JP5788166B2 - 接続端子構造及びその製造方法、並びにソケット - Google Patents

接続端子構造及びその製造方法、並びにソケット Download PDF

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Description

本発明は、基板に接続端子を設けた接続端子構造及びその製造方法、並びに、前記接続端子構造を有し、半導体パッケージ等の被接続物を実装基板等と電気的に接続するソケットに関する。
従来より、被接続物を実装基板等と電気的に接続するソケットが知られている。このようなソケットは、被接続物に当接する接続端子を有するが、接続端子はノイズの影響を受け難いことが好ましい。そのため、接続端子に施すべき様々なノイズ対策が提案されている。
例えば、接続端子としてポゴピンタイプのコンタクトプローブ(先端がばねで伸縮する可動型のコンタクトプローブ)を用いた検査用ソケットにおいて、隣接するコンタクトプローブ間にキャパシタ素子を装着することにより、インダクタンスを相殺する技術が提案されている。この技術によれば、キャパシタ素子が装着されたコンタクトプローブのインピーダンスが下がるため、そのコンタクトプローブのノイズを低減できる(例えば、特許文献1参照)。
又、CPUソケット(PGAソケット)において、電極層と誘電体層を有する多層基板にCPU用のLSIの全てのピンに対応する数のスルーホールを設け、設けたスルーホールにコンタクト(接続端子)を挿入する。そして、多層基板の下面よりコンタクトリードを出し、電極層と誘電体層を利用して形成された積層型のコンデンサにコンタクトを電気的に接続する技術が提案されている。この技術によれば、積層型のコンデンサと電気的に接続されたコンタクトのインピーダンスが下がるため、そのコンタクトのノイズを低減できる(例えば、特許文献2参照)。
特開2008−96390号公報 特許2856706号
しかしながら、ポゴピンタイプのコンタクトプローブは全長が長いため、インダクタンスが大きい。そのため、特許文献1で提案されている技術によりノイズを低減するためには、インダクタンスの大きさに応じた大きなキャパシタンスを持つキャパシタ素子を隣接するコンタクトプローブ間に装着する必要がある。
従って、高密度化に対応するためにコンタクトプローブ間の距離が短くなると、適切なキャパシタンスを持つキャパシタ素子を装着することが困難になる問題がある。
又、特許文献2で提案されている技術では、ソケットに用いられる基板内部に積層型のコンデンサとして機能する電極層及び誘電体層を形成する必要があるため、基板の内部構造が複雑すると共に、製造コストが上昇する問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造により、接続端子を経由する配線のインピーダンスを下げることが可能な接続端子構造及びその製造方法、並びに前記接続端子構造を有し、半導体パッケージ等の被接続物を実装基板等と電気的に接続するソケットを提供することを課題とする。
本接続端子構造は、表面に複数のパッドが形成された基板と、複数の接続端子と、2つの電極端子を備えた電子部品と、を有し、前記接続端子は、長尺状の金属板が折曲されてなり、前記接続端子の一端に被接続物と当接する接続部が設けられ、他端に前記パッドに接合された固定部が設けられ、前記固定部は、前記パッドに対向する面であり接合部を介して前記パッドに直接接合された第1面と、その反対面と、を有し、前記電子部品は、隣接する前記接続端子の各前記反対面上に各電極端子が接合され実装されていることを要件とする。
本接続端子構造の製造方法は、2つの電極端子を備えた電子部品を配列するための複数の第1の溝、及び接続端子を配列するための複数の第2の溝が設けられた治具を準備し、前記第1の溝に前記電子部品を配列する第1工程と、長尺状の金属板を折曲して、一端に被接続物と接続する接続部、他端に第1面とその反対面とを有する板状の固定部を備えた複数の接続端子を作製する第2工程と、各電極端子の前記複数の第1の溝から露出する面に第1接合部を形成し、前記接続部が前記第2の溝の底面側に位置し、前記固定部の前記反対面が前記第1接合部を介して前記電極端子と対向するように前記第2の溝に前記接続端子を配列する第3工程と、表面に複数のパッドが形成され、各前記パッドの表面に第2接合部が形成された基板を準備し、前記第2接合部が前記固定部を介して前記第1接合部と対向する位置に来るようにアライメントし、前記基板を前記治具上に載置する第4工程と、前記第1接合部により前記電極端子と前記固定部の前記反対面とを接合し、前記第2接合部により前記パッドと前記固定部の前記第1面とを接合する第5工程と、前記治具を取り外す第6工程と、を有し、前記第5工程では、前記固定部の前記第1面が、前記パッドに対向するように、前記第2接合部を介して直接接合されることを要件とする。
開示の技術によれば、簡易な構造により、接続端子を経由する配線のインピーダンスを下げることが可能な接続端子構造及びその製造方法、並びに前記接続端子構造を有し、半導体パッケージ等の被接続物を実装基板等と電気的に接続するソケットを提供できる。
第1の実施の形態に係るソケットを例示する断面図である。 図1の一部を拡大して例示する断面図である。 図1の一部を拡大して例示する平面図である。 第1の実施の形態に係る接続端子を例示する断面図である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その1)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その2)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その3)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その4)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その5)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その6)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その7)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その8)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その9)である。 第1の実施の形態に係るソケットの製造方法を例示する図(その10)である。 第1の実施の形態に係るソケットを用いた接続方法を例示する図(その1)である。 第1の実施の形態に係るソケットを用いた接続方法を例示する図(その2)である。 第1の実施の形態に係るソケットを用いた接続方法を例示する図(その3)である。 第1の実施の形態の変形例に係るソケットを例示する断面図である。 第1の実施の形態の変形例に係る筐体の枠部を例示する平面図である。 第1の実施の形態の変形例に係る筐体の枠部を例示する底面図である。 第1の実施の形態の変形例に係る筐体の枠部を例示する斜視図である。 第2の実施の形態に係る半導体パッケージを例示する断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
なお、以下の実施の形態及びその変形例では、一例として、半導体パッケージ及び基板の平面形状が矩形状である場合を示すが、半導体パッケージ及び基板の平面形状は矩形状には限定されず、任意の形状として構わない。
〈第1の実施の形態〉
[第1の実施の形態に係るソケットの構造]
図1は、第1の実施の形態に係るソケットを例示する断面図である。図2は、図1の一部を拡大して例示する断面図である。図3は、図1の一部を拡大して例示する平面図である。図1〜図3において、X方向は電子部品50の電極50a及び50bを結ぶ方向、Y方向はX方向と垂直で基板本体21の第1主面21aに平行な方向、Z方向は基板本体21の第1主面21aに垂直な方向としている。図1及び図2は図3のXZ平面に平行な断面を図示しており、図3は接続端子30と電子部品50のみを図示している。
なお、図3に示すように、平面視において(Z方向から視て)接続端子30はX方向に対して傾いているため、XZ平面に平行な断面図では接続端子30の断面形状を示すことができない。そこで、便宜上、図1及び図2では、XZ平面に平行な断面図には本来現れない接続端子30の断面形状を模式的に示している。
図1〜図3を参照するに、ソケット10は、接続端子構造11と、位置決め部12と、バンプ13とを有する。60は被接続物である半導体パッケージを、70はマザーボード等の実装基板を、80は筐体を示している。半導体パッケージ60は、ソケット10を介して、実装基板70と電気的に接続されている。なお、第1の実施の形態では、被接続物として半導体パッケージ60を例示して説明するが、被接続物は半導体チップを有さない配線基板等であっても構わない。
(接続端子構造11)
まず、ソケット10の接続端子構造11について説明する。接続端子構造11は、基板20と、接続端子30と、接合部40と、接合部41と、電子部品50とを有する。
接続端子構造11の基板20は、基板本体21と、基板本体21の第1主面21aに形成された第1導体層22と、第2主面21bに形成された第2導体層23と、基板本体21の第1主面21aから第2主面21bに貫通する貫通孔21x内に形成されたビア配線24と、基板本体21の第1主面21aに形成され第1導体層22の一部を露出する開口部を有する第1ソルダーレジスト層25と、基板本体21の第2主面21bに形成され第2導体層23の一部を露出する開口部を有する第2ソルダーレジスト層26とを有する。
第1導体層22と第2導体層23とは、ビア配線24を介して電気的に接続されている。ビア配線24は、貫通孔21xを充填しても構わない。第1導体層22の第1ソルダーレジスト層25の開口部から露出する部分は、接続端子30の固定部31と接続されるパッドとして機能する。第2導体層23の第2ソルダーレジスト層26の開口部から露出する部分は、実装基板70と接続されるパッドとして機能する。なお、基板本体21の第1主面21aを単に主面と、基板本体21の第2主面21bを反対面と称する場合がある。
基板本体21は、接続端子30を固定するための基体となるものであり、例えば、ポリイミド樹脂や液晶ポリマ等を用いたフレキシブルなフィルム状基板を用いることができる。基板本体21として、ガラスクロスにエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を含浸したリジッドな基板(例えば、FR4材等)を用いても構わない。基板本体21の厚さは、例えば50〜400μm程度とすることができるが、100μm程度にすると好適である。
第1導体層22、第2導体層23、及びビア配線24の材料としては、例えば、銅(Cu)等を用いることができる。第1導体層22、第2導体層23の厚さは、例えば、5〜10μm程度とすることができる。第1導体層22、第2導体層23、及びビア配線24は、例えば、セミアディティブ法やサブトラクティブ法等の各種配線形成方法により形成できる。
第1ソルダーレジスト層25及び第2ソルダーレジスト層26の材料としては、例えば、感光性の絶縁性樹脂等を用いることができる。第1ソルダーレジスト層25及び第2ソルダーレジスト層26の厚さは、例えば、10〜20μm程度とすることができる。開口部を有する第1ソルダーレジスト層25及び第2ソルダーレジスト層26は、例えば、フォトリソグラフィ法等により形成できる。
接続端子構造11の接続端子30は、ばね性を有する導電性の部材である。接続端子30の一端である固定部31は、接合部40を介して第1導体層22と電気的及び機械的に接続されている。接続端子30の他端である接続部32は、後述する半導体パッケージ60の貴金属層65に離間可能な状態(固定されていない状態)で当接し、貴金属層65と電気的に接続されている。
領域Aに配列された接続端子30と、領域Bに配列された接続端子30とは、概ね対向している。このような配列により、接続端子30がZ方向に押圧されたときに、横方向(Z方向以外の方向)に生じる反力を低減できる。特に、接続端子30の数が多いときに有効である。但し、例えば接続端子30の数が比較的少ない場合のように、横方向(Z方向以外の方向)に生じる反力が問題にならない場合には、領域Aの接続端子30と領域Bの接続端子30とが同一方向を向くように配列しても構わない。
平面視において、接続端子30は、接続端子30の配設方向C(X方向)に対して所定の角度θをなして傾くように配列されている。言い換えれば、平面視において、各接続端子30の長手方向は、電子部品50の2つの電極端子50a及び50bを結ぶ方向に対して傾いている。但し、本実施の形態では、領域Aの接続端子30と領域Bの接続端子30とが概ね対向しているため、図3に示すように、領域Aの接続端子30と領域Bの接続端子30とは、傾く方向が異なっている。所定の角度θは、例えば、25〜35度程度とすることができる。
なお、図3では、領域Aの接続端子30と領域Bの接続端子30とがY方向に平行な対称軸に対して線対称となるように配列されているが、これとは異なる配列としてもよい。例えば、領域Aの接続端子30を図3の位置から、電子部品50の2つの電極端子50a及び50bを結ぶ方向を対称軸として線対称な位置に変更してもよい。
このように、各接続端子30を、各接続端子30の配設方向Cに対して傾斜させて配列することにより、配設方向Cに対して平行に配列した場合と比較して、単位面積当たりに多くの接続端子30を配列することが可能となる。これにより、例えば0.4mm程度の狭ピッチでパッド(例えば、貴金属層65等)が配列された被接続物(半導体パッケージ60等)にも対応可能となる。又、このように、各接続端子30を、各接続端子30の配設方向Cに対して傾斜するように配列することにより、隣接する接続端子30の各固定部31上に電子部品50を実装可能となる。なお、接続端子30の詳細な構造については、後述する。
接続端子構造11の接合部40は、第1ソルダーレジスト層25の開口部に形成され、接続端子30の固定部31と第1導体層22とを電気的及び機械的に接続している。接合部40の材料としては、はんだや導電性樹脂ペースト(例えば、Agペースト)等の導電性材料を用いることができる。接合部40の材料としてはんだを用いる場合は、例えば、Pbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。
接続端子構造11の接合部41は、接続端子30の固定部31と電子部品50の電極端子50a又は50bとを電気的及び機械的に接続している。接合部41の材料としては、接合部40と同様の材料を用いることができる。
接続端子構造11の電子部品50は、基板20とは直接接しない状態で、X方向に隣接する接続端子30の各固定部31上に実装されている。より詳しくは、電子部品50は、隣接する接続端子30の各固定部31の第2面31b(後述の図4参照)上に接合部41を介して電極端子50a又は50bが配置されるように実装されている。但し、電子部品50は、図3の状態からXY平面内で90度回転させて、基板20とは直接接しない状態で、Y方向に隣接する接続端子30の各固定部31上に実装してもよい。
電子部品50の形状は、例えば、直方体であり、長手方向の対向する両端部に、それぞれ電極50a及び50bが形成されている。電子部品50は、例えば、キャパシタであり、電極端子50a及び50bの何れか一方が正電極、他方が負電極となる。電子部品50の正電極は、例えば、接続端子30を介して電源ラインに接続され、電子部品50の負電極は、例えば、接続端子30を介してGNDライン(基準電位)に接続されている。電子部品50は、例えば、縦1.0mm×横0.5mm×高さ0.5mmの所謂1005タイプのチップキャパシタ等の部品を用いることができる。電子部品50として、所謂1005タイプのチップキャパシタ等の部品が複数個一体化されたアレイ状の部品を用いてもよい。
なお、電子部品50は、当接部32が接続端子30の湾曲部の有するばね性により可動しても当接部32とは接触しない領域に実装されている。つまり、電子部品50の高さは、接続端子30の高さH(後述の図4参照)よりも十分に低い。
隣接する接続端子30の各固定部31上に電子部品50であるキャパシタを実装することで、実装された接続端子を経由する配線のインピーダンスを下げることが可能となり、電源の安定化を実現できる。又、半導体パッケージ60から電子部品50であるキャパシタまでの配線長を短くできる。又、電子部品50であるキャパシタの実装のための特別な配線が不要であるため、余分なインダクタンス成分や抵抗成分が発生することがない。これらにより、半導体パッケージ60とマザーボード等の実装基板70との間の高速信号の伝搬性を向上できる。
又、隣接する接続端子30の各固定部31上に電子部品50であるキャパシタを実装しても、ソケット10の全高は変わらないため、電子部品50の実装はソケット10の低背化を阻害する要因とはならない。又、簡易な構造により、隣接する接続端子30の各固定部31上に電子部品50であるキャパシタを実装できるため、製造コストの上昇を抑制できる。
なお、電子部品50であるキャパシタは、隣接する接続端子30の各固定部31上の必要な部分に実装すればよく、隣接する接続端子30の各固定部31上の全てに実装する必要はない。又、電子部品50は、キャパシタに代えて抵抗やインダクタとしてもよい。又、電子部品50の電極端子50a及び50bは、電源ラインやGNDライン(基準電位)ではなく、接続端子30を介して信号ライン等に接続してもよい。例えば、電極端子50a及び50bの一方を接続端子30を介して信号ラインに、他方を接続端子30を介してGNDライン(基準電位)に接続し、電子部品50としてキャパシタを実装することにより、信号ラインのノイズ除去が可能となる。又、電極端子50a及び50bの一方を接続端子30を介して信号ラインに、他方を接続端子30を介して電源ラインに接続し、電子部品50として抵抗を実装することにより、信号ラインのプルアップが可能となる。
(位置決め部12)
次に、ソケット10の位置決め部12について説明する。位置決め部12は、例えばエポキシ系樹脂等を主成分とする平面形状が額縁状の部材である。位置決め部12の底面は、基板本体21の第1主面21a上に形成された第1ソルダーレジスト層25の外縁部に接着剤等により固着されている。位置決め部12は、ねじ等を用いて基板20と機械的に固着しても構わない。位置決め部12の内側面の形成する空間の平面形状は、後述の半導体パッケージ60の基板61の平面形状と略同一であり、半導体パッケージ60を挿入可能に形成されている。
位置決め部12の内側面は、挿入された半導体パッケージ60の基板61の側面と接し、半導体パッケージ60とソケット10とを位置決めする。これにより、半導体パッケージ60の各貴金属層65と、ソケット10の各接続端子30の接続部32とが当接する。位置決め部12は、半導体パッケージ60とソケット10とを位置決めする機能に加えて、基板20の強度を補強する機能も有する。
なお、位置決め部12はソケット10の必須の構成要素ではなく、例えば、位置決め部12を設けずに、後述の筐体80の枠部81により半導体パッケージ60を位置決めする構造にしても構わない。
(バンプ13)
次に、ソケット10のバンプ13について説明する。バンプ13は、第2ソルダーレジスト層26の開口部に形成され、基板20の第2導体層23と実装基板70の導体層72(パッド)とを電気的及び機械的に接続している。バンプ13の材料としては、はんだや導電性樹脂ペースト(例えば、Agペースト)等の導電性材料を用いることができる。バンプ13の材料としてはんだを用いる場合は、例えば、Pbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。
なお、バンプ13はソケット10の必須の構成要素ではなく、例えば、ソケット10にバンプ13を設けずに、実装基板70の導体層72上にはんだや導電性樹脂接着剤等からなるバンプを設けても構わない。
(半導体パッケージ60、実装基板70、筐体80)
次に、被接続物である半導体パッケージ60、マザーボード等の実装基板70、及び筐体80について説明する。被接続物である半導体パッケージ60は、基板61と、半導体チップ62と、封止樹脂63と、導体層64と、貴金属層65とを有する。基板61は、例えば絶縁性樹脂を含む基板本体に絶縁層、配線パターン、ビア配線等(図示せず)が形成されたものである。基板61の一方の面にはシリコン等を含む半導体チップ62が実装され、他方の面には配線パターンの一部である導体層64が形成されている。
導体層64の材料は、例えば、銅(Cu)等である。導体層64の厚さは、例えば、5〜10μm程度である。半導体チップ62は、例えばフリップチップ接続により基板61に搭載され、絶縁性樹脂からなる封止樹脂63により封止されている。なお、半導体チップ62の背面を露出するように封止樹脂63を設け、半導体チップ62の背面に例えば銅(Cu)等からなる放熱板を配置しても構わない。
貴金属層65は、導体層64の上面に積層形成されている。導体層64及び貴金属層65は、基板61の他方の面に、例えば格子状に配置されたパッドである。すなわち、半導体パッケージ60は所謂LGA(Land grid array)であり、ソケット10は所謂LGA用のソケットである。
貴金属層65としては、例えば、金(Au)層やパラジウム(Pd)層等の貴金属を含む層を用いることができる。貴金属層65は、例えば、無電解めっき法等により形成できる。なお、金(Au)層の下層として、ニッケル(Ni)層やNi/Pd層(Ni層とPd層をこの順番で積層した金属層)等を形成しても構わない。
貴金属層65は、接続端子30との接続信頼性を向上するために設けられている。貴金属層65は、接続端子30との接触抵抗を安定させるため、通常の金めっき層等に比べて大幅に厚く形成されている。はんだボール等との接続信頼性を向上するために通常設けられる金めっき層等の厚さは、0.05μm以下程度である。これに対して、貴金属層65の厚さは、例えば、0.4μm程度であり、通常設けられる金めっき層等の8倍以上の厚さとされている。
実装基板70(マザーボード等)は、基板本体71と、導体層72(パッド)とを有する。導体層72は、基板本体71の一方の面に形成されている。基板本体71は、例えば、ガラスクロスにエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を含浸したもの等である。導体層72の材料は、例えば、銅(Cu)等である。
筐体80は、枠部81と、蓋部82とを有する。枠部81は、位置決め部12の外側面の更に外側に設けられた平面形状が額縁状の部材である。枠部81の材料としては、剛性のある金属や樹脂等を用いることが好ましい。枠部81は、実装基板70を貫通するボルト等(図示せず)により、実装基板70の上面に固着されている。
蓋部82は、例えば金属や樹脂等で形成される平面形状が略矩形状や略額縁状の部材である。蓋部82は、例えば枠部81の上面の一端側に回動可能に取り付けられており、他端側にロック機構を有する。蓋部82の外縁部を枠部81の上面と接するように固定する(ロックする)ことにより(図1及び図2の状態)、蓋部82が半導体パッケージ60を実装基板70側に押し込み、半導体パッケージ60は実装基板70側に移動する。
これにより、ソケット10の接続端子30は押圧されZ方向に縮んで所定のばね圧が生じ、半導体パッケージ60の貴金属層65は接続端子30の接続部32と当接する。つまり、半導体パッケージ60はソケット10を介して実装基板70と電気的に接続される。但し、蓋部82のロックを解除することにより、半導体パッケージ60は、ソケット10から着脱可能である。
なお、蓋部82は、枠部81とは別体でも構わない。この場合には、例えば、半導体パッケージ60を蓋部82により上側から押圧した状態で、蓋部82が枠部81に固定可能な構造であれば良い。
ここで、図4を参照しながら、接続端子30の詳細な構造について説明する。図4は、第1の実施の形態に係る接続端子を例示する断面図である。図4を参照するに、接続端子30は、ばね性を有する導電性の部材であり、固定部31と、接続部32と、ばね部33と、第1支持部34と、第2支持部35とを有する。
固定部31は、接続端子30の一端に形成されている。固定部31は、板状とされている。固定部31の厚さ(Z方向)は、例えば0.08mm程度とすることができる。固定部31の横幅(Y方向)は、例えば0.4mm程度とすることができる。固定部31の縦幅(X方向)は、例えば0.4mm程度とすることができる。
固定部31の第1面31aは、接合部40を介して基板20の第1導体層22の表面と電気的及び機械的に接続されている。固定部31の第2面31bは、接合部41を介して電子部品50の電極端子50a及び50bと電気的及び機械的に接続されている。
接続部32は、接続端子30の他端に形成され、固定部31と対向するように配置されている。接続部32は、ばね部33、第1支持部34、及び第2支持部35を介して、固定部31と電気的に接続されている。接続部32は、当接部38と、突出部39とを有する。接続部32の厚さは、例えば0.08mm程度とすることができる。接続部32の横幅(Y方向)は、例えば、0.2mm程度とすることができる。なお、ばね部33、第1支持部34、及び第2支持部35を、接続端子30の湾曲部と称する場合がある。
当接部38は、被接続物のパッド(例えば半導体パッケージ60の貴金属層65等)と当接する部分である。当接部38はラウンド形状とされており、接続端子30が押圧された際、主にZ方向に移動する。このように、当接部38をラウンド形状とすることにより、当接部38が押圧され貴金属層65等と当接する際、当接部38により貴金属層65等が破損することを防止できる。
又、当接部38は、例えば半導体パッケージ60が接続部32を押圧した際、ばね部33の変形により、接続部32が固定部31に近づく方向(Z方向)に移動した状態で、貴金属層65等と当接する。これにより、貴金属層65等と接続部32とが当接した際、接続部32が、貴金属層65等が形成された面と平行な方向に大きく移動することがなくなるため、貴金属層65等を狭ピッチに配置できる。貴金属層65等のピッチ(当接部38のピッチ)としては、例えば、0.4〜1.5mm程度とすることができる。
突出部39は、一方の端部が第2支持部35と一体的に形成されており、他方の端部が当接部38と一体的に形成されている。突出部39は、第2支持部35から貴金属層65等に向かう方向(固定部31から離間する方向)に突出している。
このように、当接部38と第2支持部35との間に、当接部38及び第2支持部35と一体的に形成され、第2支持部35から貴金属層65等に向かう方向(固定部31から離間する方向)に突出する突出部39を設けることにより、以下の効果を奏する。すなわち、半導体パッケージ60等が当接部38を押圧した際の、ばね部33の変形による貴金属層65等と第2支持部35との接触を防止することが可能となり、接続端子30及び貴金属層65等の破損を防止できる。
貴金属層65等と接続部32とが当接していない状態における接続部32の突出量D(第2支持部35と突出部39との接続部分を基準としたときの突出量)は、例えば、0.3mmとすることができる。
ばね部33は、第1支持部34と第2支持部35との間に配置されており、第1支持部34及び第2支持部35と一体的に形成されている。ばね部33は、湾曲した形状(例えば、C字型)とされており、ばね性を有する。
ばね部33は、半導体パッケージ60等により接続部32が押圧された際、接続部32を貴金属層65等に向かう方向に反発させることで、接続部32と貴金属層65等とを固定することなく接触させるためのものである。ばね部33の横幅(Y方向)及び厚さは、例えば、接続部32の横幅(Y方向)及び厚さと同じにすることができる。
なお、本実施の形態の接続端子30では、実際には、第1支持部34、ばね部33、第2支持部35、及び接続部32が一体的にばねとして機能する。第1支持部34、ばね部33、第2支持部35、及び接続部32に対応する部分の接続端子30のばね定数は、例えば、0.6〜0.8N/mmとすることができる。
第1支持部34は、ばね部33と固定部31との間に配置されている。第1支持部34の一方の端部は、ばね部33の一方の端部と一体的に形成されており、第1支持部34の他方の端部は、固定部31と一体的に形成されている。第1支持部34は、板状とされている。
第1支持部34は、固定部31の第1面31aを含む平面Eと、基板20と対向する側の第1支持部34の面34aとが成す角度θが鋭角となるように形成されている。角度θは、例えば、5〜15度とすることができる。
このように、角度θを鋭角にすることで、半導体パッケージ60等が当接部38を押圧した際のばね部33の変形による基板20と第1支持部34との接触を防止することが可能となるため、接続端子30及び基板20の破損を防止できる。第1支持部34の横幅(Y方向)及び厚さは、例えば、接続部32の横幅(Y方向)及び厚さと同じにすることができる。
第2支持部35は、ばね部33と接続部32との間に配置されている。第2支持部35の一方の端部は、ばね部33の他方の端部と一体的に形成されており、第2支持部35の他方の端部は、接続部32の突出部39と一体的に形成されている。第2支持部35は、板状とされている。第2支持部35の横幅(Y方向)及び厚さは、例えば、接続部32の横幅(Y方向)及び厚さと同じにすることができる。
図4に示す状態(接続端子30の接続部32が押圧されていない状態)における接続端子30の高さHは、例えば、1〜2mm程度とすることができるが、1.6mm程度とすると好適である。
[第1の実施の形態に係るソケットの製造方法]
次に、図5〜図14を参照しながら、ソケット10の製造方法について説明する。なお、図10〜図13において、接続端子30や基板20等は図1〜図3とは上下が反転した状態で描かれている。
まず、図5(平面図)及び図6(断面図)に示す工程では、複数の接続端子30と電子部品50とを配列するための治具100を準備する。治具100には、領域Aに対応する接続端子30を配列する溝30x、領域Bに対応する接続端子30を配列する溝30y、電子部品50を配列する溝50xが形成されている。なお、便宜上、溝50xを破線で示している。
溝30x及び30yは、溝50xに対して図3に対応する所定の角度だけ傾斜している。接続端子30の高さ(図4の高さH)は電子部品50の高さよりも高いため、それに対応して、溝30x及び30yの深さは溝50xの深さよりも深く形成されている。なお、便宜上、図6は模式的に示されており、図5の断面を正確には示していない(以降の図についても同様)。
次に、図7(平面図)及び図8(断面図)に示す工程では、各溝50xに電子部品50を配列する。
次に、図9(平面図)及び図10(断面図)に示す工程では、電子部品50の電極端子50a及び50bの溝50xから露出する面に、それぞれ接合部41を形成する。そして、接続端子30を別途作製し、作製した接続端子30の接続部32が各溝30x及び30yの底面側に位置し、固定部31の第2面31b(図4参照)が接合部41を介して電子部品50の電極端子50a及び50bの溝50xから露出する面と対向するように、各溝30x及び30yに接続端子30を配列する。
接合部41の材料としては、はんだや導電性樹脂ペースト(例えば、Agペースト)等の導電性材料を用いることができる。接合部41の材料としてはんだを用いる場合は、例えば、Pbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。接合部41は、はんだペーストの塗布やはんだボールの搭載等により形成できる。
接続端子30は、例えば、以下のようにして作製できる。図示していない金属板(例えば、Cu系合金)を準備し、準備した金属板を所定の形状に打ち抜き加工する。この際、例えば、長尺状に打ち抜く。その後、打ち抜き加工された金属板の表面全体にNiめっき膜(例えば、厚さ1〜3μm)を形成し、更に、固定部31及び当接部38に対応する部分に形成されたNiめっき膜に、Auめっき膜(例えば、厚さ0.3〜0.5μm)を積層形成(Auめっき膜を部分的に形成)する。その後、Niめっき膜及びAuめっき膜が形成された金属板を曲げ加工することで作製できる。
上記金属板の材料となるCu系合金としては、例えば、リン青銅やベリリウム銅、コルソン系の銅合金等を用いることができる。なお、接続端子30は、図示していない金属板(例えば、Cu系合金)を所定の形状にエッチング加工した後、エッチング加工された金属板を曲げ加工することで形成してもよい。
次に、図11(断面図)に示す工程では、第1導体層22上に接合部40が形成され、第2導体層23上にバンプ13が形成された基板20を準備する。そして、接合部40が接続端子30の固定部31の第1面31aと対向する位置に来るように(言い換えれば、接合部40が固定部31を介して接合部41と対向する位置に来るように)アライメントし、基板20を治具100上に載置する。これにより、接合部40は、固定部31の第1面31aに当接する。なお、例えば、ソケット10にバンプ13を設けずに、実装基板70の導体層72上にはんだや導電性樹脂接着剤等からなるバンプを設ける場合には、基板20の第2導体層23上にバンプ13を形成する必要はない。
接合部40やバンプ13の材料としては、はんだや導電性樹脂ペースト(例えば、Agペースト)等の導電性材料を用いることができる。接合部40やバンプ13の材料としてはんだを用いる場合は、例えば、Pbを含む合金、SnとCuの合金、SnとAgの合金、SnとAgとCuの合金等を用いることができる。接合部40やバンプ13は、はんだペーストの塗布やはんだボールの搭載等により形成できる。
次に、図12(断面図)に示す工程では、接合部40が固定部31の第1面31aに当接するようにアライメントされた基板20を含む治具100をリフロー炉に通す。そして、基板20を含む治具100を例えば230℃に加熱し、接合部40、接合部41、及びバンプ13を溶融させた後、常温に戻して硬化させる。前述のように、接続端子30の表面にはNiめっき膜が形成され、固定部31にはNiめっき膜上に更にAuめっき膜が積層形成されている。そのため、はんだは固定部31のみに形成され易くなり、Auめっき膜が積層形成されていない部分(Niめっき膜が露出する部分)に、はんだが濡れ上がる虞を低減できる。
次に、図13(断面図)に示す工程では、図12に示す構造体から、治具100を取り外す。
次に、図14(断面図)に示す工程では、図13に示す構造体の上下を反転させ、基板本体21の第1主面21a上に形成された第1ソルダーレジスト層25の外縁部に接着剤等により位置決め部12を固着する。位置決め部12は、例えばエポキシ系樹脂等を主成分とする平面形状が額縁状の部材である。位置決め部12は、ねじ等を用いて基板20と機械的に固着しても構わない。
なお、位置決め部12を設けずに、後述の筐体80の枠部81により半導体パッケージ60を位置決めする構造等の場合には、この工程は不要である。以上の図5〜図14に示す工程により、接続端子構造11を有するソケット10が完成する。
[第1の実施の形態に係るソケットの使用方法]
次に、図15〜図17を参照しながら、ソケット10を用いた半導体パッケージ60と実装基板70との接続方法について説明する。
始めに、図15に示すように、実装基板70及びソケット10を準備する。そして、実装基板70とソケット10とを、バンプ13を介して接合し電気的及び機械的に接続する。具体的には、実装基板70の導体層72とソケット10のバンプ13とを当接させる。そして、バンプ13を例えば230℃に加熱して溶融させ、その後硬化させて、実装基板70とソケット10とを接合する。これにより、ソケット10は、バンプ13を介して実装基板70と電気的及び機械的に接続される。
次いで、図16に示すように、筐体80を準備し、筐体80の枠部81を実装基板70を貫通するボルト等(図示せず)により、実装基板70の上面に固着する。そして、筐体80の蓋部82を矢印方向に回動させて、半導体パッケージ60を配置可能な状態とする。
次いで、図17に示すように、半導体パッケージ60を準備する。そして、半導体パッケージ60を位置決め部12に挿入し、基板61の側面が位置決め部12の内側面に接するように配置する。但し、この時点では、接続端子30は押圧されていない。半導体パッケージ60は、位置決め部12によりソケット10と位置合わせされ、半導体パッケージ60の各貴金属層65は各接続端子30の接続部32と当接する。
更に、蓋部82を矢印方向に回動させて、半導体パッケージ60を実装基板70側に押し込み、蓋部82の外縁部が枠部81の上面と接するように固定(ロック)する。これにより、接続端子30は押圧されZ方向に縮んで所定のばね圧が生じ、半導体パッケージ60の各貴金属層65は各接続端子30の接続部32と電気的に接続される。つまり、半導体パッケージ60はソケット10を介して実装基板70と電気的に接続される(図1及び図2の状態)。
このように、第1の実施の形態に係る接続端子構造及びこの接続端子構造を有するソケットでは、基板に接しないように、隣接する接続端子の各固定部上にキャパシタ等の電子部品を実装する。そのため、実装された接続端子を経由する配線のインピーダンスを下げることが可能となり、電源の安定化等を実現できる。 又、被接続物である半導体パッケージ等から電子部品までの配線長を短くできる。又、電子部品の実装のための特別な配線が不要であるため、余分なインダクタンス成分や抵抗成分が発生することがない。これらにより、被接続物である半導体パッケージとマザーボード等の実装基板との間の高速信号の伝搬性を向上できる。
又、隣接する接続端子の各固定部上に電子部品を実装しても、ソケットの全高(総厚)は変わらないため、電子部品50の実装はソケットの低背化を阻害する要因とはならない。
又、簡易な構造により、隣接する接続端子の各固定部上に電子部品を実装できるため、製造コストの上昇を抑制できる。
〈第1の実施の形態の変形例〉
第1の実施の形態では、基板20上に位置決め部12を設け、位置決め部12により半導体パッケージ60を位置決めする例を示した。第1の実施の形態の変形例では、基板20上に位置決め部12を設けず、筐体の枠部に位置決め部の機能を持たせ、半導体パッケージ60を位置決めする例を示す。
図18は、第1の実施の形態の変形例に係るソケットを例示する断面図である。図18を参照するに、ソケット10Aにおいて、基板20上に位置決め部12が設けられていない点、及び筐体80Aの枠部83が半導体パッケージ60を位置決めしている点が、第1の実施の形態のソケット10(図1及び図2参照)と相違する。以下、第1の実施の形態と共通する部分の説明は極力省略し、第1の実施の形態と相違する部分を中心に説明する。
図19A〜図19Cは、第1の実施の形態の変形例に係る筐体の枠部を例示する図である。図19Aが平面図、図19Bが底面図、図19Cが斜視図である。図19A〜図19Cを参照するに、枠部83は、中央に矩形状の開口部83xを有する額縁状の部材に第1の位置決め保持部84と、第2の位置決め保持部85とを設けたものであり、樹脂や金属等から形成されている。枠部83は、半導体パッケージ60及び基板20の位置決め及び保持をし、それぞれを位置合わせする機能を有する。又、枠部83は、半導体パッケージ60と基板20との間隔が所定値以下になることを防止する機能を有する。
第1の位置決め保持部84は、面84aと面84bとを有する。面84aは、枠部83の上面83aよりも内側の、上面83aよりも一段下がった位置に、上面83aと略平行に額縁状に設けられた面である。面84bは、面84aと上面83aとの間に上面83aと略垂直に設けられた面であり、枠部83の内側面の一部である。
面84aは、半導体パッケージ60の基板61の下面の外縁部と接している。面84bの形成する開口部の形状は、半導体パッケージ60の平面形状に合わせて矩形状とされている。又、面84bの形成する開口部の形状は、半導体パッケージ60の着脱を可能とするため、基板61の外形形状よりも若干大きくされている。面84bと基板61の側面とは、接していても構わないし、ソケット10Aの接続端子30の他端である接続部32と半導体パッケージ60の貴金属層65との間に位置ずれが生じない程度の隙間があっても構わない。
半導体パッケージ60は、第1の位置決め保持部84により保持されるため、第1の位置決め保持部84の面84aよりも実装基板70側に押し込まれることはない。その結果、半導体パッケージ60が必要以上に実装基板70側に押し込まれ、接続端子30が必要以上に変形して破損することを防止できる。
第2の位置決め保持部85は、枠部83の下面83bの外縁部に複数個設けられた、下面83bから突起する突起部である。第2の位置決め保持部85は、内側面85aと底面85bとを有する。複数の第2の位置決め保持部85にはソケット10Aの基板20が圧入され、下面83b及び複数の第2の位置決め保持部85の内側面85aは、それぞれ基板20の上面の外縁部及び側面と接している。
内側面85aの形成する開口部の形状は、基板20の平面形状に合わせて矩形状とされている。又、内側面85aの形成する開口部の形状は、基板20の圧入を可能とするため、基板20の外形形状と略同一とされている。各第2の位置決め保持部85の底面85bから枠部83の下面83bまでのそれぞれの高さは、実装基板70の上面から基板20の上面までの高さと略同一であり、各第2の位置決め保持部85の底面85bは実装基板70の上面と接している。
なお、枠部83は実装基板70には固定されていないが、ソケット10Aが、バンプ13により実装基板70に固定されているため、基板20が圧入されている枠部83も、間接的に実装基板70に固定されていることになる。但し、基板20を枠部83に圧入することにより、枠部83を間接的に実装基板70に固定する構造に代えて、枠部83を実装基板70を貫通するボルト等により、実装基板70の上面に固着する構造としても構わない。
このように、第1の実施の形態の変形例によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、筐体の枠部に位置決め部の機能を持たせることにより、基板上に位置決め部を設けなくても被接続物である半導体パッケージ等を位置決めすることができる。
又、被接続物である半導体パッケージ等と基板との間隔が所定値以下にならないため、被接続物である半導体パッケージ等が必要以上に実装基板側に押し込まれ、接続端子が必要以上に変形して破損することを防止できる。
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、接続端子構造11Aを有する半導体パッケージを例示する。なお、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同一構成部品についての詳しい説明は省略する。
図20は、第2の実施の形態に係る半導体パッケージを例示する断面図である。図20を参照するに、半導体パッケージ60Aは、接続端子構造11Aと、半導体チップ62と、封止樹脂63と、導体層64と、貴金属層65とを有する。接続端子構造11Aは、基板61と、接続端子30と、接合部40と、接合部41と、電子部品50とを有する。基板61の表面に貴金属層65の表面を露出するソルダーレジスト層を設けてもよい。
接続端子構造11Aにおいて、接続端子30の一端である固定部31は、接合部40を介して基板61に形成された貴金属層65(パッド)に電気的及び機械的に接続されている。接続端子30の他端である接続部32は、実装基板70の導体層72(パッド)に離間可能な状態(固定されていない状態)で当接し、導体層72(パッド)と電気的に接続されている。導体層72(パッド)上に貴金属層65と同様な貴金属層を形成してもよい。
このように、接続端子構造11Aは、接続端子構造11の基板20が、半導体パッケージ60Aの構成部品の1つである基板61に置換されたものである。つまり、半導体パッケージ60Aの半導体チップ搭載面の反対面側に接続端子構造11Aが設けられている。筐体80の枠部81は、実装基板70を貫通するボルト等(図示せず)により、実装基板70の上面に固着されている。筐体80の蓋部82を第1の実施の形態と同様に回動させることにより、半導体パッケージ60Aを着脱することができる。
このように、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に、以下の効果を奏する。すなわち、半導体パッケージに本実施の形態に係る接続端子構造を備えることにより、半導体パッケージ自体をマザーボード等の実装基板に容易に着脱することができる。
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、第1の実施の形態及びその変形例において、基板20の両面に接続端子30を設け、基板20の一方の側に設けた接続端子30により半導体パッケージ60と導通をとり、基板20の他方の側に設けた接続端子30により実装基板70と導通をとるようにしてもよい。この構成により、基板20は実装基板70に固定されることなく着脱可能となるため、接続端子30が破損したような場合であっても、容易に基板20を良品と交換できる。又、電子部品50を基板20の両面に実装できるため、例えば、電子部品50としてキャパシタを実装すれば、キャパシタを容易に大容量化できる。
又、第1の実施の形態及びその変形例において、本発明に係るソケットをマザーボード等の実装基板に適用する例を示した。しかしながら、第1の実施の形態及びその変形例に係るソケットは半導体パッケージテスト用基板等にも適用可能である。例えば、第1の実施の形態及びその変形例に係るソケットを半導体パッケージテスト用基板に適用すれば、半導体パッケージの電気特性等のテストを繰り返し実施することが可能となる。
10、10A ソケット
11、11A 接続端子構造
12 位置決め部
13 バンプ
20 基板
21 基板本体
21a 基板本体の第1主面
21b 基板本体の第2主面
21x 貫通孔
22 第1導体層
23 第2導体層
24 ビア配線
25 第1ソルダーレジスト層
26 第2ソルダーレジスト層
30 接続端子
30x、30y、50x 溝
31 固定部
31a 固定部の第1面
31b 固定部の第2面
32 接続部
33 ばね部
34 第1支持部
35 第2支持部
38 当接部
39 突出部
40、41 接合部
50 電子部品
50a、50b 電極端子
60、60A 半導体パッケージ
61 基板
62 半導体チップ
63 封止樹脂
64 導体層
65 貴金属層
70 実装基板
71 基板本体
72 導体層
80、80A 筐体
81、83 枠部
82 蓋部
83a 上面
83b 下面
83x 開口部
84 第1の位置決め保持部
85 第2の位置決め保持部
85a 内側面
85b 底面
100 治具
A、B 領域
C 配設方向
D 突出量
E 平面
H 高さ
θ、θ 角度

Claims (11)

  1. 表面に複数のパッドが形成された基板と、
    複数の接続端子と、
    2つの電極端子を備えた電子部品と、を有し、
    前記接続端子は、長尺状の金属板が折曲されてなり、
    前記接続端子の一端に被接続物と当接する接続部が設けられ、他端に前記パッドに接合された固定部が設けられ、
    前記固定部は、前記パッドに対向する面であり接合部を介して前記パッドに直接接合された第1面と、その反対面と、を有し、
    前記電子部品は、隣接する前記接続端子の各前記反対面上に各電極端子が接合され実装されている接続端子構造。
  2. 前記接続端子は、
    湾曲した形状とされ、ばね性を有するばね部と、
    一方の端部が前記ばね部と一体的に構成され、他方の端部が前記固定部の端部と一体的に構成された板状の第1の支持部と、
    一方の端部が前記ばね部と一体的に構成され、他方の端部が前記接続部の端部と一体的に構成された板状の第2の支持部と、を有し、
    前記第1の支持部は前記基板の表面に対して鋭角になるように傾斜し、
    前記接続部は、前記第2の支持部から前記被接続物のパッドに向かう方向に突出すると共に、前記第2の支持部と一体的に構成された突出部と、前記突出部の端部に設けられ、前記被接続物のパッドと接触する接触部と、を有し、前記被接続物のパッドと接触する部分の前記接触部はラウンド形状である請求項1記載の接続端子構造。
  3. 平面視において、前記接続端子の長手方向は、前記2つの電極端子を結ぶ方向に対して傾いている請求項2記載の接続端子構造。
  4. 前記電子部品は、前記接続部が前記ばね部の有するばね性により可動しても前記接続部とは接触しない領域に実装されている請求項2又は3記載の接続端子構造。
  5. 前記基板は、
    前記表面から反対面に貫通する貫通孔と、
    前記基板の反対面に形成された第2パッドと、
    前記貫通孔を介して前記パッドと前記第2パッドとを電気的に接続する配線と、を有する請求項1乃至4の何れか一項記載の接続端子構造。
  6. 前記第2パッドにはバンプが形成されている請求項5記載の接続端子構造。
  7. 前記基板は、前記表面の反対面に半導体チップを実装可能な配線基板である請求項1乃至4の何れか一項記載の接続端子構造。
  8. 請求項1乃至6の何れか一項記載の接続端子構造を有し、前記接続部を介して前記被接続物を着脱可能な状態で実装基板に接続するソケット。
  9. 前記基板の前記表面の外縁部には、前記接続部と前記被接続物とを位置決めする位置決め部が設けられている請求項8記載のソケット。
  10. 2つの電極端子を備えた電子部品を配列するための複数の第1の溝、及び接続端子を配列するための複数の第2の溝が設けられた治具を準備し、前記第1の溝に前記電子部品を配列する第1工程と、
    長尺状の金属板を折曲して、一端に被接続物と接続する接続部、他端に第1面とその反対面とを有する板状の固定部を備えた複数の接続端子を作製する第2工程と、
    各電極端子の前記複数の第1の溝から露出する面に第1接合部を形成し、前記接続部が前記第2の溝の底面側に位置し、前記固定部の前記反対面が前記第1接合部を介して前記電極端子と対向するように前記第2の溝に前記接続端子を配列する第3工程と、
    表面に複数のパッドが形成され、各前記パッドの表面に第2接合部が形成された基板を準備し、前記第2接合部が前記固定部を介して前記第1接合部と対向する位置に来るようにアライメントし、前記基板を前記治具上に載置する第4工程と、
    前記第1接合部により前記電極端子と前記固定部の前記反対面とを接合し、前記第2接合部により前記パッドと前記固定部の前記第1面とを接合する第5工程と、
    前記治具を取り外す第6工程と、を有し、
    前記第5工程では、前記固定部の前記第1面が、前記パッドに対向するように、前記第2接合部を介して直接接合される接続端子構造の製造方法。
  11. 前記第3工程では、平面視において、それぞれの長手方向が前記2つの電極端子を結ぶ方向に対して傾くように前記接続端子を配列する請求項10記載の接続端子構造の製造方法。
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