ソケット

【課題】板バネ方式とエラストマー方式の両者の長所を生かしつつ、低抵抗、大電流化、高速化に対応すると共に良好なコンタクトを可能とするソケットを提供する。
【解決手段】ソケット１は、貫通穴３Ｈを設けた絶縁性のエラストマーシート３と、このエラストマーシート３の表裏面の少なくとも一部に設けた金属回路５Ａ，５Ｂと、前記エラストマーシート３又は前記金属回路５Ａ，５Ｂの少なくとも一部に設けた凸部７と、前記貫通穴３Ｈの内壁に金属膜を形成したスルーホール９とを有する。さらに、前記凸部７の周りに溝部１１を設け、この溝部１１の側壁部は、エラストマーシート３の表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部１３を形成していることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＣＰＵやＬＳＩ等のＩＣパッケージをマザーボード側のプリント基板に実装する際に使用するソケットに関し、特に三次元回路技術を用いて立体回路を形成する構造のソケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＰＵやＬＳＩ等のＩＣパッケージをソケットによりプリント基板に実装する技術が検討されている。パーソナルコンピユータやマザーボードの多くは、ＬＧＡパケージやＢＧＡパッケージのＣＰＵを装着するソケットが実装されている。
【０００３】
ＣＰＵは、機能、性能の向上に伴う多ピン化、高速化に対応するため、パッケージのサイズアップやファインピッチ化が進められている。それに伴い、ソケット側もサイズアップ化、ファインピッチ化が進められている。
【０００４】
パッケージ側ではサイズアップに伴い、たわみ量の増大、接触ランドやボールばらつきが増大するものと予想される。一方、ソケット側としては、パッケージのサイズアップに対応するため、許容コンタクトストロークを増大させる必要がある。
【０００５】
また、ファインピッチ化への対応としては、コンタクト物の小型化が予想されるが、接触抵抗の安定化に必要なストロークを確保する構造でなければならない。
【０００６】
現在のＬＧＡパッケージ用ソケットの主流は、約１ｍｍピッチの４００〜１０００ピンのものであり、金属板を複雑に折り曲げて所定形状のコンタクト端子を作り、ソケットハウジングにコンタクト端子を挿入して製造する構造が用いられている。これらの従来技術は、例えば特許文献１及び特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５８４３０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示された従来技術は、コンタクト端子が板バネ方式であるため、コンタクトのストロークを大きくしようとバネを長くすると、隣接するピンに接触してしまうため、ファインピッチ化になるとストロークを大きくできないという問題点があった。
【０００８】
この問題を解決すべく導電性エラストマーを用いた方式が検討されている。この構造では反発力はエラストマーの特性で決まるため、要求にあった反発力を有するエラストマーを選択することで、要求の荷重で充分なストロークを確保することが可能である。
【０００９】
しかし、導電性エラストマーを用いる問題点としては、コンタクトが金属でなくエラストマーであるため、金属接触に比較して接触抵抗が高く、高電流化に対して発熱や電圧降下の増大の恐れがある。さらに、パッケージの挿入の際にコンタクトが金属ランドをワイピングしないため、ランドの酸化膜除去が期待できないという新たな問題が発生する。
【００１０】
この発明は、板バネ方式とエラストマー方式の両者の長所を生かしつつ、低抵抗、大電流化、高速化に対応すると共に良好なコンタクトを可能とするソケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、この発明のソケットは、貫通穴を設けた絶縁性のエラストマーシートと、このエラストマーシートの表裏面の少なくとも一部に設けた金属回路と、前記エラストマーシート又は前記金属回路の少なくとも一部に設けた凸部と、前記貫通穴の内壁に金属膜を形成したスルーホールとを有するソケットであって、前記凸部の周りに溝部を設け、この溝部の側壁部は、エラストマーシートの表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部を形成していることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明のソケットは、前記ソケットにおいて、前記エラストマーシートがフッ素系エラストマーからなることが好ましい。
【００１３】
また、この発明のソケットは、前記ソケットにおいて、前記エラストマーシートは、エラストマーより熱膨張係数の小さい材料からなるシート状の芯材の表裏にそれぞれエラストマー層を積層してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、プリント基板及びＩＣパッケージとの接続用のコンタクト端子は導電性の良好な金属回路で行うことができ、反発力はエラストマーシートによって確保できるので、金属接触によるコンタクトでありながら、荷重−ストローク特性はエラストマーの特性で設計することができる。したがって、接触抵抗が低く、大電流化、高速化に対応することができ、部品点数を少なくできる。
【００１５】
しかも、凸部の端子の周りに溝部を設け、この溝部の側壁部が、エラストマーシートの表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部となっているので、以下の効果を奏する。
【００１６】
（１）金属回路を形成する工程において平行光の死角部分がなくなるため、エラストマーシートを数回にわたって傾斜させる等の対策をとる必要がなく、一回の露光で済む。
【００１７】
（２）回路上面から側壁部につながる部分が鈍角となり、ＰＥＢ工程でのレジストの流動によるレジスト切断を防ぐことができる。
【００１８】
（３）現像、エッチング工程ではスプレー液の死角がなくなり、常時、新しいスプレー液を供給可能となるので、レジストおよびめっきの溶解や物理的作用による除去を促進することができ、生産効率の向上と品質向上に寄与する。
【００１９】
（４）凸部に対する横方向の力ベクトルに対して耐性が増し、回路を垂直に変位することが可能となり、設計通りの機能を果たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２を参照するに、この実施の形態に係るソケット１は、貫通穴３Ｈを設けた絶縁性のエラストマーシート３と、このエラストマーシート３の表裏面の少なくとも一部に設けた金属回路５Ａ，５Ｂと、前記エラストマーシート３又は前記金属回路５Ａ，５Ｂの少なくとも一部に設けた凸部７と、前記貫通穴３Ｈの内壁に金属膜を形成したスルーホール９とを有している。また、前記凸部７の周りに溝部１１を設け、この溝部１１の側壁部は、エラストマーシート３の表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部１３を形成していることを特徴とする。
【００２２】
なお、この実施の形態では、上記の凸部７はエラストマーシート３の少なくとも一部に設けられたものであり、凸部７の断面がほぼ半円形状のドーム状である。また、金属回路５Ａ，５Ｂは前記凸部７の上に形成されている。この例の場合とは異なり、前述したように凸部７は前記金属回路５Ａ，５Ｂの少なくとも一部に設けた場合であっても適用される。
【００２３】
また、エラストマーシート３の表面側の金属回路５Ａと裏面側の金属回路５Ｂとがスルーホール９によって電気的に接続されている。また、上記の金属回路５Ａ，５Ｂには、金めっき１５が設けられている。
【００２４】
さらに、このソケット１は、図３及び図４に示されているように、プリント基板１７のパターン配線１７Ａ及びＩＣパッケージ１９のＬＧＡ１９Ａとの接続用のコンタクト端子としては、銅などの導電性の良好な金属からなる金属箔が使用されており、反発力はエラストマーシート３によって確保する構造である。この構造にすることにより、金属接触によるコンタクトでありながら、荷重−ストローク特性はエラストマーの特性で設計することが可能である。
【００２５】
したがって、プリント基板１７のパターン配線１７Ａ及びＩＣパッケージ１９のＬＧＡランド１９Ａと接触した上記の金属回路５Ａ，５Ｂに電流が流れるため、接触抵抗が低く、大電流化、高速化に対応するソケット１となる。また、ソケット１の基材と反発力を確保するためのエラストマーとが一体型であるため、部品点数の少ないソケット１を実現できる。
【００２６】
このエラストマーシート３の材料としては、金属回路５Ａ，５Ｂに荷重が印加された際に、適度な弾性反発力を発揮し得る絶縁性の各種エラストマー材料の中から適宜選択して用いることができるが、特に、フッ素系エラストマーを用いることが好ましい。その理由は、フッ素系エラストマーを用いると、耐熱性が高くなり、このソケット１をプリント基板１７やＩＣパッケージ１９と接合する際に、半田のリフロー処理が可能になり、接合工程が容易となり、生産コストを低減できるからである。
【００２７】
基材、または弾性体として使用するエラストマーシート３は、一般に熱膨張係数が大きい。ＣＰＵをソケット１を介してプリント基板１７に実装した場合、ソケット１にもＣＰＵからの熱が伝わるため、エラストマーシート３を基材として使用する場合は、エラストマーの膨張収縮を考慮して、各端子のクリアランスを設計する必要がある。
【００２８】
また、この実施の形態のエラストマーシート３は、エラストマー材料より熱膨張係数が小さい材料からなるシート状の芯材３Ａの表裏両面にエラストマー層３Ｂを積層して構成したものである。上記の芯材３ＡによってＣＰＵの発熱や製造プロセスにおける熱の影響を軽減する。芯材３Ａを構成する熱膨張係数の小さい材料としては、ガラス繊維やガラスエボキシ樹脂、ポリイミドなどのようにエラストマーより熱膨張係数が小さく、ＩＣパッケージ１９やプリント基板１７の熱膨張係数に近い材料が望ましい。なお、エラストマーシート３としては、上記の構造に限定されず、例えば芯材３Ａを用いないで全体がエラストマー層３Ｂで構成しても良い。
【００２９】
さらに、エラストマーシート３の表面、裏面の少なくとも一方の端子形成領域の周縁に沿って平面視で楕円形状に溝部１１が設けられている。換言すれば、前記溝部１１は凸部７の周りに設けられていることになる。これにより、荷重を印加した状態で、隣接端子同士に生じるエラストマーの引っ張り、圧縮による力の伝達を軽減できる。なお、前記溝部１１は、平面視で楕円形状に限定されず、凸部７の周りに例えば平面視でＵ字状であっても、あるいはその他の形状に設けられてもよい。
【００３０】
また、図２に示されているように、金属回路５とスルーホール９とからなる多数の端子を配列した構造であるとしても、荷重印加時に全ての端子の接続を確保することができる。
【００３１】
また、このソケット１は、上記の溝部１１の寸法（溝の深さ、溝の幅、溝で囲まれる面積など）を調整することにより、各端子は所望の荷重−変位特性を得るように制御することができる。したがって、荷重−変位特性の異なる各種のソケットを容易に製造できるので、荷重−変位特性の異なる各種のソケットの要求にも対応できる。さらに、各端子に荷重をかけたときに、隣接する端子にその荷重がおよぼす影響を限りなく小さくすることができる。また、回路形成部に電流が流れるため、電気的な導通経路を短距離にすることで、低インダクタンス化を実現することができ、低抵抗、大電流化、高速化に対応するソケット１を提供できる。
【００３２】
上記の溝部１１は、回路形成が終わった後に、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ、フェムト秒レーザなどのレーザで加工しても、あるいは細いドリルで設けても良い。また、予め、隣接端子間同士に生じるエラストマーの引っ張り、圧縮による力の伝達を軽減するための溝部１１を設けたエラストマーシート３を成形しても良い。
【００３３】
このソケット１は、ＩＣパッケージ１９側の端子が、ランドである場合やサーバ用ソケットのようにコンタクト部分をメンテナンス時に交換するため、プリント基板１７側も半田付けせずランドのまま接続したい場合などに使用されるＩＣパッケージ１９としての例えばＬＧＡパッケージとプリント基板１７とを接続するためのソケット構造である。金属回路５Ａ，５Ｂの形成部の一部に凸部７を設けたことにより、この凸部７の高さによってストロークを発生する構造となっている。
【００３４】
また、金属回路形成部の一部に凸部７を設ける方法としては、予めエラストマーシート３に凸部７を設けておき、前記凸部７および金属回路形成部、スルーホール９となる貫通穴３Ｈにめっきなどの処理を施すことも可能である。エラストマーシート３に形成する凸部７は、エラストマーシート３の成形の際に、所望の位置に凸部７を設ける凹部が形成してある型を準備すれば、容易に形成することができる。
【００３５】
このとき、凸部７を含めたエラストマーシート３の表面に回路形成を行う必要がある。この場合、凸部７を含めた表面にエッチングレジストを塗布できるかどうかが課題となる。
【００３６】
一般的に、厚いレジスト膜を形成するためには、遠心力と表面張力を利用したスピンコート法などが用いられるが、平面でない所にレジストを塗布するにはスピンコート法を適用しにくい。すなわち、エラストマーシート３は、製造工程の一つのフォトリソグラフィー工程で問題が生じる立体構造であるため、一般的なラミネータを用いてラミネートを行うフィルム型フォトレジスト、スピンコート、またはカーテンコータや印刷で行う液状フォトレジストを適用することは困難である。
【００３７】
そのため、電着型ポジフォトレジスト（関西ペイントゾンネＥＤＵＶ−Ｐ８００Ｂ）を使用しているが、このレジストは露光後、ＰＥＢ（露光前ベーク）による加熱が必要であり、加熱による軟化、流動が起こり、例えば、図９に示されているような比較例としてのソケット２１では、垂直壁面２３の角部でレジストが切断され易い。
【００３８】
より詳しく説明すると、比較例のソケット２１は、この実施の形態のソケット１の特徴を分かりやすく説明するために記載したものであり、凸部２５の周りに溝部１１を設け、この溝部１１の側壁部が垂直壁面２３となっていることが、この実施の形態のソケット１と異なる点である。その他はソケット１と同様である。
【００３９】
また、ソケット２１の場合は、露光時においては、垂直壁面２３に対してフォトマスク２７を通過する紫外光ＵＶを照射するために、図１０及び図１１に示されているように傾斜用治具２９を用いてエラストマーシート３を傾ける必要が生じる。このように露光を行うと、紫外光ＵＶを当てたい部分と当てたくない部分の境界のコントロールは、エラストマーシート３の傾け方の誤差やエラストマーシート３の反りなどの影響により、非常に難しくなる。
【００４０】
さらに、現像、エッチング工程では垂直壁面２３がスプレー液の死角となり、直接にスプレー液が当たらないため、垂直壁面２３のレジストおよびめっき除去には長時間を要する。
【００４１】
ソケット２１のマザーボード装着時においては、凸部２５の端子に対して垂直に荷重が加われば期待通りの動きを示すことができるが、常に理想通りの垂直荷重が加わるとは限らず、図１２のように凸部２５に対して斜め方向の荷重が加わった場合、凸部２５の端子が図１３のように傾いてしまうので、設計通りの機能を発揮することができない。
【００４２】
しかしながら、この実施の形態のソケット１では、凸部７の周りに溝部１１を設け、この溝部１１の側壁部が、エラストマーシート３の表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部１３となっているので、ＰＥＢ時における電着フォトレジストの軟化、流動によるレジスト切断を防ぐことができる。その上、露光時については垂直に紫外光ＵＶを照射したとしても側壁部の死角がなくなる。そのため、エラストマーシート３を傾けて露光する必要がなくなり、工程管理が容易となる。垂直壁面２３を有するソケット２１では、各々の垂直壁面２３に応じて傾斜させる必要があるために数回〜数十回の露光が必要となるが、この実施の形態のソケット１は１回の露光で済むので生産性が向上する。
【００４３】
また、現像、エッチング工程では、テーパ部１３に対しても直接液が当たるため、常時新しい液を供給でき、レジスト、めっきの溶解や物理的作用による除去を促すことができるので、これらの工程に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００４４】
また、ソケット１を実装する時は、凸部７の上部より下部の面積が広くなるため、横方向の力ベクトルに対する耐性が増加することになる。そのため、図５に示されているように、たとえ凸部７に対して斜め方向に荷重が加わったとしても、図６に示されているように、凸部７の端子が垂直に変位することが可能となり、設計通りの機能を果たすことができる。
【００４５】
次に、この実施の形態のソケット１の製造方法の概略を説明する。
【００４６】
エラストマーの成型金型においては、凸部７の端子側壁のテーパ部１３に該当する部分にテーパが設けられる。前記成型金型にポリイミド基材の芯材３Ａをセットし、フッ素系エラストマーなどのエラストマーを射出注型し、エラストマーの母材が作製される。次に、このシートにドリルやレーザなどで、所定の位置にスルーホール９となる貫通穴３Ｈが穿設される。
【００４７】
次に、このエラストマーに特殊な前処理を行うことにより、活性化し、無電解銅めっきと電解銅めっきを併用してエラストマーの表面、裏面、スルーホール９となる貫通穴３Ｈに金属膜としての例えば銅めっきが施される。なお、予め無電解めっきで薄い金属膜をつけた後に、電解めっきを施せば、エラストマーシート３に厚い金属膜を付けることができる。
【００４８】
次に、酸系の前処理液により、前記銅めっきの銅表面の酸化物を除去し、電着レジストが塗布される。電着レジストを塗布する方法としては、スプレーコートで霧状にして噴射する方法がある。
【００４９】
フォトマスクが電着レジストの上にジグを用いてセットされる。次いで電着レジストに対して上下面の露光が行われ、１４０°Ｃで１５分程度のＰＥＢ（Post Exposure Bake）が行われる。次いで、現像が行われ、回路部分のみのレジストを残した状態でエッチングが行われ、回路部分のみの銅箔が残される。この状態で、回路を形成するために塩化鉄、１塩化銅、水酸化アンモニウムなどの水溶液を用いて、回路形成が行われる。さらにその後、金めっき１５により表面仕上げが行われる。
【００５０】
上記の製造工程にて作製したソケット１は、ピッチが０．５〜１ｍｍの非常に微細なものであるが、接触抵抗が安定化するのに充分な荷重を示すことができた。
【００５１】
また、上部より下部に向けて広がるテーパ部１３により面積を増したことで、凸部７の端子にかかる横方向の力ベクトルに対する耐性が増し、設計通りの端子動作をすることができ、ＩＣパッケージ１９のランド及び基板ランドに対するワイピングが行われるのを確認することができた。
【００５２】
次に、この実施の形態のソケット１を用いた半導体装置におけるコンタクトの動作を説明する。なお、一例として、このソケット１をＩＣパッケージ１９としての例えばＬＧＡパッケージのＩＣのためのソケットとして用いた場合のコンタクト動作について説明する。
【００５３】
図３を参照するに、半導体装置のプリント基板１７にソケット１を載せ、さらにソケット１の上にＩＣパッケージ１９（ＬＧＡパッケージ）を載せる。上記のプリント基板１７にはパターン配線１７Ａが形成されており、ＩＣパッケージ１９にはＬＧＡランド１９Ａが形成されている。なお、このソケット１は、金属回路５の部分に設けた凸部７の高さによってストロークを発生する構造となっている。
【００５４】
ＩＣパッケージ１９に荷重を加えると、図６に示されているように、エラストマーシート３が圧縮され、それに応じて反発力を発生しながら沈み込み、この時の荷重と発生する沈みが、荷重−変位特性となる。また、金属回路５Ａ，５Ｂはスルーホール９の付近を支点にして沈み込むので、荷重を加えると、接触点がスルーホール９側に移動する。これによりワイピング効果をもたらし、それぞれの金属接触面にある酸化膜を除去してフレッシュな金属面同士を接触させることができるため、低低抗で接触を実現できる。
【００５５】
なお、前述した実施の形態のソケット１では、凸部７の断面がほぼ半円の湾曲形状であるが、凸部形状の他の実施の形態としては、図７及び図８に示されているように、先端を鋭角の突起形状とすることができる。これにより、金属表面の酸化物を除去するワイピング効果をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施の形態のソケットを示す側面断面図で、図２の矢視Ｉ−Ｉ線の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態のソケットを示す平面図である。
【図３】図１のソケットを装着した半導体装置で押圧力付与する前の状態を示す側面断面図である。
【図４】図３の半導体装置で押圧力付与した時の状態を示す側面断面図である。
【図５】図１のソケットの凸部の端子に斜めの荷重がかかる前の状態の説明図である。
【図６】図１のソケットの凸部の端子に斜めの荷重がかかった時の状態の説明図である。
【図７】この発明の他の実施の形態のソケットを示す側面断面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態のソケットを示す側面断面図である。
【図９】垂直壁面を有するソケットを示す側面断面図である。
【図１０】傾斜用治具を用いてエラストマーシートを傾けた状態説明図である。
【図１１】傾斜用治具を用いてエラストマーシートを図１０と反対側に傾けた状態説明図である。
【図１２】図９のソケットの凸部の端子に斜めの荷重がかかる前の状態の説明図である。
【図１３】図９のソケットの凸部の端子に斜めの荷重がかかった時の状態の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ソケット
３エラストマーシート
３Ａ芯材
３Ｂエラストマー層
５Ａ，５Ｂ金属回路
７凸部
９スルーホール
１１溝部
１３テーパ部
１５金めっき
１７プリント基板
１７Ａパターン配線
１９ＩＣパッケージ
１９ＡＬＧＡランド
２１ソケット
２３垂直壁面
２５凸部
２７フォトマスク
２９傾斜用治具

【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通穴を設けた絶縁性のエラストマーシートと、このエラストマーシートの表裏面の少なくとも一部に設けた金属回路と、前記エラストマーシート又は前記金属回路の少なくとも一部に設けた凸部と、前記貫通穴の内壁に金属膜を形成したスルーホールとを有するソケットであって、前記凸部の周りに溝部を設け、この溝部の側壁部は、エラストマーシートの表裏面に対して鈍角をなすように傾斜するテーパ部を形成していることを特徴とするソケット。
【請求項２】
前記エラストマーシートがフッ素系エラストマーからなることを特徴とする請求項１記載のソケット。
【請求項３】
前記エラストマーシートは、エラストマーより熱膨張係数の小さい材料からなるシート状の芯材の表裏にそれぞれエラストマー層を積層してなることを特徴とする請求項１又は２記載のソケット。

【図１】