專利名稱：用于高頻電連接的以導(dǎo)線段為基礎(chǔ)的插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)置接觸焊點(diǎn)的電連接的插入件領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及在要連接的兩個(gè)電路的接觸焊點(diǎn)之間使用插入件的適于芯片級(jí)或板級(jí)連接的微電子連接器領(lǐng)域。
包括集成電路這類部件的現(xiàn)代電子設(shè)備，一般使用互連裝置和技術(shù)用于印刷電路板或其它組件的電互連。導(dǎo)體焊點(diǎn)或者接入導(dǎo)體焊點(diǎn)的組件的導(dǎo)線之間或者電路的經(jīng)始線之間的互連，例如用焊接，可以幾種方式實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，在設(shè)備使用期限期間，組件或裝置的去除、替換或測(cè)試是必須的，會(huì)經(jīng)常用到一些適當(dāng)?shù)碾娺B接器或分離器。
“焊盤網(wǎng)格陣列”(LGA)是這類連接的例子。其中，被連接的兩個(gè)電路元件，每個(gè)有排列成行或成兩維陣列的多個(gè)接觸點(diǎn)?；ミB元件的陣列，已知的是“插入件”，被放在被連接的兩個(gè)陣列之間，并提供接觸點(diǎn)或焊點(diǎn)之間的電連接。
現(xiàn)有技術(shù)描述的LGA插入件，一般是由硬金屬?gòu)椈苫蚪饘倩⒘Ｖ瞥傻谋徊迦氲浇^緣材料板內(nèi)適當(dāng)定位的洞陣列中的導(dǎo)電按鈕。另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)電按鈕完全由硬導(dǎo)線網(wǎng)任意纏繞或壓縮構(gòu)成。
已知的插入件還有，導(dǎo)電按鈕或類似物，不是包括連續(xù)的絕緣薄膜，而通常是彈性體，它可包含統(tǒng)一分布或安放的金屬的導(dǎo)線、微?；蚱?，或金屬聚合物微粒，稱為“非均質(zhì)導(dǎo)電”薄膜，在這樣的陣列中，導(dǎo)電元件形成密集的網(wǎng)，以至要連接的兩個(gè)電路的導(dǎo)電焊點(diǎn)不能對(duì)齊。
當(dāng)使用嵌入到聚合體基體的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)時(shí)，彎曲、扣緊、和該結(jié)構(gòu)的壓縮被說(shuō)成是“在彈性的底座上”(S,Timosheoko,材料Ⅱ的強(qiáng)度，VanNostrand,普林斯頓，1956和S,Timosheoko和J,M。Gere，彈性的復(fù)原性的理論，McGraw-Hill，紐約，1961)。
許多這樣現(xiàn)有技術(shù)的插入件，其共同的不足之處是，在合乎需要地維持低的全部接觸力的同時(shí)，不能提供良好的電傳導(dǎo)通路。換句話說(shuō)，插入件的連接表面能施加不希望的高接觸力，從而在配置在導(dǎo)電按鈕、薄膜或載體內(nèi)的導(dǎo)電元件產(chǎn)生對(duì)良好的電接觸所必需的希望的定位接觸力。
Dozier，美國(guó)專利號(hào)5,473,510，名稱為“焊盤網(wǎng)格陣列插件/電路板裝配及其構(gòu)造方法”，說(shuō)明了使用排列在插座中的壓縮插座導(dǎo)體插針的連接電組件的焊盤網(wǎng)格陣列，當(dāng)扭矩施加給連接配件的螺釘時(shí)，取決于插座厚度的排列限制了壓縮性。
Mroczkowski等，美國(guó)專利號(hào)5,308,252，名稱為“插入件連接器和接觸元件”，披露了插入件的電接觸設(shè)計(jì)。插入件的個(gè)體接觸單元是壓縮以產(chǎn)生電接觸的“雙-S”形金屬片。
Grabbe，美國(guó)專利號(hào)5,653,598，名稱為“減少自感的電接觸”，描述了焊盤網(wǎng)格陣列連接器，包括用于電連接電路組件接觸焊點(diǎn)的線圈彈簧的插件。在該彈簧插入件，節(jié)距是70密耳，按比例縮小非常困難。它還需要高插入力以及高成本，因?yàn)槊總€(gè)插入件連接的零件要單獨(dú)制造和裝配。該專利的類似系統(tǒng)的另一描述是1991年由發(fā)明人發(fā)表在AMP技術(shù)期刊，1卷，80-90頁(yè)，文章題目為“高速數(shù)字應(yīng)用的高密度電子連接器(微型插入件)”。
Grabbe，美國(guó)專利號(hào)5,228,861，名稱為“高密度電子連接器系統(tǒng)”，在絕緣板上使用“X”形接觸元件的陣列，其中“X”的臂端被向上或向下彎曲，以產(chǎn)生與接觸焊點(diǎn)的接觸。
Crotzer，美國(guó)專利號(hào)5,599,193，名稱為“彈性電互連”和Crotzer等，美國(guó)專利號(hào)5,949,029，描述了基于Memphis,Tennessee的Thomas＆Betts公司銷售的、名稱為“金屬化微?；ミB”(MPI)的插入件系統(tǒng)的導(dǎo)電聚合體按鈕?；趶椥泽w的MPI的缺點(diǎn)是接觸力的放松超時(shí)，需要高插入力在要連接的電路的平面消除缺陷，并且用銀片做基礎(chǔ)，有相當(dāng)高的成本，另外， 已知這種連接器在機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)期間對(duì)間歇開(kāi)放非常敏感。
在名稱為“液氮應(yīng)用的按鈕接觸”的文章中，Almquist描述了“絨毛按鈕”連接器系統(tǒng)(見(jiàn)1989年電子組件和技術(shù)研討會(huì)會(huì)議錄，1989年，88頁(yè)，IEEE第0569-5503/89/0088):“‘絨毛按鈕’是鍍金導(dǎo)線的圓柱體，在大多數(shù)情況下，銅/百分之二的銀，直徑50微米，形成適于產(chǎn)品應(yīng)用的大小…。該按鈕被插入到75毫米環(huán)氧樹(shù)脂玻璃載體上的0.5毫米的洞內(nèi)”。
Cinch連接器，Lombard,Illinois的Labinal Components and Systems,Inc的分部，上市了一種“絨毛按鈕”連接器系統(tǒng)，商標(biāo)“CIN::APSE”。幾乎是堅(jiān)硬的，它的缺點(diǎn)是高插入力，和高造價(jià)。成本一般比目前所期望的高5-10倍。
Lopergolo，美國(guó)專利號(hào)5,800,184，名稱為“高密度電互連裝置”，使用并聯(lián)金屬元件在陣列的接觸焊點(diǎn)之間產(chǎn)生接觸，金屬元件可以是棒狀物或可能在端部有彎曲導(dǎo)線零件。
Ayala-Equillin等，美國(guó)專利號(hào)5,441,690，名稱為“制造無(wú)針連接器的方法”和Shih等，美國(guó)專利號(hào)5,810,607，名稱為“具有增強(qiáng)耐久性的觸針互連器”，都告知穿過(guò)聚合物薄膜的傾斜金屬導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和制造。薄膜是連續(xù)，剛性的，并需要高插入力，由于它包括導(dǎo)線接合的獨(dú)特步驟，薄膜的制造還非常貴。該系統(tǒng)還由發(fā)明人Shih等描述在論文“用于插件互連的新型彈性連接器，試驗(yàn)和老化應(yīng)用”中，1995年電子組件和技術(shù)研討會(huì)會(huì)議錄，1995年，126頁(yè)，IEEE第0569-5503/95/0000-0126。
Bradley等，美國(guó)專利號(hào)5,232,372，名稱為“焊盤網(wǎng)格陣列連接器和制造方法”，使用分開(kāi)的線圈彈簧，置于作為連接元件的棒狀載體的側(cè)面。
Carey，美國(guó)專利號(hào)5,101,553，名稱為“彈性體上的金屬壓力接觸連接器的制造方法”，通過(guò)將導(dǎo)線線圈按長(zhǎng)度方向嵌入沿板的行中，然后把彈性體上方和下方伸出的導(dǎo)線環(huán)圈切去，產(chǎn)生在彈性插入件板的半圓形接觸導(dǎo)線陣列。結(jié)果，接觸導(dǎo)線行借助于線圈空間以一維間隔，其它維借助于線圈的厚度和線圈之間的空間間隔。所需導(dǎo)線必須相當(dāng)厚，并且， 由于在任何點(diǎn)，導(dǎo)線的位置取決于切去環(huán)圈時(shí)導(dǎo)線正好在線圈的哪里，因此難以控制接觸的位置。
在Nitto Denko Corporation公司的研究者們，發(fā)表了非常高密度的非均質(zhì)薄膜，這里，金屬導(dǎo)線被穿過(guò)聚合物薄膜垂直裝配(“新型非均質(zhì)導(dǎo)電薄膜(ACF)研究”，Miho Yamaguchi,Fumitern Asai,Fuyuki Eriguchi,Yuji Hotta 1999電子組件和技術(shù)研討會(huì)會(huì)議錄，1999年，6月1-4,San Diego,California,360頁(yè))。如Shih所述的插入件，該設(shè)計(jì)需要非常高的插入力(約1平方英寸模件2000磅)。因此，該設(shè)計(jì)僅適于一些平方毫米陣列，例如用于手表的芯片。
通常，現(xiàn)有技術(shù)描述的非均質(zhì)附著力沒(méi)有利用金屬-聚合物復(fù)合材料的復(fù)合彈性性質(zhì)。這樣，例如，在Yamaguchi等人描述的非均質(zhì)導(dǎo)電薄膜，導(dǎo)電直導(dǎo)線僅僅用聚合物接合在一起，因此系統(tǒng)的彈性特性非常接近100％地僅由導(dǎo)線確定。同樣的情況也存在于美國(guó)專利號(hào)5,101,553描述的非均質(zhì)導(dǎo)電薄膜。
另一方面，Ayala-Equillin等人和Shin等人描述了傾斜直導(dǎo)線的非均質(zhì)導(dǎo)電薄膜。因?yàn)閷?dǎo)線與聚合物相比相對(duì)地是剛性的，它們?cè)趶?fù)合薄膜壓縮期間僅僅象硬本體一樣翻動(dòng)，因此，在這種情況下的變形電阻幾乎全部?jī)H由聚合體基體確定。這些例子應(yīng)對(duì)照本發(fā)明的教導(dǎo)，在本發(fā)明，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和彈性基體都有彈性變形，這樣，在變形本體之間存在強(qiáng)彈性相互作用。
總之，現(xiàn)有技術(shù)LGA插入件至少有二個(gè)以上的缺陷·高制造成本(對(duì)于密度和I/O)·對(duì)密集的或大型陣列的高插入力·在高密度下難以達(dá)到高I/O·高外形(對(duì)于高頻和搭接面(laptop)形成因素的缺陷)·長(zhǎng)期可靠性與使用彈性體的設(shè)計(jì)有關(guān)·當(dāng)插入力較高時(shí)，增加分立元件，例如去耦合電容，是困難的，因?yàn)檫@需要大型夾緊裝置，妨礙大型印刷電路板的面積。
·增加對(duì)噪聲和電抗的屏蔽是困難的。
本發(fā)明關(guān)于插入件，用做焊盤網(wǎng)格陣列的插入件的電接觸元件，使用彈性的持續(xù)導(dǎo)電元件，如導(dǎo)線、條或其它適當(dāng)形狀的金屬元件，形成貫穿插入件的持續(xù)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電結(jié)構(gòu)被嵌入到彈性聚合物基體。這樣的金屬聚合物復(fù)合材料具有結(jié)合的彈性性質(zhì)，是兩種組分單獨(dú)所不可能獲得的。本發(fā)明在適當(dāng)小的接觸力下提供了插入件的適當(dāng)大的壓縮性，并結(jié)合導(dǎo)電裝置的高定位壓力，有益于建立適當(dāng)?shù)偷慕佑|阻力。
通過(guò)改變導(dǎo)電元件的形狀、數(shù)量和剛度以及聚合物本體的形狀和剛度，接觸阻力、接觸力和壓縮性可在寬范圍內(nèi)選擇，以滿足特定應(yīng)用的需要。
可將導(dǎo)電元件嵌入在導(dǎo)電按鈕或在絕緣材料的連續(xù)板上做導(dǎo)電區(qū)域，由此在焊盤網(wǎng)格陣列和電路組件之間經(jīng)過(guò)按鈕或元件建立電連接。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是用于焊盤網(wǎng)格陣列的插入件，包括具有洞陣列的絕緣網(wǎng)格，所述彈性的導(dǎo)電按鈕配置在一個(gè)或更多的洞內(nèi)并貫穿其中。插入件可被用做在集成電路插件和印刷電路板之間進(jìn)行電組裝的互連裝置。導(dǎo)電按鈕接觸集成電路插件的接觸焊點(diǎn)和印刷電路板上的接觸焊點(diǎn)，以建立兩個(gè)組件之間的電連接。
在另一個(gè)實(shí)施例中，涉及用于焊盤網(wǎng)格陣列的插入件，包括具有第一表面和第二表面的彈性的絕緣塊和位于塊內(nèi)并與塊有接觸區(qū)域，從塊的第一表面延伸到第二表面的多個(gè)導(dǎo)電元件。插入件內(nèi)的導(dǎo)電元件與要連接的電路板或模件上的接觸焊點(diǎn)相匹配。多個(gè)導(dǎo)電元件有充分的彈性，以便它們和絕緣基體在統(tǒng)一的必不可少的壓縮和放松下變形。這樣允許插入件夾在焊盤網(wǎng)格陣列和電路組件之間并使其互連，從而在第一表面和第二表面的每個(gè)導(dǎo)電元件之間建立和保持焊盤網(wǎng)格陣列的相對(duì)接觸焊點(diǎn)和電路組件的相對(duì)接觸焊點(diǎn)的電接觸。該插入件還可以是上述電配件的組件。
此外，還有機(jī)械設(shè)計(jì)，本發(fā)明教導(dǎo)了控制插入件的電特性的電設(shè)計(jì)方法，包括交叉纏繞導(dǎo)電元件，屏蔽導(dǎo)電元件和給插入件添加分立電元件。


圖1是本發(fā)明的焊盤網(wǎng)格陣列/電路板裝配的前正視分解圖。
圖2是本發(fā)明的有外殼的彈性導(dǎo)電按鈕切去一部分暴露內(nèi)部細(xì)節(jié)的透視圖。
圖3a-3e是圖1接觸按鈕的替換實(shí)施例的切去視圖。
圖4是可被用做本發(fā)明的插入件的輔助插入件。
圖5是圖8所示的彈性按鈕，使用多個(gè)交叉纏繞導(dǎo)體的實(shí)施例。
圖6是圍繞連接件建立接地屏蔽的方法，借助于導(dǎo)電按鈕插入到穿洞電鍍的區(qū)域陣列的插入件本體。
圖7是圖2所示的彈性按鈕，有用于屏蔽的纏繞導(dǎo)線網(wǎng)的外殼。
圖8a-8c是圖2所示的用電纜技術(shù)制造接觸元件的方法。
圖9是按圖10所示制造的插入件的透視圖，用剖視顯示導(dǎo)電元件。
圖10是包含用于制造本發(fā)明插入件的導(dǎo)電元件的彈性塊的透視圖。
圖11是本發(fā)明插入件壓縮-圈的圖表。
首先參考圖1和圖2，電組件10包括電子部件，例如，安裝在芯片載體12上的集成電路5，芯片載體12有若干穿過(guò)一個(gè)表面的排列成“焊盤網(wǎng)格陣列”的接觸焊點(diǎn)21；另一類電子部件，例如，印刷電路板16，在迎面上有匹配的接觸焊點(diǎn)25的焊盤網(wǎng)格陣列，和插入件14，有用于在兩個(gè)迎面接觸的焊點(diǎn)陣列之間產(chǎn)生接觸的接觸按鈕18的陣列。插入件14包括彈性導(dǎo)電按鈕18的陣列，每個(gè)按鈕被插入到絕緣網(wǎng)格20的洞內(nèi)。
當(dāng)?shù)谝徊考?2對(duì)準(zhǔn)第二部件16，插入件14在它們之間，按鈕18在接觸焊點(diǎn)陣列21和25之間形成電連接，按鈕18的彈性使部件中有一定空間度，同時(shí)保持接觸的焊盤網(wǎng)格陣列之間良好的電接觸。
在圖2闡明的實(shí)施例，每個(gè)按鈕18包括纏繞在從按鈕18的第一端13延伸至第二端17的可壓縮絕緣芯24上的可彎曲導(dǎo)電元件22。芯24可由絕緣紗線或其它合適的絕緣材料構(gòu)成。
可壓縮外殼26圍繞著可彎曲導(dǎo)電元件22，并與導(dǎo)電元件22和芯24有接觸區(qū)域。更可取的是，元件22和芯24被嵌入在最好是彈性體的殼26內(nèi)，結(jié)果，殼到導(dǎo)體元件的接觸區(qū)域?qū)嶋H上沿元件22的整個(gè)表面，用做殼26的最好的彈性體包括硅橡膠、聚氯丁橡膠、聚丁二烯或類似物質(zhì)。
選擇元件22的剛度，以便在按鈕18被壓縮或壓縮力被釋放時(shí)，接觸區(qū)域促使在元件22和殼26產(chǎn)生相同的或大體相一致的位移。這使按鈕18的端13和17分別建立和保持與陣列12的接觸焊點(diǎn)21和板16的接觸焊點(diǎn)25的接觸，并借助貫穿按鈕18的電導(dǎo)體在相應(yīng)的焊點(diǎn)21和25之間產(chǎn)生電連接。
通過(guò)改變導(dǎo)電元件的形狀、數(shù)量和剛度以及聚合物本體的形狀和剛度，接觸阻力、接觸力和壓縮度可在寬范圍內(nèi)選擇，以便滿足特定應(yīng)用的需要。
例如，設(shè)想復(fù)合按鈕，比方說(shuō)，高40密耳、直徑25密耳的彈性體橡膠模型，在彈性體中有嵌入的若干導(dǎo)電螺旋線元件，按照S.Timoshenko，材料Ⅱ的強(qiáng)度，VanNostrand,Princeton，1956年，54節(jié)(292-299頁(yè))的教導(dǎo)，對(duì)開(kāi)放的線圈螺旋彈簧使用基本公式，我們可構(gòu)造設(shè)計(jì)曲線，以優(yōu)化要產(chǎn)生的按鈕結(jié)構(gòu)，比方說(shuō)，在30克負(fù)載的壓縮下，產(chǎn)生10密耳位移。圖11給出了這樣的曲線，假定我們使用直徑為2密耳的鈹-銅導(dǎo)線在直徑15密耳的按鈕軸線上繞成線圈。
從圖11的曲線，我們可容易地估計(jì)出，例如，用4個(gè)導(dǎo)電元件(線)，在30克負(fù)載下，每個(gè)初始的40密耳長(zhǎng)度我們需要使用一圈產(chǎn)生期望的10密耳壓縮位移。更進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)與位移成比例的負(fù)載進(jìn)行估算，我們看出約5克負(fù)載駐存在每個(gè)導(dǎo)電元件上，在每個(gè)端部給出25Mpa的額定接觸壓力。因?yàn)樵趬嚎s期間導(dǎo)線端部既是旋轉(zhuǎn)的(見(jiàn)Timoshenko)又是徑向偏移的(因?yàn)閺椥泽w體積近似守恒)，與壓力結(jié)合的消除操作便于形成冗余的低阻力接觸。
圖3a至圖3e顯示了導(dǎo)電按鈕18的其它實(shí)施例。其中，彈性按鈕體31由單體形成，而不是圖2所示的層狀的。在圖3a中，導(dǎo)電元件32是細(xì)線，形成折線或褶33。在圖3b中，導(dǎo)線繞成線圈34。最簡(jiǎn)單的形式如圖3c所示，導(dǎo)電元件可以是細(xì)線35，以輕微的弧度彎曲，以便減少它的剛性。圖3d顯示的導(dǎo)電元件36是雙絞細(xì)線，在圖3e中使用了若干細(xì)線37。
在所有這些實(shí)施例中，圖2和圖3a-3e，導(dǎo)線或其它導(dǎo)電元件由于太細(xì)并且靠自己站立會(huì)彎曲，因此完全被嵌入按鈕本體，并可被按鈕本體支持。另一方面，導(dǎo)電元件較大地影響彈性按鈕本身對(duì)壓縮或放松力的機(jī)械阻力。
由于按鈕18的彈性結(jié)構(gòu)和壓縮性，按鈕18的頂著接觸表面19和23的全部累積接觸力是弱小的，并且最好在每個(gè)按鈕約20至40克范圍內(nèi)。另外，按鈕18在每個(gè)元件22及其相應(yīng)的接觸焊點(diǎn)21和25之間以高定位接觸力建立和保持接觸，有效減少塑性變形。
產(chǎn)生弱小的全部接觸力的另一個(gè)因素是限制每單位表面區(qū)域持續(xù)導(dǎo)電元件的數(shù)量或按鈕本體的體積。但是，應(yīng)選擇導(dǎo)電元件的數(shù)量和導(dǎo)電率，以便對(duì)插件產(chǎn)生低總電阻，最好在每個(gè)按鈕10毫歐以下的范圍內(nèi)。
在間隔纏繞或繞成線圈的情況下，所確定的按鈕18表面的導(dǎo)電元件22的角度是與所需接觸壓力有著直接關(guān)系的設(shè)計(jì)參數(shù)-角度越陡(越垂直)，所需力量越大。
適用于導(dǎo)電元件22的材料包括金、銅和其它金屬或低電阻率金屬合金，可在非貴金屬鍍或涂覆覆蓋有金或其它貴金屬表面結(jié)構(gòu)的阻擋層金屬，以保證化學(xué)惰性和提供適當(dāng)?shù)拇植诙确植?，以產(chǎn)生良好的金屬對(duì)金屬的接觸。
圖4顯示了本發(fā)明的插入件的另一個(gè)應(yīng)用。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常在焊接和裝配之前在母板46的LGA焊點(diǎn)45鍍上金一類的貴金屬。一些CPU板生產(chǎn)廠商希望淘汰這些昂貴的貴金屬電鍍以及在存儲(chǔ)器模件和存儲(chǔ)器芯片之類的其它類似的應(yīng)用。如圖4所示，除了本發(fā)明新穎的插入件120外，還可使用輔助插入件41。輔助插入件41有貴金屬電鍍的焊點(diǎn)42，來(lái)接受CPU模件119，經(jīng)由44被連接到標(biāo)準(zhǔn)表面安裝技術(shù)(standard Surface Mount Technology,SMT)底部焊點(diǎn)43。利用這種安排，廠商們可使用普通的SMT技術(shù)將這個(gè)輔助插入件41的47焊接到母板46，正如他們對(duì)板上所有其它組件所做的一樣。然后，在輔助插入件41和CPU模件119之間或其它裝置之間使用本發(fā)明的插入件120，并且導(dǎo)電按鈕117在CPU119的焊點(diǎn)118和輔助插入件41的焊點(diǎn)42之間產(chǎn)生連接，把47焊接到母板46的焊點(diǎn)45。
同樣，有可能在本發(fā)明的教導(dǎo)下，將本發(fā)明的LGA插入件物理地直接連接到母板上的SMT焊點(diǎn)，而不是只是在模件和板之間壓縮插入件。在此應(yīng)用，插入件內(nèi)的導(dǎo)電元件可利用焊接、導(dǎo)電的粘合劑或其它適當(dāng)?shù)氖侄伪挥谰玫剡B接到匹配的板或模件的焊點(diǎn)。
由于短信號(hào)通路和小導(dǎo)線體積具有低電感和電容，本發(fā)明新穎的LGA插入件完全適合高頻應(yīng)用。更進(jìn)一步，增強(qiáng)高頻特性的制作由下面的步驟給出例證。
首先，對(duì)于高頻應(yīng)用，如圖3d所示，元件33[譯注應(yīng)為31]最好由雙絞線構(gòu)成或交叉纏繞，以減少電感損失。圖5顯示這種安排也可應(yīng)用于圖2所示的實(shí)施例。在該圖中，導(dǎo)線導(dǎo)體既可以順時(shí)針?lè)较?30纏繞，也可以逆時(shí)針?lè)较?31纏繞。圖5還顯示了線圈130和131可以間隔纏繞，以便線圈在按鈕長(zhǎng)度內(nèi)產(chǎn)生一整圈。
其次，如圖6所示，在插入件本體20內(nèi)用于導(dǎo)電按鈕18的洞是穿洞電鍍(PTH’s)的洞61，適當(dāng)?shù)赜刹迦爰倔w20上的經(jīng)始線62接地。這將額外提供對(duì)電磁噪聲的屏蔽。
再次，如圖7所示，導(dǎo)電按鈕本身可由導(dǎo)線網(wǎng)或連續(xù)的金屬層制成的屏蔽層屏蔽，在內(nèi)部放置的信號(hào)線22上有環(huán)繞的絕緣層13。這種安排類似外面的導(dǎo)電屏蔽圍繞著中央導(dǎo)體的同軸電纜。如需要的話，屏蔽層71可由附加絕緣層72保護(hù)。
最后，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，基于諸如價(jià)格、剛度、熱穩(wěn)定性和對(duì)濕度、空氣和化學(xué)雜質(zhì)的惰性之類的因素，仔細(xì)選擇插入件本體的材料，可優(yōu)化本發(fā)明的特性。適于做插入件本體的材料包括具有低的和不變的絕緣常數(shù)的聚合物，例如“在這里使用什么聚合物 ”。
制造插入件的導(dǎo)電按鈕18，首先通過(guò)擠壓產(chǎn)生類似電纜的結(jié)構(gòu)，然后把它切成短塊。按鈕18還可通過(guò)其它普通的方法，如注塑成型來(lái)制造，幾種制造方法在下面詳細(xì)說(shuō)明。
例如，圖3a-3e所示的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)可通過(guò)將導(dǎo)線注塑成型到分離的按鈕中來(lái)制造，然后，按鈕可被插入插入件本體的洞中。另一方面，通過(guò)適當(dāng)?shù)陌才牛瑢?dǎo)電元件可被注塑成型定位到插入件本體的區(qū)域陣列洞中。
另一方面，圖2所示的導(dǎo)電元件可通過(guò)圖8a至8c所示的電纜產(chǎn)生步驟形成。
·首先(圖8a)，形成絕緣芯80，可能另有中央纖維81，芯可按照生產(chǎn)過(guò)程所希望的任何方便的長(zhǎng)度形成。
·然后(圖8b)，導(dǎo)線82以螺線纏繞在芯80周圍。
·然后，纏繞著導(dǎo)線82的芯80由彈性覆蓋物83環(huán)繞(圖8c)
·最后，電纜可被方便地切成分離的圓柱體按鈕，如圖2所示，并且被順序地放置在載體上(圖1,20)，形成區(qū)域陣列LGA插入件。
圖9和圖10闡明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中，插入件100的電傳導(dǎo)元件104由嵌入絕緣材料板的導(dǎo)體制成，而不是如上面第一個(gè)實(shí)施例所描述的，從載體板分離出去的彈性按鈕。
圖9顯示了該實(shí)施例的插入件100。插入件100包括把導(dǎo)電元件104插入其中的彈性絕緣板載體。該板的厚度108最好在20至40密耳范圍。如上述按鈕18的實(shí)施例，導(dǎo)體元件104與板有足夠的接觸區(qū)域，這樣，在壓縮或放松情況下，載體促使導(dǎo)電元件104產(chǎn)生相應(yīng)的位移。
圖10描述了該實(shí)施例的制造方法·長(zhǎng)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，其形成可能如圖3a-3e所示導(dǎo)體的布線，或圖8c的多層布置，或在本發(fā)明的教導(dǎo)下的其它設(shè)計(jì)。
·堆積在陣列的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)電元件的間隔與用插入件連接的接觸焊點(diǎn)21和23的間隔相匹配。對(duì)這個(gè)應(yīng)用，“長(zhǎng)”意味著超過(guò)單個(gè)產(chǎn)物插入件100的厚度108。
·導(dǎo)體陣列被放置在模具內(nèi)，該模具具有與期望的插入件的周長(zhǎng)相匹配的尺寸。
·該模具以硅橡膠、聚氯丁橡膠、聚丁二烯或類似物質(zhì)之類的樹(shù)脂填充，填充在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的間隙中。
·樹(shù)脂被固化形成塊106。
·然后，各個(gè)插入件100從塊106被切成具有所需厚度108的板或平面切片。
通常，對(duì)于圖2所示的殼26，插入件100可由上述任何材料形成，并且個(gè)體和組合結(jié)構(gòu)的柔性和其它特性，例如導(dǎo)電元件104的柔性以及上述它們的最佳參數(shù)和材料也可應(yīng)用于本實(shí)施例。
去耦合電容器可被插入到本發(fā)明的插入件，使用的技術(shù)由Bandyyopahyay等人，名稱為“薄膜集成電路去耦合電容器設(shè)計(jì)中阻尼和共振的重要性”(第六屆電子組件的電性能主題會(huì)議的會(huì)議錄，1997年，31-34頁(yè)，IEEE，第0-7803-4203-8/97)，或Beker等人，名稱為“集成去耦合電容器陣列的電性能”(第五屆電子組件和電性能主題會(huì)議的會(huì)議錄，1996年，83-85頁(yè)，IEEE，第0-7803-3514-7/96)描述。
利用所述兩種類型的新穎LGA插入件的新設(shè)計(jì)，可達(dá)到下列優(yōu)點(diǎn)a)低接觸力和阻力——通過(guò)選擇聚合物材料、和按鈕尺寸、形狀、數(shù)目、和導(dǎo)線直徑(和導(dǎo)線截面，如果導(dǎo)線不是圓形的)、以及導(dǎo)線段的形狀和布置來(lái)控制；b)高輸入/輸出(I/O)計(jì)數(shù)和大型區(qū)域陣列——導(dǎo)線的形式能實(shí)現(xiàn)高密度的規(guī)模，并且，與結(jié)構(gòu)板匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)能夠?qū)崿F(xiàn)大型陣列；c)低外形——滿足高頻應(yīng)用和搭接面(laptop)形成因素的需要。
d)高可靠性——由于大可塑性，按鈕之間的統(tǒng)一的接觸力意味著平面不是問(wèn)題，冗余度、接觸力和機(jī)械可塑性可根據(jù)接觸導(dǎo)線的數(shù)量和剛度在寬范圍內(nèi)控制。
e)較小的緊固結(jié)構(gòu)——需要保持接觸力的緊固結(jié)構(gòu)的體積小，允許無(wú)源的電容有較大的開(kāi)放。
f)可控電性能——利用導(dǎo)線的數(shù)量、直徑和布置，和特殊的接地和屏蔽結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于非常高的頻率和高電流。
g)低價(jià)格——簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)(插入聚合物按鈕或板的導(dǎo)線)容易制造。
因此，這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例僅僅闡述了本發(fā)明的原理的應(yīng)用，這里關(guān)于所闡明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)不是要限制權(quán)利要求的范圍，它們本身列舉的那些特征是本發(fā)明必不可少的。
權(quán)利要求
1．一種導(dǎo)電焊點(diǎn)之間用做電接觸元件的彈性導(dǎo)電按鈕，包括a)彈性本體，有第一端和第二端及其之間的長(zhǎng)度；b)導(dǎo)電元件，從本體的第一端到第二端連續(xù)地延伸經(jīng)過(guò)本體的長(zhǎng)度，本體的兩端是電暴露的；這樣，當(dāng)本體的第一端接觸第一導(dǎo)電焊點(diǎn)，并且本體的第二端接觸第二導(dǎo)電焊點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)電元件從第一導(dǎo)電焊點(diǎn)到第二導(dǎo)電焊點(diǎn)形成通過(guò)按鈕的電的傳導(dǎo)通路；和導(dǎo)電元件有足夠的彈性，使導(dǎo)電元件實(shí)際上不增加彈性本體的壓縮性或放松性。
2．按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于彈性本體由彈性體形成。
3．按照權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于彈性體選自硅橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯。
4．按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)電元件由選自金、銅和金屬合金的材料制成。
5．按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)電元件至少包括一個(gè)插入到彈性本體的細(xì)導(dǎo)線。
6．按照權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)線形成螺旋形。
7．按照權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)線形成折線。
8．按照權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)線形成曲線。
9．按照權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于多個(gè)導(dǎo)線絞在一起。
10．按照權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于有多個(gè)導(dǎo)線，每個(gè)導(dǎo)線以纏繞方向螺旋纏繞，并且至少導(dǎo)線之一的纏繞方向與至少其它導(dǎo)線之一的纏繞方向相反。
11．按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括充分圍繞彈性本體全部長(zhǎng)度的、與導(dǎo)電元件絕緣的屏蔽層。
12．按照權(quán)利要求11所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是導(dǎo)電的電線網(wǎng)。
13．按照權(quán)利要求11所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是連續(xù)的金屬層。
14．按照權(quán)利要求11所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括圍繞屏蔽層的絕緣層。
15．按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于a)彈性本體包括ⅰ)有第一端和第二端及其之間的長(zhǎng)度的彈性絕緣芯，和ⅱ)圍繞該絕緣芯長(zhǎng)度的彈性絕緣外殼；和b)導(dǎo)電元件包括絕緣芯和絕緣外殼之間的導(dǎo)體，從絕緣芯的第一端延伸到絕緣芯的第二端。
16．按照權(quán)利要求15所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)電元件至少包括一個(gè)以螺旋形纏繞芯的導(dǎo)體。
17．按照權(quán)利要求15所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)電元件包括以螺旋形纏繞芯的多個(gè)導(dǎo)體。
18．按照權(quán)利要求17所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于至少多個(gè)導(dǎo)體之一以與至少其它多個(gè)導(dǎo)體之一相反的方向以螺旋形纏繞芯。
19．按照權(quán)利要求15所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括充分圍繞彈性外殼全部長(zhǎng)度的屏蔽層。
20．按照權(quán)利要求19所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是導(dǎo)電的導(dǎo)線網(wǎng)。
21．按照權(quán)利要求19所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是連續(xù)的金屬層。
22．按照權(quán)利要求19所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括圍繞屏蔽層的絕緣層。
23．一種用于焊盤網(wǎng)格陣列的插入件，用于在導(dǎo)電焊點(diǎn)的第一和第二陣列之間以預(yù)定接觸力提供傳導(dǎo)，插入件包括絕緣網(wǎng)格有貫穿的洞陣列；和被布置在洞陣列的多個(gè)彈性的、導(dǎo)電按鈕，每個(gè)包括a)有第一端和第二端及其之間的長(zhǎng)度的彈性本體；b) 導(dǎo)電元件從本體的第一端到第二端連續(xù)地延伸穿過(guò)本體的長(zhǎng)度，在本體的兩端是電暴露的；這樣，當(dāng)插入件被放置在第一和第二接觸焊點(diǎn)陣列之間，本體的第一端在接觸焊點(diǎn)的第一陣列接觸第一導(dǎo)電焊點(diǎn)，并且本體的第二端在接觸焊點(diǎn)的第二陣列接觸第二導(dǎo)電焊點(diǎn)，導(dǎo)電元件從第一導(dǎo)電焊點(diǎn)到第二導(dǎo)電焊點(diǎn)形成穿過(guò)按鈕的電的傳導(dǎo)通路；和選擇彈性本體和導(dǎo)電元件，以便接觸力是預(yù)選值。
24．按照權(quán)利要求23所述的插入件，其特征在于導(dǎo)電按鈕的彈性本體由彈性體形成。
25．按照權(quán)利要求24所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于彈性體選自硅橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯。
26．按照權(quán)利要求23所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于導(dǎo)電單元由選自金、銅和金屬合金的材料制成。
27．按照權(quán)利要求23所述的插入件，其特征在于絕緣網(wǎng)格的洞陣列貫穿絕緣體電鍍。
28．按照權(quán)利要求27所述的插入件，其特征在于至少一些洞的電鍍是電連接的。
29．按照權(quán)利要求23所述的插入件，其特征在于導(dǎo)電元件至少包括一個(gè)嵌入導(dǎo)電按鈕的彈性體的導(dǎo)線。
30．按照權(quán)利要求29所述的插入件，其特征在于導(dǎo)線形成螺旋。
31．按照權(quán)利要求29所述的插入件，其特征在于導(dǎo)線形成折線。
32．按照權(quán)利要求29所述的插入件，其特征在于導(dǎo)線形成曲線。
33．按照權(quán)利要求29所述的插入件，其特征在于有多條導(dǎo)線被絞在一起。
34．按照權(quán)利要求29所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括充分圍繞彈性體全部長(zhǎng)度、與導(dǎo)電元件絕緣的屏蔽層。
35．按照權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是導(dǎo)電的導(dǎo)線網(wǎng)。
36．按照權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是連續(xù)的金屬層。
37．按照權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括圍繞屏蔽層的絕緣層。
38．按照權(quán)利要求23所述的插入件，其特征在于a)彈性體包括ⅰ)有第一端和第二端以及其之間長(zhǎng)度的彈性絕緣芯，和ⅱ)圍繞絕緣芯長(zhǎng)度的彈性絕緣外殼；和b)導(dǎo)電單元包括在絕緣芯和絕緣外殼之間的導(dǎo)體，從絕緣芯的第一端延伸到絕緣芯的第二端。
39．按照權(quán)利要求38所述的插入件，其特征在于導(dǎo)電元件至少包括一個(gè)以螺旋形纏繞芯的導(dǎo)體。
40．按照權(quán)利要求39所述的插入件，其特征在于導(dǎo)電元件包括具有纏繞方向、以螺旋形纏繞著芯的多個(gè)導(dǎo)體。
41．按照權(quán)利要求40所述的插入件，其特征在于至少一條導(dǎo)線的纏繞方向是至少一條其它導(dǎo)線的纏繞方向的相反方向。
42．按照權(quán)利要求38所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括充分圍繞彈性外殼的全部長(zhǎng)度的屏蔽層。
43．按照權(quán)利要求42所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是導(dǎo)電的導(dǎo)線網(wǎng)。
44．按照權(quán)利要求42所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于屏蔽層是連續(xù)的金屬層。
45．按照權(quán)利要求42所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于還包括圍繞屏蔽層的絕緣層。
46．按照權(quán)利要求23所述的插入件，其特征在于第一或第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列之一是輔助插入件，包括與導(dǎo)電按鈕陣列匹配的金屬導(dǎo)體陣列，每個(gè)金屬導(dǎo)體有與插入件的導(dǎo)電按鈕接觸的較高的表面，和與電路傳導(dǎo)相連的較低的表面，輔助插入件的較高的表面被鍍上貴金屬。
47．一種焊盤網(wǎng)格陣列的插入件，用于在第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列之間提供傳導(dǎo)，插入件包括a)有第一表面和第二表面的彈性的絕緣板；和b)安置在板內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)電元件，從第一表面延伸到第二表面，并且導(dǎo)電元件僅在與第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列相應(yīng)的位置被安置在板內(nèi)，這樣，當(dāng)插入件被放在第一和第二接觸焊點(diǎn)陣列時(shí)，導(dǎo)電元件從第一陣列的導(dǎo)電焊點(diǎn)到第二陣列的導(dǎo)電焊點(diǎn)形成電傳導(dǎo)通路。
48．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于板包括彈性體。
49．按照權(quán)利要求48所述的插入件，其特征在于彈性體選自硅橡膠、氯丁橡膠、聚丁二烯。
50．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于多個(gè)導(dǎo)電元件被嵌入在彈性體。
51．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于至少多個(gè)導(dǎo)電元件之一形成螺旋形。
52．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于至少多個(gè)導(dǎo)電元件之一形成折線。
53．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于至少多個(gè)導(dǎo)電元件之一形成曲線。
54．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于至少多個(gè)導(dǎo)電元件之一包括多個(gè)導(dǎo)線。
55．按照權(quán)利要求54所述的插入件，其特征在于多個(gè)導(dǎo)電元件被絞在一起。
56．按照權(quán)利要求54所述的導(dǎo)電按鈕，其特征在于多個(gè)導(dǎo)線的每一個(gè)具有纏繞方向、以螺旋形纏繞，并且至少導(dǎo)線之一的纏繞方向是至少其它導(dǎo)線之一的纏繞方向的相反方向。
57．按照權(quán)利要求47所述的插入件，其特征在于第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列之一是輔助插入件，包括與導(dǎo)電元件陣列匹配的金屬導(dǎo)體陣列，每個(gè)金屬導(dǎo)體有與插入件的導(dǎo)電元件接觸的較高的表面，和與電路傳導(dǎo)相連的較低的表面，輔助插入件的較高的表面被鍍上貴金屬。
58．一種用于在第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列之間提供傳導(dǎo)的、具有預(yù)定厚度的插入件的制造方法，其步驟包括a)創(chuàng)建細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體塊，步驟是ⅰ)提供以與第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列匹配的數(shù)組隔開(kāi)的多個(gè)導(dǎo)體，每個(gè)的長(zhǎng)度都比插入件的厚度大；和ⅱ)把多個(gè)導(dǎo)體壓縮在彈性絕緣材料內(nèi)，形成長(zhǎng)度比插入件的預(yù)定厚度大的彈性絕緣材料塊；b)沿細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體塊的長(zhǎng)度，在多個(gè)位置切開(kāi)，位置隔開(kāi)一距離，以便因此產(chǎn)生的切片具有與插入件的預(yù)定厚度相等的厚度。
59．按照權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于多個(gè)導(dǎo)體是細(xì)導(dǎo)線。
60．按照權(quán)利要求59所述的方法，在步驟a)ⅰ)之前，還包括以預(yù)定形狀形成多個(gè)細(xì)導(dǎo)線的步驟。
61．按照權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于形狀是線圈。
62．按照權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于形狀是折線。
63．按照權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于每個(gè)導(dǎo)體包括多個(gè)排列在一起的細(xì)導(dǎo)線。
64．按照權(quán)利要求63所述的方法，在步驟a)ⅰ)之前，還包括把每個(gè)導(dǎo)體的多個(gè)導(dǎo)線絞在一起的步驟。
65．一種形成具有預(yù)定長(zhǎng)度的導(dǎo)電按鈕的方法，其步驟包括a)形成具有比導(dǎo)電按鈕的預(yù)定長(zhǎng)度長(zhǎng)的絕緣芯；b)導(dǎo)電元件以螺旋形纏繞著芯；c) 以彈性覆蓋物圍繞芯和導(dǎo)電元件；d)將芯、導(dǎo)電元件和覆蓋物切割成具有預(yù)定長(zhǎng)度的按鈕。
66．按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于絕緣芯以附加的中央纖維構(gòu)成。
67．按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于還包括將按鈕插入到絕緣載體的洞陣列內(nèi)的執(zhí)行洞，以形成在第一和第二導(dǎo)電焊點(diǎn)陣列之間提供傳導(dǎo)的插入件的步驟。
全文摘要
用于焊盤網(wǎng)格陣列的插入件,有洞陣列,和置于洞內(nèi)彈性導(dǎo)電按鈕的絕緣網(wǎng)格。按鈕包括絕緣芯、纏繞該芯的導(dǎo)電元件和圍繞該元件的外殼。導(dǎo)電元件和按鈕的性能使導(dǎo)電按鈕的接觸力和阻力,壓縮性和放松性在寬限制內(nèi)選擇殼和導(dǎo)電元件的接觸區(qū)。焊盤網(wǎng)格陣列的電路組件之間的插入件在每個(gè)導(dǎo)電元件和其接觸焊點(diǎn)接觸時(shí),兩互連組件裝配表面之間調(diào)節(jié)大的非平面性。在迎著電路裝置的電接觸/接觸焊點(diǎn)的導(dǎo)電元件每端產(chǎn)生高定位接觸力,對(duì)焊盤網(wǎng)格陣列和電路組件進(jìn)行電互連。新插入件的優(yōu)點(diǎn)是適用于高頻和強(qiáng)電流。
文檔編號(hào)H01R13/24GK1305247SQ0010602
公開(kāi)日2001年7月25日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者李澤豫, 馬特·A·科爾霍寧, 史為民 申請(qǐng)人:高密度連接器有限公司