(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランドグリッドアレイ型パッケージを基板上に実装するためのソケットであって、
前記パッケージのアレイ状の端子電極群と接続される第１電極群が一方の面に設けられ、他方の面に基板上の電極群と接続される第２電極群が設けられ他フレキシブル配線板と、
そのフレキシブル配線板が装着されたソケット本体と、
前記パッケージを前記ソケット本体側へ押さえ付けるカバーとを備え、
前記第１電極群の各電極と、前記第２電極群の各電極とは、そのフレキシブル配線板の厚さ方向において互いに重ならないように配置され、該フレキシブル配線板の厚さ方向に貫通するホールを通るリードによって接続されている、ランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項２】
前記基板側の電極と接続される第２電極群の各電極が半田ボールにより構成されている、請求項１記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項３】
前記第１電極群及び第２電極群がそれぞれ金属バンプで構成されている、請求項１又は２記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項４】
前記フレキシブル配線板は、前記第１電極群及び前記第２電極群をプリントにより形成したフレキシブルプリント配線板により構成されている、請求項１〜３の何れかに記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項５】
前記ソケット本体と前記フレキシブル配線板との間に、そのフレキシブル配線板を前記カバーにより加圧する方向と直交する方向であって、該フレキシブル配線板を四方向に引っ張る力を与えるテンション装置が設けられている、請求項１〜４の何れかに記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項６】
前記フレキシブル配線板は、略矩形状の中央部分と、該中央部分の四隅から十字状に延びる４つの突出片とを有し、
前記テンション装置は、前記突出片に設けられ、該テンション装置には、前記フレキシブル配線板を四方向から引っ張るテンションが加わるように設定されている、請求項５に記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【請求項７】
前記パッケージの表面に対向する前記カバーの裏面部分に、前記パッケージの表面に直接又はラバーを介して接触させる複数の突起が設けられ、前記複数の突起は、前記カバーの裏面部分に沿って格子状に配列されており、それら各突起の高さは、中央付近に位置する突起から周辺に位置する突起に向かうにしたがって低くなるように設定され、前記パッケージに生じる湾曲を低減する、請求項１記載のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ状の端子電極を有するランドグリッドアレイ型パッケージを基板に実装する際に好適に用いられるソケットの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、それぞれ異なる熱膨張係数を有する二つの基板上に形成された電極群どうしを、相互に対向させて信頼性良く接続することは、困難であることが知られている。そのため、半導体をプリント配線基板に実装する作業を行う場合、従来から次のような方法が採用されていた。
【０００３】
即ち、半導体パッケージをプリント配線基板上に搭載し電気的に接続する作業を行う場合、例えば半導体チップを長いリードのあるＱＦＰ（クオードフラットパッケージ）の形に作り、このパッケージをプリント配線基板上に搭載することが行われていた。この方法によれば、周囲温度の変化による半導体とプリント配線基板との寸法差を、リードによって吸収させることが可能である。
【０００４】
また、電子機器の小型化及び高速動作等を目的として、半導体のパッケージの形態を、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）などのような形態とすることが従来から行われている。これは、パッケージの裏側に、リードの代わりにグリッドアレイ状の端子電極を設けたものである。
【０００５】
しかし、長いリードを有するパッケージを用いた場合、パッケージが大きくなり、またリードが長いために信号が遅れ、高速信号処理ができないなどの問題を有していた。また、ＢＧＡやＬＧＡ等のパッケージをプリント配線基板上に搭載し、半田付けする場合、プリント配線基板とパッケージの熱膨張の差により発生する応力を吸収できず、接続の信頼性が得られないという問題を有していた。
【０００６】
この点の解決策として、ＬＧＡ型パッケージ用ソケットを使用する技術が開発されている。
図７は、ＬＧＡ型パッケージをプリント配線基板上に実装する際に用いるソケットの例を示す分解斜視図である。このソケット３０１は、ソケット本体３０２と、カバー３０３とを備える。ソケット本体３０２には、半導体パッケージ３０４が装着される装着部３０５が設けられている。
【０００７】
装着部３０５には、パッケージ３０４の裏側のグリッドアレイ状の端子電極群と、プリント配線基板３０６上の電極とを電気的に接続するためのコンタクト３１０（図８参照）が設けられている。コンタクト３１０の接触力は、カバー３０３でパッケージ３０４をソケット本体３０２に押し付ける力によって得られる構成としている。カバー３０３でパッケージ３０４を押し付ける力は、ボルト３０７によってカバー３０３をソケット本体３０２に取り付けた状態で作用するスプリング３０８の反発力によって得られる。３０９はプリント配線基板３０６に裏当てするスティフナーである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こような従来のＬＧＡ型パッケージ用ソケットでは、以下のような点で解決すべき課題がある。
【０００９】
第１に、カバー３０３のスプリング３０８によって、パッケージ３０４をソケット本体３０２側へ押し付ける力の分布の問題である。スプリング３０８は、カバー３０３の周囲付近に配置している。従って、パッケージ３０４を押し付ける力はパッケージ３０４の周辺部に作用する。そのため、パッケージ３０４には、コンタクト３１０の反発力により、中央部が上方へ膨らむように湾曲する偏った力が作用する。その結果、パッケージ３０４の端子電極群とプリント配線基板３０６の電極群との接触強さが、パッケージ３０４の中央部と周辺部とで相異する問題が生じる。この問題は、パッケージ３０４の薄型化を図るほど顕著になる。なぜなら、パッケージ３０４が薄くなるほど撓み易くなるからである。
【００１０】
第２に、弾性変形するコンタクト３１０をソケット本体３０２に多数設ける構成のソケット３０１では、コンタクト３１０の存在がソケット３０１の小型化を図る妨げとなる問題である。この点を考慮し、パッケージ３０４の端子電極群とプリント配線基板３０６上の電極との間に、電極接続用のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介在させて電極どうしを接続する技術も考えられている。この技術では、フレキシブルプリント配線板を用いるため、接続用電極を微小にして高密度化することで、半導体の小型化、高密度化に対応するパッケージ用ソケットとして構成することができる。しかし、この技術は、フレキシブルプリント配線板の両面の相対する位置に接続用の電極を設ける考え方を採用しているだけであるため、これだけでは高い接続信頼性を得るには十分でなく、更なる改良を加える必要性があった。
【００１１】
よって、本発明の課題は、ランドグリッドアレイ型パッケージの端子電極群と基板上の電極群との高い接続信頼性を得ることができ、しかも、半導体パッケージの薄型化、小型化、高密度化にも対応可能なランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケットを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。
本発明の第１の手段は、ランドグリッドアレイ型パッケージを基板に実装するためのソケットであって、前記パッケージのアレイ状の端子電極群と接続される第１電極群が一方の面に設けられ、他方の面に基板上の電極群と接続される第２電極群が設けられたフレキシブル配線板と、そのフレキシブル配線板が装着されたソケット本体と、前記パッケージを前記ソケット本体側へ押さえ付けるカバーとを備え、
前記第１電極群の各電極と、前記第２電極群の各電極とは、そのフレキシブル配線板の厚さ方向において互いに重ならないように配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この手段によれば、フレキシブル配線板の第１電極群の各電極と、第２電極群の各電極とが、フレキシブル配線板の厚さ方向において互いに重ならないように配置されている。このため、パッケージ及びフレキシブル配線板をカバーで押さえ付けて加圧すると、第１電極群の各電極と、第２電極群の各電極との間のフレキシブル配線板の部分が加圧方向に弾性的に湾曲してバネを形成する。このバネは、パッケージと基板との熱膨張の差による応力を緩和する作用を発揮する。さらに、電極どうしの接続強さを高める作用も発揮する。これにより、パッケージの端子電極群と基板上の電極群との高い接続信頼性を得ることができる。
【００１４】
本発明の第２の手段は、第１の手段における前記基板上の電極群と接続される第２電極群の各電極を半田ボールにより構成した。このようにすれば、基板上の電極群とフレキシブル配線板の第２電極群とを半田フロー技術を用いて容易に接続することができる。
【００１５】
本発明の第３の手段は、前記第１電極群及び第２電極群をそれぞれ金属バンプで構成した。このようにすれば、各電極群を、高密度化及び高精度化できるプリント技術で製作するフレキシブルプリント配線板を用いるのに好適な構成とすることができる。
【００１６】
本発明の第４の手段は、前記ソケット本体と前記フレキシブル配線板との間に、そのフレキシブル配線板を前記カバーにより加圧する方向と直交する方向に引っ張る力を与えるテンション装置を設けた構成とした。このようにテンション装置を設けた場合、フレキシブル配線板の表面に張力が生じるので、フレキシブル配線板の平坦度を向上させることができる。これにより、電極どうしの接触状態をより均一にすることができる。また、テンション装置の引っ張り強さを調整することで、フレキシブル配線板の柔軟性や弾力性等を電極どうしの接続に最適な状態に調整することが可能になる。
【００１７】
本発明の第５の手段は、前記パッケージの表面に対向する前記カバーの裏面部分に、前記パッケージの表面に直接又はラバーを介して接触させる複数の突起を設ける構成とした。このようにすれば、カバーに設けた複数の突起でパッケージの表面に直接又は間接的に複数箇所で点接触させることができる。
【００１８】
本発明の第６の手段は、前記複数の突起が前記カバーの裏面部分に沿って格子状に配列されており、それら各突起の高さは、中央付近に位置する突起から周辺に位置する突起に向かうにしたがって低くなるように設定されている構成とした。このようにすれば、各突起の突出長を設定するだけで、パッケージの表面を均一な力で押し付けることができる。したがって、パッケージの湾曲を防止し、電極どうしの接触強さの均一性を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に本発明の実施の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット１の分解斜視図を示した。図２にカバーの裏面を示す斜視図を、図３に突起の断面図を示した。また、図４にフレキシブル配線板の第１電極群と第２電極群の拡大斜視図を示した。
【００２０】
このランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケット１は、図１に示すように、ポジショナーとしてのソケット本体２と、パッケージ４を搭載する電極接続用のフレキシブル配線板３０と、基板（ボード）６の裏当てに用いるスティフナー９と、カバー３と、それら各部材の組立及び基板６への固定に用いる複数の止めネジ７とを備えている。基板６にはプリント配線板が用いられている。
【００２１】
ソケット本体２は平面正方形の板状に形成され、その中央部分にフレキシブル配線板３０を装着するための装着部２１が設けられている。装着部２１は、中央に設けた正方形の開口部分２２と、その開口部分２２の四隅に位置する形態となるように、ソケット本体２の表面側に設けた位置決め凹部２３とを有する。したがって、位置決め凹部２３は４箇所に設けられているが、図１では３箇所しか示されていない。
【００２２】
フレキシブル配線板３０は、半導体パッケージ４の裏側のグリットアレイ状の端子電極群（図示せず）と、基板６上の電極群（図示せず）とを電気的に接続する際の接続信頼性を高めるために設けられる。したがって、このフレキシブル配線板３０を含むソケット１には幾つかの特別な工夫が凝らされている。
【００２３】
第１の工夫はフレキシブル配線板３０の電極配置を相異させた点であり、第２の工夫はフレキシブル配線板３０にテンションを与えるテンション装置を設けた点であり、第３の工夫はカバー３の裏面にパッケージ４の表面を均一に加圧するための複数の突起３ａを設けた点である。
【００２４】
まず、第１の工夫について説明する。フレキシブル配線板３０の一方の面には図３に示すように第１電極群３１が設けられ、他方の面には第２電極群３２が設けられている。第１電極群３１は半導体パッケージ４の端子電極群にそれぞれ接続され、第２電極群３２は基板６上の電極群にそれぞれ接続される。第１電極群３１と第２電極群３２の各電極は、フレキシブル配線板３０をその厚さ方向に貫通するホール３１ａを通るリード３１ｂによって接続されている。しかし、この第１電極群３１の各電極と第２電極群３２の各電極とは、フレキシブル配線板３０の厚さ方向において互いに重ならないように配置されている。
【００２５】
即ち、図３（ｂ）に示すように、第１電極群３１はフレキシブル配線板３０の表面側に格子状に配列され、第２電極群３２はフレキシブル配線板３０の裏面側に同じく格子状に配列されているが、電極どうしが上下に重なることがないように互いにずらした千鳥の配置としている。３１ｃはフレキシブル配線板３０の補強パターンである。
【００２６】
図４及び図５に、フレキシブル配線板３０の電極配置の例を断面図で模式的に示している。図４の例は第１電極群３１を半田バンプで構成し、第２電極群３２を半田ボールで構成したものである。図５の例は、第１電極群３１及び第２電極群３２の双方を半田バンプで構成したものである。これらの第１電極群３１と第２電極群３２は互いに千鳥の配置関係であるため、各電極の周囲には矢印で示す加圧方向の違いによって弾性変形しやすい弾性部分３０ｂが形成される。これにより、フレキシブル配線板３０の各電極は、その周囲にあたかもバネを備えているかのような構成となる。
【００２７】
次に、第２の工夫について説明する。フレキシブル配線板３０にテンションを与えるテンション装置は、図１に示すように、バネ部材４０を主体としている。テンション装置は、バネ部材４０をフレキシブル配線板３０とソケット本体２との間に設けるためのピン４１を有する。フレキシブル配線板３０とソケット本体２には、図１及び図６に示すように、ピン４１を通す孔３５と長孔２５がそれぞれ設けられている。
【００２８】
フレキシブル配線板３０は、ソケット本体２の装着部２１と略同じ平面形状に形成されている。フレキシブル配線板３０の中央部分３６は開口部分２２内に収まる。中央部分３６の四隅から十字状に延びる４つの突出片３７の部分は、それぞれ対応する位置決め凹部２３内に収まる。その状態でバネ部材４０とピン４１がセットされる（図６参照）。このとき、バネ部材４０は、その両端が位置決め凹部２３から延びるスリット２４内に進入した状態で固定される。この際、バネ部材４０のバネの力によってフレキシブル配線板３０を四方から引っ張るテンションが加わるように設定される。
【００２９】
次に第３の工夫について説明する。近年の半導体パッケージ４は小型軽量化が図られている関係で薄い形状のものが多くなってきている。そのため、パッケージ４を不均一な力で加圧した場合、パッケージ４に微小な湾曲が生じ易くなっている。この微小な湾曲を無くす目的で、パッケージ４を押さえ付けるカバー３の裏面に、図２に示すような複数の突起３ａを設けている。突起３ａが存在する領域は、パッケージ４の表面の平坦部分４ａに対応する領域である。
【００３０】
これらの突起３ａは、カバー３が金属板で構成されている場合にはプレス加工等により形成され、樹脂製の場合にはその成形時に形成することできる。そうした突起３ａの成形時等において、各突起３ａの高さを異ならせた構成とすることが好ましい。図２では、各突起３ａの高さについて、中央に位置する突起３ａから周辺に位置する突起３ａに向かうにしたがって、次第に低くなるように形成されている。中央部分の突起３ａと周辺部分の突起３ａとの高さの違いは、パッケージ４の種類や大きさ、材質等の違いによりパッケージ４が湾曲する曲率によって左右される。さらに、カバー３が湾曲する場合もあるので、このカバー３の湾曲率も考慮される。何れにしても、パッケージ４の表面の平坦部分４ａの領域を均等に加圧することができるように設定される。
【００３１】
パッケージ４の平坦部分４ａ上には、合成ゴムや合成樹脂等からなるラバー５が配置される。このラバー５は、パッケージ５の平坦部分４ａを保護する機能を有する。ラバー５はさらに、複数の突起３ａにより平坦部分４ａを加圧する力を均等に分散させる機能も発揮する。
【００３２】
図１において、３ｂ、２ｂ、６ｂは止めネジ７の通し孔であり、９ｂは止めネジ７をねじ込むネジ孔である。また、６ｃはピン４１のために基板６に設けた逃げ孔を示している。
【００３３】
このような構成のソケット１によれば、ソケット本体２にフレキシブル配線板３０がバネ部材４０によって装着され、フレキシブル配線板３０上にパッケージ４及びラバー５が搭載される。その上からカバー３が載せられ、カバー３、ソケット本体２、スティフナー９が止めネジ７によって基板６に固定される。カバー３でパッケージ４を押し付ける力は止めネジ７のねじ込み強さによって調整される。パッケージ４の端子電極群と第１電極群３１、及び第２電極群３２と基板６上の電極群とは半田フロー技術等により接続される。
【００３４】
基板６にパッケージ４が実装された状態においては、パッケージ４及びフレキシブル配線板３０がカバー３で押さえ付けられる。フレキシブル配線板３０の第１電極群３１の各電極と、第２電極群３２の各電極とが、フレキシブル配線板３０の厚さ方向において互いに重ならないように配置されているため、第１電極群３１の各電極と、第２電極群３２の各電極との間のフレキシブル配線板３０の弾性部分３０ｂが加圧方向に弾性的に湾曲してバネを形成する。このバネは、パッケージ４と基板６との熱膨張の差による応力を緩和する作用を発揮する。さらに、電極どうしの接続強さを高める作用も発揮する。これにより、パッケージの端子電極群と基板上の電極群との高い接続信頼性を得ることができる。
【００３５】
また、バネ部材４０を主体とするテンション装置を設けたことで、フレキシブル配線板３０の表面に張力が生じる。その結果、フレキシブル配線板３０の平坦度が向上する。これにより、電極どうしの接触状態をより均一にすることができる。また、テンション装置の引っ張り強さを調整することで、フレキシブル配線板３０の柔軟性や弾力性等を電極どうしの接続に最適な状態に調整することも可能になる。
【００３６】
また、パッケージ４の表面の平坦部４ａに対向するカバー３の裏面部分に、パッケージ４の平坦部４ａにラバー５を介して接触させる複数の突起３ａを設けることによって、その複数の突起３ａでパッケージ４の表面に間接的に複数箇所で点接触させることができる。勿論、ラバー５を用いないで突起３ａを平坦面４ａに直接接触させることもできる。
【００３７】
また、複数の突起３ａがカバー３の裏面部分に沿って格子状に配列されており、それら各突起３ａの高さは、中央付近に位置する突起３ａから周辺に位置する突起３ａに向かうにしたがって低くなる設定とすることによって、各突起３ａの突出長を設定するだけでパッケージ４の表面を均一な力で押し付けることができる。したがって、パッケージ４の湾曲を防止し、電極どうしの接触強さの均一性を高めることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケットによれば、パッケージの端子電極群と基板上の電極との高い接続信頼性を得ることができ、しかも、半導体パッケージの薄型化、小型化、高密度化にも対応可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るランドグリッドアレイ型パッケージ用ソケットの分解斜視図。
【図２】本発明に係るソケットのカバーを示すもので、図２（ａ）はカバーの裏面を示す斜視図、図２（ｂ）はカバーの突起の断面図。
【図３】本発明に係るソケットの要部を示すもので、図３（ａ）はフレキシブル配線板とその上下の部材関係を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の円イで囲む部分の拡大斜視図。
【図４】本発明に係るフレキシブル配線板の電極配置を断面で示す模式図。
【図５】本発明に係るフレキシブル配線板の電極配置を断面で示す模式図。
【図６】本発明に係るテンション装置のバネ部材と位置決め凹部との関係を示す拡大斜視図。
【図７】従来のＲＧＡ型パッケージ用ソケットを示す分解斜視図。
【図８】従来のソケットのコンタクト搭載部分を拡大した部分断面図。
【符号の説明】
１  ソケット
２  ソケット本体
３  カバー
３ａ  突起
４  パッケージ
５  ラバー
６  基板（プリント配線板）
７  止めネジ
９  スティフナー
２１  装着部
２２  開口部分
２３  位置決め凹部
２４  スリット
２５  長孔
３０  フレキシブル配線板
３０ｂ  弾性部分
３１  第１電極群
３１ａ  ホール
３１ｂ  リード
３２  第２電極群
３５  孔
３６  中央部分
３７  突出片
４０  バネ部材
４１  ピン
【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７】
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【図８】
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