CN1961458A - 柔性环互连系统 - Google Patents

Abstract

多个小的导电柔性空心环(10)，其每个由易弯的材料制成，提供用于在基板(8)和微电子器件封装(4)之间使用的柔性连接介质。每个环焊接到基板和器件两者。每个环的侧壁的部分(20，22)不被焊接，从而确保至少部分的环保持柔性。环适应基板和电子器件封装上的高差。它们还提供抗振且柔性的连接。

Description

柔性环互连系统

技术领域

本发明通常涉及高密度电气互连结构，更具体地涉及可以在插板应用中使用以将电气装置连接到电路板的互连结构。

背景技术

微电子器件例如当前工艺水平的微处理器在日益缩小的面积中需要大量的可靠连接。随着电子器件和该器件将要安装到其上的基板之间的连接数量增加，不进行单个连接或单个连接将失败的可能性增加。

在“波动焊接”中，电子部件通过在安装有电子部件的基板上流动熔化的焊料来焊接到基板。将要把电子部件焊接到其上的基板在流动的熔化的焊料上通过，这样在基板表面的下表面上的暴露金属和焊剂处理的表面将熔化的焊料从焊料槽向上毛细传送(wick)。随着具有毛细传送(wicked)的熔化的焊料的基板从熔化焊料槽移开，焊料冷却并凝固，在电子器件和基板的焊接表面之间建立电气连接。

随着在电子技术中连接密度的增加，以及随着从电子器件的引线长度的减少，必须完成的连接的增加数量使得在统计上更可能不进行单个连接或单个连接将失败。甚至在基板的平面度中的较小不规律性也可以导致连接问题。

在基板的接触表面和电子器件以不同间距彼此分离时，利用现有技术的焊接技术产生一个问题。例如，如果微处理器的一个或两个接触引线或一个或两个接触表面从平面基板分离得比其他接触引线或接触表面更大，熔化的焊料可能不在基板和电子器件的更远的接触表面之间毛细传送。现有技术的焊接技术在两个器件的接触表面或将要连接的表面之间的间隔或距离变化大于小的量时，遇到不能建立连接的问题。

甚至当在电子器件和其支持基板之间的单个连接不在制造期间完成或在使用中故障时，识别故障的电气连接以及修理该电气连接的成本通常会超出制造其中该电子器件和支持基板操作的产品的成本。改进电气连接的可制造性以及改进电气连接在制造之后的可靠性将成为在当前技术上的改进。

本发明的目标为一种连接器结构，其适用于在高密度应用中使用，且易于制造并且其在避免之前提到的缺点的同时提供可靠的触点压力。

发明内容

本发明的大体目的为提供这样的连接器装置，其具有以阵列方式排布的多个柔性导电环，以接触电路板上的导电焊盘以及相对电子器件的触点或接触焊盘。

微电子器件在电子器件的电触点和电路板或基板之间使用小的导电空心环，电气连接并安装到电路板或其他平面表面。每个环为绕着中心点延伸的易弯导电材料的带。旋转轴通过每个环延伸。每个环的旋转轴基本上平行于其他旋转轴以及该基板的平面和该电子器件的平面。

每个环充当小而圆的弹簧类型的接触，其在力从任何方向指向环的内部时将变形。当移除力，环将回到其原始形状。环的弹性性能提供可以适应在相对表面的平面度中的变化的较小的柔性互连。每个环的弹性还适应电路板或基板挠曲以及冲击和振动。

本发明的这些和其他目的、特征和优点通过以下详细描述将变得容易理解。

附图说明

在此详细描述的期间，将频繁地参考附图，这些附图中：

图1为根据本发明的原理构造的分立导电空心环的透视图，其适用于将电子装置连接到电路板或其他基板；

图1A显示了图1的分立导电空心环响应外部施加力而发生的形变；

图2为微电子器件和安装到基板的多个导电空心安装环的侧视图；

图3为填充有弹性不导电材料的导电安装环的侧视图，并且该环焊接到基板；

图4为基板和安装到电子器件的多个导电空心安装环的侧视图；以及

图5显示了导电环以及在电子器件和填充有不导电弹性材料的基板之间的间隔。

具体实施方式

图1为根据本发明的原理构造的分立导电空心环10的透视图，并且其可以用于将电子器件安装到电路板或其他基板。在所示的实施例中，导电空心环10具有基本和环10的长度L相同的直径D，但是也可以使用其他的结构。

环优选由易弯导电材料带制成，例如铜或金合金或涂覆有或镀有良导体例如铜或金的弹簧钢。可选择的实施例可以包括电镀的或以其他方式导电地涂覆的弹性塑料。不考虑其材料，对于所有环成立：制造环的材料以空间12中的点为中心，通过其延伸环10的旋转轴14。力F从外部施加到环10上，并径向指向环的内部，将导致环10弯曲，如图1A中所示。如众所周知的那样，随着力F增加超出材料的弹性极限，环将塌陷，但是只要施加的力F保持在环材料的弹性极限以下，环10将起到弹簧的作用，并在移除施加的力时回到其原始形状。环10的类弹簧行为，当以阵列环的方式使用时，将提供可以适应在基板8和电子器件6之间的平面性差异的连接。其还可以提供可以挠曲的连接，并且该连接将更能承受冲击和振动。该改进的物理鲁棒性通过制造环10的弹性材料提供，其在基板8和器件4之间的部分没有焊接。环可以容易地通过电铸或放电加工以将公差维持降到临界尺寸和直径，例如500微米等等。

描述的环10设置有沿着环10的侧面从一开口端到另一端的两个镀镍条或带20、22。镀镍带20和22充当并在这里被称为焊料栅20和22。如显示的那样，它们在环10的外部表面上基本上彼此相对。它们阻止焊料一路向上并环绕该环的圆周毛细传送，从而确保至少部分的柔性环侧壁将不被焊接到基板8或相对表面，而是依然保持易弯。

如图3中所示，当环10附着到基板8时，熔化的焊料将只向上毛细传送直到其达到焊料栅20和22。沿着环10的外部向上毛细传送的焊料将在环10的下弯曲部分(图10)和基板8的顶部之间形成焊脚24，作为常规焊接过程的部分。焊料栅20和22确保制造环10的柔性材料在焊接过程期间将不被完全涂覆有焊料，确保环10保持柔性。

在如图1所示的优选实施例中，环10侧壁截面基本是平面的或矩形的。在可选择实施例中，环侧壁截面可以是圆形的、卵圆形的或其他形状，虽然非矩形侧壁形状可能趋向于更具刚性。因为圆形和卵圆形都是特殊情况的椭圆形，在这里更通用的侧壁形状被指定为椭圆形。

图2为刚好放置在多个导电空心安装环10上的微电子器件4的侧视图，其组件包括用于将电子器件4安装到电路板或其他基本平面的基板8上的连接器2。在图2中的每个环10基本上和图1中显示的环10是相同的，虽然在图2中焊料栅20和22不可见。

在图2中的安装环10排列成它们的每个轴14彼此平行并且延伸进入该图的平面。在替换的实施例中，环10可以使得它们的轴共线。

因为轴14延伸进入图2的平面，环10的轴14还将平行于基板8的平面延伸，基板8的平面以及器件4的下侧6的平面也延伸进入图2的平面。因此每个环的侧壁“面对”基板8和器件4的下侧6。环10开口端所位于的平面基本上垂直于基板8和电子器件4的下侧6。

多个分立导电空心环10每个沿着其主体，在基板8的表面上的导电迹线和电子器件4的下侧6上的连接点或结点之间设置冗余信号路径。信号可以穿过环的两侧，从器件4上的电路得到并传输到下面的基板8上的电路。此双信号路径还协助减少其中使用这些触点的系统的电感。如图2中所示，多个导电环10初始附着到基板8并提供用于器件4的连接器。

图3显示了导电环10的替换实施例，其中环10的内部18填充有弹性不导电材料18，例如硅树脂。上述的焊料焊脚24将环10机械地和电气地附着到基板8。以弹性材料填充内部空间18增加了环10的强度，还阻止焊料通过灯芯效应或毛细管作用流入内部空间18。

图4显示了用于安装电子器件的连接器2。在图4中，连接器2使用上述分立导电环10形成，但是在图4中的连接器2包括不导电下填充材料26，其将导电环10相对于彼此保持在适当位置。该下填充材料26可以是不导电硅树脂层，其厚度小于导电环10的外径。当向下推动电子器件4时，每个环将轻微地变形。因为它们是易弯的，它们每个倾向于对抗向下的压力，所以每个导电环10将会与在其之下的基板8的表面以及在其之上的电子器件4的表面6物理接触。每个环因此将提供比另外利用当前技术中使用的圆柱销可以得到的更好的电气接触和物理接触。

图5显示了在器件4和基板之间布置的不导电弹性下填充材料26。其还显示填充有下填充材料的空心导电环10，其中下填充材料为环10添加刚性。

在图4中显示的连接器2可以初始附着到基板8或附着到电子器件4。其可以波动焊接到基板8、器件4或同时波动焊接到它们两个。

如图2和图3中所示，在图4中所示的连接器2的每个空心接触环10具有焊料栅(没有显示在图4中)，其阻止熔化的焊料在环10周围一路毛细传送，从而破坏制造环的薄金属提供的弹性。

该空心导电环优选地由导电金属制成，该导电金属也接受焊料栅。铜、银和金是优良导体并且可以与其他提供良好弹性的金属构成合金；它们还可以局部镀有焊料栅金属例如镍。环10还可以由镀金属的塑料形成。

本领域技术人员将知道，因为每个环10可以从其原始形状轻微压缩，所以环可以克服在基板8和/或电子器件4的平面性中的轻微变化。通过提供阻止焊料在环周围一路毛细传送的焊料栅，每个环的柔性侧壁充当小而圆的弹簧，并在力指向环的内部时变形。当移除该力时，环将回到其原始形状。环的弹性性能提供可以适应在相对表面的平面性中的变化的小的柔性互连。每个环的柔性也适应电路板或基板挠曲以及冲击和振动。结果在基板8和电子器件4之间的连接更能忍受基板和/或器件挠曲。该连接还更不易受到冲击或振动引发故障的影响。

虽然已经显示和描述了本发明的优选实施例，对于本领域技术人员很明显可以做出改变和修改而不偏离本发明的精神，本发明的范围由附加的权利要求限定。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种用于将具有平面安装表面的微电子器件(6)安装到平面基板(8)上的连接器，该连接器包括：

多个分立导电空心环(10)，每个环(10)为绕着每个环的对应中心点的易弯导电材料的带，并且通过该对应中心点延伸每个环(10)的旋转轴(14)，该易弯材料的带封入空心体积，环(10)的旋转轴(14)彼此平行，且平行于该基板的平面和该连接器的平面，并且每个环(10)具有椭圆形截面。

2.根据权利要求1的连接器，其中每个所述环(10)的空心体积填充有弹性不导电材料(18)。

3.根据权利要求1的连接器，其中每个所述环(10)设置有布置在所述环(10)的外部表面上的第一和第二焊料栅(20，22)。

4.根据权利要求3的连接器，其中所述焊料栅(20，22)彼此相对地布置在所述环(10)的圆周上，该第一和第二焊料栅(20，22)阻止熔化的焊料绕着环(10)的整个圆周毛细传送。

5.根据权利要求2的连接器，其中所述不导电材料(18)包括硅树脂。

Claims (13)

1.一种用于将具有平面安装表面的微电子器件安装到平面基板上的连接器，该连接器包括：

多个分立导电空心环，每个环为绕着每个环的对应中心点的易弯导电材料的带，并且通过该对应中心点延伸每个环的旋转轴，该易弯材料的带封入空心体积，环的旋转轴彼此平行，且平行于该基板的平面和该连接器的平面。

2.根据权利要求1的连接器，其中每个环包括矩形截面。

3.根据权利要求1的连接器，其中每个环包括椭圆形截面。

4.根据权利要求1的连接器，其中每个所述环的空心体积填充有弹性不导电材料。

5.根据权利要求1的连接器，其中每个所述环设置有布置在所述环的外部表面上的第一和第二焊料栅。

6.根据权利要求5的连接器，其中所述焊料栅彼此相对地布置在所述环的圆周上，该第一和第二焊料栅阻止熔化的焊料绕着环的整个圆周毛细传送。

7.一种用于安装微电子器件的基板，包括：

平面基板，其支持能够运送电信号的导电迹线；

多个分立导电空心环，每个环电气耦合到基板上的至少一个导电迹线，每个所述环包括易弯导电材料的带，该带绕着每个所述环的对应中心点延伸，并且通过该对应中心点延伸每个所述环的旋转轴，该易弯材料的带封入空心体积，所述环这样布置使得所述环的旋转轴平行于所述基板的平面布置，所述环按照一定图案布置在所述平面基板上，以便紧密配合电子部件的接触表面。

8.根据权利要求7的基板，其中每个环在每个环的表面上设置有第一和第二焊料栅，这些焊料栅彼此相对地位于每个环的圆周上，该第一和第二焊料栅阻止熔化的焊料绕着环的整个圆周毛细传送。

9.一种电子器件，其包括：

平面连接表面，其具有多个电信号接触表面；

导电空心接触环，其电气连接到每个电气接触表面，每个环为绕着每个环的对应中心点的易弯材料的带，并且通过该对应中心点延伸用于每个环的旋转轴，易弯曲材料的带封入空心体积，环的旋转轴彼此平行并平行于平面连接表面，该多个分立导电空心环位于平面连接表面上以紧密配合平面基板的接触表面。

10.根据权利要求9的电子器件，其中每个环在每个环的表面上设置有第一和第二焊料栅，焊料栅彼此相对地位于每个环的圆周上，该第一和第二焊料栅阻止熔化的焊料绕着环的整个圆周毛细传送。

11.一种用于将两个部件的电路连接到一起的弹性接触，其包括：

环，其具有导电材料的连续主体，该环具有内部空心体积和规定该环主体的圆周的外部表面，所述环主体具有两个相对的被两个介入侧表面互连在一起的顶部和底部表面，所述每个侧表面的部分包括在其上布置的耐焊材料。

12.根据权利要求11的弹性接触，其中所述空心体积填充有不导电材料。

13.根据权利要求12的弹性接触，其中所述不导电材料包括硅树脂。

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