JP2670636B2 - コネクタアセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、集積回路チップ用及びマルチチップ基板用
のコネクタアセンブリに関し、特に分離式で高密度接触
を可能とするコネクタアセンブリに関する。

（従来の技術） 通常、集積回路（IC）は、相互接続パターン（一層ま
たは多層の）およびコンタクトパッドが形成されている
小型プリント回路板のようなシリコン・モジュールの上
に支持されている。このような基板には、またアクティ
ブデバイス、ラインドライバ、レシーバ等も組み込まれ
ている。モジュールは、例えばフリップ・チップ、ワイ
ア・ボンド、テープ自動接着法により基板上に装着され
ている数個のICチップを含むことができる。この技術に
よりモジュール上に非常に高い相互接続密度が得られ
る。例えば、フリップ・チップ技術は、高さがわずか25
μｍで、中心間隔100μｍのはんだバンプを用いて、極
めて高密度なパッケージを得ている。次いで、プリント
回路板を介してモジュールが相互接続される。

また、コネクタ密度の点では、コネクタ・アセンブリ
技術は、メッキされたスルーホール装着コンタクトか
ら、ピンとソケットの組合せ、表面はんだ付け、さらに
1987年10月13日に発行され、本発明の出願人に譲渡され
た米国特許第4,699,593号公報など最新のインタポーザ
使用に至るまで発展して来た。通常、インタポーザなど
の方法では、コンタクトの位置決め、または方向決め手
段として、ばね部材である絶縁体が使用されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のようなコネクタアセンブリにおいては、信号伝
播遅延の影響を最小限にするために、このモジュール
は、できるだけ小さな領域で相互接続されるべきであ
る。

また、モジュールからプリント回路板まで不連続なし
に制御調節された信号の特性インピーダンスをもつこと
が望ましいが、プラスチックの使用が制限される。この
理由はコンタクト間が近接するとコンタクト間に漏話が
生ずるからである。この漏話問題は、一つおきのコンタ
クトを接地接続して参照地面を設けることにより、緩和
し得る。しかし、これは達成し得る相互接続密度に厳し
い影響を与えることになる。

さらに、隣接コンタクトを分離するプラスチック材の
寸法がある限界以下の場合、プラスチックを鋳込成形す
る従来の技術は不適当である。十分なパッキング密度を
確保し、プラスチックが流れ込む鋳型から抜き取る際に
少なくともある程度機械的強度が保持されるためには、
鋳型中のコアピン相互間の隙間には制限がある。反応射
出成型の技術は、小さな形状をより良く作ることができ
る。ただし、これはコンタクト隔離材すなわちリブの大
きさに近い小さな形状を、鋳ばり（flash）なしに製造
する際に困難性が付随する。

また、場合によっては、ICモジュールが、プリント回
路板上に装着後に故障することがある。このような場
合、プリント回路板全体の交換を要せず、このようなモ
ジュールを交換できることが望ましい。

したがって、本発明の目的は、ICチップモジュールを
プリント回路板または類似の基板にできるだけ高密度に
相互接続可能なコネクタアセンブリを提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、ICチップモジュールとプリント
印刷板の間に設けられた、制御されたインピーダンス、
導波路特性、低い電気抵抗、短い電路長、高い密度およ
び信頼性を有するコネクタアセンブリを提供することに
ある。

本発明のさらに他の目的は、前記要件をすべて満足す
るのみならず、分離可能でモジュールの交換ができるよ
うにしたコネクタアセンブリを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するため、本発明によるコネクタア
センブリは、 第１の基板上のコンタクトパッドと第２の基板上の対
応するコンタクトパッド間を電気的に接続するコネクタ
アセンブリにおいて、 前記コンタクトパッド間を電気的に接続し、本体部と
該本体部から両方向に延びるコンタクト部を有する複数
のコンタクト部材と、 前記複数のコンタクト部材のそれぞれのコンタクト部
の少なくとも本体部が収納されるとともに、前記コンタ
クト部が露出するように収納されている複数個の開口部
を有する少なくとも１枚の金属製スペーサプレートと、 前記スペーサプレートのそれぞれの上面側および下面
側に近接配置され、前記コンタクト部材のそれぞれのコ
ンタクト部を挿入、保持する複数個の開口部を有する上
方基準プレートおよび下方基準プレートと、 を備えて構成される。

（作用） 本発明によるコネクタアセンブリは、２枚の基板上の
コンタクトパッド間を電気的に接続し、本体部と本体部
から両方向に延びるコンタクト部を有する複数のコンタ
クト部材のそれぞれのコンタクト部の少なくとも本体部
を収納するとともに、前記コンタクト部を露出して収納
する複数個の開口部を有する少なくとも１枚の金属製ス
ペーサプレートを設け、さらに前記コンタクト部材のそ
れぞれのコンタクト部を挿入、保持する複数個の開口部
を有する上方基準プレートおよび下方基準プレートを、
前記スペーサプレートの上面側および下面側に近接配置
している。

こうして位置合せされた開口を有する複数のプレート
によりコンタクト部材が精密に配置され、プレートを重
ねると、コンタクト部材を保持するチャンバを形成する
分離可能なコネクタアセンブリが得られる。

また、上記プレートは絶縁層を被覆した金属材料から
製造され、これによってプレートのスタックがコンタク
ト部材の周囲に接地シールドを設け漏話を防止する。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

図を参照すると、ICチップキャリア、すなわちモジュ
ール10（第２図）上のコンタクトパッド14（第４図）の
パターンを、プリント回路板12（第２図）上の対応する
コンタクトパッド18のパターンに接続することが望まれ
る。通常、モジュール10は、厚さが約0.5mmのシリコン
基板であり、担持している集積回路チップを接続してボ
ンデングするパッドの場となるように配置された少なく
とも１層の導体を支持する。モジュール10のその他の区
域には、後で詳細に説明するコネクタアセンブリによる
プリント回路板12上にパッド18に接続されているコンタ
クトパッド14の規則正しい反復パターンが存在する。

図に示すコネクタアセンブリは、第１基板、すなわち
プリント回路板12の表面20上のコンタクトパッド18（第
３図）を第２基板、すなわちモジュール10の表面16上の
対応するコンタクトパッド14に電気的に接続するように
機能する。したがって、コネクタアセンブリは、複数の
コンタクト部材、コンタクト部材を位置決めする構造、
またモジュールやプリント回路板その他の基板を保持す
る構造、またさらにコンタクトパッド14とコンタクトパ
ッド18間の電気的相互接続を行う位置決め構造を含む。

第1A図に示すように、第１の例のコンタクト部材22
は、平形シート・ストック（金属板）から打ち抜くのが
好ましく、本体部24、第１コンタクト部26、第２コンタ
クト部28を有する。本体部24は、実質的にＳ字型であ
り、第１及び第２コンタクト部分26、28は、本体部24に
よって規定されている平面内で、本体部24のそれぞれの
端から通常垂直に延びている。

第1B図を参照すると、第２の例のコンタクト部材22′
も、平形シート・ストックから打ち抜くのが好ましく、
本体部24′、第１コンタクト部26′、第２コンタクト部
28′を有する。本体部24′は、第１コンタクト部26′と
第２コンタクト部28′の間で実質的に閉じたループを形
成する。つまり、本体部24′は略Ｃ字形であり、第１コ
ンタクト部26′に隣接する本体部24′から延びて第２コ
ンタクト部28′に隣接する本体部24′とすり合って係合
する延長部25′と共に形成されている。このすり合い係
合は、後記の検討から明らかになるように、コネクタア
センブリが完全に組み立てられた時に、コンタクト部材
22′の圧縮によって行われる。

第1C図は、本体部22″がＣ形になる代りに蛇行状に曲
りくねっていること以外は第1B図の例と同様な、もう一
つのコンタクト部材22″の例を示ている。

第1B図及び第1C図にそれぞれ例示されているコンタク
ト部材22′及び22″は、実質的に共線状（colinear）に
なっている第１及び第２のコンタクト部を有する。しか
し、第1A図の考察から判るように、コンタクト部26及び
28が本体部24の対向する側にあるとき、比較的広く種々
の位置にわたって第１及び第２コンタクト部を延ばすこ
とは可能であるから、本発明の範囲に関する限りにおい
て、この形状構成に限定するものではない。

本発明によるコネクタアセンブリの以下の説明は、第
1A図に示すコンタクト部材22を用いる。当業者には明ら
かであるように、この説明は第1B図及び第1C図に示すコ
ンタクト部材にも適用され、またコネクタアセンブリに
明白な修正を加えて、他の任意の適切に構成されたコン
タクト部材にも適用されることは理解される。

コンタクト部材22を位置決めする構造は、複数の異な
る種類のプレートを包含している。第３図に示すよう
に、第１の型のプレートは、第１コンタクト部26と第２
コンタクト部28の間のコンタクト部材の本体部24の寸法
（第1A図のＨ）と実質的に等しい高さまで積み重ねてあ
る複数スペーサ・プレート30である。スペーサ・プレー
ト30は、規定された主軸をもつ実質的に矩形状構成の複
数の開口32を設けて形成されている。各開口32の主軸に
沿った長さは、コンタクト部材22に関する寸法Ｗ（第1A
図）よりわずかに大きく、各開口32の幅はコンタクト部
材22の厚さをわずかな隙間に適合させるのに十分な寸法
である。スペーサ・プレート30を位置合せしながら一つ
に積み重ねると、開口32は、それぞれがその中にコンタ
クト部材22の本体部24を収容する複数のチェンバを形成
する。複数のプレート30を図示したが、一枚の厚いプレ
ートのみを用いてもよい。また、スタックのすべてのプ
レートにおける開口が同一である必要はなく、プレート
を積み重ねる場合、チャンバの周縁がより密接にコンタ
クト部材の本体部にぴったり合う大きさになっていれば
よい。

以下、第４〜８図をも参照しながら説明する。

位置決め構造は、下方基準プレート34と上方基準プレ
ート36も包含している。下方基準プレート34は、スペー
サ・プレート30のスタックの第１側面に隣接し、上方基
準プレート36は第１側面と反対側のスペーサ・プレート
30のスタックの第２側面に隣接する。下方基準プレート
34は位置決め構造の第１主平坦面38を決め、一方、上方
基準プレート36は、位置決め構造の第２主平坦面40を決
める。

下方および上方基準プレート34、36は、それぞれ、そ
こを貫通する開口42、44のパターンを有する。これらの
開口42、44は、細長い形状で、第１コンタクト部26と第
２コンタクト部28がそれぞれその中にわずかな隙間を伴
って収められるのに適当な寸法である。下方基準プレー
ト34の開口42は、プリント回路またはその他の基板12上
のコンタクトパッド18の位置に対応する第１の複数の所
定の正確な対応位置に位置決めされている。同様に、上
方基準プレート36の開口44は、モジュール10上のコンタ
クトパッド14の第２の複数の所定の正確な対応位置に位
置決めしてある。これらの開口42、44は、スペーサ・プ
レート30のスタック中の開口32により形成されたチャン
バのそれぞれに通じている。第３図に明示するように、
基準プレート34、36の厚さは、コンタクト部材22の本体
部24から延びている第１コンタクト部26と第２コンタク
ト部28の寸法である寸法Ｌ（第1A図）より小さい。第１
コンタクト部26及び第２コンタクト部28の長さを実質的
に等しく示したが、これは必要条件ではない。つまり、
基準プレート34、36の厚さは異なっていてもよい。これ
らの厚さが対応するコンタクト部の長さより小さいこと
が要件である。したがって、コンタクト部分26、28は、
それぞれ平坦面38、40で露出している。その結果、コネ
クタアセンブリをクランプで締め下すと、コンタクト部
材22は圧縮され、その固有の弾性により、コンタクト部
26、28とコンタクトパッド18、14それぞれの間の良好な
電気的接触を保証する接触力が生じる。

本発明によれば、上方基準プレート36の外周はモジュ
ール10の外周に合わせるような形状構成にしてよい。コ
ネクタアセンブリ全体を保持するための構造の部分とし
て、モジュール10と上方基準プレート36の外周に相補的
な中心開口48を有する入れ子（nest）プレート46が設け
られている。入れ子プレート46の厚さは、上方基準プレ
ート36とモジュール10の合わせた厚さに実質的に等し
く、組立てたとき、上方基準プレート36とモジュール10
は入れ子プレート46に中央開口48内にある。

アセンブリを分離可能に完成させるため、底部クラン
プ部材50及び頂部クランプ部材52、ならびに絶縁体プレ
ート54を設けている。底部クランプ部材50は、複数の内
ねじ付き開口56を備え、絶縁体プレート54、プリント回
路板12、下方基準プレート34、スペーサ・プレート30、
入れ子プレート46および頂部クランプ部材52は、底部ク
ランプ部材50中の内ねじ付き開口56の位置に合致するス
ペースに配置された貫通孔57を備えている。アセンブリ
は、頂部クランプ部材52、入れ子プレート46、スペーサ
・プレート30、下方基準プレート34、プリント回路板12
および絶縁体プレート54にあけた孔57を通って延び、内
ねじ付き開口56内で受けとめられている複数のねじ込み
ボルト58により、一体に保持されている。その代りに、
頂部クランプ部材52にはねじ付き開口を、底部クランプ
部材には貫通口をもち、アセンブリ底部からボルト58を
挿入してもよい。ボルト58を使用しているので、モジュ
ール10を交換する必要があれば、ボルト58を外して、コ
ネクタアセンブリを分離、交換すればよい。

第３図から明らかなように、頂部クランプ部材52は、
入れ子プレート46の中央開口48の上方に延び、ボルト58
を締めると、下向きの力がモジュール10に働く。このよ
うにボルト58を締めると、まずコンタクト部26及び28が
基準プレート34および36の先まで延びるので、コンタク
ト部材22は圧縮される。コンタクト部材22の本体部24の
Ｓ字形は、このような圧縮を可能とする固有の弾力を生
み出し、コンタクト部28及び26によりそれぞれコンタク
トパッド14及び18に加えられる弾性接触力をもたらす。
（第1B図及び第1C図に示すコンタクト部材22′,22″
は、本体部24′及び24″の形状が弾力をもたらし、延長
部25′及び25″が接触パッド14と18の間に短縮された電
気路をもたらす） 本発明では、所望の高密度接続を得るため、開口32を
その主軸と平行にし、開口の主軸に実質的に直交する第
１の線に沿って整列させる。開口32の第２の線を設ける
ことが好ましい。この第２の線は、第１の線に平行して
いて、第１の線と第２の線における開口の主軸は交互で
ある。必要ならば、すべての線列における開口の主軸が
交互で、開口の追加の線列を設けてもよい。スペーサ・
プレート30の開口32のアレイは、下方および上方基準プ
レート34および36それぞれの開口42及び44により、さら
にモジュール10の表面16上のコンタクトパッド14及びプ
リント回路板12の表面20上のコンタクトパッド18によっ
ても繰り返されている。

コンタクト部材22が近接しているため、漏話を避ける
何らかの手段を設けなければならない。このため、スペ
ーサプレート30、下方基準プレート34、上方基準プレー
ト36は、例示として、アルミニウム製とした。これによ
って、ケミカルミリング、レーザ切削、またはその他適
当な製造技法により、開口32、42、44を金属から非常に
精確に切削分離できるようになる。開口を形成した後、
アルミニウムを陽極酸化すると、この処理により比較的
厚い耐摩耗性の誘電体層が生じる。このような誘電体層
には、母材金属まで延びることのある複数のき裂がある
場合がある。したがって、真空含浸またはその他の手段
で、これらの微細き裂をプラスチック、例えばエポキシ
などを有機誘電体材で充てんする。この処理により製造
できる形状寸法は、鋳込成型プラスチックにより製造で
きるものよりも実質的に小さく、より精密である。プレ
ート30、34、36は一まとめにして電気的に接地され、コ
ンタクト部材22を流れるどのような電流も、プレートの
金属中の帰電流路と共に誘電体被覆中に電界を確立し、
したがって、隣接するコンタクトとの間の電磁結合によ
り全体的な絶縁をもたらし、隣接するコンタクト間のど
のような電気的漏話も消滅または最小化させることにな
る。チャンバ及びコンタクトの形状寸法は、必要な特性
インピーダンスをもたらすように設計、すなわちつり合
わせることができる。

熱膨脹係数を考慮すると、アルミニウムをプレート3
0、34、36に使用できない状況もあり得る。このような
場合には、銅、コバール、インバール、合金42号などの
その他の金属を使用しなければならない。これらの金属
は、アルミニウムの陽極酸化と同様なやり方で処理でき
ないので、異なる方法を用いて絶縁体層を製造する。こ
の方法は、エポキシ、テフロンその他の絶縁体など、場
合に応じて、適当なプラスチックで被覆されることにな
る大きめの開口を有する金属プレートの製造を含む。

第３図は、コンタクト22が、適当な個数のスペーサ・
プレート30を積層することにより構成されたチャンバ中
に包まれていることを明示している。スペーサ・プレー
ト30を下方基準プレート34及び上方基準プレート36と一
緒に使用することにより、モジュール10上のコンタクト
パッド14とプリント回路板12上のコンタクトパッド18の
間に、適当な位置合せ、すなわち、すり合せ（registra
tion）をコンタクト部材22を介して実現するやり方で、
コンタクト部材22を上記のチャンバ中に適正な向きで保
持できる。プレートが金属製であるため、開口をその中
に形成するのは、厳密な許容差で非常に精密に制御で
き、こうして比較的高い相互接続密度が実現できる。ま
た、金属プレートの使用により、隣接するコンタクト部
材相互の間の漏話を防止するコネクタアセンブリの導波
管特性をももたらす。

以上好ましい一実施例を開示したが、開示された実施
例に種々の変形を行なってもよいことは、当業者には明
らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、多数のコンタ
クトを有するコネクタの接続密度に問題を生じることな
く漏話を軽減できるだけでなく、ICチップモジュールを
制御されたインピーダンス、導波特性、低抵抗、短い電
気路長をもつプリント回路板に高密度に相互接続でき
る。また、分離可能で欠陥のあるICモジュールの交換も
容易である。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B図、及び第1C図は、本発明によるコネクタ
アセンブリのコンタクト部材の例を示す図、第２図は、
本発明の原理に従って製造された分離可能なコネクタア
センブリを示す分解斜視図、第３図は、第1A図に示すコ
ンタクト部材を使用する実施例を示す、第２図のコネク
タアセンブリの半分解断面図、第４図は、ICチップ・モ
ジュール上のコンタクトパッドのパターンを示す詳細
図、第５図は、本発明によるコネクタアセンブリのスペ
ーサ・プレートにおける開口のパターンを示す詳細図、
第６図は、本発明によるコネクタアセンブリの下側参照
プレートにおける開口のパターンを示す詳細図、第７図
は、本発明によるコネクタアセンブリの上側参照プレー
トにおける開口のパターンを示す詳細図、第８図は、プ
リント回路板上のコンタクトパッドのパターンを示す詳
細図である。 10……モジュール、12……プリント回路板 14,18……コンタクトパッド 22,22′,22″……コンタクト部材、 24,24′,24″……本体部 26,26′,26″……第１コンタクト部、 28,28′,28″……第２コンタクト部、 30……スペーサ・プレート、 34……下方基準プレート、 36……上方基準プレート。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の基板上のコンタクトパッドと第２の
   基板上の対応するコンタクトパッド間を電気的に接続す
   るコネクタアセンブリにおいて、 前記コンタクトパッド間を電気的に接続し、本体部と該
   本体部から両方向に延びるコンタクト部を有する複数の
   コンタクト部材と、 前記複数のコンタクト部材のそれぞれのコンタクト部の
   少なくとも本体部が収納されるとともに、前記コンタク
   ト部が露出するように収納されている複数個の開口部を
   有する少なくとも１枚の金属製スペーサプレートと、 前記スペーサプレートの上面側および下面側に近接配置
   され、前記コンタクト部材のそれぞれのコンタクト部を
   挿入、保持する複数個の開口部を有する上方基準プレー
   トおよび下方基準プレートと、 を備えて成ることを特徴とするコネクタアセンブリ。