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JP3360179B2 - ボールグリッドアレーソケット - Google Patents

ボールグリッドアレーソケット

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JP3360179B2
JP3360179B2 JP50947196A JP50947196A JP3360179B2 JP 3360179 B2 JP3360179 B2 JP 3360179B2 JP 50947196 A JP50947196 A JP 50947196A JP 50947196 A JP50947196 A JP 50947196A JP 3360179 B2 JP3360179 B2 JP 3360179B2
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ジー グラベ、ディミトリー
ウェーン ミルブランド、ドナルド
ロバート リングラー、ダニエル
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ザ ウィタカー コーポレーション
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    • H05K7/02—Arrangements of circuit components or wiring on supporting structure
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  • Connecting Device With Holders (AREA)
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半田ボールコンタクト組立体に関し、特に
半田ボールと協働して多数回にわたって印刷回路基板等
からセラミック基板等を嵌合及び離脱させるソケットに
関する。
集積回路（IC）パッケージの複雑さが増し続けると、
ICパッケージの全体寸法を大きくすることなくICパッケ
ージの周囲のリードを適切に位置決めすることがますま
す困難になる。現在、0.3mm（0.012インチ）の細いピッ
チのリードを有するICパッケージが販売されているが、
パッケージの効率が増大する利点がある反面、組立の歩
留りの低下及び組立工程の複雑化により全体のコスト増
を招いている。それ故に、リード数を増加させると共に
ICパッケージの寸法を維持するために、パッケージの表
面に多数の接続点が矩形の格子状又はアレー状に配列さ
れたパッケージが必要になってきている。かかる解決法
の１つが1993年９月19日付の「IBM研究開発ジャーナ
ル」Vol.37、No.5に掲載された「半田ボール接続（SB
C）パッケージの回路基板への取付」と題された記事に
開示されている。
上掲の記事に開示された技術は密度及び寸法の問題に
対する解決を与えているが、カードからセラミック基板
を取り外すことができないという問題がある。第598ペ
ージの図２に示されるように、セラミック基板及びカー
ドは共晶半田接合部により、半田ボールに接合されてい
る。半田ボールが半田接合部により基板及びカードの両
方に接合されると、永久的な接続が構築され、それ故に
基板を補修及び交換が困難であるという問題がある。基
板及びボード（カード）間の電気的接続が半田を必要と
すると、ボードへの設置前の基板の試験が困難かつコス
ト高となる。従って、試験及び補修を容易にするために
多数回の嵌合及び離脱を可能にする、セラミック基板及
びボード間の相互接続構造があれば有利である。
本発明は、第１基板及び第２基板間にいわゆる「ピン
及びソケット」型の接続部を具備したデバイスに係る。
ソケットは、弧状表面を有する相手コンタクトと嵌合す
るためのものであり、底壁と、この底壁から実質的に直
交して延びる側壁とを有する。側壁は、相手コンタクト
が挿入される開口を形成する。コンタクトの保持点は、
側壁に設けられると共に開口内に延び、相手コンタクト
と協働して相手コンタクト及びソケット間に電気的接続
部を形成する。
また、本発明は、上述のソケットに弧状又は筒状の相
手コンタクトを組み合わせたソケット組立体に係る。こ
の組み合せにより、第１基板及び第２基板が互いに嵌合
すると、弧状又は筒状の相手コンタクトはソケットの開
口内に受容されると共にコンタクト保持点によりその中
に保持される。
さらに、本発明は、少なくとも１個のソケットが実装
された第１基板を有する基板嵌合組立体に係る。その少
なくとも１個のソケットは、このソケットに設けられる
と共にコンタクト受容開口内に延びるコンタクト保持点
を有する。第２基板は、この基板上に実装された少なく
とも１個の相手コンタクトを有する。この少なくとも１
個の相手コンタクトは、弧状表面を有すると共に、少な
くとも１個のソケットのコンタクト受容開口に受容され
る寸法を設定される。第１基板及び第２基板が互いに電
気的に嵌合すると、少なくとも１個の相手コンタクト
は、コンタクト受容開口に受容されると共にコンタクト
保持点及び少なくとも１個の相手コンタクトの弧状表面
の協働により開口内の所定位置に保持される。コンタク
ト保持点は、少なくとも１個の相手コンタクトが少なく
とも１個のソケットと係合すると弾性歪を生ずる形状の
弾性腕上に設けられる。このため、少なくとも１個の相
手コンタクトが十分に挿入されると、弾性腕は応力が生
じない状態に向って戻り、少なくとも１個の相手コンタ
クトの表面と協働してそのコンタクトを所定位置に維持
する。
本発明は、以下の添付図面に示された例により詳細に
説明する。
図１は、ソケットリセプタクルが半田付けされる前の
セラミック基板及び印刷回路基板を示す分解斜視図であ
る。
図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。
図３は、印刷回路基板と嵌合したセラミック基板を示
す図２と同様の断面図である。
図４は、図３に示される、半田ボールが配置されたソ
ケットリセプタクルの拡大断面図である。
図５は、半田ボールと係合したソケットリセプタクル
の弾性腕を示す、図４の５−５線に沿った断面図であ
る。
図６は、半田ボールがソケットリセプタクル内に配置
されていない状態の弾性腕を示す、図５と同様の断面図
である。
図７は、第１の別のソケットリセプタクル内に半田ボ
ールが配置された状態を示す、図４と同様の断面図であ
る。
図８は、第１の別のソケットリセプタクルの弾性腕が
半田ボールと係合した状態を示す、図７の８−８線に沿
った断面図である。
図９は、第２の別のソケットリセプタクル内に半田ボ
ールが配置された状態を示す、図４と同様の断面図であ
る。
図10は、第２の別のソケットリセプタクルの弾性腕が
半田ボールと係合した状態を示す、図９の10−10線に沿
った断面図である。
図11は、第３の別のソケットリセプタクル内に半田ボ
ールが配置された状態を示す、図４と同様の断面図であ
る。
図12は、第３の別のソケットリセプタクルの弾性腕が
半田ボールと係合した状態を示す、図11の12−12線に沿
った断面図である。
図１に示されるように、セラミック又は他の材料製の
基板２は、その表面に設けられた回路パッド４上に実装
された複数の半田ボール６を有する。半田ボール６は、
半田８によって回路パッド４の所定位置に維持される。
図示のボール６は半田ボールであるが、ボールは特定用
途に必要な特定の特性を有するいかなる導電性材料製で
もよいことは留意すべきである。ボールは、筒状であっ
てもよいし、弧状である他のタイプであってもよい。
以下でさらに説明するように、セラミック基板２は、
銅トレース即ちパッド12を表面上に有する印刷回路基板
10と電気的に係合して配置される。図２に示されるよう
に、ソケットリセプタクル14は、銅トレース12上に配置
され、半田16により銅トレース12上に維持される。プラ
スチック製キャリア即ちスペーサ18は、ソケットリセプ
タクル14近傍に配置される。用途によっては半田付け後
にプラスチック製キャリアを取り除いてもよい。
半田ボールが用いられる本実施形態では、、ソケット
リセプタクル14は、積層材料製であり、リセプタクルの
内側はステンレス鋼又は同様の材料であり、芯部は銅等
であり、回路基板に半田付けされる外表面は錫又は半田
である。他の材料製のボールが用いられる場合は、ソケ
ットはニッケル及び金若しくは金のみでめっきされた銅
合金のような材料で形成されてもよい。
図１ないし図６に示されるように、各ソケットリセプ
タクル14は、底壁22及び側壁20を有する。側壁20は、底
壁22に対して略直交する方向に延びて半田ボール受容開
口24を形成する。図４を参照すると、側壁20は弾性腕26
を有する。図示の形状では、３本の弾性腕26が各ソケッ
トリセプタクル14に設けられている。弾性腕26は、スロ
ット28により互いに離間されている。各弾性腕26は、そ
の一端に設けられた半田ボール保持点30と、他端に設け
られたプラスチックキャリア保持バーブ（逆刺）34とを
有する。接触領域32は、半田ボール保持点30の近傍に配
置されている。ソケットリセプタクルの種々の他の形状
（そのいくつかは図６ないし図11に示される）を本発明
の目的達成のために用いてもよい。
銅トレース12上にソケットリセプタクル14を適切に配
置するために、ソケットリセプタクル14を半田付け前に
適切な位置に維持する必要がある。プラスチック製キャ
リア18はその機能を果たす。個々のソケットリセプタク
ル14は、プラスチック製キャリア18のソケットリセプタ
クル受容開口40内に装填される。開口40は、その直径が
ソケットリセプタクル14の直径より若干大きい筒状をな
す。ソケットリセプタクル14のプラスチックキャリア保
持バーブ34は、開口40の側面に食い込んで干渉係合し、
ソケットリセプタクル14をプラスチック製キャリア18内
に維持する。プラスチック製キャリア18の開口40の側面
はソケットリセプタクル14の側壁20を囲み、その結果、
開口の側面が側壁に近接する。この寸法配置により、開
口の側面が弾性腕26の過応力を制限する作用をなすこと
ができる。開口の側面の配置により、弾性腕が受容開口
24から離れる方向である外側にはみ出すのを防止するの
で、弾性腕の塑性変形を防止する。
ソケットリセプタクルをプラスチック製キャリア18内
に適切に装填した状態で、キャリア18は回路基板10に対
して所定位置に移動される。ソケットリセプタクルは、
トレースに位置決めされた状態でトレースに半田付けさ
れる。
半田ボール６が半田付けされた基板２は、ソケットリ
セプタクル14が半田付けされた印刷回路基板に位置決め
されるために移動される。プラスチック製キャリア18
は、上述の通り、バーブ34及びキャリア18の協働によ
り、組み立てられた印刷回路基板10上に固定される。
次に、基板２及び印刷回路基板10が互いに接近する方
向に移動されることにより、半田ボール６がソケットリ
セプタクル14の各半田ボール受容開口24内に移動され
る。半田ボール６は、開口24内に移動すると、ソケット
リセプタクル14の半田ボール保持点30と係合する。嵌合
が進行すると、半田ボール６は腕26を外側に弾性変形さ
せる。腕26は、弾性歪を許容する形状に設定されるが、
歪は弾性範囲内で生じるので元の応力が生じていない状
態に戻ろうとする。
弾性腕26は、外側に移動すると、半田ボール６に力を
及ぼす。この力は半田ボール保持点30がボール６の表面
をえぐるのに十分な量であるので、半田ボール保持点30
が半田ボール６の表面に生じた酸化物等を突き破り、半
田ボール６及び腕26の接触領域32面に積極的に電気的接
続を与える。
基板２及び回路基板10の嵌合は、プラスチック製キャ
リア18の頂面42が基板２の底面46に当接し、プラスチッ
ク製キャリア18の底面44が印刷回路基板10の頂面48に当
接するまで続行される。この位置では、基板２及び印刷
回路基板10は、互いに離間すると共に互いに接近する方
向へ移動することができない。組立体は、半田ボール６
及びソケットリセプタクル14の弾性腕26の協働により、
この位置に維持される。図４に良く示されるように、半
田ボールが十分に挿入されると、弾性腕26は、応力が生
じていない状態に向って戻り、親たな応力状態になる。
この状態では、弾性腕26は、半田ボール６の曲面と協働
して半田ボールを確実に所定位置に維持させるために半
田ボール６に下方向の力を及ぼす。この力は、印刷回路
基板10に対して基板２を嵌合完了位置に維持するのに十
分であるので、これら基板２、10間に適切な電気的接続
を確実に形成する。
プラスチック製キャリア即ちスペーサ18の使用によ
り、半田ボール16はソケットリセプタクル14の底壁22と
係合しない状態が保証される。よって、底壁22による半
田ボール６の損傷を防止する。ボールが他の材料製の場
合は、ボールがソケットの底壁と接触するのを防ぐ必要
がないので、スペーサとしてプラスチック製キャリアを
使用する必要はない。実際、ボールが半田以外の材料製
の場合は、ボールが底壁と接触して別の通電路を形成す
る利点がある。
半田ボール及びソケットリセプタクルを使用すること
により、セラミック基板を印刷回路基板に取り外し可能
に実装することができる。この「ピン及びソケット」型
の接続により、必要な場合、基板を印刷回路基板から取
り外すことができる。取り外し可能なことにより、バー
ンイン型試験、補修、交換及び他の同様な付加的事項を
可能にする。ソケットボールが取り外し可能であるの
で、半田ボールと接触するリセプタクルの表面を錫と親
和性を持たない材料にすることが重要である。少量の錫
がソケットリセプタクルの内表面に移り、ソケット及び
ボールが離脱即ち取り外される場合、錫の薄膜は高電気
抵抗を示すか又は時には絶縁物となる酸化錫に変化し、
将来における嵌合の際に適切な電気接続の可能性を減少
させてしまう。
また、ソケットを使用することにより、電源の投入、
遮断によるパッケージの熱膨張によって引き起こされる
ボールの横方向の変位に対して弾性的に撓むことがで
き、腕は膨張及び収縮の軌跡に追従する。
図７ないし図12は、ソケットリセプタクル14の別の実
施形態を示す。これらの実施形態は上述のと同様に作用
するが、保持点が若干異なる。説明及び理解を容易にす
るために、上述の実施形態の参照番号と同じ参照番号に
プライム記号を付した。
図７及び図８に示されるソケットリセプタクルは、平
坦な材料を打抜き加工及び曲げ加工して形成される。弾
性腕26'は、上述の通り、半田ボール6'と協働する。図
７に良く示されるように、ソケットリセプタクル14'
は、印刷回路基板10'のスルーホール62'内に延びる脚6
0'を有する。脚60'は、従来手法で所定位置に半田付け
される。この形態におけるソケット14'は、プラスチッ
ク製スペーサ18'との摩擦係合により、スペーサ18'上の
所定位置に保持される。
図９及び図10は、上部がソケット26'と同一形状であ
るリセプタクルソケット26''を示す。しかし、リセプタ
クルソケット26''は印刷回路基板10''に表面実装され
る。
図11及び図12は、底面が貫通された位置決め部材6
0'''が形成された、絞り加工されたソケット26'''に関
する。位置決め部材60'''は、ソケット26'''を印刷回路
基板10'''のスルーホール62'''の中心に配置するのを促
進する。
回路基板の複雑さが増すと電源及び接地の相互接続点
の数も増加するので、上述の実施形態で例示された本発
明は重要である。従って、単一のチップに対して1000点
以上の相互接続点を有するパッケージの必要性は、急速
に現実味を帯びてきつつある。ボールを使用することは
これらの要求事項に合致する。ボールは、開口を有する
板に容易かつ正確に配置でき、方向性をもった配置の必
要性がないので、本質的に低コストの工程が得られる。
ボールが半田でも他の材料であってもその利便性は変わ
らない。
上述の半田ボールは小さなパッケージに対して効果的
である。しかし、大きなパッケージであっても、ばね性
を与えられた金属を用いた硬質ボールを用いることがで
きる。この金属は、金又はニッケル下地の金等の種々の
物質でめっきされてもよい。
ソケットにボールを受容させることは、半田接続部に
過応力を生じさせることなく、変位を誘発する電源の投
入及び遮断に適合するように十分に追従できるので、有
利である。ソケット及びボールに使用される材料は、ソ
ケットの電磁的特性をボール単体と区別がつかなくする
ことができる。
当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、種
々の変形、変更は可能であろう。上述の詳細な説明中の
事項及び添付図面は、例示のためのみに示されたもので
ある。そのため、上述の詳細な説明は、限定よりも例示
としてみなされることを意図している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リングラー、ダニエル ロバート アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 17023 エリザベスビル ロンガバック ブールバード 11 (56)参考文献 特開 平８−50975（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64320（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−501367（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01R 12/16 H01R 33/76 505 H05K 3/34 507

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第２基板上に設けられた弧状の相手コンタ
    クトを有するソケット組立体であって、 側壁から延びるコンタクト保持点を有するソケットを具
    え、 前記コンタクト保持点は、前記側壁により画定される開
    口内に延びており、 前記ソケットは第１基板上に設けられ、 前記開口は、前記弧状の相手コンタクトを受容する寸法
    に設定され、 前記第１基板及び第２基板を互いに嵌合させる際に、前
    記弧状の相手コンタクトが前記ソケットの前記開口内に
    受容されると共に前記コンタクト保持点により前記開口
    内に保持されることを特徴とするソケット組立体。
  2. 【請求項２】前記弧状の相手コンタクトが導電性ボール
    であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のソケッ
    ト組立体。
  3. 【請求項３】前記相手コンタクトが前記第２基板に表面
    実装され、前記ソケットが前記第１基板に表面実装され
    ていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のソケッ
    ト組立体。
  4. 【請求項４】前記ソケットが積層材料製であり、該積層
    材料の内側層が錫と親和性を持たない材料であることを
    特徴とする請求の範囲第２項記載のソケット組立体。
  5. 【請求項５】前記積層材料がステンレス鋼製の内表面を
    有することを特徴とする請求の範囲第４項記載のソケッ
    ト組立体。
  6. 【請求項６】前記ソケットがばね弾性を与えられた金属
    製であることを特徴とする請求の範囲第２項記載のソケ
    ット組立体。
  7. 【請求項７】前記コンタクト保持点が弾性腕上に設けら
    れ、前記相手コンタクトが前記ソケットと嵌合する際
    に、前記弾性腕が弾性歪を生ずる形状に形成され、 これにより、前記相手コンタクトが十分に挿入される際
    に、前記弾性腕が応力を生じていない状態に向って戻
    り、前記相手コンタクトの弧状表面と協働して前記相手
    コンタクトを所定位置に維持することを特徴とする請求
    の範囲第２項記載のソケット組立体。
JP50947196A 1994-09-06 1995-07-19 ボールグリッドアレーソケット Expired - Fee Related JP3360179B2 (ja)

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US30136894A 1994-09-06 1994-09-06
US08/301,368 1994-09-06
PCT/US1995/009031 WO1996008056A1 (en) 1994-09-06 1995-07-19 Ball grid array socket

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JPH10508417A JPH10508417A (ja) 1998-08-18
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US (1) US5669774A (ja)
EP (1) EP0780028B1 (ja)
JP (1) JP3360179B2 (ja)
DE (1) DE69502108T2 (ja)
TW (1) TW302562B (ja)
WO (1) WO1996008056A1 (ja)

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