KR100412973B1 - 미립자표면필드를가진전기접촉장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접점 표면상에 고체 동질 전도성 미립자를 가지는 전기적인 접점을 포함한다. 상기 미립자는 접점 재료를 변형하고 산화물 또는 다른 오염 층을 파손 또는 분쇄하거나, 또는 상기 오염 층을 관통하도록 접점 재료의 경도보다 더 큰 경도를 가진다. 상기 미립자는 미립자를 일반적으로 미립자 층으로서 접점 표면에 친밀하게 결합되게 하는 기술에 의해 접점 표면에 도포된다. 그러한 입자 도포를 위한 바람직한 기술은 초고속 산소 연료 스프레이(HVOF) 또는 플라즈마 스프레이이고, 이에 의하여 상기 미립자는 도포된 미립자와 접점 재료 사이에 실질적으로 영구히 상호 미립자 결합을 제공하기 위하여 접점 표면에 삽입된다.

Description

미립자 표면 필드를 가진 전기 접촉장치

본 발명은 전도성 표면 사이에 전기적인 상호 접속을 제공하기 위한 전기 접촉장치에 관한 것이다.

전기적인 접촉 표면은 접촉 표면에 형성된 산화물 또는 접촉 표면에 누적되는 먼지, 파편 또는 다른 오염물에 의해 오염되기 쉽다. 그 결과 상기 산화물 또는 다른 오염물은 짝이 되는 메이팅(mating) 표면들 사이의 양호한 전기적 접촉을 방해하여, 이어서 접촉 저항을 증가시키고, 연관되어 열이 증가되게 한다. 결과적으로 나오는 불량한 전기적인 접속은, 다수의 전기적인 리드 또는 접촉 영역이 상대적으로 적은 면적에 제공되는 집적 회로 패키지 및 다른 전기적인 패키지에 사용되는 것과 같은 작은 영역의 전기 접촉의 경우에 특히 문제가 된다.

본 발명은 접촉 표면상에 고체 균질 전도성 미립자(solid homogenous oonductive particle)를 가지는 전기적인 접촉부를 포함한다. 상기 미립자는 접촉 재료를 변형시키고 산화물 또는 다른 오염층의 파손 또는 파열을 일으키기 위하여 또는 오염층을 침투하기 위하여 접촉 재료의 경도보다 크다. 미립자는 보통 미립자 층으로서 접촉 표면에 밀접하게 결합되게 하는 기술에 의하여 접촉 표면에 가해진다. 미립자 인가를 위한 바람직한 기술은 초고속 산소 연료 스프레이(HVOF) 또는 플라즈마 스프레이인데, 상기 기술에 의해 미립자는 인가된 미립자와 접촉 재료 사이에 실질적으로 영구히 상호 미립자간 결합을 제공하기 위하여 접촉 표면에 삽입된다.

상기 미립자 층이 제공되는 접촉 표면은 단일 층 또는 다층 전기적인 접촉구조의 외부 표면이 될 수 있다. 대안적으로 접촉 표면은 그 자체가 지지 구조 상에 제공되는 도금된(plated) 또는 다른 접촉 층의 외부 표면일 수 있다. 예를 들면 상기 접촉 표면은 집적 회로 또는 다른 전기적인 장치 또는 패키지, 회로 기판 또는 스위치, 키패드 등과 같은 다른 형태의 전기적인 장치의 접촉 패드 또는 접촉 영역이 될 수 있다. 상기 접촉 표면은 또한 1994. 8. 23. 출원된 제 08/294,370호(AUG-C-549XX)의 공동 계류 중인 특허에서 나타난 바와 같이 탄성 기판 또는 소자 상에 있을 수 있다. 상기 미립자는 또한 전기적인 차폐, 접지 평면 또는 개스켓(gasket)의 전도성 표면에 제공될 수 있다.

고체 균질 전도성 미립자는 금, 은, 백금 및 팔라듐과 같은 귀금속 및 구리, 니켈, 철과 같은 다른 재료 또는 텅스텐 탄화물 또는 크롬 탄화물과 같은 전도성 성분으로 구성될 수 있다. 코발트, 구리 또는 은과 같은 금속 충진재는 전도성을 증가하기 위하여 탄화물에 부가될 수 있다. 상기 미립자 크기는 약 1 내지 200 마이크로인치 범위 내에 있다. 상기 미립자 크기는 아래에 있는 접촉 표면과 맞물리도록 산화물 또는 다른 오염 코팅의 두께보다 커야 한다. 산화물 두께는 상당히 다양하고 약 100옴스트롱에서 약 1밀리미터의 범위 내에 있다. 미립자의 경도는 전형적으로 누프 스케일(Knoop scale)로 약 100-7000 범위에 있다. 여러 가지 크기의 미립자가 함께 이용될 수 있고 접촉 표면에 랜덤하게 인가된다. 상기 미립자는 접촉 표면 상의 연속적인 층 또는 비-연속적인 층일 수 있다.

미립자 표면과 맞물리는 메이팅 접촉 표면은 그 자체가 유사한 미립자 표면이거나 또는 비미립자 접촉 표면일 수 있다.

전도성 미립자는 전도성 및 비-전도성 기판에 인가될 수 있다. 비-전도성 기판의 사용에 대하여, 상기 미립자는 유일한 전도성 층으로 기능할 수 있거나, 또는 상기 전도성 미립자는 그 자체가 비-전도성 기판 상에 존재하는 중간 전도성 플레이팅 또는 다른 층에 제공될 수 있다.

제 1도에서, 인쇄 회로 기판(34)의 하나 이상 회로 트레이스(trace)(32)에 접속되는 환형 링(30)가 도시된다. 상기 링은 회로 기판을 관통하는 홀 주위에 정렬되고 상기 홀 안으로 전기적 또는 전자적인 장치인 리드(35)가 삽입된다. 링은 링의 표면 상에 가요성(flexible) 전도 코팅 또는 층을 구비한, 실리콘 고무와 같은 재료의 탄성 코어로 이루어진다. 환형 링을 관통하는 개구부는 그것을 통해 삽입되는 전기적 리드 또는 핀의 직경보다 약간 더 작으므로, 압축력이 리드를 제자리에 유지하기 위해 삽입된 리드와 주위를 둘러싸는 링 사이에 제공된다. .

가요성 전도성 층은 금속화가 링의 표면 상에 제공되는 화학적 그래프팅 기술에 의해 바람직하게 제공된다. 전도성 코팅은 디핑(dipping), 잉크젯 인쇄, 롤러 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅과 같은 기술에 의해 인가될 수 있고, 상기 기술은 그 자체가 알려져 있다. 미립자 층은 전도성 층 또는 적어도 전도성 층의 접촉 부분, 이 경우에는 링의 원주 벽(36) 위에 제공된다. 미립자 층은 메이팅 접촉 표면 또는 표면들의 경도보다 더 큰 경도로 이루어진 전도성 및 균질의 딱딱한 미립자로 구성된다. 하나의 실시예에서, 상기 미립자는 구리 또는 은과 같은 금속이 처리된 카보런덤(carborundum)이다. 경도는 전형적으로 누프 스케일로 약 100-7000의 범위가 적절하다. 바람직하게, 상기 미립자는 전도성 코팅 상에 주입되는 플라즈마이다.

전도성 코팅은 코어 재료의 탄력성을 방해하지 않도록 충분히 가요성 및 탄력성이 있다. 상기 링은 메이팅 전기적인 리드와 접촉할 때 압축될 수 있고 메이팅과 접촉하지 않을 때 링의 표면상의 전도성 코팅이 벗겨지거나 균열이 생기지 않는 상태로 확장된다.

탄성의 상호 접속 링은 코어 재료를 몰딩함으로써 요구된 형태로 제조될 수 있다. 금속화는 바람직하게 화학적 그래프팅에 의해 금속 표면에 인가되고, 그 다음에 상기 미립자 층은 금속화 층의 표면에 인가된다. 구리 또는 다른 금속은 미립자 층의 인가에 앞서 금속화 층에 선택적으로 무전해(electroless) 도금될 수 있다.

추가 실시예는 제 2도에 도시 되어 있고, 상기 실시예는 제 1 면(82)상에 의도한 패턴으로 배열되고 전도성 트레이스(86)를 통하여 바디의 직교면(90)에 제공된 대응 접촉 영역(88)에 전기적으로 접속된 다수의 전도성 접촉 영역(84)을 가지고, FR-4, 테프론(PTFE) 또는 석탄산과 같은 적절한 유전체 재료로 구성된 접속기 바디(80)를 포함하는 직각의 기판 대 기판 접속기를 나타낸다. 사용시, 접촉 영역(84)은 인쇄 회로 기판(100)의 대응 접촉 영역에 메이팅되고, 접촉 영역(88)은 인쇄 회로 기판(102)의 대응 접촉 영역에 메이팅된다. 2개의 회로 기판 및 접속기 바디의 상호 접속 어셈블리는 적절한 메커니즘(도시되지 않았음)에 의해 유지되고 그 자체가 접속기 필드로 공지된다.

접촉 영역(84, 88)은 접촉 표면에 제공된 미립자 층을 가진다. 접촉영역(84, 88)이 형성된 바디의 표면은 돌출된 받침대(pedestal) 영역을 가질 수 있고, 그것은 전도성 접촉 영역이 제공된 탄성 층을 가질 수 있다. 제 2a도에서, 돌출된 받침대(81)를 가지는 접속기 바디(80) 표면의 일 부분을 나타낸다. 탄성 층(83)은 받침대 외부 표면에 제공되고, 그 위에 본 발명에 따른 전도성 층에 삽입된 미립자를 가지는 전도성 층(85)이 제공된다. 선택적으로, 접속기 바디(80)는 접촉 영역이 접촉 압력을 제공하기 위하여 관련된 회로 기판과 맞물리는 동안 압축되는 탄성 또는 탄성체(elastomeric) 재료일 수 있다.

제 3도에서, 전도체(114)가 제공된 다수의 돌출 리지(112)를 가지는 탄성체 재료의 바디(110)를 포함하는 에지 카드 접속기가 도시된다. 전도체가 바디의 각각 측면 아래로 연장되고 바디의 바닥 부분의 개구부를 통하여, 그리고 바디의 바닥 표면을 따라서 연장된다. 미립자 층은 적어도 전도체(114)의 접촉 부분(115)에 제공된다. 접속기의 접촉 영역에 대응하는 접촉 영역을 가지는 회로 기판 및 회로 카드는 접속기의 접촉 부분(115)에 각각 맞물리도록 접속기 바디로 삽입된다. 도시된 에지 카드 접속기는 2중 측면 회로 기판 및 카드의 접촉 영역의 양쪽 행(row)과 맞물리도록 양쪽 측면 상에 접촉부를 가진다. 단일 측면 접속기는 단일 측면 회로 카드를 맞물려 접촉하도록 제공된다. 다양한 다른 접속기 구성이 또한 다양한 전기적인 및 전자적인 상호 접속 응용예 및 구성에 적용되도록 고려된다.

제 4a도 내지 제 4d도에 도시되어 있는 다른 실시예에서는, 전도성 미립자 코팅이 암 소켓 또는 상호접속부의 개구부 내에 제공된다. 상기 상호 접속 바디(120)는 메이팅 접속기(128)의 대응하는 전기적인 핀(126)의 전기적인 접촉을위해 각각 미립자 코팅(124)으로 된 전도성 표면을 가지는 다수의 홀(122)을 가진다. 상호 접속 개구부의 전도성 표면의 각각은 적절한 회로 기판 또는 다른 상호 접속과의 메이팅을 위하여 환형 접촉 영역(130)의 후면에서 종결된다. 각각의 접속기 개구부는 전도성 코팅을 가지고 외부를 향해 나팔형(flared)으로 벌어진 입구 부분(132)을 가질 수 있다. 미립자 코팅은 또한 영역(130)의 접촉 표면에 제공될 수 있다.

제 5도에서, 한 단부에서 보유된 탄성체 구형 프로브 팁(142)을 구비한 프로브 바디(140)를 가지는 전기적인 테스트 프로브가 도시된다. 상기 팁은 미립자 코팅으로 된 전도성 표면을 가진 탄성체 볼(ball)이다. 상기 프로브 바디는 전도성 표면을 가지거나 또는 금속과 같은 전도성 재료도 구성될 수 있다. 프로브 바디는 접촉 영역 위에 팁을 위치시키고 전기적인 맞물림을 위하여 접촉 영역에 대하여 팁을 압축하기 위하여 적절한 고정물내에서 유지된다.

전도성 미립자 표면을 가진 탄성체 볼은 제 6a도 및 제 6b도에 도시된 상호 접속 장치에 삽입될 수 있다. 구(150)는 전도성 패드(154)를 가진 인쇄 회로 기판(152)과 전도성 패드(158)를 가진 전자 장치(156) 사이에 놓여진 적절한 하우징(도시되지 않았음)내에 유지된다. 상기 장치는 탄성체 구의 바이어싱에 대하여 인쇄 회로 기판을 향하여 힘이 가해지고 상기 장치와 회로 기판의 패드 영역은 삽입된 전도성 구에 의해 상호 접속된다. 상기 장치는 적절한 소켓 메카니즘에 의해 회로 기판과 접촉하여 맞물리게 된다.

본 발명은 제 7a도 내지 제 7c도에서 도시된 전기적인 스위치의 제조에 유용하게 이용될 수 있다. 이러한 각각의 스위치에서, 하나 이상 전도성 미립자 접촉 영역(159)이 스위치 작동기(161)에 인가된다. 제 7a도에 도시된 푸시버턴 스위치에서 전도성 미립자 접촉 영역(159)이 작동기(actuator)에 제공된다. 작동기를 손으로 누를 때 상기 접촉 영역은 마주하는 스위치 단자의 접촉 영역(163)과 맞물린다. 다양한 스위치 구성이 의도된 스위치 동작을 제공하기 위하여 제공된다. 제 7b도에 도시된 슬라이드 스위치에서는 슬라이드되는 작동기(165)가 각각 단부 상에 미립자 접촉 영역(167)을 포함한다. 제 7c도에 도시된 토글 스위치에서는 토글 메카니즘(170)이 미립자 접촉 영역(172)을 포함한다. 스위치 단자의 접촉 영역(174)은 작동기의 미립자 층과 메이팅될 수 있는 미립자 층을 갖는다.

본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 것으로 제한되지 않고 다양하고 선택적인 실행은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 당업자가 할 수 있을 것이다.

제 1도는 삽입된 단자 핀을 접촉하기 위한 본 발명의 환형 링을 도시한 도면;

제 2도는 본 발명의 접촉장치를 가진 기판 대 기판 접속기를 나타내는 도면;

제 2a도는 제 2도의 접속기에 대한 선택적인 접촉장치 구조의 부분 입면도;

제 3도는 본 발명에 따른 접촉 영역을 갖는 엣지 카드 접속기를 나타내는 도면;

제 4a도 내지 제 4d도는 본 발명의 단자 핀 상호 접속을 나타내는 사시도;

제 5도는 본 발명의 탄성 접촉 팁을 가진 테스트 프로브를 나타내는 도면;

제 6a도 및 제 6b도는 본 발명의 실시예인 탄성 상호 접속을 나타내는 도면;

제 7a도 내지 제 7c도는 본 발명에 따른 접촉 영역을 갖는 전기 스위치 장치를 나타내는 도면;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

114 : 전도체 142 : 프로브 팁

152 : 인쇄 회로 기판 161 : 스위치 작동기

Claims (10)

1. 접촉 표면을 가지는 기판; 및

   전도성 접촉 영역을 제공하기 위하여 상기 접촉 표면에 영구적으로 인가되는 다수의 고체 균질 전도성 미립자를 포함하며, 상기 전도성 미립자는 누프 스케일로 100-7000 범위의 경도 및 1 내지 200 마이크로인치 범위의 크기를 가지며, 상기 미립자 크기는 메이팅(mating) 접촉 표면상의 산화물 또는 다른 오염물 코팅의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기 접촉 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 초고속 산소 연료 스프레이에 의해 접촉 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 플라즈마 스프레이에 의해 접촉 표면에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 누프 스케일로 측정하였을 때 접촉 재료의 경도 보다 더 큰 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 전도성 재료가 분산된 카보런덤(carborundum)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 금, 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 구리 및 철을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 전도성 미립자는 전도성 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 접촉장치.
8. 표면을 갖는 절연 기판;

   상기 표면 상의 다수의 전기 접촉 영역; 및

   각각 전기 접촉 영역에 영구적으로 인가되는 다수의 고체 균질 전도성 미립자를 포함하며, 상기 미립자는 누프 스케일로 측정시 전기 접촉 영역의 접촉 재료의 경도보다 큰 경도를 가지며,

   상기 전도성 미립자는 누프 스케일로 100-7000 범위의 경도 및 1 내지 200마이크로인치 범위의 크기를 가지며, 상기 미립자 크기는 메이팅 접촉 표면상의 산화물 또는 다른 오염물 코팅의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기 회로 기판.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 기파은 딱딱하고, 상기 기판 표면과 상기 전기 접촉 영역 사이에 탄성층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로 기판.
10. 전기적으로 절연된 재료의 기판;

    적어도 상기 기판의 일 부분 상의 전기 접촉 재료; 및

    전도성 미립자 접촉 영역을 제공하기 위하여 전기 접촉 재료에 영구적으로 인가되는 다수의 고체 균질 전도성 미립자를 포함하며,

    상기 전도성 미립자는 누프 스케일로 100-7000 범위의 경도 및 1 내지 200 마이크로인치 범위의 크기를 가지며, 상기 미립자 크기는 메이팅 접촉 표면상의 산화물 또는 다른 오염물 코팅의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기 장치.