JPS6137795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体モジユール・キヤリアの上の
対応した接点パツドに合わされる接点パツドを有
する可撓性プリント回路キヤリアによつて、複数
個の半導体チツプを有する夫々の半導体モジユー
ル・キヤリアを相互接続するための回路装置に係
る。

半導体処理技法が改良されるにつれ、かつてな
いほど密度を増加したチツプが製作できる。半導
体モジユールは、ダイオード及びトランジスタに
用いられる２本あるいは３本のピンのパツケージ
から４本、８本及び16本のピンの偏平なパツク並
びに200本乃至400本のピンの大きなモジユールに
改良された。今やピン形式の接続がもはや適当で
ないという域に達している。夫々のピンが通常の
挿入力に耐えうるように十分に大きくなければな
らないから予定の面積に置くことができるピンの
数量は物理的に制限される。低い挿入力の接続技
法が考案されたが、これらの技法は通常大きな空
間及び高いコストのアツセンブリー装置にする。
ピンが通常の挿入力で吸われるように適当に大き
く作られるとしても、わずかな不整列はピンを容
易に曲げそしてスクラツプ・モジユールを生じ
る。単純な装置に関しては、ピン損傷による大多
数のスクラツプ・モジユールはユニツト・コスト
が極端に高くないから黙認される。多数の回路を
備えた大きなモジユールの場合に、コストはピン
損傷によるモジユールの損失がもはや許容できな
いという域に達した。

ピン接続に関する他の問題はモジユールの製造
処理に際に起る。セラミツク基板とエポキシ・ガ
ラス・カードの間の熱的不整合は、このモジユー
ルがこのカードにはんだ付けされる場合の工程の
際に亀裂を生じる。更に、このはんだ付け処理は
制御するのに困難でありそしてこの工程からの欠
陥率はかなり高くなる。ピンがはんだ付けされる
時点でモジユールは実際に完成しているから、何
れのスクラツプも非常に高価になる。高い歩留り
をもたらす代りの処理及びスクラツプをほとんど
生じないことが非常に望まれる。

半導体モジユールの増加された密度及びこの結
果生じる多数の接続ピンの必要性は又、多数のピ
ン及び小さい寸法のケーブル式コネクターの必要
性を生じる。問題は類似しているけれども、これ
らの問題は同一でなくそしてこの相違点により現
存のプラグ接続装置を半導体モジユールに容易に
適用することができない。１例として、通常半導
体モジユールは多量の熱を放散するので設計段階
で効果的な熱放散を与えるようにされる。更に、
半導体モジユールは通常のコネクターよりも多数
の接続点を支持することが望まれる。

他方では、半導体モジユールは通常挿入の容易
性を必要とせずそしてコネクターは挿入の容易性
を有していなければならない。半導体モジユール
上の回路の密度は、永久的に取付けられた多数の
モジユールを支持するプラグ接続可能な欠陥カー
ドの交換が不経済であるという域に達している。
欠陥モジユールのみが交換されなければならな
い。通常、この交換作業は現場で行なわれそして
現場ではこの作業に関して精密なジグあるいは工
具が使用できない。

これ故に、使用容易なコネクターの特性を有す
ると共にそれにもかかわらず、多数の接続点のよ
うな半導体パツケージの特定な要件及び効果的に
熱を放散する能力の全てを満たす高密度の接続装
置が必要であるという域に達している。

本発明は、エラストマーによつて背面支持され
た可撓性プリント回路配線アツセンブリーの上の
接点に半導体モジユールの上の接点を押しつける
方式でこのモジユールに圧力をかけることによ
り、このモジユールの上の多数の接点に高い信頼
性の接続を与える。１個以上のモジユールの半導
体チツプは絶縁キヤリアの上に取付けられ、この
絶縁キヤリアはモジユールを相互接続する導体パ
ターンを支持したセラミツク材料からなつてもよ
い。次に、キヤリアは金属製保持手段に取付けら
れる。キヤリアは、相互接続パツドのパターンを
支持する可撓性プリント回路配線アツセンブリー
の上に位置づけられる。キヤリアの上の整列ピン
は、可撓性プリント回路配線アツセンブリーの上
のパツドに接触する関係でモジユールの上の接続
パツドを位置づけるようにこの配線アツセンブリ
ーの整列用穴に合わされる。キヤリアの上に位置
づけられたカム及びレバーのアツセンブリーは、
細長い溝付のスプリング・ワツシヤーを介してこ
のキヤリアに圧力をかけ、この接触パツドを電気
的に接触させる。パツドの高さにおける小さな偏
差は、可撓性配線アツセンブリーに対するエラス
トマー性背面支持素子によつて調節される。

これ故に、本発明の目的は、改良された半導体
モジユール接続装置を提供することである。

本発明の別の目的は、導電性ピンを用いずに、
多数の接続点を有するモジユールを可撓性基板に
接続することを許容する半導体モジユール接続装
置を提供することである。

更に、本発明の別の目的は、多数の接続点を接
近した間隔に配列して備えそして工具及びジグを
用いずに容易に取りはずされあるいは交換される
半導体モジユール接続装置を提供することであ
る。

更に、本発明の別の目的は、接続作業の際に損
傷を受けにくい半導体モジユール接続装置を提供
することである。

第１図に示した電子アツセンブリーはハウジン
グすなわち基台部材１を含み、このハウジングは
必要な機械加工特性及び熱伝達特性を有するアル
ミニウムあるいは他の材料のダイカストであつて
もよい。ほとんどの場合、良好な材料はアルミニ
ウムである。熱放散フイン２は、ハウジングの内
側表面上に取付けられた部品によつて発生された
熱を放散させるようにハウジングの能力を改良す
る。ハウジングは電源３及びプリント回路カード
４のような通常の回路パツケージを収納し、これ
らのパツケージは通常の相互接続装置、プラグ及
びソケツトを用いてもよい。これらの部品は本発
明の要部を構成しないが、現存の装置を示すよう
に含まれる。

本発明の回路相互接続装置は可撓性基板を含
み、この基板はKapton（商標名デユポン社から
入手できる）のような0.05mm程度の厚さの適当な
絶縁材料から作られたプリント回路配線アツセン
ブリー６として機能を果す。通常、プリント回路
配線アツセンブリー６は適当な絶縁被覆を用いた
１層以上の14ｇ銅（1/2オンス銅）を含んでい
る。このような基板は公知の技法を用いて容易に
作れる。

通常、プリント回路配線アツセンブリー６は通
常の同軸のプラグ差込み口１４乃至１９及び相互
接続プラグ２０乃至２３を有するケーブル部分７
乃至１３を含んでいる。これらのプラグはアツセ
ンブリーのソケツト２４乃至２６に合わされある
いは通常のケーブル（図示せず）によつて外部ア
ツセンブリーへの接続点を与えるために使用でき
る。外部アツセンブリーへの付加的接続は同軸の
プラグ差込み口１４乃至１９によつて行うことが
できる。

第１図の実施例において、可撓性プリント回路
配線アツセンブリーは半導体モジユール・キヤリ
アに関する位置３０，３１，３２及び３３を有
し、このモジユール・キヤリアのうちの２つのモ
ジユール・キヤリア３２ａ及び３３ａのみが示さ
れている。夫々の位置は複数個の接点パツド３０
ｂ，３１ｂを有し、このパツドは通常の中空の矩
形パターンに配列されている。モジユール位置３
２及び３３に関する接点パツドはモジユール・キ
ヤリア３２ａ及び３３ａによつておおい隠されて
いる。

夫々の位置は、レバー操作カムのクランプ・ア
ツセンブリー（留め具アツセンブリー）を支持す
る１対のクランプ・マウント・ピン３０ｃ，３１
ｃ，３２ｃ及び３３ｃを有し、このクランプ・ア
ツセンブリーのうちの２つのアツセンブリー３２
ｄ及び３３ｄが示されている。

モジユール・キヤリア３３ａ及びこのキヤリア
に関連した構成は第２図に詳細に示され、この第
２図は第１図の線−に沿つて切断された部分
的断面図である。図を明瞭にするために、クラン
プ・アツセンブリー３３ｄのようなある部品は、
完全な断面図で示す代りに部分的な破断図で示さ
れる。

ハウジング１は外側の側面及びヒートシンク部
分４０の上に多数の冷却フイン２を有し、このヒ
ートシンク部分はプリント回路配線アツセンブリ
ー６の部分に接触する関係に配置されそしてこの
アツセンブリーは半導体モジユール・キヤリア３
３ａに隣接して置かれる。半導体モジユール・キ
ヤリアで占有されない領域において、プリント回
路配線アツセンブリー６は固定部材４１に積層さ
れてもよい。半導体モジユール・キヤリアはセラ
ミツク材料あるいは他の適当な材料の基板４２を
含み、この基板は複数個の半導体モジユール４３
を有し、これらの半導体モジユールはこの基板４
２の上の配線パターン（図示せず）に接続され
る。取付及び接続は、ソルダー・ボール技法のよ
うな公知の技法によつて達成できる。合金F15の
ような適当な金属のモジユール・キヤツプ４３′
はソルダー・ボンデイングのような通常の技法に
よつてセラミツクの基板４２に固定される。モジ
ユール・キヤツプ４３′の側部は、クリツプ耳片
４５によりモジユール保持手段４４のための通常
の装着手段を与えるように傾斜をつけられてい
る。モジユール・キヤツプ４４は円形の凹所４６
を有し、この凹所は１対のスプリング・ワツシヤ
ー４７及び４８を収納する。凹所４６の中へ滑り
込む移動可能なプラグすなわちプランジヤー４９
は、図示した位置においてカム・レバー５０の作
用によつて下方向に押し下げられる。カム支持ブ
ラケツト５１は支持ピン３３ｃによつて所定位置
に保持される。カム支持ブラケツト５１の１対の
スロツト５７及び５８は支持ピン３３ｃの減少さ
れた直径部分に係合する。カム支持ブラケツト５
１を取付けるために、カム・レバー５０は垂直位
置へ回転される。スロツトは、カム支持ブラケツ
トが所定位置に下げられる時にヘツド５９及び６
０がこのブラケツト５１を通過するように普通の
鍵穴形である。ヘツド５９及び６０がカム支持ブ
ラケツトを通過した後に、矢印の方向へのわずか
な運動はヘツド５９及び６０がこのブラケツトに
もたれるようにこれらのスロツトの狭い部分にこ
れらの支持ピンを配置させる。この時点に、カ
ム・レバー５０は図示した位置に回転される。即
ち、これはスプリング・ワツシヤー４７及び４８
を圧縮させ、これによりモジユール・キヤリア３
３ａは下方向に押し下げられる。エラストマー性
背面支持素子６１は電気接点領域のプリント回路
配線アツセンブリー６に対して弾性的支持を与え
る。

主要部品のアツセンブリーは第３図の分解図に
示される。エラストマー性背面支持素子６１が中
空の矩形状に形成されることがわかる。ハウジン
グ１の凹所６２はエラストマー性背面支持素子６
１を収納する。凹所の深さは、背面支持素子６１
の一部からハウジング１の表面の上に突き出るよ
うにこの背面支持素子６１の高さよりも低い。

プリント回路配線アツセンブリー６の上の接点
パツド３３ｂはエラストマー性背面支持素子６１
を覆う領域に配置される。半導体モジユール・キ
ヤリア３３ａは整列ピン６６及び６７によりプリ
ント回路配線アツセンブリー６に関して正確に位
置づけられる。ピン６６は可撓性プリント回路配
線アツセンブリー６の穴６８に合わされるが、一
方ピン６７はスロツト６９に合わされる。この構
成は可撓性プリント回路配線アツセンブリー６の
寸法上の不安定性を除くという利点がある。もし
も２個の丸い穴が用いられたならば、可撓性プリ
ント回路配線アツセンブリーは高湿度条件下でピ
ンの間の領域において曲がる。低湿度条件はプリ
ント回路配線アツセンブリーを縮め、穴が変形し
あるいはこのアツセンブリー６が引き裂かれる。

スプリング・ワツシヤー４７，４８、プランジ
ヤー４９及びカム・レバー５０が相互に関係づけ
られることも示されている。カム支持ブラケツト
５１の鍵穴形スロツト７１はこのアツセンブリー
の破断部に示されている。

導体の回路パターンは第３図に示されないけれ
ども、プリント回路配線アツセンブリー６が１表
面上の単一層の配線を有することができあるいは
複数の層が積層されて配置できることが認識され
る。両者の場合に、適当な導体は接点パツドに接
触しなければならず、次にこの接点パツドは半導
体モジユール・キヤリアの上の接点パツドに接触
する。接触接点間の関係は第４図に示される。こ
の分解された斜視図は角領域部分を示す。モジユ
ール基板４２は複数個の接点パツド３３ｅを有
し、これらの接点パツドはプリント回路配線アツ
センブリー６の上の接点パツド３３ｂに接触する
ような関係に位置づけられる。

夫々のパツド３３ｅは偏平な表面を有する。他
方では、接点パツド３３ｂは複数個の接点隆起部
３３ｆを有する。接触パツド間の電気的接続の質
はこれらの接点隆起部によつて十分促進される。
たつた１つの接点隆起部が上側のパツドに接触す
る程度に接触パツドが不整列である時でさえ電気
的接触が十分であるから、整列問題は減少され
る。

接点パツドは第５図及び第６図に詳細に示され
る。接点パツド３３ｂの平面図である第５図にお
いて、４つの接点隆起部３３ｆが示される。即
ち、これは良好な数量及び構成である。この図は
実寸法で描かれていないけれども、接点パツド３
３ｂの外寸法は約0.65mmである。個々の接点隆起
部３３ｆは0.15mm角でありそして同じ寸法だけ互
いに離れている。

第６図は線−に沿つて切断された断面を示
す。接点パツド３３ｂを示すことに加えて、第６
図は部分的に破断されたモジユールの接点パツド
を示す。

接点パツド３３ｂは、Kaptonのような0.05mm
程度の厚さの可撓性絶縁材料８０の基板からなる
可撓性プリント回路配線アツセンブリーの上に作
られる。上側の表面は14ｇ銅の食刻されたパター
ン８１を有し、このパターンは第５図に示した
0.65mmのパツド及び接続部を形成する。下側の表
面は14ｇ銅の食刻されたパターン８２を有し、こ
のパターンはメツキされたスルー・ホール（図示
せず）によつて種々のパツド及びコネクターによ
つて接続される。下側の表面は銅層の食刻された
パターン８２に対して電気的絶縁を与えるように
0.025mmのKaptonの被覆層８３を有する。

上側の表面は0.025mmのKaptonの被覆層８４を
有し、この被覆層は食刻された銅のパターン８１
を保護する。銅の隆起部８５は、回路パターンの
残部が通常のドライ・フイルム・レジスト及びア
ンモニアで処理したアルカリ食刻液を用いて食刻
される前に電気メツキ処理により下側の銅層すな
わちパターン８１に被着される。

食刻処理に続いて、Kaptonの被覆層８４は、
露出された銅の接点パツド３３ｂを残すように与
えられる。露出した銅の隆起部は0.025mm乃至
0.05mmの無電気的なニツケルの層８６で被覆され
そして0.00178mm乃至0.00254mmの無電気的な金の
層８７で仕上げられる。

第６図は又部分的に破断された接点パツド３３
ｅの部分断面を示す。代表的に1.5mmの厚さであ
るセラミツク基板４２は、直径約0.2mmのタング
ステン導体９０を有しており、この導体はこの基
板下側表面から上側表面へ延びる。このような導
体は、生のセラミツク材料に打ち抜かれた穴にタ
ングステン・ペーストを詰め込むことによつて形
成される。導体９０に接触した丸いタングステ
ン・パツド９２は基板４２の下側表面上にスクリ
ーン的に形成される。セラミツクを焼いた後に、
クロム導体パターン９１は、半導体モジユールに
接続させるためにセラミツク基板４２の上側表面
上に置かれる。丸いパツド３３ｅは0.86mm程度の
直径でありそして無電気的なニツケルの層９３及
び無電気的な金の保護層９４を用いて完成され
る。接点パツド３３ｅの全体の厚さは約0.015mm
である。上側表面の接続は、銅の層９５及びクロ
ムの層９６の蒸着及び写真食刻によつて完成され
る。

プリント回路キヤリアの代りにモジユールの上
に接点隆起部を置くことが可能であるけれども、
このプリント回路キヤリアの上に接点隆起部を置
くことは単なる設計上の選択事項ではない。たと
えば、電気メツキ処理で銅の隆起部を置くことが
望ましい。可撓性プリント回路キヤリアの場合に
電気メツキのための共通電気接続が直ちに得られ
る。このような接続はモジユールに存在しない。

又次のことを考えると付加的な利点を与えるこ
とが判る。たとえば、処理されたセラミツク・モ
ジユールは可撓性プリント回路キヤリアよりも非
常に高価であるのが普通である。銅の隆起部は配
線処理の終りに完了される。すなわち、セラミツ
ク基板に関連したその他の処理工程が最初に完了
される。即ち、これは隆起部を形成する処理工程
から生じる欠陥物の費用を増加する。

これらの考慮に加えて、もしも接点隆起部のあ
るパツドよりも大きく且つ隆起部のない偏平なパ
ツドが可撓性プリント回路キヤリアに与えられた
ならば、配線パターンを外側パツドの間を通して
内側のパツドに接続することができない。配線パ
ターンがセラミツク・モジユールの底部表面にな
いために、このことはセラミツク・モジユールで
は問題とならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置に接続された半導体モジユ
ールを示す電子装置の斜視図、第２図は第１図の
線−に沿つて切断された１個のモジユールの
断面図、第３図は本発明の半導体モジユール接続
装置の分解図、第４図は接触する接点表面の分解
図、第５図は半導体モジユールの接点に合わされ
る個別的接点の平面図、第６図は第５図の線−
に沿つて切断された１対の接触した接点を示す
断面図である。 １……ハウジング、６……プリント回路配線ア
ツセンブリー、３０ｂ，３１ｂ……接点パツド、
３２ａ，３３ａ……半導体モジユール・キヤリ
ア、３２ｄ，３３ｄ……クランプ・アツセンブリ
ー、３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ……ピン、
４２……基板、４３……半導体モジユール、４４
……モジユール保持手段、６１……背面支持素
子、３３ｅ……接点パツド、３３ｆ……接点隆起
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 剛性の偏平表面上に複数個の接点パツドを有
   する半導体モジユール・キヤリアの回路相互接続
   装置において、 第１表面及び第２表面を有する偏平な可撓性プ
   リント回路配線アツセンブリーと、 モジユール・キヤリアの上の接点パツドに合う
   ようにされる上記第１表面の上の複数個の接点パ
   ツドと、 上記第１表面の接点パツドの上の複数個の接点
   隆起部と、 上記モジユール・キヤリアの上の複数個の接点
   パツドを上記可撓性プリント回路配線アツセンブ
   リーの上記接点パツドに整列させて置くように上
   記モジユール・キヤリアを位置づけるための案内
   手段と、 上記相手方の接点パツドの領域と反対の領域に
   おいて上記可撓性プリント回路配線アツセンブリ
   ーの上記第２表面に向い合うエラストマー性背面
   支持素子と、 上記モジユール・キヤリアと上記エラストマー
   性支持素子の間に上記可撓性プリント回路配線ア
   ツセンブリーを圧縮的に保持して上記モジユー
   ル・キヤリアの接点パツドとこれに整列した上記
   可撓性プリント回路の接点パツドの間に圧縮的な
   接触を維持するように動作するクランプ手段と、 からなる半導体モジユール回路相互接続装置。