JPWO2009054053A1

JPWO2009054053A1 - プリント基板ユニットおよびソケット

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Publication number: JPWO2009054053A1
Application number: JP2009537856A
Authority: JP
Inventors: 田村　亮; 亮田村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: TW200919832A; TWI349397B; CN101836513A; US20100200280A1; JP4985779B2; CN101836513B; US7980861B2; WO2009054053A1

Abstract

第２基板（２５）はその厚み方向に相対変位自在に外枠（２８）に支持される。第２基板（２５）の変位に基づき第２導電端子（２７）の先端および第３導電端子（２６）の先端は均等な弾性力で第２基板（２５）に向かって押し付けられる。第２導電端子（２７）は第３導電端子（２６）と同じ変形量で変形する。その結果、第１導電端子（３３）から第２基板（２５）までの距離は第４導電端子（３５）から第２基板（２５）までの距離に一致する。したがって、表側のすべての第３導電端子（２６）は確実に第４導電端子（３５）に接触する。裏側のすべての第２導電端子（２７）は確実に第１導電端子（３３）に接触する。個々の第２および第３導電端子（２７、２６）で確実に電気的導通が確保される。確実に導通不良は回避される。

Description

本発明は、例えば、プリント配線基板およびＬＳＩチップパッケージの間に挟み込まれるソケットに関する。

いわゆるランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）ソケットは広く知られる。このランドグリッドアレイソケットはＬＳＩチップパッケージの実装にあたって利用される。ランドグリッドアレイソケットは、ソケット基板の裏面に配列される裏側の導電端子でプリント配線基板上の導電パッドに受け止められる。ソケット基板の表面には、裏側の導電端子に個別に接続される表側の導電端子が配列される。表側の導電端子はＬＳＩチップパッケージの導電端子を受け止める。こうしてランドグリッドアレイソケットの働きで電子部品パッケージ基板とプリント配線基板との間で電気的導通が確立される。
日本国特開昭５９−６８１８７号公報日本国特許第２９０９５７０号公報日本国特開平８−２５０２４２号公報

ソケット基板は、その外縁で垂直方向に立ち上がるフランジでプリント配線基板および電子部品パッケージ基板の間に挟み込まれる。ソケット基板は、プリント配線基板の表面と電子部品パッケージ基板の裏面とから等距離に配置される。導電パッドはプリント配線基板の表面から所定の高さで突き出る。その一方で、導電端子はＬＳＩチップパッケージの裏面から所定の高さで窪む。その結果、表側の導電端子に比べて裏側の導電端子で大きな変形が強いられる。表側の導電端子の変形量は減少する。表側の導電端子とＬＳＩチップパッケージの導電端子との間で接触圧力が減少する。表側の導電端子とＬＳＩチップパッケージの導電端子との間で導通不良が生じてしまう。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、確実に導通不良を回避することができるプリント基板ユニットおよびソケットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、第１基板と、第１基板の表面に配置される第１導電端子と、対応の第１導電端子に接触する可撓性の第２導電端子と、裏面で第２導電端子を支持する第２基板と、第２基板の表面に配置されて、対応の第２導電端子に接続される可撓性の第３導電端子と、対応の第３導電端子に接触する第４導電端子と、裏面で第４導電端子を支持する第３基板と、第１基板および第３基板の間に挟み込まれて第２基板の外縁を支持し、第２基板の厚み方向に第２基板の相対変位を許容する外枠とを備えることを特徴とするプリント基板ユニットが提供される。

こうしたプリント基板ユニットでは、第２基板はその厚み方向に相対変位自在に外枠に支持される。第２基板の変位に基づき第２導電端子の先端および第３導電端子の先端は均等な弾性力で第２基板に向かって押し付けられる。第２導電端子は第３導電端子と同じ変形量で変形する。その結果、第１導電端子から第２基板までの距離は第４導電端子から第２基板までの距離に一致する。したがって、表側のすべての第３導電端子は確実に第４導電端子に接触する。裏側のすべての第２導電端子は確実に第１導電端子に接触する。個々の第２および第３導電端子で確実に電気的導通が確保される。確実に導通不良は回避される。

こうしたプリント基板ユニットでは、外枠は、第２基板の外縁に突き当てられる外壁と、第２基板の表面に沿って外壁から内側に突き出る第１突壁と、第２基板の裏面に沿って外壁から内側に突き出て、第１突壁との間に第２基板を挟み込む第２突壁とを備えればよい。第２導電端子および第３導電端子は導電性の弾性金属片から構成されればよい。その他、第２導電端子および第３導電端子は導電性の弾性材料から構成されればよい。こうしたプリント基板ユニットは電子機器に組み込まれればよい。

第２発明によれば、基板と、基板の表面に配置される可撓性の第１導電端子と、基板の裏面に配置されて、第１導電端子に接続される可撓性の第２導電端子と、基板の外縁を支持して基板の厚み方向に基板の相対変位を許容する外枠とを備えることを特徴とするソケットが提供される。こうしたソケットは前述のプリント基板ユニットの実現に大いに貢献することができる。

こういったソケットでは、外枠は、基板の外縁に突き当てられる外壁と、基板の表面に沿って外壁から内側に突き出る第１突壁と、基板の裏面に沿って外壁から内側に突き出て、第１突壁との間に基板を挟み込む第２突壁とを備えればよい。第１導電端子および第２導電端子は導電性の弾性金属片から構成されればよい。その他、第１導電端子および第２導電端子は導電性の弾性材料から構成されてもよい。

本発明の一具体例に係る電子機器すなわちサーバーコンピュータ装置の外観を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るマザーボードの構造を概略的に示す側面図である。本発明の一実施形態に係るマザーボードの構造を概略的に示す垂直断面図である。マザーボードの拡大部分垂直断面図である。ＬＧＡソケットの拡大部分垂直断面図である。プリント配線基板上にＬＧＡソケットが配置される様子を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。プリント配線基板上にＬＳＩチップパッケージ、ヒートスプレッダおよびヒートシンクが配置される様子を概略的に示す拡大部分垂直断面図である。本発明の変形例に係るマザーボードの構造を概略的に示す拡大垂直断面図である。本発明の他の実施形態に係るマザーボードの構造を概略的に示す垂直断面図である。マザーボードの拡大部分垂直断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の一具体例に係る電子機器すなわちサーバーコンピュータ装置１１の外観を概略的に示す。サーバーコンピュータ装置１１は筐体１２を備える。筐体１２内には収容空間が区画される。収容空間にはプリント基板ユニットすなわちマザーボードが配置される。マザーボードには、後述されるＬＳＩ（半導体集積回路）チップパッケージやメインメモリが実装される。ＬＳＩチップパッケージは、例えば一時的にメインメモリに保持されるソフトウェアプログラムやデータに基づき様々な演算処理を実行する。ソフトウェアプログラムやデータは、同様に収容空間に配置されるハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置に格納されればよい。こういったサーバーコンピュータ装置１１は例えばラックに搭載される。

図２に示されるように、本発明の一実施形態に係るマザーボード１３では、ＬＳＩチップパッケージ１４およびプリント配線基板１５の間にいわゆるランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）ソケット１６が挟み込まれる。プリント配線基板１５には樹脂基板が用いられる。ＬＧＡソケット１６上にはＬＳＩチップパッケージ１７が受け止められる。ＬＧＡソケット１６やＬＳＩチップパッケージ１７の詳細は後述される。ＬＳＩチップパッケージ１７上には熱伝導部材すなわちヒートスプレッダ１８が受け止められる。ヒートスプレッダ１８は例えば銅といった金属材料から構成される。

ヒートスプレッダ１８上には放熱部材すなわちヒートシンク２１が受け止められる。ヒートシンク２１は、ヒートスプレッダ１８の上向き面に平行に広がるベース板２１ａを備える。ベース板２１ａから垂直方向に複数枚のフィン２１ｂが立ち上がる。フィン２１ｂは相互に平行に広がる。フィン２１ｂ同士の間には空気の流通路が区画される。ヒートシンク２１はプリント配線基板１５との間でＬＳＩチップパッケージ１７を挟み込む。ヒートシンク２１は例えばアルミニウムや銅といった金属材料から成型されればよい。

ヒートシンク２１にはボルスター板２２が連結される。ボルスター板２２は、プリント配線基板１５の裏面に重ね合わせられる。ヒートシンク２１およびボルスター板２２の連結にあたって例えば４本のボルト２３が用いられる。ボルト２３は、プリント配線基板１５の表面に直交する姿勢を確保する。個々のボルト２３はベース板２１ａおよびプリント配線基板１５を貫通する。ボルト２３はＬＳＩチップパッケージ１７の四隅の外側に配置される。ボルト２３はＬＳＩチップパッケージ１７の対角線の延長線上に配置されればよい。

個々のボルト２３ではボルト頭２３ａとベース板２１ａとの間に弾性部材２４が挟み込まれる。この弾性部材２４は、例えばボルト頭２３ａとベース板２１ａとの間で伸張方向に弾性力を発揮する弦巻ばねで構成されればよい。こうしてヒートシンク２１すなわちベース板２１ａはプリント配線基板１５に向かって押し付けられる。

図３に示されるように、ＬＧＡソケット１６は例えば矩形のソケット基板２５を備える。ソケット基板２５は例えば可撓性の樹脂基板から構成される。ソケット基板２５の表面には導電端子２６が配置される。導電端子２６上にＬＳＩチップパッケージ１７が受け止められる。同様に、ソケット基板２５の裏面には導電端子２７が配置される。ソケット基板２５は導電端子２７でプリント配線基板１５に受け止められる。導電端子２６、２７は可撓性の弾性金属片から構成される。導電端子２６、２７はソケット基板２５の表裏面からそれぞれ所定の傾斜姿勢で立ち上がる。その結果、導電端子２６、２７の先端は弾性力でソケット基板２５の表裏面にそれぞれ押し付けられる。こうして導電端子２６、２７はＬＳＩチップパッケージ１７やプリント配線基板１５に確実に接触する。その他、ソケット基板２５には絶縁性の金属基板が用いられてもよい。

ＬＧＡソケット１６は、ソケット基板２５の四方からソケット基板２５の外縁を囲む外枠２８を備える。外枠２８の上端および下端はそれぞれ、相互に平行な仮想平面に沿って広がる。外枠２８の上端はＬＳＩチップパッケージ１７を受け止める。その一方で、外枠２８の下端はプリント配線基板１５に受け止められる。前述のように、ヒートシンク２１のベース板２１ａはプリント配線基板１５に向かって押し付け力を作用させる。押し付け力はベース板２１ａからＬＳＩチップパッケージ１７に伝達される。こうしてＬＧＡソケット１６はプリント配線基板１５の表面に押し付けられる。

外枠２８は、ソケット基板２５の外縁に突き当てられる外壁２９を区画する。外壁２９の上端から内側に第１突壁３１が突き出る。外壁２９の下端から内側に第２突壁３２が突き出る。こうして外壁２９、第１突壁３１および第２突壁３２で直方体空間が区画される。この直方体空間にソケット基板２５が配置される。ソケット基板２５は第１突壁３１および第２突壁３２の間に挟み込まれる。ソケット基板２５の表面および第１突壁３１の間や、ソケット基板２５の裏面および第２突壁３２の間には所定の隙間が確保される。こうして外枠２８は、ソケット基板２５の厚み方向すなわちプリント配線基板１５の表面に直交する垂直方向にソケット基板２５を変位自在に支持する。

プリント配線基板１５の表面には導電端子３３が配置される。導電端子３３にはＬＧＡソケット１６の導電端子２７が受け止められる。ＬＧＡソケット１６の導電端子２７はプリント配線基板１５上の導電端子３３に１対１で対応する。その一方で、ＬＳＩチップパッケージ１７はパッケージ基板３４を備える。パッケージ基板３４には例えばガラスセラミック基板が用いられる。パッケージ基板３４の裏面には導電端子３５が配置される。導電端子３５はＬＧＡソケット１６の導電端子２６に受け止められる。パッケージ基板３４の導電端子３５はＬＧＡソケット１６の導電端子２６に１対１で対応する。

パッケージ基板３４の表面にはＬＳＩチップ３６が実装される。パッケージ基板３４の表面にはＬＳＩチップ３６の周囲で補強部材すなわちスティフナ３７が受け止められる。スティフナ３７は例えば銅といった金属材料から構成される。スティフナ３７上には前述のヒートスプレッダ１８が受け止められる。同時に、ヒートスプレッダ１８はＬＳＩチップ３６の表面に受け止められる。ＬＳＩチップ３６とヒートスプレッダ１８との間には熱伝導ペーストその他の熱伝導材料が挟み込まれてもよい。こういった熱伝導材料はＬＳＩチップ３６とヒートスプレッダ１８との接触面積を増大させる。

図４に示されるように、ＬＧＡソケット１６では表面の導電端子２６と裏面の導電端子２７とは相互に接続される。ここでは、導電端子２６、２７は１片の弾性金属片から構成される。弾性金属片は板状に広がる。その結果、導電端子２６、２７は１対１で対応する。弾性金属片は、ソケット基板２５の表面から裏面に貫通する貫通孔に保持される。前述のように、ソケット基板２５の表裏面で導電端子２６、２７はソケット基板２５の表裏面に対して傾斜姿勢で立ち上がる。導電端子２６、２７の弾性すなわち可撓性で導電端子２６、２７は導電端子３５、３３に確実に接触することができる。

図４から明らかなように、導電端子３３はプリント配線基板１５の表面に配置される。その結果、導電端子３３はプリント配線基板１５の表面から所定の高さで突き出る。その一方で、導電端子３５はパッケージ基板３４に埋め込まれる。その結果、導電端子３５は、パッケージ基板３４の裏面から窪んだ位置に配置される。その結果、導電端子３５は、パッケージ基板３４の裏面から所定の高さでパッケージ基板３４内に後退する。

以上のようなマザーボード１３の組立方法を説明する。まず、図５に示されるように、ＬＧＡソケット１６が用意される。導電端子２６、２７には弾性力が作用しないことから、ソケット基板２５は外枠２８の第２突壁３２に受け止められる。図６に示されるように、ＬＧＡソケット１６は外枠２８でプリント配線基板１５の表面に受け止められる。導電端子２７は導電端子３３上に配置される。その結果、ソケット基板２５は、プリント配線基板１５の表面に直交する垂直方向に持ち上げられる。導電端子２７の先端にはソケット基板２５の裏面に向かって所定の弾性力が作用する。

ＬＧＡソケット１６上にはＬＳＩチップパッケージ１７、ヒートスプレッダ１８およびヒートシンク２１が順番に配置される。その結果、図７に示されるように、ベース板２１ａから作用する押し付け力に基づきパッケージ基板３４は外枠２８の上端に受け止められる。導電端子２６はパッケージ基板３４の導電端子３５を受け止める。こうして導電端子２６の先端および導電端子２７の先端にはソケット基板２５に向かって弾性力が作用する。その結果、ソケット基板２５は導電端子３３、３５の間でバランスする。導電端子３３からソケット基板２５までの距離は導電端子３５からソケット基板２５までの距離に一致する。こうしてマザーボード１３が組み立てられる。なお、組み立ては前述の順番に限定されない。

以上のようなマザーボード１３では、ＬＧＡソケット１６のソケット基板２５はその厚み方向に変位自在に外枠２８に支持される。ソケット基板２５の変位に基づき導電端子２６の先端および導電端子２７の先端は均等な弾性力でソケット基板２５に向かって押し付けられる。導電端子２６は導電端子２７と同じ変形量で変形する。その結果、導電端子３３からソケット基板２５までの距離は導電端子３５からソケット基板２５までの距離に一致する。したがって、表側のすべての導電端子２６は確実に導電端子３５に接触する。裏側のすべての導電端子２７は確実に導電端子３３に接触する。個々の導電端子２６、２７で確実に電気的導通が確保される。確実に導通不良は回避される。

しかも、ソケット基板２５は可撓性を有する樹脂基板から構成される。したがって、例えば製造誤差に基づき導電端子２６同士の間や導電端子２７同士の間に高さの相違が生じる場合でも、ソケット基板２５は撓むことができる。その結果、導電端子２６の先端および導電端子２７の先端には最大限に均等に弾性力が作用する。前述と同様に、表側のすべての導電端子２６は確実に導電端子３５に接触する。裏側のすべての導電端子２７は確実に導電端子３３に接触する。個々の導電端子２６、２７で確実に電気的導通が確保される。確実に導通不良は回避される。

その一方で、例えば、ソケット基板が外枠に不動に固定されると、ソケット基板はプリント配線基板の表面とパッケージ基板の裏面とから等距離に配置される。前述されるように、プリント配線基板の表面から導電端子が所定の高さで突き出る一方で、パッケージ基板に導電端子が埋め込まれると、ソケット基板の表側の導電端子に比べてソケット基板の裏側の導電端子で大きな変形が強いられてしまう。表側の導電端子で変形量は減少する。表側の導電端子とパッケージ基板の導電端子との間で接触圧力が減少する。表側の導電端子とパッケージ基板の導電端子との間で導通不良が生じてしまう。

図８に示されるように、ソケット基板２５の外縁は、外枠２８の外壁２９に向かって突き出る湾曲面で規定されてもよい。ソケット基板２５は湾曲面で外壁２９に突き当てられる。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。こうしたＬＧＡソケット１６によれば、ソケット基板２５の外縁が平坦面で規定される場合に比べて、ソケット基板２５の外縁と外枠２８の外壁２９との接触面積は減少する。ソケット基板２５の外縁と外枠２８の外壁２９との間で摩擦は減少する。その結果、ソケット基板２５はその厚み方向に円滑に変位することができる。導電端子２６の先端および導電端子２７の先端に確実に均等に弾性力が作用することができる。

図９に示されるように、マザーボード１３には、前述のＬＧＡソケット１６に代えて、ＬＧＡソケット１６ａが組み込まれてもよい。このＬＧＡソケット１６ａでは、ソケット基板２５の表面に導電端子４１が配置される。ソケット基板２５の裏面には導電端子４２が配置される。前述と同様に、導電端子４１と導電端子４２とは相互に接続される。導電端子４１、４２は１対１で対応する。図１０に示されるように、接続にあたってソケット基板２５には貫通孔が形成される。貫通孔はソケット基板２５の表面から裏面に貫通する。この貫通孔の働きで導電端子４１と対応の導電端子４２とは一体化される。

導電端子４１、４２は、導電性樹脂や導電材料を含むゴムといった弾性材料から構成される。したがって、導電端子４１、４２は可撓性を有する。ゴム内には金属粒子といった導電材料が散在する。金属粒子は例えば９０％以上の体積率でゴムに含まれる。すなわち、ゴムはいわゆるつなぎとして機能する。金属粒子は例えば１μｍ程度の径を有すればよい。金属粒子の働きでＬＳＩチップパッケージ１７の導電端子３５からプリント配線基板２５の導電端子３３まで電気的導通が確立される。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

こうしたＬＧＡソケット１６ａによれば、前述と同様に、ＬＧＡソケット１６のソケット基板２５はその厚み方向に変位自在に外枠２８に支持される。その結果、ソケット基板２５の変位に基づき導電端子２６の先端および導電端子２７の先端には均等に弾性力でソケット基板２５に向かって押し付けられる。導電端子４１は導電端子４２と同じ変形量で変形する。その結果、導電端子３３からソケット基板２５までの距離は導電端子３５からソケット基板２５までの距離に一致する。表側のすべての導電端子４１は確実に導電端子３５に接触する。裏側のすべての導電端子４２は確実に導電端子３３に接触する。個々の導電端子４１、４２で確実に電気的導通が確保される。確実に導通不良は回避される。

なお、以上のようなＬＧＡソケット１６ａでは、ソケット基板２５には例えば配線基板が用いられてもよい。このとき、導電端子４１と導電端子４２は、ソケット基板２５内を延びる配線で相互に接続されればよい。その他、導電端子４１および導電端子４２にはいわゆるカーボンナノチューブといった導電性の弾性材料が用いられてもよい。

Claims

第１基板と、前記第１基板の表面に配置される第１導電端子と、対応の前記第１導電端子に接触する可撓性の第２導電端子と、裏面で前記第２導電端子を支持する第２基板と、前記第２基板の表面に配置されて、対応の前記第２導電端子に接続される可撓性の第３導電端子と、対応の前記第３導電端子に接触する第４導電端子と、裏面で前記第４導電端子を支持する第３基板と、前記第１基板および前記第３基板の間に挟み込まれて前記第２基板の外縁を支持し、前記第２基板の厚み方向に前記第２基板の相対変位を許容する外枠とを備えることを特徴とするプリント基板ユニット。
請求項１に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記外枠は、前記第２基板の外縁に突き当てられる外壁と、前記第２基板の表面に沿って前記外壁から内側に突き出る第１突壁と、前記第２基板の裏面に沿って前記外壁から内側に突き出て、前記第１突壁との間に前記第２基板を挟み込む第２突壁とを備えることを特徴とするプリント基板ユニット。
請求項１に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記第２導電端子および前記第３導電端子は導電性の弾性金属片から構成されることを特徴とするプリント基板ユニット。
請求項１に記載のプリント基板ユニットにおいて、前記第２導電端子および前記第３導電端子は導電性の弾性材料から構成されることを特徴とするプリント基板ユニット。
請求項１に記載のプリント基板ユニットを備えることを特徴とする電子機器。
基板と、前記基板の表面に配置される可撓性の第１導電端子と、前記基板の裏面に配置されて、前記第１導電端子に接続される可撓性の第２導電端子と、前記基板の外縁を支持して前記基板の厚み方向に前記基板の相対変位を許容する外枠とを備えることを特徴とするソケット。
請求項６に記載のソケットにおいて、前記外枠は、前記基板の外縁に突き当てられる外壁と、前記基板の表面に沿って前記外壁から内側に突き出る第１突壁と、前記基板の裏面に沿って前記外壁から内側に突き出て、前記第１突壁との間に前記基板を挟み込む第２突壁とを備えることを特徴とするソケット。
請求項６に記載のソケットにおいて、前記第１導電端子および前記第２導電端子は導電性の弾性金属片から構成されることを特徴とするソケット。
請求項６に記載のソケットにおいて、前記第１導電端子および前記第２導電端子は導電性の弾性材料から構成されることを特徴とするソケット。