JP5478155B2 - 接続端子付基板 - Google Patents

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Description

本発明は、接続端子を備えた基板に関し、特に、基板に設けられたパッドに固定され、ICパッケージ等の被接続物に設けられたパッドに押圧されることで、当該被接続物との電気的な接続に用いられるスプリング性を有した接続端子を備えた基板(以下、「接続端子付基板」という。)に関する。
ICパッケージ等をプリント配線板等の実装用基板に搭載する際に、パッケージ上に配置されたパッドと基板上に配置されたパッドを電気的に相互接続する様々な方法がある。その1つの方法として、LGA(ランド・グリッド・アレイ)ソケットを使用したLGA相互接続と呼ばれるものがある。このLGAソケットは、パッケージと基板の間に配置された複数の弾性変形可能な導電性部材(スプリング接続端子)を備えている。このようなスプリング接続端子をパッケージと基板の間に介在させることで、パッケージのパッドと基板のパッドの間に適切な接触力を生成し、安定した電気的相互接続を確保している。
かかる従来技術に関連する技術としては、例えば、下記の特許文献1に記載されるように、LGAソケットの絶縁性ハウジングにスプリング性を有した導電性端子を一つひとつ差し込むようにして実装を行ったものがある。ここに開示されている実装構造では、スプリング接続端子は、ハウジングに形成された貫通孔に固定され、この貫通孔に収容されるばね部と、このばね部の上下端部にそれぞれ繋がる接続部とを備えている。一方の接続部は、ばね部の一部と共にハウジングの上面から突出しており、被接続物(例えば、配線基板)のパッドが押圧され、このパッドの面と接触することで、接続端子と被接続物とを電気的に接続している。
当該接続部に繋がるばね部の一部がハウジングの上面から突出しているため、当該接続部に被接続物のパッドが押圧された際、その突出している部分のばね部は、主にパッドの面方向に移動(変位)する。これにより、当該接続部は、パッドによる押圧の際にパッドの面上を移動(スリップ)する。
米国特許第7264486号明細書
上述したように従来の接続端子付基板に関連する技術(特許文献1)では、被接続物のパッドが当該接続部を押圧した際、突出している部分のばね部がパッドの面方向に変位するため、当該接続部がパッドの面上を大きく移動(スリップ)してしまう。このため、接続部の移動方向に対するパッドの幅を広くする必要があり、当該パッドを狭ピッチに配置することができないといった不都合が想定される。
本願出願人は、かかる不都合に対応した技術を提案している(平成21年5月28日付け提出の特願2009−128785)。ここに開示した技術では、スプリング接続端子を特定の形状に成形することで、当該パッドの狭ピッチ化を実現している。
また、上述した従来の技術(特許文献1)では、ハウジングにスプリング接続端子を一つひとつ挿し込んで実装を行っていたため、実装の効率という点で不利であった。特に、小型化及び高密度実装化の要求に伴って端子の狭ピッチ化及び多ピン化が進んでくると、一つひとつ挿し込んで並べることすら困難であり、また、端子の数に応じてその手間もかかるため、より一層不利である。
これを改善するための1つの方法として、例えば、ハウジングに複数の接続端子を実装するにあたり、複数の接続端子を治具上でその端子配列に合わせて整列させた後、この治具からハウジング側に移設する形で端子を実装する方法が考えられる。この方法では、その整列用の治具に、その端子配列に合わせて端子の一部分(基板に実装される側と反対側の端部)を固定的に保持するための凹部を設けておく必要があり、この凹部にスプリング接続端子が振込まれる形となる。
本願出願人は、この方法を具体化した技術を提案している(平成21年6月25日付け提出の特願2009−150587)。ここに開示した技術では、スプリング接続端子を特定の形状に成形することで、治具への振込みを容易に行えるようにしている。
この方法では、スプリング接続端子を並べるための治具を必要とするが、治具を使用せずに直接基板に接続端子を実装することができれば、工程の簡素化の面からも望ましい。しかし、端子の狭ピッチ化及び多ピン化が進んでいる現状では、基板に接続端子を直接実装することは技術的に困難である。
その一方で、小型化等の要求に伴い基板自体を出来る限り薄くする必要があるが、反りや歪み等の問題が生じるため、仮に接続端子を基板に直接実装できたとしても、反り等に対応するための何らかの方策が求められる。
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、接続端子が接続されるパッドの狭ピッチ化及び基板の薄型化を図るとともに、端子整列用の治具を必要とせずに接続端子の整列を容易に行えるようにし、接続端子の基板への実装の効率化に寄与することができる接続端子付基板を提供することを目的とする。
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、一方の面に設けられたパッドを有する基板と、該基板に実装される接続端子と、該接続端子の一部分を挿通させるスリットを有し、前記基板の一方の面上に設けられて前記接続端子を固定保持する板状部材とを備えた接続端子付基板であって、前記接続端子は、前記パッドに導電性材料を介して接合された接合部分と、該接合部分に対向するよう配置され、前記接続端子付基板に対向配置される被接続物に設けられたパッドに接触する接触部分と、前記接合部分と前記接触部分との間に介在するスプリング部分と、前記接合部分から延在し、前記板状部材に設けられた前記スリットの一部に係合して前記接続端子の姿勢を安定化させる係合部分とを有し、前記接触部分、スプリング部分、接合部分及び係合部分が金属板により一体的に成形されており、前記接続端子の係合部分は、前記接合部の延在方向に対して垂直方向に延びる立設部を備えて形成され、前記立設部の側面が前記板状部材のスリットの側面に当接しており、かつ、前記板状部材は、前記スリットの長辺方向に沿った部分で短辺方向に対向する部分に形成された凹部を有し、該凹部に前記接続端子の接合部分が係止された状態で前記基板のパッドに電気的に接続されていることを特徴とする接続端子付基板が提供される。
本発明の一形態に係る接続端子付基板の構成によれば、接合部分に対向するよう配置された接触部分は、被接続物のパッドが接触部分を押圧した際のスプリング部分の変形により、接触部分が接合部分に近づく方向(すなわち、接触部分が接触する当該パッドの面と直交する方向)に移動した状態で、当該パッドの面と接触する。これにより、当該パッドの面と接触部分とが接触した際、従来技術に見られたように接触部分が当該パッドの面上を大きく移動(スリップ)することがなくなるため、当該パッドを狭ピッチに配置することができる。
また、板状部材が基板の一方の面上に設けられること(基板と一体化されること)で補強された構造となっているため、接続端子を固定実装する基板の厚さを薄くしても、反りや歪み等が発生するのを防止することができる。つまり、従来技術に見られたような反り等の不都合を生じることなく、基板の薄型化を図ることができる。
また、基板と一体化されて補強部材としての役割を果たす板状部材に端子整列用の治具としての役割を兼用させているので、接続端子の板状部材上での整列(基板に実装する前の仮固定)を容易に行うことができる。つまり、接続端子を整列させた板状部材をそのまま基板に接合しているので、従来使用されていた端子整列用の治具を使用しなくても、接続端子を直接基板に実装することが可能となる。これは、接続端子の基板への実装の効率化に寄与する。
本発明の第1の実施の形態に係る接続端子付基板の構成を示す縦断面図である。 図1の接続端子付基板に使用される接続端子の構造を示したもので、(a)はその斜視図、(b)はその側面図である。 図2の接続端子を仮固定するためのハウジング(絶縁性の板状部材)の構成を示したもので、(a)は接続端子を挿す側から見たときの平面図、(b)及び(c)はそれぞれ平面図においてA−A’線及びB−B’線に沿って見たときの断面図である。 図2の接続端子を図3のハウジングに挿し込んで仮固定した状態(接続端子を整列させた状態)を示す断面図である。 図4に示す構造体(ハウジングに仮固定された接続端子)が接合される配線基板の一例を示す断面図である。 図4の構造体を図5の配線基板に接合した状態を示す断面図である。 図1の接続端子付基板を介在させて被接続物(LGAパッケージ)と実装用基板(マザーボード)とを電気的に接続した状態を示す縦断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る接続端子付基板の構成を示す縦断面図である。 図8の接続端子付基板に使用される接続端子の構造を示したもので、(a)はその斜視図、(b)はその側面図である。 図9の接続端子を仮固定するためのハウジング(絶縁性の板状部材)の構成を示したもので、(a)は接続端子を挿す側から見たときの平面図、(b)は平面図においてA−A’線に沿って見たときの断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る接続端子付基板の構成を示す縦断面図である。 図11の接続端子付基板に使用される接続端子の構造を示したもので、(a)はその斜視図、(b)はその側面図である。 図12の接続端子を仮固定するためのハウジング(絶縁性の板状部材)の構成を示したもので、(a)は接続端子を挿す側から見たときの平面図、(b)は平面図においてA−A’線に沿って見たときの断面図である。 接続端子付基板をインターポーザとして適用した場合の構成を示す縦断面図である。
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態…図1〜図7参照)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る接続端子付基板40の構成を縦断面図の形態で示したものである。また、図2はこの接続端子付基板40に使用される接続端子20の構造を示したもので、(a)は斜め上から見たときの形状、(b)は側面から見たときの形状をそれぞれ示している。
本実施形態に係る接続端子付基板40(図1)は、基板10と、接続端子20と、ハウジング30とを備えて構成されている。このハウジング30は、本発明を特徴付ける絶縁性の板状部材であり、図示の例ではその一部分のみを示しているが、後述するように接続端子付基板40に対向配置される被接続物(本実施形態ではLGAパッケージ)を収容するためのものである。このハウジング30は、図示のように基板10と一体化され、LGAソケットの一部(ソケットの底部に相当する部位)を構成する。つまり、本実施形態の接続端子付基板40は、LGAソケットに組み込まれ、LGAパッケージ(被接続物)に設けられたパッドとマザーボード等の実装用基板に設けられたパッドとを電気的に接続するのに用いられる。
基板10は、その基本的な構成として、基板本体を構成する樹脂基板11と、この樹脂基板11の両面にそれぞれ所要の形状にパターニングされた配線層12及び13と、各配線層12,13の所要の箇所に画定されたパッド12P,13Pの部分を露出させてそれぞれ当該配線層を覆うように形成された保護膜としてのソルダレジスト層(絶縁層)16及び17とを備えている。樹脂基板11は、例えば、ビルドアップ法を用いて形成され得る多層構造の配線基板であり、この樹脂基板11の最表層の各配線層12,13は、基板内部の所要箇所に適宜形成された各配線層(図示の例では、2層の配線層14)及び各配線層14間を相互に接続するビアホール(に充填された導体:ビア15)を介して電気的に接続されている。
さらに、樹脂基板11の一方の面(接続端子20を実装する側の面)に形成されたソルダレジスト層16から露出するパッド12Pには、後述するように接続端子20を接合する際に用いられるはんだ18が被着されている。また、樹脂基板11の他方の面(接続端子20を実装する側と反対側の面)に形成されたソルダレジスト層17から露出するパッド13Pには、後述するように接続端子付基板40をマザーボード等の実装用基板に実装する際に使用される外部接続端子(本実施形態では、はんだボール19)が接合されている。
各パッド12P,13Pには、それぞれはんだ18、はんだボール19の形成に先立って、ニッケル(Ni)めっき及び金(Au)めっきをこの順に施しておくのが望ましい。これは、各パッド12P,13Pにはんだ18を被着させたり、はんだボール19を接合したときのコンタクト性を良くするためと、各パッド12P,13Pを構成する金属(典型的には銅(Cu))との密着性を高め、CuがAuめっき層中へ拡散するのを防止するためである。
また、基板10は、その基板本体(樹脂基板11)の厚さが0.2〜1.0mmとなるように選定され、外部接続端子(はんだボール19)の高さが0.2〜0.5mmとなるように選定されている。
なお、本実施形態では基板本体として樹脂基板11を使用しているが、基板本体の形態がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、シリコン基板を使用してもよい。この場合の基板本体の形態としては、例えば、シリコン基板に複数の貫通孔(100μm程度の直径)を形成し、この貫通孔に導電性材料(例えば、Cu)を充填して貫通電極を形成する。その際、貫通電極は、その両端面がそれぞれシリコン基板の両面とほぼ同一面となるように形成する。また、この貫通電極と基板本体(シリコン基板)との間に、絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜)を形成する。この基板本体(シリコン基板)では、基板面から露出する貫通電極の両端面が、上記の各パッド12P,13Pに対応する。
接続端子20は、図2に明示するように、大別して4つの部分(接合部分21、接触部分22、スプリング部分23、係合部分24)からなり、これらの部分が一体的に成形された構造を有している。この接続端子20は、後述するように適当な弾性(ばね性、曲げ性)を有した金属材料からなり、均一な厚さを有した金属薄板を打ち抜き加工(スタンピング)等により所要の形状にパターニングし、さらに曲げ加工(ベンディング)を施すことで作製され得る。
接続端子20の大きさは、高さHが1.5mm(±0.5mm)、奥行きDが1.5mm(±0.5mm)、幅Wが0.1〜0.5mm(好適には0.2mm)となるように選定されている。また、接続端子20を構成する金属薄板の厚さは、0.08mm程度のものを選定している。
接合部分21は、はんだ18(図1)を介して基板10のパッド12Pに固定的に接合される部分である。この接合部分21は、スプリング部分23の一方の端部(図示の例では下側)に繋がり、スプリング部分23の幅よりも広い幅(例えば、W=0.4mm)を有し、かつ、両面が平坦な形状となるように成形されている。
接合部分21をこのような形状に成形することで、最終的に接合部分21を基板10のパッド12Pに接合する際に十分なはんだ接続を確保することができる。つまり、接合される相手側の平坦なパッド12Pとの密着度を高めることができる。また、接合部分21の幅をスプリング部分23の幅よりも広くすることで、後述するように接続端子20をハウジング30に仮固定する際に、ハウジング30に設けられた凹部32(図3参照)に接合部分21を係止させることができる。
接触部分22は、最終的に接続端子付基板40に接続される被接続物(本実施形態ではLGAパッケージ)のパッドに接触する部分である。この接触部分22は、スプリング部分23の他方の端部(図示の例では上側)に繋がり、高さ(H)方向で見たときに接合部分21に対向するように配置されている。この接触部分22は、スプリング部分23と同じ幅(例えば、W=0.2mm)を有し、かつ、外側に(つまり、接合部分21から遠ざかる方向に)突出した形状となるように成形されている。より具体的には、スプリング部分23から外側方向に突出し(例えば、0.3mm)、さらにこの突出部から内側方向に円弧状に湾曲するよう成形されている。
接触部分22をこのような形状に成形することで、以下のメリットが得られる。先ず、突出部を設けることで、被接続物のパッドが接触部分22を押圧した際のスプリング部分23の変形による、被接続物とスプリング部分23の端部(接触部分22に繋がる部分)との接触を防止することができ、その結果、被接続物とともに接続端子20の破損を防止することができる。また、接触部分22の先端部を湾曲させているので、この湾曲部が被接続物のパッドにより押圧された際、この湾曲部によって当該パッドが破損するのを防止することができる。
また、この湾曲部は、被接続物のパッドが接触部分22を押圧した際のスプリング部分23の変形により、接触部分22が接合部分21に近づく方向(すなわち、接触部分22が接触する当該パッドの面と直交する方向)に移動した状態で、当該パッドの面と接触する。これにより、当該パッドの面と接触部分22とが接触した際、接触部分22が当該パッドの面上を大きく移動(スリップ)することがなくなるため、当該パッドを狭ピッチに配置することができる。
スプリング部分23は、接触部分22と同じ幅(W=0.2mm)を有し、かつ、外側に(つまり、接合部分21及び接触部分22から遠ざかる方向に)湾曲した形状となるように成形されている。かかる形状に成形することで、スプリング部分23は高さ(H)方向に弾性変形することができる。
このスプリング部分23の一方の端部(接合部分21に繋がっている側)は最終的に固定化されるが、他方の端部(接触部分22に繋がっている側)は自由端となっている。そのため、このスプリング部分23は、最終的に被接続物のパッドが接触部分22に押圧されて接触したときに、その押圧力に抗する弾性力により、当該パッドと接触部分22との接触状態を安定に維持するのに寄与する。なお、実際には、このスプリング部分23は接触部分22と一体的に「ばね」として機能する。このときのばね定数は、例えば、0.6〜0.8N/mmに選定される。
係合部分24は、後述するようにハウジング30に設けたスリットに接続端子20を挿し込んで仮固定させる際に接続端子20の姿勢を安定化させるための部分である。接続端子20を挿し込む際には、図2(b)に矢印で示すように図示の状態とは上下逆さまに、接触部分22を下側にして挿し込む。
この係合部分24は、接合部分21のスプリング部分23と繋がっている側と反対側の端部に繋がり、スプリング部分23と同じ幅(W=0.2mm)を有し(途中に設けた突起部24aの部分を除く)、かつ、側面視したときに「U」の字を上下逆にした形状となるように成形されている。具体的には、接合部分21から上方向(接触部分22に近づく方向)に延出し、この延出部から円弧状に湾曲し、さらにこの湾曲部から下方向(接触部分22から遠ざかる方向)に延出するよう成形されている。この湾曲部から下方向に延出している部分の途中に、図示のように係合部分24の幅(W)方向に僅かに突出した突起部24aが形成されている。この突起部24aは、上記の接続端子20の姿勢を安定化させる役割を果たす。
ハウジング30は、複数個の接続端子20を基板10に固定実装する前に、基板10上でのその端子配列に合わせた位置に当該接続端子を仮固定し整列させておくためのものである。つまり、ハウジング30は、端子整列用の治具としての役割を果たす。
図3はこのハウジング30の構成を示したもので、(a)は接続端子20を挿す側から見たときのハウジング30の平面構造、(b)及び(c)はそれぞれ(a)においてA−A’線及びB−B’線に沿って見たときの断面構造を示している。
このハウジング30には、最終的に接続端子20の接合部分21が接合される基板10のパッド12Pの配列に合わせてアレイ状に貫通孔(スリット)31が設けられている。各接続端子20毎に設けられるスリット31は、平面視したときに2つの部分に分かれた長方形状となるように形成されている(図3(a)参照)。つまり、個々のスリット31は、それぞれ短辺方向の長さが同じで、長辺方向の長さが長い方の部分(大開口部)31aと、長辺方向の長さが短い方の部分(小開口部)31bとに分かれている。
ここでいう「長辺方向の長さが長い」、「長辺方向の長さが短い」という表現は、あくまでスリット31の長手方向において一方の開口部31a(又は31b)の他方の開口部31b(又は31a)に対する長辺方向の長さの相対的な関係を表している。
スリット31の短辺方向の長さは、接続端子20の接合部分21の幅Wよりも小さく、かつ、他の部分(接触部分22、スプリング部分23、係合部分24の突起部24aを除いた部分)の幅Wよりも大きくなるように選定されている。また、小開口部31bの長辺方向の長さは、係合部分24の奥行き(D)方向の長さよりも若干大きめとなるように選定されており、大開口部31aの長辺方向の長さは、スプリング部分23の奥行き(D)方向の長さとほぼ同じ大きさか、若干大きく選定されている。
さらに、ハウジング30には、平面視したときに各スリット31毎に大開口部31aと小開口部31bにまたがるように「H」字状に形成された凹部32が設けられている。より具体的には、この凹部32は、大開口部31aと小開口部31bの間のハウジング部分と、このハウジング部分の両端部にそれぞれ繋がる、スリット31の長辺方向に沿った部分で短辺方向に対向するハウジング部分(2箇所)とにより構成されている。
この「H」字状に形成された凹部32は均一な深さを有し、その深さは、接続端子20の接合部分21の厚さよりも若干大きく選定されている。これは、後述するようにハウジング30に接続端子20を仮固定する際にこの凹部32に接続端子20の接合部分21が係止され、最終的に接合部分21上ではんだ付けが行われるので、そのはんだ付けに必要とされるスペースを確保するためである。
また、ハウジング30は、その厚さが0.5〜1.0mm(好適には0.8mm)となるように選定されている。
次に、本実施形態の接続端子付基板40を製造する方法について、図2〜図6を参照しながら説明する。
先ず、基板10に実装(基板10のパッド12Pに接合)される接続端子20(図2)を複数個用意する。これは、特に図示はしないが、均一な厚さ(例えば、0.08mm)を有した金属薄板から、形成すべき接続端子20のパターン(平面状に伸ばしたときの形状に応じたパターン)を型で打ち抜いて(スタンピング)、所要の形状に曲げ加工(ベンディング)を施すことで作製することができる。スタンピングの代わりに、エッチングにより、所要の接続端子20の形状に応じたパターンを得ることも可能である。
使用する金属薄板の材料としては、適当な弾性(ばね性、曲げ性)を有した材料、例えば、ベリリウム銅(Cu−Be)、りん青銅(Cu−Sn)、コルソン材(Cu−Ni−Si−Mg、Cu−Ni−Si、Cu−Ni−Co−Si−Cr等)などの銅(Cu)をベースとした合金が好適に用いられる。
また、スタンピング又はエッチングにより所要の接続端子20の形状に応じたパターンを得た後、その金属薄板の表面にNiめっき、Ni−Co合金めっき等(例えば、厚さ1〜3μm程度)を施す。コバルト(Co)を含む合金めっきを施した場合、弾性を高めることができるという点で有用である。これらNiめっき等は、ベンディングを施す前に行ってもよいし、あるいはベンディングを施した後に行ってもよい。
さらに、そのNiめっき等が施された表面(少なくとも接合部分21と接触部分22)に、金(Au)めっき(例えば、接合部分21には厚さ0.03〜0.05μm程度、接触部分22には厚さ0.3〜0.5μm程度)を施す。これは、後述するように基板10のパッド12Pにはんだ18を介して接合部分21を接合したときのコンタクト性を良くするとともに、最終的に被接続物(本実施形態ではLGAパッケージ)のパッドに接触部分22を接触させたときの導電性を高めるためである。なお、その下地層であるNiめっき等の導体層は、基体(Cuをベースとした合金層)とAu層との密着性を高め、CuがAuめっき層中へ拡散するのを防止する役割を果たす。
次に(図3、図4参照)、このようにして作製された複数個の接続端子20をハウジング30に仮固定し、整列させる処理を行う。図4は、図3(a)においてC−C’線に沿って見たときの断面構造(ハウジング30)に接続端子20を挿し込んで仮固定した状態を示している。
この仮固定(整列)の処理は、例えば、ステッチングマシーン(stitching machine) を使用したピック&プレイス法により実施することができる。すなわち、金属薄板(フレーム)上で所要の形状にスタンピング(もしくはエッチング)及び曲げ加工が施された接続端子20を、その金属フレームから折り取りながらつまんで(ピック)、ハウジング30に設けられた対応するスリット31内に挿し込んでいく(プレイス)。
これにより、ハウジング30に設けられた各スリット31(大開口部31a及び小開口部31b)内に、それぞれ対応する接続端子20が仮固定される。具体的には、各スリット31毎に「H」字状に形成された凹部32(図3(a))に、接続端子20の接合部分21が係止される。すなわち、スリット31の大開口部31aと小開口部31bの間のハウジング部分に、接合部分21の内側の面(接触部分22に対向する側の面)が当接し、かつ、凹部32のスリット31の長辺方向に沿ったハウジング部分(2箇所)に、接合部分21の幅(W)方向に突出した部分が係止される。
また、接続端子20の係合部分24がスリット31の小開口部31bに収容されるとともに、その係合部分24の突起部24aが小開口部31b内の側壁部(図3(b)参照)に圧接され係止される。また、接続端子20の接触部分22とスプリング部分23については、スリット31の大開口部31aに、スプリング部分23の一部分(接合部分21に繋がっている側の部分)が収容され、かつ、スプリング部分23の残りの部分が接触部分22と共に挿通される。
接合部分21の係止だけでは、スリット31(大開口部31a)に収容された接続端子部分(スプリング部分23の一部分)と大開口部31a内の側壁部との間に僅かな隙間があるため、接続端子20の姿勢を安定させるには不十分であるが、係合部分24の突起部24aを小開口部31b内の側壁部に圧接(係止)することで、接続端子20の姿勢を安定に維持することができる。つまり、接合部分21の幅(W)を相対的に広くし、かつ、係合部分24を特定の形状に成形することで、各接続端子20をハウジング30に安定した状態で仮固定し整列させることができる。
その仮固定の際、上述したように凹部32の深さは接続端子20の接合部分21の厚さよりも若干大きく選定されているため、接合部分21の上面はハウジング30の上端面よりも僅かに下側に位置する。
次に(図5参照)、ハウジング30に仮固定された接続端子20を固定実装するための基板10を用意する。基板10の形態としては、上述したように基板本体に樹脂基板11を使用したものや、シリコン基板を使用したものなどを用いることができるが、本実施形態では、図示のように樹脂基板11を使用したものを用いている。
すなわち、ビルドアップ法等を用いて多層構造の樹脂基板11(最表層の配線層12,13、基板内部の配線層14、各配線層14間を接続するビア15、配線層12,13を被覆するソルダレジスト層16,17を含む)を形成し、さらに、樹脂基板11の一方のソルダレジスト層16から露出するパッド12Pにはんだ18を被着させ、他方のソルダレジスト層17から露出するパッド13Pにはんだボール19を接合することで、所要の基板10を作製する。
次に(図6参照)、図4の工程で作製された構造体(ハウジング30に複数個の接続端子20を仮固定し整列させたもの)を、図5の工程で作製した基板10に接合する。すなわち、基板10のはんだ18が被着されている側の面を、ハウジング30の接続端子20が挿込まれている側の面に対向させて位置合わせし、はんだ18を対応する接続端子20の接合部分21に当接させ、リフローにより溶融させて、基板10のパッド12Pに接続端子20の接合部分21を電気的に接続する。
その際、特に図示はしていないが、ハウジング30の基板10に対向する側の面の、接続端子20が配列されている領域以外の部分に、接着剤を適量塗布しておき、リフローの際の熱により接着剤を溶融させて、基板10(ソルダレジスト層16)とハウジング30とを機械的に接合するようにしてもよい。
なお、本実施形態では、基板10(パッド12P)に接続端子20(接合部分21)を接続する導電性材料としてはんだ18を用いているが、これに限定されないことはもちろんであり、導電性樹脂ペースト等を使用してもよい。例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂に銀(Ag)フィラーを含有させたAgペーストを用いることができる。この場合、基板10のパッド12Pに被着させたAgペーストを接続端子20の接合部分21に当接させた後、加熱により硬化させて、パッド12Pと接合部分21とを電気的に接続する。
以上の工程により、第1実施形態の接続端子付基板40が作製されたことになる。
図7は、第1実施形態の接続端子付基板40を介在させて被接続物(LGAパッケージ50)と実装用基板(マザーボード60)とを電気的に接続した状態を断面図の形態で示したものである。
接続端子付基板40は、基板10の露出している側の面に配置されたパッド13Pに接合されたはんだボール19を介して、マザーボード60上に配置された対応する端子パッド61に接続されている。
また、LGAパッケージ50は、例えば、ビルドアップ基板等の樹脂基板の配線基板である。このパッケージ50は、特に図示はしていないが、基板10(図1、図5)の構成と基本的に同じ構成を有している。ただし、基板10に設けられているはんだ18及びはんだボール19は、このLGAパッケージ50には設けられていない。
マザーボード60に実装された接続端子付基板40の各接続端子20は、LGAパッケージ50の下面側のソルダレジスト層(図示せず)から露出する各パッド51に、それぞれの接触部分22を介して接触している。その接触の際、LGAパッケージ50は、LGAソケット(図示せず)に付属するキャップによりその上面が押圧されるようになっている。このため、LGAパッケージ50の下面側のパッド51が接続端子20の接触部分22に押圧され、その押圧力により、図示のようにスプリング部分23は高さ方向に(つまり、接触部分22が接触するパッド51の面と直交する方向に)圧縮される。その結果、接続端子20の接触部分22とLGAパッケージ50のパッド51との接触力を高めることができる(接続信頼性の向上)。
以上説明したように、第1実施形態に係る接続端子付基板40及びその製造方法によれば、接続端子20は、基板10のパッド12Pにはんだ18を介して接合された接合部分21と、この接合部分21に対向するよう配置され、接続端子付基板40に対向配置されるLGAパッケージ50に設けられたパッド51に接触する接触部分22と、接合部分21と接触部分22との間に介在するスプリング部分23と、接合部分21から延在し、ハウジング30に設けられたスリット31の一部に係合して接続端子20の姿勢を安定化させる係合部分24とを有し、これら各構成部分21〜24が金属板により一体的に成形されるように構成されている。
かかる構成により、接触部分22(湾曲部)は、LGAパッケージ50のパッド51が接触部分22を押圧した際のスプリング部分23の変形により(図7参照)、接触部分22が接合部分21に近づく方向(すなわち、接触部分22が接触する当該パッド51の面と直交する方向)に移動した状態で、当該パッド51の面と接触する。これにより、当該パッド51の面と接触部分22とが接触した際、従来技術に見られたように接触部分22が当該パッド51の面上を大きく移動(スリップ)することがなくなるため、当該パッド51を狭ピッチに配置することができる。
また、ハウジング30が基板10と一体化されて補強された構造となっているため、接続端子20を固定実装する基板10の厚さを出来る限り薄くしても、反りや歪み等が発生するのを防止することができる。つまり、従来技術に見られたような反り等の不都合を生じることなく、基板10の薄型化を図ることができる。
さらに、基板10自体を薄くできることにより、これと一体化されるハウジング30自体の厚さも薄くすることができ、その結果、LGAソケット自体も薄型化され得る。これは、例えば、ラック式のブレードサーバに適用した場合に有用である。現状の技術では、実装基板面から接続端子の接触面(接触部分の上端)までの高さは4mm程度であるが、本実施形態に係る接続端子付基板40の構成では、2mm以下の高さにすることが可能である。加えて、薄型化できることにより、信号伝達経路長が短くなるので、高速の信号を転送することが可能となる。
また、基板10と一体化されて補強部材としての役割を果たすハウジング30に端子整列用の治具としての役割を兼用させているので、接続端子20のハウジング30上での整列(基板10に実装する前の仮固定)を容易に行うことができる。つまり、接続端子20を整列させたハウジング30をそのまま基板10に接合しているので、従来使用されていた端子整列用の治具を使用しなくても、接続端子20を直接基板10に実装することができる。これは、接続端子の実装の効率化に寄与する。
また、接続端子を並べるための治具を別途用意する必要がないので、その分の工程を省略することができ、製造工程の簡素化を図ることができる。
また、本願出願人が既に提案している接続端子付基板(特願2009−128785)の構造では、接続端子が基板上に露出した形態となっているが、本実施形態に係る接続端子付基板40の構造では、接続端子20の一部が基板10上のハウジング30のスリット31内に収容されているので、接続端子20の保護という点で有利である。
(第2の実施の形態…図8〜図10参照)
図8は本発明の第2の実施の形態に係る接続端子付基板40aの構成を縦断面図の形態で示したものである。また、図9はこの接続端子付基板40aに使用される接続端子20aの構造を示したもので、(a)は斜め上から見たときの形状、(b)は側面から見たときの形状をそれぞれ示している。また、図10はこの接続端子20aを仮固定するためのハウジング30aの構成を示したもので、(a)は接続端子20aを挿す側から見たときのハウジング30aの平面構造、(b)は(a)においてA−A’線に沿って見たときの断面構造を示している。
この第2実施形態で使用する接続端子20a(図9)は、第1実施形態で使用する接続端子20(図2)と同様に、4つの部分(接合部分21、接触部分22、スプリング部分23、係合部分25)が一体的に成形された構造を有しており、基本的に各部分の機能は同じであり、係合部分25の形状においてのみ相違している。
この係合部分25は、接合部分21のスプリング部分23と繋がっている側と反対側の端部に繋がり、スプリング部分23と同じ幅(例えば、W=0.2mm)を有し(先端に設けた挿し込み部25aの部分を除く)、かつ、側面視したときに「U」の字を上下逆にした形状となるように成形されている。具体的には、接合部分21から上方向(接触部分22に近づく方向)に延出し、この延出部から円弧状に湾曲し、さらにこの湾曲部から下方向(接触部分22から遠ざかる方向)に延出するよう成形されている。この湾曲部から下方向に延出している部分が、図示のように係合部分25の幅よりも広い幅(例えば、W=0.3mm)を有した挿し込み部25aを形成している。この挿し込み部25aは、後述するようにハウジング30aに仮固定される接続端子20aの姿勢を安定化させる役割を果たす。
この第2実施形態で使用するハウジング30a(図10)には、第1実施形態の場合と同様に、最終的に接続端子20aの接合部分21が接合される基板10(図8)のパッド12Pの配列に合わせてアレイ状にスリット33が設けられている。各接続端子20a毎に設けられるスリット33は、本実施形態では1つの部分であり、途中に細くくびれた部分33cを有し、同様に長方形状となるように形成されている(図10(a)参照)。つまり、個々のスリット33は、それぞれ短辺方向の長さが同じで、長辺方向の長さが長い方の部分(大開口部)33aと、長辺方向の長さが短い方の部分(小開口部)33bとを有し、さらに、大開口部33a及び小開口部33bの幅よりも狭い幅を有した連通部(細くくびれた部分)33cを有している。
同様に、ここでいう「長辺方向の長さが長い」、「長辺方向の長さが短い」という表現は、あくまでスリット33の長手方向において一方の開口部33a(又は33b)の他方の開口部33b(又は33a)に対する長辺方向の長さの相対的な関係を表している。
大開口部33a及び小開口部33bの短辺方向の長さは、接続端子20aの接合部分21の幅Wよりも小さく、かつ、他の部分(接触部分22、スプリング部分23、係合部分25の挿し込み部25aを除いた部分)の幅Wよりも大きくなるように選定されている。また、連通部33cの幅は、係合部分25(挿し込み部25aを除いた部分)の幅Wとほぼ同じとなるように選定されている。また、小開口部33bの大きさは、挿し込み部25aの断面積(厚さ×幅に相当する大きさ)とほぼ同じとなるように選定されており、大開口部33aの長辺方向の長さは、スプリング部分23及び接合部分21の奥行き(D)方向の長さとほぼ同じ大きさか、若干大きく選定されている。
このように連通部33cの幅を係合部分25(挿し込み部25aを除いた部分)の幅Wとほぼ同じとなるように選定し、かつ、小開口部33bの大きさを挿し込み部25aの断面積とほぼ同じとなるように選定することで、ハウジング30aのスリット33に接続端子20aを挿し込んで仮固定させる際に、挿し込み部25aと係合部分25により、接続端子20aの姿勢を安定化させることができる。
さらに、ハウジング30aには、各スリット33毎に連通部33cの近傍において大開口部33aの長辺方向に沿ったハウジング部分(2箇所)に凹部34が設けられている。この凹部34は均一な深さを有し、その深さは、接続端子20aの接合部分21の厚さよりも若干大きく選定されている。これは、上述した第1実施形態の場合と同様に、ハウジング30aに接続端子20aを仮固定する際にこの凹部34に接続端子20aの接合部分21が係止され、最終的に接合部分21上ではんだ付けが行われるので、そのはんだ付けに必要とされるスペースを確保するためである。
同様に、ハウジング30aは、その厚さが0.5〜1.0mm(好適には0.8mm)となるように選定されている。
この第2実施形態(接続端子20a及びハウジング30aを利用した接続端子付基板)においても、上述した第1実施形態の場合と比べて、接続端子20aの係合部分25の形状及びこれに対応するハウジング30aのスリット33の形状において若干相違するものの、基本的な構成及び各構成部分が果たす機能については同様であるので、同様の作用効果を奏することができる。
(第3の実施の形態…図11〜図13参照)
図11は本発明の第3の実施の形態に係る接続端子付基板40bの構成を縦断面図の形態で示したものである。また、図12はこの接続端子付基板40bに使用される接続端子20bの構造を示したもので、(a)は斜め上から見たときの形状、(b)は側面から見たときの形状をそれぞれ示している。また、図13はこの接続端子20bを仮固定するためのハウジング30bの構成を示したもので、(a)は接続端子20bを挿す側から見たときのハウジング30bの平面構造、(b)は(a)においてA−A’線に沿って見たときの断面構造を示している。
この第3実施形態で使用する接続端子20b(図12)は、第2実施形態で使用する接続端子20a(図9)と同様に、4つの部分(接合部分21、接触部分22、スプリング部分23、係合部分26)が一体的に成形された構造を有しており、基本的に各部分の機能は同じであり、係合部分26の形状においてのみ相違している。また、この係合部分26の形状に依存して、接続端子20bをハウジング30bに挿し込む際には、上記の場合とは逆に、図12(b)に矢印で示すように接合部分21及び係合部分26を下側にして挿し込む点でも相違している。
この係合部分26は、接合部分21のスプリング部分23と繋がっている側と反対側の端部に繋がり、スプリング部分23と同じ幅(例えば、W=0.2mm)を有し(先端に設けた挿し込み部26aの部分を除く)、かつ、側面視したときに「L」字状となるように成形されている。具体的には、接合部分21から水平方向に延出し、さらに上方向に湾曲し、さらにこの湾曲部から上方向(接触部分22に近づく方向)に延出するよう成形されている。この湾曲部から上方向に延出している部分が、図示のように係合部分26の幅よりも広い幅(例えば、W=0.3mm)を有した挿し込み部26aを形成している。この挿し込み部26aは、後述するようにハウジング30bに仮固定される接続端子20bの姿勢を安定化させる役割を果たす。
この第3実施形態で使用するハウジング30b(図13)には、第2実施形態の場合と同様に、最終的に接続端子20bの接合部分21が接合される基板10(図11)のパッド12Pの配列に合わせてアレイ状にスリット35が設けられている。個々のスリット35は、平面視したときに第2実施形態におけるスリット33(図10(a)参照)と同様に、3つの部分(大開口部35a、小開口部35b、連通部35c)を有している。
上記の場合と同様に、大開口部35a及び小開口部35bの短辺方向の長さは、接続端子20bの接合部分21の幅Wよりも小さく、かつ、他の部分(接触部分22、スプリング部分23、係合部分26の挿し込み部26aを除いた部分)の幅Wよりも大きくなるように選定されている。また、連通部35cの幅は、係合部分26(挿し込み部26aを除いた部分)の幅Wとほぼ同じとなるように選定されている。また、小開口部35bの大きさは、挿し込み部26aの断面積(厚さ×幅に相当する大きさ)とほぼ同じとなるように選定されており、大開口部35aの長辺方向の長さは、スプリング部分23及び接合部分21の奥行き(D)方向の長さとほぼ同じ大きさか、若干大きく選定されている。
このように連通部35cの幅を係合部分26(挿し込み部26aを除いた部分)の幅Wとほぼ同じとなるように選定し、かつ、小開口部35bの大きさを挿し込み部26aの断面積とほぼ同じとなるように選定することで、ハウジング30bのスリット35に接続端子20bを挿し込んで仮固定させる際に、挿し込み部26aと係合部分26により、接続端子20bの姿勢を安定化させることができる。
さらに、ハウジング30bには、各スリット35毎に連通部35cの近傍において大開口部35aの長辺方向に沿ったハウジング部分(2箇所)に凹部36が設けられている。この凹部36は、上記の場合と同様に均一な深さを有しているが、その深さは、上記の場合(図10(b)の凹部34)よりも深くなるように選定されている。この第3実施形態では、ハウジング30bに接続端子20bを挿し込む際の方向が、第2実施形態の場合とは上下反対方向となっているからである。
同様に、ハウジング30bは、その厚さが0.5〜1.0mm(好適には0.8mm)となるように選定されている。
この第3実施形態(接続端子20b及びハウジング30bを利用した接続端子付基板)においても、上述した第1、第2の実施形態の場合と比べて、接続端子20bの係合部分26の形状及びこれに対応するハウジング30bのスリット35の形状において若干相違するものの、基本的な構成及び各構成部分が果たす機能については同様であるので、同様の作用効果を奏することができる。
上述した第1〜第3の各実施形態では、接続端子付基板40(図1)をLGAソケットの一部として適用した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨(基板10と一体化されて接続端子20(20a,20b)を固定保持するのに用いられるハウジング30(30a,30b)を、基板と一体化される前は接続端子の整列用治具として用いること)からも明らかなように、本発明の接続端子付基板の適用形態がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、インターポーザや半導体パッケージ等にも同様に適用することが可能である。
図14はその一例を示したもので、接続端子付基板をインターポーザとして適用した場合の構成(縦断面図)を示している。図示の接続端子付基板(インターポーザ)70の構成では、第1実施形態において図4の工程で作製された構造体(ハウジング30に複数個の接続端子20を仮固定し整列させたもの)を、基板10aの両面にそれぞれ接合している。
基板10aは、第1実施形態における基板10(図1、図5)の構成と基本的に同じ構成を有している。ただし、基板本体(樹脂基板)11a内部に配設される配線層及び該配線層間を接続するビアの配置において相違している。また、第1実施形態の基板10に設けられているはんだボール(外部接続端子)19は設けられておらず、その代わりに、当該パッド13P上にはんだ18が被着されている。
この接続端子付基板(インターポーザ)70は、図7に例示した実装構造における接続端子付基板40と同様の態様で使用することができる。例えば、基板10aの上側の接続端子20は、その接触部分22を介してLGAパッケージ50のパッド51との接続に使用され、これと反対側(下側)の接続端子20は、その接触部分22を介してマザーボード60のパッド61との接続に使用される。
10,10a…基板、
12(12P),13(13P)…配線層(パッド)、
16,17…ソルダレジスト層(絶縁層/保護膜)、
18…はんだ(導電性材料)、
19…はんだボール(外部接続端子)、
20,20a,20b…接続端子、
21…接合部分、
22…接触部分、
23…スプリング部分、
24,25,26…係合部分、
24a…突起部、
25a,26a…挿し込み部、
30,30a,30b…ハウジング(板状部材)、
31,33,35…スリット、
32,34,36…凹部、
40,40a,40b,70…接続端子付基板、
50…LGAパッケージ(被接続物)。

Claims (9)

  1. 一方の面に設けられたパッドを有する基板と、該基板に実装される接続端子と、該接続端子の一部分を挿通させるスリットを有し、前記基板の一方の面上に設けられて前記接続端子を固定保持する板状部材とを備えた接続端子付基板であって、
    前記接続端子は、前記パッドに導電性材料を介して接合された接合部分と、該接合部分に対向するよう配置され、前記接続端子付基板に対向配置される被接続物に設けられたパッドに接触する接触部分と、前記接合部分と前記接触部分との間に介在するスプリング部分と、前記接合部分から延在し、前記板状部材に設けられた前記スリットの一部に係合して前記接続端子の姿勢を安定化させる係合部分とを有し、前記接触部分、スプリング部分、接合部分及び係合部分が金属板により一体的に成形されており、
    前記接続端子の係合部分は、前記接合部の延在方向に対して垂直方向に延びる立設部を備えて形成され、前記立設部の側面が前記板状部材のスリットの側面に当接しており、かつ
    前記板状部材は、前記スリットの長辺方向に沿った部分で短辺方向に対向する部分に形成された凹部を有し、該凹部に前記接続端子の接合部分が係止された状態で前記基板のパッドに電気的に接続されていることを特徴とする接続端子付基板。
  2. 前記接続端子の係合部分は、前記接合部分から該接合部分と同じ面方向に延出する第1の部分と、該第1の部分から円弧状に湾曲する第2の部分と、該第2の部分から前記接触部分に近づく方向に延出する第3の部分とを含むように成形され、該第3の部分が、前記第1の部分及び第2の部分の幅よりも広い幅を有した挿し込み部として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続端子付基板。
  3. 前記板状部材に設けられたスリットは、長辺方向の長さが長い方の第1の開口部と、該長辺方向の長さが短い方の第2の開口部と、前記第1の開口部及び第2の開口部の幅よりも狭い幅を有し、両開口部間を連通する第3の開口部とからなり、
    前記第3の開口部の幅が、前記係合部分の幅とほぼ同じとなるように選定され、かつ、前記第2の開口部の大きさが、前記挿し込み部の厚さ及び幅に相当する大きさとなるように選定されていることを特徴とする請求項2に記載の接続端子付基板。
  4. 前記接続端子の係合部分は、前記接合部分から前記接触部分に近づく方向に延出する第1の部分と、該第1の部分から円弧状に湾曲する第2の部分と、該第2の部分から前記接触部分に対し遠ざかる方向に延出する第3の部分とを含むように成形され、該第3の部分の途中に、前記係合部分の幅方向に突出した突起部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続端子付基板。
  5. 前記板状部材に設けられたスリットは、長辺方向の長さが長い方の第1の開口部と、該長辺方向の長さが短い方の第2の開口部とに分かれており、
    前記板状部材の前記第1の開口部と第2の開口部の間の部分に、前記接続端子の接合部分の前記接触部分に対向する側の面が当接し、かつ、前記スリットの長辺方向に沿った部分で短辺方向に対向する部分に、前記接合部分の幅方向に突出した部分が係止されていることを特徴とする請求項4に記載の接続端子付基板。
  6. 前記接続端子の係合部分が前記第2の開口部に収容されるとともに、前記係合部分に形成された前記突起部が前記第2の開口部内の側壁部に圧接され係止されていることを特徴とする請求項5に記載の接続端子付基板。
  7. 前記接続端子の係合部分は、前記接合部分から前記接触部分に近づく方向に延出する第1の部分と、該第1の部分から円弧状に湾曲する第2の部分と、該第2の部分から前記接触部分に対し遠ざかる方向に延出する第3の部分とを含むように成形され、該第3の部分が、前記第1の部分及び第2の部分の幅よりも広い幅を有した挿し込み部として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続端子付基板。
  8. 前記板状部材に設けられたスリットは、長辺方向の長さが長い方の第1の開口部と、該長辺方向の長さが短い方の第2の開口部と、前記第1の開口部及び第2の開口部の幅よりも狭い幅を有し、両開口部間を連通する第3の開口部とからなり、
    前記第3の開口部の幅が、前記係合部分の幅とほぼ同じとなるように選定され、かつ、前記第2の開口部の大きさが、前記挿し込み部の厚さ及び幅に相当する大きさとなるように選定されていることを特徴とする請求項7に記載の接続端子付基板。
  9. 前記板状部材は、前記被接続物を収容するハウジングの一部であり、前記基板と一体化されてソケットの一部を構成することを特徴とする請求項1に記載の接続端子付基板。
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