专利名称：采用非导电弹性元件的电互连系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用非导电弹性元件和导电元件的电互连系统。
背景技术：
互连装置用于在两个或多个相对的触点区域的阵列之间提供电连接以建立至少一个电通路，其中，各个阵列可以提供在装置，印刷电路板，针栅阵列(PGA)，平面栅格阵列(LGA)，球栅阵列(BGA)，等等上。互连技术可包括焊接，纳入接，引线接合，引线按钮接点和插入式连接器。在一种使用Z轴互连装置的互连技术中，一个支承在基板/载体上的Z轴互连元件的阵列提供堆叠电气部件之间的电连接。该Z轴互连装置能够适应例如与许多电气装置的减小的物理尺寸相关的尺寸限制。此外，该Z轴互联装置可以被非持久地安装以适应移除或替换已建立的电通路的部件的需要。
导电性可以通过具有金属导电触点的Z轴互连装置提供，每个触点在相应的相对阵列的电触点之间提供电连接。由于相对阵列的电触点之间高度的变化、支承互联装置的导电元件的相对阵列中的任一个的基板厚度的变化、相对阵列中的任一个的基板的变形等等，都可能使得在金属触点和相对阵列中的任一个的金属触点区域之间建立的可靠接触变得不可靠。
在现有使用非导电弹性元件的电互连装置中，例如美国专利号7,070,420中公开的，电互连装置具有非导电基板和保持在该基板上的大致圆形的开口中的电触点阵列。每个电触点包括非导电的弹性元件和相关联的导电元件。该导电元件包括主体，该主体具有布置在该非导电弹性元件的各个相对的端部外部的相对的端部。当力施加在该电触点上时，非导电弹性元件的相对的端部弹性地按压在导电元件的各个相对的端部。
需要一种具有弹性元件的改进的电互连装置。
发明内容
一种电互连系统包括保持触点阵列的基板。每个触点包括非导电元件，其具有延伸超过基板的各个相对侧的相对的端部；以及导体元件，其具有在非导电元件的相对的端部外部的相对的端部部分。每个导体元件包括布置在非导电层上的导电层，从而非导电层邻接(abut)非导电元件的相对的端部，并且当在相对的电路板之间组装电互连系统时，导电层形成电气通路。
图1是根据本公开的电互连系统的顶视图； 图2是图1中所示的电互连系统的基板，非导电元件和相关的导体元件的底视图； 图3是图2中所示的基板，非导电元件和相关的导体元件的后视图； 图4是图2中所示的基板，非导电元件和相关的导体元件的侧视图； 图5是图2中所示的基板，非导电元件和相关的导体元件的示意图，示出了形成在弯曲位置并变形的导电元件； 图6是根据本公开的第一实施例的电互连系统的在延伸位置示出的导体元件的透视图； 图7是根据本公开的第一实施例的电互连系统的形成在弯曲位置示出的导体元件的透视图； 图8是根据本公开的第一实施例的电互连系统的形成在弯曲位置并变形示出的导体元件的透视图； 图9是图2中所示基板的透视图； 图10是图2中所示的非导电元件的透视图； 图11A和11B分别是电互连系统的第二实施例的基板部分的透视图和顶视图； 图12是电互连系统的第二实施例的使用图11中所示的基板部分的非导电元件的侧视图； 图13是图11中的基板部分、图12中的非导电元件、以及电互连系统的第二实施例的导电元件的透视图； 图14是用于电互连系统的第二实施例的接收图11中的基板部分的基板部分的透视图； 图15是结合图14中的基板部分和图13中的部分的第二实施例的组装电互连系统的顶视图； 图16是图15中的组装的第二实施例的电互连系统的透视图。
具体实施例方式 采用非导电元件20和电传导(例如，金属)触点的混合的电互连系统10被公开。电互连系统10提供第一和第二装置之间的电连接，每个装置包括至少一个排列成触点阵列的电触点，其中第一和第二装置的触点阵列分别设置在第一和第二相对的板上，例如，印刷电路板或栅格上。电互连系统10夹在第一和第二相对的板之间。可替代的，电互连系统10是夹在比如针栅阵列(PGA)，平面栅格阵列(LGA)以及球栅阵列(BGA)等等中间。
例如，第一和第二板可以是堆叠的，并且电互连系统10可以是夹在其中间的。第一板的各个电触点与第二板的各个电触点相对应。通过电互连系统10与第一和第二板装配，电互连系统10在第一和第二板各自相应的电触点之间建立电气通路，例如在其中提供电气传导的通路，并且在所建立的电气通路之间提供绝缘。
应当参考附图，其中，在不同的附图中相同的数字表示相似的元件。
参考附图1和2，电互连系统10被示出，其通常包括导电基板12，其中设置有一列例如孔或切口的开口14。电互连系统10具有1mm的触点间距(pitch)。然而，应当理解的是本公开的特征可以应用于具有更大或更小触点间距的系统。电触点阵列40被设置，其被保持在基板12的开口14中。每个电触点40都包括非导电弹性元件20和相关的导体元件22。已经大致描述了该系统，现在每个部件将被描述。
现在参考图9，基板12将被更具体地描述。基板12由例如金属的导电材料形成。在提供的实施例中，基板12由不锈钢形成，但是其他导电材料也可以预见。如图9所示，开口阵列14包括多个第一开口16和多个第二开口18。每个第一和第二开口16，18在基板12的相对面之间延伸。第一开口16和第二开口18的形状和大小使得其能够分别保持导体元件22和非导电元件20。第一和第二开口16，18的宽度可以相同，或者也可以不同。应当理解的是第二开口18不是圆形的。第一开口16包括保持部分17和间隙部分19。
现在参考图10和12，非导电元件20将被更具体地描述。非导电元件20由例如硅氧烷的弹性聚合物形成。在所示实施例中，非导电元件20模制在基板12上。非导电元件20被约束地保持至基板12，非导电元件20的相对的端部21，23排列在基板12的各个相对的侧端之外。非导电元件20可以通过现有技术中的任何已知工艺形成。在示例性实施例中，从基板12延伸的非导电元件20的一部分具有接近截锥体的形式，其具有圆的顶部且截锥体的最大宽度紧邻基板12。
如图3和4所示，第一和第二端部21和23分别设置在非导电元件20的相对的端部。尽管非导电元件20的第一端部21和第二端部23的表面被描述为图10中所示的通常的半球形，第一端部21和/或第二端部23的表面可以是平面的，锥形的或其他任何合适的形状用于邻接和/或配合下面进一步描述的导体元件22。使用的聚合物以及非导电元件20的形状每个都可以被选择，用于改变和控制电互连系统10施加的接触力。使用的用于非导电元件20的材料的硬度特性可以被选择以适应应用的具体条件。
各个非导电元件20在各个开口18中的保持通过截锥体的最大宽度而更容易。然而，应当理解的是，任何合适的大致柱状的形状都可以用于非导电元件20。如图10所示，当组装后，非导电弹性元件20的部分25与导电基板12共面，导电基板12通过模制过程控制第二开口18的形状，通过模制过程非导电弹性元件20被连接。第二开口18的非圆形形状提供了用于非导电弹性元件20的防旋转特性。用于非导电弹性元件20的第二开口18形状以及第二开口18的数目的其他变化都可以被预见以同样地具有防旋转特性。这些变化中的一个将在下面参考第二实施例的电互连系统1010被讨论。
现在导体元件22将参考图3-8被描述。每个导体元件22包括非导电部分300，扁的主体302，以及第一和第二臂304。每个臂304具有含内表面308和外表面310的端部部分306。外表面310可以在其上包括向外延伸的凹痕(未示出)，例如赫兹点。如所示的，各个端部部分306布置在每个导体元件22的相对的端部。在布置在导体元件22的相对端部的各个端部部分306的外表面310之间提供电气通路。当电互连系统10被组装后，端部部分306布置在非导电弹性元件20的每个相对端部21，23的外部，用于形成触点40。当力施加在电触点40上时，非导电弹性元件20的相对端部21，23弹性地按压在导体元件22的相对的端部处的各个端部部分306上。
图6和7示出了之前由金属片原料被切削和冲压成的导体元件22。图3，4和7示出了形成在弯曲位置的导体元件22，用于邻接和/或配合非导电元件20或用于准备邻接和/或配合非导电元件20。图5和8示出了形成在弯曲位置并例如由于轴向压力造成的弯曲的导体元件22，以邻接和/或配合非导电元件20。如图3，4和5所示，导体元件22的臂304的端部部分306的外表面310做为触点区域裸露，用于与相对板的电触点电连接，并且为相对板中的一个板的电触点和另一个相对板的相应电触点之间提供电气通路。
导体元件22的主体302可以全部由导电金属形成，例如铜，磷青铜合金，铍，金，镍，银，或者上面提及的元素或合金的合金。可以预见的是，只要在第一和第二臂304的各个端部部分306的外表面310之间提供有导电通路，其它材料也可以用于形成导体元件22的主体302，其中电通路优选整个由金属形成。各个端部部分306的外表面310的形状一般可以是平面，半球形，锥形或其他任何合适的形状，用于邻接和/或配合相对板的各个电触点。
每个导体元件22都是可弯曲的，例如在一个或多个连接点处和/或由弹性材料形成。当电互连系统10被组装，第一和第二板的各个电触点阵列有至少一个电接触(未示出)，各个导体元件22是弯曲的并且邻接它们的各个相关联的非导电元件20用于形成互联元件40。
当插入相应的第一开口16中，每个导体元件22的每个主体302都基本上布置在第一开口16中。非导电部分300可以包括用于保持导体元件22在第一开口16中的保持结构，其中保持结构可以是增加至主体302的单独的结构，或者也可以由扁的主体302本身提供。在提供的例子中，保持结构由增加至扁主体302的非导电部分300提供。非导电部分300的宽度超过第一开口16的保持部分17的宽度，保持部分17用于将导体元件22保持在第一开口16的弧形保持部分17中。
非导电部分300中限定的凹口320中的每一个包括邻接基板12顶表面的一个表面322，用于把导体元件22阻塞在第一开口16中并且用于决定导体元件22在第一开口16中的插入深度。凹口320还包括邻接基板12的底表面的面324，与面322邻接基板12的顶表面相似。第一和第二臂304从主体302延伸，并且是可弯曲的和/或弹性的，以使得各个第一和第二臂304的端部部分306的内表面308分别邻接非导电元件20的第一端部21和第二端部23。端部部分306的内表面308的形状可以形成得与非导电元件20的第一部分21和第二端部23相符合。端部部分306进一步可以提供有一个结构，该结构用于连接或抓住非导电元件20的第一端部21和/或第二端部23用于相对于与之相关联的非导电元件20定位导体元件22。
带着如上描述的部件，现在将描述组装的装置。在图1所示的实施例中，各个电触点40分别保持在一阵列开口14的第一和第二开口16，18中。紧密配合(例如，按压)入开口阵列14的开口16中的对象，例如导体元件22，至少部分由于导体元件22的弹性而保持在开口16中，正如下面将要讨论的。
每个保持在第二开口18中的非导电元件20与保持在与第二开口18邻近的一个第一开口16中的一个导体元件22配成一对。图2示出了带有分别保持在开口阵列14的空隙/开口16，18中的一个非导电元件20和与其相关联的导体元件22的基板12。
在导体元件22和基板12的组装过程中，导体元件22被迫插入第一开口16中，造成相关联的导体元件22弹性变形。凹口320接收第一开口16的保持部分17的壁于其中，从而缓解相关联的导体元件22在插入期间因弹性变形所引起的至少部分压力。从而，凹口320有助于把导体元件22保持在第一开口16中。
根据图1所示的实施例，开口16和18排列成平行于用“y”表示的轴的各个列，并且排列成平行于用“x”表示的轴的各个行。电触点40的每个非导电元件20和其各个导体元件22沿着x轴排列。其它实施例可以预见，其中，电触点40的非导电弹性元件20和相关联的导电元件22相对于x轴成0到90度之间的角度排列。
在示出的例子中，非导电元件20沿着x和y轴都彼此间隔开均匀的间隔，非导电元件20之间沿着x轴的间隔与非导电元件20沿着y轴的间隔相等。示出的间隔合适于提供相对板的阵列的第一和第二电触点之间的电连接，其中相对板的阵列电触点沿着x轴和y轴，或者基板12的边32和34，均匀间隔开相等的距离。在不同的典型性应用中(未示出)，非导电元件20之间沿着x轴的间隔可以与非导电元件20之间沿着y轴的间隔不同。
一旦相关联的导体元件22位于第一开口16中，相关联的导体元件22的扁的主体302就被定位，以使得其不接触导电基板12。这通过非导电部分300到导电基板12的接触以及通过间隙部分19提供的间隙而实现。相应的，在扁的主体302穿过间隙部分19的点处，扁的主体302的宽度尺寸小于间隙部分19的宽度。这样，相关联的导体元件22提供了与导电基板12电隔离的扁的主体302。
互连10的操作现在将被描述。参考附图3和4，形成电触点40的非导电元件20和相关联的导体元件22被示出组装在基板12上，并且在相对的板之间受压之前。图5示出了形成电触点40的非导电元件20和相关联的导体元件22，轴向压力从上和下施加，例如当在相对板之间按压时。
各个导体元件22的各个外表面310与相对板的各个电触点的邻接可以包括取决于各个外表面310和相对板的各个导体元件22的形状的面对面接触。最小的轴向压力可以足够以建立电互连系统10的导体元件22和相对板的触点之间的可靠的电气连接，并且用于建立相对板的相应电触点之间的电气连接。更进一步的，电气连接的建立对过大的轴向压力不敏感。
现在参考图11-16，电互连系统1010被示出，其具有导电基板1012，基板上具有一系列开口1017，1018，1019，例如孔或切口。电互连系统1010具有5mm的触点间距(pitch)。然而，应当理解的是，本公开的特征可以应用于具有更大或更小的触点间距的系统。
基板1012由多个模块化的基板行1014和行接收器1015组成。每个行1014包括多个第一开口1017，多对第二开口1018，以及多个第三开口1019，如图11A和B所示。每个第一，第二以及第三开口1017，1018，1019在基板1012的行1014的相对的表面之间延伸。行1014进一步包括在其端部上的连接片1011，其与行接收器1015的边1034中限定的连接空隙1013紧密配合。
将行1014放置于接收器1015中造成邻近的行1014邻接或者与彼此非常接近。一个行1014的第一开口1017与邻近行的第三开口1019对齐，或与由接收器1015的边1032中限定的开口1033对齐，开口1033的大小与第三开口1019的大小类似。第一和第三开口1017，1019的大小略微不同，同样地，第一和第三开口1017，1019合起来限定一具有与第一开口16的保持部分17和间隙部分19相似的保持部分和间隙部分的开口。因此，当放置在行接收器1015中时，第一和第三开口1017，1019合起来限定导体开口1016。
电触点阵列1040被设置并被保持在基板1012的行1014中。各个电触点1040被保持在行1014的导体和第二开口1016，1018中。每个电触点1040包括非导电弹性元件1020和相关联的导体元件1022。
图13，15和16示出了多个保持在行1014中的非导电元件1020和导体元件1022，每个导体元件1022置于其相关联的非导电元件1020的附近。图13示出了基板1012的一个行1014，非导电元件1020和其相关联的导电元件1022分别保持在基板1012的各个开口1018，1016(图11A和11B)中。尽管附图13，15和16中示出了组装后的和大致平面的导体元件1022，应当理解的是，在使用中，相关联的导体元件1022处于与图5中的导体元件22的位置类似的弯曲位置。
每个导体元件1022包括布置在其上的非导电层1300和导电轨迹或层1302。导电层1302相对于非导电层1300布置于外部，以使得当被组装时，非导电层1300位于导电层1302和其附着于的行14或者非导电元件1020之间。导电元件1022是可弯曲的，例如在一个或多个连接点可弯曲和/或由弹性材料形成。当电互连系统1010被与具有至少一个电接触(未示出)的各个电触点阵列的第一和第二板组装时，各个导体元件1022是弯曲，以使得非导电层1300邻接它们的各个相关联的非导电元件1020，用于形成互联元件1040。
行1014由导电材料形成，例如金属。紧密配合(例如，按压)入行1014的开口1016中的对象，例如导体元件1022，至少部分由于导体元件1022的弹性保持在开口1016中，正如下面将要讨论的。开口1016和第二开口1018的大小和形状使得其分别保持导体元件1022和非导电元件1020。开口1016，正如前面讨论的，包括由第一开口1017提供的保持第一部分和由第三开口1019提供的间隙第三部分。
如图13中，各个非导电元件1020分别由一对第二开口1018保持(held)，例如保持(retained)，并且各个导体元件1022保持，例如保持在开口1016中。保持在一对第二开口1018中的每个非导电元件1020与保持在与一对第二开口18邻近的一个开口1016中的一个导体元件1022配成对。
在示出的例子中，非导电元件1020沿着x和y轴(沿着列1014和垂直于列1014)都彼此间隔开均匀的间隔。示出的间隔合适于提供相对板的第一和第二电触点阵列之间的电连接，其中相对板的阵列的电触点沿着x轴和y轴，或者基板1012的边1032和1034，均匀间隔开相等的距离。在不同的典型性应用中(未示出)，非导电元件1020之间沿着x轴的间隔可以与非导电元件1020之间沿着y轴的间隔不同。
参考图15和16，形成电触点1040的非导电元件1020和导体元件1022被示出组装在基板1012上，并且在相对的板之间受压之前。
非导电元件1020与非导电元件20相似地形成。在示出的实施例中，非导电元件1020模制在基板1012上。非导电元件1020被约束地保持至基板1012的行1014。非导电元件1020可以通过现有技术中的任何已知工艺形成。在示例性实施例中，从基板1012延伸的非导电元件1020的一部分具有接近截锥体的形式，其具有圆的顶部且截锥体的最大宽度紧邻基板1012。各个非导电元件1020在各个开口1018中的保持通过截锥体的最大宽度并且通过使用一对开口1018的每个元件1020而更容易。然而，应当理解任何合适的大致柱状的形状都可以用于非导电元件1020。如图12所示，当组装后，非导电弹性元件1020的部分1025与导电基板1012共面，导电基板1012通过模制过程控制第二开口对1018的形状，通过模制过程非导电弹性元件1020被附着上。应当理解的是每个弹性元件1020与两个第二开口1018配合。配合两个第二开口1018提供了用于非导电弹性元件1020的防旋转特性。用于非导电弹性元件1020的第二开口1018形状的其他变化都可以被预见以同样地具有防旋转特性。
如图12和13所示，第一部分1021和第二部分1023分别设置在非导电元件1020的相对的端部。尽管非导电元件1020的第一部分1021和第二部分1023的表面被描述为图12中所示的大致半球形，第一部分1021和/或第二部分1023的表面可以是平面的，锥形的或其他任何用于邻接和/或配合下面进一步描述的导体元件1022的合适形状。使用的聚合物以及非导电元件1020的形状每个都可以被选择，用于改变和控制由电互连系统1010施加的接触力。使用的用于非导电元件1020的材料的硬度特性可以被选择用于适应应用的具体条件。
每个导电元件1022包括非导电层1300和导电层1302。每个导电元件1022进一步包括第一和第二臂1304。每个臂1304具有端部部分1306，每个端部部分1306具有非导电层1300的内表面1308和导电层1302的外表面1310。如示出的，各个端部部分1306布置在每个导体元件1022的相对的端部。在置于导体元件1022的相对端部的各个端部部分1306的外表面1310之间提供电气通路。当电互连系统1010组装后，端部部分1306被置于非导电弹性元件1020的各个相对端部1021，1023的外部，以形成触点1040。当力应用于电触点1040时，非导电弹性元件1020的相对的端部1021，1023在导体元件1022的相对的端部弹性地压在各个端部部分1306上。
当被插入相应的开口1016中时，每个导体元件1022的每个导电层1302基本上设置于第一开口1016中。非导电层1300包括一个用于将导体元件1022保持在开口1016中的保持结构。非导电部分1300的宽度超过开口1016的第一开口1017的宽度，用于将导体元件1022保持在第一开口1016的第一开口1017中。在导体元件1022与基板1012的行1014组装过程中，导体元件1022耦合至开口1016。凹口1320接收开口1016的第一开口1017的壁于其中，摩擦地配合第一开口1017的上和下壁。所以，凹口1320有助于将导体元件1022保持在开口1016中。
限定在非导电层1300中的凹口1320每个都包括邻接基板1012的顶表面的一个表面1322。凹口1320还包括与表面1322邻接基板1012的顶表面类似的邻接基板1012的底表面的表面1324。第一和第二臂1304是可弯曲的和/或弹性的，以使得各个第一和第二臂1304的端部部分1306的内表面1308分别邻接非导电元件1020的第一部分1021和第二部分1023。端部部分1306的内表面1308的形状可以形成与非导电元件1020的第一部分1021和第二部分1023相符合。端部部分1306可以进一步具有一个结构，该结构用于邻接或抓住非导电元件1020的第一部分1021和/或第二部分1023用于相对于其相关联的非导电元件1020定位导电元件1022。
如图16所示，导体元件1022的臂1304的端部部分1306的外表面1310作为触点区域而被暴露用于与相对板的电触点电接触，并且提供相对板的一个板的电触点与另一个相对板的相应电触点之间的电气通路。
导体元件1022的导电层1302可以全部由导电金属形成，例如铜，磷青铜合金，铍，金，镍，银，或者上面提及的元素或合金的合金。可以预见的是只要在第一和第二臂1304的各个端部部分1306的外表面1310之间提供有导电通路，其它材料也可以用于形成导体元件1022的导电层1302，其中电通路优选全部由金属形成。各个端部部分1306的外表面1310的形状可以是大致平面，半球形，锥形或其他任何合适的形状，用于邻接和/或配合相对板的各个电触点。各个导体元件1022的各个外表面1310与相对板的各个电触点的邻接可以包括取决于各个外表面1310和相对板的各个导体元件1022的形状的面对面接触。最小的轴向压力可以足够以建立电互连系统1010的导体元件1022和相对板的触点之间的电气连接，并且用于建立相对板的相应电触点之间的电气连接。更进一步的，电气连接的建立对过大的轴向压力不敏感。
如上面描述的，一旦导体元件1022位于导体开口1016中，导体元件1022的导电层1302就被定位，以使得其不接触导电基板1012。这通过非导电层1300到导电基板1012的接触以及通过第三开口1019、或限定在行接收器1015的边1034中的类似特性所提供的间隙而实现。相应的，在导电层1302穿过第三开口1019的点处，导电层1302的宽度尺寸小于第三开口1019的宽度。这样，导体元件1022具有与导电的导电基板1012电隔离的导电层1302。
权利要求
1、一种电互连系统(1010)，其包括保持一系列触点(1040)的基板(1012)，每个所述触点包括非导电元件(1020)，该非导电元件具有延伸超过所述基板的各个相对侧的相对的端部(1021，1023)；以及导体元件(1022)，该导体元件具有在所述非导电元件的相对的端部外部的相对的端部部分(1306)，其特征在于
每个所述导体元件包括布置在非导电层(1300)上的导电层(1302)，以使得当在相对的电路板之间组装所述电互连系统时，所述非导电层邻接所述非导电元件的所述相对的端部，并且所述导电层形成电气通路。
2、权利要求1的所述电互连系统，其中所述基板包括保持多个模块化基板行(1014)的行接收器(1015)。
3、权利要求2的所述电互连系统，其中所述非导电元件保持在所述基板行中的开口(1018)中，并且所述导电元件保持在所述基板行之间的开口(1016)中。
4、权利要求3的所述电互连系统，其中所述基板行之间的所述开口(1016)包括保持所述非导电层(1300)的第一开口(1017)，以及提供用于所述导电层(1302)的间隙的第三开口(1019)。
全文摘要
一种电互连系统(1010)包括保持一系列触点(1040)的基板(1012)。每个触点包括具有延伸超过所述基板的各个相对侧的相对的端部(1021，1023)的非导电元件(1020)，以及具有在所述非导电元件的相对的端部外部的相对的端部部分(1306)的导体元件(1022)。每个所述导体元件包括布置在非导电层(1300)上的导电层(1302)，以使得当在相对的电路板之间组装所述电互连系统时，所述非导电层邻接所述非导电元件的所述相对的端部，并且所述导电层形成电气通路。
文档编号H01R12/22GK101299492SQ200810142840
公开日2008年11月5日 申请日期2008年3月13日 优先权日2007年3月13日
发明者韦恩·S·奥尔登三世, 杰弗里·W·梅森, 彼得·韦彭斯基, 柯蒂斯·G·克瑙布 申请人:泰科电子公司