CN1131576C - 具有变化横截面的弹性电互连件 - Google Patents

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Abstract

提供了弹性电互连件，其具有变化的横截面，可以获得增大的挠曲范围，和预定的压缩力与互连件的挠曲以及阻力与互连件的挠曲之间的关系，一个较小的横截面区域降低了压缩过程中互连件的扭曲率或压缩力。增大的挠曲范围和降低的扭曲率可以提高对表面不平整的补偿，并有利于安装具有大阵列互连件的集成电路或其它装置，变化的横截面是通过从较小横截面端部到较大横截面端部形成一个单个或组合斜面，或者一个非线性曲面的方式提供的。

Description

具有变化横截面的弹性电互连件
技术领域
本发明总体上涉及电互连装置，特别是涉及弹性电互连装置。
背景技术
在相对的平面表面之间提供电连接的弹性互连件是已知的，并通常包括一种含有分布在其中的导电颗粒的弹性材料或聚合材料，以在一个第一表面和一个第二表面之间提供一个导电路径。在一种型式中，如申请日为1996年10月28日、申请号为08/736,830的专利申请中所示，互连件呈伸长柱状，提供出在其端面或表面之间的一个导电路径。
这样的弹性互连件可以被用于在一个印刷电路板和一个集成电路或其它装置之间提供电连接。此时，弹性互连件被布置在位于一基板中的各开口中，这些开口以一预定的方式排列。这样的基板可以是电路板本身或者一个与电路板相连的分离基板。集成电路或其它装置具有一组触点，这些触点与布置在基板上的弹性互连件的排列方式相对应。将触点与弹性互连件对齐，并向集成电路或装置施加力，以使弹性互连件相对于触点被压紧，接着将集成电路或其它装置固紧以保持预想的接触力，这样，便可以将集成电路或其它装置安装在基板上。
当采用一个相对较大阵列的弹性互连件时，就有可能出现问题。因为每个弹性互连件必须经受足够程度的挠曲，以建立和保持电连接，而将集成电路或其它装置安置在印刷电路板上所需的力的大小随着所采用的弹性互连件的数目的增大成比例地增长。该所要求的力的大小可能会防碍安装。此外，随着所采用的互连件数目的增大，使得不能使所有互连件均建立满意的连接的危险性也随之增大，特别是当配合电路板表面发生翘曲或不平整时。在一些情况下，抵抗的互连件将不会被足够地压缩以建立电接触或适当的电接触，而在另一些情况下，弹性互连件可能被过度压缩，从而导致未对准现象的发生。这种弹性互连件与配合触点的未对准现象可能导致互连件与一个邻近触点的不恰当接合或者一个或多个触点的短路。
发明内容
为克服上述缺陷，根据本发明的一个方面，提供了一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其中，所述导电互连件包括：一个具有变化的横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，并提供一通过该本体的导电路径，该本体呈包含至少两个不同斜面的截头圆锥体状，其中倾斜度最大的斜面位于该截头圆锥体的一较小端；一个位于该本体的所述较小端并具有一呈平面状的第一接触表面的第一接触区域；以及一个位于该本体的另一端并具有一呈平面状的第二接触表面的第二接触区域。
此外，根据本发明的另一方面，提供了一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其中，所述导电互连件包括：一个具有变化横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，以适于使电流通过，该本体呈具有凹入状曲面壁的截头圆锥体状；一个位于该本体的一较小端的第一接触区域；一个将所述第一接触区域与所述本体的其余部分连接起来的倒圆区域；以及一个位于该本体的另一端的第二接触区域。
另外，根据本发明的又一方面，提供了一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其中，所述导电互连件包括：一个具有变化的横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，并提供一通过该本体的导电路径，该本体包括：一个具有第一变化横截面的截头圆锥体状第一本体部分；一个位于该第一本体部分上的第一接触区域；一个将所述第一接触区域与所述第一本体部分连接起来的第一倒圆区域，该第一接触区域的横截面小于该第一本体部分的最小部分的横截面；一个具有第二变化横截面的截头圆锥体状第二本体部分，该第二本体部分将所述第一本体部分与一第三本体部分相连，该第三本体部分具有第三变化横截面；一个位于该第三本体部分上的第二接触区域；以及一个将所述第二接触区域与所述第三本体部分连接起来的第二倒圆区域，该第二接触区域的横截面小于该第三本体部分的最小部分的横截面。
由此可见，根据本发明，提供了弹性电互连件，其具有一个变化的横截面，从而可得到一个增大的挠曲范围，以及一个压缩力和互连件的挠曲之间，以及作为挠曲的函数的阻力和挠曲之间的预定关系。一个较小的横截面区域降低了在压缩过程中互连件的扭曲率或压缩力。增大的挠曲范围和降低的扭曲率可以提高对表面不平整的修正，以及便于安装带有大的阵列的互连件的集成电路或其它装置。该变化的横截面是通过从较小横截面的一端开始到较大横截面一端结束，设置一个单个或组合斜面，或者一个非线性曲面的方式来提供的。
在此公开了各种实施例，其包括有多种锥形柱体形状，该锥形柱体具有沿着整个高度呈一条直线的轮廓，遵循着多个呈不同角度的直线的轮廓，以及遵循着一条曲线的轮廓。用来制造互连件的导电材料，例如带有导电颗粒的聚合材料，提供了互连件的相对端之间的必要导电性。互连件的具有较大横截面的一端提供一个底部，用于安装在一个固定的接触面上，例如一个电路板或插座上，而具有较小横截面的一端提供一个接触端，用于将一个导电垫或终端接触在配合装置上。较宽的底部使互连件得以稳定并保持接触端的对齐，以最小化互连件的横向运动，并避免相邻互连件的相互接触或将一个不当的导电垫接触在配合装置上。
附图说明
参考对本发明的详细描述及其附图，本发明将变得更加清楚，其中：
图1a为根据本发明的弹性电互连件的侧视图；
图1b为图1a的互连件处于挠曲状态的侧视图；
图1c为与一不平整接触平面相连接的接触垫的侧视图；
图2a为弹性电互连件的一个实施例的示意图；
图2b为图2a所示实施例的侧视图；
图2c为图2a和2b所示实施例中阻力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图2d为图2a和2b所示实施例的力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图3a为本发明第二个实施例的示意图；
图3b为图3a所示实施例的侧视图；
图3c为图3a和3b所示实施例的阻力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图3d为图3a和3b所示实施例的力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图4a为本发明的第三个实施例的示意图；
图b为图4a所示实施例的侧视图；
图4c为图4a和4b所示实施例的阻力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图4d为图4a和4b所示实施例的力与挠曲特性之间关系的曲线图；
图5a为本发明具有一个曲线壁的另一个实施例的示意图；
图5b为图5a所示实施例的侧视图；
图6为根据本发明采用了一对互连件的一个实施例的局部侧视图；
图7a示出了根据本发明具有双端头式样的弹性互连件；
图7b为安装在一基板上的图7a所示实施例的剖面侧视图；
图7c为安装在一基板上的图7a所示实施例的图解示意图；
图8a为本发明具有双端头式样的另一个实施例的示意图；
图8b为图8a所示实施例的剖面侧视图；
图8c为安装在一基板上的图8a所示实施例的剖面侧视图；
图8d为安装在一基板上的图8a所示实施例的图解示意图；
图9a为本发明又一实施例的图解示意图；
图9b为图9a所示实施例的剖面侧视图；以及
图9c为安装在一基板上的图9a所示实施例的剖面侧视图。
具体实施方式
参见图1a，弹性电互连件10安装在一基板11，例如一印刷电路板上，以在基板11的导电区域和集成电路或其它装置14的导电区域12之间提供电互连。每个互连件10由一弹性非导电材料，例如，一聚合材料构成，它含有弥散在其中的导电颗粒，以提供预定水平的电导率。每个互连件包括一本体16，其呈现出一截头圆锥状，具有一个终止于一接触表面18的较小横截面顶端区域和一个从其中伸出一安装茎20的较大底部区域。安装茎20插入到设置在基板11上的孔中，本体16的底表面置于基板上环绕着该孔并与之面对的表面上。茎20的尺寸相应于与之相关的孔而设，以压紧装配到孔中，从而将本体16保持在基板上。基板具有位于其一个表面上的导电区域22，本体16的底表面机械接触及电接触地支撑在其上。基板中的安装孔可以具有电镀的壁，以与位于其中的互连件的茎部分电接触。最好是本体被化学粘合到基板的导电区域上或电镀孔中，以提供良好的电连接。
弹性电互连件的成分可以如申请日为1996年10月28日、申请号为08/736,830的专利申请中所公开的那样，上述专利申请结合在此作为参考。当然，互连件也可以采用其它导电弹性成分，例如，具有弥散在其中的碳的热塑性弹性体材料。
在图1a中，互连件10以在与配合触点12电连接之前的方式示出。为了提供电连接，通过适宜的机械固定装置将互连件与配合触点接合在一起并保持在接触配合状态，该机械固定装置通常为一互连件座的一部分，并可以采用在现有技术中已知的多种构型。当完成配合连接后，互连件10如图1b所示被压缩，以在集成电路或其它装置的触点12和基板的触点22之间提供电连接。
弹性电互连件具有一个挠曲范围，其足以在配合触点间提供恰当的接触配合，而不会在互连件或配合触点上产生过大的力，该过大的力可能导致有害结果，例如不期望的互连件的横向挠曲以及互连件相对于配合触点的不对齐。由弹性互连件互连的上、下触点之间的距离可以由于电路板或其它基板的翘曲或不规则(不平整)而不相同，如图1C所示，上触点12a与下触点22a之间的距离比上触点12b和下触点22b之间的距离要小。这种相隔距离的差异可能由例如以夸张方式示出并以标号24表示的翘曲或弯曲的电路板而产生。
由本发明提供的具有变化横截面的互连件的挠曲范围比具有均一横截面的弹性互连件的挠曲范围要大，并同时可以保持一个可接受的压缩力的范围，以提供接触配合。
位于上、下接触表面(第一、第二接触表面)之间的互连件本体的高度、横截面区域以及轮廓可以被指定，以提供一个期望的阻力与挠曲特性以及力与挠曲特性之间的关系。
图2a和2b示出了一个类似于图1a的锥形弹性电互连件。锥形表面的锥度和本体的高度及宽度可以根据不同情况设置，以适合特定的操作要求。一个圆角或倒圆区域19可以将触点端18和锥形体连接起来，该实施例的典型阻力与挠曲之间关系的曲线示于图2c中。一个典型的力与挠曲之间关系的曲线示于图2d中。
在图3a和3b中，示出了一个弹性互连件，其具有一个含两个不同斜面的倒(圆)角圆锥本体，本体30具有一个呈一个倾斜度的较高顶部32和一个呈较小倾斜度的较矮下部34。该互连件本体30的组合倾斜度表面提供了一个相对较陡的力与挠曲特性之间关系的曲线，如图3d所示。阻力与挠曲之间关系的曲线示于图3c中，其显示出阻力从一初始值开始急剧下降至一最终值，并随之只发生较小量的挠曲。本体30的底部34的相对较宽区域提供了一个稳定的互连结构，其可以承受相对大的挠曲而不致被施加过大的力。
另一个具有组合倾斜度表面的弹性互连件示于图4a和4b中，其中上部42和下部44基本上具有相同的高度，阻力与挠曲特性之间关系的曲线示于图4c中，力与挠曲特性之间关系的曲线示于图4d中。
弹性互连件的另一个实施例示于图5a和5b中，其中互连件本体具有一个曲线表面45，其提供了一个较平缓的力与挠曲特性之间的曲线，并在压缩过程中可以提供更加均匀的分布力。
如图6所示，也可以在基板的一个孔中提供向相反方向伸展的一对互连件，每个互连件的底部区域与基板上的一导电表面区域电连接配合。如上所述，互连件的底部也可以与基板中的一电镀通孔的导电壁电连接配合。
互连件也可以以一个如图7a所示的双端头方式形成，互连件的每一部分均呈倒角圆锥状。上部(第一本体部分)70终止于第一接触表面74，下部(第三本体部分)72终止于接触表面76。一个中部(第二本体部分)78为一减小直径的横截面区域，其尺寸设计成可以容纳在基板77的对应开口中，如图7b和7c所示。锥形本体部分70和72通过第一、第二倒圆区域80和82与表面区域连接起来。作为挠曲的函数的阻力与力特性大致类似于图3c和3d中的特征曲线。
弹性电互连件通常以阵列方式安装在一基板上，如图7c所示，其对应于一配合装置的触点的阵列。
图8a和8b示出了另一种双端头式样的互连件，这种形式具有类似于图3a和4a所示的组合方式的组合锥形表面。它们被类似地安装在一基板上，如图8c和8d所示。
图9a和9b中示出了另一个实施例，其中互连件的上端90比下端92大。上端90呈一个具有一个单一倾斜度的截头圆锥形，下端92具有一个由较宽部94和较窄部96确定的组合锥形斜面。互连件如图9c所示安装在一基板上，上端具有一个呈凹入锥形状的接触区域97，底端具有一个呈平面状的接触区域99。
互连件可以分别模塑或者成形，并通过例如将弹性元件压紧装配到基板孔中的方式被安装到基板的各自对应的开口中。或者，弹性互连件可以整体模塑成形在基板中，以为特定的目的而提供一个预定构型的互连件阵列。
互连件的接触表面可以为如上所述的平面结构，或者也可以是其它结构，从而与特殊类型的触点相配合，例如采用一个锥形接触区域以与一球网格阵列的球形触点相连接。弹性互连件接触区域可以是为适应特定目的而要求的其它一些形式。
通过上述对本发明优选实施例的描述，对本技术领域的技术人员来讲，其它的一些可以合并在本发明内容中的实施例将是很明显的。因此，本发明不应视为局限于所公开的实施例，而应当视作仅由附属权利要求的精神和范围所限定。

Claims (8)

1、一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其特征在于，所述导电互连件包括：
一个具有变化的横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，并提供一通过该本体的导电路径，该本体呈包含至少两个不同斜面的截头圆锥体状，其中倾斜度最大的斜面位于该截头圆锥体的一较小端；
一个位于该本体的所述较小端并具有一呈平面状的第一接触表面的第一接触区域；以及
一个位于该本体的另一端并具有一呈平面状的第二接触表面的第二接触区域。
2、一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其特征在于，所述导电互连件包括：
一个具有变化横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，以适于使电流通过，该本体呈具有凹入状曲面壁的截头圆锥体状；
一个位于该本体的一较小端的第一接触区域；
一个将所述第一接触区域与所述本体的其余部分连接起来的倒圆区域；以及
一个位于该本体的另一端的第二接触区域。
3.如权利要求2的弹性导电互连件，其特征在于，所述弹性非导电材料为具有弥散在其中的碳的热塑性弹性体。
4.如权利要求2的弹性导电互连件，其特征在于，所述第一接触区域为一凹入状接触区域。
5.如权利要求4的弹性导电互连件，其特征在于，所述凹入状接触区域为凹入锥形状接触区域。
6.一种弹性导电互连件，用于在一个第一表面和一个第二表面之间提供电连接，其特征在于，所述导电互连件包括：
一个具有变化的横截面的弹性非导电材料本体，它含有弥散在其中的导电颗粒，并提供一通过该本体的导电路径，该本体包括：
一个具有第一变化横截面的截头圆锥体状第一本体部分；
一个位于该第一本体部分上的第一接触区域；
一个将所述第一接触区域与所述第一本体部分连接起来的第一倒圆区域，该第一接触区域的横截面小于该第一本体部分的最小部分的横截面；
一个具有第二变化横截面的截头圆锥体状第二本体部分，该第二本体部分将所述第一本体部分与一第三本体部分相连，该第三本体部分具有第三变化横截面；
一个位于该第三本体部分上的第二接触区域；以及
一个将所述第二接触区域与所述第三本体部分连接起来的第二倒圆区域，该第二接触区域的横截面小于该第三本体部分的最小部分的横截面。
7.如权利要求6的弹性导电互连件，其特征在于，所述截头圆锥体具有至少两个不同的斜面，其中倾斜度最大的斜面分别位于第一本体部分和第三本体部分中靠近第一和第二接触区域的部分上。
8.如权利要求6的弹性导电互连件，其特征在于，所述第一本体部分和第三本体部分具有呈凹入状的曲面壁，其从一个靠近各自接触区域的一较小端延伸至靠近将第一本体部分和第三本体部分连接起来的连接部分的一较大端。
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