、半導体装置１０のランド電極１４のピッチに対応している。ランド電極１４のピッチが１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である場合、接続端子の直径は、例えば０．７ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲が好ましい。

接続端子２３の材料としては、導電性および弾性を有する樹脂が好ましい。樹脂としては、例えばウレタン樹脂、オレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性材料や、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、イソプロピレンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴムを用いることができる。

樹脂中に分散させる導電性フィラーとしては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ等の単体金属を用いることができる。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金、ステンレス、はんだ、ベリリウム銅、青銅、リン青銅、黄銅等の合金や、カーボンやセラミックス等の粒子の表面に金属コーティング等の処理を施した導電性粒子を用いることもできる。８５℃を超える温度下における耐熱性や、機械的特性、耐久性を鑑みると、接続端子２３の材料としてはＡｇ粒子を分散させたシリコーンゴムが好ましい。

中空部２４は、カム２５を回転させるための空間を担っており、実施例１では凹状に設けられている。このように、中空部２４を凹状に設けることにより、カム２５の回転に伴う接続端子２３の上下方向の変形が容易になるため、接続端子の高さを半導体装置１０と配線基板３０との間隙の変化に追従させやすくなる。

カム２５は、回転軸に垂直な断面の中心と外周との距離が場所により異なった形状を有している。カム２５の断面形状としては 、カム２５が回転した際に接続端子２３を変形させることができる形状、例えば長径が０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ、短径が長径よりも小さく、且つ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲の楕円形が好ましい。

カム２５の材料としては、熱プレス成形、ブロー成形又は射出成形により容易に加工可能な材料が好ましい。例えばウレタン樹脂、オレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂を含む熱可塑性材料や、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、イソプロピレンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴムを用いることができる。

さらに、カム２５の材料として、例えばセラミックスや、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エポキシ樹脂、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）共重合樹脂、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン等の絶縁性の樹脂材料を用いることもできる。また、上述の樹脂材料にめっき等の表面処理を施したものや、複数の樹脂材料を配合したものを用いることもできる。

さらに、カム２５の材料として金属材料を用いることもできる。例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ等の単体金属類や、Ｆｅ−Ｎｉ合金、ステンレス、はんだ、ベリリウム銅、青銅、リン青銅、黄銅等の合金を用いることができる。

シャフト２６はカム２５に接続されており、カム２５は、中空部２４の中でシャフト２６を回転軸とした回転動作を行うことができる。シャフト２６の寸法としては、例えば直径０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍ、長さ約１ｍｍの寸法が好ましい。なお、後述するように、シャフトの断面を蒲鉾状とすると更に好ましい。

シャフト２６の材料としては、熱プレス成形、ブロー成形又は射出成形により容易に加工可能な材料が好ましい。例えばウレタン樹脂、オレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂を含む熱可塑性材料や、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、イソプロピレンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴムを用いることができる。

次に、本発明に係るコネクタ２０を用いて半導体装置１０を配線基板３０に実装する方法、半導体モジュールの製造方法を説明する。

図５は、実施例１におけるコネクタを用いた半導体装置の実装方法、半導体モジュールの製造方法を示す工程断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、配線基板３０上に接続端子２３を備えたコネクタ２０を配置する。電極パッド３１が接続端子２３に接するように位置合わせをしながら、コネクタ２０を配線基板３０上に搭載する。

次に、図５（ｂ）に示すように、コネクタ２０上に半導体装置１０を配置する。接続端子２３がランド電極１４に接するように位置合わせをしながら、コネクタ２０上に半導体装置１０を搭載する。

続いて、図５（ｃ）に示すように、半導体装置１０上にヒートシンク４０、配線基板３０の下面に補強板５０を設け、ヒートシンク４０および補強板５０の四隅近傍にバネ６１，６２が設けられたネジ６０を貫通させて締結する。ネジ６０の締結により、パッケージ基板１３と配線基板３０との間に介在するコネクタ２０が押圧され、半導体装置１０が配線基板３０に固定される。

なお、コネクタ２０が押圧される際に、接続端子２３の中空部２４内に設けられたカム２５が、半導体装置１０と配線基板３０との間隙の大きさに応じて回転する。この回転により接続端子２３の高さが変化し、半導体装置１０と配線基板３０との電気的な接続を行うことができる。この動作については後述する。

以上の方法により、接続端子２３を介して半導体装置１０と配線基板３０とを電気的に接続し、半導体モジュールを製造することができる。

次に、カムの回転動作について、図６乃至図８を参照して説明する。

図６は、半導体装置１０を配線基板３０に実装する前後における、コネクタ２０の状態を説明するための断面図であり、図６（ａ）は実装前のコネクタ２０、図６（ｂ）は実装後の、パッケージ基板１３と配線基板３０の間のコネクタ２０の状態を示している。

半導体装置１０を配線基板３０に実装する前は、図６（ａ）に示すように、カム２５の長径方向がフレーム２１の厚さ方向を向いている。この時、フレーム２１に両端が固定されているシャフト２６はねじれておらず、接続端子２３のフレーム２１の厚さ方向の高さは最大となっている。

半導体装置１０をコネクタ２０の上に設置し、半導体装置１０と配線基板３０との間をネジ６０で締結すると、図６（ｂ）に示すように、コネクタ２０の接続端子２３は上下からの圧力によって変形し、これに伴い接続端子２３内のカム２５が回転する。

ここで、カム２５が回転してもシャフト２６の両端は回転しないため、シャフト２６にねじれが生じる。シャフト２６がねじれた状態になると、ねじりバネの復元作用によって傾いたカム２５に復元力が働くため、復元力により接続端子２３がフレーム２１の断面方向を向く。これにより、接続端子２３による押圧をランド電極１３および電極パッド３１に印加することができる。上述の構成により、半導体装置１０と配線基板３０との電気的接続を、はんだ付けをせずに確実に行うことができる。

図７は、図３（ｂ）に示す一点鎖線Ｃ−Ｃ’におけるコネクタ２０の断面図である。

シャフト２６をフレーム２１に固定する方法としては、例えばシャフト２６の表面の一部を面取り加工により平坦部２７を形成し、平坦部２７の形成によって得られる蒲鉾状の断面形状を有するシャフト２６を、フレーム２１側に設けた溝２８に導入する方法を用いることができる。すなわち、シャフト２６に、長さ方向に延在する平坦部２７を設けることにより、平坦部２７が回り止めとして機能し、シャフト２６が回転することなくシャフト２６の両端部をフレーム２１に固定することができる。

図８は、実施例１におけるコネクタ２０を介してパッケージ基板１３と配線基板３０とを接続した際に、傾きが発生したコネクタ２０の接続状態を示す断面図である。

図８に示すように、傾きが発生すると、パッケージ基板１３と配線基板３０との間隙は不均一となり、接続端子２３内のカム２５の角度は、間隙の大きさに応じて変化する。カム２５は、間隙が小さくなるにつれて接続端子２３の中で回転し、カム２５の長径方向がフレーム２１が延在する方向を向くように変化する。このカム２５の回転動作によって、接続端子２３の高さを間隙の大きさに応じて変化させることができる。

上述のカム２５の回転動作によれば、半導体装置１０を実装する際に、コネクタ２０への押圧が不均一となった場合や、ネジ６０毎に荷重分布が異なった場合でも、接続端子２３と、ランド電極１３および電極パッド３１との電気的な接続を維持することができる。

また、球形状を有する接続端子２３を用いると、フレーム２１から突出する上端部および下端部は半球状となるため、半導体装置１０を配線基板３０に実装した際に傾きが発生した場合でも、上述の電気的な接続を確実に行うことができる。

次に、実施例１におけるコネクタの変形例について、図９を参照して説明する。

図９（ａ）は、実施例１におけるコネクタの変形例２０ａの平面図であり、図９（ｂ）は一点鎖線Ｄ−Ｄ’におけるコネクタの変形例２０ａの断面図である。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、フレーム２１ａには接続端子２３ａ毎に溝２８ａが備えられている。溝２８ａは、フレーム２１ａの厚さ方向に形成された溝２８ｂと、フレーム２１ａの長さ方向に形成された溝２８ｃとを含むカギ形状を有している。溝２８ｃの終端には、シャフト２６ａが収納されている。

このように、シャフト２６ａを収納するための溝２８ａをカギ型で構成することにより、収納後にシャフト２６ａがフレーム２１ａから脱落するのを防ぐことができる。

図１０は、実施例１におけるフレームの変形例２０ａを示す断面図である。

図１０に示すように、図９に示した接続端子２３ａの形状に対応した凹型形状を、貫通孔２２ａの内壁に設けることもできる。上述の構成によれば、貫通孔２２ａの内壁が接続端子２３ａの脱落止めとして作用するため、貫通孔２２ａ内に設置した接続端子２３ａがフレーム２１ａから脱落するのを防止することができる。

次に、コネクタの製造に用いるフレーム、カム、および接続端子の製造方法について、図１１乃至図１４を参照して説明する。

図１１および図１２は、実施例１における、射出成形法を用いたフレーム２１の製造方法を示す、図４の一点鎖線Ｅ−Ｅ’における工程断面図である。

まず、図１１（ａ）に示すように、金型として、キャビティ７１ａを施した上型７３及び、キャビティ７１ｂを施した下型７４を準備する。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、上型７３および下型７４を、例えば１７０℃〜１８０℃で加熱した後に張り合わせる。この時、キャビティ７１ａ，７１ｂによって、金型内にフレーム２１の形状に相当するキャビティ７１が形成される。

続いて、図１２（ａ）に示すように、図示しないゲート孔から樹脂８０を金型内に導入する。この時、樹脂８０は加熱された金型によって溶融して液状となり、キャビティ７１内が樹脂８０で充填される。

その後、図１２（ｂ）に示すように、上型７３および下型７４を、例えば水冷または空冷などの方法により冷却し、樹脂８０が硬化した後に、張り合わせていた上型７３と下型７４とを分離すると、樹脂成形されたフレーム２１を得ることができる。

接続端子２３やカム２５も、上述の射出成形法を用いて製造することができる。特に、カム２５は、射出成形法を用いることによりカム２５とフレーム２１とを一体で製造することができる。この方法によれば、カム２５とフレーム２１とを接続するための追加の工程を必要としないため、コネクタ２０の製造効率の改善を図ることができる。

図１３は、実施例１における、打ち抜き法を用いたカムの製造方法を示す工程断面図である。カム８３の材料として金属材料を用いる場合は、金型を用いた打ち抜き（スタンピング）による方法を用いてカム８３を製造することもできる。

まず、図１３（ａ）に示すように、金型として、キャビティ７１ｃを施した上型７３ａ及び、突起部７６を施した下型７４ａを準備し、下型７４ａの上にカム８３の材料として金属材料８１を配置する。金属材料８１は、製造するカム８３の回転軸方向の長さを有する板材が好ましい。

上型７３ａのキャビティ７１ｃ内には、カム８３の回転軸の位置に備えられる貫通孔８２を形成するための凸部７５が備えられている。他方、下型７４ａの突起部７６には、金型を閉じた際に凸部７５と嵌合させるための凹部７７が、凸部７５に対応する位置に備えられている。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、常温のまま上型７３ａと下型７４ａとを張り合わせ、金属材料８１の打ち抜きを行う。その後、張り合わせていた上型７３ａと下型７４ａとを分離すると、図１３（ｃ）に示すように、貫通孔８２を有するカム８３が突起部７６の上方に形成され、打ち抜かれた金属材料８１ａは下型７２ｄ上に落下する。

続いて、カム８３に第１のシャフト８４および第２のシャフト８５を接続する。

図１４は、実施例１における、カム８３に第１のシャフト８４および第２のシャフト８５を接続する工程を示す工程断面図である。

まず、図１４（ａ）に示すように、金型として上型７３ｂと下型７４ｂとを準備し、上型７２ｅには第１のシャフト８４を配置し、下型７４には第２のシャフト８５を配置する。また、カム８３を、上型７３ｂと下型７４ｂとの間の所定の位置に配置する。

続いて、図１４（ｂ）に示すように、上型７３ｂおよび下型７４ｂを張り合わせる。張り合わせた時のクランプ圧により、第１のシャフト８４および第２のシャフト８５がカム８３の貫通孔８２にそれぞれ挿入される。

その後、図１４（ｃ）に示すように、上型７３ｂおよび下型７４ｂを分離させると、第１のシャフト８４および第２のシャフト８５がそれぞれ接続されたカム８３を得ることができる。

なお、上述の製造方法では２本のシャフト８４，８５を使用したが、１本のシャフト２６のみをカム８３の貫通孔８２に挿入して製造することもできる。この方法によれば、コネクタ２０の材料点数を減らすことができ、製造工程を簡略化できる。また、シャフト２６はカム８３を貫通しているため、カム８３からのシャフト２６の脱落を抑制することもできる。

次に、コネクタ２０の製造方法について説明する。

図１５および図１６は、実施例１におけるコネクタ２０の製造工程を示す工程図であり、図１５（ａ）は前半工程の平面図、図１５（ｂ）は一点鎖線Ｆ−Ｆ’における断面図、図１６は後半工程の平面図である。

まず、前半工程では、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、シャフト２６を備えたカム２５を接続端子２３の中空部２４で挟持する。ここで、図１５（ａ）では、中空部２４と、接続端子２３内に収納されるカム２５およびシャフト２６を点線で示している。

続いて、後半工程では、図１６に示すように、シャフト２６を溝２８内に導入しながら、カム２５を挟持した接続端子２３を貫通孔２２内に設置する。なお、図７に示すように、シャフト２６には平坦部２７が設けられており、溝２８は、シャフト２６を所定の方向からしか導入できないような幅を有している。このため、シャフト２６を溝２８内に導入すると、シャフト２６の両端をフレーム２１に固定することができ、シャフト２６の両端部の回転を抑えることができる。このようにして、カム２５を内蔵した接続端子２４をフレーム２１の所定の位置に配置することができる。

図１７および図１８は、図９に示すコネクタの変形例２０ａの製造工程を示す工程平面図である。

まず、図１７（ａ）に示すように、シャフト２６ａを備えたカム２５ａをフレーム２１ａに設置する。溝２８ａの中にシャフト２６ａの両端部を導入し、図９（ｂ）に示すように、シャフト２６ａを溝２８ｃの終端に配置する。このようにシャフト２６ａを配置すると、図１７（ｂ）に示すように、シャフト２６ａの両端部をフレーム２１ａの内部に収納した状態で、カム２５ａを貫通孔２２ａに配置することができる。このとき、図９（ｂ）に示すように、シャフト２６ａには平坦部２７ａが設けられており、溝２８ａ内でシャフト２６ａの回転を抑えることができる。

続いて、図１８（ａ）に示すように、接続端子２３ａをフレーム２１ａの貫通孔２２ａ内に配置する。貫通孔２２ａ内に設置されているカム２５ａを中空部２４ａで挟みながら、接続端子２３ａの本体を貫通孔２２ａに収納すると、図１８（ｂ）に示すように、カム２５ａを内蔵した接続端子２３ａをフレーム２１ａの所定の位置に配置することができる。

実施例２について、図１９および図２０を参照して説明する。

図１９は、実施例２におけるコネクタ２０ｂを示す模式図であり、図１９（ａ）は断面図、図１９（ｂ）は一点鎖線Ｇ−Ｇ’における平面図を示している。

コネクタ２０ｂは、図１９（ａ）に示すように、フレーム２１ｂと、フレーム２１ｂに設けられた貫通孔２２ｂ内に配置され、フレーム２１ｂから突出した上端部および下端部を有する接続端子２３ｂと、接続端子２３ｂに設けられた中空部２４ｂと、中空部２４ｂ内に配置されたカム２５ｂと、カム２５ｂの回転軸に備えられたシャフト２６ｂを有している。実施例２では、図１９（ｂ）に示すように、接続端子２３ｂは、並行する一対の平坦部８６，８７を備えている。

図２０は、実施例２におけるコネクタ２０ｂを介してパッケージ基板１３と配線基板３０とを接続した際の、コネクタ２０ｂの接続状態を示す断面図である。

図２０に示すように、コネクタ２０ｂは、接続端子２３ｂの上端部がランド電極１４、接続端子２３ｂの下端部が電極パッド３１にそれぞれ接触している。

上述の構成によれば、接続端子２３ｂと、ランド電極１４および電極パッド３１との接触は、線接触から開始されるため、接触面積の増大を図ることができる。また、接触面積が増大するに伴って接触抵抗が低減するため、半導体装置１０と配線基板３０との電気特性の向上を図ることができる。

実施例３について、図２１乃至図２６を参照して説明する。

図２１は、実施例３におけるコネクタ２０ｃを示す模式図であり、図２１（ａ）は断面図、図２１（ｂ）は一点鎖線Ｈ−Ｈ’における平面図を示している。

図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、コネクタ２０ｃは、フレーム２１ｃと、フレーム２１ｃに設けられた貫通孔２２ｃ内に配置され、フレーム２１ｃから突出した上端部および下端部を有する接続端子２３ｃと、接続端子２３ｃの、フレーム２１ｃが延在する方向に設けられた中空部２４ｃと、中空部２４ｃ内に配置されたカム２５ｃと、カム２５ｃの回転軸に備えられたシャフト２６ｃを有している。

また、フレーム２１ｃ内部の接続端子２３ｃは、平面視方向において一定の断面積を有している。このため、フレーム２１ｃ内部で接続端子２３ｃの面積が増大せず、コネクタ２０ｃの狭ピッチ化を図ることができる。

さらに、接続端子２３ｃの上端部および下端部は、それぞれの頭頂部に平坦部８８，８９を有している。平坦部８８，８９を有する接続端子２３ｃは、例えば射出成形法を用いて形成することができる。

図２２は、実施例３におけるコネクタ２０ｃを介してパッケージ基板１３と配線基板３０とを接続した際の、コネクタ２０ｃの接続状態を示す断面図である。

コネクタ２０ｃは、フレーム２１ｃから突出した上端部がランド電極１４、フレーム２１ｃから突出した下端部が電極パッド３１にそれぞれ接触している。ランド電極１４および電極パッド３１との接触は、それぞれ図２１（ａ）に示す平坦部８８、８９を介して行われている。

このように、平坦部８８，８９を介してパッケージ基板１３および配線基板３０と接続することにより、低い押圧で広い接触面積を得ることができる。特に、接続端子２０ｃの材料として、塑性変形が起こりにくい低弾性材料を用いる場合に有効である。

次に、実施例３におけるコネクタの変形例について、図２３および図２４を参照して説明する。

図２３は、実施例３におけるコネクタの変形例２０ｄを示す模式図であり、図２３（ａ）は断面図、図２３（ｂ）は一点鎖線Ｉ−Ｉ’における平面図を示している。図２４は、コネクタの変形例２０ｄを介してパッケージ基板１３と配線基板３０とを接続した際の、コネクタ２０ｄの状態を示す断面図である。

図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、接続端子２３ｄの上端部および下端部の頭頂部を半球状とすることもできる。また、図２４に示すように、半導体装置１０を配線基板３０に実装する際は、接続端子２３ｄと、ランド電極１４および電極パッド３１との接続が点接触から開始される。このため、半導体装置１０を配線基板３０に実装する際に傾きが発生しても、接続端子２３ｄと、ランド電極１４および電極パッド３１との電気的な接続を確実に行うことができる。

次に、実施例３におけるコネクタの別の変形例について、図２５および図２６を参照して説明する。

図２５は、実施例３におけるコネクタの別の変形例２０ｅを示す模式図であり、図２５（ａ）は断面図、図２３（ｂ）は一点鎖線Ｊ−Ｊ’における平面図を示している。図２６は、コネクタの別の変形例２０ｅを介してパッケージ基板１３と配線基板３０とを接続した際の、コネクタ２０ｅの接続状態を示す断面図である。

図２５および図２６に示すように、接続端子２３ｅを貫通する孔を中空部２４ｅとし、中空部２４ｅの内部にカム２５ｅが配置されている。このように、中空部２４ｅを貫通孔とすることにより、接続端子２３ｅが過度に変形した際に、カム２５ｅが接続端子２３ｅから脱落するのを防止することができる。

実施例４について、図２７乃至図３０を参照して説明する。

図２７は、実施例４におけるコネクタ２０ｆの外形を示す平面図であり、パッケージ基板の中央部に電極パッドを備えていない領域を有する、所謂パーシャルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｆを示している。図２７に示すように、コネクタ２０ｆでは、コネクタ２０ｆの四隅のみにカム２５ｆを有する接続端子２３ｆを配置し、四隅以外の領域には、カム２５ｆを備えていない接続端子２９ａを配置している。

半導体装置が下に凸の方向に反った場合、コネクタ２０ｆの四隅付近に配置された接続端子２３ｆが最も導通不良を起こしやすくなる。このため、最も導通不良が起きやすい四隅付近にのみ、カム２５ｆを有する接続端子２３ｆを配置している。

図２８は、実施例４における変形例であるコネクタ２０ｇの外形を示す平面図であり、電極パッドがマトリックス状に配列された、所謂フルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｇを示している。

半導体装置が下に凸の方向に反った場合に、最も導通不良が起きやすいコネクタ２０ｇの四隅のみにカム２５ｇを有する接続端子２３ｇを配置し、四隅以外の領域には、カム２５ｇを備えていない接続端子２９ｂを配置している。

図２９は、実施例４における別の変形例であるコネクタ２０ｈの外形を示す平面図であり、フルグリッド型の半導体装置用のコネクタ２０ｈを示している。図２９に示すように、コネクタ２０ｈの中央部のみにカム２５ｈを有する接続端子２３ｈを配置し、中央部以外の領域には、カム２５ｈを備えていない接続端子２９ｃを配置している。

半導体装置が上に凸の方向に反った場合、コネクタ２０ｈの中央部に配置された接続端子２３ｈが最も導通不良を起こしやすくなる。このため、最も導通不良が起きやすい中央部にのみ、カム２５ｈを有する接続端子２３ｈを配置している。

図３０は、実施例４におけるコネクタの別の変形例の外形を示す平面図であり、フルグリッド型の半導体装置用のコネクタ２０ｉを示している。図３０に示すように、コネクタ２０ｉの四隅のうち、対角の二隅の一方にのみにカム２５ｉを有する接続端子２３ｉを配置し、対角の二隅の一方以外の領域には、カム２５ｉを備えていない接続端子２９ｄを配置している。

半導体装置が、対角の二隅の他方を結ぶ線が底になるように下に凸の方向に反った場合、コネクタ２０ｉの対角の二隅の一方に配置された接続端子２３ｉが最も導通不良を起こしやすくなる。このため、最も導通不良が起きやすい対角の二隅の一方にのみ、カム２５ｉを有する接続端子２３ｉを配置している。

図２７乃至図３０に示したように、コネクタ２０ｆ〜２０ｉの一部の接続端子のみにカム２５ｆ〜２０ｉをそれぞれ配置することにより、全ての接続端子にカム２５ｆ〜２０ｉをそれぞれ配置する場合に比べて生産効率を向上させることができる。また、材料点数の減少により、コネクタの製造コストの低減化を図ることもできる。

実施例５について、図３１乃至図３４を参照して説明する。

図３１は、実施例５におけるコネクタ２０ｊの外形を示す平面図であり、パーシャルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｊを示している。

図３１に示すように、コネクタ２０ｊでは、コネクタ２０ｊの最外周のみにカム２５ｊを有する接続端子２３ｊを配置し、最外周以外の領域には、カム２５ｊを備えていない接続端子２９ｅを配置している。さらに、接続端子２３ｊに備えられている中空部２４ｊは、すべてコネクタ２０ｊの中心から背向する位置に設けられている。

図３２は、実施例５における変形例であるコネクタ２０ｋの外形を示す平面図であり、フルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｋを示している。

図３２に示すように、コネクタ２０ｋでは、コネクタ２０ｋの最外周のみにカム２５ｋを有する接続端子２３ｋを配置し、最外周以外の領域には、カム２５ｋを備えていない接続端子２９ｆを配置している。さらに、接続端子２３ｆに備えられている中空部２４kは、すべてコネクタ２０kの中心から背向する位置に設けられている。

このようにして接続端子２９ｅまたは接続端子２９ｆを設けることにより、半導体装置が下に凸の方向に反った場合にカム２５ｋの回転動作が容易となるため、接続端子２３ｊまたは接続端子２３ｋの高さを変化させて、半導体装置の実装を確実に行うことができる。

図３３は、実施例５における別の変形例であるコネクタ２０ｌの外形を示す平面図であり、パーシャルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｌを示している。

図３３に示すように、コネクタ２０ｌでは、コネクタ２０ｌの最内周のみにカム２５ｌを有する接続端子２３ｌを配置し、最外周以外の領域には、カム２５ｌを備えていない接続端子２９ｇを配置している。さらに、接続端子２３ｇに備えられている中空部２４ｌは、すべてコネクタ２０lの中心を指向する位置に設けられている。

このようにして接続端子２３ｇを設けることにより、半導体装置が上に凸の方向に反った場合にカム２５ｌの回転動作が容易となるため、接続端子２３ｇの高さを変化させて、半導体装置の実装を確実に行うことができる。

図３４は、実施例５における別の変形例であるコネクタ２０ｍの外形を示す平面図であり、パーシャルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｍを示している。

図３４に示すように、コネクタ２０ｍでは、すべての接続端子２３ｍがカム２５ｍを有しているものの、接続端子２３ｍに設けられる中空部２４ｍの位置が、最内周の接続端子２３ｍと最内周の接続端子２３ｍとで異なっている。すなわち、最外周の接続端子２３ｍに備えられている中空部２４ｍは、すべてコネクタ２０ｍの中心から背向する位置に設けられている。他方、最内周の接続端子２３ｍに備えられている中空部２４ｍは、すべてコネクタ２０ｍの中心を指向する位置に設けられている。

このように、最内周の接続端子２３ｍと最内周の接続端子２３ｍとで、中空部２４ｍを配置する位置を異ならせることにより、半導体装置の反りがより大きい場合においても、接続端子２３ｍの高さを変化させて、半導体装置の実装を確実に行うことができる。

図３５は、実施例５における別の変形例であるコネクタ２０ｎの外形を示す平面図であり、パーシャルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｎを示している。

図３５に示すように、コネクタ２０ｎでは、コネクタ２０ｎの四隅のみにカム２５ｎを有する接続端子２３ｎを配置し、四隅以外の領域には、カム２５ｎを備えていない接続端子２９ｈを配置している。さらに、接続端子２３ｎに備えられている中空部２４ｎは、すべてコネクタ２０ｎの中心から背向する位置に設けられている。

図３６は、実施例５における別の変形例であるコネクタ２０ｏの外形を示す平面図であり、フルグリッド型の半導体装置（図示しない）用のコネクタ２０ｏを示している。

図３６に示すように、コネクタ２０ｏでは、コネクタ２０ｏの四隅の領域にカム２５ｏを有する接続端子２３ｏを配置し、四隅以外の領域には、カム２５ｏを備えていない接続端子２９ｉを配置している。さらに、接続端子２３ｏに備えられている中空部２４ｏは、すべてコネクタ２０ｏの中心から背向する位置に設けられている。

このようにして接続端子２３ｎまたは接続端子２３ｏを設けることにより、半導体装置が下に凸の方向に反った場合にカム２５ｎまたはカム２５ｏの回転動作が容易となるため、接続端子２３ｎまたは接続端子２３ｏの高さを変化させて、半導体装置の実装を確実に行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施例３の図２５に示した構成は、実施例１または実施例２における電子装置にも適用することができる。また、実施例４の図３０に示した、カムを有する接続端子２３ｉの配置形態は、パーシャルグリッド型の半導体装置にも適用することができる。

さらに、実施例４の図３６では、四隅の領域にカム２５ｏを有する接続端子２３ｏを各４個配置しているが、配置する個数は各４個に留まらず、例えば各３個あるいは各９個とした変形も可能である。

１０ 半導体装置
１１ 半導体チップ
１２ バンプ
１３ パッケージ基板
１４ ランド電極
１５ ヒートスプレッダ
２０，２０ａ〜２０ｏ コネクタ
２１，２１ａ〜２１ｏ フレーム
２２，２２ａ〜２２ｏ 貫通孔
２３，２３ａ〜２３ｏ 接続端子
２４，２４ａ〜２４ｏ 中空部
２５，２５ａ〜２５ｏ カム
２６，２６ａ〜２６ｏ シャフト
２７ 平坦部
２８，２８ａ〜２８ｃ 溝
２９，２９ａ〜２９ｉ 接続端子
３０ 配線基板
３１ 電極パッド
４０ ヒートシンク
５０ 補強板
６０ ネジ
６１，６２ バネ
６３，６４ ナット
７０ 金型
７１，７１ａ〜７１ｄ キャビティ
７２ 金型
７３ 上型
７４ 下型
７５ 凸部
７６ 突起部
７７ 凹部
８０ 樹脂
８１，８１ａ 金属材料
８２ 貫通孔
８３ カム
８４ 第１のシャフト
８５ 第２のシャフト
８６，８７ 平坦部
８８，８９ 平坦部

Claims (8)

1. フレ−ムと、
   前記フレームに備えられた貫通孔と、
   前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備えた接続端子と、
   前記中空部内に配置されたカムと、
   前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトと
   を有することを特徴とするコネクタ。
2. 前記シャフトの端部が前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
3. 前記シャフトが、長さ方向に延在する平坦面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のコネクタ。
4. 前記貫通孔の内壁が凹型形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ。
5. 前記中空部が貫通孔であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコネクタ。
6. 半導体装置と、
   コネクタを介して前記半導体装置と電気的に接続された配線基板と
   を有し、
   前記コネクタは、
   フレ−ムと、
   前記フレームに備えられた貫通孔と、
   前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、
   前記中空部内に配置されたカムと
   前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトと
   を有することを特徴とする半導体モジュール。
7. フレ−ムと、
   前記フレームに備えられた貫通孔と、
   前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、
   前記中空部内に配置されたカムと、前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有するコネクタを配線基板上に配置する工程と、
   前記コネクタ上に半導体装置を配置し、前記接続端子を介して前記基板と前記半導体装置とを電気的に接続する工程とを有し、
   前記接続する工程は、前記半導体装置を前記配線基板に押圧しながら前記カムを回転させ、前記回転により前記接続端子の高さを変化させることを特徴とする半導体装置の実装方法。
8. フレ−ムと、
   前記フレームに備えられた貫通孔と、
   前記貫通孔内に配置され、前記フレームから突出した部位と中空部とを備え、前記突出した部位の前記フレーム上面側が前記半導体装置、前記突出した部位の前記フレーム下面側が前記配線基板にそれぞれ接続された接続端子と、
   前記接続端子に備えられた中空部内に配置されたカムと、前記カムに接続され、長さ方向が前記カムの回転軸方向に延在するように配置されたシャフトとを有するコネクタを配線基板上に配置する工程と、
   前記コネクタ上に半導体装置を配置し、前記接続端子を介して前記基板と前記半導体装置とを電気的に接続する工程とを有し、
   前記接続する工程は、前記半導体装置を前記配線基板に押圧しながら前記カムを回転させ、前記回転により前記接続端子の高さを変化させることを特徴とする半導体装置モジュールの製造方法。
   
   

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