(57)【要約】【課題】低抵抗、大電流化、高速化に対応できる優れたソケット及びこれを用いた半導体装置の提供。【解決手段】主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、前記端子挿入穴は前記コンタクト端子よりも大きな穴寸法を有し、該端子挿入穴に前記コンタクト端子を挿入した状態で該コンタクト端子に接し、アーム部の一部を露出させる開口が設けられたシートが、前記ハウジングの表裏両面の少なくとも一方に固着されたことを特徴とするソケット。【選択図】図１
2007335115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、
前記端子挿入穴は前記コンタクト端子よりも大きな穴寸法を有し、該端子挿入穴に前記コンタクト端子を挿入した状態で該コンタクト端子に接し、アーム部の一部を露出させる開口が設けられたシートが、前記ハウジングの表裏両面の少なくとも一方に固着されたことを特徴とするソケット。
【請求項２】
前記シートが絶縁体からなることを特徴とする請求項１に記載のソケット。
【請求項３】
前記シートが金属からなり、該シートがコンタクト端子毎に独立した構造になっていることを特徴とする請求項１に記載のソケット。
【請求項４】
前記シートが前記ハウジングの表裏いずれか一方に設けられ、且つシートのコンタクト端子と接する部分に接着層が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のソケット。
【請求項５】
前記端子挿入穴が、前記コンタクト端子に荷重を印加した際に、エラストマーと端子挿入穴の内壁との間の少なくとも一部に隙間が生じる穴寸法とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のソケット。
【請求項６】
前記アーム部の外面に凸部が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のソケット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のソケットと、該ソケットを介して電気的に接続された基板及びＩＣパッケージとを有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＵやＬＳＩ等のＩＣパッケージをプリント基板に実装する際に使用するソケットに関し、特に、ＬＧＡパッケージやＢＧＡパッケージのＩＣパッケージをプリント基板上に実装する際などに好適に用いられるソケット及びこれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＰＵやＬＳＩ等のＩＣパッケージを、ソケットを介してプリント基板に実装する技術が検討されており、各種半導体装置、例えばパーソナルコンピュータやサーバーのマザーボードの多くには、ＬＧＡパッケージやＢＧＡパッケージのＣＰＵを装着するためのソケットが実装されている。
ＣＰＵは、その機能、性能の向上のため、年々多ピン化、高速化が進んでおり、パッケージのサイズアップや、ファインピッチによって対応がなされている。
これに伴い、ソケットも多ピン化への対応が必要になるとともに、パッケージのサイズアップに伴うたわみ量増大への対応や、パッケージの接触ランドやボールの高さばらつきへの対応が必要となるため、ソケットコンタクトのストロークを確保することができる構造が求められている。
また、ファインピッチ化に対する対応としては、ソケットコンタクトの小型化が重要であり、ＩＣのピンとソケットのコンタクトの適切な接圧での接触を確保できることが望まれる。
更に高速化においては、コンタクトが低インダクタンスであることが重要であり、高速化による消費電流増大に対応して接触抵抗が低く、許容電流も高いことが求められる。
【０００３】
現在のＬＧＡパッケージ用ソケットの主流は、約１ｍｍピッチの４００〜８００ピンのものであり、金属板を複雑に折り曲げて所定形状のコンタクト端子を作り、ソケットハウジングにコンタクト端子を挿入して製造する方法が用いられている。これらの従来技術は、例えば特許文献１〜２に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５８４３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２８４号公報
【特許文献３】米国特許第６６６９４９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に開示された従来技術は、コンタクト端子が板バネ方式であるため、コンタクトのストロークを大きくするためにバネを長くすると、隣接するピンに接触してしまうため、ファインピッチになるとストロークを大きくできないといった問題がある。
【０００５】
また、この問題を解決するべく、コンタクトに導電性エラストマーからなるコラムを用いた構造として、例えば、特許文献３に開示された技術が提案されている。この場合、ソケットの反発性は導電性エラストマーの特性や構造で決まるため、適切な反発力の導電性エラストマーがあれば、要求にあった荷重において十分なストロークを確保することが可能なソケットを実現可能である。
【０００６】
しかし、特許文献３に開示されているような導電性エラストマーを用いると、
・コンタクトが金属でなくエラストマーであるため、金属接触に比較して接触抵抗が高く、高電流化に対して発熱や電圧降下が増大する恐れがある、
・パッケージ挿入時に、コンタクトが金属ランドをワイピングしないため、ランドの酸化膜除去が期待できない、等の、新たな課題が発生する。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、低抵抗、大電流化、高速化に対応できる優れたソケット及びこれを用いた半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有するソケットであって、前記端子挿入穴は前記コンタクト端子よりも大きな穴寸法を有し、該端子挿入穴に前記コンタクト端子を挿入した状態で該コンタクト端子に接し、アーム部の一部を露出させる開口が設けられたシートが、前記ハウジングの表裏両面の少なくとも一方に固着されたことを特徴とするソケットを提供する。
【０００９】
本発明のソケットにおいて、前記シートは、絶縁体からなることが好ましい。
【００１０】
本発明のソケットにおいて、前記シートは、金属からなり、該シートがコンタクト端子毎に独立した構造になっている構造としても良い。
【００１１】
本発明のソケットにおいて、前記シートが前記ハウジングの表裏いずれか一方に設けられ、且つシートのコンタクト端子と接する部分に接着層が設けられた構成としてもよい。
【００１２】
本発明のソケットにおいて、前記端子挿入穴が、前記コンタクト端子に荷重を印加した際に、エラストマーと端子挿入穴の内壁との間の少なくとも一部に隙間が生じる穴寸法とされたことが好ましい。
【００１３】
本発明のソケットにおいて、前記アーム部の外面に凸部が設けられたことが好ましい。
【００１４】
また本発明は、前述した本発明に係るソケットと、該ソケットを介して電気的に接続された基板及びＩＣパッケージとを有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のソケットは、主柱部とその両端から延出したアーム部とを持つコ字状をなす金属端子と、両方のアーム部間に挟持されたエラストマーとを有するコンタクト端子と、前記コンタクト端子が挿入された端子挿入穴が設けられたハウジングとを有してなり、前記端子挿入穴は前記コンタクト端子よりも大きな穴寸法を有し、該端子挿入穴に前記コンタクト端子を挿入した状態で該コンタクト端子に接し、アーム部の一部を露出させる開口が設けられたシートが、前記ハウジングの表裏両面の少なくとも一方に固着された構成としたので、ハウジングに多数のコンタクト端子を高密度で装着でき、狭ピッチのソケットの実現が可能である。
また、接触部分が金属のため、接続端子と同金属のメッキ処理が可能であり、低接触抵抗での接続が可能である。
また、金属回路に荷重を加えた場合、金属端子の主柱部を支点にしてアーム部がエラストマーに沈み込むため、相対する接触面とこすれ合いながら位置をずらして接触するワイピング機能を実現し、これにより金属表面の酸化膜や異物を除去して新鮮な金属面同士で接続が可能となり、低抵抗で電気接続が可能となる。
また、上下の接触は荷重による接続で実現可能なため、交換可能なソケットを設計でき、サーバ用途で求められるメンテナンス性にも優れている。
また、基板に反りがあっても、エラストマーの弾性変形によって反り形状に追従するので、基板の反りの影響を軽減できる。
また、端子挿入穴は前記コンタクト端子よりも大きな穴寸法であり、ハウジングの端子挿入穴にコンタクト端子を簡単に挿入でき、ソケットの組み立て作業性が向上し、製造コストを低減することができる。
【００１６】
また、前記シートを絶縁体とすることによって、ハウジングに多数のコンタクト端子を高密度で装着する場合でも、個々のコンタクト端子同士の絶縁性が良好に確保でき、信頼性の高いソケットを提供できる。
【００１７】
また、前記シートを金属とし、該シートがコンタクト端子毎に独立した構造とすることによって、端子間がショートせずに金属シートを用いることができるので、薄いシートで十分な強度を保つことができ、コンタクト端子のストロークを大きく取ることが可能になる。
【００１８】
また、前記シートをハウジングの表裏いずれか一方に設け、且つシートのコンタクト端子と接する部分に接着層を設けたことによって、表裏面側のうちの片方のシートでコンタクト端子を固定することができるようになり、部品点数が少なくなり、コストダウンが可能である。
【００１９】
また、前記端子挿入穴の寸法を、コンタクト端子に荷重を印加した際に、エラストマーと端子挿入穴の内壁との間の少なくとも一部に隙間が生じるように設定することによって、組み立て後もコンタクト端子単体の応力−荷重特性を維持することができる。
【００２０】
また、前記アーム部の外面に凸部を設けたことによって、プリント基板やＬＧＡパッケージのような平坦な電極に対しても、所定の荷重−変位特性での使用が可能となり、ソケットの適用範囲を拡げることができる。
【００２１】
本発明の半導体装置は、本発明に係るソケットと、該ソケットを介して電気的に接続されたプリント基板及びＩＣパッケージとを有するものなので、低抵抗、大電流化、高速化に対応できる高性能な装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明のソケットの第１実施形態を示す図であって、図１（ａ）はソケット１０の組み立て状態を示す側面断面図、（ｂ）はソケット１０の要部平面図である。図１中、符号１０はソケット、１１はハウジング、１２は端子挿入穴、１３はコンタクト端子、１４はエラストマー、１５は金属端子、１５ａは主柱部、１５ｂはアーム部、１５ｃは凸部、１６は隙間、１７はシート、１８は開口部である。
【００２３】
本実施形態のソケット１０は、主柱部１５ａとその両端から延出したアーム部１５ｂとを持つコ字状をなす金属端子１５と、両方のアーム部１５ｂ間に挟持されたエラストマー１４とを有するコンタクト端子１３と、このコンタクト端子１３が挿入された端子挿入穴１２が設けられたハウジング１１とを有してなり、この端子挿入穴１２は、コンタクト端子１３よりも大きな穴寸法を有し、該端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を挿入した状態でコンタクト端子１３に接し、アーム部１５ｂの一部を露出させる開口１８が設けられたシート１７が、前記ハウジング１１の表裏両面に固着された構成になっている。金属端子１５のアーム部１５ｂ外面には、基板やＩＣパッケージの端子部と接触する凸部１５ｃが設けられている。
【００２４】
本実施形態のソケット１０に用いるコ字状の金属端子１５は、銅や黄銅などの導電性の良い材料が適しており、接触抵抗低減のために、その外面には金メッキを施すことが望ましい。また、銅に金メッキを施す場合は、拡散に対するブロック層として、下地にニッケルメッキを施すことが一般的である。
【００２５】
また、エラストマー１４の材料としては、アーム部１５ｂに荷重が印加された際に、適度な弾性反発力を発揮し得る絶縁性の各種エラストマー材料の中から適宜選択して用いることができ、耐熱性が要求される場合には、フッ素系エラストマーを用いることが好ましい。前記コ字状の金属端子１５に挟み込むエラストマー１４の高さは、金属端子１５の内側の高さ寸法と同じであることが望ましい。
【００２６】
本実施形態のソケット１０に用いるハウジング１１としては、合成樹脂などが使用できる。ハウジング１１に設けられた端子挿入穴１２は、ハウジング１１の成形加工時に同時に形成しても良いし、穴の無いハウジングを成形した後、ドリル加工などによって所望の寸法の端子挿入穴１２を所定のピッチで穴開け加工により形成することもできる。
【００２７】
本実施形態のソケット１０に用いるシート１７としては、ポリイミドなどの樹脂シートが適用可能である。このシート１７に設ける開口１８は、金属端子１５のアーム部１５ｂの一部、特に凸部１５ｃとその周辺が露出する程度の開口径とすることが好ましい。
【００２８】
本実施形態のソケット１０は、コンタクト端子１３としてコ字状の金属端子１５を使用し、その反発力は金属端子１５で挟み込むエラストマー１４によって確保するソケット端子構造を有し、さらに、このコンタクト端子１３をハウジング１１の端子挿入穴１２に隙間１６が生じるように挿入し、その上下を開口１８付きのシート１７で挟持することで、適度な荷重−ストローク特性を有するコンタクト端子をハウジングに多数配列することができ、しかもソケット１０の組み立て性を向上させたことを特徴としている。
【００２９】
従来技術、例えば、特許文献１，２に開示されている板バネ方式の場合は、板バネ機能を有した金属端子を、絶縁樹脂で成型されたハウジングに圧入して組み立てられているが、端子には圧入用の梁部分が設けられており、この梁がハウジングの挿入部分より若干大きな寸法になっていることで、所定の保持力を確保し、ソケットを構成している。しかし、 ファインピッチ化に伴い、金属コンタクトはより小さく、微細となるため、ハウジングへの挿入は困難になり、圧入による組立はコンタクト部分を変形させ、組み立てを困難にする。
【００３０】
一方、本実施形態のソケット１０は、ハウジング１１の端子挿入穴１２の穴寸法をコンタクト端子１３よりも十分大きくし、その底面と上面に主に接触部分を開口したシート１７を設け、表裏両面のシート１７によってコンタクト端子１３を挟み込む構造とすることによって、組み立て性を向上している。
本実施形態のソケット１０の場合、コンタクト端子１３をハウジング１１に組み付けやすくするため、ハウジング１１自体の穴は端子よりも大きく開けられており、有る程度位置を合わせて落とし込めば挿入でき、コンタクト端子１３が容易に倒れ込まない程度の寸法に設計されている。
【００３１】
本実施形態のソケット１０を製造する場合、まず、端子挿入穴１２が設けられたハウジング１１と、コンタクト端子１３とを用意する。次に、それぞれの端子挿入穴１２にコンタクト端子１３を挿入する。この時、ハウジング１１の下面側には、予め端子部分を開口させたシート１７を固着しておき、コンタクト端子１３挿入時に抜け落ちることを防ぐ。全てのコンタクト端子１３をハウジング１１の端子挿入穴１２に挿入後、上側のシート１７を被せてハウジング１１に固着し、ソケット１０を完成する。
【００３２】
ここで、ハウジング１１の端子挿入穴１２の大きさが、エラストマー１４を含むコンタクト端子１３の寸法より大きく、端子挿入穴１２の内壁とコンタクト端子１３の間に隙間１６があることで、コンタクト端子１３の荷重−ストローク特性に対して、ハウジング１１とエラストマー１４の間に生じる摩擦を低減できるので、本来エラストマー１４が持つ荷重−ストローク特性をそのまま発揮させることが可能である。
また、摩擦が少ないことから荷重増加時と荷重減少時の荷重−ストローク特性の差が生じにくい利点もある。但し、本実施形態の場合、シート１７は薄くて必要な強度を満たすものを用いる必要がある。なぜなら、本実施形態におけるシート１７の厚さは可動可能なストローク範囲を狭める要因となるからである。可動可能なストロークは、コンタクト端子１３の凸部１５ｃの高さからシート１７の厚さを差し引いた値となる。
【００３３】
本実施形態のソケット１０は、プリント基板等の基板と、ＬＧＡパッケージなどのＩＣパッケージとをこのソケット１０を介して接続する半導体装置（図示せず）を構築する用途などにおいて特に好適である。ＩＣパッケージとしては、前記ＬＧＡパッケージの他、ＢＧＡパッケージを用いることができ、この場合にはコンタクト端子１３に凸部１５ｃを形成していないソケットを用いることが望ましい。
【００３４】
図２は、本発明のソケットの第２実施形態を示す図であり、図２（ａ）は本実施形態のソケット２０の側面断面図、（ｂ）はソケット２０の要部平面図である。
本実施形態のソケット２０は、前述した第１実施形態のソケット１０とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、同一の構成要素には同一符号を付してある。本実施形態のソケット２０は、金属製のシート２１を用いている点で第１実施形態のソケット１０と異なっている。
【００３５】
前述したように、コンタクト端子１３のストロークを大きくするためには、シート２１として薄い材料を用いる必要があり、脱落を防止するためには、シート２１に強度が必要である。また、ソケット２０を基板へ実装する際には、熱が加わるため、熱による変形が小さいものも好ましい。ここで、シート２０としてＳＵＳなどの金属材料を使用すると、薄さ、脱落防止、熱による変形が小さいが、導電性であるため、一枚のシートを加工したものでは、端子間がショートしてしまい、ソケットとして機能しない。
【００３６】
従って、シート２１の材料として導電性の金属を用いる場合は、コンタクト端子１３毎に独立したシート２０を用いることにより、各コンタクト端子１３を電気的に短絡させずに保持することができる。
【００３７】
図３は、本発明のソケットの第３実施形態を示す側面断面図である。
本実施形態のソケット３０は、前述した第１実施形態のソケット１０とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、同一の構成要素には同一符号を付してある。本実施形態のソケット３０は、ハウジング１１の下面側に、接着層３１を設けたシート１７を用い、コンタクト端子１３を接着層３１に接着させて端子挿入穴１２内に保持させている点で第１実施形態のソケット１０と異なっている。
【００３８】
本実施形態のソケット３０は、シート１７が片面側で済むことから、ソケットを構成する部品点数が少なくなり、低コストでソケット３０を製造できるとともに、製造工程がより簡略化でき、製造コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のソケットの第１実施形態を示し、（ａ）はソケットの側面断面図、（ｂ）は要部平面図である。
【図２】本発明のソケットの第２実施形態を示し、（ａ）はソケットの側面断面図、（ｂ）は要部平面図である。
【図３】本発明のソケットの第３実施形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、２０，３０…ソケット、１１…ハウジング、１２…端子挿入穴、１３…コンタクト端子、１４…エラストマー、１５…金属端子、１５ａ…主柱部、１５ｂ…アーム部、１５ｃ…凸部、１６…隙間、１７，２１…シート、１８…開口部、３１…接着剤。
【図１】
2007335115.tif 000003
【図２】
2007335115.tif 000004
【図３】
2007335115.tif 000005