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JP6129415B2 - 着脱型電気接続構造とこれを具備した電気接続用コネクター、半導体パッケージ組立体および電子機器 - Google Patents

着脱型電気接続構造とこれを具備した電気接続用コネクター、半導体パッケージ組立体および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は回路基板、インターポーザ、電子パッケージ、コネクターの内外部または、相互間の電気的接続のための着脱型電気接続構造に関するものである。
回路基板(PCB、Printed Circuit Board)とその上下部および内部に実装される電子部品(例えば、半導体パッケージ、受動素子、能動素子、ディスプレイモジュール、バッテリなど)を連結したり回路基板を他の回路基板と連結するためには電気接続構造が必ず必要である。
最近各種携帯電話、ディスプレイ装置など各種電子機器の小型化、スリム化が急速に進行され、電気接続構造の構造変更を通じて電子機器の小型化、スリム化が可能であるように電気接続構造に対する多様な研究が試みられている。
電気回路において、すべての電子部品の相互連結のための電気接続構造は大きくソルダーボンディング(Solder Bonding)とソケットタイプ(Socket Type)の２種類に分類される。電気接続方法としては、殆どソルダーボンディングが活用されているが、表面実装あるいは部品組立過程で再組立が必要であり、I/O(Input/Output)数字が多く、着脱式が必須の場合にはソケットタイプの電気接続構造および方法が使用されている。
これら２種類の電気接続構造は、両方ともファインピッチ(Fine Pitch)化、低い厚さおよび低面積化を通じて電子機器の小型化およびスリム化が可能であるが、I/Oの個数が多くてピッチまたは、厚さを減少させるほど電気接続構造の機械的耐久性および信頼性が安定的に維持される可能性が減る問題が発生する。例えば基板間の接続のためのコネクターを小型化するほどコネクターを基板表面にソルダーボンディングで実装する時、隣接したターミナルのソルダー接続によって実装不良が発生する可能性が増加し、外部衝撃によって雌コネクターと雄コネクター間の電気的連結が切れる可能性が増加することになる。
したがって、このような問題を解決するためには、ファインピッチの実現と厚さの低減および低面積化を通じて電子部品の軽薄短小化が可能でありながらも電気および機械的に安定した着脱型電気接続構造が非常に必要であるのが実情である
本発明は、前記のような問題点に鑑みて案出されたもので、ファインピッチの実現と厚さの低減、および低面積化が可能でありながらも電気接続と機械的信頼性を安定的に維持できる着脱型電気接続構造を提供するためのものである。
前記した課題を実現するための本発明は、第１接続部を具備する雌連結部材と、第２接続部を具備する雄連結部材、および前記雌連結部材と雄連結部材を結合させて前記第１および第２接続部を電気的に連結する連結部を含み、前記連結部は、前記第１接続部に電気的に連結されて前記雌連結部材に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体と、前記第２接続部に電気的に連結され前記雄連結部材から突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム、および前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする着脱型電気接続構造を開示する。
前記弾性フィンは、前記コラムの挿入時に前記コラムの挿入方向と反対方向に曲がるように構成することができ、前記弾性フィンは弾性変形可能な導電性材質で形成されるか弾性変形可能な弾性体の表面に導電体がコーティングされて形成され得る。
前記弾性フィンは、前記コラムの外周に一定角度だけ離隔するように複数で配列することができ、離隔角度なしに一個の円形あるいはその他の形態のフィンで構成することもできる。
前記挿入ホールは、前記雌連結部材の一面から一定深さだけリセスされた形態を有するか、前記雌連結部材を貫く貫通ホールの形態を有し得る。
前記コラムは中心導電体と、前記中心導電体の外周に積層される第１絶縁層と、前記第１絶縁層の外周に積層される外郭導電層を含む構成を有することができ、前記弾性フィンは前記中心導電体に連結されるシグナルフィンと、前記外郭導電層に連結されるグラウンドフィンを含む構成を有することができる。
前記シグナルフィンとグラウンドフィンは前記中心導電体と外郭導電体の外周方向に沿って一定角度だけ離隔して交互に配置することができ、前記雌連結部材に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体は前記シグナルフィンとグラウンドフィンのそれぞれに対応する位置に位置して互いに一定間隔だけ離隔して配置される第１および第２導電体を含む構成を有することができる。ここで前記第１および第２導電体は前記挿入ホールの内周面上に形成されたリセス上に形成され得る。
前記コラムは、前記外郭導電層の外周に積層される第２絶縁層と、前記第２絶縁層の外周に積層される最外郭導電層をさらに含む構成を有することができ、前記弾性フィンは前記最外郭導電層に連結される電力伝達のためのパワーフィンをさらに含む構成を有することができる。
前記内部導電体には前記内部導電体の内壁に凹凸が形成されるように、その内壁から突出形成される突出部が複数で形成され得る。
前記雌連結部材および雄連結部材は能動素子、受動素子、コネクター、半導体パッケージに適用されるインターポーザ、半導体チップパッケージ、３D積層構造形態の半導体チップおよびパッケージ、そして積層セラミックキャパシタ(Multilayered Ceramic Capacitor)中の少なくともいずれか一つを含むことができる。
一方、本発明は第１基板と第２基板を電気的に接続するための電気接続用コネクターにおいて、前記第１基板と電気的に連結される第１接続部を具備する雌連結部材と、前記第２基板と電気的に連結される第２接続部を具備する雄連結部材、および前記雌連結部材と雄連結部材を結合させて前記第１および第２接続部を電気的に連結する連結部を含み、前記連結部は、前記第１接続部に電気的に連結されて前記雌連結部材に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体と、前記第２接続部に電気的に連結されて前記雄連結部材から突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム、および前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触して導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする電気接続用コネクターを開示する。
また、本発明は半導体素子と前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装されるメインボード、および前記半導体パッケージとメインボードを結合させて前記基板の回路と前記メインボードの回路を電気的に連結する連結部を含み、前記連結部は、前記基板の回路に電気的に連結されて前記基板に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体と、前記メインボードの回路に電気的に連結されて前記メインボードから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム、および前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触して導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする半導体パッケージ組立体を開示する。
また、本発明は半導体素子と前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装されるメインボードと、前記半導体パッケージとメインボードの間に設置されて前記基板の回路とメインボードの回路を連結するインターポーザ、および前記インターポーザとメインボードを結合させて前記インターポーザの回路と前記メインボードの回路を電気的に連結する連結部を含み、前記連結部は、前記インターポーザの回路に電気的に連結されて前記インターポーザに形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体と、前記メインボードの回路に電気的に連結されて前記メインボードから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム、および前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触して導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする半導体パッケージ組立体を開示する。
また、本発明は半導体素子と前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装されるメインボードと、前記半導体パッケージとメインボードの間に設置されて前記基板の回路とメインボードの回路を連結する第１および第２インターポーザと、前記第１インターポーザと第２インターポーザを結合させて前記第１インターポーザの回路と前記第２インターポーザの回路を電気的に連結する連結部を含み、前記連結部は、前記第１インターポーザの回路に電気的に連結されて前記第１インターポーザに形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体と、前記第２インターポーザの回路に電気的に連結されて前記第２インターポーザから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム、および前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触して、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする半導体パッケージ組立体を開示する。
さらに、本発明は電子機器の外観を形成するハウジングと、前記ハウジングに内蔵され、前記のような構成の着脱型電気接続構造、電気接続用コネクター、および半導体パッケージ組立体中のいずれか一つを含む電子機器を開示する。
前記のような本発明の構成によれば、狭い空間上にもI/Oをアレイ形態で実現して多くの電気接続構造を配置することができ、接続構造間のファインピッチの実現が可能な効果がある。
また、着脱型(Matable Socket Type)であり、電気接続部が弾性フィン(Elastic Fin)で構成されているので再組立が可能であり、電子部品組立体の機械的信頼性と耐衝撃性が非常に高い利点がある。
また、本発明の電気接続構造を３D チップパッケージでチップ上下部の電気接続方法として活用すれば、TSV(Through Silicon Via)の短所である、TSV部においてよく発生する疲労破壊の恐れが全くなくなり、３D PoP(Package-on-Package)の上下部の電気的接続方法として活用する場合、垂直連結部での信頼性と再組立性を向上させることができる。
また、一般のコネクターの構造とは違って、プラスチックモールディング(Plastic Molding)とピンインサーション(Pin Insertion)工程のない電気接続構造を雌連結部材と雄連結部材に実現し、接続構造全体の大きさと厚さを減らすことができるだけでなく製造単価も減らすことができる利点がある。このように電気接続構造の高さが低く直線に近い構造であるため、電気的信号伝達速度と信号品質が優秀な利点がある。
また、電気的シグナル(Signal)ラインをグラウンド(Ground)ラインで取り囲む同軸線(Coaxial Cable)の機能を含むので電気信号の品質を向上させることができるだけでなく、全体のI/O個数を減少させて結果的に製造単価を節減できる利点がある。
本発明の第１実施例に係る電気接続構造の断面図。 本発明の第１実施例に係る電気接続構造の断面図。 図２に図示されたコラムおよび弾性フィンの平面図。 コラムおよび弾性フィンの変形実施例を示す平面図。 挿入ホールおよび内部導電体構成の他の例を示す図面。 本発明の第２実施例に係る電気接続構造を示す断面図。 本発明の第２実施例に係る電気接続構造を示す断面図。 本発明の第３実施例に係る電気接続構造を示す断面図。 本発明の第４実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明の第４実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明の第４実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明の第４実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明の第５実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明の第５実施例に係る電気接続構造を示した図面。 本発明と関連した着脱型電気接続構造が適用された電気接続用コネクターの断面図。 本発明と関連した着脱型電気接続構造が適用された半導体パッケージ組立体の断面図。 本発明と関連した着脱型電気接続構造が適用された半導体パッケージ組立体の断面図。
本明細書に開示される電気接続構造は回路基板間の電気接続、回路基板に実装された電子部品間の電気接続、回路基板と電子部品間の電気接続のための構造をすべて包括する概念である。このような電気接続構造は各種携帯電話、ディスプレイ装置などの各種電子機器に適用することができ、このような場合、電子機器の外観を構成するハウジング内に本発明の電気接続構造とこれが適用された電気接続用コネクター、半導体パッケージ組立体が備えられ得る。その一例としてハウジングに内蔵される回路基板とそれに実装される電子部品との電気接続構造が挙げられる。
以下、本発明と関連した着脱型電気接続構造とこれを具備した電気接続用コネクター、半導体パッケージ組立体および電子機器に対し図面を参照してより詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施例に係る着脱型電気接続構造の断面図であり、本実施例の接続構造は非同軸型(Non-coaxial Type)接続構造と言える。
図１および２を参照すれば、本実施例に係る着脱型電気接続構造は雌連結部材１１０、雄連結部材１２０、および連結部１３０を含む。
雌連結部材１１０と雄連結部材１２０は回路基板や回路基板に実装される部品間の電気的/物理的連結のための雄雌構造である。図１は、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が分離された状態を示し、図２は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が結合した状態を示している。
雌連結部材１１０と雄連結部材１２０は雄雌構造によって結合される構造であって、回路基板自体に構成することもでき、回路基板に実装される単独部品であることもある。例えば、雌連結部材１１０または、雄連結部材１２０は能動素子、受動素子、コネクター、半導体パッケージに適用されるインターポーザ、半導体チップパッケージ、３D積層構造形態の半導体チップおよびパッケージ、そして積層セラミックキャパシタ(Multilayered Ceramic Capacitor)中の少なくともいずれか一つを含むことができる。
雌連結部材１１０と雄連結部材１２０は絶縁性材質または、絶縁性材質と導電性材質の組合せで形成することもできる。雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の材質としては、セラミック、ポリマー、シリコン、ガラス、メタルなどの材質中の一つまたは、一つ以上の組合せを挙げることができる。
雌連結部材１１０と雄連結部材１２０は第１接続部と第２接続部をそれぞれ具備する。本明細書の第１接続部と第２接続部は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の連結によって電気的に連結される対象を指すもので、その例としてパッド、回路パターン、バンプ(Bump)、ソルダーボール(Solder Ball)、ビアホール(Via Hole)などが挙げられる。本実施例によれば、第１接続部の一例として雌連結部材１１０の表面に形成されたパッド１１１が例示されており、第２接続部の一例として雄連結部材１２０表面のパッド１２１に連結された回路パターン(図示されず)を例に挙げることができる。
連結部１３０は、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０を物理的に結合させるとともに第１接続部と第２接続部を電気的に連結するためのものであって、内部導電体１４０、コラム(Colume)１５０、および弾性フィン(Elastic Fin)１６０を含む構成を有する。
内部導電体１４０は雌連結部材１１０に形成された挿入ホール１１３の内壁に備えられる。本実施例によれば、挿入ホール１１３は雌連結部材１１０の一面(図１および図２によれば下面)から一定の深さだけリセスされた形態を有し、円筒の形態でリセスされた形態を有する。ただし、挿入ホール１１３はこのような形態だけでなく、図５に示された通り、雌連結部材１１０を完全に貫く貫通ホールの形態を有することも可能である。
内部導電体１４０は挿入ホール１１３の内側壁上に一定の厚さだけ積層された形態を有することができ、メッキ、コートなどの工程を通じて形成可能である。本実施例によれば、内部導電体１４０は挿入ホール１１３の内側壁の周りに沿って形成されている。
内部導電体１４０は導電性材質(例えば金属材質)であり、第１接続部と電気的に連結され、図１および図２の実施例の場合、内部導電体１４０が挿入ホール１１３の底の部分を通じて雌連結部材１１０を貫いてパッド１１１と連結されたことを例示しており、図５の場合、内部導電体１４０が雌連結部材１１０を貫いて雌連結部材１１０表面の回路パターンと連結されることを例示している。
コラム１５０は導電性材質を含む構造であり、雄連結部材１２０から突出する構造を有する。コラム１５０はそれ自体が導電性材質で形成されるか、外部だけが導電性材質で形成され、内部は非導電性材質で形成され得る。後者の場合の一例としてコラム１５０の内部がポリマー、シリコン、ガラスなどの材質で形成され、外部だけが導電性材質で形成され得る構造を挙げることができる。コラム１５０は図２に示された通り、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の対面時に雌連結部材１１０の挿入ホール１１３に挿入される構成を有する。コラム１５０は雄連結部材１２０の第２接続部と電気的に連結され、本実施例の場合、コラム１５０が回路パターンと連結されたパッド１２１に実装されたことを例示している。
内部導電体１４０とコラム１５０は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０上に所定個数の行と列を有するマトリックスアレイの形態で配列することができ、行の個数および列の個数、または、配列の形態は多様に実施可能である。
図３は、図２に図示されたコラム１５０および弾性フィン１６０の平面図である。弾性フィン１６０は導電性材質の表面を有し、コラム１５０の外郭方向に延びる構造を有する。弾性フィン１６０はコラム１５０が挿入ホール１１３に挿入される時、弾性変形されて内部導電体１４０に弾力的に接触する構成を有する。
弾性フィン１６０はコラム１５０が挿入ホール１１３に挿入される時、コラム１５０の挿入方向と反対方向に曲がるように構成することができ、これはコラム１５０と一体型構造を有するかコラム１５０の上部に別途のレイヤーとして積層される形態の構成を有することもできる。
弾性フィン１６０は弾性変形可能な導電性材質(例えば、金属材質)で形成されるか、弾性変形可能な弾性体(高分子、ファイバーなど)の表面に導電体(例えば、金属)がコートされて形成され得る。弾性体に導電体がコーティングされた構造の場合、高分子シートの全体表面または、上面または、上下面に銅などの伝導性金属をコーティングして弾性フィン１６０を製作することができる。
弾性フィン１６０は内部導電体１４０の複数の箇所と接触するように複数の個数を有することが好ましく、図３のようにコラム１５０の外周方向に沿って一定角度だけ離隔するように複数で配列される形態を有することができる。図３は４個の弾性フィン１６０が９０度の角度で配列された構造を例示しているが、弾性フィン１６０の個数と形態は多様に変形実施可能である。例えば、弾性フィン１６０は複数の個数だけでなく、リング形態(環状)であって単一の個数を有することも可能である。
一方、図３は、コラム１５０の断面形態として円形を例示しており、弾性フィン１６０の形態として先が丸いロッド形態を例示しているが、コラム１５０および弾性フィン１６０の構成は多様な形態で変形実施可能である。
図４は、コラム１５０および弾性フィン１６０の変形実施例を示す平面図である。図４に示した通り、コラム１５０は図３の円形断面だけでなく、小判形、三角形、四角形、五角形、六角形の断面を有することができる。また、弾性フィン１６０も図３に図示された形態だけでなく、四角形、三角形などの形態を有することができる。さらに、本発明に適用されるコラム１５０および弾性フィン１６０は以上の実施例に挙げられた形態に限定されず、多様な形態で変形実施可能である。また、コラム１５０および弾性フィン１６０の形態を変形実施する場合、挿入ホール１１３の形態もそれに対応する形態で変形実施可能である。
一方、コラム１５０のアスペクト比(Aspect Ratio、幅と高さ間の比率)、弾性フィン１６０の長さとコラム１５０の高さ間の比率、弾性フィン１６０の長さと挿入ホール１１３の深さ間の比率などは多様な形態に設定可能である。
以下、本実施例に係る着脱型電気接続構造の作動状態に対して説明することにする。
図１のように雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が分離された状態で図２のように雄連結部材１２０のコラム１５０を雌連結部材１１０の挿入ホール１１３に挿入して雌連結部材１１０と雄連結部材１２０を結合させることができる。コラム１５０が挿入ホール１１３に挿入される過程で弾性フィン１６０は挿入ホール１１３の内壁に備えられた内部導電体１４０により押されて弾性フィン１６０に弾性変形が発生し、これによって弾性フィン１６０に発生する復原力によって弾性フィン１６０は内部導電体１４０に弾力的に接触することになる。このような弾性復原力は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０との間の結合力として作用して雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が任意に分離されないようにする。
一方、雌連結部材１１０の第１接続部に電気的に連結された内部導電体１４０に、雄連結部材１２０の第２接続部に電気的に連結された弾性フィン１６０が接触するによって、第１接続部と第２接続部との間の電気的連結が可能となるのである。
前記のような構成の着脱型電気接続構造によれば、狭い空間上に多くの電気接続構造を配置することができ、ファインピッチの実現が可能となり、電気的接続構造と物理的結合構造を共に実現して別途の物理的結合構造を設けなくてもよい利点がある。また、電気接続構造を雌連結部材１１０の内部に実現したので接続構造の全体の厚さを減らすことができる利点がある。
また、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の結合時に弾性フィン１６０の弾性力によって雌連結部材１１０と雄連結部材１２０がX-Y方向(水平方向)に自体的に整列するので、X-Y方向の整列のための別途のガイド構造が不要となる長所があり、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が正確に平行して結合しないか、外部衝撃によって雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の間に多少捻りが発生しても安定した電気的接続を維持できる長所がある。
また、修理のために雌連結部材１１０と雄連結部材１２０を分離する時、弾性フィン１６０の弾性変形過程を経て容易に分離することができ、修理完了後、再使用が可能である利点がある。
図６および７は、本発明の第２実施例に係る着脱型電気接続構造を示す断面図である。
本実施例に係る着脱型電気接続構造は、第１実施例に係る構成に系止段１７０とクランプ１８０がさらに備えられた構造を示している。本実施例に係る着脱型電気接続構造は、系止段１７０とクランプ１８０を除いては第１実施例の構成と同じ構成を有するので同じ構成に対する説明は前述の説明に代替することにする。
図６は、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が分離された状態を示し、図７は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０が結合した状態を示している。
系止段１７０は挿入ホール１１３の入口に形成され、コラム１５０が挿入ホール１１３に挿入された時に弾性フィン１６０が系止されるように構成される。系止段１７０は内部導電体１４０の内壁から挿入ホール１１３の半径方向に突出するように形成され、挿入ホール１１３の内周方向に沿って連続的に形成可能である。このような構成によれば、系止段１７０は弾性フィン１６０の下部を支持するので外部衝撃によってコラム１５０が挿入ホール１１３から分離される現象を防止することができる。
系止段１７０は挿入ホール１１３の入口にポリマーをラミネートするかポリマーシートを積層した後、小孔(Aperture)を加工して形成可能である。
クランプ１８０は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の外面をクランピングして雌連結部材と雄連結部材の結合状態を固定するように構成される。クランプ１８０は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の結合状態を強固にするための構造で、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０の外面をクランピングする構成であればいずれの形態でも実現可能である。
本実施例の場合、系止段１７０とクランプ１８０がそれぞれ適用された構造を例示しているが、両方のいずれか一つだけが適用されることも可能であり、本実施例で説明された系止段１７０とクランプ１８０の構成は以下で説明される実施例でも同一に適用可能である。
図８は、本発明の第３実施例に係る着脱型電気接続構造を示す断面図である。
本実施例に係る着脱型電気接続構造は第１実施例に係る構成に突出部１７５がさらに備えられた構造を示している。本実施例に係る着脱型電気接続構造は突出部１７５を除いては第１実施例の構成と同じ構成を有するので同じ構成に対する説明は前述の説明に代替することにする。
突出部１７５は内部導電体１４０の内壁から突出形成される。突出部１７５は挿入ホール１１３の内周または、挿入ホール１１３の長さ方向に沿って複数で形成することができ、このような突出部１７５によって内部導電体１４０の内壁は凹凸構造が形成されることになる。
コラム１５０が挿入ホール１１３に挿入された時、内部導電体１４０の凹凸構造によって弾性フィン１６０と内部導電体１４０は互いに強固に密着することになるので、雌連結部材１１０と雄連結部材１２０との間の結合力をより強化させることができる。
図９乃至図１２は、本発明の第４実施例に係る着脱型電気接続構造を示した図面である。具体的に図９は、本実施例に係るコラムおよび弾性フィンの平面図であり、図１０は図９のA-Aラインに従う着脱型電気接続構造の断面図である。そして図１１は図９のB-Bラインに従う着脱型電気接続構造の断面図であり、図１２は図１０のC-Cラインに従う内部導電体の断面図である。
本実施例に係る着脱型電気接続構造はコラム、弾性フィンおよび内部導電体の構成において前述した第１乃至第３実施例と相異する構成を有する。したがって前記実施例と同じ構成に対しては前述の説明に代替することにする。
本実施例によれば、コラム１５０は中心導電体１５１、絶縁層１５２、および外郭導電層１５３を含む構成を有する。
中心導電体１５１は雄連結部材１２０から突出するように形成される構成を有し、絶縁層１５２は中心導電体１５１の外周に積層される構成を有する。外郭導電層１５３は絶縁層１５２の外周に積層される構造を有し、コラム１５０の断面は同心円形態の断面を有するようになる。このような側面で本実施例の接続構造は同軸型(Coaxial Type)接続構造と言える。
中心導電体１５１と外郭導電層１５３はそれぞれ雄連結部材１２０に備えられたシグナルおよびグラウンド電極にそれぞれ連結され、絶縁層１５２は中心導電体１５１と外郭導電層１５３の間を電気的に絶縁させる機能をする。
弾性フィン１６０は中心導電体１５１に連結されるシグナルフィン１６１と、外郭導電層１５３に連結されるグラウンドフィン１６３を含む構成を有する。シグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３はそれぞれ中心導電体１５１の外郭方向に延びる構成を有し、図９に示された通り、中心導電体１５１の外周方向に沿って一定角度離隔するように交互に配置され得る。図９は、シグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３がそれぞれ２個の個数を有する構成で、シグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３が９０度だけ離隔するように配置された構成を例示しているが、シグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３がそれ以上の個数を有することも可能である。
図９乃至図１２を参照すれば、内部導電体１４０は第１導電体１４１と第２導電体１４３を含む構成を有する。第１導電体１４１と第２導電体１４３はシグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３のそれぞれに対応する位置に位置し、互いに一定間隔(角度)だけ離隔するように配置され得る。図１２は、第１導電体１４１と第２導電体１４３がシグナルフィン１６１およびグラウンドフィン１６３と同じように２個の個数で９０度だけ離隔した構成を有することを例示している。ただし、シグナルフィンおよびグラウンドフィン１６３、第１導電体１４１および第２導電体１４３の個数および離隔距離は必要に応じて多様に変形実施可能である。
図１０、１１および１２によれば第１導電体１４１と第２導電体１４３は雌連結部材１１０の上部に形成された第１パッド１１１と第２パッド１１２にそれぞれ連結されることになる。
第１導電体１４１と第２導電体１４３は、挿入ホール１１３の内周面上に形成された複数のリセス(Recess)１１５上に一定の厚さだけ形成され得る。コラム１５０が挿入ホール１１３に挿入されることによりシグナルフィン１６１とグラウンドフィン１６３がそれぞれ第１導電体１４１と第２導電体１４３に弾力的に接触することになる。
シグナルフィン１６１は雌連結部材１１０と雄連結部材１２０との間の信号伝達のためのものであり、グラウンドフィン１６３はグラウンドと電気的に連結されてグラウンドとしての機能をする。グラウンドフィン１６３はシグナルフィン１６１の周辺に配置されて複数で配列されたシグナルフィン１６１間の信号干渉を最小化する機能をする。本実施例によれば、シグナル伝達構造とグラウンド構造を同心円構造で実現することによって、狭い空間にも多くの個数のシグナル伝達構造を配列しながらも信号干渉防止の効果を最大化することができる。
図１３および１４は本発明の第５実施例に係る着脱型電気接続構造を示した図面である。具体的に、図１３は本実施例に係るコラムおよび弾性フィンの平面図であり、図１４は内部導電体の断面を示した断面図である。
本実施例によれば、コラム１５０は中心導電体１５１、第１絶縁層１５２、外郭導電層１５３、第２絶縁層、および最外郭導電層１５５を含む構成を有する。
コラム１５０は第４実施例に類似して、中心導電体１５１、第１絶縁層１５２、外郭導電層１５３、第２絶縁層１５４、最外郭導電層１５５が同心円の形態で順に積層される構成を有する。すなわち、コラム１５０は第４実施例に係る構成に第２絶縁層１５４と最外郭導電層１５５がさらに積層された構成を有する。ここで、第１絶縁層１５２は中心導電体１５１と外郭導電層１５３の間を電気的に絶縁させ、第２絶縁層１５４は外郭導電層１５３と最外郭導電層１５５の間を電気的に絶縁させる機能をする。
弾性フィン１６０は中心導電体１５１に連結されるシグナルフィン１６１と、外郭導電層１５３に連結されるグラウンドフィン１６３と、最外郭導電層１５５に連結されるパワーフィン１６５を含む構成を有する。シグナルフィン１６１、グラウンドフィン１６３、およびパワーフィン１６５は図１３に示された通り、中心導電体１５１の外周方向に沿って一定角度離隔するように交互に配置され得る。図１３はシグナルフィン１６１、グラウンドフィン１６３、およびパワーフィン１６５がそれぞれ２個の個数で６０度だけ離隔するように配置された構成を例示している。
図１４を参照すれば、内部導電体１４０はシグナルフィン１６１、グラウンドフィン１６３、およびパワーフィン１６５にそれぞれ対応する位置に形成された第１導電体１４１、第２導電体１４３、および第３導電体１４５を含む構成を有する。図１４は第１導電体乃至第３導電体１４５がシグナルフィン１６１、グラウンドフィン１６３、およびパワーフィン１６５と同じように２個の個数で６０度だけ離隔した構成を有することを例示している。ただし、シグナルフィン１６１、グラウンドフィン１６３、およびパワーフィン１６５、第１導電体１４１乃至第３導電体１４５の個数および離隔距離(角度)は必要に応じて多様に変形実施可能である。
本実施例によれば、第４実施例に係る電気接続構造に電力伝達のためのパワーフィン１６５が追加された構造で、信号干渉を防止するだけでなく電力伝達構造まで一つの電気接続構造として実現した技術的特徴がある。
以下、以上で説明した着脱型電気接続構造の適用例に対して詳察することにする。
図１５は本発明と関連した着脱型電気接続構造が適用された電気接続用コネクターの断面図を示している。
本実施例に係る電気接続用コネクターは、互いに異なる基板(以下、第１基板と第２基板)の間を電気的に連結するためのものであって、第１基板と第２基板はリジッド基板または、フレキシブル基板など、その形態や種類に限定されず、多様な形態の基板を包括する概念をいう。
図１５を参照すれば、基板連結用コネクターは第１接続部を具備する雌連結部材２１０と、第２接続部を具備する雄連結部材２２０、および雌連結部材２１０と雄連結部材２２０を結合させるとともに第１および第２接続部を電気的に連結する連結部２３０を含む構成を有する。
第１接続部は第１基板と電気的に連結され、第２接続部は第２基板と電気的に連結されている。本実施例によれば、第１接続部として雌連結部材２１０表面のパッド２１１が例示されており、第２接続部として雄連結部材２２０表面のパッド２２１に連結される回路パターンが例示されている。回路パターンはビアホールなどの構造を通じて雄連結部材２２０下面のソルダーボール２２５のような接続構造に電気的に連結されることになる。雌連結部材２１０のパッド２１１と雄連結部材２２０のソルダーボール２２５はそれぞれ第１基板と第２基板と物理的/電気的に連結される。
連結部２３０は内部導電体２４０、コラム２５０、および弾性フィン２６０を含む構成を有し、雌連結部材２１０と雄連結部材２２０が連結されて弾性フィン２６０が内部導電体２４０に弾力的に接触することによって第１基板と第２基板が電気的に連結されることになる。
本実施例は第１基板と第２基板を接続するためのコネクターの構造として第１実施例の回路基板用接続構造が適用されたものを例示している。連結部２３０の構成は第１実施例に係る構成と同一であるのでこれに対する説明は前述の説明に代替することにする。
図１６は本発明と関連した着脱型電気接続構造が適用された半導体パッケージ組立体の断面図を示している。
本実施例は半導体パッケージの一例としてマイクロプロセッサパッケージの構成を例示しているが、本発明が適用される半導体パッケージはこれに限定されず、２.５D、３Dパッケージ、パッケージオンパッケージ(PoP)など、多様な形態の半導体パッケージを含む。
本実施例によれば、半導体パッケージ組立体は半導体パッケージ３８０、メインボード３２０、および連結部３３０を含む。
半導体パッケージ３８０は半導体素子３８１と、半導体素子３８１が実装されるパッケージ基板３１０を含む構成を有する。半導体素子３８１の外部には熱拡散体３８３が設置され、半導体素子３８１と熱拡散体３８３の間には第１熱伝達物質３８２が介在される。熱拡散体３８３の上部にはヒートシンク３８５が設置され、ヒートシンク３８５と熱拡散体３８３の間には第２熱伝達物質３８４が介在されている。
メインボード３２０は半導体パッケージ３８０が実装される主基板を指すもので、連結部３３０は半導体パッケージ３８０とメインボード３２０を結合させるとともに基板３１０の回路とメインボード３２０の回路を電気的に連結する機能をする。
連結部３３０は内部導電体３４０、コラム３５０、および弾性フィン３６０を含む構成を有し、内部導電体３４０はパッケージ基板３１０に備えられ、コラム３５０はメインボード３２０上に形成される。本実施例は半導体パッケージ３８０とメインボード３２０の接続構造として第１実施例に係る回路基板用接続構造が適用されたものを例示している。連結部３３０の構成は第１実施例の構成と同一であるのでこれに対する説明は前述の説明に代替することにする。
図１７は、図１６に図示された半導体パッケージ組立体の他の実施例を示す断面図である。
本実施例の半導体パッケージ組立体は、半導体パッケージ３８０、メインボード３２０、インターポーザ(Interposer)３９０、および連結部３３０を含む構成を有する。すなわち、前述の実施例に係る構成にインターポーザ３９０がさらに備えられた構成を有する。
インターポーザ３９０は半導体パッケージ３８０とメインボード３２０の間に設置され、パッケージ基板３１０の回路とメインボード３２０の回路を連結する機能をする。インターポーザ３９０とパッケージ基板３１０はソルダーボール３８６等の接続構造を通じて電気的に連結される。
連結部３３０はインターポーザ３９０とメインボード３２０を結合させ、インターポーザ３９０の回路(または、パッド)３９１とメインボード３２０の回路を電気的に連結する機能をする。
連結部３３０は前述した実施例と同じように内部導電体３４０、コラム３５０、および弾性フィン３６０を含む構成を有する。内部導電体３４０はインターポーザ３９０に備えられ、コラム３５０はメインボード３２０上に形成される。本実施例はインターポーザ３９０を使用した電気接続構造をさらに用いることによって半導体パッケージ３８０の基板３１０を別途加工しなくても良いので既存の半導体パッケージ３８０をそのまま活用できる長所がある。
一方、本実施例の場合インターポーザ３９０とメインボード３２０の間に他のインターポーザがさらに設置され得る。ここで、上部に位置したインターポーザ３９０を第１インターポーザ、下部に位置したインターポーザを第２インターポーザと称することができる。この時、内部導電体３４０は第１インターポーザに備えられ、コラム３５０と弾性フィン３６０は第２インターポーザに備えられる。第２インターポーザはソルダーボールなどの連結構造を通じてメインボード３２０に実装される。
図１５乃至１７の構成と関連し、以上では基板連結用コネクターと半導体パッケージ組立体の電気接続構造として第１実施例の構成が適用されたものを例に挙げて説明したが、電気接続用コネクターと半導体パッケージ組立体の構成として第２乃至第５実施例の構成を適用することも可能である。
ひいては、本発明と関連した着脱型電気接続構造は以上で説明した電気接続用コネクターと半導体パッケージ組立体だけでなく、フリップチップの相互接続構造、MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)のキャパシタと他の素子(または、基板)の相互接続構造などの多様な分野に適用可能である。
以上で説明した着脱型電気接続構造とこれを具備した電気接続用コネクター、半導体パッケージ組立体および電子機器は、前述した実施例の構成と方法に限定されるものではなく、前記実施例は多様な変形ができるように各実施例のすべてまたは、一部を選択的に組み合わせて構成することができ、本発明の技術思想の範囲内で当業者によって多様な変形ができる。

Claims (22)

  1. 第１接続部を具備する雌連結部材;
    第２接続部を具備する雄連結部材;および
    前記雌連結部材と雄連結部材を結合させ、前記第１および第２接続部を電気的に連結する連結部を含み、
    前記連結部は、
    前記第１接続部に電気的に連結され、前記雌連結部材に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体;
    前記第２接続部に電気的に連結され、前記雄連結部材から突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム;および
    前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
    前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする、着脱型電気接続構造。
  2. 前記雌連結部材および雄連結部材はセラミック、ポリマー、シリコン、ガラス、メタルの中の一つまたは、一つ以上の組合せで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の着脱型電気接続構造。
  3. 前記弾性フィンは前記コラムの挿入時に前記コラムの挿入方向と反対方向に曲がるように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の着脱型電気接続構造。
  4. 前記弾性フィンは弾性変形可能な導電性材質で形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  5. 前記弾性フィンは弾性変形可能な弾性体の表面に導電体がコーティングされて形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  6. 前記弾性フィンは前記コラムの外周に一個の環状の形態で形成されるか、一定角度だけ離隔するように複数で配列された形態を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  7. 前記挿入ホールは前記雌連結部材の一面から一定の深さだけリセスされた形態を有するか、前記雌連結部材を貫く貫通ホールの形態を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  8. 前記コラムは、中心導電体と、前記中心導電体の外周に積層される第１絶縁層と、前記第１絶縁層の外周に積層される外郭導電層を含み、
    前記弾性フィンは、前記中心導電体に連結されるシグナルフィンと、前記外郭導電層に連結されるグラウンドフィンを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  9. 前記シグナルフィンとグラウンドフィンは前記中心導電体の外周方向に沿って一定角度だけ離隔して交互に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の着脱型電気接続構造。
  10. 前記内部導電体は、
    前記シグナルフィンとグラウンドフィンのそれぞれに対応する位置に位置し、互いに一定間隔だけ離隔して配置される第１および第２導電体を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の着脱型電気接続構造。
  11. 前記第１および第２導電体は前記挿入ホールの内周面上に形成されたリセス上に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の着脱型電気接続構造。
  12. 前記コラムは、前記外郭導電層の外周に積層される第２絶縁層と、前記第２絶縁層の外周に積層される最外郭導電層をさらに含み、
    前記弾性フィンは前記最外郭導電層に連結される電力伝達のためのパワーフィンをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の着脱型電気接続構造。
  13. 前記雌連結部材と雄連結部材の外面をクランピングして前記雌連結部材と雄連結部材の結合状態を固定するクランプをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  14. 前記内部導電体の内壁に凹凸が形成されるように前記内部導電体の内壁から突出形成される複数の突出部をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  15. 前記雌連結部材または、雄連結部材は能動素子、受動素子、コネクター、半導体パッケージに適用されるインターポーザ、半導体チップパッケージ、３D積層構造形態の半導体チップおよびパッケージ、そして積層セラミックキャパシタ(Multilayered Ceramic Capacitor)中の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の着脱型電気接続構造。
  16. 第１基板と第２基板を電気的に接続するための電気接続用コネクターにおいて、
    前記第１基板と電気的に連結される第１接続部を具備する雌連結部材;
    前記第２基板と電気的に連結される第２接続部を具備する雄連結部材;および
    前記雌連結部材と雄連結部材を結合させ、前記第１および第２接続部を電気的に連結する連結部を含み、
    前記連結部は、
    前記第１接続部に電気的に連結され、前記雌連結部材に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体;
    前記第２接続部に電気的に連結され、前記雄連結部材から突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム;および
    前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
    前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする、電気接続用コネクター。
  17. 半導体素子と、前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージ;
    前記半導体パッケージが実装されるメインボード;および
    前記半導体パッケージとメインボードを結合させ、前記基板の回路と前記メインボードの回路を電気的に連結する連結部を含み、
    前記連結部は、
    前記基板の回路に電気的に連結され、前記基板に形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体;
    前記メインボードの回路に電気的に連結され、前記メインボードから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム;および
    前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
    前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする、半導体パッケージ組立体。
  18. 半導体素子と、前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージ;
    前記半導体パッケージが実装されるメインボード;
    前記半導体パッケージとメインボードの間に設置され、前記基板の回路とメインボードの回路を連結するインターポーザ;および
    前記インターポーザとメインボードを結合させ、前記インターポーザの回路と前記メインボードの回路を電気的に連結する連結部を含み、
    前記連結部は、
    前記インターポーザの回路に電気的に連結され、前記インターポーザに形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体;
    前記メインボードの回路に電気的に連結され、前記メインボードから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム;および
    前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
    前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする、半導体パッケージ組立体。
  19. 半導体素子と、前記半導体素子が実装されるパッケージ基板を含む半導体パッケージ;
    前記半導体パッケージが実装されるメインボード;
    前記半導体パッケージとメインボードの間に設置され、前記基板の回路とメインボードの回路を連結する第１および第２インターポーザ;および
    前記第１インターポーザと第２インターポーザを結合させ、前記第１インターポーザの回路と前記第２インターポーザの回路を電気的に連結する連結部を含み、
    前記連結部は、
    前記第１インターポーザの回路に電気的に連結され、前記第１インターポーザに形成された挿入ホールの内壁に備えられる内部導電体;
    前記第２インターポーザの回路に電気的に連結され、前記第２インターポーザから突出して前記挿入ホールに挿入される導電性材質を含むコラム;および
    前記コラムの外郭方向に延在して前記内部導電体に弾力的に接触し、導電性材質の表面を有する弾性フィンを含み、
    前記挿入ホールの入口に形成され、前記コラムが挿入完了した時に前記弾性フィンが係止されるように構成される係止段をさらに含むことを特徴とする、半導体パッケージ組立体。
  20. 電子機器の外観を形成するハウジング;および
    前記ハウジングに内蔵され、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載された着脱型電気接続構造を含む、電子機器。
  21. 電子機器の外観を形成するハウジング;および
    前記ハウジングに内蔵され、請求項１６に記載された電気接続用コネクターを含む、電子機器。
  22. 電子機器の外観を形成するハウジング;および
    前記ハウジングに内蔵され、請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載された半導体パッケージ組立体を含む、電子機器。
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