JP4854612B2 - ソケット用アダプタ - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置を装着するソケットに接続されるソケット用アダプタに関し、特に、ソケットのコンタクトと回路基板の電極とを電気的接続のインターフェースを提供するソケット用アダプタに関する。

従来のＢＧＡパッケージ用ソケットは、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。

また、ソケットは、上記のようなカバー部材を往復動させる以外に、ベース部材に回転可能に取り付けられたカバー部材を開閉し、ベース部材上にＢＧＡ等の半導体装置を装着するものもある。これらのソケットは、その底面から複数のピングリッド状のコンタクトが突出しており、コンタクトは、回路基板に形成されたスルーホールに挿入され、そこではんだ接続されている。

特許第３７３７０７８号

半導体装置用のソケットは、装着された半導体装置の電気的な特性や信頼性を測定するために回路基板上に実装される。この実装は、上記したように、ソケットのコンタクトと回路基板とを直接はんだ接続するため、ソケットを容易に取り外すことができなかった。他方、ソケットを回路基板から着脱可能な表面実装用とするためには、ソケットのコンタクトをプローブピンのような構成に置換することも考えられるが、ソケットのコンタクトの形状は複雑であり、これを実施すると、ソケットのコストが非常に高くなってしまうという問題がある。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、既存のソケットを回路基板等から容易に着脱することができる、ソケット用アダプタを提供することを目的とする。

本発明に係るソケット用アダプタは、絶縁性部材からなり、複数の貫通孔が形成されたアダプタ本体であって、前記貫通孔は、上面開口部と下面開口部を含む、前記アダプタ本体と、導電性部材からなり、前記複数の貫通孔内にそれぞれ収容された複数のプローブピンであって、各プローブピンの上端部には、前記上面開口部から挿入されるコンタクトを挟み込むための挟み込み部が形成され、各プローブピンの下端部には、前記下面開口部から突出可能な先端部が形成された、前記複数のプローブピンと、前記複数の貫通孔内に収容され、前記先端部が下面開口部から突出するように前記プローブピンを付勢するバネ部材とを有し、前記先端部は、前記バネ部材の付勢に抗して前記下面開口部から貫通孔内に移動可能である。

好ましくは、前記アダプタ本体には、貫通孔に沿ってスリットが形成され、前記プローブピンは、当該スリット内を摺動可能である。前記アダプタ本体は、上部アダプタと下部アダプタとを含み、前記上部アダプタは、下部アダプタの貫通孔より内側に突出する突出部を含み、前記突出部は、下部アダプタの貫通孔内に収容された前記バネ部材の一方の端部を支持する。前記上部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ矩形状であり、下部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ円形状である。

好ましくは、前記挟み込み部は、一対の弾性変形可能な延在部を含み、当該一対の延在部は前記下端部に接続され、前記一対の延在部の途中には、対向する側に突出する一対の突起部が形成され、さらに前記下端部には、プローブピンの軸方向に延びる突起部が形成され、前記バネ部材は、導電性のコイルスプリングからなり、前記コイルスプリングは、前記一対の突起部と前記下端部の突起部との間に収容可能である。

好ましくは、前記コイルスプリングは、前記上面開口部から挿入されるコンタクトと接触するための接触部を含む。前記アダプタ本体は、ソケットを固定するための位置決め用の貫通孔または溝を含む。

本発明に係るソケット用アダプタは、絶縁性部材からなり、複数の貫通孔が形成されたアダプタ本体であって、前記貫通孔は、上面開口部と下面開口部を含む、前記アダプタ本体と、導電性部材からなり、前記複数の貫通孔内にそれぞれ収容された複数のバネ部材であって、各バネ部材は、前記上面開口部から挿入されるコンタクトと接触するための接触部を含み、各バネ部材の下端部は、前記下面開口部から突出する、前記複数のバネ部材とを有する。

好ましくは、前記アダプタ本体は、上部アダプタと下部アダプタとを含み、前記上部アダプタは、下部アダプタの貫通孔より内側に突出する突出部を含み、前記突出部は、下部アダプタの貫通孔内に収容された前記バネ部材の一方の端部を支持する。前記上部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ矩形状であり、下部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ円形状である。

本発明によれば、ソケットを回路基板から容易に着脱することができ、ソケットが汚染された場合には、ソケットの洗浄を簡単に行うことができ、あるいは、回路基板から取り外したソケットの再利用を図ることができる。

本発明に係るソケット用アダプタは、半導体装置を装着するソケットに接続され、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は、本発明の実施例に係るソケット用アダプタを接続したソケットの一例を示す側面断面図である。ソケット用アダプタ１０は、回路基板とソケット２０との間に接続され、ソケットと回路基板との間の電気的なインターフェースを提供する。ソケット２０には、例えば、ＢＧＡ、ＬＧＡ、ＰＬＣＣ等の種々のパッケージ１が装着可能である。図１に示すソケット２０は、例えば、ベース部材３０、ベース部材３０に対して接近しまたは離れる方向に往復動可能なカバー部材４０と、ベース部材３０に植え込まれた複数のコンタクト５０を含んでいる。

カバー部材４０とベース部材３０との間には一対のコイルスプリング（図中省略）が介挿され、コイルスプリングによってカバー部材４０は、ベース部材から離れる方向へ常時付勢されている。カバー部材４０のほぼ中央にはほぼ矩形状の開口４２が形成され、パッケージ１は、開口４２を介してベース部材３０上に配置される。ラッチ部材４４は、カバー部材３０の往復動に連動し、回転軸４６を中心に回動することで、パッケージ１の上面を押圧する。

ベース部材３０のほぼ中央には、各列に整列されたコンタクト５０と絶縁性材料からなるストッパー３２が配され、各列のコンタクト５０は、ストッパー３２によって電気的に絶縁される。こうして、コンタクト５０が二次元的にマトリックスアレイ状に配列される。また、ベース部材３０の底面３０ａの各コーナー部には、位置決めに利用される円柱状のポスト部３６が形成されている。

コンタクト５０の上端は、パッケージ１の端子と電気的に接続される。コンタクト５０の下端であるコンタクトリード５２は、ベース部材３０の底面３０ａから突出し、ソケット用アダプタ１０に接続される。

図２（ａ）は、第１の実施例に係るソケット用アダプタの上面図（下側部分）、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ソケット用アダプタ１０は、コンタクトリード５２に対応する位置に複数の貫通孔１４が形成されたアダプタ本体１２と、アダプタ本体１２の貫通孔１４内に収容される複数のプローブピン６０と、各プローブピン６０を付勢するコイルスプリング６２を含んでいる。

アダプタ本体１２は、矩形状の外観を有し、下部アダプタ１２ａと上部アダプタ１２ｂを含む２層構造によって構成される。下部アダプタ１２ａと上部アダプタ１２ｂのそれぞれには、コンタクトリード５２に対応する位置に複数の貫通孔１４が形成されている。また、アダプタ本体１２の各コーナー部には、ソケット２０のポスト部３６を挿入するため、ポスト部３６より幾分口径の大きい円柱状の位置決め用貫通孔６４が形成されている。

アダプタ本体１２は、例えば、高耐熱性樹脂ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の絶縁性材から形成される。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。

図３は、下部アダプタと上部アダプタの側面断面図である。また、図４Ａ（ａ）、（ｂ）は、下部アダプタと上部アダプタに形成された貫通孔の拡大図とその平面図である。下部アダプタ１２ａは、下面にプローブピン６０の先端が突出する下面開口部１４ａが形成され、下部開口部１４ａに繋がるように下部貫通孔１６ａが形成されている。下部アダプタ１２ａの下部貫通孔１６ａの厚さ方向の対向する位置には、一対の下部スリット１８ａが形成されている。一対の下部スリット１８ａの幅Ｗは、プローブピン６０が円滑に垂直方向に摺動できるように、プローブピン６０の板厚と比較し、やや大きめに形成され、プローブピン６０の回転および水平方向への移動を制限する。

一方、上部アダプタ１２ｂは、上面にコンタクトリード５２が挿入される円錐形状の上面開口部１４ｂが形成され、上部開口部１４ｂに繋がるようにその下方に、プローブピン６０を収容する上部貫通孔１６ｂが形成されている。上部貫通孔１６ｂには、上部貫通孔１６ｂに沿って一対の上部スリット１８ｂが形成され、上部スリット１８ｂは、下部スリット１８ａと同じ幅Ｗを有する。下部アダプタ１２ａと上部アダプタ１２ｂとが接続されたとき、上部貫通孔１６ｂと下部貫通孔１６ａとが一致し、一つの貫通孔１４となり、また下部スリット１８ａと上部スリット１８ｂとが連続する。これにより、プローブピン６０の摺動を可能にする。

ここで、下部アダプタ１２ａの下部貫通孔１６ａの平面断面形状は、ほぼ円形状であり、上部アダプタ１２ｂの上部貫通孔１６ｂの平面断面形状は、ほぼ矩形状である。上部アダプタ１２ｂの下面にある領域Ｆは、下部アダプタ１２ａを接続したとき、上部貫通孔１６ｂの貫通孔との形状の違いから生じる差分領域である。貫通孔１４の内側に突出するように段差を形成する領域Ｆは、貫通孔１４に収容されたコイルスプリング６２の上端を固定する。

図４Ｂは、貫通孔１４の変形例である。上部アダプタ１２ｂには上部貫通孔１６ｂの内側に突出する一対の突出部１９が形成されている。一対の突出部１９は、上部スリット１８ｂと９０度異なる位置に一定の厚さで形成され、プローブピン６０の摺動に干渉しないようになっている。一対の突出部１９は、貫通孔１４内に収容されたコイルスプリング６２の上端を固定するためのものである。

図５（ａ）は、プローブピンの側面図である。プローブピン６０は、導電性材からなり、板状のベリリウム銅などの金属板を打ち抜くことによって形成される。プローブピン６０の下端部には、下面開口部１４ａから突出する先端部６６が形成されている。先端部６６の下端は、ほぼ三角形状になっており、回路基板上にある電極に点接触を可能にする。

一方、プローブピン６０の上端部には、コンタクトリード５２を挟み込むための挟み込み部６８が形成されている。挟み込み部６８は、一対の弾性変形可能な延在部６８ａを含み、延在部６８ａは、基部６８ｂに接続されている。基部６８ｂのほぼ中央には、垂直方向に突出するピン状の支持部６０ａが形成され、延在部６８ａのほぼ中間には、対向する側に突出する一対の突起部６０ｂが形成されている。コイルスプリング６２は、図５（ｂ）に示すように、一方の端部側の中心の空洞内に支持部６０ａが挿入され、他方の端部側が突起部６０ｂに当接されるようにしてプローブピン６０に取り付けられる。このとき、コイルスプリング６２は、支持部６０ａと突起部６０ｂの間でやや圧縮され、従って、コイルスプリング６２は、プローブピン６０に弾性的に取り付けられた状態にあり、この状態で、プローブピン６０は、アダプタ本体１２の貫通孔１４内に組み込まれる。

図６は、プローブピンが組み込まれたアダプタ本体の貫通孔の拡大断面図である。プローブピン６０の組み込みは、まず、図５（ｂ）に示すようにコイルスプリング６２を保持したプローブピン６０を下部アダプタ１２ａの下部貫通孔１６ａ内に差し込む。このとき、プローブピン６２は、下部スリット１８ａに沿って挿入され、プローブピンの先端部６６は、下面開口部１４ａより突出する。

次に、上部アダプタ１２ｂを下部アダプタ１２ａの上面に、フック（図中省略）により固定する。これにより、プローブピン６０がアダプタ本体１２の貫通孔１４内に収容される。このとき、プローブピン６２の挟み込み部６８は、上面開口部１４ｂから離れた距離にあり、さらに、上部アダプタ１２ｂの下面にある領域Ｆがコイルスプリング６２の上端部に接触することで、プローブピンの先端部６６が、常に、下面開口部１４ａから突出するように付勢される。なお、下部アダプタ１２ａと上部アダプタ１２ｂの接合方法は、フックに限らず、接着やネジ止め等の他の接合方法であってもよい。

次に、本実施例のソケット用アダプタの使用動作について図７を参照して説明する。まず、ソケット用アダプタ１０は、例えば測定用の回路基板７０に取り付けられる。回路基板７０の上面には、プローブピン６０に対応し、複数の導電性の電極またはランド７２が形成されている。

次に、パッケージ１が装着され、または未装着のソケット２０が垂直方向からソケット用アダプタ１０に接続される。このとき、ポスト部３６が位置決め用貫通孔６４に挿入され、両者が位置決めされる。これにより、ソケット２０のコンタクトリード５２が対応する貫通孔１４内に挿入可能となる。コンタクトリード５２は、上面開口部１４ｂを介して、アダプタ本体１２の貫通孔１４内において、プローブピン６０の挟み込み部６８によって挟み込まれる。こうして、ソケット２０はソケット用アダプタ１０を介して、回路基板７０に接続される。このとき、好ましくは、ポスト部３６が、位置決め貫通孔６４から突出し、回路基板７０に形成された貫通孔７４に挿入されることで、アダプタ１０と回路基板７０の位置決めを行うことができる。

図８Ａは、回路基板への実装前のプローブピンの状態を示すアダプタ本体の側面断面図である。プローブピン６０は、コイルスプリング６２により矢印Ｒが示す方向に付勢され、先端部６６は、アダプタ本体１２の下面開口部１４ａから突出している。

図８Ｂは、回路基板への実装後のプローブピンの状態を示すアダプタ本体の側面断面図である。アダプタ本体１２が回路基板７０に実装されると、先端部６６が回路基板７０に押圧され、付勢されていたプローブピン６０は、コイルスプリング６２に抗して矢印Ｓが示す方向に押し上げられる。プローブピン６０は、貫通孔１４内に形成されたスリット１８ａ、１８ｂにガイドされ摺動する。コイルスプリング６２の上端部は、上部アダプタ１２ｂの下面にある領域Ｆによって支持されているため、先端部６６にはバネ圧が常時印加され、先端部６６は、適当な接圧で回路基板７０の電極に接触される。また、ソケット用アダプタ１０を回路基板７０から取り外すと、ソケット用アダプタ１０は、図８Ａに示す状態に戻る。

図８Ｃは、ソケットが接続された後のプローブピンの状態を示すアダプタ本体の側面断面図である。ソケット２０がアダプタ本体１２に接続されると、挟み込み部６８は、上面開口部１４ｂを介して挿入されたコンタクトリード５２の側面を挟み込み、コンタクトリード５２が電気的に接続される。以上の動作により、ソケット２０は、コンタクト５０およびプローブピン６０を介して、回路基板７０に接続される。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図９に第２の実施例に係るソケット用アダプタを示す。第２の実施例では、導電性のコイルスプリング８０が用いられている。コイルスプリング８０は、下端部８０ａと上端部８０ｂからなり、下端部８０ａと上端部８０ｂの内径は、下端部８０ａ＜上端部８０ｂである。

コイルスプリング８０の上端部８０ｂは、上部アダプタ１２ｂの下面にある領域Ｆ、または貫通孔１４の内側に突出した突出部１９に当接する。これにより、コイルスプリング８０の片端が支持され、先端部６６が、常に、下面開口部１４ａから突出するようにプローブピン６０を付勢する。この状態を図９の右側部分に示す。

アダプタ本体１２が回路基板に接続されると、プローブピン６０は、コイルスプリング８０に抗して、垂直方向に押し上げられる。このとき、先端部６６は、適切な接圧で回路基板の電極を押圧する。次に、ソケット２０が接続されると、上面開口部１４ｂを介して、挿入されたコンタクトリード５２は、下端部８０ａの内側に接触し、コイルスプリング８０を介して、プローブピン６０と電気的に接続される。この状態を図９の左側部分に示す。その結果、ソケット２０に装着されたＢＧＡパッケージ１は、コンタクト５０、コイルスプリング８０とプローブピン６０を介して、回路基板に接続される。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１０に第３の実施例に係るソケット用アダプタを示す。第３の実施例では、プローブピンに代わり、導電性のコイルスプリング８２が用いられる。コイルスプリング８２は、下端部８２ａ、中間部８２ｂ、および上端部８２ｃからなり、各部の内径は、下端部８２ａ＜中間部８２ｂ＜上端部８２ｃである。

コイルスプリング８２の上端部８２ｃは、上部アダプタ１２ｂの下面にある領域Ｆ、または貫通孔１４の内側に突出した突出部１９に当接し、支持されている。また、コイルスプリング８２の下端部８２ａは、下面開口部１４ａを介して、アダプタ本体１２から突出する。

アダプタ本体１２が回路基板に接続されると、下端部８２ａは、アダプタ本体１２内部に収容される。このとき、コイルスプリング８２の先端は、適切な接圧で回路基板を押圧する。次に、ソケット２０が接続されると、上面開口部１４ｂを介して、挿入されたコンタクトリード５２は、中間部８２ｂの内側に接触し、コイルスプリング８２に電気的に接続される。その結果、ソケット２０に装着されたＢＧＡパッケージ１は、コンタクト５０とコイルスプリング８２を介して、回路基板に接続される。

本実施例に係るソケット用アダプタによれば、プローブピンまたはコイルスプリングを利用することで、回路基板にはんだ接続する必要がないため、再利用することが可能である。また、各種ソケットにも対応することができ、既存のソケットであっても有効に利用することができる。

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用アダプタは、半導体装置を装着するソケットのソケット用アダプタとして利用される。

ソケット用アダプタが接続されたソケットの側面断面図である。 図２（ａ）は、第１の実施例に係るソケット用アダプタの上面図であり、図２（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 下部アダプタと上部アダプタの側面断面図である。 下部アダプタと上部アダプタに形成された貫通孔の拡大図とその平面図である。 下部アダプタと上部アダプタに形成された貫通孔の変形例を示す図である。 図５（ａ）は、プローブの側面図である。図５（ｂ）は、コイルスプリングが取り付けられたプローブピンの側面図である。 プローブピンが組み込まれた貫通孔を示すアダプタ本体の側面断面図である。 ソケット用アダプタの使用動作について説明する図である。 基板実装前のコンタクトを示すアダプタ本体の側面断面図である。 基板実装後のプローブピンを示すアダプタ本体の側面断面図である。 ソケット接続後のプローブピンを示すアダプタ本体の側面断面図である。 第２の実施例に係るソケット用アダプタの側面断面図である。 第３の実施例に係るソケット用アダプタの側面断面図である。

符号の説明

１０：ソケット用アダプタ １２：アダプタ本体
１２ａ：下部アダプタ １２ｂ：上部アダプタ
１４：貫通孔 １４ａ：下面開口部
１４ｂ：上面開口部 １６ａ：下部貫通孔
１６ｂ：上部貫通孔 １８：スリット
１９：突出部 ２０：ソケット
３０：ベース部 ３２：ストッパー
３４：コンタクトユニット ３６：ポスト部
４０：カバー部材 ４２：開口
４４：ラッチ部 ４６：回転軸
５０：コンタクト ５２：コンタクトリード
６０：プローブピン ６２：コイルスプリング
６４：位置決め用貫通孔 ７０：回路基板
７２：ランド ７４：貫通孔
８０：コイルスプリング ８２：コイルスプリング

Claims (10)

1. 半導体装置を装着するソケットに接続されるソケット用アダプタであって、
   絶縁性部材からなり、複数の貫通孔が形成されたアダプタ本体であって、前記貫通孔は、上面開口部と下面開口部を含む、前記アダプタ本体と、
   導電性部材からなり、前記複数の貫通孔内にそれぞれ収容された複数のプローブピンであって、各プローブピンの上端部には、前記上面開口部から挿入されるコンタクトを挟み込むための挟み込み部が形成され、各プローブピンの下端部には、前記下面開口部から突出可能な先端部が形成された、前記複数のプローブピンと、
   前記複数の貫通孔内に収容され、前記先端部が下面開口部から突出するように前記プローブピンを付勢するバネ部材とを有し、
   前記先端部は、前記バネ部材の付勢に抗して前記下面開口部から貫通孔内に移動可能である、ソケット用アダプタ。
2. 前記アダプタ本体には、貫通孔に沿ってスリットが形成され、前記プローブピンは、当該スリット内を摺動可能である、請求項１に記載のソケット用アダプタ。
3. 前記アダプタ本体は、上部アダプタと下部アダプタとを含み、前記上部アダプタは、下部アダプタの貫通孔より内側に突出する突出部を含み、前記突出部は、下部アダプタの貫通孔内に収容された前記バネ部材の一方の端部を支持する、請求項１または２に記載のソケット用アダプタ。
4. 前記上部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ矩形状であり、下部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ円形状である、請求項３に記載のソケット用アダプタ。
5. 前記挟み込み部は、一対の弾性変形可能な延在部を含み、当該一対の延在部は前記下端部に接続され、前記一対の延在部の途中には、対向する側に突出する一対の突起部が形成され、さらに前記下端部には、プローブピンの軸方向に延びる突起部が形成され、前記バネ部材は、導電性のコイルスプリングからなり、前記コイルスプリングは、前記一対の突起部と前記下端部の突起部との間に収容可能である、請求項１ないし４いずれか１つに記載のソケット用アダプタ。
6. 前記コイルスプリングは、前記上面開口部から挿入されるコンタクトと接触するための接触部を含む、請求項１ないし５いずれか１つに記載のソケット用アダプタ。
7. 前記アダプタ本体は、ソケットを固定するための位置決め用の貫通孔または溝を含む、請求項１に記載のソケット用アダプタ。
8. 半導体装置を装着するソケットに接続されるソケット用アダプタであって、
   絶縁性部材からなり、複数の貫通孔が形成されたアダプタ本体であって、前記貫通孔は、上面開口部と下面開口部を含む、前記アダプタ本体と、
   導電性部材からなり、前記複数の貫通孔内にそれぞれ収容された複数のバネ部材であって、各バネ部材は、前記上面開口部から挿入されるコンタクトと接触するための接触部を含み、各バネ部材の下端部は、前記下面開口部から突出する、前記複数のバネ部材と、
   を有する、ソケット用アダプタ。
9. 前記アダプタ本体は、上部アダプタと下部アダプタとを含み、前記上部アダプタは、下部アダプタの貫通孔より内側に突出する突出部を含み、前記突出部は、下部アダプタの貫通孔内に収容された前記バネ部材の一方の端部を支持する、請求項８に記載のソケット用アダプタ。
10. 前記上部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ矩形状であり、下部アダプタの貫通孔の平面断面形状は、ほぼ円形状である、請求項９に記載のソケット用アダプタ。

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