專利名稱：制造縫合型lga連接器的方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及壓力接觸連接器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種使用固定在連接器撓性主體部分中的多條金屬線作為接點的焊盤柵格陣列(Land grid array)(LGA)連接器。
背景技術：
在過去的幾年中，電子工業(yè)在如筆記本電腦等的小型電子器件和設備上看到了巨大增長。工業(yè)總是在試圖縮減這些元件的尺寸，并增加它們的功能和性能。通過增加器件的元件上電路的密度，就能同時達到這兩個目的。盡管在芯片或電路板上形成的電路數(shù)目可以增加，但必須注意保證在高密度元件與器件的其他元件間建立可靠的相互連接。
這些高密度互連用于微處理器、ASIC以及其他類型的芯片，也可用作兩電路板之間的連接器。球形柵格陣列(BGA)封裝已經(jīng)用作這些類型的應用的高密度互連。在BGA式封裝中，在襯底上形成焊點，圓球狀焊料與焊點相接觸。然而，這些球在進行芯片與相應電路板的連接時常常表現(xiàn)出很差的電路板結合性和機械特性。它們并不總是適合來克服在襯底印刷電路板中可能產(chǎn)生的變化。而且，在這些球被加熱形成焊接頭時，芯片不能被容易地拆下以消除焊接中產(chǎn)生的缺陷，除非將所有焊球全部重做并在另一次嘗試中將球形柵格陣列回流到印刷電路板上，以提供可靠的連接。因此，應該理解，利用BGA焊接封裝并不能提供可分離的器件界面。
焊盤柵格陣列(LGA)連接器即是為此類應用所研制的，它們通過使用導電引線(lead)，例如成形的金屬接點，能在器件和電路板之間提供電通路。該導電引線通常嵌于硬塑料襯底中以將印刷電路板上的焊盤或焊點連接于焊球，或連接于形成在芯片或其他器件上的焊盤。這些焊盤以特定的式樣形成在連接器連接的元件的焊球/焊盤相對的位置。這種LGA連接器與BGA器件相比具有很多優(yōu)點，其中，LGA連接器為電路或系統(tǒng)設計員提供了在芯片/芯片封裝與電路板之間的可分離的界面，這是BGA器件所不能提供的，因為它們是通過焊接到電路板上來完成連接的。然而，在LGA連接器中，每個導電引線必須加一特定的彈力，應當保持該彈力以建立一對器件的可靠互連。對芯片必須施加一夾緊力以保持其與連接器的連接。超過1000個接點的芯片可能需要超過一百磅的接觸力。
于1991年3月21日頒發(fā)的美國專利4,998,885號，公開了這樣一種樣式的連接器，其中帶有球形末端部分的金屬絲嵌在彈性墊片中。然而，為了增大金屬絲及其球形末端部分的撓性，必須在金屬絲之間區(qū)域用激光對彈性墊片精確地刻劃一受控的深度。如果將這些直線在彈性墊片中刻得太深，就有削弱支持著金屬絲的彈性體的危險，并可能造成不可靠連接，其中一些金屬絲可能會扣住，從而不能發(fā)揮它們各自的回彈配合的作用。這不僅令制造這樣的連接器變得復雜，而且增加了制造這樣連接器的成本。
因此本發(fā)明致力于改進LGA連接器和克服了上述缺點的制造連接器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明總的目的是提供一種具有支持多個以高密度樣式排列的可彈性變形接點的撓性主體部分的LGA連接器，從而保證連接器與相對的元件或器件之間的可靠連接。
本發(fā)明的另一目的是提供一種高密度LGA連接器，其具有用設置在兩彈性層之間的加強層加強的彈性主體部分，以及多個設置在主體部分的陣列中的接點，這些接點具有在主體部分的相對表面之上延伸的自由端。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可靠的、高密度的LGA連接器，其具有用設置在兩彈性層之間的織物區(qū)域加強的彈性主體部分，以及多個設置在主體部分的陣列中的接點，這些接點具有在主體部分的相對表面之上延伸的自由端。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種LGA連接器，其中該連接器具有支持著多個撓性環(huán)形的導線接點的撓性主體部分，其具有延伸出連接器主體部分相對側(cè)的自由端。
而本發(fā)明的目的還在于，提供一種具有包裹在彈性體中的織物襯底的壓力觸發(fā)連接器，該連接器具有按預定陣列設置在織物襯底上且延伸穿過該襯底的多個細小的彈性接點。這些接點呈自身折疊成雙股的細導絲線形式，這些接點具有伸展到襯底相對側(cè)的自由端。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于高密度應用的LGA連接器，其中連接器包括一包圍著中央主體部分的框架；該主體部分包括至少一個由至少部分嵌于其中的加強件加強的彈性體區(qū)域。連接器具有多個設置在主體部分內(nèi)的陣列中的導電接點，接點由插入中央主體部分的陣列中的細導線形成，接點呈開放的環(huán)形，對每個接點形成互連的冗余電路通道。
而本發(fā)明的目的還在于，提供一種具有由連接器框架部件支持的撓性主體部分的壓力觸發(fā)連接器，該框架部件繞撓性主體部分延伸，并確定出連接器的周長，該連接器具有至少一個位于其中的凹陷，該凹陷形成了芯片或芯片封裝的部分插座。該撓性主體部分包括位于主體部分至少一面上的彈性體區(qū)域，彈性體區(qū)域由彈性體區(qū)域所附著的織物區(qū)域加強，彈性體區(qū)域和織物區(qū)域具有相同的尺寸，從而在其整個區(qū)域上賦予主體部分一致的特性。連接器包括多個插入連接器主體部分的導電接點，這些接點包括縫入主體部分的一段導線，縫入時導線自身彎曲而形成兩個延伸穿過連接器主體部分的相鄰且冗余的電路通道。接點具有在主體部分相對側(cè)向外伸出的自由端，用于連接兩個不同的電子元件。接點由大致位于中間的主體部分支撐。
本發(fā)明的另一目的還在于，提供一種制造改進的LGA導體的方法，其包括以下步驟通過在彈性體中設置一加強件，將其支撐在一支撐件上，形成一可彎曲的連接器主體部分；將一段導線通過插線工具的中空，通過將插線工具在主體部分接點中移進移出，將這段導線縫入連接器主體部分；在如此插線之后，再切斷導線，從而將導線留在主體部分中，且導線至少具有一個伸出連接器主體部分表面的自由端。
本發(fā)明還有一目的是，提供一種具有固定在剛性框架內(nèi)的撓性主體部分的壓力觸發(fā)連接器，該連接器具有多個嵌在主體部分中的接點，插入到主體部分中的接點是一對形成開放環(huán)的互連的導線段，每個開放環(huán)具有兩延伸通過連接器主體部分對側(cè)表面外殼的自由端。自由端部分以與相對電路元件相匹配的偏移方式向一側(cè)傾斜，導線呈一角度傾斜，可增加其接觸長度并形成一刀刃邊以接觸相對元件的焊盤(pad)。
本發(fā)明還有一目的在于，提供一種具有由彈性體形成的撓性連接器主體部分的改進的LGA連接器，主體部分由框架支持，并包括多個單獨的導電接點，接點呈線環(huán)形式以在連接器主體部分中提供一對冗余的導電的電路通道。主體部分具有多個開口，每個開口在其中接納一個線環(huán)，形成該環(huán)的導線在開口中心線的相對側(cè)延伸穿出主體部分。
本發(fā)明通過其獨特且新穎的構造來達到以上及其他的目的。
在本發(fā)明的一個主要方面及其一個實施例的示范中，連接器包括一由緊固外框架支撐的撓性連接器主體部分。撓性連接器主體部分用一加強件作為襯底，并在其上覆蓋彈性體。如本發(fā)明的第一實施例舉例說明的，彈性體位于用作加強件的織物區(qū)域的兩面，從而優(yōu)選地充滿織物的縫隙，彈性體在織物區(qū)域的兩面提供自密封支撐面，同時織物區(qū)域加強彈性體。彈性體附著在織物上的方式可以是封裝、層壓層合或涂層。
可以使用傳統(tǒng)織物作為織物區(qū)域，例如那些用傳統(tǒng)方式紡織成的具有交錯的經(jīng)紗和緯紗的織物。它們既可以是一致排列的，也可以是交錯排列的，可以想到，即使是無紡布，例如針織布、氈布等，都可以用作加強物，只要使用的彈性體能以某種方式將其自身與織物區(qū)域相粘合或結合，從而緊密接觸織物區(qū)域并提供一彈性體作為連接器的主體部分。
細導線以預定的陣列設置在連接器主體部分中，且通過將其穿過一根針并將針插進插出襯底，使細導線插入到織物襯底中，從而將導線接點“縫”到連接器主體部分的位置上。導線自身彎曲，形成一接點，并使開環(huán)形式的接點插入到連接器主體部分當中。彈性體具有有足夠彈性的致密度，在導線穿過連接器主體部分時，能夾住并支持導線，而織物區(qū)域具有足夠的致密度從而強化彈性體或為其提供一定的剛性。
在本發(fā)明的另一實施例中，彈性體可只施加在加強件的一個表面上。還在本發(fā)明的另一個實施例中，加強件可用一片固態(tài)薄膜，優(yōu)選地為聚合物薄膜，最優(yōu)選地為聚酰胺薄膜，如E.I.DuPont公司銷售的Kapton牌薄膜。這種薄膜具有需要的壽命且不像織物般會磨損。在連接器的整個主體部分，通過用激光“燒”薄膜，導線接點所需要的孔可以在其中很容易形成。
在本發(fā)明的另一主要方面中，接點通過將成對導線縫入襯底而形成，單股導線在其一端自身彎曲成雙股導線段，或開口環(huán)，導線在一端具有彎曲形成的兩股線，同時在接點的另一端具有空間上相互靠近或相鄰的兩端以使每個接頭的一個自由端優(yōu)選具有環(huán)形結構，同時接點的另一個自由端具有兩股導線的根部端。導線從襯底延伸出一個預定距離，該距離足夠提供多個在如芯片的相對元件的壓力下會彎曲的彈性接點柱，該接點柱在相對元件(例如芯片)的壓力下產(chǎn)生彎曲，以便在接點與電路板上的接點焊盤之間產(chǎn)生赫茲接觸(Hertgiancontact)。導線可以以某角度彎曲而形成一撓曲方向，而不是靠導線之間的扣搭來提供撓曲移動。不論線股具有圓形或矩形/正方形的截面，其雙重特性，為連接器的每個接點提供冗余的電路通道?？稍趯Ь€端部附加焊球以便為接點提供接觸面。
在本發(fā)明的又一主要方面中，每條導線中的一段穿過一中空針形或管形的插線工具的中心，并自身彎曲，在針插入通過連接器主體部之前形成一環(huán)。之后拔出插線工具，將雙股線留在連接器主體部分中，并在線股的大約中部處固定，從而接點的自由端從連接器主體部分的兩相對表面延伸出大致相同的長度。在插線工具拔出預定距離時，導線被切斷而形成雙股的連接器接點的自由端。從而在插線工具的一次插拔動作中為每個接點形成一對導電路徑，由此為連接器提供冗余度和較低的感應系數(shù)。
在本發(fā)明的另一主要方面中，提供一帶尖端的插線工具，從而導線可伸出工具中心，但不是從尖端的側(cè)面伸出。此工具可具有一個帶單點的成角尖端，或可具有相互對齊的多點，從而在工具穿入彈性體和加強件(如果有)時，平衡工具上的插入力。
在本發(fā)明的再一主要方面中，在連接器主體上形成多個孔，可通過如用激光切割、用刀切開主體部分、或?qū)χ黧w部分預穿孔，來形成這些孔。一旦孔形成，接點可插入孔中。在本發(fā)明的另一實施例中，可用激光或沖孔方法在連接器主體部分上形成一系列開口，該主體部分既可使用加強的撓性主體部分，其中將纖維陣列或薄膜用作襯底來支撐一層或兩層位于其上的彈性體層，或主體部分也可只使用上述的薄膜。
本發(fā)明的這些目的與其他的目的、特點和優(yōu)點，將通過以下的詳細說明得到清楚的理解。


在以下的詳細說明中，經(jīng)常參考附圖，附圖中相同的附圖標號對應著相同的部件，且其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的原理構造的改進的LGA連接器的透視圖，其電子器件與連接器內(nèi)嵌凹陷對齊且分開；圖1A為圖1中a區(qū)域的局部放大圖，示出連接器的露出的導線接點自由端；圖2為圖1中連接器的另一側(cè)(一般為“底”面)的透視圖；圖2A為圖2中a區(qū)域的局部放大圖，示出連接器的露出的導線接點的另一自由端；圖3A為圖1的連接器中所用的框架部件的頂視圖；圖3B為圖3A(原文誤為2A)沿其B-B線剖開的框架部件的部分剖面圖；圖3C為圖3A沿其C-C線剖開的框架部件的部分剖面圖；圖4為圖3A的框架部件的底視圖；圖5為圖3A的框架部件及位于插入框架部件開口中的織物襯底的透視圖；圖6A為圖1的連接器框架部件以及代替模制于其上的支撐層的織物襯底的頂視圖。
圖6B為圖6A沿其B-B線剖開的連接器框架部件的部分剖面圖；圖6C為圖6A沿其C-C線剖開的連接器框架部件的部分剖面圖；
圖6D為圖6A中D區(qū)域的局部放大圖；圖7A為圖6A中連接器框架部件的頂視圖，但其上具有導線接點；圖7B為圖7A中沿線B-B剖開的剖面圖，示出連接器的一部分以及進一步示出在連接器主體部分中在導線接點彎曲前呈初始取向的導線接點；圖7C為圖7A中連接器沿線C-C剖開的剖面圖；圖7D為圖7A中連接器的剖面圖，示出導線接點在朝兩邊彎曲后在連接器主體部分中的一種排列方式；圖8為將織物襯底安裝到連接器框架上的另一種方式的剖面圖；圖9為部分連接器橡膠襯底的剖面圖，示出其中的織物加強物。
圖10A為接點縫入工具的示意剖面圖，其具有一單獨點，用于將連接器與穿過連接器的導線相結合；圖10B為導線彎折后圖10A中接點縫入工具的示意剖面圖；圖11為圖10中接點縫入工具正在進入連接器襯底時的示意圖；圖12為一示意圖，示出圖10中的工具如何穿透連接器撓性主體并將接點導線推出一預定長度；圖13為示出工具在正在從其穿過的連接器撓性主體中抽出時的示意圖；圖14為一示意圖，示出工具從連接器撓性主體的表面拔出不遠且將接點導線從工具中退出至一預備切斷位置；圖15為一示意圖，示出接點導線在連接器撓性主體之內(nèi)到位且與導線供給裝置和插線工具斷開；圖16為即將與插入主體部分后的接點相接觸的接點自由端成型構件的示意圖；以及，圖17為用作接點的具有非圓形截面的導線的詳細圖；圖18為圖1中連接器的一部分位于芯片和電路板之間時的詳細剖面圖，示出受連接器接點影響的傳導方式；圖19A為插線工具的另一種結構的側(cè)視圖，該工具可用于將導線插入本發(fā)明的連接器的撓性主體部分中；
圖19B為圖19A中插線工具的尖端的透視圖；圖19C為本發(fā)明的連接器的一部分以及圖19A中的插線工具部分插入其中的詳細剖面圖；圖20為依據(jù)本發(fā)明原理構造的連接器的另一實施例的剖面圖；圖21為與本發(fā)明的連接器一同使用的具有固態(tài)的加強件的主體部分的詳細局部剖面圖；圖22為連接器中連接器主體部分的部分剖面圖，并正在用沖孔構件在其中為連接器接點沖孔；圖23為與本發(fā)明的連接器的連接器主體部分上的開口對齊的插線工具的部分截面的示意主視圖；圖24A為沿圖23的24-24線剖開的示意頂視圖，示出用于連接器接點的圓導線零件的取向；圖24B為沿圖23的24-24線剖開的示意頂視圖，示出用于構成連接器接點的矩形導線零件的取向；圖25為可用于本發(fā)明的方法中的插線工具的另一實施例的透視圖；圖25A為圖25中插線工具的正視圖；圖26為可用于本發(fā)明的方法中的插線工具的另一實施例的透視圖；圖26A為圖26中插線工具的正視圖；圖27為本發(fā)明的方法中可用來在連接器主體部分中預沖孔或穿孔的沖孔工具的透視圖；圖28為可用于本發(fā)明的方法中的另一沖孔工具的透視圖；以及圖29為本發(fā)明的另一可選實施例的剖面圖。
具體實施例方式
圖1示出一種根據(jù)本發(fā)明原理構造的改進的焊盤柵格陣列(LGA)連接器20。連接器20包括在框架部件21上的撓性主體部分22，該框架組件固定或圍繞一個設置在該框架的開口23內(nèi)在連接器20。連接器20的主體部分22由框架部件21的多個側(cè)壁25固定在框架部件開口23中，框架部件21以如下方式圍繞開口23，在連接器20的上表面形成一上凹陷24，以及一下凹陷27，如連接器的具體應用需要。
可以看到，連接器20大致為矩形或正方形，但可以理解，其他的形狀也可以使用。上凹陷24適于在其中接納電路元件，例如芯片、IC封裝、ASIC、微處理器、電路板26等，同時，類似的電路元件也可以由在下凹陷27中連接器20的底面上接納(圖2)。典型地，這樣的元件可以包括其尺寸適合下凹陷27的電路板，但在一些應用中，框架部件側(cè)壁25可以在連接器20的底面上形成，與連接器主體部分22的底面齊平，消除底部凹陷，從而連接器20可直接安裝在電路板上。為了在兩電路元件之間提供導電通道，連接器20具有多個細導線或細絲形成的導電接點28。這些接點28具有兩個向上延伸離開連接器主體部分22的外表面32、33的自由端29、30。
連接器20在其應用中，可安裝在電路板上，并且相應地，可包括形成在框架部件21中一個或多個的安裝孔34。框架部件的各個部分可相對于框架部件的其余部分升高作為支座35(圖2)，以稍微抬高連接器主體部分22的下表面33并在下表面和裝有連接器20的電路板(未示出)之間形成微小的空氣間隙，此空氣間隙在連接器用于焊接應用時有利于焊接清潔處理。
圖3A示出開放狀態(tài)下沒有在其中支撐的主體部分22的框架部件21?？蚣懿考?1與其側(cè)壁25可以適當?shù)姆绞叫纬?，例如以塑料或其他電絕緣材料噴射鑄造?？蚣懿考?1優(yōu)選地鑄為一體，但也可以使用其他可選結構。在本發(fā)明的該實施例中，纖維區(qū)域(extent)37(圖5)被用來作為加強件以給予主體部分22一定的支撐，且被裁剪為預定的形狀，優(yōu)選地與形成在框架部件21一表面上的支撐凸肩38(圖4)的外形相適應。纖維區(qū)域37優(yōu)選地由織物制成，例如優(yōu)選地使用激光或沖裁模切割成一定尺寸的尼龍或玻璃纖維?？梢允褂锰烊豢椢?，但應注意，因為玻璃纖維具有非常低的熱膨脹系數(shù)(幾乎接近零值)，這可以減少操作過程中在連接器主體部分22中產(chǎn)生的任何膨脹，且其比傳統(tǒng)絕緣體還具有更佳的熱傳導能力，所以在織物區(qū)域使用合成織物，例如玻璃纖維，是較為有益的。使用激光切割織物區(qū)域較為有益，是因為激光產(chǎn)生的熱量能密封織物的邊緣并使切割后在織物的松弛端可能發(fā)生的磨損最小。優(yōu)選使用紡織織物并具有為圖9所示的交織線的紡織織物，但正如在下面詳細提到的，在一些例子中，加強件可以包括薄膜。其他織物，包括無紡布類的品種，例如氈布和針織布也可以使用。
在框架部件21底面(圖3B、3C和4)示出了凸肩38。如圖所示，凸肩38是凹進的，且圍繞框架部件21的內(nèi)周邊延伸。該凸肩38提供了一種將纖維區(qū)域37準確地放置在框架部件21中的裝置，也為附著于框架部件21與織物37上的彈性體提供支撐。為了將纖維區(qū)域37保持在凸肩38內(nèi)的位置中，可以沿其四邊形成加高的卡子，或肋40。肋40可用于接觸織物并將其緊固于框架部件21之內(nèi)，從而在后續(xù)處理中防止發(fā)生蹦床效應(trampoline effect)，或其他類型的下陷。這些肋40也可以在織物區(qū)域37加熱固定(heat staking)到框架部件21上時使用?？椢飬^(qū)域32可置于框架部件上與其相接觸并加熱肋40，使得肋融化并以類似于本領域內(nèi)已知的方式夾緊纖維區(qū)域37。盡管這些肋40在凸肩38的中心部分示出，但它們可以比示出的情況延伸得更長，以提供額外的固定能力。當彈性體被壓鑄(overmold)到框架部件上時，彈性體將保持并在該范圍內(nèi)抓住織物區(qū)域的松散端。
纖維區(qū)域37還可以在附著時壓在肋40上和其中一個彈性體層34上，通常是位于連接器20“上”表面的那層；也可模制到和凸肩38與肋40相對的框架部件21上。在本申請文件中，述語“上”是指接納電路元件并與電路元件26相對的連接器表面。一旦纖維區(qū)域37放置在框架部件21中并位于凸肩38上，優(yōu)選地使用壓鑄或在框架部件21和織物區(qū)域37的相對側(cè)使用彈性體將其永久固定在該位置。
在本發(fā)明的另一實施例中，如圖21所示，對主體部分22的加強物可以以實心薄膜組件337的方式提供。實心薄膜組件337優(yōu)選地由不會磨損的聚合物薄膜構成，而織物加強層可能有時會磨損。這可能導致織物線與導電接點糾結在一起并可能影響連接器的完整性。通過使用E.I.DuPont公司的“Kapton”牌聚酰胺(聚合物)薄膜已經(jīng)得到有益的結果。此類加強件還與上述的織物加強件不同，因為它在相鄰線之間沒有在形成主體部分22時彈性體可能會通過其流失的開口。
在本發(fā)明的一個意義上，彈性體部分可被看作是沿連接器主體部分22的上下表面32、33延伸的兩個彈性層41、42。然而，可以理解，當術語“層”用于彈性體時，被賦予的是其最廣泛的涵義，且因此，將包括兩分開的彈性體層或彈性體穿過或通過空隙開口43所構成的單個結構?？障堕_口43在織物或其他加強區(qū)域37、337的兩相鄰線44之間形成，從而協(xié)同形成一單獨結構(圖9)。以這種方式，在彈性體覆蓋加強區(qū)域37、337的所有暴露表面，區(qū)域37、337被當作是“密封”在彈性體中的，而以彈性體形成主體部分的上下表面?？蛇x擇地，如果兩層41、42不彼此流入對方，但仍然結合在一起，或通過穿過織物37的相鄰線之間存在的空隙區(qū)域而相互接觸，它們兩層都附著在對方以及如圖9所示的纖維區(qū)域37上，則所得的結構將被認為是與彈性體成為“整體”，或“夾心”在兩彈性體層之間，且彈性體沿主體部分的上下表面延伸。不僅如此，彈性體層41、42可置于與加強區(qū)域37、337的相對側(cè)緊密接觸的位置上，通過將這三者置于高溫高壓下，能夠形成可看作是“層壓”結構的東西。而且，在某些應用中，加強區(qū)域37、337可以用兩彈性體區(qū)域共同擠壓，或它們也可浸入彈性體中以在其兩面都涂覆上“涂層”。
為保證主體部分22(即加強區(qū)域37、337)和彈性體層41、42能正確結合到連接器框架部件21上，可在框架部件21上的預定位置形成一系列錨定缺口46。如圖所示，這些缺口46與框架部件開口23相通，且在連接器20表面形成的肩部38內(nèi)延伸。這些缺口46優(yōu)選地延伸穿過框架部件21的厚度且可能含有彼此對齊但以分支方式從彼此延伸的分支缺口部分51、52，從而在框架中形成向兩不同方向延伸的開口。彈性體將注入此開口中，從而牢固地將主體部分22錨定在連接器框架部件21上。適用的彈性體的例子包括，但并不限于硬硅酮、硅酮泡沫材料和橡膠、合成橡膠、三重(triblock)共聚物等。彈性體的硬度也有助于對主體部分的操作，因為對于改善插入主體部分開口的導線的保持力，優(yōu)選較高的硬度。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，肖氏A級硬度為70的彈性體比肖氏A級硬度為40的彈性體提供較好的導線保持力。
當彈性體如此填充時，這些錨定缺口46及其分支部分51、52將在兩個不同方向上接合框架部件側(cè)壁以在任何彈性體可能具有的自然粘性之外提供合適的錨定。這些分支缺口51、52的對齊方式在圖3B和6A中清楚地示出，而彈性體填充它們的方式則在剖面圖6C中清楚地示出。這些缺口46用于提供一種將彈性體層41、42互鎖定到框架部件21上的手段，或當層41、42同時在框架部件21上形成時，作為相互固定結構。在纖維區(qū)域37附加到框架部件21上之后，通過合適的壓鑄(overmolding)工序?qū)椥泽w施加到纖維區(qū)域37上，這些錨定缺口被填充。
在另一種錨定和抓住織物的結構中，如圖8所示，框架部件21可有一通道或是注入凹槽100在其中形成，且可繞整個連接器框架開口周長延伸。此通道100接納纖維區(qū)域37的末端或邊緣101且在彈性體加于其中時，在連接器下側(cè)的彈性體部分將注入通道100并迫使織物邊緣101進入其中，從而提供張緊但有撓性的連接器主體部分。
框架部件21的內(nèi)部邊緣54可以為斜面，如圖5的55所示，從而增加其表面積，這樣當彈性體鑄或注入框架開口23時，可在彈性體中提供更大面積供接觸和粘連。兩彈性體層41、42用于密封纖維區(qū)域37的末端并覆蓋其暴露表面，而織物區(qū)域為彈性體層41、42提供加強并給予其一定的張緊度?？椢?7還用作部分支撐插入主體部分22的導線，彈性體的彈性還將接點28固定到位并圍繞接點導線提供密封。能夠預料到，可以分開形成織物區(qū)域和彈性體層，順序地附著在彼此上并在形成之后裝入連接器框架。
在本發(fā)明的應用中，使用彈性體和織物區(qū)域(或其他加強件)是相互補充的，因為當彈性體提供連接器主體部分的撓性時，織物區(qū)域則為撓性主體部分提供加強和一定的剛性，此剛性支撐接點從而減少支撐接點的連接器主體部分的總厚度，并且因此對于連接器20達到了最小的可能配合高度。就此而論，相信，當使用夾心、密封與共同擠壓型主體部分結構時，厚度主體部分22可以達到大約0.5mm的厚度，其中纖維區(qū)域37具有附著在其兩面的彈性體層41、42。在區(qū)域37中使用的織物處具有大約0.15mm的厚度且彈性體層每層都具有相似的厚度，因而主體部分的合計厚度為大約0.45mm。
就連接器20的總配合高度來說，相信可能通過本發(fā)明達到接點28的伸出主體部分22的外表面32、33的自由端29、30大約0.25mm的距離。因此得到預計的主體部分總的配合高度(通過將接點自由端29、30的長度與主體部分22的厚度相加而得到)為約0.95mm。在此情況下，連接器框架部件21可只具有約1.5mm的厚度，因此產(chǎn)生了一種極薄的但具有低插入力的高密度連接器。如以上所述，還可以預計到，彈性體41、42可以只加在織物區(qū)域的兩面之一上，或相反。由此可進一步減小連接器20的配合區(qū)域的最終厚度?？椢锏念愋鸵部赡苡绊懼黧w部分的最終厚度。具有均勻織紋的織物區(qū)域?qū)a(chǎn)生均質(zhì)的主體部分并改善主體部分的致密度?？梢允褂秒S機編織的織物以減少連接器主體部分的厚度。
在本發(fā)明的另一重要方面，如圖10-15所示，通過將導電接點“縫合”到位，導電接點28被插入主體部分22中。優(yōu)選地由采用往復縫合動作的可編程縫合機20將接點60插入連接器的主體部分22中。進入主體部分22之前，導線63的延伸部分通過插線工具61的通道或內(nèi)腔62逐漸地進給(圖10A)。導線63在插入之前穿出工具中心并向前推進，所以彈性體層41、42將固定導線63并保持其一部分(即一自由端30)伸出下表面(圖11)。
根據(jù)導線的直徑，針的后退動作可足夠令導線向自身彎曲以形成一自由端29，此自由端29具有環(huán)形雙股線65，如圖1D所示。然而，優(yōu)選地應由位于連接器主體部分22相關面上的導線夾持裝置67進行此彎曲。如圖10B所示，在工具61插入撓性主體部分22之前，該彎曲可在導線63上由夾持裝置67進行。當導線63推進時，插線工具61(圖12)進一步穿過主體部分22(以及織物層37和其他彈性體層)的動作會使得導線延伸穿出其他彈性體層42的相對的外表面33。一旦此導線63達到了預選的延伸長度以形成需要的接點長度，插線工具61即穿過主體部分22抽回(圖23)。當插入工具61抽出上彈性體層時，繼續(xù)推進導線63，從而在連接器的這一面形成并排的兩自由線股30。如此推進的線股今后由合適的裝置68在基本與另一線股相等的距離處切斷(圖14)?？蛇x地，導線可在插入前可以從工具推進，之后靠著工具旁邊彎曲，這樣它將隨著工具的動作而與工具同步移動。
縫合方法使連接器20能夠做成其接線的間距很小、高度低、截面小。接點28可由一段圓形線63形成，或如圖17所示，也可使用一段多邊形截面的導線，例如矩形、正方形、六邊形等，這樣做最明顯的好處是可增加連接器20的接點28所能承載的電力負載。而且，當導線具有非圓形的，例如0.1mm乘0.25mm的矩形截面時，由于彈性體在導線上施加的外壓力，所以非圓形導線將抵抗彈性體將導線轉(zhuǎn)90度角的傾向。當使用矩形導線時，優(yōu)選地，它們在截面的主要尺寸上彎折。如以上所述，接點28可由一可編程縫合機縫入主體部分22，該縫合機能有選擇地以預定的排列式樣插導線。排列式樣可通過在縫合機上編程，即軟件的方法進行調(diào)整，而不是如在傳統(tǒng)模制連接器上所做的那樣調(diào)整?？住?br> 插線工具或針/管61的往復運動，以及導線的彎曲在每個接點28產(chǎn)生一開口端雙股導電環(huán)。且導線的每股或稱“腿”在芯片26與其他裝有連接器20的元件的接點之間形成一個獨立的電路通道。此雙股的開口環(huán)接點包括兩伸出撓性主體部分22外表面的末端29、30。接點的一個末端29可被看作是接觸的“環(huán)”末端，因為它含有導線63自身彎曲的那一端，(通常在導線是圓形線時沿半徑方向彎曲)而接點的另一端30可看作接觸的“開口”端，因為兩股線終止在自由的、未連接的末端處。該雙股線形式是有益的，因為它不僅提供冗余電路通道以保證由連接器20提供的連接的有效性，而且它還能降低整個系統(tǒng)的電感，因為每個接點的大致平行的電路通道能將該接點的電感比只使用單個接點的情況減少大約一半，如平行電感公式所證明LTOT＝(L1×L2)/(L1+L2)。此外，接點28的自由端29、30雖然小，但即使連接器只需要一小的正常加載壓力以獲得可靠的互連并提供與相對電路元件之間的有效的赫茲連接，其自由端也能提供高接觸壓力。接點28的切割自由端30(圖18)在效果如同在其上形成的刀刃，可以扎入相對電路板或芯片封裝的接點焊盤中以穿過任何在元件上形成的污物或氧化物。還可以預計到，如果需要，可在接點28的一個或兩個自由端29、30上增加焊球125、126，如圖20所示。
優(yōu)選的插線方式以示意方式在圖23中示出。連接器主體部分中的每個開口都可看作具有中心線CA，如圖23所示。插線工具具有其自己的中心線TA，對于大多數(shù)中心線TA與通過工具供給的導線的中心線WA相重合。因為導線沿自身彎曲形成一環(huán)，所以插線工具的取向是離開開口中心線一偏移距離OC的，如圖所示。圖24A和24B分別以剖面圖示出此偏移距離，以及導線的位置(圓形和矩形)和工具相對于連接器主體部分的開口的位置。
在另一種插線方式中，用于接納接點28的孔可在主體部分22中通過將其在激光下燒灼而形成，這樣將防止在插線時令織物的松脫部分或碎片從洞中延伸穿出并在的連接器主體部分22的某個表面上形成碎纖維。激光還將減少當在使用了薄膜加強件337的主體部分中穿孔時穿透主體部分所需要的力。類似地，如圖22所示，沖孔組件400可用于在連接器主體部分402中順序地預穿孔401，穿過彈性體部分403和加強件404。之后接點由上述插線工具插入孔中。
圖27示出一種類型的沖桿500，其具有在其伸長的主體部分502的尖端上形成的圓錐形部分501。圖28示出另一種類的沖桿510，其中主體部分511在具有正方形或矩形穿刺頭513的刀狀尖端512處終止。這些工具都能在連接器主體部分22做出合適的開口，且工具500形成的是圓形類開口而刀狀沖桿510在連接器主體部分22中形成狹長孔。對連接器主體部分預穿孔提供的好處例如減少碎纖維，而且在連接器主體部分上使用聚酰胺加強薄膜時，還能改善線環(huán)的直線性。
本發(fā)明的一個重點在于導線接點的開放環(huán)結構給予使用它們的連接器的接觸力方面。不僅每個接點中建立的冗余的導電電路通道，而且開放環(huán)的封閉端29，每個都在導線沿自身彎曲處具有半徑，從而在接點28的封閉端部分29與相對電路元件之間建立點接觸P(圖1A)。在該接點的相對側(cè)，接點自由端由兩個相鄰的導線自由端構成，如圖2A所示，與相對電路元件形成的接觸為線接觸，且該線沿導線剪切邊緣之一形成，如圖2A中粗線H所示，特別是在導線截面為正方形或矩形的情況下。
如圖16所示，制造連接器20的方法還可以包括，一成型工具，例如一芯桿80，該芯桿向下運動與連接器兩側(cè)的接點自由端29、30相接觸，從而令自由端29、30形成一個或兩個朝向。芯桿可如圖所示以對稱兩面形成，并沿圖16中的箭頭M以弧形或類似方式移動從而以所示方式形成導線末端，其中相鄰的一對接點的自由端朝向彼此遠離的方向。以此方式形成的末端如圖1A和2A所示，其中形成接點28的一對81，從而它們以一角度指向彼此。另一種排列如圖16所示，其中芯桿80接觸接點28的一對81的自由端29并朝主體部分的表面33以一個小于90度的角度彎曲其自由端29，但是朝向彼此相反方向彎曲。還有另一種排列方式如圖18所示，其中接點對81指向同一方向。
圖19A-C示出在制造本發(fā)明的連接器時可能用到的插線工具110的另一種結構。盡管圖中所示單個的插線工具適于插入接點，但有時也發(fā)現(xiàn)連接器20的彈性體主體部分22傾向于施加一輕微力于插線工具61的成角度的表面上，增加工具61“橫移”進彈性體并略微偏離撓性主體部分22中預期插入位置的中心的可能。為減小發(fā)生這種情況的可能，可以使用一個雙點插線工具110用于將接點28插入連接器20的撓性主體部分22。
如圖19B中可以清楚地看到的，工具110呈中空針形，或管形，且中心通道在其中沿軸向延伸，于其尖端112處對外開口。兩點115形成于尖端114且彼此間隔并對齊。每個這樣的點115都具有三角形外形，且在每點115的中心線的相對兩側(cè)具有兩斜邊116。通道開口在尖端112的中心處，但它可能如圖所示稍微從尖端112處凹陷，從而導線63從該處以圖示方式伸出。
圖19C示出工具110穿入主體部分22的彈性體部分。在這種結構下，上述“橫移”傾向不可能發(fā)生，因為彈性體將在工具尖端112的每個斜面116上提供阻力F1，從而保持工具110在直線上運動，所以它能在其指定點上穿透彈性體并直接穿過其下的任何加強線。可認為這兩個力相互抵消，并在工具110進入并穿過彈性體主體部分且穿過任何位于其路線上的織物線時，將工具110保持在其行進路線上。
圖25和26示出各種插線工具。在圖25A中，可看到工具260具有楔形，主體261的一部分被以一角度切開，在主體260中形成一個初始橫切口，從而在切割的端部形成一階梯表面262。工具260的成角度的外形增加了工具的內(nèi)部通道263的開口大小。
圖26和26A示出另一種具有在工具主體270的尖端272處形成的“子彈”形鼻部271的工具270。此子彈形狀可通過將鼻部271的圓錐端橫向切割或截錐而容易地獲得。以此方式，形成圍繞工具內(nèi)部通道276的尖銳圓尖端275，當插線工具推向連接器主體時，圓尖端275可以與連接器主體相接觸。
盡管連接器20的撓性主體部分22優(yōu)選地使用織物加強層，但也可在對撓性主體部分只使用彈性體區(qū)域的連接器結構中獲得本發(fā)明的益處。圖20以剖面圖示出一連接器200具有帶有開口204的剛性框架部件202，該開口204接納彈性體主體部分206。在沒有任何加強層的情況下，主體部分206以上述錨定缺口的方式保持在其開口204內(nèi)的位置中，如圖6D所示。主體部分206包括多個單個的以預定的圖案或陣列排列于其中的導電接點28。每個接點28包括至少兩股細導線63，它們以類似于上述方式的方式在主體部分的相對外表面214、215之上延伸。
盡管以上的很多說明都集中在采用彈性體材料的撓性主體部分的使用上，但本發(fā)明還想到，可使用其獨特的縫合方式將接點插入到更為堅硬的主體部分中。圖29示出具有外殼501和由外殼支撐的主體部分502的連接器500。在一些實例中，外殼501和主體部分502可以是同一個部件。在其他實例中，主體部分可以更薄，或只是一薄膜，如上述的Kapton薄膜?？梢栽谥黧w部分中鉆、切割、沖或燒灼(用激光)出孔洞，且使用縫合插線方法將導電接點503插入其中，如圖10-15和23中示出。在一些實例中，可能需要用粘接劑504將接點503固定在其開口處。在前述方法中，接點503既可能是由導線形成的接點也可能是預先形成的接點，例如沖壓形成的接點。
在使用“縫合”方式將接點插入主體部分時，應當理解，本發(fā)明并不限于使用單個針。相反，為了進行多接點插入，在插線工具的一次運動中，可使用一個陣列或一“群”針。
權利要求
1.一種制造壓力接點連接器的方法，包括提供其中具有開口的剛性框架；提供具有預定尺寸并具有相對的第一和第二表面的襯底；將襯底連接于框架上，從而以襯底填充所述框架的開口并由此在所述框架中形成所述連接器的主體部分；以及通過以預定的式樣將多個細導電線插入所述襯底，而在連接器主體部分中形成多個導電接點，每個接點具有延伸穿出所述襯底的第一和第二表面的相對的第一和第二接觸端，以形成通過所述連接器主體部分的多個導電通道。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，在插入所述導線之前，框架部件連接于所述襯底上。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述導線由鈹銅合金或鍍金鎳材料制成。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，在所述連接器主體部分中形成所述導電接點的步驟包括以下步驟(A)首先令所述導線自身彎曲而形成雙股的導線段；以及，(B)將所述雙股導線插入所述襯底中以將所述雙股導線嵌入所述連接器主體部分中。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，在所述撓性主體部分中形成所述接點的步驟包括以下步驟(A)從導線供給裝置引出一段導電線通過中空的插線工具；(B)令所述導線自身彎曲以形成雙股導線段；(C)將所述雙股導線段插入所述襯底部分，以將所述雙股導線段嵌入所述連接器主體部分中；(D)切斷所述導線，以從所述導線供給裝置上釋放所述雙股導線段，并以所述相對的第一和第二接觸端形成單個的導電接點；以及，(E)重復步驟(A)到(D)以將后來的接點插入所述連接器主體部分中。
6.根據(jù)權利要求1、4或5的方法，其特征在于通過縫合將所述導線插入所述襯底中。
7.根據(jù)權利要求1的方法，還包括以下步驟在所述襯底的第一和第二表面的至少一個上施以彈性體，以覆蓋所述至少一個襯底表面，從而使所述彈性體與所述襯底相結合。
8.根據(jù)權利要求1或7的方法，其特征在于，所述襯底由紡織織物、無紡布、尼龍織物、玻璃纖維織物、薄膜或聚酰胺薄膜形成。
9.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，所述所述彈性體為硅酮橡膠。
10.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，所述彈性體粘緊所述接點的外表面以提供對接點的密封。
11.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，通過滴注、壓鑄或通過將至少一層彈性體層壓合到所述襯底的至少一個表面上的方式，將所述彈性體施加在所述襯底上。
12.根據(jù)權利要求5的方法，其特征在于，所述插線工具包括細長中空件，該細長空心件具有在其軸向延伸的中心通道，其中用于容納一段導線，該工具包括尖端，所述尖端具有(A)在其上形成且彼此對齊的一對點；或(B)截頭的圓錐形外形；或(C)子彈形的外形；或(D)楔形外形；或(E)成角度的外形。
13.根據(jù)權利要求1的方法，還包括在將所述導線插入所述襯底前，在所述襯底上形成開口的步驟，所述形成開口的步驟包括(A)利用沖孔器在所述襯底上用沖孔；(B)利用刀具在所述襯底上切割出孔；或(C)利用激光在所述襯底上切出孔。
14.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，所述彈性體具有在約40到約70之間的肖氏A級硬度。
15.根據(jù)權利要求4或5的方法，其特征在于，在所述開口的中心線的相對兩側(cè)，將所述雙股導線段插入形成在所述襯底上的開口中。
16.根據(jù)權利要求4或5的方法，其特征在于，所述第一和第二接觸端伸出所述襯底的相對表面足夠的距離，以形成嵌在所述連接器主體部分中的可變形的接點。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其特征在于，所述第一和第二接觸端伸出所述襯底的相對的第一和第二表面的距離大約至少2mm。
18.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述導線具有非圓形的或矩形的截面。
19.根據(jù)權利要求4或5的方法，其特征在于，所述接點包括在其第一接觸端的環(huán)，以及在其第二接觸端的兩個導線自由端。
20.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，通過將所述彈性體壓鑄到所述襯底和框架上，所述連接器主體部分連接于所述框架。
21.根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于，所述框架包括在其中形成的多個錨定缺口，該錨定缺口形成通過所述框架部件延伸的通道，所述彈性體可通過該通道流動。
22.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，包括通過將所述襯底熱固定到所述框架上，而將其連接到所述框架上的步驟。
23.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，還包括將成對接點的第一和第二接觸端彼此相對彎曲的步驟。
24.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，還包括將焊球連接于所述接點的第一和第二接觸端之一的步驟。
25.根據(jù)權利要求19的方法，其特征在于，還包括將焊球連接于所述接點的第二接觸端的步驟。
全文摘要
通過在框架上附加加強件并用彈性體包裹加強件而形成一加強的、可彎曲的連接器主體部分，而形成一種焊盤柵格陣列連接器。在織物區(qū)域的陣列中成對插入導線。導線的自由端延伸出彈性體以提供連接器的接點。導線對為接點提供冗余度從而保證了可靠的連接。
文檔編號H01R13/33GK1539182SQ02803247
公開日2004年10月20日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權日2001年3月22日
發(fā)明者約翰·E·洛帕塔, 詹姆斯·L·麥格拉思, 阿林杜姆·杜塔, 馬文·門青, 丹尼爾·小費希爾, L 麥格拉思, 小費希爾, 姆 杜塔, 約翰 E 洛帕塔, 門青 申請人:莫萊克斯公司