(57)【要約】クラスターグリッドアレー半導体ダイパッケージ及びその嵌合ソケットは、そのダイパッケージ内に収容された１つ以上の半導体ダイと、嵌合ソケットが取り付けられたプリント回路板のような基板との間に電気的接続を与える。ダイパッケージ及び嵌合ソケットは、接続及び切断が容易である。ダイパッケージは、そのハウジング内に組み込まれて分布された電力及び接地平面を備えている。
2004533701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体ダイ、基板及び少なくとも１つの半導体ダイ又は２つ以上の基板及び多数の半導体ダイを保持するためのパッケージハウジングであって、上記少なくとも１つの半導体ダイを支持する上面と、側面と、複数のポストが延び出ている下面とを有するベースを含み、該ベースを貫通して上記下面から上記上面へと複数の穴が形成されているパッケージハウジングと、
上記パッケージハウジング内の基準電圧平面であって、上記ベースの上記側面の１つにおいて上記パッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出されたコンタクトに電気的に接続される基準電圧平面と、
上記穴内に保持されて、上記ベースの上記下面から上記ポストに沿って延びる複数のパッケージピンと、
を備えた半導体ダイパッケージ。
【請求項２】
上記基準電圧平面は、電力平面で構成される、請求項１に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項３】
上記パッケージハウジング内に接地平面を更に備え、前記接地平面は、上記ベースの上記側面の１つにおいて上記パッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出された接地平面コンタクトに電気的に接続される、請求項２に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項４】
上記基準電圧平面は、接地平面で構成される、請求項１に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項５】
上記基準電圧平面は、電力平面で構成され、前記電力平面は、上記ベースの上記側面の１つにおいて上記パッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出された電力平面コンタクトに電気的に接続される、請求項４に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項６】
前記接地平面は、グリッドで構成され、前記パッケージピンは、上記グリッドを通して延びる、請求項４に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項７】
上記基準平面は、上記パッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出された複数のコンタクトに電気的に接続され、該複数のコンタクトの少なくとも２つが上記ベースの異なる側面に露出される、請求項１に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項８】
少なくとも１つの半導体ダイ、多数の基板及び多数の半導体ダイ、又は基板及び少なくとも１つの半導体ダイを支持するための上面を有するベースを含み、該ベースを貫通して複数の穴が形成されているパッケージハウジングと、
上記穴に保持されて、上記ベースから上記パッケージハウジングの外部へ延びる複数の導電性ピンと、
上記ベース内の接地平面グリッドであって、前記導電性ピンが上記接地平面グリッドから電気的に絶縁されて、上記接地平面グリッドを通過するようにされた接地平面グリッドと、
を備えた半導体ダイパッケージ。
【請求項９】
上記パッケージハウジングの上記ベースは、更に、上記上面とは逆の下面を含み。該下面は複数のポストを有し、上記導電性ピンが該ポストに沿って軸方向に延びる、請求項８に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項１０】
前記パッケージハウジング内で上記接地平面グリッドの周囲に或いは上記接地平面グリッド全体にわたりその下に潜在的に分布して電力平面を更に備えた、請求項８に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項１１】
上記パッケージハウジングの側面において上記パッケージハウジングの外部に露出された接地平面コンタクトを更に備え、該接地平面コンタクトは、前記接地平面グリッドに接触する、請求項８に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項１２】
上記パッケージハウジングの多数の側面において上記パッケージハウジングの外部に露出された多数の接地平面コンタクトを更に備え、該接地平面コンタクトは、前記接地平面グリッドに接触する、請求項８に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項１３】
前記ベースは、その側面に沿って複数のくぼみを有し、該複数のくぼみには上記多数の接地平面コンタクトが配置される、請求項１２に記載の半導体ダイパッケージ。
【請求項１４】
（ａ）半導体ダイを保持するためのパッケージハウジングであって、上記半導体ダイを支持する上面と、側面と、複数のポストが延び出ている下面とを有するベースを含み、該ベースを貫通して上記下面から上記上面へと複数の穴が形成されているパッケージハウジング、（ｂ）上記パッケージハウジング内の基準電圧平面であって、上記ベースの上記側面の１つにおいて上記パッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出された基準電圧コンタクトに電気的に接続される基準電圧平面、及び（ｃ）上記穴内に保持されて、上記ベースの上記下面から上記ポストに沿って延びる複数のパッケージピンであって、上記上面付近の第１端と第２端とを有するパッケージピンを含んでいる半導体ダイパッケージと、
（ａ）上面及び下面を有し、該上面は複数のソケットを有し、該ソケット各々が上記ダイパッケージのポストを受け入れるサイズにされているソケットハウジング、（ｂ）上記ソケットに配置された第１端と、上記ソケットハウジングの上記下面から延びる第２端とを有する複数のソケットコンタクト、及び（ｃ）上記ソケットハウジングの上記上面から延びる第１端と、上記ソケットハウジングの上記下面から延びる第２端とを有する少なくとも１つの嵌合ピンを含んでいる嵌合ソケットと、
を備え、前記パッケージハウジングは上記嵌合ソケットと嵌合することができ、上記ポストが前記ソケット内に受け入れられ、上記パッケージピンが上記ソケットコンタクトビームに係合し、更に、上記基準電圧コンタクトが上記嵌合ピンに係合するようにされた結合体。
【請求項１５】
上記ソケットコンタクトビーム及び上記嵌合ピンの上記第２端は、実質的に同じ平面内に配置されて、基板に電気的接続するようにされる、請求項１４に記載の結合体。
【請求項１６】
上記基準電圧平面は、電力平面で構成される、請求項１４に記載の結合体。
【請求項１７】
上記基準電圧平面は、接地平面で構成される、請求項１４に記載の結合体。
【請求項１８】
上記基準電圧平面は、グリッドで構成され、前記パッケージピンは、該グリッドを通して延びる、請求項１４に記載の結合体。
【請求項１９】
上記基準平面は、上記ダイパッケージハウジングの外部に少なくとも部分的に露出された複数のコンタクトに電気的に接続され、該複数のコンタクトの少なくとも２つが上記ベースの異なる側面に露出される、請求項１４に記載の結合体。
【請求項２０】
（ａ）少なくとも１つの半導体ダイを支持する上面を有するベースを含み、該ベースを貫通して複数の穴が形成されているパッケージハウジング、（ｂ）上記穴に保持されて、上記ベースから上記パッケージハウジングの外部へ延びる複数の導電性パッケージピン、及び（ｃ）上記ベース内の接地平面グリッドを含み、上記導電性パッケージピンが上記接地平面グリッドから電気的に絶縁されて、上記接地平面グリッドを通過するようにされた半導体ダイパッケージと、
（ａ）ソケットハウジング、及び（ｂ）該ソケットハウジングに保持された複数の導電性ソケットコンタクトビームを含む嵌合ソケットと、
を備え、上記半導体ダイパッケージ及び上記嵌合ソケットが一緒に結合され、上記パッケージピンが上記ソケットコンタクトビームに係合して電気的接続を形成するようにされた結合体。
【請求項２１】
上記パッケージハウジングの上記ベースは、上記上面とは逆の下面を更に含み、該下面は、複数のポストを有し、上記導電性ピンが該ポストに沿って軸方向に延びる、請求項２０に記載の結合体。
【請求項２２】
上記パッケージハウジング内で上記接地平面グリッドの周囲に電力平面を更に備えた、請求項２０に記載の結合体。
【請求項２３】
前記ダイパッケージは、更に、前記ベースにより支持された半導体ダイであって、上記複数のパッケージピン及び上記接地平面グリッドに電気的に接続された半導体ダイと、該半導体ダイを上記ベース内に密封するためのパッケージ蓋とを備えた、請求項２０に記載の結合体。
【請求項２４】
上記ダイパッケージは、更に、上記半導体ダイを上記パッケージピンに電気的に接続するための半田ボールを備えた、請求項２３に記載の結合体。
【請求項２５】
上記ダイパッケージは、更に、上記半導体ダイが取り付けられた基板と、該基板を上記パッケージピンに電気的に接続するための半田ボールとを備えた、請求項２３に記載の結合体。
【請求項２６】
上記ダイパッケージは、更に、上記基板を上記半導体ダイに電気的に接続するための手段を備えた、請求項２５に記載の結合体。
【請求項２７】
半導体ダイパッケージを製造する方法であって、
複数の側壁と、複数の貫通する穴が形成された床とを含み、上記側壁及び床の内面が半導体ダイを保持するサイズの空洞を形成するパッケージベースを成形するステップであって、上記床に導電性フレームを成形し、該フレームには複数の穴が形成されて、上記床を貫通する穴が上記フレームの穴と整列するようにするステップと、
上記床の穴に導電性のピンを挿入して、該ピンが上記フレームの穴を通過し、上記床の外面から延びるようにするステップと、
を備えた方法。
【請求項２８】
半導体ダイを上記ピン及び上記フレームに電気的に接続するステップと、
上記ベースの上記側壁に蓋を取り付け、該蓋及び上記ベースの中に上記半導体ダイを密封するステップと、
を更に備えた、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
電気的に接続する上記ステップは、
半田ボールを上記ピン及び上記フレームに接続すると共に、上記半導体ダイを該半田ボールに接続する段階を備えた、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
電気的に接続する上記ステップは、
上記半田ボールを上記ピン及び上記フレームに接続する段階と、
上記半田ボールの上に基板を配置する段階と、
上記基板上に上記半導体ダイを配置する段階と、
上記半導体ダイを上記基板に電気的に接続する段階と、
を備えた、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
本発明は、メッシュ型電力平面及び接地平面を有する半導体ダイパッケージ及びこのようなダイパッケージの製造方法に係る。
【０００２】
関連技術の説明
半導体ダイ又はチップとは、マイクロ回路が形成された電気的コンポーネントである。マイクロ回路は、それらをプリント回路板上で一緒に相互接続して、例えば、ラジオやテレビやコンパクトディスクプレーヤやコンピュータに使用するための大きな電子回路を形成することができる。半導体ダイは、もろいので、半導体ダイパッケージに収容して環境から保護する。コンピュータやコンパクトディスクプレーヤやセルラー電話のような電子装置の内部を見ると、半導体ダイパッケージが実装されて電気的に相互接続されたプリント回路板が１枚以上見られる。
【０００３】
半導体ダイパッケージは、半導体ダイを保持するハウジングと、該ハウジングの下面又は側面から延びる導電性リード又はピンを備えている。この導電性リードは、ハウジング内の半導体ダイに電気的に接続される。リードの外部端は、通常、プリント回路板上の導電性経路に接続されるか、又はプリント回路板上のソケットに差し込まれる。これは、半導体ダイパッケージをプリント回路板に固定すると共に、半導体ダイとプリント回路板上の他のコンポーネントとの間に電気信号を通せるようにする。
【０００４】
半導体ダイに形成された集積回路は、益々パワフルになりつつある。処理能力が高くなったので、半導体ダイと他の回路コンポーネントとの間の入力及び出力の数も増加し、又、更なる増加が期待される。ダイパッケージは、パッケージのサイズを著しく増加することなく、多数のリード又はピンを備えねばならない。更に、半導体デバイスは、そのサイズ及び電力消費を下げるために低い動作電源電圧で設計されている。低い電力消費にも関わらず、パッケージ設計では熱性能が依然重要なファクタとなっている。動作電力が下げられ、装置の速度が高まるにつれて、信号の完全性が益々重要になってきている。例えば、装置の動作中には、電力及び接地電圧の変動を制限しなければならない。電力及び接地電圧の変動が大きいと、効率が悪いだけでなく、誤った動作を引き起こし、ダイ上の集積回路にダメージを及ぼすことすらある。更に、高速動作を容易に行うためには、寄生インダクタンスを減少しなければならない。従って、低廉で、非常に多数の入力及び出力を収容することができ、しかも、高速低電力の動作をサポートすることのできるパッケージが要望される。
【０００５】
発明の概要
本発明は、上記の状況に鑑みなされたもので、その目的は、非常に多数の入力及び出力を有する経済的でコンパクトなダイパッケージを提供することである。
【０００６】
更に別の目的は、プリント回路板のような基板に取り付けられる非常に多数の入力及び出力を有する経済的でコンパクトなダイパッケージ及びその嵌合ソケットを提供することである。
【０００７】
更に別の目的は、安定な電力平面及び接地平面を有するダイパッケージを提供することである。
【０００８】
更に別の目的は、コスト効率の良い電力平面及び接地平面を有するダイパッケージを提供することである。
【０００９】
更に別の目的は、容易に構成可能な電力平面及び接地平面を有するダイパッケージを提供することである。
【００１０】
更に別の目的は、安定な電力平面及び接地平面を有する経済的なダイパッケージと、プリント回路板のような基板に取り付けられる嵌合ソケットとを提供することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、非常に多数の入力及び出力、安定な電力平面及び接地平面を有する頑強で且つ信頼性の高いダイパッケージを提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、ダイパッケージ、嵌合ソケット又は基板と共に使用される改良された電力平面及び接地平面構成体を提供することである。
【００１３】
本発明の付加的な目的及び効果は、その一部分は、以下の説明に記載され、その一部分は、以下の説明から自明であろうし、或いは本発明の実施によって学習できるであろう。本発明の目的及び効果は、特許請求の範囲に特に指摘された要素及びその組み合せにより実現され達成されるであろう。以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、両方とも、本発明を例示するものに過ぎず、本発明を何ら限定するものではないことを理解されたい。
【００１４】
好ましい実施形態の説明
本明細書に添付されてその一部分を形成する添付図面は、本発明の実施形態を示すもので、以下の記述と共に、本発明の原理を説明する上で役立つものである。
【００１５】
以下、添付図面に示された本発明の実施形態を詳細に説明する。添付図面全体にわたり、可能なところでは、同じ参照番号を使用して、同じ又は同様の部分を指す。
【００１６】
図１及び図２は、本発明によるクラスターグリッドアレー半導体ダイパッケージ１００及びその嵌合ソケット２００の実施形態を例示する。ダイパッケージ１００は、少なくとも１つの半導体ダイを収容するハウジング１１０を備えている。図２に示すように、ハウジング１１０の下面から複数のポスト１２０が延びている。これらポスト１２０に沿ってパッケージピン１３０が延びていて、ハウジング１１０の内部から外部への電気的経路を形成する。嵌合ソケット２００は、複数のソケット２２０を上面に有するハウジング２１０を備えている。図１に示すように、ソケット２００内には、複数のソケットコンタクト即ちビーム２３０が配置される。これらソケットビーム２３０は、その端２３２がハウジング２１０の下面から延びている。これらの端２３２は、例えば、表面取り付け、メッキスルーホール（ＰＴＨ）技術、プレスフィット、又は他の適当な技術により、プリント回路板（図示せず）又は他の基板に電気的接続される。例えば、表面取り付けが使用される場合には、端２３２は、基板の表面上の導電性パッドに半田付けすることができる。アレーが小型になるにつれて、特に、高速でピン数の多いデバイスでは、引き回しの問題が顕著になる。電気的特性は、しばしば最初に影響を受ける。高密度の用途、特に、０．５から０．８又はそれ以下のピッチを伴う用途では、例えば、米国特許第５，５４３，５８６号及び第５，６５９，９５３号に開示されたように、端２３２は、差込可能な形態を維持するために、プリント回路板のような多層基板内の種々のレベルにおいてパッドに表面取り付けすることができる。
【００１７】
ダイパッケージ１００は、嵌合ソケット２００に嵌合され、パッケージハウジング１１０内の少なくとも１つの半導体ダイと、嵌合ソケット２００が取り付けられたプリント回路板又は基板との間に電気的経路が形成される。従って、少なくとも１つの半導体ダイと基板との間で、電気信号、電力及び接地信号がやり取りされる。
【００１８】
より詳細には、パッケージハウジング１１０の下面は、嵌合ハウジング２１０の上面と一緒にされ、ポスト１２０がソケット２２０に受け入れられる。従って、以下に詳細に述べるように、パッケージピン１３０がソケットコンタクトビーム２３０に係合して、選択的に取り付け可能な電気的接続を形成する。パッケージ１００は、ソケットコンタクトビーム２３０とパッケージピン１３０との間に作用する力によるか、又は他の適当な保持特徴により、嵌合ソケット２００にしっかり保持される。ダイパッケージ１００は、これを嵌合ソケット２００から引き抜くことにより嵌合ソケット２００から選択的に取り外され、これにより、パッケージピン１３０がソケットコンタクトビーム２３０からスライド式に解除される。パッケージ１００には、例えば、６００から３０００本のパッケージピンが設けられ、その配列ピッチは、約０．５ｍｍから１．２７ｍｍの範囲である。それに対応する本数のソケットコンタクトビーム２３０が、それに対応するピッチで設けられる。もちろん、これらは、単なる一例に過ぎず、より多数の（又はより少数の）ピンを、より大きな又はより小さなピッチで設けることもできる。
【００１９】
例えば、パッケージの実施形態は、ピン本数の多いフリップチップデバイスの既存の必要性及び将来の必要性に適合するように設計することができる。１ｍｍ及び０．８ｍｍといった大きなアレーは、０．２５ｍｍ及び０．５ｍｍピッチから、現在のコスト効率の良いプリント回路板（ＰＣＢ）技術に適合するスケールへと信号を扇状に広げるための拡散基板を使用してもよい。多くの場合に、０．５ｍｍデバイスは、パッケージ構造体に直接取り付けることができる。パッケージは、その小さなアレーにおいてほぼチップスケールとなるように設計されてもよい。例えば、約３２ｍｍｘ３２ｍｍのスペースに２５００入力／出力を収容することができる。パッケージ１００及び嵌合ソケット２００は、現実世界で厳格に取り扱うに充分な安定性を与える真のソケット動作に必要な機械的安定性及び剛性を発揮するように設計される。
【００２０】
図３は、パッケージハウジング１１０の実施形態を例示する。図３に示すように、パッケージハウジング１１０は、上部の蓋１１２と、下部のハウジングベース１１４とを備えている。上部の蓋１１２は、例えば、銅のような熱伝導材料で形成される。従って、上部の蓋１１２は、パッケージハウジング１１０から熱を放散することができる。これは、ハウジング１１０内の半導体ダイが更に効率的に動作できるようにする。それとは別に又はそれに加えて、ダイは、適当なカプセル封入剤を使用して下部のハウジングベース内にカプセル化されてもよい。ベース１１４は、電気絶縁材料で形成される。この材料は、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム等の半導体ダイの基礎材料の熱膨張特性を近似するように選択される。ベース１１４として適した１つの材料は、ニュージャージー州のチコナ・オブ・サミット(Ticona of Summit)から購入できるベクトラＥ１３０Ｉ(Vectra E130I)のような液晶ポリマーである。液晶ポリマー材料は、成形操作が極めて正確で、厳密な公差を維持し、しかも、成形プロセスの注入ステップ中に高い流量を与える。上記ベクトラは、その種々の処方において、個々の用途に対して所望の物理的特性を与えるようにドープされ、信頼性及び全体的な頑丈さを向上させる潜在性を有する。もちろん、ハウジングベース１１４は、別の材料又は材料の組合せで形成されてもよい。
【００２１】
図３に示したように、例えば、ハウジングベース１１４は、くぼみ１１４ａ−１１４ｄを備えている。以下で詳細に述べるように、くぼみ１１４ａ−１１４ｄの１つ以上に電力コンタクト１６６及び／又は接地コンタクト１７６が設けられる。もちろん、電力及び／又は接地の電気的経路は、他の方法で設けられてもよい。
【００２２】
図４は、ハウジングベース１１４の実施形態を例示する上面図である。図４に示されたように、ハウジングベース１１４は、床１１６及び壁１１７を備え、これらは、１つ以上の半導体ダイが保持される空洞１１８を画成する。又、空洞１１８は、１つ以上の半導体ダイが取り付けられた多層セラミック又はポリマー基板のような基板を保持することもできる。このような基板は、例えば、ダイの信号のピッチを、ダイキャリアが取り付けられるプリント回路板又は他の基板に適合するピッチに変換するためのアダプタとして働く拡散基板である。半田ボール１５０が床１１６の上面から延びる。半田ボール１５０は、パッケージピン１３０の端１３２に形成される。もちろん、半田ボール１５０は、ここでは、一例として説明するが、半田ボール１５０は、その全体又は一部分を他の電気的接続素子、例えば、パッド又はバンプ、導電性ペースト又は他の導電性材料、又は材料の組み合せ、或いは単にパッケージピン１３０の端１３２それ自体と置き換えられてもよい。半田ボール１５０は、例えば、図４に示すようなアレーで設けられる。半田ボール１５０は、少なくとも１つの半導体ダイ、又は１つ以上の半導体ダイが取り付けられた基板への電気的接触を形成するように使用される。基板が設けられる場合には、基板は、半田ボール１５０から、基板の上面の踊り場への電気的経路を形成する。半導体ダイ（１つ又は複数）は、踊り場に直結されてもよいし、或いは他の電気的材料、例えば、ボンディングワイヤ、テープ自動化ボンド、ジャンパー又は他の適当な電気的カップリングを経て接続されてもよい。半田ボールは、ウェハをダイシングする前又は後に半導体ダイに直接当てられて、次いで、ダイキャリアに取り付けられる。
【００２３】
ここに示す実施形態では、１組の半田ボール１５０が電力用に使用され、別の１組の半田ボール１５０が接地用に使用される。残りの半田ボールは、信号送信及び／又は他の目的で使用できる。ここに示す実施形態では、半田ボール１５０の外側リング１５０−１又はリング部分が電力用に使用される。この外側リングのすぐ内側にある半田ボールの別のリング１５０−２は、接地用に使用される。半田ボール１５０の残りは、信号経路又は他の目的で使用される。図４に示す例では、９２個の半田ボールが電力用に使用され、１０４個の半田ボールが接地用に使用され、６２４個の半田ボールが信号又は他の目的に使用できる。
【００２４】
図５は、床１１６内の電力平面１６０及び接地平面１７０を示すためにベース１１４を通して見たハウジング１１０の実施形態の断面図である。図５は、ハウジングベース１１４の床１１６を経て延びるパッケージピン１３０の端１３２を示す。パッケージピン１３０を対で使用して、電力及び接地接続を与える点に留意すべきである。上述したように、半田ボール１５０は、ピン１３０の端１３２に形成される。図５に示された電力平面１６０及び接地平面１７０の特定の構成は、単なる例示に過ぎない。電力平面１６０及び接地平面１７０は、平らなトレース、巻線、フレーム、又は別の適当な形状として形成されてもよい。
【００２５】
図５に示された電力平面１６０は、４つのトレースセグメント１６１、１６２、１６３及び１６４で設けられる。これらのセグメント１６１、１６２、１６３及び１６４は、床１１６の周囲に沿って、くぼみ１１４ａと１１４ｂとの間、くぼみ１１４ｂと１１４ｃとの間、くぼみ１１４ｃと１１４ｄとの間、及びくぼみ１１４ｄと１１４ａとの間に各々延びる。図示されたように、セグメント１６１−１６４は、ほぼＬ字型である。しかしながら、電力平面１６０のこれらセグメントは、他の形状、例えば、Ｃ字型又は別の適当な形状で設けられてもよいし、或いは互いに上又は下に配置されてもよい。例えば、ダイパッケージが、多数の電源電圧で動作する多数のダイを収容する場合には、これらセグメント１６１−１６４に異なる電源電圧が供給されてもよい。電力平面１６０は、単一のセグメントから５つ以上のセグメントまでの多数のセグメントで設けられてもよい。
【００２６】
接地平面１７０は、行１７１に配列されたトレースセグメントと、列１７２に配列されたトレースセグメントとによって形成されて、チェッカー盤模様を形成する。行１７１及び列１７２は、パッケージピン１３０の端１３２間を通る。行１７１及び列１７２は、１つ以上のピン１３０のグループ間を通るような間隔にされる。図５に示されたように、例えば、行１７１及び列１７２は、ピン１３０を４つのグループに分割する。図５は、更に、互いに結合された行１７１及び列１７２の各々を示している。しかしながら、これは必要とされない。行１７１及び列１７２は、例えば、ある信号経路を他の信号経路から分離するように、多数の接地セグメントを形成してもよい。例えば、図５に示されたチェッカー盤模様は、２つの隣接する列線１７２間で各行線１７１をカットすることにより２つのセグメントに容易に変換でき、隣接する行線１７１間で各列線１７２を更にカットすることにより４つの１／４セグメントに容易に変換でき、等々である。
【００２７】
くぼみ１１４ａ−１１４ｄには、電力コンタクト１６６及び接地コンタクト１７６が設けられる。電力及び接地平面１６０、１７０と嵌合ソケット２００との間の電気的接続は、電力及び接地コンタクト１６６、１７６において設けられる。図５に示す実施形態は、くぼみ１１４ａ−１１４ｄ当たり２つの電力コンタクト１６６及び２つの接地コンタクト１７６を備えている。しかしながら、これは、単なる例示に過ぎない。多数（１又は３或いはそれ以上）の電力及び接地コンタクトが設けられてもよい。図５の実施形態は、４つのくぼみ１１４ａ−１１４ｄを示しているが、１つ、２つ（ハウジング１１０の隣接する側又は対向する側に）又はそれ以上のくぼみ１１４を（例えば、ハウジング１１０の１つ以上の側に多数のくぼみを）設けてもよい。更に、電力及び接地コンタクト１６６、１７６は、くぼみ１１４に全く設けなくてもよい。電力及び接地コンタクトは、例えば、ハウジングベース１１４の外側に、或いはハウジングベース１１４の下面を通して設けてもよい（例えば、パッケージピン１３０等を使用して）。
【００２８】
図６は、ベース１１４の一部分の破断図であり、コンタクト１６６及び１７６を形成する一実施形態を例示している。図７は、図６に示す実施形態の全体を示している。図６に最も良く示されたように、電力平面セグメント１６２は、電力コンタクト１６６を設けるために、くぼみ１１４ｂ（図示せず）においてベース１１４に沿って延びる。同様に、電力平面セグメント１６１も、電力コンタクト１６６を形成する。接地平面１７０は、図６に示す延長部のような１つ以上の延長部であって、くぼみ１１４ｂにおいて外側側壁１１７に沿って横方向に延びて１つ以上の接地コンタクト１７６を形成するような延長部を含む。
【００２９】
電力及び接地コンタクト１６６、１７６は、嵌合ソケット２００の電力及び接地嵌合ピン２４０に接触して、電気的接続を形成する。電力及び接地嵌合ピン２４０は、弾力で撓むコンタクトビーム２４４を有し、これらのコンタクトビームは、電力及び接地コンタクト１６６、１７６に接触したときに外方に撓み、良好な電気的接触のための直角の力を維持する。
【００３０】
図６は、半田ボール１５０が置かれる床１１６の穴１１６ａも示している。この穴１１６ａは、ハウジングベース１１４を完全に貫通して延びて、パッケージピン１３０を収容してもよい。電力平面１６０及び接地平面１７０に対する穴１１６ａは、必ずしもハウジングベース１１４を貫通して延びず、電力及び接地平面１６０、１７０で終了する。図４に示されたように、各穴１１６ａは、半田ボール１５０が電力及び接地平面１６０、１７０に接触して電気的接続を形成できるようにする。
【００３１】
図７は、ダイパッケージ１００の実施形態の分解図で、電気的接触を示すためのものである。半導体ダイ３００及び基板３１０は、ハウジングベース１１４の空洞１１８に受け入れられる。半導体ダイ３１０は、基板３１０に取り付けられる。基板３１０は、多層セラミック又はポリマー基板であり、半田ボール１５０と半導体ダイ３００との間に電気的接続を与える。このような基板３１０は、例えば、ダイの信号のピッチを、ダイキャリアが取り付けられるプリント回路板又は他の基板に適合するピッチに変換するためのアダプタとして働く拡散基板である。基板３１０は、ベース１１４の床１１６に露出された半田ボール１５０に接触する。半田ボール１５０のあるものは、パッケージピン１３０に接触し、他のものは、電力及び接地平面１６０、１７０に接触する。蓋１１２は、ベース１１４を密閉し、ダイ３００を保持する。ダイパッケージ１００は、嵌合ソケット２００に結合され、パッケージピン１３０がソケットコンタクトビーム２３０に係合すると共に、電力及び接地コンタクト１６６、１７６が電力及び接地嵌合ピン２４０に係合する。ソケットコンタクトビーム２３０（図示せず）の端２３２及びその嵌合ピン２４０（図示せず）の端２４２は、プリント回路板のような基板に結合される。
【００３２】
パッケージの電気的性能は、ＧＨｚ帯域巾信号伝送及びサブナノ秒スイッチングのための一要素であるから、信号スペクトルの上位端において反射及びそれに付随するノイズ相互作用を抑制するためには、パッケージを通して相互接続インピーダンス制御を行うことが重要となる。高密度パッケージのような三次元的な構造体において良好なインピーダンス制御を維持することは、パッケージを通して電力及び接地の分布をいかに行うか入念に考慮する必要のある挑戦的な企画である。換言すれば、スイッチング中のインダクタンスを減少するための電力及び接地の分布を設計するのに加えて、パッケージ内の全ての信号トレースに対して有効な電流戻り路を設けることに注意を払わねばならない。この目的は、高速パッケージに電力／接地平面を導入することに貢献した。
【００３３】
図８−図１０は、パッケージハウジングにおいてチップ側に使用される別の電力及び接地メッシュ組み合せの一例を示す。図５−図７の場合と同様に、電力／接地平面は、電力の分布及び信号の終端を助けるためにダイ又はダイ／基板組み合せの真下に配置される。図８−図１０に示すように、接地平面１７０は、パッケージ１００の床１１６内の第１レベルに設けられ、電力平面１６０は、床１１６内の第２レベルに設けられる。例えば、電力／接地平面は、パッケージ１００の床にインサートモールドされてもよいし、床又は床の一部分が成形された後に接着剤で取り付けられてもよい。後者のケースでは、電力及び接地平面１６０、１７０を結合して、個別ユニットとしてもよい。図８−図１０に示すように、接地平面１７０は、電力平面１６０と、ダイ３００の意図された位置との間に設けられる。もちろん、別の形態では、電力平面１６０と接地平面１７０の位置を逆転してもよい。電力及び接地平面１６０、１７０の一方又は両方に被覆を付着して、それらを互いに且つ他のコンポーネントから電気的に絶縁してもよい。被覆（１つ又は複数）は、例えば、パッケージのインダクタンスを下げるために非常に薄くすることができる。接地平面１７０は、行１７１及び列１７２を相互接続するグリッド設計を有してもよい。上述したように、例えば、複数の半田ボール１５０を使用して、接地平面１７０を半導体ダイ３００又は基板３１０に結合することができる。
【００３４】
又、電力平面１６０も、行１６５及び列１６７を交差させるグリッド設計を有してもよい。電力平面１６０は、電気的性能を改善すると共に、半田ボールへの電気的接続を簡単化するために、接地平面１７０より大きい全長及び／又は巾を有するように設計される。もちろん、他の構成も考えられる。図８−図１０に示された実施形態では、電力平面１６０は、中央平面１６８で交差する中央行１６５及び中央列１６７を含む。もちろん、必要であれば、付加的な行１６５及び列１６７を設けてもよい。
【００３５】
電力平面１６０は、ベース１１４の穴１１６ａ（図示せず）を通して延びるプラグ又は延長部１６９により半田ボール１５０に結合される。図８−図１０に示す例では、延長部１６９は、電力平面１６０の周囲に離間されて設けられる。この構成は、ピン１３０及び／又は信号ピン延長部１３１に対して、信号ピンを半田ボール１５０、ダイ、又は基板に接続するのに使用できる付加的なスペースを与える。信号ピンプラグ又は延長部１３１は、２つの部分、即ち垂直延長部１３１ａ及び水平延長部１３１ｂにより形成される。垂直延長部１３１ａは、ダイ３００に向う垂直経路を形成する。水平延長部１３１ｂは、ダイ３００とパッケージピン１３０との間で信号経路を扇状に広げるのに使用される。又、半田ボールへの接続を許すために中央平面１６８にも延長部１６９が設けられる。図８及び図１０は、中央平面１６８から半田ボール１５０への電気的接続を与える４つの延長部１６９を示している。もちろん、電力平面１６０と半田ボール１５０との間に付加的な延長部１６９を設けてもよい。或いは又、延長部１６９は、ダイ３００又はダイが取り付けられる基板３１０への電気的接触を与えてもよい。
【００３６】
明瞭化のために、図８−図１０に示された平面１６０、１７０における金属化密度は、実際の金属化密度を反映していないことを指摘しておく。例えば、６２４本の信号ピンをもつ０．８ｍｍピッチのパッケージ設計の場合には、接地メッシュ１７０における「セル」の数は、１５６であり、電力メッシュ１６０における対応電力セルの数は、３６である。このメッシュ構造において、ダイとのエリアアレー接触は、チップにより電力及び接地の両方について容易にされる。更に、パッケージにより導入される電力及び接地インダクタンスの「有効」値が低く保たれるような構成とされる。スイッチング中に電力インダクタンスの「有効」値を定量化することが困難であっても、その値に影響するファクタを定性的に考慮することにより、その量をおおよそ計算することは可能である。０．８ｍｍピッチの例では、接地メッシュの自己部分インダクタンスの計算値は、０．３２ｎＨである。更に、電力メッシュと接地メッシュとの間の分離が０．３ｍｍの場合にそれらの間の相互部分インダクタンスは、０．２ｎＨであることが分かった。従って、スイッチング中に接地メッシュにより導入される接地インダクタンスの有効値は、この例では、０．１２ｎＨである。
【００３７】
電力メッシュ１６０により導入される最悪ケースの有効インダクタンスを推定するために同様の計算を実行することができる。上述した例を仮定すると共に、電力メッシュの金属化が接地メッシュの場合と同じであると仮定すると、電力メッシュにより導入される最悪ケースの有効インダクタンスは、０．２３ｎＨであることが分かった。この値は、電力メッシュに使用されるメッシュ金属化が粗いので、接地メッシュの場合より高い。注目すべきことに、この値は、金属化の巾及び厚みを増加することにより更に減少することができる。いずれにせよ、それらは、特定の例に対する最悪ケースの値であり、電力−接地メッシュ構成は、クラスターにおけるピンのあるものを特別な電力及び接地ピンとして指定することにより電力及び接地インダクタンスの「有効値」を制御できるように設計されることをもう一度強調しておく。
【００３８】
同様に、ダイの真下でパッケージハウジングに接地平面が存在すると、ダイから扇状に広がることが必要な信号トレースに対してインピーダンスを制御することができる。メッシュ構造は、電気的な必要性に基づいて１つ以上の場所に追加することができる。例えば、０．８ｍｍピッチのパッケージ設計の場合に、信号トレースの巾と、接地メッシュからの分離とを選択することで、５０から７０Ωの範囲の信号トレースインピーダンス値を容易に達成することができる。電力メッシュ平面と接地メッシュ平面との間及び電力メッシュ平面の下に引き回される信号トレースについても同じことが言える。使用される信号層の枚数は、入力／出力ピン数及び密度と、クロストークの制約とに基づく。
【００３９】
図１１は、嵌合ソケット２００の実施形態を例示する。図示されたように、この嵌合ソケット２００は、ダイパケット１００を受け入れるサイズの空洞２１８を画成する床２１６及び側壁２１７を有するハウジング２１０を備えている。床２１６は、複数のソケット２２０を含む。これらソケット２２０は、ダイパッケージ１００のポスト１２０を受け入れるサイズ及び配置にされる。ソケット２２０は、アレーパターンで配列される。ソケット２２０内にはソケットコンタクトビーム２３０が配置される。図１１に示す例では、各ソケット２２０に対して４つのソケットコンタクトビーム２３０が設けられる。しかしながら、ソケット当たり、いかなる数のソケットコンタクトビーム２３０が設けられてもよく、例えば、２つ、３つ又は５つ、或いはそれ以上のコンタクトビームが設けられてもよい。ソケットコンタクトビーム２３０は、ハウジング２１０を貫通して延び、ハウジング２１０に保持される。例えば、ハウジング２１０は、それを貫通して形成された穴を含み、そこにソケットコンタクトビーム２３０が挿入されて、摩擦、接着剤、及び／又は機械的手段、例えば、つめ、楔、又は舌状部−溝構成体により保持される。電力及び接地嵌合ピン２４０も同様にハウジング２１０に保持される。図１１の実施形態は、カムレバー２５２を含むカム機構２５０を備えている。このカム機構２５０は、以下に詳細に述べるように、ダイパッケージ１００を嵌合ソケット２００に差し込むのに必要な挿入力を減少するために使用される。
【００４０】
図１２は、嵌合ソケット２００の下面と、それが取り付けられる基板、この場合には、プリント回路板４００の一部分とを示す。ソケットコンタクトビーム２３０の端２３２と、嵌合ピン２４０の端２４２は、ハウジング２１０の下面から延びる。端２３２、２４２は、回路板４００に形成されたパッド４１０に接触して、電気的接続を形成する。より詳細には、端２３２、２４２は、パッド４１０に半田付けされて、嵌合ソケット２００を回路板４００に保持すると同時に、電気的接続を形成する。図示されたように、パッド４１０は、端２３２、２４２と同じパターンに配列される。トレース（図示せず）がコンタクトパッド４１０へと延びて、コンタクトパッドと電気信号をやり取りする。或いは又、パッド４１０を、メッキされたスルーホールに置き換え、それを経て端２３２、２４２が延びるようにしてもよい。このようなスルーホールに端２３２、２４２を電気的に接続し保持するのに半田が使用される。もちろん、ここでの説明は、例示に過ぎず、他の技術を使用して、嵌合ソケット２００を基板に接続してもよい。
【００４１】
図１３及び図１４は、嵌合ソケット２００の下面の２つの別々の構成を示す。簡単化のために、図１３及び図１４は、ソケットコンタクトビーム２３０の端２３２しか示さない。図１３及び図１４の各々は、接地メッシュ２６０を組み込む設計を示す。特に、図１３は、信号ビーム２３０に対して接地を与える分離ゲート構造をもつ嵌合ソケット２００の下面を示す。明瞭化のために、少数のビーム２３２しか示されていない。より詳細には、接地メッシュ２６０は、導電性の行２６１及び列２６２を含み、これらは、交差して、ビーム２３０の端２３２をグループ即ちセルに分割する。図１３は、ビーム２３０の端２３２を４のセルに分割する接地メッシュ２６０を示しているが、メッシュ２６０は、端を、１、２又は３、或いは５以上のグループに分割するように設計されてもよい。行及び列２６１及び２６２は、嵌合ソケット２００が取り付けられた基板、例えば、プリント回路板との電気的接触を形成するためのバンプ２６５を含む。これらバンプ２６５は、接地メッシュ２６０の表面上で周期的に離間される。もちろん、バンプ２６５は、省略されてもよいし、他の接触構造と置き換えられてもよい。
【００４２】
図１４に示された別の接地構造は、製造コストを若干低くすると共に、ソケット２００の下の空気流を改善することのできる分離行２６１を特徴とする。図１４に示すように、行２６１は、ビーム２３０の端２３２の１つおきの行間に設けられる。上述したように、行２１６は、端２３２の各行間に設けられてもよいし、又はより多数の行間に設けられてもよい。図１３及び図１４において、メッシュ２６０は、規則的な間隔にされているが、もちろん、必要があれば、不規則なメッシュ間隔も使用できる。
【００４３】
上述したように、電力メッシュ及び周囲の接地ピンの使用に加えて、クラスター又はグループのビーム２３０は、ダイ３００の異なる位置へ更に直接的に電力を分布するように使用することもできる。接地構造体２６０の存在は、スイッチング中にビーム２３０が与える有効電力インダクタンスの減少を容易にする。このインダクタンス値の尺度として、１つのクラスターにおける４本のビーム２３０が電力ピンとして使用されるケースを考える。０．８ｍｍピッチの設計であって、スタック高さが７．６ｍｍで、図１４に詳細に示したソケット接地構造では、スイッチング中の「有効」電力インダクタンスが０．２３ｎＨであると計算される。この値は、より多くのビームを電力素子として指定することで更に減少することができる。
【００４４】
図１５は、本発明に関連して使用されるポスト１２０及びパッケージピン１３０の一例を示す。ポスト１２０は、ハウジングベース１１４の下面から延びる。１つの好ましい実施形態では、ポスト１２０は、成形プロセスを使用してハウジング１１４と同時に形成される。ポスト１２０は、ポスト１２０の周囲に離間された軸方向に延びる溝１２２を含む。これらの溝１２２は、パッケージピン１３０の少なくとも一部分を受け入れるためのアダプタである。ポスト１２０は、溝１２２のための切欠部を伴うほぼ円形の断面を有する。しかしながら、溝１２２があったりなかったりするが、方形、長方形、五角形、六角形等の他の断面形状も考えられる。ポスト１２０は、更に、角度の付いた尖端１２４も含む。この尖端１２４は、ポスト１２０を嵌合ソケット２００のソケット２２０に挿入する上で助けとなる。尖端１２４は、例えば、僅かな整列ずれがあった場合にソケットコンタクトビーム２３０を適切に広げる上で助けとなる。
【００４５】
パッケージピン１３０は、端部１３２（図１５には示されず）、ハウジング内に延びる安定器部分１３３、及びハウジング１１０の外部へ延びるコンタクト部分１３４を含む。安定器部分１３３は、ピン１３０をハウジング内に安定に保持するように機能し、コンタクト部分１３４より厚くされる。コンタクト部分１３４は、ソケットコンタクトビーム２３０との電気的接続を形成する。コンタクト部分１３４は、溝１２２内を延びる。コンタクト部分１３４は、丸み付けされた尖端１３６を含む。この丸み付けされた尖端１３６は、嵌合中にソケットピン１３０を外方に撓める上で助けとなる。図１０の例では、ポスト１２０当たり４本のパッケージピン１３０が設けられている。しかしながら、ポスト１２０当たり２、３又は５以上といった別の本数のピン１３０が使用されてもよい。
【００４６】
図１６は、ポスト１２０を通るダイパッケージ１００の断面図である。ポスト１２０は、ハウジングベース１１４の下面から延びる。パッケージピン１３０は、ハウジングベース１１４を通してポスト１２０に沿って延び、そのコンタクト部分１３４がパッケージハウジング１１０の外部に露出される。各パッケージピン１３０の安定器部分１３３は、例えば、摩擦、接着剤、つめ、及び／又は他の適当な手段により、ハウジングベース１１４内に保持される。安定器部分１３３は、追加安定性を与えるためにコンタクト部分１３４より厚くなっている。パッケージピン１３０の端１３２は、半田ボール１５０に接触し、該半田ボールは、床１１６の穴１１６ａを経て基板３１０に接触する。又、穴１１６ａは、半田ボール１５０が、電力平面１６０と基板３１０との間、及び接地平面１７０と基板３１０との間の接触を形成できるようにする。図１６に示すように、接地平面１７０の行１７１及び列１７２は、パッケージピン１３０間に延びる。基板３１０は、多数のレベルを有すると共に、半田ボール１５０に接触する下面と、ダイ３００に隣接する上面との間に電気的接続を形成する経路を有する。基板３１０は、ダイ３００と直接電気的接触してもよい。それとは別に又はそれに加えて、基板３１０は、ワイヤボンド、テープ自動化ボンディング、ジャンパー等の導電性材料を経てダイ３００へ電気的に接続するボンディングパッドを有してもよい。熱的な蓋１１２は、ハウジングベース１１４を覆って、ダイ３００を保持及び保護する。
【００４７】
上述したように、ベース１１４は、液晶ポリマーのようなポリマーから成形することにより形成される。穴１１６ａは、成形プロセス中に形成されるか、又は成形後に材料を除去することにより形成される。導電性の電力及び接地平面１６０、１７０は、リードフレームのようなフレームであり、これは、ベース１１４が形成されるときにベース１１４に成形されるか、又はベースが成形された後にベース１１４の表面に付着されてもよい。このようなケースでは、穴１１６ａを有する付加的な床断片１１６が電力及び接地平面１６０、１７０の上に形成される。パッケージピン１３０は、例えば、ワイヤストックからカットされ、図示された形状に加工される。パッケージピン１３０は、空洞１１８の方向から穴１１６ａに挿入される。２部片のベース及び床が使用される場合には、ピン１３０は、床１１６を取り付ける前に挿入される。このようなケースでは、ピン１３０の端１３２が穴１１６ａに整列するのが重要である。半田ボール１５０は、穴１１６ａの上に置かれて、ピン１３０の端１３２、電力平面１６０及び接地平面１７０に接触する。次いで、基板３１０（もし使用されれば）及びダイ３００（１つ又は複数）が半田ボール１５０上に置かれる。半田ボール１５０が溶融されて、電気的及び機械的取り付け部を形成すると共に、空洞１１８内の他の電気的接続部が作られる（例えば、ワイヤボンディング等）。次いで、蓋１１２がベース１１４に密封されて、パッケージ１００が完成される。
【００４８】
図１６に示すように、パッケージピン１３０のコンタクト部分１３４の長さを変えることができる。例えば、ピン１３０−１のコンタクト部分１３４の長さは、ピン１３０−２のコンタクト部分１３４の長さより長い。その結果、ピン１３０−１及び１３０−２のコンタクト部分１３４は、嵌合中異なる時間に嵌合ソケットの対応するコンタクトビーム２３４に係合する。このようにして、パッケージ１００を嵌合ソケット２００に結合するに要する挿入力を減少することができる。
【００４９】
図１７及び図１８は、パッケージピン１３０及びソケットコンタクトビーム２３０の単一クラスターに対するダイ３００（又は基板３１０）とプリント回路板のような基板４００との間の電気的接続経路を例示する分解図である。パッケージ１００及びソケット２００を通る信号経路は、図１７及び図１８に示す４ピンクラスターを経て実現される。ダイ３００は、半田ボール１５０に結合され、これら半田ボールは、パッケージピン１３０の端１３２と電気的接触される。上述したように、延長部即ちプラグ１３１は、ピン１３０の端１３２を半田ボール１５０に結合するか、或いはダイ３００又は基板３１０に直結するために設けられている。パッケージピン１３０のコンタクト部分１３４は、ポスト１２０に沿って延び、ポスト１２０の周囲に離間される。ポスト１２０及びパッケージピン１３０は、ソケット２２０（理解を容易にするために図示せず）に受け入れられ、ソケットコンタクトビーム２３０に係合される。
【００５０】
ソケットコンタクトビーム２３０は、ハウジング２１０から延びる弾力性柔軟性コンタクトビーム２３４を含む。これらコンタクトビーム２３４の各々は、直立部分２３５と、第１のアングル部分２３６と、第２のアングル部分２３７とを備えている。第１のアングル部分２３６は、ポスト１２０を受け入れるためのスペースに向って内方に角度が付けられている。第２のアングル部分２３７は、ポスト１２０を受け入れるためのスペースから離れるように外方に角度が付けられている。従って、ポスト１２０が受け入れられるときには、第２のアングル部分２３７は、ポスト１２０から離れて外方にコンタクトビーム２３４を広げる上で助けとなる。第１のアングル部分２３６は、良好な電気的接続のためにパッケージピン１３０のコンタクト部分１３４に対し直角の力を与える上で助けとなる。ソケットコンタクトビーム２３０は、更に、安定器部分２３３も備え、これは、例えば、摩擦、接着剤、つめ、舌状部−溝、楔、及び／又は他の手段によりハウジング２１０内に保持される。この安定器部分２３３は、ピン２３０の安定性を維持するために、端２３２及びビーム２３４より厚くなっている。ソケットコンタクトビーム２３０の端２３２は、ハウジング２１０の下面から延び、例えば、基板４００のボンディングパッド４１０に表面取り付けされる。従って、この例では、ダイ３００から、半田ボール１５０へ、パッケージピン１３０へ、ソケットコンタクトビームへ、更に、基板４００へと至る電気的経路が形成される。
【００５１】
ソケットハウジング２１０は、例えば、成形によって形成される。パッケージハウジングと同様に、ソケットハウジング２１０は、ポリマー材料から成形され、更に、その成形の後、ソケットコンタクトビーム２３０が挿入される。或いは又、コンタクトビーム２３０の周りにソケットハウジング２１０が成形されてもよい。更に、ソケットハウジング２１０に接地又はシールド構造体が追加されてもよい。例えば、ソケットハウジング２１０に接地又はシールド構造体が成形される。
【００５２】
図１９及び図２０は、ソケット２２０へのポスト１２０の挿入がカム２５０により助成される実施形態を示す。上述したように、コンタクトビームは、種々の条件のもとで且つ多数の製品用途において確実な接触を維持するに充分な直角の力をもつように設計される。通常、コンタクトビームの実質的な直角な力と共に、挿入力が対応的に増加する。コンタクトビームごとには異論がないが、ピン数の多い構成では、挿入力が問題となる。高い信頼性と、ピン数の多い形態との両方を与えるために、ゼロ挿入力（ＺＩＦ）又は低挿入力（ＬＩＦ）の選択肢がサポートされる。図１９及び図２０において、ビーム２３０は、「カム作用」でオープンし、ゼロ挿入力又は非常に低い挿入力を与える。
【００５３】
図１９に示すように、カム２５０は、ソケットコンタクトビーム２３０のクラスター間に配置される。カム２５０は、ソケットコンタクトビーム２３０に沿って少なくとも２つの位置間を移動する。図１９に示す第１位置では、カム２５０は、ソケットコンタクトビーム２３０のビーム２３４の表面に形成された張出部２３８に係合する。この張出部２３８は、例えば、楔形である。カム２５０は、ソケットピンクラスターのビーム２３４に沿って移動するときに、張出部２３８に係合してそれに沿ってスライドし、ビームを外方に撓ませる。更に、ビーム２３４の表面に対するカム２５０のスライド相互作用により、著しい拭い作用が生じて、良好な電気的接触を更に確保する。図２０に示す第２位置では、カム２５０は、ハウジング２１０付近に配置され、張出部２３８に係合しない。従って、カム２５０は、ビーム２３８を外方に撓ませない。むしろ、ビーム２３４は、ほぼ撓みのない位置へ弾力で復帰する。
【００５４】
カム機構２５０は、パッケージ１００を嵌合ソケット２００に嵌合するために必要な挿入力を減少するのに使用される。例えば、カム２５０は、図１９に示すように、第１位置に入れられて、パッケージピン１３０に嵌合する前にソケットコンタクトビーム２３０を広げる。パッケージピン１３０がソケットコンタクトビーム２３０のクラスター内の位置に入れられると、カム２５０は、第２位置へ移動され、それにより、ソケットコンタクトビーム２３０がパッケージピン１３０に対してつぶれ、電気的接続を形成することができる。この実施形態では、ポスト１２０がカム２５０に接触する必要がないことに注意されたい。カム２５０は、例えば、図１１及び図１２に示されたカムレバー２５２に人間又は機械により外部から加えられた圧力を使用して移動されてもよい。
【００５５】
本発明による半導体ダイパッケージは、今日の半導体にとって有用な信号の完全性を与えるために、電気的、機械的及び熱的設計事項を考慮している。次世代の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びハイエンドプロセッサは、入力／出力周波数をマイクロ波周波数帯域に向けて押しつつあるので、パッケージ設計では電気的性能事項が重要となっている。著しいノイズ発生や信号の質低下を伴うことなくこのような帯域巾をサポートするために、パッケージを通しての信号伝送及び電力分布は、密度は２桁以上大きいが、マイクロ波信号伝送に使用されるものと類似している。特に、本発明のパッケージ設計は、配電ネットワークにおける寄生的インダクタンスを排除すると共に、パッケージを通してのインピーダンス制御を容易に満足に行うことができる。
【００５６】
コストに関しては、ここに述べるパッケージ設計は、高密度構造で且つＩ／Ｏ当たり高い材料利用率であるために、優れた材料効率を示す。パッケージ製品ファミリーの種々のコンポーネントを組み立てる処理コストは、組み立てプロセスが単純で且つクラスター構造に冗長性があるために、低廉である。この設計は、全自動組み立てを可能にする。更に、この設計の指し込み式態様は、好都合にも、最終組み立て段階中に最も高価なコンポーネントを集合させて、プロセスにおける作業を減少すると共に、在庫コストを低減できるようにする。
【００５７】
ここに述べる電力及び接地平面は、アッセンブリのいかなる位置に設けられてもよい。例えば、図５−図１０に示して説明した電力及び接地構成は、電気的性能を改善するために、フリップチップキャリア、ボールグリッドアレー等の他の半導体ダイキャリアに使用されてもよく、又は嵌合ソケットに一体化されてもよく、或いはプリント回路板又は他の基板（例えば、セラミックラミネート、有機ラミネート、又はシリコン基板）に使用されてもよい。電力及び接地平面は、例えば、基板の上に設けられてもよいし、基板の一部分として設けられてもよいし、基板の下に設けられてもよいし、ダイキャリアの一部分として設けられてもよいし、嵌合ソケットの一部分として設けられてもよいし、或いはそれらの組み合せであってもよい。上述したように、電力及び／又は接地プレート１６０、１７０は、それらを電気的に絶縁する被覆を有してもよい。この被覆は、インダクタンスを減少するために非常に薄い。例えば、電力及び接地平面は、型に入れられ、ダイキャリア１００又は嵌合ソケット２００の一部分となるようにカプセル化される。更に、接地及び電力平面の厚みは、付加的な層を積み重ねることで変更できる。例えば、積層された接地／電力／接地構造体、又は積層された電力／接地／電力構造体が設けられる。一般に、これらの電力及び接地平面は、信号ピンに対して垂直に延びるが、これは、必要とされない。
【００５８】
図２１及び図２２は、本発明による嵌合コネクタ２００の実施形態を例示する。図２１及び図２２の嵌合コネクタ２００は、例えば、図１及び図２に示して上述した実施形態の多数の特徴及び特性を包含する。一般に、嵌合コネクタ２００は、ハウジング２１０を備え、該ハウジングは、複数のソケット２２０と、これらソケット２３０に配置された複数の導電性ソケットビーム２３０とを有している。更に、ハウジング２１０は、ソケット２２０が貫通して設けられる床部分２１６と、壁２１７とを含む。ソケットビーム２３０の端２３２（図２１には示さず）は、ハウジング２１０の下面から延びて、プリント回路板のような基板への電気的接続を与える。図２１及び図２２に示すように、ソケット２２０は、例えば、方形の形状を有するが、他の形状、例えば、円形、楕円形又は多角形でもよい。嵌合コネクタ２００は、更に、電力及び接地嵌合ピン２４０を備え、その弾力で撓むコンタクトビーム２４４は、ダイキャリアと嵌合ソケット２００とが嵌合される間に電力及び接地嵌合コンタクト１６６に接触したときに外方に撓む。電力及び接地嵌合ピン２４０は、ハウジング２１０に形成された個々の通路２１２に設けられる。この通路２１２は、少なくとも一部分が壁２１７に設けられる。図２１に示すように、電力及び接地嵌合ピン２４０は、ハウジング２００の互いの逆の側に設けられる。もちろん、電力及び接地嵌合ピン２４０は、隣接する側に設けられてもよいし、片側だけに設けられてもよいし、３つの側又は４つの側に設けられてもよいし、或いはどこにでも設けられてもよい。
【００５９】
図２２に詳細に示すように、床２１６は、第１の絶縁層２１６−１、接地メッシュ２７０、及び第２の絶縁層２１６−２を備えている。床２１６は、ソケット２２０を少なくとも部分的に画成する穴２１６ａを備え、これにはダイのポスト１２０及びパッケージピン１３０が挿入される。上述したように、接地メッシュ２７０は、例えば、穴２１６ａを画成する表面において接地メッシュ２７０を絶縁する薄い被覆を有する。もちろん、第１及び第２絶縁層２１６−１及び２１６−２間の構造は、上述したように、電力平面であるか、隣接する電力及び接地平面の組み合せであるか、或いは１つ以上の電力及び接地平面を積層したものである。ハウジング２１０は、床２１６が取り付けられるベース２１４を備えている。ベース２１４と床２１６との間には空洞２１８が画成される。ソケットビーム２３０の少なくとも柔軟なコンタクトビーム２３４が空洞２１８に設けられ又は空洞２１８を経て延びる。従って、少なくともダイパッケージ１００と嵌合ソケット２００との嵌合中に、パッケージピン１３０及び／又はソケットビーム２３０は、接地メッシュ２７０を貫通する。ソケットビームの安定器部分２３３は、例えば、摩擦、接着剤、及び／又は上述した機械的手段により、ベース２１４に保持される。図２１及び図２２の嵌合ソケット２００は、更に、他の図を参照して上述した他の特徴も含むが、簡略化のために、ここでは繰り返し述べない。
【００６０】
図２１及び図２２の嵌合ソケット２００は、製造が容易である。例えば、ベース２１４は、例えばＶＥＣＴＲＡ（登録商標）のような液晶ポリマー材料から成形される。ビーム２３０及び２４０は、成形されたベース２１４に挿入されるか、又はベース２１４に成形される。床２１６は、個別に形成されて、ベース２１４に取り付けられる。
【００６１】
図２３及び図２４は、本発明によるダイパッケージ１００の更に別の実施形態を例示する。図２３及び図２４に示すように、ダイパッケージ１００は、例えば、図１及び図２に示したものと一般に同様であり、多数の同じ構造及び特徴を含む。上述したように、ダイパッケージ１００は、ハウジング１１０と、ハウジング１１０の下面から延びるポスト１２０と、例えば、図２４に示すようにポスト１２０に沿って延びるパッケージピン１３０とを備えている。
【００６２】
ハウジング１１０は、床１１６及び壁１１７を有するベース１１４を備えている。床１１６及び壁１１７は、１つ以上の半導体ダイが収容される空洞を画成する。ダイ（１つ又は複数）は、上述したように、蓋（図示せず）及び／又はカプセル封入剤と共にベース１１４内に包囲される。
【００６３】
ベース１１４の周囲には、電力コンタクト１６６及び／又は接地コンタクト１７６が設けられる。図２３に示すように、電力コンタクト１６６及び／又は接地コンタクト１７６は、ベース１１４の互いに逆の側に設けられる。従って、ダイパッケージ１００は、図２１及び図２２の嵌合ソケットに嵌合される。もちろん、上述したように、電力及び／又は接地コンタクトは、ベース１１４の１つの側に設けられてもよいし、２つの隣接する側に設けられてもよいし、３つ以上の側に設けられてもよいし、或いはどこにでも設けられてもよい。床１１６内には電力平面１６０及び接地平面１７０が設けられる。電力平面１６０及び接地平面１７０は、絶縁材料で分離される。電力平面１６０は、交差する行１６５及び列１６７のグリッドを含む。電力平面１６０の延長部１６９は、床１１６の表面へのアクセスを与える。接地平面１７０は、交差する行１７１及び列１７２のグリッド設計を含む。パッケージピン１３０の端１３２は、床１１６の表面に露出され、１つ以上の端１３２のグループ（図２３及び図２４の例では４つ）が行１７１と列１７２との間に設けられる。延長部（図示せず）は、電力平面１６０を電力コンタクト１６６に結合する。同様に、延長部（図示せず）は、接地平面１７０を接地コンタクト１７６に結合する。図２３及び図２４のダイパッケージ１００は、更に、他の図を参照して上述した他の特徴も含むが、簡略化のために、ここでは繰り返し述べない。
【００６４】
本発明の上述した特定の実施形態は、電気的性能を犠牲にせずに、熱的／機械的及び信頼性の制約に関する複雑な問題に対処する解決策であることを銘記されたい。上述した設計特徴の融通性は、個々の応用と共に変化し得る広範囲な解決策を許す。更に、差し込み式態様は、ピン数の多いデバイスを使用するシステムにおいて新規な精巧さレベルを与えるように製品を区分けする最新の機会をシステム構築者に与えるものである。
【００６５】
当業者であれば、本明細書を検討し、ここに開示した発明を実施することから、本発明の他の実施形態も明らかとなろう。本明細書及び上記例は、本発明を単に例示するものに過ぎず、本発明の真の範囲及び精神は、特許請求の範囲によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明によるクラスターグリッドアレーダイパッケージ及びその嵌合ソケットの実施形態を例示する斜視図である。
【図２】本発明によるクラスターグリッドアレーダイパッケージ及びその嵌合ソケットの実施形態を例示する斜視図である。
【図３】本発明によるクラスターグリッドアレーダイパッケージの実施形態を例示する斜視図である。
【図４】本発明によるクラスターグリッドアレーダイパッケージのハウジングベースの実施形態を、基板を伴わない状態で例示する図である。
【図５】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の実施形態を例示する図である。
【図６】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の実施形態を例示する図である。
【図７】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の実施形態を例示する図である。
【図８】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の更に別の実施形態を例示する斜視図である。
【図９】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の更に別の実施形態を例示する側面図である。
【図１０】本発明によるハウジングベースにおける電力及び接地平面の更に別の実施形態を例示する底面図である。
【図１１】本発明による嵌合ソケットの実施形態を例示する図である。
【図１２】本発明による嵌合ソケットを下から見ると共に、その嵌合ソケットが取り付けられるプリント回路板パッド又は基板レイアウトを例示する図である。
【図１３】本発明による嵌合ソケットを下から見た更に別の図である。
【図１４】本発明による嵌合ソケットを下から見た更に別の図である。
【図１５】本発明による単一バットレス及びパッケージピンのクラスターの実施形態を例示する図である。
【図１６】図７のダイパッケージの実施形態を例示する断面図である。
【図１７】ダイ即ち基板と回路板との間でクラスターグリッドアレーダイパッケージ及び嵌合ソケットを通る電気経路を例示する図である。
【図１８】ダイ即ち基板と回路板との間でクラスターグリッドアレーダイパッケージ及び嵌合ソケットを通る電気経路を例示する図である。
【図１９】本発明の実施形態によるクラスターグリッドアレーダイパッケージ及び嵌合ソケットのピンクラスターの嵌合を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態によるクラスターグリッドアレーダイパッケージ及び嵌合ソケットのピンクラスターの嵌合を示す図である。
【図２１】本発明による嵌合ソケットの実施形態を例示する図である。
【図２２】図２２の実施形態の破断断面図である。
【図２３】本発明によるダイキャリアの実施形態を例示する図である。
【図２４】図２３の実施形態の破断断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００・・・半導体ダイパッケージ、１１０・・・ハウジング、１１２・・・蓋、１１４・・・ハウジングベース、１１６・・・床、１１７・・・壁、１１８・・・空洞、１２０・・・ポスト、１３０・・・パッケージピン、１５０・・・半田ボール、１１４ａ−１１４ｄ・・・くぼみ、１６０・・・電源平面、１６１、１６２、１６３、１６４・・・トレースセグメント、１６６・・・電力コンタクト、１７０・・・接地平面、１７１・・・行、１７２・・・列、１７６・・・接地コンタクト、２００・・・嵌合ソケット、２１０・・・ハウジング、２２０・・・ソケット、２３０・・・ソケットコンタクトビーム、２３２・・・端、２４０・・・嵌合ピン、１４４・・・コンタクトビーム、３００・・・半導体ダイ、３１０・・・基板。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004533701.tif 000057
【国際調査報告】
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2004533701.tif 000059
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