JPH0279377A - コネクタ及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体パッケージ、電子機器に使用されるコネ
クタ構造及びプリント基板とＬＳＩパッケージ基板との
人出力ピンを接続した半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６０−２００５５４号公報に記載
のように集積回路パッケージでは、ＬＳＩが搭載された
パッケージとプリント基板の間に同軸にて貫通する穴を
有し、これに割れ目の入った中空円筒形のスリーブを通
して入出力ピンを接続する構造としている。プリント基
板と人出力ピンの接続は、パッケージ本体のピンを貫通
穴に通し、円筒の割れ目をプリント基板のスルホール内
で押し広げ、接触させている。

又、実開昭６３−３３６５５号公報の例のように、ピン
穴の入口に面取りをしてピンのガイドをすることもある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体デバイスの製造技術の進歩に伴って素子そのもの
微小化と単一装置上の素子数が増加するという傾向にあ
る。従って、これらのデバイスの間の信号接続及び供給
電源などの外部信号接続についても微小化及び接続数の
増加傾向にある。このため、信号接続の短小化、信頼性
向上と同時に不良素子交換の容易な上記接続構造を有す
る半導体パッケージを提供する必要性がある。

半導体デバイス用コネクタはピンとピン穴を結合（ピン
穴にピンを挿入）した時、両者間に接触圧殺生じ電気的
に良好な導通状態とするため、ピン又はピン穴にバネ作
用を持たせている。このバネはピンとピン穴の位置ずれ
をある程度許容する効果を有するが、多数のピン、ピン
穴を同時に結合するコネクタでは位置ずれの影響が大き
く、ピンがピン穴に結合できないものができるおそれが
ある。上記した従来技術の方式では位置ずれが大きくな
ってもピンの挿入は可能であるが、位置ずれの大きさに
見合ってピンおよびピン穴に必要以上の片当りの側圧を
生じ、その結果ピン側で特に強度上苛酷な条件となり、
挿入・抜去を繰返すとピンの折損につながる。またこの
ような条件では挿入・抜去に要する力も大きく作業性も
悪い。

ピンに過大荷重がかかるときは、ピンを支持するその他
の構造体にも過大な力が及び強度上不利益である。加工
精度を高めてピンとピン穴の位置ずれを減少させること
ができれば、上記の問題点は解決できるが、１０００点
以上のピンとピン穴を正確に位置合わせすることは困難
である。

第１１図、第１２図は従来技術にもとづくピンおよびピ
ン穴の組合わせ例を示したもので、第１１図はピン側に
バネ作用を持たせたもの、第１２図は大側にバネ作用を
備えたものの例である。

これらにおいて、ピンのガイド用血取り１１の効果を除
外して考えると、ピン挿入可能な位置ずれ量は本発明同
様（Ｄ−ｄ）／２と表わせるが、この場合ピンとピン穴
の導通を得るためにピン穴の径Ｄ〈ピンの径ｄとせざる
を得ないので、位置ずれの吸収は不可能で、前述の面取
り１１により対処する以外に方法がない。しかも位置ず
れがある場合挿入には相当量の押込力が必要となる。

以上のように上記従来技術ではビン−ピン穴間の位置ず
れによってピンをピン支持構体に過大な力が作用するお
それがあり、加工精度によってこの問題点を解決するこ
とは、技術的、経済的にも困難である。

本発明の目的は従来と同等の加工技術（ピン。

ピン穴間の位置精度）によってもピンおよびピン穴の組
合わせ、分解が容易（挿入・抜去に要する力が小さい）
でかつ、ピンとピン穴の位置ずれがあってもこれがもと
で生じる側圧が比較的小さくでき、さらにピンおよびピ
ンの支持構体間の熱変形差かもとで生じるピン、ピン穴
間の力も小さくすることができ、かつピン接合間の距離
も小さくしたピン−ピン穴からなるコネクタを提供し、
組み立て分解が容易な半導体装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、セラミックス基板またはプ
リント基板に固定された端子部材すなわちピン穴のピン
を保持する部分にスリットを設け、ピンを挿入２弾性接
触により嵌合させる。上記スリットを設けたピン穴の板
厚と接触長さをピンに与える押圧力を３０〜５Ｑｇｒｆ
となるように設定する。

上記他の目的を達成するために、ピン又はピン穴に付与
するバネのバネ力を小さく、かつバネの可撓量を大きく
取り、ピンとピン穴の径に適斌の差をつける。

ピン又はピン穴のバネ力（バネ定数）を小さくしたこと
により、コネクタとしての必要な接触を得るためにバネ
の可撓量を大きくすることが必要となり、バネの自由状
態ではピン側がピン六価より大きくなっている。そこで
ピンとピン穴の結合時にはピン側がピン穴より小となる
よう孔明き板を使用して結合を行う。

〔作用〕

ピン穴の端部にスリットを設けることにより、ピンが挿
入された状態では、ピン穴の弾性変形により押し付反力
が発生し、ピンが押圧を受は固定される、嵌合部の押圧
変形の計算では、ピン穴の板厚、接触長さを適正にとれ
ば、挿抜を可能にし、しかもピン固定に必要とされる３
０〜５０グラムの押圧力が確保出来る。例えば、板厚０
．１ｗｕのベリリウム銅のピン穴では、接触長さ２ｍｍ
程度で０．２１１１１１の変形を考えると材料のはね限
界値の許容範囲内で４０グラムの押圧力が得られる。又
、上記ＬＳＩの発熱による基板間の相対熱変形は、上記
ピン穴の弾性接触範囲内で吸収出来、挿入ピンの押圧力
も十分確保出来る。

他の実施例では、ピン（直径ｄとする）をピン穴（同Ｄ
）より小さくしているので（Ｄ−ｄ）／２の位置ずれま
で許容される。バネ力（バネ定数）を小さくしているの
で、位置ずれによって生じる側圧が小さくなり、ピンお
よびピン支持構体にかかる力が小さくなり、さらにピン
側とピン六価の熱変形差が吸収しやすくなる。ピンとピ
ン穴の結合に伴ない孔明き板を使用してピンと拘束して
結合を行なうので結合時の力が小さくてよく、作業性が
よい。

このことから、接続部の熱応力を軽減し、短かい信号伝
送距離と入出力ピンの挿抜を容易にする接続構造が得ら
れる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、半導体パッケージの構造ならびに本発明の一
実施例である接続方法を示している。第１図においては
、複数個のＬＳＩチップを搭載しく８） た半導体パッケージについて示したが、単一のＬＳＩチ
ップを搭載した場合にも本発明を適用しうるものである
。

ＬＳＩチップ５とセラミックス基板１の表面層及び内層
回路配線とはセラミックス基板１上の複数個のはんだボ
ール６を介して電気的に接続されており、外部回路に接
続するため、金属パッド９がセラミックス基板１真面に
設けられている。金属パッド９には先端に嵌合部を有す
るセラミックス基板のピン穴１０が接続されている。封
止キャップ２には、キャップ天井板内面とＬＳＩチップ
５の間にあってＬＳｉチップ５の発熱を天井板に伝える
ための伝熱手段３と天井板を介して熱を吸収しＬＳＩチ
ップ５の冷却を促進する流体を通す冷却ジャケット４が
外表面に取り付けられ、単一のモジュールが構成される
。

他方、内層配線を有するプリント基板１１において、多
数のスルーホールを設け、プリント基板のピン７をスル
ーホールに挿入し、スルーホールめつき１２とプリント
基板のピン７をはんだ接合し、モジュール内部あるいは
モジュール間の外部信号伝送部品とする。

単一あるいは複数個のＬＳＩチップを搭載したセラミッ
クス基板１とプリント基板とは、第１図に示す矢印のよ
うに対向させ、セラミックス基板のピン穴１０の嵌合部
に対応するプリント基板のピン７を挿入し接続する。

第２図は上記の入出力ピンの嵌合状態を示す斜視図であ
る。本実施例ではセラミックス基板１のピン穴１０は、
平板を折り曲げてスリットを有するように成形し、挿入
する。プリント基板１１のピン７の直径より狭小さな直
径のピン穴を形成している。そのため、プリント基板１
のピン７の挿入により、上記ピン穴１０は押し広げられ
、この弾性変形により押圧力を発生し、プリント基板の
ピン７を押圧固定する。

第３図は、さらに他の実施例を示したもので、入出力ピ
ンの嵌合状態を示す斜視図である。本実施例では、セラ
ミックス基板１のピン穴１２は筒状であり、ピン穴先端
部にスリットを設け、内側に絞り込む曲げ加工を施して
成形したものである。

人出力ピンの嵌合機構は上記の例と同じように行うこと
が可能である。

上記の如く、ピン穴の端部にスリットを設けることによ
り、ピン穴１０．１２に他方のピン７が挿入された状態
では、ピン穴１０．１２の弾性変形により押し相反力が
発生し、ピン７が押圧を受は固定される。嵌合部の押圧
変形の計算では、ピン穴１０．１２の板厚、接触長さを
適正にとれば、挿抜を０工能にし、しかもピン固定に必
要とされる３０〜５０グラムの押圧力が確保出来る。例
えば、板厚０．１ｍのベリリウム銅のピン穴１０，１２
では、接触長さ２ＩＩｎ程度で０．２ｍｍの変形を考え
ると材料のばね限界値の許容範囲内で４０グラムの押圧
力が得られる。又、上記ＬＳＩの発熱による基板間の相
対熱変形は、上記ピン穴の弾性接触範囲内で吸収出来、
挿入ピンの押圧力も十分確保出来ることを実験的に確認
している。

挿入接続は、セラミックス基板１とプリンＩ−基板１１
間で多数の人出力ピンの挿入接続を同時に行うことが必
要とされる。この際、ピン穴１０゜１２とピン７は、そ
れぞれのピッチ配列をあらかじめ設定値に合せて精度良
く仕上げておくが、ピン穴１０．１２とピン７の微小な
ずれは加工誤差などのため避けられず、挿入不可の現出
することが予測される。これに対しては、例えば、ピン
列毎にピンのたおれを、顕微鏡あるいはレーザ光による
ピンシルエットを光学的に検出する。しかる後、該ピン
列について、ピン先端にエツジを押しつけ機械的な曲げ
加工によりピンだおれの矯正を施し、ピン７のピン穴１
０．１２への挿入を行う。

上記作業装置の試験の結果では、２〜３回のピン矯正に
より２０００ピン程度の挿入が可能なことを確認してい
る。

また上述の構造と逆に、プリント基板のピン穴の先端部
に嵌合部を設け、セラミックス基板の入出力ピンを挿入
しても同様の効果が得られる。すなわち本実施例により
、高密度に実装されたＬＳＩパッケージの多数の入出力
ピンの接続が効率的でかつ接続領域寸法が短小化され、
入出力ピンの着脱が容易となる。

さらに他の一実施例を第４図〜第１０図により説明する
。第４図は本発明を採用したコネクタにおいて、ピン１
４を矢印方向に移動させピン穴１８に挿入せんとする状
況を示している。第５図はピン穴１８にピン１４が完全
に挿入された状態、第６図はバネ作用を持たせたピン１
４の完全に自由な状態での形状を示している。第６図か
られかるように、この図の状態ではピン先が大きく広が
っているため、この状態でピン１４をピン穴１８に挿入
することはできない。そこでピン先端をピン穴１８より
十分小さい状態に保持するためのピン軸方向に移動可能
なピン押さえ用の孔明き板１５を用いる。第４図は孔明
き板１５をピン１４の先端付近にセットした状態で、ピ
ン１５の先端はピン用穴１８により保持されてピン穴１
８より十分小さくなっているのでピン穴１８に容易に挿
入可能である。挿入に伴い孔明き板１５はピンの根本方
向に移動し、最終的には第２図の状態になる。この状態
では孔明き板１５のピン１４を押える作用はなくなり、
ピン１４のバネ力でピン１４は、ピン穴１８の導体１７
に押圧され、電気的導通が得られる。第４図、第５図に
おいて、右側の対でピンとピン穴の位置を合せたとき左
側の対において図のような位置ずれが生じる例を示して
いる。多ピンのコネクタでは必ず位置ずれがあるので、
そのような条件でもコネクタの機能が維持されなければ
ならない。第４図、第５図の例では、ピン１４の幅（又
は径）をｄ、ピン穴１８の幅（又は径）をＤとするとき
、ピン１４とピン穴１８の位置ずれの量が（Ｄ−ｄ）／
２となっており、これだけの位置ずれ量であれば、挿入
は可能で押込に要する力も小さくてよい。すなわち本発
明のコネクタにおける最大位置ずれの許容値は（Ｄ−ｄ
）／２である。

第７図は、本発明の他の実施例を示しており、孔明き板
１５をピン個々に分割して使用する例である。ピンを円
柱形とするときはリング状とすることができ、またこの
場合は孔明き板１５の孔の位置精度を全く考慮しなくて
よい利点がある。

第８図は、本発明の他の実施例を示しており、ピン穴２
０側にバネ作用を持たせている。この場合ピン挿入と同
時に孔明き板１５を移動させることはできないので、ピ
ン挿入後別の手段で移動させピンを挟持させる必要があ
るが、第４図の例と同様大きな位置ずれ誤差が許容でき
かつ挿入圧力も少なくてよい利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入出力ピンの挿入口にスリットを設け
、かつ、その板厚と接触長さを適正に設定しているので
、過大な力を作用させないで人出カピンの挿抜が可能と
なり、ピン固定に必要な数十グラムの押圧力が確保でき
る他、ＬＳｉの発熱による基板間の相対的熱変形も弾性
接触範囲内で吸収出来る。

又、ピンをピン穴より小さく形成し、ピンにバネ作用を
もたせているので、多ピンコネクタにおいてピンとピン
穴の位置ずれの許容値（Ｄ−ｄ）／２を設定できる、上
記位置ずれによって生じる側圧が小さくでき、コネクタ
の結合、抜去が容易であり、位置ずれ量およびピン長さ
が等しい従来形と本実採用のコネクタとで側圧を比較す
ると、ピン先端圧力を従来形に比べ（ｄ／Ｄ）’に減少
できる（−例として、従来形に比ベピン径をｄ−０，７
１）　とすれば側圧は従来形の約１／４．２４％まで減
少できる）、ピンの側圧が減少できるのでピンの強度に
余裕ができ、折損等をなくすことができる、ピンあるい
はピン穴のバネ力が小さいので熱変形等により生じるピ
ン、ピン穴間の作用荷重が小さくできる効果がある。

従って、接続部の伝送距離が縮小され、高性能で、信頼
度の高い半導体パッケージを提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明による接続構造実施例を示す要部斜視図、第３図は他
の接続構造実施例を示す要部斜視図、第４図は本発明の
他の実施例を示すコネクタ断面図、第５図はその接続状
態を示す断面図、第６図はピンの自由状態での変形を示
す図、第７図は本発明の他の実施例を示す図、第８図は
本発明の他の実施例を示すコネクタ断面図、第９図は本
発明の他の実施例を示す断面図、第１０図はその裏から
みた図、第１１図は従来のコネクタの断面図、第１２図
は従来のコネクタの断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結合に伴ないピンあるいはピン穴のバネ作用により
   押圧を与えるコネクタにおいて、ピン穴にスリットを設
   け、３０〜５０グラムの押圧を与えるべくピン穴の板厚
   及び接触長さを設定したことを特徴とするコネクタ。 ２、結合に伴ないピンあるいはピン穴のバネ作用により
   押圧を与えるコネクタにおいて、ピンを割ピンとしてバ
   ネ作用を持たせ、ピン穴径より小さい径に形成して穴明
   き板をピンに介在させて、押圧をコントロールすること
   を特徴とするコネクタ。 ３、結合に伴ないピンあるいはピン穴のバネ作用により
   押を与えるコネクタにおいて、ピン穴にバネ作用を持た
   せ、かつ穴明き板をピンに介在させて、押圧をコントロ
   ールすることを特徴とするコネクタ。 ４、１枚あるいは２枚の電気絶縁性の多孔板を、ピン又
   はピン穴に対して、上下あるいは直交方向に移動させて
   、ピン又はピン穴のバネ作用をコントロールすることを
   特徴とする請求項２又は３に記載のコネクタ。 ５、１つあるいは複数個のＬＳＩチップを搭載し、電気
   的に接続されたセラミックス基板の表面に金属パッドを
   介して設けたピン又はピン穴と外部信号接続及び電力供
   給の接続手段を内装するプリント基板に設けたピン又は
   ピン穴を結合する半導体装置において、請求項１又は４
   に記載のコネクタを用いた半導体装置。