JP4116539B2 - インタポーザ組立品および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板間にサンドイッチ状に挟まれて基板上の対向するパッド間に電気接続を形成する型のインタポーザ(interposer)組立品、および接触パッドと電気接続を形成するカンチレバー・コンタクト(片持はり式接点)に関する。
インタポーザ組立品は、一般に、対向する接触パッド間に電気接続を形成するための貫通通路および通路中にコンタクトを有するプラスチック・プレートを含む。
インタポーザ組立品は、互いに非常に密接して配列された接触パッド間で電気接続を形成する。このパッドは、中心間1mmの格子の状態で配列することができる。各組立品は961ものコンタクトを含むことができ、その結果、4個のインタポーザ組立品が単一フレームに取り付けられて、単一フレームに合計3,844のコンタクトがある。この組立品が回路部材間に一緒にサンドイッチ状に挟まれたとき、コンタクトは、パッドと確実に電気的に接続しなければならない。ただ一個のコンタクトが確実に接続しないことで、フレーム全体が役に立たなくなる。
インタポーザ組立品のコンタクトは、接触パッドに機械的に係合して接触パッドと電気接続を形成する接触面を含む。従来のインタポーザ組立品は、各パッドと係合して各パッドと単一の電気接続を形成する単一表面コンタクトを有する。コンタクトは、電気接続の品質を高めるために、パッドに沿って擦ることができる。接触面かパッドかどちらかの不純物、酸化物または汚染物質は、パッドと単一表面の電気接続を害することがある。インタポーザ組立品で使用されるコンタクトは、一般に、絶縁板の中心のまわりに対称であり、各コンタクトが単一接触面を片寄らせてパッドに押し付ける別個のばねを含む。
したがって、各コンタクトが各パッドと重複接触し、その結果、インタポーザ組立品が上にある基板と下にある基板の間にサンドイッチ状に挟まれたとき、各コンタクトが各パッドと2つの確実な電気接続を生じさせる改良されたインタポーザ組立品が必要とされている。接続は、コンタクトとパッドの間の接触圧力を高めるために小さな接触面積を持つべきである。擦り付け高接触圧力重複接続で、インタポーザ組立品の信頼性の高い電気接続が実現されるかもしれない。また、非常に薄く作り難いかもしれない帯状材料から、間隔を空けて配置された接触点を有するコンタクトを作る方法が必要とされている。
さらに、接触パッドと係合し、かつコンタクトとパッドの間に重複する擦り付け高圧力重複電気接続を形成する、間隔を空けて配置された接触点を有するばねコンタクトが必要とされている。
本発明は、絶縁板を通して延びる通路中に取り付けられたコンタクトを含み、各コンタクトがコンタクトの各端部に2つの接触点を有するものである改良されたインタポーザ組立品である。インタポーザ組立品が上と下にある基板の間にサンドイッチ状に挟まれたとき、対の接触点は、上と下にあるパッドと擦り付け圧力係合するようになり、パッドと重複電気接続を形成する。
接触点は、コンタクトの丸くされた縁端部角に形成され、小さな接触面積を有し、コンタクトおよびパッドの破片、酸化物および表面汚染物にもかかわらず、高い接触圧力および確実な電気接続をもたらす。
各コンタクトは、中心部分につながれた2つの先細ばねアーム部を含む。一対の接触点が、各ばねアーム部の外側端部に形成される。接触点は、板の上および下に突き出る。アーム部は、上と下にある基板でコンタクトを押し縮めている間に独立にたわむ。ばねアーム部は、隣接するカム面と係合するための、接触点から外に延びる保持脚部を含むことができる。コンタクトを押し縮めることで、脚部の端部はカム面に沿って移動して、ばねにさらに応力がかかり、接触力が増す。
その上、本発明は、取付け端部と、一対の横に間隔を空けて配置された接触点を持つ接触端部とを有するコンタクトに関する。パッドを接触点に押し付けて動かすことで、ビームに応力がかかり、接触点はパッドに沿って横に動いて、コンタクトとパッドの間に擦り付け高圧力電気接続を形成する。接触圧力を高くし、かつコンタクトとパッドの間に重複した擦り付け高圧力電気接続を形成するために、接触点は、丸くされた縁端部角であり、非常に小さな接触面積を有する。接触点は、好ましくは、ばねアーム部の向かい合う側面に位置し、ねじれに対してコンタクトを安定化する。
本発明の他の目的および特徴は、説明が進むにつれて、特に本発明を図で示す添付の図面に関連して解釈されるとき明らかになるであろう。5枚の図面と2つの実施例がある。
この開示は米国特許第6,176,707号のインタポーザ組立品と関係があり、この米国特許の開示全体を参照して本明細書に援用する。
この開示はまた、2000年6月28日に出願された出願番号第09/455,989号のNeidich等による米国特許出願「Interposer Assembly」のインタポーザ組立品とも関係がある。この特許出願の開示全体を参照して本明細書に援用する。
第1の実施例のインタポーザ組立品10は平らな誘電体板12を含み、この誘電体板は、好ましくは熱可塑性樹脂から成形され、かつ板の厚さを貫通して板の上面16から板の底面18に延びる複数のコンタクト通路14を有する。コンタクト20は、各通路14の中に保たれている。板12の高さはわずか0.12cm(0.048インチ)であるかもしれない。
通路14は、横向きの断面が細長である。各通路は、幅の広い端部22、対向した幅の狭い端部24、広い端部22に隣接した一様な幅の部分26、および狭い端部に隣接した先細りの減少する幅の部分28を含む。一様な幅の部分26は、板の上面と底面の間に延びる対向した平行な壁を有し、減少する幅の部分は、部分26から幅の狭い端部24に延びる内向に先細りの壁を有する。
図3に示すように、浅いコンタクト保持用突起部30が、各々の狭い通路端部24に形成されている。この突起部は、突起部先端部36からそれぞれ板12の上面および底面に延びる平らな上部および下部カム面32および34で画定されている。この先端部は、板の上面と底面の間に等距離のところにある。両方のカム面は、垂直面から約12度の浅い角度で先端部から傾斜している。広い通路端部22の平らな端部壁38は、板12の上面と底面の間に垂直に延びている。
図5は、板12と同様であって、板の上面16aおよび底面(図示しない)から内側に短い距離98で終わる上部カム面32a、および下部カム面(図示しない)を有する変更されたインタポーザ組立品の板12aを示す。板の上部側および下部側のカム面および短くまっすぐな端部壁面98は、コンタクト通路14aの狭い端部24aの幅方向に延びる。
板12および12aは、通路14および14aを形成するコア・ピンを支持する型を使用して、熱可塑性樹脂から成形される。コア・ピンを支持する工具は、非常に短い距離だけ型穴の中に延びて、カム面が板の上面および底面まで延びるのを防ぐ。各々のまっすぐな表面98は、約0.0127cm(0.005インチ)の垂直な範囲を有し、その結果、実際には、カム面は、板の上面および底面から非常に小さな距離だけ引っ込んでいる。この引っ込み距離は、インタポーザ組立品の動作をもたらさない。
コンタクト20は、ベリリウム銅であるかもしれない薄い一様な厚さの金属帯状材料から形成され、さらに、接触抵抗を減少させ、かつ酸化を防止するように、金または金合金であるかもしれない導電性金属を好ましくはメッキされる。コンタクト20は、0.0043cm(0.0017インチ)の厚さを有する帯状材料で作ることができる。
コンタクト20は、上部および下部の湾曲した先細ばねアーム部すなわちビーム42と同じように、平らな中心部分すなわち背骨部40を含む。2つのアーム部42は、背骨部40から反対の方向に延びている。コンタクト突出部44は、ばねアーム部の上端部および下端部に位置している。短くまっすぐな先細保持脚部46が、突出部から外の方に、かつ互いの方に向かって、丸くなった端部48まで延びている。コンタクト20に応力がかかっていないとき、突出部44は、板12の厚さよりも大きな0.15cm(0.060インチ)の距離だけ離れて配置されている。ばねアーム部42は、中心の背骨部40から同じ方向に横に曲がっているので、その結果、突出部44は、背骨部と保持脚部の端部48との間に位置している。アーム部42は、背骨部40に隣接して最大幅を有する。各アーム部の幅は、背骨部から突出部44まで減少している。コンタクト20は、背骨部40の両側に関して対称である。
各ばねアーム部42は、突出部44に隣接した一対の接触点50を含む。接触点は、突出部から内側に短い距離に、ばねアーム部の向かい合う側に間隔を空けて配置され、アーム部の表面の上に突き出している。図1に示すように、接触点はまた、突出部に隣接するコンタクトの幅を大きくするようにアーム部から外側に位置している。
図9は、一様な厚さの帯状材料から打ち抜かれ、コンタクト20を形成するように成形されたプレホーム52を示す。プレホームは、背骨部40を形成する中心部分54、および中心部分の両側に延びアーム部42および脚部46を形成する2つの同様なアーム部すなわちビーム部56を含む。このアーム部分の幅は、中心部分の最大から端部58の最小に減少している。丸くなった突起部すなわちウィング(wing)60は、中心部分54と端部58の間のアーム部分の側面から外側に延びている。
図12は、薄い帯状材料62からプレホーム52を打ち抜くために使用される工具を示す。帯状材料は、金床64に位置付けされ、上にある加圧板66が帯状材料を金床に押し付ける。板および金床の両側で、かつ帯状材料62の上に位置するカッター68が、金床を通り越して下方に動いて、帯状材料の外側部分70を金床と加圧板の間に保持された部分72から切り取る、すなわちせん断する。せん断によって、丸くなった上の角76と鋭いドラグ(drag)の下の角78を有するせん断縁端部74が、保持された部分72に形成される。図面において、角76および78の大きさは、はっきりさせるために誇張されている。
打ち抜かれたプレホーム52は、両方のアーム部分56の側に沿って、またアーム部分のウィングすなわち突起部60のまわりに延びるせん断縁端部74を含む。丸くなった縁端部の角76はプレホームの一方の側に位置し、ドラグの角78はプレホームの他方の側に位置する。
コンタクト20は、プレホームの面に平行な軸のまわりにプレホームを曲げて、曲がったばねアーム部42、突出部44、脚部46、および脚部46の端部の曲がった端部48を形成することで形成される。プレホームは、丸くなった縁端部の角76をコンタクトの外側に、ドラグの角78をコンタクトの内側に位置付けするように曲げられる。
その上、コンタクトを形成するようにプレホームを曲げている間に、または独立した工程として、両方の突起部すなわちウィング60は、図10に示す曲げ線80のまわりで、アーム部分に対して上に曲げられて、突出部44に隣接したばねアーム部42の上に延びる接触点50を形成する。図7は、上に曲げられたウィングを示し、丸くなった角76はアーム部分56の上に位置し、ドラグの角78は外向きで丸くなった角の下に位置している。
コンタクト・プレホーム52は、0.0043cm(0.0017インチ)の厚さであることができる。この厚さの金属は、確実に取り扱い、かつ成形するのが非常に難しい。接触点の小さな直径の丸くなった角は、帯状原材料からプレホームを切断する間に、帯状材料を物理的に曲げる必要なしに形成される。丸くなった角は非常に小さく、工具の隙間および磨耗に依存して約0.0015cm(0.0006インチ)から0.0025cm(0.0010インチ)までの横向の湾曲半径を有する。プレホームを機械的に成形して、この小さな丸くなった角を形成することは非常に難しいかもしれない。角の長さに沿った湾曲半径は、約0.03cm(0.012インチ)である。
説明したようにプレホーム52を曲げてコンタクト20を形成した後で、好ましくは、コンタクトは、コンタクトを囲繞するメッキ82を形成するように、金または金合金であるあるかもしれない導電性金属でメッキされる。
形成されメッキされたコンタクト20は、各コンタクトを通路の一方の側に位置付けして板12のコンタクト通路14に挿入される。その結果、コンタクトの突出部が通路の中心付近に位置し、ばねアーム部42が広い通路端部22に近接し、さらに保持脚部46が狭い通路端部24に近接する。そして、背骨部40を壁38と係合させ、リード保持脚部46を隣接するカム面32または34と係合させるように、コンタクトを通路の中に入れる。背骨部と脚部46の曲がった端部48の間の水平距離は先端部36と壁38の間の最小間隔よりも大きいので、この係合が起こる。引き続いてコンタクトを通路中に動かすことで、コンタクトに弾性的に応力がかかって、脚部が内側に動き、突起部を通り過ぎて図3に示す挿入位置まで脚部の移動が可能になる。脚部が突起部の先端部を通過した後で、コンタクトは図3に示す形に戻る。この位置で、コンタクト20は、応力がかかっておらず、通路14の中で緩んでいる。突起部30は、保持脚部46の端部間に延びて、緩んだコンタクトが通路から外れないようにする。
図3は、緩んだコンタクト20を示し、保持脚部は突起部から離れている。実際には、重力によって、コンタクトは通路中で下方に移動するので、その結果、上の脚部46が上部カム面32に載っている。コンタクトが図示のように通路14の中にある状態で、上部および下部のコンタクト突出部44は、コンタクトの最上部および底部に位置している。また、接触点50もコンタクトの最上部および底部に位置している。突出部44は、コンタクトの幅全体にわたって延びている。突起部50は、コンタクトの対向した側面に位置している。
12cm(0.048インチ)の厚さの板12と、0.043cm(0.0017インチ)の厚さの一様な厚さの帯状材料から形成されたコンタクト20とを有する1つのインタポーザ組立品10では、応力のかかっていないコンタクトの突出部から突出部までの高さは0.15cm(0.060インチ)である。図3に示すように、コンタクトがコンタクト通路14に位置付けされたとき、各コンタクト突出部44は、板の上面または底面の上に距離0.015cm(0.006インチ)だけ突き出る。接触点50は、コンタクトの幅0.029cm(0.0115インチ)の両端に間隔を空けて配置される。
インタポーザ組立品10は、この組立品の両側に位置付けされた基板86の対向した接触パッド84の間を電気的に接続するために使用される。図2は、パッド84を有する基板86の接触面を示す。図4は基板86の間に位置するインタポーザ組立品10を示し、接触パッド84は、コンタクト20に応力がかかっていない状態で、通路14の中のコンタクト20の各端部のコンタクト突出部44および接触点50と軽く係合している。
図6は、基板86の間に完全にサンドイッチ状に挟まれたインタポーザ組立品10を示し、基板の接触パッド84は上部および底部の板表面と係合し、かつコンタクト20は通路14の中につぶれ込んでいる。板の方へ基板を動かしている間に、各コンタクト突出部は、通路中に0.015cm(0.006インチ)つぶれて入り込み、保持脚部46の丸くなった端部は、上部および下部のカム面32および34と係合し、表面に沿って内側に先端部36に近接した図3に示す位置まで動く。コンタクトがつぶれるとき、保持脚部46およびばねアーム部42は、横に弾性的に曲がって、コンタクトの端部とパッド84の間に高い接触圧力を与え、さらに、パッドに沿って接触点をこすりつける。ばねアーム部42および中心部分すなわち背骨部40は、弾性ばね機構を形成する。この位置で、コンタクト20は、基板によって通路中に保持される。
コンタクト20が通路14の中につぶれ込むときに、アーム部42の端部は回転し、アーム部の外側端部とパッド84の間の係合は、突出部44から接触点50との上部にある近接した丸くなった角76までアーム部に沿って動く。図4と6を比較されたい。接触点50の上部にある丸くなった縁端部の角76は、図7に示す擦り付け痕跡88を形成する。各痕跡88は、点50とパッドの間の最初の接触の点90から最後の接触位置92まで延びる。接触点は、通路の広い端部22から離れ通路の狭い端部24に向かう方向で、痕跡88に沿って移動する。接触点が痕跡88に沿って動くとき大きな圧力を受けて応力のかかったばね機構の弾力で、点50の小さな面積の丸くなった角76は片寄って接触パッドに押し付けられる。ばね機構の及ぼす接触圧力が、点50の小さな4つの丸くなった角76でパッドに加わり、接触点とパッドの間に重複した高圧力の電気接続をもたらす。接触面積が小さいので、接触圧力は大きい。点50とパッドの間の高圧力の擦り付け係合で、接触点またはパッド上の破片、酸化物または他の表面汚染物は打ち破られる。丸くなった角は、パッドに沿って滑動するが、パッド中に切り込まない。コンタクト20の各端部に重複接点を設けることで、従来の単一面積接点と比較して、コンタクト20とパッド84の間の電気接続の信頼性は向上する。
コンタクト20を通路14に押し縮めている間に、2つのコンタクトアーム部44は、各々、コンタクト中心部分すなわち背骨部40が端部の壁22に保持された状態で、互いに独立して広い通路端部22から曲がって離れる。ただし、コンタクトは垂直方向に僅かな距離だけ通路中に移動して、広い端部の壁22に沿って背骨部を上または下に移動するかもしれない。各アーム部42は基本的に他方のアーム部42とは無関係に応力がかかるので、その結果、コンタクトの一方の端部の接触点50での接触圧力は、中心部分の一方の側に位置する近接したばねアーム部42および保持脚部46の弾性変形によって与えられる。このように、コンタクト20は、それぞれ中心部分の一方の側に位置し、それぞれ曲がった先細ばねアーム部42および先細保持脚部46を含んだ2つの同様なばね接点を含む。保持脚部46の幅は、突出部44から端部48まで減少して、近接するカム面32または34による脚部の容易なたわみを可能にする。ばねアーム部42と脚部46の両方のたわみが、突起部50を近接するパッド84に押し付けて保持するばね力に寄与する。独立した同様なばね接点の各々が、接触パッドとコンタクト20の中心にある背骨部40の間の電気接続を実現する。
図13および14は、コンタクト20と関係した、曲がった一様な厚さの帯状材料から形成されたカンチレバーばねコンタクト100を示す。帯状材料は所望の厚さを有することができ、この厚さはコンタクト20の厚さと違っていてもよい。コンタクト100は、取付け端部102および接触端部108を含む。端部102は、基板104に取り付けられる。曲がった先細ばねアーム部すなわちビーム106は、基板から上方に延び、取付け端部102の一方の側の方に横に曲がっている。取付け端部は回路要素(図示しない)に接続される。コンタクト100は、回路要素を基板112のパッド114に接続する。
ばねアーム部106は、コンタクト20のばねアーム部42と全く同じであってもよく、取付け端部102の最大幅から接触端部すなわち端部108の最小幅まで減少する先細りになった幅を有するビームである。対面する丸くなった縁端部の角を上方に有する一対の接触点110は、端部108のアーム部106の対向する側に形成される。アーム部106、端部108、および接触点110は、先に説明したコンタクト20のアーム部42、突出部44、および接触点50と全く同じであってもよい。
図13は、基板104の上に位置し接触パッド114を保持する基板112を示す。パッド114は、コンタクトの応力をかけること無しに、コンタクト100の端部108および接触点110と係合する。
基板104と112の間の距離を減少することで、パッド114とコンタクト100の間に電気接続が起こり、その結果、コンタクト20のばねアーム42の端部と上と下にあるパッド84の間に重複接触が生じるのと同じやり方で、ばねアーム106が横に弾性的に曲げられ、コンタクトとパッドの間の係合は端部108から間隔を空けて配置された接触点110の丸くなった角まで移動するようになる。
ばねアーム部を弾性的に曲げることで、点110とパッド114の間に高接触圧力の係合が実現される。接触点は、パッドに沿ってこすりつけられて、図7に示す痕跡88のような接触痕跡をパッドに形成する。コンタクトとパッドの間の擦り付け重複高圧力接触によって、信頼性の高い低抵抗電気接続が起こることが保証される。間隔を空けて配置された接触点110は、コンタクトのねじれを妨げるようにコンタクト100をパッド114に支持する。
コンタクト100は、コンタクト20の保持脚部46および曲がった端部48のような脚部および曲がった端部を含まない。望ましければ、コンタクト100は、脚部46および端部48のような、曲がった端部118を有する脚部116を備えることができ、また、基板104は、板12の上部カム面32のようなカム面120を備えることができる。脚部116、端部118、およびカム面120は、図13および14に破線で示す。脚部116および端部118を備えたバネ100がつぶれている間に、端部118はカム面120と係合し、脚部116は弾性的に変形し、点102とパッド114の間の接触圧力を高くする。アーム部116および端部118を有するばねアーム部110は、上および下にある基板86が図4の位置から図6の位置に互いに動くときのコンタクト20の各半分と全く同じように変形する。
本発明の好ましい実施例を図示し説明したが、本発明は修正が可能であることは理解される。したがって、示した的確な詳細に制限されることを望まないが、次の特許請求の範囲の範囲に含まれるような変化および変更を利用することを強く望む。
本発明に従ったインタポーザ組立品を示す切り取り上面図である。 本インタポーザ組立品で使用されるコンタクトを示す等角図である。 本インタポーザ組立品のコンタクトと電気接続を形成するパッドを有する基板を示す上面図である。 図1の線3−3に沿った断面を示す断面図である。 上部基板と下部基板の間にサンドイッチ状に挟まれたインタポーザ組立品を示す図3と同様な図である。 他の構造を示す図4の一部の拡大図である。 インタポーザ組立品と係合する基板を示す図4と同様な図である。 基板の接触パッドのぬぐい痕跡を示す図2と同様な図である。 図6の線8−8に沿った部分切り取り図を示す図である。 接触プレホームを示す図である。 図9のプレホームの一部を示す拡大図であり、一対のウィングを示す。 図10の線11−11に沿った断面を示す断面図であり、上向きに曲がったウィングを示す。 帯状材料からプレホームを打ち抜き形成するために使用される工具を示す断面図である。 本インタポーザ・コンタクトに関係したカンチレバー・コンタクトを示す断面図である。 本インタポーザ・コンタクトに関係したカンチレバー・コンタクトを示す断面図である。

Claims (4)

  1. 接触パッドと重複電気接続をなすコンタクト組立品であって、コンタクトと該コンタクトの支持物とを備え、前記コンタクトが帯状材料から打ち抜き形成されたアーム部を備え、このアーム部が厚みと、幅と、該アーム部の厚みで隔てた第1および第2の表面と、2つの対向したせん断側部とを有し、各せん断側部が前記アーム部の厚みを横切って延在し、かつ該せん断側部と前記第1の表面との接合部にせん断で形成された丸くなった角と、該せん断側部と前記第2の表面との接合部にせん断で形成された鋭い角とを含み、前記アーム部の2つのせん断側部の丸くなった角が、これら丸くなった角の間にある前記第1の表面の上方へ延びて、この第1の表面から遠ざかる向きにあり、前記コンタクトが前記アーム部の第1の表面側で接触パッドと係合すると、該アーム部の2つの丸くなった角が第1および第2の接触点として接触パッドに係合し、該接触パッドと重複電気接続を形成する、コンタクト組立品。
  2. 請求項1に記載の組立体において、前記第1および第2の接触点が、前記アームの、前記第1の表面の上方へ曲げられた部分にある、コンタクト組立品。
  3. 請求項1または2に記載の組立体において、前記アーム部が細長であり、2つの端部を含み、前記第1および第2の接触点が該アーム部の一方の端部側にあり、このアーム部は該アーム部の他方の端部側に位置する第3および第4の接触点をさらに含み、これら第3および第4の接触点は、各々が前記せん断側部の丸くなった角からなり、前記第1の表面の上方へ延びて、この第1の表面から遠ざかる向きにある、コンタクト組立体。
  4. 請求項3に記載の組立体において、前記支持物は板を含み、この板が上面と、底面と、厚みと、該板の厚みを貫いて延びる通路とを有し、前記コンタクトはこの通路内に配置され、該コンタクトに応力がかかっていない時には前記第1から第4の接触点を前記板から離した状態で該板を貫いて延在する、コンタクト組立体。
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