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   日期：2007/4/9   來源：半導體科技    

Glenn Goodman, Advanced Interconnections Corp.

傳統單件蚌殼式設計的插座是在建立或評估元件功能時有用的診斷工具。然而它們已漸漸不能滿足微細節距封裝的測試需求，例如，手機和其它攜帶式裝置內漸趨整合且越來越受歡迎的球狀柵陣列(BGA)和平面閘格陣列(LGA)封裝形式的現場可程式化閘陣列(FPGAs)與可程式化邏輯元件(PLDs)。與傳統的插座比較，創新的兩件式插座轉接器系統在尺寸、測試時效和成本上有顯著的優勢。
至少比BGA封裝元件大10毫米的傳統單套式插座，不但體積大且需要額外的熱來銲接。當許多元件必須配置在一個小面積內時，這種尺寸的差異會導致許多問題，解決的方式只有耗時、高成本的重新設計，才能適當將這些插座放到電路板上。
雙套式的插座轉接器(包含插座、轉接器)可製作成只比BGA元件大2毫米。一旦移至適當位置，插座部分可銲至電路板上，而元件可銲至轉接座上並視需求插進銲在電路板上的插座上(圖一)。量產的電路板就可以用來測試、驗證、或即時編譯程式而不需再另行設計測試電路板。
當節距因插座外殼接近而減小時，由於舊式插座的限制，會侷限操作的頻寬，並使線路較易受串音(crosstalk)影響。下一世代的插座轉接器系統在機械結構和電特性上必須符合晶片級封裝(CSP)、BGA和LGA等微細節距封裝方式的要求。在此，我們提出一個使用複合式概念的新式插座轉接器設計；將一半的公的接腳以交錯的模式安排在母的接腳的插座上，對應的轉接器上有另一半公的接腳與母的接腳交替排列(圖二)。如此一來，在過去由既有工法無法達成的節距即可由此設計變更而使用既有工法達成(小至0.50毫米）。此外，增加毗鄰接腳的節距改進了整個連接器系統的電特性。藉由交替公和母接腳的做法，我們可以利用車床加工形成的多重分支接腳，而最好是使用沖床加工形成接腳確保微細節距封裝的耐久性。
插座轉接器提供了電性能和機械結構上的優勢。更短的訊號傳輸路徑使得插座有更好的訊號完整性。較少的工作組件可降低零組件損壞的機會。輕量的結構使得這種插座幾乎不增加電路板的負擔，也只需要最少量的熱製程。

插座轉接器節省成本
一個使用印模和鑄造成型組件的典型的0.50毫米蚌殼式插座，由於必須在電路板鑽孔以固定插座，成本較高。而微細節距的插座轉接器系統並不需要多個組件，製造成本也便宜許多。將元件銲接到轉接器不僅避免元件在電路板製程時受到損傷，也創造了未來元件可升級或被替換的可能性，省卻了重新設計電路板的時間和費用。
在某些空間不受限制的應用中，傳統的蚌殼式測試插座反而較受歡迎。因只要輕推一個螺桿，即可快速並容易地將元件插入；不需銲接。而插座轉接器系統必須銲接元件，必須插入(造成一個插入的力量)，和必須以某些機械式的做法來分離(通常是藉由抽出工具)。以上任何一種作業皆有可能損壞組件或電路板。

插座轉接器的應用
創新的插座轉接器系統已被用在任意數微細節距封裝應用。例如，當OEM廠在電路板設計完成和生產之後才發現一個不穩定的晶片，但已經沒有任何多餘的空間再去塞其他的測試組件，因為原有的組件幾乎已經擠到快要貼到元件的邊緣。此時，安裝一個符合電路板設計的插座轉接器系統即可避免重新設計與測試電路板(圖三)。
行動電話公司針對各式下一代晶片建立大型的檢測板來做診斷和生命週期測試，以期將曾經是12平方英吋大小的電路板縮小到4平方英吋。微細節距的插座轉接器系統大幅簡化了這個過程。
製作快閃記憶體的公司在產品開發階段就使用0.5毫米的插座轉接器。當電路板完成後，不同的快閃記憶體就能輕易地被放上電路板測試以決定哪個最適合特定應用。
在汽車製造業，製造商使用測試頭來診斷引擎和後端，對測試頭上可更換的不同功能微小附屬功能卡來說，微細節距的技術是不可或缺的。
插座轉接器技術逐漸在醫療應用上被採用。複雜的醫療設備的製造商們通常不隨意改變既有的可靠方法。然而，隨著小型化的趨勢，當內部電路繼續縮小，微細節距封裝元件終將導入這個產業。

遵照無鉛規範
根據歐盟廢電子電機設備指令(WEEE)和危害物質禁用指令(RoHS)，插座不僅必須是遵照RoHS，也必須是RoHS相容的。例如，使用於BGA元件的無鉛錫球需要更高的製程溫度，高達260℃。然而，這個溫度會傷及舊有的組件。
連接器製造商正在開發一系列的創新插座和轉接器以確保平順的由舊製程轉換到新材料和製程的要求。設計工程師可以使用高溫鑄造成形或FR-4的插座，而無須重新建構電路板的製程來搭配無鉛的BGA元件。將元件銲接到無鉛的BGA轉接器，元件的接腳就從SMT被轉換成通孔插裝的模式，這組元件/轉接器即可插入安裝在電路板上的插座。
如果半導體元件被插座取代，這個半導體元件就可避免在高溫上板製程時可能遭受的損傷；也創造了未來元件被替換或升級的方法。透過這個方式，不論是使用錫鉛錫球的BGA元件或任何封裝方式(例如DIP或PGA)的元件，皆可被用在無鉛電路板上。這使得製造商只需庫存一種無鉛電路板來兼顧遵照RoHS和RoHS豁免的應用而降低成本。

總結
創新的雙套式插座轉接器系統，在小型化電路的應用上比傳統蚌殼式的插座多了許多好處。特別是，當許多組件必須被塞進一個小電路板時，大尺寸的舊式插座將會面臨嚴重的問題。
連接器製造商正在開發一系列的次世代插座和轉接器，不僅確保它們能符合新IC封裝在機械結構和電特性上的要求，也要確保順利轉換到WEEE和RoHS的新規範。

作者
Glenn Goodman，設計工程師；連絡地址：Advanced Interconnections Corp., 5 Energy Way, West Warwick, RI 02893 USA；電話：401/823.5200；電子郵件信箱ggoodman@advanced.com

圖一：插座轉接器系統將SMT封裝轉換成容易插入安裝在電路板上的插座的通孔插裝模式。

圖二：創新的設計在傳統的插座外提供一個實用的選擇。只比典型的BGA或LGA封裝大2毫米。