EP3178134A1 - Connecteur pour la connexion en matrice entre un boîtier et un support, comportant un corps principal plié - Google Patents

Connecteur pour la connexion en matrice entre un boîtier et un support, comportant un corps principal plié

Info

Publication number
EP3178134A1
EP3178134A1 EP15744953.9A EP15744953A EP3178134A1 EP 3178134 A1 EP3178134 A1 EP 3178134A1 EP 15744953 A EP15744953 A EP 15744953A EP 3178134 A1 EP3178134 A1 EP 3178134A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connector
main body
housing
folding
connectors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15744953.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François DE CRECY
Bernard Diem
Christine Ferrandon
Thierry Hilt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3178134A1 publication Critical patent/EP3178134A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/52—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures connecting to other rigid printed circuits or like structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/22—Contacts for co-operating by abutting
    • H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
    • H01R13/2435—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted with opposite contact points, e.g. C beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages

Definitions

  • the present invention relates to the general field of connectivity, particularly for microelectronics, and more specifically to the field of mechanical and electrical connection means between a particular microelectronic package, which may be of relatively large size, and a particularly microelectronic support, which can be for example a printed circuit (also called PCB for "Printed Circuit Board” in English).
  • a printed circuit also called PCB for "Printed Circuit Board” in English.
  • the invention is concerned with such connection means provided to collect mechanical deformations without degradation of their functions.
  • the invention finds for example preferred applications in the fields of computing, telephony, avionics, space electronics and automotive electronics, so-called embedded electronics, and for the majority nomadic electronic objects, among others.
  • the matrix connection corresponds to a network of connections, in particular between pads substantially facing or superimposed.
  • interposers which allow the assembly of several electronic components side by side
  • integrated circuit packages which form a mechanical interface between one or more electronic components and the printed circuit
  • compounds of plastic or preferably ceramic are increasingly used to allow the integration of several chips including microelectronics presenting, for example, different technologies, designs or suppliers.
  • microelectronic package designates any microelectronic device to be carried on a microelectronic support, in particular a printed circuit.
  • a microelectronic device may be an integrated circuit package, in particular a ceramic package, an interposer, for example a silicon interposer, or even a microelectronic chip, in particular of large size, among others.
  • connection through the periphery of the housing becomes difficult, if not impossible, and it is generally preferred a connection by a matrix (possibly incomplete), that is to say a table or a grid, connectors placed on the most of one of the faces of the case.
  • a matrix possibly incomplete
  • These connectors must fulfill multiple functions by connecting the housing and the microelectronic support.
  • mechanical functions maintaining the housing in connection with the microelectronic support, resisting differential expansion between these two elements, and supporting shocks and vibrations.
  • the mechanical stresses amplitude of the thermal cycles, intensity of the shocks, frequency and acceleration of the vibrations
  • thermal functions ensuring the evacuation towards the microelectronic support of all or part of the heat produced by the component (s), by example microelectronic chips, present on the housing.
  • the thermal stresses also depend on the application and can at least partly be expressed by the thermal resistance (or thermal conductance) of each connector.
  • the connectors also have functions of catching flatness defects of the housing and the microelectronic support, and non-coplanarity defects between the housing and the microelectronic support.
  • flip chip also called “flip chip”
  • This technique consists in providing, on the housing, a matrix (possibly incomplete) of generally circular electrical contacts (pellets), this matrix being called a matrix of pellets (or LGA for "Land Grid Array” in English) for ceramic housings .
  • pellets typically of a diameter of between 100 and 800 ⁇ , are positioned balls of a relatively low melting point metal, for example chosen from eutectics or solders based on lead, tin, iron or copper, silver, indium, bismuth or other elements.
  • Corresponding contacts are also provided next to the microelectronic support.
  • the housing is then returned to the microelectronic support, and the assembly is brought to the melting temperature of the metal balls, then is lowered to temperature.
  • These balls provide the electrical, mechanical and thermal connection between the housing and the microelectronic support.
  • water-soluble preforms comprising balls with diameters and not desired, such as than those produced by Winslow Automation, Inc.
  • each metal column an internal or external structure (generally a spiral) of another more elastic metal, for example copper or copper-beryllium, intended on the one hand to maintain the electrical contact even if the mechanical function fails due to a strong plastic deformation of the column, and secondly to mechanically strengthen the column.
  • another more elastic metal for example copper or copper-beryllium
  • US Pat. No. 6,215,670 B1 proposes wire interconnections comprising at least one change of direction and being composed of at least two materials, one internally and the other externally. These are carried out on an assembly substrate or a semiconductor chip, one by one by thermocompression of gold wire, and then surface treatment.
  • US patent application US 2013/0344718 A1 proposes a substrate having folded and soldered connections on the substrate, the bending ensuring elasticity only in the vertical axis.
  • the substrate is not attached to the housing by the connections, but serves as an interposer between an electronic board and a housing.
  • the connection is of the fixed / free type, and not fixed / fixed or recessed / recessed as in the invention.
  • the invention thus aims to at least partially remedy the needs mentioned above and the disadvantages relating to the achievements of the prior art.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, an electrical connector, intended to allow a connection between two electrical pads substantially facing respectively a housing and a support, characterized in that it comprises a main body provided with a first end for its fixed connection with the housing and a second end for its fixed connection with the support, the main body being folded at at least one folding zone, or even at the level of at least two folding zones, or even at the level of at least three folding zones, or even at the level of at least four or even five folding zones.
  • the connector according to the invention can be used to connect, on the particular microelectronic support, a large housing.
  • the principle of the connector according to the invention it may be possible to obtain both the desired stiffness, even relatively low, the connector in the direction of the plane of the support or the housing and a relatively large displacement, by example of a hundred microns or more, between the top and bottom of the connector in the direction of the plane of the support or the housing. It may also be possible to size the connector to independently adjust the stiffness in normal and parallel directions to the housing and support.
  • the connector according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the support is preferably constituted by a printed circuit.
  • the housing can in turn be particularly a ceramic housing or a silicon interposer, especially large.
  • Said at least one folding zone may more specifically comprise at least one direction or fold line.
  • the main body of the connector may comprise a wire, a ribbon or a plate, for example a metal sheet, in particular of metal material.
  • the main body of the connector can be elastic.
  • the main body can be folded in at least one or even two folding directions.
  • said at least two folding directions can induce at least two arcuate or circular portions together defining a corrugated shape.
  • the wire may preferentially have a circular shape in section.
  • other forms are possible.
  • the main body may be a folded wire in two fold directions, defining in particular a shape similar to the letter "S".
  • the main body may be a wire folded in three folding directions, defining in particular a shape similar to the letter " ⁇ ".
  • Each of the first and second ends of the main body may have a circular connecting surface, respectively for connection to the housing and the support.
  • each of the first and second ends of the main body may comprise a conical or enlarged tip.
  • Each of the first and second ends of the main body may in particular have a circular or enlarged connection surface relative to the main body, ie larger than the section of the main body, respectively for connection to the housing and the support.
  • the main body may be a ribbon, folded in at least one or even two fold directions.
  • the ribbon may have, before folding, a substantially rectangular shape.
  • Each of the first and second ends of the main body may have a rectangular or square connection surface.
  • the main body may be a ribbon folded in a first folding direction at the first end and in a second folding direction at the second end, the first and second folding directions being orthogonal.
  • the central portion of the main body may further be advantageously twisted, in particular at an angle of the order of 90 °, or the central portion of the main body can be folded in a direction at 45 ° of the first and second fold directions.
  • the main body may be a folded tape at first and second fold directions at the first end, and at third and fourth fold directions at the second end, the first and second fold directions being parallel to each other and orthogonal to the third and fourth fold directions, the third and fourth fold directions being parallel to each other.
  • the central part of the main body can moreover advantageously be twisted in particular at an angle of the order of 90 ° or the central part of the main body can be folded in a direction at 45 ° of the first, second, third and fourth folding directions .
  • the main body may be a plate, in particular a metal sheet, folded in at least one or even two folding directions.
  • the main body may then comprise cutouts formed between tongues connecting upper and lower parts, respectively comprising the first and second ends.
  • Each of the first and second ends of the main body may have a connecting surface whose shape is similar to the letter "U".
  • the invention also relates, according to another of its aspects, to a device, in particular a microelectronic device, characterized in that it comprises a plurality of connectors as defined above, arranged on a surface of the device according to a matrix or network, the device corresponding to one of the elements selected between the housing and the support, and the connectors for connection matrix or network of said element with the other of the elements selected between the housing and the support.
  • the device can correspond to the housing or the support.
  • the plurality of connectors may comprise a general direction orthogonal to the device, the different connectors being arranged in this direction with different orientations, in particular at 90 °, and advantageously alternating.
  • the electrical connectors may be arranged in rows of connectors substantially parallel to each other, the orientations of the connectors of each row being alternately two by two.
  • the arrangement of the electrical connectors according to the same general direction orthogonal to the device, with different orientations makes it possible to manage the stresses (or deformations) applied to the device.
  • the different orientations of these connectors can be applied between adjacent connectors so as to create a generally isotropic constraint in the device: the rigidity along the x-axis of a first connector is equal to the stiffness along the y-axis d a second connector, adjacent to the first connector and oriented at 90 °, and the rigidity along the y axis of the first connector is equal to the rigidity along the x-axis of the second connector.
  • the overall stiffness of these two connectors is identical along the x and y axes, making it possible to obtain a generally isotropic behavior of the device.
  • the device may comprise an element forming a matrix base in which a plurality of cavities is formed according to the desired shape of the matrix or network of the connectors, the cavities receiving the connectors for their attachment in particular by brazing on the device.
  • the element forming a matrix base may in particular comprise a soluble material.
  • the element forming a matrix base may be removable, and in particular intended to be removed after fixation, in particular by brazing the connectors on the housing and / or the support.
  • the cavities of the element forming a matrix base can be formed with different orientations in at least two different directions, in particular alternately, for example in two perpendicular directions of the plane of the housing.
  • the invention also relates, in another of its aspects, to a method of manufacturing a connector as defined above, in which, from a conductive material conditioned in the form of a sheet or coil, performs formatting operations by folding, cutting and surface treatment for attachment including soldering, to obtain the connector.
  • the method may be implemented for the manufacture of a connector according to the first and second variants presented above, and may comprise the steps, successive or not, consisting of:
  • this surface treatment having in particular the purpose of passivating the connector and making it compatible for brazing.
  • the method may also be implemented for the manufacture of a connector according to the third variant presented above, and may comprise the steps of:
  • the connector, the device and the manufacturing method according to the invention may comprise any of the features set forth in the present description, taken individually or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIG. 1A, 1B and 1C show, respectively in side view, in perspective and in top view or below, a first embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 2A and 2B show, respectively in side view and in perspective, a second embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 3A and 3B show, respectively in side view and in perspective, a third embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 4A, 4B and 4C show, respectively in side view, in perspective and in top view or below, a fourth embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 5A, 5B and 5C show, respectively in perspective, in side view and in top view or below, a fifth embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 6A, 6B and 6C show, respectively in perspective, in side view and in top view or below, a sixth exemplary embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 7A, 7B and 7C show, respectively in perspective, in side view and in top view or below, a seventh embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 8A, 8B and 8C show, respectively in side view, in plan view or in perspective view, an eighth embodiment of a connector according to the invention
  • FIGS. 9A and 9B show respectively, in top view, two examples of elements forming a matrix base for a microelectronic device comprising a plurality of connectors according to the invention arranged in a matrix,
  • FIG. 10 illustrates four steps of a method of manufacturing a connector according to the invention
  • FIGS. 11A and 11B illustrate two other steps of a method of manufacturing a connector according to the invention.
  • FIG. 11C shows, in perspective, a connector according to the invention obtained by the manufacturing method of Figures 11A and 11B.
  • connectors 1 are shown. Such connectors 1 are in particular intended to allow a matrix connection between a microelectronic package and a microelectronic medium, and in particular a printed circuit.
  • the connectors 1 may be in the form of folded metal wires.
  • the connectors 1 may be in the form of folded metal strips.
  • each connector 1 may be in the form of a plate, and in particular of a metal sheet, folded.
  • each connector 1 comprises a main body 2 provided with a first end 3a for its connection with the microelectronic package and a second end 3b for its connection with the microelectronic support.
  • the main body 2 is folded at at least two folding zones Z1-Z5, which comprise in particular at least two folding directions D1-D5.
  • FIGS. 1A to 1C there is shown, respectively in side view, in perspective and in top view or below, a first embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a wire folded in three folding directions D1, D2 and D3 so as to define a shape similar to the letter " ⁇ ". It comprises three circular portions 4a, 4b and 4c, at least two of which together define a wavy shape.
  • the main body 2 comprises a first rectilinear portion 9a optional, a first circular portion 4a, a second rectilinear portion 9b optional, a second circular portion 4b, a third rectilinear portion 9c optional, a third circular portion 4c and a fourth portion rectilinear 9d optional.
  • connection with the housing and the printed circuit is respectively carried out through the first 3a and second 3b ends.
  • the main body 2 preferably has a circular section in section.
  • a circular shape has several advantages, and in particular ease of production and low cost; an ease of calculation of the stiffness of the connector 1, either by approximate analytical formulas known to those skilled in the art, or by calculations of the finite element type; an ease of optimizing the dimensions (radius of the wire, radius of curvature of the circular portions 4a-4c, presence and length of the rectilinear portions 9a-9d, among others) to obtain the desired stiffnesses, both in the directions parallel to the plane of the housing and circuit printed only in the direction perpendicular to this plane, and to obtain the electrical and thermal resistances, as well as the desired electrical impedances and capacitances.
  • FIGS. 2A and 2B there is shown respectively in side view and in perspective, a second embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a folded wire in two fold directions D1 and D2. It comprises four circular portions 4a, 4b, 4c and 4d, at least two of which together define a wavy shape.
  • the main body 2 is folded in the two folding directions D1 and D2 so as to define a shape similar to the letter "S".
  • the main body 2 comprises a first rectilinear portion 9a optional, a first circular portion 4a, a second rectilinear portion 9b optional, a second circular portion 4b, a third circular portion 4c, a third optional rectilinear portion 9c, a fourth portion circular 4d, and a fourth optional rectilinear portion 9d.
  • FIGS. 3A and 3B there is shown, respectively in side view and in perspective, a third embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a wire folded in three folding directions D1, D2 and D3 so as to define a shape similar to the letter " ⁇ " with vertical ends. It comprises four circular portions 4a, 4b, 4c and 4d, at least two of which together define a wavy shape.
  • the main body 2 comprises a first rectilinear portion 9a optional, a first circular portion 4a, a second circular portion 4b, a second rectilinear portion 9b optional, a third circular portion 4c, a fourth circular portion 4d, and a third portion optional rectilinear 9c.
  • a fourth embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a wire folded in three folding directions D1, D2 and D3 in a manner similar to the first example described above with reference to FIGS. 1A to 1C.
  • the connector 1 comprises at each of the first 3a and second 3b ends of the main body 2 an approximately conical tip 5a and 5b having a circular connection surface S.
  • the presence of such conical ends 5a and 5b can make it possible to increase the periphery of the connection surface S between the connector 1 and the housing, and between the connector 1 and the printed circuit, and thus to increase the mechanical reliability.
  • Such conical tips 5a and 5b may in particular be made by bar turning, punching or plastic local deformation of a wire.
  • a conical shape has several advantages, and in particular the increase in the attachment surface making the connection more reliable, and a moderate cost; an ease of calculation of the stiffness of the connector 1, either by approximate analytical formulas known to those skilled in the art, or by calculations of the finite element type; an ease of optimizing the dimensions (radius of the wire, radius of curvature of the circular portions 4a-4c, presence and length of the rectilinear portions 9a, 9b, among others) to obtain the desired stiffnesses, both in the directions parallel to the plane of the and the printed circuit board only in the direction perpendicular to this plane, and to obtain the electrical and thermal resistors, as well as the desired electrical impedances and capacitances below a threshold depending on the application.
  • each of the first 3a and second 3b ends of the main body 2 of the connector 1 has a circular connection surface S, respectively for the connection to the microelectronic package and the microelectronic support.
  • a fifth embodiment of a connector 1 according to the invention is shown in perspective, in side view and in plan view, respectively.
  • the main body 2 is a folded tape in two folding directions D1 and D3.
  • the main body 2 comprises a first rectilinear portion 9a intended to be brazed on the housing or the printed circuit called "seat", a first circular portion 4a, a second rectilinear portion 9b optional, a twisted central portion 10 where the plane the main ribbon rotates for example by an angle of the order of 90 °, a third optional rectilinear portion 9c, a second circular portion 4b, and a fourth optional rectilinear portion 9d intended to be brazed to the housing or printed circuit called also "sitting".
  • the length of the seats can be optimized to have the best compromise between the size of the connector 1 and the length of the periphery of the seats (the longer this length will be, the more the solder will be robust as indicated in the section relating to the prior art).
  • This fifth embodiment of the connector 1 has several advantages, and in particular ease of implementation and low cost; an ease of calculation of the stiffness of the connector 1 by finite element calculations; an ease of optimizing the dimensions (width and thickness of the ribbon, radius of curvature of the circular portions 4a and 4b, presence and length of the rectilinear portions 9a-9d, height of the twisted central portion 10, among others) to obtain the stiffnesses desired both in the directions parallel to the plane of the housing and the printed circuit as in the direction perpendicular to this plane, and to obtain the electrical and thermal resistances, as well as the desired electrical impedances and capacitances below a threshold depending on the 'application. It is particularly easy to obtain with this example stiffnesses much lower in the directions parallel to the plane of the housing or printed circuit than in the direction perpendicular to this plane.
  • FIG. 6A, 6B and 6C there is shown respectively in perspective, in side view and in top view or below, a sixth embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a folded tape in at least two fold directions D1 and D5.
  • the main body 2 comprises a first rectilinear portion 9a intended to be brazed on the housing or the printed circuit called "seat", a first circular portion 4a in a semicircle, a second circular portion 4b quarter circle of concavity opposite to the first circular portion 4a, a second rectilinear portion 9b optional, a twisted central portion 10 where the main plane of the tape rotates for example by an angle of the order of 90 °, a third optional rectilinear portion 9c, a third circular portion 4c in a semicircle, a fourth circular portion 4d quarter-circle concavity opposite that of the third circular portion 4c, and a fourth optional rectilinear portion 9d intended to be soldered on the housing or printed circuit also called " seated ".
  • the lengths of the seats and the radii of curvature of the circular portions 4a-4d are adjusted with the width of the ribbon so that, seen from above or below, the projection of the connector 1 has a square shape.
  • the length of the seats can be optimized to have the best compromise between the size of the connector 1 and the length of the periphery of the seats.
  • This sixth embodiment of the connector 1 has several advantages, including ease of manufacture and low cost; an ease of calculation of the stiffness of the connector 1 by finite element calculations; the possibility of obtaining a vertical projection of square shape facilitating the use and positioning of the connector 1; an ease of optimizing the dimensions (width and thickness of the ribbon, radius of curvature of the circular portions 4a-4d, presence and length of the rectilinear portions 9a-9d, height of the twisted central portion 10, among others) to obtain the desired stiffnesses , both in the directions parallel to the plane of the housing and the printed circuit as in the direction perpendicular to this plane, and to obtain the electrical and thermal resistances, as well as the desired electrical impedances and capacitances below a threshold depending on the application. It is particularly easy to obtain with this example stiffnesses much lower in the directions parallel to the plane of the housing or printed circuit than in the direction perpendicular to this plane.
  • each of the first 3a and second 3b ends of the main body 2 has for example a square S connection surface.
  • a seventh embodiment of a connector 1 according to the invention.
  • the main body 2 is a folded tape according to first D1 and second D2 folding directions at the first end 3a, and according to third D4 and fourth D5 directions of folding at the second end 3b, the first D1 and second D2 folding directions being parallel to each other and orthogonal to the third D3 and fourth D4 folding directions, the third D3 and fourth D4 folding directions being parallel to each other.
  • first D1 and second D2 folding directions being parallel to each other and orthogonal to the third D3 and fourth D4 folding directions
  • the third D3 and fourth D4 folding directions being parallel to each other.
  • the seventh example is characterized in that the central portion 10 of the main body 2 is folded in a 45 ° direction of the first D1, second D2, third D3 and fourth D4 folding directions.
  • FIGS. 8A, 8B and 8C an eighth exemplary embodiment of a connector 1 according to the invention is shown respectively in a side view, a top view, a perspective view and a perspective view.
  • the main body 2 is a metal sheet folded in two fold directions D1 and D2.
  • the main body 2 comprises cutouts 6a, 6b formed between tabs 8 connecting upper parts 7a and 7b lower, respectively comprising the first 3a and second 3b ends.
  • the sheet metal is machined, folded and deformed to obtain the connector 1.
  • the connector 1 can be made from a piece of stamped metal sheet in which the upper parts 7a, called “head” and lower 7b, called “foot”, and the tabs 8, called “ legs “, connecting the head 7a and the foot 7b.
  • the legs 8 are provided substantially curved to reduce the vertical stiffness in the z direction of the connector 1.
  • the sheet is then folded in the two folding directions D1 and D2 fold zones ZI and ZI.
  • the brazing can then be performed on the head 7a and the foot 7b to connect the connector 1 to the housing and to the printed circuit.
  • This eighth embodiment has several advantages, including ease of implementation and low cost; an ease of calculation of the stiffness of the connector 1 by finite element calculations; an ease of optimizing the dimensions (dimensions of the head 7a and the foot 7b, length, width and curvature of the legs 8, among others) to obtain the desired stiffnesses, both in the directions parallel to the plane of the housing and the printed circuit that in the direction perpendicular to this plane, and to obtain the electrical and thermal resistances, as well as the desired electrical impedances and capacitances below a threshold depending on the application. It is particularly easy to obtain with this example very different stiffnesses in the directions parallel to the plane of the housing or the printed circuit than in the direction perpendicular to this plane.
  • each of the first 3a and second 3b ends of the main body 2 has a connection surface S whose shape is similar to the letter "U".
  • the connectors 1, in the form of wire, ribbon or metal sheet, are elastic.
  • These connectors 1 may in particular be able to withstand without damage the lateral movements of relatively large amplitudes due to differential expansions between the housing and the printed circuit.
  • the connectors 1 can make it possible to have mechanical stiffnesses in the three x, y and z directions that are adjustable by varying the dimensions and the shape of the main body 2 of the connector 1. These adjustments can in particular use principles and methods known to those skilled in the art, and should be easily calculable by mechanical calculation codes, and for example by finite element methods.
  • the connectors 1 can perform the electrical, mechanical or thermal functions assigned to them, being able to quantify, and to be relatively easily simulated by electrical, mechanical or thermal calculation codes to have a reliable prediction of their electrical, mechanical or thermal performance.
  • these connectors 1 are different from the columns, previously described in the prior art part, especially in that they have an elastic and non-plastic behavior, and a lower stiffness, especially in the direction vertical z.
  • the connectors 1 differ from the springs developed by NASA, previously described in the part relating to the state of the prior art, in particular in that they are less resistive, less inductive and less stiff.
  • the connectors 1 in the form of wire are folded in a single vertical plane.
  • the connectors 1 have the advantage of having a large connection surface S for brazing.
  • the invention can facilitate the calculation and adjustment of the stiffness of the connectors 1 to the desired value, for example by using a commercial mechanical finite element calculation code, in both directions of the plane of the housing and of the printed circuit, and in the direction perpendicular to this plane. This is particularly important to compensate for flatness or non-planarity defects of the housing and the printed circuit.
  • These connectors 1 may for example be pre-positioned, for example by means of an element forming a matrix base 40 as described below, brazed on one of the ends 3a and 3b, and then brazed on the other of the ends 3a. and 3b, while pressing with some force on the housing.
  • these connectors 1 can play a role of spring and correct defects of non-flatness or non-coplanarity of the housing and the printed circuit, with an easily estimable force depending on the stiffness in the vertical direction z of connectors 1 and defects to be corrected for non-flatness or non-coplanarity.
  • the invention has the major advantage of allowing to calculate the stiffness of the connector 1 in the three directions x, y and z.
  • the method of calculation to be done can be conventional for the skilled person. For example, it may consist of the following actions:
  • the subject of the invention also relates to a microelectronic device, which may be the microelectronic package or the printed circuit, which comprises a plurality of connectors according to the invention, and in particular such as those described in FIGS. seven previous examples.
  • These connectors are intended to be arranged on a surface of the device, housing or circuit board, according to a matrix 30 (see FIGS. 9A and 9B) to allow the matrix connection between the housing and the printed circuit.
  • the invention also proposes the use of an element forming a matrix base 40 in which a plurality of cavities 41 is formed according to the desired shape of the matrix 30 of the connectors 1, these cavities 41 receiving the connectors 1 for their brazing on the housing or printed circuit board.
  • FIGS. 9A and 9B respectively show, in top view, two examples of elements forming a matrix base 40.
  • the element forming a matrix base 40 preferably comprises a soluble material, preformed to the dimension of the housing and in which the cavities 41 are made by being adapted to the dimensions of the connectors 1.
  • the cavity matrix 41 thus produced in the water-soluble material, is designed to match the matrix of desired positions of connectors 1.
  • the cavities 41 may have particularly simple shapes that are easy to produce, such as an elongated rectangular shape whose two ends are rounded (see for example Figure 1C in projection for the first example) or a square shape (see, for example Figure 6C in projection for the sixth example).
  • the connectors 1, once positioned, are then brazed to one of the housing and the printed circuit, and then to the other of the housing and the printed circuit.
  • the element forming a matrix base 40 can be removable. In this case, the element forming a matrix base 40 can be removed either after the first brazing or after the second brazing.
  • the element forming a matrix base 40 when the element forming a matrix base 40 is not intended to be removable, it can remain in place during the life of the connectors 1.
  • the element forming a matrix base 40 also has mechanical functions, for example, may at least partially resume the efforts between the housing and the printed circuit. It is however desirable to ensure that the coefficient of expansion and the elastic modulus of the element forming a matrix base 40 are adapted to those of the housing and the printed circuit so as not to generate additional constraints.
  • FIGS. 9A and 9B represent possible positions of connectors 1 in FIG. matrix 30 whose stiffnesses are different in the directions x and y.
  • a connector 1 can be made from a wire, a ribbon or a plate, especially a sheet, intended to be folded.
  • the choice of the metallic material used is important because it must preferentially be compatible with microelectronic processes, especially those known as "back end", be a good conductor of electricity, have a sufficiently high elastic limit to accommodate side shifts caused by the differential expansions of the housing and the printed circuit but without being too high to be able to bend easily.
  • the metallic material may be selected from copper, copper-beryllium alloys, brasses, or alloys of the Kovar type (Fe iron, nickel Ni, cobalt Co).
  • the method comprises the steps of machining a sheet or a coil by means of a press and a a tool to follow to cut it (the cut is made by shearing, a piece of the piece remaining attached to the body of the sheet or coil), fold-shaping the sheet or coil, and performing a surface treatment of the sheet or coil to make it compatible for brazing. Finally, the connections can be detached by shearing.
  • FIG. 10 illustrates four steps a) to d) of a manufacturing method according to the invention for producing a connector 1 whose main body 2 is a wire or a ribbon, namely for example a connector 1 according to the first six examples described previously.
  • the method thus comprises the following steps consisting in:
  • Figure 11A shows a sheet 50, allowing the manufacture of the connectors 1, cut before folding
  • Figure 11B shows the sheet 50 cut after bending, the connectors 1 being still attached thereto.
  • FIG. 11C shows, in perspective, an example of a connector 1 according to the invention, detached from the sheet 50.
  • the connector 1 is thus obtained from the sheet 50 by implementing setting operations. shaped by folding and cutting, optionally followed by a surface treatment for the subsequent fixing of the connector 1, in particular by brazing.
  • the connector 1 has four folding directions D1, D2, D3 and D4, namely first D1 and fourth D4 folding directions, orthogonal to each other, respectively at the first 3a and second 3b ends, and second D2 and third D3 folding directions, parallel to each other and orthogonal to the first D1 and fourth D4 folding directions, at the central portion 10 of the main body 2.
  • the second D2 and third D3 folding directions are made so that the main body 2 is bent at an angle of 90 ° at its central portion 10.
  • first 3a and second 3b ends of the connector 1 are in a circular form of large section.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un connecteur électrique (1), destiné à permettre une connexion entre deux plots électriques sensiblement en regard respectivement d'un boîtier et d'un support, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal (2) pourvu d'une première extrémité (3a) pour sa connexion fixe avec le boîtier et d'une deuxième extrémité (3b) pour sa connexion fixe avec le support, le corps principal (2) étant plié au niveau d'au moins une zone de pliage (Z1-Z3).

Description

CONNECTEUR POUR LA CONNEXION EN MATRICE ENTRE UN BOÎTIER ET UN SUPPORT, COMPORTANT UN CORPS PRINCIPAL PLIÉ
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général de la connectique, notamment pour la microélectronique, et plus spécifiquement au domaine des moyens de connexion mécaniques et électriques entre un boîtier notamment microélectronique, pouvant être de relativement grande dimension, et un support notamment microélectronique, pouvant être par exemple un circuit imprimé (encore appelé PCB pour « Printed Circuit Board » en anglais). En particulier, l'invention est concernée par de tels moyens de connexion prévus pour encaisser des déformations mécaniques sans dégradation de leurs fonctions.
L'invention trouve par exemple des applications privilégiées dans les domaines de l'informatique, de la téléphonie, de l'avionique, de l'électronique spatiale et de l'électronique automobile, de l'électronique dite embarquée, ainsi que pour la majorité des objets électroniques nomades, entre autres.
Elle propose ainsi un connecteur pour la connexion en matrice (ou encore « grid array » en anglais) entre un boîtier et un support, un dispositif comportant une pluralité de tels connecteurs disposés en matrice, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel connecteur. La connexion en matrice correspond à un réseau de connexions, en particulier entre plots sensiblement en regard ou superposés.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine général de la microélectronique, les interposeurs (qui permettent l'assemblage de plusieurs composants électroniques côte à côte), par exemple composés de silicium ou de verre, et les boîtiers de circuit intégré (qui forment une interface mécanique entre un ou plusieurs composants électroniques et le circuit imprimé), par exemple composés de plastique ou préférentiellement de céramique, sont de plus en plus utilisés pour permettre notamment l'intégration de plusieurs puces microélectroniques présentant par exemple des technologies, conceptions ou fournisseurs différents.
Dans toute la description, par souci de simplification et de clarté, on désigne par l'expression « boîtier microélectronique », tout dispositif microélectronique devant être reporté sur un support microélectronique, notamment un circuit imprimé. En particulier, un tel dispositif peut être un boîtier de circuit intégré, notamment un boîtier céramique, un interposeur, par exemple un interposeur en silicium, voire une puce microélectronique, notamment de grande dimension, entre autres.
Afin d'assurer le report d'un boîtier sur un support microélectronique, en particulier sur un circuit imprimé, des centaines, voire des milliers, de connexions doivent être prévues. De ce fait, la connexion par la périphérie du boîtier devient difficile, voire impossible, et il est généralement préféré une connexion par une matrice (éventuellement incomplète), c'est-à-dire un tableau ou une grille, de connecteurs placés sur la majeure partie d'une des faces du boîtier.
Ces connecteurs doivent remplir de multiples fonctions en connectant le boîtier et le support microélectronique.
Tout d'abord, des fonctions électriques, en assurant le contact électrique quel que soit l'environnement (températures, vibrations, chocs) avec des contraintes en termes de résistance, inductance et capacités électrique qui dépendent de l'application. Une partie de ces contraintes peut être quantifiée en termes de résistance électrique, d'inductance et de capacité électrique de chaque connecteur.
Egalement, des fonctions mécaniques, en maintenant le boîtier en liaison avec le support microélectronique, en résistant aux dilatations différentielles entre ces deux éléments, et en supportant les chocs et vibrations. Les contraintes mécaniques (amplitude des cycles thermiques, intensité des chocs, fréquence et accélération des vibrations) dépendent de l'application et peuvent au moins en partie s'exprimer par la raideur de chaque connecteur, dans le plan du support microélectronique et du boîtier, ou perpendiculairement à ce plan.
Ensuite, des fonctions thermiques, en assurant l'évacuation vers le support microélectronique de tout ou partie de la chaleur produite par le ou les composants, par exemple des puces microélectroniques, présents sur le boîtier. Les contraintes thermiques dépendent aussi de l'application et peuvent au moins en partie s'exprimer par la résistance thermique (ou la conductance thermique) de chaque connecteur.
Enfin, les connecteurs présentent aussi des fonctions de rattrapage des défauts de planéité du boîtier et du support microélectronique, et des défauts de non coplanarité entre le boîtier et le support microélectronique.
Afin de satisfaire les besoins énoncés ci-dessus, il est traditionnellement connu d'utiliser la technique dite de la puce retournée (dénommée encore « flip chip » en anglais). Cette technique consiste à prévoir, sur le boîtier, une matrice (éventuellement incomplète) de contacts électriques généralement circulaires (des pastilles), cette matrice étant appelée matrice de pastilles (ou encore LGA pour « Land Grid Array » en anglais) pour les boîtiers céramiques. Sur ces pastilles, typiquement d'un diamètre compris entre 100 et 800 μηι, sont positionnées des billes d'un métal à relativement bas point de fusion, par exemple choisi parmi des eutectiques ou des brasures à base de plomb, d'étain, de cuivre, d'argent, d'indium, de bismuth ou d'autres éléments. Des contacts correspondants sont par ailleurs prévus en regard sur le support microélectronique. Le boîtier est alors retourné sur le support microélectronique, et l'ensemble est porté à la température de fusion des billes métalliques, puis est redescendu en température. Ces billes assurent la connexion électrique, mécanique et thermique entre le boîtier et le support microélectronique. Pour une manipulation et fixation pratiques de la matrice de billes sur le boîtier, que ce soit pour une première installation ou pour une réparation de la matrice complète de billes, on peut trouver des préformes hydrosolubles comportant des billes avec des diamètres et pas souhaités, telles que celles produites par la société Winslow Automation, Inc.
Néanmoins, la difficulté avec l'usage de telles billes métalliques est généralement qu'elles sont incapables d'encaisser les grands mouvements différentiels latéraux entre le boîtier et le support microélectroniques, sans dégradation de leurs fonctions mécaniques et/ou électriques. Ces grands mouvements différentiels latéraux peuvent être dus aux différences de dilatation thermique, aux chocs ou aux vibrations. Ainsi, une autre solution de l'art antérieur consiste à remplacer les billes métalliques par des colonnes métalliques d'un matériau relativement plastique ou viscoplastique. On parle notamment de matrice de colonnes (ou encore CGA pour « Column Grid Array » en anglais). Ces colonnes métalliques présentent l'avantage d'encaisser un peu mieux les dilatations différentielles par rapport aux billes métalliques. De plus, il est également possible d'adjoindre à chaque colonne métallique une structure interne ou externe (généralement une spirale) d'un autre métal plus élastique, par exemple du cuivre ou du cuivre-béryllium, destinée d'une part à conserver le contact électrique même si la fonction mécanique échoue du fait d'une forte déformation plastique de la colonne, et d'autre part à renforcer mécaniquement la colonne.
Toutefois, les inconvénients de ces colonnes métalliques sont qu'elles présentent un coût de fabrication élevé et qu'elles sont compliquées à produire, en particulier en cas de présence d'une structure interne ou externe, ou à installer sur le boîtier. De plus, l'amplitude des mouvements latéraux (dus aux dilatations différentielles entre le boîtier et le support microélectronique) qu'elles peuvent supporter sans être détériorées est limitée, même si supérieure à celle obtenue avec les billes métalliques. En outre, pour rattraper les éventuelles différences de hauteur entre les colonnes après assemblage sur le boîtier (dues notamment aux défauts de non planéité du boîtier, de longueur de colonne et de brasage), une étape manuelle de rectification doit être mise en place. Cette étape manuelle, ainsi que toutes les manipulations afférentes, sont délicates en raison de la plasticité des colonnes qui se déforment au moindre coup.
Une autre réalisation de l'art antérieur a encore été proposée, qui consiste à remplacer les billes métalliques par des ressorts en cuivre-béryllium, tels que ceux à trois spires, plus deux spires jointives à chaque extrémité, étudiés par la NASA. Si ces ressorts permettent d'encaisser des chocs de très forte amplitude, ils présentent en revanche une trop grande inductance, induisent trop de pertes d'insertion et ne peuvent être utilisés pour des signaux à haute fréquence, par exemple de l'ordre de 10 GHz. De plus, leur tenue thermomécanique (fiabilité en cycles thermiques) n'a été démontrée que pour des boîtiers de dimension réduite, à savoir de l'ordre de 22 mm de côté. Ils sont par ailleurs peu pratiques à assembler sur le boîtier et sur le support microélectronique, les spires aux extrémités n'étant pas coplanaires. En outre, la surface brasée parallèle au plan du boîtier est un cercle, donc réduite en comparaison avec une surface pleine comme un disque.
Par ailleurs, le brevet américain US 6,215,670 Bl propose des interconnexions filaires comprenant au moins un changement de direction et étant composées d'au moins deux matériaux, l'un en interne et l'autre en externe. Celles-ci sont réalisées sur un substrat d'assemblage ou une puce semi-conductrice, une à une par thermocompression de fil d'or, puis traitement de surface.
En outre, la demande de brevet américain US 2013/0344718 Al propose un substrat ayant des connections pliées et brasées sur le substrat, le pliage assurant une élasticité uniquement dans l'axe vertical. Le substrat n'est pas fixé au boîtier par les connexions, mais sert d'interposeur entre une carte électronique et un boîtier. Dans ce type de structure, la connexion est du type fixe/libre, et non fixe/fixe ou encastré/encastré comme selon l'invention.
Il est par ailleurs connu, par exemple du document intitulé « Effect of solder volume on reliability in shape-designed CuCGA interconnect », C. Tian et al, 6th International Forum on Stratégie Technology (IFOST), Volume 1, 22-24 août 2011, pages 173-176, que pour avoir une bonne fiabilité mécanique, il est nettement préférable de maximiser la périphérie de la surface de contact entre le connecteur et le boîtier ou le support microélectronique. En effet, c'est au niveau de cette surface de contact que la brasure tient le connecteur sur le boîtier ou le support microélectronique. Divers calculs présentés dans ce document, ou encore dans le document intitulé « Solder joint fatigue model for large silicon interposers », C. Ferrandon et al, Microelectronics Packaging Conférence (EMPC), 9-12 septembre 2013, pages 1-6, ont permis de montrer que c'est en cette périphérie de la surface de contact que la fatigue de la brasure est maximale, et donc que les risques de détérioration sont les plus élevés, en particulier si la longueur de cette périphérie est faible.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Il existe par conséquent un besoin pour proposer une solution alternative de connecteur avantageusement souple entre un boîtier et un support, notamment un circuit imprimé, un tel connecteur étant en particulier simple de conception et robuste, d'un coût modéré, facilement calculable, et capable de remplir les fonctions électriques, mécaniques et thermiques qui lui sont assignées ainsi que de compenser les défauts de non planéité ou de non coplanarité du boîtier et/ou du support.
L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un connecteur électrique, destiné à permettre une connexion entre deux plots électriques sensiblement en regard respectivement d'un boîtier et d'un support, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal pourvu d'une première extrémité pour sa connexion fixe avec le boîtier et d'une deuxième extrémité pour sa connexion fixe avec le support, le corps principal étant plié au niveau d'au moins une zone de pliage, voire au niveau d'au moins deux zones de pliage, voire encore au niveau d'au moins trois zones de pliage, voire encore au niveau d'au moins quatre, voire cinq zones de pliage.
Grâce à l'invention, il peut être possible de fournir un nouveau type de connecteur répondant aux besoins et contraintes évoqués précédemment. De plus, il est à noter que le connecteur selon l'invention peut permettre de connecter, sur le support notamment microélectronique, un boîtier de grande dimension. En effet, avec le principe du connecteur selon l'invention, il peut être possible d'obtenir à la fois la raideur souhaitée, même relativement basse, du connecteur dans la direction du plan du support ou du boîtier et un déplacement relativement grand, par exemple d'une centaine de microns ou plus, entre le haut et le bas du connecteur dans la direction du plan du support ou du boîtier. Il peut aussi être possible de dimensionner le connecteur pour ajuster indépendamment les raideurs dans les directions normales et parallèles au boîtier et au support.
Le connecteur selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. Le support est préférentiellement constitué par un circuit imprimé. Le boîtier peut quant à lui être tout particulièrement un boîtier en céramique ou un interposeur en silicium, notamment de grande dimension.
Ladite au moins une zone de pliage peut plus spécifiquement comporter au moins une direction ou ligne de pliage.
Le corps principal du connecteur peut comporter un fil, un ruban ou une plaque, par exemple une tôle, notamment en matériau métallique.
De plus, le corps principal du connecteur peut être élastique.
Selon une première variante, le corps principal peut être plié selon au moins une, voire deux directions de pliage. Dans le cas d'un corps principal comportant un fil, lesdites au moins deux directions de pliage peuvent induire au moins deux portions arquées ou circulaires définissant ensemble une forme ondulée.
Le fil peut préférentiellement présenter en section une forme circulaire. Toutefois, d'autres formes sont possibles.
En outre, le corps principal peut être un fil plié selon deux directions de pliage, définissant notamment une forme semblable à la lettre « S ».
En variante, le corps principal peut être un fil plié selon trois directions de pliage, définissant notamment une forme semblable à la lettre « Ω ».
Chacune des première et deuxième extrémités du corps principal peut présenter une surface de connexion circulaire, respectivement pour la connexion au boîtier et au support.
Par ailleurs, chacune des première et deuxième extrémités du corps principal peut comporter un embout conique ou élargi. Chacune des première et deuxième extrémités du corps principal peut en particulier présenter une surface de connexion circulaire ou élargie par rapport au corps principal, autrement dit plus grande que la section du corps principal, respectivement pour la connexion au boîtier et au support.
Selon une deuxième variante, le corps principal peut être un ruban, plié selon au moins une, voire deux directions de pliage.
Le ruban peut présenter, avant pliage, une forme sensiblement rectangulaire. Chacune des première et deuxième extrémités du corps principal peut présenter une surface de connexion rectangulaire ou carrée.
En outre, le corps principal peut être un ruban plié selon une première direction de pliage au niveau de la première extrémité et selon une deuxième direction de pliage au niveau de la deuxième extrémité, les première et deuxième directions de pliage étant orthogonales. La partie centrale du corps principal peut de plus être avantageusement torsadée, notamment selon un angle de l'ordre de 90°, ou la partie centrale du corps principal peut être pliée selon une direction à 45° des première et deuxième directions de pliage.
En variante, le corps principal peut être un ruban plié selon des première et deuxième directions de pliage au niveau de la première extrémité, et selon des troisième et quatrième directions de pliage au niveau de la deuxième extrémité, les première et deuxième directions de pliage étant parallèles entre elles et orthogonales aux troisième et quatrième directions de pliage, les troisième et quatrième directions de pliage étant parallèles entre elles. La partie centrale du corps principal peut de plus être avantageusement torsadée notamment selon un angle de l'ordre de 90° ou la partie centrale du corps principal peut être pliée selon une direction à 45° des première, deuxième, troisième et quatrième directions de pliage.
Selon une troisième variante, le corps principal peut être une plaque, notamment une tôle métallique, pliée selon au moins une, voire deux directions de pliage.
Le corps principal peut alors comporter des découpes formées entre des languettes reliant des parties supérieure et inférieure, comportant respectivement les première et deuxième extrémités.
Chacune des première et deuxième extrémités du corps principal peut présenter une surface de connexion dont la forme est semblable à la lettre « U ».
Par ailleurs, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif, notamment microélectronique, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de connecteurs tels que définis précédemment, disposés sur une surface du dispositif selon une matrice ou réseau, le dispositif correspondant à l'un des éléments choisi entre le boîtier et le support, et les connecteurs permettant la connexion en matrice ou réseau dudit élément avec l'autre des éléments choisi entre le boîtier et le support.
Ainsi, le dispositif peut correspondre au boîtier ou au support.
La pluralité de connecteurs peut comporter une direction générale orthogonale au dispositif, les différents connecteurs étant disposés selon cette direction avec des orientations différentes, notamment à 90°, et avantageusement alternées. En particulier, les connecteurs électriques peuvent être disposés selon des rangées de connecteurs sensiblement parallèles entre elles, les orientations des connecteurs de chaque rangée étant en alternance deux à deux.
De façon avantageuse, la disposition des connecteurs électriques selon une même direction générale orthogonale au dispositif, avec des orientations différentes, permet de gérer les contraintes (ou déformations) appliquées au dispositif. En particulier, les orientations différentes de ces connecteurs peuvent être appliquées entre connecteurs adjacents de façon à créer une contrainte globalement isotrope dans le dispositif : la rigidité selon l'axe x d'un premier connecteur est égale à la rigidité selon l'axe y d'un deuxième connecteur, adjacent au premier connecteur et orienté à 90°, et la rigidité selon l'axe y du premier connecteur est égale à la rigidité selon l'axe x du deuxième connecteur. Ainsi, la rigidité globale de ces deux connecteurs est identique selon les axes x et y, permettant d'obtenir un comportement globalement isotrope du dispositif.
De plus, le dispositif peut comporter un élément formant une base matricielle dans lequel une pluralité de cavités est formée selon la forme souhaitée de la matrice ou réseau des connecteurs, les cavités recevant les connecteurs pour leur fixation notamment par brasage sur le dispositif.
L'élément formant une base matricielle peut notamment comporter un matériau soluble.
Dans une variante, l'élément formant une base matricielle peut être amovible, et notamment destiné à être retiré après fixation notamment par brasage des connecteurs sur le boîtier et/ou le support. De plus, les cavités de l'élément formant une base matricielle peuvent être formées avec des orientations différentes selon au moins deux directions différentes, notamment de façon alternée, par exemple selon deux directions perpendiculaires du plan du boîtier.
En outre, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'un connecteur tel que défini précédemment, dans lequel, à partir d'un matériau conducteur conditionné sous forme de feuille ou bobine, on réalise des opérations de mise en forme par pliage, de découpe et de traitement de surface en vue de la fixation notamment par brasage, pour obtenir le connecteur.
Le procédé peut être mis en œuvre pour la fabrication d'un connecteur selon les première et deuxième variantes présentées précédemment, et peut comporter les étapes, successives ou non, consistant à :
- introduire une bobine de fil ou de ruban au sein d'une machine de traitement,
- mettre en forme par pliage le fil ou le ruban par l'intermédiaire de la machine de traitement,
- découper le fil ou le ruban,
- effectuer éventuellement un traitement de surface du fil ou du ruban, ce traitement de surface ayant notamment pour objet de passiver le connecteur et de le rendre compatible pour le brasage.
Le procédé peut également être mis en œuvre pour la fabrication d'un connecteur selon la troisième variante présentée précédemment, et peut comporter les étapes consistant à :
- usiner une feuille ou une bobine au moyen d'une presse et d'un outil à suivre pour la découper,
- mettre en forme par pliage la feuille ou la bobine,
- effectuer éventuellement un traitement de surface de la feuille ou de la bobine, ce traitement de surface ayant notamment pour objet de passiver le connecteur et de le rendre compatible pour le brasage. Le connecteur, le dispositif et le procédé de fabrication selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la présente description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- les figures 1A, 1B et 1C représentent, respectivement en vue de côté, en perspective et en vue de dessus ou dessous, un premier exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 2A et 2B représentent, respectivement en vue de côté et en perspective, un deuxième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 3A et 3B représentent, respectivement en vue de côté et en perspective, un troisième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 4A, 4B et 4C représentent, respectivement en vue de côté, en perspective et en vue de dessus ou dessous, un quatrième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 5A, 5B et 5C représentent, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un cinquième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 6A, 6B et 6C représentent, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un sixième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 7A, 7B et 7C représentent, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un septième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention, - les figures 8A, 8B et 8C représentent, respectivement en vue de côté, en vue de dessus ou dessous et en perspective, un huitième exemple de réalisation d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 9A et 9B représentent respectivement, en vue de dessus, deux exemples d'éléments formant une base matricielle pour un dispositif microélectronique comportant une pluralité de connecteurs conformes à l'invention disposés en matrice,
- la figure 10 illustre quatre étapes d'un procédé de fabrication d'un connecteur conforme à l'invention,
- les figures 11A et 11B illustrent deux autres étapes d'un procédé de fabrication d'un connecteur conforme à l'invention, et
- la figure 11C représente, en perspective, un connecteur conforme à l'invention obtenu par le procédé de fabrication des figures 11A et 11B.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
En référence aux figures 1A à 8C, on a représenté huit exemples de réalisation de connecteurs 1 conformes à l'invention. De tels connecteurs 1 sont en particulier destinés à permettre une connexion en matrice entre un boîtier microélectronique et un support microélectronique, et en particulier un circuit imprimé.
Selon une première variante en référence aux figures 1A à 4C, les connecteurs 1 peuvent être sous la forme de fils métalliques pliés.
Selon une deuxième variante en référence aux figures 5A à 7C, les connecteurs 1 peuvent être sous la forme de rubans métalliques pliés.
Enfin, selon une troisième variante en référence aux figures 8A à 8C, le connecteur 1 peut être sous la forme d'une plaque, et en particulier d'une tôle métallique, pliée. Dans tous ces exemples de réalisation de connecteurs 1 conformes à l'invention en référence aux figures 1A à 8C, chaque connecteur 1 comporte un corps principal 2 pourvu d'une première extrémité 3a pour sa connexion avec le boîtier microélectronique et d'une deuxième extrémité 3b pour sa connexion avec le support microélectronique. Conformément à l'invention, le corps principal 2 est plié au niveau d'au moins deux zones de pliage Z1-Z5, lesquelles comportent notamment au moins deux directions de pliage D1-D5.
Tout d'abord, en référence aux figures 1A à 1C, on a représenté, respectivement en vue de côté, en perspective et en vue de dessus ou dessous, un premier exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
Dans ce premier exemple, le corps principal 2 est un fil plié selon trois directions de pliage Dl, D2 et D3 de sorte à définir une forme semblable à la lettre « Ω ». Il comporte trois portions circulaires 4a, 4b et 4c dont au moins deux définissent ensemble une forme ondulée.
Plus précisément, le corps principal 2 comporte une première portion rectiligne 9a optionnelle, une première portion circulaire 4a, une deuxième portion rectiligne 9b optionnelle, une deuxième portion circulaire 4b, une troisième portion rectiligne 9c optionnelle, une troisième portion circulaire 4c et une quatrième portion rectiligne 9d optionnelle.
La connexion avec le boîtier et le circuit imprimé est respectivement réalisée par le biais des première 3a et deuxième 3b extrémités.
De plus, le corps principal 2 présente préférentiellement en section une forme circulaire. De façon avantageuse, une forme circulaire présente plusieurs avantages, et notamment une facilité de réalisation et un faible coût ; une facilité de calcul de la raideur du connecteur 1, soit par des formules analytiques approximatives connues de l'homme du métier, soit par des calculs du type éléments finis ; une facilité d'optimiser les dimensions (rayon du fil métallique, rayon de courbure des portions circulaires 4a-4c, présence et longueur des portions rectilignes 9a-9d, entre autres) pour obtenir les raideurs souhaitées, tant dans les directions parallèles au plan du boîtier et du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan, et pour obtenir les résistances électriques et thermiques, ainsi que les impédances et capacités électriques souhaitées.
En référence aux figures 2A et 2B, on a représenté, respectivement en vue de côté et en perspective, un deuxième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
Dans ce deuxième exemple, le corps principal 2 est un fil plié selon deux directions de pliage Dl et D2. Il comporte quatre portions circulaires 4a, 4b, 4c et 4d dont au moins deux définissent ensemble une forme ondulée.
Le corps principal 2 est plié selon les deux directions de pliage Dl et D2 de sorte à définir une forme semblable à la lettre « S ».
Plus précisément, le corps principal 2 comporte une première portion rectiligne 9a optionnelle, une première portion circulaire 4a, une deuxième portion rectiligne 9b optionnelle, une deuxième portion circulaire 4b, une troisième portion circulaire 4c, une troisième portion rectiligne optionnelle 9c, une quatrième portion circulaire 4d, et une quatrième portion rectiligne optionnelle 9d.
En référence aux figures 3A et 3B, on a représenté, respectivement en vue de côté et en perspective, un troisième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
Dans ce troisième exemple, le corps principal 2 est un fil plié selon trois directions de pliage Dl, D2 et D3 de sorte à définir une forme semblable à la lettre « Ω » avec des extrémités verticales. Il comporte quatre portions circulaires 4a, 4b, 4c et 4d dont au moins deux définissent ensemble une forme ondulée.
Plus précisément, le corps principal 2 comporte une première portion rectiligne 9a optionnelle, une première portion circulaire 4a, une deuxième portion circulaire 4b, une deuxième portion rectiligne 9b optionnelle, une troisième portion circulaire 4c, une quatrième portion circulaire 4d, et une troisième portion rectiligne optionnelle 9c.
En référence aux figures 4A, 4B et 4C, on a représenté, respectivement en vue de côté, en perspective et en vue de dessus ou dessous, un quatrième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention. Dans ce quatrième exemple, le corps principal 2 est un fil plié selon trois directions de pliage Dl, D2 et D3 de façon semblable au premier exemple décrit précédemment en référence aux figures 1A à 1C.
Toutefois, le connecteur 1 comporte à chacune des première 3a et deuxième 3b extrémités du corps principal 2 un embout approximativement conique 5a et 5b présentant une surface de connexion S circulaire.
De façon avantageuse, la présence de tels embouts coniques 5a et 5b peut permettre d'augmenter la périphérie de la surface de connexion S entre le connecteur 1 et le boîtier, et entre le connecteur 1 et le circuit imprimé, et ainsi d'augmenter la fiabilité mécanique.
De tels embouts coniques 5a et 5b peuvent en particulier être réalisés par décolletage, par poinçonnage ou par déformation locale plastique d'un fil.
En outre, une forme conique présente plusieurs avantages, et notamment l'augmentation de la surface de fixation rendant la connexion plus fiable, et un coût modéré ; une facilité de calcul de la raideur du connecteur 1, soit par des formules analytiques approximatives connues de l'homme du métier, soit par des calculs du type éléments finis ; une facilité d'optimiser les dimensions (rayon du fil métallique, rayon de courbure des portions circulaires 4a-4c, présence et longueur des portions rectilignes 9a, 9b, entre autres) pour obtenir les raideurs souhaitées, tant dans les directions parallèles au plan du boîtier et du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan, et pour obtenir les résistances électriques et thermiques, ainsi que les impédances et capacités électriques souhaitées en dessous d'un seuil dépendant de l'application.
Pour chacun des premier, deuxième et troisième exemples décrits ci-dessus, chacune des première 3a et deuxième 3b extrémités du corps principal 2 du connecteur 1 présente une surface de connexion S circulaire, respectivement pour la connexion au boîtier microélectronique et au support microélectronique.
En référence aux figures 5A, 5B et 5C, on a représenté, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un cinquième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention. Dans ce cinquième exemple, le corps principal 2 est un ruban plié selon deux directions de pliage Dl et D3.
Plus précisément, le corps principal 2 comporte une première portion rectiligne 9a destinée à être brasée sur le boîtier ou le circuit imprimé dénommée « assise », une première portion circulaire 4a, une deuxième portion rectiligne 9b optionnelle, une portion centrale torsadée 10 où le plan principal du ruban tourne par exemple d'un angle de l'ordre de 90°, une troisième portion rectiligne optionnelle 9c, une deuxième portion circulaire 4b, et une quatrième portion rectiligne optionnelle 9d destinée à être brasée sur le boîtier ou le circuit imprimé dénommée également « assise ».
Il est à noter qu'il est fréquemment recherché d'avoir la même raideur dans les deux directions orthogonales du plan du boîtier ou du circuit imprimé. Cela est réalisable dans le cadre de ce cinquième exemple de réalisation du connecteur 1, car il suffit que les deux portions circulaires 4a et 4b aient le même rayon de courbure et que les deux portions rectilignes 9b et 9c de part et d'autre de la portion centrale torsadée 10 aient la même longueur.
Au contraire, lorsqu'il est souhaité d'avoir des raideurs différentes dans deux directions orthogonales du plan du boîtier ou du circuit imprimé, il suffit d'avoir les deux portions rectilignes 9b et 9c de longueurs différentes. La raideur sera alors plus faible dans la direction orthogonale au plan de la portion rectiligne 9b ou 9c la plus longue.
En outre, la longueur des assises (portions rectilignes 9a et 9d) peut être optimisée pour avoir le meilleur compromis entre l'encombrement du connecteur 1 et la longueur de la périphérie des assises (plus cette longueur sera grande, plus la brasure sera robuste comme indiqué dans la partie relative à l'état de la technique antérieure).
Ce cinquième exemple de réalisation du connecteur 1 selon l'invention présente plusieurs avantages, et notamment une facilité de réalisation et un faible coût ; une facilité de calcul de la raideur du connecteur 1 par des calculs du type éléments finis ; une facilité d'optimiser les dimensions (largeur et épaisseur du ruban, rayon de courbure des portions circulaires 4a et 4b, présence et longueur des portions rectilignes 9a-9d, hauteur de la portion centrale torsadée 10, entre autres) pour obtenir les raideurs souhaitées, tant dans les directions parallèles au plan du boîtier et du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan, et pour obtenir les résistances électriques et thermiques, ainsi que les impédances et capacités électriques souhaitées en dessous d'un seuil dépendant de l'application. Il est en particulier facile d'obtenir avec cet exemple des raideurs beaucoup plus faibles dans les directions parallèles au plan du boîtier ou du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan.
En référence aux figures 6A, 6B et 6C, on a représenté, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un sixième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
Dans ce sixième exemple, le corps principal 2 est un ruban plié selon au moins deux directions de pliage Dl et D5.
Plus précisément, le corps principal 2 comporte une première portion rectiligne 9a destinée à être brasée sur le boîtier ou le circuit imprimé dénommée « assise », une première portion circulaire 4a en demi-cercle, une deuxième portion circulaire 4b en quart de cercle de concavité opposée à la première portion circulaire 4a, une deuxième portion rectiligne 9b optionnelle, une portion centrale torsadée 10 où le plan principal du ruban tourne par exemple d'un angle de l'ordre de 90°, une troisième portion rectiligne optionnelle 9c, une troisième portion circulaire 4c en demi-cercle, une quatrième portion circulaire 4d en quart de cercle de concavité opposée à celle de la troisième portion circulaire 4c, et une quatrième portion rectiligne optionnelle 9d destinée à être brasée sur le boîtier ou le circuit imprimé dénommée également « assise ».
De façon avantageuse, et contrairement au cinquième exemple de réalisation décrit précédemment, les longueurs des assises et les rayons de courbure des portions circulaires 4a-4d sont ajustés avec la largeur du ruban de telle sorte que, vue de dessus ou dessous, la projection du connecteur 1 présente une forme carrée.
Il est également à noter ici qu'il est fréquemment recherché d'avoir la même raideur dans les deux directions orthogonales du plan du boîtier ou du circuit imprimé. Cela est réalisable dans le cadre de ce sixième exemple de réalisation du connecteur 1, car il suffit que les deux portions circulaires 4a et 4d aient le même rayon de courbure et que les deux portions rectilignes 9b et 9c de part et d'autre de la portion centrale torsadée 10 aient la même longueur.
Au contraire, lorsqu'il est souhaité d'avoir des raideurs différentes dans deux directions orthogonales du plan du boîtier ou du circuit imprimé, il suffit d'avoir les deux portions rectilignes 9b et 9c de longueurs différentes. La raideur sera alors plus faible dans la direction orthogonale au plan de la portion rectiligne 9b ou 9c la plus longue.
En outre, la longueur des assises (portions rectilignes 9a et 9d) peut être optimisée pour avoir le meilleur compromis entre l'encombrement du connecteur 1 et la longueur de la périphérie des assises.
Ce sixième exemple de réalisation du connecteur 1 selon l'invention présente plusieurs avantages, et notamment une facilité de réalisation et un faible coût ; une facilité de calcul de la raideur du connecteur 1 par des calculs du type éléments finis ; la possibilité d'obtenir une projection verticale de forme carrée facilitant l'emploi et le positionnement du connecteur 1 ; une facilité d'optimiser les dimensions (largeur et épaisseur du ruban, rayon de courbure des portions circulaires 4a-4d, présence et longueur des portions rectilignes 9a-9d, hauteur de la portion centrale torsadée 10, entre autres) pour obtenir les raideurs souhaitées, tant dans les directions parallèles au plan du boîtier et du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan, et pour obtenir les résistances électriques et thermiques, ainsi que les impédances et capacités électriques souhaitées en dessous d'un seuil dépendant de l'application. Il est en particulier facile d'obtenir avec cet exemple des raideurs beaucoup plus faibles dans les directions parallèles au plan du boîtier ou du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan.
Par ailleurs, dans chacun des cinquième et sixième exemples de réalisation décrits ci-dessus, chacune des première 3a et deuxième 3b extrémités du corps principal 2 présente par exemple une surface de connexion S carrée.
En référence aux figures 7A, 7B et 7C, on a représenté, respectivement en perspective, en vue de côté et en vue de dessus ou dessous, un septième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention. Dans ce septième exemple, tout comme pour le sixième exemple décrit précédemment, le corps principal 2 est un ruban plié selon des première Dl et deuxième D2 directions de pliage au niveau de la première extrémité 3a, et selon des troisième D4 et quatrième D5 directions de pliage au niveau de la deuxième extrémité 3b, les première Dl et deuxième D2 directions de pliage étant parallèles entre elles et orthogonales aux troisième D3 et quatrième D4 directions de pliage, les troisième D3 et quatrième D4 directions de pliage étant parallèles entre elles. De cette façon, ce qui a été décrit précédemment pour le sixième exemple s'applique également pour le septième exemple en ce qui concerne ces caractéristiques, et les références sont analogues.
Toutefois, à la différence du sixième exemple qui prévoit que la partie centrale du corps principal 2 est torsadée selon un angle de l'ordre de 90°, le septième exemple est caractérisé par le fait que la partie centrale 10 du corps principal 2 est pliée selon une direction à 45° des première Dl, deuxième D2, troisième D3 et quatrième D4 directions de pliage.
En référence aux figures 8A, 8B et 8C, on a représenté, respectivement en vue de côté, en vue de dessus ou dessous et en perspective, un huitième exemple de réalisation d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
Dans ce huitième exemple, le corps principal 2 est une tôle métallique pliée selon deux directions de pliage Dl et D2.
Plus précisément, le corps principal 2 comporte des découpes 6a, 6b formées entre des languettes 8 reliant des parties supérieure 7a et inférieure 7b, comportant respectivement les première 3a et deuxième 3b extrémités.
La tôle métallique est usinée, pliée et déformée pour obtenir le connecteur 1.
En particulier, le connecteur 1 peut être fabriqué à partir d'un morceau de tôle métallique matricée dans lequel on a découpé les parties supérieure 7a, appelée « tête », et inférieure 7b, appelée « pied », et les languettes 8, appelées « jambes », reliant la tête 7a et le pied 7b. Les jambes 8 sont prévues sensiblement courbées pour diminuer la raideur verticale selon la direction z du connecteur 1. La tôle est ensuite pliée selon les deux directions de pliage Dl et D2 des zones de pliage ZI et ZI. La brasure peut ensuite être réalisée sur la tête 7a et le pied 7b pour connecter le connecteur 1 au boîtier et au circuit imprimé.
Ce huitième exemple de réalisation présente plusieurs avantages, et notamment une facilité de réalisation et un faible coût ; une facilité de calcul de la raideur du connecteur 1 par des calculs du type éléments finis ; une facilité d'optimiser les dimensions (dimensions de la tête 7a et du pied 7b, longueur, largeur et courbure des jambes 8, entre autres) pour obtenir les raideurs souhaitées, tant dans les directions parallèles au plan du boîtier et du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan, et pour obtenir les résistances électriques et thermiques, ainsi que les impédances et capacités électriques souhaitées en dessous d'un seuil dépendant de l'application. Il est en particulier facile d'obtenir avec cet exemple des raideurs très différentes dans les directions parallèles au plan du boîtier ou du circuit imprimé que dans la direction perpendiculaire à ce plan.
En outre, selon ce huitième exemple de réalisation du connecteur 1, chacune des première 3a et deuxième 3b extrémités du corps principal 2 présente une surface de connexion S dont la forme est semblable à la lettre « U ».
De façon avantageuse, dans tous les exemples de connecteurs 1 précédemment décrits, les connecteurs 1, sous forme de fil, de ruban ou de tôle métallique, sont élastiques.
Ces connecteurs 1 peuvent notamment être capables de supporter sans dommage les mouvements latéraux de relativement grandes amplitudes dus aux dilatations différentielles entre le boîtier et le circuit imprimé.
De plus, les connecteurs 1 peuvent permettre d'avoir des raideurs mécaniques dans les trois directions x, y et z qui soient ajustables en jouant sur les dimensions et la forme du corps principal 2 du connecteur 1. Ces ajustements peuvent en particulier utiliser des principes et des méthodes connus de l'homme du métier, et doivent pouvoir être aisément calculables par des codes de calcul mécaniques, et par exemple par les méthodes d'éléments finis.
En outre, les connecteurs 1 peuvent remplir les fonctions électriques, mécaniques ou thermiques qui leurs sont assignées, en étant capable de quantifier, et d'être relativement facilement simulables par des codes de calculs électriques, mécaniques ou thermiques pour avoir une prédiction fiable de leurs performances électriques, mécaniques ou thermiques.
Par ailleurs, ces connecteurs 1 se différencient des colonnes, décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure, notamment en ce qu'ils ont un comportement élastique et non plastique, et une raideur plus faible, notamment dans la direction verticale z. De plus, les connecteurs 1 se différentient des ressorts développés par la NASA, précédemment décrits dans la partie relative à l'état de la technique antérieure, notamment en ce qu'ils sont moins résistifs, moins inductifs et moins raides.
Il est également à noter que, pour les premier, deuxième et troisième exemples décrits en référence aux figures 1A à 3B, les connecteurs 1 sous forme de fil métallique sont plies dans un seul plan vertical. Quant aux quatrième, cinquième, sixième et septième exemples décrits en référence aux figures 4A à 7C, les connecteurs 1 présentent l'avantage de présenter une grande surface de connexion S pour brasage.
Par conséquent, l'invention peut permettre de faciliter le calcul et l'ajustement de la raideur des connecteurs 1 à la valeur souhaitée, par exemple en utilisant un code commercial de calcul mécanique par éléments finis, dans les deux directions du plan du boîtier et du circuit imprimé, et dans la direction perpendiculaire à ce plan. Ceci est en particulier important pour compenser les défauts de planéité ou de non coplanarité du boîtier et du circuit imprimé. Ces connecteurs 1 peuvent être par exemple pré-positionnés, par exemple à l'aide d'un élément formant une base matricielle 40 comme décrit par la suite, brasés sur une des extrémités 3a et 3b, puis brasés sur l'autre des extrémités 3a et 3b, tout en appuyant avec une certaine force sur le boîtier. Grâce aux raideurs ajustables, ces connecteurs 1 peuvent jouer un rôle de ressort et corriger des défauts de non planéité ou de non coplanarité du boîtier et du circuit imprimé, et ce avec une force facilement estimable en fonction de la raideur selon la direction verticale z des connecteurs 1 et des défauts à corriger de non planéité ou de non coplanarité. Par ailleurs, comme déjà exposé auparavant, l'invention présente l'avantage majeur de permettre de calculer la raideur du connecteur 1 dans les trois directions x, y et z. La méthode de calcul pour se faire peut être classique pour l'homme du métier. Elle peut par exemple consister en la succession des actions suivantes :
a) construire virtuellement, à l'aide d'un logiciel approprié, la géométrie du connecteur 1, en connectant correctement toutes ses portions,
b) mailler cette géométrie, en respectant les règles usuelles de maillage, dans un logiciel de maillage ou dans un logiciel de calcul mécanique par éléments finis, par exemple choisi parmi les logiciels de l'éditeur ANSYS, le progiciel ABAQ.US®, le logiciel COMSOL Multiphysics®, le logiciel CAST3M, entre autres,
c) imposer des déplacements nuls dans les trois directions x, y et z sur les noeuds de la face inférieure du connecteur 1,
d) imposer un déplacement arbitraire, par exemple de 50 μπι, dans une des trois directions x, y ou z sur les nœuds de la face supérieure du connecteur 1, les déplacements dans les deux autres directions étant imposés à une valeur nulle,
e) résoudre le système, c'est-à-dire calculer les champs de contraintes et déformations dans tout le connecteur 1 ; cette résolution peut de préférence se faire avec l'hypothèse classique dite des « grandes déformations », ce qui revient à activer dans le logiciel les non linéarités géométriques,
f) extraire de ces champs de contraintes la force exercée sur la face supérieure du connecteur 1,
g) déterminer la raideur dans la direction considérée comme étant le rapport de la force exercée sur la face supérieure divisée par le déplacement imposé.
En répétant les étapes d) à g) de cette procédure pour les trois directions x, y et z possibles, on peut obtenir les raideurs du connecteur 1 dans ces trois directions.
En outre, comme exposé précédemment, l'objet de l'invention porte également sur un dispositif microélectronique, pouvant être le boîtier microélectronique ou le circuit imprimé, qui comporte une pluralité de connecteurs selon l'invention, et notamment tels que ceux décrits dans les sept exemples précédents. Ces connecteurs sont destinés à être disposés sur une surface du dispositif, boîtier ou circuit imprimé, selon une matrice 30 (voir figures 9A et 9B) pour permettre la connexion en matrice entre le boîtier et le circuit imprimé.
Pour positionner en matrice les connecteurs 1 sur le boîtier ou le circuit imprimé, une solution classique connue de l'homme du métier, par le biais de machines, est possible.
Toutefois, l'invention propose également l'utilisation d'un élément formant une base matricielle 40 dans lequel une pluralité de cavités 41 est formée selon la forme souhaitée de la matrice 30 des connecteurs 1, ces cavités 41 recevant les connecteurs 1 pour leur brasage sur le boîtier ou le circuit imprimé.
Ainsi, les figures 9A et 9B représentent respectivement, en vue de dessus, deux exemples d'éléments formant une base matricielle 40.
L'élément formant une base matricielle 40 comporte préférentiellement un matériau soluble, préformé à la dimension du boîtier et dans lequel les cavités 41 sont réalisées en étant adaptées aux dimensions des connecteurs 1. La matrice de cavités 41, ainsi réalisée dans le matériau hydrosoluble, est conçue pour correspondre à la matrice des positions souhaitées des connecteurs 1.
Les cavités 41 peuvent avoir des formes particulièrement simples et faciles à réaliser, telles qu'une forme rectangulaire allongée dont les deux extrémités sont arrondies (voir par exemple la figure 1C en projection pour le premier exemple) ou encore une forme carrée (voir par exemple la figure 6C en projection pour le sixième exemple).
Les connecteurs 1, une fois positionnés, sont ensuite brasés sur l'un du boîtier et du circuit imprimé, puis sur l'autre du boîtier et du circuit imprimé.
Dans une variante, l'élément formant une base matricielle 40 peut être amovible. Dans ce cas, l'élément formant une base matricielle 40 peut être enlevé soit après le premier brasage, soit après le deuxième brasage.
Alternativement, lorsque l'élément formant une base matricielle 40 n'est pas prévu pour être amovible, il peut rester en place durant la vie des connecteurs 1. Dans ce cas, l'élément formant une base matricielle 40 présente aussi des fonctions mécaniques, pouvant par exemple reprendre au moins en partie les efforts entre le boîtier et le circuit imprimé. Il est toutefois souhaitable de veiller à ce que le coefficient de dilatation thermique et le module d'élasticité de l'élément formant une base matricielle 40 soient adaptés à ceux du boîtier et du circuit imprimé afin de ne pas générer de contraintes supplémentaires.
Par ailleurs, dans le cas où les raideurs des connecteurs 1 dans les deux directions x et y perpendiculaires du plan du boîtier sont différentes, comme pour les premier, deuxième, troisième, quatrième et huitième exemples de connecteurs 1 décrits précédemment, il peut être souhaitable d'avoir des raideurs d'ensemble, c'est-à-dire la raideur cumulée de tout ou partie des connecteurs 1, équivalentes dans directions x et y. Ceci peut par exemple être obtenu en positionnant les connecteurs 1 en partie dans la direction x, et en partie dans la direction y. Ce positionnement alterné dans plusieurs directions peut être grandement facilité par l'usage de l'élément formant une base matricielle 40, en réalisant de manière appropriée les cavités 41 dans cet élément 40. Les figures 9A et 9B représentent des positionnements possibles de connecteurs 1 en matrice 30 dont les raideurs sont différentes selon les directions x et y.
On va maintenant décrire un principe de fabrication d'un connecteur 1 conforme à l'invention.
La réalisation d'un tel connecteur 1 peut se faire à partir d'un fil, d'un ruban ou d'une plaque, notamment une tôle, destinés à être plies. Le choix du matériau métallique utilisé est important car il doit préférentiellement être compatible avec les procédés de microélectronique, notamment ceux dits de « back end », être bon conducteur de l'électricité, avoir une limite élastique suffisamment élevée pour pouvoir encaisser les déplacements latéraux causés par les dilatations différentielles du boîtier et du circuit imprimé sans toutefois être trop élevée pour pouvoir malgré tout être plié aisément. A titres d'exemples, le matériau métallique peut être choisi parmi le cuivre, des alliages cuivre-béryllium, des laitons, ou des alliages du type Kovar (fer Fe, nickel Ni, cobalt Co).
Pour pouvoir fabriquer un connecteur 1 du type de celui décrit en référence au huitième exemple de réalisation en lien avec les figures 8A, 8B et 8C, le procédé comporte les étapes consistant à usiner une feuille ou une bobine au moyen d'une presse et d'un outil à suivre pour la découper (la découpe est réalisée par cisaillage, un morceau de la pièce restant attaché au corps de la feuille ou bobine), mettre en forme par pliage la feuille ou la bobine, et effectuer un traitement de surface de la feuille ou de la bobine pour la rendre compatible pour le brasage. Enfin, les connexions peuvent être détachées par cisaillage.
Par ailleurs, la figure 10 illustre quatre étapes a) à d) d'un procédé de fabrication conforme à l'invention pour la réalisation d'un connecteur 1 dont le corps principal 2 est un fil ou un ruban, à savoir par exemple un connecteur 1 selon les six premiers exemples décrits auparavant.
Le procédé comporte ainsi les étapes ci-après consistant à :
a) introduire une bobine 11 de fil ou de ruban au sein d'une machine 12 de traitement, réglée de sorte qu'elle puisse plier le fil ou ruban selon le plan choisi,
b) mettre en forme par pliage le fil ou le ruban par l'intermédiaire de la machine 12 de traitement, le fil ou ruban subissant alors après pliage un contrôle dimensionnel automatique,
c) découper le fil ou le ruban,
d) effectuer un traitement de surface, électrolytiquement ou chimiquement, du fil ou du ruban pour le passiver et rendre compatible pour le brasage ; pour ce faire, il est par exemple possible de procéder à un dépôt de nickel de 3 à 5 pm d'épaisseur, et d'or de 50 nm à 1 pm d'épaisseur.
Par ailleurs, en termes de dimensions des connecteurs 1 selon l'invention, plusieurs possibilités existent qui dépendent essentiellement des raideurs recherchées pour ces connecteurs 1. Par exemple, pour un connecteur 1 sous la forme d'un fil plié du type de celui décrit pour le premier exemple en référence aux figures 1A, 1B et 1C, présentant un module d'Young de l'ordre de 100 GPa (cas du laiton par exemple), un diamètre de l'ordre de 300 pm, une hauteur totale de l'ordre de 2,5 mm, un grand rayon de courbure (associé à la portion circulaire 4b) de l'ordre de 500 pm, deux petits rayons de courbure (associés aux portions circulaires 4a et 4c) de l'ordre de 300 pm et deux portions rectilignes 9a, 9d de l'ordre de 0,1 mm, la raideur verticale selon z obtenue est de l'ordre de 91 600 N/m et la raideur dans le plan horizontal (encastré-encastré) est de l'ordre de 25 000 N/m. Par ailleurs, on a illustré, en référence aux figures 11A et 11B, deux autres étapes d'un procédé de fabrication de connecteurs 1 conformes à l'invention.
Plus précisément, la figure 11A représente une tôle 50, permettant la fabrication des connecteurs 1, découpée avant son pliage, et la figure 11B représente la tôle 50 découpée après pliage, les connecteurs 1 étant encore attachés à celle-ci.
En outre, la figure 11C représente, en perspective, un exemple de connecteur 1 conforme à l'invention, détaché de la tôle 50. Le connecteur 1 est ainsi obtenu à partir de la tôle 50 par la mise en œuvre d'opérations de mise en forme par pliage et découpe, suivies éventuellement d'un traitement de surface en vue de la fixation ultérieure du connecteur 1, notamment par brasage.
Comme on peut le voir dans cet exemple, le connecteur 1 comporte quatre directions de pliage Dl, D2, D3 et D4, à savoir des première Dl et quatrième D4 directions de pliage, orthogonales entre elles, respectivement au niveau des première 3a et deuxième 3b extrémités, et des deuxième D2 et troisième D3 directions de pliage, parallèles entre elles et orthogonales aux première Dl et quatrième D4 directions de pliage, au niveau de la partie centrale 10 du corps principal 2. Les deuxième D2 et troisième D3 directions de pliage sont réalisées de telle sorte que le corps principal 2 est plié d'un angle de 90° au niveau de sa partie centrale 10.
De plus, les première 3a et deuxième 3b extrémités du connecteur 1 se présentent sous une forme circulaire de grande section.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de connecteurs électriques (1), destinés chacun à permettre une connexion entre deux plots électriques sensiblement en regard respectivement d'un boîtier et d'un support, chaque connecteur électrique (1) comportant un corps principal (2) pourvu d'une première extrémité (3a) pour sa connexion fixe avec le boîtier et d'une deuxième extrémité (3b) pour sa connexion fixe avec le support, le corps principal (2) étant plié au niveau d'au moins une zone de pliage (Z1-Z5),
les connecteurs électriques (1) du dispositif étant disposés selon une matrice ou réseau (30) sur une surface d'un des éléments choisi entre le boîtier et le support, et les connecteurs (1) permettant la connexion en matrice ou réseau (30) dudit élément avec l'autre des éléments choisi entre le boîtier et le support, et
la pluralité de connecteurs électriques (1) comportant une direction générale (z) orthogonale au dispositif, les différents connecteurs (1) étant disposés selon cette direction (z) avec des orientations différentes.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différents connecteurs (1) sont disposés selon la direction générale (z) avec des orientations différentes à 90°.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les différents connecteurs (1) sont disposés selon la direction générale (z) avec des orientations différentes alternées.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une zone de pliage (Z1-Z5) de chaque connecteur (1) comporte au moins une direction de pliage (D1-D5).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est élastique.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des première (3a) et deuxième (3b) extrémités du corps principal (2) de chaque connecteur (1) présente une surface de connexion (S) élargie par rapport au corps principal (2), respectivement pour la connexion au boîtier et au support.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) comporte un fil, un ruban ou une plaque, notamment en matériau métallique.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est plié selon au moins deux directions de pliage (D1-D3).
9. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est un fil plié selon deux directions de pliage (Dl, D2), définissant notamment une forme semblable à la lettre « S ».
10. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est un fil plié selon trois directions de pliage (Dl, D2, D3), définissant notamment une forme semblable à la lettre « Ω ».
11. Dispositif selon les revendications 7 et 10, caractérisé en ce que, le corps principal (2) de chaque connecteur (1) étant un fil, chacune des première (3a) et deuxième (3b) extrémités du corps principal (2) comporte un embout conique (5a, 5b) présentant une surface de connexion (S) circulaire.
12. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce, que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) étant un ruban, chacune des première (3a) et deuxième (3b) extrémités du corps principal (2) présente une surface de connexion (S) rectangulaire ou carrée.
13. Dispositif selon les revendications 7 et 8 ou selon la revendication 12, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est un ruban plié selon une première direction de pliage (Dl) au niveau de la première extrémité (3a) et selon une deuxième direction de pliage (D3) au niveau de la deuxième extrémité (3b), les première (Dl) et deuxième (D2) directions de pliage étant orthogonales, et avantageusement en ce que la partie centrale du corps principal (2) est torsadée selon un angle de l'ordre de 90° ou en ce que la partie centrale du corps principal (2) est pliée selon une direction à 45° des première (Dl) et deuxième (D2) directions de pliage.
14. Dispositif selon les revendications 7 et 8 ou selon la revendication
12, caractérisé en ce que le corps principal (2) de chaque connecteur (1) est un ruban plié selon des première (Dl) et deuxième (D2) directions de pliage au niveau de la première extrémité (3a), et selon des troisième (D4) et quatrième (D5) directions de pliage au niveau de la deuxième extrémité (3b), les première (Dl) et deuxième (D2) directions de pliage étant parallèles entre elles et orthogonales aux troisième (D3) et quatrième (D4) directions de pliage, les troisième (D3) et quatrième (D4) directions de pliage étant parallèles entre elles, et avantageusement en ce que la partie centrale du corps principal (2) est torsadée selon un angle de l'ordre de 90° ou en ce que la partie centrale du corps principal (2) est pliée selon une direction à 45° des première (Dl), deuxième (D2), troisième (D3) et quatrième (D4) directions de pliage.
15. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, le corps principal (2) de chaque connecteur (1) étant une plaque, il comporte des découpes (6a, 6b) formées entre des languettes (8) reliant des parties supérieure (7a) et inférieure (7b), comportant respectivement les première (3a) et deuxième (3b) extrémités.
16. Dispositif selon les revendications 7 et 8 ou selon la revendication 15, caractérisé en ce que, le corps principal (2) de chaque connecteur (1) étant une plaque, chacune des première (3a) et deuxième (3b) extrémités du corps principal (2) présente une surface de connexion (S) dont la forme est semblable à la lettre « U ».
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément formant une base matricielle (40) dans lequel une pluralité de cavités (41) est formée selon la forme souhaitée de la matrice ou réseau (30) des connecteurs (1), les cavités (41) recevant les connecteurs (1) pour leur fixation notamment par brasage sur le dispositif.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'élément formant une base matricielle (40) est amovible, et notamment destiné à être retiré après fixation notamment par brasage des connecteurs (1) sur le boîtier et/ou le support.
19. Procédé de fabrication d'un connecteur (1) d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel, à partir d'un matériau conducteur conditionné sous forme de feuille ou bobine, on réalise des opérations de mise en forme par pliage, de découpe et de traitement de surface en vue de la fixation notamment par brasage, pour obtenir le connecteur (1).
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pour la fabrication d'un connecteur (1) d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, et en ce qu'il comporte les étapes, successives ou non, consistant à :
- introduire une bobine de fil ou de ruban au sein d'une machine de traitement,
- mettre en forme par pliage le fil ou le ruban par l'intermédiaire de la machine de traitement, - découper le fil ou le ruban,
- effectuer éventuellement un traitement de surface du fil ou du ruban.
21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre pour la fabrication d'un connecteur (1) d'un dispositif selon l'une des revendications 15 et 16, et en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
- usiner une feuille ou une bobine au moyen d'une presse et d'un outil à suivre pour la découper,
- mettre en forme par pliage la feuille ou la bobine,
- effectuer éventuellement un traitement de surface de la feuille ou de la bobine.
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