TWI408848B - 高效能電連接器 - Google Patents

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Description

高效能電連接器
本項申請案主張美國臨時申請案第60/774,725之權益，該申請案於2006年2月17日提出申請，代表Decision Track LLC，Subchapter S公司與本案之受讓人共有一般所有權。該臨時申請案之內容以引用方式併入。
本發明係關於一種微形電連接器，例如，球柵格陣列(BGA)連接器，包含接腳直徑小於1毫米、間距小於2毫米的連接器。本發明的一或多個實施例係關於高效能電連接器，這些連接器主要適用於將高電流(與大致相等尺寸的連接器相比而言)與高頻(RF)訊號傳送到高效能微電子裝置，例如(但不限於)積體電路(“IC”)－包括微處理器、用於周邊功能與RAM記憶體的晶片。
連接器廣泛用於使微電子裝置(例如，微電子積體電路(“IC”)、印刷佈線板、系統板、背平面與各類電纜)互連的電子設備中。插座是一種用於將電子裝置上的端子連接到印刷電路板或其他類電氣互連機制上的對應觸點的連接器。它通常是一種用於使某一插入陣列中的凹型元件與凸型元件相囓合的陣列。另外，插座在系統中經常被用於：(a)測試電子裝置的效能(目前市面上已開發出各類插座，用於連接到具有各種端子與組態的待測元件(“DUT”))，或(b)在提高溫度時燒機(burn－in)用。電纜連接器是另一類連接器，一般都被用來將電氣纜線上的端子陣列連接到一群平行電氣連線或其他連接器。背平面連接器與板際連接器是另一種用於將某一印刷佈線板上的端子陣列連接到另一印刷佈線板上的端子陣列的連接器。
先前的連接器技術一般會因為接觸器類別以及期望的最終使用方式(也就是－應用)而有所不同。因此，用於插座應用的連接器一般都被設計用於和一些有某類裝置端子的微電子裝置之間作電氣接觸－使用插座作接觸的裝置端子種類包括：接腳柵格陣列(PGA)、丁狀引腳、鷗翼式引腳、雙列直立式(DIP)引腳、球柵格陣列(BGA)、列柵格陣列(CGA)、平坦金屬焊墊(LAN柵格陣列或LGA)，等等。為了要為具有這許多不同類端子的微電子裝置提供插座，目前已經為插座開發出許多的接觸器技術。除上文所述者外，先前的連接器技術尚可分為以下各種類別：低插入力(LIF)插座、零插入力(ZIF)插座、自動載入插座、燒機插座、高效能測試插座、以及量產插座(亦即，用於產品的插座)。除前述之外，先前用於燒機與產品應用的低成本插座一般都包含有衝壓彈簧(stamped spring)與成形彈簧(formed spring)的接觸器以便接觸DUT上的端子。除前述之外，在高接腳數的先前技術插座中，通常會從側面使用一個凸輪將裝置端子推向對應的接觸器以便與各彈簧之間有良好接觸，而可容許低插入力或零插入力。
在特殊應用中，先前的連接器技術採用許多種接觸器，包括非等向性導電片、平坦彈簧、平版印刷製成的彈簧、微毛按鈕(可由伊利諾州，倫巴德的辛屈公司取得)、彈簧線、筒狀連接器、彈簧叉，等等。先前在一些需要許多測試接合循環(也被稱為插座插拔循環)等應用所用的先前技術插座一般係使用例如Pogo彈簧接觸器類型(可由加州波姆那的艾佛瑞查爾斯科技公司獲得)之彈簧接腳接觸器。電子測試工業所用的彈簧探棒可以有許多不同的型態，包括簡單接腳以及同軸接地接腳。大部份先前技術的彈簧探棒包含有一置於頂柱(用於接觸DUT上的端子)與底柱(用於接觸電路板－測試板或“待測物承載板”－上的觸點)之間的螺旋線狀彈簧。
先前技術所用的插座一般都有數個接觸器佈置在一孔洞陣列(散佈在一介電載具上)中。舉例言之，一高效能、先前技術所用的插座可包含多個Pogo彈簧觸點，各觸點都被固持在一接腳載具上，載具上有大量的孔洞穿過一塊薄薄的介電盤。在一高效能、先前技術測試插座上的介電材料一般可選用在尺寸上穩定的聚合物材料，這些材料可以是：玻璃強化多隆5530，可由賓州綠町的象限工程塑膠產品公司取得；維斯波；優爾坦2000，可由麻州匹茲費爾得的GE公司GE塑膠取得；PEEK；液晶聚合物；等等。一般選用並設計個別Pogo彈簧觸點的原則是在五十(50)歐姆的阻抗準位上傳導訊號。在某些高效能、先前技術組態中，接觸器是一種同軸式接觸器，具有一中心彈簧接腳，與一包覆在圓柱狀、同軸、接地遮蔽內的接觸桶狀體之間留有間隔以便達到期望的訊號阻抗，一般是五十(50)歐姆。
用於將一印刷佈線板接到另一印刷佈線板等應用的連接器可以被分類為：邊緣連接器、桶內接腳連接器、衝壓彈簧連接器、彈簧叉連接器、LAN－柵格陣列連接器、導電性合成橡膠連接器，以及本項技術中所知的各類連接器。
用於扁平電纜的纜線連接器大致上和印刷佈線板與印刷線路佈線板連接器相似，但有一項新增的特性便是連接器的一邊是連接到可撓纜線或一排扁平的電線而不是連接到印刷佈線板。與一圓束電線配接的電纜連接器的一般形狀是將接腳包含在桶狀體中，而桶狀體中則有一彈簧，用以將接腳維持在定位，並由側面對接腳施加力量以便建立可靠的電氣接觸。包納在桶狀體元件內的彈簧可以是彈簧插入器、一束彈簧線、或者是在桶狀體內的整合式彈簧。
用於將IC置入插座內的連接器種類是一種專門性技術，而在電子工業中很重要。將BGA端子用在IC封裝這項技術的目前發展使得人們必須在BGA端子的配接上採用各類新型插座，以便增加端子數以及面積密度。BGA插座的發展有數種方向。其中之一便是採用凸輪驅動的彈簧線來接觸各球體的側面。在可以接受高成本插座的某些應用中，已經在BGA插座中採用彈簧接腳或Pogo接腳。
用於量產市場應用的低成本BGA插座已經發展出使用衝壓彈簧與成形彈簧來托住BGA內的各個球體並提供某種使彈簧連接器與接合球相接觸的機械相配方法。各種衝壓彈簧與成形彈簧被配置使用二或更多個成形彈簧抓住各個球體，且從而在機械式地固持住球體時產生正電氣接觸。機械衝壓與成形彈簧可以達到的尺寸以及密度受限於現有能力而只能達到某一大小。雖然衝壓彈簧與成形彈簧的製造技術持續在進步，但以此種方式製成的插座在密度方面仍受限於極小微形化彈簧在衝壓與成形時的複雜度。再者，衝壓與成形彈簧的機械相配程度在一垂直於球體基質的垂直方向上一般都不大。因為在垂直方向上的小相配程度，一個微形衝壓與成形彈簧可能無法配合接觸器支架相對於一與之接合球體的運動，並因而無法承受振動、機械衝擊負載與力量、彎曲等使連接器在球體表面上滑動的因素。工業界已知某一觸點相對於一接合觸點的重複性微小運動將產生可能引致接觸失敗的熔塊或小形顆粒碎屑。
衝壓彈簧觸點與成形彈簧觸點一般都被固持在一穿過模造塑膠外殼的塑形洞陣列中來形成一連接器組件。隨著連接器組件愈作愈小，製模與組裝過程便愈形困難，而成本也逐漸增加，如此便使採用成形彈簧接觸的連接器發展到超高密度的可能性受到限制。
至於BGA插座，目前也已經開始採用一些藉由螺旋狀電線束與球體底部區域達成電氣接觸的接觸器來建構，其所採用的電線是由彈性材料、懸臂彈簧、平版印刷成形平坦彈簧與其他將力量垂直加到接合球(mating ball)的接觸器所製成。垂直力在與BGA的球體間產生良好接觸這方面是必須的，而這種接觸器在有大量球體或凸塊(bump)的BGA包裝中是重要的一環。例如，在BGA插座中，將力量垂直加到1200個接觸凸塊的夾力將高達30公斤重，如此才能與各個接觸凸塊達成適當的接觸。隨著接觸突出的數量已增加到數千個，在BGA插座中，由垂直方向施加力量以便與凸塊相接觸所需的夾力已逐漸造成了問題。
就如一般技藝人士所熟知般，先前連接器技術的主要功能是在提供與電氣端子間可靠、可重複的電接觸，而不至於對彼此造成傷害。再者，一個連接器在產品生命週期(包括重複的溫度循環、機械衝擊、振動與彎曲)內必須提供低阻抗連接。因此，接觸阻抗是連接器可靠度的一種評價標準，其係由數次溫度循環試驗、數次落下試驗、數次彎曲試驗與振動的G－力水平等函數所決定。由於連接器的尺寸愈作愈小，因此必須增加其可靠性以便符合未來電子系統的需求。
電子裝置在密度與速度方面的進步對於連接器產生了額外的要求。特別是，電子系統佈線密度的持續增加使得連接器密度(由每單位面積的觸點數目所決定)也必須要有相對應的進步。再者，在較高的頻率與時脈速度下，連接器的尺寸與自感應便成為系統效能的一項重要限制。除了感應係數較低之外，未來電子系統也要求在阻抗控制與遮蔽方面有所進步。
有鑒於此，雖然在先前技術中已有許多的連接器技術，連接器技術仍然需要符合以上所述尺寸較小、密度較高與性能較高等方面至少一項要求。
以下是與本發明有關的專利表列。
美國專利第3,676,838號專利，相信是與本發明最為相關的發明，其中揭示一項夾鉗狀的連接器，在用於夾住插頭的球狀接腳之插座中具有U－形元件。雖然其尺寸實質上較本發明為大，其夾握機制的結構(特別是如圖5與6所示般)依賴一對位在承接插座上相對的可擴展握把上的止動裝置。與本發明不同的是，其夾握機制在嘗試要將接腳取出時不會縮緊，且需依賴止動機制的邊界才能夾緊並維持其位在插座內的位置。如果止動裝置與球體的尺寸並不相配、不一致或者鬆動，那麼，便可能造成抓握力不一致而喪失抓握能力。
美國專利第5,887,334號是將球形接腳插入夾握式插座的止動裝置之另一例。折疊翼用於抓握球狀尖端。其發明中有許多與’838專利相同的特點。
美國專利第Re.36,422號說明一種用於與球柵格陣列相連的配接器。節距尺寸大於或等於1毫米，而其孔洞大小則為300微米左右。在嘗試取出時並未明顯提供有抓住接腳的機制。
美國專利第5,669,774號說明一種在球柵格陣列插座上安裝花瓣狀尖齒，用於抓取球形陣列上的球體，這一特點與838號專利類似。
美國專利第5,518,410號說明一種從球到環的接觸，其中插座接觸器元件在插入插座時由一個凸輪使之旋轉。
美國專利第6,264,476號說明一種基於線分段(wire segment)的介入器，其具有同軸遮蔽式插座元件，其中的電線如果是彈性的，且在某些組態下可能有抓握的功能，則電線將環繞著絕緣核心，如範例圖2與圖3b所示般，但很明顯地，該發明並未揭示或建議此種機制。
美國專利第6,846,184揭示許多種由彈簧組成的接觸器，這些彈簧衝撞但並不抓握其所面對的接觸按鈕。這類接觸器不應與球體抓握陣列插座相混淆。
市面上也有其他各類球柵格陣列連接器，例如：具劈開金屬箍的香蕉插頭、介入器、接腳陣列，等產品，但相信其與本發明之間的關聯並不如前述各項專利。
根據本發明，有一個插座連接器被提供作為在一陣列中與一金屬柱產生電連接之用，更具體而言，本發明係關於一種導電金屬球，其中連接器的內凹元件(female element)利用具有末梢尖端的彈性岔齒抓住端子柱，其可使用低插入力，但卻仍可維持正接觸，且當嘗試將之取出，則將因為內凹元件會因此增加其所施加在端子柱上的力量而無法取出。更具體而言，內凹元件包含一由彈性導電材料所製成的管，這一彈性導電管已被切成薄片並以螺旋方式被分割為岔齒，其節距可以在某一範圍內變化，而讓連接器的岔齒可以在金屬柱或凸塊沿著管縱軸插入時，環繞著金屬柱或球狀凸塊以螺旋方式打開，並以機械方式抓住金屬柱或凸塊。連接器管的岔齒在球體四周數個位置產生有效的電氣接觸。在某些實施例中的管狀元件是在管的末梢以至少兩道螺旋切割(用以形成相對的岔齒)切過管來形成彈性螺旋岔齒所製成的，其螺旋切割是由大約管的中間部位到其中一末端。
根據本發明所製作的連接器內凹岔齒較宜於可在球的最大周邊抓住球以便使球維持在管內。使用雷射切割技術在金屬管的一個末端製作螺旋岔齒便可以製作一種可以承接小如覆晶凸塊所用球體(亦即，直徑大約為200微米)的微形連接器。根據本發明所製作的連接器可以將球體維持在彈性螺旋岔齒內，儘管有振動或機械壓力也仍能產生良好的電氣接觸。
與傳統連接器相較之下，本發明具有許多優點。例如，本發明的一項實施例提供一種接觸密集凸塊陣列(例如，錫球)的機制，所使用的連接器僅僅稍大於球體，因此，比起先前技術而言，凸塊可以更緊密地被放置在定位上。例如，使用雷射切割一個薄牆不銹鋼管所製成的連接器之外徑可以只比球體直徑大上100微米，如此便可使連接器間的間隙非常小而形成高密度的連接器陣列。
本發明的另一項優點在於管狀連接器的第一末端上有與第一球體囓合的螺旋岔齒，而在與第一末端相對的第二末端處另有與第二球體囓合的螺旋岔齒，藉以使第一末端的尖端得以有彈性地將第一球體拉向第二球體。此項優點讓使用者可以採用一陣列的此種連接器將電子裝置附著在基板上，而無需使用機械固定器件施加力量將裝置推向基板。
本發明對於連接器而言尚有另一項優點便是低自感應。通過管的薄雷射切割槽讓穿透進入管內部的磁通量較螺旋線狀彈簧所可穿透的磁通量為少。本發明的連接器的自感應可以藉由將螺旋岔齒作短而進一步降低，因為它們自管狀連接器周圍的實心周長(solid girth)往外延伸一小段距離。依據本發明的這些與其他特點便可以製成高效能的連接器。
本發明的實施例存在有一項以上的這些益處。前文已說明這些與其他優點，以下將以更具體的方式加以說明。
本發明的各類額外目的、特性、以及優點可藉由參考以下所作的詳細說明以及圖式而更容易完全瞭解。
本發明的主要目的是為了要提供一種高效能連接器，用於與電子裝置上的微形端子間產生可靠的電氣連接，這些微形端子的排列一般都相當緊密。更具體而言，本發明的實施例提供一種圓柱狀金屬管，這金屬管以螺旋圖案的狹縫切割成數片岔齒，可用於與環繞在它周邊的端子柱相接觸並在該處提供電氣接觸。
如圖1A所示，連接器18包含一中空的圓柱狀金屬管，在此例中，該金屬管被螺旋狹縫10切穿而形成四個斜切式岔齒12，其末端是四個頂端14。岔齒12被金屬管未被切割部位的圓柱狀軸環區16給固持在定位上。岔齒用於抓住一沿著連接器18的軸心被插入的柱。柱(未顯示在圖中)最好是球形尖端。但是，相信如果是接合區的外徑稍大於管內徑的圓柱狀或截頭圓錐形尖端也涵蓋在本發明實施例的合理精神與範圍內。根據一個以上的較佳實施例，連接器18是由第304類不銹鋼管所製成的，其內徑為440微米，而外徑則為550微米。此種現有材料可以由加州波威的K－管公司購得。使用(例如)Nd－YAG雷射在管周圍沿著一條750毫米(順著管軸心所量到的長度)的螺旋路徑切割出四條20微米寬切割線的螺旋狹縫10。狹縫10一般都是以相對於一個垂直於管16軸心的平面成35°角切割而得。或者，狹縫10相對於管16的軸心所量得的角度為55°角。但是，與平面之間成15°到75°之間所切割出的狹縫10都涵蓋在本發明的範圍內。小於或大於這些角度將使岔齒無法正常運作。在雷射切割之後，管將被鍍上一層4微米厚的鎳以及一層1.5微米厚的軟金來形成一層用於與接合柱相接觸的高導電性表面。當管18被展開以容納沿著其縱軸插入的岔齒時，鋼核心提供了足以抓握住接合柱的彈性。設計如圖1A所示連接器的主要目的是要在一岔齒或在於或接近被插入岔齒頂端時與一個500微米直徑的金屬球產生電氣連接並將它完全抓住。在球的上游端其直徑較小，因此，該處所承受的維持力也較球的最大外徑處所承受者為少。因此，如果嘗試要將球取出，則由岔齒處開始，施加在球上的力量也逐漸增加(特別是當螺旋岔齒被誘導沿著管軸心散開時)，從而提高其對於被取出的抗拒能力。事實上，嘗試將球取出的力量將使岔齒伸張開來，並因岔齒嘗試要減少管的內徑空間而使往內的力量增加。在一具體實施例中(請見圖3A到3C)，球40是一個鍍有閃亮鎳覆膜以及一層2微米厚軟金鍍膜的鋼球。10gf的力量已足以將直徑為0.5毫米的金屬球插入接觸器管中並提供大約0.018歐姆的接觸阻抗。一旦囓合之後，球40便可被接觸器固持在定位上，而無需使用夾鉗或其它機械固持件。
雖然圖1A的實施例顯示有四個岔齒12，但熟知本項技術人士可瞭解的是，接觸器可以依需要包含任意的複數個岔齒(二個或更多個)以便用平衡的徑向力量抓住一個柱或球的四周。這與一個緊緊塞滿的線圈彈簧所不同的是，後者的末端僅對應到單一個岔齒，且因此並不能在管狀結構的末端提供相對岔齒的抓握力量。例如，圖1B的接觸器28包含兩個岔齒24，其遠側末端的終點在尖端22，而近側末端附著到管形成圓柱軸環26的部位。岔齒24是在圓柱狀金屬管的牆壁上切割螺旋狀溝槽所形成的。使一凸塊與接觸器28接合所需的插入力量根據切割線20的角度而定，在此實施例中，較佳的切割角度是在15°到75°之間，而更佳的角度則是在20°到70°之間，這角度是相對於一個垂直於管軸心的平面所量到的角度。如果改變切割線20相對於軸心距離(沿著連接器28)的角度，則可得到進一步的好處。例如，螺旋切割角度的指向可以由正變為負以便進一步降低連接器的自感應；線的指向也可隨著軸心距離的不同而有所不同來產生一條蜿蜓的切割線。另外，切割線20可沿著切割的軸心長度而改變其寬度。
連接器18的組成材料也是由304類不鏽鋼製成，其壁厚為0.05毫米。選擇連接器管材料厚度的原則是可提供使柱得以插入連接器所需的插入力，且較佳厚度係介於管內徑的2%到20%之間。圓柱管的厚度與材料可根據應用的需要而定。例如，其所用材料可為下列其中之一而無限制：各類不鏽鋼、回火鋼、鈹銅合金、磷青銅、各類銅合金、鎳鎢合金、鎳鉻合金、鎳錳合金、二元鎳與三元鎳合金、鈦合金，甚至是Nitinol類的合金。(Nitinol是NIckel TItanium Naval Ordance Laboratory的縮寫，意謂包含幾乎等量的鎳與鈦與其他彈簧材料的混合物的一族中間金屬材料，存在一些溫敏彈簧所具有的特性，例如形狀記憶與超彈性)。連接器可被鍍上銅、鎳、鈷、鈀、金，其合金，或者其他導電膜。在管上的一層高強度導電鍍膜，例如(但不限於)鎳－鎢合金、鎳－鈷合金、鎳－錳合金、鎳－釩合金或者其組合，可被用於進一步強化管的材料。在進一步實施例中，可在岔齒表面加上連接器潤滑劑以便降低熔塊並增強連接器的壽命。
另外，本發明的高效能連接器可用下列方式(但不限於此)製造：管狀材料的雷射切割、管狀材料的電漿蝕刻、管狀材料的圖案蝕刻、管狀材料的圖案電鍍(pattern plating)、管狀材料的層鍍(layer plating)、LIGA電鍍，或者其組合。連接器的製管材料一般都是圓柱狀，其剖面為圓形，但是橢圓形、正方形、或者多邊形的剖面管也屬於本發明的範圍。例如，管可以是剖面為圓形的圓柱管，但其圓形剖面的四邊則被製成平坦狀。另外一種變化是將連接器製成基板載具結構的一部份。可以利用一些在本項技術中已知的處理方式(雷射退火、瞬間退火(flash annealing)、離子束處理、浸酸、淬火、熱處理及其他)來改進連接器彈簧材料的特性。
本發明實施例所產生的進一步優點是：在其所提供的雙末端式連接器中，各末端皆是可互換的，換言之，即相等的。圖2A、2B與2C是所提出的連接器中，底端與頂端相等的實施例，用於將連接器頂端與某一特定端子柱相接合所需的機械力量大約等於將連接器底端與某一特定端子柱相接合所需的機械力量。欲使二末端相等可以在管底端切出一個圖案，令其為管頂端所切出圖案的鏡像。鏡射圖案可以由一垂直於管軸心的平面所產生，如圖2B所示；也可以環繞著管軸心周圍的一個點產生鏡像，如圖2A所示。另外，底部圖案也可沿著軸心相對於頂部圖案旋轉而不至於影響頂部與底部圖案在操作時的相等性。
圖2A、2B與2C的雙末端式連接器在將此種連接器組裝至陣列時，在製造上有相當大的優勢。可以使用自動化設備將個別連接器插入載具薄板上的孔洞陣列中，而無需檢查與確定連接器的方位，不論是往上的或往下的組態皆是如此。在此實施例中，有數種雙末端式連接器形狀可以對凸塊(bump)提供相等的接合力。在圖2A所示的雙末端式連接器中，在頂端與底端的四個岔齒形成了一個右手螺旋。在圖2B中，頂端的四個岔齒形成一個右手螺旋，而底端的四個岔齒則形成一個左手螺旋。在圖2C中，頂端的四個岔齒與底端的四個岔齒與連接器軸線形成一個角度並形成一個Z字形圖案，其角度則沿該軸線隨著距離而變。雖然一個具有相等末端的雙末端式連接器提供了簡化製造組裝的優點，習知本項技術人士可了解到，本發明的雙末端式連接器的兩個末端在機械方面並不需要相等。例如，在某些應用中可能希望讓連接器的一個末端穩穩地附著在一接合柱上，並希望另一末端可以很容易地自與其接合的凸塊上鬆開。用於這些特定應用的高效能連接器其頂端與底端在機械方面將不會相等。
本發明的雙末端式連接器提供一種在電氣方面與機械方面與一對相對應的端子柱相連接並從而在其間提供高效能電氣連接的機制。圖3A顯示一種並置在頂部端子柱40與底部端子柱44之間的雙末端式連接器34。在此實施例中，底部端子柱44為焊在聚硫亞氨印刷佈線板33中，銅焊墊46上的0.5毫米直徑的錫－銀3.5 錫球。相應地，頂部端子柱40是一個鍍上一層薄鎳/金的0.5毫米鋼球，並以熱壓縮方式黏著到位在聚硫亞氨印刷佈線板30的一個通孔上的鍍金銅焊墊38上。連接器34是一個2.0毫米長的304不鏽鋼管，其內徑為0.44毫米，外徑為0.55毫米，沿著軸心在頂端與底端各被切割為四條軸向長度分別為0.75毫米的彈性螺旋岔齒36與38。圖3B顯示在被往下推並與底柱44相囓合並接合之後的連接器34。圖3C顯示一個後續步驟，其中頂部端子柱40藉由將印刷佈線板30往下推並使頂部端子柱40與連接器34的凸塊36囓合而與連接器34接合。圖3C中的連接器34將頂部端子柱40與底柱機械式地撐在一起，從而使之產生電氣連接。在將連接器34與端子柱44接合時，可以藉由基板30的振動而使大約20公克重的接合力大幅降低。
如同熟知本項技術者之所知般，一個連接器的陣列(例如34)可以用於將電子裝置(例如電路板30)電氣式或機械式地連接到一個系統(例如電路板32)而無需使用鉗子或機械限制物。連接器34可被配置有岔齒36與38，以便在接合時，藉由岔齒36環繞著端子柱40的鉗夾動作抓住端子柱40並將之往下推。同樣地，使用岔齒38的相似配置可以抓住端子柱44並藉由岔齒38環繞著端子柱44的鉗夾動作抓住端子柱40而將之往上推。藉由岔齒36與38的特殊設計，連接器34可以用於在將端子柱40及44與連接器34接合時將電路板30拉往電路板32。舉例言之，岔齒36的較佳設計是環繞著端子柱40周邊在柱40的最大圓周上或最大圓周之上的數個點製造接觸。藉由這種方法，第一電子裝置的基板30便可被安裝在第二電子裝置的基板32上而無需使用機械鉗或限制物。在接合時，連接器34將第一與第二電子裝置拉在一起並將它們固定在位置上－不論是水平方向或垂直方向。可以用足以克服將端子柱40與連接器34固持在一起的力量而將基板30的第一電子裝置往上拉以便將它拆開。
在某些需要將連接器34永久附著在電路板32的應用中，連接器34可被永久固定到基板32的端子柱44上，在此情況下，可以使用回焊方式使端子柱44上的焊錫凸塊溶解而使連接器34附著到印刷佈線基板32上的端子柱44上。在某些其他應用中，電路板30可被暫時連接到電路板32以便在對系統組件加熱而將電路板30永久連接到電路板32之前測試組裝後的系統。在這項應用中，凸塊40與44都由焊錫或包覆有焊錫的金屬球所構成，以便加熱可以使焊錫凸塊流動而將焊墊46焊到連接器34的岔齒38上並將連接器36的焊墊38焊到連接器34的岔齒36上。可以用止焊劑(solder stop)壁免焊錫流到叉齒36與38上，止焊劑可以是氧化鎳或其他在該技藝中所知者。
可以調整包含(但不限於)圖4A到圖4F所示之端子柱而與本發明之電氣連接器一併使用。圖4A的端子柱50是一個被焊接到印刷佈線板56上的銅焊墊54的錫球。焊塊一般都是在熔解與回焊凸塊時因為表面張力所形成的球形部位。錫球的核心可以是固態金屬，例如一個鍍鎳的銅球。也可用機械方式使塊形成錫柱與錫圓柱，就如可由佛蒙特州伯林頓的IBM微電子公司取得的圓柱柵格陣列一般。錫塊50一般都是軸向對稱的。
圖4B的端子柱60是一個固態金屬球，使用熱聲波或熱壓縮打件方式附著到印刷佈線板66的輪環狀金屬環64上。較適合採用熱聲波打件方式將鍍鎳/鍍金的銅球62打到鍍金的輪環狀銅環64上。在不適合使用焊塊的高溫應用中，可採用端子柱60來與本發明的高效能電連接器相接合。球62是一個金屬製成的球，其構成元素可為(但不限於)黃銅、青銅、不鏽鋼、碳鋼、銅、銀、鎳或其合金。金屬球62可以有一由鎳、蒙耐合金、金、鈀、銀、銠、鋨或其合金所製成的薄金屬層，以保護球體不被腐蝕。或者，球62也可由聚合物、玻璃、中空狀聚合物、或覆有薄金屬膜的其他介電材料所製成。端子凸塊60的球62可以有許多不同的形狀以便調節並控制接合到本發明的電連接器所需的囓合力量/解開力量。例如，一較大直徑的球與連接器34的底端接合，而另一較小直徑的球則與頂端接合以便讓頂端的球較容易與連接器34囓合/解開。
圖4C的端子柱70是一個金屬柱74，具有一軸向對稱頭72以及一被固持在印刷佈線板76的通孔78的伸長端。在工業界中，柱74一般都被稱為瑞士機械加工黃銅接腳。柱頭72有一個被製成凹槽或被切圓的頂部邊緣，可用於促進其與本發明的高效能電連接器相接合。
端子柱80是一個金屬突起82，是將一些諸如鎳、銅、鎳－銀、錫－銀的金屬鍍到基板86上的焊墊84所製成。端子柱80的頂部可由不同金屬製成以便促進其與連接器的接合。柱82的周邊可以是高度的函數以便進一步促進其與連接器34的接合。或者，柱70也可藉由蝕刻一層金屬(例如，銅、鎳及各種合金)而留下一個圓柱狀突起82來製成。
端子柱90是一個金屬球92，被軸環94固持在基板96的表面上。此種被拉高的柱90可以在與連接器34或本發明的其他實施例接合時，讓機械保持特性增加。舉例言之，可以先將輪狀環94鍍在基板96上來製作端子90。球92可以被選擇為一個在表面鍍上薄薄一層鎳或金的銅球。使用電子封裝所熟知的熱聲波打件或熱壓縮打件的方式將球92加入軸環94。
端子柱100提供有低側廓的優勢，這是其他映射在基板表面的端子柱所不具備的特點。柱100是藉由在電路板106的頂表面上切割一個輪狀環104而製成的。柱100的頂部102及側壁108與110被覆蓋薄薄的一層金屬(例如，銅)－通常是用無電佈種方式(electroless seeding)－接著再將銅電鍍到期望的厚度。熱柱100提供一與連接器34接合的凹表面110。
圖5B顯示在本發明之一或多個實例中，接合後的連接器組件130，而圖5A則顯示在接合之前，組件130的元件。球122被軸環124附著到基板126上，從而提供一用於與連接器132接合的端子柱。連接器132包含一金屬管，其中一頂端被一或多條螺旋狀狹縫自管的中間部位切割至末端，從而形成彈性螺旋岔齒134。岔齒134在近側末端維持與管的中間部位相連，而在末梢端則可自由收縮。連接器132在底端處被附著到基板120，而基板120則被焊錫146固持在電鍍洞140內。有一條線148透過通孔142被錫塊148連接到連接器132。球122藉由將基板126往下推而與連接器132接合，從而使彈性岔齒134由連接器132的軸心往外移開。岔齒134在球122的周長接近最大值之處接觸到球122的周邊。岔齒134在球122上往內推以便與球之間產生正電氣接觸而將球抓住並將它維持在連接器132之內。二或多個彈性岔齒在球周邊的二或更多點與球相接觸。
連接器組件130提供一種可以抵抗衝擊與震動的電氣接觸。彈性岔齒134抓住球122並且收縮而讓球可以在水平及垂直方向移動而無需將球122鬆開。機械應力、振動、機械衝擊、變形、以及熱循環將使岔齒134收縮但依然抓住球122。舉例言之，圖5C所示的是在垂直移動基板126時，將有一道應力施加在連接器132上並使彈性岔齒134在垂直方向上伸縮。岔齒134垂直伸張並收縮時，它們仍將抓住球122並保持連續的電氣接觸。再者，岔齒134的彎曲可大幅降低球與連接器132之間因為在組件130上的振動或其他機械應力所造成的摩擦。球122與連接器134的表面之間的摩擦力或“磨損”的降低可以改善可靠度並使連接後組件130的壽命得以延長。在本技藝中廣為人知的一點是一金屬表面與另一金屬表面之間的摩擦所造成的磨損將在接觸地點產生微細的碎屑顆粒，而此種碎屑將降低兩金屬間電氣連接的電氣可靠度。為了要降低磨損的現象，較佳的作法是環繞著連接器132的周邊以等距離切割出二條以上的狹縫來形成彈性岔齒134，其中所切割出的各狹縫相對於連接器軸心間的角度應介於15°與75°之間，而較佳之角度則在20°到70°之間。另外，較佳作法為，讓形成彈性岔齒134的狹縫長度沿著其中心點的一條虛構線所量到的長度至少為連接器132的管外部周長的一半以上。
連接器132的進一步改良152用於將球122沿著連接器的軸心推入連接器內。圖5D顯示的是經過改良的連接器152，該連接器調整各岔齒154之間的狹縫158，以便使量到的狹縫158沿著連接器軸心方向，遠離連接器152頂端的距離加寬。在球122與岔齒154相接觸的區域內，各狹縫158的寬度隨著其與連接器152頂端之間的距離增加而增加的作法使岔齒154可更進一步將球122拉進連接器152內。往內加在球122上的力量係由於岔齒152伴隨著球沿著連接器152的軸心運動所生收縮而來。往內加在球122上的力量係由於狹縫158隨著其與連接器152的頂端間距離而增寬所產生的岔齒154的收縮而來。要對球122產生一道往內的力量，並不需要使連接器152的岔齒突起，或者使連接器152的管壁傾斜，或者使岔齒154捲向管軸心，或者使管產生其他種變形。未接合連接器152的管內壁與外壁是筆直的，並且與管軸心相平行。未接合連接器152包含部份的直角圓柱，其管壁是一圈環沿著圓柱軸心的投影。較佳情況是該圈環係一圓，而圓柱則為一直圓形圓柱。因為連接器152在無需產生漣漪、凸塊、扭曲或者使連接器管體變形的情況下對接合球122施加一道內向或壓縮力量，因此很容易便可以使用雷射在管上切割一種與本發明之一或多個實施例一致的特定圖案來製作連接器152。
根據本發明的一或多個實施例，管狀連接器元件可被配置為一種如圖6B所示的同軸連接器組件200。同軸連接器組件200包括頂部基板180上的端子柱186、頂部基板上的端接環形物182，附著到導電插座212上的內部連接器190，以及一附著到底部基板208上的導電性輪環狀插座206的外部連接器198。在本發明的一或多個實施例中，內部連接器190被焊錫202連接到一條訊號線204，焊錫202並將線204連接到導電插座212上。線204可以是一條同軸電纜(未顯示在圖中，以便可以較清楚說明本發明的原則)的中心導體，其中有一同軸遮蔽與導電插座206之間有電氣連接。同軸連接器導組件200提供高效能的訊號連接，其中內部連接器190帶有一訊號，並有遮蔽使其免受周遭電氣干擾的影響。組件200也提供一值約為Z0 ＝601n(D/d)的受控阻抗的連接，其中D為外部連接器198的內徑，而d則是內部連接器190的外徑。
圖6A所示係接合前的同軸連接器組件200。雖然圖6A顯示外部連接器198及內部連接器190都固定在底部表面208上，但內部連接器可被固定在一底部基板上，而外部連接器198則可被固定在一頂部基板上。或者，內部連接器190及外部連接器198都可穿過介入器薄板而被固定，以便內部連接器與外部連接器的頂端(頂部末端)延伸到介入器薄板上而與頂部基板上的接觸端子相接合，而內部連接器與外部連接器的底端則將延伸到介入器薄板之下而與底部基板上的接觸端子相接合。機械振動(例如，超音波振動、音響振動、脈波衝擊，等)可被用於幫助連接器的接合與分開。
同軸連接器組件200的優點在於它提供一種簡單、可以很容易被微形化的同軸連接器。同軸連接器的一或多個實施例是可以自己鎖住而不需要鉗子、夾子、插接燈頭、蚌殼式支架或其他將接合觸點固持在一起的機制。可瞭解的是，在某些實施例中可能需要加上一個機械式限制物或鉗子以便確保在高機械應力的情況下，接合連接器仍能維持接合。進一步優點係由於連接器190與l98的機械相符性，如此可以在衝擊、振動、熱瞬流及機械應力時仍能維持可靠的同軸電氣接觸。本技術一般人士皆可瞭解到，連接器190與198可以是雙末端形式，其中頂端與底端在機械方面是相等的，以便簡化同軸連接器的量產組合，因為管狀連接器在被附著到基板208之前的方位可以是往上，也可以是往下。由於有這些及其他優點，使得同軸連接器的一或多個實施例可被用於電路板之間的高效能連接，或者用於安裝高頻微電子裝置，或者用於暫時連接到一個作為測試之用的電氣系統，或者用於將一條同軸電纜連接到另一同軸電纜，以及從事該產業者所熟知的其他應用。
圖7A是沿著某一實施例的剖面線A－A’所看到的剖面圖，其中有一採用雙末端式連接器300的連接器陣列320被佈置在一些穿過載具薄板316的洞中。在這實施例中，雙末端式連接器300有一個頂端及一個底端，二者有一點是相同的，即：將某一柱插入位於連接器300頂端的岔齒328所需的力量大約等於將同一柱插入位於連接器300底端的岔齒338所需的力量。連接器上有四個彈性螺旋岔齒326，其係由四個自連接器300的中間部位342延伸至連接器頂端的螺旋狹縫304所構成的。岔齒338的近側末端在連接器300的中間部位被附著在軸環區342四周，而遠側末端則可自由收縮。當一個端子柱沿著連接器300的縱軸被往下插入時，岔齒326將往外擴張離開軸心，以便容納端子柱並接觸到端子柱的周邊。
各連接器300被固持在載具薄板316的一個洞內，從而使連接器300的頂端由載具薄板垂直向上延伸，而底端則由載具薄板垂直向下延伸。各連接器300是一個不鏽鋼管304，有四個螺旋狀狹縫302與304自環繞在中間部位的軸環342處延伸到管的各個末端。狹縫302與304是0.05毫米寬的切片，由Nd－YAG雷射切過0.05毫米厚的管壁所製成。在典型實施例中，狹縫302與304與一垂直於管縱軸的平面間有30°的傾斜角。連接器300的管長度為2.0毫米，內徑為0.44毫米，而外徑則為0.55毫米。此處，黏劑318被用於環繞著各連接器的中間部位將載具薄板316與軸環342結合，而各連接器300則被黏劑318附著到載具薄板316上。載具薄板316包含一由0.05毫米厚的鈹－銅合金172所製成的頂金屬層308，以及另一也由0.05毫米厚的鈹－銅合金172所製成的底金屬層306，二者間夾有一薄層膠合介電膜310。黏劑318是一種B階環氧化物，由膠合介電材料310往外流，而膠合介電材料則包含一層0.05毫米厚的B階環氧化物、一層0.05毫米的聚硫亞氨厚膜、以及一層0.05毫米厚的B階環氧化物。由連接器陣列320的連接器300中選出的第一群連接器被金屬片312電氣式連接到頂部載具金屬層308上。如何將第一群連接器附著到載具薄板316的細節可以由圖8A的剖面透視圖更清楚地看出，圖中顯示金屬片312藉由金屬的彈性變形而被固持在管中間部位四周的軸環342上。金屬層308可將自連接器300中選出的第一群連接器連接到一配電線路或者接到一接地分配電路。另外，自連接器陣列320的連接器300中選出的第二群連接器被金屬片314電氣式地連接到底金屬層306。金屬層306可將選中的連接器300的第二群組共同連接到接地分配電路、配電電路、遮蔽電路或其他共接電路上。在圖7C中，連接器陣列的俯視圖顯示了第一群被選中的連接器被金屬片312共同連接到頂金屬層，而第二群被選中的連接器則被金屬片314(以虛線顯示)共同連接到底金屬層。
載具薄板316將一陣列的連接器300固持在預定的位置上。除了以上所述一項實施例的建構之外，一般技藝人士可瞭解到，也可使用載具薄板的其他種組態來固持本發明的連接器。舉例言之，載具薄板316可包含一或多層介電材料，例如：聚硫亞氨、G－10、優爾坦(可由GE聚合物公司取得)、玻璃強化環氧化物、金屬強化環氧化物、液態晶體聚合物材料，以及其他聚合物；以及一或多種黏劑材料，這些黏劑材料包括但不限於：B階環氧化物、FEP、PFA、優爾坦、丙烯、PTFE、聚乙烯、聚醯胺、聚醯胺摻配。黏劑材料可以是薄片形式；層狀形式，例如黏著膠合板(bondply)薄片；可模板印刷的漿糊形式，例如B階環氧化物，可由馬里蘭州巴爾的摩市的CTI公司取得的可分配黏劑材料；以及其他在此技藝中已知的黏劑材料。載具薄板尚可由浮花壓製、打孔、鑽孔、拉直、以及機械成形等方式製成以符合特定應用的要求。
在進一步變化中，載具薄板316可包含一或多層金屬層，這些金屬層可以在層與層之間提供熱導性、接地平面連接、電力平面連接、電磁遮蔽、熱膨脹的控制、機械剛性、連接器內遮蔽、連接器的阻抗控制、壓力封環、在金屬層間的整合電容、幅射遮蔽、用於安裝離散元件的機制、用於額外佈線層的基板、過電壓保護接地、應力釋放彈簧，以及其他在本項技術中已知的應用。雖然圖7A－7C顯示的是薄金屬層306與308，但金屬層可以是任意厚度，包含一由連接器300頂端的中間部位延伸而出的第一金屬層，以及一由連接器300底端的中間部位延伸而出的第二金屬層。此種厚金屬層被用於提供某一連接器與其他連接器之間的遮蔽作用。舉例言之，通孔的直徑可以有所不同，電力與接地連接器可採用第一種孔徑，並讓訊號連接器使用第二種孔徑。可以使用本項技術中所知的方法將一金屬層連接到連接器300中被選中的連接器，這些方法包括(但不限於)：彈簧激勵式接觸、焊接、熱聲波鍵合、雷射焊接、導電黏劑接合、壓入配合安裝、以及擴散鍵合。可以在連接器的中間部位加上絕緣套筒、在金屬層外部包覆一介電質、在金屬層加上電沉積介電被覆、介電膠黏材料、空氣間隙，以及其他在本項技術中所知的方法而使一金屬層與其他在連接器300中未被選中的連接器絕緣。被選中的金屬層可以連接到提供電力、接地、訊號、時鐘時序、底盤接地與其他電氣機制的電路。
在圖7A－C中所示的連接器300為雙末端式連接器，其中連接器300的頂端與底端在機械方面是相等的。某些應用可能會期望若欲在連接器頂端使球柱囓合或鬆脫僅需使用小力量，但若在連接器底端欲使一相似的球柱囓合或鬆脫則需使用大力量。例如，可能會期望某一連接器仍與一底部球柱囓合時，但頂部球柱卻已自連接器鬆開。在此例中，連接器底部的岔齒被設計得較硬，但連接器頂端的岔齒則被設計得較不硬。可以藉由下列方法使岔齒較不硬：讓插座較寬、讓管壁較薄、改變環繞在連接器四周的岔齒數、讓岔齒較長，或者依照機械製模的指引在岔齒外形上作改變。
連接器陣列320被用於將頂部基板322上的第一柱326陣列機械式地或電氣式地連接到底部基板332上相對應的第二柱336陣列上。連接的方式是讓頂部基板中322上的第一柱陣列與連接器陣列320內的連接器300並列，讓底部基板上的第二柱336陣列並置在連接器陣列320內的連接器300底下，並將頂部基板322往下推向底部基板332。如此可使頂部基板322上的柱326與連接器300頂端的岔齒328接合，其中各連接器328都在柱326的四周與之接觸，而柱336則與岔齒338在連接器300的底端與岔齒338接合。在形成連接之後，連接器陣列320雖然在無需使用鉗子或其他限制機制的情況下以機械方式將頂部基板322與底部基板332固持在一起，但也可加入此種限制機制以便多加保護使其免受機械衝擊的傷害。
連接器300將頂部基板322上的接合柱326與底部基板332上的接合柱336彈性地固持在一起，從而使柱326可以相對於柱336在水平方向移動一小段距離，並在垂直方向移動一小段距離而不至於喪失其間的電氣連接或機械連接。在一或多個實施例中，頂部基板322可相對於底部基板在水平方向移動0.5毫米，或在垂直方向移動0.5毫米而不至於失去頂部基板322上的柱326與底部基板332上的柱336二者間的接觸。頂部基板322相關於底部基板332的相對運動被彈性岔齒328由環頸324延伸到連接器300頂端的彎曲部分以及彈性岔齒338由環頸324延伸到連接器300底部的彎曲部分所容納。
在接合之後，一施加在頂部基板322的向上力量將連接器300的岔齒328往上拉而不失去與柱326之間的連接，並將連接器300的岔齒338往下拉而不失去與柱336之間的連接。岔齒328與338的彈性使連接器300得以維持柱326與328之間的電氣與機械接觸，僅管有振動、機械衝擊、熱失配、加速力量、地心引力，以及在某臨界值之下的其他應力。本發明之一或多個實施例的連接器可以承受將一20克重的力量加在與連接器接合的柱上。為了要使柱有足夠的彈性，狹縫304在分叉328之間的角度較適合介於15°與75°之間，而更適合的角度是在20°與70°之間，這角度是指相對於一與連接器軸心垂直的平面所量到的角度。更適合的是，在岔齒328之間的各狹縫304沿著其中點所量到的長度至少為連接器300的管周長的一半，這指的都是在管外徑上所量到的值。另外，一與連接器300囓合的柱之固持機械特性可以藉由讓狹縫304的寬度隨著其與頂端366之間的軸心距離的增加而增加，並同樣讓狹縫302的寬度隨著其與底端368之間的軸心距離的增加而增加這項特點而得到增強。狹縫304的寬度隨著其與連接器300的末端之間距離的增加而增加的這項特性可用於使岔齒328對接合球產生一道往內的力量，岔齒328在球沿著連接器300的軸心區移動時接觸球的周邊。較適合的方式是以一種讓最大周長位在用於安裝球的基板的表面之上的方式將球安裝到基板上。雖然較適宜採用包括(但不限於)圖4中的柱50、60、70與90的柱，但本發明的連接器也可有效地運作用於更多種的端子柱幾何形狀。
實務上可以將本發明以機械附著或電氣連接方式讓某一電氣裝置與另一電氣裝置相接觸。圖10顯示的組件420包含有以一陣列的連接器422安裝到一印刷佈線基板426上的電子裝置428。各個連接器422都有二或更多個往上的岔齒，這些岔齒抓住位在裝置428的底表面上的BGA的一顆球(不可見)。連接器陣列422在無需使用機械鉗夾機制在正常機械應力期間維持接觸的情況下將裝置428保持在定位上。或者也可多用一隻夾鉗來避免連到裝置422的連接受到突然發生的高機械應力的影響。在連接器422上的彈性岔齒會收縮來保護裝置428，使之避免受到施加在基板426的振動與機械衝擊的影響。本發明的進一步特性是因為連接器422的接合特性所產生的，其中用於將一陣列的已接合連接器422自一個BGA鬆開所需要的力量大於使該連接器陣列與BGA囓合所需要的力量。因此，根據本發明之一或多個實施例之連接器422便可使電子裝置428固定在位置上，而不至於因為鬆脫力量大於一開始時用於使裝置囓合的力量而鬆開。這項進一步的優點使得裝置可以很容易地利用一股小力量便安裝在基板上，而使裝置避免受到較大的衝擊力與振動力的影響。要將裝置428鬆開，可以使用振動、超音波能量等方式降低使裝置428自基板426鬆脫所需的力量。
根據本發明之一或多個實施例的連接器422適用於連接器陣列，用於將一個BGA裝置附著到基板上。舉例言之(但不限於此例)，連接器422可以是圖8A的連接器300、圖8B的連接器370、或者是圖5D的連接器152。連接器300是一種附著到一載具薄板的雙末端式連接器，如上所述。連接器370是一種藉由將焊錫連接372焊到基板386中的通孔382而附著到底端的雙末端式連接器。圖8B的連接器370所可提供的組裝上的優點在於：連接器370的任一末端都可被焊接到通孔382上，而無需將連接器向上或向下翻轉，因為連接器370的各個末端都與相對的末端相等。圖5D所示者是狹縫158的寬度隨著與連接器的頂端之間的距離增加而增加的連接器152。這項在寬度上的增加將會在接合球上產生一道向下的力量以便使球被往下拉，在狹縫158的寬度隨著其與連接器152的頂端之間的距離增加而增加的垂直位置的範圍內。
舉例言之，圖9說明根據本發明之一或多個實施例的另一項應用，其中連接器402以陣列方式被排列在終端區塊400內。一對連接器402被固持在外殼401內的空洞406內。外殼410可有一金屬表面以便為連接器402提供遮蔽，避免受到環境中電雜訊的影響。連接器402宜於與接合終端區塊(未顯示在圖中)上一組相對應的柱接合。雖然各連接器402在不使用鉗夾的情形下維持其與柱之間的接合，但在終端區塊400上仍有可以提供額外機械穩定度的安裝耳412以及安裝螺絲洞408，而來自接合終端區塊的螺絲則透過螺絲洞408附著在其上。熟知本技術者將瞭解到：在各個空洞上可以佈置任意數量的接觸器。根據本發明之一或多個實施例，連接器402可為單末端式或雙末端式。其他連接器組態、遮蔽方法、安裝方法、鉗夾以及拖架等對於本領域之實施者都是顯而易見的。
以上已參考特定實施例說明本發明。熟知本項技術人士應可瞭解可有其他實施例。一般技藝人士將明瞭可進行許多變化、調整與選擇。因此，本發明並不限於前述說明，除非在申請專利範圍中有特別聲明。
10．．．螺旋狹縫
12．．．岔齒
14．．．頂端
16．．．軸環區
18．．．連接器
20．．．切割線
24．．．岔齒
22．．．尖端
26．．．圓柱軸環
28．．．連接器
30．．．印刷佈線板
32．．．電路板
34．．．連接器
36．．．彈性螺旋岔齒
38．．．彈性螺旋岔齒
40．．．頂部端子柱
44．．．底部端子柱
48．．．焊墊
50．．．端子柱
54．．．銅焊墊
56．．．印刷佈線板
60．．．端子柱
62．．．銅球
64．．．輪環狀金屬環
66．．．印刷佈線板
70．．．端子柱
72．．．軸向對稱頭
74．．．金屬柱
76．．．印刷佈線板
78．．．通孔
80．．．端子柱
82．．．金屬突起
84．．．焊墊
86．．．基板
90．．．端子柱
92．．．金屬球
94．．．軸環
96．．．基板
100．．．端子柱
104．．．輪狀環
106．．．電路板
108．．．端子柱頂部
110．．．端子柱側壁
120．．．基板
122．．．球
124．．．軸環
126．．．基板
130．．．組件
132．．．連接器
134．．．彈性螺旋岔齒
140．．．電鍍洞
142．．．通孔
146．．．焊錫
148．．．錫塊
152．．．連接器
154．．．岔齒
158．．．狹縫
186．．．端子柱
172．．．鈹－銅合金
182．．．端接環形物
190．．．內部連接器
198．．．外部連接器
200．．．同軸連接器組件
202．．．焊錫
204．．．訊號線
206．．．插座
208．．．底部基板
212．．．導電插座
300．．．雙末端式連接器
302．．．螺旋狹縫
304．．．螺旋狹縫
306．．．底金屬層
308．．．頂金屬層
310．．．膠合介電膜
312．．．金屬片
314．．．金屬片
316．．．載具薄板
318．．．黏劑
320．．．連接器陣列
322．．．頂部基板
324．．．環頸
326．．．柱
332．．．底部基板
336．．．二柱
328．．．岔齒
338．．．岔齒
342．．．軸環區
366．．．頂端
368．．．底端
370．．．連接器
372．．．連接
382．．．通孔
400．．．終端區塊
401．．．外殼
402．．．連接器
406．．．空洞
408．．．安裝螺絲洞
410．．．外殼
412．．．安裝耳
420．．．組件
422．．．連接器
426．．．印刷佈線基板
428．．．電子裝置
圖1A與1B是根據本發明的高效能連接器的立體圖，其岔齒可用於抓住具有球狀凸塊的端子柱，球狀凸塊的最大外徑稍大於連接器的內徑。
圖2A、2B與2C是根據本發明的雙末端式連接器，其上有用於抓住端子柱的岔齒。
圖3A到3C是根據本發明的連接器，用於連接到相對應的頂柱與底柱，其中圖3A所顯示的是連接器未接合時的組態，圖3B所顯示的是連接器與底柱接合時的組態，而圖3C所顯示的則是連接器與頂柱及底柱接合時的組態。
圖4A到4F則是數種適用於和根據本發明的連接器相接合的連接柱的設計。
圖5A到5C顯示的是一種連接器組件以及一個相對應的球狀金屬柱在數個囓合階段時的情況。
圖5D所顯示的是根據本發明的一連接器實施例的剖面圖，該實施例係經過變更以便抓住並且更正向地維持一個接合球。
圖6A與6B所顯示的是根據本發明的一連接器實施例的剖面圖，該實施例具有一同軸接地遮蔽連接器以及一接合金屬端子柱與接地接觸，其中圖6A所示者是在未接合位置，而圖6B所示者則是在接合位置。
圖7A到7C顯示的是根據本發明的連接器陣列，其中圖7A是只有陣列的側剖面圖，圖7B的側剖面圖所顯示的則是連接器與一接合頂柱陣列及一接合底柱陣列囓合在一起時的情形，而圖7C則是該陣列的俯視圖。
圖8A所示的剖面圖是以立體方式顯示根據本發明的連接器在環繞它的中間部位的一個軸環處附接到一載具薄板時的情形。
圖8B所示的剖面圖是以立體方式顯示連接器以焊料附接到電路板中之通孔的情形。
圖9所示的立體圖顯示根據本發明的連接器陣列安裝在一外殼內而形成端子區塊的情形。
圖10所示的立體圖顯示藉由複數個根據本發明的連接器將微電子裝置組件安裝到一系統基板並與之產生電氣連接的情形。
10．．．螺旋狹縫
12．．．岔齒
14．．．頂端
16．．．軸環區
18．．．連接器

Claims (9)

  1. 一種多觸點電連接器，用於與微尺寸導電性外凸接合元件間產生電氣接觸，以供電子裝置連接，該連接器包含：一管狀元件，其內徑小於一接合柱的最大外徑；以及於該管狀元件中螺旋切割所形成的至少兩條狹縫，該狹縫形成至少兩條導電性螺旋狀岔齒，其終止於該管狀元件的第一末端處，該螺旋狀岔齒用於在嘗試將該接合元件自該管狀元件移除時將機械阻抗加在該柱上。
  2. 根據申請專利範圍第1項之連接器，其中該管狀元件被切割的角度與一垂直於該管狀元件縱軸之平面間呈現15°到75°的角度。
  3. 根據申請專利範圍第1項之連接器，其中在該管狀元件內的複數個岔齒已由下列方法至少其中之一所形成：管狀材料的雷射切割、管狀材料的電漿蝕刻、管狀材料的圖案蝕刻、管狀材料的圖案鍍層、管狀材料的層鍍、管狀材料的LIGA鍍層。
  4. 根據申請專利範圍第1項之連接器，其中該管狀材料係一具有圓形剖面的中空圓柱，且其中該切片的角度隨著在該圓柱上的位置而變。
  5. 根據申請專利範圍第1項之連接器，具有一與該第一末端相對的第二末端，且其中該第二末端與該第一末端可互相交換。
  6. 一電連接器裝置，包含下列元件：a.一圓柱管，具有由導電材料所製成的牆；b.該管具有一頂端與一底端；c.一接近該頂端的導電性材料凸塊；d.該圓柱管之該頂端被切過該牆的螺旋切割分為二或更多個岔齒；e.該螺旋切割排成一個陣列，與一垂直於該圓柱軸心的平面間形成一角度；f.該岔齒因此而與該凸塊囓合，並因此而在該凸塊上的數點形成電氣接觸。
  7. 一種插座，用於具有球柵格陣列端子的微電子裝置，該插座包含：a.一具有一頂表面與一底表面的介電基板；b.一或多個具有一頂端與一底端的接觸圓柱體；c.該接觸圓柱體各具有一薄金屬牆；d.各接觸圓柱體之該頂端皆有二或更多道穿過該牆的螺旋狀切割；e.在該頂表面上各有一或多個金屬接觸焊墊，各焊墊的形狀係使得可與各該接觸圓柱體的該底端相接合；f.各個該接觸圓柱體之底端被永久附著在該接觸焊墊上；g.從而使各個該接觸圓柱體得以與一接合的該接觸焊墊產生電接觸。
  8. 如申請專利範圍第7項之插座，其中該接觸焊墊被形成於該基板的該頂表面中的該圓柱狀凹部上。
  9. 一種同軸連接器裝置，用於製作遮蔽式電連接，包含：a.具有一頂表面與一底表面之第一介電基板；b.具有一頂端與一底端之一導電訊號接觸圓柱，其中該頂端被切成二或更多個螺旋岔齒，而該底端則被固定到該第一介電基板的該頂表面；c.具有一頂端與一底端之導電性遮蔽圓柱體，其中該底端被固定到該第一介電基板之該頂表面上；d.該遮蔽圓柱被定位成環繞在該訊號接觸圓柱體；e.具有一頂表面與一底表面的第二介電基板；f.在該第二介電基板的該底表面上的導電接觸柱；g.因此而在該第二基板被往下推向該第一基板時，在該第一基板上之該訊號接觸圓柱之該頂端與該第二介電基板之該柱間產生電接觸。
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