(57)【要約】第１および第２の回路基板（５１、６１）間の接続用のＩ型断面をもつ低インピーダンス表面実装コネクタ（２０）。
2004523858.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的に接続するための表面実装コネクタであって、
長手方向に延在した各端部として横に延在した基部を有する長手方向に延在した中央ビーム部を備えており、前記ビーム部が１対の主表面を備え、各基部が、回路デバイスにボンディングするため、前記中央ビーム部に垂直の実装表面を有する、Ｉ型断面の円筒形金属本体を備える、表面実装コネクタ。
【請求項２】
前記本体が前記中央ビーム部を通って横に延在した１つまたは複数のスロットをさらに備える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項３】
前記１つまたは複数のスロットが、前記ビーム部の前記主表面を複数の領域に分割し、各領域の高さがその長さよりも大きい、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項４】
前記本体が、前記基部の１つを通って横に延びる１つまたは複数のスロットをさらに備える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項５】
前記実装表面の間で測定された前記本体の高さが、前記本体の長さを超える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項６】
前記実装表面の間で測定された前記本体の高さが、前記基部の幅を超える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項７】
前記本体が、銅または銀であって、はんだ付けのために被覆される、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項８】
１つまたは複数の前記スロットが、前記中央ビーム部と幾何形状的に同様の寸法である、請求項２に記載の表面実装コネクタ。
【請求項９】
前記本体が、押出成形の銅または銀の中実体を備える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１０】
前記本体が、銅合金曲げ板材の中空の円筒を備える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１１】
前記基部が、しっかりしたはんだボンディングを容易にするため、丸みを付けた縁部をもつ横に延びる端部を有する、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１２】
前記中央ビーム部が、凹端部領域を備える、請求項１に記載の表面実装コネクタ。
【請求項１３】
請求項１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る、相互接続されたデバイス。
【請求項１４】
請求項２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る、相互接続されたデバイス。
【請求項１５】
請求項３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る、相互接続されたデバイス。
【請求項１６】
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、
１つまたは複数の実装パッドを備える第１の回路デバイスを提供する工程と、
前記実装パッド上に、請求項１の１つまたは複数の表面実装コネクタを配置する工程と、
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、
前記コネクタを前記第１の回路デバイス上で受けるための１つまたは複数の実装パッドを備える第２の回路デバイスを提供する工程と、
前記コネクタを前記第２の回路デバイスの前記実装パッド上に配置した状態で、前記第１の回路デバイスを前記第２の回路デバイス上に配置する工程と、
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１７】
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、
１つまたは複数の実装パッドを備える第１の回路デバイスを提供する工程と、
前記実装パッド上に、請求項２の１つまたは複数の表面実装コネクタを配置する工程と
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、
前記コネクタを前記第１の回路デバイス上で受けるための１つまたは複数の実装パッドを備える第２の回路デバイスを提供する工程と
前記コネクタを前記第２の回路デバイスの前記実装パッド上に配置した状態で、前記第１の回路デバイスを前記第２の回路デバイス上に配置する工程と、
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１８】
前記少なくとも１つの表面実装コネクタが、前記第１の回路デバイスにはんだリフロによってはんだ付けされる、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の回路デバイス上の前記表面実装コネクタが、前記第２の回路デバイスにはんだリフロによってはんだ付けされる、請求項１６または１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣパッケージと回路基板、回路基板およびモジュールと回路基板または基板、また基板と基板など、回路デバイスを相互接続するためのデバイスに関する。本発明は、詳細には、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といった有利な品質を備える低インピーダンスの表面実装コネクタに関する。コネクタは、ピックアンドプレース技法によって表面実装することができる。
【０００２】
（発明の背景）
電子回路が高密度化、高速化し、ますます複雑化するにつれて、電子回路を接続するためのデバイスは、さらに厳しい要件を満たすことが求められている。能動構成部品の大幅な高密度化に伴い、相互接続デバイスが利用可能な体積の大部分を消費するようになっている。また、高密度化により、必要な電流および電力の放散が増加し、接続された回路デバイス間の熱的不整合が悪化する。さらに、より高速の回路デバイス速度は、許容可能な相互接続インダクタンスにより厳しい制限を与える。したがって、回路を相互接続するための改良型デバイスが求められている。
【０００３】
（発明の概要）
本発明によれば、低インピーダンスの表面実装コネクタは、Ｉ型断面を有する、ある長さの円筒形のロッドを備えている。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が可能であり、この相互接続は、低抵抗、低インダクタンスで、機械的コンプライアンスがあり、製造が簡単であるという有利な特性を有する。１つまたは複数の回路構成部品を有する第１の回路デバイスは、こうしたコネクタを第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設け、第１の回路デバイスのコネクタを第２の回路デバイスのパッド上に実装することによって、第２の回路デバイスと相互接続される。
【０００４】
本発明の利点、特質、およびさまざまなさらなる特徴は、添付の図面と合わせて次に詳細に説明する例示の実施形態を考慮することによって、十分に明らかになるであろう。
これらの図面は、本発明の概念を例示するためのものであって、基準化するものではないことを理解されたい。
【０００５】
（詳細な説明）
図を参照すると、図１は「Ｉ型」断面の細長い金属本体を備える、新規な表面実装コネクタ１０の斜視図である。このコネクタは、両端で横に延びる基部１３、１４を有する、長手方向に延びる中央ビーム・セクション１２を備える。コネクタの長手方向の大きさは、１つまたは複数のスロット１７によって、長手方向セクション１５、１６に分割することができる。本体の端部は、凹部領域１８を備えることができ、凹部領域１８は、部分的スロットとして形成することができる。
【０００６】
図１で示した座標システムを参照すると、コネクタ１０は、ｘ軸に沿って長手方向に延びている。ビーム・セクション１２の主表面は、ｘ−ｚ平面に平行であり、基部１３、１４の主表面は、ｘ−ｙ平面に平行である。本明細書で示した実施形態では、コネクタの実装表面は、基部１３の外側主表面１９Ａおよび基部１４の外側主表面１９Ｂである。したがって、コネクタはＺ軸方向で電気的、熱的に接続性をもたらす。
【０００７】
通常、コネクタの長さＡは、コネクタに対する許容インピーダンスのレベルによって決定される。長さが長くなると、インダクタンスおよび抵抗が低下する。高さＢは、接続すべき回路デバイスの相互接続側にある最高の構成部品の高さよりも高くなるように選択して、２つの回路デバイス間の接触がコネクタだけを介してなされるようにする。基部幅Ｃは、コネクタへの傾斜要件、すなわち倒れずに基部外側表面が平坦な基板と作ることができる最大角度によって選択される。好ましくは、高さＢは基部幅Ｃよりも大きく、幅Ｃは少なくとも傾斜角３０度をもたらすのに十分な幅である。基部セクションの断面の隅は、有利には、半径７ミリインチで丸みを付けて、はんだ付けの場合に良好なフィレットを提供し、それによって確実なはんだ接合をもたらす。
【０００８】
スロット１７の存在および数は、コネクタへのｘｙコンプライアンス要件によって決定される。スロット１７は、ビーム・セクションを２つの隣接する長手方向セクション１５、１６に分割する。スロット１７は、各セクション１５、１６の長手方向寸法がその高さ寸法を超えないように寸法設定され、配置されなければならない。したがって、コネクタの長さがその高さよりも小さい場合は、スロットは必要ない。その長さが高さより大きいが、高さの２倍より大きくない場合は、１つのスロットが望ましい。凹端部領域１８は、コネクタの実際の長さを短縮し、ｘｙコンプライアンスをもたらすためのスロットの必要性を減らすことができる。スロットの最適な形は、中央ビーム・セクション１２を９０度回転させた形と幾何形状的に同様のものである。スロット１７は、図１で示したようにビーム・セクション１２に閉じ込めることができ、または下で示したように、基部セクションの１つを切り開くことができる。
【０００９】
こうしたコネクタは、（Ｉ型断面の金属ロッドを押出成形し、所望のスロットを穿孔し、所望の長さに切断することによって、簡単に製造することができる。このコネクタは、銅または銀など、高い導電性および熱伝導性の軟金属でロッドを押出成形できるため、非常に低い（電気的および熱的）インピーダンスを達成することができる。好ましくは、成形コネクタをニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）またはニッケル／はんだ（たとえば錫／鉛はんだ）のはんだ可能な被覆でメッキする。ニッケルは有利には、厚さが少なくとも５０マイクロインチ、金は少なくとも３マイクロインチ、はんだは少なくとも２００マイクロインチである。
【００１０】
あるいは、コネクタは、曲げ板材の中空の円筒として製造することもできる。板材（たとえば７ミルの板材）を穿孔して成形し、Ｉ型断面に折りたたみ、所望のスロットを穿孔する。この例では、ベリリウムと銅（Ｂｅ−Ｃｕ）またはリンと青銅など、銅ベースの合金が、軟性の銅または銀の被覆に好ましく、増加したインピーダンスを減少させて剛性をもたらす。
【００１１】
通常の長さＡは、０．０３０〜０．３００インチである。通常の高さＢは０．０４０〜０．１２０インチであり、通常の基部幅Ｃは、０．０２５〜０．１００インチである。中央ビーム・セクション１２は通常、厚さ０．０１０〜０．０３０インチであり、基部セクション１３、１４は通常、厚さ０．０１０〜０．０３０インチである。
【００１２】
図２は、スロット２７が基部の１つ、たとえば１４を通って延び、長手方向の端部に凹部領域が設けられていないことを除いては、図１と同様のコネクタ２０の代替実施形態の斜視図である。スロット２７が基部を通って延長する利点は、それによって基部が２つの部分１４Ａおよび１４Ｂに分割されて、より大きいｘｙコンプライアンスがもたらされることである。この分割により、凹端部の必要が減少し、それに対してはんだボンディング・フィレットを形成することができる追加の表面２０Ａおよび２０Ｂを作り出すことができる。さらに、このカット・スルー基部は、適切に設計されたボンディング・パッド上での自己位置合せを提供する。好ましい使用では、カット・スルー基部１４は、最初に回路デバイスに固定する基部である。
【００１３】
図３は、コネクタが複数のスロット１７Ａ、１７Ｂ、および１７Ｃを備えていることを除いては、図１と同様のコネクタ３０の第３の実施形態の斜視図である。複数のスロットの利点は、コネクタが、ｘｙコンプライアンスを保存しながら、より長い長さをもち、抵抗、誘導性、および熱的インピーダンスを減少させることである。有利には、スロットの数を十分にして、隣接する領域の長手方向の範囲をその高さよりも小さく維持する。
【００１４】
図４は、スロットがないことを除いては、図１と同様のコネクタ４０の他の実施形態の斜視図である。このコネクタは、有利には、長手方向の寸法がその高さよりも小さい。
【００１５】
図５は、第１の回路デバイス５１上に取り付けられた表面実装コネクタ２０を示す斜視図である。この回路デバイス５１は、基板または回路基板５２、１つまたは複数の回路構成部品５３、およびコネクタ２０を受けるための１つまたは複数の実装パッド５４を備える。有利には、パッド５４ははんだが事前被覆されている。好ましくは、コネクタ２０の高さは任意の回路構成部品５３の高さよりも高い。コネクタは、次いで、標準のピックアンドプレース技法でパッド上に配置され、従来のはんだリフロの工程でパッドにはんだ付けすることができる。
【００１６】
図６で示した次の工程で、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。デバイス６０は、パッケージあるいは基板、または回路基板６１を備えることもでき、好ましくは、２つのうちのより大きい領域の回路デバイスである。予備工程として、回路デバイス６０は、回路デバイス５１上に実装されたコネクタを受けるために、サイズおよび分布が適当なはんだパッド６２を備える。パッド６２は、好ましくは、はんだで事前被覆し、回路デバイス５１を、ピックアンドプレース技法を用いて、デバイス６０上で、パッド６２と位置合せしたコネクタ２０に取り付けることができる。この２つの回路デバイスは、次いで、はんだリフロによって相互接続することができる。その結果、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という有利な特性を備える相互接続された複合デバイスができる。
【００１７】
本発明の特質および利点は、以下の特定の実施例の考慮によって明らかになるであろう。
【実施例１】
【００１８】
本発明の原理は、特定の適用例の要件を満たす図１で示したタイプのデバイスを設計および製造するために使用される。この適用例は、回路基板を備える「回路デバイス」と「マザーボード」（より大きい領域の回路基板）の間に合計８つの表面実装相互接続が必要であった。回路デバイスの相互接続側上の最高の構成部品の高さは、Ｈ＝０．０７０インチであった。デバイス性能の必要性によって示されたインピーダンス要件は、各相互接続が最大インダクタンス０．３０ｎＨ、最大抵抗５０マイクロオームであった。機械的要件は、回路デバイスとマザーボードの動作温度の大きい差によって生じる熱応力に対する、ＸおよびＹの両方向におけるコンプライアンスであった。さらに、リフロ前の安定性のため、少なくとも３０度の最小傾斜角を維持しながら、各相互接続が占める領域を非常に小さくする必要があった。
【００１９】
デバイスの高さＢは、Ｂ＞Ｈの要件を満たすため、Ｂ＝０．０８２インチを選択した。基部幅Ｃは、十分なはんだフィレットを容易にもたらすため、断面端部で半径０．００７インチでＣ＝０．０６８インチを選択した。このＢ、Ｃ、および半径の組合せにより、傾斜角３８度が作り出された。Ｙ方向の必要なコンプライアンスおよび機械的安定性をもたらすため、中央ビーム・セクションは、厚さ０．０１５インチであるように選択し、基部セクションは、厚さ０．０１４インチであるように選択した。
【００２０】
上記の寸法に設定した後、コネクタの長さＡおよびスロット幅は、インピーダンスおよびＸ方向のコンプライアンスの要件を満たすことに基づいて決定した。凹端部の幅０．００７５インチで長さＡ＝０．１００インチおよびスロット幅０．０１５インチが、デバイス材料として、銅、ＵＳＮ標準名称Ｃ１１０００の選択と合わせて適当であることが分かった。インダクタンスは０．２７ｎＨ、抵抗は３７マイクロオームであることが計算された。パッド・サイズ０．１１６ｘ０．０８４インチで、デバイス・フットプリントは、０．１００ｘ０．０６８インチであった。したがって、この適用例の要件がすべて満たされた。
【００２１】
上記の寸法を満たすコネクタは、求められたＩ型断面のＣ１１０００銅製ロッドで始めて製造された。これらのロッドは、ニッケル（Ｎｉ）５０マイクロインチ、続いて、ある場合は、金（Ａｕ）３マイクロインチ、他の場合は、はんだ２００マイクロインチでメッキした。
【００２２】
図７Ａおよび７Ｂは、このようにして製造したデバイスの寸法を示す断面図および側面図である。寸法はすべてインチである。
【００２３】
図８Ａおよび８Ｂは、図２で示したタイプの特定のデバイスの寸法を示す断面図および側面図である。寸法はすべてインチである。
【００２４】
上記の実施形態は、本発明の原理の適用例を示すことができる多くの可能な特定の実施形態の単にいくつかの例示であることを理解されたい。多数のさまざまな他の構成は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には簡単に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるＩ型チャンネル表面実装コネクタの斜視図である。
【図２】基板の１つを通って延びるスロットを除いては、図１と同様のコネクタを備える代替実施形態を示す図である。
【図３】複数のスロットを有する代替実施形態を示す図である。
【図４】スロットのない代替実施形態の斜視図である。
【図５】第１の回路デバイス上に実装された表面実装コネクタを示す斜視図である。
【図６】第２のより大きい回路デバイスに実装された第１の回路デバイスを示す図である。
【図７Ａ】図１で示したタイプの特定のコネクタ２０の寸法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図１で示したタイプの特定のコネクタ２０の寸法を示す側面図である。
【図８Ａ】図２で示したタイプの特定のコネクタの寸法を示す断面図である
【図８Ｂ】図２で示したタイプの特定のコネクタの寸法を示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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