KR200464209Y1 - 볼 그리드 어레이 커넥터 - Google Patents

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KR200464209Y1
KR200464209Y1 KR2020080012050U KR20080012050U KR200464209Y1 KR 200464209 Y1 KR200464209 Y1 KR 200464209Y1 KR 2020080012050 U KR2020080012050 U KR 2020080012050U KR 20080012050 U KR20080012050 U KR 20080012050U KR 200464209 Y1 KR200464209 Y1 KR 200464209Y1
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토마스 에이치. 디 스테파노
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센티페데 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

마이크로전자 볼 그리드 어레이 커넥터는 다수의 슬롯들을 가지며 직경이 1mm 미만인 실린더를 포함하고, 상기 다수의 슬롯들은 마우스 단부로부터 상기 실린더를 따라 나선형으로 연장하여 실린더 벽들이 연장될 수 있으며, 각각의 슬롯은 하나의 마우스에 있는 것이 아니라 하나의 마우스 근처에 있는 컷아웃을 구비하고, 컷아웃은 슬롯에 걸쳐서 멈춤쇠를 형성하여, 볼이 마우스 단부에 삽입될 때 멈춤쇠가 실린더의 내측 직경보다 더 큰 직경을 갖는 볼을 캡쳐 및 유지시킬 수 있다. 대향 단부가 유사하게 형성되어, 각각의 단부에 볼을 수용하고 코일 스프링을 시뮬레이팅하는 실린더의 세로방향 탄성을 추가적으로 향상시키기 위한 컴팩트 구조물을 형성하도록 슬롯들이 간극을 가지며 배치된다.

Description

볼 그리드 어레이 커넥터{BALL GRID ARRAY CONNECTOR}
본 고안은 소형 전기 커넥터들에 관한 것으로서, 특히 1mm 미만의 직경들, 보다 구체적으로는 0.5mm 정도의 직경 크기의 치수들을 갖는 소켓들과 원통형 볼 플러그들을 포함하는 볼 그리드 어레이(BGA) 커넥터들로서 알려진 한 분류의 마이크로전자 커넥터들에 관한 것이다. 그러한 소켓들과 플러그들은 전형적으로 2mm 미만의 중심 대 중심 간격의 피치를 갖는 어레이들에 노출된다.
커넥터들은 다양한 분류의 반도체 집적회로들("IC"), 인쇄 배선 보드들, 시스템 보드들, 백플레인 및 케이블과 같은 마이크로전자 소자들을 상호접속시키기 위해 전자공학에서 널리 사용된다. 소켓은 인쇄회로보드 또는 다른 전기 상호접속 수단 상의 대응하는 콘택들에 전자 장치의 단자들을 접속시키는데 사용되는 커넥터의 한 형태이다. 종종 플러그 어레이의 수(male)-타입 엘리먼트들을 결합시키도록 의도된 암(female)-타입 엘리먼트들의 어레이이다. 또한, 소켓들은 다음과 같은 시스템들에 일상적으로 사용된다: (a) 전자 소자 성능 테스트(소켓 타입들의 분류는 광범위한 단자들 및 구성들을 갖는 테스트 소자("DUT")에 접속시키기 위해 개발 되었음) 또는 (b) 상승된 온도들에서 전자 소자들의 번-인(burn-in). 케이블 커넥터는 병렬 전기 배선 또는 다른 컨덕터들의 그룹에 전기 케이블 상의 단자들의 어레이를 접속시키기 위해 전형적으로 사용되는 다른 타입의 커넥터이다. 백플레인 커넥터들 및 인터-보드 커넥터들은 하나의 인쇄 배선 보드 상의 단자들의 어레이를 다른 인쇄 배선 보드 상의 대응하는 단자들의 어레이에 접속시키는데 사용되는 추가적인 커넥터 타입들이다.
IC 소켓을 위해 사용되는 커넥터들의 분류는 특화되어 있고, 전자 산업에서 중요하다. IC 패키징을 위한 BGA 단자들의 최근의 사용 증가는 단자 카운트 및 면적 밀도를 증가시키기 위해 BGA 단자들에 적응된(adapted) 새로운 다양한 소켓들의 사용을 가져왔다. BGA 소켓들은 몇가지 방향들로 진화하였다. 한가지 타입은 각각의 볼의 측면에 접촉하기 위해 캠 구동 스프링 와이어의 사용을 포함한다. 스프링 핀들 또는 Pogo® 핀들은 높은 비용의 소켓이 허용가능한 특정 애플리케이션들을 위한 BGA 소켓들에 사용되도록 구성되었다.
BGA 소켓들은 스프링 커넥터를 결합 볼과 접촉되도록 가압하는데 필요한 기계적 컴플라이언스의 측정을 제공하고 BGA의 각각의 볼을 보호하는 스탬핑 및 성형된 스프링들을 사용할 수 있다. 스탬핑 및 성형된 스프링들의 변화들은 각각의 볼을 그립하기 위해 2개 이상의 성형된 스프링들을 사용하도록 구성되어, 볼을 기계적으로 유지시키면서 포지티브 전기 콘택을 형성한다. 기계적으로 스탬핑 및 성형된 스프링들의 소형화 및 밀도는 현재 용량들에 의해 특정 크기로 제한된다. 스탬핑 및 성형 스프링들의 제조 기술의 발전이 지속적으로 이루어졌지만, 이와 같이 이루어진 접촉기들을 갖는 소켓들은 소형화된 작은 가변 스프링들을 스탬핑 및 성형하는 복잡성 때문에 밀도가 제한된다. 또한, 스탬핑 및 성형된 스프링의 기계적 컴플라이언스는 통상적으로 볼의 기판에 수직인 수직 방향에서 작다. 수직 방향에서 작은 컴플라이언스 때문에, 소형 스탬핑 및 성형 스프링은 이에 결합된 볼에 대해 접촉기 지지부의 운동을 수용하지 못할 수 있고, 이에 따라 커넥터가 볼의 표면 위에서 슬라이딩되도록 진동, 기계적 충격 부하 및 힘, 굴곡 등을 허용한다. 결합 콘택에 대한 하나의 콘택의 반복적인 극히 미세한 운동은 콘택 결함을 유도할 수 있는 작은 입자 잔해의 형성 또는 소결(fritting)을 초래하는 것으로 산업계에 알려져 있다.
BGA 소켓들은 나선형 배선들의 다발, 탄성 재료의 배선들, 캔틸레버형(cantilever) 스프링들, 리소그래픽하게 성형된 평탄한 스프링들 및 결합 볼에 수직으로 힘을 가하는 다른 접촉기들에 의해, 볼의 바닥 영역에 전기적으로 접촉되는 접촉기들로 구성된다. 수직 힘은 BGA의 볼과 그러한 접촉기 사이에 양호한 접속을 형성하는데 필요하고, 많은 수의 볼들 또는 범프들을 갖는 BGA 패키지들을 위해 중요하다. 예를 들어, 각각의 콘택 범프들에 적절한 콘택을 달성하는데 요구되는 바와 같이, 1200개의 콘택 범프들에 수직으로 힘을 가하는 BGA 소켓에 대한 클램핑 힘은 30Kg만큼 크다. 콘택 범프들의 수가 수천개로 증가함에 따라, 힘을 수직으로 가함으로써 접촉되는 BGA 소켓들에 필요한 클램핑 힘은 증가되는 문제이다.
전자 소자들의 밀도와 속도의 발전은 커넥터들에 대한 부가적인 요구사항들을 초래하고 있다. 특히, 전자 시스템들의 배선 밀도의 지속적인 증가는 단위 면 적당 콘택들의 수에 의해 결정되는 바와 같은 커넥터들의 밀도의 상응하는 증가를 요구한다. 또한, 보다 높은 주파수들과 클럭 속도들에서, 커넥터들의 크기 및 셀프 인덕턴스는 시스템 성능에 중요한 제한사항이 되고 있다. 보다 낮은 인덕턴스와 더불어, 임피던스 제어 및 차폐(shielding)의 발전이 향후의 전자 시스템들에 요구된다.
상기한 관점에서, 종래기술에 이용가능한 많은 커넥터 기술들이 있지만, 보다 작은 크기, 보다 높은 밀도 및 보다 높은 성능과 관련하여 인식된 하나 이상의 상기한 요구사항들을 충족시킬 수 있는 커넥터가 종래기술에 지속적으로 필요하다.
전기 접속을 위한 볼 그리드 어레이 커넥터는 1mm 미만의 직경 및 전형적으로 약 0.5mm의 직경과 약 0.005mm의 벽 두께를 갖는 실린더로서, 실린더 벽들이 연장될 수 있고 실린더가 압축 및 연장될 수 있도록, 마우스 단부로부터 실린더를 따라 나선형으로 연장하는 전형적으로 4개인 다수의 슬롯들을 가지며, 각각의 슬롯은 슬롯에 걸쳐서 멈춤쇠(detent)를 형성하는 마우스 단부에 있는 것이 아니라 마우스 단부 근처에 있는 컷아웃(cutout)을 구비하여, 볼이 마우스 단부에 삽입될 때, 멈춤쇠가 실린더의 내부 직경보다 더 큰 직경을 갖는 볼을 캡쳐 및 유지시킬 수 있다. 대향 단부가 유사하게 형성되어, 각각의 단부에 볼을 수용하고 코일 스프링을 시뮬레이팅(simulating)하는 실린더의 세로방향 탄성을 추가적으로 향상시키기 위한 컴팩트(compact) 구조물을 형성하도록 슬롯들이 간극을 가지며(interstitially) 배치된다.
도 1-5를 참조하면, 전기 접속을 위한 볼 그리드 어레이 커넥터(10)는 1mm 미만의 직경, 전형적으로 약 0.5mm의 직경을 가진 실린더(12)로서, 약 0.005mm의 두께와, 전형적으로 8개이지만 더 많거나 더 적을 수 있는 다수의 슬롯들(15-18, 115-118)을 갖는 벽(14)을 구비하며, 상기 슬롯들은 마우스(20, 120)로부터 실린더(12)를 따라 나선형으로 연장하여, 실린더 벽(14)이 간극을 가지며 배치된 슬롯들(15-18, 115-118) 사이에서 연장될 수 있고, 실린더(12)의 세로 축을 따라 탄성적으로 압축 및 연장할 수 있으며, 어레이에 있을 때 커넥터(10)가 길이의 편차들을 보다 용이하게 수용할 수 있도록 한다.
본 고안에 따라, 각각의 슬롯(15-18, 115-118)은 마우스(20, 120)에 있는 것이 아니라 마우스(20, 120) 근처에 있는 컷아웃(21-24, 121-124)(도시된 바와 같이)을 갖는다. 컷아웃 쌍들(예, 22, 23 또는 122, 123)은 슬롯(16, 116)에 걸쳐서 멈춤쇠를 형성하여, 멈춤쇠가 볼(26, 26')(도 5)을 캡쳐 및 유지시킬 수 있다. 볼(26, 26')이 마우스(20, 120)에 삽입될 때 볼(26, 26')은 실린더(12)의 내측 직경보다 더 큰 직경을 가져야 한다.
작동시, 볼(26, 26')은 마우스(20, 120)에 삽입되어, 볼(26, 26')이 예를 들어 컷아웃 쌍들(22, 23, 122, 123)에 의해 형성된 멈춤쇠와 만날 때까지 실린더(12)의 벽들이 연장될 수 있도록 한다. 압력 하에서 배치될 때, 실린더(12) 또한 코일 스프링처럼 압축된다. 그 다음, 볼(26, 26')은 멈춤쇠에 안착된다. 각각의 컷아웃들(22, 23 및 122, 123)의 내부 융기부들(ridges) 및 엣지들(30, 31 및 130, 131)은 뾰족할 수 있고, 이에 따라 볼(26, 26')과 맞물리고 볼(26, 26')을 고깅(gouging)하여, 전기 저항을 감소시키고 표면 오염 또는 부식의 발생시 전기적 접속도를 향상시킬 수 있다.
금속 또는 금속들의 합금인 전도성 실린더(12)의 벽들의 고유한 탄성은 내향하게 지향되는 충분한 힘을 생성하여, 방해 후퇴력(counteracting withdrawal force)이 볼(26, 26')을 릴리스할 때까지 실린더(12)에 볼(26, 26')을 견고하게 유지시킨다. 후퇴력이 볼(26, 26')에 인가될 때, 나선형 슬롯들은 실린더(12)가 연장할 수 있도록 하고, 멈춤쇠가 볼(26, 26')에 대항하여 보다 큰 보존력(retention force)을 인가하도록 한다. 이러한 힘은 도시되지 않은 볼(26, 26')과의 기계적 접속을 통하여 영향을 받을 가능성이 높다. 후퇴력이 충분한 경우, 멈춤쇠 및 연동되는 나선형 슬롯들은 볼(26, 26')을 릴리스한다.
본 고안은 특정한 실시예들을 참조로 설명되었다. 다른 실시예들은 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 청구된 바와 같은 본 고안을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 본 고안에 따른 4-슬롯 커넥터의 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 커넥터의 전면 입면도로서, 좌측도, 우측도 및 후측도가 동일하다.
도 3은 본 고안에 따른 커넥터의 바닥부 도면이다.
도 4는 본 고안에 따른 커넥터의 최상부 도면이다.
도 5는 본 고안에 따른 커넥터의 측면 입면도로서, 본 고안에 따라 삽입되는 볼 단자 커넥터의 일 예를 도시한다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 볼 그리드 어레이 커넥터로서,
    제 1 마우스 단부와 제 2 마우스 단부를 가지며 직경이 0mm 초과 및 1mm 미만인 실린더; 및
    상기 실린더의 벽들이 연장될 수 있도록 상기 제 1 마우스 단부 및 상기 제 2 마우스 단부로부터 상기 실린더를 따라 나선형으로 간극을 가지며 연장하는 다수의 슬롯들
    을 포함하며, 각각의 상기 슬롯은 상기 마우스 단부에 있는 것이 아니라 상기 마우스 단부에 인접하여 있는 컷아웃을 구비하고, 상기 컷아웃은 상기 슬롯에 걸쳐서 멈춤쇠를 형성하여, 볼이 상기 마우스 단부에 삽입될 때, 상기 멈춤쇠가 상기 실린더의 내측 직경보다 더 큰 직경을 갖는 상기 볼을 캡쳐 및 유지시킬 수 있는,
    볼 그리드 어레이 커넥터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20080097464A (ko) * 2006-02-17 2008-11-05 센티페데 시스템즈, 인코포레이티드 고성능 전기 커넥터

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080097464A (ko) * 2006-02-17 2008-11-05 센티페데 시스템즈, 인코포레이티드 고성능 전기 커넥터

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