JPH0290554A - 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〕 本発明は半導体装置に係り、さらに詳しくは半導体チッ
プを高密度に集積したモジュールのプリント基板もしく
はコネクタへの実装に好適な接続構造を備える半導体装
置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体デバイスの製造技術における微小化と単一
モジュール装置上の素子数の増加という傾向に伴って、
素子を集積搭載したモジュール寸法の増大とこれらのデ
バイスとの間の信号接続及び供給電源などの外部信号接
続についての微小化が試みられている。

一方、半導体装置の印刷配線板への取付方法としては１
例えば特開昭５８−７３１３９号公報に記載されている
ように、半導体装置の入出力ピンを挿通する印刷線板す
なわちプリント基板のスルーホールに、一端部を突出す
るようポストを打込み固定し、このポストの突出する一
端部を双方向ソケットを備えるコネクタの一方側へ挿入
し、前記半導体装置の入出力ピンを双方向ソケットの他
方側へ挿入し、半導体装置の入出力ピンと前記プリント
基板との電気的接続は、前記双方向ソケットのコンタク
トを介して行っており、半導体装置の入出力ピンをプリ
ント基板に取付け、取外しができるようにしたものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術に見られるように、半導体装ｆｉｔにおい
ては、多数のチップ間の信号接続外部との信号接続に入
出力ピン列を設け、スルーホール接続を行って実装距離
の微小化と同時に入出力ピンの着脱の容易性が求められ
ている。しかしながら、チップレベルの高集積化ととも
に多数のチップを単一基板に搭載するモジュールレベル
での高密Ｊト化の傾向があり、当然のことながら２００
０を越える入出力ピン本数の増加をきたす。

多数の入出力ピンと多数のコネクタの開口孔は。

それぞれ自身のピン列あるいは孔列において、ある公差
を持って作られ、その中心位置もピッチ公差によって分
散することになる。このとき、孔及びピンの寸法及びそ
の公差は１０−１〜１０−２ｍの微小寸法となる。さら
に、熱変形址がこれら寸法精度と同程度の寸法単位にあ
り、条件は益々厳しくなっている。

このためこの状態で、半導体装置が稼動されると、半導
体装置の発熱から各部位に熱変形が生じ、接した孔壁が
相対的に及ぼす入出力ピンへの変形作用が問題となる。

すなわち、入出力ピン間の電気絶縁要求から、コンタク
トソケットを収めるハウジングあるいはモールド材に電
気絶縁性材料を使用しているので、線膨張係数の不整合
から、半導体装置の発熱により嵌合接続された入出力ピ
ン接続部周辺のモジュール基板、コネクタ板及びプリン
ト基板が熱的変形を生じる。これにより、入出力ピンが
コンタクトの弾性変形を伴って動く変位社以上に変形を
生じ、コネクタ孔壁に当接、あるいは初めから入出力ピ
ンがコネクタの内壁に接し、拘束される９その結果、入
出力ピンの破損など周辺部位への応力の集中による接続
部の信頼性の低下を生じる。特に高集積化に伴ない入出
力ピン列の接続領域寸法が大きくなることにより熱変形
が著しく増大し、前述した入出力ピンおよびその周辺部
への応力集中が過大となるという問題があった。

本発明の目的は、半導体基板と入出力ピン及びコネクタ
、プリント基板間で生じる熱変形差を軽減することがで
きる半導体装置を提供することにある。

〔ｉＩｌｌＩｗｉを解決するための手段〕本発明は上記
の目的を達成するために、半導体チップとその入出力ピ
ンとを備える半導体基板と。

前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形可能な
コンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔とを備
えるプリント基板もしくはコネクタとを備える半導体装
置において、前記プリント基板もしくはコネクタの周辺
におけるコネクタ部の弾性変形量を、プリント基板もし
くはコネクタの中央部におけるコンタクト部のそれより
も大きくしたものである。

〔作用〕

半導体装置の稼動による発熱により、半導体基板とプリ
ント基板もしくはコネクタとの間に熱変形差を生じるが
、この熱変形差はプリント基板もしくはコネクタの周辺
に向うに従って大きくなる。

このプリント基板もしくはコネクタの周辺における大き
な熱変形差は、大きな弾性変形量を許容するコンタクト
部によって吸収することができる。

その結果、コンタクト部に接触する入出力ピンおよびそ
の周辺部に作用する応力の集中を緩和でき、半導体装置
の信頼性を高めることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図及び第２図は本発明の半導体装置の一実施例を示
すもので、これらの図において、半導体チップ１はセラ
ミックスモジュール基板２（以下セラミックス基板と称
す）の上表面において電気的に接続されている複数個の
はんだボール３上に取り付けられている。一方、半導体
チップ１を外部回路に接続するため、はんだボール３と
セラミックス基板２の表面層及び内層配線回路を電気的
に導通してなる金属パッド４がセラミックス基板２の裏
面に設けられている。金属バッド４にはセラミックス基
板２間の信号接続あるいは外部信号接続のための入出力
ピン５が接続されている。また、同様の方法で、位置決
めピン６が接続されている。位置決めピン６は後述する
、入出力ピン５のコネクタ挿入接続時の位１π合せの案
内を行う。

封止キャップ７はセラミックス基板２とはんだ８を介し
て、半導体チップ１を封止している。封止キャップ７の
天井板内面と半導体チップ１との間には、半導体チップ
１の発熱を封止キャップ７の天井板に伝えるための熱伝
導手段８が設けられている。封止キャップ７の外表面に
は、半導体チップ１の冷却を促進する流体を通す冷却ジ
ャケット９が取り付けられている。これらの構成器によ
り。

単一のモジュールが構成されている。

他方、コネクタ１０は電気絶縁性のプラスチック材料で
モールド成型されたハウジングで構成されている。この
コネクタ１０にはコンタクト部１１をもつコンタクトピ
ン１２が半導体基板１の入出力ピン５と対向する位置に
配置構成されている。

前述したコンタクト部１１は例えば弾性変形可能な導電
体で構成されている。

このコンタクト部１１はコネクタ１ｏに設けた開孔１３
Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ内に設置されるが、この開孔１３Ａ
、１３Ｂ、１３Ｇはセラミックス基板２に対するコネク
タ１ｏの熱変形差によるコンタクト部１１の弾性変形量
を許容し得るように。

コネクタ１０の周辺に向う従って孔径が太きくなるよう
に形成されている。また、開孔１３Ａ。

１３Ｂ、１３Ｃの入口部には入出力ピン５の導入を容易
にするためのテーパ状の案内面１４Ａ。

１４Ｂ、１４Ｇが形成されている。またコネクタ１０に
は入出力ビン５全体の位置決めを行うための位置決めピ
ン６用の位置決め案内孔１５が設けられている。コンタ
クトピン１２はプリント基板１６の対向する位置に設け
られたスルーホール１７に挿入される。スルーホール１
７はスルーホールめっき１８とはんだ接合され、入出力
ピン５からコネクタ１０のコンタクト部１１を通してモ
ジュール内部あるいはモジュール間の外部信号を伝送す
る。

前述したコネクタ１０における開孔１３Ａ。

１３Ｂ、１３Ｇの大きさは次の条件によって設定される
。すなわち、コネクタ１０とこのコネクタ１０と係合す
る入出力ピン５とが当接された例えば、モジュール基板
との熱的な相対変形を模式的に表したものが第３図およ
び第４図である。入出力ピン５が当接されたモジュール
基板は入出力ピン５と一体として熱変形を生じる。モジ
ュール基板に当接された入出力ピン５及びコネクタ１０
の開孔１３Ａ〜１３Ｇはいずれも同等のピッチ間寸法公
差を有している。

而して、第３図および第４図に示すように、熱膨張（収
縮）変形は入出力ピン５と一体のモジュール基板、コネ
クタ１０のいずれも中心からの距離が遠くなるに従い大
きくなる。すなわち、両者の熱変形差（相対変位）は各
位置で嵌合部材と同程度の製作公差にあって、寸法分散
を伴い、平均値として中心部で最小となる。第３図に示
すように、入出力ピン５がコネクタ１０の開孔壁に接し
て挿通してなり、変形方向に入出力ピン５と開孔壁に隙
間のない状態が現出すると、第３図中′の縦ハツチング
で示した領域では、入出力ピン５の曲げ変形限界を越え
る嵌合域が生じる。コネクタ１０の開孔の寸法やその公
差と熱変位が１０−２〜１０−”ａｍ程度の微小寸法範
囲では、中心を合せる位置決め機構がない限り上記の挿
通状態は避けられない。

コネクタ１０の中央部でそのハウジングの開孔と入出力
ピン５の隙間を小さくすると、コンタクト部１１の間隙
中心に入出力ピン５が精度良く位置合せされる。

これは、狭隙間（第４図の寸法狭小化領域）中央部の複
数本数の入出力ピン５による嵌合押圧力で他のピンが駆
動され、中央部の寸法公差の平均された位置に統制され
る機構である。

この中心出し機構部に加えて、格子状に配置されたすべ
ての入出力ピン５及びコネクタ１０の開孔の中心が各々
同じピッチ間公差を保って製作されることから、ピッチ
間寸法公差内ですべて入出力ピン５が位置決めされる。

さらに、コネクタ１０の開孔と入出力ピン列の回転方向
の位置ずれは、コネクタ１０の対角線に直交する方向に
寸法公差を小とした開孔をコネクタ１０の対角周端部に
設けることにより、回転方向の位置ずれが抑制でき、回
転方向の位置決めも計ることができる。

これらの位置決め心出し機構により、開孔とピン５間の
隙間に相当する変形量と外周部の孔寸法大の領域での隙
間増に対応した相当変位量を合せ、見かけ上の相対変位
量の減小が計れる。この結果。

第４図に示すごとく、入出力ピン５に加わる相対変位量
をピン５の変形限界内に収めることができ、熱変形差に
よるピン係合部負荷を小さくすることができる。

次に上述した本発明の半導体装置Φ一実施例の動作につ
いて説明する。

セラミックス基板２に当）妾した人出力ピン５と該入出
力ピン５より若干長寸法の位置決めピン６は互いにピッ
チ間の寸法公差は一定になるよう当接後、矯正している
。

セラミックス基板２とコネクタ１０とを第２図に示すよ
うに対向させ、ピン５の挿入に際し、まず、長寸法の位
置決めピン６が位置決め案内孔１５のテーパ部にすベリ
込み、この後、コネクタ１０の中央部にある入出力ピン
５との寸法間隙の小なる案内面１４Ａで入出力ピン５と
コンタクト部１１の真中に位置決めされる。さらにセラ
ミックス基板２とコネクタ１０の相対的な回転による位
置ずれは、その回転による変位方向のみが開孔１３Ａと
同様の寸法間隙の小なる開孔１３ｃにより抑制される。

この結果、ピン５間のピッチの寸法公差が保たれている
他のモジュールの入出力ピン５も互いに自己調整され、
全モジュールの入出力ピン５が各コンタクト部１１の真
中に位置決めできる。

而して、半導体チップ１の発熱時に生じる温度によりセ
ラミックス基板２とコネクタ１０は、線膨張係数の差に
より互いに熱変形差を生じ、この熱変形差は、中央より
端部に向かって大きくなる。

しかしながら、前述の構成から明らかなように、入出力
ピン５と開孔１３Ａ〜１３Ｃとの間隙も端部で大きくな
っているため、入出力ピン５とコネクタ１０の開孔１３
Ａ〜１３Ｇの壁との接触を抑えることができる。これに
より、入出力ピン５およびその周辺部での応力集中を軽
減させることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
は、入出力ピン５と対向するコネクタ１０の開孔１３Ａ
〜１３Ｃを面角孔としたものである。この場合について
も、前記した実施例と同様の効果を有するものである。

第６図は、本発明のさらに他の実施例を示すものでこの
実施例はコネクタ１０の中央部の多数の入出力ピン５の
中心出し位置決め用孔寸法、形状のとり方を示している
。すなわち、コネクタ１゜のコンタクト部１１を入出力
ピン５をはさみ押圧する平行板で構成したものであり、
入出力ピン５は、このコンタクト部１１によりｙ方向に
は公差内で位置決めすることができる。そこで、Ｘ方向
にのみ中心出し作用を現出するため、Ｘ方向にのみ隙間
寸法を狭小化した花形状、寸法の開口孔としている。

第７図は、第５図に示す丸形状の開孔に対して、同様の
孔寸法のとり方を矩形状の開口孔で現出したものである
。

なお、上述の実施例はコネクタを介して、半導体モジュ
ールをプリント基板に実装する例につぃて説明したが、
半導体モジュールをプリント基板に実装する形式にも本
発明を適用することができる。

上述した本発明の実施例によれば、モジュール内の回路
との信号接続手段である多数の入出力ピンの接続挿抜を
効率的に行うことができる。また、熱変形の大きい接続
部位で、この熱変形を吸収することができる十分な間隙
を確保することができる。その結果、効率的な信号接続
と同時に、信頼性の高い半導体接続装置を提供すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体基板とこの入出力ピンと接続す
るコンタクト部を備えた部材との間の熱変形差を吸収で
きるようにしたので、入出力ピンおよびその周辺部への
応力集中を抑えることができる。その結果、信頼性の高
い半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を一部切欠いて示す平面図、
第２図は第１図の■−■断面図、第３図および第４図は
それぞれコネクタとビン一体基板との相対熱変形を示す
特性図、第５図ないし第７図はそれぞれ本発明の他の実
施例を示す平面図である。 １・・・半導体チップ、２・・・セラミックス基板、５
・・・入出力ピン、６・・・位置決め用ビン、１０・・
・コネクタ、１１・・・コンタクト部、１２・・・コン
タクトピン、１３Ａ　〜１３Ｇ−・・開孔、１４Ａ〜１
４ｃ川案内面、１６・・・プリント基板。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部と、このコンタクト部を保持する開
   孔とを備えるプリント基板とからなる半導体装置におい
   て、前記プリント基板周辺におけるコンタクト部の弾性
   変形量を、プリント基板中央部におけるコンタクト部の
   それよりも大きくしたことを特徴とする半導体装置。
2. ２．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔
   とを備えるプリント基板とからなる半導体装置において
   、前記プリント基板周辺における開孔は、その開孔内の
   コンタクト部の弾性変形量がプリント基板中央部のそれ
   よりも大きな移動を許容する孔径を備えたことを特徴と
   する半導体装置。
3. ３．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔
   とを備えるプリント基板とからなる半導体装置において
   、 前記プリント基板における開孔は、プリント基板の中央
   部から周辺に向うに従い漸次増加する孔径で構成したこ
   とを特徴とする半導体装置。
4. ４．請求項３記載の半導体装置において、プリント基板
   における対角線方向の開孔はその対角方向の寸法を大き
   くし、これと直角な方向の寸法を小さくしたことを特徴
   とする半導体装置。
5. ５．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔
   とコンタクト部に接続するコンタクトピンとを備えるコ
   ネクタと、コネクタピンと接続するスルーホールを備え
   たプリント基板とを備えた半導体装置において、前記コ
   ネクタの周辺におけるコンタクト部の弾性変形量を、コ
   ネクタ中央部におけるコンタクト部のそれよりも大きく
   したことを特徴とする半導体装置。
6. ６．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔
   とコンタクト部に接続するコネクタピンとを備えるコネ
   クタと、コネクタピンと接続するスルーホールを備えた
   プリント基板とを備えた半導体装置において、前記コネ
   クタ周辺における開孔は、その開孔内のコンタクト部の
   弾性変形量がコネクタ中央部のそれよりも大きな移動を
   許容する孔径を備えたことを特徴とする半導体装置。
7. ７．半導体チップとその入出力ピンとを備える半導体基
   板と、前記半導体基板の入出力ピンと接続する弾性変形
   可能なコンタクト部とこのコンタクト部を保持する開孔
   とコンタクト部に接続するコネクタピンとを備えるコネ
   クタと、コネクタピンと接続するスルーホールを備えた
   プリント基板とを備えた半導体装置において、前記コネ
   クタにおける開孔は、コネクタの中央部から周辺に向う
   に従い漸次増加する孔径で構成したことを特徴とする半
   導体装置。
8. ８．請求項７記載の半導体装置において、コネクタにお
   ける対角線方向の開孔はその対角方向の寸法を大きくし
   、これと直角な方向の寸法を小さくしたことを特徴とす
   る半導体装置。