CN100459114C - 在衬底上形成接点阵列的电气装置 - Google Patents

在衬底上形成接点阵列的电气装置 Download PDF

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Abstract

一种电气装置，包括：具有贯通的开口的软平板绝缘衬底，和淀积在衬底一边上开口处的扁平导电端子，端子的一部分穿过开口形成，因此具有在衬底的两个相对边的两个相对端，其一端形成为端子的接点部分，另一相对端形成为粘附焊料珠的焊区部分。

Description

在衬底上形成接点阵列的电气装置
技术领域
本发明一般涉及一种电连接器技术，特别是一种在软平板绝缘衬底(flat flexible insulating substrate)上安装端子的技术。
背景技术
球栅阵列(ball grid arrays，BGA’s)和焊区栅格阵列(land grid arrays，LGA’s)用在例如电插座的各种电气装置中，以在小空间中设置端子或接点的大阵列。在规定的LGA电插座中可以设置2000个端子或接点。这些端子设置在衬底上，端子通常是用金属薄片材料冲压形成的，或者用小段金属丝制造的，并连接到衬底。每个端子具有能粘附焊料球的焊区。这样形成的高密度的球栅阵列使得大量端子的末端能够连接到其他的端子或接点。但是这种由一些小型元件的装配带来的复杂性使得制造成本比较昂贵。
已经有人尝试利用柔性电路技术消除单个的端子，但是这种试验所使用的整体模制硅树脂橡胶盘(integrally molded silicone rubber pads)等可以为单个的端子或接点提供足够的额定力。由于硅橡胶具有缓解高压应力的特性，要求所设计的产品在整个使用寿命中具有超乎正常的额定力，这就使得利用这种结构的电插座的机械设计变得极为复杂。
为了克服这些问题，本发明利用柔性电路技术并且利用独特的设计在平板柔性电路上形成端子。
发明内容
本发明的一个目的是，提供具有在平板绝缘衬底上的高密度端子的新的改进的电气装置。
本发明的另一个目的是，提供这种电气装置的新的改进的制造方法。
在本发明的典型实施例中，软平板绝缘衬底具有贯穿的开口。衬底一个面上在开口处淀积扁平导电端子。端子的一部分穿过开口形成，因此具有在衬底的两个相对面上的两个相对端，其一端形成端子的接点部分，另一端形成用于接收焊料球的焊区部分。
正如这里公开的，端子的连接部分分叉以提供众多的接点装置。焊料球附着到端子的焊区部分使电气装置为端接作好充分的准备。最好用合金弹簧材料制造包括接点部分的端子的至少一端。
本发明的一个实施例中，端子的两个相对端之一靠近开口位于衬底的上述一个面上，这一端包括端子的焊区部分。端子的另一端通过开口延伸并从衬底的另一相对面伸出，该端包括端子的接点部分。
在本发明的另一个实施例中，端子包括在其两个相对端之间的中心部分。该中心部分附着到衬底的上述一个面上。端子的两个相对端分别从衬底的两个相对面伸出。为了获得该结构，软衬底在中心部分靠近开口边缘的区域中折叠，从而使端子的一端从衬底的上述一个面伸出，端子的另一相对端从衬底的另一相对面的开口伸出并穿过该衬底。第二平板衬底附着到软平板衬底以保持其折叠区域。从衬底的上述一个面伸出的端子的一端包括端子的接点部分。端子穿过开口延伸的另一相对端包括端子的焊区部分。本发明还提供上述电气装置的制造方法。具体地说，软平板绝缘衬底的一个面上淀积扁平导电端子后，除去部分衬底在端子的至少一端下面形成开口。然后，端子形成穿过开口的一端，从而使端子的两个相对端分别位于衬底的两个相对面上。
在上述本发明的一个实施例中，端子的至少一端用具有不同应力系数的多金属层材料制造，因此该端在形成开口而除去的衬底的部分处穿过开口自动弯曲。
在上述本发明的第二实施例中，除去衬底的多个部分在端子的两个相对端下面形成两个开口，因此通过折叠软平板电路可以有效达到端子的两个相对端穿过这两个开口从衬底的两个相对面伸出。
通过以下结合附图的详细描述本发明的其他目的、特征和优点将变得更清楚。
附图说明
关于本发明的新颖性，在权利要求书的特征部分中具体阐述。参阅以下附图的详细描述可以更好地理解本发明以及本发明的目的和优点。附图中相同的元件用相同的数字标示。其中：
图1是按本发明第一实施例的电气装置的一部分的立体图；
图2是图1中所显示的装置的俯视图；
图3是该装置的侧视图；
图4是图3所示的右视图；
图5是按本发明第二实施例的电气装置的一部分的立体图；
图6是图5中显示的装置的俯视图；
图7是图5和图6显示的装置的侧视图；
图8是图7所示的左视图；
图9A-9F是说明图5-8显示的装置的制造方法的工艺流程图。
具体实施方式
首先参阅图1-图4所示，为本发明的第一实施例在电气装置10中的具体表现形式，该电气装置包括：用例如聚酰亚胺(polyimide)制造的软平板绝缘衬底12，贯穿衬底形成的多个孔14，淀积在衬底的一个面12a结合开口处的扁平导电端子16。
有这一点应了解的是，附图中只显示出软平板绝缘衬底12的一个角。正如以上背景技术中描述的电插座中的球栅阵列包括多达2000个端子或接点。在这种应用中，意味着电气装置10包括2000个开口和对应的2000个端子16。但是，这里为了简化，附图中消除了不必要显示的部分，附图中只显示出部分衬底12，以及与一个开口连接的单个端子16。在衬底12的面12a上为每个开口淀积一个端子16。
如上所述可以理解的是，端子16的一端18位于衬底12的面12a上。端子12的另一个相对端20穿过每个开口14伸出衬底的另一相对面12b。一端18作为粘附焊料球22的焊区部分。相对的另一端20形成端子的接点部分。如图4所示，接点端20分叉以提供众多的接点20a。
装置10在制造时，软平板绝缘衬底12由例如聚酰亚胺的原料制造而成。然后，在衬底的面12a上用各种工艺淀积多个扁平导电端子。例如，端子可以单独电镀到衬底的面12a上。用金属覆盖衬底的整个表面，然后，用光淀积工艺(photodeposition process)进行蚀刻从而形成单独的扁平端子。
软平板衬底12的面12a上淀积扁平端子之后，在衬底中形成开口14。该工艺步骤可以通过一系列工艺来实现，例如化学腐蚀衬底，选择性地形成开口。或者也可以用激光处理有效地形成开口。
衬底12中形成开口14后，端子16的接点部分或端头20通过穿过开口形成，并伸出衬底12的面12b，而端子的焊区部分或端头18保留在衬底的面12a上。本发明特有的原理是用类似于双金属弹簧的具有不同应力系数的多金属层材料制造端子，设计这种不同应力的电镀工艺，使每个端子的接点部分或端头通过各自对应的开口14而自动弯曲，该开口是通过除去衬底12上的一部分形成的。因此，端子16的端头20形成作为具有众多接点的弹簧触点部分，而不需要任何附加的或额外的弹簧元件。
图5-8所示为本发明电气装置10A的第二实施例。与装置10相同，装置10A包括：具有其上淀积有多个扁平导电端子16A的软平板绝缘衬底12A。每个端子包括接收焊料球22的焊区端18，和分叉的接点端20。以下参见图6详细描述，焊区端18穿过衬底12A中的开口26而形成，接点端20穿过开口28形成。
与图1-4显示的第一实施例相同，图5-8显示的第二实施例只有淀积在衬底12A上的单个端子16A。但是，可以理解的是，装置10A的衬底上也可以淀积和形成多个端子。
如图5-8所示，装置10A的衬底12A包括倒U形折叠30，该折叠使端子的焊区端或焊区部分18，以及接点端或接点部分从衬底的两个相对面伸出，如图7所示。图9A-9F显示出按本发明第二实施例的装置10A的制造工艺流程。具体地说，图9A和9B显示出用例如聚酰亚胺材料制造软平板绝缘衬底。扁平导电端子16A淀积在衬底的面12a上。该端子可以通过电镀或光淀积的工艺来淀积。每个端子包括在其一端的焊区部分18和在其相对的另一端的分叉的接点部分20。此外，中心部分32设置在两个相对端之间。下一个步骤是在每个端子的焊区部分18的后面形成开口26，在端子的接点部分20周围形成开口或切口28。这些开口或切口可以通过上述有关本发明第一实施例中描述的化学腐蚀工艺和激光除去工艺等工艺形成。
图9C和9D显示出制造装置10A的下一步工艺步骤。可以看到折叠部分形成于软平板衬底12A中，中心部分32(如图9A所示)仍然连接到折叠的一边(图9D的左边)。这使端子的焊区部分或焊区端18穿到开口26向下移动，并从衬底的相对面12b伸出。端子的接点部分或端头20离开它的开口或切口28(如图9A所示)，从衬底的面12a向上伸出。注意，软平板衬底的一部分40仍然连接到端子的接点部分20的背面。这就是为什么开口28在图9A中是“切口”，换句话说，切口简单地包围接点部分，衬底的剩余部分40附着到接点部分。端子材料对接点部分增加了一弹力。
图9E显示出附着到衬底12A的底部的第二衬底42。该第二衬底也可以用聚酰亚胺构成，并在衬底12A中有效地保持其折叠部分30。
图9F显示出最后的工艺步骤：将焊料球22粘附到端子的焊区部分或端子的端头18。当然，在整个装置中有多个端子和焊料球22形成高密度的球栅阵列(BGA)。
如图5-9F所示，在该第二实施例的装置10A中，端子16A最好用合金弹簧材料，例如铍铜(beryllium copper)或磷青铜(phosphor bronze)合金来制造。这样可以使端子的焊区端18和接点端20从衬底12A的两个相对面伸出时具有弹性，因而可以除去现有技术中那些附加的或额外的弹簧元件。
可以理解的是，在不脱离本发明的精神和特征的前提下，本发明可以用其他的具体形式实施。本发明的例子或实施例只是用于说明本发明而不构成对本发明的限制。本发明也不限于这里的详细说明。

Claims (10)

1.一种电气装置(10，10A)，包括：
软平板衬底(12，12A)，具有贯穿该软平板衬底的开口(14，26，28)；
扁平导电端子(16，16A)，淀积在软平板衬底一个面(12a)上的开口处，端子的一部分(18，20)是穿过所述开口而形成，由此端子具有位于软平板衬底的两个相对面(12a，12b)上的两个相对端(18，20)，其一端构成端子的接点部分(20)，端子的另一相对端构成接收焊料球(22)的焊区部分(18)，其特征在于，
所述的端子(16A)包括位于端子两个相对端(18，20)之间的中心部分(32)，该中心部分(32)附着到软平板衬底(12A)的所述一个面(12a)，端子的两个相对端(18，20)分别从软平板衬底的两个相对面伸出；以及
所述的软平板衬底(12A)在所述中心部分(32)靠近开口边缘的区域(30)折叠，从而使端子(16A)的一端(20)从软平板衬底(12A)的所述一个面(12a)伸出，端子的另一相对端(18)穿过所述开口(26)伸出软平板衬底的另一相对面(12b)。
2.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，还包括附着到所述软平板衬底(12A)的第二平板衬底(42)，以保持已折叠的所述区域(30)。
3.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，所述端子(16)的两个相对端的一端(20)延伸穿过开口(14)并从软平板衬底的另一相对面(12b)伸出，端子的另一相对端(18)位于软平板衬底(12)的所述一个面(12a)上靠近开口(14)处。
4.如权利要求3所述的电气装置，其特征在于，位于软平板衬底(12)所述一个面(12a)上靠近开口(14)处的所述的端子(16)的另一相对端(18)构成端子的焊区部分。
5.如权利要求4所述的电气装置，其特征在于，所述的穿过开口(14)延伸的端子(16)的一端(20)构成端子的接点部分。
6.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，所述的从软平板衬底(12A)的所述一个面(12a)伸出的端子(16A)的一端(20)构成端子的接点部分。
7.如权利要求6所述的电气装置，其特征在于，所述的端子(16A)的另一相对端(18)穿过开口(26)延伸，并构成端子的焊区部分。
8.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，所述的端子的接点部分(20)分叉，以形成众多的接点(20a)。
9.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，还包括粘附到端子的所述焊区部分(18)的焊料球(22)。
10.如权利要求1所述的电气装置，其特征在于，至少所述端子构成所述接点部分(20)的一端由合金弹簧材料制造而成。
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