KR101350326B1 - 다중-접촉 전기 커넥터 및 마이크로전자 소자들을 위한 소켓 - Google Patents

Abstract

포스트 또는 볼을 접속시키기 위한 소켓 커넥터로서, 암(female) 엘리먼트가 낮은 삽입력으로 단부 팁들을 가진 탄성 프롱들에 포스트를 그립하지만, 포지티브 콘택이 유지되며, 인출 시도는 인출력에 대응하여 암 엘리먼트에 의해 포스트에 인가되는 힘을 증가시킴으로써 일반적으로 방지된다. 암 엘리먼트는 대향하는 나선형 프롱들로 슬라이싱되거나 나선형으로 분할된 탄성 전도성 재료의 관을 포함하여, 커넥터의 프롱들이 볼-형상의 범프 또는 포스트 둘레에서 나선형으로 개방되도록 하고, 포스트 또는 범프가 관의 세로방향 축을 따라 삽입될 때 포스트 또는 범프를 기계적으로 그립할 수 있도록 한다. 중간 섹션 주위로부터 관의 일 단부로 나선형 컷들의 관의 단부에 나선형 프롱들을 형성함으로써 관형 엘리먼트가 제조될 수 있다.

Description

다중-접촉 전기 커넥터 및 마이크로전자 소자들을 위한 소켓{MULTIPLE-CONTACT ELECTRICAL CONNECTOR AND SOCKET FOR MICROELECTRONIC DEVICES}

본 출원은 본 출원인과 공통의 소유권을 공유하는 Decision Track LLC, Subchapter S corporation에 의해, 2006년 2월 17일자로 제출된 미국 가특허출원 일련번호 60/774,725호의 장점을 청구한다. 상기 가특허출원의 내용은 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다.

본 발명은 소형 전기 커넥터들에 관한 것으로서 예를 들어, 1mm 미만의 직경의 핀 치수들과 2mm 미만의 핀 피치들을 갖는 커넥터들을 포함하는 볼 그리드 어레이(BGA) 커넥터들에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예들은 고성능 전기 커넥터에 관한 것으로서, 고성능 마이크로전자 소자들, 및 예를 들어 이에 제한됨이 없이, 마이크로프로세서, 주변 기능들을 위한 칩 및 RAM 메모리들을 포함하는 집적회로들("ICs")에 높은 전류(큰 크기의 커넥터들에 비해) 및 고주파(RF) 신호들을 제공하기 위한 커넥터이다.

커넥터들은 다양한 분류의 반도체 집적회로들("IC"), 인쇄 배선 보드들, 시스템 보드들, 백플레인 및 케이블과 같은 마이크로전자 소자들을 상호접속시키기 위해 전자공학에서 널리 사용된다. 소켓은 인쇄회로보드 또는 다른 전기 상호접속 수단 상의 대응하는 콘택들에 전자 장치의 단자들을 접속시키는데 사용되는 커넥터 의 한 형태이다. 종종 플러그 어레이의 수(male)-타입 엘리먼트들을 결합시키도록 의도된 암(female)-타입 엘리먼트들의 어레이이다. 또한, 소켓들은 다음과 같은 시스템들에 일상적으로 사용된다: (a) 전자 소자 성능 테스트(소켓 타입들의 분류는 광범위한 단자들 및 구성들을 갖는 테스트 소자("DUT")에 접속시키기 위해 개발되었음) 또는 (b) 상승된 온도들에서 전자 소자들의 번-인(burn-in). 케이블 커넥터는 병렬 전기 배선 또는 다른 컨덕터들의 그룹에 전기 케이블 상의 단자들의 어레이를 접속시키기 위해 전형적으로 사용되는 다른 타입의 커넥터이다. 백플레인 커넥터들 및 인터-보드 커넥터들은 하나의 인쇄 배선 보드 상의 단자들의 어레이를 다른 인쇄 배선 보드 상의 대응하는 단자들의 어레이에 접속시키는데 사용되는 추가적인 커넥터 타입들이다.

종래기술의 커넥터들은 접촉기 타입 및 의도된 최종 사용(즉, 애플리케이션)에 따라 통상적으로 구별된다. 따라서, 소켓들의 애플리케이션에 사용되는 커넥터들은 특정 타입의 소자 단자들을 갖는 마이크로전자 소자들에 대한 전기적 접촉을 형성하도록 통상적으로 설계된다 ― 소켓들에 의해 접촉되는 소자 단자들의 타입들은 핀 그리드 어레이들("PGAs"), J-리드들, 걸-윙(gull-wing) 리드들, 이중 인-라인("DIP") 리드들, 볼 그리드 어레이들("BGAs"), 칼럼 그리드 어레이들("CGAs"), 평면형(flat) 금속 패드들("LAN" 그리드 어레이들 또는 "LGAs") 및 그 외 다수들을 포함한다. 마이크로전자 소자들에 대한 소켓들에 이러한 다양한 단자들을 제공하기 위해, 소켓들에 대한 많은 접촉기 기술들이 개발되었다. 전술한 것과 더불어, 종래기술의 소켓들 중에서 추가적인 차이점은 낮은 삽입력("LIF") 소켓들, 제로 삽입력("ZIF") 소켓들, 오토-로드 소켓들, 번-인(burn-in) 소켓들, 고성능 테스트 소켓들, 및 제품 소켓들(즉, 제품들에 사용하기 위한 소켓들)을 지칭한다. 전술한 것과 더불어 추가로, 번-인 및 제품 애플리케이션들을 위한 저비용의 종래기술 소켓들은 통상적으로 스탬핑 및 성형 스프링들의 접촉기들을 DUT 상의 콘택 단자들에 포함시킨다. 전술한 것과 더불어 추가로, 높은 핀-카운트 종래기술의 소켓들에 대해, 낮은 또는 제로 삽입력을 허용하면서 각각의 스프링에 대한 양호한 접촉을 유지하도록 대응하는 접촉기들에 대항하여 측방 향으로 소자 단자들을 가압하기 위해 캠()이 종종 사용된다.

특수 애플리케이션들에 대해, 종래기술의 소켓들은 다른 것들 중에서, 이방성 전도성 시트들, 평면형 스프링들, 리소그래픽적으로 성형된 스프링들, 퍼즈(fuzz) 버튼들(Lombard, Illinois의 Cinch, Inc.로부터 이용가능함), 스프링 와이어들, 배럴(barrel) 커넥터들, 및 스프링 포크들을 포함하는 광범위한 접촉기들을 사용하였다. 많은 테스트 결합(mating) 사이클들(소켓 장착-탈착 사이클들로도 지칭됨)이 요구되는 애플리케이션들을 위해 의도된 종래기술의 소켓들은 통상적으로 Pogo® 스프링 콘택들(Pomona, California의 Everett Charles Technologies로부터 이용가능함)에 의해 예시된 타입의 스프링 핀 접촉기들을 사용한다. 전자장치 테스트 산업분야의 애플리케이션들을 위한 스프링 프로브들은 간단한 핀들 및 동축으로 접지된 핀들을 포함하는 많은 애플리케이션들에서 이용가능하다. 대부분의 종래기술의 스프링 프로브들은 최상부 포스트(DUT 상의 단자들과 접촉하기 위한) 및 바닥부 포스트(테스트 소자 보드 또는 "DUT 보드"의 회로 보드 상의 콘택들과 접촉하기 위한) 사이에 배치된 나선형 와이어 스프링으로 구성된다.

종래기술의 소켓들은 통상적으로 유전체 홀더를 통해 형성된 개구들의 어레이에 배치된 다수의 접촉기들을 갖는다. 예로서, 종래기술의 고성능 테스트 소켓은 다수의 Pogo® 스프링 콘택들을 포함할 수 있고, 각각의 Pogo® 스프링 콘택은 얇은 유전체 판을 통과하는 홀들의 어레이를 갖는 핀 홀더에 유지된다. 종래기술의 고성능 테스트 소켓의 유전체 재료는 다음을 포함하는 크기가 안정한(dimensionally stable) 폴리머 물질들의 그룹에서 통상적으로 선택된다: Reading, Pennsylvania의 Quadrant Engineering Plastic Products, Inc.로부터 이용가능한 유리 강화 Torlon 5530; Vespel; Pittsfield, Massachusetts의 GE Company GE Plastics로부터 이용가능한 Ultem 2000; PEEK; 액정 폴리머; 및 그 외 다른 것들. 개별 Pogo® 스프링 콘택들은 약 50Ω의 임피던스 레벨에서 신호 전도를 위해 통상적으로 선택되고 설계된다. 종래기술의 특정 고성능 구성들에서, 접촉기는 목표된 신호 임피던스, 통상 50Ω을 달성하기 위해, 원통형의 동축 접지 차폐 간격 내에 밀봉된 접촉기 배럴 몸체를 갖는 중심 스프링 핀을 구비한 동축 타입이다.

하나의 인쇄 배선 보드를 다른 인쇄 배선 보드에 접속하기 위한 애플리케이션들에 사용되는 커넥터들은 엣지 커넥터들, 핀-인-배럴 커넥터들, 스탬핑 스프링 커넥터들, 스프링 포크 커넥터들, LAN-그리드 어레이 커넥터들, 전도성 탄성 커넥터들, 및 종래기술에 공지된 다양한 타입들을 포함하는 타입으로 분류될 수 있다.

평면형 케이블들에 적용되는 케이블 커넥터들은 일 측면이 인쇄 배선 보드에 접속되는 것이 아니라, 플렉스 케이블 또는 배선들의 평면형 어레이에 접속되는 부가적인 특징을 가진 인쇄 배선 보드 커넥터들에 대한 인쇄 배선 보드와 대체로 유사하다. 배선들의 라운드 번들에 적용되는 케이블 커넥터들은 일반적으로 핀-인-배럴을 사용하는 타입이고, 배럴의 스프링은 핀을 유지시키며 신뢰가능한 전기 접촉을 형성하기 위해 핀 상에 측방향 힘을 인가한다. 배럴 엘리먼트에 포함된 스프링은 스프링 삽입부, 스프링 배선들의 번들 또는 배럴의 집적 스프링일 수 있다.

IC 소켓을 위해 사용되는 커넥터들의 분류는 특화되어 있고, 전자 산업에서 중요하다. IC 패키징을 위한 BGA 단자들의 최근의 사용 증가는 단자 카운트 및 면적 밀도를 증가시키기 위해 BGA 단자들에 적응된 새로운 다양한 소켓들의 사용을 가져왔다. BGA 소켓들은 몇 가지 방향들로 진화하였다. 한가지 타입은 각각의 볼의 측면에 접촉하기 위해 캠 구동 스프링 와이어의 사용을 포함한다. 스프링 핀들 또는 Pogo® 핀들은 높은 비용의 소켓이 허용가능한 특정 애플리케이션들을 위한 BGA 소켓들에 사용되도록 구성되었다.

대량의 마켓 애플리케이션들을 위한 저비용의 BGA 소켓들은 스탬핑 및 성형 스프링들의 사용을 유도하였고, 상기 스탬핑 및 성형 스프링들은 BGA의 각각의 볼을 떠받치고 결합 볼과의 콘택에 스프링 커넥터를 가압하는데 필요한 기계적 컴플라이언스의 크기를 제공한다. 스탬핑 및 성형 스프링들의 변형예들은 각각의 볼을 그립(grip)하여 볼을 기계적으로 유지시키면서 포지티브 전기 접촉을 형성하기 위해 2개 이상의 성형 스프링들을 사용하도록 구성된다. 기계적으로 스탬핑 및 성형된 스프링들의 소형화 및 밀도는 현재 용량들에 의해 특정 크기로 제한된다. 스탬 핑 및 성형 스프링들의 제조 기술의 발전이 지속적으로 이루어졌지만, 이와 같이 이루어진 접촉기들을 갖는 소켓들은 소형화된 작은 가변 스프링들을 스탬핑 및 성형하는 복잡성 때문에 밀도가 제한된다. 또한, 스탬핑 및 성형된 스프링의 기계적 컴플라이언스는 통상적으로 볼의 기판에 수직인 수직 방향에서 작다. 수직 방향에서 작은 컴플라이언스 때문에, 소형 스탬핑 및 성형 스프링은 이에 결합된 볼에 대해 접촉기 지지부의 운동을 수용하지 못할 수 있고, 이에 따라 커넥터가 볼의 표면 위에서 슬라이딩되도록 진동, 기계적 충격 부하 및 힘, 굴곡 등을 허용한다. 결합 콘택에 대한 하나의 콘택의 반복적인 극히 미세한 운동은 콘택 결함을 유도할 수 있는 작은 입자 잔해의 형성 또는 소결(fritting)을 초래하는 것으로 산업계에 알려져 있다.

스탬핑 및 성형 스프링 콘택들은 커넥터 어셈블리를 형성하기 위해 몰딩된 플라스틱 하우징을 통과하는 형상화된 홀들의 어레이에 통상적으로 유지된다. 커넥터 어셈블리들이 소형화됨에 따라, 몰딩 및 어셈블리 프로세스는 매우 어렵고 고비용이어서, 성형 스프링 콘택들을 기초로 하는 커넥터들을 초 고밀도들로 확장하는 것을 제한한다.

또한, BGA 소켓들은 나선형 배선들의 다발, 탄성 재료의 배선들, 캔틸레버형(cantilever) 스프링들, 리소그래픽하게 성형된 평탄한 스프링들 및 결합 볼에 수직으로 힘을 가하는 다른 접촉기들에 의해, 볼의 바닥 영역에 전기적으로 접촉되는 접촉기들로 구성된다. 수직 힘은 BGA의 볼과 그러한 접촉기 사이에 양호한 접속을 형성하는데 필요하고, 많은 수의 볼들 또는 범프들을 갖는 BGA 패키지들을 위해 중요하다. 예를 들어, 각각의 콘택 범프들에 적절한 콘택을 달성하는데 요구되는 바와 같이, 1200 콘택 범프들에 수직으로 힘을 가하는 BGA 소켓에 대한 클램핑 힘은 30Kg만큼 크다. 콘택 범프들의 수가 수천 개로 증가함에 따라, 힘을 수직으로 가함으로써 접촉되는 BGA 소켓들에 필요한 클램핑 힘은 증가되는 문제이다.

통상의 당업자에게 공지된 것처럼, 종래기술의 커넥터들의 주요한 기능은 손상을 유발함이 없이 전기 단자들에 대한 신뢰가능하고 반복가능한 전기적 접촉을 제공하는 것이다. 또한, 커넥터는 반복적인 온도 사이클들, 기계적 충격, 진동 및 만곡(flexure)에 관련된 제품 수명 동안 낮은 저항 접속을 제공해야 한다. 따라서, 콘택 저항은 온도 사이클 수, 드롭들의 수, 만곡의 수 및 진동의 G-힘 레벨의 함수로서 결정되는 바와 같이 커넥터 신뢰성의 하나의 척도이다. 커넥터들이 소형화됨에 따라, 미래의 전자 시스템들의 요구사항들을 충족시키기 위해 신뢰성의 개선들이 요구된다.

전자 소자들의 밀도와 속도의 발전은 커넥터들에 대한 부가적인 요구사항들을 초래하고 있다. 특히, 전자 시스템들의 배선 밀도의 지속적인 증가는 단위 면적당 콘택들의 수에 의해 결정되는 바와 같은 커넥터들의 밀도의 상응하는 증가를 요구한다. 또한, 보다 높은 주파수들과 클록 속도들에서, 커넥터들의 크기 및 셀프 인덕턴스는 시스템 성능에 중요한 제한사항이 되고 있다. 보다 낮은 인덕턴스와 더불어, 임피던스 제어 및 차폐(shielding)의 발전이 향후의 전자 시스템들에 요구된다.

상기한 관점에서, 종래기술에 이용가능한 많은 커넥터 기술들이 있지만, 보 다 작은 크기, 보다 높은 밀도 및 보다 높은 성능과 관련하여 인식된 하나 이상의 상기한 요구사항들을 충족시킬 수 있는 커넥터가 종래기술에 지속적으로 필요하다.

이하는 본 발명에 관련되는 것으로 판단되는 특허들의 리스트이다.

미국특허번호 제3,676,838호는 본 발명에 가장 관련된 특허로 판단되며, 플러그의 볼-형 핀들을 그립하도록 의도된 소켓에 U-형상의 엘리먼트들을 갖는 클램프-타입 커넥터를 개시하고 있다. 본 발명보다 실질적으로 더 큰 크기임에도 불구하고, 특히 도 5 및 도 6에 나타낸 것처럼 그립핑 메커니즘의 구조는 수용 소켓의 대향하는 확장가능한 그립들의 멈춤쇠들(detents)의 쌍에 좌우된다. 본 발명과 달리, 그립핑 메커니즘은 핀의 인출(withdrawal) 시도시에 결속되지 않는 경향이 있고, 소켓의 위치를 유지하기 위해 멈춤쇠의 경계들에 의존한다. 멈춤쇠들과 볼들이 넌-매칭 또는 불균일한 크기라면, 그립핑 성능의 손실, 불균일한 그립핑 힘 및 느슨함을 초래할 수 있다.

미국특허번호 제5,887,344호는 그립핑 소켓의 멈춤쇠들에 피팅되는 볼 핀의 다른 예이다. 접혀진 윙들은 볼-형 팁을 그립하도록 의도된다. 여기에 개시된 본 발명은 미국특허번호 제3,676,838호와 동일한 많은 특징들을 갖는다.

미국특허번호 제RE. 36,442호는 볼 그리드 어레이 타입 패키지를 에뮬레이팅하기 위한 어댑터를 예시한다. 피치 치수들은 1mm 이상이고, 홀들은 300마이크론 크기일 수 있다. 인출 시도시 핀들을 그립핑하기 위한 명확한 규정이 없다.

미국특허번호 제5,669,774호는 볼 어레이의 볼들을 그립하기 위해 꽃잎-형상의 갈래들(petal-like tines)이 내부에 장착된 소켓들을 갖는 볼 그리드 어레이를 예시하며, 그러한 관점에서 미국특허번호 제3,676,838호와 유사하다.

미국특허번호 제5,518,410호는 소켓팅(socketing)할 때 캠에 의해 소켓 접촉기 엘리먼트가 회전되는 링 콘택에 대한 볼을 예시한다.

미국특허번호 제6,264,476호는 동축으로 차폐된 소켓 엘리먼트들을 구비한 배선 세그먼트 기반 삽입기(interposer)를 예시하며, 여기서 배선들이 몇몇 구성들에서 탄성인 경우에는 도 2 및 도 3b의 예로서, 절연 코어 주변에서 그립핑 기능을 가질 수 있지만, 명백하게 아무것도 개시 또는 제안되어 있지 않다.

미국특허번호 제6,846,184호는 마주하는 콘택 버튼들과 충돌하지만 그립하지 않는 스프링들로 구성된 다양한 타입의 콘택들을 개시하고 있다. 이러한 타입의 콘택은 볼 그립핑 어레이 소켓과 혼동되어서는 안 된다.

다양한 다른 볼 그리드 어레이 커넥터들, 분할 패럴들(split ferrules)을 가진 바나나형 플러그들, 삽입기들, 핀 어레이들 등이 공지되어 있지만, 예시된 특허들보다는 관련성이 없는 것으로 판단된다.

본 발명에 따라, 금속 포스트 및 보다 구체적으로는 전도성 금속 볼에 대한 어레이의 전기적 접속을 형성하기 위한 소켓 커넥터가 제공되고, 낮은 삽입력이 요구되지만 포지티브 콘택이 유지되는 그러한 방식으로, 커넥터의 암(female) 엘리먼트는 엔드 팁들을 가진 탄성 프롱(prong)들에 상기 포스트를 그립하며, 인출력에 반응하는 암 엘리먼트에 의해 포스트에 인가되는 힘을 증가시킴으로써 일반적으로 인출 시도가 방지된다. 보다 구체적으로는, 암 엘리먼트는 선택된 범위의 피치들 내에서 피치의 프롱들로 쪼개지거나 나선형으로 분할된 탄성 전도성 재료의 관을 포함함으로써, 포스트 또는 범프가 관의 세로방향 축을 따라 삽입됨에 따라, 커넥터의 프롱들이 포스트 또는 볼-형 범프 둘레에 나선형으로 개방되도록 하고 포스트 또는 범프를 기계적으로 그립하도록 한다. 커넥터 관의 프롱들은 볼의 원주 둘레의 몇몇 지점들에서 효과적인 전기적 접촉을 형성한다. 몇몇 실시예들에 따른 관형 엘리먼트는 대략적인 중간 섹션으로부터 관의 일 단부로 관을 통과하는 적어도 2개의 나선형 컷(대향 프롱들을 형성함)에서 관의 단부에 탄성 나선형 프롱들을 형성함으로써 제조된다.

본 발명에 따른 커넥터의 암 프롱들은 바람직하게는 관 내에 볼을 유지시키기 위해 그 최대 원주 둘레에 볼을 그립할 수 있다. 레이저 컷팅 기술들에 의해 금속관의 단부 상에 나선형 프롱들을 제조함으로써, 소형 커넥터가 형성될 수 있고, 예를 들어 200마이크론 직경 크기의 작은 플립 칩 범프로서 볼을 소켓팅할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 커넥터는 진동 및 기계적 응력에도 불구하고 양호한 전기적 접촉을 형성하기 위해, 탄성 나선형 프롱들 내에 홀딩되는 볼을 유지시킬 수 있다.

종래의 커넥터들에 비해 본 발명을 이용하여 많은 장점들이 달성된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예는 납땜 볼들과 같은 범프들의 조밀한 어레이를 볼 보다 약간 더 큰 커넥터에 접촉시키기 위한 수단을 제공하고, 이에 따라 범프들은 종래기술에서보다 보다 조밀하게 이격될 수 있다. 예를 들어, 얇은 벽 스테인리스 강의 관을 레이저 컷팅함으로써 형성된 커넥터는 볼의 직경 보다 단지 100마이크론 더 큰 외부 직경을 갖도록 제조될 수 있고, 커넥터들의 고밀도 어레이를 형성하기 위해 커넥터들 간의 간격이 매우 작도록 할 수 있다.

본 발명의 추가적인 장점은 제 2 볼에 맞물리는 제 2 대향 단부 상에 제 1 볼 및 나선형 프롱들에 맞물리는 제 1 단부 상의 나선형 프롱들을 구비한 관형 커넥터에 의해 제공되며, 이에 따라 제 1 단부의 프롱들은 제 2 볼을 향해 제 1 볼을 탄성적으로 당긴다. 이러한 장점은 기판을 향하여 전자 소자를 가압하는 힘을 인가하기 위해 컴포넌트를 기계적으로 유지시킬 필요 없이, 커넥터들의 어레이를 이용하여 전자 소자를 기판에 부착할 수 있도록 한다.

또 다른 장점은 낮은 셀프 인덕턴스를 가진 커넥터에 내장되는 본 발명에 의해 제공된다. 관을 통과하는 얇은 레이저-컷 홈들은 나선형 와이어 스프링으로 이루어진 커넥터보다는 관의 내부 쪽으로 적은 자속이 관통할 수 있도록 한다. 나선형 프롱들은 관형 커넥터 둘레의 순 둘레 치수(solid girth)로부터 작은 거리만큼 연장되기 때문에, 본 발명의 커넥터의 셀프 인덕턴스는 나선형 프롱들을 짧게 형성함으로써 추가로 감소될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 고성능 커넥터를 가능하게 한다.

실시예에 따라, 하나 이상의 이러한 장점들이 존재할 수 있다. 이러한 장점들 및 다른 장점들은 본 명세서에 걸쳐서 및 보다 구체적으로는 이하에서 기술된다.

본 발명의 다양한 부가적인 목적, 특징들, 및 장점들은 이하의 첨부된 도면들과 상세한 설명을 참조로 보다 완전하게 이해될 수 있다.

도 1a 및 1b는 커넥터들의 내부 직경보다 약간 더 큰 최대 외부 직경의 볼-형 범프들에 단자 포스트를 그립핑하도록 구성된 프롱들을 구비한 본 발명에 따른 고성능 커넥터들의 사시도들이다.

도 2a, 2b 및 2c는 단자 포스트를 그립핑하기 위한 프롱들을 구비한 본 발명에 따른 이중-단부 커넥터들의 사시도들이다.

도 3a 내지 3c는 대응하는 최상부 및 바닥부 포스트와의 접속을 위한 본 발명에 따른 커넥터들로서, 도 3a는 비결합 구성의 커넥터를 도시하고, 도 3b는 바닥부 포스트와 결합된 커넥터를 도시하며, 도 3c는 최상부 및 바닥부 포스트와 결합된 커넥터를 도시한다.

도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 커넥터와 결합되도록 구성된 몇 가지 설계들의 포스트들이다.

도 5a 내지 5c는 몇 가지 결합 단계들에서 커넥터 어셈블리 및 대응하는 볼-타입 금속 포스트를 도시한다.

도 5d는 결합 볼을 그립하고 보다 포지티브하게 유지시키기 위해 변형된 본 발명에 따른 커넥터의 일 실시예의 단면도를 도시한다.

도 6a 및 6b는 동축 접지 차폐 커넥터 및 결합 금속 단자 포스트와 접지 콘택을 구비한 본 발명에 따른 커넥터의 일 실시예의 단면도를 도시하며, 도 6a는 비결합 배치이고, 도 6b는 결합된 배치이다.

도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 커넥터들의 어레이를 도시하며, 도 7a는 어레이 단독의 측단면도이고, 도 7b는 포스트들의 결합 최상부 어레이 및 포스트들의 결합 바닥부 어레이와 맞물리는 커넥터들의 측단면도이며, 도 7c는 어레이의 최상부 평면도이다.

도 8a는 그 중간 섹션 둘레의 칼라(collar)에서 캐리어 시트에 부착되는 본 발명에 따른 커넥터를 도시하는 단면도이다.

도 8b는 땜납에 의해 회로 보드의 비아(via)에 부착되는 커넥터를 도시하는 단면도이다.

도 9는 단자부를 형성하기 위해 엔클로저에 장착되는 본 발명에 따른 커넥터들의 어레이의 사시도이다.

도 10은 본 발명에 따른 다수의 커넥터들에 의해 시스템 기판에 장착되고 전기적으로 접속되는 마이크로전자 소자 어셈블리의 사시도이다.

본 발명에 따라, 전자 소자 상의 전형적으로 근접하게 이격된 소형 단자들에 대한 신뢰가능한 전기적 접속을 형성하기 위한 고성능 커넥터가 제공된다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 나선형 패턴의 슬롯들에서 몇몇 프롱들로 컷팅되는 원통형 금속관을 제공하며, 상기 프롱들은 그 원주 둘레에 단자 포스트와 접촉하도록 구성되고 이에 대한 전기적 콘택을 제공하도록 구성된다.

도 1a에 도시된 것처럼, 커넥터(18)는 중공된 원통형 금속관을 포함하고, 상기 중공된 원통형 금속관은 나선형 슬롯들(10)에 의해 관통 컷팅되어, 4개의 팁들(14)에서 종결하는 경사진 프롱들(canted prongs)(12)을 본 예에서 형성한다. 프롱들(12)은 관의 분할되지 않은 부분에서 원통형 칼라 영역(16)에 의해 제자리에 유지된다. 프롱들은 커넥터(18)의 축을 따라 삽입되는 포스트를 그립하도록 구성된다. 포스트들(미도시)은 볼 팁을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 관의 내부 직경보다 약간 더 큰 결합 영역의 외부 직경을 갖는 원통형 또는 원뿔형 팁은 본 발명의 실시예들의 바람직한 사상과 범주 내에 있는 것으로 판단된다. 하나 이상의 바람직한 실시예들에 따라, 커넥터(18)는 440마이크론의 내부 직경 및 550마이크론의 외부 직경을 갖는 Type 304 스테인리스 스틸의 관으로 제조된다. 그러한 품목의 재료는 Poway, California의 K-Tube Corporation로부터 이용가능하다. 4개의 나선형 슬롯들(10)은 예를 들어 Nd-YAG 레이저를 이용하여 관 둘레의 750mm(관 축을 따라 측정되는 바와 같이) 나선형 경로를 따라 20마이크론 폭의 컷 라인들을 형성함으로써 컷팅된다. 전형적으로, 슬롯들(10)은 관(16)의 축에 수직인 평면에 대하여 35°의 각도로 컷팅된다. 대안적으로, 슬롯들(10)은 관(16)의 축에 대하여 55°의 각도에서 측정된다. 그러나, 평면에 대해 15°내지 75°에서 컷팅되는 슬롯들(10)은 본 발명의 범주 내에 있다. 이보다 더 크거나 작은 각도들은 프롱들의 작동을 효과적으로 촉진시키지 않는다. 레이저 컷팅 이후, 관은 4마이크론 두께의 니켈층 및 1.5마이크론 두께의 소프트 금 층으로 도금되어, 결합 포스트에 접촉하기 위한 고 전도성 표면을 형성한다. 스틸 코어는 그립하기에 충분한 탄성을 제공하면서, 관(18)이 팽창되어 그 세로방향 축을 따라 삽입되는 프롱들을 수용한다. 도 1a의 커넥터는 삽입된 프롱의 팁에서 또는 팁 근처에서, 또는 프롱으로서 500마이크론 직경의 금속 볼과 전기적으로 접속되고 물리적으로 그립하도록 의도된다. 보다 작은 직경인 볼의 업스트림 측면은 볼의 수평방향 또는 최대 외부 직경보다 적은 보존력(retaining force)을 받는다. 따라서, 볼이 인출되려고 시도되는 경우, 특히 나선형 프롱들이 관 축 둘레에서 풀어지도록 유도됨에 따라, 볼 상의 프롱들로부터의 힘은 증가되고, 인출에 대한 강화된 저항을 제공한다. 사실상, 프롱들이 관의 내부 직경 간격을 감소시키려고 함에 따라 인출력은 프롱들이 확장되도록 하고 내향하게 지향되는 힘을 증가시키도록 한다. 특정 실시예에서, 예를 들어 도 3a 내지 도 3c에서, 볼(40)은 섬광(flash) 니켈 코팅 및 2마이크론 두께의 소프트 금 코팅에 의해 도금되는 스틸 볼이다. 10gf의 힘은 0.5mm 직경의 금속 볼을 접촉기 관에 삽입시키기에 충분하고, 약 0.018옴의 콘택 저항을 제공하기에 충분하다. 맞물리는 경우, 볼(40)은 클램프 또는 다른 기계적 홀더가 필요 없이, 접촉기에 의해 제자리에 유지될 수 있다.

도 1a의 실시예는 4개의 프롱들(12)을 도시하지만, 균형잡힌 반경 힘들에 의해 그 원주 둘레에서 포스트 또는 볼을 그립할 필요가 있기 때문에, 접촉기가 2개 이상의 임의의 다수의 프롱들을 포함할 수 있다는 것은 통상의 당업자에게 명백하다. 이는 긴밀하게 패킹된 코일 스프링의 대안 예와 구별되어야 하고, 여기서 단부는 단일 프롱에 대응하므로, 관형 구조물의 단부에서 대향하는 프롱들의 그립핑 레버리지를 제공할 수 없다. 예를 들어, 도 1b의 접촉기(28)는 팁들(22)에서 종결하는 원거리 단부들, 및 원통형 칼라(26)를 형성하는 관의 부분에 부착된 근접 단부들을 갖는 2개의 프롱들(24)을 포함한다. 프롱들(24)은 원통형 금속관의 벽을 통해 나선형 홈들을 컷팅함으로써 형성된다. 범프를 접촉기(28)에 결합시키기 위한 삽입력은 컷 라인(20)의 각도에 의존하고, 컷 라인(20)의 각도는 본 실시예에서, 관의 축에 수직인 평면에 대하여 측정되는 바와 같이 15° 내지 75°의 각도, 보다 구체적으로는 20°내지 70°의 각도인 것이 바람직하다. 추가적인 장점은 커넥터(28)를 따르는 축 거리에 의해 컷 라인(20)의 각도를 가변함으로써 유도될 수 있다. 예를 들어, 나선형 컷의 각도 검출은 커넥터의 셀프 인덕턴스를 추가로 감소시키기 위해 포지티브에서 네거티브로 교번될 수 있다; 라인의 검출은 꾸불꾸불한 컷 라인을 형성하기 위해 축 거리에 대해 가변될 수 있다. 또한, 컷 라인(20)은 컷의 축 길이를 따라 폭이 가변될 수 있다.

또한, 커넥터(18)의 구성 재료는 0.05mm 벽 두께의 304 스테인리스 스틸이다. 커넥터의 튜빙 재료의 두께는 포스트를 커넥터로 삽입하기 위한 요구되는 삽입력을 공급하도록 선택되고, 관의 내부 직경의 2% 내지 20%인 것이 바람직하다. 원통형 관의 두께 및 재료는 애플리케이션의 요구사항들에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 재료는 제한됨이 없이, 다양한 타입들의 스테인리스 스틸, 달련된(tempered) 스틸, 베릴륨 구리, 인 황동, 다양한 타입들의 구리 합금들, 니켈 텅스텐 합금들, 니켈 크롬 합금들, 니켈 망간 합금들, 니켈 이성분 및 삼성분 합금들, 티타늄 합금들, 및 니티놀(nitinol)-타입 합금들을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. (니티놀은 Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory의 약어로서, 거의 동일한 니켈 및 티타늄의 혼합물, 및 형상 메모리와 초탄성(superelasticity)을 포함하는 온도 감응 스프링 특성들을 나타내는 다른 스프링 재료들을 포함하는 금속간(intermetallic) 재료들의 패밀리를 지칭한다). 커넥터는 구리, 니켈, 코발트, 팔라듐, 금, 및 그 합금들과 다른 전도성 막들로 도금될 수 있다. 관 상의 높은 강도의 전도성 막 코팅은 예를 들어 이에 제한됨이 없이, Ni-W 합금들, Ni-Co 합금들, Ni-Cr 합금들, Ni-Mn 합금들, Ni-V 합금들 및 이들의 조합물들은 관의 재료를 추가로 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 커넥터 윤활제는 커넥터의 수명을 향상시키고 소결을 감소시키기 위해 커넥터의 프롱들의 표면에 인가될 수 있다.

또한, 본 발명의 고성능 커넥터는 이에 제한됨이 없이 다음을 포함하는 수단에 의해 제조될 수 있다: 관형 재료의 레이저 컷팅, 관형 재료의 플라스마 에칭, 관형 재료의 패턴 에칭, 관형 재료의 패턴 도금, 관형 재료의 층 도금, LIGA 도금, 및 이들의 조합물들. 장방형, 사각형, 다각형 단면의 관들은 본 발명의 범주 내에 있지만, 커넥터의 튜빙은 전형적으로 원형 단면의 실린더이다. 예를 들어, 관은 4개의 측면들 상에서 평탄화된 원형 단면의 원통형 관일 수 있다. 추가적인 변형예에서, 커넥터는 기판 캐리어 기판의 부분으로서 제조될 수 있다. 레이저 어닐링, 섬광 어닐링, 이온 빔 처리, 피클링(pickling), 소광(quenching), 열 처리 및 종래기술에 공지된 다른 처리들이 커넥터의 스프링 재료의 특성들을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

2개의 단부들 각각이 교환 가능하거나 동일한 이중 단부 커넥터가 제공되는 본 발명의 실시예들은 부가적인 장점들을 갖는다. 도 2a, 2b 및 2c는 바닥부 단부가 최상부 단부와 동일한 본 발명의 커넥터의 실시예들로서, 커넥터의 최상부 단부를 특정 단자 포스트에 결합하는데 필요한 기계적 힘은 바닥부 단부를 특정 단자 포스트에 결합하는데 필요한 기계적 힘과 실질적으로 동일하다. 2개의 단부들의 동일성은 관의 최상부 단부를 통하는 패턴 컷의 미러 이미지인 관의 바닥부 단부를 통해 패턴을 컷팅함으로써 달성될 수 있다. 패턴은 도 2b에서처럼 관의 축에 수직인 평면에 의해 미러링될 수 있다. 패턴은 도 2a에서처럼 관의 축 상에 지점 둘레에 미러링될 수 있다. 부가적으로, 바닥부 패턴은 최상부 및 바닥부 패턴의 작동의 동일성을 실질적으로 변경함이 없이 최상부 패턴에 대하여 축 중심으로 회전될 수 있다.

도 2a, 2b 및 2c의 이중 단부 커넥터들은 그러한 커넥터들의 어셈블리의 현저한 제조 장점들을 어레이들에 제공한다. 개별적인 커넥터들은 업 또는 다운 구성에서 커넥터를 검사 및 배향할 필요 없이 자동화된 설비에 의해 캐리어 시트의 홀들의 어레이에 삽입될 수 있다. 이러한 실시예에서, 다양한 이중 단부 커넥터 형상들은 동일한 결합력들을 범프에 제공한다. 도 2a는 최상부 단부 및 바닥부 단부 상의 4개의 프롱들이 오른쪽 나선을 형성하는 이중-단부 커넥터이다. 도 2b는 최상부 단부 상의 4개의 프롱들이 오른쪽 나선을 형성하고 바닥부 단부 상의 4개의 프롱들이 왼쪽 나선을 형성하는 이중-단부 커넥터이다. 도 2c는 최상부 단부 상의 4개의 프롱들 및 바닥부 단부 상의 4개의 프롱들이 지그재그 패턴을 형성하도록 축을 따르는 거리로 가변하는 커넥터의 축으로 각도를 형성하는 이중-단부 커넥터이다. 동일한 단부들을 갖는 이중-단부 커넥터가 어셈블리 제조를 간략화하는 장점들을 제공하지만, 통상의 당업자는 본 발명의 이중-단부 커넥터가 기계적으로 동일한 단부들을 가질 필요가 없다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 특정 애플리케이션들에서, 커넥터의 일 단부가 결합 포스트에 견고하게 부착된 상태로 유지되면서 대향 단부가 그 결합 범프로부터 용이하게 결합 해제되는 것이 바람직하다. 이러한 특정 애플리케이션들에 대한 고성능 커넥터들은 기계적으로 동일하지 않은 최상부 및 바닥부를 가질 것이다.

본 발명의 이중-단부 커넥터는 단자 포스트들의 대응 쌍을 전기적으로 및 기계적으로 접속시켜서 이들 간에 고성능 전기 접속을 제공하기 위한 수단을 제공한다. 도 3a는 최상부 단자 포스트(40)와 바닥부 단자 포스트(44) 사이에 나란히 놓인 이중-단부 커넥터(34)를 도시한다. 본 실시예에서, 바닥부 단자 포스트(44)는 폴리이미드 인쇄 배선 보드(33) 상의 구리 패드(46)에 땜납된 0.5mm 직경의 Sn-Ag_3.5 땜납 볼이다. 상응하게, 최상부 단자 포스트(40)는 폴리이미드 인쇄 배선 보드(30)의 비아 상의 금 도금된 구리 패드(38)에 접합된 열압축 및 얇은 Ni/Au에 의해 도금된 0.5mm 직경의 스틸 볼이다. 커넥터(34)는 0.44mm의 내부 직경 및 0.55mm의 외부 직경을 가진 2.0mm 길이의 304 스테인리스 스틸 관으로서, 0.75mm의 축 길이의 4개의 탄성 나선형 프롱들(36, 38)로 최상부 및 바닥부 단부 각각을 따라 컷팅된다. 도 3b는 바닥부 단자 포스트(44)와 맞물리고 결합되도록 하향하게 가압된 이후의 커넥터(34)를 도시한다. 도 3c는 보드(30)를 하향하게 가압하여 최상부 단자 포스트(40)가 커넥터(34)의 프롱들(36)과 맞물리도록 함으로써, 커넥터(34)와 결합된다. 도 3c의 커넥터(34)는 최상부 단자 포스트(40)와 바닥부 단자 포스트를 함께 기계적으로 홀딩하면서 이들을 전기적으로 접속시킨다. 약 20g의 결합력은 커넥터(34)를 단자 포스트(44)에 결합하는 동안 기판(30)의 보조적인 진동에 의해 상당히 감소된다.

통상의 당업자에 의해 인식되는 것처럼, '34'와 같은 커넥터들의 어레이는 클램프들 또는 기계적인 제약들의 사용 없이, 회로 보드(30)와 같은 전자 소자를 회로 보드(32)와 같은 시스템에 전기적으로 및 기계적으로 접속시키는데 사용될 수 있다. 커넥터(34)는 결합시, 포스트(40)는 포스트(40) 둘레의 프롱들(36)의 클램핑 작용에 의해 캡처 및 하향하게 가압된다. 마찬가지로, 프롱들(38)의 유사한 구성에 의해, 포스트(44)는 포스트(44) 둘레에 프롱들(38)의 클램핑 작용에 의해 상향하게 가압 및 캡처된다. 프롱들(36, 38)의 특정 설계에 의해, 커넥터(34)는 포스트들(40, 44)을 커넥터(34)에 결합할 때 회로 보드(32)를 향해 회로 보드(30)를 인출하도록 형성될 수 있다. 예로서, 프롱들(36)은 포스트(40)의 최대 원주에 놓이거나 최대 원주를 초과하는 몇몇 지점들에서 포스트(40)의 원주 둘레에 콘택을 형성하도록 설계되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 방법에 의해, 제 1 전자 소자의 기판(30)은 기계적 클램프들 또는 제약들이 필요 없이, 제 2 전자 소자의 기판(32)에 장착될 수 있다. 결합시, 커넥터들(34)은 제 1 및 제 2 전자 소자를 함께 인출하고, 이들을 측방향 및 수직방향으로 제자리에 홀딩시킨다. 제 1 전자 소자는 커넥터(34) 내에 단자 포스트(40)를 유지시키는 잔여 힘을 극복하기 위한 충분한 힘으로 기판(30)을 상향하게 가압함으로써 탈착(demount)될 수 있다.

커넥터(34)가 보드(32)에 영구적으로 부착되어야 하는 것을 요구하는 특정 애플리케이션들에서, 커넥터(34)는 포스트(44)의 땜납 범프를 리플로우하여 커넥터(34)를 인쇄 배선 기판(32) 상의 포스트(44)에 부착 및 습착(wetting)함으로써 기판(32) 상의 포스트(44)에 영구적으로 부착될 수 있다. 특정한 다른 애플리케이션들에서, 보드(30)는 어셈블리를 가열함으로써 보드(30)를 보드(32)에 영구적으로 접속시키기 이전에 조립된 시스템을 테스트하기 위해, 보드(32)에 일시적으로 접속될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 범프들(40, 44)은 둘 다 땜납 또는 땜납-코팅된 금속 볼들로 형성되어, 가열로 인해 땜납 범프들이 흐르도록 하여 패드(46)를 커넥터(34)의 프롱들(38)에 땜납하고 패드(38)를 커넥터(34)의 프롱들(36)에 땜납한다. 땜납은 종래기술에 공지된 산화 니켈 또는 다른 땜납 정지부들과 같은, 땜납 정지부들에 의해 프롱들(36, 38)이 위로 흐르는 것을 방지할 수 있다.

도 4a 내지 4f에 도시된 것들로 제한됨이 없이 포함되는 단자 포스트들은 본 발명의 전기 커넥터에 사용되도록 구성될 수 있다. 도 4a의 단자 포스트(50)는 인쇄 배선 보드(56) 상의 구리 패드(54)에 땜납되는 땜납 볼이다. 땜납 범프들은 전형적으로 범프의 리플로우 및 용융 동안 표면 장력에 의해 형상화된 구형 단면들이다. 땜납 볼들은 니켈-도금된 구리 구형과 같은 순 금속(solid metal)의 코어를 가질 수 있다. 또한, 땜납 범프들은 Burlington, Vermont의 IBM Microelectronics로부터 이용가능한 칼럼 그리드 어레이와 같은, 땜납 포스트들 및 칼럼들로 기계적으로 형상화될 수 있다. 땜납 범프들(50)은 전형적으로 축상으로 대칭적이다.

도 4b의 단자 포스트(60)는 초열(thermosonic) 또는 열압축 접합에 의해 인쇄 배선 보드(66) 상의 환형 금속 링(64)에 부착된 순 금속 볼(62)이다. 바람직하게는, 초열 접합은 니켈/금 도금된 구리 볼(62)을 금 도금된 환형 구리 링(64)에 부착하는데 사용된다. 단자 포스트(60)는 땜납 범프가 적합하지 않은 고온 애플리케이션들을 위해 본 발명의 고성능 전기 커넥터와 결합시키는데 적합하다. 볼(62)은 제한됨이 없이 황동, 청동, 스테인리스 스틸, 탄소 강, 구리, 은, 니켈 및 이들의 합금들과 같은 금속의 구형 볼이다. 금속성 볼(62)은 니켈, 모넬(Monel), 금, 팔라듐, 은, 로듐, 오시뮴 및 이들의 합금들의 얇은 금속 코팅들을 구비하여 볼이 부식되는 것을 방지한다. 대안적으로, 볼(62)은 폴리머, 유리, 중공 폴리머, 또는 얇은 금속 막으로 코팅된 다른 유전체 재료로 제조될 수 있다. 단자 범프(60)의 볼(62)은 본 발명의 전기 커넥터에 결합하기 위한 결합/결합해제 힘을 조절 및 제어하기 위해 가변 크기들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 직경을 가진 볼은 커넥터(34)의 바닥부 단부와 결합되는 반면, 보다 작은 직경을 가진 볼은 최상부 단부와 결합되어, 커넥터(34)로부터 최상부 볼의 상대적으로 용이한 결합 및 결합해제를 허용한다.

도 4c의 단자 포스트(70)는 축상으로 대칭적인 헤드(72) 및 인쇄 배선 보드(76)의 도금된 관통 홀(78)에 유지되는 긴 단부를 구비한 금속 포스트(74)이다. 포스트(74)는 스위스에서 기계가공된 황동 핀으로서, 산업계에서 통상적으로 이용가능하다. 포스트 헤드(72)는 본 발명의 고성능 전기 커넥터와의 결합을 용이하게 하는 둥근 홈 또는 라운드형 최상부 엣지를 갖는다.

단자 포스트(80)는 Ni, Cu, Ni-Ag, Sn-Ag와 같은 금속들, 또는 기판(86)상의 패드(84) 상부에 전기화학 기술분야에서 공지된 다른 재료들을 도금함으로써 제조되는 금속 보스(82)이다. 단자 포스트(80)의 팁(70)은 커넥터와의 결합을 용이하게 하기 위해 상이한 금속으로 제조될 수 있다. 포스트(82)의 원주는 커넥터(34)와의 결합을 추가로 용이하게 하기 위해 높이의 함수로 제조될 수 있다. 대안적으로, 포스트(70)는 Cu, Ni 및 원통형 보스(82)를 남겨두기 위한 다양한 합금들과 같은 금속층을 에칭함으로써 제조될 수 있다.

단자 포스트(90)는 칼라(94)에 의해 기판(96)의 표면 위에서 유지되는 금속 볼(92)이다. 그러한 돌출된 포스트(90)는 본 발명의 다른 실시예들 또는 커넥터(34)와의 결합시 증대된 기계적 유지 특성들을 제공할 수 있다. 예로서, 단자(90)는 기판(96)상의 환형 링(94)을 먼저 도금함으로써 제조될 수 있다. 볼(92)은 니켈 및 금의 얇은 표면 코팅들을 갖는 구리 볼로 선택될 수 있다. 볼(92)은 전자 패키징의 기술에 공지된 것처럼 초열 접합 또는 열압축 접합에 의해 칼라(94)에 결합된다.

단자 포스트(100)는 기판의 표면 위에 돌출되는 다른 단자 포스트들에 의해 제공되지 않는 낮은 프로파일의 장점을 제공한다. 포스트(100)는 회로 보드(106)의 최상부 표면에서 환형 링(104)을 컷팅함으로써 형성된다. 포스트(100)의 최상부(102) 및 측벽들(108, 110)은 전형적으로 무전해 시딩(electroless seeding) 이후 목표된 두께로 구리를 전기도금함으로써, 구리와 같은 얇은 금속층으로 코팅된다. 단자 포스트(100)는 커넥터(34)와 결합되는 리세스 표면(110)을 제공한다.

도 5b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 결합된 커넥터 어셈블리(130)를 도시하고, 도 5a는 결합 이전의 어셈블리(130)의 구성요소들을 도시한다. 볼(122)은 칼라(124)에 의해 기판(126)에 부착되어, 커넥터(132)와의 결합을 위해 단자 포스트를 제공한다. 커넥터(132)는 금속관을 포함하고, 금속관에서 관의 중간 섹션으로부터 단부로의 하나 이상의 나선형 슬롯들에 의해 최상부 단부가 컷팅되어, 탄성 나선형 프롱들(134)을 형성한다. 프롱들(134)은 근접 단부에서 관의 중간 섹션에 부착된 상태로 유지되고 원거리 단부에서 자유롭게 굽혀진다. 커넥터(132)는 땜납(146)에 의해 도금된 홀(140)에 유지되는 바닥부 단부에서 기판(120)에 부착된다. 배선(148)은 땜납 덩어리(148)에 의해 비아(142)를 통하여 커넥터(132)에 접속된다. 볼(122)은 하향하게 기판(126)을 가압하여 커넥터(132)의 축으로부터 외향하게 떨어지게 탄성 프롱들(134)을 대체함으로써, 커넥터(132)에 결합된다. 프롱들(134)은 그 원주 둘레 치수 주위에서 일정 높이로 볼(122)에 접촉하고, 볼(122)의 원주는 거의 최대이다. 프롱들(134)은 볼과의 포지티브 전기 접촉을 형성하고 볼을 그립하여 커넥터(132) 내에 이를 유지하기 위해 볼(122) 위에서 내향하게 가압한다. 2개 이상의 탄성 프롱들은 그 원주 둘레의 2개 이상의 지점들에서 볼과 접촉한다.

커넥터 어셈블리(130)는 충격과 진동에 내성인 전기 콘택을 제공한다. 탄성 프롱들(134)은 볼(122)을 그립하고 굽혀져서 볼(122)상의 그립을 느슨하게 함이 없이 측방향 및 수직 방향으로 볼이 이동할 수 있도록 한다. 기계적 응력, 진동, 기계적 충격, 뒤틀림(warpage), 및 열적 사이클링으로 인해 프롱들(134)이 굽혀지도록 하면서 볼(122)상에 그립을 유지시킨다. 예로서, 도 5c는 수직으로 이동되어, 커넥터(132) 상에 응력을 가하고 탄성 프롱들(134)이 굽혀지며 수직 방향으로 연장되도록 한 이후의 기판(126)을 도시한다. 프롱들(134)은 팽창되고 수직으로 굽혀지지만, 볼(122)상에 그립을 유지시켜서 연속적인 전기 접촉을 허용한다. 또한, 프롱들(134)의 휨은 어셈블리(130) 상의 진동 또는 다른 기계적 응력으로 인한 커넥터(132)에 대항하는 볼의 러빙(rubbing)을 현저하게 감소시킨다. 커넥터(134)의 표면들에 대항하는 볼(122)의 러빙 또는 "부식(fretting)"의 감소는 신뢰성을 향상시키고, 접속된 어셈블리(130)의 수명을 연장시킨다. 다른 금속 표면에 대항하여 하나의 금속 표면의 러빙에 의해 야기되는 바와 같은 부식은 콘택 지점에서 미세한 입자 잔해를 형성하는 것으로 종래기술에 공지되어 있으며, 그러한 잔해는 2개의 금속들 사이의 전기적 접속의 전기적 신뢰성을 저하시킨다. 바람직하게는, 부식을 감소시키기 위해, 탄성 프롱들(134)은 커넥터(132)의 원주 둘레에서 동일한 간격들로 컷팅된 2개 이상의 슬롯들에 의해 형성되고, 각각의 슬롯은 커넥터의 축에 대하여 15°내지 75°, 보다 바람직하게는 20°내지 70°의 각도로 컷팅된다. 부가적으로, 보다 바람직하게는, 탄성 프롱들(134)은 커넥터(132)의 관의 외부 원주의 적어도 절반만큼 긴 슬롯의 중간지점 상의 가상선을 따라 측정되는 길이로 컷팅되는 슬롯들에 의해 형성된다.

커넥터(132)의 추가적인 개선(152)은 그 축을 따르는 방향으로 볼(122)을 커넥터 쪽으로 인출하도록 작용한다. 도 5d는 그 축을 따라 측정되는 바와 같이 커넥터(152)의 최상부 단부로부터 떨어진 거리로 슬롯(158)을 넓히기 위해 각각의 프롱(154) 사이의 슬롯들(158)을 변형시킴으로써 개선되는 커넥터(152)를 도시한다. 볼(122)이 프롱들(154)과 접촉하는 영역에서, 커넥터(152)의 최상부 단부로부터의 거리만큼 각각의 슬롯(158)의 폭 증가는 프롱들(154)이 커넥터(152) 쪽으로 추가로 당겨지도록 한다. 볼(122) 상에 내향하게 지향되는 힘은 커넥터(152)의 축을 따라 볼의 이동에 의한 프롱들(152)의 만곡 때문이다. 볼(122) 상에 내향하게 지향되는 힘은 커넥터(152)의 최상부 단부로부터 떨어진 거리만큼 슬롯(158)을 넓힘으로써 야기되는 프롱들(154)의 만곡 때문이다. 볼(122) 상에 내향하게 지향되는 힘을 유도하기 위해, 커넥터(152)의 프롱들을 엠보싱할 필요가 없고, 커넥터(152)의 관의 벽들을 경사지게 할 필요가 없으며, 관의 축을 향해 프롱들(154)을 굽어지게 할 필요가 없고, 관의 다른 변형들이 불필요하다. 비결합(unmated) 커넥터(152)의 관의 내부 및 외부 벽들은 직선형이고 관의 축에 평행하다. 비결합 커넥터(152)는 우측 정규 실린더의 부분들을 포함하고, 그 벽들은 실린더의 축을 따르는 루프의 돌출부이다. 바람직하게는 루프는 원이고, 실린더는 우측 원형 실린더이다. 커넥터(152)는 딤플링, 엠보싱, 트위스팅 또는 커넥터의 관형 몸체의 변형 없이 결합 볼(122) 상에 내향하는 힘 또는 압축력을 가하기 때문에, 커넥터(152)는 본 발명의 하나 이상의 실시예들과 일치하는 특정 패턴으로 관을 레이저 컷팅함으로써 용이하게 제조된다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라, 관형 커넥터 엘리먼트들은 도 6b에 도시된 예로서 동축 커넥터 어셈블리(200)로 구성될 수 있다. 동축 커넥터 어셈블리(200)는 최상부 기판(180)상의 단자 포스트(186), 최상부 기판 상의 단자 원환(annulus)(182), 바닥부 기판 상의 전도성 소켓(212)에 부착된 내부 커넥터(190), 및 바닥부 기판(208)상의 전도성 환형 소켓(206)에 부착된 외부 커넥터(198)를 포함한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예들에서, 내부 커넥터(190)는 배선(204)을 전도성 소켓(212)에 결합시키는 땜납(202)에 의해 신호 배선(204)에 전기적으로 접속된다. 배선(204)은 동축 케이블의 중심 전도체일 수 있는데 본 발명의 원리들의 예시를 용이하게 하기 위해 도시되지 않았으며, 동축 차폐부는 전도성 소켓(206)에 전기적으로 접속된다. 동축 커넥터 어셈블리(200)는 내부 커넥터(190)에 의해 전송되는 신호가 주변의 전기적 간섭으로부터 차폐되는 고성능 신호 접속을 제공한다. 또한, 어셈블리(200)는 약 Z₀ = 601n(D/d)의 제어된 임피던스의 접속을 제공하며, 여기서 D는 외부 커넥터(198)의 내부 직경이고, d는 내부 커넥터(190)의 외부 직경이다.

도 6a는 결합 이전에 동축 커넥터 어셈블리(200)를 도시한다. 도 6a는 외부 커넥터(198) 및 바닥부 기판(208)에 부착된 내부 커넥터(190)를 도시하지만, 내부 커넥터는 바닥부 기판에 부착될 수 있고, 외부 커넥터(198)는 최상부 기판에 부착될 수 있다. 대안적으로, 내부 커넥터(190) 및 외부 커넥터(198)는 삽입기 시트(interposer sheet)를 통해 부착되어, 내부 및 외부 커넥터들의 최상부 단부들이 삽입기 시트 위로 연장하여 최상부 기판 상의 콘택 단자들과 결합되고, 내부 및 외부 커넥터들의 바닥부 단부들은 삽입기 시트 아래로 연장하여 바닥부 기판 상의 콘택 단자들과 결합된다. 초음파 진동, 음향 진동, 임펄스 충격 등과 같은 기계적 진동은 커넥터의 결합 또는 결합해제를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.

동축 커넥터 어셈블리(200)는 용이하게 소형화될 수 있는 간단한 기계적 동축 커넥터를 제공하는 장점들을 제공한다. 동축 커넥터의 하나 이상의 실시예들은 셀프 로킹되고, 클램프, 클립, 베요넷(bayonet) 베이스들, 클램쉘(clamshell) 홀더들, 또는 결합 콘택들을 함께 홀딩하는 다른 수단을 요구하지 않는다. 특정 애플리케이션들에서, 부가되는 기계적 제약 또는 클램프는 결합 커넥터들이 높은 기계적 응력의 조건들 하에서 결합된 상태로 유지하는 것을 보장하기 위해 바람직할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 충격, 진동, 열적 전이, 및 기계적 응력 동안 신뢰가능한 동축 전기 콘택의 유지를 가능하게 하는 커넥터들(190, 198)의 기계적 컴플라이언스로 인해 추가적인 장점들을 갖는다. 통상의 당업자는 커넥터들(190, 198)이 이중 단부를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이고, 여기서 관형 커넥터들이 기판(208)에 부착되기 이전에 상부 또는 하부로 배향될 수 있기 때문에, 동축 커넥터들의 어셈블리 제조 볼륨을 간략화하기 위해, 상기 이중 단부에서 최상부 단부와 바닥부 단부가 기계적으로 동일하다. 이러한 장점들 및 다른 장점들을 갖는 동축 커넥터의 하나 이상의 실시예들은, 회로 보드 간의 고성능 접속들을 위해, 고주파 마이크로전자 소자들을 장착하기 위해, 테스트 목적으로 전기 시스템에 대한 일시적인 접속을 형성하기 위해, 하나의 동축 케이블을 다른 동축 케이블에 접속시키기 위해, 및 산업계의 당업자에게 명백한 다른 애플리케이션들을 위해, 사용될 수 있다.

도 7a는 이중 단부 커넥터들(300)의 커넥터 어레이(320)가 캐리어 시트(316)를 통과하는 홀들에 배치되는 일 실시예의 단면 라인 A-A' 상의 단면도이다. 본 실시예에서, 이중-단부 커넥터들(300)은 주어진 포스트를 프롱들(328)에 삽입하는데 요구되는 힘에 있어서 동일한 최상부 단부 및 바닥부 단부를 가지며, 커넥터(300)의 최상부 단부는 주어진 동일한 포스트를 커넥터(300)의 바닥부 단부 상의 프롱들(338)에 삽입시키는데 요구되는 힘과 실질적으로 동일하다. 4개의 탄성 나선형 프롱들(326)은 커넥터(300)의 중간-섹션(342)으로부터 커넥터의 최상부 단부로 연장하는 4개의 나선형 스롯들(304)로 형성된다. 프롱들(338)의 근접 단부들은 커넥터(300)의 중간-섹션의 칼라 영역(342) 둘레에 부착되는 반면, 원거리 단부들은 자유롭게 굽혀진다. 포스트가 커넥터(300)의 세로방향 축을 따라 하향하게 삽입될 때, 포스트를 수용하고 그 원주 둘레에 포스트를 접촉시키기 위해, 탄성 프롱들(326)은 축으로부터 떨어져 외향하게 굽혀진다.

각각의 커넥터들(300)은 캐리어 시트(316)의 홀 내에 유지되어, 커넥터(300)의 최상부 단부가 캐리어 시트로부터 수직으로 상향하게 연장되고, 바닥부 단부는 캐리어 시트로부터 수직으로 하향하게 연장된다. 커넥터들(300) 각각은 중간-섹션 둘레의 칼라(342)로부터 관의 각 단부로 연장하는 4개의 나선형 슬롯들(302, 304)을 갖는 스테인리스 스틸 304 관이다. 슬롯들(302, 304)은 관의 0.05mm 두께 벽을 통과하는 Nd-YAG 레이저에 의해 형성되는 0.05mm 폭의 슬라이스들이다. 전형적인 실시예에서, 슬롯들(302, 304)은 관의 세로방향 축에 수직인 평면에 대하여 30°의 각도로 경사진다. 커넥터(300)의 관은 2.0mm 길이이고, 0.44mm의 내부 직경과 0.55mm의 외부 직경을 갖는다. 각각의 커넥터(300)는 각각의 커넥터의 중간 섹션 둘레의 칼라(342)에 캐리어 시트(316)를 결합시키는 접착제(318)에 의해 캐리어 시트(316)에 부착된다. 캐리어 시트(316)는 0.05mm 두께의 Be-Cu 합금(172)의 최상부 금속층(308), 및 0.05mm 두께의 Be-Cu 합금(172)의 바닥부 금속층(306)을 포함하고, 그 쌍은 이들 사이에 적층된 접합 겹(bondply) 유전체 막(310)을 삽입시킨다. 접착제(318)는 0.05mm 두께의 B-스테이지 에폭시, 0.05 두께 막의 폴리이미드, 및 0.05mm 두께의 B-스테이지 에폭시의 층들을 포함하는 접합-겹 유전체 재료(310)로부터 외향하게 흐르는 B-스테이지 에폭시이다. 커넥터 어레이(320)의 커넥터들(300)로부터 선택된 제 1 그룹은 금속 탭들(312)에 의해 최상부 캐리어 금속층(308)에 전기적으로 접속된다. 제 1 그룹의 커넥터와 캐리어 시트(316)의 부착에 대한 세부사항들은 도 8a의 단면 사시도에 보다 명확히 도시되며, 관의 중간 섹션 둘레에 칼라(342)에 대항하여 탭들의 탄성 변형에 의해 유지되는 금속 탭들(312)을 도시한다. 금속층(308)은 제 1 그룹의 선택된 커넥터(300)를 전력 분배 회로 또는 접지 분배 회로에 접속시킬 수 있다. 부가적으로, 커넥터 어레이(320)의 커넥터들(300)로부터 선택된 제 2 그룹은 금속 탭들(314)에 의해 바닥부 금속층(306)에 전기적으로 접속된다. 금속층(306)은 제 2 그룹의 선택된 커넥터들(300)을 접지 분배 회로, 전력 분배 회로, 차폐 회로 또는 다른 공통 회로에 공통으로 접속시킬 수 있다. 도 7c의 커넥터 어레이의 최상부 도면은 탭들(312)에 의해 최상부 금속층과 제 1 그룹의 선택된 커넥터들의 공통 접속들, 및 탭들(314)(점선으로 도시됨)에 의해 바닥부 금속층과 제 2 그룹의 선택된 커넥터들의 다른 공통 접속들을 도시한다.

캐리어 시트(316)는 미리 결정된 위치들에서 커넥터들(300)의 어레이를 홀딩한다. 전술한 실시예의 구성과 더불어, 캐리어 시트의 다른 구성들이 본 발명의 커넥터들을 홀딩하기 위해 사용될 수 있다는 점은 통상의 당업자에 의해 이해될 것 이다. 예로서, 캐리어 시트(316)는 폴리이미드, G-10, Ultem®(GE 폴리머들로부터 이용가능함), 유리 강화 에폭시, 금속 강화 에폭시, 액정 폴리머 재료들, 및 다른 폴리머들과 같은 유전체 재료의 하나 이상의 층들; 및 이에 제한됨이 없이 B-스테이지 에폭시, FEP, PFA, Ultem®, 아크릴, PTFE, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 및 폴리아미드 혼합물들을 포함하는 하나 이상의 접착제 재료들을 포함할 수 있다. 접착제 재료는 시트 형태로 사용될 수 있고; 접합 겹 적층물들과 같이 적층된 형태로 사용될 수 있으며; 분배가능한 접착제 재료들로서 Baltimore, Maryland의 CTI, Inc.로부터 이용가능한 B-스테이지 에폭시와 같은 스텐실 프린팅가능한 페이스트(paste)로 사용될 수 있고; 종래기술에 공지된 다른 접착제 재료들이 사용될 수 있다. 캐리어 시트는 엠보싱, 소광, 드릴링, 스트레칭, 및 특정 애플리케이션들에 적합한 기계적 형상화에 의해 추가로 형성될 수 있다.

추가적인 변형예들로서, 캐리어 시트(316)는 하나 이상의 금속층들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 금속층들은, 열 전도성, 접지면 접속들, 전력면 접속들, 전자기 차폐, 열 팽창 제어, 기계적 강성도, 인트라-커넥터 차폐, 커넥터들의 임피던스 제어, 압력 밀봉들, 금속층들 간의 집적 커패시터들, 광 차폐, 개별 컴포넌트들을 위한 장착 수단, 부가적인 배선 층들을 위한 기판들, 과전압 보호 접지, 응력 경감 스프링들, 및 종래기술에 공지된 다른 애플리케이션들을 제공할 수 있다. 도 7a-7c는 얇은 금속층들(306, 308)을 도시하지만, 금속층들은 임의의 두께일 수 있으며, 중간-섹션으로부터 커넥터(300)의 최상부 단부로 연장하는 제 1 금속층, 및 중간-섹션으로부터 커넥터(300)의 바닥부 단부로 연장하는 제 2 금속층을 포함한다. 그러한 두께의 금속층들은 다른 커넥터들로부터 하나의 커넥터의 차폐를 제공하는데 사용된다. 예로서, 관통 홀들의 직경은 전력 및 접지 커넥터들에 대한 제 1 홀 직경과 신호 커넥터들에 대한 제 2 홀 직경으로 가변될 수 있다. 금속층은 제한 없이 스프링 작동 콘택, 땜납, 열-음향(thermo-sonic) 접합, 레이저 용접, 전도성 접착제 결합, 가압 장착, 및 확산 접합을 포함하는 종래에 공지된 수단에 의해 커넥터들(300) 중 선택된 커넥터들에 접속될 수 있다. 금속층은 커넥터의 중간-섹션 상의 절연 슬리브, 금속층 상의 유전체 코팅, 금속층 상의 전기 증착된 유전체 코팅, 유전체 접착 재료, 에어 갭, 및 종래기술에 공지된 다른 절연 수단에 의해 커넥터(300)의 다른 커넥터들로부터 절연될 수 있다. 금속층들 중 선택된 금속층들은 전력, 접지, 신호들, 클록 타이밍, 섀시 접지 및 다른 전기적 수단을 제공하는 회로들에 접속될 수 있다.

도 7a-c에 도시된 커넥터들(300)은 커넥터(300)의 최상부 단부 및 바닥부 단부가 기계적으로 동일한 이중-단부이다. 특정 애플리케이션들에서, 커넥터의 최상부 단부는 볼 포스트를 결합 및 결합해제하기 위한 적은 힘을 요구하는 반면에, 커넥터의 바닥부 단부는 유사한 볼 포스트를 결합 및 결합해제하기 위한 큰 힘을 요구하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 커넥터는 최상부 볼 포스트가 커넥터로부터 결합해제될 때, 커넥터가 바닥부 볼 포스트에 결합된 상태로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 예에서, 커넥터의 바닥부 상의 프롱들은 견고하게 설계되고, 커넥터의 최상부의 프롱들은 덜 견고하게 설계된다. 슬롯들을 보다 넓게 형성하고, 관 벽을 보다 얇게 형성하며, 커넥터 둘레의 프롱들의 수를 변화시키고, 프롱을 더 길게 형성하며, 기계적 모델링에 의해 유도되는 바와 같이 프롱 형상을 변화시킴으로써, 프롱의 강성도(stiffness)는 감소될 수 있다.

커넥터 어레이(320)는 최상부 기판(322) 상의 제 1 어레이의 포스트들(326)을 바닥부 기판(332) 상의 대응하는 제 2 어레이의 포스트들(336)에 기계적으로 및 전기적으로 접속시키기 위해 사용된다. 커넥터 어레이(320)의 커넥터들(300) 상부에 최상부 기판(322)상의 제 1 어레이의 포스트들을 병렬 배치하고, 커넥터 어레이(320)의 커넥터들(300) 아래에 바닥부 기판 상의 제 2 어레이의 포스트들(336)을 병렬 배치하며, 최상부 기판(322)을 바닥부 기판(332)을 향해 하향하게 가압함으로써, 접속이 형성된다. 따라서, 최상부 기판(322)상의 포스트들(326)은 커넥터들(300)의 최상부 단부들 상의 프롱들(328)과 결합되고, 각각의 프롱들(328)은 그 원주 둘레의 포스트(326)에 접촉되며, 포스트들(336)은 커넥터들(300)의 바닥부 단부들 상의 프롱들(338)과 결합된다. 접속이 형성된 이후, 커넥터 어레이(320)는 클램프 또는 다른 제약 수단이 필요 없이, 최상부 기판(322) 및 바닥부 기판(332)을 함께 기계적으로 홀딩하며, 그러한 수단이 기계적 충격에 의한 손상에 대한 부가적인 보호로서 부가될 수도 있다.

커넥터들(300)은 최상부 기판(322)상의 결합 포스트(326) 및 바닥부 기판(332)상의 결합 포스트(332)를 함께 탄성적으로 홀딩하여, 이들 간에 전기적 또는 기계적 접속을 상실함이 없이, 포스트(326)가 포스트(336)에 대하여 수평 방향으로 작은 양만큼 및 수직 방향으로 작은 양만큼 이동할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 최상부 기판(322)은 최상부 기판(322)상의 포스트들(326)과 바닥부 기판(332)상의 포스트들(336) 사이의 접촉을 상실함이 없이, 수평 방향으로 0.5mm 만큼 또는 수직 방향으로 0.5mm 만큼 바닥부 기판(332)에 대하여 이동될 수 있다. 바닥부 기판(332)에 대하여 최상부 기판(322)의 상대적 운동은 칼라(324)로부터 커넥터들(300)의 최상부 단부로 연장하는 탄성 프롱들(328)의 굴곡, 및 칼라(324)로부터 커넥터들(300)의 바닥부로 연장하는 탄성 프롱들(338)의 굴곡에 의해 수용된다.

결합 이후, 최상부 기판(322)에 인가되는 상향 힘은 포스트들(326)과의 접속을 상실함이 없이 커넥터들(300)의 프롱들(328)을 상향하게 스트레칭하고, 포스트들(336)에 대한 접속들을 상실함이 없이 커넥터들(300)의 프롱들(338)을 하향하게 스트레칭하도록 작용한다. 프롱들(328, 338)의 탄성은 진동, 기계적 충격, 열적 불일치, 가속력, 중력, 및 특정 임계치 아래의 다른 응력에도 불구하고, 커넥터들(300)이 포스트들(326, 328) 간의 전기적 및 기계적 접촉을 유지할 수 있도록 한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예들의 커넥터들은 이들 간에 접촉을 파괴하기 이전에 20그램의 커넥터에 결합된 포스트 상의 힘을 견딜 수 있다. 프롱들이 충분히 탄성적이기 위해, 프롱들(328) 간의 슬롯(304)의 각도는 커넥터의 축에 수직인 평면에 대하여 측정되는 바와 같이 15°내지 75°또는 보다 바람직하게는 20°내지 70°이다. 보다 바람직하게는 프롱들(328) 간의 각각의 슬롯(304)은 커넥터(300)의 관의 원주의 적어도 1/2인 그 중간지점을 따라 측정되는 바와 같은 길이를 갖고, 각각은 관의 외부 직경 상에서 측정된다. 또한, 커넥터(300)와 맞물리는 포스트의 기계적 유지 특성들은 최상부 단부(366)로부터의 축 거리만큼 슬롯(302)의 폭을 증가시킴으로써, 및 마찬가지로 바닥부 단부(368)로부터의 축 거리만큼 슬롯(304)의 폭을 증가시킴으로써 향상된다. 커넥터(300)의 단부로부터의 거리만큼 슬롯(304)의 폭 증가는 결합 볼 상에 내향하게 지향되는 힘을 형성하도록 작용하고, 이러한 힘은 볼이 커넥터(300)의 축의 영역을 따라서 이동함에 따라 볼의 원주와 접촉하는 프롱들(328)에 의해 가해진다. 바람직하게는, 볼은 최대 원주가 볼이 장착된 기판의 표면 상부에 놓이도록 하는 방식으로 기판에 장착된다. 제한됨이 없이 도 4의 포스트들(50, 60, 70, 90)을 포함하는 포스트들이 바람직하지만, 커넥터는 광범위한 포스트 기하학적 구조들에 대해 만족하게 작동될 것이다.

하나의 전기 소자를 다른 전기 소자에 기계적으로 부착하고 전기적으로 접속함에 있어서 본 발명의 실제 사용이 이루어질 수 있다. 도 10은 커넥터들(422)의 어레이에 의해 인쇄 배선 기판(426)에 장착된 전자 소자(428)를 포함하는 어셈블리(420)를 도시한다. 각각의 커넥터들(422)은 소자(428)의 바닥부 표면 상의 BGA의 볼(보이지 않음)을 그립하는 2개 이상의 상향하게 배향되는 프롱들을 구비한다. 커넥터들(422)의 어레이는 일반적인 기계적 응력의 주기들 동안 접촉을 유지하기 위한 기계적 클램핑 수단이 필요 없이, 소자(428)를 제자리에 유지시킨다. 선택적으로, 클램프는 높은 기계적 응력의 발생에 대항하여 소자(422)에 대한 접속들을 보호하도록 부가될 수 있다. 커넥터들(422) 상의 탄성 프롱들은 기판(426)에 인가되는 진동 및 기계적 충격에 대항하여 소자(428)를 보호하도록 굽혀진다. 커넥터(422)의 결합 특성들 때문에 본 발명은 추가적인 장점을 가지며, 결합된 커넥터들(422)의 어레이를 BGA로부터 결합해제시키는데 필요한 힘은 커넥터들의 어레이를 BGA에 결합시키는데 필요한 힘보다 더 크다. 따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 제조된 커넥터들(422)은 소자를 맞물리게 하는데 초기에 사용되는 힘보다 더 큰 결합해제 힘들에 대항하여 전자 소자(428)를 유지시킬 수 있다. 이러한 추가적인 장점은 작은 힘에 의해 기판 상의 소자들의 용이한 장착이 가능할 뿐만 아니라 충격과 진동의 더 큰 힘들의 영향들에 대항하여 소자를 유지시킬 수 있다는 것이다. 기판(426)으로부터 소자(428)의 결합해제를 위해 필요한 힘을 감소시키기 위해, 소자(428)의 결합해제가 진동, 초음파 에너지 등의 사용에 의해 용이해진다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 커넥터들(422)은 BGA 소자를 기판에 부착하기 위한 커넥터 어레이들의 사용을 위해 적합하다. 예로서, 제한됨이 없이, 커넥터(422)는 도 8a의 커넥터(300)일 수 있고, 도 8b의 커넥터(370)일 수 있으며, 도 5d의 커넥터(152)일 수 있다. 커넥터(300)는 전술한 바와 같이 캐리어 시트에 부착된 이중-단부 커넥터이다. 커넥터(370)는 땜납 접속부(372)에 의해 바닥 단부에서 기판(386)의 비아(382)에 부착되는 이중-단부 커넥터이다. 도 8b의 커넥터(370)는 커넥터(370)의 각 단부가 대향 단부에 대해 동일하기 때문에 커넥터를 상부 또는 하부로 지향시킬 필요 없이, 커넥터(370)의 일 단부가 비아(382)에 땜납될 수 있다는 점에서 조립시 장점들을 제공한다. 도 5d는 커넥터의 최상부 단부로부터 떨어진 축 거리만큼 폭이 증가된 슬롯들(158)을 구비한 커넥터(152)를 도시한다. 이러한 폭의 증가는 결합 볼 상에 하향 힘을 생성하도록 작용하여, 슬롯(158)의 폭이 커넥터(152)의 최상부 단부로부터 거리만큼 증가된 수직 위치의 범위에 대해 볼이 하향하게 당겨진다.

예로서, 도 9는 커넥터들(402)이 단자부(400)에 배열된 본 발명의 하나 이상의 실시예들의 다른 애플리케이션을 도시한다. 한 쌍의 커넥터들(402)은 하우징(410)의 캐비티(406) 내에 유지된다. 하우징(410)은 주변의 전기적 노이즈에 대항하여 커넥터들(402)을 전기적으로 차폐시키기 위해, 금속성 표면을 가질 수 있다. 커넥터들(402)은 결합 단자부(미도시)의 대응하는 세트의 포스트들과 결합하도록 구성된다. 각각의 커넥터(402)가 클램핑 힘의 필요 없이 이에 결합된 포스트들을 유지시키지만, 단자부(400)에 장착 렁(lug)(412) 및 장착 스크류 홀(408)이 제공되어, 결합 단자부로부터 스크류들이 홀들(408)을 통해 부착될 때 부가적인 기계적 안정성을 제공한다. 임의의 수의 접촉기들이 각각의 캐비티 내에 배치될 수 있다는 것은 통상의 당업자에 의해 이해될 것이다. 커넥터들(402)은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 단일 단부 또는 이중-단부일 수 있다. 다른 커넥터 구성들, 차폐 방법들, 장착 방법들, 클램프들, 및 브라켓들은 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명은 특정 실시예들을 참조로 설명되었다. 다른 실시예들은 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 통상의 당업자는 많은 변화들, 변형들 및 대안들을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 나타낸 것을 제외하고 제한되는 것으로서 의도되지 않는다.

Claims (9)

1. 전자 디바이스 접속들을 위한 마이크로-스케일 전기 전도성 수 결합 엘리먼트(male mating element)와의 전기적 접촉을 형성하기 위한 다중-접촉 전기 커넥터로서,

   결합 포스트(mating post)의 최대 외부 직경 미만의 내부 직경을 갖는 관형 엘리먼트; 및

   상기 관형 엘리먼트에서 나선형으로 컷팅된 적어도 2개의 슬롯들을 포함하고,

   상기 슬롯들은 상기 관형 엘리먼트의 제 1 단부에서 종결하는 적어도 2개의 전기 전도성 나선형 프롱(prong)들을 형성하며, 상기 나선형 프롱들은 상기 관형 엘리먼트로부터 상기 결합 엘리먼트의 제거 시도시, 상기 포스트 상에 기계적 저항을 가하도록 작용하며, 상기 관형 엘리먼트는 상기 관형 엘리먼트의 세로방향 축에 수직인 평면에 대해 15°내지 75°의 각도로 슬라이스(slice)되는,

   다중-접촉 전기 커넥터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 관형 엘리먼트의 다수의 프롱들은,

   관형 재료의 레이저 컷팅, 관형 재료의 플라스마 에칭, 관형 재료의 패턴 에칭, 관형 재료의 패턴 도금, 관형 재료의 층 도금, 관형 재료의 LIGA 도금 중 적어도 하나에 의해 형성된,

   다중-접촉 전기 커넥터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 관형 엘리먼트는 원형 횡단면(cross section)을 갖는 중공(hollow) 실린더이고,

   상기 슬라이스의 각도는 상기 실린더를 따르는 위치에 따라 가변하는,

   다중-접촉 전기 커넥터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 갖고,

   상기 제 2 단부와 상기 제 1 단부는 상호 교환 가능한,

   다중-접촉 전기 커넥터.
6. 엘리먼트들을 포함하는 전기 커넥터 소자로서,

   상기 엘리먼트들은,

   a. 전기 전도성 재료의 벽을 갖는 원통형 관;

   b. 최상부 단부와 바닥부 단부를 갖는 상기 관;

   c. 상기 최상부 단부와 근접한 전기 전도성 재료의 범프;

   d. 상기 벽을 통과하는 나선형 컷(cut)들에 의해 2개 이상의 프롱들로 분할되는 상기 원통형 관의 상기 최상부 단부;

   e. 상기 원통형 관의 축에 수직인 평면에 대한 일 각도(an angle)로 배열된 상기 나선형 컷들을 포함하며,

   f. 이로써 상기 프롱들이 상기 범프와 맞물림(engage)으로써 상기 범프 상의 여러 개의 지점들에 전기적 접촉을 형성하며, 상기 나선형 컷들의 상기 각도는 상기 커넥터 소자의 세로방향 축에 수직인 평면에 대해 15°내지 75°인,

   전기 커넥터 소자.
7. 볼 그리드 어레이(ball grid array) 단자들을 갖는 마이크로전자 소자들을 위한 소켓으로서,

   a. 최상부 표면 및 바닥부 표면을 갖는 유전체 기판;

   b. 최상부 단부 및 바닥부 단부를 갖는 하나 이상의 접촉 실린더들 ― 상기 접촉 실린더들 각각은 얇은 금속 벽을 가지고, 상기 접촉 실린더들 각각의 상기 최상부 단부는 상기 벽을 통과하는 2개 이상의 나선형 컷들을 가짐 ―; 및

   c. 상기 최상부 표면 상의 하나 이상의 금속성 접촉 패드들 ― 각각의 패드는 각각의 상기 접촉 실린더의 상기 바닥부 단부와 결합되도록 성형되고, 상기 접촉 실린더들 각각의 상기 바닥부 단부는 상기 접촉 패드에 영구적으로 부착됨 ―을 포함하며,

   이로써 상기 접촉 실린더들 각각은 결합하는 상기 접촉 패드와 전기적으로 접촉하며, 상기 나선형 컷들의 각도는 상기 접촉 실린더들의 세로방향 축에 수직인 평면에 대해 15°내지 75°인,

   소켓.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 접촉 패드는 상기 기판의 상기 최상부 표면의 원통형 함몰부(depression) 상에 형성되는,

   소켓.
9. 차폐된 전기적 접속들을 형성하기 위한 동축 커넥터 소자로서,

   a. 최상부 표면과 바닥부 표면을 갖는 제 1 유전체 기판;

   b. 최상부 단부 및 바닥부 단부를 갖는 전도성 신호 접촉 실린더 ― 상기 최상부 단부는 2개 이상의 나선형 프롱들로 컷팅되고, 상기 바닥부 단부는 상기 제 1 기판의 상기 최상부 표면에 부착됨 ―;

   c. 최상부 단부와 바닥부 단부를 갖는 전도성 차폐 실린더 ― 상기 바닥부 단부는 상기 제 1 유전체 기판의 상기 최상부 표면에 부착됨 ―;

   d. 상기 신호 접촉 실린더를 둘러싸기 위해 배치된 상기 차폐 실린더;

   e. 최상부 표면과 바닥부 표면을 갖는 제 2 유전체 기판;

   f. 상기 제 2 유전체 기판의 상기 바닥부 표면 상의 전도성 접촉 포스트를 포함하며;

   g. 이로써 상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판 쪽으로 하향하도록 가압(urge)될 때, 상기 제 1 기판 상의 상기 신호 접촉 실린더의 상기 최상부 단부와 상기 제 2 유전체 기판 상의 상기 포스트 사이에 전기적 접촉이 형성되는,

   동축 커넥터 소자.

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