CN103682726B

CN103682726B - 弹性导电体、电连接器及其制造方法

Info

Publication number: CN103682726B
Application number: CN201310448327.0A
Authority: CN
Inventors: 朱德祥
Original assignee: Lotes Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Lotes Guangzhou Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103682726A

Abstract

本发明公开一种弹性导电体、电连接器及其制造方法，该电连接器包括贯设有多个容纳孔的本体、收容于所述容纳孔内的多个弹性导电体，所述弹性导电体具有两个接触端分别用以电性接触第一电子元件和第二电子元件，所述弹性导电体包括硅橡胶、糅合于所述硅橡胶的低熔点的液态金属，所述液态金属选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，所述液态金属在所述两个接触端之间形成导电路径。本发明的所述液态金属的接触面积大，能够有效降低整个导电路径的阻抗，进而所述电连接器阻抗小，保证电流的正常传输，提供清晰、稳定的通讯效果。

Description

弹性导电体、电连接器及其制造方法

技术领域

本发明涉及弹性导电体、电连接器及其制造方法，尤指一种阻抗小的弹性导电体、电连接器及其制造方法。

背景技术

习用的一种电连接器用以与一芯片模块与一电路板对接，所述电连接器包括一绝缘本体，多个容纳孔设于所述绝缘本体内，每一容纳孔内设有一端子，所述端子采用金属材料冲压弯折成型，其一端与所述芯片模块对接，另一端与所述电路板对接。采用所述端子，由于冲压弯折等条件的限制，所述端子不可能做的很小，使得所述电连接器的体积较大，不适于小型化密集型的发展趋势。

目前有一种技术是在所述容纳孔内填充金属颗粒，主要是金或者银或者金银合金颗粒，金属颗粒之间彼此点对点接触，从而所述容纳孔可较小，使得所述电连接器的密度较大，体积也较小。然而，依靠所述金属颗粒彼此接触实现电性导通路径，其获得的弹性不足，且所述金属颗粒彼此之间点对点接触的方式，其接触面积小，使得所述容纳孔内的所述金属颗粒整体阻抗大，大约在30mΩ以上，造成正常电流的传输受到影响。

因此，有必要设计一种更好的导电体、电连接器及其制造方法，以克服上述问题。

发明内容

针对背景技术所面临的问题，本发明的目的在于提供一种阻抗小的弹性导电体及其该弹性导电体的电连接器，以及上述二者的制造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一方面，本发明提供一种电连接器，包括贯设有多个容纳孔的本体、收容于所述容纳孔内的多个弹性导电体，所述弹性导电体具有两个接触端分别用以电性接触第一电子元件和第二电子元件，所述弹性导电体包括硅橡胶、糅合于所述硅橡胶的低熔点的液态金属，所述液态金属选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，所述液态金属在所述两个接触端之间形成导电路径。

进一步，所述两个接触端分别显露出所述容纳孔。所述硅橡胶内糅合有金属颗粒和/或金属细丝。

另一方面，本发明还提供上述弹性导电体的一种成型方法，包括以下步骤：

s1.提供一种低熔点的液态金属，所述液态金属选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，在低于所述液态金属的熔点的环境下将所述液态金属制成多个固态的导电颗粒；

s2.在低于所述液态金属的熔点的环境下，将多个所述导电颗粒与未固化的硅橡胶材料搅拌混合均匀；

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料固化成型，得到具有两个接触端的弹性导电体。

进一步，步骤s2中，在未固化的硅橡胶内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。或者可选地，步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

进一步，步骤s2中，在多个所述导电颗粒与硅橡胶材料混合均匀后，多个所述导电颗粒之间相互接触导通。

另一方面，本发明还提供上述电连接器的一种成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料在一本体的容纳孔内固化成型，得到具有两个接触端的弹性导电体。

另一方面，本发明还提供上述弹性导电体的另一种成型方法，包括以下步骤：

s1.提供铟，镓，锡其中二种或者三种金属，在低于所述金属的熔点的环境下分别将所述金属制成多个固态的导电颗粒；

s2.在低于所述金属的熔点的环境下，将多个所述导电颗粒与未固化的硅橡胶材料搅拌混合均匀；

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料固化成型，得到具有两个接触端的弹性导电体；

s4.将所述弹性导电体进行加热至所述金属的熔点以上，所述导电颗粒熔融成液态。

进一步，步骤s4中，将所述弹性导电体加热至其中熔点较高的金属的熔点以上，所述导电颗粒相继熔融结合形成液态合金。

进一步，步骤s2中，在未固化的硅橡胶材料内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。后者可选地，步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

另一方面，本发明还提供上述电连接器的另一种成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料直接在一本体的容纳孔内固化成型，得到具有两个接触端的弹性导电体；

进一步，步骤s2中，在未固化的硅橡胶材料内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。或者可选地，步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

与现有技术相比，本发明通过使用硅橡胶糅合液态金属的方式，利用硅橡胶固化后具有的弹性可保证该弹性导电体及其电连接器可与对接电子元件实现弹性的接触，而所述液态金属选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，这些一元金属或者二元或者三元合金均具有较低的熔点，其在室温下便呈液态，利用上述低熔点的液态金属在两个接触端之间形成导电路径，所述液态金属的接触面积大，能够有效降低整个导电路径的阻抗，进而所述电连接器阻抗小，保证电流的正常传输，提供清晰、稳定的通讯效果。

【附图说明】

图1为本发明电连接器与芯片模块和电路板的立体分解图；

图2为本发明电连接器第一实施例的剖视图；

图3为图2中弹性导电体放大后的示意图；

图4为图2中电连接器与芯片模块和电路板组合后的剖视图；

图5为本发明第二实施例的电连接器与芯片模块和电路板组合后的剖视图；

图6为图5中的局部放大示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

电连接器	100	芯片模块	200	电路板	300
						本体	10	容纳孔	11	弹性导电体	12
接触端	13	硅橡胶	A	液态金属	B
						金属颗粒	C	金属细丝	D

【具体实施方式】

为便于更好的理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，为本发明电连接器100的第一实施例，包括本体10，所述本体10由绝缘材料制成，其贯设有多个容纳孔11，所述容纳孔11内收容有多个弹性导电体12，所述弹性导电体12具有两个接触端13分别用以电性接触第一电子元件例如芯片模块200和第二电子元件例如电路板300，两个所述接触端13分别显露出所述容纳孔11。本实施例中，所述弹性导电体12呈柱状，在其它实施例中，也可以是球形或者椭球行或者具有接触端13的任何其它形状。其中，所述弹性导电体12包括硅橡胶A，所述硅橡胶A内有低熔点的液态金属B，所述液态金属B填充满所述硅橡胶A，并在两个所述接触端13之间形成导电路径。所述液态金属B糅合于所述硅橡胶A内的状态类似于海绵吸水的状态，但所述硅橡胶A内的液态金属B量并未饱和至溢出。

本发明中低熔点的液态金属B，是指其在室温环境下呈液态。由于镓的熔点在29.76℃左右，因此，本发明可直接使用镓元素的液态金属B；由于铟的熔点在156.61℃左右，锡的熔点在231.93℃左右，但铟、镓、锡的二元或者三元合金的熔点却可以大幅降低，上述合金的熔点根据不同比例而异，例如，铟-镓比例为24.5:75.5时，铟镓二元合金的熔点为15.7℃，铟-镓-锡比例为20.5:66.5:13.0时，铟镓锡三元合金的熔点为10.7℃，因此本发明所使用的液态金属B还可以是铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种。

使用上述液态金属B，可以将阻抗降低至10mΩ以下，大幅提升了电性传输性能。为了进一步缩短所述弹性导电体12内所述液态金属B的导电路径，以降低阻抗，如图5和6所示的第二实施例中，所述硅橡胶A内糅合有金属颗粒C或者金属细丝D，也可以是金属颗粒C和金属细丝D兼而有之，这些金属颗粒C、金属细丝D具体可以是金、银或者铜制成。其中一部分金属细丝D位于硅橡胶A内，其两端被所述液态金属B包覆；其它一部分金属细丝D至少一端显露出所述接触端13，可与芯片模块200或者电路板300电性接触。

本发明提供上述弹性导电体12的一种成型方法，通过合金颗粒与硅橡胶A混合再固化形成，具体包括以下步骤：

s1.提供一种低熔点的液态金属B，所述液态金属B选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，在低于所述液态金属B的熔点的环境下将所述液态金属B制成多个固态的导电颗粒；

s2.在低于所述液态金属B的熔点的环境下，将多个所述导电颗粒与未固化的硅橡胶材料搅拌混合均匀；

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料固化成型，得到具有两个接触端13的弹性导电体12。

另外，步骤s2中，在未固化的硅橡胶材料内还可以同时糅合有金、银或者铜的颗粒C，也可以同时糅合一些金、银或者铜的细丝D进去，所述金属细丝D全部位于硅橡胶A内，待导电颗粒熔化成液态金属B后，其两端被所述液态金属B包覆。

或者作为另一种实施方式，在步骤s3中，待硅橡胶材料固化成型为弹性导电体12后，往固化后的硅橡胶A内插入金属细丝D。部分金属细丝D位于硅橡胶A内，待导电颗粒熔化成液态金属B后，其两端被所述液态金属B包覆；其它一部分金属细丝D至少一端显露出所述接触端13，可与芯片模块200或者电路板300电性接触。如此设置，一方面可缩短液态金属B的导电路径，另一方面可使弹性导电体12与芯片模块200和电路板300的接触更为可靠。

更具体而言，例如可以选用镓金属，在室温的环境下（低于29.76℃）镓金属便可固化形成细小的镓颗粒。本实施例中使用的是液态硅橡胶材料，当选用镓颗粒时，在室温下便可将镓颗粒与液态硅橡胶材料搅拌混合，使得镓颗粒在液态硅橡胶材料均匀分布，且至少部分颗粒之间相互接触导通。再将糅合有镓颗粒的所述液态硅橡胶材料在室温下固化，形成具有两个接触端13的弹性导电体12。所述液态硅橡胶材料固化后，镓颗粒在固化后的硅橡胶A内填充满所述硅橡胶A，并在两个所述接触端13之间形成导电路径。当然，上述硅橡胶材料的固化过程还可以是利用紫外线等照射使之固化（UV固化）。

例如，还可以选用合金，如含25%铟的镓合金，在16℃时便熔化，若温度在熔点之上，镓和铟混合研磨时便可自动形成合金。在低于16℃的环境下将上述合金固化制成细小的铟镓合金颗粒，并在该低温环境下将铟镓合金颗粒与液态硅橡胶材料搅拌混合均匀，使得铟镓合金颗粒在液态硅橡胶材料均匀分布，且至少部分颗粒之间相互接触导通。再将糅合有铟镓合金颗粒的所述液态硅橡胶材料在室温下固化，形成具有两个接触端13的弹性导电体12。当然，上述硅橡胶材料的固化过程也可以是UV固化。

当选用其它熔点较低的合金例如熔点为10.7℃的铟镓锡三元合金时，可在冷冻环境下将其固化制成铟镓锡合金颗粒，并在冷冻环境下与液态硅橡胶材料搅拌糅合均匀，再将其固化。

将通过上述方法制得的多个弹性导电体12组装至一个具有多个容纳孔11的本体10内，便可得到所述的电连接器100，所述容纳孔11与所述弹性导电体12干涉配合。另外，也可以直接将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料设置在一个本体10的容纳孔11内固化成型，形成所述的电连接器100。

由于上述采用的金属或者合金的熔点均比较低，其在室温下会熔化成液态，因此，该电连接器100在使用时（室温），上述的颗粒会自动熔化变成液态金属B。本发明中，由于所述导电颗粒的直径非常小，因此，在导电颗粒熔化成液态金属B后，其形状依然大致呈颗粒状，这些液态颗粒之间彼此吸附粘接，形成导电路径。

本发明提供上述弹性导电体12的另一种成型方法，通过单元素金属颗粒与硅橡胶A混合固化、再加热使各单元素颗粒熔化结合形成合金，具体包括以下步骤：

s3.将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料固化成型，得到具有两个接触端13的弹性导电体12；

s4.将所述弹性导电体12进行加热至所述金属的熔点以上，所述导电颗粒熔融成液态。

进一步，步骤s4中，将所述弹性导电体12加热至其中熔点较高的金属的熔点以上，所述导电颗粒相继熔融结合形成液态合金。

与第一种成型方法中类似的，在步骤s2中，在未固化的硅橡胶A内还可以同时糅合金属颗粒C和/或金属细丝D进去，或者可以在步骤s3，待硅橡胶材料固化成型为弹性导电体12后，往固化的硅橡胶A内插入金属细丝D。

更具体的，例如，可以选用熔点较高的锡和铟，其在室温下便呈固态，因此可在室温下将铟金属和锡金属分别制成细小的、呈固态的铟颗粒和锡颗粒。将铟颗粒和锡颗粒与液态硅橡胶材料搅拌混合均匀，再将糅合有铟颗粒和锡颗粒的所述液态硅橡胶材料固化，该固化过程可以是室温固化，也可以是UV固化，得到具有两个接触段的弹性导电体12。再将固化后的弹性导电体12整体加热，当加热温度达到铟的熔点156.61℃时，所述铟颗粒会熔化呈液态，当加热温度达到锡的熔点231.93℃时，锡颗粒接着熔化呈液态，并可与上述液态的铟融合形成铟镓合金。上述液态硅橡胶材料固化过程还可以是加热固化，当加热温度大约至126℃，液态硅橡胶A固化成型，继续加热后，各金属相继熔化。

在其它实施例中，也可以选用铟颗粒与镓颗粒、镓颗粒与锡颗粒、铟颗粒与镓颗粒以及锡颗粒的组合，只要保证在低于其中最低熔点的金属的温度下将这些金属制成颗粒，并在该温度下将颗粒与混合均匀。在后续加热的过程中，也可以只加热至其中某一金属的熔点即可，只要保证固化后的硅橡胶A内形成有液态的金属。

同样地，将通过上述方法制得的多个弹性导电体12组装至一个具有多个容纳孔11的本体10内，便可得到所述的电连接器100。另外，也可以直接将糅合有所述导电颗粒的所述硅橡胶材料设置在一个本体10的容纳孔11内固化成型，形成所述的电连接器100。

本发明的弹性导电体12及其电连接器100具有以下有益效果：

1.由于所述弹性导电体12采用硅橡胶A糅合液态金属B形成，固化的硅橡胶A后具有的弹性可保证该弹性导电体12及其电连接器100可与芯片模块200和电路板300实现良好的弹性接触。

2.由于所述弹性导电体12内糅合有液态金属B，而所述液态金属B选自镓，铟-镓,铟-锡,镓-锡,铟-镓-锡其中任意一种，这些一元或者二元或者三元合金均具有较低的熔点，其在室温下便呈液态，利用上述低熔点的液态金属B在两个接触端13之间形成导电路径，与现有技术中单纯靠金属颗粒C之间点对点接触方式相比，所述液态金属B的接触面积更大，能够有效降低整个导电路径的阻抗，进而所述电连接器100阻抗小，保证电流的正常传输，提供清晰、稳定的通讯效果。

3.由于所述硅橡胶A内糅合有金属颗粒C或者金属细丝D，部分金属细丝D位于硅橡胶A内，待导电颗粒熔化成液态金属B后，其两端被所述液态金属B包覆；其它一部分金属细丝D至少一端显露出所述接触端13，可与芯片模块200或者电路板300电性接触。如此设置，一方面可缩短液态金属B的导电路径，另一方面可使弹性导电体12与芯片模块200和电路板300的接触更为可靠。此外，在硅橡胶A内糅合少量的其它金属颗粒C或者金属细丝D，可以减少液态金属B的用量，降低成本。

总之，本发明的弹性导电体12及其电连接器100兼具硅橡胶A的良好弹性和液态金属B的低阻抗性能，具有良好的电性传输效果。

上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明，非因此局限本发明的专利范围，所以，凡运用本创作说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。

Claims

1.一种弹性导电体的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

s2.在低于所述液态金属的熔点的环境下，将多个所述导电颗粒与未固化的硅橡胶材料搅拌混合均匀，并且多个所述导电颗粒之间相互接触导通；

2.如权利要求1所述弹性导电体的成型方法，其特征在于：步骤s2中，在未固化的硅橡胶内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。

3.如权利要求1所述弹性导电体的成型方法，其特征在于：步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

4.一种电连接器的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述电连接器的成型方法，其特征在于：步骤s2中，在未固化的硅橡胶内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。

6.如权利要求4所述电连接器的成型方法，其特征在于：步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

7.一种弹性导电体的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

s2.在低于所述金属的熔点的环境下，将多个所述导电颗粒与未固化的硅橡胶材料搅拌混合均匀，并且多个所述导电颗粒之间相互接触导通；

8.如权利要求7所述弹性导电体的成型方法，其特征在于：步骤s4中，将所述弹性导电体加热至其中熔点较高的金属的熔点以上，所述导电颗粒相继熔融结合形成液态合金。

9.如权利要求7所述弹性导电体的成型方法，其特征在于：步骤s2中，在未固化的硅橡胶材料内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。

10.如权利要求7所述弹性导电体的成型方法，其特征在于：步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。

11.一种电连接器的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

12.如权利要求11所述电连接器的成型方法，其特征在于：步骤s4中，将所述弹性导电体加热至其中熔点较高的金属的熔点以上，所述导电颗粒相继熔融结合形成液态合金。

13.如权利要求11所述电连接器的成型方法，其特征在于：步骤s2中，在未固化的硅橡胶材料内还糅合有金属颗粒和/或金属细丝。

14.如权利要求11所述电连接器的成型方法，其特征在于：步骤s3中，在固化后的所述硅橡胶内插入金属细丝。