專利名稱：高性能的電連接器的制作方法
高性能的電連接器
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背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及孩i型電連接器，例如BGA( ball grid array,球柵陣列) 連接器，包括插針直徑小于1毫米、插針?biāo)啪嘈∮?毫米的電連接器。 根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案涉及一種高性能的電連接器，其可 為高性能的微電子器件提供高電流(相對于大小類似的連接器)和高 頻(RF)的信號，所述高性能的微電子器件例如但不限于包括微處理 器、外圍功能芯片和RAM存儲器的集成電路(IC)。
連接器被廣泛應(yīng)用于電子器件中，以對微電子器件進(jìn)行互連，所 述微電子器件例如集成電路(IC)、印刷電路板、系統(tǒng)板、底板和各種 類型的電纜。插座是一種連接器，其用于將電子器件上的端子連接到 印刷電路板或其它的電互連裝置上的觸頭上。連接器經(jīng)常是趨向于與 插頭陣列的陽性元件接合的陰性元件的陣列。另外，插座在系統(tǒng)中通 常用于(a)測試電子設(shè)備的性能(一類插座類型，其開發(fā)以連接于
具有多個端子和配置的被測部件(DUT))，或者(b)高溫下對電子設(shè) 備的超負(fù)荷試驗。電纜連接器是另一類型的連接器，其通常用于將電 纜上的端子陣列連接到一組并聯(lián)的電線或者其它導(dǎo)體上。底板連接器 和板間連接器是其它類型的連接器，其用于將 一 個印刷電路板上的端 子陣列連接于另 一 個印刷電路板上的相應(yīng)的端子陣列。
現(xiàn)有的連接器通常根據(jù)接觸器和預(yù)期的最后使用(即應(yīng)用)來 區(qū)分。因此，通常將應(yīng)用中在插座中使用的連接器設(shè)計為與具有具體 類型的器件端子的微電子器件電連接，所述具體類型的器件端子為與 插座接觸的各類器件端子，包括針柵陣列(PGA)、 J形引線、鷗翼 引線、雙列直插(DIP)引線、球柵陣列(BGA)、柱柵陣列(CGA)、 平面金屬襯墊("LAN"棚4各陣列或平面柵格陣列(LGA))和其它類 型的端子。為了向具有以上各種端子的微電子器件提供插座，已開發(fā) 了多種用于插座的接觸器技術(shù)。除了前面所述，現(xiàn)有插座的進(jìn)一步區(qū) 分涉及低插入力(LIF)插座、零插入力(ZIF)插座、自動加載插座、 老化插座、高性能測試插座和產(chǎn)品插座(即，產(chǎn)品中用到的插座)。另 外，用于老化和產(chǎn)品應(yīng)用的、現(xiàn)有的低成本插座通常并入了為壓印成 形彈簧的接觸器，以與DUT上的端子接觸。再有，對于多插針的現(xiàn)有 插座，經(jīng)常使用凸輪將器件端子相對于相應(yīng)的接觸器橫向推動，以使 得在較低插入力或者零插入力下，獲得與每個彈簧的良好的接觸。
對于專門的應(yīng)用，現(xiàn)有的插座使用了多種接觸器，尤其包括各 項異性的薄片、板簧、平板印刷形成的彈簧、細(xì)的紐扣(可由伊利諾 斯州朗伯德的Cinch有限公司(Cinch Inc. of Lombard, Illinois )提供))、 彈簧鋼絲、筒形連插件和彈簧叉。趨向用于需要經(jīng)多次配對循環(huán)測試 的應(yīng)用的現(xiàn)有彈簧通常使用彈簧銷接觸器，比如Pog(/彈簧接觸器(可 由加利福利亞州波莫納市的Everett Charles Technologies公司(Everett Charles Technologies of Pomona, California) 提供))。用于電子測試 工業(yè)的應(yīng)用的彈簧探針可以具有多種配置，包括簡單的插針和同軸接 地的插針。大多數(shù)的現(xiàn)有彈簧探針由位于頂柱(用于接觸DUT上的端 子)和底柱(用于接觸電路板(被測部件板或"DUT板")上的端子) 之間的螺旋狀金屬絲彈簧組成。
現(xiàn)有的插座通常具有多個接觸器，所述多個接觸器位于穿過絕纟彖 夾具形成的縫隙陣列中。例如，高性能的現(xiàn)有的測試插座并入了多個 P0g(^的彈簧接觸器，每個彈簧接觸器都容納于插針夾具內(nèi)，所述插針 夾具具有穿過絕緣薄板的孔陣列?，F(xiàn)有的高性能測試插座采用的絕緣
材料典型地從在尺寸上穩(wěn)定的聚合物材料中選取，包括玻璃增強(qiáng)的 托朗5530 (可由賓夕法尼亞州里丁市的Quadrant Engineering Plastic Products有限公司 (Quadrant Engineering Plastic Products,Inc. of Reading, Pennsylvania )提供)、Vespel、 Ultem 2000 (可由馬薩諸塞 州匹茲菲爾德市的GE公司GE塑料(GE Company GE Plastics of Pittsfield, Massachusetts )提供)、PEEK、液晶聚合物及其它材料。 個別的Pog(^的彈簧接觸器通常被選擇和設(shè)計用于以近似50歐姆的電 阻水平進(jìn)行信號傳導(dǎo)。在某些高性能的現(xiàn)有配置中，接觸器是具有中 心彈簧銷的同軸類型，所述中心彈簧銷具有封裝在圓柱形的同軸接地
屏蔽內(nèi)的接觸器筒狀主體，該主體與該屏蔽間隔設(shè)置以獲得期望的信 號電阻，通常為50歐姆。
用于將一個印刷電路板連接至另 一個印刷電路板的連接器可按類 型分類，所述類型包括邊緣連接器、筒內(nèi)插針(pin-in-barrel)連接 器、壓印彈簧連接器、彈簧叉連接器、LAN柵格陣列連接器、傳導(dǎo)的 彈性材料連接器和本領(lǐng)域公知的其它類型。
板的連接器，該連接器具有附加的特征，即，該連接的一側(cè)連接至彎 曲的電纜或者是電線的平面陣列，而不是與印刷電路板連接。適合一 捆電線的電纜連接器通常為桶內(nèi)插針的類型，其中，筒內(nèi)的彈簧保持 插針的位置，并在插針上施加橫向力以建立可靠的電接觸。置于筒內(nèi) 的彈簧可以是筒內(nèi)的彈簧隔板、 一捆彈簧鋼絲或者完整的彈簧。
用于插接IC的一類連接器是專用的，并對電子行業(yè)非常重要。將
的插座，用于提高端子數(shù)量和面積密度。BGA插座在多個方向具有發(fā) 展。 一個類型涉及使用凸輪驅(qū)動的彈簧鋼絲以與每個球的側(cè)面接觸。 彈簧插針或Pogc^插針適用于在BGA插座中使用，用于某些可接受高
的4翁座成本的應(yīng)用。
用于大多數(shù)市場應(yīng)用的低成本BGA插座發(fā)展了壓印成型彈簧的 使用，壓印成型彈簧支撐BGA的每個球并提供對使彈簧連接器與配對 球接觸所需的機(jī)械順從性的度量。壓印成型彈簧的變體配置為使用兩 個或多個成型彈簧握持每個球，從而在機(jī)械地保持球的同時獲得積極 的電接觸。機(jī)械地壓印成形的彈簧的微型化和密度受目前能力的限制 而限于特定尺寸。盡管壓印成形彈簧的制造工藝一直在提高，但是具 有如此制造的接觸器的插座的密度仍然因壓印成形微型彈簧的復(fù)雜性 而受到限制。另外，壓印成形彈簧的機(jī)械順從性在垂直于基片觸頭的 垂直方向上通常較小。因為垂直方向上具有小的機(jī)械順從性，所以微 型的壓印成形彈簧不能夠適應(yīng)接觸器支架相對于與之匹配的球的運 動，從而使得振動、機(jī)械沖回和力、彎曲等會導(dǎo)致連接器從球的表面 滑落。工業(yè)上眾所周知，兩個相互接觸的元件之間反復(fù)的微小運動會 導(dǎo)致燒結(jié)或者形成微粒殘片，因而會導(dǎo)致接觸的失敗。
壓印成型的彈簧接觸器通常固定在穿過模制塑料殼體的成型孔陣 列中，以形成連接器裝配。由于連接器裝配是微型化的，因此模制和 裝配方法的難度和費用日益增加，從而將基于成型彈簧接觸器的連接 器擴(kuò)展限制為非常高的密度。
BGA插座還具有接觸器，所述接觸器可與球的底部通過以下裝置 獲得電連接，所述裝置包括螺旋狀線圏、包裹有彈性橡膠的電線、 懸臂彈簧、光刻形成的板簧以及向配對球施加垂直力的其它接觸器。 垂直力對于在BGA的球和這種接觸器之間獲得良好的連接是必須的， 并且該接觸器對于含有大量球或凸塊的BGA的封裝具有重要意義。例 如用于BGA插座(其向1200個接觸凸塊施加垂直力)的夾持力高 達(dá)30千克，以便與每個接觸凸塊獲得充足的接觸。隨著接觸凸塊的數(shù) 量增加到上千，通過垂直方向施加力以獲得接觸的BGA插座所需的夾 持力為了 一個日益重要的問題。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知，現(xiàn)有連接器的基本功能是向電端子提供 可靠且可重復(fù)的電接觸，而不對任意端子造成損傷。另外，電連接器 在包括重復(fù)溫度循環(huán)、機(jī)械撞擊、振動和彎曲的作用下的產(chǎn)品壽命期
限內(nèi)提供低的電阻連接。因此，接觸電阻是電連接器可靠性的度量之 一，即在大量溫度循環(huán)、大量撞擊、大量變形以及重力引起的震動作 用下衡量其可靠性的一個指標(biāo)。由于連接器是微型化的，因此需要可 靠性的提高以滿足未來電子系統(tǒng)的要求。
電子器件速度和密度的提升對對連接器提出了額外的要求。特別 是，電子系統(tǒng)的線路密度的不斷增加要求由單位面積上接觸器數(shù)量決 定的連接器密度也相應(yīng)地增加。另外，在更高頻率和時鐘速度下，連 接器的尺寸和自感應(yīng)系數(shù)也變成了對系統(tǒng)性能的重要限制。除了低的 自感應(yīng)系數(shù)外，未來電子系統(tǒng)還要求電阻控制和屏蔽的提升。
綜上所述，盡管現(xiàn)在已有許多可利用的連接器技術(shù)，但是仍然需 要一種連接器滿足前面提到的一項或多項需求，比如尺寸更小、密度 更高、性能更好。
下面是與本發(fā)明相關(guān)的一些專利
第3,676,838號美國專利是與本發(fā)明最相關(guān)的專利，該專利公開了 一種夾具形的連接器，所述連接器在插座內(nèi)具有趨于夾持插頭的球狀 插針的U形元件。盡管該專利比起本發(fā)明來基本上是大尺寸，但是其 夾持機(jī)制的結(jié)構(gòu)(特別如圖5和圖6所示)依靠于接收插座的相對的 可擴(kuò)張夾具上的一對制動器。與本發(fā)明不同的是，其夾持機(jī)制不僅在 插針試圖撤回時夾緊，還依靠制動器的邊界將插針保持在插座內(nèi)的適 當(dāng)位置。如果制動器和球具有不匹配或者不一致的尺寸，則可產(chǎn)生+^ 動、不均勻的夾持力、和喪失夾持能力。
第5,887,344號美國專利是球形插針適合于夾持插座的制動器的 又一例子。折疊式的雙臂趨于夾持球形尖端。該發(fā)明公開的特征大部 分與'838專利的特征相同。
第Re. 36,442號美國專利描述了用于仿效球形柵狀陣列封裝的適配 器。插針間距大于或等于1毫米，孔的尺寸為300微米。該專利對于在 試圖回撤時夾持插針無明確規(guī)定。
第5,669,774號美國專利描述了 一種具有插座的球^^冊陣列，所述插 座中安裝有花斑狀的齒以夾持球陣列上的球，且其作用與，838專利類 似。
第5,518,410號美國專利描述了一種用于環(huán)形接觸的球，其中4妻觸 器元件在插入后由凸輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
第6,264,476號美國專利描述了 一種基于電線段的具有同軸屏蔽 插座元件的插入機(jī)構(gòu)。其中，電線(如果是彈性的并處于某種結(jié)構(gòu)中) 在絕緣核周圍具有夾持功能，如圖2和圖3b所示，但沒有明確公開或 建議。
第6,846,184號美國專利公開了由彈簧組成的各類接觸器，所述彈 簧撞擊但不能夾持對面的接觸按鈕。此類接觸器不應(yīng)與球夾持陣列插 座相混淆。
各類其它的球柵陣列連接器、具有中間分開環(huán)的香蕉插頭、插入 機(jī)構(gòu)、插針陣等是公知的，但與上述專利相比較為不相關(guān)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種插座連接器，其用于以陣列方式為金屬 接線柱尤其為導(dǎo)電金屬球提供電連接，其中連接器的陰性元件用具有 尖端的彈性管腳夾持接線柱，從而需要很小的插入力就可保持積極的 接觸，并且通過響應(yīng)于回撤力而增大陰性元件作用在接線柱上的力， 可防止接線柱的回撤。更特別地，陰性元件包括彈性導(dǎo)電材料的管， 所述管以選定的間距范圍內(nèi)的 一定的間距被切割或螺旋狀地分割為管 腳，以便連接器的管腳能呈螺旋狀地環(huán)繞在接線柱或者球形凸塊的周 圍，并且當(dāng)將接線柱或者球形凸塊沿管的縱向軸插入時，所述管腳能 機(jī)械地夾持接線柱或凸塊。連接管的管腳可在球的周圍的多個點提供 有效的電連接。根據(jù)某些實施方案的管狀元件通過在管的端部形成彈 性螺旋管腳而獲得，所述管腳穿過所述管從管的中部到管的 一端通過 至少兩個螺旋切割(形成相對的管腳)形成。
根據(jù)本發(fā)明的連接器的陰性管腳優(yōu)選地能在球的最大圓周處夾持 球，以保持球位于管中。通過采用激光切割技術(shù)在金屬管的一端制作 螺旋狀的管腳，可獲得微型連接器，其能夠插接如隆起焊盤一樣小的 球(即200微米直徑)。盡管有振動或者機(jī)械壓力，但是根據(jù)本發(fā)明實 施方案的連接器仍能將球保持夾持于彈性螺旋管腳中，以獲得良好的
電接觸。
相對于傳統(tǒng)的連接器，使用本發(fā)明可取得許多有益效果。例如， 本發(fā)明的實施方案提供了一種用于與高密度凸塊陣列(如焊接球)接 觸的裝置，其具有比球稍大的連接器，因而相對于現(xiàn)有的技術(shù)，凸塊 可以更高密度地排列。例如，通過激光切割薄壁不銹鋼管而獲得的連 接器可制造為使其外部直徑僅比球的直徑大100微米，以允許連接器 之間的間距足夠小以形成高密度的連接器陣列。
本發(fā)明的另 一個有益效果是由這樣的管狀連接器提供的，其在與 第 一球接合的第 一端具有螺旋狀管腳，并在與第二球接合的第二端(相 對端)具有螺旋狀管腳，因而第一端的管腳將第一球彈性地拉向第二 球。該有益效果使得此類連接器陣列能用于將電子設(shè)備連接到襯底上 而不需要機(jī)械保持元件施加將設(shè)備向基片推動的力。
根據(jù)本發(fā)明實施方式的另 一個有益效果是連接器具有低的自感應(yīng) 系數(shù)。相對于采用螺旋金屬彈簧制作的連接器，穿過管的薄激光切割 槽允許更低的磁通量穿過管的內(nèi)部。當(dāng)管腳從管狀連接器周圍的固體 周長延伸一小段距離時，通過縮短螺旋管腳的長度，可進(jìn)一步降低才艮 據(jù)本發(fā)明的連接器的自感應(yīng)系數(shù)。本發(fā)明的這些和其它的方面使得能 夠得到高性能的連接。
根據(jù)本發(fā)明實施方案，存在以上一種或多種有益效果。這些和其 它的有益效果通過本發(fā)說明書以及以下更具體的例子給予描述。
本發(fā)明的各種其它目的、特征和有益效果將通過以下詳細(xì)描述和 附圖得到更全面的理解。
圖1A和圖1B是根據(jù)本發(fā)明的高性能連接器的透視圖，所述高性
能連接器具有適用于夾持具有球狀凸塊的端子接線柱的管腳，所述球
狀凸塊的外徑略大于連接器的內(nèi)徑；
圖2A、 2B和2C是根據(jù)本發(fā)明的雙端連接器的透視圖，所述雙端 連接器具有用于夾持端子接線柱的管腳；
圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的連接器，所述連接器用于連接到相應(yīng)的
頂部和底部接線柱，其中，圖3A示出了處于未匹配配置的連接器，
圖3B示出了與底部接線柱匹配的連接器，圖3C示出了與底部和頂部 接線柱匹配的連接器；
圖4A-4F是根據(jù)適于與根據(jù)本發(fā)明的連接器匹配的幾種設(shè)計的接 線柱；
圖5A-5C是連接器的裝配和處于各個接合階段的相應(yīng)的球狀金屬 接線柱；
圖5D是根據(jù)本發(fā)明實施方案的連接器的橫截面圖，其經(jīng)過改進(jìn) 以夾持和更積才及地保持配對球；
圖6A-6B是據(jù)本發(fā)明的連接器的一種實施方案的橫截面圖，其具 有同軸的接地屏蔽連接器、配對金屬端子接線柱以及地接觸器，其中， 圖6A示出的處于未配對位置，圖6B示出的處于已配對位置；
圖7A-7C示出了據(jù)本發(fā)明的連接器陣列，其中，圖7A僅示出了 陣列的側(cè)面截面圖，圖7B是與接線柱的頂部配對陣列和底部配對陣 列接合的連接器的側(cè)面截面圖，圖7C是所述陣列的俯視圖8A是根據(jù)本發(fā)明的連接器的透視橫截面圖，所述連接器在其 中間部分的凸緣處固定于帶電體板；
圖8B是根據(jù)本發(fā)明的連接器的透視橫截面圖，所述連接器通過 焊接固定于電路板上的通孔；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的連接器的透視圖，所述連接器安裝于外殼內(nèi) 以形成端子塊；以及
圖10是微電子器件裝配的透視圖，所述微電子器件通過根據(jù)本發(fā) 明的多個連接器安裝并電連接于系統(tǒng)基片。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種高性能的連接器，用于為電子器件上的 微型密集終端提供可靠的電連接。更特別地，本發(fā)明的實施方案提供 了圓柱形金屬管，其可切成具有螺旋狀槽的多個管腳，所述管腳適用 于在端子接線柱的周圍與之接觸并向其提供電接觸。
如圖1A所示，連接器18包括中空的圓柱形金屬管，其上切有螺
旋狀的槽10,以此形成終止于4個尖端14的4個傾斜的管腳12。管 腳12由管上未切割部分中的圓柱形環(huán)狀區(qū)域16支撐在適當(dāng)?shù)奈恢谩?管腳適用于夾持沿著連接器18的軸線插入的接線柱。接線柱(未示出) 優(yōu)選地具有球狀尖端。但是，具有在配對范圍內(nèi)比管的內(nèi)徑稍微大一 些的外徑的圓柱形或者截頭圓錐體的尖端也在根據(jù)本發(fā)明的實施方案 的合理的精神和范圍內(nèi)。根據(jù)一個或者多個優(yōu)選實施方案，連接器18 由具有440微米的內(nèi)徑和550微米的外徑的304型不銹鋼管制成。這 種普通的材料可由加利福利亞州波威社區(qū)的K-Tube公司(K-Tube Corporation of Poway, California)提供。四個螺旋狀的槽10可通過 使用如Nd-YAG激光器繞著管并沿著750毫米的螺旋狀路徑切割寬 20微米的切割線而形成。槽10通常是以與管16的軸線垂直的平面成 35°角切割?？蛇x地，槽10是與管16的軸線成55。角測量。但是， 以與該平面成15。至75°范圍內(nèi)的角切割槽10都屬于本發(fā)明的預(yù)期 內(nèi)。大于或者小于上述范圍的角度不能有效促進(jìn)管腳的操作。激光切 割后，管上則鍍有4微米厚的鎳層和1.5微米厚的軟金層，以形成用 于與配對的接線柱接觸的傳導(dǎo)表面。當(dāng)管18張開以容納沿著其縱向軸 插入的管腳時，鋼核可提供足夠的彈力用于夾持。圖1A中的連接器 趨向于在插入的管腳處或其附近與作為管腳的500微米直徑的金屬球 電連接并將其物理夾持。相對于球的赤道直徑或最大外直徑處，球上 具有較小直徑的上側(cè)面受到較小的保持力。因此，如果試圖將球收回， 那么管腳作用在球上的力將增加(特別是使螺旋狀管腳在管的軸線周
圍展開時)，從而對收回提供更大的阻力。實際上，當(dāng)管腳試圖減小管 的內(nèi)部直徑間隔時，收回力導(dǎo)致彈簧伸長并從而導(dǎo)致向內(nèi)的作用力增 加。在特定的實施方案中，例如圖3A-3C，球40為鍍有鎳金屬噴鍍層 和2微米厚的軟金涂層的鋼球。10克的力足以將0.5毫米直徑的金屬 球插入到接觸器管中，并提供約為0.018歐姆的接觸電阻。 一旦接合， 球40則可由接觸器保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，而不需要夾具或其它的機(jī)械保 持件。
盡管圖1A中的實施方案示出了四個管腳12,然而對本領(lǐng)域技術(shù) 人員顯而易見的是，根據(jù)用平衡的徑向力將接線柱或球夾持在接觸器
的周圍的需要，接觸器可包括任何數(shù)量的管腳，即，可以是2個或者 更多個。這不同于緊密封裝線圈彈簧的可選方案，在該方案中，終端 對應(yīng)于單一的管腳，因此不能夠在管狀結(jié)構(gòu)的末端提供相對的管腳的
夾持杠桿。例如，圖1B中的接觸器28包括兩個管腳24,管腳24的 遠(yuǎn)端終止于尖端22，其近端附接于管上形成圓柱形環(huán)區(qū)26。管腳24 通過切割穿過圓柱狀金屬管管壁的螺旋狀溝槽而形成。用于將凸塊與 接觸器28配對的插入力依賴于切割線20的角度，在本實施方案中， 相對于垂直于管的軸線的平面測量，該角度優(yōu)選地為15°到75° ，更 優(yōu)選地為20°到70° 。通過在接觸器28的軸向上改變切割線的角度， 可得到更多的有益效果。例如螺旋切割角度的方向可由正變?yōu)樨?fù)， 以進(jìn)一步降低連接器的自感應(yīng)系數(shù)；線的方向可在軸距上變化，從而 產(chǎn)生蜿蜒的切割線。另外，切割線20的寬度沿切割的軸向長度是可變 的。
連接器18的組成材沖+也為壁厚為0.05毫米的304型不4f鋼。可 選擇連接器的管狀材料的厚度，以提供將接線柱插入連接器所需要的 插入力，該厚度優(yōu)選地為管的內(nèi)徑的2%到20%。圓柱形管的厚度和 材料根據(jù)應(yīng)用的需要而變化。例如材料可選自各種類型的不銹鋼、 回火鋼、鈹銅、磷青銅、各種類型的銅合金、鎳鴒合金、鎳鉻合金、 鎳錳合金、鎳的二元和三元合金、鈦合金以及nitinol類型的合金，但 不卩艮于jt匕。(nitinol是Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory (樣 鈦海軍軍需實驗室)的縮寫，其指一族金屬間化合材料，所述金屬間 化合材料包括鎳鈦幾乎相等的混合物以及其他彈簧材料，并具有包括 形狀記憶和超彈性特性的溫敏彈簧特性)。連接器可鍍有銅、鎳、鈷、 鈀、金及其合金以及其它的導(dǎo)電膜。管上覆蓋的高強(qiáng)度導(dǎo)電膜(例如 但不限于鎳-鎢合金、鎳-鈷合金、鎳-鎘合金、鎳-錳合金、鎳-釩合 金及其組合)可用于進(jìn)一步加強(qiáng)管子的材料。在另一個實施方案中， 連接器潤滑劑可用于連接器的管腳表面，以減少燒結(jié)并提高連接器的 壽命。
另外，本發(fā)明的高性能連接器可通過以下方式制造，所述方式包 括但不限于對管狀材料進(jìn)行激光切割、等離子蝕刻、圖案蝕刻、圖案
電鍍、涂層電鍍、LIGA電鍍及其組合。盡管具有橢圓、方形、多邊 形截面的管也屬于本發(fā)明的預(yù)期，但是本發(fā)明的管通常為具有圓形橫 截面的圓柱體。例如該管可以是具有圓形橫截面的、四周壓平的圓 柱狀管。在另一個變體中，連接器可制造為基片帶電體結(jié)構(gòu)的一部分。 激光退火、快速退火、離子束處理、酸洗、淬火、熱處理以及現(xiàn)有技 術(shù)中已知的其它處理方法都可用于提高連接器的彈簧材料的特性。 本發(fā)明實施方案中的雙端連接器還產(chǎn)生了其它的有益效果，在該雙端 連接器中，其每一端是可互換的或者等價的。圖2A、 2B和2C是該連 接器的實施方案，其中，底端等同于頂端，并且將連接器的頂端配對 至具體的端子接線柱所需要的機(jī)械力基本與將連接器的底端配對至具 體的端子接線柱所需的機(jī)械力相同。兩端的等同可通過在管的底端切 割與在頂端切割的圖案互成鏡像的圖案而獲得。該圖案可相對于與管 軸垂直的平面對稱，如圖2B所示。該圖案也可相對于管軸上的點對 稱，如圖2A所示。另外，底端圖案可繞著軸相對于頂端圖案旋轉(zhuǎn)且 基本上不改變底端圖案和頂端圖案的操作的等同。
在連接器裝配成為陣列時，圖2A、 2B和2C中的雙端連接器提供 了重大的制造優(yōu)勢?？赏ㄟ^自動化的裝備將單獨的連接器插入帶電體 片上的孔陣列中，而不需要檢測和確定連接器處于朝上或者朝下的配 置。在本實施方案中，多種雙端連接器的形狀向凸塊提供相同的插入 力。圖2A示出了一種雙端連接器，其頂部和底部的四個管腳形成右 手螺旋。圖2B示出了一種雙端連接器，其頂部的四個管腳形成右手 螺旋，其底部的四個管腳形成左手螺旋。圖2C為一種雙端連接器， 其頂部的四個管腳和其底部的四個管腳相對于連接器的軸形成一定的 角度，該角度在沿軸線的距離上變化以形成Z字形圖案。盡管具有等 同的兩端的雙端連接器在簡化制造裝配方面提供了有益效果，但是本 領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明的雙端連接器不需要具有機(jī)械上等 同的兩端。例如在某個特定的應(yīng)用中，期望連接器的一端穩(wěn)固地連 接于配對的接線柱，而另一端可不費力地與其配對的凸塊脫離。用于 這些特定應(yīng)用的高性能連接器將具有機(jī)械上不等同的頂端和底端。
本發(fā)明的雙端連接器提供一種裝置，用于電子和機(jī)械地連接相應(yīng)的一對端子接線柱，從而為二者提供高性能的電連接。圖3A示出了 雙端連接器34,雙端連接器34置于頂部端子接線柱40和底部端子接 線柱44之間。在本實施方案中，底部端子接線柱44是0.5毫米直徑 的錫-金3.5焊接球，所述焊接球焊接于位于聚酰亞胺印刷電路板33上 的銅墊46中。相應(yīng)地，頂部端子接線柱40是0.5毫米直徑的不銹鋼 球，球上鍍有鎳/金薄膜，并熱壓縮結(jié)合于位于聚酰亞胺印刷電路板33 中的通孔上的鍍金銅墊38中。連接器34是2毫米長的304型不銹鋼 管，其內(nèi)徑為0.44毫米，外徑0.55毫米，其沿著頂端和底端分別切割 成4個螺旋狀彈性管腳36和38，彈性管腳的軸長均為0.75毫米。圖 3B示出了經(jīng)過向下促進(jìn)而與底部端子接線柱44接合并配合后的連接 器34。圖3C示出了下一步，其中，通過將電路板30向下推進(jìn)使頂部 端子接線柱40與連接器34配合，從而使頂部端子接線柱40與連接器 34的管腳36接合。圖3C中的連接器34將頂部端子接線柱40和底部 端子接線柱44機(jī)械地保持在一起，同時使其電連接。在連接器34與 端子接線柱44配對過程中，通過基底30的輔助振動，約20克的插入 力顯著降低。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不需要夾具或機(jī)械約束，如34的連接 器陣列就可用于將電子裝置(比如電路板30)電子地和機(jī)械地連接到 系統(tǒng)(比如電路板32)。連接器34可配置有管腳36和38，以使得在 配合時通過接線柱40周圍的管腳36的夾持作用，接線柱40可被抓住 且向下推動。同樣地，對于管腳38相同的配置，通過接線柱44周圍 的管腳38的夾具作用，接線柱44可被抓住并向下推動。通過的管腳 36和38的特別設(shè)計的裝置，在接線柱40和44與連接器34配合后， 連接器34可將電路板30向電路板32拉動。通過該實施例，管腳36 更優(yōu)選地設(shè)計成在位于接線柱40周圍最大范圍內(nèi)的多個點處在接線 柱40的周圍接觸。采用這種方法，第一電子裝置的基片30可安裝到 第二電子裝置的基片32上，而不需要機(jī)械夾具或約束。在配對時，連 接器34將第一和第二電子裝置拖動到一起，并使它們在縱向和橫向方 向上均保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。通過向基片30向上施加足以克服將端子接 線柱40保持在連接器內(nèi)的保持力的足夠的力，可將第一電子裝置卸 下。
在要求連接器34永久地連接于電路板32的某些特定的應(yīng)用中，
通過熔化接線柱44的焊接塊而將連接器34焊接到位于印刷電路斧反基 片32上的接線柱44上，從而將其永久地固定于位于基片32上的^l妄線 柱44。在其它特定的應(yīng)用中，在電路板30與電路板32通過加熱裝配 形成永久連接之前，可臨時將電路板30與電路板32連接，以測試裝 配系統(tǒng)。在該應(yīng)用中，凸塊40和44都是由焊接料或者涂有焊料的金 屬球形成的，以便加熱導(dǎo)致焊接凸塊的流動，從而將墊46焊接到連接 器34的管腳38上，并將墊38焊接到連接器34的管腳36上。通過防 焊件(solder stop)可防止焊接料流向管腳36和38,所述防焊件可為 氧化鎳或者其它本領(lǐng)域公知的防焊件。
包括但不限于圖4a到圖4F所示的端子接線柱適合用于根據(jù)本發(fā) 明的電連接器。圖4A中的端子接線柱50是焊接到印刷電路板56上 的銅墊54上的焊接球。在焊接塊融化或者重新流動時，在表面張力的 作用下，焊接塊通常呈現(xiàn)為球狀。焊接球可具有固體金屬的球核，比 如鍍鎳的銅球。焊接塊也可機(jī)械地形成為焊接接線柱和焊接柱，例如 在由佛蒙特州伯靈頓市的IBM微電子公司(IBM Microelectronics of Burlington, Vermont)得到的柱柵陣列中。焊接塊50通常是軸對稱的。
圖4B中的端子接線柱60是通過熱超聲或者熱壓縮焊接附接于印 刷電路板66中的金屬環(huán)64上的固體金屬球62。優(yōu)選地，熱超聲焊接 可用于將鍍鎳/鍍金的銅球62固定到鍍金的銅環(huán)64上。端子接線柱60 適合于與本發(fā)明的高性能電連接器配對，用于焊接塊不適用的高溫應(yīng) 用。球62是球形金屬球，所述金屬例如但不限于黃銅、青銅、不4秀 鋼、碳鋼，銅、銀、鎳及它們的合金。金屬球62可具有鎳、錳、金、 鈀、銀、銠、鋨以及它們的合金的薄的涂層，用于防止球的腐蝕?？?選地，球62也可由表面覆蓋有金屬薄膜的聚合物、玻璃、中空聚合物 或者其它的絕緣材料制成。端子凸塊60的球62可提供為多種尺寸， 用于調(diào)節(jié)和控制用于配合于本發(fā)明的連接器的接合/脫離力。例如具 有大直徑的球可與連接器的底端配合，而具有小直徑的球可與連接器 34的頂端連接，以相對于容易地將上方的球與連4妄器34 4妄合和,人連
接器34脫離。
圖4C中的端子接線柱70為金屬接線柱74，所述金屬接線柱74 具有軸對稱的頭部72和固定于印刷電路板76上的電鍍通孔78中的延 伸端。接線柱74通常在工業(yè)上可利用如Swiss制造的黃銅插針。接線 柱的頭部72具有斜面或者圓形的邊緣，該邊緣有利于與本發(fā)明的高性 能電連接器配合
端子接線柱80含有金屬凸起部82,其通過將如鎳、通、鎳-金、 錫-金的金屬或者其它電化學(xué)領(lǐng)域公知的材料鍍于位于基片86上的墊 片84上而制成。端子接線柱80的尖端70可由不同金屬制成，以便易 于與連接器配合。接線柱82的周圍可起到高度的功能，以進(jìn)一步有利 于與連接器34的配合。可選地，接線柱70可通過蝕刻一層金屬(如 銅、鎳或者各種合金)而制成，從而無需使用圓柱狀的凸起部82。
端子接線柱90為由凸緣94保持在基片96的表面上方的金屬球 92。當(dāng)與本發(fā)明的連接器34或其它具體實施方案配對時，這種提高的 端子接線柱90可提供增強(qiáng)的機(jī)械保持特性。示例性地，端子接線柱 90可通過在基片96上首先堵上圓形環(huán)狀物96而制成。球92可選擇 為具有鎳和金的薄的表面涂層的銅球。如電子封裝領(lǐng)域公知的，球92 可通過熱超聲焊接或熱壓焊與凸緣94連接。
端子接線柱100可提供在基片上方突出的其它端子接線柱所不能 提供的低輪廓的有益效果。接線柱100可通過在集成電路板106的上 表面切割圓環(huán)104而制成。接線柱100的頂部102及側(cè)壁108和110 通常通過無電鍍播種鍍上一層金屬薄膜(例如銅)，然后將凸環(huán)電鍍至 期望的厚度。端子接線柱IOO提供與連接器34配對的凹面110。
圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明一個或者多個實施方案的配對連接器裝 配130。圖5A示出了配對前的、裝配的部件。球122通過凸緣124連 接于基片126,從而提供用于與連接器132配對的端子接線柱。連接 器132包括金屬管，所述金屬管的頂端由從管的中部到底部的一個或 多個螺旋狀的槽切割，^^而形成具有彈性管腳134。管腳134的近端 保持固定于管的中部，并且其遠(yuǎn)端可自由彎曲。連接器132通過焊接 料146附接于位于保持在具有鍍層的孔140中的底端的基片120上。
導(dǎo)線148通過通孔142經(jīng)焊料塊148與連接器132連接。通過將基片 126向下推動，球122與連接器132配合，從而^吏得彈性管腳134向 外遠(yuǎn)離連接器132的軸。管腳134以一定的高度在球122的周圍與其 接觸，在所述一定高度處，球122的周長接近最大值。管腳134向內(nèi) 推動球122，以使球獲得積極的電接觸，夾持球并保持球處于連接器 132內(nèi)。兩個或者更多個彈性管腳在球周圍的兩個或者更多個點與球 接觸。
連接器裝配130提供可抵御沖擊和振動的電接觸。彈性管腳134 夾持J求122,并通過彎曲以允許^M黃向和縱向移動，而不+>開對5求122 的夾持。盡管會保持對球122的夾持，但是機(jī)械壓力、振動、機(jī)械沖 擊力、扭曲和熱循環(huán)會導(dǎo)致管腳134的彎曲。示例性地，圖5C示出 了垂直移動后的基片126，其向連接器132施加壓力，并使彈性管腳 134彎曲并沿著該垂直方向擴(kuò)張。盡管管腳134沿著垂直方向擴(kuò)張和 彎曲，但管腳134仍可保持對球122的夾持以提供連續(xù)的電接觸。另 外，管腳134的彎曲顯著減小了球相對于連接器132的、由于作用于 裝配130的振動或其它機(jī)械壓力而引起的磨耗。球相對于連接器132 表面的磨耗或者磨損的減少提高了連接裝配130的可靠性并延伸了其 壽命。眾所周知， 一個金屬表面相對于另一個金屬面的、由于磨耗引 起的磨損會在接觸區(qū)域產(chǎn)生細(xì)小的碎片，這些碎片會降低兩個金屬面 之間電連接的電可靠性。優(yōu)選地，為降低磨損，彈性管腳134由在連 接器132的周圍等間距切割兩個或者更多個槽形成，其中，每個槽都 以相對于連接器軸優(yōu)選地為為15°到75。的角度切割，更優(yōu)選地，該角 度為20。到70。。另外，更優(yōu)選地，管腳134由這樣的槽形成，即，其 切割的長度沿槽虛構(gòu)中心線測量至少與連接器13 2的管的外周長的一 半一樣長。
連接器132的進(jìn)一步改進(jìn)152用于將球122沿其軸向拖進(jìn)連接器。 圖5D示出改進(jìn)后的連接器152，連接器152的改進(jìn)為修改管腳154間 的槽158，以加寬沿著軸進(jìn)行測量的、槽158與連接器152的頂部的 距離。在球122與管腳154接觸的范圍內(nèi)，每個槽158到連接器152 的頂部的距離的增加導(dǎo)致管腳154將球122進(jìn)一步拉入連接器內(nèi)。這
種向內(nèi)的導(dǎo)向力是由于球沿著連接器152的軸的運動導(dǎo)致管腳152的 彎曲而引起的。為了產(chǎn)生作用在球122上的向內(nèi)的導(dǎo)向力，不必使連 接器152上的管腳凸出、將連接器152的管壁傾斜、使管腳154向管 的軸向彎曲、或者使管產(chǎn)生其它的變形。未配對的連接器152的管的 內(nèi)、外壁均是直的且與管的軸平行。未配對的連接器152包括常規(guī)圓 柱體的一部分，其管壁是沿著圓柱體的軸的環(huán)狀凸出物。優(yōu)選地，該 環(huán)是圓形的，且該圓柱體是常規(guī)圓柱體。由于不需要對連接器管的狀 體進(jìn)行凹陷、壓印、扭曲或者其他的變形，連接器152就可向配對球 122施加向內(nèi)的力或壓力，所以連接器152可通過激光以與根據(jù)本發(fā) 明的一種或者多種實施方案一致的具體圖案對管進(jìn)行切割而容易地制 造。
根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個實施方案，管狀連接器元件配置可如 圖6B所示地配置在同軸連接器裝配200。同軸連接器裝配200包括位 于頂部基片180上的端子接線柱186、位于頂部基片上的端子環(huán)面182、 附接于底部基片上傳導(dǎo)插孔212的內(nèi)部連接器190、和附接于底部基 片208上的傳導(dǎo)環(huán)形插孔206的外部連接器198。根據(jù)本發(fā)明的一個 或者多個實施方案，內(nèi)部連接器190通過到傳導(dǎo)插孔212的焊接料202 連接線連接于信號線204 。信號線204可為同軸電纜的中間導(dǎo)體(為便 于發(fā)明原理的示出，該部分未示出)，其中同軸屏蔽電連接于傳導(dǎo)插孔 206。同軸的連接器裝配200提供高性能信號連接，其中，內(nèi)部連接器 190攜帶的信號與周圍的電干涉屏蔽。裝配200還提供約Zo=601 n(D/d) 的控制電阻的連接，其中D是外部連接器198的內(nèi)徑，d是內(nèi)部連接 器190的外徑。
圖6A示出了配對前的同軸連接器裝配200，盡管圖6A同時示出 了外部連接器198和內(nèi)部連接器190均固定于底部基片208,但是內(nèi) 導(dǎo)體可固定于底部基片，而外部連接器198可固定于頂部基片?？蛇x 地，內(nèi)部連接器190和外部連接器198均可通過插入薄片固定，以便 內(nèi)部連接器和外部連接器的頂端在插入薄片的上方延伸，以與頂部基 片上的接觸端子配對，并使得內(nèi)、外部連接器的底端在插入薄片的下 方延伸，以與底部基片上的接觸端子配對。如超聲振動、聲學(xué)振動、
脈沖震動等的機(jī)械振動可用于促進(jìn)連接器的配對或解配對。
同軸連接器裝配200在提供易微型化的簡單的機(jī)械同軸連接器方 面提供了有益效果。同軸連接器的一個或者多個實施方案是自我鎖定 的，且不需要夾具、夾子、卡口燈座、抓斗保持件或者用于保持配對 的其它保持裝置。將會理解，在某些確定的應(yīng)用中，可期望附加的機(jī) 械約束或夾具，以確保配對連接器在高機(jī)械壓力的環(huán)境下保持配對。
連接器190和198在震動、振動、瞬時熱機(jī)械壓力下保持可靠的同軸 電連接的才幾械順從性可4是供其它的有益效果。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理 解，連接器190和198可為雙端的，其頂端和底端具有機(jī)械等同性， 以在簡化大量產(chǎn)品的裝配，這是因為管狀連接器在固定于基片208之 前可向上或向下定向?；谏鲜龊推渌挠幸嫘ЧS連接器的一 個或者多個實施方案可用于電路板之間的高性能連接，可用于安裝高 頻微電子器件，可用于與以測試為目的的電子系統(tǒng)的暫時連接，可用 于同軸電纜之間的連接、以及其它工業(yè)上顯而易見的應(yīng)用。
圖7A是一個實施方案沿著剖面線A-A'的橫截面圖，其中雙端連 接器300的連接器陣列320置于穿過帶電體片316上的孔中。在本實 施方案中，雙端連接器300具有等同的頂端和底端，在將給定的接線 柱插入連接器300頂端上的管腳328所需要的力基本上等于將接線柱 插入連接器300底端上的管腳338所需要的力。四個彈性螺旋狀管腳 326由從連接器300的中部延伸到連接器頂部的四個螺旋狀槽304形 成。管腳338的近端固定于位于連接器300中間部分的凸緣區(qū)域342 周圍，其遠(yuǎn)端可自由彎曲。當(dāng)接線柱沿著連接器300的縱向軸向下插 入時，彈性管腳326遠(yuǎn)離軸向外彎曲，^更于容納接線柱并在接線柱的 周圍與之接觸。
每個連接器300都保持在帶電體片316上的孔中，從而連接器300 的頂端從帶電體片垂直地向上延伸，其底端從帶電體片垂直地向下延 伸。每個連接器300都是不銹鋼304管，所述不銹鋼304管具有四個 螺旋狀的槽302和304，這些槽從管的中部的凸緣342向管的底端延 伸。槽302和304是0.05毫米寬的切片，并由Nd-YAG激光切割0.05 毫米壁厚的管而獲得。在通常的實施方案中，槽302和304以與管的
縱向軸垂直的面成30。角地傾斜。連接器300的管長2毫米，其內(nèi)徑 為0.44微米，外徑為0.55毫米。通過用粘合劑318將帶電體片316 連接于位于每個連接器中間的凸緣342，將每個連接器300附接于帶 電體片316。帶電體片316包括0.05毫米厚的由Be-Cu合金172制成 的頂部金屬層308,以及0.05毫米厚的由Be-Cu合金172形成的底部 金屬層306, 二者之間夾有絕緣薄層310。粘合劑318是從絕緣層310 向外流的B級的環(huán)氧膠，其包括0.05毫米厚的B級環(huán)氧膠、0.05毫米 厚的聚酰亞胺和0.05毫米厚的B級環(huán)氧膠。選自連接器陣列320上的 連接器300的第一組連接器通過金屬標(biāo)簽312電連接于頂部帶電體金 屬層308。圖8A中橫截面透視圖更清楚地示出了第一組連接器固定于 帶電體片316的詳細(xì)資料，其中示出了金屬標(biāo)簽312由標(biāo)簽相對管中 間凸緣342的彈性變形而保持。金屬層308可將選自連接器300第一 組連接器連4矣到電源分布電路或者接地分布電路?？蛇x地，選自連接 器300的第二組連接器可通過金屬標(biāo)簽314電連接于底部金屬層306。 金屬層306可將第二組共同地連接到接地電路、電源電路、屏蔽電路 或者其它共有的電路。圖7C中的連接器陣列的俯視圖示出了第一組 所選的連接器通過金屬標(biāo)簽312與頂部金屬層的共同連接，以及第二 組所選連接器通過金屬標(biāo)簽314 (如虛線所示)與底部金屬層的其它 公共連接。
帶電體片316在預(yù)定的位置夾持連接器300陣列。除了上述的實 施方案的構(gòu)造之外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，帶電體片也可具有其 它配置來夾持根據(jù)本發(fā)明的連接器。示例性地，帶電體片316可包括 一層或者多層絕^彖材料，例如聚酰亞胺、G-10、UltenA由GE Polymers 公司提供)、玻璃加固環(huán)氧膠、金屬加固環(huán)氧膠、液晶聚合物材料和其 它的聚合物。 一種或者多種粘合材料包括但不限于B級環(huán)氧膠、FEP、 PFA、 Ultem 、聚丙烯酸酯塑料、PTFE、聚乙烯、聚酰胺和聚酰胺混 合物。粘合劑材料可以薄片狀、層狀(如bondply laminates )、可分配 的粘合材料中的絲網(wǎng)印刷膏(如馬里蘭州巴爾的摩市的CTI公司(CTI， Inc. of Baltimore, Maryland)提供的B級環(huán)氧膠)和其它公知的粘合劑 材料。帶電體片316可通過壓花、壓印、打孔、拉伸和機(jī)械成型形成，
以適合于特定的應(yīng)用。
在其它的變體中，帶電體片316可包括一層或多層金屬層，所述 金屬層提供熱傳導(dǎo)、地面連接、電源連接、電磁屏蔽、熱膨脹控制、 機(jī)械鋼化、內(nèi)部連接器屏蔽、連接器電阻控制、壓力密封、金屬層間 的積分電容、輻射屏蔽、分離部件的安裝裝置、額外導(dǎo)線層的基片、 過壓保護(hù)接地、壓力緩沖彈簧和本領(lǐng)域公知的其它應(yīng)用。盡管圖7A 到7C示出了薄的金屬層306和308,但是金屬層可具有任意的厚度， 所述金屬層包括從連接器300的中部延伸到頂端的第一金屬層和從連 接器中部延伸到底端的第二金屬層。該厚度的金屬層用于提供連接器 之間的屏蔽。示例性地，通孔的直徑可變化，第一孔徑的用于電源和 接地的連接器，第二孔徑的用于信號連接器。金屬層可通過本領(lǐng)域共 公知的裝置連接于連接器300中的任意一個或多個，所述裝置包括但 不限于彈簧驅(qū)動接觸、焊接、熱超聲接合、激光焊接、傳導(dǎo)粘接劑 連接、壓力安裝和擴(kuò)散搭結(jié)。金屬層可通過絕緣裝置與連接器300中 的其它連接器絕緣，所述絕緣裝置包括處于連接器中間的絕緣管、 金屬表面的絕緣膜層、電鍍得絕緣膜、絕緣粘接劑材料、空氣間隙和 工業(yè)上公知的其它絕緣裝置。選取的金屬層可連接于提供電源、接地、 信號、時鐘定時、底盤接地以及其它的電子裝置的電路。
圖7A-7C中示出的連接器300是雙端的，其中，連接器頂端和底 端具有機(jī)械等同性。在某些特定的應(yīng)用中，期望連接器的頂端要求低 的力以與球狀接線柱接合或者解除接合，而連接器底部需要較高的力 以與相同的球狀接線柱接合或者解除接合。例如，期望在與頂部球狀 接線柱與連接器解除接合時，使連接器保持與底部球狀接線柱的接合。 在本實施例中，將連接器底部的管腳設(shè)計為僵硬的，而頂部管腳設(shè)計 為不太僵硬的。管腳的硬度可通過加寬槽的寬度、降低管壁的厚度、 改變連接器上管腳的數(shù)量、延伸管腳的長度、由機(jī)械模型操作改變管 腳的形狀而減弱。
連接器陣列320用于將頂部基片322上的接線柱326的第一陣列 機(jī)沖成地和電子連接到相應(yīng)的底部基片332上的接線柱336的第二陣列。 通過在位于連接器陣列320中的連接器300上方的頂部基片頂部322
上并置第一接線柱陣列、在位于連接器陣列320中的連接器300下方 的底部基片上并置第二接線柱陣列、以及將頂部基片322向下地向底 部基片332推動而實現(xiàn)連接。由此，頂部基片332上的接線柱326可 與位于連接器300頂端的管腳配合，其中每個管腳都在接線柱326的 周圍與之接觸，接線柱336與連接器300底端的管腳配對。連接后， 連接器陣列320將頂部基片322和底部基片332片幾械地保持在一起， 而不需要夾具或其它的約束裝置，盡管這些裝置可附加以進(jìn)一步防止 機(jī)械震動導(dǎo)致的損害。
連接器300將頂部基片.322上的配對接線柱326和底部基片332 上的配對4妄線柱336彈性地保持在一起，由此，*接線柱326相對于才姿 線柱336可沿著橫向和縱向地略^效移動，而不喪失二者之間的電子和 機(jī)械連接。在一個或者多個實施方案中，頂部基片322可相對于底部 基片332橫向或縱向地移動0.5毫米，而不會使頂部基片322上的接 線柱326與底部基片332上的接線柱336之間失去接觸。頂部基片322 相對于底部基片332的移動通過管腳328和338適量的彎曲而適應(yīng)， 其中管腳328從凸緣324向連接器300的底端延伸，管腳338從凸纟彖 324向連接器300的頂端延伸。
配對后，作用于頂部基片322的向上的力使得連接器300的管腳 328向上延伸，而不與接線柱326失去連接，并4吏管腳338向下延伸， 而不與接線柱336失去連接。盡管存在振動、機(jī)械震動、熱失諧、加 速力、重力、和某些閾值之下的其它壓力，但是管腳328和338的彈 力使連接器300能夠保持接線柱326和328間的電接觸和機(jī)械接觸。 根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的連接器能夠經(jīng)受作用于與20克 的連接器配對的接線柱上的力，而不破壞它們之間的接觸。為了使管 腳具有足夠的彈性，管腳328之間的槽304相對于與垂直于連接器的 軸的平面測量的角度為15°到75° ,或者更優(yōu)選的為20°到70° 。 更優(yōu)選的是，當(dāng)在管的外徑上測量時，管腳328之間的每個槽304沿 其中點測量的長度都至少是連接器管的周長的一半。另外，與連接器 接合的接線柱的保持力的機(jī)械特性可通過加寬槽304的寬度(其隨與 頂端366的軸向距離的增大而增大)而提高，也可類似地通過加寬槽
302的寬度(其隨與底端368的軸向距離的增大而增大)而提高。隨 著與連接器300底部的距離的增加而導(dǎo)致的槽304寬度的增加會在配 對球上產(chǎn)生向內(nèi)的導(dǎo)向力，該導(dǎo)向力是當(dāng)球沿著連接器300的軸區(qū)i或 移動時，與球的周圍接觸的管腳328向球施加的。優(yōu)選地，球以這才羊 的方式安裝到基片上，即，使得最大圓周處位于安裝有球的基片表面 上方。盡管包括但不限于圖4所示的接線柱50、 60、 70和90的接線 柱是優(yōu)選地，但是連接器將在更寬的接線柱幾何范圍內(nèi)獲得滿意的才喿 作。
本發(fā)明可在實踐中用于將一個電子裝置與另 一個電子裝置機(jī)械地 固定和電子地連接。圖10示出了裝配420,其包括通過連接器陣列422 安裝于印刷電路板426上電子器件428。連接器422中的每一個均具 有2個或者更多個向上的管腳，這些管腳用于夾持位于裝置428底面 上的BGA的球(不可見)。連接器陣列422不需要依靠機(jī)械夾具就可 保持裝置428在適當(dāng)?shù)奈恢?，以在正常機(jī)械壓力周期內(nèi)維持電接觸。 可選地，可附加夾具以保護(hù)裝置422的連接抵御強(qiáng)的機(jī)械壓力突發(fā)事 件。連接器422的彈性管腳可彎曲以保護(hù)裝置428抵御作用于基片426 的振動和機(jī)械沖擊。本發(fā)明另外的有益效果歸功于連接器422的配對 特性，其中將配對好的連接器422從BGA上拔下來需要的力大于將連 接器陣列接合到BGA上的力。因此根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案 的連接器422能保持電子器件428抵御大于插入力的拔下力。該有益 效果使得能夠用較小的力使裝置容易地安裝到基片上，同時保持裝置 抵御更大的振動和沖擊的影響。運用振動、超聲能量等有利于裝置428 的拔下，其可減少將裝置428從基片426上拔下所需的力。
根據(jù)本發(fā)明的一個或者多個實施方案的連接器422適合在連接器陣 列中應(yīng)用，所述連接器陣列用于將BGA裝置固定到基片上。示例性地而 非限制性地，連接器422可為圖8A中的連接器300、圖8B中的連4妄器 370和圖5D中的連接器152。如上所述，連接器300是附接于帶電體片 的雙端連接器。連接器370是由焊接料連接372經(jīng)由基片386中的通孔 382附接于底端的雙端連接器。圖8B中的連接器370在裝配上提供有益 效果，即，因為連接器的一端與另外一端是等同的，因此可將連接器370
的任一端可焊接于通孔382中而不需要確定連接器向上或向下。圖5D示 出了具有槽158的連接器152，槽158寬度隨著到連4妄器的頂端的軸向3巨 離的增加而增加，槽寬的增加會在配對球上產(chǎn)生向下的力，使得球在縱 向范圍內(nèi)被向下拉動，在該縱向范圍內(nèi)，槽158的寬度隨著到連接器152 的頂端的距離的增加而增加。
示例性地，圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案的另一 應(yīng)用，其中，連接器402排列于端子塊400中。 一對連接器402夾持 于殼體410上的洞406中。殼體410可具有金屬表面，以便將電連接 器402與環(huán)境電噪聲屏蔽開。連接器402適用于與配對的端子塊(未 示出)中的一組相應(yīng)的接線柱配對。盡管每個連接器402都不需要夾 持力就可保持與之配對的接線柱，但是當(dāng)來自配對端子塊的螺絲釘通 過孔408附接時，端子塊400可具有安裝接線片412和安裝螺絲孔408， 以提供附加的機(jī)械穩(wěn)定性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，任意數(shù)量的才妻 觸器可置于每個洞內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施方案，連接器402 可是單端或者雙端的。其它的連接器結(jié)構(gòu)、屏蔽方法、安裝方法、夾 具和支架對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯而易見的。
已參照具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了解釋。但是，其它的實施方 案對于本領(lǐng)域以的技術(shù)人員也是顯而易見的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn) 識到多種變化、修改和替換。因此，本發(fā)明僅受到所附的權(quán)利要求的 限制。
權(quán)利要求
1. 一種多觸點電連接器，其用于與電子裝置連接的微尺寸導(dǎo)電陽性配對部件進(jìn)行電接觸，所述連接器包括:管狀部件，其內(nèi)徑小于配對接線柱的最大外徑；以及螺旋切割于所述管狀部件的至少兩個槽，所述槽形成終止于所述管狀部件的第一端的至少兩個導(dǎo)電螺旋管腳，所述螺旋管腳用于在試圖將所述配對部件從所述管狀部件上去除時向所述接線柱施加機(jī)械阻力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，以與垂直于所述管狀部 件的縱向軸的平面成15°到75°的角切割所述管狀部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，所述管狀部件上的多個 管腳通過以下至少一種方法形成對管狀材料進(jìn)行激光切割、等離子蝕刻、圖案蝕刻、圖案電鍍、 層電鍍、LIGA電鍍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，其中，所述管狀部件是具有圓 形橫截面的中空圓柱體，并且所述切割的角度隨著沿所述圓柱體的位 置而改變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器，所述連接器具有與所述第一端 相對的第二端，且其中所述第二端和所述第一端是可互換的。
6. —種電連接器裝置，包括部件a. 圓柱形管，其具有導(dǎo)電材料的壁；b. 所述圓柱形管具有頂端和底端；c. 導(dǎo)電材料的凸塊，其接近于所述頂端；d. 所述圓柱形管的所述頂端由穿過所述壁的螺旋切割分為兩個 或者多個管腳；e. 所述螺旋切割相對于與所述圓柱體的軸垂直的平面成一定角 度地排列；以及f. 從而使所述管腳與所述凸塊接合，由此在所述凸塊上的多點產(chǎn) 生電接觸。
7. —種用于具有球柵陣列端子的微電子裝置的插座，所述插座包括a. 絕緣基片，其具有上表面和下表面；b. —個或多個接觸圓柱體，所述接觸圓柱體具有頂端和底端；c. 所述接觸圓柱體中的每個都具有薄的金屬壁；d. 所述接觸圓柱體中的每個的所述頂端都具有穿過所述壁的兩 個或更多個螺旋切割；e. 所述上表面上的一個或多個金屬接觸墊圈，每個墊圏都成型為 與每個所述接觸圓柱體的所述底端配合；f. 每個所述接觸圓柱體的所述底端都永久性地固定于所述接觸墊 圈；以及g. 從而每個所述接觸圓柱體都與和其配合的接觸器墊圈電接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的插座，其中，所述接觸墊圈形成在所述 基片的所述上表面中的圓柱形凹陷上。
9. 一種用于產(chǎn)生屏蔽的電連接的同軸連接器，包括a. 第一絕緣基片，其具有上表面和下表面；b. 導(dǎo)電的信號接觸圓柱體，其具有頂端和底端，其中，所述頂端 被切割成兩個或更多個管腳，所述底端固定于所述第一基片的所述上 表面；c. 導(dǎo)電屏蔽圓柱體，其具有頂端和底端，其中，所述底端固定于 所述第 一絕緣基片的所述上表面；d. 所述導(dǎo)電屏蔽圓柱體的位置設(shè)置為環(huán)繞于所述信號接觸圓柱體的周圍；e. 第二絕緣基片，其具有上表面和下表面；f. 導(dǎo)電觸點接線柱，其位于所述第二絕緣基片的所述下表面；g. 當(dāng)所述第二絕緣基片被向下驅(qū)動到所述第一絕緣基片上時，所 述第一絕緣基片上的所述信號接觸圓柱體的所述頂端和所述第二絕緣 基片上的所述接線柱之間產(chǎn)生電接觸。
全文摘要
一種用于連接接線柱或觸頭的插座連接器，其中，陰性元件在較小的插入力的作用下用具有尖端的彈性管腳夾持接線柱而保持積極的接觸；并且通過增加所述陰性元件響應(yīng)于回撤力而施加于接線柱的力，通?？勺柚蛊浠爻?。陰性元件包括彈性導(dǎo)電材料制作的管，該管以片狀或螺旋狀分割成相對的螺旋的管腳，以便使連接器的管腳呈螺旋狀分布在接線柱或者球狀凸塊的周圍，并且當(dāng)接線柱或凸塊沿著管的徑向插入時機(jī)械地夾持接線柱或凸塊。該管狀元件可通過從管的中部到管的一端進(jìn)行螺旋切割而在管的一端形成。
文檔編號H01R13/11GK101385204SQ200780005803
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者托馬斯·H·蒂斯特法諾 申請人:森蒂彼得系統(tǒng)有限公司