CN100583565C - 导电粒子填充的聚合物电接触件 - Google Patents

Abstract

一种穿过承载板在孔处进行模塑的导电填充聚合物接触件，包括：在模塑工艺之前作为插入件引入的细长导电框架，所述插入件保持系留在模塑的接触中，并且从上接触表面处或者接近上接触表面处穿过孔延伸，并在下接触表面处或者接近下接触表面处的相对端处终止，从而提供穿过接触件的长度的连续导电通路，由此降低了在模塑的聚合物接触件内粒子至粒子界面的序列的数目，进而增加了可靠性。

Description

导电粒子填充的聚合物电接触件

技术领域

本发明涉及电连接器，以及尤其涉及安装在内插板上的导电粒子填充的弹性体接触件。

背景技术

现代电子系统的性能需求已经要求使用增加的互连接触件密度。对于高密度连接器阵列应用，选择的普通连接器是平面栅格阵列(LGA)连接器，以实现例如模块和印刷电路板的典型设备之间的直接电互连。通过接触承载内插板来使得模块的接触件阵列与由电路板提供的配对接触件阵列之间能够电接合，其中通过将内插板接触件阵列与模块和电路板各自的配对表面对准，以及施加夹紧力而在模块和电路板之间机械地压缩内插板，来实施连接。

安装在内插板上的接触件必须彼此紧邻，以符合将被连接的电路板和部件上对准的栅格的密度。在满足了密度需求的同时，各个接触件必须在面对的设备接触表面之间提供可靠的电连接，并且必须与相邻的接触件完全隔离，以防止信号线之间的任何短路。尽管因模块和电路板的热膨胀系数的变化而导致相对移动，仍然必须完成该要求。

使用了若干种类型的LGA内插板接触件，包括：金属弹簧、网丝弹性连接元件(fuzz button)(一种卷曲成团的线丝柱体)和导电弹性体。本发明是对导电体填充的弹性体接触件的一种改进。

发明内容

本发明涉及一种导电填充聚合物(CFP)接触件，其中通过已经与固化剂和导电粒子混合的基本弹性体的传递模塑来生成接触件栅格。在模塑工序期间，在插在模件部分之间的电绝缘承载板中的孔处，通过对导电填充聚合物接触件进行模塑来形成LGA内插板。内插板用于连接由模块和印刷电路板提供的接触表面的两个阵列，其中所述模块将安装在所述印刷电路板上。通过足够大小的力在面对的接触表面之间压缩每个内插板接触件来将模块夹紧固定至电路板(内插板位于其间)以确保电互连，从而建立接触表面互连。尽管需要施加至每个接触件的力可以仅仅是1至4盎司，但是数千接触件的栅格可能需要相当大的压力。

导电粒子填充的聚合物接触件是选择的普通接触件结构。这种接触件容易遭受偶然发生的因粒子至粒子的电接触中断而导致的突波(glitch)。尽管在包括必须总是提供可靠电路经的数千接触件的栅格中突波的发生并不常见，但即使是少有的发生也是不能接受的。可能导致突波的典型条件是正被互连的印刷电路板和模块的热膨胀系数之间的差异。不同的系数可能引入相当大的横向剪切力，而该横向剪切力将导致粒子至粒子的电接触中断或者导致突波。本发明公开了一种用于降低突波风险的装置。

通过导电框架使得突波问题得以减少并使导电填充弹性体接触件的可靠性得到增强，在对接触件进行模塑之前，将所述导电框架作为穿过承载件的孔延伸的插入件而引入至模腔中，以提供从紧邻接触件主体上的一个接触表面延伸至接触件主体上的另一接触表面的导体。可以基于并联的粒子接触件界面(interface)的数量相对于串联的粒子接触件的数量来评估CFP接触的可靠性。使用导电填充聚合物，存在许多接触件跨过CFP接触件的任意给定截面。对于粒子大小均匀的、具有相同高度和直径的的接触件，并联与串联接触件的比值将为1，或者接触件可靠性将为单个界面的可靠性。然而，由于接触件主体高度大于直径，因此该比值实际上将大于1，这意味着实际上可靠性已经降低了(即，故障率增加了)。

导电框架的使用降低了在接合将被互连的设备接触表面的接触件上表面和下表面之间的串联电连接数量。穿过接触件长度延伸的导电框架的存在提供了穿过所述接触件长度的可靠电通路。正被连接的接触表面之间的通路(连接器的高度)可以是至导电框架的通路长度的8至10倍。通过有效地降低穿过连接器高度的连接器粒子界面的数量，到导电框架的较短粒子至粒子电通路增加了接触件的可靠性。这降低了穿过接触件高度的接触件体电阻。

由于接触件主体弹性属性是由弹性体的属性来控制的，因此导电框架并不必须具有弹簧的属性。这意味着，导电框架基本材料的电传导性可以是纯铜或者其它高导电的延展性材料。导电框架的内含物增加了通过降低对粒子表面接触的依赖性而实现的可靠性，并进一步使得接触件的截面尺寸更小且使得接触件间隔更近。

附图说明

图1示出了典型的平面栅格阵列套接硬件的分解图。

图2示出了图1的套接硬件的装配正视图。

图3是沿由两个相邻导电填充的聚合物接触件的中心线限定的平面所截取的接触件的截面图，这结合由接触件所互连的电路板和模块的部分而示出。

图4示出了沿接触件的垂直中心线所截取的导电填充的聚合物接触件的截面图，其中所述接触件包括本发明的导电框架。

图5和图6示出了本发明的实施中使用的导电框架的实施例。

图7示出了本发明的第二实施例，该实施例使用了比模制的接触件高度更长的导电框架。

具体实施方式

图1和图2示出了典型平面栅格阵列(LGA)套接组件10。图1是组件的分解图，而图2是图1的元件的装配图。LGA模块12在与印刷电路板14面对的下表面上承载了接触表面的栅格或者图案，而该印刷电路板14承载有接触表面的栅格或者图案，其中印刷电路板14承载的接触表面的栅格或者图案适合于对准所述模块并将所述模块电连接至所述印刷电路板上的电路。通过具有接触件的栅格或者图案的LGA内插板来实现电连接，所述接触件的栅格或者图案在LGA模块接触表面和印刷电路板接触表面之间对准。每个内插板接触件穿过电绝缘内插板承载衬底中的孔延伸，并保持系留在所述孔处，每个内插板接触件具有导电性且是可压缩的，用以在由模块12和印刷电路板14提供的面对的接触表面之间建立导电通路。刚性上部加强板18接合了LGA模块12的上表面，而刚性背部加强板20紧邻印刷电路板14的下表面。背部加强板20通过背部绝缘体21与印刷电路板14电隔离。背部加强板20下面是弹性板22。紧固至上部加强板18的载重柱(load post)24分别穿过LGA内插板16中的孔26、印刷电路板14中的孔27、背部绝缘体21中的孔28、背部加强板20中的孔29，并被固定至弹性板22，以便将LGA模块12紧固至印刷电路板14，并将内插板16上的连接器栅格与印刷电路板14上的接触表面的栅格对准。弹性板22横向滑动至载重柱24上，这允许形成在弹性板中的锁眼开口17和开端插槽19，以与载重柱中的外围凹槽25接合。LGA模块的接触表面栅格通过内插板边缘框架部分31与各自的内插板接触件对准，其中在图2的组装条件下，所述内插板边缘框架部分31围绕着LGA模块12。将朝着印刷电路板14推动LGA模块12的压力实施于载重螺钉32，其中所述载重螺钉32穿过弹性板22中的螺纹开口延伸并与背部加强板20接合。

图3是示出了一对典型的现有技术导电填充聚合物(CFP)接触件34的截面图，其中所述一对CFP接触件34在由柱面壁37限定的孔处安装在聚酰亚胺承载板36上。通过力F可以将接触件34在模块40表面处的衬垫或者接触表面38以及由印刷电路板44提供的衬垫或者接触表面42之间压缩，其中使用诸如图1和图2所示的套接组件来施加所述力F。接触件34每个均形成为填充有金属粒子的聚合物体，其中所述金属粒子具有这样的密度，使得粒子能够与相邻粒子接合并能建立从下表面46至上表面48的电通路。下表面46是位于承载板36下方且距承载板36最远的接触主体表面，如图所示，其与印刷电路板接触表面42接合。同样，上表面48是位于承载板36上方且距承载板36最远的接触主体表面。导电填充物通常是银粉。通过传递模塑来形成接触件，并通过与聚酰亚胺承载件36相邻的扩大的直径部分将该接触件紧固在承载板36中的孔处。

为了进行说明，将图3、图4和图7的图示放大了很多。在当前的实践中，典型的接触件34具有在接触件之间为1.0mm的总体高度和间距(箭头B)，以及在临近承载件处的直径为0.7mm。承载板厚度(箭头D-D)大约为0.125mm。

图4示出了在承载板51中的孔处进行模塑的接触件50，其中所述接触件50包括本发明的导电框架52。在进行导电填充聚合物接触件的传递模塑之前，将导电框架52插入在模腔中，以便于形成在完成的接触件之中保持系留(capture)的插入件。由于在聚合物接触件主体内保持系留导电框架，因此通过聚合物模塑工艺来控制制造公差，而不是通过导电框架制造工艺、放置或者变形来控制。还通过模塑工艺来控制信号完整性。接触表面是导电的，并控制相对于接下来的相邻接触件的电特性。可以由任何高导电材料来形成导电框架。由于形成了接触件主体的弹性体提供接触件的压缩和弹性特性，而不是由框架来提供，因此可以由纯铜或者其他有延展性的金属导体来形成框架。

导电框架52可以采取任何物理形式。例如，所述导电框架可以是柱面导体、形成为分裂柱体56的连续薄片(参见图5)、具有由金属丝网材料形成的带孔壁的分裂柱体58(参见图6)或者其它充当提供连续导电通路的细长导体的结构。导电框架用来提供从紧邻接触件顶部表面53至紧邻接触底部表面54的连续导电通路。由于从顶部表面53或者底部表面54到框架52的导电粒子至粒子通路比顶部表面53和底部表面54之间的导电粒子至粒子通路更短，因此接触件的可靠性得到增强。以单片柱体形式、分裂柱体形式或者具有一般的圆形横截面的穿孔形式来使用管状导体框架53，使得粒子至粒子导电通路到框架的连续导电通路的长度降低最优化。减小的接触件体电阻提供了改善的可靠性，并且在需要时还可以利用减小的接触件体电阻来减小接触件直径和接触件之间的间隙，以实现更大的接触密度。

图7示出了本发明的第二实施例，其中作为插入件保持系留在模塑的接触件中的导电框架比所述模塑的接触件的高度更长。较长的导电框架61将模件的顶部和底部接合，以形成从顶部表面63至底部表面64的连续导电通路。为了进一步调整导电框架的长度，可以形成导电框架61以促使其在中部弯曲(buckle)，或者被预先弯曲。通过更大地减小所需要的粒子与粒子接触，该形式的导电框架将进一步确保穿过接触长度的可靠电通路。

虽然已参考本发明的优选实施例示出并描述了本发明，但是应当理解，在并未脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节的改变。例如，除了已经示出和描述的形状之外，导电框架还可以采用许多形状，诸如螺旋线圈、扭曲的矩形或者穿过接触件提供导电通路且与接触件的传递模塑或者压缩相容的其他形状。

Claims (15)

1.一种导电填充聚合物接触件，用于电连接由将被电互连的电子设备提供的接触表面，所述导电填充聚合物接触件包括：

平面承载件，所述平面承载件中具有穿过所述平面承载件的孔；

导电填充聚合物接触件主体，所述导电填充聚合物接触件主体穿过所述孔延伸，并在所述承载件的每一侧呈现扩大部分，由此将所述接触件主体保持系留在所述承载件的孔处，

所述接触件主体在距所述承载件最远的所述主体部分上，在所述承载件的每一侧处提供相对面对的表面；以及

在所述主体部分内的电学导电框架构件，所述电学导电框架构件穿过所述主体部分延伸，具有分别与所述相对面对的表面紧邻端接的端部。

2.根据权利要求1所述的导电填充聚合物接触件，其中所述导电框架构件是金属管状元件。

3.根据权利要求2所述的导电填充聚合物接触件，其中所述导电框架构件是具有圆形截面的单个管状元件。

4.根据权利要求3所述的导电填充聚合物接触件，其中所述导电框架构件由延展性铜材料形成。

5.一种导电填充聚合物电接触件，包括：

平面承载板，所述平面承载板中具有穿过所述平面承载板的孔；

在所述孔处的导电填充聚合物接触件主体，所述导电填充聚合物接触件主体在所述承载板的每一侧具有扩大的直径部分，由此在所述孔处，将所述接触件主体保持系留至所述承载板；以及

电学导电框架，所述电学导电框架保持作为在所述接触件主体中的插入件，并穿过所述孔延伸。

6.根据权利要求5所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述接触件主体具有上表面和下表面，所述上表面和下表面分别是在所述平面承载板的每一侧距所述平面承载板最远的接触表面，并且所述导电框架从紧邻所述接触件主体的上表面延伸至紧邻所述接触件主体的下表面。

7.根据权利要求6所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架具有比所述接触件主体的上表面和所述接触件主体的下表面之间的距离更小的长度。

8.根据权利要求7所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架由延展性金属材料形成。

9.根据权利要求8所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架是管状的金属元件。

10.根据权利要求9所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架是柱面的金属元件。

11.根据权利要求9所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架由延展性铜材料形成。

12.根据权利要求5所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述接触件主体具有上表面和下表面，所述上表面和下表面分别是在所述平面承载板的每一侧距所述平面承载板最远的接触件主体表面，并且所述导电框架从所述接触件主体的上表面延伸至所述接触件主体的下表面。

13.根据权利要求12所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架的初始长度大于所述接触件主体的上表面和所述接触件王体的下表面之间的距离，由此在所述接触件主体的上表面和所述接触件主体的下表面处使所述导电框架变形。

14.根据权利要求13所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述导电框架由延展性金属形成，所述金属预先弯曲以使得能够变形。

15.根据权利要求14所述的导电填充聚合物电接触件，其中所述接触件主体由导电粒子填充的模塑聚合物形成，并且所述导电框架为柱面的延展性金属元件。

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