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KR20180135065A - 측면 클램핑 bga 소켓 - Google Patents

측면 클램핑 bga 소켓 Download PDF

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Publication number
KR20180135065A
KR20180135065A KR1020187034119A KR20187034119A KR20180135065A KR 20180135065 A KR20180135065 A KR 20180135065A KR 1020187034119 A KR1020187034119 A KR 1020187034119A KR 20187034119 A KR20187034119 A KR 20187034119A KR 20180135065 A KR20180135065 A KR 20180135065A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate member
bga
electrical contacts
socket
pairs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
KR1020187034119A
Other languages
English (en)
Inventor
폴 제임스 브라운
알렉스 찬
Original Assignee
알까뗄 루슨트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알까뗄 루슨트 filed Critical 알까뗄 루슨트
Publication of KR20180135065A publication Critical patent/KR20180135065A/ko
Abandoned legal-status Critical Current

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Abstract

볼 그리드 어레이(BGA)의 볼들을 파지하기 위한 소켓 장치가 개시되며, 해당 소켓 장치는, 전기 절연성 재료의 베이스 부재, 소켓 장치와 정합될 상기 BGA의 단자 볼 구성에 대응하는 구성으로 베이스 부재에 배치되는 전기 접점들의 쌍들의 어레이, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 1 플레이트 부재로서, 제 1 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖는, 상기 제 1 플레이트 부재, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 2 플레이트 부재로서, 제 2 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖고, 상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들 사이에 배치되는, 상기 제 2 플레이트 부재, 및 각각의 연장 부재 상에 배치되고 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이에 대응하는 어레이를 형성하는 복수의 절연성 결절부(nodule)를 포함하고, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 상기 베이스 부재 상에서 서로에 대하여 이동 가능하고, 그에 따라 복수의 절연성 결절부는 소켓 내의 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박한다.

Description

측면 클램핑 BGA 소켓
본 명세서에 설명된 실시형태들은 일반적으로 집적 회로 분야에 관한 것이며, 특히 소켓 상에 볼 그리드 어레이 패키지(BGA)를 실장하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
프로세서, 메모리 디바이스, 및 그 밖의 집적 회로를 포함하는 집적 회로 디바이스의 패키징에 있어서는, 고밀도 상호접속을 가능하게 함으로써 BGA의 사용이 점차 보편화되고 있다. BGA는 비교적 낮은 패키지 프로파일을 제공하는 한편, 향상된 전기적 특성을 제공하는 매우 짧은 리드(lead) 길이를 갖는다. BGA는 다중 칩 디바이스에서 이용될 수 있다. 일반적으로, BGA의 볼들 또는 범프들(BGA 볼들)은 다른 회로로 연장되는 리드에 영구적으로 연결하기 위해 인쇄 회로 기판 상의 패드들의 어레이에 납땜된다. 그러나, 많은 경우, 특히 프로토타입 디버깅(debugging) 또는 번인(burn-in) 중에는, BGA가 테스트 또는 동작을 위해 소켓 내에 분리 가능하게 배치될 수 있다.
BGA 소켓은 수년 동안 이용되고 있다. 통상적으로, 이들 소켓은 그 표면 상에 도전성 패드들의 어레이를 갖는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 패드들은 삽입될 BGA 상의 BGA 볼들의 배치구조와 일치한다. 이후, BGA는 소켓 내에 배치되고, 패키지 자체에 대한 수직한 힘에 의해 패드들의 어레이에 대하여 수직하게 가압된다. 전기 접촉을 보장하기 위해, 일반적으로 접점에 가해질 필요가 있는 압력 하중은 접점마다 약 50 내지 100 그램이다. 따라서, 많은 수의 BGA 볼이 있으면, 균일한 힘을 가하기 위한 메커니즘은 대형이 되고 다루기 어려울 수 있다. BGA 볼들의 사이즈에 있어서의 약간의 편차는 모든 BGA 볼이 하위의 패드들에 접촉하게 하도록 BGA 볼들을 변형시키기에 충분한 특히 과도한 힘을 필요로 할 수 있다.
다양한 실시형태의 간략한 요약을 아래에 제시한다. 하기의 요약에서는 일부 단순화 및 생략이 이루어질 수 있으며, 이는 다양한 실시형태의 몇 가지 양태를 강조 및 소개하기 위한 것이지, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 당업자가 본 발명의 개념을 만들고 사용할 수 있게 하기에 적합한 실시형태들은 이하의 섹션들에서 상세히 설명될 것이다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 실시형태들은 볼 그리드 어레이(BGA)의 볼들을 파지하기 위한 소켓 장치와 관련되며, 해당 소켓 장치는, 전기 절연성 재료의 베이스 부재, 소켓 장치와 정합될 상기 BGA의 단자 볼 구성에 대응하는 구성으로 베이스 부재에 배치되는 전기 접점들의 쌍들의 어레이, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 1 플레이트 부재로서, 제 1 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖는, 상기 제 1 플레이트 부재, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 2 플레이트 부재로서, 제 2 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖고, 상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들 사이에 배치되는, 상기 제 2 플레이트 부재, 및 각각의 연장 부재 상에 배치되고 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이에 대응하는 어레이를 형성하는 복수의 절연성 결절부(nodule)를 포함하고, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 상기 베이스 부재 상에서 서로에 대하여 이동 가능하고, 그에 따라 복수의 절연성 결절부는 소켓 내의 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박하는 소켓 장치이다.
상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들과 교차배치(interleave)될 수 있다.
연장 부재 및 결절부는 절연 재료로 이루어질 수 있다.
슬라이드 가능한 이동은 연장 부재의 길이 방향을 따를 수 있다.
전기 접점들의 쌍들은 결절부들에 의한 접촉시에 구부러지는 가요성 전도체로 이루어질 수 있다.
전기 접점들의 쌍들은 소켓 내의 BGA의 볼들과 접촉하는 오목한 표면을 가질 수 있다.
복수의 결절부는 복수의 결절부 열(nodule columns)로 연장될 수 있으며 전기 접점들의 쌍들은 복수의 전기 접점 열로 연장될 수 있고, 결절부 열들은 상기 전기 접점 열들과 교차배치된다. 결절부는 전기 접점들의 쌍들의 하나의 열로부터의 하나의 전기 접점과 결합하면서 전기 접점들의 쌍들의 다른 열로부터의 다른 전기 접점과 결합할 수 있다.
캠 부재는 연장 부재와는 맞은편의 베이스 부재측에 설치될 수 있으며, 캠 부재는 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재를 서로로부터 멀리 밀어내도록 구성된다.
제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나를 서로에 대하여 이동시키도록 적어도 하나의 스크류 부재가 소켓 장치에 부착될 수 있다.
BGA의 볼들은 상응하는 전기 접점들에 의해 가해지는 측방향 힘에 의해 소켓 장치에 고정될 수 있다.
결절부는 실질적으로 둥근 형상일 수 있다. 결절부는 실질적으로 삼각형일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 다양한 실시형태들은 볼 그리드 어레이(BGA)를 소켓에 고정하는 방법과 관련되며, 해당 소켓은, 전기 절연성 재료의 베이스 부재, 소켓과 정합될 상기 BGA의 단자 볼 구성에 대응하는 구성으로 베이스 부재에 배치되는 전기 접점들의 쌍들의 어레이, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 1 플레이트 부재로서, 제 1 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖는, 상기 제 1 플레이트 부재, 상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 2 플레이트 부재로서, 제 2 플레이트 부재로부터 연장되며 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖고, 상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들 사이에 배치되는, 상기 제 2 플레이트 부재, 및 각각의 연장 부재 상에 배치되고 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이에 대응하는 어레이를 형성하는 복수의 절연성 결절부를 포함하고, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 상기 베이스 부재 상에서 서로에 대하여 이동 가능하고, 그에 따라 상기 복수의 절연성 결절부는 소켓 내의 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박하며, 해당 방법은, BGA를 소켓 내에 배치하는 단계, 및 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박하고, BGA를 소켓에 고정하도록, 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재를 서로에 대하여 이동시키는 단계를 포함하는 방법이다.
제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나는 캠 부재를 사용해서 이동될 수 있다.
제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나는 스크류 부재를 사용해서 이동될 수 있다.
본 방법은 상응하는 전기 접점들에 의해 가해지는 측방향 힘에 의해 BGA의 볼들을 소켓에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
슬라이드 가능한 이동은 연장 부재의 길이 방향을 따를 수 있다.
본 방법은 전기 접점들이 결절부들에 의해 접촉될 때 전기 접점들을 구부리는 단계를 포함한다.
연장 부재 및 결절부는 절연 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 부가적인 목적 및 특징은 도면과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 용이하게 분명해질 것이다. 몇몇 실시형태가 예시 및 설명되더라도, 각각의 도면에서 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다:
도 1은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 개방 위치에서의 BGA 볼들 아래에 위치되는 소켓 장치의 평면도를 예시하고;
도 2는 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 폐쇄 위치에서의 BGA 볼들 아래에 위치되는 도 1의 소켓 장치를 예시하고;
도 3은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 BGA 패키지 외형선(outline)과 쌍을 이루는 플레이트들 및 연장 부재들을 갖는 소켓 장치의 상면도를 예시하고;
도 4는 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 도 3의 소켓 장치에 대한 캠 부재의 시작 위치를 예시하고;
도 5는 도 3의 소켓 장치에 대한 캠 부재의 결합 위치를 예시하고;
도 6은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 도 3의 소켓 장치의 플레이트들을 이동시키는 대안적인 실시형태를 예시하고;
도 7은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 BGA 볼들 아래에 위치되는 소켓 장치의 다른 실시형태를 예시하고;
도 8은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 연장 부재들 상의 결절부들 및 대안적인 형상의 결절부들을 예시한다.
도면들은 개략적일 뿐이며 실척으로 도시된 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 도면 전반에서 동일 또는 유사한 부분을 가리키기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다는 점을 이해해야 한다.
상세한 설명 및 도면은 다양한 예시적인 실시형태의 원리를 예시한다. 따라서, 본 명세서에서 명시적으로 설명 및 도시되지 않았더라도, 당업자라면 본 발명의 원리를 구체화하고 그 범위 내에 포함되는 다양한 배치구조를 고안해낼 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 열거되는 모든 실시예는, 주요하게는, 본 발명의 원리 및 본 발명자(들)가 기술 발전에 기여한 개념을 독자가 이해하는 것을 돕기 위한 교육적인 목적을 분명하게 의도하고 있으며, 그렇게 구체적으로 열거된 실시예들 및 조건들로 제한하지 않는 것으로서 해석되어야 한다. 부가적으로, 본 명세서에서 사용되는 "또는(or)"이라는 용어는 달리 지시(예컨대, "그렇지 않으면(or else)" 또는 "대안으로서(or in the alternative)")되지 않는 한, 비배타적인 것(즉, 및/또는)을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 다양한 실시형태는, 일부 실시형태들이 하나 이상의 다른 실시형태와 조합되어서 새로운 실시형태를 형성할 수 있기 때문에, 반드시 상호간에 배타적인 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "문맥(context)" 및 "문맥 대상(context object)"이라는 용어는 달리 지시되지 않는 한, 동의어로 이해될 것이다. "제 1(first)", "제 2(second)", "제 3(third)" 등의 용어는 독자를 돕기 위한 지시어로서 사용되며, 용어를 제한하려는 것이 아니고, 일반적으로 상호교환될 수 있다.
본 명세서의 "행(rows)" 및 "열(columns)"이라는 용어는 상호교환될 수 있으며, 참조를 위해서만 사용되고, 소켓 장치(100)의 구성요소들의 방향 구성을 영구적으로 고정하려는 것이 아니며, 또한 본 명세서에서 설명된 개념을 어떤 식으로든 배제하거나 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 설명된 "벽(wall)" 또는 "플레이트(plate)"와 같은 다른 특징구성에 대해서도 그러하다. 보다 제한적인 특징구성에 의해 달리 설명되지 않는 한, 이러한 용어들은 상호교환될 수 있으며, 독자가 하나의 장치 구성요소를 다른 장치 구성요소와 구별하는 것을 돕기 위해서만 사용된다.
BGA 패키지를 인쇄 회로 기판(PCB)에 납땜하는 것은 부가적인 기계적 제조간접비를 최소화하면서 전기적 연결을 확보하는 방식이다. 일단 PCB 또는 하위 기판 재료에 납땜되면, BGA를 제거 또는 교체하기 위해 특수한 공장 기반 장비가 필요해지고, 대부분의 경우 이러한 교체는 조립체의 열적, 기계적, 및 전기적 열화로 인해 제거/교체 주기가 적은 횟수로 제한된다. 결과적으로, 제품 수리 및 업그레이드를 포함하여 제품 개발 전반에 걸쳐 부가적인 시간 및 비용이 필요해진다.
한 가지 해법으로서, BGA 칩을 소켓에 배치하는 것은, 수직 클램핑력 장치를 사용해서 함께 유지되는 소켓과 BGA 칩 사이에 비-납땜식 전기적 연결을 제공함으로써 이 단점을 극복한다. 결과적으로, BGA는 간단한 수공구(hand tool)를 사용해서 언제든지 제거 및 교체될 수 있다. 소켓 패키지에 사용되는 수직 압축 실장 방식은, 무땜납 연결, 신속한 칩 교체, 업그레이드 작업, 및 현장 교체와 같은 많은 주목할 만한 장점들을 제품 설계자에게 제시하지만, 그만큼의 단점을 갖고 있으며, 그에 따라 그 사용이 매우 협소한 산업 분야로 귀속된다.
기본적으로, 하부 볼스터(bolster) 플레이트와 상부 플레이트 또는 히트 싱크 사이에 끼워넣음으로써 BGA를 소켓에 압축하는 수직 압축 방식은 패키지를 통해 전달되어야 하는 BGA 칩의 평면에 수직한 상당한 힘을 도입한다. 개개의 접촉력들은 상대적으로 무시할 수 있을만한 정도라도 해도, 순수하게 대형 BGA 상의 BGA 볼의 수(1,000개, 2,000개, 심지어 3,000개 이상)만 곱해도 그 힘은 상당할 수 있다(200-300 lbs).
이러한 제약 때문에, 칩 공급자들은 신뢰성과 같은 긍정적인 장치 특성을 무력화시킬 수 있는, 이러한 크기의 힘을 패키지에 가하는 것에 대해 우려하고 있다. 따라서, 사용자에 의해 지워지는 어떠한 위험을 고려해서, 신뢰성을 검증하기 위해 별도의 광범위한 테스트 또는 평가가 필요해진다. 부가적으로, 그러한 큰 힘을 생성 및 유지하기 위해 하부측 볼스터 플레이트에 스크류 실장부와 같은 상당한 하드웨어가 필요해진다. 이 하드웨어는 스크류에 필요한 구멍으로 인한 내부 경로 공간 뿐만 아니라, 볼스터 플레이트 자신으로 인한 대부분의 하부측 공간을 소모한다. 하부측 공간은 칩 디커플링 커패시터 및 차단 저항기에 대한 직접적인 비용으로 되고, 이는 과거 평가에서는 받아들일 수 없는 것으로 판명되었다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 측방향 하중부여 메커니즘을 사용함으로써, 수직 압축 실장의 결점 없이, 종래의 BGA 소켓의 이점을 제공하는 소켓 장치를 포함한다. 수직방향이 아닌 측면으로부터의 BGA 볼들에 대한 클램핑에 의해, BGA 볼의 양측에서 2개의 접점 포인트를 사용할 수 있어서, BGA 패키지에 대한 순 응력(net stress) 또는 하중 효과가 상쇄된다. 이렇게 해서, BGA 패키지 신뢰성이 타협없이 유지된다. 수직 하중이 없고, 다이 영역에 대한 하중이 없으며, 또한 소켓 장치를 BGA 칩의 하부측에 고정하는 데 필요한 하드웨어가 최소화되기 때문에, BGA 바로 아래의 공간(회로 카드 내부 및 회로 카드의 반대쪽 외부측)에 대한 영향이 배제된다.
도 1은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 개방 위치에서의 BGA 볼들 아래에 위치되는 소켓 장치(100)의 평면도를 예시한다. 소켓 장치(100)는 소켓 장치(100)의 대향하는 측면들에 평행하게 배치되는 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 포함할 수 있다. 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)에는 벽(120)들이 인접한다. 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)와, 벽(120)은 전기 절연성 재료의 베이스 부재(130) 상에 장착되어, 소켓 장치(100)의 주연부를 형성할 수 있다. 제 1 플레이트(112)와 제 2 플레이트(114) 사이에는 폴리머, 엘라스토머 등과 같은 절연성의 비-전도성 재료로 이루어진 복수의 결절부(140)가 배치된다. 결절부(140)들은 소켓 장치(100) 전체에 걸쳐 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)와 벽(120)들 사이에서 기준선(135)을 따라 배치될 수 있다. 소켓 장치(100)는 또한, 쌍으로 배치될 수 있으며 베이스 부재(130)에 유연하게 부착되는 복수의 전기 접촉 부재(160)를 포함할 수 있다. 따라서, 전기 접촉 부재(160)들의 쌍들은 결절부(140)에 의한 접촉시에 구부러지는 가요성 전도체로 이루어질 수 있다. 해당 쌍들은 BGA 볼(170)을 로딩하기 위한 공극(void) 또는 간극(gap) 형태의 접촉 영역(165)을 형성한다. 접촉 영역을 간극 또는 공극이라고 할 수도 있다. 전기 접촉 부재(160)는, 접촉 영역(165)을 둘러싸며, 다른 접점 쌍들에 대해서가 아닌, 서로에 대하여 제각기 전도성 있게 결합되는 한 쌍의 접점을 포함할 수 있다.
소켓 장치(100)는 교번적인 병렬 및 교차배치 형태로 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)에 견고하게 부착되는 복수의 연장 부재(150)를 포함할 수 있다. 연장 부재(150)를 또한 로드(rod)라고 할 수도 있다. 또한, 연장 부재(150)는 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)와 일체로 형성될 수도 있다. 연장 부재(150)는 비-전도성 재료로 이루어질 수 있으며, 결절부(140)와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 연장 부재(150)는 제 1 플레이트(112)에 부착되는 제 1 연장 부재(152) 세트 및 제 2 플레이트(114)에 연결되는 제 2 연장 부재(154) 세트를 포함할 수 있다.
BGA 칩 또는 패키지가 소켓 장치(100) 상으로 삽입 또는 실장되는 경우, 소켓 장치(100)의 결절부(140)들은 전기 접촉 부재(160)들을 밀어붙이거나 가압해서 BGA 볼(170)들과 물리적 및 전기적으로 접촉시키기 위해 기준선(135)을 따라 길이 방향으로 이동될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 있어서는, 결절부(140)의 수가 소켓 장치(100) 내의 접촉 영역(165)의 수보다 많을 수 있다.
결절부(140)들이 전기 접촉 부재(160)에 대하여 가압되는 경우, BGA 볼(170)들이 부착된 BGA 패키지는, 칩들을 내포하는 BGA 패키지의 상부에 유해한 힘을 가할 수 있는 수직 클램프의 사용 필요성을 배제하는, BGA 볼(170)들의 측면들에 가해지는 측방향 압축력 또는 측방향 힘을 사용해서 견고하게 유지된다. 또한, 각각의 BGA 볼(170)에 가해지는 측방향 힘들은 서로 대향할 수 있어서, 실질적으로 서로 상쇄될 수 있다. 이는 BGA 볼(170)에 가해지는 측방향 힘이 거의 또는 전혀 없게 한다.
도 1은 제한된 수의 연장 부재(150), 결절부(140), 전기 접촉 부재(160) 및 BGA 볼(170)을 예시한다. 본 명세서에서 설명되는 디자인은, 집적 회로의 복잡성 및 집적 회로에 대한 연결부의 수에 따라, 수백 내지 수천 개에 달하는 BGA 볼을 갖는 BGA 패키지 및 소켓에 대하여 사용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태에 있어서는, BGA 패키지 또는 칩이 소켓 장치(100) 상으로 로딩된 후에, 인접하는 열들에 있는 결절부(140)들이 열 방향을 따라 서로를 향해 이동되도록, 제 1 연장 부재(152)를 갖는 제 1 플레이트(112)가 제 2 연장 부재(154)를 갖는 제 2 플레이트(114)를 향해 또는 그로부터 멀리 이동된다. 도 1에 예시되는 바와 같이, 결절부(140)들은 연장 부재(150)에 견고하게 부착되거나, 또는 연장 부재(150)의 일부를 형성한다.
도 2는 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 폐쇄 위치에서의 BGA 볼(170)들 아래에 위치되는 도 1의 소켓 장치(100)를 예시한다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 BGA 칩의 BGA 볼(170)들에 측방향 유지력을 가한다. 이를 위해서는, 결절부(140)를 쐐기식으로 전기 접촉 부재(160)와 접촉시키기 위해 제 1 플레이트(112)와 제 2 플레이트(114)를 당겨서 이격시키도록 몇몇 기계 장치 및 방법이 사용될 수 있다. 도 1과 도 2를 비교하면, 결절부(141)는 제 2 플레이트(114)에 의해 당겨져서 접촉 부재(161)와 BGA 볼(171) 사이의 물리적 및 전기적 접촉을 생성한다. 유사하게, 결절부(141)는 제 1 플레이트(112)에 의해 당겨져서 접촉 부재(162)와 BGA 볼(171) 사이의 물리적 및 전기적 접촉을 생성한다. 따라서, 제 1 연장 부재(152) 및 제 2 연장 부재(154)는 결절부(140)에 길이 방향으로 힘을 공급한다. 결절부(140)는 이 힘을, 전기 접촉 부재(160)에 이어서, 전기 접촉 부재(160)로부터 BGA 볼(170)에 가해지는 측방향 힘으로 변환한다. BGA 볼들은 전기 접촉 부재들에 의해 가해지는 기계적인 힘에 의해 고정된다. 도 2에 예시된 바와 같이, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)는 연장 부재(150)의 이동을 용이하게 하기 위해 벽(120)을 따라 슬라이드하도록 구성된다.
도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 전기 접촉 부재(160)들은 소켓 장치(100) 내에서 열 및 행에 배치된다. 전기 접촉 부재(160)들의 레이아웃은 상응하는 BGA 볼(170)과 일치하도록 설계된다. 소켓 장치(100)의 결절부(140) 및 전기 접촉 부재(160)는, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)가 서로를 향해 또는 서로로부터 멀리 이동될 때, 단일의 결절부(140)가 하나의 접촉 쌍 열의 하나의 전기 접촉 부재(160) 및 다른 접촉 쌍 열의 별도의 전기 전촉 부재(160)와 접촉하는 방식으로 배치된다.
도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 전기 접촉 부재(160)의 형상은 BGA 볼(170)과 바로 인접하여 맞닿는 전기 접촉 부재(160)의 측면이 오목하고, 결절부(140)와 인접하여 맞닿는 전기 접촉 부재(160)의 측면이 볼록하다. 한 쌍의 전기 접촉 부재(160)는, 결절부(140)에 의해 밀려서 BGA 볼(170)과 접촉하는 경우, BGA 볼(170) 주위를 부분적으로 감싸서 폐쇄 접점(close contact)을 형성하고, 테스트 회로 또는 장치에 실장되는 하위의 인쇄 회로 기판과 BGA 볼(170)들 사이의 신뢰할 수 있는 전기적 연결을 확립한다.
도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 전기 접촉 부재(160)들은 개방 위치에 있을 때 그들 사이에 BGA 볼(170)을 수용하도록 충분히 이격된다. 일련의 연장 부재(150)는 전기 접촉 부재 쌍들의 인접하는 열들 사이를 뻗는 로드로서 구성될 수 있으며, 연장 부재(150)에는 그 위에 또는 그로부터 결절부가 형성될 수 있다. 연장 부재(150) 및 결절부(140)는 베이스 부재(130)보다 위로 상승될 수 있거나, 또는 베이스 부재(130)를 따라 트랙 또는 홈에서 안내될 수 있다. 이들 로드(150)의 종단은, 제 1 로드가 제 1 플레이트(112) 상에서 종단하면, 인접하는 제 2 로드는 맞은 편의 제 2 플레이트(114) 상에서 종단하게 되도록, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)에 대한 연결부와 함께 열들 사이에서 교대로 이루어진다. 각각의 로드(150)는, BGA 볼(170)마다 적어도 하나의 결절부(140)가 존재하도록, BGA 볼(170) 피치에 대응하는 그 길이를 따라 결절부(140)를 지지하도록 구성될 수 있다.
결절부(140)의 기하학적 형상은 BGA 볼(170)의 하중 힘 프로파일에 직접적으로 영향을 주고, 다른 장치들에 존재하는 바와 같은 수직 하중 대신에 측면 하중을 생성하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 있어서, 로드(150) 상의 결절부(140)들은 도 1에 예시된 바와 같은 비-접촉 위치로부터 도 2에 예시된 바와 같은 접촉 위치로 이동된다. 도 2에서, 제 1 플레이트(112) 또는 제 2 플레이트(114)의 어느 하나는 맞은편 플레이트로부터 멀리 이동될 수 있는 반면, 해당 맞은편 플레이트는 결절부(140)들을 이동시키고 전기 접촉 부재(160)들을 BGA 볼(170)들에 대하여 가압하기 위해 고정식으로 유지된다. 또한, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)가 모두, 결절부(140)들을 이동시켜서 전기 접촉 부재(160)들을 BGA 볼(170)들에 대하여 가압하기 위해 서로를 향해 이동될 수도 있다. 이 가압은 BGA 패키지와, 인쇄 회로 기판 또는 유사한 장치에 실장되는 소켓 장치(100) 사이에서의 전기 접촉을 확립한다. 또한, 전술한 바와 같이, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)가 모두, 결절부(140)들을 전기 접촉 부재(160)들에 대하여 이동시켜서 BGA 볼(170)들과의 전기 접촉을 확립하기 위해 서로로부터 멀리 이동될 수 있다.
전기 접촉 부재(160)들은 소켓 장치(100)의 베이스 부재(130)를 통해 소켓 장치(100)의 하부 상의 부가적인 전자 부품에 전기적으로 접속되어서 BGA 패키지와 하위의 회로 기판 등과의 사이에서 전기 접촉을 확립할 수 있다.
도 3은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 BGA 패키지 외형선(310)과 쌍을 이루는 플레이트들 및 연장 부재들을 갖는 소켓 장치의 상면도를 예시한다. 도 3은 베이스 부재(130) 위로 보여지는 바와 같이, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)와 연장 부재(150)를 갖는 소켓 장치(100)의 상면도를 예시한다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따르면, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 당겨서 이격시키거나 또는 해당 플레이트들을 함께 밀어서 결절부들을 제자리에 쐐기식으로 고정하는 데 사용될 수 있는 다양한 상이한 메커니즘들이 존재한다.
도 4는 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 도 3의 소켓 장치에 대한 캠 부재(410)의 시작 위치를 예시한다. 도 4에 예시된 초기 위치에 있어서는, 결절부들(예시되지 않음)이 전기 접촉 부재 쌍들에 힘을 가하지 않는다. 캠 부재(410)는, 베이스 부재의, 연장 부재와는 맞은편의 측면(430)에 고정되는 맞닿음 부재(abutting member)(420)에 대하여 캠 부재(410)를 회전시키기 위해 사용자가 캠 부재를 조작할 수 있게 하는 나비 나사(thumbscrew)(415)를 포함할 수 있다. 도 5에 예시되는 바와 같이, 캠 부재(410)는 BGA 볼(170)들이 결절부(140)들에 의해 제자리에 견고하게 유지될 때까지 조정될 수 있다.
도 5는 도 5의 소켓 장치에 대한 캠 부재(410)의 결합 위치를 예시한다. 도 5에 있어서, 제 1 플레이트(112)와 제 2 플레이트(114)는 서로 이격되고, 결절부(140)들은 도 2에 관하여 앞서 설명한 바와 같이 전도성 접점으로 강제된다.
도 6은 도 3의 소켓 장치의 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따라 BGA 볼(170)들을 결합하는 위치로 이동시키기 위한 대안적인 실시형태를 예시한다. 도 6에 예시된 바와 같이, 나사부(605)를 갖는 한 쌍의 나사형 스크류 부재(610)가 소켓 장치(100)의 하우징(630)에 삽입될 수 있다. 하우징(630)은, 연장 부재(150)에 부착되는 결절부(이 도면에는 예시되지 않음)들이 본 명세서에서 설명한 바와 같이 BGA 볼들과 결합할 수 있도록 하는 위치로 나사형 스크류 부재(610)가 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 이동시키도록, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114) 중 하나에 부착된다. 나사형 스크류 부재(610)들은 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 서로에 대하여 밀거나 당기는 데 사용될 수 있다. 캠 부재(410) 및 스크류 부재(610)와 같은 기계 장치 외에도, 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)는 또한, 각각의 전기 접점 쌍들을 가압하는 결절부들의 메커니즘을 통해 지지되는 BGA 볼(170)들에 대한 충분한 측방향 힘을 달성하기 위해 본 기술분야에 공지된 임의의 다른 기계 장치 또는 방법에 의해 이동될 수 있을 것으로 생각된다.
도 7은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 BGA 볼들 아래에 위치되는 소켓 장치(700)의 다른 실시형태를 예시한다. 도 7은 BGA 볼(770)마다 단일의 전기 접촉 부재(760)를 포함하는 소켓 장치(700)를 예시한다. 소켓 장치(700)는 복수의 삼각형 형상의 쐐기(740)를 포함한다. 쐐기(740)는 좁은 부분(744)으로 가늘어지는 넓은 단부(742)을 구비할 수 있다. 플레이트 부재(710)가 화살표(715) 방향으로 당겨지면, 쐐기(740)는 BGA 패키지의 BGA 볼(770)들을 소켓 장치(700)의 베이스 부재(730) 상에 실장되는 전기 접촉 부재(760)로 밀어붙일 수 있다. 대안으로서, 전기 접촉 부재(760)들은, 전기 접촉 부재(760)들이 BGA 볼(770)들 대신에 쐐기 부재(740)들을 측방향으로 이동시키는 것에 의해 가압되도록, 베이스 부재(730) 상에서 180도 회전될 수 있다.
도 8은 본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따른 연장 부재들 상의 결절부들 및 대안적인 형상의 결절부들을 예시한다. 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 결절부(140)들은 실질적으로 원형 또는 실질적으로 둥근 형상을 취할 수 있지만, 본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 이에 한정되지 않는다. 결절부(140)들은 실질적으로 다이아몬드 형상(810), 실질적으로 삼각형 쐐기 형상(820)을 취할 수 있으며, 이들은 모두 로드(850)에 설치되어 대안적인 연장 부재 조합(815 및 825)을 형성할 수 있다. 또한, 결절부들은 전기 접점들의 곡률과 일치할 수 있는 만곡된 형상(830)을 취할 수도 있으며, 연장 부재(850)와 결합해서 구조체(835)를 형성할 수 있다. 결절부(140)들의 이동 및 BGA 볼(170)들에 대한 전기 접촉 부재(160)들의 가압에 관한 바람직한 효과를 달성하기 위해 당업자라면 다른 형상들을 생각할 수 있을 것이다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조하여, BGA 패키지를 소켓 장치(100)에 실장하는 방법을 설명한다. BGA 볼(170)들의 피치를 소켓 장치(100)의 베이스 부재(130) 상의 접촉 영역(165)과 일치시키기 위한 결정 또는 설계가 이루어졌으면, BGA 칩을 소켓 장치(100) 위의 제자리에 유지한다. 각각의 BGA 볼(170)이 전기 접촉 부재(160)들 사이에 자리잡은 상태에서 BGA가 소켓 장치(100)의 상부에 위치되면, 대향하는 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)가 이격되게 당겨져서(또는 함께 강제되어서) 결절부(140)들을 인접하는 전기 접촉 부재(160)들 사이에서 구동하여 전기 접촉 부재(160)들의 개개의 접점들을 BGA 볼(170)들의 측면에 대하여 폐쇄 위치에 쐐기식으로 고정한다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따르면, 인쇄 회로 기판에 수직한 것이 아니라 인쇄 회로 기판 자체에 평행하게 하중을 가하는 소켓 장치(100)가 제공된다. 개개의 BGA 볼들 각각은 소켓 장치(100)의 베이스 부재(130) 상에 배치된 전기 접촉 부재(160)와 전기적으로 연결된다. 하나 이상의 전기 접촉 부재(160)는 BGA 볼(170)들의 측면들에 대하여 탄성적으로 압박될 수 있다.
전체 패키지는 프로토타입 시스템 환경에서 기계식 클램프를 수용하도록 시스템을 수정하지 않고도 소켓을 사용할 수 있게 하는 매우 낮은 프로파일을 가질 수 있다. 또한, BGA에 대한 통상적인 테스트 및 번인 소켓과 달리, 패키지의 상부가 차폐되지 않는다. 따라서, 생산용 히트 싱크가 패키지 상에 직접 채용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 용이한 부품 교환을 가능하게 하는 생산 시스템에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 측방향 실장 메커니즘을 사용하는 소켓 장치(100)를 포함하고, 그에 따라 수직 압축 실장에 의해 도입되는 문제점들이 회피된다.
집적 회로의 BGA 패키지용 테스트 소켓을 설명한다. 소켓은 2개의 전기 접점 사이에 BGA 볼을 수용하는 패키지를 포함한다. 또한, BGA 볼은 적어도 하나의 전기 접점과 적어도 하나의 비-전도성 부재 사이에 수용될 수도 있다. 리셉터클은 연장 부재들이 사이에 연결된 대향하는 플레이트들을 갖고, 대향하는 플레이트들 중 하나 또는 둘 모두는 연장 부재의 길이 방향으로 이동한다. 하나 또는 두 개의 플레이트는 전기 접점을 BGA 볼에 물리적 및 전기적으로 연결하기 위해 비-전도성 부재를 전기 접점에 가압할 수 있다. 이후, BGA는 다른 디바이스 패키지에서 사용되는 수직방향 힘이 아닌 측방향 힘을 사용해서 소켓에 견고하게 고정된다.
본 명세서에서 설명되는 실시형태들에 따르면, 수직 실장 장치 및 클램프에 대하여 이전에 사용되고 있던 부착 메커니즘을 필요로 하지 않고, 온-소켓(on-socket) 공간의 크기가 증가될 수 있다. 더 넓은 소켓 공간은, 본 명세서에서 설명되는 디자인을 사용해서 보다 많은 수의 전도성 쌍이 형성되는 것을 가능하게 하여, 더 큰 BGA가 소켓 장치에 부착될 수 있게 한다. 또한, 수직 부착 메커니즘이 더 이상 필요하지 않을 수 있기 때문에, 본 명세서에서 설명되는 측방향 하중을 받는 BGA 소켓을 사용해서 회로의 보다 낮은 작동 온도 및 열 방출을 증가시킬 수 있는 히트 싱크 구현부에 BGA의 상부를 보다 직접적으로 연결할 수 있다.
다양한 예시적인 실시형태가 그 특정한 예시적인 양태를 특별히 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 다른 실시형태들이 가능하며 그 세부내용은 다양한 명백한 관점에서 수정이 가능하다는 점을 이해해야 한다. 당업자라면 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 전술한 개시내용, 설명, 및 도면은 예시를 위한 것일 뿐이며 청구범위에 의해서만 규정되는 본 발명을 어떤 식으로든 제한하지 않는다.

Claims (10)

  1. 볼 그리드 어레이(ball grid array; BGA)의 볼들을 파지하기 위한 소켓 장치로서,
    전기 절연성 재료의 베이스 부재;
    상기 소켓 장치와 정합될 상기 BGA의 단자 볼 구성에 대응하는 구성으로 상기 베이스 부재에 배치되는 전기 접점들의 쌍들의 어레이;
    상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 1 플레이트 부재로서, 상기 제 1 플레이트 부재로부터 연장되며 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖는, 상기 제 1 플레이트 부재;
    상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 2 플레이트 부재로서, 상기 제 2 플레이트 부재로부터 연장되며 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖고, 상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들 사이에 배치되는, 상기 제 2 플레이트 부재; 및
    각각의 연장 부재 상에 배치되고 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이에 대응하는 어레이를 형성하는 복수의 절연성 결절부(nodule)를 포함하고;
    상기 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 상기 베이스 부재 상에서 서로에 대하여 이동 가능하고, 그에 따라 상기 복수의 절연성 결절부는 소켓 내의 상기 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박하는
    소켓 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들과 교차배치되는
    소켓 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연장 부재 및 상기 결절부는 절연 재료로 이루어지는
    소켓 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 접점들의 쌍들은 상기 결절부들에 의해 접촉될 때 구부러지는 가요성 전도체로 이루어지는
    소켓 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 접점들의 쌍들은 상기 소켓 내의 상기 BGA의 볼들과 접촉하는 오목한 표면을 갖는
    소켓 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 결절부는 복수의 결절부 열(nodule columns)로 연장되고 상기 전기 접점들의 쌍들은 복수의 전기 접점 열로 연장되며, 상기 결절부 열들은 상기 전기 접점 열들과 교차배치되고, 하나의 결절부는 상기 전기 접점들의 쌍들의 하나의 열로부터의 하나의 전기 접점과 결합하면서, 상기 전기 접점들의 쌍들의 다른 열로부터의 다른 전기 접점과 결합하는
    소켓 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BGA의 볼들은 상응하는 전기 접점들에 의해 가해지는 측방향 힘에 의해 상기 소켓 장치에 고정되는
    소켓 장치.
  8. 볼 그리드 어레이(BGA)를 소켓에 고정하는 방법에 있어서,
    상기 소켓은,
    전기 절연성 재료의 베이스 부재;
    상기 소켓과 정합될 상기 BGA의 단자 볼 구성에 대응하는 구성으로 상기 베이스 부재에 배치되는 전기 접점들의 쌍들의 어레이;
    상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 1 플레이트 부재로서, 상기 제 1 플레이트 부재로부터 연장되며 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖는, 상기 제 1 플레이트 부재;
    상기 베이스 부재 상에 슬라이드 가능하게 이동하도록 배치되는 제 2 플레이트 부재로서, 상기 제 2 플레이트 부재로부터 연장되며 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이를 통과하도록 구성되는 복수의 평행 연장 부재를 갖고, 상기 제 1 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들은 상기 제 2 플레이트 부재의 복수의 평행 연장 부재들 사이에 배치되는, 상기 제 2 플레이트 부재; 및
    각각의 연장 부재 상에 배치되고 상기 전기 접점들의 쌍들의 어레이에 대응하는 어레이를 형성하는 복수의 절연성 결절부를 포함하고;
    상기 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재는 상기 베이스 부재 상에서 서로에 대하여 이동 가능하고, 그에 따라 상기 복수의 절연성 결절부는 상기 소켓 내의 상기 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상응하는 전기 접점들을 압박하며,
    상기 방법은,
    상기 BGA를 상기 소켓 내에 배치하는 단계; 및
    상기 BGA의 볼들과 전기 접촉 결합하도록 상기 상응하는 전기 접점들을 압박하고, 상기 BGA를 상기 소켓에 고정시키도록, 상기 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재를 서로에 대하여 이동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나는 캠 부재 및 스크류 부재 중 하나를 사용해서 이동되는
    방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나는 스크류 부재를 사용해서 이동되는
    방법.
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