制造缝合型lga连接器的方法

专利名称：制造缝合型lga连接器的方法
技术领域：
本发明主要涉及压力接触连接器，更具体地说，本发明涉及一种使用固定在连接器挠性主体部分中的多条金属线作为接点的焊盘栅格阵列(Land grid array)(LGA)连接器。
背景技术：
在过去的几年中，电子工业在如笔记本电脑等的小型电子器件和设备上看到了巨大增长。工业总是在试图缩减这些元件的尺寸，并增加它们的功能和性能。通过增加器件的元件上电路的密度，就能同时达到这两个目的。尽管在芯片或电路板上形成的电路数目可以增加，但必须注意保证在高密度元件与器件的其他元件间建立可靠的相互连接。
这些高密度互连用于微处理器、ASIC以及其他类型的芯片，也可用作两电路板之间的连接器。球形栅格阵列(BGA)封装已经用作这些类型的应用的高密度互连。在BGA式封装中，在衬底上形成焊点，圆球状焊料与焊点相接触。然而，这些球在进行芯片与相应电路板的连接时常常表现出很差的电路板结合性和机械特性。它们并不总是适合来克服在衬底印刷电路板中可能产生的变化。而且，在这些球被加热形成焊接头时，芯片不能被容易地拆下以消除焊接中产生的缺陷，除非将所有焊球全部重做并在另一次尝试中将球形栅格阵列回流到印刷电路板上，以提供可靠的连接。因此，应该理解，利用BGA焊接封装并不能提供可分离的器件界面。
焊盘栅格阵列(LGA)连接器即是为此类应用所研制的，它们通过使用导电引线(lead)，例如成形的金属接点，能在器件和电路板之间提供电通路。该导电引线通常嵌于硬塑料衬底中以将印刷电路板上的焊盘或焊点连接于焊球，或连接于形成在芯片或其他器件上的焊盘。这些焊盘以特定的式样形成在连接器连接的元件的焊球/焊盘相对的位置。这种LGA连接器与BGA器件相比具有很多优点，其中，LGA连接器为电路或系统设计员提供了在芯片/芯片封装与电路板之间的可分离的界面，这是BGA器件所不能提供的，因为它们是通过焊接到电路板上来完成连接的。然而，在LGA连接器中，每个导电引线必须加一特定的弹力，应当保持该弹力以建立一对器件的可靠互连。对芯片必须施加一夹紧力以保持其与连接器的连接。超过1000个接点的芯片可能需要超过一百磅的接触力。
于1991年3月21日颁发的美国专利4,998,885号，公开了这样一种样式的连接器，其中带有球形末端部分的金属丝嵌在弹性垫片中。然而，为了增大金属丝及其球形末端部分的挠性，必须在金属丝之间区域用激光对弹性垫片精确地刻划一受控的深度。如果将这些直线在弹性垫片中刻得太深，就有削弱支持着金属丝的弹性体的危险，并可能造成不可靠连接，其中一些金属丝可能会扣住，从而不能发挥它们各自的回弹配合的作用。这不仅令制造这样的连接器变得复杂，而且增加了制造这样连接器的成本。
因此本发明致力于改进LGA连接器和克服了上述缺点的制造连接器的方法。

发明内容
因此，本发明总的目的是提供一种具有支持多个以高密度样式排列的可弹性变形接点的挠性主体部分的LGA连接器，从而保证连接器与相对的元件或器件之间的可靠连接。
本发明的另一目的是提供一种高密度LGA连接器，其具有用设置在两弹性层之间的加强层加强的弹性主体部分，以及多个设置在主体部分的阵列中的接点，这些接点具有在主体部分的相对表面之上延伸的自由端。
本发明的另一目的是提供一种可靠的、高密度的LGA连接器，其具有用设置在两弹性层之间的织物区域加强的弹性主体部分，以及多个设置在主体部分的阵列中的接点，这些接点具有在主体部分的相对表面之上延伸的自由端。
本发明的另一个目的是提供一种LGA连接器，其中该连接器具有支持着多个挠性环形的导线接点的挠性主体部分，其具有延伸出连接器主体部分相对侧的自由端。
而本发明的目的还在于，提供一种具有包裹在弹性体中的织物衬底的压力触发连接器，该连接器具有按预定阵列设置在织物衬底上且延伸穿过该衬底的多个细小的弹性接点。这些接点呈自身折叠成双股的细导丝线形式，这些接点具有伸展到衬底相对侧的自由端。
本发明还有一个目的是提供一种用于高密度应用的LGA连接器，其中连接器包括一包围着中央主体部分的框架；该主体部分包括至少一个由至少部分嵌于其中的加强件加强的弹性体区域。连接器具有多个设置在主体部分内的阵列中的导电接点，接点由插入中央主体部分的阵列中的细导线形成，接点呈开放的环形，对每个接点形成互连的冗余电路通道。
而本发明的目的还在于，提供一种具有由连接器框架部件支持的挠性主体部分的压力触发连接器，该框架部件绕挠性主体部分延伸，并确定出连接器的周长，该连接器具有至少一个位于其中的凹陷，该凹陷形成了芯片或芯片封装的部分插座。该挠性主体部分包括位于主体部分至少一面上的弹性体区域，弹性体区域由弹性体区域所附着的织物区域加强，弹性体区域和织物区域具有相同的尺寸，从而在其整个区域上赋予主体部分一致的特性。连接器包括多个插入连接器主体部分的导电接点，这些接点包括缝入主体部分的一段导线，缝入时导线自身弯曲而形成两个延伸穿过连接器主体部分的相邻且冗余的电路通道。接点具有在主体部分相对侧向外伸出的自由端，用于连接两个不同的电子元件。接点由大致位于中间的主体部分支撑。
本发明的另一目的还在于，提供一种制造改进的LGA导体的方法，其包括以下步骤通过在弹性体中设置一加强件，将其支撑在一支撑件上，形成一可弯曲的连接器主体部分；将一段导线通过插线工具的中空，通过将插线工具在主体部分接点中移进移出，将这段导线缝入连接器主体部分；在如此插线之后，再切断导线，从而将导线留在主体部分中，且导线至少具有一个伸出连接器主体部分表面的自由端。
本发明还有一目的是，提供一种具有固定在刚性框架内的挠性主体部分的压力触发连接器，该连接器具有多个嵌在主体部分中的接点，插入到主体部分中的接点是一对形成开放环的互连的导线段，每个开放环具有两延伸通过连接器主体部分对侧表面外壳的自由端。自由端部分以与相对电路元件相匹配的偏移方式向一侧倾斜，导线呈一角度倾斜，可增加其接触长度并形成一刀刃边以接触相对元件的焊盘(pad)。
本发明还有一目的在于，提供一种具有由弹性体形成的挠性连接器主体部分的改进的LGA连接器，主体部分由框架支持，并包括多个单独的导电接点，接点呈线环形式以在连接器主体部分中提供一对冗余的导电的电路通道。主体部分具有多个开口，每个开口在其中接纳一个线环，形成该环的导线在开口中心线的相对侧延伸穿出主体部分。
本发明通过其独特且新颖的构造来达到以上及其他的目的。
在本发明的一个主要方面及其一个实施例的示范中，连接器包括一由紧固外框架支撑的挠性连接器主体部分。挠性连接器主体部分用一加强件作为衬底，并在其上覆盖弹性体。如本发明的第一实施例举例说明的，弹性体位于用作加强件的织物区域的两面，从而优选地充满织物的缝隙，弹性体在织物区域的两面提供自密封支撑面，同时织物区域加强弹性体。弹性体附着在织物上的方式可以是封装、层压层合或涂层。
可以使用传统织物作为织物区域，例如那些用传统方式纺织成的具有交错的经纱和纬纱的织物。它们既可以是一致排列的，也可以是交错排列的，可以想到，即使是无纺布，例如针织布、毡布等，都可以用作加强物，只要使用的弹性体能以某种方式将其自身与织物区域相粘合或结合，从而紧密接触织物区域并提供一弹性体作为连接器的主体部分。
细导线以预定的阵列设置在连接器主体部分中，且通过将其穿过一根针并将针插进插出衬底，使细导线插入到织物衬底中，从而将导线接点“缝”到连接器主体部分的位置上。导线自身弯曲，形成一接点，并使开环形式的接点插入到连接器主体部分当中。弹性体具有有足够弹性的致密度，在导线穿过连接器主体部分时，能夹住并支持导线，而织物区域具有足够的致密度从而强化弹性体或为其提供一定的刚性。
在本发明的另一实施例中，弹性体可只施加在加强件的一个表面上。还在本发明的另一个实施例中，加强件可用一片固态薄膜，优选地为聚合物薄膜，最优选地为聚酰胺薄膜，如E.I.DuPont公司销售的Kapton牌薄膜。这种薄膜具有需要的寿命且不像织物般会磨损。在连接器的整个主体部分，通过用激光“烧”薄膜，导线接点所需要的孔可以在其中很容易形成。
在本发明的另一主要方面中，接点通过将成对导线缝入衬底而形成，单股导线在其一端自身弯曲成双股导线段，或开口环，导线在一端具有弯曲形成的两股线，同时在接点的另一端具有空间上相互靠近或相邻的两端以使每个接头的一个自由端优选具有环形结构，同时接点的另一个自由端具有两股导线的根部端。导线从衬底延伸出一个预定距离，该距离足够提供多个在如芯片的相对元件的压力下会弯曲的弹性接点柱，该接点柱在相对元件(例如芯片)的压力下产生弯曲，以便在接点与电路板上的接点焊盘之间产生赫兹接触(Hertgiancontact)。导线可以以某角度弯曲而形成一挠曲方向，而不是靠导线之间的扣搭来提供挠曲移动。不论线股具有圆形或矩形/正方形的截面，其双重特性，为连接器的每个接点提供冗余的电路通道。可在导线端部附加焊球以便为接点提供接触面。
在本发明的又一主要方面中，每条导线中的一段穿过一中空针形或管形的插线工具的中心，并自身弯曲，在针插入通过连接器主体部之前形成一环。之后拔出插线工具，将双股线留在连接器主体部分中，并在线股的大约中部处固定，从而接点的自由端从连接器主体部分的两相对表面延伸出大致相同的长度。在插线工具拔出预定距离时，导线被切断而形成双股的连接器接点的自由端。从而在插线工具的一次插拔动作中为每个接点形成一对导电路径，由此为连接器提供冗余度和较低的感应系数。
在本发明的另一主要方面中，提供一带尖端的插线工具，从而导线可伸出工具中心，但不是从尖端的侧面伸出。此工具可具有一个带单点的成角尖端，或可具有相互对齐的多点，从而在工具穿入弹性体和加强件(如果有)时，平衡工具上的插入力。
在本发明的再一主要方面中，在连接器主体上形成多个孔，可通过如用激光切割、用刀切开主体部分、或对主体部分预穿孔，来形成这些孔。一旦孔形成，接点可插入孔中。在本发明的另一实施例中，可用激光或冲孔方法在连接器主体部分上形成一系列开口，该主体部分既可使用加强的挠性主体部分，其中将纤维阵列或薄膜用作衬底来支撑一层或两层位于其上的弹性体层，或主体部分也可只使用上述的薄膜。
本发明的这些目的与其他的目的、特点和优点，将通过以下的详细说明得到清楚的理解。


在以下的详细说明中，经常参考附图，附图中相同的附图标号对应着相同的部件，且其中图1为根据本发明的原理构造的改进的LGA连接器的透视图，其电子器件与连接器内嵌凹陷对齐且分开；图1A为图1中a区域的局部放大图，示出连接器的露出的导线接点自由端；图2为图1中连接器的另一侧(一般为“底”面)的透视图；图2A为图2中a区域的局部放大图，示出连接器的露出的导线接点的另一自由端；图3A为图1的连接器中所用的框架部件的顶视图；图3B为图3A(原文误为2A)沿其B-B线剖开的框架部件的部分剖面图；图3C为图3A沿其C-C线剖开的框架部件的部分剖面图；图4为图3A的框架部件的底视图；图5为图3A的框架部件及位于插入框架部件开口中的织物衬底的透视图；图6A为图1的连接器框架部件以及代替模制于其上的支撑层的织物衬底的顶视图。
图6B为图6A沿其B-B线剖开的连接器框架部件的部分剖面图；图6C为图6A沿其C-C线剖开的连接器框架部件的部分剖面图；
图6D为图6A中D区域的局部放大图；图7A为图6A中连接器框架部件的顶视图，但其上具有导线接点；图7B为图7A中沿线B-B剖开的剖面图，示出连接器的一部分以及进一步示出在连接器主体部分中在导线接点弯曲前呈初始取向的导线接点；图7C为图7A中连接器沿线C-C剖开的剖面图；图7D为图7A中连接器的剖面图，示出导线接点在朝两边弯曲后在连接器主体部分中的一种排列方式；图8为将织物衬底安装到连接器框架上的另一种方式的剖面图；图9为部分连接器橡胶衬底的剖面图，示出其中的织物加强物。
图10A为接点缝入工具的示意剖面图，其具有一单独点，用于将连接器与穿过连接器的导线相结合；图10B为导线弯折后图10A中接点缝入工具的示意剖面图；图11为图10中接点缝入工具正在进入连接器衬底时的示意图；图12为一示意图，示出图10中的工具如何穿透连接器挠性主体并将接点导线推出一预定长度；图13为示出工具在正在从其穿过的连接器挠性主体中抽出时的示意图；图14为一示意图，示出工具从连接器挠性主体的表面拔出不远且将接点导线从工具中退出至一预备切断位置；图15为一示意图，示出接点导线在连接器挠性主体之内到位且与导线供给装置和插线工具断开；图16为即将与插入主体部分后的接点相接触的接点自由端成型构件的示意图；以及，图17为用作接点的具有非圆形截面的导线的详细图；图18为图1中连接器的一部分位于芯片和电路板之间时的详细剖面图，示出受连接器接点影响的传导方式；图19A为插线工具的另一种结构的侧视图，该工具可用于将导线插入本发明的连接器的挠性主体部分中；
图19B为图19A中插线工具的尖端的透视图；图19C为本发明的连接器的一部分以及图19A中的插线工具部分插入其中的详细剖面图；图20为依据本发明原理构造的连接器的另一实施例的剖面图；图21为与本发明的连接器一同使用的具有固态的加强件的主体部分的详细局部剖面图；图22为连接器中连接器主体部分的部分剖面图，并正在用冲孔构件在其中为连接器接点冲孔；图23为与本发明的连接器的连接器主体部分上的开口对齐的插线工具的部分截面的示意主视图；图24A为沿图23的24-24线剖开的示意顶视图，示出用于连接器接点的圆导线零件的取向；图24B为沿图23的24-24线剖开的示意顶视图，示出用于构成连接器接点的矩形导线零件的取向；图25为可用于本发明的方法中的插线工具的另一实施例的透视图；图25A为图25中插线工具的正视图；图26为可用于本发明的方法中的插线工具的另一实施例的透视图；图26A为图26中插线工具的正视图；图27为本发明的方法中可用来在连接器主体部分中预冲孔或穿孔的冲孔工具的透视图；图28为可用于本发明的方法中的另一冲孔工具的透视图；以及图29为本发明的另一可选实施例的剖面图。
具体实施例方式
图1示出一种根据本发明原理构造的改进的焊盘栅格阵列(LGA)连接器20。连接器20包括在框架部件21上的挠性主体部分22，该框架组件固定或围绕一个设置在该框架的开口23内在连接器20。连接器20的主体部分22由框架部件21的多个侧壁25固定在框架部件开口23中，框架部件21以如下方式围绕开口23，在连接器20的上表面形成一上凹陷24，以及一下凹陷27，如连接器的具体应用需要。
可以看到，连接器20大致为矩形或正方形，但可以理解，其他的形状也可以使用。上凹陷24适于在其中接纳电路元件，例如芯片、IC封装、ASIC、微处理器、电路板26等，同时，类似的电路元件也可以由在下凹陷27中连接器20的底面上接纳(图2)。典型地，这样的元件可以包括其尺寸适合下凹陷27的电路板，但在一些应用中，框架部件侧壁25可以在连接器20的底面上形成，与连接器主体部分22的底面齐平，消除底部凹陷，从而连接器20可直接安装在电路板上。为了在两电路元件之间提供导电通道，连接器20具有多个细导线或细丝形成的导电接点28。这些接点28具有两个向上延伸离开连接器主体部分22的外表面32、33的自由端29、30。
连接器20在其应用中，可安装在电路板上，并且相应地，可包括形成在框架部件21中一个或多个的安装孔34。框架部件的各个部分可相对于框架部件的其余部分升高作为支座35(图2)，以稍微抬高连接器主体部分22的下表面33并在下表面和装有连接器20的电路板(未示出)之间形成微小的空气间隙，此空气间隙在连接器用于焊接应用时有利于焊接清洁处理。
图3A示出开放状态下没有在其中支撑的主体部分22的框架部件21。框架部件21与其侧壁25可以适当的方式形成，例如以塑料或其他电绝缘材料喷射铸造。框架部件21优选地铸为一体，但也可以使用其他可选结构。在本发明的该实施例中，纤维区域(extent)37(图5)被用来作为加强件以给予主体部分22一定的支撑，且被裁剪为预定的形状，优选地与形成在框架部件21一表面上的支撑凸肩38(图4)的外形相适应。纤维区域37优选地由织物制成，例如优选地使用激光或冲裁模切割成一定尺寸的尼龙或玻璃纤维。可以使用天然织物，但应注意，因为玻璃纤维具有非常低的热膨胀系数(几乎接近零值)，这可以减少操作过程中在连接器主体部分22中产生的任何膨胀，且其比传统绝缘体还具有更佳的热传导能力，所以在织物区域使用合成织物，例如玻璃纤维，是较为有益的。使用激光切割织物区域较为有益，是因为激光产生的热量能密封织物的边缘并使切割后在织物的松弛端可能发生的磨损最小。优选使用纺织织物并具有为图9所示的交织线的纺织织物，但正如在下面详细提到的，在一些例子中，加强件可以包括薄膜。其他织物，包括无纺布类的品种，例如毡布和针织布也可以使用。
在框架部件21底面(图3B、3C和4)示出了凸肩38。如图所示，凸肩38是凹进的，且围绕框架部件21的内周边延伸。该凸肩38提供了一种将纤维区域37准确地放置在框架部件21中的装置，也为附着于框架部件21与织物37上的弹性体提供支撑。为了将纤维区域37保持在凸肩38内的位置中，可以沿其四边形成加高的卡子，或肋40。肋40可用于接触织物并将其紧固于框架部件21之内，从而在后续处理中防止发生蹦床效应(trampoline effect)，或其他类型的下陷。这些肋40也可以在织物区域37加热固定(heat staking)到框架部件21上时使用。织物区域32可置于框架部件上与其相接触并加热肋40，使得肋融化并以类似于本领域内已知的方式夹紧纤维区域37。尽管这些肋40在凸肩38的中心部分示出，但它们可以比示出的情况延伸得更长，以提供额外的固定能力。当弹性体被压铸(overmold)到框架部件上时，弹性体将保持并在该范围内抓住织物区域的松散端。
纤维区域37还可以在附着时压在肋40上和其中一个弹性体层34上，通常是位于连接器20“上”表面的那层；也可模制到和凸肩38与肋40相对的框架部件21上。在本申请文件中，述语“上”是指接纳电路元件并与电路元件26相对的连接器表面。一旦纤维区域37放置在框架部件21中并位于凸肩38上，优选地使用压铸或在框架部件21和织物区域37的相对侧使用弹性体将其永久固定在该位置。
在本发明的另一实施例中，如图21所示，对主体部分22的加强物可以以实心薄膜组件337的方式提供。实心薄膜组件337优选地由不会磨损的聚合物薄膜构成，而织物加强层可能有时会磨损。这可能导致织物线与导电接点纠结在一起并可能影响连接器的完整性。通过使用E.I.DuPont公司的“Kapton”牌聚酰胺(聚合物)薄膜已经得到有益的结果。此类加强件还与上述的织物加强件不同，因为它在相邻线之间没有在形成主体部分22时弹性体可能会通过其流失的开口。
在本发明的一个意义上，弹性体部分可被看作是沿连接器主体部分22的上下表面32、33延伸的两个弹性层41、42。然而，可以理解，当术语“层”用于弹性体时，被赋予的是其最广泛的涵义，且因此，将包括两分开的弹性体层或弹性体穿过或通过空隙开口43所构成的单个结构。空隙开口43在织物或其他加强区域37、337的两相邻线44之间形成，从而协同形成一单独结构(图9)。以这种方式，在弹性体覆盖加强区域37、337的所有暴露表面，区域37、337被当作是“密封”在弹性体中的，而以弹性体形成主体部分的上下表面。可选择地，如果两层41、42不彼此流入对方，但仍然结合在一起，或通过穿过织物37的相邻线之间存在的空隙区域而相互接触，它们两层都附着在对方以及如图9所示的纤维区域37上，则所得的结构将被认为是与弹性体成为“整体”，或“夹心”在两弹性体层之间，且弹性体沿主体部分的上下表面延伸。不仅如此，弹性体层41、42可置于与加强区域37、337的相对侧紧密接触的位置上，通过将这三者置于高温高压下，能够形成可看作是“层压”结构的东西。而且，在某些应用中，加强区域37、337可以用两弹性体区域共同挤压，或它们也可浸入弹性体中以在其两面都涂覆上“涂层”。
为保证主体部分22(即加强区域37、337)和弹性体层41、42能正确结合到连接器框架部件21上，可在框架部件21上的预定位置形成一系列锚定缺口46。如图所示，这些缺口46与框架部件开口23相通，且在连接器20表面形成的肩部38内延伸。这些缺口46优选地延伸穿过框架部件21的厚度且可能含有彼此对齐但以分支方式从彼此延伸的分支缺口部分51、52，从而在框架中形成向两不同方向延伸的开口。弹性体将注入此开口中，从而牢固地将主体部分22锚定在连接器框架部件21上。适用的弹性体的例子包括，但并不限于硬硅酮、硅酮泡沫材料和橡胶、合成橡胶、三重(triblock)共聚物等。弹性体的硬度也有助于对主体部分的操作，因为对于改善插入主体部分开口的导线的保持力，优选较高的硬度。例如，已经发现，肖氏A级硬度为70的弹性体比肖氏A级硬度为40的弹性体提供较好的导线保持力。
当弹性体如此填充时，这些锚定缺口46及其分支部分51、52将在两个不同方向上接合框架部件侧壁以在任何弹性体可能具有的自然粘性之外提供合适的锚定。这些分支缺口51、52的对齐方式在图3B和6A中清楚地示出，而弹性体填充它们的方式则在剖面图6C中清楚地示出。这些缺口46用于提供一种将弹性体层41、42互锁定到框架部件21上的手段，或当层41、42同时在框架部件21上形成时，作为相互固定结构。在纤维区域37附加到框架部件21上之后，通过合适的压铸(overmolding)工序将弹性体施加到纤维区域37上，这些锚定缺口被填充。
在另一种锚定和抓住织物的结构中，如图8所示，框架部件21可有一通道或是注入凹槽100在其中形成，且可绕整个连接器框架开口周长延伸。此通道100接纳纤维区域37的末端或边缘101且在弹性体加于其中时，在连接器下侧的弹性体部分将注入通道100并迫使织物边缘101进入其中，从而提供张紧但有挠性的连接器主体部分。
框架部件21的内部边缘54可以为斜面，如图5的55所示，从而增加其表面积，这样当弹性体铸或注入框架开口23时，可在弹性体中提供更大面积供接触和粘连。两弹性体层41、42用于密封纤维区域37的末端并覆盖其暴露表面，而织物区域为弹性体层41、42提供加强并给予其一定的张紧度。织物37还用作部分支撑插入主体部分22的导线，弹性体的弹性还将接点28固定到位并围绕接点导线提供密封。能够预料到，可以分开形成织物区域和弹性体层，顺序地附着在彼此上并在形成之后装入连接器框架。
在本发明的应用中，使用弹性体和织物区域(或其他加强件)是相互补充的，因为当弹性体提供连接器主体部分的挠性时，织物区域则为挠性主体部分提供加强和一定的刚性，此刚性支撑接点从而减少支撑接点的连接器主体部分的总厚度，并且因此对于连接器20达到了最小的可能配合高度。就此而论，相信，当使用夹心、密封与共同挤压型主体部分结构时，厚度主体部分22可以达到大约0.5mm的厚度，其中纤维区域37具有附着在其两面的弹性体层41、42。在区域37中使用的织物处具有大约0.15mm的厚度且弹性体层每层都具有相似的厚度，因而主体部分的合计厚度为大约0.45mm。
就连接器20的总配合高度来说，相信可能通过本发明达到接点28的伸出主体部分22的外表面32、33的自由端29、30大约0.25mm的距离。因此得到预计的主体部分总的配合高度(通过将接点自由端29、30的长度与主体部分22的厚度相加而得到)为约0.95mm。在此情况下，连接器框架部件21可只具有约1.5mm的厚度，因此产生了一种极薄的但具有低插入力的高密度连接器。如以上所述，还可以预计到，弹性体41、42可以只加在织物区域的两面之一上，或相反。由此可进一步减小连接器20的配合区域的最终厚度。织物的类型也可能影响主体部分的最终厚度。具有均匀织纹的织物区域将产生均质的主体部分并改善主体部分的致密度。可以使用随机编织的织物以减少连接器主体部分的厚度。
在本发明的另一重要方面，如图10-15所示，通过将导电接点“缝合”到位，导电接点28被插入主体部分22中。优选地由采用往复缝合动作的可编程缝合机20将接点60插入连接器的主体部分22中。进入主体部分22之前，导线63的延伸部分通过插线工具61的通道或内腔62逐渐地进给(图10A)。导线63在插入之前穿出工具中心并向前推进，所以弹性体层41、42将固定导线63并保持其一部分(即一自由端30)伸出下表面(图11)。
根据导线的直径，针的后退动作可足够令导线向自身弯曲以形成一自由端29，此自由端29具有环形双股线65，如图1D所示。然而，优选地应由位于连接器主体部分22相关面上的导线夹持装置67进行此弯曲。如图10B所示，在工具61插入挠性主体部分22之前，该弯曲可在导线63上由夹持装置67进行。当导线63推进时，插线工具61(图12)进一步穿过主体部分22(以及织物层37和其他弹性体层)的动作会使得导线延伸穿出其他弹性体层42的相对的外表面33。一旦此导线63达到了预选的延伸长度以形成需要的接点长度，插线工具61即穿过主体部分22抽回(图23)。当插入工具61抽出上弹性体层时，继续推进导线63，从而在连接器的这一面形成并排的两自由线股30。如此推进的线股今后由合适的装置68在基本与另一线股相等的距离处切断(图14)。可选地，导线可在插入前可以从工具推进，之后靠着工具旁边弯曲，这样它将随着工具的动作而与工具同步移动。
缝合方法使连接器20能够做成其接线的间距很小、高度低、截面小。接点28可由一段圆形线63形成，或如图17所示，也可使用一段多边形截面的导线，例如矩形、正方形、六边形等，这样做最明显的好处是可增加连接器20的接点28所能承载的电力负载。而且，当导线具有非圆形的，例如0.1mm乘0.25mm的矩形截面时，由于弹性体在导线上施加的外压力，所以非圆形导线将抵抗弹性体将导线转90度角的倾向。当使用矩形导线时，优选地，它们在截面的主要尺寸上弯折。如以上所述，接点28可由一可编程缝合机缝入主体部分22，该缝合机能有选择地以预定的排列式样插导线。排列式样可通过在缝合机上编程，即软件的方法进行调整，而不是如在传统模制连接器上所做的那样调整模孔。
插线工具或针/管61的往复运动，以及导线的弯曲在每个接点28产生一开口端双股导电环。且导线的每股或称“腿”在芯片26与其他装有连接器20的元件的接点之间形成一个独立的电路通道。此双股的开口环接点包括两伸出挠性主体部分22外表面的末端29、30。接点的一个末端29可被看作是接触的“环”末端，因为它含有导线63自身弯曲的那一端，(通常在导线是圆形线时沿半径方向弯曲)而接点的另一端30可看作接触的“开口”端，因为两股线终止在自由的、未连接的末端处。该双股线形式是有益的，因为它不仅提供冗余电路通道以保证由连接器20提供的连接的有效性，而且它还能降低整个系统的电感，因为每个接点的大致平行的电路通道能将该接点的电感比只使用单个接点的情况减少大约一半，如平行电感公式所证明LTOT＝(L1×L2)/(L1+L2)。此外，接点28的自由端29、30虽然小，但即使连接器只需要一小的正常加载压力以获得可靠的互连并提供与相对电路元件之间的有效的赫兹连接，其自由端也能提供高接触压力。接点28的切割自由端30(图18)在效果如同在其上形成的刀刃，可以扎入相对电路板或芯片封装的接点焊盘中以穿过任何在元件上形成的污物或氧化物。还可以预计到，如果需要，可在接点28的一个或两个自由端29、30上增加焊球125、126，如图20所示。
优选的插线方式以示意方式在图23中示出。连接器主体部分中的每个开口都可看作具有中心线CA，如图23所示。插线工具具有其自己的中心线TA，对于大多数中心线TA与通过工具供给的导线的中心线WA相重合。因为导线沿自身弯曲形成一环，所以插线工具的取向是离开开口中心线一偏移距离OC的，如图所示。图24A和24B分别以剖面图示出此偏移距离，以及导线的位置(圆形和矩形)和工具相对于连接器主体部分的开口的位置。
在另一种插线方式中，用于接纳接点28的孔可在主体部分22中通过将其在激光下烧灼而形成，这样将防止在插线时令织物的松脱部分或碎片从洞中延伸穿出并在的连接器主体部分22的某个表面上形成碎纤维。激光还将减少当在使用了薄膜加强件337的主体部分中穿孔时穿透主体部分所需要的力。类似地，如图22所示，冲孔组件400可用于在连接器主体部分402中顺序地预穿孔401，穿过弹性体部分403和加强件404。之后接点由上述插线工具插入孔中。
图27示出一种类型的冲杆500，其具有在其伸长的主体部分502的尖端上形成的圆锥形部分501。图28示出另一种类的冲杆510，其中主体部分511在具有正方形或矩形穿刺头513的刀状尖端512处终止。这些工具都能在连接器主体部分22做出合适的开口，且工具500形成的是圆形类开口而刀状冲杆510在连接器主体部分22中形成狭长孔。对连接器主体部分预穿孔提供的好处例如减少碎纤维，而且在连接器主体部分上使用聚酰胺加强薄膜时，还能改善线环的直线性。
本发明的一个重点在于导线接点的开放环结构给予使用它们的连接器的接触力方面。不仅每个接点中建立的冗余的导电电路通道，而且开放环的封闭端29，每个都在导线沿自身弯曲处具有半径，从而在接点28的封闭端部分29与相对电路元件之间建立点接触P(图1A)。在该接点的相对侧，接点自由端由两个相邻的导线自由端构成，如图2A所示，与相对电路元件形成的接触为线接触，且该线沿导线剪切边缘之一形成，如图2A中粗线H所示，特别是在导线截面为正方形或矩形的情况下。
如图16所示，制造连接器20的方法还可以包括，一成型工具，例如一芯杆80，该芯杆向下运动与连接器两侧的接点自由端29、30相接触，从而令自由端29、30形成一个或两个朝向。芯杆可如图所示以对称两面形成，并沿图16中的箭头M以弧形或类似方式移动从而以所示方式形成导线末端，其中相邻的一对接点的自由端朝向彼此远离的方向。以此方式形成的末端如图1A和2A所示，其中形成接点28的一对81，从而它们以一角度指向彼此。另一种排列如图16所示，其中芯杆80接触接点28的一对81的自由端29并朝主体部分的表面33以一个小于90度的角度弯曲其自由端29，但是朝向彼此相反方向弯曲。还有另一种排列方式如图18所示，其中接点对81指向同一方向。
图19A-C示出在制造本发明的连接器时可能用到的插线工具110的另一种结构。尽管图中所示单个的插线工具适于插入接点，但有时也发现连接器20的弹性体主体部分22倾向于施加一轻微力于插线工具61的成角度的表面上，增加工具61“横移”进弹性体并略微偏离挠性主体部分22中预期插入位置的中心的可能。为减小发生这种情况的可能，可以使用一个双点插线工具110用于将接点28插入连接器20的挠性主体部分22。
如图19B中可以清楚地看到的，工具110呈中空针形，或管形，且中心通道在其中沿轴向延伸，于其尖端112处对外开口。两点115形成于尖端114且彼此间隔并对齐。每个这样的点115都具有三角形外形，且在每点115的中心线的相对两侧具有两斜边116。通道开口在尖端112的中心处，但它可能如图所示稍微从尖端112处凹陷，从而导线63从该处以图示方式伸出。
图19C示出工具110穿入主体部分22的弹性体部分。在这种结构下，上述“横移”倾向不可能发生，因为弹性体将在工具尖端112的每个斜面116上提供阻力F1，从而保持工具110在直线上运动，所以它能在其指定点上穿透弹性体并直接穿过其下的任何加强线。可认为这两个力相互抵消，并在工具110进入并穿过弹性体主体部分且穿过任何位于其路线上的织物线时，将工具110保持在其行进路线上。
图25和26示出各种插线工具。在图25A中，可看到工具260具有楔形，主体261的一部分被以一角度切开，在主体260中形成一个初始横切口，从而在切割的端部形成一阶梯表面262。工具260的成角度的外形增加了工具的内部通道263的开口大小。
图26和26A示出另一种具有在工具主体270的尖端272处形成的“子弹”形鼻部271的工具270。此子弹形状可通过将鼻部271的圆锥端横向切割或截锥而容易地获得。以此方式，形成围绕工具内部通道276的尖锐圆尖端275，当插线工具推向连接器主体时，圆尖端275可以与连接器主体相接触。
尽管连接器20的挠性主体部分22优选地使用织物加强层，但也可在对挠性主体部分只使用弹性体区域的连接器结构中获得本发明的益处。图20以剖面图示出一连接器200具有带有开口204的刚性框架部件202，该开口204接纳弹性体主体部分206。在没有任何加强层的情况下，主体部分206以上述锚定缺口的方式保持在其开口204内的位置中，如图6D所示。主体部分206包括多个单个的以预定的图案或阵列排列于其中的导电接点28。每个接点28包括至少两股细导线63，它们以类似于上述方式的方式在主体部分的相对外表面214、215之上延伸。
尽管以上的很多说明都集中在采用弹性体材料的挠性主体部分的使用上，但本发明还想到，可使用其独特的缝合方式将接点插入到更为坚硬的主体部分中。图29示出具有外壳501和由外壳支撑的主体部分502的连接器500。在一些实例中，外壳501和主体部分502可以是同一个部件。在其他实例中，主体部分可以更薄，或只是一薄膜，如上述的Kapton薄膜。可以在主体部分中钻、切割、冲或烧灼(用激光)出孔洞，且使用缝合插线方法将导电接点503插入其中，如图10-15和23中示出。在一些实例中，可能需要用粘接剂504将接点503固定在其开口处。在前述方法中，接点503既可能是由导线形成的接点也可能是预先形成的接点，例如冲压形成的接点。
在使用“缝合”方式将接点插入主体部分时，应当理解，本发明并不限于使用单个针。相反，为了进行多接点插入，在插线工具的一次运动中，可使用一个阵列或一“群”针。
权利要求
1.一种制造压力接点连接器的方法，包括提供其中具有开口的刚性框架；提供具有预定尺寸并具有相对的第一和第二表面的衬底；将衬底连接于框架上，从而以衬底填充所述框架的开口并由此在所述框架中形成所述连接器的主体部分；以及通过以预定的式样将多个细导电线插入所述衬底，而在连接器主体部分中形成多个导电接点，每个接点具有延伸穿出所述衬底的第一和第二表面的相对的第一和第二接触端，以形成通过所述连接器主体部分的多个导电通道。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在插入所述导线之前，框架部件连接于所述衬底上。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述导线由铍铜合金或镀金镍材料制成。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述连接器主体部分中形成所述导电接点的步骤包括以下步骤(A)首先令所述导线自身弯曲而形成双股的导线段；以及，(B)将所述双股导线插入所述衬底中以将所述双股导线嵌入所述连接器主体部分中。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述挠性主体部分中形成所述接点的步骤包括以下步骤(A)从导线供给装置引出一段导电线通过中空的插线工具；(B)令所述导线自身弯曲以形成双股导线段；(C)将所述双股导线段插入所述衬底部分，以将所述双股导线段嵌入所述连接器主体部分中；(D)切断所述导线，以从所述导线供给装置上释放所述双股导线段，并以所述相对的第一和第二接触端形成单个的导电接点；以及，(E)重复步骤(A)到(D)以将后来的接点插入所述连接器主体部分中。
6.根据权利要求1、4或5的方法，其特征在于通过缝合将所述导线插入所述衬底中。
7.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤在所述衬底的第一和第二表面的至少一个上施以弹性体，以覆盖所述至少一个衬底表面，从而使所述弹性体与所述衬底相结合。
8.根据权利要求1或7的方法，其特征在于，所述衬底由纺织织物、无纺布、尼龙织物、玻璃纤维织物、薄膜或聚酰胺薄膜形成。
9.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述所述弹性体为硅酮橡胶。
10.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述弹性体粘紧所述接点的外表面以提供对接点的密封。
11.根据权利要求7的方法，其特征在于，通过滴注、压铸或通过将至少一层弹性体层压合到所述衬底的至少一个表面上的方式，将所述弹性体施加在所述衬底上。
12.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述插线工具包括细长中空件，该细长空心件具有在其轴向延伸的中心通道，其中用于容纳一段导线，该工具包括尖端，所述尖端具有(A)在其上形成且彼此对齐的一对点；或(B)截头的圆锥形外形；或(C)子弹形的外形；或(D)楔形外形；或(E)成角度的外形。
13.根据权利要求1的方法，还包括在将所述导线插入所述衬底前，在所述衬底上形成开口的步骤，所述形成开口的步骤包括(A)利用冲孔器在所述衬底上用冲孔；(B)利用刀具在所述衬底上切割出孔；或(C)利用激光在所述衬底上切出孔。
14.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述弹性体具有在约40到约70之间的肖氏A级硬度。
15.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，在所述开口的中心线的相对两侧，将所述双股导线段插入形成在所述衬底上的开口中。
16.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，所述第一和第二接触端伸出所述衬底的相对表面足够的距离，以形成嵌在所述连接器主体部分中的可变形的接点。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，所述第一和第二接触端伸出所述衬底的相对的第一和第二表面的距离大约至少2mm。
18.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述导线具有非圆形的或矩形的截面。
19.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，所述接点包括在其第一接触端的环，以及在其第二接触端的两个导线自由端。
20.根据权利要求7的方法，其特征在于，通过将所述弹性体压铸到所述衬底和框架上，所述连接器主体部分连接于所述框架。
21.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述框架包括在其中形成的多个锚定缺口，该锚定缺口形成通过所述框架部件延伸的通道，所述弹性体可通过该通道流动。
22.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括通过将所述衬底热固定到所述框架上，而将其连接到所述框架上的步骤。
23.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括将成对接点的第一和第二接触端彼此相对弯曲的步骤。
24.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括将焊球连接于所述接点的第一和第二接触端之一的步骤。
25.根据权利要求19的方法，其特征在于，还包括将焊球连接于所述接点的第二接触端的步骤。
全文摘要
通过在框架上附加加强件并用弹性体包裹加强件而形成一加强的、可弯曲的连接器主体部分，而形成一种焊盘栅格阵列连接器。在织物区域的阵列中成对插入导线。导线的自由端延伸出弹性体以提供连接器的接点。导线对为接点提供冗余度从而保证了可靠的连接。
文档编号H01R13/33GK1539182SQ02803247
公开日2004年10月20日 申请日期2002年3月20日 优先权日2001年3月22日
发明者约翰·E·洛帕塔, 詹姆斯·L·麦格拉思, 阿林杜姆·杜塔, 马文·门青, 丹尼尔·小费希尔, L 麦格拉思, 小费希尔, 姆 杜塔, 约翰 E 洛帕塔, 门青 申请人:莫莱克斯公司