CN104067452A - 具有可压缩导体的插入体 - Google Patents

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Abstract

提供一种电互连以例如用于诸如模块至板连接器的接点栅格阵列(LGA)插入体内。电互连包括导电可压缩导体，其具有第一导体端部和第二导体端部。第一和第二导体端部随着可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理接触，以有助于抑制可压缩导体的旋转。在一个实施例中，第一端部包括至少一个第一腿，且第二端部包括至少两个第二腿，并且至少一个第一腿和至少两个第二腿叉指设置。此外，在一个实施例中，第一端部和第二端部各自与可压缩导体的内面表面可滑动地接触。

Description

具有可压缩导体的插入体
技术领域
本发明涉及电互连结构。更具体地，本发明涉及包括导电可压缩导体的电互连。
背景技术
接点栅格阵列(Land grid array,LGA)插入体，例如，在其它种类的电学装置或电子装置当中，在印刷配线板(PWB)和诸如多芯片模块(MCM)的芯片模块之间提供互连的阵列。例如与球栅阵列或柱栅阵列一样，LGA插入体允许以可逆的方式形成连接而不需要焊接。球栅阵列在大面积上认为是不太可靠的，因为其产生的膨胀驱动应力的横向热系数可能超过球栅阵列的强度。柱栅阵列保持在一起(尽管有应力)，但是仍为焊接方案，并且因此不允许场可替换性(field replaceability)，这可能是重要的，因为可替换性可潜在地节省维护和升级典型采用LGA的高端计算机方面的用户成本。
已经开发了各种类型的LGA插入体结构，但是例如通常包括刚性、半刚性或柔性基板结构，这些基板结构例如具有由弹簧结构、金属-弹性体复合物、卷线(wadded wire)等形成的电接触的阵列。LGA技术的技术水平可实现具有I/O互连密度/计数以及高性能CPU模块设计所希望的电学/机械特性的MCM-至-板互连。而且，LGA提供电学和机械互连技术，允许MCM芯片模块容易地从配线或电路板移除，这对于可能在生产过程中需要重复该些(re-work)或者设计为场可升级的诸如CPU封装体的高端模块是有利的。
发明内容
在一个方面中，这里提供的是电互连，其包括导电可压缩导体。导电可压缩导体包括第一导体端部和第二导体端部。第一导体端部和第二导体端部随着导电可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理地接触，以至少部分有助于抑制导电可压缩导体随其压缩而旋转。
在另一个方面中，插入体提供为包括设置在插入体内的多个导电可压缩导体。多个导电可压缩导体中的至少一个导电可压缩导体包括第一导体端部和第二导体端部，其中第一导体端部和第二导体端部随着至少一个导电可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理地接触，以至少部分地有助于抑制至少一个导电可压缩导体随其压缩而旋转。
在进一步方面中，一种电气设备提供为包括前述方面的插入体。它还包括第一封装结构，第一封装结构包括封装基板，一个或多个电子装置安装在封装基板的第一表面上，以及节距P1的第一阵列的接触形成在封装基板的与第一表面相对的第二表面上。还包括第二封装结构，其包括配线板，具有设置在其第一表面上的节距P1的第二阵列的接触。插入体包括设置在第一和第二封装结构之间的接点栅格阵列插入体，以在第一和第二阵列的接触之间通过多个导电可压缩导体提供电互连。
在又一个方面中，提供制造电互连的方法，其包括：提供插入体；提供导电可压缩导体；以及将导电可压缩导体设置在插入体内，其中在未压缩状态下，导电可压缩导体延伸超过插入体的第一表面和第二表面，第一和第二表面是插入体的相反主表面。导电可压缩导体包括第一导体端部和第二导体端部，其中第一导体端部和第二导体端部随着至少一个导电可压缩导体的压缩以可滑动关系彼此物理接触，以有助于抑制至少一个导电可压缩导体随其压缩而旋转。
其它的特征和优点通过本发明的技术实现。这里详细地描述本发明的其它实施例和方面，并且看作要求保护的本发明的一部分。
附图说明
仅作为示例，现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1A示出了传统现有技术插入体结构的一个实施例的部分截面立面图(cross-sectional elevational view)，该插入体结构示出为设置在基板和配线板之间且电连接基板和配线板；
图1B示出了传统现有技术插入体结构的另一个实施例的部分截面立面图，该插入体结构示出为设置在基板和配线板之间且电连接基板和配线板；
图2是根据本发明一个或多个方面的包括电互连的一个实施例的电子设备的部分分解图；
图3A是根据本发明一个或多个方面的图2的电互连的放大图；
图3B是根据本发明一个或多个方面图2和3A的电互连的沿着图3A中的线3B-3B剖取的进一步放大图；
图3C示出了根据本发明一个或多个方面的图2、3A和3B的电互连的一个导电可压缩导体(以未压缩状态示出)；
图4A是根据本发明一个或多个方面的利用图3A-3C的电互连的图2的组装电子设备的俯视平面图；
图4B是根据本发明一个或多个方面的图4A的组装电子设备的沿其线4B-4B剖取的截面立面图；以及
图4C是根据本发明一个或多个方面的图4B的组装电子设备沿其线4C剖取的部分放大图，并且示出了压缩(或者负载)状态的导电可压缩导体，形成模块基板与配线基板之间的电连接。
具体实施方式
下面，参见附图(为了便利本发明的理解而没有按比例绘制)，其中从头到尾不同图中所用的相同的附图标记表示相同或类似的部件。
一个广泛商业可获得的LGA采用按钮接触，每一个按钮接触包括填充有银粒子的硅氧烷橡胶。此结构旨在提供具有如橡胶的弹性且提供导电性的接触。尽管对于此类应用硅氧烷自身具有非常好的特性，结合了低弹性模量和高弹性二者，但是填充了粒子的硅氧烷橡胶系统在电传导性所需的负载下损失了大部分的这些所希望特性。尽管模量增加，但是总体上它保持得低，并且仅要求约每个接触30–80克以保证良好的电可靠性；然而，弹性的损失导致在恒负荷下的蠕变以及在恒应变下的应力松弛。这些倾向致使导电弹性体LGA对于在相当长时间周期上要求非凡稳定性的高端产品是不可靠的。实际上，由于总系统对于单个信号接触的依赖，现代高端服务器CPU在每个接触基础上要求ppb级的LGA失效率。
由于蠕变和应力松弛的不利范围(其由填充导电弹性体LGA示例)，工业上喜欢使用由任意线圈弹簧制造的LGA阵列，例如诸如，由美国华盛顿的西雅图的Synapse公司制造称为Cinch Connector的产品。这些弹簧具有比导电弹性体类型的连接器高得多的弹簧常数，但是典型地要求每个接触较大的压力以便保证阵列的可靠电连接。
在模块和印刷配线板(PWB)之间用LGA替代刚性的直接焊料附着，具有强的技术驱动因素。陶瓷模块和有机PWB之间由于热膨胀系数(TCE)失配产生的横向应力大，并且直接的球栅阵列型连接常常倾向于失效。因此，具有某些内建横向顺性(lateral compliance)的系统是有利的。如所述，解决该问题的一个直接附着方案是所谓的“柱栅阵列”或CGA。CGA是永久的焊料类型的互连，其变形而不失败，以适应受到的横向应力。
采用LGA插入体替代直附着方案还有强的经济驱动因素。这是因为在利用直接附着方案的领域中不能对芯片组执行修理和升级。压力安装的LGA可在该领域内替换，从而为消费者在拆卸、运输和改写停机时间上节约了大量成本。
因此，压力型LGA插入体方法具有技术和经济两方面的优点。图1A和1B示出了压力施加类型的LGA插入体的两个现有技术的构造。
在图1A中，传统现有技术的弹簧式插入体结构的一个实施例示出为设置在基板100和配线板110之间且电连接基板100和配线板110。例如，基板100可包括模块基板和第一阵列的接触101，模块基板具有安装到该基板的第一表面(未示出)的一个或多个集成电路芯片(未示出)以及形成在该基板的与第一表面相反的第二表面102上的第一阵列的接触101。配线板110可包括电路板，电路板具有形成在其第一表面112上的第二阵列的接触111。作为一个示例，第一阵列的接触101和第二阵列的接触111的每一个可为具有节距P1。图1A的电子组件中还示出了包括多个弹簧型连接器125的插入体结构120。在所示的实施例中，弹簧型连接器125为C形导体，其设计为(在负载下时)分别电互连基板和配线板的相对的接触101、111。如果第一阵列的接触101和第二阵列的接触111如图1A所示轻微错位，则例如由于一个或多个连接器125接近第一阵列的接触或第二阵列的接触的一个或多个相邻接触而可能引起短路。在图1A中，第一和第二阵列的接触错位使得中间示出的弹簧型连接器125具有与设置在配线板110上的第二阵列的接触111的相邻接触紧密靠近115的弯部，并且可能导致通过中间连接器125使两个相邻接触111短接在一起。尽管没有示出，但是类似的错位也可能或者可替换地导致设置在模块基板100上的一个或多个相邻接触101短接在一起。
图1B示出了传统现有技术插入体结构的替换实施例，该插入体结构再次示出为设置在模块基板100和配线板110之间且电连接模块基板100和配线板110。在该实施例中，插入体结构130包括多个弹簧型连接器135(示出了其中一个)，每一个弹簧型连接器135设置在插入体材料132中的各个开口131内。
注意，在图1A的现有技术实施例中，弹簧型连接器近似于悬臂弹簧，并且当被压缩时倾向于旋转。这(进而可能)导致施加到插入体结构上方和下方的接触的法向力降低。另外，注意图1A和1B所示的连接器可能困到插入体的材料内、弯曲、和/或通过容放连接器的插入体结构中的各个开口掉落。而且，图1A和1B所示的电连接器的现有技术构造，每一个电连接器仅具有一个用于信号在各自对齐的上下接触之间流动的电通路，使任何两个接触之间的连接电阻潜在地略微增高。
总的来说，这里所公开的是新颖的电互连，例如，接点栅格阵列插入体结构。电互连包括导电可压缩导体，在一个示例中，导电可压缩导体包括从C形部分延伸的第一导体端部和第二导体端部。第一导体端部和第二导体端部随着导电可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理接触，以至少部分地有助于抑制导电可压缩导体随其压缩而旋转。在一个实施例中，第一导体端部包括至少一个第一腿，且第二导体端部包括至少两个第二腿，并且至少一个第一腿和至少两个第二腿叉指设置(interdigitated)。此外，第一导体端部和第二导体端部各自以可滑动关系物理接触导电可压缩导体的内面表面，例如导电可压缩导体的C形部分的内面表面。
有利地，当导电可压缩导体在两个导电接触之间操作性设置为压缩(或负载)状态时，导电可压缩导体包括通过其的多个电流通路。这些电流通路中的至少一个通过第一导体端部或第二导体端部中的至少一个。在一个实施例中，第一导体端部和第二导体端部二者通过导电可压缩导体形成分离的电流通路的各个部分。作为一个特征，导电可压缩导体是部分C形结构，具有通过导体的第一和第二导体端部限定在其中的外形“8”。更具体地且如下面进一步说明的，这里公开的导电可压缩导体有利地设计为：抑制导体(或按钮)随其压缩而旋转，其避免接触力损失；提供导体在插入体内的良好保持力，导致导体落出插入体之外的可能性降低；提供三个多余通路用于电流流动，因此减少了接触电阻；并且提供小的足印导体，导致导体之间的低串扰，并且允许例如在模块基板和配线板之间的高性能连接。
图2示出了根据本发明实施例的电子设备，包括设置在模块基板200和配线板210之间的电互连。在该实施例中，电互连是接点栅格阵列插入体结构220，其包括排列在插入体结构内的多个导电可压缩导体225。在所示的实施例中，模块基板200支撑在其第一表面201上的一个或多个集成电路芯片205以及形成在模块基板的第二表面202上的具有节距P1的第一阵列的接触(未示出)，其中第一表面201和第二表面202是模块基板200的相反表面。如图所示，配线板210例如包括设置在其第一表面212上的具有节距P1的第二阵列的接触211。
当插入体结构操作性设置在基板模块200和配线板210之间时，接点栅格阵列插入体结构220(具体地，排列在其中的多个导电可压缩导体225)在第一和第二阵列的接触之间提供电互连。压缩负载可通过促使模块基板和配线板在一起的任何传统装置(例如，一个或多个可调整固定机构(未示出))施加到可压缩导体，并且因此压缩多个导电可压缩导体225。导体的此压缩(或负载)在导体和各个第一和第二接触之间产生法向力以在其间保证良好的电连接。
图3A和3B更加详细地示出了图2的插入体结构220的一个实施例。共同参见这些图，在所示的实施例中，插入体结构220包括上壳体部分(housing portion)310和下壳体部分311，其包括插入体结构的两个配对的半部。将插入体结构分成两个或更多个配对的部分便于在插入体结构220的各个开口315内组装多个导电可压缩导体225。
如图3B所示，每个各自开口315包括具有侧壁凸起317的内侧壁316，侧壁凸起317至少部分地在各个导电可压缩导体的不同部分之间延伸。在一个实施例中，各个部分是可压缩导体的第一导体端部330和第二导体端部340。注意，在此实施例中，侧壁凸起317由两个凸起半部形成，每一个凸起半部形成在插入体结构的上壳体部分和下壳体部分之一中，其在配对时限定侧壁凸起317。凸起具有在可压缩导体的不同部分之间延伸的大小，以有助于在各开口内将可压缩导体保持在适当位置，并且例如在被偏离理想的负载压缩时抑制可压缩导体的旋转。注意，还是关于图3A和3B，在一个实施例中，平行延伸通道318提供在上壳体部分310和下壳体部分311中，以有助于在各个导电可压缩导体225操作性设置在例如模块基板和配线板之间时适应各个导电可压缩导体225的压缩。
可压缩导体225可由任何可压缩导电材料形成。例如，导体可包括铍铜，其具有高屈服强度和良好的导电率。插入体材料(插入体层由其形成)例如可包括热固性塑料，插入体材料的总高度低于可压缩导体的高度，如图3B所示。仅作为具体示例，在具有约10cm x10cm平面尺寸的插入体结构中，插入体结构可包括100x100的可压缩导体的阵列，并且可压缩导体例如可具有小于1mm的高度(例如.5–.75mm)和.5mm或更小的宽度。这导致如这里所描述的与传统的弹簧型连接器相比具有大量的优点的紧凑的可压缩导体(或接触按钮)设计。
在一个实施例中，这里公开的可压缩导体225可通过冲压和弯折连续的伸长导体(例如具有希望的屈服强度的金属导体)而形成，以提供所需的可压缩性，其将有助于这里描述的电互连功能性，诸如例如，对于接点栅格阵列插入体结构。例如，可压缩导体(或接触按钮)的一个实施例更加详细地示出在图3C中，其中可压缩导体225示出为包括C形部分320、第一导体端部330和第二导体端部340。在所示的此实施例中，第一导体端部330、第二导体端部340以连续的方式分别从C形部分320的不同端延伸，并且彼此可滑动地接触，以适应可压缩导体的负载或卸载。如图所示，第一导体端部330包括至少一个第一腿332，且第二导体端部340包括至少两个第二腿342，至少一个第一腿332和至少两个第二腿342示出为叉指状，单个第一腿332示出为在两个第二腿342之间延伸。此外，应注意，第一导体端部330和第二导体端部340，更具体地，其至少一个第一腿332和至少两个第二腿342与导电可压缩导体225的C形部分320的内面表面321形成可滑动物理接触。第一和第二端部与C形部分的内面表面的此可滑动接触有助于可压缩导体在其负载和卸载期间的稳固；并且，如下面进一步关于图4A-4C的组装电子设备描述的，有效地提供通过可压缩导体的多个电流通路。还应注意至少一个第一腿332和至少两个第二腿342的向内弯曲的末端。这些弯曲(或较小半径)的末端防止腿钻入C形部分320的内面表面321。
如所述，图4A示出了图2-3C所示实施例的组装电子设备的俯视平面图，插入体结构220设置在模块基板200和配线板210之间。在所示的实施例中，一个或多个集成电路芯片205设置在模块基板200上。在图4B和4C的截面立面图中，导电可压缩导体225示出为在负载下在第一和第二阵列的接触203、211之间形成电连接，第一和第二阵列的接触203、211以相对关系设置在模块基板200和配线板210的面对表面上。这里，应注意，可压缩导体225随着导体压缩而滑动接触或者拭接(wipe)接触203、211，这保证了可压缩导体和接触之间的良好电连接。
应注意，有利地，当压缩导体在第一和第二阵列的接触的两个导电接触之间操作性设置为在压缩下时，存在通过压缩导体的多个电流通路。这些电流通路包括(在所示的构造中)通过可压缩导体的C形部分的第一电流通路400、至少部分地延伸通过可压缩导体的第一导体端部330的第二电流通路401、以及至少部分地延伸通过可压缩导体的第二导体端部340的第三电流通路402。应注意，在操作中，通过可压缩导体的多个电流通路有利地减小导体的电阻。
本领域的技术人员从这里提供的描述将注意到，实施例的可压缩导体(或接触按钮)可容易地、选择性地在插入体结构内替换，就是说，如果发现缺陷的话。此外，所公开的可压缩导体没有任何可能使它们倾向于困到插入体材料内或者由于处理而弯曲的特征。另外，电连接电阻小，例如，是其它连接器(例如上面描述的图1A和1B的现有技术的弹簧型连接器)的一半或更小，因为本文公开的可压缩导体具有通过可压缩导体的多个电通路。此外，这里描述的本发明实施例的可压缩导体，与各个开口内的上述侧壁凸起联合，消除了由于可压缩导体的负载不完美而导致的接触旋转。接触旋转是不希望的，因为它可能减小可压缩导体和各个接触之间的法向力，并且导致壳体内差的导体保持力。这里描述的实施例的可压缩导体还有利地提供小的足印，这导致相邻接触之间较少的串扰，并且因此实现高速性能。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明。如这里所用，“一”、“该”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有表述。还应理解的是，术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”是非限制性(open-ended)动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或装置具有该一个或多个步骤或元件，但是不限于仅具有该一个或多个步骤或元件。类似地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元件具有该一个或多个特征，但是不限于仅具有该一个或多个特征。此外，以一定方式构造的装置或结构至少以该方式构造，但是也可以没有列出的方式构造。
所附的权利要求中所有装置或步骤加功能要素的对应结构、材料、动作和等同物，如果存在，旨在包括与具体要求保护的其它所要求保护的要素结合用于执行该功能的任何结构、材料或动作。为了示例和描述的目的已经给出了本发明的描述，但是不旨在是穷举的或者将本发明限制为所公开的形式。在不脱离本发明范围的情况下，多种修改和变型对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (20)

1.一种电互连，包括：
导电可压缩导体，包括：
第一导体端部和第二导体端部，该第一导体端部和该第二导体端部随着该导电可压缩导体的压缩以可滑动关系彼此物理接触，以至少部分地抑制该导电可压缩导体随其压缩而旋转。
2.如权利要求1所述的电互连，其中该第一导体端部包括至少一个第一腿，且该第二导体端部包括至少两个第二腿，并且其中该第一导体端部的该至少一个第一腿和该第二导体端部的该至少两个第二腿叉指设置。
3.如权利要求2所述的电互连，其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该导电可压缩导体的内面表面。
4.如任一项前述权利要求所述的电互连，其中该导电可压缩导体包括具有C形部分的部分C形结构，并且该第一导体端部和该第二导体端部从该C形部分的不同端延伸。
5.如权利要求4所述的电互连，其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该部分C形结构的该C形部分的内面表面。
6.如任一项前述权利要求所述的电互连，其中该导电可压缩导体包括两个导电接触之间的通过该导电可压缩导体的多个电流通路，当该导电可压缩导体操作性设置在该两个导电接触之间时，该两个导电接触之间的该多个电流通路中的至少一个电流通路通过该第一导体端部或该第二导体端部中的至少一个。
7.如任一项前述权利要求所述的电互连，还包括接点栅格阵列插入体，并且其中该导电可压缩导体位于该接点栅格阵列插入体中的各个开口内。
8.如权利要求7所述的电互连，其中该接点栅格阵列插入体包括至少部分地限定该各个开口的内侧壁，该内侧壁包括侧壁凸起，该侧壁凸起至少部分地延伸在该导电可压缩导体的该第一导体端部和该第二导体端部之间，以有助于将该导电可压缩导体保持在该各个开口内的适当位置。
9.一种插入体，包括：
设置在该插入体内的多个导电可压缩导体，每一个导电可压缩导体包括：
第一导体端部和第二导体端部，该第一导体端部和该第二导体端部随着该导电可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理接触，以至少部分地抑制该导电可压缩导体随其压缩而旋转。
10.如权利要求9所述的插入体，其中该第一导体端部包括至少一个第一腿，且该第二导体端部包括至少两个第二腿，并且其中该第一导体端部的该至少一个第一腿和该第二导体端部的该至少两个第二腿叉指设置。
11.如权利要求10所述的插入体，其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该至少一个导电可压缩导体的内面表面。
12.如权利要求9至11中任一项所述的插入体，其中该至少一个导电可压缩导体包括具有C形部分的部分C形结构，并且该第一导体端部和该第二导体端部从该C形部分的不同端延伸。
13.如权利要求12所述的插入体，其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该部分C形结构的该C形部分的内面表面。
14.如权利要求9至13中任一项所述的插入体，其中该导电可压缩导体之一包括在两个导电接触之间通过其的多个电流通路，当该导电可压缩导体操作性设置在该两个导电接触之间时，该两个导电接触之间的该多个电流通路中的至少一个电流通路通过该导电可压缩导体的该第一导体端部或该第二导体端部中的至少一个。
15.如权利要求9至14中任一项所述的插入体，其中该导电可压缩导体之一位于该插入体中的开口内，该插入体包括至少部分地限定该开口的内侧壁，并且该内侧壁包括侧壁凸起，该侧壁凸起至少部分地在该导电可压缩导体的该第一导体端部和该第二导体端部之间延伸，以有助于将该导电可压缩导体保持在该各个开口的适当位置。
16.一种电子设备，包括：
如权利要求9至15中任一项所述的插入体；
第一封装结构，包括封装基板，该封装基板具有安装在该封装基板的第一表面上的一个或多个电子装置以及形成在该封装基板的与该第一表面相对的第二表面上的节距P1的第一阵列的接触；
第二封装结构，包括配线板，该配线板具有设置在其第一表面上的节距P1的第二阵列的接触；并且
其中该插入体包括设置在该第一封装结构和该第二封装结构之间的接点栅格阵列插入体，以在该第一阵列的接触和该第二阵列的接触之间通过该多个导电可压缩导体提供电互连。
17.一种制造电互连的方法，包括：
提供插入体；
提供导电可压缩导体，该导电可压缩导体包括：
第一导体端部和第二导体端部，该第一导体端部和该第二导体端部随着该导电可压缩导体的压缩以彼此可滑动关系物理接触，以至少部分地有助于抑制该导电可压缩导体随其压缩而旋转；以及
在该插入体内设置该导电可压缩导体，其中，在非压缩状态下，该导电可压缩导体延伸超过该插入体的第一表面和第二表面，该第一表面和该第二表面为该插入体的相反主表面。
18.如权利要求17所述的方法，其中该第一导体端部包括至少一个第一腿，且该第二导体端部包括至少两个第二腿，并且其中该第一导体端部的该至少一个第一腿和该第二导体端部的该至少两个第二腿叉指设置。
19.如权利要求18所述的方法，其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该导电可压缩导体的内面表面。
20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中该导电可压缩导体包括具有C形部分的部分C形结构，并且该第一导体端部和该第二导体端部从该C形部分的不同端延伸，并且其中该第一导体端部和该第二导体端部各自以可滑动关系物理接触该部分C形结构的该C形部分的内面表面。
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