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JP2013504894A - 相互接続構造における電力利得（電力供給）及び電力損失（電力消費）を改善するインターポーザ基板の内蔵部品 - Google Patents

相互接続構造における電力利得（電力供給）及び電力損失（電力消費）を改善するインターポーザ基板の内蔵部品 Download PDF

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ヴィー ラッセル，ジェイムズ
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R&D Circuits Inc
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Abstract

コンデンサまたは抵抗を、アダプター基板内またはインターポーザ基板内に直接取り付け、内蔵させ、その基板を次に、主回路基板に接続する。アダプター基板は、主回路基板に、半田付け、導電エラストマーによる電気的接続、スプリングピン群による接続、またはこの技術分野で公知の他のいずれかの方法で接続することができる。

Description

関連出願
本出願は、Ｊａｍｅｓ Ｖ． Ｒｕｓｓｅｌｌ（ジェームズＶ．ラッセル）によって２００９年９月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／２７６，６６１号の非仮特許出願である。
本発明は、相互接続構造における電力利得（電力供給）及び電力損失（電力消費）を改善するインターポーザ基板の内蔵部品に関する。
電気部品をプリント回路基板（ＰＣＢ）の裏面及び／又は表面に取り付けるに当たって、当該電気部品を取り付ける対象であるＩＣの端子群までの容量の距離（長さ）に起因する電力損失の問題がある。集積回路の入力端子群／出力端子群に対応する、テスト基板の場合は、テストソケットの対応端子群に対応するプリント回路のコンタクトパッド群にじかにコンデンサを物理的に配置するということはできない。同様に、電気部品までの距離に相当する抵抗に起因する不適切な電力消費の問題がある。この場合も同じように、抵抗を、プリント回路基板のコンタクトパッド群に物理的に配置することは、ほぼあり得ない。
従って、電力調整部品（ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と表記することとするコンデンサまたは抵抗の近接配置を可能にする方法及び装置を有することが望ましいが、その理由は、当該電力調整部品が、ＰＣＢ上の電気部品に向かう電力を消費する（抵抗）、またはより良好に供給する（コンデンサ）ことにより、電力供給または電力消費を改善することができるからである。これらの目的を、仮に異なる回路が別の時点で望ましくなるとしても、主回路基板を取り替える必要を伴うことなく達成することができることがなお一層望ましい。
本開示は、コンデンサまたは抵抗を、アダプター基板内すなわちインターポーザ基板内に直接取り付け、そして内蔵させ、当該基板を次に、主回路基板に接続することを可能にする。当該アダプター基板は当該主回路基板に、半田付けにより接続する、当該アダプター基板を導電エラストマー接続、スプリングピン群を介して電気的に接続することにより接続する、またはこの技術分野で公知の他のいずれかの方法で接続することができる。
本開示による、上方に配置されて主回路基板に接続されるインターポーザ基板に内蔵される部品群を示す分解断面図である。 ビア群を互いに積み重なるように垂直方向に位置合わせしてピッチを更に狭くする様子を示す本開示の別の実施形態である。 内蔵部品がアダプター基板内で垂直方向に位置合わせされる構成の本開示の別の実施形態である。 アダプター基板内の内蔵抵抗及び内蔵コンデンサを示す本開示の１つの実施形態である。 本開示の別の実施形態の分解断面図である。 パッド群の数が図５，８，及び９の実施形態におけるパッド群の数と異なる構成の本開示の別の実施形態の分解断面図である。 修正プリント回路基板（修正ｐｃ基板）の一方の面に対向する方の主回路基板の境界面、またはアダプター基板の境界面の両方の一方の境界面における配線引き回しを示し、この配線引き回しは、アダプター基板の境界層の上で、そして主回路基板の境界層の上で、本開示の図５、図６Ａ、図８、及び図９の実施形態に従って行なうことができる。 図５の実施形態の修正ＰＣ基板である。 修正ＰＣ基板を設ける必要がなく、かつアダプター基板が、導電エラストマー材料で被覆されるランド群を有する構成の本開示の別の実施形態である。 修正ＰＣ基板を設ける必要がなく、かつ主回路基板が、導電エラストマー材料で被覆されるランド群を有する構成の本開示の別の実施形態である。
これらの図面を参照するに、図１は、電力調整部品５をアダプター基板１０に内蔵させる構成の本開示の１つの実施形態を示している。内蔵部品５は、図１に示すように、ビア（孔）群１１の間に配置することができる。図１では、内蔵部品５は、当該部品５をアダプター基板１０に内蔵させた構成のアダプター基板１０の表面の拡張パッド群の間に配置される。接続材料７は、これらには限定されないが、半田、導電性エポキシのような導電材料であるか、または銅、銀などの従来のメッキ法による導電材料で、部品５の両端部８を拡張パッド９Ａの下辺に接続するものである。同様に、ビア群１１は、いずれかの従来のメッキ法による銅、銀などの配線形成により形成するか、または導電性エポキシまたは半田により形成することができる。このようにして、これらの拡張パッド９Ａは、部品５の両端部８に導電材料７を介して接続されており、そしてアダプター基板１０に取り付けられる、または接続される主回路基板１５のビア群１２との接続をとる前には、アダプター基板１０を貫通して延びるビア群１１の中心線から外れて配置されている。このようにして、主回路基板１５は再使用することができ、そして内蔵部品５が摩耗した場合に、または主回路基板１５が別の回路構成に使用される場合に、廃棄する必要がない。主回路基板１５は高価であるので、これが、抵抗に起因する電力損失（消費）を減らす実用的なやり方（図３及び４を参照）、またはコンデンサによる電力利得（供給）を、内蔵部品５を使用するとともに、主回路基板１５を解放したままにして将来時点で同時に使用することにより改善する実用的なやり方である。アダプター基板１０は主回路基板１５に、半田付け、導電エラストマー接続またはスプリングピンを使用して接続する方法を含むいずれかの従来の方法で、またはこの技術分野で公知の他のいずれかの方法で接続することができる。
図２は、ピッチを、ブラインド群１１ａを互いに積み重なるように位置合わせすることにより更に狭くすることができる構成の本開示の別の実施形態を示している。この実施形態では、図１に示すように、インターポーザ基板（アダプター基板）のパッド群を拡張し、かつビア群１１の中心線から外れるように配置するのではなく、ブラインド群１１ａは、これらのパッドが、内蔵部品５の端子群との接続を、アダプター基板１０の表面からとることができるように延在する１つのセットに、そしてアダプター基板１０の裏面のパッド群から上方に延在する別のセットに、垂直方向に位置合わせされる。このようにして、ピッチを更に狭くすることができる。ブラインド群１１ａは、これらの端子に、図１の実施形態における接続材料７について説明した通りに接続することができる。
図３は、電力消費を、抵抗５ａをアダプター基板１０に内蔵させることにより改善する別の実施形態を示している。部品５ａは、パッド９ａと９ｂとの間に配置され、そして実際には、アダプター基板１０のビアとして機能して、電気的接続が、アダプター基板１０に内蔵される抵抗５ａを貫通するようにしている。これらのパッド９は抵抗５ａに、抵抗５ａの端子群、及びパッド９ａ及び９ｂのそれぞれの位置の開口部群を介して接続される。これらの開口部には、半田、金属メッキ、または導電性エポキシを充填することができる。アダプター基板１０は多層ＰＣ基板とすることができる。
図４は、図１の内蔵部品５、及び図３の内蔵部品５ａを一括して同じアダプター基板１０に組み込んだ構成の本開示の別の実施形態を示している。アダプター基板１０は多層ＰＣ基板とすることができる。
図５は、本開示の電気コネクタを示しており、この場合、当該コネクタは、機械圧縮構造１０５と、接続ランド群またはパッド群１０７を有するアダプター基板１０６（図５には示していないが、当該アダプター基板は内蔵部品群を当該基板内に有する）と、そして導電エラストマー材料１０９が、修正ＰＣ基板１０８の両面側のランド１０９ａ及び１０９ｂの上にそれぞれ形成される構成の修正ＰＣ基板１０８と、更には、接続ランド群１１１を有する主回路基板１１０と、を有する。本開示の圧縮構造１０５を使用する１つの非限定的かつ例示的な例は、ソケット１０５ａを、集積回路（ＩＣ）チップ１０３のようなテスト回路を収容するように適合させた圧縮構造１０５の内部に含む。ピン群１０５ｂによって、ソケット１０５ａ内に収容されるＩＣチップ１０３に至る電気的接続をアダプター基板１０６のパッド群１０７との間でとることができる。アダプター基板１０６の接続ランド群またはパッド群１０７、及び主回路基板１０の接続ランド群１１１は、アダプター基板１０６及び修正ＰＣ基板１０８、及び主回路基板１１０が機械圧縮構造１０５によって圧縮されて合体するときに、修正ＰＣ基板１０８のランドまたはパッド１０９ａ及び１０９ｂの上に配置されるエラストマー材料１０９と接触して配置されるようになる。エラストマー材料１０９は、等方性のエラストマー材料または異方性のエラストマー材料のいずれかとすることができる。従って、エラストマー材料１０９を当該ＰＣ基板の上に配置することにより得られる修正ＰＣ基板１０８は、パッド画定コネクタ（ｐａｄ ｄｅｆｉｎｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）１０８として機能する。別の構成として、修正ＰＣ基板１０８の代わりに、異方性のシートエラストマーを用いることができる。
これらの基板を圧縮して合体させることにより、電気的接続をアダプター基板１０６と主回路基板１１０との間で行なうことができるので、圧縮構造１０５と主回路基板１１０との間のピッチ及び／又は接触面積を適合させることができる。ランド群を修正ＰＣ基板１０８の両面側で使用することにより、良好な接続が、導電エラストマー材料を単に配置するだけで、例えばこれらには限定されないが、等方性のエラストマー材料をパッド位置に配置することにより、または米国特許第６，８５４，９８５号に記載されているように、異方性の材料を、接続領域の全表面に亘って配置することにより確立される。等方性のエラストマー材料をパッド位置で利用する利点は、高い配線引き回し密度、及び低コストを実現することができることである。
ピッチ変換としても知られる、狭い間隔のパッド群を広い間隔のパッド群に、そして逆に、広い間隔のパッド群を間隔の狭い間隔のパッド群に接続することによりピッチを変換することの他に、本開示では更に、電気的接続を、機械圧縮構造１０５のソケット１０５ａに収容されるテスト回路（ＩＣチップ１０３のような）の接続端子群１０４に接続されるピン１０５ｂ１〜１０５ｂ６からアダプター基板１０６のパッド群１０７に、そして主回路基板１１０のパッド群１１１に引き回し直すことができ、この引き回し直しは、ピンマップスクランブリング（ｐｉｎ ｍａｐ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）としても知られている。図６Ａに示すように、アダプター基板１０６において配線を引き回し直して、当該基板の電気通路１１２を主回路基板１１０の対応するランドまたはパッド１１１に接続する必要がないようにすることができる、またはピッチを変換しなくても済むようにすることができる。このように、構造１０５のピン１０５ｂ−１は、アダプター基板１０６の第１面側１０６ａのパッド１０７−１に接続することができ、そしてパッド１０７−１からの配線を、電気通路１１２を通るように引き回し直して、アダプター基板１０６の第２面側１０６ｂの第１ランド１０７−５ではなく、パッド１０７−６に接続する。次に、パッド１０７−６は、主回路基板１１０の対向面１１０ａのパッド１１１−２に接続される。考えられるいかなる配線引き回し直しもこのようにして行なうことができる。このようにして、本開示によって、回路の配線引き回し直しを所望の通りに行なうことができる。更に、アダプター基板１０６のパッド群の数、及び主回路基板１１０のパッド群の数は、必要に応じて変えることができる。更に、図６Ａのこの実施形態では、図９の実施形態における場合にも相当するが、図５に示すような修正ＰＣ基板１０８は必要ではない。
図６Ｂは、ピンマップスクランブリングとして知られている本開示の最新の配線引き回し１１２の１つの可能な実例を示している。導電エラストマーランド群１０９を修正ＰＣ基板１０８の各面側に配置する結果、配線引き回し１１２は、修正ＰＣ基板１０８とアダプター基板１０６との間の境界層、及び修正ＰＣ基板１０８と主回路基板１１０との間の境界層の接続ランドアレイの内部で、そして当該接続ランドアレイの周囲で行なうことができる。修正ＰＣ基板は、図６Ａの実例には示されていない。アダプター基板１０６において配線を引き回し直すというこの特徴は、図５，６ａ，８，及び９の実施形態に適用することができることを理解されたい。
図７は、本開示による修正ＰＣ基板１０８の１つの可能な実施形態を示している。ＰＣ基板１０８は、図示のように、等方性の材料が付着したランド群をＰＣ基板１０８の両側の表面に配置することにより調整される。図７は、一方の表面を示しているが、他方の表面も同様に構成されることを理解されたい。エラストマー材料は、修正ＰＣ基板１０８の両面側のパッド群の上に配置されるエラストマーペーストとすることができる。
図８は、修正ＰＣ基板１０８をアダプター基板１０６と主回路基板１１０との間に設ける必要がない第２の実施形態を示している。修正ＰＣ基板１０８を設けるのではなく、アダプター基板１０６のうち、主回路基板１１０のランド群１１１ａに対向する方の表面のランド群１０７ｂを導電エラストマー材料１０９で被覆する。このように、本開示の図５の場合であったような、修正ＰＣ基板１０８のパッド１０９ａ及び１０９ｂをそれぞれ被覆するというのではなく、アダプター基板１０６のうち、主回路基板１１０のランド群１１１ａに対向する方のランド群１０７ｂをエラストマー材料１０９で被覆する。
図９は、修正ＰＣ基板１０８をアダプター基板１０６と主回路基板１１０との間に設ける必要がない第３の実施形態を示している。修正ＰＣ基板１０８を設けるのではなく、主回路基板１１０のうち、アダプター基板１０６のランド群１０７ｂに対向する方の表面のランド群１１１ａを導電エラストマー材料１０９で被覆する。このように、本開示の図５の場合にあったような、修正ＰＣ基板１０８のパッド１０９ａ及び１０９ｂをそれぞれ被覆するというのではなく、主回路基板１１０のうち、アダプター基板１０６のランド群１０７ｂに対向する方のランド群１１１ａをエラストマーペースト１０９で被覆する。
以上、特定の実施形態が示され説明されてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、請求項の範囲の中で、他の形態として実施することができることは明らかである。

Claims (22)

  1. プリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられる電気部品に関する電力供給または電力消費の改善を可能にする方法であって：
    電力調整部品を、少なくとも１つのアダプター基板の内部に、かつ前記アダプター基板のビア群の間に内蔵させるステップと；
    前記アダプター基板を主回路基板に接続する、または取り付けるステップと；
    前記１つ以上の内蔵部品を、前記主回路基板のビア群またはブラインド群の上方で、かつ該ビア群または該ブラインド群を越えた位置まで延在するように配置して、前記アダプター基板のうち、前記内蔵電力調整部品を含む部分が、前記ビア群またはブラインド群が配置される箇所を越えた位置に配置されて、前記電力調整部品が前記電気部品により近い接続点を有するように前記ビアを、開口部を通って導通することができるようにすることにより、電力供給または電力消費をそれぞれ向上させるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記電力調整部品はコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記電力調整部品は抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記ビア群は、互いに積み重ねて垂直方向に位置合わせすることにより、より狭いピッチを実現することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 主回路基板に取り付けられる電気部品に関する電力供給または電力消費を改善する装置であって：
    少なくとも１つのアダプター基板の内部に、かつ前記アダプター基板のビア群の間に内蔵された電力調整部品を備え；
    前記アダプター基板は、電気部品と主回路基板との間に配置され、かつ主回路基板に接続され、または取り付けられており；
    １つ以上の前記内蔵された電力調整部品は、前記主回路基板のビア群またはブラインド群の上方で、かつ該ビア群または該ブラインド群を越えた位置まで延在するように配置されて、前記アダプター基板のうち、前記内蔵電力調整部品を含む部分が、前記ビア群またはブラインド群が配置される箇所を越えた位置に配置されて、前記電力調整部品が前記電気部品により近い接続点を有するように前記ビアを、開口部を通って導通することができるようにすることにより、電力供給または電力消費をそれぞれ向上させることを特徴とする装置。
  6. 前記電力調整部品はコンデンサであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. 前記電力調整部品は抵抗であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  8. ビア群またはブラインド群ではなく、開口部を前記アダプター基板内に設け、前記電力調整部品は抵抗であり、そして該抵抗を、前記開口部内に、かつ前記アダプター基板の配線層群の間に配置し、そして垂直方向に位置合わせし、そして前記抵抗を前記アダプター基板の前記表面のパッドに、そして前記アダプター基板の前記裏面のパッドに接続することを特徴とする請求項５に記載の装置。
  9. 前記開口部は、半田、銅メッキ、または導電性エポキシで充填されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 前記ブラインド群は、互いに積み重なるように垂直方向に位置合わせされることにより、更に狭いピッチを実現することを特徴とする請求項５に記載の装置。
  11. 前記装置は、該装置のピッチ幅をピッチ変換により変更することを特徴とする請求項５に記載の装置。
  12. ピッチ変換を行なわないで、前記アダプター基板及び前記主回路基板の前記ビア群が互いに位置合わせされるようにすることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 前記装置は、該装置のピン間隔をピンマップスクランブリングにより変更することを特徴とする請求項５に記載の装置。
  14. 導電エラストマーによって、前記アダプター基板と前記主回路基板との間の電気的接続が可能になり、前記エラストマーは、前記主回路基板の少なくとも一方の表面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  15. 導電エラストマーによって、前記アダプター基板と前記主回路基板との間の電気的接続が可能になり、前記エラストマーは、前記アダプター基板の少なくとも一方の表面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  16. 導電エラストマーによって、前記アダプター基板と前記主回路基板との間の電気的接続が可能になり、前記エラストマーは、前記アダプター基板と前記主回路基板との間に配置されるプリント回路基板の少なくとも両方の表面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  17. 前記内蔵型アダプター基板は前記主回路基板に半田付けされることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  18. 更に、前記アダプター基板を前記主回路基板に電気的に接続するスプリングピン群を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  19. 更に、前記アダプター基板と前記主回路基板との間の電気的接続を可能にする電気コネクタを備え、
    導電エラストマーシートを有する相互接続媒体によって、前記アダプター基板と前記主回路基板との間の電気的接続が可能になり、そして前記エラストマーシートは、前記アダプター基板と前記主回路基板との間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  20. 前記電気部品は、ＩＣを収容するＩＣテストソケットであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  21. 前記アダプター基板は多層ｐｃ基板であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  22. 前記アダプター基板は両面実装ｐｃ基板であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
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