JP2008300303A - Ｂｇａ用ソケット - Google Patents

Abstract

【課題】 表面実装型の半導体装置を含む電子装置を適切に着脱することが可能なソケットを提供する。
【解決手段】 ソケット１０は、ベース部材２０と、ベース部材２０に接続するヒンジ部３２を回転軸として開閉動作するカバー部材３０と、複数のコンタクト４０と、ベース部材に対して接近もしくは離間する方向に移動が可能でありかつ半導体パッケージの載置面を提供するアダプター６０と、カバー部材３０の開閉動作に連動して移動可能な位置決め機構とを含む。位置決め機構の位置決め部は、アダプターの載置面上を対角線方向に移動可能であり、載置されたＢＧＡを位置決めしかつ保持する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２次元的に端子が配列された半導体パッケージ用ソケットに関し、特に、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）あるいはＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージの測定用ソケットに関する。

ＢＧＡ用ソケットは、概して、カバー部材を鉛直方向に往復させるオープントップ型ソケットと、カバー部材を回転させるクラムシェル型ソケットの２種類がある。オープントップ型ソケットは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、ＢＧＡやＣＳＰのような表面実装型の半導体装置を含む電子装置を適切に着脱することが可能なソケットを提供する。特許文献１によれば、ソケットは、ベース部材と、カバー部材と、複数のコンタクトと、ベース部材に対して接近もしくは離間する方向に移動が可能でありかつＢＧＡの載置面を提供するアダプターと、ベース部材に回転可能に取り付けられたラッチ部材と、カバー部材の移動に連動して移動可能な位置決め機構とを含む。位置決め機構の位置決め部は、アダプターの載置面上を対角線方向に移動可能であり、載置されたＢＧＡを位置決めしかつ保持する。そして、位置決め機構によりＢＧＡパッケージを保持した状態で、はんだボールをコンタクトの他端から引き離すようにし、ＢＧＡパッケージが載置面上で飛び跳ねることを防止し、これによりＢＧＡパッケージのソケットへの自動装着の効率化を向上している。

特許第３７３７０７８号

ＢＧＡパッケージの狭ピッチ化に伴い、はんだボールが小さくなると、ＢＧＡパッケージの位置決め精度が要求される。特に、はんだボールや外形寸法のバラツキがあると、正確に位置決めを行うことができない。

クラムシェル型ソケットは、カバー部材が回転運動するため、カバー部材と連動したＢＧＡパッケージの位置決めが容易ではなく、簡単な構成にて、ＢＧＡパッケージを精度良く位置決めする機構は設けられていなかった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、カバー部材の回転動作に連動して、電子装置の位置決めすることができるソケットを提供することを目的とする。

本発明に係るソケットは、ベース部材と、ヒンジ部を介して回転可能に前記ベース部材に取り付けられたカバー部材と、複数のコンタクトであって、各コンタクトは、前記ベース部材に固定され、かつ各コンタクトは、一端と他端の間に弾性変形部とを有する、前記複数のコンタクトと、前記カバー部材の回転に連動して前記ベース部材上を移動可能な位置決め部材であって、前記カバー部材が前記ベース部材に対して開状態にあるとき、前記位置決め部材は、第１のバネ部材により付勢された第１の位置にあり、前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉状態にあるとき、前記位置決め部材は、第１のバネ部材に抗して第２の位置にある、前記位置決め部材とを有し、前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉じられたとき、前記位置決め部材は、前記ベース部材上に載置された電子装置を位置決めする。

好ましくは、前記カバー部材は、底面から突出したウェッジ部材を含み、前記ウェッジ部材は、前記位置決め部材の端部に接触することで、前記位置決め部材を第２の位置へ水平移動させる。また、前記ウェッジ部材は、第２のバネ部材により付勢され、前記ウェッジ部材が前記位置決め部材に接触するとき、前記ウェッジ部材は、第２のバネ部材に抗して変位する。第２のバネ部材の弾性力は、第１のバネ部材の弾性力よりも大きい。

好ましくは、前記位置決め部材は、前記ベース部材のほぼ対角線上に移動する。前記ソケットはさらに、ベース部材上に電子装置の載置面を提供する載置部材を含み、前記載置部材は、前記載置面の対角線とほぼ平行な溝を有し、前記溝内に前記位置決め部材が摺動可能に収納される。

好ましくは、前記載置部材は、前記ベース部材に対して、接近もしくは離間する方向に移動が可能であり、前記載置面には前記複数のコンタクトに対応する位置に複数の貫通孔が形成され、前記載置部材が前記ベース部材に向けて移動されたとき、前記載置部材の各貫通孔から各コンタクトの一端を突出させ、前記載置部材がベース部材から離れた方向に移動されたとき、各コンタクトの一端を各貫通孔内に収容させる。

好ましくは、電子装置は、一面に複数の端子が２次元的に配列された表面実装用半導体装置である。また、前記カバー部材は、底面から突出したプッシャー部材を含み、前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉じられるとき、前記プッシャー部の押圧面は、前記電子装置の上面に平面的に当接し、前記電子装置および前記載置部材を垂直方向に押圧する。

本発明のソケットによれば、カバー部材の回転動作に連動した、位置決め部材を介して電子装置を適切な接圧で位置決めすることができる。これにより、操作性が向上する。

本発明に係るソケットは、測定用ソケットとして好適に実施される。以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施例に係るＢＧＡ用ソケットの上面図、図１（ｂ）は、正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３はＢＧＡパッケージを示す図である。図３に示すように、ＢＧＡパッケージ１は、その底面２に二次元的に配列されたボール状の端子（はんだボール）３が形成されている。はんだボール３は、例えば、外周に０．５ミリピッチ４列で整列されている。パッケージ下面から約０．２５ミリメートル突出し、パッケージの全体の高さは約０．９ミリメートルである。

本実施例に係るソケット１０は、ＢＧＡパッケージ用に開発されたものであり、鉛フリータイプのはんだボールおよび共晶タイプのはんだボールのいずれかのＢＧＡパッケージの使用を可能にするものである。鉛フリーのはんだボールの組成は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ（Ａｕ）系、Ｓｕ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系などであり、例えば、Ｓｎ（錫）：Ａｇ（銀）：Ｃｕ（銅）＝９６．５：３：０．５とすることができる。

ソケット１０は、ベース部材２０、ベース部材２０の片端部を軸に回動するカバー部材３０、ベース部材２０に植え込まれる複数のコンタクト４０を含んでいる。ベース部材２０およびカバー部材３０は、例えば高耐熱樹脂ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を射出成形することにより形成される。ＰＥＳ以外にもポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリサルホン樹脂（ＰＳＦ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）などを用いることができる。

ベース部材２０のほぼ中央には、一列に整列されたコンタクト４０と絶縁性材からなるシート状のセパレーター２２とが交互に図１のＡ−Ａ線方向と平行に配される。コンタクト４０の各列、すなわちＹ方向は、セパレーター２２によって電気的に絶縁される。こうしてコンタクト４０とセパレーター２２とが積層され、コンタクト４０のＸ方向およびＹ方向の位置決めおよび電気的絶縁がなされたコンタクトユニット２５が形成され、コンタクト４０が二次元的にマトリックスアレイ状に配列される。

コンタクトユニット２５は、ベース部材２０の下方から収容され、シャフト部材等によって、しっかりと固定される。このとき、コンタクトユニット２５の下面が、ベース部材２０の底面と一致し、そこからコンタクト４０の下端が突出される。なお、装着されるＢＧＡパッケージ１の端子数や端子のピッチに応じて、セパレーター２２を他の大きさに変更することが可能である。

コンタクト４０は、板状のベリリウム銅などの金属板を打ち抜く、またはエッチングすることによって形成される。コンタクト４０の下端は、ベース部材２０の底面から突出し、回路基板（図中省略）の導電接点にはんだ等によって接続される。コンタクト４０の上端は、ＢＧＡパッケージ１のはんだボール３と電気的に接続される。コンタクト４０の上端と下端との間には湾曲された弾性変形部が形成される。弾性変形部は、コンタクト４０の上端がはんだボール３と接触し、コンタクト４０の軸方向に座屈加重が加えられたとき、それに抗する弾性力を生じさせ、コンタクト４０の上端とはんだボール３との間に必要な接圧を生じさせる。

カバー部材３０の片端には、ベース部材２０と接続するヒンジ部３２が形成され、カバー部材３０は、ヒンジ部３２を軸として回動する（図２参照）。これにより、ソケット１０は、カバー部材３０を開閉することができ、ＢＧＡパッケージ１をベース部材２０に脱着することができる。

また、カバー部材３０は、ＢＧＡパッケージ１を上面から押さえるプッシャー部３４と、ヒンジ部３２に対向する他端にカバー部材３０をベース部材２０に固定するフック部３６と、底面から突出するウェッジ部３８を含んでいる。

プッシャー部３４は、カバー部材３０のほぼ中央に位置し、カバー部材３０を閉じ、フック部３６をカバー部材２０に結合させたとき、ＢＧＡパッケージ１の上面を平面的で押さえ、ＢＧＡパッケージの上面全体に一定の与圧を加えることができる。このため、上面のある一点に与圧が集中することなく、ＢＧＡパッケージの破損を防ぐことができる。フック部３６は、ラッチ部３６ａを有し、カバー部材３０がベース部材２０に結合されているとき、当該ラッチ部３６ａを押すことで、その結合を解除し、カバー部材３０を開くことができる。

図４は、アダプター（フローティング部材）の上面図である。アダプター６０は、ベース部材２０のコンタクトユニット２５上に配置され、ＢＧＡパッケージ１を載置するための載置面６１と、載置面６１の各コーナー部に設けられたガイド部６２とを含む。載置面６１には、コンタクト４０の位置に対応した複数の貫通孔６５が形成されている。

複数の貫通孔６５は、カバー部材３０の開閉動作に伴い、アダプター６０が上下方向に移動するときにコンタクト４０をガイドする。４つのガイド部６２のうち、一つのガイド部６２（図４では右上のガイド部）には、位置決め機構１００が取り付けられている。そして、位置決め機構１００の位置決め部材１１０が摺動自在に溝６６内に収容されている。載置面６１は、ほぼ正方形状の面であり、溝６６は載置面６１の一つの対角線方向と平行に延び、その断面はほぼ矩形状である。

アダプター６０は、上下方向に移動可能であり、かつ、カバー部材３０が開状態であるとき、アダプター６０に形成された係止部６８がベース部材２０に係止することで停止し、コイルスプリング（図中省略）によって、コンタクトユニット２５から離れる方向に常に付勢されている。

位置決め機構１００は、図４に示すように、アダプター６０の中央部に向かって、対角線方向に突出可能な位置決め部材１１０を有する。カバー部材３０が開状態であるとき、位置決め部材１１０は、常にコイルスプリング１１２によって、載置面６１の中央部から対角線方向に退避するように矢印Ｐの示す方向に付勢される。付勢された位置決め部材１１０は、ストッパー６９により係止され、付勢位置が規制されている。一方、カバー部材３０が閉状態であるとき、位置決め部材１１０は、コイルスプリング１１２に抗して、載置面６１の中央部に対角線方向に突出し、ＢＧＡパッケージ１の位置決めを行う。

図５は、図４に示す位置決め機構のＢ−Ｂ断面図である。カバー部材３０が開状態であるとき、図５（ａ）に示すように、位置決め部材１１０は、コイルスプリング１１２により載置面６１から矢印Ｗが示す対角線方向に退避した状態にある。カバー部材３０は、水平方向に移動可能なウェッジ部３８を有し、当該ウェッジ部３８は、コイルスプリング１１４により矢印Ｘが示す載置面６１方向に付勢されている。付勢されたウェッジ部３８は、ストッパーにより係止され突出量を規制されている。

カバー部材３０が閉状態であるとき、図５（ｂ）に示すように、垂直方向に挿入されたウェッジ部３８の端部３８ａが、位置決め部材の端部１１０ａに接触し、コイルスプリング１１２に抗して、矢印Ｙが示す載置面６１方向に押し出される。

ここで、ウェッジ部３８を付勢するコイルスプリング１１４は、位置決め部材１１０を付勢するコイルスプリング１１２より抗力が強いため、コイルスプリング１１２が優先的に縮み、位置決め部材１１０が適切な接圧でＢＧＡパッケージ１を位置決めする。

ＢＧＡパッケージ１の寸法が大きい場合であっても、コイルスプリング１１２と同時に、ウェッジ部３８を付勢するコイルスプリング１１４が縮むことにより、
ウェッジ部３８が水平移動し、位置決め部材１１０が一定の接圧でＢＧＡパッケージ１を位置決めすることができる。このとき、ウェッジ部３８は、空間１１８幅に限り、矢印Ｚが示す載置面６１方向とは逆方向に移動できる。可動式のウェッジ部３８を利用することで、対応できるＢＧＡパッケージ１の寸法のバラツキ幅に余裕ができ、ソケット１０は、ＢＧＡパッケージ１やウェッジ部３８を破損することなく、ＢＧＡパッケージ１を位置決めし、カバー部材３０を閉じることができる。

次に本実施例のソケットの動作について説明する。ＢＧＡパッケージ１を装着する前、カバー部材３０が開いているとき、アダプター６０に装着された位置決め機構１００の位置決め部材１１０は、コイルスプリング１１２により載置面６１から対角線方向に退避した状態にある。位置決め部材１１０がガイド面６２から溝６６内に収容されているため、載置面６１においてＢＧＡパッケージ１を受け入れる準備が整えられている。この状態を図４と図５（ａ）に示す。

カバー部材３０を開いた状態で、露出する載置面６１にＢＧＡパッケージを装着する。このとき、アダプター６０は、上方に持ち上げられており、コンタクト４０の上端は、載置面６１から突出せず、貫通孔６５内に留まっている。従って、ＢＧＡパッケージ１がアダプター６０の載置面６１に着座しても、コンタクト４０の上端がはんだボール３に接触しない。この状態を図６右側部分（開状態）のに示す。

ＢＧＡパッケージ１を装着した後、ヒンジ部３２を軸にカバー部材３０を徐々に閉じると、カバー部材３０の移動に伴い、カバー部材３０のウェッジ部３８が
溝６６内に収容されていた位置決め部材１１０の端部１１０ａに接触する。ウェッジ部材３８は、位置決め部材１１０を載置面６１へ押し出すように、挿入される。

押し出された位置決め部材１１０は、載置されたＢＧＡパッケージ１を移動させ、固定されたガイド部６２とともに、当該ＢＧＡパッケージ１を位置決めする。このとき、ＢＧＡパッケージ１は、コイルスプリング１１２、１１４により、適切な接圧で位置決めされ、保持される。これら一連の動作により、ソケット１０は、カバー部材３０の閉動作に連動し、ＢＧＡパッケージ１を位置決めすることができる。

また、カバー部材３０の移動に伴い、プッシャー部３４の押圧面がＢＧＡパッケージ１の上面に対して垂直に当接する。さらに、カバー部材３０を回動させ、フック部３６によりカバー部材３０をベース部材２０に結合させると、プッシャー部３４は、ＢＧＡパッケージ１をさらに押し下げる。これにより、アダプター６０が、押し下げられ、はんだボール３がコンタクト４０の上端に接触する。

コンタクト４０は、プッシャー部３４により押し下げられている力、または押し下げられた量に応じて撓むことで接圧を生じさせ、はんだボール３と電気的に接続される。このとき、コンタクト４０のストッパー４２は溝２３から離れた状態になる。この状態を図６左側部分（閉状態）に示す。

ＢＧＡパッケージ１は、図６左側部分に示す状態で、特性や信頼性を簡易的に測定される。測定などが終了し、ＢＧＡパッケージ１をソケット１０から抜去する際、ラッチ部３６を押し、ベース部材２０からフック部３６を外すことにより、カバー部材３０を開くことができる。カバー部材３０の開動作により、ＢＧＡパッケージ１に対するプッシャー部３４の押し下げ力が開放され、それに伴い、コンタクト４０の反力により、ＢＧＡパッケージ１が押し上げられる。これと同時にアダプター６０も押し上げられる。

アダプター６０が強制的に上昇されることで、コンタクト４０の上端とはんだボール３が解離される。その際、ＢＧＡパッケージ１は、位置決め機構１００の位置決め部材１１０により、アダプター６０の片側に押し付けられたままであり、はんだボール３がコンタクト４０の上端から離れた後に、位置決め部材１１０がＢＧＡパッケージ１から離れるようにする。さらにカバー部材３０を開くと、プッシャー部３４の押圧面がＢＧＡパッケージ１の上面から離れる。これにより、アダプター６０の上方移動によってＢＧＡパッケージが飛び跳ねるといった現象を防いでいる。位置決め機構１００は、ＢＧＡパッケージ１から離れ、ＢＧＡパッケージ１は、露出した載置面６１から取り除かれる。

本実施例では、アダプターのガイド面の１箇所に位置決め機構を設けたが、これに限られず、複数箇所に位置決め機構を設けてもよい。また、ＢＧＡパッケージに限られず、ＬＧＡパッケージなどの表面実装型半導体パッケージであっても、位置決めすることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るソケットは、ＢＧＡ、ＬＧＡ等の２次元状に端子を配列した半導体パッケージ用のソケットとして利用される。

図１（ａ）は本発明の実施例に係るソケットの上面図であり、図１（ｂ）は、正面図である。 図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３はＢＧＡパッケージを示す図である。 アダプターを示す上面図である。 図５（ａ）は、カバー部材が開状態における図４のＢ−Ｂ断面図であり、図５（ｂ）は、カバー部材が閉状態における図４のＢ−Ｂ断面図である。 コンタクトの上端とはんだボールの接触を示す図である。

符号の説明

１０：ソケット ２０：ベース部材
２２：セパレーター ２５：コンタクトユニット
３０：カバー部材 ３２：ヒンジ部
３４：プッシャー部 ３６：フック部
３６ａ：ラッチ部 ３８：ウェッジ部
４０：コンタクト ６０：アダプター
６１：載置面 ６２：ガイド部
６５：貫通孔 ６６：溝
６８：係止部 ６９：ストッパー
１００：位置決め機構 １１０：位置決め部材
１１２、１１４：コイルスプリング １１８：空間

Claims (9)

1. ベース部材と、
   ヒンジ部を介して回転可能に前記ベース部材に取り付けられたカバー部材と、
   複数のコンタクトであって、各コンタクトは、前記ベース部材に固定され、かつ各コンタクトは、一端と他端の間に弾性変形部とを有する、前記複数のコンタクトと、
   前記カバー部材の回転に連動して前記ベース部材上を移動可能な位置決め部材であって、前記カバー部材が前記ベース部材に対して開状態にあるとき、前記位置決め部材は、第１のバネ部材により付勢された第１の位置にあり、前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉状態にあるとき、前記位置決め部材は、第１のバネ部材に抗して第２の位置にある、前記位置決め部材とを有し、
   前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉じられたとき、前記位置決め部材は、前記ベース部材上に載置された電子装置を位置決めする、ソケット。
2. 前記カバー部材は、底面から突出したウェッジ部材を含み、
   前記ウェッジ部材は、前記位置決め部材の端部に接触することで、前記位置決め部材を第２の位置へ水平移動させる、請求項１に記載のソケット。
3. 前記ウェッジ部材は、第２のバネ部材により付勢され、前記ウェッジ部材が前記位置決め部材に接触するとき、前記ウェッジ部材は、第２のバネ部材に抗して変位する、請求項２に記載のソケット。
4. 第２のバネ部材の弾性力は、第１のバネ部材の弾性力よりも大きい、請求項３に記載のソケット。
5. 前記位置決め部材は、前記ベース部材のほぼ対角線上に移動する、請求項１ないし４いずれか１つに記載のソケット。
6. ソケットはさらに、ベース部材上に電子装置の載置面を提供する載置部材を含み、前記載置部材は、前記載置面の対角線とほぼ平行な溝を有し、前記溝内に前記位置決め部材が摺動可能に収納される、請求項１に記載のソケット。
7. 前記載置部材は、前記ベース部材に対して、接近もしくは離間する方向に移動が可能であり、前記載置面には前記複数のコンタクトに対応する位置に複数の貫通孔が形成され、前記載置部材が前記ベース部材に向けて移動されたとき、前記載置部材の各貫通孔から各コンタクトの一端を突出させ、前記載置部材がベース部材から離れた方向に移動されたとき、各コンタクトの一端を各貫通孔内に収容させる、請求項６に記載のソケット。
8. 電子装置は、一面に複数の端子が２次元的に配列された表面実装用半導体装置である、請求項１ないし７いずれか１つに記載のソケット。
9. 前記カバー部材は、底面から突出したプッシャー部材を含み、
   前記カバー部材が前記ベース部材に対して閉じられるとき、前記プッシャー部の押圧面は、前記電子装置の上面に平面的に当接し、前記電子装置および前記載置部材を垂直方向に押圧する、請求項１ないし８いずれか１つに記載のソケット。

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