ES2301190T3 - Pieza para intercalar para caja microelectronica y procedimiento de fabricacion de dicha pieza para intercalar. - Google Patents

Abstract

EL SEPARADOR ESTA INTERPUESTO ENTRE UNA CAJA MICROELECTRONICA (10) CON CONTACTOS REPARTIDOS SOBRE SU CARA INFERIOR Y UN CIRCUITO IMPRESO (12) QUE COMPRENDE UNA TARJETA AISLANTE (16) PERFORADA DE AGUJEROS (16) Y LAMINAS DE CONTACTO DELGADAS (20) PLEGADAS EN FORMA DE V. LAS LAMINAS ATRAVIESAN LOS AGUJEROS Y TIENEN CADA UNA PARTES TERMINALES DE APOYO SOBRE UN CONTACTO Y SOBRE UNA ZONA DEL CIRCUITO IMPRESO, TENIENDO LOS AGUJEROS UNA FORMA QUE MANTIENE LAS LAMINAS PARALELAS UNAS A OTRAS.

Description

Pieza para intercalar para caja microelectrónica y procedimiento de fabricación de dicha pieza para intercalar.

La presente invención se refiere a piezas para intercalar destinadas a ser insertadas entre una caja microelectrónica con contactos repartidos en su cara inferior y un circuito impreso.

Tales piezas para intercalar permiten montar cajas microelectrónicas voluminosas, que presentan contactos en el conjunto de su cara inferior y no solamente en su periferia, sobre tarjetas de circuito impreso, sin necesitar ensamblajes por soldadura fuerte, soldadura blanda o por pegado que hacen el montaje y el desmontaje difíciles.

Se han realizado ya piezas para intercalar destinadas a desempeñar esta función, pero estas presentan inconvenientes o limitaciones. Se han propuesto, por ejemplo, piezas para intercalar constituidas por una hoja aislante en la cual están practicados agujeros, que reciben, cada uno, un ovillo de hilo de molibdeno dorado, repartidos siguiendo la misma red que los contactos en la caja. Un inconveniente de esta disposición es que los ovillos solo pueden comprimirse muy ligeramente. En consecuencia, algunas de las conexiones eléctricas son defectuosas cuando la caja o la tarjeta no son perfectamente planas, lo que generalmente es el caso. Se han propuesto, igualmente, piezas para intercalar que utilizan contactos de elastómero conductor. Pero el comportamiento a largo plazo de tales piezas para intercalar no está garantizado, especialmente en el caso de aplicaciones espaciales, en las que la pieza para intercalar está sometida a radiaciones.

Se conoce, igualmente, (véase el documento WO-9708781), un contacto eléctrico de baja autoinductancia, que presenta una forma de pinza recortada en una hoja metálica cuyos brazos están terminados en picos destinados a entrar en contacto uno con el otro. Las superficies laterales constituyen "caras mayores". Cada contacto está simplemente contenido en una abertura de la que puede escaparse.

La invención pretende, especialmente, facilitar una pieza para intercalar que responda mejor que las anteriormente propuestas a las exigencias de la práctica, especialmente, que sea capaz de tolerar defectos importantes debidos a superficies no perfectamente planas y que pueda ser realizada en un espesor muy pequeño, inferior a dos milímetros.

Con esta finalidad, la invención propone, especialmente, una pieza para intercalar de conexión entre una caja mi-
croelectrónica con contactos repartidos en su cara inferior y un circuito impreso, de acuerdo con la reivindicación 1.

La pieza para intercalar puede utilizarse con cajas microelectrónicas de tipos muy diversos, que pueden comprender centenares de contactos. Estas cajas pueden ser, especialmente, módulos que contienen varios chips, cajas con un solo chip o híbridos de varios centímetros de lado.

Generalmente, los agujeros serán de forma rectangular, de longitud al menos igual a cinco veces la anchura, y de anchura justo suficiente para dejar pasar la lama. Para mejorar la conexión eléctrica y localizarla de modo preciso, cada parte terminal de una lama de contacto puede presentar un abultamiento o resalte de apoyo sobre un contacto o una franja. Cada agujero presentará, entonces, en general, una escotadura de forma correspondiente a la del resalte, destinada a dejarle pasar.

En una variante de realización, la placa aislante está constituida por una base y una tapa que aprisionan lengüetas de centrado de anchura superior a la de las lamas, colocadas, cada una, entre los brazos de una lama. Cada lengüeta puede tener dos dientes laterales que mantienen la lama separada de las aristas laterales del agujero correspondiente. Los dos brazos de la lama pueden estar fijados a la lengüeta de centrado. En los dos casos, los agujeros de la placa tienen una longitud suficiente para dejar libre el paso a la lama ya plegada. El material constitutivo de la placa dependerá de la aplicación considerada y también del modo de los agujeros previstos. Pueden utilizarse, especialmente, materiales compuestos de vidrio-epoxy y de vidrio-poliamida y las resinas de moldeo tales como las conocidas con las marcas "macrolon" y "ryton". En este caso pueden practicarse agujeros de forma rectangular con láser o con la ayuda de un chorro de agua a muy alta presión. Si, por el contrario, es importante favorecer el enfriamiento de la caja, podrá utilizarse un material aislante buen conductor del calor, tal como el nitruro de aluminio.

La pieza para intercalar puede realizarse de modo que solamente ocupe un espesor muy pequeño, de aproximadamente 0,7 mm, cuando esté comprimida. Las lamas de contacto pueden tener una anchura inferior al milímetro y una longitud de brazo de, aproximadamente, 4 mm, que permiten repartirlas longitudinalmente con un paso de, aproximadamente, 5 mm y transversalmente con un paso de, aproximadamente, 1,9 mm.

La invención propone, igualmente, un procedimiento de fabricación de una pieza para intercalar del tipo definido anteriormente, de acuerdo con la reivindicación 6.

El plegado debe realizarse en condiciones tales que el saliente de los resaltes en reposo sea suficiente para aceptar los defectos de una caja o una tarjeta de circuito impreso no perfectamente planas. En la práctica, puede preverse sin dificultades un plegado tal que, antes de llegar a tope, sean aceptables deflexiones superiores a 0,5 mm.

Las características anteriores, así como otras, se pondrán mejor de manifiesto con la lectura de la descripción que sigue de un modo particular de realización de la invención, dado a título de ejemplo no limitativo. Los modos de realización de las figuras 6-16 muestran piezas para intercalar que no están cubiertas por la invención. La descripción se refiere a los dibujos que la acompañan, en los cuales:

- la figura 1 muestra esquemáticamente una pieza para intercalar colocada entre una caja microelectrónica y un substrato constituido por una tarjeta de circuito impreso;

- la figura 2 es un esquema de principio que muestra la disposición de una lama de contacto entre una tarjeta de circuito impreso y una caja microelectrónica;

- la figura 3 muestra una repartición posible de los agujeros de la pieza para intercalar;

- la figura 4 es una vista de detalle que muestra una forma posible de lama;

- la figura 5 es una vista en corte según la línea V-V de la figura 4;

- la figura 6 es una vista en corte a escala grande que muestra una variante de realización;

- la figura 7 es una vista en corte según la línea VII-VII de la figura 6;

- la figura 8 es una vista en perspectiva que muestra una lama y una lengüeta de una pieza para intercalar del tipo mostrado en las figuras 6 y 7;

- la figura 9, similar a la figura 8, muestra una variante de realización;

- la figura 10, similar a la figura 6, muestra el montaje de una lama de contacto del tipo mostrado en la figura 9 en una placa, con mantenimiento longitudinal;

- la figura 11 es una vista en corte transversal a una lama de contacto, que muestra un modo posible de retención de lama de contacto en una placa 16 en dos piezas;

- la figura 12 muestra una lama de contacto de acuerdo con otra variante más de realización;

- la figura 13 es una vista en perspectiva que muestra una fracción de una base de placa susceptible de recibir lamas de contacto del tipo mostrado en la figura 12;

- la figura 14 es una vista de detalle en corte que muestra una cooperación posible entre una pieza para intercalar de acuerdo con la invención y un interponedor grueso;

- la figura 15, similar a la figura 2, muestra una variante; y

- la figura 16 es una vista desde un extremo de una barra de recepción de lamas de contacto según la figura 15.

Una pieza para intercalar de acuerdo con la invención, denominada, generalmente, interponedor, está destinada a realizar conexiones eléctricas por simple presión entre dos superficies aproximadamente planas provistas de contactos enfrentados. Tales conexiones eléctricas creadas por presión permiten evitar la presencia de soldaduras fuertes, soldaduras blandas o de pegados conductores que complican la desolidarización de las superficies. Una de las superficies pertenece a un substrato, generalmente una tarjeta de circuito impreso, y la otra a una caja microelectrónica. Frecuentemente, esta caja será un módulo de varios chips, designado, generalmente, por la expresión anglosajona "muti chip module". La caja, generalmente de cerámica (alúmina, nitruro de aluminio, AISIC, etc), es mantenida aplicada sobre una tarjeta de circuito impreso, generalmente multicapa.

La figura 1 muestra una disposición de este tipo. La caja 10, presionada contra el circuito impreso 12, por medios no representados, está separada del circuito 12 por la pieza para intercalar 14. Medios de centrado, no representados, permiten fijar de modo preciso la posición de la pieza para intercalar 14 y de la caja 10 con respecto al circuito impreso 12.

La pieza para intercalar 14 permite unir contactos regularmente repartidos en la cara inferior de la caja 10, por franjas de contacto del circuito impreso 12. Los contactos y las franjas están constituidos por zonas metálicas, generalmente doradas, repartidas según el mismo motivo.

La figura 2 muestra la constitución de principio de la pieza para intercalar. Ésta comprende una placa aislante 16 de material aislante eléctrico, de espesor generalmente inferior a 1 mm. En la placa están perforados agujeros 18 repartidos según el mismo motivo que los contactos. Estos agujeros son de forma rectangular y están destinados a recibir lamas de contacto delgadas 20, de las cuales solo una está representada en la figura 2. El aislante constitutivo de la placa 16 debe ser de tal naturaleza que permita perforar agujeros rectangulares de pequeña dimensión. Especialmente, puede utilizarse el Delrin, el vidrio-epoxy, el vidrio-poliamida, resinas de moldeo tales como el Macrolon o el Ryton, que pueden ser perforados con láser o con chorro de agua a presión en forma no circular. En otros casos, en los que sea deseable obtener una conductividad térmica elevada, pueden utilizarse aislantes tales como AIN. Para aplicaciones espaciales, se utilizarán materiales de pequeña desgasificación al vacío.

La lama 20 está constituida por un tramo de cinta plegado, de material elástico buen conductor. Especialmente, podrá utilizarse el cobre al berilio, protegido por niquelado y dorado. La lama presenta un espesor muy inferior a su anchura, por ejemplo 5 a 10 veces más pequeño.

Para localizar mejor las zonas de contacto en la cara frente a la lama, las partes terminales de la lama presentan, ventajosamente, resaltes 22 que pueden estar realizados por punzonado. Estos constituyen granos de contacto que se apoyan en el módulo y en la tarjeta efectuando una autolimpieza durante la flexión elástica de los brazos de la lama, sin correr el riesgo de acuñamiento. En cada agujero está prevista entonces una escotadura 24 para dejar libre el paso al grano.

Se ha realizado, especialmente, una pieza para intercalar cuya placa presenta agujeros, repartidos según una red rectangular de 1,905 mm x 5,08 mm, y las lamas tienen un espesor de 0,1 mm y una anchura de 0,8 mm. Una pieza para intercalar de este tipo puede utilizarse, especialmente, para montar un módulo corriente, que tenga de 300 a 500 contactos.

La invención es susceptible de numerosas variantes de realización.

En el caso ilustrado en las figuras 6 y 7, la placa aislante 16 está constituida por una base 26 y una tapa 28. Los agujeros practicados en la base 26 tienen una anchura ligeramente superior a las lamas de contacto y una longitud tal que las lamas de contacto pueden ser introducidas en ellas ya plegadas en V. La lama 20 está representada en las figuras 6 y 7 con un brazo en estado libre y un brazo en estado de compresión máxima, cuando la pieza para intercalar está colocada entre una caja microelectrónica y un circuito impreso. La tapa tiene un agujero de igual dimensión. Además, cada agujero de la base presenta dos ranuras laterales 30 y 32 que, cuando la tapa y la base estén ensambladas, constituyen un alojamiento de recepción de una lengüeta de centrado 34 cuya anchura es tal que ésta queda aprisionada entre la tapa y la base. Esta lengüeta presenta en un extremo dos dientes laterales 36 destinados a aprisionar el pliegue de la lama 20 y a mantener la lama separada de los bordes del agujero.

En el modo de realización, cada lama de contacto puede ser montada o desmontada individualmente. La dimensión de los agujeros permite realizar la base y la tapa por moldeo de un material tal como una resina termoendurecible aislante, sin mecanizado posterior. La lengüeta es de un material aislante o conductor, ésta puede tener un espesor tan pequeño como 0,2 mm. Ésta es fijada, temporal o definitivamente, por un punto de pegamento a la lama para las operaciones de colocación.

El montaje se efectúa entonces del modo siguiente. Los conjuntos contacto-lengüeta se colocan en la base, con la ayuda de una herramienta que presiona los bordes de la placa contra la base. Una vez equipada completamente la base, se coloca la tapa y se la fija. La fijación puede realizarse con la ayuda de microtornillos 38 (véase la figura 7) que reemplazan algunas de las lamas de contacto de los puntos de la red.

Esta disposición permite situar un contacto dañado y reemplazarlo.

Para permitir situar de modo preciso la pieza para intercalar en el circuito integrado y mantenerla durante el montaje, pueden reservarse luces desprovistas de lamas de contacto.

En la variante de realización mostrada en la figura 9, la lama elástica es en varias piezas. Los dos brazos 20a y 20b están constituidos por dos tramos de cinta distintos y fijados a un tercer tramo conductor que constituye la lengüeta 34. Esta lengüeta puede ser más ancha y/o más larga que los brazos 20a y 20b. Cada lengüeta es aprisionada en una placa en dos piezas y hace la función de centrador. Los dos brazos están preformados y colocados a una y otra parte del centrador para ser fijados por soldadura eléctrica en una sola operación.

Esta disposición permite conseguir un espesor mínimo, del orden de 0,8 mm, utilizando como centrador y como brazo tramos de cintas de cobre al berilio de 0,1 mm de espesor y como lengüeta un tramo de película de vidrio epoxy de 150 \mum de espesor. Como contrapartida, una pieza para intercalar de este tipo es más costoso que los descritos anteriormente. En el caso ilustrado en la figura 10, la lengüeta está retenida por sus extremos longitudinales. En el caso de la figura 11, por el contrario, ésta está retenida lateralmente.

En la variante de realización mostrada en las figuras 12 y 13, la lama de contacto 20 es en una sola pieza, como en el caso de las figuras 2 y 6, pero ésta presenta, a nivel del pliegue, dos patas laterales 40 que permiten aprisionar la lama en la placa aislante. En este caso, la base 26 (véase la figura 13) y la tapa pueden ser idénticas y fabricadas por mecanizado en placas delgadas de aislante. En la figura 13, se ve que cada agujero destinado a dejar libre el paso a una lama está conectado a los agujeros adyacentes por, al menos, una ranura 42 destinada a recibir la patas 40.

Los agujeros y las ranuras pueden ser mecanizados u obtenidos por moldeo. En el caso ilustrado en la figura 13, cada agujero está unido a los agujeros adyacentes por dos ranuras, lo que permite un montaje de pies contra cabeza de las lamas de contacto.

Los brazos de la lama de contacto mostrados en la figura 12 tienen una anchura que decrece desde la raíz hasta el extremo, lo que es ventajoso desde el punto de vista mecánico. Estos pueden presentar en reposo una curvatura, indicada en trazos mixtos en la figura 12, de modo que queden rectos en posición de aplastamiento máximo. Las lamas de contacto pueden obtenerse conectadas en bandas, por grabado químico de una cinta de cobre al berilio. Los contactos así obtenidos en banda son planos y sus extremos están unidos a dos bandas de borde por una zona adelgazada, de la cual aparece un residuo en 44 en la figura 12.

Las patas 40 hacen la función de bisagra. Además, éstas, por su forma plana, limitan en las ranuras el desplazamiento angular de los contactos, sin dificultar su movilidad. La forma afilada de los brazos evita que sus bordes se enganchen en las aristas que limitan los agujeros en el aislante. La tapa puede tener agujeros y ranuras un poco más anchas que la base con el fin de facilitar su aproximación.

La pieza para intercalar de acuerdo con este modo de realización puede tener también un espesor muy pequeño. La base y la tapa pueden tener un espesor de 0,8 mm. Las lamas de contacto, de cobre al berilio niquelado-dorado, pueden estar montadas pies contra cabeza en agujeros repartidos con un paso de 1,905 mm.

Dientes laterales que forman bisagra y retenidos a media altura del aislante pueden estar previstos, tanto en el pliegue de una lama, como en una lengüeta de centrado.

Cada una de las piezas para intercalar que acaban de describirse puede ser completada por un interponedor grueso cuando debe estar colocada entre dos substratos que deben ser conectados sin que sea posible aproximarlos suficientemente para adoptar una intercalación muy plana. La figura 14 muestra una pieza para intercalar de acuerdo con la invención unido a un interponedor grueso 46. Uno de los brazos de la lama de contacto 20 está apoyado directamente contra una tarjeta de circuito impreso. Éste entra en contacto con un émbolo metálico 48 sumergido guiado por la tarjeta 50 de material aislante, que puede ser fijada por tornillos Parker 52 o de otro modo, a la placa aislante 16.

En otra variante más de realización, mostrada en las figuras 15 y 16, cada lama 20 presenta un tramo rectilíneo entre los dos brazos destinados a apoyarse sobre los elementos que hay que unir. Este tramo está aprisionado en una ranura de la placa aislante y no puede escaparse. Esta disposición permite adoptar una densidad de implantación elevada, con lamas imbricadas una en otra, como está indicado en la figura 15. La placa 16 puede estar constituida por apilamiento y pegado mutuo de barras aislantes 60 en las cuales están practicados pasos abiertos paralelos de introducción de las lamas 20 antes del apilamiento. La flexión de las lamas puede ser limitada dando a las barras una sección con escalones.

Claims (6)

1. Pieza para intercalar de conexión entre una caja microelectrónica (10) con contactos repartidos en su cara inferior y un circuito impreso (12), que comprende una placa aislante (16) perforada por agujeros mutuamente idénticos y lamas de contactos delgadas (20) en forma de cinta, plegadas en forma de V que atraviesan los agujeros y que tienen, cada una, partes terminales de apoyo sobre un contacto y sobre una franja del circuito impreso, teniendo los agujeros una forma apta para mantener las lamas paralelas una a otra y de anchura justo suficiente para dejar pasar las lamas, caracterizada porque cada parte terminal presenta un resalte de apoyo (22) y porque cada agujero presenta una escotadura (24) de paso de resalte.

2. Pieza para intercalar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los agujeros son de forma rectangular, de longitud, al menos, igual a 5 veces su anchura.

3. Pieza para intercalar de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque la placa es de aislante eléctrico buen conductor del calor, tal como el nitruro de aluminio.

4. Pieza para intercalar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las lamas de contacto tienen, aproximadamente, 4 mm de longitud para cada brazo, 0,8 mm de anchura y 0,1 mm de espesor.

5. Pieza para intercalar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el pliegue de cada lama presenta dos dientes laterales (40) retenidos a media altura del aislante.

6. Procedimiento de fabricación de una pieza para intercalar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se perforan los agujeros en la placa; se recortan las lamas en una hoja o cinta de cobre al berilio, se las pliega en V, se las protege por dorado, se las inserta en los agujeros de la placa y se las pliega conjuntamente, por ejemplo por paso por una prensa.