專利名稱：具有變化橫截面的彈性電互連件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電互連裝置，特別是涉及彈性電互連裝置。
在相對的平面表面之間提供電連接的彈性互連件是已知的，并通常包括一種含有分布在其中的導(dǎo)電顆粒的彈性材料或聚合材料，以在一個第一表面和一個第二表面之間提供一個導(dǎo)電路徑。在一種型式中，如申請日為1996年10月28日、申請?zhí)枮?8/736,830的專利申請中所示，互連件呈伸長柱狀，提供出在其端面或表面之間的一個導(dǎo)電路徑。
這樣的彈性互連件可以被用于在一個印刷電路板和一個集成電路或其它裝置之間提供電連接。此時，彈性互連件被布置在位于一基板中的各開口中，這些開口以一預(yù)定的方式排列。這樣的基板可以是電路板本身或者一個與電路板相連的分離基板。集成電路或其它裝置具有一組觸點，這些觸點與布置在基板上的彈性互連件的排列方式相對應(yīng)。將觸點與彈性互連件對齊，并向集成電路或裝置施加力，以使彈性互連件相對于觸點被壓緊，接著將集成電路或其它裝置固緊以保持預(yù)想的接觸力，這樣，便可以將集成電路或其它裝置安裝在基板上。
當(dāng)采用一個相對較大陣列的彈性互連件時，就有可能出現(xiàn)問題。因為每個彈性互連件必須經(jīng)受足夠程度的撓曲，以建立和保持電連接，而將集成電路或其它裝置安置在印刷電路板上所需的力的大小隨著所采用的彈性互連件的數(shù)目的增大成比例地增長。該所要求的力的大小可能會防礙安裝。此外，隨著所采用的互連件數(shù)目的增大，使得不能使所有互連件均建立滿意的連接的危險性也隨之增大，特別是當(dāng)配合電路板表面發(fā)生翹曲或不平整時。在一些情況下，抵抗的互連件將不會被足夠地壓縮以建立電接觸或適當(dāng)?shù)碾娊佑|，而在另一些情況下，彈性互連件可能被過度壓縮，從而導(dǎo)致未對準現(xiàn)象的發(fā)生。這種彈性互連件與配合觸點的未對準現(xiàn)象可能導(dǎo)致互連件與一個鄰近觸點的不恰當(dāng)接合或者一個或多個觸點的短路。
根據(jù)本發(fā)明，提供了彈性電互連件，其具有一個變化的橫截面，從而可得到一個增大的撓曲范圍，以及一個壓縮力和互連件的撓曲之間，以及作為撓曲的函數(shù)的阻力和撓曲之間的預(yù)定關(guān)系。一個較小的橫截面區(qū)域降低了在壓縮過程中互連件的扭曲率或壓縮力。增大的撓曲范圍和降低的扭曲率可以提高對表面不平整的修正，以及便于安裝帶有大的陣列的互連件的集成電路或其它裝置。該變化的橫截面是通過從較小橫截面的一端開始到較大橫截面一端結(jié)束，設(shè)置一個單個或組合斜面，或者一個非線性曲面的方式來提供的。
在此公開了各種實施例，其包括有多種錐形柱體形狀，該錐形柱體具有沿著整個高度呈一條直線的輪廓，遵循著多個呈不同角度的直線的輪廓，以及遵循著一條曲線的輪廓。用來制造互連件的導(dǎo)電材料，例如帶有導(dǎo)電顆粒的聚合材料，提供了互連件的相對端之間的必要導(dǎo)電性?；ミB件的具有較大橫截面的一端提供一個底部，用于安裝在一個固定的接觸面上，例如一個電路板或插座上，而具有較小橫截面的一端提供一個接觸端，用于將一個導(dǎo)電墊或終端接觸在配合裝置上。較寬的底部使互連件得以穩(wěn)定并保持接觸端的對齊，以最小化互連件的橫向運動，并避免相鄰互連件的相互接觸或?qū)⒁粋€不當(dāng)?shù)膶?dǎo)電墊接觸在配合裝置上。
參考對本發(fā)明的詳細描述及其附圖，本發(fā)明將變得更加清楚，其中

圖1a為根據(jù)本發(fā)明的彈性電互連件的側(cè)視圖1b為圖1a的互連件處于撓曲狀態(tài)的側(cè)視圖；圖1c為與一不平整接觸平面相連接的接觸墊的側(cè)視圖；圖2a為彈性電互連件的一個實施例的示意圖；圖2b為圖2a所示實施例的側(cè)視圖；圖2c為圖2a和2b所示實施例中阻力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖2d為圖2a和2b所示實施例的力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖3a為本發(fā)明第二個實施例的示意圖；圖3b為圖3a所示實施例的側(cè)視圖；圖3c為圖3a和3b所示實施例的阻力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖3d為圖3a和3b所示實施例的力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖4a為本發(fā)明的第三個實施例的示意圖；圖b為圖4a所示實施例的側(cè)視圖；圖4c為圖4a和4b所示實施例的阻力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖4d為圖4a和4b所示實施例的力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線圖；圖5a為本發(fā)明具有一個曲線壁的另一個實施例的示意圖；圖5b為圖5a所示實施例的側(cè)視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明采用了一對互連件的一個實施例的局部側(cè)視圖；圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明具有雙端頭式樣的彈性互連件；圖7b為安裝在一基板上的圖7a所示實施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖7c為安裝在一基板上的圖7a所示實施例的圖解示意圖8a為本發(fā)明具有雙端頭式樣的另一個實施例的示意圖；圖8b為圖8a所示實施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖8c為安裝在一基板上的圖8a所示實施例的剖面?zhèn)纫晥D；圖8d為安裝在一基板上的圖8a所示實施例的圖解示意圖；圖9a為本發(fā)明又一實施例的圖解示意圖；圖9b為圖9a所示實施例的剖面?zhèn)纫晥D；以及圖9c為安裝在一基板上的圖9a所示實施例的剖面?zhèn)纫晥D。
參見圖1a，彈性電互連件10安裝在一基板11，例如一印刷電路板上，以在基板11的導(dǎo)電區(qū)域和集成電路或其它裝置14的導(dǎo)電區(qū)域12之間提供電互連。每個互連件10由一彈性非導(dǎo)電材料，例如，一聚合材料構(gòu)成，它含有彌散在其中的導(dǎo)電顆粒，以提供預(yù)定水平的電導(dǎo)率。每個互連件包括一本體16，其呈現(xiàn)出一截頭圓錐狀，具有一個終止于一接觸表面18的較小橫截面頂端區(qū)域和一個從其中伸出一安裝莖20的較大底部區(qū)域。安裝莖20插入到設(shè)置在基板11上的孔中，本體16的底表面置于基板上環(huán)繞著該孔并與之面對的表面上。莖20的尺寸相應(yīng)于與之相關(guān)的孔而設(shè)，以壓緊裝配到孔中，從而將本體16保持在基板上?；寰哂形挥谄湟粋€表面上的導(dǎo)電區(qū)域22，本體16的底表面機械接觸及電接觸地支撐在其上?；逯械陌惭b孔可以具有電鍍的壁，以與位于其中的互連件的莖部分電接觸。最好是本體被化學(xué)粘合到基板的導(dǎo)電區(qū)域上或電鍍孔中，以提供良好的電連接。
彈性電互連件的成分可以如申請日為1996年10月28日、申請?zhí)枮?8/736,830的專利申請中所公開的那樣，上述專利申請結(jié)合在此作為參考。當(dāng)然，互連件也可以采用其它導(dǎo)電彈性成分，例如，具有彌散在其中的碳的熱塑性彈性體材料。
在圖1a中，互連件10以在與配合觸點12電連接之前的方式示出。為了提供電連接，通過適宜的機械固定裝置將互連件與配合觸點接合在一起并保持在接觸配合狀態(tài)，該機械固定裝置通常為一互連件座的一部分，并可以采用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的多種構(gòu)型。當(dāng)完成配合連接后，互連件10如圖1b所示被壓縮，以在集成電路或其它裝置的觸點12和基板的觸點22之間提供電連接。
彈性電互連件具有一個撓曲范圍，其足以在配合觸點間提供恰當(dāng)?shù)慕佑|配合，而不會在互連件或配合觸點上產(chǎn)生過大的力，該過大的力可能導(dǎo)致有害結(jié)果，例如不期望的互連件的橫向撓曲以及互連件相對于配合觸點的不對齊。由彈性互連件互連的上、下觸點之間的距離可以由于電路板或其它基板的翹曲或不規(guī)則(不平整)而不相同，如圖1C所示，上觸點12a與下觸點22a之間的距離比上觸點12b和下觸點22b之間的距離要小。這種相隔距離的差異可能由例如以夸張方式示出并以標號24表示的翹曲或彎曲的電路板而產(chǎn)生。
由本發(fā)明提供的具有變化橫截面的互連件的撓曲范圍比具有均一橫截面的彈性互連件的撓曲范圍要大，并同時可以保持一個可接受的壓縮力的范圍，以提供接觸配合。
位于上、下接觸表面之間的互連件本體的高度、橫截面區(qū)域以及輪廓可以被指定，以提供一個期望的阻力與撓曲特性以及力與撓曲特性之間的關(guān)系。
圖2a和2b示出了一個類似于圖1a的錐形彈性電互連件。錐形表面的錐度和本體的高度及寬度可以根據(jù)不同情況設(shè)置，以適合特定的操作要求。一個倒圓區(qū)域19可以將觸點端18和錐形體連接起來，該實施例的典型阻力與撓曲之間關(guān)系的曲線示于圖2c中。一個典型的力與撓曲之間關(guān)系的曲線示于圖2d中。
在圖3a和3b中，示出了一個彈性互連件，其具有一個含兩個不同斜面的倒角圓錐本體，本體30具有一個呈一個坡度的較高頂部32和一個呈更大坡度的較矮下部34。該互連件本體30的組合坡度表面提供了一個相對較陡的力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線，如圖3d所示。阻力與撓曲之間關(guān)系的曲線示于圖3c中，其顯示出阻力從一初始值開始急劇下降至一最終值，并隨之只發(fā)生較小量的撓曲。本體30的底部34的相對較寬區(qū)域提供了一個穩(wěn)定的互連結(jié)構(gòu)，其可以承受相對大的撓曲而不致被施加過大的力。
另一個具有組合坡度表面的彈性互連件示于圖4a和4b中，其中上部42和下部44基本上具有相同的高度，阻力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線示于圖4c中，力與撓曲特性之間關(guān)系的曲線示于圖4d中。
彈性互連件的另一個實施例示于圖5a和5b中，其中互連件本體具有一個曲線表面45，其提供了一個較平緩的力與撓曲特性之間的曲線，并在壓縮過程中可以提供更加均勻的分布力。
如圖6所示，也可以在基板的一個孔中提供向相反方向伸展的一對互連件，每個互連件的底部區(qū)域與基板上的一導(dǎo)電表面區(qū)域電連接配合。如上所述，互連件的底部也可以與基板中的一電鍍通孔的導(dǎo)電壁電連接配合。
互連件也可以以一個如圖7a所示的雙端頭方式形成，互連件的每一部分均呈倒角圓錐狀。上部70終止于接觸表面74，下部72終止于接觸表面76。一個中部78為一減小直徑的橫截面區(qū)域，其尺寸設(shè)計成可以容納在基板77的對應(yīng)開口中，如圖7b和7c所示。錐形本體部分70和72通過中間傾斜周邊80和82與表面區(qū)域連接起來。作為撓曲的函數(shù)的阻力與力特性大致類似于圖3c和3d中的特征曲線。
彈性電互連件通常以陣列方式安裝在一基板上，如圖7c所示，其對應(yīng)于一配合裝置的觸點的陣列。
圖8a和8b示出了另一種雙端頭式樣的互連件，這種形式具有類似于圖3a和4a所示的組合方式的組合錐形表面。它們被類似地安裝在一基板上，如圖8c和8d所示。
圖9a和9b中示出了另一個實施例，其中互連件的上端90比下端92大。上端90呈一個具有一個單一坡度的截頭圓錐形，下端92具有一個由較寬部94和較窄部96確定的組合錐形斜面。互連件如圖9c所示安裝在一基板上，上端具有一個錐形接觸區(qū)域92，底端具有一個平面接觸區(qū)域99。
互連件可以分別模塑或者成形，并通過例如將彈性元件壓緊裝配到基板孔中的方式被安裝到基板的各自對應(yīng)的開口中?；蛘撸瑥椥曰ミB件可以整體模塑成形在基板中，以為特定的目的而提供一個預(yù)定構(gòu)型的互連件陣列。
互連件的接觸表面可以為如上所述的平面結(jié)構(gòu)，或者也可以是其它結(jié)構(gòu)，從而與特殊類型的觸點相配合，例如采用一個錐形接觸區(qū)域以與一球網(wǎng)格陣列的球形觸點相連接。彈性互連件接觸區(qū)域可以是為適應(yīng)特定目的而要求的其它一些形式。
通過上述對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，對本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，其它的一些可以合并在本發(fā)明內(nèi)容中的實施例將是很明顯的。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為局限于所公開的實施例，而應(yīng)當(dāng)視作僅由附屬權(quán)利要求的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種彈性導(dǎo)電互連元件，用于在一個第一表面和一個第二表面之間提供電連接，其特征在于，所述的導(dǎo)電互連元件包括一個具有變化截面的導(dǎo)電彈性體材料本體；一個位于該本體一端上的第一接觸區(qū)域；以及一個位于該本體另一端上的第二接觸區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1的彈性導(dǎo)電互連元件，其特征在于，其中所述本體具有一錐形形狀，且第一接觸區(qū)域位于錐形體的較小端。
3.如權(quán)利要求2的彈性導(dǎo)電互連元件，其特征在于，其中該本體具有一個含至少兩個不同斜面的錐形形狀，最大的斜面位于本體的頂部并終止于第一接觸區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1的彈性導(dǎo)電互連接，其特征在于，其中所述本體具有一個曲面壁，其從一個較小端開始延伸，終止于第一接觸區(qū)域以及一個第二大端。
5.如權(quán)利要求1的彈性導(dǎo)電互連件，其特征在于，其中該本體為一截頭圓錐形，其較小端終止于第一接觸區(qū)域。
6.一種電互連裝置，其特征在于，它包括一個具有各相對表面的非導(dǎo)電材料基板，多個形成于該基板中并在所述各相對表面之間延伸的孔；以及多個相應(yīng)的彈性體材料導(dǎo)電互連元件，每個元件分別位于上述孔中的一個中并在所述基板的各相對表面之間延伸；每個所述導(dǎo)電互連元件由一個導(dǎo)電彈性體材料本體構(gòu)成，其具有一個變化的橫截面，一個位于本體較小端的第一接觸區(qū)域和一個位于本體另一端的第二接觸區(qū)域。
全文摘要
提供了彈性電互連件,其具有變化的橫截面,可以獲得增大的撓曲范圍,和預(yù)定的壓縮力與互連件的撓曲以及阻力與互連件的撓曲之間的關(guān)系,一個較小的橫截面區(qū)域降低了壓縮過程中互連件的扭曲率或壓縮力。增大的撓曲范圍和降低的扭曲率可以提高對表面不平整的補償,并有利于安裝具有大陣列互連件的集成電路或其它裝置,變化的橫截面是通過從較小橫截面端部到較大橫截面端部形成一個單個或組合斜面,或者一個非線性曲面的方式提供的。
文檔編號H05K3/32GK1261212SQ00100208
公開日2000年7月26日 申請日期2000年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月7日
發(fā)明者戴維·克羅澤, 戴維·德多納托, 喬納森·古德溫, 斯蒂芬·德爾普瑞特 申請人:托馬斯-貝茨國際公司