Ic插座和ic封裝安裝裝置的制作方法

專利名稱：Ic插座和ic封裝安裝裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種集成電路(IC)插座，更具體地，涉及一種IC插 座和用于將IC封裝安裝到印刷電路板上的IC封裝安裝裝置。
背景技術：
已經研究了用插座將IC封裝例如中央處理單元(CPU)或大尺寸 集成電路(LSI)安裝到印刷電路上的技術很長時間。用來在平面柵格 陣列(LGA)封裝或球柵格陣列(BGA)封裝中安裝CPU的IC插座被 嵌入許多個人計算機和母板中。
為了改進CPU的功能和性能，引腳數目和處理速度日益增加。隨 著CPU引腳數目和處理速度的增加，已經改善了IC封裝以具有更大的尺 寸和更細的間距，并且為了支持這種已經具有更多引腳數目的CPU，也 已經類似地改善了IC插座。為了用于支持更多引腳數目的IC插座尺寸 的增加，增加了IC封裝的靈活量以及其接觸焊盤和球的高度變化。因 而，IC插座也需要對應于這種增加，并且需要具有能夠確保IC插座的 接觸沖程(stroke)的結構。其間，應該用可能存在的最簡單的結構實 現對細小間距的支持，并且希望的結構是其中IC封裝以短距離連接到 印刷電路板的結構。而且，為了增加CPU的速度，接觸具有低阻抗是重 要的。這里，對應由于更高速所消耗的電流的增加，還期望實現高的 可允許電流。
現在用于LGA封裝的插座的主流是對應于以大約lmm間距的400 到800個引腳的封裝，其中具有通過雜亂地彎曲金屬板形成給定形狀的 觸點的結構，以便觸點被插入到IC插座的外殼中。
然而，配置以將觸點插入到IC插座外殼內的結構使用片簧。因而， 當增加彈簧的長度以增加IC插座的沖程時，該彈簧會接觸鄰近的引腳。 換句話說，該IC插座具有當間距變得更細時不能增加接觸沖程的問題。
作為即使在更細間距的情況下用于增加接觸沖程的對策，有如下 公開，其中扭簧用于觸點。當扭簧用于觸點時，為了在由材料決定的 允許應力范圍內實現需要的力矩和沖程，可以調節各種參數，例如線 徑、平均繞組半徑、有效繞數或臂長。因而，扭簧比簡單的片簧提供 更大的設計自由度，并且能夠實現需要的材料特性。
然而，對于在使用扭簧作為觸點的情況下的電特性，由于由扭簧 的螺旋結構導致的高電感值，該扭簧會阻礙IC的高速工作。

發明內容
本發明的一個方面在于 一種IC插座，包括多個觸點，每個觸 點包括通過圍繞著繞軸纏繞導電材料形成的彈簧和設置在該彈簧兩端 上的臂，該彈簧具有至少1圈的有效繞數；和包括與多個觸點相同數 目的孔的外殼，在該彈簧在繞軸的方向上被壓縮的狀態，每個孔具有 插入其中的一個觸點，以允許該彈簧中的相鄰線圈部分彼此接觸并且 導電。
本發明的另一個方面在于 一種IC封裝安裝裝置，包括IC封裝、 配置以安裝IC封裝的印刷電路板，和IC插座，該IC插座包括多個觸
點，每個觸點包括通過圍繞著繞軸纏繞導電材料形成的彈簧和設置在
該彈簧兩端上的臂，該彈簧具有至少l圈的有效繞數；和具有與多個觸
點相同數目的孔的外殼，在該彈簧在繞軸的方向上被壓縮的狀態中，
每個孔具有插入其中的一個觸點，以允許該彈簧中的相鄰的線圈部分 彼此接觸且導電；以及該IC插座被布置在IC封裝和印刷電路板之間， 以通過觸點將IC封裝連接到印刷電路板。


圖1A是根據本發明第一實施例的集成電路(IC)插座的平面示意 圖，圖1B是根據本發明第一實施例的IC插座的截面示意圖。
圖2A是圖1A的部分放大圖，圖2B是圖1B的部分放大圖。
圖3A和3B是用于說明根據本發明第一實施例的觸點的壓縮的圖。
圖4A和4B是用于示出根據本發明第一實施例的觸點的導電路徑 的第一示范性圖。
圖5A和5B是用于示出根據本發明第一實施例的觸點的導電路徑 的第二示范性圖。
圖6A和6B是用于示出根據本發明第一實施例的觸點的導電路徑 的第三示范性圖。
圖7A至7C是示出根據本發明第一實施例的IC插座的裝配操作的 過程示意圖。
圖8是示出在根據本發明第一實施例的IC插座裝配操作之后的IC 封裝安裝裝置的圖。
圖9是示出通過使用根據本發明第一實施例的IC插座配置以將IC 封裝安裝在印刷電路板上的IC封裝安裝裝置的第一視圖。
圖10是示出通過使用根據本發明第一實施例的IC插座配置以將IC 封裝安裝在印刷電路板上的IC封裝安裝裝置的第二視圖。
圖11A是根據本發明第二實施例的IC插座的平面示意圖，圖11B是 根據本發明第一實施例的IC插座的截面示意圖。
圖12是示出根據本發明另一實施例的IC插座的尖端狀臂的第一視圖。
圖13是示出根據本發明另一實施例的IC插座的尖端狀臂的第二視圖。
圖14是示出根據本發明另一實施例的IC插座的尖端狀臂的第三視 圖。
具體實施例方式
將參考附圖描述本發明的各個實施例。要注意，在整個圖中對相 同或相似的部件和元件應用相同或相似的附圖標記，并且將省略或簡 單化相同或相似部件和元件的說明。
在以下描述中，提出了許多具體細節例如具體的信號值等以提供 本發明的全面理解。然而，對于本領域技術人員顯而易見的是，沒有 這種具體細節也可實施本發明。
(第一實施例)
如圖1A和1B所示，根據本發明第一實施例的集成電路(IC)插座 包括多個觸點1和提供有與多個觸點1相同數目的孔的外殼20。圖1B是 沿著圖1A的線A-A'的截面圖。
如圖2A和2B所示，每個觸點l都包括通過在具有有效繞數為至少l 圈的繞軸周圍纏繞導電材料形成的彈簧12和設置在彈簧12兩端上的 臂。彈簧12在繞軸方向上的長度等于在如圖3A所示的正常未壓縮狀態 下的長度X。其間，彈簧12的長度等于如圖3B所示的壓縮狀態下的長度 Y。當彈簧12壓縮到長度Y時，電流傳導路徑變為從臂IO的一側到臂IO 的另一側的最短距離，如圖4A和4B中的箭頭所示。當彈簧12沒有被壓 縮到長度Y時，沿著彈簧12的繞組進行導電并且因此增加了電感值。
在下面將示出彈簧12沒有壓縮到長度Y的狀態下觸點1的電感值L' 的計算值。如圖3A所示，在彈簧12沒有壓縮到長度Y的狀態下觸點1的 電感值L'等于臂10的電感值L1和電感值L2之和，其由以下表示
L，=L1+L2 (1)
假設彈簧12的平均繞組半徑為r，有效繞數為N，線圈(彈簧12) 的寬度為W,空氣的導磁率為^，以及Nagaoka系數為K，參考圖5A和 5B，則彈簧的電感值L1由以下表示
<formula>formula see original document page 9</formula> (2)
其間，參考圖5B，假設臂10的絲徑為d且臂10的長度為l，則臂IO 的電感值L2由以下表示
<formula>formula see original document page 9</formula> (3)
在這里，當作為具體實例對該等式(2)分配平均繞組半徑r為2.5 X10—4m、有效繞數為3.0、線圈寬度W為6.4X10—4111、空氣的導磁率^ 為1.3X 10-6Hm和Nagaoka系數K為7.1 X IO"時，電感值L1被計算為2.5 nH。而且，當作為具體實例對等式(3)分配空氣的導磁率^為1.3X 10-6Hm和絲徑d為2.0X 10—4m時，電感值L2被計算為0.34 nH。對等式(1) 分配從等式(2)和(3)計算出的電感值L1和L2，電感值L'被計算為 208nH。近年來，作為IC插座規格容許的電感值在1.0nH左右。假設由 扭簧制成的彈簧12的電感值L1等于2.5 nH，通過在該具體實例對計算公 式分配上述值，扭簧的彈簧12的電感值L1成為問題是顯而易見的。
接下來，將計算在壓縮彈簧12滿足如圖3B所示的長度Y的情況下 的觸點1的電感值L。當壓縮彈簧12以滿足長度Y時，觸點l的傳導會不 顧如由圖4A和4B中的箭頭表示的線圈部分。因此，用于計算電感值L 的模型為如圖6A和6B所示。也就是，在該情況下，僅需要考慮構成臂 10的直線部分和彈簧12的彎曲部分，而不考慮彈簧的線圈部分12。因 此，當壓縮彈簧12以滿足長度Y時觸點1的電感值L由如下表示
<formula>formula see original document page 9</formula> (4)
在這里，當用于獲得上述的電感值I/分配的相同值，也就是，作 為具體實例對等式(4)分配空氣的導磁率^為1.3X10—6Hm、平均繞組 半徑r為2.5X lCT4m、 Nagaoka系數K為7.1 X 10"和線徑d為2.0X 10-4111時， 電感值L1被計算為0.43 nH。該值滿足近年來作為IC插座規格容許的電 感值。這種減小電感值的效果僅需要彈簧12的線圈部分彼此接觸且因 此在最短的距離傳導的條件。換句話說，該部分不必固定。因此，觸 點l從機械角度可以作為扭簧工作并且通過調節有效繞數、臂10的長 度、線徑和平均繞組半徑可以獲得所需的力矩和沖程。
至于觸點l，能夠使用用于金屬電鍍的金屬材料例如銅合金或不銹 鋼、或彈性非金屬材料例如橡膠或合成樹脂以獲得傳導性。金屬電鍍 工藝可以是鍍銅(Cu)、鍍鎳(Ni)、鍍金(Au)等。而且，當使用 由在鍍Ni表面上鍍Au而形成的鍍Ni/Au時，利用鍍Ni能夠增加機械強度 以及增強傳導性，同時以鍍Au減小接觸電阻。
當制造觸點l時，電鍍的效果根據觸點l的幾何形狀而變化。在這 里，在下面將描述在電鍍工藝中根據觸點l的幾何圖形變化的電鍍效 果。
在第一方法中，當觸點l仍是線桿(wire rod)時執行電鍍工藝。 簡而言之，就是在彈簧12形成為彈簧狀之前執行電鍍工藝的方法。在 該情況下，由于電鍍整個線桿，所以在形成彈簧12之前在線桿的狀態 下電鍍壓縮彈簧12時彼此接觸的彈簧12的線圈部分。這在電感值減少 時是有利的。然而，由于電鍍工藝代替線桿形式，所以沒有電鍍形成 觸點l之后的切割表面且需要另外的對策。
在第二方法中，在形成觸點1的彈簧12和處理尖端形狀之后執行電 鍍工藝。由于對完成的觸點l進行電鍍，所以還電鍍了尖端上的切割表 面。然而，由于在纏繞線桿以形成彈簧12之后執行電鍍工藝，所以難 以在壓縮彈簧12時彼此接觸的彈簧12的線圈部分上進行有效地電鍍。
因此，必須尋找確保均勻電鍍的方式。
在第三方法中，當觸點l仍是線桿時執行電鍍工藝，形成觸點l的 彈簧12并且在處理尖端形狀之后執行另一電鍍工藝。根據該方法，能 夠在尖端的切割表面以及壓縮彈簧12時彼此接觸的線圈部分上實現充 分的電鍍，并由此確保性能。然而，另外的電鍍工藝產生另外的操作 和成本。
觸點l的截面形狀優選地形成為圓形或矩形。通過形成具有圓形或 矩形截面形狀的觸點l，更容易形成扭簧。
如圖2A和2B所示，該外殼包括觸點插入孔22，其每個都配置以允 許在該狀態插入觸點1以使得彈簧12在繞軸方向上壓縮從而使得彈簧 12的線圈部分彼此接觸并由此在最短的距離實現傳導。設計觸點插入 孔22的寬度為用于壓縮觸點1的彈簧12和容許彈簧12的線圈部分彼此 接觸以在最短的距離獲得傳導的適當寬度。優選地在接觸孔22的內部 提供突起形式的制動器(stopper) 24以防止插入的觸點1脫落。
在接觸插入孔22中插入觸點1的典型方法是在彈性變形的容許范 圍內使觸點1變形并且將觸點推進接觸插入孔22中。可選地，存在垂直 地分開外殼20和在將觸點1放置在它們之間之后使外殼20的分離片結 合在一起的另一方法。
接下來，將參考圖7A至7C描述根據本發明第一實施例的IC插座的 裝配操作。
首先，如圖7A所示，在IC封裝40例如CPU或LSI和用于安裝IC封裝 40的印刷電路板30之間設置IC插座。印刷電路板30進一步嵌入包括電 阻器和電容器的電子部件，并且通過連接這些電子部件構成電子電路。 接下來，如圖7B所示，通過使印刷電路板30和IC封裝40之間的間隙變
窄，容許IC插座上的臂10接觸印刷電路板30的端子(焊盤)32和IC封 裝40的端子(焊盤)42。接下來，如圖7C所示，通過使印刷電路板30 和IC封裝40之間的間隙進一步變窄，容許在IC插座上臂10的尖端在印 刷電路板30的焊盤32上和IC封裝40的焊盤42上刮擦和移動。此時，臂 IO的尖端、印刷電路板30的焊盤32的表面和IC封裝42的焊盤42的表面 彼此刮擦。因此，能夠獲得擦抹效果以移除焊盤32和42表面上形成的 氧化膜。通過該擦抹影響，每次裝配IC插座，新的金屬表面可以彼此 接觸。因此，能夠保持接觸電阻低。而且，在如圖7C所示IC插座完全 裝配的狀態下，臂10的角度變形并且因此產生力矩。這些力矩會帶來 接觸壓力和裝配必需的沖程。
圖8示出了在圖7A至7C中示出的IC插座裝配操作之后的IC封裝安 裝裝置。通過在IC封裝40和用于安裝IC封裝40的印刷電路板30之間設 置IC插座，IC封裝安裝裝置通過觸點1將IC封裝40連接到印刷電路板 30。在圖8所示的IC封裝安裝裝置中，外殼20垂直地分開成兩片。而且， 用于設置IC封裝40的外殼20上的位置提供有臺階以允許定位IC封裝 40。
圖9和圖10示出了配置以通過使用根據本發明第一實施例的IC插 座，將IC封裝40安裝在印刷電路板30上的IC封裝安裝裝置的實例。
將外殼導桿(housing guide) 26裝配到圖9所示的安裝裝置的印刷 電路板30上。通過使用底板52和扣件例如螺桿固定外殼導桿26。當在 印刷電路板30上安裝IC插座時，外殼導桿26定位IC插座的外殼20。在 鄰接IC插座的觸點1的IC封裝40附近設置用于釋放從IC封裝40產生的 熱量的散熱片50。通過利用扣件例如螺桿固定凸起部54，可以將散熱 片50定位和安裝在印刷電路板30上。
圖10所示的安裝裝置與圖9中所示的安裝裝置的不同之處在于，在 印刷電路板30上沒有提供外殼導桿26。由于沒有外殼導桿26，所以布
置外殼20的設計用于通過使用扣件例如螺桿實現到印刷電路板30的固
定。該器件的其它特征與圖9中所示的安裝裝置基本相似，并且將在這
里省略重復說明。
根據圖9和圖10所示的第一實施例的IC插座采用包括能夠雙面接 觸的觸點l的結構。因此，為了維護的目的，能夠與外殼20—起替換觸 點l。在維護圖9所示的安裝裝置時，首先解開用于固定散熱片50的扣 件，然后拆卸IC封裝40，以及替換IC插座。其間，在維護圖10所示的 安裝裝置時，首先解開用于固定散熱片50的扣件，然后拆卸IC封裝40， 然后解開用于固定外殼20的扣件，以及替換IC插座。在其中操作穩定 性重要的服務使用中規則地進行該維護。為此，根據第一實施例的IC 插座可應用于該服務使用。當圖9中所示的安裝裝置與圖10中所示的安 裝裝置作比較時，在圖9的安裝裝置的情況下在拆卸散熱片50之后同時 拆卸IC封裝40和IC插座。因此，優選地提供如圖9所示的外殼導桿26， 直至安裝空間可用。
如上所述，根據第一實施例的IC插座，通過使用扭簧作為觸點， 能夠調節包括線徑、平均繞組半徑、有效繞數和臂長度的多種參數， 而不會導致產率下降。因此，更容易改進設計自由度和滿足所需的機 械特性。而且，當壓縮彈簧12被插入接觸插入孔22中時，彈簧12的線 圈部分彼此接觸并且以最短的距離導電以實現低電感值的連接。因此， 該IC插座對應于更多引腳、更細間距、更大電流和更高速度的IC封裝 需求。而且，觸點l應用使得能夠借助扭簧實現雙面接觸的結構。由此， IC插座能被容易地替換并且在服務使用必需的維護方面具有優良的特 征。另外，由于通過擦抹效應移除形成在端子等表面上的氧化膜，能 夠在新的金屬表面之間實現接觸并由此保持接觸電阻低。
(第二實施例)
如圖11A和11B所示，根據本發明第二實施例的IC插座與圖2A和2B 所示的第一實施例的IC插座的不同之處僅在于，在外殼20上設置外殼
蓋28以覆蓋彈簧12，同時僅允許臂10暴露出。該IC插座的其它特征與 第一實施例的IC插座基本相似并且在這里將省略重復說明。
外殼蓋28防止觸點1脫離觸點插入孔22。而且，外殼蓋28防止彈簧 12在處理時的破壞。盡管外殼蓋28僅被設置在圖11A和11B中的外殼20 的一個表面上，但還能夠在其兩個表面上提供外殼蓋28。
根據第二實施例的IC插座，通過提供外殼蓋28能夠防止觸點1脫落 并防止彈簧12的損壞。因此，能夠提供IC插座的耐用性和穩定性。
(其它實施例)
盡管已參考某些實施例描述了本發明，但要明白，構成該公開一 部分的說明和圖將不限制本發明的范圍。對于本領域技術人員顯而易 見的是，從本公開的教導可以進行各個可選的實施例、實例和技術應 用。
該實施例公開了觸點1的臂10的尖端具有刮擦效果。刮擦效果的最 重要的特征是移除金屬表面上的氧化膜。在本文中，當尖端形狀更尖 銳時，能夠更有效地移除氧化膜。然而，較尖銳的尖端形狀更可能損 傷印刷電路板30和IC封裝40上的端子。而且，氧化膜的移除程度還根 據臂10和端子之間的接觸壓力程度的設計而變化。在這里，當接觸壓 力高時，能夠更有效地移除氧化膜。因此，具有低接觸壓力的IC插座 應裝配有具有較尖銳尖端形狀的臂IO。相反，在具有高接觸壓力的IC 插座的情況下，必需設計尖端形狀以不會對端子造成過多的損傷。
因此，優選地設計適當的尖端形狀以避免對具有高接觸壓力的IC 插座的端子造成過度的損傷。例如，如圖12所示，臂10a的尖端可形成 為倒棱形。其間，如圖13所示，臂10b的尖端可形成彎曲狀。可選地， 如圖14所示，臂10c的尖端可形成為彎曲狀。
在接收到本公開的教導之后，對于本領域技術人員來說可以進行 各種修改，而不脫離其范圍。
權利要求
1.一種IC插座，包括多個觸點，每個觸點包括通過圍繞著繞軸纏繞導電材料形成的彈簧和設置在該彈簧兩端上的臂，該彈簧具有至少1圈的有效繞數；和包括與多個觸點相同數目的孔的外殼，在該彈簧在繞軸的方向上被壓縮的狀態中，每個孔具有插入其中的一個觸點，以允許該彈簧中的相鄰線圈部分彼此接觸并且導電。
2. 如權利要求1的IC插座，其中，該觸點由金屬線桿制成。
3. 如權利要求1的IC插座，其中，該觸點由提供有金屬電鍍的 彈性材料制成。
4. 如權利要求1的IC插座，其中，該觸點具有圓形截面形狀。
5. 如權利要求1的IC插座，其中，該觸點具有矩形截面形狀。
6. 如權利要求1的IC插座，其中，該臂的尖端具有倒棱形。
7. 如權利要求1的IC插座，其中，該臂的尖端具有彎曲狀。
8. 如權利要求1的IC插座，其中，該臂的尖端具有曲面狀。
9. 如權利要求1的IC插座，其中，所述的觸點插入的孔提供有 用于防止該觸點脫落的制動器。
10. 如權利要求1的IC插座，其中，該外殼進一步包括用于覆蓋 彈簧同時僅暴露所述臂的外殼蓋。
11. 一種IC封裝安裝裝置，包括 IC封裝；用于安裝IC封裝的印刷電路板；和 IC插座，該IC插座包括多個觸點，每個觸點包括通過圍繞著繞軸纏繞導電材料形成的彈 簧和設置在該彈簧兩端上的臂，該彈簧具有至少l圈的有效繞數；和具有與多個觸點相同數目的孔的外殼，在該彈簧在繞軸的方向上 被壓縮的狀態中，每個孔具有插入其中的一個觸點，以允許該彈簧中 的相鄰線圈部分彼此接觸且導電，以及該IC插座被布置在IC封裝和印刷電路板之間，以通過觸點將IC封裝連接到印刷電路板。
12. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該印刷電路板進 一步包括用于定位IC插座的外殼導桿。
13. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該觸點由金屬線 桿制成。
14. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該觸點由提供有 金屬電鍍的彈性材料制成。
15. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該臂的尖端具有 倒棱形。
16. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該臂的尖端具有 彎曲狀。
17. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，該臂的尖端具有 曲面狀。
18. 如權利要求11的IC封裝安裝裝置，其中，所述的觸點插入 的孔提供有用于防止該觸點脫落的制動器。
19. 如權利要求11的IC封裝裝配器件，其中，該外殼進一步包 括用于覆蓋彈簧同時僅暴露所述臂的外殼蓋。
全文摘要
本發明公開IC插座和IC封裝裝配安裝器件安裝裝置。本發明的一個方面在于IC插座，其包括多個觸點，每個觸點包括通過圍繞著繞軸纏繞導電材料形成的彈簧和設置在該彈簧兩端上的臂，該彈簧具有至少1圈的有效繞數；和包括與多個觸點相同數目的孔的外殼，在該彈簧在繞軸的方向上被壓縮的狀態，每個孔具有插入其中的一個觸點，以允許該彈簧中的相鄰線圈部分彼此接觸并且導電。
文檔編號H01R13/33GK101110509SQ20071013694
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月23日 優先權日2006年7月21日
發明者二階堂伸一, 宮澤春夫, 山上勝哉 申請人:株式會社藤倉