(57)【要約】拡張フランジ（１３Ａ、１４Ｂ）を備えた、断面が概ねＩ形のＩチャネル表面実装コネクタ（１０）である。
2005529476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの回路デバイスを電気接続するための表面実装コネクタであって、
断面が本質的にＩ形の、第１および第２の面と、縦方向に延在した第１および第２のエッジとを有し、さらに、縦方向に延在した個々のエッジに、横方向に延在した、前記中央ビーム・セクションの前記第１および第２の面から延在した第１および第２のフランジを備えたベース・セクションを有する、縦方向に延在した円筒状金属ボディからなり、少なくとも１つのベース・セクションの前記第１のフランジの長さが、前記同じベース・セクションの前記第２のフランジの長さより長く、かつ、ベース・セクションの各々が、前記中央ビーム・セクションに対して直角をなす、回路デバイスをボンディングするための実装表面を有する表面実装コネクタ。
【請求項２】
前記中央ビーム・セクションの前記第１の面から延在している、縦方向に延在した前記第１のエッジの前記フランジの長さが、前記中央ビーム・セクションの前記第２の面から延在している、縦方向に延在した前記第１のエッジの前記フランジの長さより長く、かつ、前記中央ビーム・セクションの前記第２の面から延在している、縦方向に延在した前記第２のエッジのフランジの長さに等しい、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項３】
前記中央ビームの前記第２の面から延在している、縦方向に延在した前記第１のエッジの前記フランジの長さが、前記中央ビーム・セクションの前記第１の面から延在している、縦方向に延在した前記第２のエッジのフランジの長さに等しい、請求項２に記載の表面実装コネクタ。
【請求項４】
前記ボディが、前記中央ビーム・セクションを貫通して横方向に延在した１つまたは複数のスロットをさらに備えた、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項５】
前記１つまたは複数のスロットが、前記中央ビーム・セクションを複数の領域に分割し、個々の領域の断面を横切る高さが前記領域の長さより高い、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項６】
前記ボディが、前記ベース・セクションの一方を貫通して横方向に延在した１つまたは複数のスロットをさらに備えた、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項７】
前記実装表面間で測定した前記ボディの高さが前記ボディの長さより高い、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項８】
前記実装表面間で測定した前記ボディの高さが前記ベース・セクションの幅より高い、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項９】
前記ボディが銅または銀であり、はんだ付け性を向上させるためにめっきされる、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１０】
１つまたは複数の前記スロットが、前記中央ビーム・セクションと幾何学的に類似した寸法を有する、請求項４に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１１】
前記ボディが、押出し銅または押出し銀のソリッド・ボディからなる、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１２】
前記ボディが、曲り銅合金シート材の中空シリンダからなる、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１３】
前記ベース・セクションが、横方向に延在した、確実なはんだボンディングを容易にするために丸みが施されたエッジを備えた端部を有する、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１４】
前記中央ビーム・セクションが凹所端領域を備えた、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１５】
請求項１に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項１６】
請求項２に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項１７】
請求項３に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項１８】
請求項４に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項１９】
請求項５に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項２０】
請求項６に記載のコネクタによって相互接続された２つの回路デバイスを備えた相互接続デバイス。
【請求項２１】
第１の回路デバイスを第２の回路デバイスに相互接続するための方法であって、
前記第１の回路デバイスに１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
長い方の第１のフランジを有するベース・セクションが前記実装パッドの遠位側に位置付けされ、かつ、前記長い方の第１のフランジが、前記第１の回路デバイスのエッジから外側に延在して前記第１の回路デバイスから張り出すように、前記実装パッドの各々に請求項１に記載の表面実装コネクタを置く工程と、
前記１つまたは複数のコネクタを前記第１の回路デバイスにはんだ付けする工程と、
第２の回路デバイスに、前記第１の回路デバイス上の前記コネクタを受け入れるための１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
前記第２の回路デバイスの前記実装パッド上に前記コネクタを載せて前記第２の回路デバイスの上に前記第１の回路デバイスを置く工程と、
前記コネクタを前記第２の回路デバイス上の前記実装パッドにはんだ付けする工程とを含む方法。
【請求項２２】
第１の回路デバイスを第２の回路デバイスに相互接続するための方法であって、
前記第１の回路デバイスに１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
長い方の第１のフランジを有するベース・セクションが前記実装パッドの遠位側に位置付けされ、かつ、前記長い方の第１のフランジが、前記第１の回路デバイスのエッジから外側に延在して前記第１の回路デバイスから張り出すように、前記実装パッドの各々に請求項３に記載の表面実装コネクタを置く工程と、
前記１つまたは複数のコネクタを前記第１の回路デバイスにはんだ付けする工程と、
第２の回路デバイスに、前記第１の回路デバイス上の前記コネクタを受け入れるための１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
前記第２の回路デバイスの前記実装パッド上に前記コネクタを載せて前記第２の回路デバイスの上に前記第１の回路デバイスを置く工程と、
前記コネクタを前記第２の回路デバイス上の前記実装パッドにはんだ付けする工程とを含む方法。
【請求項２３】
第１の回路デバイスを第２の回路デバイスに相互接続するための方法であって、
前記第１の回路デバイスに１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
長い方の第１のフランジを有するベース・セクションが前記実装パッドの遠位側に位置付けされ、かつ、前記長い方の第１のフランジが、前記第１の回路デバイスのエッジから外側に延在して前記第１の回路デバイスから張り出すように、前記実装パッドの各々に請求項４に記載の表面実装コネクタを置く工程と、
前記１つまたは複数のコネクタを前記第１の回路デバイスにはんだ付けする工程と、
第２の回路デバイスに、前記第１の回路デバイス上の前記コネクタを受け入れるための１つまたは複数の実装パッドを提供する工程と、
前記第２の回路デバイスの前記実装パッド上に前記コネクタを載せて前記第２の回路デバイスの上に前記第１の回路デバイスを置く工程と、
前記コネクタを前記第２の回路デバイス上の前記実装パッドにはんだ付けする工程とを含む方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの表面実装コネクタが、はんだリフローによって前記第１の回路デバイスにはんだ付けされる、請求項２１または請求項２２もしくは請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の回路デバイス上の前記表面実装コネクタが、はんだリフローによって前記第２の回路デバイスにはんだ付けされる、請求項２１または請求項２２もしくは請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣパッケージから回路板、回路板およびモジュールから回路板または基板、および基板から基板など回路デバイスを相互接続するためのデバイスに関する。詳細には、本発明は、低インピーダンス表面実装コネクタに関する。本発明によるコネクタは、コンパクト性、低相互接続抵抗、低インダクタンスおよび機械的コンプライアンスの点で有利な品質を有していることに加えて、回路デバイス間のはんだ結合をより容易に検査することを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本発明者による２０００年１２月１５日出願の「Ｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｕｎｔ  Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ」という名称の米国特許出願第０９／７３７，３０３号の一部継続出願である。第０９／７３７，３０３号出願は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００３】
電子回路がますます高密度化、高速度化され、その複雑性が増すにつれ、電子回路を相互接続するためのデバイスは、より厳しい要件にさらされている。能動素子の著しい高密度化に伴い、相互接続デバイスは、使用可能な容積を大きく消費している。また、高密度化により、必要な電流および電力放散が増加し、接続された回路デバイス間で熱不整合が悪化している。さらに、回路デバイスの速度が速くなるにつれ、許容可能な相互接続インダクタンスに対する制約がますます厳しくなっている。
【０００４】
米国特許出願第０９／７３７，３０３号には、Ｉ形断面を有する一定の長さの円筒状ロッドを備えた低インピーダンス表面実装コネクタについて述べている。このデバイスは、ピック・アンド・プレース技法による相互接続を可能にしている。このようなコネクタを第１の回路デバイス上に表面実装し、対応するはんだパッドを第２の回路デバイス上に提供し、かつ、第１の回路デバイスのコネクタを第２の回路デバイスのはんだパッド上に実装することにより、１つまたは複数の回路素子を有する第１の回路デバイスが第２の回路デバイスに相互接続される。
【特許文献１】米国特許出願第０９／７３７，３０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この相互接続は、低抵抗、低インダクタンスおよび機械的コンプライアンスの点で有利な品質を有しており、また、製造が容易であるが、第１の回路デバイスと第２の回路デバイスの接続ポイントにおけるはんだ結合を垂直に目視検査することができない。上から見下ろしても、コネクタと第２のデバイス上のはんだパッドの間のはんだ接続を見ることはできない。したがって、より容易に検査することができる相互接続デバイスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、拡張実装フランジを提供することにより、概ねＩ形の断面を有する一定の長さの円筒状ロッドを備えたＩチャネル表面実装コネクタが改善される。第１の回路デバイスを該第１の回路デバイスの外側に向かって延在した拡張フランジを使用して第２の回路デバイスに接続する場合、フランジを第１の回路デバイスの周囲を超えて延在させることができる。この延在には、フランジと第２の回路デバイスの間のはんだ結合を、目視検査機器を使用して上から容易に検査することができる利点がある。
【０００７】
本発明の利点、性質および様々な追加特徴は、添付の図面に照らして以下で詳細に説明する実例実施形態を考察することにより、より明確になるであろう。
【０００８】
添付の図面は、本発明の概念を説明するためのものであり、原寸に比例していないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照すると、図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに、長さが異なる拡張フランジを備えた、断面が本質的に「Ｉ形」の細長い金属ボディからなる新規な表面実装コネクタ１０が示されている。このコネクタは、第１の面１２Ａおよび第２の面１２Ｂを有する、縦方向に延在した中央ビーム・セクション１１と、中央ビーム・セクション１１の第１および第２の面から延在したフランジ１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａおよび１４Ｂからなる、両エッジを横方向に延在したベース・セクション１３、１４とからなっている。中央ビーム・セクション１１の第１の面１２Ａから延在しているフランジ１３Ａは、前記中央ビーム・セクションの第２の面１２Ｂから延在しているフランジ１３Ｂより長くなっている。中央ビーム・セクション１１の第２の面１２Ｂから延在しているフランジ１４Ｂは、前記中央ビーム・セクションの第１の面１２Ａから延在しているフランジ１４Ａより長くなっている。フランジ１３Ａおよび１４Ｂは同じ長さにすることができ、また、フランジ１３Ｂおよび１４Ａも同じ長さにすることができる。
【００１０】
コネクタの縦方向の寸法は、１つまたは複数のスロット１７によって縦方向のセクション１５、１６に分割することができる。ボディの両端には、図１Ｄに示すように、部分スロットとして形成することができる凹所領域１８を設けることができる。
【００１１】
図１に示す座標系を参照すると、コネクタ１０は、ｘ軸に沿って縦方向に延在している。ビーム・セクション１１の主表面は、ｘ−ｚ平面に平行であり、また、ベース・セクション１３、１４の主表面は、ｘ−ｙ平面に平行である。本明細書において示す実施形態では、コネクタの実装表面は、ベース１３の外側主表面１９Ａおよびベース１４の外側主表面１９Ｂである。したがってコネクタは、ｚ方向に電気的および熱的結合性を提供している。
【００１２】
一般的には、コネクタの長さＡは、コネクタに許容されるインピーダンスのレベルによって決定される。長ければ長いほど、インダクタンスおよび抵抗が小さくなる。高さＢは、相互接続すべき回路デバイスの相互接続側の最も高い素子の高さより高くなるように選択され、したがって２つの回路デバイス間の接触は、コネクタを介してのみ実施される。ベースの幅Ｃは、コネクタに対する目視検査要件およびチッピング要件を満足するように選択される。チッピング要件は、倒れることなくベースの外側表面と平らな表面がなす最大角度を規定している。この幅Ｃは、少なくとも３０°のチッピング角度を提供するだけの十分な幅であることが好ましい。はんだ付けの際に良好なフィレットを提供し、延いては信頼性の高いはんだ接合を生成するためには、ベース・セクションの断面コーナは、半径７ミル程度の丸みが施されていることが有利である。
【００１３】
コネクタのｘｙコンプライアンス要件によって、スロット１７を設けるかどうか、また、その数をいくつにするかが決定される。１つのスロット１７によって、ビーム・セクションを隣接する２つの縦方向のセクション１５、１６に分割することができる。スロット１７は、セクション１５、１６の各々の縦方向の寸法が、スロット１７の高さ寸法を超えないようにその寸法を選択し、かつ、配置しなければならない。したがって、コネクタの長さがその高さより短い場合、スロットは不要である。また、コネクタの長さがその高さより長く、かつ、その高さの２倍未満である場合、スロットの数は１個であることが望ましい。凹所端領域１８によってコネクタの実効長が短くなり、それによりｘｙコンプライアンスを提供するためのスロットの必要性を少なくすることができる。スロットの最適形状は、幾何学的に中央ビーム・セクション１１の形状に類似しているが、９０°だけ回転している。スロット１７は、図１に示すようにビーム・セクション１１に限定することも、あるいはベース・セクションのいずれか一方を貫通して切り欠くこともできる。
【００１４】
これらのコネクタは、断面が本質的にＩ形である金属棒を拡張フランジと共に押し出し、所望のスロットを押し抜き、かつ、所望の長さに切断することによって容易に製造することができる。電気的および熱的伝導率の大きい、銅あるいは銀などの軟質金属棒を押し出すことができるため、インピーダンス（電気的および熱的）が極めて小さいコネクタを得ることができる。形成されたコネクタは、はんだ付け可能な被覆材であるＮｉ／ＡｕあるいはＮｉ／はんだ（例えば、スズ−鉛はんだ）でめっきされることが好ましい。ＮｉおよびＡｕの厚さは、それぞれ少なくとも５０マイクロインチおよび少なくとも３マイクロインチであることが有利であり、あるいははんだの場合、少なくとも２００マイクロインチの厚さであることが有利である。
【００１５】
別法としては、曲りシート材の中空シリンダとしてコネクタを製造することもできる。シート材（例えば７ミルのシート材）が押し抜いて形状化され、本質的にＩ形の断面に折り畳まれ、拡張フランジおよび所望のスロットが押し抜かれる。この場合、剛性を提供するには、Ｂｅ−Ｃｕなどの銅をベースとした合金あるいはリン青銅が、インピーダンスの増加を犠牲にしても、軟質性の銅あるいは銀より有利である。
【００１６】
長さＡの典型的な範囲は、０．０３０インチ〜０．３００インチであり、高さＢの典型的な範囲は、０．０４０インチ〜０．１２０インチである。また、ベース幅Ｃの典型的な範囲は、０．０４５インチ〜０．１８０インチである。中央ビーム・セクション１１の厚さの範囲は、通常、０．０１０インチ〜０．０３０インチであり、ベース・セクション１３、１４の厚さの範囲も、通常、０．０１０インチ〜０．０３０インチである。
【００１７】
図２は、図１と同様のコネクタ２０の代替実施形態の斜視図を示したものであるが、複数のスロット１７Ａ、１７Ｂおよび１７Ｃが使用されている点で、図１に示すコネクタとは異なっている。複数のスロットを使用する利点は、ｘｙコンプライアンスを依然として維持しつつコネクタをより長くし、それにより、抵抗性インピーダンス、誘導性インピーダンスおよび熱インピーダンスを小さくすることができることである。有利なことには、隣接する領域の縦方向の広がりをスロットの高さ未満に維持するには、スロットの数で十分である。
【００１８】
図３は、図１と同様のコネクタ３０の他の実施形態を斜視図で示したものであるが、スロットがない点で、図１に示すコネクタとは異なっている。有利なことには、このコネクタの縦方向の寸法は、コネクタの高さ未満になっている。
【００１９】
図４Ａおよび４Ｂは、第１の回路デバイス５１上に実装される表面実装コネクタ１０を斜視図で示したものである。回路デバイス５１は、基板あるいは回路板５２、１つまたは複数の回路素子５３、およびコネクタ１０を受け入れるための１つまたは複数の実装パッド５４を備えている。実装パッド５４には、予めはんだ被覆が施されていることが有利である。コネクタ１０の高さは、どの回路素子５３の高さよりも高いことが好ましい。次に、標準のピック・アンド・プレース技法を使用して、基板５２に対して遠位側のベース・セクションの長い方のフランジが、基板のエッジから外側に向かって延在して基板から張り出すように、コネクタが実装パッド上に置かれる。コネクタは、従来のはんだリフロー工程で実装パッドにはんだ付けすることができる。
【００２０】
図５Ａおよび５Ｂに示す次の工程は、第１の回路デバイス５１を第２の回路デバイス６０上に実装する工程である。デバイス６０も、パッケージあるいは基板もしくは回路板６１を備えることができ、２つの回路デバイスのうちの面積の広い方の回路デバイスであることが好ましい。予備工程として、回路デバイス６０に、回路デバイス５１上に実装されたコネクタを受け入れるための、適切なサイズの、かつ、適切に分布したはんだパッド６２が設けられる。はんだパッド６２には、予めはんだ被覆が施されていることが好ましく、回路デバイス５１は、ピック・アンド・プレース技法を使用して、コネクタ１０とパッド６２が重なり合った状態でデバイス６０上に載せることができる。次に、はんだリフローによって２つの回路デバイスが相互接続される。それにより、相互接続された、コンパクト性、低相互接続抵抗、低インダクタンス、機械的コンプライアンス、およびコネクタと第２の回路デバイスの間のはんだ接合の目視検査性の点で有利な品質を有する複合デバイスが得られる。
【００２１】
図６は、第１および第２の回路デバイス（５１、６０）上への実装後の表面実装コネクタ１０を示したものである。図から分かるように、基板５２に対して遠位側のベース・セクションの長い方のフランジが基板のエッジを越えて延在しており、はんだリフローによって第１の回路デバイスを第２の回路デバイスに接続する際に生成される、基板６１側のベース・セクション間のはんだ接合のエッジ部分の目視検査を容易にしている。
【００２２】
本発明の性質および利点については、以下の特定の実施例を考察することによって明確になるであろう。
【実施例１】
【００２３】
特定の応用例、本発明の原理を使用し、図１に示すタイプのデバイスを設計した。この応用例は、回路板を備えた「回路デバイス」と「マザーボード」（より面積の広い回路板）の間で合計８つの表面実装を必要とする。回路デバイスの相互接続側の最も高い素子の高さは、Ｈ＝０．０７０インチであった。デバイスの性能上のニーズによって決定されたインピーダンス要件は、個々の相互接続の最大インダクタンスが０．３０ｎＨであり、最大抵抗が５０マイクロオームであった。また、機械的要件は、回路デバイスとマザーボードの間の大きな動作温度の差による熱応力に直面した場合における、ＸおよびＹの両方向のコンプライアンスであった。目視検査要件は、マザーボードと直接接触する相互接続部分が、回路デバイスのエッジを越えて少なくとも０．０２０インチ延在していることであった。また、個々の相互接続が占める面積を極めて狭くし、かつ、リフロー前の安定性を得るために、少なくとも３０°の最小チップ角度を維持する必要があった。
【００２４】
Ｂ＞Ｈの要件を満足たすために、デバイスの高さＢは、Ｂ＝０．０８２インチが選択された。フランジ１３Ａは、フランジ１３Ｂより長い０．０４４インチになるように設計され、また、フランジ１４Ｂも、フランジ１４Ａより長い０．０４４インチになるように設計された。この設計により、適切な配置が保証され、コネクタ・フランジが回路デバイスのエッジを越えて水平方向に少なくとも０．０２１インチ延在し、それにより上から検査することができた。ベース幅Ｃは、Ｃ＝０．１１２インチが選択され、適切なはんだフィレットの形成を容易にするための断面コーナの半径は０．００７インチであった。Ｂ、Ｃおよび半径のこの組合せにより、３８°の最小チップ角度が得られた。必要なＹ方向のコンプライアンスおよび機械的安定性を提供するために、中央ビーム・セクションおよびベース・セクションの厚さは、それぞれ０．０１５インチおよび０．０１４インチが選択された。
【００２５】
上記寸法が決定された後で、インピーダンス要件およびＸ方向のコンプライアンス要件を満たすことに基づいて、コネクタの長さＡおよびスロットの幅が決定された。デバイス材料としてＵＳＮ名称Ｃ１１０００の銅を選択すると共に、長さをＡ＝０．１００インチにし、スロット幅を０．０２０インチにすることが適切であることが見出された。インダクタンスは、０．２７ｎＨになるように計算され、抵抗は３５マイクロオームであった。デバイスのフットプリントは、０．１００インチ×０．１１２インチであり、パッドのサイズは、０．１１６インチ×０．１２８インチであった。したがって、この応用例に対するすべての要件が満たされた。
【００２６】
上で説明した実施形態は、本発明の原理の適用を表すことができる多くの可能な特定の実施形態のごく一部を示したものに過ぎないことを理解されたい。当分野の技術者には、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の多くの様々な構造を容易に工夫することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による拡張フランジを備えたＩチャネル表面実装コネクタの斜視図、端面図および側面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による拡張フランジを備えたＩチャネル表面実装コネクタの斜視図、端面図および側面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による拡張フランジを備えたＩチャネル表面実装コネクタの斜視図、端面図および側面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態による拡張フランジを備えたＩチャネル表面実装コネクタの斜視図、端面図および側面図である。
【図２】複数のスロットを使用した代替実施形態を示す図である。
【図３】スロットが使用されていない実施形態の斜視図である。
【図４Ａ】第１の回路デバイス上に実装される表面実装コネクタを示す斜視図である。
【図４Ｂ】第１の回路デバイス上に実装される表面実装コネクタを示す斜視図である。
【図５Ａ】より大きい第２の回路デバイス上に実装される第１の回路デバイスを示す斜視図である。
【図５Ｂ】より大きい第２の回路デバイス上に実装される第１の回路デバイスを示す斜視図である。
【図６】実装後の表面実装コネクタを示す上面図である。
【図１Ａ】
2005529476.tif 000003
【図１Ｂ】
2005529476.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2005529476.tif 000009
【図４Ｂ】
2005529476.tif 000010
【図５Ａ】
2005529476.tif 000011
【図５Ｂ】
2005529476.tif 000012
【図６】
2005529476.tif 000013
【国際調査報告】
2005529476.tif 000014