JPS60230377A - ピンなしコネクタ・インタ−ポ−ザ - Google Patents

ピンなしコネクタ・インタ−ポ−ザ

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JPS60230377A
JPS60230377A JP60005141A JP514185A JPS60230377A JP S60230377 A JPS60230377 A JP S60230377A JP 60005141 A JP60005141 A JP 60005141A JP 514185 A JP514185 A JP 514185A JP S60230377 A JPS60230377 A JP S60230377A
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    • H01R12/70—Coupling devices
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    • H01R12/712—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures co-operating with the surface of the printed circuit or with a coupling device exclusively provided on the surface of the printed circuit
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/326—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by abutting or pinching; Mechanical auxiliary parts therefor the printed circuit having integral resilient or deformable parts, e.g. tabs or parts of flexible circuits
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    • H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R31/00—Coupling parts supported only by co-operation with counterpart
    • H01R31/08—Short-circuiting members for bridging contacts in a counterpart
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気コネクタ・インターポーザ、さらに具体
的に言えば主として半導体基板を、基板に電気的に結合
しなければならない回路板、カードまたは可撓性プリン
ト回路板などの他の電子コンポーネントと相互接続する
ために用いられる、接触抵抗の低い高密度のピンなしコ
ネクタおよびインターポーザに関するものである。
〔従来技術〕
半導体装置加工技術と超小型回路技術の近年の進歩によ
って、半導体装置上の個々の回路素子の数が増大してき
た。これらの装置のパッケージングの進歩は、多数の回
路がますます小さな容積にパッケージされる方向に向う
現在の電子工学の動向に寄与している。
現代の半導体パッケージは、典型的な場合少くとも１個
まだは複数個の半導体装置と、これらの装置を支持する
、通常は半導体パッケージの外側の電気コンポーネント
に接続されている基板から成り立っている。これらの半
導体装置の寸法は極めて小さいが、パッケージ１個当り
の回路の数は多く、シかも増加しつつある。すなわち、
基板上の回路素子と基板の外の電気システム、すなわち
回路板、カード、可撓性プリント回路構成の間で通信す
るために、小さなスペースに多数の電気結線を設けると
いう問題が存在する。このような電気結線の形成に伴う
一つの問題は、超小型回路パッケージに対する結線の寸
法と物理的許容範囲が極めて小さく、またかかる結線を
作るだめのコネ。
フタまたはインターポーザは通常の方法で信頼できるや
り方で安価に複製するのが難しいことである。もう一つ
の問題は、通常の方法では電子パッケージング・コンポ
ーネントの簡単なかみ合せと分離可能性が実現されない
ことである。例えば多数の高密度結線がある場合は、普
通ろう付けまたははんだ付けりフロ一作業が必要である
。そのよう々作業は、費用がかかり、まだそれによって
得られる電気結線は、コンポーネントをコネクタまたは
インターポーザの片面にパッケージするために使用され
る各材料の熱膨張率の違いなどの原因による動作ストレ
スのもとでは瞳いことがある。
もう一つの問題は、現在高密度超小型回路に使用されて
いる通常のコネクタやインターポーザが、密度の点では
急速にその限度に達しつつあることである。
半導体パッケージの各種コンポーネント間で電気的接触
を確保するだめの最も一般的な手段には、ビンーノケツ
”ト型コネクタとエツジ・コネクタがある。これらのコ
ネクタは、結線の密ＩＷが高くなるにつれて、ますます
製造や使用が難しくなる。
この種のインターポーザやコネクタは、保合と分離に力
を要するために、使用し難い。各ピンやエツジをタブ結
線に接続する際に、挿入力が生じる。
結線の数が増すにつれて、全体の係合力と分離力は極め
て大きくなる。その上この種のコネクタは、ピンなどの
品目が高価であり、高価な人件費を伴い貴金属を必要と
するろう付けなどの作業に費用がかかるだめ、密度が高
くなるにつれてますます費用が高くつく。先行技術では
、摩擦なしの接続システムも存在する（米国特許第３９
１５５３７号）。このような接続システムでは、挿入力
と分離力の問題はなくなるが、現代の用途で期待される
結線密度要件は充たされたい。上記米国特許が示すよう
なシステムは、効果を発揮するために複雑なばね−ソケ
ット機構と厳密な許容範囲を必要とする。最新のおよび
将来の密度要件に合った、超小型コネクタ・システムの
コンポーネントを製造し組み立てようとすると、コスト
が非常に高くつく。まだ摩擦なしコネクタ・システムを
使っても、ピンやろう付は作業やそれに伴う費用は必要
である。
メタル・オン・エラストマー技術によるコネクタやイン
ターポーザも作られている。この種のコネクタは、米国
特許第４００８３００号に記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
メタル・オン・エラストマー技術によるコネクタは、エ
ラストマーに埋め込まれた電気導体からできている。こ
の種のインターポーザに付随する主な問題は、既存の製
造技術で安価な製造方法が実現されないことである。
その上、かかるインターポーザやコネクタは、使用時の
接触抵抗が高くなる。相互接続密度が極めて高い期待さ
れる用途で作動する電子パッケージ・システムに要求さ
れる、寿命末期の許容接触抵抗の限界は約ｌＯミリオー
ムであるが、技術的現況にもとづくメタル・オン・エラ
ストマー技術によるインターポーザは、典型的な場合、
接触抵抗が１０ミリオーム以下という抵抗範囲よりもず
っと高くなる。さらに、技術的現況にもとづくメタル・
オン・エラストマー技術によるコネクタやインターポー
ザを使用する場合、充分なワイピングを保証するだめに
外部手段と追加組立時間が必要である。
上記のことから、安価で信頼性があり、簡単にかみ合せ
と切り離しができ、単位面積当り多数の結線が収容でき
、寿命末期接触抵抗が小さく、自動ワイピングが可能で
製造しやすい、半導体パッケージング用コネクタ・イン
ターポーザが必要なことは明らかである。
しだがって、基板、回路板、カードの接触パッドと半導
体パッケージの他のコンポーネントの間で、密な間隔で
配置された複数のピンなし結線をもたらす、コネクタ・
インターポーザを提供することが、本発明の一目的であ
る。
本発明の第２の目的は、安価なコネクタ・インターポー
ザを提供することである。
本発明の第３の目的は、接触抵抗の低い結線をもたらす
コネクタ・インターポーザを提供することである。
本発明の第４の目的は、接続するために使用される電子
パッケージ・コンポーネントと容易に係合させることが
でき、それから容易に分離することができる、コネクタ
・インターポーザを提供することである。
本発明の第５の目的は、このコネクタ・インターポーザ
を使用して行われる接続の信頼性が改善された、コネク
タ・インターポーザを提供することである。
本発明の第６の目的は、自動的に位置合せし、基板、回
路板、カードなど接続される半導体パッケージの各種コ
ンポーネントの非平面性をある限度内で補償するように
調整する、コネクタ・インターポーザを提供することで
ある。
本発明の第７の目的は、結果として得られる電気結線が
自動ワイピングする、コネクタ・インターポーザを提供
することである。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明の電気コネクタ・インターポーザは、先行技術に
もとづく間知の構造の欠点を克服するものである。本発
明は、保合と切離しが容易な、高密度で信頼性が高く、
接触抵抗の小さなピンなしコネクタ・インターポーザを
提供することの特徴と利点を含んでいる。すなわち、集
積回路パッケージすなわちセラミック基板の各素子上の
接触パッドが、剛性または可撓性のプリント回路板やカ
ードの接触パッドと接続できるようにする。
簡単に述べると、このコネクタ・インターポーザは、ピ
ンなし結線を作るだめの手段を含んでおり、この手段は
、それが結線を形成するどのコンポーネントからも独立
した存在である。このコネクタ・インターポーザは、エ
ラストマー・ベース・メンバーから出来ており、その両
面には、基板および基板が接合される回路板やカード上
の接触パッドと対応する変形可能な突起がついている。
導電性金属でコートされた可撓性オーバーレイがベース
・メンバーに接着されて、導電性タブ・エレメントを形
成し、各タブ・エレメントはその一端がベース・メンバ
ーの突起の上に来るように配列されている。ベース・メ
ンバー中には、電気めっきされたバイアまだはその他の
導電性導管が形成されていて、エラストマー・ベース・
メンバーの両面の対応するタブ・エレメント間の電気接
続を完成し、こうして半導体基板上の接触パッドと回路
板またはカード上の接触パッドの間の最終的接続が完成
される。
結線の間隔に対する物理的制限条件は、エラストマー・
ベース・メンバーの成形によって決まる変形可能な突起
の間隔と、プリント回路構成の技術的現況によって決ま
るタブ・エレメントの間隔だけなので、単位面積当り多
数の結線が、しだがって高い密度が実現できる。変形可
能な突起の成形およびプリント回路構成の作成に関する
工程は、明確であり安価で信頼できる。このため、本発
明を用いて高い密度が実際に達成できる。
〔実施例〕
ここでは、複数の表面結線を確立するだめのビンなしコ
ネクタ・インターポーザについて説明する。第１Ａ図を
参照すると、本発明にもとづいて作成されたコネクタ・
インターポーザ８は、数組の変形可能な突起９と突起９
の上面１１および底面１２を備えた、弾性ベース・メン
バー１０から出来ている。ベース・メンバー１０は、均
一な圧縮力を保つ適当なニジストマー誘電材料、すなわ
ち、シリコーンやポリウレタンから成形することができ
る。数組の突起９と上面１１および底面１２は、半導体
パッケージ基板３５上の金でコートされた数組の接触パ
ッド３０と、支持回路板、可撓性回路板またはカード３
３上の金でコートされた前者に対応する１組の接触バッ
ド３１との仲立ちをする（第２図参照）。数組の突起９
の典型的な間隔は、大体０．６〜２．６　ｍｍの範囲で
あるが、当業者なら察知するように、数組の突起９０間
隔は、エラストマー成形技術の技術的現況によってしか
制限されない。
第１Ａ図に示すように、ベース・メンバー１０には捷た
デテント領域１９が形成され、可撓性オーバーレイ１５
も設けられている。このオーバーレイ１５は、デテント
領域１９と突起領域９以外のほぼすべての所でベース・
メンバー１０に選択的に接着されている。オーバーレイ
１５け、可撓性材料、できればポリイミドとポリエステ
ルを含“′む熱可塑性プラスチックの何れかから成形す
ることができる。
オーバーレイ１５には、複数の可撓性の導電性タブ・エ
レメント２１が設けられており、各タブ・エレメント２
１はその一端がベース・メンバー１０の突起９の上に来
るように配列されている。
タブ・エレメント２１は、３面が切り取られ、可撓性オ
ーバーレイ１５から持ち上げられた付属体２０から形成
されている。各付属体２０の長さは、大体１〜５ｍｍの
範囲である。導電性材料の付着層または銅などの導電性
金属１６からできているプリント回路線が付属体２０に
および可撓性オーバーレイ１５のベース・メンバー１０
の開口１８の周りの部分に選択的に付着され、結線や導
電経路を必要とする所に導体が与えられる。付属体２０
と導電性金属１６の組合せで各タブ・エレメント２１は
できている。当業者なら察知できるように、各組のタブ
・エレメント２１の間隔は、プリント回路技術の現況に
よってしか制限されない。
この実施例では、資金属す彦わち金１７の付着層が、可
撓性の各導電性タブ・エレメント２１に設けられている
。全付着層１７は、タブの接触領域に設けられる。接触
領域とは、数組の突起の上面１１と底面１２のすぐ上ま
だは下にある可撓性の導電性タブ・エレメント２１の領
域である。全付着層１７を形成できる直径は、大体６〜
３０ミルの範囲であり、厚さは最小限０．００２５ｍｍ
で最終的には必要とされる電流容量によって決まる。
全付着層１７を形成する前に、タブ・エレメント２１に
ニッケルのフラッシュを付着スる。
金の付着によって、コネクタ・インターポーザの接触領
域と基板の全被覆相パッド３０または回路板やカードの
全被覆相パッド３１の間に信頼できる抵抗の小さな接触
点がもたらされる。また金は腐食防止剤であり、充分々
ワイピング作用に備えて全被覆相パッド３０と全被覆相
パッドによる気密性の相互液゛続をもたらす。
ベース・メンバー１０には、内面にコーティング２３が
めつきされた多数の開口１８が形成されている。このコ
ーティングは開口１８の輪廓をたどって開口１８の外側
に伸びている。めっきコーティング２３は、該ベース・
メンバー１０の第１面のタブ・エレメント２１とそれに
関連する反対側の第２面のタブ・エレメントの間の電気
的接続を完成する目的に役立つ。電気的連続性を達成す
るだめの別の方法は、リベット、溶接技術、導電性ポリ
マーその他の電気伝導手段である。
絶縁層２２が、第３図に示すようにコネクタ・インター
ポーザ８の間にある領域で可撓性オーバーレイ１５の上
にまた第１Ａ図及び１８図に示すようにベース・メンバ
ー１０の開口１８を取り囲む領域で導電性金属１６の上
に付着されている。
絶縁層２２は、誘電材料、すなわちポリイミド製である
。
コネクタ・インターポーザ８が第１Ａ図のようにその当
初の非導電位置にある場合、数組の変形可能な突起９は
未変形状態にあり、導電性タブ・エレメント２１は未変
形の突起９に載り、デテント領域１９の上方にぶら下が
っている。別法として、タブ・エレメント２１を突起９
に付着させることもできる。
関連する諸エレメント、すなわち回路板３３と基板３５
に圧縮力がかかると、コネクタ・インターポーザ８の全
接点１７は、基板３５の金でコーティングされた接触パ
ッド３０および基板が接続されている回路板またはカー
ド３３のそれに対応する被覆接触パッド３１と接触する
。
接触面積が小さいため接点に充分な局在圧力をかけるの
に、比較的小さな係合力しか要らない。
第１Ｂ図に示すように、まだこの圧縮によって、変形可
能な突起９が変形される。このような変形は、回路板、
カード、基板およびこれらのコンポーネントの接触パッ
ドの不完全な製造によって生じた垂直方向許容誤差の食
い違いを補償する。この補償によって各接点の個別的な
安定着座が実現でき、インターポーザ・コネクタは上記
のように相コンポーネントの非平面性を自動調節する。
その上、変形可能な突起９が変形すると、金めつき接点
１７が′シフトして、コネクタ・インターポーザ８の接
点１７とそれに対応する基板の接触パッド３０および回
路板やカードの接触パッド３１の間で少くとも０．２５
ｍｍのワイピング作用を起こさせる。
また変形可能な突起９が変形する間に、それに対応する
導電性タブ・エレメント２１が圧縮され、デテント領域
１９を覆い且つその中に入る。
ベース・メンバー１０の第１面の導電性タブ・エレメン
ト２１とその反対側のそれに対応する導電性タブ・エレ
メント２１の間の導電経路は、めっきコーティング２３
によって完結する。他の実施例では、リベット、導電性
ペースト、またはその他の伝導手段を用いてこの導電経
路を完成することができる。この実施例で説明するイン
ターポーザ・コネクタ８の接触抵抗は、約５ミリオーム
である。
コネクタ・インターポーザ８を継続使用する間、基板な
ど例えばセラミック材料製のコンピュータ・システム・
コンポーネントと例えばガラス槽維製のカードの間の熱
膨張率の違いによって、接続ミスが起こる問題はない。
ビンとそれに関連するはんだ付けまたはろう付は接合の
°代りに、本明細書で説明する可撓性システムが使用さ
れていることから、この利点がもたらされる。
本発明のコネクタ・インターポーザを使用した電気シス
テムを修理または再加工するだめのコンポーネントの分
離は、圧縮力供与手段を外してインターポーザ・コネク
タを妬出して除去するだけで実施できる。この比較的簡
単な方法が可能なのは、本発明にはんだ、エポキシその
他の永続的接合が組み込まれていないためである。
次に、第１Ａ図に示したピンなしコネクタ・ベース・メ
ンバー１０は、その中の変形可能な突起９とデテント１
９を含めて、通常のエラストマー成形技術で成形するこ
とができる。
複数の可撓性の導電性タブ・エレメント２１を形成する
には、通常の可撓性プリント回路製造技術を用いる。タ
ブ・エレメント２１は、可撓性オーバーレイ１５０片面
のみに形成し、片面導線の鎮出をもたらす。可撓性オー
バーレイＩ５と付属体２０に導電性金属被覆１６のパタ
ーンを形成するのに使用できる、通常のプリント回路製
造技術の例は、次の通りである。
可撓性オーバーレイ１５及び付属体２０上に銅などの導
電性金属１６を付着させる。次に、通常の化学的エツチ
ング・プロセスによってプリント回路構成のパターンを
生成することができる。化学、的エツチングを使用する
場合、付着した銅の上にフォトレジストを選択的に与え
て、付属体２゜とオーバーレイ１５上に望みの回路パタ
ーンを形成することができる。次にフォトレジストを露
光式オイ刊伸１　木恩箇碗惨ジッキソＮＷ１−リイ鈴去
すると、可撓性の導電性タブ・エレメントと、開口１８
の周りの領域に銀付着層１６がついた可撓性オーバーレ
イ１５が残る。
上記のサブトラクティブ化学的エツチング法の代りに、
通常のアディティブ法を使って、可撓性オーバーレイ１
５と付属体２０に銅１６を付着でせることかできる。こ
れは、通常の真空蒸着技術または電着法によって付属体
２０と可撓性オーバーレイ１５にマスクを通して直接に
銅１６を付着させて行なうことができる。サブトラクテ
ィブ化学的エツチング法またはアディティブ直接付着法
を使って、１回の操作で可撓性オーバーレイ１５に多数
の可撓性の導電性タブ・エレメント２１を生成すること
ができる。
可撓性オーバーレイ構造１５および導電性タブ・エレメ
ント２１を、ベース・メンバー１０の上面と底面に選択
的に接着する。接着は、張り合せまたは接着剤を使って
実施することができる。
可撓性オーバーレイ１５の位置合せ領域を通ってベース
・メンバー１０に開口１８を形成する。
この開口をめっきして、開口１８の内側および外側付近
に連続するめつきコーティングを形成し、めっきコーテ
ィング２３がタブ・エレメント２１の導電性金属被覆１
６と接触するようにする。別法として、形成された開口
にリベット、導電性ペースト、またはその他の電流運搬
手段を挿入して、該ベース・メンバー１０の上面と底面
の可撓性の導電性タブ・エレメント２１間の電気的接続
を完成することもできる。
次に、可撓性の導電性タブ・エレメント２１に金まだは
他の貴金属を選択的に付着させて、接点１７を形成する
。これらの付着には、通常のめつき技術まだはスパッタ
リング技術を使用することができる。
〔発明の効果〕
本明細書で説明したコネクタ・インターポーザ８は、半
導体パッケージに、高密度の接触抵抗の小さな結線を設
けるだめの安価な手段を提供するものである。上記の構
造と機能のために、高密度の結線が可能となる。高価な
ピンやかかるピンの製造と取付けに伴う作業が不要なた
め、各電気結線のコストは著しく下がる。他の利点は、
このコネクタ・インターポーザが自動ワイピング作用を
実現することおよび非平面状コンポーネント、すなわち
回路カード、回路板および基板の組立てが簡単なことで
ある。また、このインターポーザ・コネクタを使って行
われる接続は、比較的小さな力で係合及び切り離しがで
き、また結線が互いにはんだ付けされていないので、半
導体パッケージとそのコンポーネントの再加工や修理が
簡単である。使用する構造が簡単であり、ろう付はピン
など故障率の高い部品などがなく、またコネクタ・イン
ターポーザが動作中に半導体パッケージの各匈コンポー
ネントの熱膨張率の違いを補償できることから、このコ
ネクータ・インターポーザおよびそれを使った電気結線
の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は非導電性の初期位置にあるコネクタ・インタ
ーポーザの側面図、第１Ｂ図はその最終的導電位置にあ
るコネクタ・インターポーザの側面図、第２図は接続さ
れる電気コンポーネントに対するコネクタ・インターポ
ーザの相対位置を示した図、第３図は本発明にもとづい
て製造されたコネクタ・インターポーザの平面図であり
、複数のコネクタ素子が示しである。 ８　・・・コネクタ・インターポーザ、９・・・・変形
可能な突起、１０・・・・弾性ベース・メンバー、１１
・・・変形可能な突起の上面、１２・・・変形可能な突
起の底面、１５・・・・可撓性オーバーレイ、１６・・
・・導電性金属、１７・・・・全付着層、１８・・・・
ベース・メンバーの開口、１９・・・・デテント領域、
２０・・・・付属体、２１・　タブ・エレメント、２２
・・・絶縁層、２３・・・・電気めっきコーティング、
３０．３１・・・・接触パッド、３３・・・・支゛持回
路板、可撓性回路板、またはカード、３５・・・・半導
体パッケージ基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ニジストマー誘電体Ｈｆ−ス・メンバーと、上記ベース
    ・メンバーの両面に設けた複数の変形可能な突起と、 上記ベース・メンバーの第１面に設けた突起は半導体パ
    ッケージ基板の接触パッドと対応する位置にあり、上記
    ベース・メンバーの反対側第２面に設けた突起は支持す
    るプリント回路板またはカードの接触パッドに対応する
    位置にあることと、上記ベース・メンバーの第１面及び
    第２面に取りつけられたオーバレイであって、それぞれ
    一端が上記ベース・メンバーの上記突起の上方にくるよ
    うに配列された複数の導電性タブ・エレメントを備えた
    可撓性オーバーレイと、 上記ベース・メンバーの第１面のオーバーレイの導電性
    タブ・エレメントの曲論をつ奔外端をト記ベース・メン
    バーの向い合った第２面のオーバーレイの対応するタブ
    ・エレメントに電気的に接続するだめの手段と、 からなる、半導体パッケージの密な間隔で配置された複
    数の接触パッド及び支持プリント回路板上のそれに対応
    する複数の接点の間に複数の表面結線を確立するだめの
    ピンなしコネクタ・インターポーザ。
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