JP6601984B2 - インターポーザアセンブリ - Google Patents

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Description

成形プラスチックプレートとプレートに挿入された金属コンタクトとを有するインターポーザアセンブリは、対向する基板上のコンタクトパッド間の電気的接続を形成するために使用される。コンタクト及びパッドはランドグリッドアレイの行及び列において互いに非常に近接して離間されて、プレートを通って延伸している複数の差動対信号及び接地接続を確立する。
従来のインターポーザアセンブリは、基板上のパッドと係合するコンタクト端部を有する金属ストリップから形成されたコンタクトを使用する。各コンタクトは、プレートを通って延伸している通路に嵌め込まれている。ストリップは2つの機能を有する。それは、対向する基板上のパッド間に回路経路を確立し、パッドに接触圧力を提供するばねを含む。対向する基板間にインターポーザアセンブリを挟み込むことは、アセンブリプレートのコンタクトを圧縮して、ばねに応力が加えられ、コンタクトとパッドとの間の良好な電気的接続に必要な接触圧力を提供する。
従来のインターポーザアセンブリのコンタクトは、プレートの上部と底部におけるコンタクトの端部に集中された弾性ビーム歪の単一モードによる、ストリップのエネルギー蓄積を制限する非効率なばねを有する。ベリリウム銅、等の高価な性能向上合金を有する銅ストリップストックからコンタクトを形成することによって、ばね性能が高められることができる。これらの合金の使用は、望ましくないことに、コンタクトのコストを増加させる。
この結果、パッド間の信頼できる電気的接続を保証するために、高導電性及び高コンプライアンスを有する、好ましくは高価な強化合金を有さない金属から形成されたコンタクトを使用して、対向する基板パッド間に信頼できる電気的接続を形成するためのインターポーザアセンブリが必要とされる。
コンタクトのばねは、圧縮されたエネルギーが、コンタクトの弾性歪を介して蓄積され、基板がコンタクトとの係合から取り外されるときに回収されるように、機械的に効率的であるべきである。コンタクトとプレートを通って延伸しているコンタクト通路の壁との間の係合による摩擦損失は、最小化されるべきである。コンタクトのコンプライアンス及び対向するパッドとの信頼できる電気的接続が高められるべきである。
開示されたインターポーザアセンブリは、改善されたプレートと、対向する基板上のパッド間の電気的接続を形成するためのコンタクトとを有する。各コンタクトは、コンタクトに沿って離間された複数の同様のコンタクトユニットを含む。各コンタクトユニットは、インターポーザアセンブリが基板間で圧縮されるとき、弾性的に圧縮される複数のばねを有する。コンタクトユニットは、コンタクトの圧縮及び拡張の間にプレートの通路を通って自由に移動し、アレイ内の各コンタクトの独立した動作を保証する。基板間の間隔が、それらがアセンブリから後退するにつれて増加するとき、コンタクトユニットは拡張し、圧縮されたコンタクトユニットに蓄積されたエネルギーは、コンタクト端部をプレートから外方に延伸する。結果として、コンタクトは、高コンプライアンスを有し、パッドとの有効接触圧力係合を維持する。
コンタクトは、対向する一対のパッドの間の低抵抗回路経路を形成する。電流は、抵抗及び温度上昇を最小化するように、各コンタクトユニットにおいてばねを通って均一に流れる。
本発明によるインターポーザアセンブリの斜視図である。 インターポーザアセンブリの上面図である。 上側基板及び下側基板が示された、図2の線3−3に沿ったインターポーザアセンブリの断面図である。 上側基板及び下側基板が示された、図2の線4−4に沿ったインターポーザアセンブリの断面図である。 圧縮前の基板上のパッドと係合するアセンブリ通路内のコンタクトを示す垂直断面図である。 圧縮前の基板上のパッドと係合するアセンブリ通路内のコンタクトを示す垂直断面図である。 圧縮前の基板上のパッドと係合するアセンブリ通路内のコンタクトを示す垂直断面図である。 図6の線8−8に沿った断面図である。 圧縮されていないコンタクトの側面図である。 圧縮されていないコンタクトの側面図である。 圧縮されていないコンタクトの側面図である。 圧縮されていないコンタクトの側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトの側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトの側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトの側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトの側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトを示すアセンブリ及び基板を通る断面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトを示すアセンブリ及び基板を通る断面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトを示すアセンブリ及び基板を通る断面図である。 圧縮されていないコンタクトの斜視図である。 部分的に圧縮されたコンタクトの斜視図である。 更に圧縮されたコンタクトの斜視図である。 完全に圧縮されたコンタクトの斜視図である。 圧縮されていないコンタクトユニットの拡大側面図である。 部分的に圧縮されたコンタクトユニットの拡大側面図である。 完全に圧縮されたコンタクトユニットの拡大側面図である。 インターポーザアセンブリコンタクトの製造中のキャリアストリップの図である。 インターポーザアセンブリコンタクトの製造中のキャリアストリップの図である。
インターポーザアセンブリ10は、基板14の下面上のコンタクトパッド12と、基板18の上面上のコンタクトパッド16との対向する一対の間の電気接続を形成する。パッド12及び16は、ランドグリッドアレイの行及び列に配置されてもよい。
アセンブリ10は、上面24と底面26との間に延在している複数の積層された成形プラスチックウェハ22から形成された長方形の絶縁本体20を有する。(図示されない)ウェハアライメントピンがウェハのピン通路27に嵌め込まれる。アセンブリ10は、基板間に適切に支持されている。
複数のコンタクト通路28が、表面24と26との間で本体20を通って垂直に延伸している。通路28は、図8に示される均一な長方形の断面を有し、対向する平行の長壁30と、対向する平行の短壁32とを有する。通路の曲がり角34は、丸みを帯びていてもよい。
細長い一体の金属コンタクト36が各コンタクト通路28に嵌め込まれている。各コンタクト36は、上側コンタクト端部38、下側コンタクト端部40、及び端部38と40との間のコンタクトの長さに沿って離間された複数のU字型コンタクトユニット42を有する。コンタクト36は、12個の同様のユニット42を有する。ユニットの数は、アセンブリ本体20の高さ、接触圧力、及びコンプライアンス要件によって必要に応じて変わってもよい。
下側コンタクト端部40は、ユニット42の下方に配置されたU字型の取り付け部材44とコンタクト先端部46とを含む。先端部46は、コンタクトの底部に2つの離間されたコンタクト点48と、点48の上方に挿入/引き出し開口部50とを有する。先端部46は、ユニット42の下方に中央に位置する。開口部50は、先端部46から離れる方向に平坦な挿入面52を有する。挿入面43は、ユニットから離れる方向に向いている。開口部50におけるV字型の引き出し凹部54は、点48に隣接する。コンタクト36を通路28の中に挿入するために、工具が面43又は面52に対して押し付けられてもよい。コンタクトを通路28から引き出すために、狭い工具が開口部50の中に挿入され、凹部54に着座されてもよい。
取り付け部材44は、通路28においてコンタクトの下端部を整列させるための整列折り曲げ部56を含む。折り曲げ部56は、U字屈曲部62によって接続された対向する平坦な案内壁58及び60を有する。壁58及び60は、コンタクト36が通路28にあるとき、通路の長壁30の下端部に沿って延伸している。
カンチレバー保持アーム64は、案内壁58と60との間で先端部46から内方に延伸している。アーム64の自由端部における対応する摩擦突起部66は、コンタクト端部40から外に向き、コンタクトが通路内にあるとき、通路の短壁32と係合するように圧縮されて、コンタクトの独立性を大幅に低下させることなく、空洞内の位置にコンタクトを維持する適度な保持力を確立する。アーム64は、コンタクト端部40を通路28の下端部に取り付ける。このアーム64は、ばね部分の圧縮をもたらす摩擦制限が発生しないように、ばね部分の全体が通路に入った後にのみ偏向される。結果として、コンタクト本体は、挿入工程全体を通して、通路断面形状の長さ及び幅の両方において、コンタクト通路内の一方の側から他方の側へ自由に蛇行する。
整列折り曲げ部56は、本体20の底面26に衝突することなく、コンタクトの端部を通路28の中に案内するために、ユニット42から外方に向く斜めの挿入面68を有する。上側コンタクト端部38は、保持アーム64を有しない下側コンタクト端部40のようである。端部38はまた、最初に通路の中に挿入されたコンタクトの端部に対して連続した導入角を確立する挿入面43を含まない。
12個の同様のU字型のコンタクトユニット42は、端部38と40との間のコンタクト36の長さに沿って離間されている。コンタクトユニットは導電性であって弾性である。各ユニット42は、互いに重なり合う2つの離間された細長い支持ストリップ70と、ストリップ70を接続する3つの同様のU字型のばねアーム72とを有する。ストリップ70は、1つの通路の短壁32においてコンタクトの長さに沿って延伸している。アーム72のそれぞれは、ストリップ70から長壁30に沿って通路を横切って対向する短壁32に向かって延伸している2つの脚76と、対向する短壁において脚を接合するU字曲げ部78とを含む。アーム72は、各コンタクトユニットにおいてストリップ70間に3つの連続配向の物理的及び電気的接続を形成する。ばねアーム72は、長方形又は正方形の横断面を有してもよい。ブリッジ74は、各ストリップ70の一端を、コンタクトの同じ側に位置する隣接するコンタクトユニットのストリップ70の端部に接合する。
ユニット42が圧縮されていないとき、各ばねアームの直線ばね脚76は、長手方向にオフセットしたストリップ70を接合するように、U字曲げ部78から離れる方向に互いから分岐している(図10を参照)。
ユニット42は、3つのU字型のばねアームによって接続された2つの離間された支持ストリップを有する。支持ストリップに沿って離間されたアーム72のような2つ以上のばねアームによって接続された2つの支持ストリップを有するユニットを含む、異なるタイプのコンタクトユニットが考えられる。
ユニット42は、端部38と40との間のコンタクト36の長さに沿って離間されている。各ユニットの2つの支持ストリップ70はそれぞれ、コンタクト端部、又は隣接するユニットの異なる端部における隣接するユニットの支持ストリップの何れかに接続されている。隣接するコンタクトユニットの接合された支持ストリップ70間のブリッジ74は、コンタクトの両側に配置されている。このように、ユニット42は、図19、図25、及び図26に示されるように、コンタクトの長さに沿って延伸している交互のパターンで配置されている。
図9〜図12は、コンタクト側面80に位置する支持ストリップ70及びブリッジ74、並びにコンタクト側面82に位置するU字曲げ部78を有する圧縮されていないコンタクト36を示す。各ユニット42の直線ばね脚76は、コンタクト側面84と86の平面に位置し、側面80と82との間に延伸している。交互のブリッジ74は、対向するコンタクト側面84と86に配置されている。コンタクト36が圧縮されていないとき、隣接するユニットにおいてブリッジ74で接合された一対の支持ストリップ70は、図10に示されるように、互いに180°よりわずかに小さい角度75で交差する。
各金属コンタクト36は、本体20の通路28に挿入される。上側コンタクト端部38は、好ましくは、底面26において通路の下端部の中に延伸され、端部38及び40のコンタクト点48が表面24及び26の上及び下に位置する図4及び図5〜図7に示された非圧縮位置まで通路を通って上方に移動される。端部38の上側傾斜面68は、通路の下端部の中に端部を供給することを容易にする。
コンタクト36は、長方形の通路28に自由に嵌め込まれた略長方形の形状を有する。コンタクトが完全に挿入されるとき、取り付け部材44は通路28の下側長方形端部にあって、カンチレバーアーム64は内方に弾性的に曲げられて、摩擦保持突起部66を隣接する通路の短壁32に押し付け、コンタクト40を本体20に把持する。アーム64は、アセンブリが基板14と18との間に挟まれるまで、コンタクトをアセンブリ10の定位置に把持する。基板によるコンタクトの圧縮は、通路28においてコンタクトの下端部を移動させてもよい。下端部の上のコンタクトの上側部分は、通路において垂直に自由に移動する。
基板14及び18は、図17〜図19の位置にアセンブリ10に向かって移動されて、一対のパッド12と16の間の電気的接続を確立する。アセンブリ10は、好ましくは、パッド12と16と係合する先端部46におけるコンタクト点48で、基板14と18との間に支持されている。この位置において、各コンタクトの垂直高さは、コンタクト通路28において部分的に圧縮される。コンタクトの垂直圧縮は、各ユニット42のストリップ70及びアーム72に弾性的に応力を加える。ユニットは、通路において垂直に移動する。パッド12及び16における圧力及びコンタクトのコンプライアンスは、本体20との摩擦係合によって著しく減少されない。
通路28におけるコンタクト36の垂直圧縮は、ユニット42を互いにより近接するように移動させて、エネルギーを弾性的に貯蔵するように、弾性的にそれらの高さを減少させ、同時に各ユニットの金属を曲げて回転させる。コンタクトの弾性圧縮は、点48において高コンプライアンス及び高接触圧力を提供する。
コンタクトの弾性圧縮の間に、各ユニット42の2つの支持ストリップ70は、通路28の長さに沿って異なる方向にシフトされて、ユニットの軸線方向の高さを減少させる。これが起こるとき、各ユニット42のU字型のばねアーム72の脚76は、通路において共に回転され、分岐位置から互いに重なり合う部分的に圧縮された平行位置へと曲げられる(図17〜図19を参照)。U字曲げ部78は、図13に示されるように、ねじりばねとして横軸線79の周りにねじられる。軸線79は、曲げ部78でコンタクト36を横切って横方向に延伸している。
各ばねアーム72のばね脚76及びU字曲げ部78は、曲げられたカンチレバーばね及びねじれたねじりばねとして、それらの長さに沿って弾性的に応力が加えられる。ユニット42の弾性応力は、エネルギーを蓄積し、コンタクトに沿ったコンプライアンス及び点48における圧力を提供する。更に、隣接する支持ストリップ70が、図10に示されるように角度75を平坦化するように、応力が加えられ、遠方の通路の短壁32に向かって短い距離を回転すると、隣接するストリップ70間のブリッジ74は弾性的に曲げられる。
通路28におけるコンタクト36の圧縮は、点48とパッド12及び16との間の高コンプライアンス及び信頼できる接続を維持するように、ユニット42の金属を弾性的に曲げてねじる。圧縮範囲全体にわたる、通路28におけるコンタクト36の摺動嵌めは、圧縮及び減圧の間の摩擦エネルギー損失を実質的に防止する。通路の1つ又は2つの隣接面でのコンタクトの非常に軽い法線力のみが、通路部分の区域を超えて自由座屈からコンタクトを支持するために必要である。
電流は、最小化された抵抗でコンタクト36を通って流れる。各ユニット42の支持ストリップ70は、隣接するストリップ70から電流を受け取り、3つのU字型のU字曲げ部78に均一に電流を通過させる。隣接するユニット42間のストリップ70の幅は、主に機械的な応力分布を最適化するために、ブリッジ74から離れる方向に減少し、一方、ユニット42の個々のストリップ70を均一に通る等しい電流の流れを同時に支持する。電流の流れを収束させるために断面積を適切に増加させることによって、抵抗を最小化し、局所的な熱蓄積を減少して、コンタクト36の長さに沿って全電流が流れる。
図20〜図23は、コンタクト36の垂直圧縮を示す。図20は、各ユニット42の金属に応力が加えられていない、圧縮されていないコンタクトを示す。この位置において、各ユニット42のばね脚76はU字曲げ部78から離れる方向の角度で延伸している。
図21は、通路28において部分的に圧縮されたコンタクト36を示す。各ばねアーム72の脚76は互いに向かって回転されている。角度75は、コンタクトが圧縮されると増加する。
図21及び図22は、互いの上に回転された脚76、増加した角度75、互いにより近接するように移動されたユニット42を有するコンタクト36の更なる圧縮を示す。
図23は、コンタクト36の完全の圧縮を示す。この位置において、隣接するユニット42のストリップ70の端部は、互いに当接し、ユニットの金属は、エネルギーを蓄積するように弾性的にねじれて曲がられる。完全な圧縮並びにユニットのねじれ及び曲がりにもかかわらず、ユニットは、図20の位置へのコンタクトの完全な拡張を可能にするために永続的に変形されない。この結果、コンタクト36は、互いに当接するユニットと共に完全に圧縮され、そして、ばね性能又は電気的性能を損なうことなく解放されてもよい。
図20〜図23に示されるように、コンタクト36の圧縮の間に、コンタクトは軽い摩擦によってアセンブリ通路28に把持される。コンタクト36の圧縮は、コンタクトのサイズを僅かに変化させるが、通路側壁と係合するように充分にコンタクトを拡大しない。コンタクトは、圧縮移動の設計された範囲内で説明されたように、自由に折り畳まれ、拡張される。
図20〜図23は、図20に示されるその完全な長さから図23に示される圧縮された長さに圧縮されたコンタクト36を示す。完全に圧縮された長さは、完全に拡張された長さより約15%短い。通常、コンタクト36は、図23に示される完全に圧縮された長さへのコンタクトの圧縮を防止するために充分な厚さを有する本体20に配置される。所望であれば、特定のコンタクト36のコンプライアンスは、コンタクトに沿って離間されたユニットの数を減少させることによって低減してもよい。コンタクトは、上側及び下側端部と、端部に接続された複数のユニット42とを含む。
図24、図25、及び図26は、コンタクト36の側面図である。図24は、ブリッジ74及び隣接する支持ストリップ70が平坦であって、各一対の支持ストリップ70間で延伸しているU字型のばねアーム72がブリッジ74から離れる方向に傾斜している、圧縮されていないときのコンタクトを示す。
図25は、角度75を減少させるように、支持ストリップ70とストリップの両側に外方に曲げられたブリッジ74とで部分的に圧縮されたコンタクトを示し、ばねアーム72は互いに平行に曲げられている。
図26は、互いに当接した、コンタクトの各側の隣接するストリップ70で完全に圧縮されたときのコンタクトを示す。ストリップ及びブリッジは、更に外方に弓状に曲げられ、アーム72は、エネルギーの蓄積のために曲げられてねじられる。図25及び図26は、圧縮されたときのコンタクトのジグザグ形状又は蛇行形状を示す。
コンタクト36は、熱処理されたベリリウム銅、等の最も高価な強化合金に依存することなく、銅ストリップストックから製造されてもよい。強化合金は接触性能を改善するが、材料及び加工のコストも増加させる。コンタクト36は、熱処理を必要としない非ベリリウム合金を使用して所望のコンプライアンス及び伝導性を達成する。
図27及び図28は、導電性金属ストリップ90からのコンタクト36の製造を示す。ストリップ90は、2つの細長いキャリア92と、キャリア間に延伸している複数の平坦なコンタクトプリフォーム94とを有する。コンタクト36及びコンタクトが形成されたストリップ90は、50ミクロンの厚さを有してもよい。プリフォーム94は、ストリップを機械的に切断することによって、又はストリップをエッチングすることによって、ストリップ90から形成されてもよい。ストリップ90は、典型的にはローラで平らに延ばされ、ストリップの長さに沿って延伸している木目軸線方向110を有する。
各コンタクトプリフォーム94は、上側端部分96と、下側端部分98と、部分96と98との間に離間された複数の傾斜した3条のコンタクトユニット部分100を含む。各部分100は、3つの平行な対等のビーム102と、対向する端部支持ストリップ104とを有する。プリフォーム94は、接合ストリップ108においてキャリアストリップ支持レール106に接続されている。
コンタクト36は、図28に示されるように、プリフォーム94の各エッジにおいてプリフォームブリッジ74を互いの上に配置し、折り畳まれたコンタクト36を形成するように、ストリップ92に垂直な折り曲げ軸線112の周りでビーム102を曲げることによってプリフォーム94から形成される。
U字曲げ部78における内部半径は非常に小さく、ストリップの厚さに等しくてもよい。木目軸線110に垂直な軸線112の周りでプリフォームを曲げることが望ましく、木目軸線に平行でない軸線の周りでプリフォームを曲げることより容易である。
折り畳み後、コンタクトはストリップから切断され、通路28の中に挿入される前に処理される。
コンタクト36は、環境性及び導電性要件を達成するために必要な金属の層で必要に応じて被覆されてもよい。上側及び下側コンタクト端部38及び40は、基板パッド12及び16との信頼できる電気的接触を保証するために、金、等の貴金属材料で更に被覆されてもよい。
形成されたコンタクト36は、隣接する支持ストリップ70に対して同一平面上にある接合ストリップ108を切断することによって、ストリップ90から取り外されて、ストリップ70に隆起した突起114を生じる。突起114は、切断された突起面が、コンタクトが挿入された通路28の隣接面と係合することを防止するように、ストリップ70の外側隆起端部の下にある。
金属コンタクト36は、10.8mmの先端部間の圧縮されていない高さを有してもよい。通路28は、0.700mm及び0.245mmの横断寸法を有してもよい。12個のばねユニットを有するコンタクトを支持する本体20は、9.5mmの厚さを有してもよい。

Claims (7)

  1. 対向する基板(14、18)上のコンタクトパッド(12、16)間の電気的接続を形成するためのインターポーザアセンブリ(10)であって、前記インターポーザアセンブリは、絶縁本体(20)と、前記絶縁本体を通って延伸している複数の貫通通路(28)と、各々が前記複数の貫通通路のいずれか1つに配置されている複数のコンタクト(36)であって、各コンタクトは、一体型の金属であって、前記絶縁本体の上面及び底面(2
    4、26)に位置する対向する端部を備える、複数のコンタクトとを備え、
    各コンタクト(36)は、少なくとも1つのコンタクトユニット(42)を含み、各コンタクトユニット(42)は、前記貫通通路に沿って延伸している2つの細長い支持ストリップ(70)及び前記2つの細長い支持ストリップ(70)間で延伸している複数のばねアーム(72)を有し、各コンタクトユニット(42)は、前記貫通通路に沿って延伸している非圧縮状態の長さと、前記非圧縮状態の長さより短い前記貫通通路に沿って延伸している圧縮状態の長さとを有し、
    前記複数のコンタクトが前記複数の貫通通路において圧縮されたとき、前記コンタクトユニット(42)はエネルギーを蓄積、前記コンタクトが解放され、且つ、前記コンタクトユニットが前記非圧縮状態の長さまで長くなるとき、前記蓄積されたエネルギーは回収可能である、インターポーザアセンブリ。
  2. 各コンタクトは、コンタクト保持部材(64、66)を備え、各コンタクト保持部材は、前記貫通通路(28)における前記コンタクトの緩い保持のために前記貫通通路の壁(32)と係合している、請求項1に記載のインターポーザアセンブリ。
  3. 各コンタクト保持部材は、保持アーム(64)と摩擦突起部(66)とを備え、前記コンタクトが前記貫通通路(28)にあるとき、前記保持アームは弾性的に圧縮されて、前記摩擦突起部(66)は、前記貫通通路における前記コンタクトの移動を可能にする一方で、前記貫通通路において前記コンタクトを保持するように、前記壁(32)に対して把持されている、請求項2に記載のインターポーザアセンブリ。
  4. ばねアーム(72)は、U字型のばねアーム(72)である、請求項1に記載のインターポーザアセンブリ。
  5. 各貫通通路(28)は、長方形の輪郭を有し、前記ばねアーム(72)は、前記貫通通路において摺動嵌合している、請求項4に記載のインターポーザアセンブリ。
  6. 各貫通通路(28)は、2つの対向する壁(32)を含み、前記2つの細長い支持ストリップ(70)は、一方の壁(32)に隣接して配置され、前記複数のばねアーム(72)は、他方の壁(32)に隣接して配置され、前記コンタクトユニットが圧縮されていないとき、前記複数のばねアーム(72)は概して前記貫通通路に沿って延伸し、それによって、前記貫通通路における前記コンタクトユニットの圧縮は、同時に、ねじりばねとして各コンタクト(36)の横軸線(79)の周りに前記複数のばねアーム(72)を弾性的にねじり、且つ、カンチレバービームとして前記複数のばねアーム(72)のうちのあるばねアーム(72)を、前記複数のばねアーム(72)のうちの隣接するばねアーム(72)に向かって弾性的に曲げる、請求項に記載のインターポーザアセンブリ。
  7. ばねアーム(72)は、前記貫通通路の前記他方の壁(32)に隣接しているU字曲げ部(78)を含む、請求項6に記載のインターポーザアセンブリ。
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