TWI538313B - 電氣互連裝置 - Google Patents

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TWI538313B
TWI538313B TW101111793A TW101111793A TWI538313B TW I538313 B TWI538313 B TW I538313B TW 101111793 A TW101111793 A TW 101111793A TW 101111793 A TW101111793 A TW 101111793A TW I538313 B TWI538313 B TW I538313B
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傑佛瑞Ｗ 梅森
威尼Ｓ 愛爾登三世
威廉Ｂ 莫菲
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太谷電子公司
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
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    • H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
    • H01R13/2407—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted characterized by the resilient means
    • H01R13/2414—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted characterized by the resilient means conductive elastomers

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Description

電氣互連裝置
本發明係關於一種在相對接點陣列之間所使用之電氣互連裝置。
互連裝置用來提供介於兩個或以上相對接點陣列之間的電氣連接，以建立至少一電路，其中各別陣列可設置在一裝置、印刷電路板、引腳網格陣列(PGA)、平面網格陣列(LGA)、球狀網格陣列(BGA)上。在一種互連技術中，電氣連接係由一互連裝置提供，該互連裝置係實體插置在相對接點陣列的對應電氣接點之間。不過，電氣連接可能會由於在相對陣列的電氣接點間的高度變化、支撐互連裝置的相對陣列或傳導元件之基板厚度變化、相對陣列之任一者的基板的歪曲等而變得不可靠。
至少某些習知互連裝置使用在基板上支撐的彈性柱之陣列。彈性柱可被壓縮以在相對的接點之間建立可靠接觸。在某些習知互連裝置中，彈性柱為傳導性且提供電氣連接。在其他習知互連裝置中，彈性柱為非傳導性及提供電氣連接。互連裝置能夠調適尺寸限制，例如關於許多電氣裝置之較小實體尺寸。
在使用傳導彈性柱的習知互連裝置中，彈性柱係由一絕緣載體予以固持，該絕緣載體具有設置在絕緣載體兩側部上的覆層，以保護彈性柱、並提供機械終止部用 於與互連裝置所連接之兩電子組件形成界面。覆層為互連裝置的額外層，其會增加互連裝置的成本。互連裝置典型固定在一框體內，並固定至該等電子組件之一者。框體與互連裝置兩者可從電子組件移開，以修復或更換互連裝置。此外，因為互連裝置係相對於框體而固定，所以互連裝置可能不會適當座落或接合該等電子組件之一者或兩者。例如，其中該等電子組件之一者可能翹曲，使某些彈性柱無法正確連接至電子組件。
仍需要一種電氣互連裝置可以調適於裝有互連裝置的電子組件之表面佈局。
根據本發明，一種電氣互連裝置包括一框體，該框體具有一框壁，其定義一插槽，該插槽係沿一插槽軸而在該框體的一開放頂部與一開放底部之間延伸，該插槽係用以透過該開放頂部接入一第一電氣組件。一接點組裝包括一絕緣載體，該絕緣載體係固持一傳導彈性柱之陣列。該等彈性柱之每一者具有相對的第一與第二端部，且該等彈性柱係於該第一與第二端部之間內部傳導。該等彈性柱係用以使該第一電氣組件電氣互連至一第二電氣組件。該絕緣載體係用以以通常平行於該插槽軸之一方向而在該框體內浮動。
第一圖說明根據一示例具體實施例形成的一電氣 互連系統100。該系統100包括一第一電氣組件102、一第二電氣組件104及在其間的一互連裝置106。互連裝置106係描述為固定至第二電氣組件104。第一電氣組件102係描述為待固定至該互連裝置106。第一與第二電氣組件102、104兩者具有一接點陣列，例如平面網格陣列(LGA)、球狀網格陣列(BGA)等，其係由互連裝置106電氣連接在一起。
在所述具體實施例中，第一電氣組件102為一電子封裝體，例如晶片或處理器。第二電氣組件104為一印刷電路板。互連裝置106係建構成一插槽，其係固定至印刷電路板且用以接入晶片。在替代具體實施例中，其他類型的電氣組件亦可藉由互連裝置106互連。例如，第一與第二電氣組件102、104兩者可為印刷電路板。
互連裝置106具有一接點組裝108，其用來電氣連接第一與第二電氣組件102、104。例如，接點組裝108係用以接合第一與第二電氣組件102、104的接點陣列。接點組裝108具有一第一接觸面110與一第二接觸面112(示於第二圖)。第一接觸面110係用以電氣連接至第一電氣組件102，第二接觸面112係用以電氣連接至第二電氣組件104。
互連裝置106包括一框體114，該框體具有定義一插槽118之複數個框壁116。框體114係用以固定至第二電氣組件104，例如藉由使用閂鎖、鎖固件等。插槽118係在其中接入第一電氣組件102。接點組裝108係固持在框體114內，使得接點組裝108可互連第一與第 二電氣組件102、104。在一示例具體實施例中，接點組裝108可自框體114移開，使得可移開或更換接點組裝108，同時使框體114保持附接至第二電氣組件104。
在一示例具體實施例中，接點組裝108係用以在框體114內浮動，以適當對齊第二接觸面112與第二電氣組件104，及/或對齊第一接觸面110與第一電氣組件102。在框體114內的接點組裝108之浮動允許接點組裝108可調適至第二電氣組件104及/或第一電氣組件102的表面佈局。例如，第二電氣組件104的接觸面可為非平面或可為不平行於互連裝置106的框體114的取向，導致在第一與第二電氣組件102、104間之高度變化。第二電氣組件104可能存在電路板基板厚度變化，使得在第二電氣組件104表面上的接點陣列為非平面。第二電氣組件104的基板可能會因暴露於高熱而翹曲(warped)，或因製造公差(導致接點陣列呈非平面或未平行於框體114所定義之平面)而可能呈現非平面。由於接點組裝108可在框體114內浮動，因而相對於框體114存在方向變化，因此允許接點組裝108更精確地定位在第一與第二電氣組件102、104之間。
第二圖為接點組裝108的側視圖。接點組裝108包括一絕緣載體120，其固持一彈性柱122之陣列。絕緣載體120具有一或多個層。絕緣載體120係介於一第一側部124與一第二側部126之間延伸。絕緣載體120係由一絕緣材料製成，例如一聚亞醯胺材料，其可配置為一聚亞醯胺薄膜，例如Kapton®材料。或者，一或多個 外層(例如一覆層與一接合層)可施加至第一側部124及/或第二側部126。
彈性柱122係以具有一預定圖案或佈局之陣列排列，其係對應第一電氣組件102與第二電氣組件104之陣列。彈性柱122係從第一與第二側部124、126兩者向外延伸。彈性柱122係介於一第一端部130與相對於該第一端部130的一第二端部132之間延伸。在一示例具體實施例中，彈性柱122為截錐形，其在中間段附近較寬，而在第一與第二端部130、132較窄。彈性柱122係由絕緣載體120固持在中間段。在一示例具體實施例中，彈性柱122係傳導彈性柱，例如由一彈性材料與傳導薄片之混合物製成。彈性柱122係於第一與第二端部130、132之間提供傳導路徑。在一示例具體實施例中，彈性柱122為金屬化粒子互連。彈性柱122為至少部份可壓縮，例如當第一電氣組件102固定至接點陣列108時。
第三圖與第四圖分別為互連裝置106(示於第一圖)之框體114的上視圖與下視圖。在所述具體實施例中，框體114包括四個框壁116，其定義一通常方形插槽118。在替代具體實施例中，係可設有任何數量的框壁116以定義具有任何形狀的插槽118。在所述具體實施例中，所有的框壁116都連接以定義一件式單框體114。在替代具體實施例中，框體114可由定義一或多個框壁116之各別且分離的框體元件所定義。例如，兩直角框體元件可共同定義插槽118，其中個別框體元件係個別 固定至第二電氣組件104(示於第一圖)。在替代具體實施例中，其他組態亦可行。
在一示例具體實施例中，框體114具有一開放頂部140與一開放底部142。插槽118係沿一插槽軸144(例如在Z方向上)介於開放頂部140與開放底部142之間延伸。插槽軸144通常與底部142所定義的一框體平面(例如，平面以X-Y方向延伸)垂直取向。插槽軸144通常平行於框壁116的內表面146。在一示例具體實施例中，第一電氣組件102(示於第一圖)係透過開放頂部140裝載入插槽118。框體114的開放底部142係用以固定至第二電氣組件104。第二電氣組件104的接點陣列係透過開放底部142暴露。接點組裝108係透過開放頂部140裝載入插槽118。接點組裝108係位於插槽118中，使得接點組裝108可透過開放頂部142接合第二電氣組件104的接點陣列。
框體114包括一對固定夾150，用來使第一電氣組件(示於第一圖)固定在插槽118內。任何數量的固定夾150可用來使第一電氣組件150固持在插槽118內。在替代具體實施例中亦可使用其他類型的固定特徵部，以使第一電氣組件102固定至互連裝置106。固定夾150具有夾持表面152，其面朝下且接合第一電氣組件102的外表面，以使第一電氣組件102固持在插槽118內。固持夾150可釋放以從插槽118移開該第一電氣組件102。
框體114包括複數個偏置彈簧154，其從對應的框 壁116延伸至插槽118。偏置彈簧154具有接合表面156，其接合第一電氣組件102。當第一電氣組件102接入插槽118時，偏置彈簧154會對著第一電氣組件102偏移，以使第一電氣組件102定位在插槽118內。在所述具體實施例中，偏置彈簧154係沿著兩垂直框壁116設置。偏置彈簧154係傾向以箭頭A與箭頭B所示方向(其通常遠離具有偏置彈簧154之框壁116)推動第一電氣組件102。偏置彈簧154係傾向將第一電氣組件102推向角落處，其通常相對於具有偏置彈簧154之框壁116的交會點。偏置彈簧154為懸臂樑，其至少部分延伸至插槽118。當第一電氣連接器102裝載入插槽118時，偏置彈簧154會偏折，其在偏置彈簧153內會產生內偏，使第一電氣組件102推遠離具有偏置彈簧154之框壁116。任何數量的偏置彈簧154可設置，任何數量的框壁116可具有偏置彈簧154，包括所有的框壁116。
框體114包括從底部142延伸之一或多個對齊柱158，對齊柱158係用以接入在第二電氣組件104中的對應對齊開口(未示)內，以使框體114能相對於第二電氣組件104而定位。亦可使用其他類型的對齊特徵部，而不是使用對齊柱158以使框體114相對於第二電氣組件104而定位。或者，對齊柱158係經鍵鎖以使框體114相對於第二電氣組件104而適當定位。例如，其中該等對齊柱158之一者可具有一第一形狀，例如矩形；而其他的對齊柱158可具有一第二形狀，例如三角形，以避免將對齊柱158放置在第二電氣組件104的錯誤對齊開 口中。或者，對齊柱158可鎖固在對齊開口中，例如藉由一干涉配合法。
框體114包括從框壁116延伸至插槽118的複數個突出部，其係支撐及/或阻擋插槽118中的接點組裝108。突出部係定義一浮動套件，其限制在框體114內的接點組裝108浮動範圍。框體114因而控制在插槽118內的接點組裝108浮動量。在所述具體實施例中，突出部係包括從框壁116延伸至插槽118之足部160及從框壁116延伸至插槽118之蓋體162。每一足部160係定義接點組裝108的一浮動下限，每一蓋體162則定義接點組裝108的一浮動上限。任何數量的足部160與蓋體162可設置。足部160與蓋體162可具有任何尺寸或形狀，以支撐及/或阻擋接點組裝108在插槽118內的移動。每一足部160具有一面向上的凸耳(ledge)164，每一蓋體具有一面向下之凸耳166。面向上的凸耳164定義接點組裝108之浮動下限，而面向下的凸耳166則定義接點組裝108之浮動上限。在所述具體實施例中，足部160與蓋體162係彼此偏離，其中一或多個蓋體162係位於足部160之間。在所述具體實施例中，足部160之面向上的凸耳164之表面積係大於蓋體162之面向下的凸耳166之表面積。在替代具體實施例中，足部與蓋體160、162可為係彼此類似的尺寸。在一示例具體實施例中，足部160係設置在底部142。蓋體162係設置在底部142上方的某垂直位置(例如沿Z方向)處。蓋體162係在足部160上方垂直分開，使得在面向上之凸耳164 與面向下之凸耳166之間產生一間隙或間隔。間隙或間隔係定義接點組裝108之浮動套件。
框體114包括複數個壓縮終止部170，其從對應的框壁116延伸至插槽118。壓縮終止部170係定義機械終止部，用於使第一電氣組件102裝載入插槽118。例如，壓縮終止部170的上表面172係限制第一電氣組件102裝載入插槽118。第一電氣組件102係裝載入插槽118直到第一電氣組件102接合壓縮終止部170的上表面172為止。
第五圖說明互連裝置106的一部分，其顯示接入框體114的接點組裝108。接點組裝108係接入插槽118，使得絕緣載體120的第一側部124係面向及/或支撐在蓋體162之面向下的凸耳166。絕緣載體120的第二側部126係面向及/或對著足部160之面向上的凸耳164壓下。絕緣載體120可定位在介於面向上的凸耳164與面向下的凸耳166之間的浮動套件內之任何垂直位置處。
框體114包括對齊特徵部174，其從對應的框壁116延伸至插槽118。對齊特徵部174係使接點組裝108定向在插槽118內。在所述具體實施例中，對齊特徵部174係建構柱體，該等柱體係從框壁116延伸至插槽118。對齊特徵部174的側壁176係接合絕緣載體120的一切口178，以使接點組裝108定位於插槽118內。例如，對齊特徵部174係使接點組裝108定位在X及/或Y方向。
第六圖為電氣互連系統100的部分截面圖，其顯示 互連裝置106固定至第二電氣組件104，並顯示第一電氣組件102接入插槽118內。在組裝過程，框體114係固定至第二電氣組件104的一固定表面190，該第二電氣組件係在第二電氣組件104的組件接點192之陣列上方。框體114係利用一閂鎖、鎖固件或其他固定構件而固定至第二電氣組件104。
接點組裝108係裝載入插槽118。或者，在框體114固定至第二電氣組件104之後，接點組裝108可透過開放頂部140裝載入框體114。或者，在將框體114固定至第二電氣組件104之前，接點組裝108可裝載入插槽118，且互連裝置106可固定至第二電氣組件104成為一體。
接點組裝108係接入插槽118，使得第二接觸面112沿著第二電氣組件104的固定表面190延伸。接點組裝108可在插槽118內浮動，以接觸固定表面190的表面佈局。例如，固定表面190可能為非平面，其中組件接點192係定義一組件接點平面，其未平行於框體114的底部142所定義之框體平面145。在某些具體實施例中，由於製造公差、不適當組裝、隨時間或其他因素而破壞與衰減框體114或第二電氣連接器104，所以框體114的底部142係以歪斜或非平行方向而在固定表面190上定向。無論何種理由，接點組裝108在插槽118內為可變化定位，以調適介於框體114與第二電氣組件104之間的偏移或公差。絕緣載體120係用以以平行於插槽軸144之方向(例如，Z方向)而在框體114內浮動。或者， 絕緣載體120的一側部或另一側部可比另一側部浮動更大或更少，使絕緣載體120在插槽118內傾斜，使得絕緣載體120的一邊緣較靠近足部160，而絕緣載體120的另一邊緣較靠近蓋體162。足部160係定義絕緣載體120之浮動下限，蓋體162則定義絕緣載體120之浮動上限。或者，絕緣載體120可為彈性，絕緣載體120的彈性度使絕緣載體120與彈性柱122符合由組件接點192所定義平面、及由封裝體接點196所定義平面之起伏處。
接觸時，第一電氣組件102裝載入插槽118。當第一電氣組件102裝載入插槽118時，第一電氣組件102的一接觸面接合接點組裝108。第一電氣組件102在接觸界面194上包括封裝接點196之陣列。封裝接點196係接合對應的彈性柱122。當第一電氣組件102從插槽118移開時，接點組裝108可從插槽118移開，不必從第二電氣組件104移開框體114。例如，絕緣載體120的彈性度允許從框體114移開一或多個側部，因此，允許接點組裝108從插槽118移開。接點組裝108可被另一接點組裝108更換，以修復受破壞的接點組裝108、或使用具有不同彈性柱122之組態的接點組裝108。
第一電氣組件102裝載入插槽118直到第一電氣組件102的底部接合壓縮終止部170為止。壓縮終止部170限制彈性柱122的壓縮量。壓縮終止部170可避免因過度裝載第一電氣組件122而損壞對彈性柱122。因為壓縮終止部170可停止使第一電氣組件102裝載入插槽 118，因此可使用接點組裝108，而在絕緣載體120上沒有覆層。因此，接點組裝108能夠使用比包括覆層之接點組裝108更低的成本來製作。例如，接點組裝108的材料成本可降低，接點組裝108的組裝成本亦然。
100‧‧‧電氣互連系統
102‧‧‧電氣組件
104‧‧‧電氣組件
106‧‧‧互連裝置
108‧‧‧接點組裝
110‧‧‧匹配表面
112‧‧‧匹配表面
114‧‧‧框體
116‧‧‧框壁
118‧‧‧插槽
120‧‧‧絕緣載體
122‧‧‧彈性柱
124‧‧‧側部
126‧‧‧側部
130‧‧‧端部
132‧‧‧端部
140‧‧‧開放頂部
142‧‧‧開放底部
144‧‧‧插槽軸
145‧‧‧框體平面
146‧‧‧內部表面
150‧‧‧固定夾
152‧‧‧夾持表面
154‧‧‧偏置彈簧
156‧‧‧接合表面
158‧‧‧對齊柱
160‧‧‧足部
162‧‧‧蓋體
164‧‧‧凸耳
166‧‧‧凸耳
170‧‧‧壓縮終止部
172‧‧‧表面
174‧‧‧對齊特徵部
176‧‧‧側壁
178‧‧‧切口
190‧‧‧固定表面
192‧‧‧構件接點
194‧‧‧匹配界面
196‧‧‧封裝體接點
第一圖說明根據一示例具體實施例形成之一電氣互連系統。
第二圖為根據一示例具體實施例形成之接點陣列的側視圖。
第三圖為互連裝置的框體的上視立體圖。
第四圖為互連裝置的框體的下視立體圖。
第五圖說明互連裝置之一部分，其顯示接點組裝接入框體中。
第六圖為第一圖所示之電氣互連裝置的部分截面圖。
100‧‧‧電氣互連系統
102‧‧‧電氣組件
104‧‧‧電氣組件
106‧‧‧互連裝置
108‧‧‧接點組裝
110‧‧‧接觸面
114‧‧‧框體
116‧‧‧框壁
118‧‧‧插槽

Claims (8)

  1. 一種電氣互連裝置(106)，其包括一框體(114)，該框體具有含內部表面的一框壁(116)，其定義一插槽(118)，該插槽係沿一插槽軸(144)而在該框體的一開放頂部(140)與一開放底部(142)之間延伸，該插槽係用以透過該開放頂部接入一第一電氣組件(102)；與一接點組裝(108)，其包括一絕緣載體(120)，該絕緣載體固持一傳導彈性柱(122)之陣列，該絕緣載體具有外部邊，該等彈性柱之每一者具有相對的一第一與第二端部(130,132)，該等彈性柱係於該第一與第二端部之間內部傳導，該等彈性柱係用以使該第一電氣組件電氣互連至一第二電氣組件(104)，該接點組裝被收容於該插槽中而使該外部邊面向該內部表面，該絕緣載體相對於該框體未被鎖定而允許該外部於通常平行於該插槽軸之方向上沿著該內部表面在該插槽中相對於該框體可移動且浮動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，其中該框體(114)係控制該絕緣載體(122)在該插槽(118)內的浮動量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，其中該框體(114)包括一突出部(160,162)，其係從該等框壁(116)延伸至該插槽(118)中，該等突出部係定義一浮動外殼沿著該插槽軸，其限制該絕緣載體(120)在該插槽內的浮動範圍，該絕緣載體自由浮動在該浮動外殼的該限制中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，該全部絕緣載體(120)係容置於該插槽(118)內且在該插槽中可移動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，其中該框體(114)係用以固定至一第二電氣組件(104)，該第二電氣組件具有一固定表面(190)及位於該固定表面上的一組件接點(192)之陣列，該等組件接點定義一組件接點平面，該絕緣載體(120)係於該框體中取向以平行於該組件接點平面，其與關於該框體的該底部(142)所定義之一框體平面的該組件接點平面之取向無關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，其中該框體(114)係用以固定至一第二電氣組件(104)，且該接點組裝(108)係可自該插槽(118)移開，無需自該電氣組件移開該框體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電氣互連裝置(106)，其中該框體(114)具有一足部(160)，其從一對應框壁(116)延伸至該插槽(118)，且其中該框體具有一蓋體(162)，其從一對應框壁延伸至該插槽，該絕緣載體(120)位於該足部與該蓋體之間，該絕緣載體自由浮動於該足部與該蓋體之間，由該足部定義該絕緣載體之一下浮動限制，該蓋體定義該絕緣載體之一上浮動限制。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電氣互連裝置(106)，其中該絕緣載體(120)為平面，其具有一第一表面(110) 與一第二表面(112)，該外部邊延伸至該第一及第二表面之間，在該外部邊的該第一表面定著該蓋體於該上浮動限制，在該外部邊的該第二表面定著該足部於該下浮動限制。
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