JP5585159B2 - コネクタ、電子装置、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）型パッケージを配線基板に電気接続するコネクタ、該コネクタを含む電子装置、及びその製造方法に関する。

サーバ及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の電子機器の高機能化及び高性能化に伴い、多数の端子をパッケージの一方の面に格子状に配置したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型又はランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）型の半導体装置が広く使用されている。ＬＧＡパッケージは、システムボード等の配線基板上に加圧実装することができる。ＬＧＡパッケージの加圧実装は、機械的な接触を利用して電気的に接続されるものであるため、はんだ溶融接合のための高温工程を不要とし、また、半導体装置のリペア作業を容易にする。ＬＧＡパッケージの加圧実装においては、一般的に、ＬＧＡコネクタ又はＬＧＡインターポーザと呼ばれるコネクタを介して、ＬＧＡパッケージのランドと配線基板の電極パッドとの間の電気的な接続が達成される。

図１に、従来のＬＧＡコネクタを含む実装構造の一例を示す。ＬＧＡパッケージである半導体装置１０がＬＧＡコネクタ３０を介してシステムボード２０上に搭載されている。ＬＧＡパッケージ１０及びシステムボード２０は、それらの外側に配置された補強板（ボルスタープレート）５１とヒートスプレッダ５２及びヒートシンクベース５３とによって挟まれ、バネ付きネジ５４によって締め付けられる。ＬＧＡパッケージ１０は、パッケージ基板１１と、その下面に格子状に配列されたランド１２と、半導体チップ１３とを有する。システムボード２０は、基板２１と、その上面に格子状に配列された電極パッド２２とを有する。システムボードの電極パッド２２は、ＬＧＡパッケージのランド１２と同様のパターンを有する。なお、実際のサーバやＰＣ等の内部においては一般的に、図１の構成に加えて、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体が取り付けられる。

ＬＧＡコネクタ３０は、支持部材であるフレーム（ソケット等とも呼ばれる）３１と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の接続端子（以下、コラムと称する）４０とを有する。コラム４０はＬＧＡパッケージのランド１２及び配線基板の電極パッド２２と同様のパターンに配置されている。コラム４０は、導電性フィラーを分散させた導電性ゴムからなり、バネ付きネジ５４による加圧によってランド１２と電極パッド２２との間で圧縮され、これらを電気的に接続することができる。

しかしながら、長期的な加圧及び／又は電子装置の稼動時の発熱によって、コラム４０とランド１２及び／又は電極パッド２２との間の電気接続性が低下してしまい得る。例えば、ゴム材のクリープ等によってコラム４０が変形すると、コラム４０は半導体チップからの発熱によるＬＧＡパッケージ１０及びシステムボード２０の反りに追従することができなくなり得る。さらに、ＬＧＡパッケージ１０及び／又はシステムボード２０の反りが増大すると、図２に示すように、コラム４０とランド１２及び／又は電極パッド２２との間にギャップ６０が生じ、ランド１２と電極パッド２２との間の導通を阻害してしまう。

この問題又はその他の問題に関連し、コラムにバネを用いた構成や、コラムにバネとエラストマーとの組み合わせ等の複合部材を用いた構成が知られている。

特表２００４−５１９０７５号公報 特開２００２−１００４３１号公報 特開２００４−２９６３０１号公報 特開２００８−２２６８４１号公報

バネ又は複合部材をコラムに用いた既知のコネクタは、しかしながら、以下のような問題を有する。バネなどによる伸縮範囲の拡大によって半導体装置及び／又は配線基板の反りに対する追従性は向上し得るものの、バネを構成する線材の長さ及び細さに起因して抵抗が増大する。また、バネ材自体又は組み合わせるエラストマーにクリープ等による変形が生じ、半導体装置などの形状変化に対する追従性が低下し得る。

よって、半導体装置及び配線基板の形状変化に追従し、加圧実装される半導体装置と配線基板との電気接続性を維持し得る技術が依然として望まれる。

一観点によれば、電気絶縁性のフレ−ムと、フレームから突出した接続端子とを含むコネクタが提供される。フレームに貫通孔が設けられ、貫通孔内に接続端子が配置される。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。

他の一観点によれば、配線基板と、配線基板の上方に設けられた半導体装置と、配線基板と半導体装置とを電気的に接続する接続端子とを有する電子装置が提供される。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。

他の一観点によれば、電子装置の製造方法が提供される。当該方法は、フレ−ムと、該フレームに備えられた貫通孔と、該貫通孔内に配置され且つフレームから突出する接続端子と、を有するコネクタを配線基板上に配置する工程を含む。接続端子は、形状記憶合金を含む金属部を備える。当該方法は更に、コネクタ上に半導体装置を配置し、接続端子を配線基板及び半導体装置と電気的に接続する工程を含む。

半導体装置からの発熱によって半導体装置と配線基板との離間距離が増大するとき、接続端子の金属部が形状記憶効果により伸長することで、接続端子と配線基板及び半導体装置との電気接続性を維持することができる。

従来のＬＧＡコネクタを用いた実装構造を例示する断面図である。 従来のＬＧＡコネクタにおいて見られる問題を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係るＬＧＡコネクタ及び電子装置を例示する断面図である。 コラムの配列パターンを例示する上面図である。 図３のコラム及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。 図３のＬＧＡコネクタの効果を模式的に示す断面図である。 金属部の一変形例を示す断面図である。 図３のＬＧＡコネクタの製造方法を例示する断面図である。 第２実施形態に係るＬＧＡコネクタを説明するための断面図である。 図９のＬＧＡコネクタの効果を模式的に示す断面図である。 図９のＬＧＡコネクタの製造方法を例示する断面図である。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一又は類似の参照符号を付する。

（第１実施形態）
先ず、図３及び４を参照して、第１実施形態に従った電子装置１００及びコネクタ１３０の概略構成を説明する。

図３に示すように、電子装置１００は、半導体装置１１０、配線基板１２０及びコネクタ１３０を含んでいる。半導体装置１１０はコネクタ１３０を介して配線基板１２０上に搭載されている。そして、半導体装置１１０及び配線基板１２０は、それらの外側に配置されたボルスタープレート１５１と放熱機構（例えば、ヒートスプレッダ１５２及びヒートシンクベース１５３）とによって挟まれ、バネ付きネジ１５４によって締め付けられる。典型的に、電子装置１００は３乃至４本のバネ付きネジ１５４を有する。なお、実際のサーバやＰＣ等の内部において、電子装置１００は、例えば、図３の構成に加えて、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体を有し得る。

半導体装置１１０は、パッケージ基板１１１と、その下面に格子状に配列された複数のパッド（ランド）１１２と、半導体チップ１１３とを有する。このような半導体装置はＬＧＡパッケージ等と呼ばれている。ＬＧＡパッケージ１１０はまた、その内部の実装形態に応じて、その他の要素を含み得る。例えば、半導体チップ１１３がパッケージ基板１１１にフリップチップ実装される場合、該チップとパッケージ基板１１１との間にアンダーフィル樹脂が充填され得る。また、半導体チップ１１３がパッケージ基板１１１にボンディングワイヤによって接続される場合、該チップ及びボンディングワイヤを封止する封止樹脂等が設けられる。配線基板１２０は、例えばシステムボードであり、基板１２１と、その上面に格子状に配列された複数の電極パッド１２２とを有する。システムボードの電極パッド１２２は、ＬＧＡパッケージのランド１１２と同様のパターンを有する。一般的に、ＬＧＡパッケージのランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２は、例えば銅（Ｃｕ）めっきにより形成され、表面に金（Ａｕ）めっきが施される。

コネクタ１３０は、支持部材である電気絶縁性のフレーム（ソケット等とも呼ばれる）１３１と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の導電性接続端子（以下、コラムと称する）１４０とを有する。フレーム１３１は、例えばポリイミド又はガラスクロスを内部に含有する樹脂などを有する。このようなコネクタはＬＧＡコネクタ又はＬＧＡインターポーザ等と呼ばれている。コラム１４０はフレーム１３１の面内で、図４の上面図に例示するように、ＬＧＡパッケージのランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２と同様の２次元パターンに配列されている。故に、コラム１４０は、バネ付きネジ１５４による加圧によってランド１１２と電極パッド１２２との間に挟持され、相対するランド１１２と電極パッド１２２とを電気的に接続することができる。なお、図４に示すように、フレーム１３１は、コラム１４０が存在しない部分に開口部１３１ａを有していてもよい。また、例えばコラム数が多い場合など、フレーム１３１は横方向にバネ付きネジ１５４を超えて延在し、ネジ１５４の位置に対応してネジ通過孔を有していてもよい。

続いて、図５の拡大断面図を参照して、ＬＧＡコネクタ１３０が有するコラム１４０を更に詳細に説明する。

各コラム１４０は、ＬＧＡパッケージ１１０側に設けられた第１の導電性エラストマー１４１と、システムボード１２０側に設けられた第２の導電性エラストマー１４２と、これら２つのエラストマー間に設けられた金属部１４３とを有する。金属部１４３は、フレーム１３１に形成された貫通孔１３２に挿通されている。金属部１４３はまた、フレーム１３１の厚さより大きい長さを有し、フレーム１３１のＬＧＡパッケージ側及びシステムボード側の双方から突出している。そして、エラストマー１４１及び１４２は、それぞれ、金属部１４３の突出部を受け入れる挿入孔１４１ａ及び１４２ａを有し、該挿入孔の内面で金属部１４３と接している。また、エラストマー１４１及び１４２は例えば円錐の頂部を切断したような外形を有し、それぞれの頂面１４１ｂ、１４２ｂでそれぞれＬＧＡパッケージのランド１１２、システムボードの電極パッド１２２と接触する。

第１及び第２のエラストマー１４１及び１４２は、例えば銀（Ａｇ）フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性ゴムを含んでいる。また、金属部１４３は形状記憶合金を含んでいる。故に、各コラム１４０は、導電性ゴムと形状記憶合金とを連結した複合部材として構成され得る。金属部１４３の形状記憶合金は、変態点温度を考慮して、例えば、５１Ｎｉ−４９Ｔｉ等のニッケルチタン系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ等の銅系合金、及びＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ等の鉄系合金などの種々の形状記憶合金から選択し得る。形状記憶合金はまた、温度ヒステリシスが小さいもの及び／又は安価なもの等、その他の点を考慮に入れて選択されてもよい。形状記憶合金は、相変態原理に基づき、マルテンサイト相にあるときは小さな荷重で縮むことができ、変態点温度以上の温度でオーステナイト相（母相）に戻ると、形状記憶効果を発揮して形状回復する。

図６に、このような複合部材として構成されたコラム１４０を用いることの効果を模式的に示す。図６は、電子装置１００の一部を、（ａ）室温付近、（ｂ）温度上昇時（例えば、８０℃付近）の２つの温度域について示している。

室温付近において、形状記憶合金を含む金属部１４３は、バネ付きネジ１５４による締め付けによりＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。このときの金属部１４３の長さをＬ１とする。当然ながら、導電性エラストマー１４１及び１４２にも同一の荷重が作用し、エラストマー１４１及び１４２はそれぞれＬＧＡパッケージのランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２に圧接されている。

電子装置１００の稼働時、ＬＧＡパッケージ１１０が含む半導体チップ１１３の発熱により、ＬＧＡパッケージ１１０、システムボード１２０及びＬＧＡコネクタ１３０の温度が上昇し、これらの要素に反りが生じ得る。通常、これらの要素の熱膨張と、バネ付きネジ１５４による締め付けとにより、図示のように、ＬＧＡパッケージ１１０は上に凸、システムボード１２０は下に凸の形状に反る傾向にある。故に、ＬＧＡパッケージ１１０とシステムボード１２０との離間距離が増大する。このとき、形状記憶合金を含む金属部１４３は、形状記憶効果により、増大した離間距離に追従して長さＬ２に伸張し（Ｌ２＞Ｌ１）、エラストマー１４１及び１４２をそれぞれランド１１２及び電極パッド１２２に押し当てるよう作用する。

図６（ａ）、（ｂ）に示した挙動は、室温付近でマルテンサイト相にあり、且つ反りが発生するような温度上昇時に母相にあるように、形状記憶合金の種類及び組成を選択することにより実現することができる。例えば、金属部１４３に用いる形状記憶合金の変態点温度を、室温と有意な反りが発生する温度との間の温度、例えば室温と装置設計上の最大動作温度との間の温度、に選択し得る。

斯くして、金属部１４３を含むコラム１４０の高さは、形状記憶合金の相変態を利用して、室温付近及び昇温時の双方においてＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０の熱変形に追従して変化し得る。故に、コラム１４０は、ランド１１２及び電極パッド１２２との間にギャップが生じることを阻止し、ＬＧＡパッケージ１１０とシステムボード１２０との間の電気接続性を良好に維持することができる。

また、各コラム１４０は、導電性エラストマー１４１及び１４２を対応するランド１１２及びパッド１２２に当接させるため、金属を直接当接させる場合等に見られるランド表面及びパッド表面のＡｕめっきの損傷を防止することができる。故に、Ｃｕが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。

図５を再び参照するに、ＬＧＡコネクタ１３０は好ましくは、フレーム１３１の貫通孔１３２の内壁に形成された金属膜１３３を有する。金属膜１３３は例えばＣｕめっき膜とし得る。また、ＬＧＡコネクタ１３０は好ましくは、フレーム１３１のＬＧＡパッケージ１１０側及びシステムボード１２０側の双方又は一方の表面に、各貫通孔１３２を囲む金属パッド１３４を有する。金属パッド１３４は例えばＡｕめっき膜とし得る。存在する場合、金属膜１３３及びパッド１３４は連通し、各貫通孔１３２を取り囲む。

金属膜１３３又は金属パッド１３４は、導電性エラストマー１４１、１４２及び金属部１４３を有するコラム１４０に接触し、ＬＧＡパッケージのランド１１２とシステムボードの電極パッド１２２との間の導通に寄与する。特に、金属部１４３の形状記憶合金がその材料及び／又は形状に起因して比較的高い電気抵抗を有する場合、金属膜１３３及び金属パッド１３４は、コラム１４０に寄生する抵抗を有意に低減し、ＬＧＡパッケージ１１０とシステムボード１２０との間での信号遅延を低減することができる。

なお、本実施形態は、全てのコラム１４０に形状記憶合金を含む金属部１４３を設けることに限定されず、一部のコラムのみに金属部１４３を設けてもよい。一例として、図２及び６（ｂ）に示したような反り形状に対応して、図４に示した格子状のコラム１４０のうちの内周部のコラムのみに金属部１４３を設けてもよい。他の一例として、構成要素間の熱膨張係数の不整合などに起因して逆の反り形状が予見される場合、例えば外周部又はコーナー部のコラムのみに金属部１４３を設けてもよい。

また、金属部１４３の形状は棒状に限定されず、例えばコイル状又は波板状など、その他の形状を用いてもよい。コイル状又は波板状の形状記憶合金は、一層大きな反り等に対応することが可能な可動範囲を実現し得る。

さらに、金属部１４３は、その長さがフレーム１３１の厚さより大きいものに限定されず、予見される反り量などに応じて長さを決定され得る。例えば、必要な形状記憶合金の長さがフレーム厚さより小さい場合、形状記憶合金を貫通孔内の高さ方向の一部のみに位置付け、導電性エラストマー１４１及び１４２に、貫通孔に挿入され且つ形状記憶合金に当接あるいは接着される棒状部分を設けてもよい。あるいは、図７に示すようにコラム１４０’のように、形状記憶合金を有する第１金属部１４３−１とその他の金属又は合金を有する第２金属部１４３−２として金属部１４３’を構成してもよい。第２金属部１４３−２として例えばＣｕ等の低抵抗金属を用いることにより、コラムの電気抵抗を更に低減することができる。

続いて、図８を参照して、ＬＧＡコネクタ１３０及び電子装置１００の製造方法の一例を説明する。

先ず、図８（ａ）に示すように、ポリイミド又はガラスクロスを内部に含有する樹脂などの絶縁材料を有するフレーム１３１に、ドリル又はレーザ等によって、ＬＧＡパッケージのランドパターンに対応したパターンで貫通孔１３２を形成する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、フレームの貫通孔１３２の内壁に金属めっき膜１３３を形成し、めっきされた貫通孔１３２の周辺に金属パッド１３４を形成する。例えば、金属めっき膜１３３をＣｕめっき膜とし、金属パッド１３４をＡｕパッドとし得る。

次いで、図８（ｃ）に示すように、貫通孔１３２に形状記憶合金を含む金属部１４３を挿通する。金属部１４３は、貫通孔１３２の直径より小さい直径と所望の長さとを有するように予め成形しておくことができる。挿通の際、貫通孔１３２の挿入側とは反対側から吸引するなどの方法を用いてもよい。形状記憶合金は例えばＮｉＴｉ合金とし得るが、室温での圧縮状態から電子装置１００の稼働温度域で元の形状に回復する物性を有するその他の合金としてもよい。また、コイル状又は波板状などのその他の形状を有する形状記憶合金を用いてもよい。

最後に、図８（ｄ）に示すように、フレーム１３１から突出した金属部１４３に、導電性エラストマー１４１及び１４２を取り付ける。導電性エラストマー１４１及び１４２にそれぞれ形成された挿入孔１４１ａ及び１４２ａを用いて、金属部１４３と導電性エラストマー１４１及び１４２とを嵌合させ、且つエラストマー１４１及び１４２を金属パッド１３４に接触させることが可能である。導電性エラストマー１４１及び１４２は、例えば、導電性フィラーを含有する導電性ゴムとし得る。一例として、Ａｇフィラーを含有したゴム材を金型に流し入れ、頂部が平坦に切断された円錐状の外形と底面の中心部に設けられた挿入孔とを有する導電性ゴムを成型し得る。しかしながら、その他の導電性フィラー又は導電性粒子や、その他の形状を用いてもよい。

電子装置１００の製造においては、システムボード１２０、ＬＧＡコネクタ１３０及びＬＧＡパッケージ１１０を、それぞれのパッド１２２、コラム１４０及びランド１１２が整列するように位置合わせして積み重ね、スタックを形成する。そして、該スタックをボルスタープレート１５１と、ヒートスプレッダ１５２及びヒートシンクベース１５３との間に配置し、バネ付きネジ１５４によって締め付けることによって、パッド１２２、コラム１４０及びランド１１２を十分な接力で接触させることができる。

（実施例１）
厚さ１．９５ｍｍ程度のフレームに、格子状に配列されたピッチ１．２７ｍｍ、直径０．７５ｍｍ程度の貫通孔を形成する。貫通孔の内壁にＣｕめっきを行い、貫通孔の周辺にＡｕパッドを形成する。貫通孔に長さ２．１５ｍｍ程度、直径０．７ｍｍ程度の棒状の、Ｎｉ：４９％、Ｔｉ：５１％の組成比を有するＮｉＴｉ合金を挿通する。フレームのＬＧＡパッケージ側及びシステムボード側の双方において、フレームから突出したＮｉＴｉ合金の部分に、例えばＡｇフィラーを含有する導電性ゴムを嵌合させる。以上により、非加圧時の総高さが２．３ｍｍ程度のコラムを形成する。

このコラムを有するＬＧＡコネクタ（以下、コネクタ１と称する）を用いた場合について、導電性ゴムのみからなるコラムを有するＬＧＡコネクタ（以下、従来コネクタと称する）を用いた場合との比較検討を行った。

室温及び８０℃においてＬＧＡパッケージとＬＧＡコネクタのコラムとの間の接触状態を観測したところ、従来コネクタにおいては８０℃において１０μｍ〜３０μｍのギャップが発生したが、コネクタ１においてギャップは見られなかった。ＮｉＴｉ合金の形状回復歪みが３％程度であることから、長さ２．１５ｍｍ程度の棒状のＮｉＴｉ合金は温度上昇時の相変態により約６５μｍ伸張することができ、ギャップの発生を阻止することができる。

また、従来コネクタを用いた場合、コラムへの荷重が設計上の上限荷重とした６０ｇを超えて最大７０〜９０ｇに達する。そのため、コラムが極度に変形し、温度変化（１５℃−８０℃）に伴うＬＧＡパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従しなくなる。抵抗測定により、ＬＧＡコネクタとＬＧＡパッケージ及び／又はシステムボードとの間での接触不良が観測された。一方、コネクタ１を用いた場合、コラムへの荷重が３０ｇ〜６０ｇの範囲内に制御される。コラムの変形を小さくすることができ、また、温度変化（１５℃−８０℃）に伴うＬＧＡパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従することができる。その結果、コラムがつぶれてＬＧＡパッケージ及び／又はシステムボードとの間で接触不良を起こすことは観測されなかった。

（第２実施形態）
続いて、図９を参照して、第２実施形態に従ったＬＧＡコネクタ２３０の構成を説明する。ＬＧＡコネクタ２３０は、図３に示した電子装置１００において、ＬＧＡコネクタ１３０に代えて用いることができる。図９は、図５に対応して、コネクタ２３０の一部と、該コネクタによって接続される半導体装置（ＬＧＡパッケージと称する）１１０及び配線基板（システムボードと称する）１２０の一部とを示している。なお、コネクタ１３０とコネクタ２３０とで共通する要素については、類似の参照符号を付し、その機能及び材料についての詳細な説明を省略する。

ＬＧＡコネクタ２３０は、支持部材である電気絶縁性のフレーム２３１と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の導電性接続端子（コラム）２４０とを有する。コラム２４０は、外部からの加圧によってＬＧＡパッケージ１１０のランド１１２とシステムボード１２０の電極パッド１２２との間に挟持され、相対するランド１１２と電極パッド１２２とを電気的に接続することができる。

各コラム２４０は、フレーム２３１の貫通孔２３２に挿通された金属部２４３と、ＬＧＡパッケージ１１０側に設けられた第１の導電性バネ２４４と、システムボード１２０側に設けられた第２の導電性バネ２４５とを有する。金属部２４３は、フレーム２３１の厚さより大きい長さを有し、フレーム２３１のＬＧＡパッケージ側及びシステムボード側の双方から突出している。そして、第１のバネ２４４は金属部２４３のＬＧＡパッケージ側の突出部の周りに巻かれ、第２のバネ２４５は金属部２４３のシステムボード側の突出部の周りに巻かれている。導電性バネ２４４及び２４５としては、例えば銅、リン青銅、ステンレス、ベリリウム銅、ピアノ線などの金属線を用いることができ、例えば金めっき等のめっきが施されていてもよい。

各コラム２４０は更に、第１のバネ２４４の先端（ＬＧＡパッケージ１１０側の端部）に取り付けられた第１の導電性パッド２４６と、第２のバネ２４５の先端（システムボード１２０側の端部）に取り付けられた第２の導電性パッド２４７とを有し得る。導電性パッド２４６及び２４７は、それぞれ、少なくともＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０との接触面に、例えば導電性フィラーを分散させた導電性ゴム等の導電性エラストマーを有する。第１の導電性パッド２４６及び第２の導電性パッド２４７は、それぞれ、第１のバネ２４４及び第２のバネ２４５に導電性接着剤を用いて取り付けられ得る。接着に代えて、あるいは加えて、例えば導電性パッド２４６及び２４７がそれぞれバネ２４４及び２４５の先端と嵌合する成形部を有する等、その他の接続手段が用いられてもよい。

好ましくは、ＬＧＡコネクタ２３０は、フレームの貫通孔２３２の内壁に形成された金属膜２３３を有する。金属膜２３３は例えばＣｕめっき膜とし得る。また、ＬＧＡコネクタ２３０は更に、フレーム２３１のＬＧＡパッケージ１１０側及びシステムボード１２０側の少なくとも一方の表面に、各貫通孔２３２の周囲に形成された金属パッド（図１１の２３４参照）を有していてもよい。この金属パッドが存在する場合、金属膜２３３及び金属パッドは連通し、各貫通孔２３２を取り囲む。第１及び第２の導電性バネ２４４及び２４５の基端（フレーム２３１側の端部）は、金属膜２３３又は該金属パッドに電気的に接続されることができる。この電気的な接続は、例えば、導電性バネ２４４及び２４５の基端をこれら金属膜２３３又は金属パッド等に接触させる、あるいは導電性接着剤で接着することによって行い得る。金属膜２３３は、ＬＧＡパッケージのランド１１２とシステムボードの電極パッド１２２との間の導通に寄与する。

斯くして、各コラムは、形状記憶合金を含む金属部２４３と、第１及び第２の導電性バネ２４４及び２４５と、導電性エラストマーを含む第１及び第２の導電性パッド２４６及び２４７とを含む複合部材として構成され得る。金属部２４３の形状記憶合金は、第１実施形態の金属部１４３に関して上述したように、変態点温度等を考慮して、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、銅系合金及び鉄系合金などの種々の形状記憶合金から選択し得る。形状記憶合金は、相変態原理に基づき、マルテンサイト相にあるときは小さな荷重で縮むことができ、変態点温度以上の温度で母相に戻ると、形状記憶効果を発揮して形状回復する。

図１０に、このような複合部材として構成されたコラム２４０を用いることの効果を模式的に示す。図１０は、図６と同様に、電子装置１００の一部を、（ａ）室温付近、（ｂ）温度上昇時（例えば、８０℃付近）の２つの温度域について示している。

室温付近において、形状記憶合金を含む金属部２４３は、外部からの圧力によりＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。このときの金属部２４３の長さをＬ３とする。また、バネ２４４及び２４５もＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０から受ける荷重に応じて圧縮された状態にある。当然ながら、導電性エラストマーを含む導電性パッド２４６及び２４７にも荷重が作用し、パッド２４６及び２４７はそれぞれＬＧＡパッケージのランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２に圧接されている。

電子装置１００の稼働時、ＬＧＡパッケージ１１０が含む半導体チップ１１３の発熱により、ＬＧＡパッケージ１１０、システムボード１２０及びＬＧＡコネクタ１３０の温度が上昇し、これらの要素に反りが生じ得る。通常、図示のように、ＬＧＡパッケージ１１０は上に凸、システムボード１２０は下に凸の形状に反る傾向にあり、故に、ＬＧＡパッケージ１１０とシステムボード１２０との離間距離が増大する。このとき、形状記憶合金を含む金属部２４３は、形状記憶効果により、増大した離間距離に追従して長さＬ４に伸張し（Ｌ４＞Ｌ３）、導電性パッド２４４及び２４５をそれぞれランド１１２及び電極パッド１２２に押し当てるよう作用する。また、バネ２４４及び２４５も、それ自体の熱膨張及び弾性作用により、導電性パッド２４４及び２４５をそれぞれランド１１２及び電極パッド１２２に押し当てるよう作用する。

図１０（ａ）、（ｂ）に示した挙動は、室温付近でマルテンサイト相にあり、且つ反りが発生するような温度上昇時に母相にあるように、形状記憶合金の種類及び組成を選択することにより実現することができる。例えば、金属部２４３に用いる形状記憶合金の変態点温度を、室温と装置設計上の最大動作温度との間の温度に選択してもよい。

斯くして、金属部２４３を含むコラム２４０の高さは、形状記憶合金の相変態を利用して、室温付近及び昇温時の双方においてＬＧＡパッケージ１１０及びシステムボード１２０の熱変形に追従して変化し得る。故に、コラム２４０は、ランド１１２及び電極パッド１２２との間にギャップが生じることを阻止し、ＬＧＡパッケージ１１０とシステムボード１２０との間の電気接続性を良好に維持することができる。

また、各コラム１４０は、導電性エラストマー１４１及び１４２を対応するランド１１２及びパッド１２２に当接させるため、金属を直接当接させる場合等に見られるランド表面及びパッド表面のＡｕめっきの損傷を防止することができる。故に、Ｃｕが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。

また、コラム２４０への荷重が金属部２４３とバネ２４４、２４５とに分散されるため、金属部２４３は、バネ２４４及び２４５における過大な荷重による弾性力の消失及び／又はクリープの発生を抑制するよう作用する。故に、仮にＬＧＡパッケージ１１０及び／又はシステムボード１２０に予期せぬ大きさの反りが生じた場合にも、コラム２４０はバネ２４４及び２４５の伸張により、ＬＧＡパッケージとシステムボードとの間の電気接続性を維持することができる。

さらに、各コラム２４０は、導電性エラストマーを少なくとも表面に含むパッド２４６及び２４７を対応するランド１１２及びパッド１２２に当接させるため、ランド表面及びパッド表面のＡｕめっきの損傷を防止することができる。故に、Ｃｕが露出されて酸化することを回避し、この点からも良好な電気接続性の維持に寄与し得る。

なお、本実施形態においても、必要に応じて、第１実施形態に関連して言及した種々の変形例を適用することができる。例えば、内周部又は外周部のコラムのみが形状記憶合金を含む構成、形状記憶合金とその他の金属とを連結して金属部を形成した構成、及び／又は金属部がコイル状又は波板状などの棒状以外の形状を有する構成を用いてもよい。

続いて、図１１を参照して、ＬＧＡコネクタ２３０の製造方法の一例を説明する。

図１１（ａ）−（ｃ）の工程は図８（ａ）−（ｃ）の工程と同様にして行うことができる。先ず、図１１（ａ）に示すように、絶縁材料を有するフレーム２３１に、ＬＧＡパッケージのランドパターンに対応したパターンで貫通孔２３２を形成する。次いで、図１１（ｂ）に示すように、フレームの貫通孔２３２の内壁に金属めっき膜２３３を形成する。また、めっきされた貫通孔２３２の周辺にパッド２３４を形成してもよい。次いで、図１１（ｃ）に示すように、貫通孔２３２に形状記憶合金を含む金属部２４３を挿通する。

次いで、図１１（ｄ）に示すように、フレーム２３１から突出した金属部２４３に、フレーム２３１の両側からバネ２４４及び２４５を挿通する。バネ２４４及び２４５は、例えば銅などの金属細線から予め形成しておくことができる。また、バネ２４４及び２４５の基端を、例えば導電性接着剤などでパッド２３４上に固定し得る。パッド２３４がない場合、あるいは金属めっき膜２３３との直接的な導通が可能な場合には、バネ２４４及び２４５の基端を金属めっき膜２３３に固定してもよい。また、この電気接続は、導電性接着剤を用いずに、その他の手法によって行ってもよい。

最後に、図１１（ｅ）に示すように、バネ２４４及び２４５の先端に、それぞれ、導電性エラストマーを含む導電性パッド２４６及び２４７を取り付ける。導電性エラストマーは、例えば導電性シリコーンゴム等、導電性フィラーを含有する導電性ゴムとし得る。導電性パッド２４６及び２４７は、例えば、導電性接着剤を用いてバネ２４４及び２４５の先端に固定し得る。なお、ここでは、バネ２４４及び２４５の基端及び先端のみを固定しているが、必要に応じて、該バネの途中部分を金属部２４３に固定してもよい。また、フレームの貫通孔２３２を囲む金属めっき膜２３３及び金属パッド２３４を形成しない場合には、バネ２４４及び２４５の基端を金属部２４３に固定してもよい。

（実施例２）
厚さ１．９５ｍｍ程度のフレームに、格子状に配列されたピッチ１．２７ｍｍ、直径０．７５ｍｍ程度の貫通孔を形成する。貫通孔の内壁にＣｕめっきを行い、貫通孔の周辺にＡｕパッドを形成する。貫通孔に長さ２．１７ｍｍ程度、直径０．７ｍｍ程度の棒状の、Ｎｉ：４９％、Ｔｉ：５１％の組成比を有するＮｉＴｉ合金を挿通する。フレームのＬＧＡパッケージ側及びシステムボード側の双方において、フレームから突出したＮｉＴｉ合金を囲むように、３０μｍ〜７０μｍφの銅線を５０μｍピッチで巻いた長さ０．１８ｍｍ程度のバネを配置する。各バネの基端をＡｕパッドに導電性接着剤で固定する。各バネの先端に、例えば導電性シリコーンゴムパッドを導電性接着剤で固定する。

以上により製造されたコラムを有するＬＧＡコネクタ（以下、コネクタ２と称する）を用いた場合について、上述の従来コネクタ（導電性ゴムのみからなるコラムを有するＬＧＡコネクタ）を用いた場合との比較検討を行った。

室温及び８０℃においてＬＧＡパッケージとＬＧＡコネクタのコラムとの間の接触状態を観測したところ、従来コネクタにおいては上述のように８０℃において１０μｍ〜３０μｍのギャップが発生したが、コネクタ２においてギャップは見られなかった。長さ２．１７ｍｍ程度の棒状のＮｉＴｉ合金は、温度上昇時の相変態により約６５μｍ伸張することができ、導電性シリコーンゴムパッドに接触して該パッドを突き上げるように作用する。それにより、ギャップの発生を阻止することができる。

また、従来コネクタを用いた場合、上述のように、過大な荷重によりコラムが極度に変形し、温度変化（１５℃−８０℃）に伴うＬＧＡパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従しなくなり、接触不良が発生した。一方、コネクタ２を用いた場合、上述のコネクタ１を用いた場合と同様に、コラムへの荷重が３０ｇ〜６０ｇの範囲内に制御される。コラムの変形を小さくすることができ、また、温度変化（１５℃−８０℃）に伴うＬＧＡパッケージとシステムボードとの間の離間距離変化に追従することができる。その結果、コラムがつぶれてＬＧＡパッケージ及び／又はシステムボードとの間で接触不良を起こすことは観測されなかった。さらに、コネクタ２においては、バネ及び導電性シリコーンゴムパッドを介した電気接続と、ＮｉＴｉ合金及び導電性シリコーンゴムパッドを介した電気接続との双方を実現し、電気接続性を更に向上し得る。

以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

１００ 電子装置
１１０ 半導体装置（ＬＧＡパッケージ）
１１１ パッケージ基板
１１２ パッド（ランド）
１１３ 半導体チップ
１２０ 配線基板（システムボード）
１２２ 電極パッド
１３０、２３０ コネクタ（ＬＧＡコネクタ）
１３１、２３１ フレーム
１３２、２３２ 貫通孔
１３３、２３３ 金属膜
１３４、２３４ 金属パッド
１４０、２４０ コラム
１４１、１４２ 導電性エラストマー
１４１ａ、１４２ａ 挿入孔
１４１ｂ、１４２ｂ 接触面
１４３、２４３ 金属部（形状記憶合金）
１５１ ボルスタープレート
１５２ ヒートスプレッダ
１５３ ヒートシンクベース
１５４ バネ付きネジ
２４４、２４５ 導電性バネ
２４６、２４７ 導電性パッド

Claims (6)

1. 電気絶縁性のフレ−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且つ前記フレームから突出する接続端子であり、形状記憶合金を含む金属部を備えた接続端子と、
   前記金属部の前記フレームからの突出部の周囲に巻かれたバネと、
   を有することを特徴とするコネクタ。
2. 前記接続端子は前記フレームからの前記突出部の先端に導電性エラストマーを有する、ことを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
3. 前記金属部は、前記フレームの厚さより大きい長さを有し、且つ前記フレームの両面から突出している、ことを特徴とする請求項１又は２記載のコネクタ。
4. 前記貫通孔の内壁に金属膜が形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のコネクタ。
5. 配線基板と、
   前記配線基板の上方に設けられた半導体装置と、
   フレーム及び接続端子を有し、前記配線基板と前記半導体装置とを電気的に接続するコネクタと
   を有し、
   前記接続端子は前記フレームの貫通孔内に配置され且つ前記フレームから突出し、前記接続端子は形状記憶合金を含む金属部を備え、前記金属部の前記フレームからの突出部の周囲にバネが巻かれている、ことを特徴とする電子装置。
6. 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且つ前記フレームから突出する接続端子であり、形状記憶合金を含む金属部を備えた接続端子と、前記金属部の前記フレームからの突出部の周囲に巻かれたバネと、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、前記接続端子を前記配線基板及び前記半導体装置と電気的に接続する工程と
   を有することを特徴とする電子装置の製造方法。

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