(57)【要約】【課題】信頼性の高い電気的接続性を有すると共に、個々の接触素子に均一な力が加わるゼロインサーションフォースコネクタシステムを提供すること。【解決手段】真空５０２とバネ５０６を作動させるゼロインサーションフォースコネクタシステム５００であって、真空機構５０２及びバネ機構５０６によって、１つ以上の電気接触素子５０３をプリント配線板１０５と結合及び結合解除する。ゼロインサーションフォースコネクタシステム５００を作動させると、１つ以上のインタポーザが、１つ以上のインタポーザ同士の間に挿入された結合プリント配線板１０５と電気的及び物理的に接触する。【選択図】図５
2007115683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合回路アセンブリと電気的に接触するゼロインサーションフォースコネクタシステムであって、
コネクタハウジングと、
１つ以上の対向する接触基板と、
前記１つ以上の対向する接触基板上に搭載される１つ以上のインタポーザと、
前記１つ以上の接触基板と前記コネクタハウジングとの間に搭載される１つ以上のバネ機構と、
前記接触基板の周辺の、前記対向する接触基板と前記コネクタハウジングとの間で１つ以上の真空を生成する、１つ以上の真空シールと、
前記真空に接続される１つ以上の真空アクチュエータと、
前記１つ以上の接触基板に接続される１つ以上の信号伝送手段と、を含み、
前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムを作動させると、前記１つ以上のインタポーザが、前記１つ以上のインタポーザ同士の間に挿入された結合プリント配線板と電気的及び物理的に接触する、ゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項２】
前記１つ以上の対向する接触基板が１つ以上の剛性部材を含む、
請求項１に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項３】
前記１つ以上のバネ機構が、前記１つ以上のインタポーザを互いの方向に押し付ける機械的バネであることで、前記コネクタハウジング内で結合プリント配線板と物理的及び電気的に接触することができる、
請求項１又は２に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項４】
前記１つ以上の真空アクチュエータが前記１つ以上の真空を作動させることで、前記１つ以上のインタポーザを互いに離れるように作用させて、前記コネクタハウジング内で結合プリント配線板との物理的及び電気的接触を解除する、
請求項３に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項５】
前記１つ以上の信号伝送手段が１つ以上の同軸ケーブルを含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項６】
前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムが、テスタシステムのテストヘッドの一部である、
請求項１から５のいずれか一項に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項７】
前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムが、テスタシステム上の複数のコネクタのうちの１つである、
請求項１から５のいずれか一項に記載のゼロインサーションフォースコネクタシステム。
【請求項８】
テストシステム上のテストヘッドであって、
前記テストヘッドに接続されるコネクタハウジングと、
１つ以上の対向する接触基板と、
前記１つ以上の対向する接触基板上に搭載される１つ以上のインタポーザと、
前記１つ以上の接触基板と前記コネクタハウジングとの間に搭載される１つ以上のバネ機構と、
前記接触基板の周辺の、前記対向する接触基板と前記コネクタハウジングとの間で１つ以上の真空を生成する、１つ以上の真空シールと、
前記真空シールに接続される１つ以上の真空アクチュエータと、
前記１つ以上の接触基板と前記テストヘッドとの間に接続される１つ以上の信号伝送手段と、を含み、
前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムを作動させると、前記１つ以上のインタポーザが、前記１つ以上のインタポーザ同士の間に挿入された結合プリント配線板と電気的及び物理的に接触する、テストヘッド。
【請求項９】
結合プリント配線板をシステムに連結及び切断する方法であって、
１つ以上のバネ機構を有する前記結合プリント配線板に対して、接触基板上に搭載されたインタポーザを機械的及び電気的に連結するステップであって、前記１つ以上のバネ機構が、前記接触基板とコネクタハウジングとの間に搭載され、前記接触基板が前記結合プリント配線板と前記システムとの間で信号を伝送する、前記ステップと、
前記接触基板と前記コネクタハウジングとの間の真空シールを真空状態に作動させることにより、前記インタポーザを機械的及び電気的に切断するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの回路アセンブリ同士の間に多くの高速電気接続を確実に生成する技術に関する。より詳細には、本発明はサイクル寿命の長い上記接続を確立すると共に、外部から非常に小さい力を及ぼすだけで、接続−切断サイクルを簡便化することができる種々の技術を提供する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクスが高密化、高速化、及び複雑化するにつれて、回路間に信頼性の高い接続を確立するために必要な力を得ることは、ますます困難なものになっている。さらに、高い接触力と金属間の摩耗による相互接続方法は、回路アセンブリの電気的接点に金属にめっきを施すことで損傷が生じるため、そのサイクル寿命が短くなってしまう。このことは、例えばアジレントテクノロジー社（Agilent Technologies, Inc.）の半導体テスタＶ５４００及びＶ５５００で使用されているゼロインサーションフォース（ZIF）コネクタとテストヘッドにおいては特に問題となる。典型的なテストヘッドは、ＰＥモジュールにおけるＰＥＦＰＩＦボードとプローブカードにおけるエッジカードとの間に、３６のＺＩＦコネクタを備え得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のゼロインサーションフォースコネクタシステムの中には、個々の接触素子のそれぞれに不均一に力が加わるため、電気的接続性に問題が生じるものがある。一部の従来のコネクタシステムは、フレキシブル基板を使用して接合回路アセンブリの機械的寸法公差を補償する。しかし、フレキシブル基板の柔軟性と２つの回路アセンブリの間の接点の電気的性能は、直接的に相反する関係を有する。すなわち、基板の電気的性能を高めれば、機械的な柔軟性は低下してしまう。このようなことで、個々の電気的接触素子の間の寸法ピッチが制限される。
【０００４】
従って、信頼性の高い電気的接続性を有すると共に、個々の接触素子に均一な力が加わるゼロインサーションフォースの印刷回路が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、結合回路アセンブリと電気的に接触するゼロインサーションフォースコネクタシステムであって、コネクタハウジングと、１つ以上の対向する接触基板と、前記１つ以上の対向する接触基板上に搭載される１つ以上のインタポーザと、前記１つ以上の接触基板と前記コネクタハウジングとの間に搭載される１つ以上のバネ機構と、前記接触基板の周辺の、前記対向する接触基板と前記コネクタハウジングとの間で１つ以上の真空を生成する、１つ以上の真空シールと、前記真空に接続される１つ以上の真空アクチュエータと、前記１つ以上の接触基板に接続される１つ以上の信号伝送手段と、を含み、前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムを作動させると、前記１つ以上のインタポーザが、前記１つ以上のインタポーザ同士の間に挿入された結合プリント配線板と電気的及び物理的に接触することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記１つ以上の対向する接触基板が１つ以上の剛性部材を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の本発明において、前記１つ以上のバネ機構が、前記１つ以上のインタポーザを互いの方向に押し付ける機械的バネであることで、前記コネクタハウジング内で結合プリント配線板と物理的及び電気的に接触することができることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の本発明において、前記１つ以上の真空アクチュエータが前記１つ以上の真空を作動させることで、前記１つ以上のインタポーザを互いに離れるように作用させて、前記コネクタハウジング内で結合プリント配線板との物理的及び電気的接触を解除することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の本発明において、前記１つ以上の信号伝送手段が１つ以上の同軸ケーブルを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の本発明において、前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムが、テスタシステムのテストヘッドの一部であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の本発明において、前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムが、テスタシステム上の複数のコネクタのうちの１つであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載の本発明は、テストシステム上のテストヘッドであって、前記テストヘッドに接続されるコネクタハウジングと、１つ以上の対向する接触基板と、前記１つ以上の対向する接触基板上に搭載される１つ以上のインタポーザと、前記１つ以上の接触基板と前記コネクタハウジングとの間に搭載される１つ以上のバネ機構と、前記接触基板の周辺の、前記対向する接触基板と前記コネクタハウジングとの間で１つ以上の真空を生成する、１つ以上の真空シールと、前記真空シールに接続される１つ以上の真空アクチュエータと、前記１つ以上の接触基板と前記テストヘッドとの間に接続される１つ以上の信号伝送手段と、を含み、前記ゼロインサーションフォースコネクタシステムを作動させると、前記１つ以上のインタポーザが、前記１つ以上のインタポーザ同士の間に挿入された結合プリント配線板と電気的及び物理的に接触することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項９に記載の本発明は、結合プリント配線板をシステムに連結及び切断する方法であって、１つ以上のバネ機構を有する前記結合プリント配線板に対して、接触基板上に搭載されたインタポーザを機械的及び電気的に連結するステップであって、前記１つ以上のバネ機構が、前記接触基板とコネクタハウジングとの間に搭載され、前記接触基板が前記結合プリント配線板と前記システムとの間で信号を伝送する、前記ステップと、前記接触基板と前記コネクタハウジングとの間の真空シールを真空状態に作動させることにより、前記インタポーザを機械的及び電気的に切断するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接続を繰り返した後で、結合プリント配線板上の電気接触素子又はコネクタの接点の悪化、接続の信頼性の低下、又は接続の質の低下のいずれかを生じる従来技術のコネクタの問題点を克服することができる。
【００１５】
本発明の教示は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明から理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、少なくとも１つの被試験デバイス（ＤＵＴ）と自動試験装置（図示せず）との間に多数の高速接続を確立する、例えばＤＵＴボードとＶ５４００又はＶ５５００テストヘッドとの間で使用されるＺＩＦコネクタのような高速接続アセンブリを示す。また図１には、１つ以上のＤＵＴへの多数の電気的接点（図示せず）が底面に存在するＤＵＴアセンブリ１０２が示されている。かかる電気的接点は、例えば、ＤＵＴアセンブリ１０２がウエハ関連で使用されるプローブカードである場合には、プローブ針又はＤＵＴアセンブリ１０２が、パッケージテストで使用される接触器ボードである場合には、ソケットであり得る。ＤＵＴアセンブリ１０２の主な機能は、ボード１０４の面から発せられる電気的信号を、例えばインタフェース接続アセンブリ１０６等の接続機構が受信可能なように移動させることである。
【００１７】
典型的な高速コネクタは、「被試験デバイスと自動試験装置との間に高速接続を生成する方法及び装置（Methods and Apparatus for Creating a High Speed Connection Between A Device Under Test And Automatic Test Equipment）」という名称の、Roger Sinsheimerらによる米国特許第６,８３３,６９６号に教示されている。典型的な自動試験装置は、カリフォルニア州パロアルトのアジレントテクノロジーによるＶ５４００又はＶ５５００である。高速接続アセンブリ１００は、ボード１０４から複数のコネクタ回路１０５を介して接続機構１０６へと電気信号を移動させるＤＵＴアセンブリ１０２を含み、接続機構１０６では、ＤＵＴアセンブリ１０２上のコネクタ回路１０５と整合するように複数の圧着接続手段１０８が接続機構の周りに放射状に配置されている。
【００１８】
図２を参照する。典型的なＤＵＴアセンブリ１０２は、ＤＵＴボード１０４上に放射状に配置された複数の結合プリント配線板２０２を有し、この複数のプリント配線板２０２は信号の移動を容易にする。図３は、典型的なインタフェース接続アセンブリ１０６の一部をクローズアップした図であり、圧着コネクタ１０８は対向する圧着板６０８を含み、圧着板６０８の内壁６０６上には接点６０２が存在する。従来技術では、圧着板６０８の圧着動作及び圧着解除動作は、圧着板６０８の片側における空気圧シャフト、シリンダ、又は空気袋６１２によって行われる。また、圧着シリンダ６０４に作用して圧着板６０８同士を離しておくバネ６１０が存在する。
【００１９】
図４は、コネクタ回路１０５の１つの拡大図を示す。コネクタ回路１０５は、一方の側若しくは両側に接点３１０を有し得る結合プリント配線板３０２と、アセンブリ底部の接点３０８とを備え、接点３０８は、コネクタ回路１０５がボード１０４の所定位置に固定される際、ボード１０４の表面上の対応する接点（図示せず）と結合する。
【００２０】
ここで図５を参照し、本発明によるゼロインサーションフォースのコネクタシステムを示す。詳細には、ゼロインサーションフォースコネクタシステムのコネクタクランプハウジング５０１全体は、個々の接触素子全てを圧縮するために必要な接触力を支持する材料で構成される。例えばコネクタクランプハウジング５０１は、非磁性ステンレススチール３００シリーズ、アルミニウム、表面硬化４４０ステンレススチール、表面硬化ＢｅＣｕ、又は同様の材料若しくは複合材料から作製される。
【００２１】
１つ以上の電気接触基板５０３はコネクタクランプハウジング５０１内に搭載される。電気接触基板５０３はＲｏｇｅｒｓ４３５０；Ｎｅｌｃｏ４０００−１３ ＳＩ；標準ＦＲ−４；高温ＦＲ−４；Ｒｏｇｅｒｓ３０００；又は他の同様の材料若しくは複合材料を含み得る。受動部品又は能動部品は電気接触基板５０３上に搭載され得る。電気接触基板５０３のすぐ後方で、コネクタクランプハウジング５０１と電気接触基板５０３との間には、幾つかの機械的バネ素子５０６が配置され、これらは電気接触基板５０３を圧縮するのに必要な力を提供する。機械的バネ素子５０６は、音楽用のワイヤ、ＢｅＣｕ、非磁性３００ステンレススチール、コイル（ベルビルスプリング又はウェーブスプリング）、シリコンゴム（固体又は発泡体）、又は任意の同様な機械的バネタイプの素子を含み得る。
【００２２】
それぞれの電気接触基板５０３の周囲に、電気接触基板５０３を圧着解除するように作動される真空シール５０２が存在する。真空シールは中空のＯリング、標準的なＯリング、リップシール、ベローシール、真空シリンダ、又は他の同様の真空シーリング機構であり得る。ボード間相互接続５０４を使用して、電気接触基板５０３を結合プリント配線板３０２に電気的に接続する。本明細書を通して、ボード間相互接続という用語は、インタポーザという用語と同義的に使用する。ボード間相互接続又はインタポーザ５０４は、ＰＣＢにラミネート加工したＮｅｏｃｏｎｉｘのスタンプ金属バネ、ワイヤボンディングマシンで作製したＫｎＳリーフスプリング、ＩｎｔｅｒｃｏｍのＣ−スタック、ＨＣＤスーパースプリング、ＨＣＤスーパーボタン、又は同様の材料で作製され得る。インタポーザ５０４は、結合プリント配線板３０２上の個々の電気接触素子と電気的に接触する個々の電気接触素子（図３の６０２）を有し得る。代替的に、インタポーザ５０４は、絶縁材料の面にワイヤ若しくは他の導電特徴で垂直に埋め込まれたシート状ゴム若しくは他の絶縁材料のようなＺ軸導電部材であり得る。電気接触素子６０２の代わりにこの設計としてもよい。
【００２３】
結合プリント配線板３０２は、コネクタクランプハウジング５０１に位置するガイドピン若しくは他の特徴（図示せず）、又はコネクタハウジングが搭載される、例えばテストヘッド（図示せず）のような大型のシステムによって、コネクタシステム５００に対して整合される。結合配線板３０２は、Ｒｏｇｅｒｓ４３５０；高温ＦＲ−４；標準ＦＲ−４；Ｎｅｌｃｏ４０００−１３ＳＩ；成形加工プラスチックを覆うフレックス回路；又は他の同様の材料から作製され得る。電気信号は、結合プリント配線板３０２から、ボード間相互接続５０４を通って、電気接触基板５０３へと流れ、その後、例えば同軸ケーブルのような信号伝送部材５０７を通ってメモリテスタ（図示せず）等の対象システム若しくはデバイスへ、そして該デバイスへと流れ得る。信号伝送部材５０７は、リボン状ＲＧ１７８；ｔｅｍｐｆｌｅｘ低Ｄｋ同軸ケーブル；ｇｏｒｅｔｅｘテープ巻付同軸ケーブル；ｔｅｎｓｏｌｉｔｅ標準編組同軸ケーブル；ｔｅｍｆｌｅｘサーブシールド同軸ケーブル、又は他の同様の信号伝送手段であり得る。
【００２４】
電気信号は反対方向にも流れ得る。このコネクタシステムは、接点抵抗に有意の劣化を生じることなく、何度も結合及び結合解除を繰り返す。リボン状同軸ケーブルはホットバー工程を使用して製造コストを最少にすることにより、電気接触基板５０３に終結するものとし得る。コネクタシステムは２面型としてもよいが、真空アクチュエータ又は接触基板のいずれか一方に対する一面型としてもよい。一面型の場合には、別の部材又は素子により固定点を移動させて、結合プリント配線板３０２を挿入させるようにしてもよい。
【００２５】
このコネクタシステム５００の１つの用途は、アジレントテクノロジーのＶ５４００又はＶ５５００メモリテストシステムのような、高ピンカウント記憶テストシステムにおいてＤＵＴインタフェース又はプローブカードインタフェースとして使用することである。しかし、このコネクタシステム５００は、プリント配線板同士の間に多数の信号経路を接続又は切断することを必要とする他のシステムにおいても使用できる。
【００２６】
接触基板５０３に対して剛性プリント配線板を使用することによって、本発明のコネクタシステム５００を用いてＲＦ性能を改良することができる。インタポーザ又はボード間相互接続５０４を使用することによって、各電気接触基板５０３後方の機械的圧縮力を向上させることができる。真空５０２を使用してコネクタシステム５００を始動させることによって、機械的反復性と信頼性が高められる。
【００２７】
従来のコネクタでは、ＺＩＦコネクタの機械的性能を改善すれば電気的性能が低下し、その逆もまた然りである。従来的には、インタポーザとプリント配線板の組み合わせを、金バンプを有するフレックス回路内に使用することを解決法としたが（米国特許第６,８３３,６９６号参照）、金バンプの機械的接触を改良するにはフレックス回路をより薄くする必要があり、こうすると電気的性能が低下する。逆に、電気的性能を向上させるにはフレックス回路をより厚くする必要があるが、その場合には基板の機械的柔軟性が低下して、機械的性能が低下することになる。
【００２８】
本発明のゼロインサーションフォースコネクタシステム５００は、接触基板５０３の電気的性能と、各電気接触素子６０２に加わる機械力との間の関係を切り離す。本発明は剛性プリント配線板５０３を使用し、別個のインタポーザ又はボード間相互接続５０４を使用する。それらそれぞれを個々に最適化することで、電気的性能が向上すると共に、各接触素子６０２に対する機械的荷重もより均一となる。１つ又はいくつかのバネ部材５０６で圧着動作を提供するが、バネ部材は均一で十分な圧着力を提供する大きさとする。真空５０２を使用してコネクタ５００の圧着を解除し、基板５０３とインタポーザ５０４を後退させる。
【００２９】
結合プリント配線板３０２上に能動又は受動回路が含まれる場合もある。コネクタシステム５００を実行する場合、圧着動作を達成するために能動回路を用いて接触基板５０３を動作させる必要があることも、その必要が無いこともある。能動回路はプリント配線板上のＺＩＦコネクタハウジング内に搭載できる。従来のフレックス回路による解決法では、フレックス回路に半導体デバイスあるいは他の部品をはんだ付けにすることができないが、それはフレックス回路がフレキシブルではないためである。なお、接触基板５０３を固定しておき、結合及び結合解除工程を行うために結合回路アセンブリを移動させる場合もある。
【００３０】
図１及び図３に示すように、テスタ（図示せず）とＤＵＴカード又はプローブカード１０２との間の接続を可能にするために、多くのゼロインサーションフォースコネクタシステム５００をテストヘッド１０６上に搭載することができる。このような場合には、多くの真空シール５０２を同時に作動させることにより、テストヘッド上のコネクタ５００全てを同時に作動及び作動停止させることが保証される。かかるコネクタシステムでは、マシンの異なる特徴を可能にする複雑なエレクトロニクスを搭載されたカード又はボードを切り替えることによって、メモリテスタ等のマシンを異なる作業に対してプログラムすることが可能である。このことを使用すれば、メモリテスタをウエハ関連において使用して、テストヘッドとプローブカード上の結合プリント配線板とを接続することによりウエハをテストし、その後テストヘッドＤＵＴカード上の結合プリント配線板とを接続することによりチップをテストすることが可能である。本発明は、接続を繰り返した後で、結合プリント配線板上の電気接触素子又はコネクタの接点の悪化、接続の信頼性の低下、又は接続の質の低下のいずれかを生じる従来技術のコネクタの問題点を克服する。
【００３１】
テストヘッド及びプローブカード又はＤＵＴカードは、例えば直線状、線形等の円形以外の物理的レイアウトであってもよいことは、当業者であれば理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】テストヘッドと被試験デバイス（ＤＵＴ）ボードとの間のコネクタの斜視図である。
【図２】図１のＤＵＴボードの一部をクローズアップした斜視図である。
【図３】図１のＤＵＴボードアセンブリの近接図であって、ＤＵＴボードアセンブリの上に配置された複数の結合ボードアセンブリの特徴を詳細に示す図である。
【図４】図１のコネクタアセンブリをクローズアップした図であって、コネクタアセンブリを構成する複数の圧着アセンブリの詳細な特徴を示す図である。
【図５】図４の圧着アセンブリの近接図であって、本発明による結合ボードを部分的に示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０５  コネクタ回路（プリント配線板）
５００  コネクタシステム
５０１  コネクタクランプハウジング
５０２  真空シール
５０３  接触基板
５０４  インタポーザ
５０６  バネ素子
５０７  信号伝送部材
【図１】
2007115683.tif 000003
【図２】
2007115683.tif 000004
【図３】
2007115683.tif 000005
【図４】
2007115683.tif 000006
【図５】
2007115683.tif 000007