MXPA01004983A

MXPA01004983A - Control de la expansion termica de acoplamientos electricos.

Info

Publication number: MXPA01004983A
Application number: MXPA01004983A
Authority: MX
Inventors: Kristopher Frutschy
Original assignee: Intel Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2002-04-24
Also published as: CN1127782C; KR20010080602A; JP2002531928A; CN1328716A; AU1197900A; MY121828A; US6221459B1; KR100430140B1; WO2000033427A1

Abstract

Un acoplamiento (10) tal como un enchufe puede acoplar un dispositivo electrico a otro y puede reducir la expansion termica diferencial entre los dos dispositivos acoplados. Por ejemplo, un enchufe montaje superficial (10) puede expandirse de manera diferente en relacion a un tablero de circuitos impresos (20) . Incorporando una estructura que tenga un coeficiente de expansion termica que es igual al coeficiente de expansion termica del tablero de circuitos impresos, la expansion termica diferencial puede ser disminuida y la posibilidad de dano mecanico puede ser reducida.

Description

CONTROL DE LA EXPANSIÓN TÉRMICA DE ACOPLAMIENTOS ELÉCTRICOS Antecedentes Esta invención se relaciona de manera general con acoplamientos que acoplan mecánicamente un componente eléctrico a otro de tal forma que la expansión térmica de un componente afecta al otro componente. Muchos conectores eléctricos conectan fisica y eléctricamente un dispositivo electrónico a otro. Por ejemplo, puede - utilizarse una variedad de enchufes o contactos para conectar un dispositivo electrónico de circuitos integrados empaquetado a un tablero de circuitos impresos. De este modo, el conector o enchufe conecta físicamente los dos elementos juntos y proporciona comunicación eléctrica entre los dos dispositivos. En algunos casos, donde los dos dispositivos están expuestos a altas temperaturas, pueden ocurrir fallas debido a la expansión térmica diferencial de los dispositivos conectados físicamente. Si un dispositivo se expande más que el otro, los dispositivos tienen una conexión fisica entre ellos, uno de los dispositivos puede fallar mecánicamente, ya sea en la conexión fisica o en porciones acopladas mecánicamente a la conexión fisica. Un ejemplo de una situación donde pueden ocurrir tales fallas es una conexión con paquetes de montaje superficiales. Los paquetes de montaje superficiales se conectan a los tableros de circuitos impresos por unión térmica o soldando el paquete al tablero. En lugar de utilizar pernos y clavijas eléctricas (similar al uso de salidas eléctricas convencionales) , las conexiones eléctricas unidas térmicamente o soldadas pueden efectuarse rápidamente en una forma automatizada. Sin embargo, cuando un conector es expuesto al calor, normalmente se expande. Cuando está en contacto físico con uno o más de. otros dispositivos, y aquellos dispositivos tienen diferentes coeficientes de expansión térmica, puede resultar la falla de la conexión entre los componentes. En muchos casos, las propiedades de un material que lo hacen buen material conector pueden hacer del material, un material pobre para otras aplicaciones. Por lo tanto, cuando materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica son conectados físicamente en conjunto, y expuestos al calor, existen posibles fallas mecánicas. De este modo, sigue existiendo la necesidad de una forma de reducir la expansión térmica diferencial entre componentes eléctricos.

Breve Descripción de la Invención De acuerdo con una modalidad, un acoplamiento eléctrico incluye un cuerpo y una estructura acoplada al cuerpo. La estructura limita la expansión térmica del cuerpo.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en corte transversal, amplificada de enchufe de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 2 es una vista en elevación lateral del enchufe o conexión mostrado en la Figura 1 en posición entre un paquete de circuitos integrados y un tablero de circuitos impresos; La Fig-ura 3 es una vista superior en planta de la modalidad mostrada de la Figura 2; y La Figura 4 es una vista en corte transversal tomada generalmente a lo largo de la linea 4-4 en la Figura 2.

Descripción Detallada Refiriéndose a la Figura 1, el conector eléctrico puede ser utilizado para acoplar uno o más componentes o dispositivos eléctricos juntos. El conector 10 proporciona un acoplamiento tanto eléctrico como mecánico entre los componentes. En una modalidad, el conector 10 puede ser un enchufe o conexión de montaje superficial que permite que un componente eléctrico sea acoplado por técnicas de montaje superficiales a otro componente eléctrico. El conector 10 puede incluir un cuerpo 14, el cual, en una modalidad, puede estar formado de plástico moldeado. Una pluralidad de contactos de montaje superficiales 12 los cuales, en una modalidad de la invención, pueden ser esferas de soldadura para implementar un enchufe o conexión con un arreglo cuadriculado de esfera son asegurados al conector 10. Aunque el conector 10 puede utilizar una variedad de otras técnicas de conexión eléctrica, las conexiones de montaje superficial son deseables en una modalidad. Extendiéndose a través del cuerpo 14 se encuentra una estructura que controla la expansión térmica 16. La estructura 16 limita la extensión térmica del cuerpo 14. De este modo, en general, la estructura 16 tiene un coeficiente de expansión térmica menor que el cuerpo 14 y por lo tanto limita su expansión térmica si está unida a la estructura 16 y si la estructura 16 tiene una rigidez mayor que o igual a la del cuerpo 14. En una modalidad de la invención, la estructura 16 puede estar formada de una pluralidad de elementos discretos 16 los cuales pueden ser conectados al cuerpo 14 por una variedad de técnicas convencionales, incluyendo el sobremoldeo de la estructura 16 en el cuerpo 14. Los componentes que forman la estructura 16 pueden ser filamentosos. Los elementos correspondientes de la estructura 16 pueden extenderse en otras direcciones para proporcionar estabilidad térmica en aquellas direcciones también. Por ejemplo, un patrón cruzado de elementos filamentosos puede formar la estructura 16, evitando la expansión térmica en al menos dos direcciones.

En una modalidad de la invención, la estructura 16 puede estar formada de filamentoso metálicos. Por ejemplo, un material filamentoso ventajoso es el cobre. En algunos casos, el cobre domina las características térmicas de los dispositivos electrónicos a los cuales el conector 10 puede ser conectado. Por ejemplo, los tableros de circuitos impresos (PCB) tienen características mecánicas, las cuales en algunos casos, pueden ser fuertemente influenciadas por sus conductores .de cobre que atraviesan el PCB. De este modo, las características térmicas (y particularmente las características de expansión térmicas) del conector 10 pueden ser igualadas con aquéllas de los dispositivos a los cuales el conector 10 puede ser asegurado mecánicamente. Donde aquellos dispositivos caracterizados por las características térmicas del cobre, haciendo la estructura 16 de alambre de cobre puede ser ventajoso. Aunque la estructura 16 se ilustra como si fuesen una pluralidad de alambres de cobre, pueden ser utilizados otros materiales también. Además, pueden ser utilizadas fibras que tengan características de expansión térmicas deseables. En general, cualquier estructura 16 que iguale o haga que las características agregadas igualen las características de expansión térmica de un dispositivo al cual el conector 100 está acoplado pueden proporcionar características térmicas mejoradas.

Pasando ahora a la Figura 2, el conector 10 puede acoplar un par de dispositivos electrónicos 18 y 20. En la modalidad ilustrada en la Figura 2, el dispositivo electrónico 18 puede ser un dispositivo de circuitos integrados empaquetado. El dispositivo electrónico 20 puede ser un tablero de circuitos impresos. De este modo, si el conector 10 es un enchufe de montaje superficial, los contactos 12 pueden formar una conexión del montaje superficial al dispositivo electrónico (por ejemplo el PBC) . Sin embargo, la conexión entre los dispositivos 10 y 18 puede tomar una variedad de otras formas también. En una modalidad ilustrativa, puede utilizarse una conexión de perno y orificio o una técnica de arregla de cuadricula de perno (PGA) para conectar los dispositivos 10 y 18 mientras que puede ser utilizada una técnica de montaje superficial para conectar los dispositivos 10 y 20. Sin embargo, el alcance de la presente invención no se limita de ninguna manera a la técnica de conexión particular utilizada. Refiriéndose ahora a la Figura 3, la conexión de montaje superficial puede efectuarse entre el conector 10 y el dispositivo electrónico 20 el cual puede ser un PCB. Con el dispositivo electrónico 18 removido y en una modalidad en la cual se utilizó una técnica de conexión de perno y orificio, como se muestra en la Figura 4, el conector 10 puede incluir una pluralidad de orificios 22 los cuales reciben pernos sobre el dispositivo electrónico 18 y proporcionar una conexión tanto eléctrica como mecánica. La estructura 16 en la modalidad ilustrada en la Figura 4 está formada de una red transversal de filamentos 16a y 16b. Los filamentos pueden ser formados en el conector 10, extendiéndose a través de la región entre hileras y columnas de orificios adyacentes 22. De este modo, la estructura 16 puede lograr las características térmicas deseables sin afectar de manera adversa las características eléctricas del conector 10. En algunas modalidades, haciendo la estructura 16 de un aislante, la posibilidad de cortos inadvertidos puede disminuir. Refiriéndose nuevamente a la Figura 2, si las características térmicas del dispositivo electrónico 20 son tales que el dispositivo experimente menos expansión térmica que el conector 10, entonces podria ocurrir una falla mecánica en la conexión de los dos dispositivos. Esto se debe a que el conector 10 puede expandirse más o menos que el dispositivos 20. Por ejemplo, en algunos casos, puede ser deseable formar el conector 10 de un polímero de cristal liquido (LCP) . Por ejemplo, un polímero de cristal liquido puede tener características de moldeo deseables las cuales lo hacen un candidato deseable para formar un conector 10, el cual actúa como un enchufe para otros dispositivos de circuitos integrados. Sin embargo, los LCP tienen coeficientes de expansión térmica, los cuales pueden ser significativamente mayores que aquéllos de los PCB convencionales formados de materiales de PCB comunes tales como el FR4. De este modo, cuando los dispositivos son expuestos al calor, pueden ocurrir expansiones térmicas diferenciales, dando como resultado fallas. Un ejemplo donde los dispositivos pueden ser expuestos a un calor considerable es cuando los dispositivos son. conectados utilizando técnicas de montaje superficial térmicas tales como el reflujo de soldadura. Otra situación que puede exponer los dispositivos a un alto calor es la prueba de confiabilidad térmica. Igualando las características térmicas del conector 10 con las características térmicas del dispositivo electrónico 20, el porcentaje de fallas debido a la expansión térmica diferencial puede reducirse. Igualando la expansión térmica de la estructura 16 con la del dispositivo electrónico 20, las características de expansión térmica del conector compuesto total 16 pueden ser controladas para igualar a aquéllas del dispositivo electrónico 20. A saber, la estructura 16 puede ser de rigidez y fuerza suficiente de modo que resista la expansión térmica del cuerpo 14 en relación al dispositivo 20. Esto puede dar como resultado una expansión térmica diferencial reducida y potencialmente porcentajes de falla reducidos de las conexiones.

Aunque la estructura 16 se mostró como si estuviese integrada al conector 14 utilizando sobremoldeo como ejemplo, la estructura 16 puede ser unida en una variedad de otras formas para controlar la expansión térmica del cuerpo 14. De igual modo, aunque la estructura 16 se ilustró como si tuviera una estructura de forma rígida, también pueden ser utilizadas otras formas, incluyendo formas de hoja plana, formas filamentosas y arreglos laminales. Por ejemplo, puede formarse una lámina que contenga fibras particuladas que tengan las características térmicas deseadas en el cuerpo 14. De igual modo, pueden ser integradas partículas de características térmica0 deseadas en el material que forma el cuerpo 14 para controlar la expansión térmica. En una modalidad el dispositivo 18 puede ser un procesador. El conector 10 puede ser un enchufe o conexión de arreglo de cuadricula de esferas y el dispositivo 20 puede ser un PCB. El enchufe o contacto puede ser formado de alambre de cobre sobremoldeado por LCP. Aunque la invención ha sido descrita con respecto a un número ilimitado de modalidades, aquellos expertos en la técnica apreciarán numerosas modificaciones y variaciones de la misma. Se pretende que las reivindicaciones anexas cubran todas aquellas modificaciones y variaciones que caigan dentro del espíritu y alcance verdaderos de la presente invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulte claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Un acoplamiento eléctrico, caracterizado porque comprende un cuerpo y una estructura acoplada al cuerpo para limitar la expansión térmica del cuerpo.
2. E-l acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo tiene un primer coeficiente de expansión térmica y la estructura tiene un segundo coeficiente de expansión térmica, la estructura está adaptada para hacer que el cuerpo exhiba sustancialmente el segundo coeficiente de expansión térmica.
3. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la estructura está integrada dentro del cuerpo.
4. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el cuerpo se forma por moldeo y la estructura es moldeada en el cuerpo.
5. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el cuerpo incluye elementos que acoplan el cuerpo a un par de dispositivos electrónicos .
6. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el cuerpo incluye una conexión de montaje superficial.
7. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el cuerpo tiene dos lados y está adaptado para recibir un dispositivo de circuitos integrados en un lado y para hacer una conexión de montaje superficial a un tablero de circuitos impresos sobre el otro lado.
8. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la estructura está formada de alambre de cobre.
9. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la estructura está formada de alambre de cobre arreglado con un patrón de cuadricula transversal.
10. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el coeficiente de expansión térmica de la estructura es menor que el coeficiente de expansión térmica del cuerpo.
11. El acoplamiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo está formado de un polímero de cristal liquido.
12. Un método para acoplar componentes electrónicos, caracterizado porque comprende: asegurar una estructura que contiene un coeficiente de expansión térmica a un cuerpo que tiene un coeficiente de expansión térmica diferente que el de la estructura; y asegurar el cuerpo a un dispositivo electrónico que tiene un coeficiente de expansión térmica que es sustancialmente igual al coeficiente de expansión térmica de la estructura.
13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye el montaje superficial del cuerpo sobre un tablero de circuitos impresos.
14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye enchufar un circuito integrado empaquetado en el cuerpo y acoplar eléctricamente circuito integrado a través del cuerpo a otro dispositivo electrónico.
15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye además formar el cuerpo por moldeo.
16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque incluye sobremoldear la estructura en el cuerpo.
17. Un enchufe o conexión para acoplar un dispositivo electrónico fisica y electrónicamente a otro dispositivo electrónico, el enchufe o conexión se caracteriza porque comprende: un cuerpo que tiene un primer coeficiente de expansión térmica; y una pluralidad de filamentos que tienen un segundo coeficiente de expansión térmica que se extienden a través del cuerpo y están adaptados para limitar el coeficiente de expansión térmica del cuerpo al segundo coeficiente de expansión térmica.
18. El enchufe o conexión de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el enchufe o conexión es un enchufe o conexión de montaje superficial.
19. El enchufe o conexión de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque los filamentos comprenden una pluralidad de alambres generalmente paralelos.
20. El enchufe o conexión de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque incluye un primer conjunto de alambres que se extienden en una primera dirección y un segundo conjunto de alambres que se extienden generalmente transversal a éstos.