TWI772139B

TWI772139B - 電性連接裝置

Info

Publication number: TWI772139B
Application number: TW110129483A
Authority: TW
Inventors: 謝清河; 大衛陳; 陳尚偉
Original assignee: 欣興電子股份有限公司; 美商尼康斯股份有限公司
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-07-21
Also published as: TW202308080A

Abstract

一種電性連接裝置，包含一核心單元，及一定位於該核心單元的接觸單元。該核心單元包括一第一絕緣層，設置於該第一絕緣層中的多個信號件、第一接地件、第二接地件，及一與該等第一、第二接地件電連接的第一接地平面。該接觸單元包括多個分別連接該等信號件的第一接觸件，及多個分別連接該等第一接地件的第二接觸件。每一第一接觸件及個別的信號件皆與該第一接地平面電性獨立，而每一第二接觸件、對應的第一接地件，與至少一第二接地件共同圍繞相鄰的第一接觸件。藉此有利於因應微小尺度之可分離的電連接，並能對信號傳輸產生屏蔽。

Description

電性連接裝置

本發明是有關於一種電性連接裝置，特別是指一種傳遞電信號的電性連接裝置。

電性連接件用於將兩個甚至兩個以上的電子元件相互連接，不僅是配置於相對巨觀的電子設備中，甚至小至印刷電路板、積體電路上，都會形成有相對微小的電性連接結構，藉此達成使特定多個區域間構成電性連接的目的。其中，在部分的應用場合中，電性連接件是設計為可分離或可拆卸地連接，以便於移除部分故障元件或者更換特定元件，而在這樣的考量下，對於電性連接件的連接可靠度以及可脫離地連接的性能，也就漸漸地成為設計重點之一。以目前現有技術而言，金屬沖壓形成的彈簧結構、成束導線、懸臂樑、微小片狀金屬結構，都是此類應用的實例。

以目前半導體產業常用的平面網格陣列封裝(LGA)，以及球柵陣列封裝(BGA)為例來進一步說明，前述兩種都是有模組化連接至印刷電路基板或者是晶片模組的需求時，常常會選擇使用的封裝技術，以藉此製作為可拆離地組接的電性插座(Socket)。然而，平面網格陣列封裝(LGA)以及球柵陣列封裝(BGA)都各自存在優缺點，也各自有適合的應用環境，無法泛用地在各類電性連接需求上都產生令人滿意的連接性能。特別在半導體產業蓬勃發展下，尺寸(Size)、間距(Pitch)的縮小，對於現有的電性連接技術而言，在小於250微米的尺度下，不僅是成本考量或者是連接性能上，都會面臨相當大的挑戰，若進一步縮小到50微米以下的尺度，在加工精度、製造成本、結構強度的種種限制下，也就更難以提供達成可分離、可重覆之電連接的理想方案。

因此，本發明之目的，即在提供一種有利於因應微小尺度之可分離、可重覆電連接的電性連接裝置。

於是，本發明電性連接裝置，包含一核心單元，及一定位於該核心單元的接觸單元。

該核心單元包括一第一絕緣層、多個設置於該第一絕緣層中的信號件、多個設置於該第一絕緣層中的第一接地件、多個設置於該第一絕緣層中的第二接地件，及一與該等第一接地件及該等第二接地件電連接的第一接地平面。

該接觸單元包括多個分別連接於該等信號件的第一接觸件，及多個分別連接於該等第一接地件的第二接觸件。每一第一接觸件及個別的信號件皆與該第一接地平面電性獨立，而每一第二接觸件、對應的第一接地件，與至少一第二接地件共同圍繞相鄰的第一接觸件。

本發明之功效在於：藉由該等第一接觸件及該等第二接觸件，可取代現有之平面網格陣列封裝(LGA)以及球柵陣列封裝(BGA)，達成可分離地電性連接之目的，並能利用單純層疊式的組裝方式，使得尺度能進一步縮小。另外，在透過該等第一接觸件及該等信號件傳輸信號時，因為該等第一接地件與該等第二接觸件及該等第二接地件的圍繞配置，更可產生電性屏蔽而優化信號傳輸的性能。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本發明電性連接裝置之一第一實施例，本第一實施例包含一核心單元1，及一定位於該核心單元1的接觸單元2。另外，為了將本第一實施例完整封裝，亦配合使用二個分別位於相反兩側且位於最外層的封裝板9，而每一個封裝板9都是藉由黏膠層91來組裝固定。要先聲明的是，雖然本第一實施例是以相反兩側分別連接兩個電子元件，且連接的接點為二維陣列分布的情況來說明，但實際使用時並不以連接相反兩側的使用情境為限，接點形式也並不以二維陣列分布為限。

參閱圖1與圖2，該核心單元1包括一具有二分別位於相反側之外表面111的第一絕緣層11、多個設置於該第一絕緣層11中的信號件12、多個設置於該第一絕緣層11中的第一接地件13、多個設置於該第一絕緣層11中的第二接地件14、一貼覆於該第一絕緣層11其中一個外表面111的第一接地平面15，及一貼附於該第一絕緣層11相反於該第一接地平面15之另一個外表面111的第二接地平面16。其中，在圖2中是以一個所述信號件12、一個所述第一接地件13，以及二個所述第二接地件14為一組的情況來呈現。具體而言，該第一絕緣層11形成有與該等信號件12、該等第一接地件13，及該等第二接地件14加總數量相同數目，並且呈現二維陣列排列的通孔110，而該等信號件12、該等第一接地件13，及該等第二接地件14是依照線路配置需求，分別埋設於該等通孔110。

要特別說明的是，每一個信號件12、每一個第一接地件13，及每一個第二接地件14的型態實質相同，而僅是相互配合而達成電性連接時所負責的任務不同。在本第一實施例中，每一個信號件12、每一個第一接地件13，及每一個第二接地件14，都是概呈柱狀，且相反兩端分別形成有兩個圓板狀的連接點，而每一個信號件12、每一個第一接地件13，及每一個第二接地件14的型態並不以圖式中所繪示的型態為限，只要能確實達成電連接而傳遞電信號即可。

其中，該第一接地平面15及該第二接地平面16分別形成在該第一絕緣層11相反兩側，且皆是以導電材料所製成。配合該第一絕緣層11上所形成之該等通孔110的位置，該第一接地平面15及該第二接地平面16上都形成有對應位置的孔洞H。每一個對應個別之第一接地件13、個別之第二接地件14的孔洞H1，是與所述第一接地件13、所述第二接地件14相互緊配密合，而每一個對應個別之信號件12的孔洞H2，徑寬較大而僅單純供個別之信號件12不接觸地穿設，使得該等第一接地件13及該等第二接地件14，都與該第一接地平面15及該第二接地平面16電連接，而每一信號件12則與該第一接地平面15及該第二接地平面16電性獨立。

參閱圖2至圖4，定義一第一方向D1及一與該第一方向D1垂直的第二方向D2，該接觸單元2包括多個分別連接於該等信號件12的第一接觸件21、多個分別連接於該等第一接地件13的第二接觸件22、多個分別連接於該等信號件12且與該等第一接觸件21分別位於相反側的第三接觸件23，及多個分別連接於該等第一接地件13且與該等第二接觸件22分別位於相反側的第四接觸件24。

要特別說明的是，每一個第一接觸件21、每一個第二接觸件22、每一個第三接觸件23，及每一個第四接觸件24的型態都相同。在本第一實施例中，概為呈現沿橫向延伸但往縱向傾斜，因而具有受外力後朝向內側產生彈性形變的連接臂。而所述彈性形變，可藉由金屬材質自身的材料彈性，配合彎折型態來達成，也可以採用配置彈簧的方式來達成，同樣並不以本第一實施例所述或圖式中所繪示為限。

其中，由於該等信號件12、該等第一接地件13，及該等第二接地件14是以該第一方向D1及該第二方向D2擴展而呈現陣列排列。因此，若以如圖4的俯視視角所呈現，在該接觸單元2與該等信號件12、該等第一接地件13，及該等第二接地件14連接的情況下，每一第一接觸件21是沿該第一方向D1與另一第一接觸件21相鄰，並沿該第二方向D2與其中一第二接地件14相鄰，也就是說，連接該等第一接觸件21及該等第二接觸件22的該等信號件12及該等第一接地件13之間，以及該等第二接地件14之間，都是沿該第一方向D1以一第一間隔距離L1間隔排列，而在該等信號件12及該等第一接地件13所成之列排，是與該等第二接地件14所成之列排沿該第二方向D2錯位排列，且是間隔沿該第二方向D2的一第二間隔距離L2。其中，由於每一第一接觸件21及每一第二接觸件22都是具有軟性彈簧而能形變的結構，故該第一間隔距離L1是大於該第二間隔距離L2，藉此預留該等第一接觸件21及該等第二接觸件22產生形變時的餘裕空間。當然，在與圖4相反的另一側之該等第三接觸件23及該等第四接觸件24(見圖2)，位置也因而與該等第一接觸件21及該等第二接觸件22分別對應。

參閱圖4與圖5並配合圖1，在本第一實施例中，電信號的傳輸是藉由每一個第一接觸件21，經由對應的信號件12所達成，也就是單端傳輸(Single-ended)模式的電信號傳輸。因此，為了針對每一個第一接觸件21及對應的信號件12達成信號屏蔽，以如圖4所呈現的其中一個第一接觸件21與對應的信號件12為例，沿該第一方向D1的相反兩側分別配置有兩個第二接觸件22以及對應的第一接地件13，而沿該第二方向D2的相反兩側又各有三個為一列的該等第二接地件14，使得所述的第一接觸件21及對應的信號件12，得以被相鄰的該等第二接觸件22與對應的第一接地件13，以及該等第二接地件14所共同圍繞，藉此達成對所傳輸信號的電性屏蔽。

參閱圖6並配合圖3與圖5，本第一實施例藉由該等第一接觸件21與該等第二接觸件22，可與一具有多個對應之電性接點81的待接元件8達成電性連接，而如圖6所示地接觸該待接元件8後，該等第一接觸件21及該等第二接觸件22會以遠離該待接元件8的方向產生形變，此時，由於每一個封裝板9上都形成有對應該等第一接觸件21及該等第二接觸件22型態的槽區90，藉此提供該等第一接觸件21及該等第二接觸件22產生形變後的餘裕空間。因此，本第一實施例藉由層疊式的機制來簡單完成組裝，針對尺度的縮小也不需要進一步要求加工精度，可直接以幾乎相同的製程完成所需尺度的製造與組裝，即確實能藉由該等信號件12、該等第一接地件13、該等第二接地件14與該接觸單元2的單純連接，在微小尺度下達成可脫離式的電性連接。

參閱圖7與圖8，為本發明電性連接裝置之一第二實施例，本第二實施例與該第一實施例的區別在於：該等第一接觸件21是兩兩一組而配合傳輸信號，也就是說，該等第一接觸件21是以差分信號對(Differential signal pair)的方式來傳輸電信號。另外，為了配合以兩個相鄰之所述第一接觸件21、所述第三接觸件23，與對應之所述信號件12為一組來傳輸電信號的傳輸機制，該第一接地平面15具有多個呈貫穿狀且供多個信號件12未接觸地穿設的第一通槽150，該第二接地平面16具有多個呈貫穿狀且供多個信號件12未接觸地穿設的第二通槽160，使得該等信號件12與該等第一接觸件21皆與該第一接地平面15及該第二接地平面16電性獨立。

為了對傳輸信號的該等第一接觸件21、該等第三接觸件23，與對應之該等信號件12同樣產生信號屏蔽，以如圖7所示的一組的兩個第一接觸件21為例，是由沿該第一方向D1位於相反兩側之相鄰的兩個第二接觸件22與對應的第一接地件13，以及沿該第二方向D2間隔配置之相反兩列，且四個為一列的第二接地件14所共同圍繞，藉此達成電信號的屏蔽，優化電信號傳遞的品質與性能，除此之外，本第二實施例可與該第一實施例達成相同的功效。

參閱圖9與圖10，為本發明電性連接裝置之一第三實施例，本第三實施例與該第一實施例的區別在於：該核心單元1還包括一與該第一絕緣層11間隔的第二絕緣層17，及一設置於該第一絕緣層11與該第二絕緣層17之間的第三接地平面18，該第三接地平面18具有一形成於外表的接地表層區181，及多個形成於外表且與該接地表層區181電性獨立的信號線182。具體而言，該接地表層區181圍繞出多個同樣形成於表面，且供該等信號線182配置於同一表面的預留區域180，使得該等信號線182配置於該等預留區域180後能由該接地表層區181的實體結構所圍繞。其中，該核心單元1之該等信號件12的其中一部分與該等信號線182電性連接，即本第三實施例也透過該等信號件12來傳輸電信號。

本第三實施例除了與該第一實施例及該第二實施例一樣都能達成利於縮小尺度，並且達成可脫離之電性連接的效果以外，為了對該等信號線182同樣達成電性屏蔽的效果，是依靠該第三接地平面18的接地電性，藉由圍繞該等信號線182之該接地表層區181的實體結構達成電性屏蔽，故同樣可優化電信號傳輸的品質及性能。

綜上所述，本發明電性連接裝置，單純藉由該接觸單元2的接點配置，能配合與該核心單元1之間單純的層疊組裝機制，在縮小尺度時得以單純縮小尺寸而達成的情況下，達成可分離地電性連接之目的，並能透過該等第一接地件13及該等第二接地件14的圍繞配置，使得利用該等信號件12或者該等信號線182傳輸信號時，都能產生電性屏蔽而優化信號傳輸的性能。因此，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:核心單元 11:第一絕緣層 110:通孔 111:外表面 12:信號件 13:第一接地件 14:第二接地件 15:第一接地平面 150:第一通槽 16:第二接地平面 160:第二通槽 17:第二絕緣層 18:第三接地平面 180:預留區域 181:接地表層區 182:信號線 2:接觸單元 21:第一接觸件 22:第二接觸件 23:第三接觸件 24:第四接觸件 8:待接元件 81:電性接點 9:封裝板 90:槽區 91:黏膠層 D1:第一方向 D2:第二方向 H:孔洞 H1、H2:孔洞 L1:第一間隔距離 L2:第二間隔距離

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體分解圖，說明本發明電性連接裝置的一第一實施例；圖2是一局部放大的立體分解圖，說明該第一實施例之一核心單元的其中一信號件、其中一第一接地件，及其中一第二接地件；圖3是一局部放大的剖視圖，說明該信號件、該第一接地件，及該第二接地件配置於該核心單元的一絕緣層；圖4是一俯視圖，說明該第一實施例的一接觸單元；圖5是一局部放大的立體圖，說明利用該核心單元之多個第一接地件及多個第二接地件達成信號屏蔽的情況；圖6是一立體分解圖，說明本第一實施例組裝完成的型態，以及本第一實施例與一待接元件達成電連接的情況；圖7是一立體分解圖，說明本發明電性連接裝置的一第二實施例；圖8是一局部放大的立體圖，說明該第二實施例之一第一接地平面及一第二接地平面上的多個第一通槽及多個第二通槽；圖9是一立體分解圖，說明本發明電性連接裝置的一第三實施例；及圖10是一局部放大的立體分解圖，說明該第三實施例之該核心單元的一第三接地平面，以及該第三接地平面的多個信號線。

1:核心單元

11:第一絕緣層

110:通孔

111:外表面

15:第一接地平面

16:第二接地平面

2:接觸單元

9:封裝板

90:槽區

91:黏膠層

H:孔洞

H1、H2:孔洞

Claims

一種電性連接裝置，包含：一核心單元，包括一第一絕緣層，多個信號件，設置於該第一絕緣層中，多個第一接地件，設置於該第一絕緣層中，多個第二接地件，設置於該第一絕緣層中，及一第一接地平面，與該等第一接地件及該等第二接地件電連接；及一接觸單元，定位於該核心單元，並包括多個第一接觸件，分別連接於該等信號件，每一第一接觸件及個別的信號件皆與該第一接地平面電性獨立，及多個第二接觸件，分別連接於該等第一接地件，每一第二接觸件、對應的第一接地件，與至少一第二接地件共同圍繞相鄰的第一接觸件。
如請求項1所述的電性連接裝置，定義一第一方向及一與該第一方向垂直的第二方向，其中，該接觸單元的每一第一接觸件是沿該第一方向與另一第一接觸件相鄰，並沿該第二方向與至少一第二接地件相鄰，且每一第一接觸件是由相鄰的至少一第一接地件與對應的第二接觸件，以及至少一第二接地件所共同圍繞，以與另一第一接觸件之間構成電性屏蔽。
如請求項1所述的電性連接裝置，其中，該接觸單元的該等第一接觸件是兩兩一組而配合傳輸信號，每一組的兩個第一接觸件是由至少一相鄰的第二接觸件與對應的第一接地件，以及至少一相鄰的第二接地件所共同圍繞。
如請求項1所述的電性連接裝置，其中，該第一絕緣層具有二分別位於相反側的外表面，該第一接地平面貼附於該第一絕緣層的其中一個外表面，該電性連接裝置還包含一貼附於該第一絕緣層相反於該第一接地平面之另一個外表面，並與該等第一接地件及該等第二接地件電性連接的第二接地平面，其中，每一信號件及每一第一接觸件皆與該第一接地平面及該第二接地平面電性獨立。
如請求項4所述的電性連接裝置，其中，該第一接地平面具有多個呈貫穿狀且供多個信號件未接觸地穿設的第一通槽，該第二接地平面具有多個呈貫穿狀且供多個信號件未接觸地穿設的第二通槽，使得該等信號件與該等第一接觸件皆與該第一接地平面及該第二接地平面電性獨立。
如請求項2所述的電性連接裝置，其中，該核心單元的該等信號件、該等第一接地件，該等第二接地件是沿該第一方向與該第二方向呈陣列排列，且沿該第一方向的一第一間隔距離大於沿該第二方向的一第二間隔距離。
如請求項1所述的電性連接裝置，其中，該接觸單元還包括多個分別連接於該等信號件且與該等第一接觸件分別位於相反側的第三接觸件，及多個分別連接於該等第一接地件且與該等第二接觸件分別位於相反側的第四接觸件，每一第三接觸件及個別的信號件皆與該第一接地平面電性獨立。
如請求項1所述的電性連接裝置，其中，該核心單元還包括一與該第一絕緣層間隔的第二絕緣層，及一設置於該第一絕緣層與該第二絕緣層之間的第三接地平面，該第三接地平面具有一形成於外表的接地表層區，及至少一形成於外表且與該接地表層區電性獨立的信號線。
如請求項8所述的電性連接裝置，其中，該核心單元之該等信號件的其中一部分與該至少一信號線電性連接。