WO1998024284A1 - Sockel für eine integrierte schaltung - Google Patents

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WO1998024284A1
WO1998024284A1 PCT/DE1997/002758 DE9702758W WO9824284A1 WO 1998024284 A1 WO1998024284 A1 WO 1998024284A1 DE 9702758 W DE9702758 W DE 9702758W WO 9824284 A1 WO9824284 A1 WO 9824284A1
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circuit board
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integrated circuit
insert
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PCT/DE1997/002758
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Inventor
Klaus Klein
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/02—Arrangements of circuit components or wiring on supporting structure
    • H05K7/10—Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets
    • H05K7/1053—Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets having interior leads
    • H05K7/1076—Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets having interior leads co-operating by sliding
    • H05K7/1084—Plug-in assemblages of components, e.g. IC sockets having interior leads co-operating by sliding pin grid array package carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W78/00—Detachable holders for supporting packaged chips in operation

Definitions

  • the invention relates to a base for an integrated circuit according to the preamble of claim 1.
  • Such a base is known from DE-GM 87 16 007, which, in addition to cooling the integrated circuit, is equipped with a heat sink which is snapped into a carrier frame.
  • Contact elements of the base for contacting the circuit board connection elements are like those of the integrated circuit as pins for push-through assembly carried out. Through-contacts in the circuit board are therefore also required for mounting the base.
  • a shield housing which can be used to accommodate various circuits.
  • the housing is essentially cuboid and has an open side which, when mounted on a circuit board, is closed by it.
  • the shielding housing is fastened to the printed circuit board by inserting four mounting legs formed on the lower edge of the shielding housing into mounting openings in the printed circuit board and bending or soldering them. Circuits housed in the shield housing are soldered directly to the circuit board.
  • This shielding housing additionally complicates an already difficult replacement of inserted components in a disadvantageous manner.
  • Another disadvantage is that the encapsulation of the components has a negative effect on the heat dissipation, which must be ensured in particular in the case of complex integrated circuits.
  • the invention has for its object to provide a base for an integrated circuit which enables easy replacement of integrated circuits and in which plated-through holes as connection elements of the circuit board can be dispensed with.
  • the invention has the advantage that integrated circuits with PGA or SPGA connection forms, which are actually for a push-through assembly are designed, can be fitted on a circuit board in pure SMD (Surface Mounted Device) technology, without having to break the SMD principle.
  • SMD Surface Mounted Device
  • integrated circuits for push-through installation can also be equipped with circuit board technologies that do not permit through-plating as connection elements. This is the case, for example, for printed circuit boards with multiple surface wiring, in which the number of signal layers is drastically reduced by partial plated-through holes for connecting lines of different layers.
  • pure SMD technology eliminates the procedural steps that would be required in a mixed technique for assembling and soldering components in push-through assembly. In other words, a module no longer has to be brought to a manual assembly station and a wave bath in the manufacturing process. The manufacturing effort is thus significantly reduced.
  • base inserts can be used which are designed on the side of the integrated circuit as a ZIF (zero insertion force) or LIF (low insertion force) version. So that the pull-out forces do not act on the connection elements of the printed circuit board in other base inserts, an extracting tool that is supported on the base can advantageously be used, or the base insert can be attached to the printed circuit board with separate fastening elements, eg. B. screws are held.
  • the base has a shield housing which is open on one side towards the printed circuit board and has a frame and a cover for receiving the integrated circuit and the socket insert, the cover for removing the integrated circuit device can be opened, this has the advantage that the integrated circuit is accessible as soon as the housing cover is opened and can be removed from a base insert, possibly with the aid of a simple lifting tool.
  • the lid can be attached using screws, clips or a snap connection, for example. Since an SMD connection technology is used on the circuit board side, it is advantageous to secure the base insert with clamped contact elements in its position by the base frame, which is fastened to the circuit board. This prevents pulling forces occurring when the integrated circuit is removed from acting on the electrical contact points on the connection elements of the printed circuit board and damaging them.
  • the base frame advantageously serves as a counter bearing with good leverage which is close to the component.
  • the design of the base frame is designed so that a special removal tool, which can also be used to press the component, can be used.
  • the cover and the integrated circuit For good thermal contact between the cover and the integrated circuit, this lies in a form-fitting manner, possibly thermally coupled a thermal paste, on top of the integrated circuit. It is also advantageous to use a thermal paste between the cover and the frame.
  • the surface area that is active during the heating can be increased further by attaching a base plate on the opposite side of the printed circuit board and thermally coupling it to the frame and cover of the housing.
  • the base plate can also serve as a counter bearing when installing a base insert for clamping the contact elements. In the case of the BGA or SGA design of the base insert, the base plate is advantageously flat, that is to say without a recess, for better cooling and as a counter bearing.
  • FIG. 1 shows a base in an exploded view
  • FIG. 2 shows a sectional view through a base
  • FIG. 3 shows a base insert with non-positive clamping of a contact element in a sectional view
  • FIG. 4 shows a base insert with positive locking
  • FIG. 5 shows a base insert with positive and positive locking of a contact element
  • FIG 6 a base insert in SGA version.
  • a base for an integrated circuit 1 essentially consists of a cover 2, here a frame composed of four parts 3, 4, 5 and 6, a base insert 7 and a base 8.
  • the cover 2 is designed as a heat sink and provided with cooling fins on its top so that it can be optimally aligned according to the air flow in the device in which a printed circuit board 9 equipped with the components shown is to be used.
  • the cover is fastened to the base frame with four screws 10 ... 13 arranged in the area of its corners.
  • parts 3 ... 6 of the base frame have openings with screws corresponding to the screws 10 ... 13, of which in Figure 2 only the openings 14, 15 and 16 are visible.
  • the parts 3 ... 6 each have a collar 17, 18, 19 or 20, which projects somewhat beyond the cover 2 at the associated edge sections.
  • the base frame can also be a one-piece frame with fewer fastening points on the
  • PCB can be designed.
  • the cover 2 lies flat on the top of the integrated circuit 1.
  • the top of the integrated circuit 1 can be assembled with a thermal paste or a similar agent, for. B. thermal foil.
  • two recesses are made in each of parts 3 ... 6, which serve as a depot for thermal paste. Of these, only the recesses 21 ... 27 are visible in FIG. 1.
  • the parts 3 ... 6 of the base frame are at the joints with overlaps provided so that no electromagnetic or electrostatic interference can penetrate the shielding housing even at these joints.
  • the base frame is fastened with eight screws, which are guided through openings in the printed circuit board and screwed into corresponding holes with an internal thread in the base 8.
  • the base 8 is also designed as a heat sink and is provided with cooling fins. It has a recess 41 on its upper side.
  • the base 8 can also be made flat and used as a support or counter bearing if a base insert 7 is used with contact elements which are clamped in their guides by pressing the base insert 7 against the printed circuit board 9.
  • Cooling of the integrated circuit 1 is required. In certain cases, this can be of crucial importance, for example if only a small overall height is permitted on the component side of the printed circuit board 9, which would not be sufficient for cooling with only one heat sink on the component side in fanless operation.
  • For easy removal of the integrated circuit 1, for. B. for repair or upgrade of the electronic device are on the parts 3 ... 6 of Base frame obliquely extending recesses 42, 43, 44 and 45 are available, into which a removal tool, for example a screwdriver blade, can be inserted such that it engages behind the underside of the integrated circuit 1.
  • parts 3 ... 6 may serve as counter bearings to create a leverage effect.
  • Figures 3, 4 and 5 illustrate different variants for clamping a contact element in the base insert after pressing on a printed circuit board 55.
  • Contact elements 56, 57 and 58 are each provided with a contact spring 59 for contacting the connection element of an integrated provided circuit.
  • the contact elements 56, 57 and 58 are inserted from above into a plastic body 60, 61 or 62 and secured in their end position against falling out by a snap-in connection.
  • the plastic bodies 60, 61 and 62 are each pressed onto the printed circuit board 55 and fastened there with a frame 63 which can be fastened directly on the printed circuit board.
  • Dimensions A, B, C and D are shown in FIG. 3 to explain the tolerance compensation.
  • the contact elements 56, 57 and 58 can be displaced in their guides in all three variants of a clamp by the dimension A in order to be able to compensate for height tolerances of the connection elements on the printed circuit board 55.
  • the dimension B. determines the distance by which the contact elements 56, 57 and 58 are displaced from their end position in the plastic body 60, 61 and 62 when the base inserts are pressed against the printed circuit board 55, in order to produce a clamping effect in the guide.
  • a web 48 is attached to the frame 63, the underside of which rests on the upper side of an edge of the plastic bodies 60, 61 and 62 of the base inserts.
  • roof-shaped extensions 49 are provided on the top of the edge of the plastic bodies 60, 61 and 62.
  • the height D of the extensions is reduced by the dimension C for tolerance compensation by a deformation of the extensions.
  • the contact element 56 is non-positively clamped in the plastic body 60 by pressing a circumferential collar 64 of the contact element 56 into a conical bevel 65 of the plastic body 60 and holding it there by mutual jamming.
  • a form-fitting clamping results in the variant according to FIG.
  • Contact elements 53 of the base insert shown in FIG. 6 are soldered to connection surfaces of the printed circuit board which are located on the surface of the printed circuit board.
  • SMT Surface Mounted Technology
  • the base insert is positioned exactly before the soldering process by means of centering pins 54, to which the printed circuit board has corresponding bores.
  • the contact elements 53 are floating in the direction of insertion of the centering pins 54.
  • the contact elements can also be non-positively fastened in their end position in the base insert. Afterwards, pulling forces no longer act on the solder connections.
  • the shielding housing of the base and possibly a ground position in the printed circuit board form an "island" which is hermetically sealed with respect to electromagnetic and electrostatic influences, which can either be permanently integrated into a ground concept or inductively or capacitively coupled in a changed shape with an enlarged interior of the base or in the free space 55 within the base insert 7 further components critical with respect to electromagnetic shielding, eg. B. integrate crystals, VCO or clock circuits in the shielding housing. This is particularly favorable in the case of components which are functionally assigned to the integrated circuit.
  • the base can be used for exchanging only the base insert 7 for integrated circuits of different housing designs and different electrical connection elements.
  • a base with a base insert and a shielding housing has been described. If a shielding housing is dispensed with, a base in another embodiment of the invention can also consist only of a base insert with the contact elements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sockel für eine integrierte Schaltung, der zur Montage auf einer Leiterplatte (9) geeignet und mit einem Sockeleinsatz (7) mit Kontaktelementen (53) versehen ist, durch welche elektrische Verbindungen zwischen für eine Durchsteckmontage in einer Leiterplatte ausgebildeten Pins der integrierten Schaltung (1) und Anschlusselementen der Leiterplatte (9) herstellbar sind. Erfindungsgemäss sind die Kontaktelemente (53) zur Kontaktierung der Anschlusselemente auf der Leiterplatte (9) in einer Oberflächenmontagetechnik ausgebildet. Die Erfindung wird angewandt bei Sockeln für vielpolige Bauelemente.

Description

Beschreibung
Sockel für eine integrierte Schaltung
Die Erfindung betrifft einen Sockel für eine integrierte Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hochkomplexe und kostenintensive integrierte Schaltungen, z. B. Prozessoren, werden als Bauelemente in hochpoligen, standardisierten Gehäusen, z. B. PGA (Pin Grid Array) oder SPGA (Staggered Pin Grid Array) , angeboten. Zur Montage auf einer Leiterplatte werden Anschlußelemente . der integrierten Schaltung, sogenannte Pins, wahlweise direkt in Durchkontak- tierungen der Leiterplatte eingesteckt und mit diesen durch Löten elektrisch verbunden oder die integrierte Schaltung wird lösbar in einen Sockel eingesetzt, der selbst auf die Leiterplatte gelötet ist und die elektrischen Verbindungen zwischen Anschlußelementen der integrierten Schaltung und Anschlußelementen der Leiterplatte herstellt. Mit dem höheren Aufwand bei der Verwendung eines Sockels als zusätzlichem Bauelement wird der Vorteil erreicht, daß ein späterer Austausch der integrierten Schaltung, z. B. zur Reparatur oder zur Aufrüstung mit einem leistungsfähigeren Bauelement, leicht durchgeführt werden kann. Bei direkt eingelöteter integrierter Schaltung wäre dieser nicht oder nur sehr aufwendig möglich.
Aus dem DE-GM 87 16 007 ist ein derartiger Sockel bekannt, der zusätzlich zur Kühlung der integrierten Schaltung mit einem Kühlkörper, der in einen Trägerrahmen eingeschnappt wird, ausgestattet ist. Kontaktelemente des Sockels zur Kontaktierung der Leiterplattenanschlußelemente sind wie diejenigen der integrierten Schaltung als Pins für Durchsteck- montage ausgeführt. Auch zur Montage des Sockels werden somit Durchkontaktierungen in der Leiterplatte benötigt.
Aus der DE 39 22 461 C2 ist ein Abschirmgehäuse bekannt, das zur Unterbringung verschiedener Schaltungen verwendet werden kann. Das Gehäuse ist im wesentlichen quaderförmig und weist eine offene Seite auf, die, wenn es auf einer Leiterplatte montiert ist, durch diese verschlossen wird. Befestigt wird das Abschirmgehäuse an der Leiterplatte, indem vier an dem unteren Rand des Abschirmgehäuses ausgebildete Montagebeine in Montageöffnungen der Leiterplatte eingeführt und umgebogen oder verlötet werden. In dem Abschirmgehäuse untergebrachte Schaltungen werden direkt mit der Leiterplatte verlötet. Durch dieses Abschirmgehäuse wird ein ohnehin schon schwieri- ger Austausch eingesetzter Bauelemente in nachteiliger Weise zusätzlich erschwert. Ein weiterer Nachteil ist, daß sich die Kapselung der Bauelemente negativ auf die Entwärmung auswirkt, die insbesondere bei komplexen integrierten Schaltungen gewährleistet werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sockel für eine integrierte Schaltung zu schaffen, der einen leichten Austausch eingesetzter integrierter Schaltungen ermöglicht und bei welchem auf Durchkontaktierungen als Anschlußelemente der Leiterplatte verzichtet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Sockel der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß auch integrierte Schaltungen mit PGA- oder SPGA-Anschlußformen, die eigentlich für eine Durchsteckmontage konzipiert sind, auf eine Leiterplatte in reiner SMD (Surface Mounted Device) -Technologie bestückt werden können, ohne daß hierbei das SMD-Prinzip durchbrochen werden muß. Mit diesem Sockel können integrierte Schaltungen für Durchsteckmontage auch bei Leiterplattentechnologien bestückt werden, die keine Durchkontaktierungen als Anschlußelemente zulassen. Dies ist beispielsweise bei Leiterplatten mit einer Mehrfach-Oberflächenverdrahtung der Fall, bei denen durch partielle Durchkontaktierungen zur Verbindung von Lei- tungen verschiedener Lagen die Anzahl der Signallagen drastisch reduziert wird. Durch die nun mögliche Anwendung einer reinen SMD-Technologie entfallen die Verfahrensschritte, die bei einer Mischtechnik zum Bestücken und Löten von Bauelementen in Durchsteckmontage erforderlich wären. D. h., eine Bau- gruppe muß im Herstellungsprozeß nicht mehr an einen Handbestückplatz und über ein Schwallbad geführt werden. Der Herstellungsaufwand ist somit erheblich verringert.
Zur Vermeidung zu hoher Ausziehkräfte bei der Entnahme der integrierten Schaltung können Sockeleinsätze verwendet werden, die auf der Seite der integrierten Schaltung als ZIF (Zero Insertion Force)- oder LIF (Low Insertion Force) - Version ausgeführt sind. Damit bei anderen Sockeleinsätzen die Ausziehkräfte nicht auf die Anschlußelemente der Leiter- platte wirken, kann vorteilhaft ein Aushebewerkzeug verwendet werden, das sich auf dem Sockel abstützt, oder der Sockeleinsatz kann auf der Leiterplatte mit gesonderten Befestigungselementen, z. B. Schrauben, gehalten werden.
Wenn der Sockel ein zur Leiterplatte hin einseitig offenes Abschirmgehäuse mit einem Rahmen und einem Deckel zur Aufnahme der integrierten Schaltung und des Sockeleinsatzes aufweist, wobei der Deckel zur Entnahme der integrierten Schal- tung geöffnet werden kann, hat dies den Vorteil, daß die integrierte Schaltung bereits nach Öffnen des Gehäusedeckels zugänglich ist und aus einem Sockeleinsatz - eventuell unter Zuhilfenahme eines einfachen Aushebewerkzeuges - entnommen werden kann. Zum leichten Öffnen des Deckels kann dieser beispielsweise mit Schrauben, Klammern oder einer Rastverbindung befestigt werden. Da auf der Leiterplattenseite eine SMD-Anschlußtechnik eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, den Sockeleinsatz mit verklemmten Kontaktelementen in seiner Lage durch den Sockelrahmen, der auf der Leiterplatte befestigt ist, zu sichern. Dadurch wird vermieden, daß bei der Entnahme der integrierten Schaltung auftretende Ausziehkräfte auf die elektrischen Kontaktstellen an den Anschlußelementen der Leiterplatte wirken und diese beschädigen. Durch eine Schräge an der Innenseite des Sockelrahmens kann eine leichte Zugänglichkeit der integrierten Schaltung für ein Aushebewerkzeug erreicht werden. Wird als Aushebewerkzeug beispielsweise ein Schraubendreher verwendet, so dient der Sockelrahmen in vorteilhafter Weise als nahe am Bauelement liegendes Gegenlager mit guter Hebelwirkung. Zusätzlich ist die Gestaltung des Sockelrahmens so ausgelegt, daß ein spezielles Aushebewerkzeug, welches auch zum Eindrücken des Bauelementes genutzt werden kann, einsetzbar ist. Durch einen aus mehreren Teilen zusammengesetzten Sockelrahmen können vorteilhaft verschiedene Rahmentypen nach einem Baukastenprinzip modular aufgebaut werden. Dies wirkt sich nicht negativ auf die Ab- schirmeigenschaften des Gehäuses bezüglich elektromagnetischer oder elektrostatischer Einflüsse aus, wenn sich die Teile an den Stoßstellen überlappen. Zur besseren Entwärmung können Deckel und Rahmen des Sockels als mit Kühlrippen versehene Kühlkörper ausgebildet werden. Für einen guten Wärmekontakt zwischen Deckel und integrierter Schaltung liegt dieser formschlüssig, eventuell thermisch gekoppelt durch eine Wärmeleitpaste, auf der Oberseite der integrierten Schaltung auf. Auch zwischen Deckel und Rahmen ist die Verwendung einer Wärmeleitpaste vorteilhaft. Die bei der Ent- wärmung aktive Oberfläche kann weiter vergrößert werden, indem eine Bodenplatte auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befestigt und mit Rahmen und Deckel des Gehäuses thermisch gekoppelt wird. Durch Zusatzmaßnahmen auf der Leiterplatte, z. B. großflächige Kupferflächen beidseitig, die mit möglichst vielen Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, können Wärmeübergang und Ground-Verbindung zusätzlich verbessert werden. Die Bodenplatte kann auch als Gegenlager bei der Montage eines Sockeleinsatzes zum Verklemmen der Kontaktelemente dienen. Bei BGA- oder SGA-Bauform des Sockeleinsatzes ist die Bodenplatte zur besseren Ent- wärmung und als Gegenlager vorteilhaft eben, d. h. ohne eine Ausnehmung, ausgeführt.
Anhand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Sockel in Explosionsdarstellung, Figur 2 ein Schnittbild durch einen Sockel, Figur 3 einen Sockeleinsatz mit kraftschlüssiger Klemmung eines Kontaktelementes in einem Schnittbild, Figur 4 einen Sockeleinsatz mit formschlüssiger Klemmung, Figur 5 einen Sockeleinsatz mit kraft- und formschlüssiger Klemmung eines Kontaktelementes und Figur 6 einen Sockeleinsatz in SGA-Ausführung.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß Figur 1 besteht ein Sockel für eine integrierte Schaltung 1 im wesentlichen aus einem Deckel 2, einem hier aus vier Teilen 3, 4, 5 und 6 zusammengesetzten Rahmen, einem Sockeleinsatz 7 und einem Boden 8. Der Deckel 2 ist als Kühl- körper ausgeführt und mit Kühlrippen an seiner Oberseite versehen, so daß er entsprechend der Luftführung in dem Gerät, in welchem eine mit den gezeigten Bauteilen bestückte Leiterplatte 9 eingesetzt werden soll, optimal ausgerichtet werden kann. Befestigt wird der Deckel an dem Sockelrahmen mit vier im Bereich seiner Ecken angeordneten Schrauben 10 ... 13. Dazu sind in den Teilen 3 ... 6 des Sockelrahmens zu den Schrauben 10 ... 13 korrespondierende Öffnungen mit Innengewinde angebracht, von denen in Figur 2 nur die Öffnungen 14, 15 und 16 sichtbar sind. Damit das Abschirmgehäuse auch an den Stoßstellen zwischen dem Deckel 2 und dem Sockelrahmen strahlungsdicht ist, weisen die Teile 3 ... 6 jeweils einen Kragen 17, 18, 19 bzw. 20 auf, der den Deckel 2 an den zugeordneten Kantenabschnitten seitlich etwas überragt. Der Sockelrahmen kann aus wirtschaftlichen Gründen auch als ein- teiliger Rahmen mit weniger Befestigungspunkten auf der
Leiterplatte ausgelegt werden. Im montierten Zustand liegt der Deckel 2 eben auf der Oberseite der integrierten Schaltung 1 auf. Dadurch wird bereits eine gute Wärmekopplung zwischen integrierter Schaltung 1 und Deckel 2 erreicht. Zur weiteren Verbesserung der Wärmekopplung kann die Oberseite der integrierten Schaltung 1 bei der Montage mit einer Wärmeleitpaste oder einem ähnlichen Mittel, z. B. Wärmeleitfolie, versehen werden. Um auch zwischen Sockelrahmen und Deckel 2 eine gute Wärmekopplung zu ermöglichen, sind in den Teilen 3 ... 6 jeweils zwei Ausnehmungen angebracht, die als Depot für Wärmeleitpaste dienen. In der Figur 1 sind von diesen lediglich die Ausnehmungen 21 ... 27 sichtbar. Die Teile 3 ... 6 des Sockelrahmens sind an den Stoßstellen mit Überlappungen versehen, damit auch über diese Stoßstellen keine elektromagnetischen oder elektrostatischen Einstreuungen das Abschirmgehäuse durchdringen können. Der Sockelrahmen wird mit acht Schrauben befestigt, die durch Öffnungen in der Leiter- platte geführt und in dazu korrespondierende Bohrungen mit Innengewinde im Boden 8 eingedreht werden. In Figur 1 sind lediglich die Schrauben 28 ... 31, die Öffnungen 32, 33 und 34 sowie Bohrungen 35 ... 40 dargestellt. Der Boden 8 ist ebenfalls als Kühlkörper ausgebildet und mit Kühlrippen ver- sehen. An seiner Oberseite weist er eine Ausnehmung 41 auf. Der Boden 8 kann auch eben ausgeführt und als Support oder Gegenlager benutzt werden, wenn ein Sockeleinsatz 7 mit Kontaktelementen verwendet wird, die durch Andrücken des Sockeleinsatzes 7 gegen die Leiterplatte 9 in ihren Führungen ver- klemmt werden. Wenn die Wärmekopplung zwischen Boden 8 und Sockelrahmen über die acht Befestigungsschrauben und die Kontaktstellen an der Leiterplatte 9 hinweg noch nicht ausreicht, können auf der Oberseite der Kanten des Bodens 8 wie auch auf der Unterseite der Teile 3 ... 6 des Sockelrahmens weitere, in Figur 1 nicht dargestellte Ausnehmungen als Depot für Wärmeleitpaste angebracht werden. Da auf beiden Seiten der Leiterplatte 9 Kühlkörper vorgesehen sind, wird die Gesamtbauhöhe des Sockels quasi auf beide Seiten der Leiterplatte 9 verteilt. Somit wird auf jeder Seite nur eine ge- ringe Bauhöhe über der Leiterplatte 9 zur Realisierung der
Entwärmung der integrierten Schaltung 1 benötigt. In bestimmten Fällen kann dies von entscheidender Bedeutung sein, beispielsweise wenn auf der Bestückseite der Leiterplatte 9 nur eine geringe Bauhöhe zulässig ist, die zur Entwärmung mit nur einem Kühlkörper auf der Bestückseite im lüfterlosen Betrieb nicht ausreichen würde. Für eine leichte Entnehmbarkeit der integrierten Schaltung 1, z. B. zur Reparatur oder Aufrüstung des elektronischen Geräts, sind an den Teilen 3 ... 6 des Sockelrahmens schräg verlaufende Ausnehmungen 42, 43, 44 bzw. 45 vorhanden, in welche ein Aushebewerkzeug, beispielsweise eine Schraubendreherklinge, derart eingeführt werden kann, daß es die Unterseite der integrierten Schaltung 1 hinter- greift. Gleichzeitig dienen die Teile 3 ... 6 eventuell als Gegenlager, um eine Hebelwirkung zu erzeugen. Zur Lagesicherung des Sockeleinsatzes 7, d. h. damit dieser beim Ausziehen der integrierten Schaltung 1 nicht von der Leiterplatte 9 gelöst wird, sind an den Teilen 3 ... 6 des Sockelrahmens jeweils Stege, die in der Figur 1 verdeckt sind, vorgesehen, welche im montierten Zustand auf den Sockeleinsatz 7 nahezu völlig umlaufenden Kanten - in Figur 1 sind lediglich die Kanten 46 und 47 sichtbar - zu liegen kommen.
In Figur 2, einem Schnittbild durch einen montierten Sockel nach Figur 1, ist besonders gut die oben beschriebene Überlappung der Kragen 18 und 20 von Teilen 4 bzw. 6 des Sockelrahmens an den Seiten des Deckels 2 sichtbar. Deutlich wird auch die Verteilung der Gesamtbauhöhe des Sockels auf beide Seiten der Leiterplatte 9, wodurch eine jeweils niedrige Höhe auf Ober- und Unterseite bei guter Entwärmung der integrierten Schaltung 1 erreicht wird. Durch im Bereich des Sockelrahmens plazierte Kontaktstellen auf der Leiterplatte 9 kann der Sockelaufbau in das Ground-Konzept, d. h. die Führung der Schirm- und Bezugsmasse im elektronischen Gerät, eingebunden werden.
Die Figuren 3, 4 und 5 verdeutlichen verschiedene Varianten zur Klemmung eines Kontaktelementes im Sockeleinsatz nach dem Andrücken auf eine Leiterplatte 55. Dargestellt ist jeweils die Situation unmittelbar vor einem Andrücken. Kontaktelemente 56, 57 bzw. 58 sind jeweils mit einer Kontaktfeder 59 zur Kontaktierung des Anschlußelements einer einzusetzenden inte- grierten Schaltung versehen. In einen Kunststoffkörper 60, 61 oder 62 werden die Kontaktelemente 56, 57 bzw. 58 von oben eingesetzt und durch eine Rastverbindung in ihrer Endlage gegen ein Herausfallen gesichert. Auf die Leiterplatte 55 an- gedrückt und dort befestigt werden die Kunststoffkörper 60, 61 und 62 jeweils mit einem Rahmen 63, der direkt auf der Leiterplatte befestigbar ist. Zur Erläuterung des Toleranzausgleichs sind in Figur 3 Maße A, B, C und D eingezeichnet. Um das Maß A sind die Kontaktelemente 56, 57 und 58 bei allen drei Varianten einer Klemmung in ihren Führungen verschiebbar, um Höhentoleranzen der Anschlußelemente auf der Leiterplatte 55 ausgleichen zu können. Das Maß B.bestimmt den Weg, um welchen die Kontaktelemente 56, 57 und 58 beim Andrücken der Sockeleinsätze gegen die Leiterplatte 55 aus ihrer End- läge im Kunststoffkörper 60, 61 bzw. 62 verschoben werden, um eine Klemmwirkung in der Führung zu erzeugen. Zur Lagesicherung des Sockeleinsatzes im Sockel ist am Rahmen 63 ein Steg 48 angebracht, dessen Unterseite auf der Oberseite einer Kante der Kunststoffkörper 60, 61 bzw. 62 der Sockeleinsätze aufliegt. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen sowie zur Erzeugung einer definierten Andruckkraft sind an der Oberseite der Kante der Kunststoffkörper 60, 61 und 62 jeweils nach oben weisende, dachkantförmige Fortsätze 49 vorgesehen. Beim Andrücken der Sockeleinsätze gegen die Leiterplatte 55 wird die Höhe D der Fortsätze um das Maß C zum Toleranzausgleich durch eine Verformung der Fortsätze verringert. In der Variante gemäß Figur 3 wird eine kraftschlüssige Klemmung des Kontaktelements 56 im Kunststoffkörper 60 erreicht, indem sich beim Andrücken ein umlaufender Kragen 64 des Kontakt- elements 56 in eine konusförmige Schräge 65 des Kunststoffkörpers 60 hineindrückt und dort durch gegenseitiges Verklemmen gehalten wird. Eine formschlüssige Klemmung ergibt sich bei der Variante nach Figur 4, bei welcher ein zunächst hohlkegelförmiger Kragen 66 am Schaft des Kontaktelements 57 anliegt und beim Andrücken gegen die Leiterplatte 55 durch einen umlaufenden Kragen 67 des Kontaktelements 57 deformiert wird. Dadurch wird in dem Kunststoffteil 61 eine formschlüs- sige Verbindung zum Kragen 67 gebildet. Bei der in Figur 5 dargestellten dritten Variante ist das Kontaktelement 58 mit einem umlaufenden, deformierbaren Spitzkragen 68 versehen, der sich in das Kunststoffteil 62 hineindrückt und eine formschlüssige sowie kraftschlüssige Klemmung bewirkt. Bei allen drei in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Varianten ist somit sichergestellt, daß beim Ausziehen einer integrierten Schaltung 1, die als PGA- oder SPGA-Bauelement ausgeführt sein kann, keine Kräfte auf die Lötstellen an der Leiterplatte 55 wirken.
Kontaktelemente 53 des in Figur 6 dargestellten Sockeleinsatzes werden an Anschlußflachen der Leiterplatte angelötet, die sich auf der Oberfläche der Leiterplatte befinden. Bei der hier verwendeten SMT (Surface Mounted Technology) ist es vorteilhaft, wenn der Sockeleinsatz durch Zentrierstifte 54, zu denen die Leiterplatte korrespondierende Bohrungen aufweist, vor dem Lötvorgang exakt positioniert wird. Für einen besseren Toleranzausgleich sind bei der SGA- Ausführung gemäß Figur 6 oder einer BGA-Ausführung die Kon- taktelemente 53 in Steckrichtung der Zentrierstifte 54 schwimmend gelagert. Durch entsprechende Gestaltung der Kontaktelemente und des Sockeleinsatzes kann dieser nach dem Lötprozeß durch den Sockelrahmen oder ein anderes Werkzeug auf die Leiterplatte gepreßt werden. Z. B. durch Klemmwirkung können die Kontaktelemente kraftschlüssig in ihrer Endlage im Sockeleinsatz zusätzlich befestigt werden. Ziehkräfte wirken danach nicht mehr auf die Lötanschlüsse. Da durch das Abschirmgehäuse des Sockels und eventuell durch eine Masselage in der Leiterplatte eine in bezug auf elektromagnetische und elektrostatische Einflüsse hermetisch dicht abgeschlossene "Insel" gebildet wird, die wahlweise in ein Ground-Konzept fest eingebunden oder auch induktiv oder kapazitiv angekoppelt werden kann, lassen sich bei einer geänderten Formgebung mit vergrößertem Innenraum des Sockels oder im Freiraum 55 innerhalb des Sockeleinsatzes 7 weitere bezüglich elektromagnetischer Abschirmung kritische Bauelemente, z. B. Quarze, VCO- oder Taktschaltungen, in das Abschirmgehäuse integrieren. Dies ist besonders günstig bei Bauelementen, die der integrierten Schaltung funktioneil zugeordnet sind.
In vorteilhafter Weise kann der Sockel bei Austausch ledig- lieh des Sockeleinsatzes 7 für integrierte Schaltungen unterschiedlicher Gehäusebauformen und unterschiedlicher elektrischer Anschlußelernente verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Sockel mit einem Sockeleinsatz und einem Abschirmgehäuse beschrieben. Sofern auf ein Abschirmgehäuse verzichtet wird, kann ein Sockel in einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch lediglich aus einem Sockeleinsatz mit den Kontaktelementen bestehen.

Claims

Patentansprüche
1. Sockel für eine integrierte Schaltung, der zur Montage auf einer Leiterplatte (9) geeignet und mit einem Sockeleinsatz (7) mit Kontaktelementen (53) versehen ist, durch welche elektrische Verbindungen zwischen für eine Durchsteckmontage in einer Leiterplatte ausgebildeten Pins der integrierten Schaltung (1) und Anschlußelementen der Leiterplatte (9) herstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (53) zur Kontaktierung der Anschlußelernente auf der Leiterplatte (9) in einer Oberflächenmontagetechnik ausgebildet sind.
2. Sockel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (53) in dem Sockeleinsatz (7) korrespondierend zu einer Pinanordnung bei der integrierten Schaltung (1) nach Art eines PGA (Pin Grid Array) oder SPGA (Staggered Pin Grid Array) reihenförmig angeordnet sind.
3. Sockel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (53) zur Kontaktierung der Anschlußelemente auf der Leiterplatte (9) als BGA (Ball Grid Array) oder SGA (Stud Grid Array) ausgebildet sind.
4. Sockel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (53) zum Ausgleich von Höhentoleranzen der Anschlußelemente auf der Leiterplatte (9) in dem Sockeleinsatz (7) bei der Montage verschiebbar sind.
5. Sockel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der Kontaktelemente (53) im Sockeleinsatz (7) derart ausgebildet ist, daß sie nach einem Andrücken des Sockeleinsatzes gegen eine Leiterplatte (9) gegen Verschieben gesichert sind.
6. Sockel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung gegen Verschieben durch ein Verklemmen der
Kontaktelemente (53) im Sockeleinsatz (7) bewirkt wird.
7. Sockel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel ein zur Leiterplatte (9) hin einseitig offenes Abschirmgehäuse mit einem Rahmen (3 ... 6) und einem Deckel (2) zur Aufnahme der integrierten Schaltung (1) und des Sockeleinsatzes (7) aufweist, wobei der Deckel (2) zur Entnahme der integrierten Schaltung (1) geöffnet werden kann.
8. Sockel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelrahmen (3 ... 6) auf der Leiterplatte (9) befestigbar ist und im montierten Zustand den Sockeleinsatz (7) in seiner Lage sichert.
9. Sockel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des Sockelrahmens an der Leiterplatte Schrauben (28 ... 31) vorgesehen sind.
10. Sockel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelrahmen zur Lagesicherung des Sockeleinsatzes auf seiner Innenseite mit einem im wesentlichen umlaufenden Steg (48) versehen ist, an dessen Unterseite im montierten Zustand die Oberseite einer dazu korrespondieren- den umlaufenden Kante (46, 47) des Sockeleinsatzes (7) anliegt.
11. Sockel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelrahmen an seiner Innenseite mit zumindest einer Ausnehmung (42 ... 45), insbesondere einer Schräge, versehen ist, die für ein Aushebewerkzeug, insbesondere einen Schraubendreher, einen Zugriff zum Ausheben der integrierten Schaltung (1) ermöglicht.
12. Sockel nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelrahmen rechteckig aus mehre- ren sich jeweils im wesentlichen entlang der geraden Kanten erstreckenden Teilen (3 ... 6) zusammengesetzt ist, wobei die Teile an den Stoßstellen, die sich im Bereich der Rahmenecken befinden, einander überlappen.
13. Sockel nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2) als mit Kühlrippen versehener Kühlkörper für die integrierte Schaltung ausgebildet ist.
14. Sockel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockelrahmen als mit Kühlrippen versehener Kühlkörper ausgebildet ist.
15. Sockel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Sockelrahmen an den Auflageflächen des
Deckels Kammern (21 ... 27) für Wärmeleitpaste zur thermischen Kopplung von Rahmen und Deckel aufweist.
16. Sockel nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch ge- kennzeichnet, daß Sockelrahmen und Deckel an den Stoßstellen einander überlappen.
17. Sockel nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenplatte (8) zur Montage auf der dem Rahmen und dem Deckel gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte (9) vorgesehen ist.
18. Sockel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (8) als mit Kühlrippen versehener Kühlkörper ausgebildet und im montierten Zustand durch Ausnehmungen (32, 33, 34) der Leiterplatte hindurch über den Sockel- rahmen und/oder den Sockeldeckel mit der integrierten Schaltung wärmegekoppelt ist.
19. Sockel nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Einklemmen der Leiterplatte zwi- sehen Sockelrahmen und Bodenplatte befestigbar ist.
20. Sockel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Sockelrahmen und Bodenplatte mit durch die Leiterplatte ragenden Schrauben (28 ... 31) zusammenschraubbar sind.
21. Sockel nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte eine Ausnehmung (41) für durch die Leiterplatte hindurchragende Anschlußelemente oder Bauelemente auf der Unterseite der Leiterplatte (9) auf- weist.
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