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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024043515
(43)【公開日】2024-03-29
(54)【発明の名称】集積回路用の導電性圧縮接触子付きテストソケット
(51)【国際特許分類】
H01R 33/76 20060101AFI20240322BHJP
G01R 31/26 20200101ALI20240322BHJP
【ＦＩ】
H01R33/76 505C
G01R31/26 J
【審査請求】有
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023149523
(22)【出願日】2023-09-14
(31)【優先権主張番号】63/375,993
(32)【優先日】2022-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/464,465
(32)【優先日】2023-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】523352491
【氏名又は名称】アイアンウッド エレクトロニクス，インク．
【氏名又は名称原語表記】Ｉｒｏｎｗｏｏｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001999
【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】イラヴァラサン エム．パラニアッパ
(72)【発明者】
【氏名】デビッド エー．ストルイック
【テーマコード（参考）】
2G003
5E024
【Ｆターム（参考）】
2G003AA07
2G003AG01
5E024CA18
5E024CB06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＢＧＡソケットにおいて電気信号経路の増加による信号損失を抑え、特に片持ち梁ソケット構造におけるインピーダンス整合、接触子の損傷などの課題を解決するソケット接触子構造を提供する。
【解決手段】突出した回路接触子１１を有する電子回路デバイス１３用のテストソケットであって、重なる側の電気絶縁性のハウジング７を備えた下地側のＰＣＢ基板５を含み、ＰＣＢ基板５は、その中を貫通して延びる導電性ビア１５のアレイを含み、ハウジング７は、ＰＣＢビア１５と位置合わせされるソケット開口部９のアレイを含み、その中にＰＣＢ基板５の導電性ビア１５と電気的に接続する弾力的に圧縮可能な導電性圧縮接触子１７を含む。ソケット開口部９の各々は、テスト中に、電子回路デバイス１３の突出した回路接触子１１を、ソケット開口部９内の導電性圧縮接触子１７と電気的に係合させて保持する、周縁保持フラップ２７を有する。
【選択図】図３
【解決手段】突出した回路接触子１１を有する電子回路デバイス１３用のテストソケットであって、重なる側の電気絶縁性のハウジング７を備えた下地側のＰＣＢ基板５を含み、ＰＣＢ基板５は、その中を貫通して延びる導電性ビア１５のアレイを含み、ハウジング７は、ＰＣＢビア１５と位置合わせされるソケット開口部９のアレイを含み、その中にＰＣＢ基板５の導電性ビア１５と電気的に接続する弾力的に圧縮可能な導電性圧縮接触子１７を含む。ソケット開口部９の各々は、テスト中に、電子回路デバイス１３の突出した回路接触子１１を、ソケット開口部９内の導電性圧縮接触子１７と電気的に係合させて保持する、周縁保持フラップ２７を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
テスト用の電子回路デバイスの保持に使用するためのソケットデバイスであって、
（ａ）主に電気絶縁性材料で構成された基板であって、該基板の第１の面と第２の面との間に延びる導電性ビアのアレイを含む前記基板と、
（ｂ）前記基板の前記第１の面の少なくとも一部に重なる電気絶縁性のハウジングであって、前記基板の前記ビアのアレイと位置合わせされる、前記ハウジングを貫通して延びるソケット開口部のアレイを有する前記ハウジングと、
（ｃ）前記基板の前記ビアの１つと電気的に接触し、前記ソケット開口部の各々の中に着座する、弾力的に圧縮可能な導電性圧縮接触子と、
（ｄ）前記ソケット開口部の各々の周縁部に沿って前記ハウジング内に形成された少なくとも１つの保持部材であって、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子がその対応する前記ソケット開口部内に挿入されたときに、前記圧縮接触子に対して前記回路接触子を係合関係に保持するように構成されている前記少なくとも１つの保持部材と、を含むことを特徴とするソケットデバイス。
（ａ）主に電気絶縁性材料で構成された基板であって、該基板の第１の面と第２の面との間に延びる導電性ビアのアレイを含む前記基板と、
（ｂ）前記基板の前記第１の面の少なくとも一部に重なる電気絶縁性のハウジングであって、前記基板の前記ビアのアレイと位置合わせされる、前記ハウジングを貫通して延びるソケット開口部のアレイを有する前記ハウジングと、
（ｃ）前記基板の前記ビアの１つと電気的に接触し、前記ソケット開口部の各々の中に着座する、弾力的に圧縮可能な導電性圧縮接触子と、
（ｄ）前記ソケット開口部の各々の周縁部に沿って前記ハウジング内に形成された少なくとも１つの保持部材であって、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子がその対応する前記ソケット開口部内に挿入されたときに、前記圧縮接触子に対して前記回路接触子を係合関係に保持するように構成されている前記少なくとも１つの保持部材と、を含むことを特徴とするソケットデバイス。
【請求項2】
前記圧縮接触子は、導電性粒子が埋め込まれたエラストマー材料で少なくとも一部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項3】
前記圧縮接触子は、全体が概ね均一な円筒形断面と、前記ソケット開口部の実質的な部分を横断する接触面とを有する、小型の弾性ボタンの形態で構成されることを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項4】
前記圧縮接触子は、前記電子回路デバイスの前記回路接触子の位置決め及び安定化を補助する輪郭接触面を有することを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項5】
前記圧縮接触子は、前記電子回路デバイスの対応する前記回路接触子の周囲を取り囲む複数の可撓性部に分割されることを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項6】
前記保持部材は、前記ソケット開口部の前記周縁部から内側に突出する複数の可撓性フラップを含むことを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項7】
前記可撓性フラップの少なくとも１つは、寸法の異なる前記回路接触子を収容するために、他の前記フラップと異なる大きさを有することを特徴とする請求項６記載のソケットデバイス。
【請求項8】
前記フラップの少なくとも１つは、寸法の異なる前記回路接触子を収容するために、大きさの異なる複数のサブフラップを含むことを特徴とする請求項６記載のソケットデバイス。
【請求項9】
前記フラップの少なくとも１つは、前記ソケット開口部の前記周縁部における直径を、その中に受容される前記回路接触子の対応する最大直径よりも僅かに小さい直径に制限することを特徴とする請求項６記載のソケットデバイス。
【請求項10】
前記フラップのうちの１つは、前記回路接触子によって係合されるとき、前記圧縮接触子に向かって撓むように適合され、前記フラップのうちのもう１つは、前記ソケット開口部内で前記回路接触子を安定させるのを補助するために、前記圧縮接触子から更に間隔を空けた個所で前記回路接触子と係合するように適合されることを特徴とする請求項９記載のソケットデバイス。
【請求項11】
前記基板は、プリント回路基板の形態で構成され、その前記第２の面における前記ビアの各々が、突出した電気接触子に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載のソケットデバイス。
【請求項12】
テスト用の電子回路デバイスの保持に使用するためのソケットデバイスであって、
（ａ）プリント回路基板の形態で構成された下地側の基板と、電気絶縁性材料で構成された重なる側のソケットハウジングとを有するソケット本体を含み、
（ｂ）前記基板は、前記ハウジングを貫通して延びる複数のソケット開口部と合わせられる、前記基板を貫通して延びる複数の導電性ビアを含み、
（ｃ）前記ハウジングの前記ソケット開口部の各々は、前記基板の対応する前記ビアに隣接して配置されて該ビアと連通する基部と、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子を前記ソケット開口部の中に受け入れるように適合された反対側のソケット進入口とを有し、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｄ）少なくとも一部がエラストマー材料で形成され、前記基部に隣接して前記ソケット開口部の各々の中に配置されて、前記下地側の基板の対応する前記ビアと電気的に接触する導電性接触子と、
（ｅ）前記電子回路デバイスの対応する前記回路接触子を、前記ソケット開口部内に配置された前記導電性接触子と係合関係に保持するために、前記ソケット開口部の各々の前記ソケット進入口の周縁部に沿って前記ハウジングに形成された、少なくとも１つの保持部材と、を含むことを特徴とするソケットデバイス。
（ａ）プリント回路基板の形態で構成された下地側の基板と、電気絶縁性材料で構成された重なる側のソケットハウジングとを有するソケット本体を含み、
（ｂ）前記基板は、前記ハウジングを貫通して延びる複数のソケット開口部と合わせられる、前記基板を貫通して延びる複数の導電性ビアを含み、
（ｃ）前記ハウジングの前記ソケット開口部の各々は、前記基板の対応する前記ビアに隣接して配置されて該ビアと連通する基部と、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子を前記ソケット開口部の中に受け入れるように適合された反対側のソケット進入口とを有し、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｄ）少なくとも一部がエラストマー材料で形成され、前記基部に隣接して前記ソケット開口部の各々の中に配置されて、前記下地側の基板の対応する前記ビアと電気的に接触する導電性接触子と、
（ｅ）前記電子回路デバイスの対応する前記回路接触子を、前記ソケット開口部内に配置された前記導電性接触子と係合関係に保持するために、前記ソケット開口部の各々の前記ソケット進入口の周縁部に沿って前記ハウジングに形成された、少なくとも１つの保持部材と、を含むことを特徴とするソケットデバイス。
【請求項13】
前記導電性接触子は、全体が概ね均一な円筒形断面と、前記ソケット開口部の実質的な部分を横断する接触面とを有することを特徴とする請求項１２記載のソケットデバイス。
【請求項14】
前記接触面は、該接触面に接触する前記電子回路デバイスの前記回路接触子の外周面に適合するように輪郭付けられることを特徴とする請求項１３記載のソケットデバイス。
【請求項15】
前記導電性接触子は、該導電性接触子が係合する前記電子回路デバイスの前記回路接触子の周囲の少なくとも一部を取り囲むように適合される、複数の可撓性部に分割されることを特徴とする請求項１２記載のソケットデバイス。
【請求項16】
前記保持部材は、前記ソケット開口部の各々の前記ソケット進入口の前記周縁部から内側に延びる、複数の可撓性突出部を含むことを特徴とする請求項１２記載のソケットデバイス。
【請求項17】
前記突出部の少なくともいくつかは、寸法の異なる前記回路接触子を収容するために、他の前記突出部と異なる大きさを有することを特徴とする請求項１６記載のソケットデバイス。
【請求項18】
前記突出部の少なくともいくつかは、長さの異なる一連のフィンガーを含み、該長さの異なるフィンガーは、前記回路接触子が対応する前記ソケット開口部内に挿入されたときに、前記ソケット進入口と前記ソケット開口部の前記基部との間で延びる軸に沿った異なる位置で、前記回路接触子の外周に係合することを特徴とする請求項１６記載のソケットデバイス。
【請求項19】
テスト用の電子回路デバイスの保持に使用するためのソケットデバイスであって、
（ａ）電源層及び接地層を多層に有するプリント回路基板の形態で構成された下地側の基板と、電気絶縁性材料で構成された重なる側のソケットハウジングとを有するソケット本体を含み、
（ｂ）前記基板は、前記ハウジングを貫通して延びる複数のソケット開口部と合わせられる、前記基板を貫通して延びる複数の導電性ビアを含み、前記ビアの少なくともいくつかが、前記基板内の前記電源層及び前記接地層の少なくともいくつかと電気的に接続され、
（ｃ）前記ハウジングの前記ソケット開口部の各々は、前記基板の対応する前記ビアに隣接して配置されて該ビアと連通する基部と、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子を受け入れるように適合された反対側のソケット進入口とを有し、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｄ）前記基部に隣接して前記ソケット開口部の各々の中に配置され、前記下地側の基板の対応する前記ビアと電気的に接触する、弾力的に圧縮可能な導電性接触子を含み、
（ｅ）前記導電性接触子は、概ね均一な断面形状と、前記導電性接触子が配置される前記ソケット開口部の実質的な部分を横断する接触面とを有する、小型のエラストマーボタンの形態で構成され、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｆ）前記電子回路デバイスの対応する前記回路接触子を、前記ソケット開口部内に配置された前記導電性接触子と係合関係に保持するために、前記ソケット開口部の各々の前記ソケット進入口の周縁部に沿って、前記ハウジングから半径方向内側に突出している複数の保持部材を含み、
（ｇ）前記複数の保持部材は、寸法の異なる前記回路接触子を収容し保持するために、長さの異なるフィンガー部分を有することを特徴とするソケットデバイス。
（ａ）電源層及び接地層を多層に有するプリント回路基板の形態で構成された下地側の基板と、電気絶縁性材料で構成された重なる側のソケットハウジングとを有するソケット本体を含み、
（ｂ）前記基板は、前記ハウジングを貫通して延びる複数のソケット開口部と合わせられる、前記基板を貫通して延びる複数の導電性ビアを含み、前記ビアの少なくともいくつかが、前記基板内の前記電源層及び前記接地層の少なくともいくつかと電気的に接続され、
（ｃ）前記ハウジングの前記ソケット開口部の各々は、前記基板の対応する前記ビアに隣接して配置されて該ビアと連通する基部と、前記電子回路デバイスの突出した回路接触子を受け入れるように適合された反対側のソケット進入口とを有し、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｄ）前記基部に隣接して前記ソケット開口部の各々の中に配置され、前記下地側の基板の対応する前記ビアと電気的に接触する、弾力的に圧縮可能な導電性接触子を含み、
（ｅ）前記導電性接触子は、概ね均一な断面形状と、前記導電性接触子が配置される前記ソケット開口部の実質的な部分を横断する接触面とを有する、小型のエラストマーボタンの形態で構成され、
更に、前記ソケットデバイスは、
（ｆ）前記電子回路デバイスの対応する前記回路接触子を、前記ソケット開口部内に配置された前記導電性接触子と係合関係に保持するために、前記ソケット開口部の各々の前記ソケット進入口の周縁部に沿って、前記ハウジングから半径方向内側に突出している複数の保持部材を含み、
（ｇ）前記複数の保持部材は、寸法の異なる前記回路接触子を収容し保持するために、長さの異なるフィンガー部分を有することを特徴とするソケットデバイス。
【請求項20】
前記電子回路デバイスの前記回路接触子は、はんだボール接触子であり、前記導電性接触子の前記接触面は、該接触面と接触する前記はんだボール接触子の外周面に適合するように輪郭付けられることを特徴とする請求項１９記載のソケットデバイス。
【請求項21】
前記長さの異なるフィンガーは、前記はんだボール接触子が対応する前記ソケット開口部内に挿入されたときに、前記ソケット進入口と前記ソケット開口部の前記基部との間で延びる軸に沿った異なる位置で、前記はんだボール接触子に係合することを特徴とする請求項２０記載のソケットデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「Test Socket With Conductive Compression Contacts For High Performance Integrated Circuits」と題する２０２２年９月１６日出願の米国仮出願番号第６３／３７５，９９３号の利益を主張する非仮特許出願であり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、「Test Socket With Conductive Compression Contacts For High Performance Integrated Circuits」と題する２０２２年９月１６日出願の米国仮出願番号第６３／３７５，９９３号の利益を主張する非仮特許出願であり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、概して、集積回路のような電子回路デバイス用のテストソケットの技術に関し、より詳細には、より大きな導電性と設計の柔軟性とのために導電性圧縮接触子（contacts）を組み込んだ高性能集積回路用の改良されたテストソケットの構造に関する。
【背景技術】
【0003】
本節の記載は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術とみなされるものではない。
【0004】
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術は、集積回路をプリント回路基板（ＰＣＢ）に永久的又は半永久的に接続するために使用される、特定のタイプの表面実装パッケージを指す。ＢＧＡ実装では、従来のピングリッドアレイやデュアルインラインパッケージの導電性相互接続ピンが、集積回路の下面にある小さなはんだボールの形をした導電性回路接触子又はパッドのアレイに置き換えられる。これにより、接続ポイントが増え、パッケージリードへのトレース接続が短くなるため、高速での性能が向上する。
【0005】
技術の進歩に伴い、高性能集積回路を使用するために設計される製品がますます増えている。開発中にこれらの製品／回路の設計を分析し、完成させるために、被試験デバイス（ＤＵＴ）とＰＣＢとの相互接続を容易にするテストソケットが使用されている。テストソケットがなければ、このような回路の設計やテストには、複数のはんだリフローによる着脱が必要になる。このような厳しいニーズに応えるため、ソケットは、ＤＵＴとメインターゲットＰＣＢとの半永久的な接続を可能にする。しかしながら、テストソケットを通してそのような相互接続を行うことは、必然的に電気信号経路を増加させ、潜在的な信号損失を本質的にもたらす。高性能アプリケーションでは、このような信号損失を最小限に抑えることが要求されるため、このようなソケットにＢＧＡ技術を使用することは有益であると考えられている。
【0006】
従来のソケットでは、ＢＧＡ回路用の現在の接触子技術は、一般的に、ソケット本体を貫通して延び、ＤＵＴの各ＢＧＡはんだボールをメインターゲットＰＣＢへ接続する、「グリッパー」として知られるプレス金属片持ち梁を採用している。このような「グリッパー」接触子と、それがはんだボールと係合する様子とを、図面の図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示す。図示されているように、ＤＵＴがテストソケット内に挿入されると、各プレス金属片持ち梁がＤＵＴの関連するはんだボールを把持する。その後、各梁の反対側の端がメインＰＣＢにはんだ付けされる。注目すべきは、この技術では、ＤＵＴのはんだボールに最小限の保持力を加えるために、プレス金属梁をある特定の長さにする必要があり、これは本質的にソケット本体を厚くし、システムに望ましくない信号損失をもたらす。特筆すべきは、この従来の接触子技術では、性能が一般に約２４ＧＨｚに制限されることである。
【0007】
片持ち梁技術の使用は、特に高性能集積回路と共に使用する場合、さらなる問題も引き起こす。例えば、片持ち梁型接触子は、片持ち梁の細長い不規則な形状のために、望ましくない信号反射や挿入損失に悩まされる傾向がある。また、片持ち梁の不規則な形状は、信号の入口から出口までの誘電体面積にばらつきを生じさせ、インピーダンス整合をより困難にする。更に、片持ち梁型接触子は、ソケット開口部内で動いたり傾いたりする可能性があり、その結果、メインＰＣＢにはんだ付けされる際に接触子の位置が不適切になり、新しいデバイスを挿入する際に接触子が損傷する虞がある。
【0008】
片持ち梁型接触子を有する従来のＢＧＡソケットは、異なるサイズのはんだボールを有する集積回路に対応するための再構成も困難である。不規則な形状の片持ち梁は、金属からプレス成形する必要があり、高価な硬質工具を使用しなければ再構成できないため、このスタイルの接触子の使用は汎用性に欠ける。
【0009】
また、ＢＧＡ回路のはんだボールは、片持ち梁型接触子が把持することを意図する明確な赤道部（equators）で常に良好に丸みを帯びているわけではない。現在のところ、はんだボールの赤道部が明確でない状況に対して、従来の片持ち梁型接触子を適合させて、あらゆるタイプの保持機能を組み込むための有効な手段は存在しない。
【0010】
最後に、多くの被試験デバイスは、適切な動作のためにコンデンサや抵抗を必要とする。これらの電気部品は、電源の完全性を維持するために、デバイスの近くに配置する必要がある。また、コンデンサは、高速電流を供給するために、必要な負荷の近くに配置する必要がある。しかしながら、既存の片持ち梁型のソケットシステムを使用してこれを提供することはできず、それは、このような部品はソケットアセンブリによってＤＵＴから分離されたメインＰＣＢに組み込まれなければならないためである。そのため、現在の接触子技術では、このような状況での有効性に限界がある。
【0011】
従来の片持ち梁型ソケット接触子に関連する前述の問題及びその他の欠点は、特に高性能集積回路の進歩に伴い、その使用の汎用性及び有効性を低下させている。従って、従来のテストソケットの多くの制限を解決し、高性能集積回路で使用するために強化された性能特性を提供する、改良されたソケット接触子ソリューションに対する業界の明確なニーズが存在することは明らかである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
上記を念頭に置いて、本発明の１つの目的は、ＢＧＡテストソケットの片持ち梁型接触子アプローチを完全に回避し、また、ＤＵＴとメインＰＣＢとの間にはるかに短いトレース接続を確立し、従って、従来のソケット接続に関連する固有の信号損失を低減し、回路の性能速度を大幅に向上させる、圧縮接触子ソケットソリューションを提供することである。
【0013】
別の目的は、インピーダンス整合能力を向上させ、従来の片持ち梁型接触子技術の細長い不規則な形状に起因する望ましくない信号の反射や挿入損失を抑制する、より均一な断面接触子形状を備えたこのような改良型圧縮接触子ソケットを提供することである。
【0014】
本発明の更に別の目的は、カントやその他の位置ずれの影響を受けにくく、テストソケットの電気接触子を損傷することなく電気部品のデイジーチェーンテストを容易にする、ソケット接触子を提供することである。この点で、異なるサイズ及び構成の回路接触子を有する集積回路に対応するため、より容易に再構成可能なこのような圧縮型接触子を提供することも目的である。
【0015】
本発明のもう１つの目的は、このようなテストソケットをＰＣＢそのものとして設計し、必要なコンデンサや抵抗をその中に埋め込んでＤＵＴに近接配置することで、パワーインテグリティを改善し、高性能回路により大きな動作電流速度を提供することである。この方法では、本明細書で更に説明するように、各接触子が任意に同軸伝送構造の形態で構成されることも考えられ、これは現在の片持ち型接触子のアプローチでは利用不可能である。
【0016】
更に、このようなソケットを設計して、あまり明確でない又は不規則な形状の回路接触子要素を有する集積回路を固定するための保持機能を、含む又は組み込むことができるようにすることも目的である。ＤＵＴの必要なフットプリントを増加させることなく、前述の利点及び改良の全てを提供し、テストから最終生産へのスムーズな移行を保証することが更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記の目的を達成するために、本発明は、集積回路用のテストソケット技術に、従来の片持ち梁型のアプローチの代わりに導電性圧縮接触子を利用する新規なアプローチを組み込む。本発明において、テストソケットは、下地側の（underlying）ＰＣＢ基板とその上に固定された重なる側の（overlying）絶縁ソケットハウジングとを含む本体部を有する。下地側のＰＣＢ基板は、ＢＧＡ技術を組み込んだ集積回路のはんだボールのようなＤＵＴから突出した電気回路接触子のアレイと位置合わせ（align with）するように配置された、ＰＣＢ基板を貫通して延びる充填ビアのアレイを含む。各充填ビアの上面には、導電性圧縮接触子が付着されており、好ましくは、小型の導電性エラストマーボタン（例えば、厚さ～７５μｍ）の形態で、弾性的に圧縮可能な材料で構成されている。各充填ビアの下端は、回路のメインＰＣＢへのはんだ接続を確立するために使用される、小さなはんだボール取り付け部で終端する。
【0018】
絶縁ソケットハウジングは、ＰＣＢ基板と重なり、ＰＣＢ基板に付着される。ソケットハウジングは、ＰＣＢ基板の充填ビア及び圧縮接触子のアレイと位置合わせするように構成された、本体を貫通して延びる概ね円筒形状のソケット穴又は開口部のアレイを含む。ハウジングの各ソケット開口部の上部周縁部に形成された１つ以上の可撓性保持部材は、その中に挿入されたとき、ＤＵＴの接触子をテストソケットの導電性圧縮接触子に対してしっかりと把持し保持するように機能する。従って、この構成により、電気的接続は、ＤＵＴ接触子のアレイから、導電性圧縮接触子及びＰＣＢ基板内の対応する充填ビアを通して、メインＰＣＢまで効果的に確立される。
【0019】
本構成では、電気的接続を行うために、細長く屈曲する片持ちアームは必要ない。ソケットハウジングは、ＤＵＴの突出した回路接触子を把持及び保持して、ＰＣＢ基板の対応する圧縮接触子にしっかりと係合させる。従って、圧縮接触子は最小限の厚さに抑えられ、充填ビアは大幅に短くされ、ＤＵＴとメインＰＣＢとの間の信号経路全体が効果的に短縮される。更に、圧縮接触子及び対応する充填ビアは、比較的均一な円筒形断面で構成することができ、必要に応じてインピーダンス整合を最適化するように容易に調整することができる。前述の特徴は全て、従来の片持ち梁型接触子に関連する信号損失及び信号反射を大幅に低減するのに役立ち、回路の性能速度を大幅に向上させることが判明している。
【0020】
上記に加えて、ソケット本体がＰＣＢ形態で構成されているため、電力層と接地層とを多層に配置することができる。これにより、抵抗やコンデンサをＤＵＴに近いＰＣＢ基板内に埋め込むことができ、高性能回路の要求に応えるパワーインテグリティと電流速度を向上させることができる。また、このような接触子及びビアの円筒形は、望ましい場合に、充填ビアを同軸構造として構成することを容易にする。ここでも、従来の片持ち梁型接触子技術では、このようなことは不可能である。
【0021】
本構造では、導電性圧縮接触子は、対応する各ソケット開口部の基部でＰＣＢ基板の各充填ビアにしっかりと固定される。そのため、ＤＵＴの挿入時にソケット内で傾いたり動いたりすることがなく、従来の片持ち梁型接触子よりも損傷を受け難い。
【0022】
本発明の前記及び追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明からより容易に明らかになるであろう。しかしながら、本明細書における説明及び具体例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
本明細書に記載された図面は、説明のためのものであり、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【発明を実施するための形態】
【0040】
以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、本開示、適用、又は使用を限定することを意図するものではない。図面全体を通して、対応する参照数字は、類似の又は対応する部品及び特徴を示すことを理解されたい。更に、以下の議論は、ＢＧＡ接触子実装技術を利用する集積回路用のテストソケットに特に関連性があり、焦点を当てるものとするが、本発明は、突出した導電性相互接続接触ピンを有する他のピングリッドアレイタイプの回路を収容するように設計されたテストソケットにも、同様に適切であり、適用可能であることが認識され、理解されるであろう。
【0041】
上述し、図１Ａ～図１Ｃに示したように、ＢＧＡテストソケットに使用される現在の接触子技術は、一般的に、ソケット本体を貫通して延び、ＤＵＴの各ＢＧＡはんだボールをメインＰＣＢに接続する、「グリッパー」として知られるプレス金属片持ち梁を採用している。前述したように、細長い不規則な形状及び柔軟なカンチレバー動作により、この種の接触子の使用には、多くの性能問題やその他の問題が伴う。本発明は、従来の片持ち梁型接触子に関連する多くの問題を解決するために、導電性圧縮接触子及びＰＣＢ基板を組み込んだテストソケット技術への新しいアプローチを取り入れている。
【0042】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本発明のＢＧＡテストソケット１は、ＰＣＢとして構成された下地側の基板５を含む本体部３を有し、その上にＢＧＡ絶縁ソケットハウジング７が取り付けられていることが確認できる。ソケットハウジング７は、概ね円筒形状のソケット穴又は開口部９のアレイを含み、これらの開口部９は、ソケットハウジング７の中を延び、特定の被試験デバイス（ＤＵＴ）１３のはんだボール接触子１１のアレイと位置合せしてそれらを受けるように構成されている。図２Ａは、テストソケット１に接続される直前のＤＵＴ１３を、ハウジング７のソケット開口部９と位置合わせした状態を示し、図２Ｂは、ＤＵＴ１３のはんだボール接触子１１がハウジング７の対応する開口部９内に挿入された状態で、テストソケット１に接続されたＤＵＴ１３を示している。
【0043】
ソケット本体３の下地側のＰＣＢ基板５は、それを通過して延在した導電性充填ビア１５のアレイを含み、これらは、ハウジング７のソケット開口部９、延いてはＤＵＴ１３のはんだボール１１のアレイと整合するように配置されている。図３で最もよく確認できるように、ＰＣＢ基板５の各充填ビア１５の上面１９には、導電性圧縮接触子１７が付着されている。図面全体に見られるように、各充填ビア１５の下端は、回路のメインＰＣＢ（図示せず）へのはんだ接続を確立するために使用される、小さなはんだボール取り付け部２１で終端している。従って、ＤＵＴはんだボール接触子１１のアレイから、ＰＣＢ基板５内の導電性圧縮接触子１７及び対応する充填ビア１５を通って、メインＰＣＢへと、効果的に電気的接続が確立される。
【0044】
本実施形態において、圧縮接触子１７は、好ましくは、導電性エラストマー、例えば、銀粒子を埋め込んだシリコンゴム、銀メッキしたニッケル粒子を埋め込んだシリコンゴム、又は金メッキしたニッケル粒子を埋め込んだシリコンゴムなどの、弾力的に圧縮可能な弾性材料で構成されることが企図される。限定するものではないが、他の導電性エラストマーも考えられ、更に、このような圧縮接触子１７は、本明細書の発明から逸脱することなく、任意の導電性バネ又はハイブリッドバネ／エラストマーの組み合わせ、或いは他の導電性圧縮機構の形態を取り得ることが企図される。
【0045】
図３及び図４に示すように、好ましい一実施形態では、各接触子１７が、厚さ約７５μｍの小型の概ね円筒形状の導電性エラストマーボタンの形態をとり得ることが考えられる。この実施形態において、接触子１７は、ＰＣＢ基板５の対応するビア１５の上端１９にスクリーン印刷することができる。エラストマーボタン１７のサイズは、異なるＤＵＴの様々なはんだボールサイズに対応するように容易に構成することもできる。接触子１７は、より単純化された均一な円筒形状を有するので、このような再構成は、ソフトな工具のみを使用して比較的容易に達成することができる。一方、従来のプレス加工された片持ち梁形状の接触子は、高価な硬質工具を使用してのみ再構成することができる。
【0046】
代替の実施形態では、図５に示すように、圧縮接触子１７は、ハウジング７の各ソケット開口部９に形成された別個のキャリア２３に保持され、ＰＣＢ基板５に積層されてもよいことが更に企図される。このような導電性エラストマー接触子１７を接続する他の態様も、本明細書の発明から逸脱することなく可能であろう。しかしながら、どのように固定されるかに関わらず、そのような接触子１７のサイズは、特定の用途の特定の性能要件及び必要性に応じて変化し得ることが理解されるべきである。
【0047】
図３に最もよく示されるように、エラストマー接触子１７の上面２５は、ＤＵＴ１３の対応するはんだボール１１の概ね球形状と一致して嵌合するように形成された、凹面又は他の輪郭面を有することができる。接触子１７にはんだボール接触子１１のためのこのような座を形成することは、標準的なボール形状のはんだ接触子に対して、改善された表面積接触及びより良好な電気的接続性を提供するのに役立つ可能性がある。しかし、はんだボール１１に高さのばらつきがある場合、上面を平坦にして、より多くのコンプライアンス範囲を可能にすることも考えられる。
【0048】
図２Ａから図６に見られるように、テストソケット１の絶縁ソケットハウジング７は、ＰＣＢ基板５と重なって付着されている。ハウジング７は、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミド、ＦＲ４／５、Ｇ１０、或いは他の絶縁材料などの、少なくとも摂氏約２３０度のリフロー温度に耐える電気絶縁材料で構成されることが好ましい。ハウジング７は、当業界で知られている任意の適切な手段によってＰＣＢ基板５に取り付けることができる。
【0049】
図６及び図７に最もよく示されように、１つ以上の可撓性で弾力性のある保持部材又はフラップ２７が、各ソケット開口部９の上部周縁部２９においてハウジング７内に形成されている。保持フラップ（複数可）２７は、ソケット開口部９への上部進入口の一部を、その赤道部におけるはんだボール１１の最大直径より僅かに小さい直径に絞るように、周縁２９から内側に突出している。このように、ＤＵＴ１３がテストソケット１に挿入されると、各ソケット開口部９に対応する保持フラップ（複数可）２７は、圧縮接触子１７に向かって下方に、及びボール接点１１の赤道部を越えて外側に撓み、その結果、はんだボール１１がソケット開口部９に入ることができる。図３に最もよく示されているように、一旦挿入されると、保持フラップ（複数可）２７は、弾力的に内側に撓んで戻り、はんだボールの赤道部に対して僅かにオーバーデッドセンター（over-dead-center）の位置ではんだボール接触子１１を閉じる。このように、可撓性保持フラップ（複数可）２７は、ＤＵＴ１３のはんだボール接触子１１を、テストソケット１の導電性圧縮接触子１７の上面２５に対して、しっかりと掴み保持するように機能する。
【0050】
先の実施形態において、保持フラップ２７は、実質的に等しいサイズ及び形状であり、含まれるフラップのサイズ及び数は、目下の用途に応じて変化し得る。しかしながら、図８Ａ～図８Ｃを参照すると、様々な状況に更に適応するために、他の保持フラップ構成が有用であり得ることが企図される。例えば、サイズ公差のばらつきにより、典型的なはんだボール接触子の直径が、ＤＵＴアレイ自体で、またしばしば異なるＤＵＴ間で、異なる傾向があることが知られている。そのため、はんだボールのサイズは、直径公差、例えば公称φ０．３±０．０２５ｍｍで表すことができる。
【0051】
様々なサイズのはんだボール接触子１１に対応し、適切な接続と保持力を確保するために、フラップ２７は、代替的に、ソケット開口部９の上部周縁２９から半径方向内側に突出し、代表的なはんだボールの公差に基づいて異なる直径を確立する、異なるサイズの一連のフィンガー又はより小さなサブフラップ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、及び２７ｄとして形成することができる。このようなフラップは、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、サイズの異なる一連の個々のフラップ、又は一連のサブフラップとすることができる。もちろん、用途のニーズに応じて、より多くの又はより少ないフラップ／サブフラップを使用することもできる。
【0052】
図８Ａ及び図８Ｂは、異なるサブフラップ構成２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、及び２７ｄを有する保持フラップ２７の、２つの代替可能な適応を示している。図８Ａにおいて、サブフラップは、僅かに弓状で、それらの自由端がより尖った形状であり、より大きい／より長いサブフラップ２７ａは、残りのサブフラップ２７ｂ、２７ｃ、２７ｄのそれとは反対に湾曲している。図８Ｂの実施形態において、サブフラップは、湾曲が少なく、それらの自由端で僅かに角ばっており、ことによると図８Ａに示す実施形態のサブフラップよりも僅かに硬い。各実施形態では、サブフラップ２７ａが最も内側に延び、従ってソケット開口部９の小径を確立している。サブフラップ２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの各々は、次第に半径方向内側への突出が僅かに小さくなり、その結果、（典型的には所定のはんだボール公差に基づく）より大きな直径のはんだボール接触子１１を収容するのに役立つように、その先端（point）で僅かに大きな直径の開口部を確立する。もちろん、サブフラップ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、及び２７ｄの各々は、本明細書における発明から逸脱することなく、個々の突出するフラップとして構成されてもよい。
【0053】
図８Ｃ及び図８Ｄに最もよく示されているように、長めのサブフラップ２７ａは、ソケット開口部９内への挿入時に、最小径のはんだボール接触子１１であっても適切な干渉嵌合を確保できるように、十分に内側に突出するように設計されている。例として、図８Ｃは、０．３±０．０２５ｍｍの公称直径を有するはんだボール接触子１１を収容するための、１つの可能な構成を示している。より大きなはんだボール接触子１１（例えば、φ０．３２５ｍｍ）は、サブフラップ２７ａ～２７ｄの１つ以上によって係合され、所定の位置に保持される。許容範囲の下限にある小さいはんだボール接触子１１（例えば、φ０．２７５ｍｍ）の場合、サブフラップ２７ａは、小さい接触子１１が保持フラップ２７によって係合され、圧縮接触子１７に対して十分な係合力で適切に保持されるように、ソケット開口部９への進入口の直径を十分に狭めていることがわかる。
【0054】
図８Ｄに示すように、ソケット開口部９内にはんだボール１１が挿入されると、長めのサブフラップ（複数可）２７ａ（及び、挿入されるはんだボール接触子１１の直径によっては他のサブフラップ２７ｂ～２７ｄ）が、圧縮接触子１７に向かって下向きに曲げられる。はんだボール１１がソケット開口部９に挿入されると、サブフラップ（複数可）は、最終的にはんだボールの赤道部に対してオーバーデッドセンターを通過する。この時点で、はんだボール接触子１１に到達するのに十分な長さのサブフラップ（複数可）は、接触子１１に対向し、反対側の離脱方向へのカウンタームーブメントに抵抗する。その結果、図８Ｄに示すように、少なくとも長めのサブフラップ２７ａ（複数可）は、挿入されたはんだボール接触子１１を、圧縮接触子１７に対して安定した係合状態に保持するように機能する。
【0055】
図８Ｄに更に示すように、はんだボール接触子１１のサイズに応じて、残りの短めのサブフラップ２７ｂ、２７ｃ、及び２７ｄの少なくともいくつかは、弾力的に元の位置に戻るか、又は反対方向に僅かに曲がって、サブフラップ２７ａから僅かに間隔をあけた位置ではんだボール接触子１１に対抗することができ、従って、長めのサブフラップと短めのサブフラップとの間ではんだボール接触子１１を更に安定させ、所定の位置に固定するのに役立つ。それ故に、サブフラップ２７ａ～２７ｄは、はんだボール接触子１１の外面上の複数の間隔を空けた位置ではんだボール接触子１１に係合するように適合され、その間ではんだボール接触子１１を実質的にカップのように覆う。このような設計は、はんだボール接触子１１とソケット開口部９との間の干渉を最小にし、適切な保持力の下でソケット開口部９内ではんだボール接触子１１を安定させるのに役立つ。サブフラップ２７ａ～２７ｄは、その直径公差のばらつきに応じて、はんだボール接触子１１の挿入時に、ソケット開口部９の平面に対して０～９０度撓む可能性があることも理解されよう。好ましいシステムにおいて、サブフラップ２７ａ～２７ｂは、はんだボール接触子１１の必要な挿入力に等しいか好ましくはそれを超える、必要な引き込み力を確立する。
【0056】
ソケットハウジング７を使用して、ＤＵＴ１３のはんだボール接触子１１を、ＰＣＢ基板の対応する圧縮接触子１７にしっかりと係合させて保持することにより、ＤＵＴ１３とメインＰＣＢとの間の電気的接続経路が、実質的に簡素化される。従来技術の片持ち梁型接触子のように、電気的接続を行うために細長く屈曲する片持ち梁アームは必要ない。本構成では、圧縮接触子１７の厚さを最小限に抑え（すなわち、～７５μｍ）、ＰＣＢ基板５の充填ビア１５を大幅に短くすることができる。これは、ＤＵＴ１３とメインＰＣＢとの間の全体的な信号経路を、効果的に短縮させる。これにより、従来の片持ち梁型接触子によく見られる信号損失や信号反射が大幅に低減されるだけでなく、５０ＧＨｚを超える回路の性能速度も大幅に向上することが判明している。
【0057】
更に、本発明の構成では、ハウジング７の各ソケット開口部９に対応する圧縮接触子１７及び充填ビア１５の双方を、比較的均一な円筒形断面で構成することができる。ここでもまた、従来の片持ち梁型接触子技術とは反対に、この均一な円筒形断面構成は、信号の伝送及び回路の性能速度に著しい改善をもたらす。更に、従来の片持ち梁型接触子では不可能であったインピーダンス整合を目的として、圧縮接触子１７及び充填ビア１５のサイズを比較的容易に調整及び最適化することも可能である。
【0058】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、更に他の代替実施形態では、エラストマー圧縮接触子１７を２分の１又は４分の１などの別々のセクションに分割して、柔軟性を高め、はんだボール接触子１１に対する押し戻し力を低減することが考えられる。図９Ａの実施形態では、エラストマー圧縮接触子１７が、２つの対向する導電性弾性接点部１７ａ及び１７ｂを形成するように、中央で分割されて形成されている。図９Ｂでは、エラストマー圧縮接触子１７が、４つの間隔を空けたエラストマー圧縮接点部１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、及び１７ｆを形成するように、十字に分割されている。圧縮接触子１７は、図示されているように、その本体を完全に貫通して分割されていてもよく、或いは、柔軟性を加え、より大きな把持能力を提供するために、部分的に分割されているだけであってもよい。
【0059】
図９Ｃに最もよく見られるように、はんだボール接触子１１が圧縮接触子１７に下向きの力で係合するとき、エラストマー半体１７ａ、１７ｂ（図９Ａ参照）又は４分の１体１７ｃ～１７ｆ（図９Ｂ参照）は、外側に、はんだボール１１の低位置の外周を取り巻いて変形し、従って、ボールを把持し、フルボディのエラストマー圧縮接触子１７よりもいくらか小さい押し戻し接続力を提供する。中央の分割により、より大きなゆとりと弛緩が可能になるため、仕様上このような低い接触力を必要とする用途に使用する場合、強制的に押し戻される力が低減される。もちろん、本明細書の発明から逸脱することなく、様々な押し戻し力及び安定化特性を達成するために、エラストマー圧縮接触子１７の別の及び追加の構成が確実に考えられる。
【0060】
ソケット本体３は基本的にＰＣＢ、すなわちＰＣＢ基板５の形態で構成されるため、銅トレースや多層の電源層及び接地層を含むことができ、従来の片持ち型ソケット接触子技術に比べ、更なる利点や改善が得られる。ＰＣＢとして、抵抗器やコンデンサ（図示せず）をＰＣＢ基板５の内部に埋め込むことができ、このような部品を有利にＤＵＴ１３の近くに配置することができる。これにより、高性能回路の要求に対して、パワーインテグリティ及び電流速度を向上させることができる。また、テストソケット１のＰＣＢ基板にキャパシタンスを埋め込むことで、性能及びＥＭＣ（電磁両立性）を向上させるだけでなく、更なる利点が得られる。これにより、組立製品のコスト削減、製造品質の向上、長期信頼性の向上、及びメインＰＣＢ全体の小型化が可能になる。
【0061】
ＰＣＢとして、ＰＣＢ基板５の充填ビア１５は、所望により同軸構造として構成することもできる。ビア１５及び導電性圧縮接触子１７の円筒形状のため、各接触子は、ＰＣＢ基板の内部層にある専用接地層と外部層にあるフラッデッド（flooded）接地層とを使用して、接地シールドで囲まれる信号を形成することができる。ここでも、これは従来の片持ち梁型接触子技術では不可能である。
【0062】
本構造において、導電性圧縮接触子１７は、ハウジング７内の対応する各ソケット開口部９の基部に隣接するＰＣＢ基板５の各充填ビア１５に対して、しっかりと固定されている。そのため、ＤＵＴ１３の挿入時にソケットハウジング７内で傾いたり動いたりすることがなく、従って従来の片持ち梁型接触子に比べて損傷を受け難い。このため、テストソケット１は、損傷や位置ずれの問題を心配することなく、複数のＤＵＴのデイジーチェーン試験に使用し、再利用することができる。更に、本発明のソケット構成は、実装に必要な追加のフットプリントがゼロであり、ソケットハウジング７は、様々な異なるスタイルの集積回路との接続を容易にするために、他の追加の保持機能を含むように完全に適応可能である。
【0063】
本明細書における開示は、本質的に単なる例示であることを意図しており、従って、本開示の要旨を逸脱しない変形は、本開示の範囲内であることを意図している。このような変形は、本明細書に示され、記載され、添付の特許請求の範囲に記載された事項からなる、本開示の精神及び範囲から逸脱するものとはみなされない。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【外国語明細書】