CN1917289A - 利用不导电弹性体元件和连续导电元件的电互连系统 - Google Patents

Abstract

一种包括基板(12)和固定在基板中的电接触(40)阵列的电互连系统。每个电接触包括具有超过基板的各个对侧布置的相对端(21、23)的不导电的弹性体元件(20)，并且相关的导电元件(22、1002、1302)包括具有布置在不导电的弹性体元件的各个相对端的表面上的相对端(306)的单元体(302、1004、1304)。当压力加到电接触上时，不导电的弹性体元件的相对端有弹性地施压于导电元件的各相对端。

Description

利用不导电弹性体元件和连续导电元件的电互连系统

技术领域

本发明涉及利用不导电弹性体元件和导电元件的电互连系统。

背景技术

互连装置用来在两个或更多接触区的相反阵列之间提供电连接，用于建立至少一个电路，可以在装置、印刷电路板、引脚网格阵列(PGA)、板(Land)栅阵列(LGA)、球栅阵列(BGA)等上提供各自的阵列。互连技术可以包括焊接、插座、引线接合、线钮接触和插塞连接器。在一个使用Z轴互连装置的互连技术中，在基板上支撑的Z轴互连元件的阵列在堆叠的电气部件之间提供电连接。Z轴互连装置能够适应尺寸约束，例如，与缩小许多电气装置的实际尺寸相关的。另外，可以非永久地安装Z轴互连装置，以允许除去或替换已建立电路的元件。

通过具有金属导电接触的Z轴互连装置可以提供导电性，每个接触提供相反阵列的相应电接触之间的电连接。由于相反阵列的电接触之间的高度变化，互连装置的导电元件的相反阵列的任一基板支架的厚度变化，相反阵列的任一基板的翘曲等，在金属接触与相反阵列的任一金属接触区之间建立的可靠的接触可能是不可靠的。

在使用导电弹性体的导电元件的现有技术电互连装置中，例如，在美国专利No.6,056,557和美国专利No.6,790,057中公开的，提供在基板的各个孔中布置弹性体导电元件的电互连装置，孔以栅阵列方式排列。在接触的相反阵列之间压缩弹性体导电元件，并且由于弹性体导电元件的粘弹特性，各个弹性体导电元件对相反阵列的电接触施加机械力，以建立可靠的电连接。然而，弹性体导电元件的导电性是通过在元件中的导电微粒在压缩条件下接触相邻的导电微粒产生的，由此产生完整的导电通路。另外，当所有的应力相等时导电弹性体元件性能最佳，但在大多数的互连应用中不是这样。

存在对具有在两个相对的装置之间可以获得可靠电连接的接触，并且可以调节在接触上的不均匀负荷的电互连系统的需要。

发明内容

电互连系统包括基板和固定在基板中的电接触阵列。每个电接触包括超过基板的各对侧布置的具有相对端的不导电的弹性体元件，并且相关的导电元件包括具有布置在不导电的弹性体元件的各相对端的表面上的相对端的单元体。当压力加到电接触上时，不导电的弹性体元件的相对端有弹性地施压于导电元件的各相对端。

附图说明

现在参考附图通过例子介绍本发明，其中：

图1是根据本发明的电互连系统的俯视图；

图2是图1所示电互连系统的基板、不导电元件和相关的导电元件的透视图；

图3是图2所示基板、不导电元件和相关的导电元件的背视图；

图4是图2所示基板、不导电元件和相关的导电元件的侧视图；

图5是图2所示基板、不导电元件和相关的导电元件的侧视图，示出了处于偏转位置的导电元件；

图6是根据本发明第一实施例的导电元件的前视图的示意图，示出了伸展位置；

图7是根据本发明第一实施例的导电元件的侧视图的示意图，示出了伸展位置；

图8是根据本发明第一实施例的导电元件的侧视图的示意图，示出了弯曲位置；

图9是根据本发明第一实施例的导电元件的侧视图的示意图，处于弯曲位置并且偏转形成的；

图10是根据本发明第二实施例的导电元件的背视图的示意图，示出了处于弯曲位置形成的；

图11是根据本发明第二实施例的导电元件的侧视图的示意图，示出了处于部分弯曲位置形成的；

图12是根据本发明第二实施例在基板中布置的不导电元件和导电元件的侧视图的示意图，示出了处于弯曲位置形成的导电元件；

图13是根据本发明第三实施例的导电元件的前视图的示意图，示出了伸展位置；

图14是根据本发明第三实施例的导电元件的透视图的示意图，示出了弯曲位置；

图15是根据本发明第三实施例的电互连系统的俯视图；以及

图16是根据本发明第三实施例的电互连系统的透视图。

具体实施方式

公开了利用不导电元件和导电(例如，金属)接触的混合的电互连系统。电互连系统在第一和第二器件之间提供电连接，每个器件包括至少一个电接触，例如，排列为接触的阵列，分别在第一和第二相对的板，例如，印刷电路板或栅格上提供第一和第二器件的接触阵列。电互连系统夹在第一和第二相对的板之间。例如，第一和第二板可能堆叠，并且电互连系统可能夹在两者之间。第一板的各个电接触对应于第二板的各个电接触。在第一和第二板上组装电互连系统后，电互连系统在各第一和第二板的相应的电接触之间建立电的路径，例如，提供导电性的路径，并且在建立的电路径之间提供绝缘。

由相同的附图标记在所有各图中指的是同样的元件的附图获得对照。参考图1和2，示出了具有不导电基板12的电互连系统10，其中提供开口14，例如，孔或缝，的阵列。开口14的阵列包括多个第一开口16和多个第二开口18。第一和第二开口16、18中的每一个在基板的相对表面之间延伸。提供固定在基板中的电接触40的阵列。各个电接触40固定在开口14的阵列的开口中。每个电接触40包括不导电弹性体元件20和相关的导电元件22。

图1示出了夹持在开口14的阵列中的多个元件20和导电元件22，每个导电元件22靠近其相关的不导电元件20定位。图2示出了基板12和开口14的阵列，在开口14的阵列的各个开口中，夹持一个不导电元件20和它的相关的导电元件22。

每个导电元件22是可弯的，例如，在一个或多个连接处，和/或由有挠性的材料形成。将电互连系统10与具有至少一个电接触(未示出)的各个电接触阵列的第一和第二板装配时，各个导电元件22弯曲并且紧靠它们的各个相关的不导电元件20，形成互连元件40。

基板12由绝缘材料形成，例如，聚酰亚胺片(例如，Kapton^TM)。形成基板12的材料优选可变形的，并且具有记忆能力，能够恢复或几乎恢复到变形之前的原样。紧紧地安装(例如，挤压)到开口14的阵列的开口中的物体，例如，导电元件22，至少部分由于基板12的材料的记忆能力夹持在开口内。确定第一开口16和第二开口18的大小和形状，以适当的夹持不导电元件20和导电元件22。第一和第二开口16、18的宽度可以相同或不同。

在图1所示的实施例中，各个不导电元件20分别固定，例如，夹持，在不同的开口16中，各个导电元件22分别固定，例如，夹持，在不同的开口18中。夹持在开口16中的每个不导电元件20与夹持在靠近开口16的开口18中的唯一的导电元件22配对。在本公开的另一个实施例中，各个导电元件22可以与不导电元件20共用开口，导电元件22与共用开口的不导电元件20或者与位于相邻开口的不导电元件20配对形成电接触40。

根据图1所示实施例，开口16和18排列在平行于称为“y”轴的各个列中，并且排列在平行于称为“x”轴的各个行中。所示的假想轴或线28沿对准电接触40的不导电元件20和导电元件22的方向。轴28以小于90度的角30偏离平行于Y轴的直线。

在所示的例子中，不导电元件20沿x和y轴互相均匀地间隔开，不导电元件20之间沿x轴的间隔等于不导电元件20沿y轴之间的间隔，并且角30是45度。所示间隔适于在相对的板的电接触的第一和第二阵列之间提供电连接，其中相对板的阵列的电接触以沿x轴和y轴或者基板12的边缘32和34相等的距离均匀地间隔开。在不同的示例性应用(未示出)中，不导电元件20沿x轴之间的间隔可以与不导电元件20沿y轴的间隔不同，并且角30大于或小于45度。

对于图3和4，形成电接触40的不导电元件20和相关的导电元件22显示为在相对板之间压缩之前组装在基板12上。图5示出了例如当相对板之间压缩时从上方和下方受到轴向压力的形成电接触40的不导电元件20和相关的导电元件22。

不导电元件20由不导电的弹性聚合物形成，例如硅氧烷。在一个实施例中，模铸不导电元件20和基板12作为整体结构。无论与基板12模铸在一起作为整体结构或者通过插入在开口16内与基板装配在一起，不导电元件20被控制地夹持在基板12内，布置不导电元件20的相对端超过基板的各个对侧。可以通过本领域中已知的任何工艺形成不导电元件20。在说明性的实施例中，不导电元件20从基板12伸出的部分为平截头体的形式，平截头体的最大宽度邻近基板12。通过平截头体的最大宽度易于各个不导电元件20保持在各个开口16中。然而，应当理解，为了不导电元件20可以采用任何合适的柱状。

如图3和4所示，分别在不导电元件20的相对端提供第一和第二部分21和23。虽然把不导电元件20的第一部分21和第二部分23的表面描述为一般的平面，但是第一部分21和/或第二部分23的表面可以是半球形的、圆锥形的或者任何其它合适的形状，用于紧靠和/或与导电元件22衔接，如下面介绍的。可以分别选择所用的聚合体和不导电元件20的形状，用于改变和控制互连系统10施加的接触力。可以选择用于不导电元件20的材料的硬度特性，用于适应应用的特定条件。

现在将根据图3-9介绍导电元件22。每个导电元件22包括扁平体302以及第一和第二臂304。每个臂304包括具有内表面308和外表面310的部分306。如图所示，每个臂304的部分306可以位于各个臂304的末端，各个部分306布置在导电元件22的相对端。在布置在导电元件22的相对端的各个部分306的外表面310之间提供电的路径。当装配电互连系统10时，端部布置在不导电的弹性体元件20的各个相对端21和23的表面上，形成接触40。当压力加到电接触40上时，不导电的弹性体元件20的相对端21、23有弹性地施压于在导电元件22的相对端的各个部分306。

当被插入相应的第二开口18中时，导电元件22的本体302基本上布置在第二开口18内。本体302可以包括用于在第二开口18内夹持导电元件22的夹持结构，夹持结构可以是加到本体的单独的结构，或者可以由本体本身提供。在提供的例子中，由本体本身提供夹持结构，本体302的宽度超过第二开口18的宽度，用于在第二开口18内夹持导电元件22。在导电元件22与基板12的装配期间，导电元件22强制插入到第二开口18中。由于基板12的可压缩特性，施加于导电元件22上的力有助于在第二开口18内夹持导电元件22。

本体302还可以提供从本体302的上部伸出并且紧靠基板12的上表面的肩部312，用于停止在第二开口18内进一步插入导电元件22，并且用于确定在第二开口18内导电元件22的插入深度。第一和第二臂304从本体302伸出并且是可弯的和/或挠性的，从而各个第一和第二臂304的部分306的内表面308分别紧靠不导电元件20的第一部分21和第二部分23的表面。可以形成部分306的内表面308的形状以符合不导电元件20的第一部分21和第二部分23的表面的形状。部分306还可以提供用于紧靠或抓住不导电元件20的第一部分21和/或第二部分23的结构，用于相对于与其相关的不导电元件20定位导电元件22。

图6和7示出了已经由金属片原料分割和冲压的导电元件22。图3、4和8示出了处于弯曲定位形成的导电元件22，用于紧靠和/或接合不导电元件20或者用于准备紧靠和/或接合不导电元件20。图5和9示出了处于弯曲位置并偏离形成的导电元件22，例如，由于轴向压力而偏转，用于紧靠和/或接合不导电元件20。如图3、4和5所示，露出导电元件22的臂304的部分306的外表面310作为接触区，用于与相对板的电接触产生电接触，并且在相对板的一个板的电接触与另一个相对板的相应的电接触之间提供电的路径。

导电元件22可以完全由导电金属形成，例如，铜、磷青铜合金、铍、金、镍、银、或者上述元素或合金的合金。可以想像其它材料也可以用来形成导电元件22，只要能在第一和第二臂304的各个部分306的外表面310之间提供电的路径即可，电的路径优选完全由金属形成。各个部分306的外表面310的形状可以是一般的平面、半球形、圆锥形或任何其它合适的形状，用于紧靠和/或接合相对板的各个电接触。各个导电元件22的各个外表面310与相对板的各个电接触的接点根据各个外表面310与相对板的各个导电元件22的形状可以包括面-面接触。最小的轴向压力足以在电互连系统10的导电元件22与相对板的接触之间建立可靠电连通性，并且用于在相对板的相应电接触之间建立电连通性。此外，电连通性的确立对过度的轴向压力是不敏感的。

当基板12与电接触40的阵列与相对板装配时，由相对板施加的轴向压力导致与每个不导电元件20和相关的导电元件22相关的力矩，迫使导电元件22上的接触点移动，从而导致接触点滑动接触，其中接触点逆着相对板接触区滑动。再参考图1，开口14的阵列具有左侧区42、右侧区44、上部48和底部50。各个不导电元件20根据在左侧区42的第一方向和根据在右侧区44的第二方向相对于相关的导电元件22取向。在第一方向中，布置在阵列40的左侧区42的排46的第二开口内的导电元件22紧靠和/或接合布置在位于排46上方的第一开口16中的不导电元件20。在第二方向中，布置在阵列40的右侧区44的排46的第二开口内的导电元件22紧靠和/或接合布置在位于排46下方的第一开口16中的不导电元件20。

由作用于在左侧区42上的不导电元件20和导电元件对22的轴向压力产生的力矩对抗由作用于在右侧区44上的不导电元件20和导电元件对22的轴向压力产生的力矩。可以设想提供相反方向的其它结构用于抵消产生的力矩，并且不局限于图1所示结构。例如，相反取向可以用于不导电元件20与相关的导电元件22的对的一个或多个列的交错组。

图10-12描述了功能和结构类似于导电元件22的导电元件1002，然而导电元件1002由线材形成，并且其对应于导电元件22的本体302的本体1004是圆形的，例如，桶形的。本体1004的宽度可以超过夹持它的开口的宽度，有助于在第二开口18中夹持本体1004。本体1004还可以具有沿相反方向从本体横向延伸的保持结构1006，有助于在第二开口18中夹持本体1004。保持结构1006优选刚性的，并且可以由金属形成。本体1004还可以包括肩部312。类似于导电元件22，导电元件1002包括具有部分306的臂304，部分306分别具有内和外表面308和310。臂304可以在连接处弯曲，或者可以是挠性的，在希望的地方弯曲。

图13和14描述了功能和结构类似于导电元件22的导电元件1302，然而对应于导电元件22的本体302的导电元件1302的本体1304的宽度小于它布置在其内的第二开口。本体1304包括保持结构1306，当保持结构1306展开时具有大于其内布置本体1304的第二开口18的宽度，但是可以压缩到等于或者小于第二开口18的宽度的宽度。此外，当不压缩时偏压保持结构1306，回到更大的宽度。例如，保持结构1306可以包括偏压装置，例如弹簧，或者由具有记忆的材料形成，该材料在不压缩时恢复到具有更大宽度的形状。图15和16描述了使用导电元件1302的阵列40。

臂304的部分306具有一个或多个连接1308。另外，至少一个臂304的部分306具有接合结构1310，例如，两个或更多凸爪，并且在图13和14中描述为三个凸爪。接合结构1310帮助导电元件22相对于与其相关的不导电元件20定位，例如，当施加轴向压力时，引导导电元件22紧靠与其相关的不导电元件20。防止导电元件1302紧靠不同的不导电元件20；并且在施加轴向压力以前和/或之后，用于保持导电元件22相对于与其相关的不导电元件20处于要求的位置。接合结构1310可以紧靠和/或接合不导电元件20。

可以设想，通过在不导电元件20上和/或在各个第一开口16中提供一个或多个夹持结构，可以实现在各个第一开口16内保持不导电元件20，不导电元件20和各个第一开口16具有的夹持结构可以是互补的。同样地，通过在每个导电元件22上和在第二开口18中提供夹持结构可以实现在第二开口18内保持导电元件22，导电元件22和第二开口18具有的夹持结构可以是互补的。

根据本公开，电互连系统10具备通过导电元件22提供完全导电路径的优点，电的路径由高导电的材料，例如金属，组成。此外，当通过相对板在电互连系统10上施加轴向压力时，由于不导电元件20的弹性体特性，电互连系统10通过不导电元件20在相对板的触点上提供恒定的机械力。恒定的机械力增强了导电元件22与相对板的触点之间的电连接。用最小的轴向压力，在相对板的相应的触点之间建立可靠的导电性。

Claims (4)

1.一种包括基板和固定在基板中的电接触阵列的电互连系统，特征在于：

每个电接触包括具有超过基板的各个对侧布置的相对端的不导电的弹性体元件；以及相关的导电元件，该导电元件包括具有相对端的单元体，所述相对端布置在所述不导电的弹性体元件的各个相对端的表面上，其中当压力加到电接触上时，不导电的弹性体元件的相对端有弹性地施压于导电元件的各相对端。

2.如权利要求1所述的电互连系统，其中基板包括固定各个所述不导电弹性体元件的第一开口的阵列，以及固定各个所述导电元件的第二开口的阵列。

3.如权利要求1所述的电互连系统，其中电接触阵列的第一部分利用沿第一方向相对彼此取向的第一部分的各个所述电接触的不导电元件和导电元件固定在基板中，并且电接触阵列的第二部分利用沿第二方向相对彼此取向的第二部分的各个所述电接触的不导电元件和导电元件固定在基板中。

4.如权利要求1所述的电互连系统，其中导电元件的本体包括过盈安装在基板中的各个开口中的保持结构。

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