专利名称：缝合型lga连接器的制作方法
技术领域：
本发明总体上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导线作为触头的搭接栅格阵列(LGA)连接器。
背景技术：
在过去的几年中，电子工业界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。业界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造出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之间建立可靠的互连。
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。球栅阵列(BGA)封装已经用在这些类型的应用的高密度互连上。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。然后这些球被加热以在芯片和另一个电路板之间提供连接。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。它们并不总是适合克服在衬底印刷电路板中可能产生的变化。而且，在加热这些球用于提供焊接头时，芯片不能被容易地拆下以纠正在焊接中发生的缺陷，除非将所有钎料球全部重做并在另一次尝试中将球栅阵列重熔到印刷电路板上，以提供可靠的连接。因此，应该理解，BGA焊接封装并不能提供可分离的器件界面。
搭接栅格阵列(LGA)连接器是为此类应用而开发的，它们通过使用导电引线在器件和电路板之间提供通路。该导电引线例如通常嵌于硬塑料衬底中以连接焊盘的成型金属触头，或印刷电路板上连接钎料球的焊点，或者是位于芯片或其他器件上的焊盘。这些焊盘具有和连接器所配合的元件的钎料球/盘相对的特定样式。这种LGA连接器与BGA器件相比提供了很多优点，因为它们向电路或系统设计员提供了在芯片/芯片封装与电路板间的可分离的界面，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实现连接的。然而，在LGA连接器中，每个导电引线必须加一特定的弹力，此弹力需保持良好以建立对器件的可靠连接。对芯片必须施加一夹紧力以保持其与连接器的连接。具有超过1000个触头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具有球形末端部分的导线嵌在弹性焊盘(pad)中。然而，为了增大导线及其球形末端部分的挠性，必须用激光在导线间区域精确地刻划弹性焊盘至一受控深度。将这些直线在弹性焊盘中刻得太深，就有削弱支持着导线的弹性体的危险，并可能造成不可靠连接，因为部分导线可能会扣住，从而不能发挥它们各自的弹性配合的作用。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。
因此本发明涉及改进LGA连接器和克服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触头的挠性主体部分的LGA连接器，以便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，其具有由设置在两弹性体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触头，这些触头具有在主体部分的相对表面上延伸的自由端。
本发明的另一目的是提供一种可靠的、高密度的LGA连接器，其具有由设置在两弹性体层之间的织物片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触头，这些触头具有在主体部分的相对表面上延伸的自由端。
本发明的目的还在于，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触头的挠性主体部分，其具有延伸通过连接器主体部分相对侧的自由端。
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，该连接器具有多个按预定阵列设置在织物衬底上且延伸穿过衬底的薄弹性触头。这些触头呈自身折叠成双股环的细丝导线形式。这些触头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心主体部分的框架；由至少部分嵌于其中的加强件加强的且包括至少一个弹性体片的主体部分。连接器具有多个设置在主体部分内的阵列中的导电触头，触头由插入中心主体部分的细导线形成，触头呈开放的环形，对每个触头形成互连的、冗余的电路通道。
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，框架部件绕挠性主体部分延伸，并确定连接器的周边，连接器具有至少一个形成于其中的凹陷，该凹陷部分形成了芯片或芯片封装的插座。挠性主体部分包括位于主体部分至少一面上的弹性体片，弹性体片由弹性体片所连接的织物片加强，弹性体片和织物片具有相似的尺寸，从而在其整个区域上赋予主体部分均一的特性。连接器包括多个插入连接器主体部分的导电触头，这些触头包括缝入主体部分的一段导线。同时导线自身弯曲而形成两个相邻的且冗余的电路通道，延伸穿过连接器主体部分。触头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。触头由主体部分在大约其中部支撑。
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包裹一加强件，形成一可弯曲的连接器主体部分；将其支撑在一支撑件上；将一段导线通过空心插线工具的中心，通过将插线工具在主体部分将穿透触头移进移出，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。
本发明的还有一目的是，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触头，插入到主体部分中的触头呈一对互连的导线段形成的开放环形式，每个开放环具有两延伸通过连接器主体部分相对侧表面外部的自由端。该自由端部分以匹配于相对的电路元件的互补样式向一侧倾斜，导线呈一角度倾斜，可增加其接触长度并形成一刀刃形以接触相对元件的焊盘。
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的连接器主体部分的改进的LGA连接器，主体部分由框架支持，并包含多个单独的导电触头，触头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，形成该环的导线从开口中心线的相对侧延伸穿过主体部分。
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，连接器包括一由紧密外框架支撑的挠性连接器主体部分。该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所示，该弹性体设置在用作加强件的织物片的两面，从而优选地充满织物的缝隙，在织物片的两面提供自密封支撑面，同时织物片加强弹性体。弹性体附着在织物上的方式可以是封装、层压或涂层覆盖。
可以使用传统织物作为织物片，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，且在预期中，即使是无纺布，例如毡布等，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片相粘合或其他结合，从而紧密接触织物片并提供一弹性主体作为连接器的主体部分。
细导线以预定阵列中排列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，从而将导线触头“缝”到连接器主体部分的位置上。导线自身弯曲，形成一触头，并使开环形式的触头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，当导线穿过连接器主体部分时，能抓住并保持导线，而织物片具有足够的致密度从而强化弹性体或为其提供一定的刚度。
在本发明的另一实施例中，弹性体可只加在加强件的一个表面上。在本发明的又另一个实施例中，加强件可用一片固体薄膜，优选地为—聚合物膜，最优选地为如E.I.DuPont销售的Kapton牌的聚酰亚胺膜。这样的薄膜具有需要的寿命且不像织物那样磨损。通过用激光“烧”薄膜并穿过连接器的整个主体部分，导线触点需要的洞可以在其中容易地形成。
在本发明的另一主要方面中，触头通过将成对导线缝入衬底而形成，在其一端自身弯曲的单股导线形成双股导线段，或开放环，双股导线段在其一端上具有在其中形成的弯曲，同时在触头的另一端具有空间上相互靠近或相邻的两端，以便优选地每个触头的一个自由端都具有环形构造，同时触头的另一个自由端具有两个导线的根部。导线以一个预定距离延伸穿过该衬底，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触头柱，从而在触头与电路板上的相对触点焊盘之间产生赫兹接触(Hertzian contact)。导线可以以某方向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运动。不论导线股具有圆形或矩形/正方形的截面，其双股特性，为连接器的每个触头提供冗余的电路通道。可在线股末端附加钎料球以便为触头提供接触面。
还是在本发明的另一主要方面中，每条导线中的一段都穿过一空心针形或管形的插线工具的中心，并自身弯曲，在针插入连接器主体部分之前形成一环。然后拔出插线工具，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。从而使触头的自由端从连接器主体部分的两相对面延伸出大致相同的距离。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触头的自由端。从而在插线工具的一次插拔动作中为每个触头形成一对导电路径，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，但是是从尖端的侧面伸出。此工具可具有一带单点的成角尖端，或可具有相互对齐的多点，从而当工具穿入弹性体和可能存在的加强件时，平衡工具上的插入力。
在本发明的又另一主要方面中，在连接器主体上形成多个孔，例如可通过如用激光切割、用刀具切开主体部分、或对主体部分预穿孔，来形成这些孔。一旦孔形成，触头就可插入孔中。在本发明的另一实施例中，可使用激光或冲孔方法在连接器主体部分上形成一系列开口，并且该主体部分既可使用加强的挠性主体部分，其中将纤维排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，也可只使用上述的薄膜。
通过以下的详细说明，可清晰地理解本发明的这些目的以及其他的目的、特点和优点。
在以下的详细说明中，会经常参考附图，在附图中相同的附图标号指的是相同的零部件，且其中图1为根据本发明的要点构造的改进的LGA连接器以及与连接器嵌套凹陷对齐且分开的电子元件的透视图；图1A为图1中a区域的局部放大详图，示出连接器的导线触头露出的自由端；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，示出连接器的导线触头露出的另一自由端；图3A为图1的连接器中所用的框架部件的顶视图；图3B为沿图3A的B-B线截开的部分框架部件的截面图；图3C为沿图3A的C-C线截开的部分框架部件的截面图；图4为图3A的框架部件的底视图；图5为图3A的框架部件及位于框架部件开口插入位置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为沿图6A的B-B线截开的部分连接器框架部件的截面图；图6C为沿图6A的C-C线截开的部分连接器框架部件的截面图；图6D为图6A中D区域的局部放大详图；
图7A为图6A的连接器框架部件的顶视图，具有在其上安装好的导线触头；图7B为沿图7A的B-B线截开的截面图，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触头弯曲前呈初始取向的导线触头；图7C为沿图7A中连接器的C-C线截开的截面图；图7D为图7A中连接器的截面图，示出导线触头在朝两个方向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截面图；图9为部分连接器弹性体衬底的截面图，示出其上的织物加强物。
图10A为触头缝入工具的示意截面图，其具有单一点，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中触头缝入工具的示意截面图；图11为图10中触头缝入工具正在进入连接器衬底时的示意截面图；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触头导线拉出一预定长度；图13为示出工具在正从其连接器挠性主体上的穿孔中拔出时的示意图；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触头导线从工具中退出至一预备切断位置；图15为一示意图，示出触头导线在连接器挠性主体之内安装就位且与导线供给和插线工具断开；图16为即将与插入主体部分后的触头相接触的触头自由端成型部件的示意图；以及，图17为用作触头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截面图，示出受连接器触头实现的传导方式；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中的插线工具插入其中的详细截面图；图20为依据本发明要点构造的连接器的另一实施例的截面图；图21为与本发明的连接器一同使用的具有实心加强件的主体部分详细部分截面图；图22为在连接器中安装就位的并正在接受冲孔部件在其中为连接器触头冲孔的连接器主体部分的部分截面图；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线截开的示意顶视图，示出了零件的取向，其中圆导线用于连接器触点；图24B为沿图23的24-24线截开的示意顶视图，示出了零件的取向，其中矩形导线用于连接器触点；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为可用于本发明的方法中的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截面图。
具体实施例方式
图1示出一根据本发明要点构造的改进的搭接栅格阵列(LGA)连接器20。该连接器20包括一在框架部件21，该框架部件固定或包围着设置在该框架部件的开口23中的连接器的一挠性主体部分22。连接器20的主体部分22由框架部件21的多个围绕开口23的侧壁25以这样的方式固定在框架部件开口23中，使得在连接器20的上表面可形成一顶部凹陷24，以及如果连接器的具体应用有理由需要的活形式一底部凹陷27。
可看到，连接器20大致为矩形或正方形，但可以理解，其他的外形也可以使用。顶部凹陷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，另一个类似的电路元件也可以由连接器20的底面上的底部凹陷27接纳(图2)。典型地，这样的元件可以包括其大小适应底部凹陷27的尺寸的电路板，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，使得连接器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，该连接器20同时具有多个细导线或细丝形成的导电触头28。这些触头28具有两个向上延伸出连接器主体部分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，可包含一个或多个框架部件21中形成的安装孔34。框架部件的多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)之间提供微小的空气间隙，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可以合适的方式形成，例如以塑料或其他电绝缘材料注射成型。框架部件21优选地模制为一体，但也可以使用其他可选结构。在本发明的该实施例中，织物片37(图5)被用来作为加强件以给予主体部分22一定的支撑，且被裁剪为预定的外形，优选地符合位于框架部件21一面上的支撑肩部38(图4)的外形。织物片37优选地由织物做成，例如尼龙或玻璃纤维，优选使用激光或冲裁模切割。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，所以在织物片使用合成织物，例如玻璃纤维，是较为有益的。使用激光切割织物片较为有益，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。优选地，如图9所示，使用纺织而成的且具有交叉纱线的织物，但是，也可使用其他的无纺织物，例如针织布和毡布。如下面所述，在某些实施例中，加强件可能包括一薄膜。
在框架部件21底面(图3B、3C和4)形成有肩部38。如图所示，肩部38是凹陷的，且围绕框架部件21的内周边延伸。该肩部38提供了一种将织物片37在框架部件21中准确地安放手段，也对附着于框架部件21与织物37上的弹性体提供支撑。为了将织物片37保持在肩部38内的位置上，可以沿其四边提供隆起的卡子，或说肋40。肋40可用于接触织物并将其紧固于框架部件21之内，从而在后续过程中防止发生蹦床效应(trampoline effect)，或其他类型的下陷。这些肋40也可以用来将织物片37加热固定到框架部件21上。织物片32可置于框架部件之上与其相接触并对肋40加热，使得肋融化并以本领域内已知方式相类似的方式夹紧织物片37。尽管这些肋40在肩部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，弹性体将保持并抓住该范围内的织物片的松弛端。
织物片37还可以在附着时压在肋40上和弹性体层34之一，典型地是位于连接器20“上”表面的那层，可模制在和肩部38与肋40相对的框架部件21上。在本说明中，“上部”一词是指接纳并与电路元件26相对的连接器表面。一旦织物片37安放在框架部件21中并位于肩部38上，优选地使用压铸或在框架部件21和织物片37的相对侧使用弹性体将其永久地固定就位。
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件337的方式提供。实心薄膜件优选地由不会磨损的聚合物薄膜形成，而织物加强层可能有时会磨损，这可能导致织物线与导电触头纠结在一起并可能影响连接器的整体性。通过使用E.I.DuPont公司的“Kapton”牌聚酰亚胺(聚合物)薄膜已经获得有益的结果。此类加强件还与以上所述的织物加强件不同，因为它在相邻线间没有空隙，这种空隙在形成主体部分22时弹性体可能会从其流失。
本发明的一个意义在于，弹性体部分可被看作是两弹性体层41、42沿连接器主体部分22的上下表面32、33延伸。然而，应当理解，在弹性体部分所用的词“层”，被赋予的是其最广泛的涵义，且因此，它的涵义将包括两分开的弹性体层或弹性体穿透或穿过空隙开口43所形成的单独结构。空隙开口43在织物片或其他加强片37、337的两相邻线44间形成，从而在其中协同形成一单独结构(图9)。以此方式，在弹性体覆盖所有加强片37、337的暴露表面的地方，片37、337被当作是“封装”在弹性体中的，而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，但通过穿过织物37的相邻线之间的空隙区域而相互接触，它们两层仍然粘结或附着在两者本身以及织物片37上，如图9所示，那么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可置于与加强片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，加强片37、337可以与两弹性体片复合挤压，或它们也可浸入弹性体中以在其两面都涂上“涂层”。
为保证主体部分22(即加强片37、337)和弹性体层41、42能适当地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凹坑46。如图所示，这些凹坑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。这些凹坑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凹坑部分51、52，从而在框架中形成向两个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。合适的弹性体的例子包括，但并不限于固体硅酮、硅酮泡沫材料和橡胶、合成橡胶、三段(triblock)共聚物等。弹性体的硬度也有益于对主体部分的操作，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，这些锚定凹坑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。这些分支凹坑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截面图6C中清楚地示出。这些凹坑46用于提供一种将弹性体层41、42互锁到框架部件21上的手段，或当层41、42同时在框架部件21上形成时，作为相互的固定结构。当弹性体施加到织物片37并通过合适的压铸方法附着于框架部件21之后，这些锚定凹坑46被最好地注满弹性体。
在另一个锚定并抓住织物的结构中，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边延伸。此通道100接纳织物片37的末端或边缘101且当弹性体施加于其中时，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，从而提供张紧但柔软的连接器主体部分。
框架部件21的内部边缘54可以为斜面，如图5的55所示，以便增加其表面积，这样当弹性体模制或注入框架开口23时，以在弹性体中提供更大面积供接触和粘连。两弹性体层41、42用于密封织物片37的末端并覆盖其暴露表面，而织物片为弹性体层41、42提供加强并给予其一定的绷紧度。织物37还用作部分地支撑插入主体部分22的导线，弹性体的弹性还将触头28固定到位并围绕触头导线提供密封。能够预料到，可以分开形成织物片和弹性体层，随后相互连接并在形成之后装入连接器框架。
在本发明的应用中，使用弹性体和织物片(或其他加强件)是相互完善的，因为当弹性体提供连接器主体部分的挠性时，织物片则为挠性主体部分提供加强和一定的刚性以支撑触头，以便减少支撑触头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，应当相信，当使用夹心、密封与复合挤压型主体部分结构时，主体部分22厚度可以达到大约0.5mm的厚度，其中织物片37具有施加在其两面的弹性体层41、42。在片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，应当相信可能通过本发明达到触头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。因此得到预计的总的主体部分配合高度(通过将触头自由端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，因此产生了一种极其薄但高密度的具有低插入力的连接器。如以上所述，还可以预计到，弹性体41、42可以只加在织物片的两面之一上，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。织物的类型也能够影响主体部分的最终厚度。具有均一织纹的织物片将产生同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“缝合”入位将导电触头28插在主体部分22中。优选地由采用往复缝合动作的可编程缝合机20将触头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的中心通道或内腔62逐渐进给。(图10A.)导线63在插入之前穿出工具中心并向前推出，以使弹性体层41、42夹住导线63并保持它的一部分(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，优选地应由设置在连接器主体部分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。当推进导线63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触头长，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，导线63就从工具中释放出，从而在连接器的这一面形成并排的两自由线股30。这样送进的线股此时由合适的装置68在基本与另一线股相等的距离处切断(图14)。可选地，导线可在插入前就从工具推出，并且沿工具弯曲，以使它随着工具的动作而与工具同步移动。
缝合方法使连接器20做成其触头具有很小的间距、很小的高度和外形。触头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的触头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，由于弹性体作用在导线上的外压力，非圆形导线将抵抗弹性体将导线转90°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自我弯曲。如以上所述，触头28可由一可编程缝合机缝入主体部分22，该缝合机能够有选择地以预定的排布样式插导线。排布样式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型腔。
插线工具或针/管61的往复运动，以及导线的弯曲在每个触头28上形成一开口端部的、双股导电的线环。且导线的每股或称“腿”在芯片26与其他装有连接器20的元件的触头之间形成一个独立的电路通道。此双股的开放环触头包括两个伸出挠性主体部分22外表面的末端29、30。触头的一个末端29可被看作是触头的“环”端，因为它含有导线63自身弯曲的那一端，(通常是在导线是圆形线时沿半径方向弯曲)而触头的另一端30可看作触头的“开放”端，因为导线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，因为每个触头的大致平行的电路通道能将该触头的电感比只使用单个触头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，触头28的自由端29、30虽然小，但即使连接器只需要一小的普通安装压力以获得可靠的互连并提供与相对电路元件的有效的赫兹连接，自由端也能提供高接触压力。触头28的切割的自由端30(图18)在效果上具有在其上形成的刀刃边缘，可以扎入相对电路板或芯片封装的接触焊点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，可在触头28的一个或两个自由端29、30上增加钎料球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。插线工具在大部分上具有其自己的中心线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，如图所示。图24A和24B分别以截面图示出此偏移距离，以及导线的位置(圆形和矩形)和工具对于连接器主体部分的开口的相对位置。
在另一种插线方式中，用于接纳触头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的某面上形成碎纤维。激光还将减少当在使用薄膜加强件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，冲孔部件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。之后触头即由上述插线工具插入孔中。
图27示出一种类型的冲杆500，其具有在其细长的主体部分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终止在具有正方形或矩形穿刺头513的刀状尖端512上。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是例如，减少碎纤维，而且在连接器主体部分上使用聚酰亚胺加强薄膜时，还能改善线环的直线性。
本发明的一个重点在于导线触头的开放环结构给予使用它们的连接器的接触力方面。不仅每个触头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变化，从而在触头28的封闭端部分29与相对电路元件之间形成点接触P(图1A)。在该触头的相对侧，触头自由端由两个相邻的导线自由端构成处，如图2A所示，与相对电路元件形成的接触为线接触，且该线沿导线切割边缘之一形成，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的过程还可以包括，一成型工具，例如一顶杆80，向下运动与连接器两侧的触头自由端29、30相接触，从而令自由端29、30形成一个或两个朝向。顶杆可如图所示具有对称两面，并以弧形或类似动作沿图16中的箭头M移动从而以所示方式形成导线末端，其中一对相邻触头的自由端朝向彼此离开的方向。以此方式形成的末端如图1A和2A所示，其中形成触头28的一对81，使它们以一角度指向彼此。另一种排列如图16所示，其中顶杆80接触触头28的一对81的自由端29并朝主体部分的表面33以一小于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，其中触头对81指向同一方向。
图19A-C示出另一在制造本发明的连接器时可以用到的插线工具110的结构。尽管图中所示单个的插线工具适于插入触头，但有时也发现连接器20的弹性体主体部分22往往施加一轻微力于插线工具61的倾斜面上，增加工具61“移动”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性，可以使用一个双点插线工具110用于将触头28插入连接器20的挠性主体部分22。
最清楚地如图19B中所示，工具110呈空心针形，或管形，且中心通道在其中沿轴向延伸，于其尖端112处对外界开口。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。通道在尖端112的中心处开口，但它可以如图所示稍微从尖端112内缩，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的弹性体部分的过程。在这种结构下，上述“移动”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，以使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，从在主体260的初始横切处，主体261的一部分被以一角度切开，从而在切割的最后在初始横切处形成一阶梯表面262。工具260的成角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。此子弹形状可通过横向切割鼻部271的圆锥端或将鼻部的圆锥端截顶而容易地获得。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，但也可在挠性主体部分只使用弹性体片的连接器结构中获得本发明的益处。图20以截面图示出，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以上述锚定凹坑的方式保持在其开口204内的位置上，如图6D所示。主体部分206包括多个单独的以预定的形成或阵列排列于其中的导电触头28。每个触头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，但本发明还预计到，可使用其独特的缝合方式将触头插入到更为刚性的主体部分中。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。在某些实施例中，外壳501和主体部分502可以是同一个部件。在其他实施例中，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插入其中的导电触头503示于图10-15和23中。在某些实施例中，可能需要通过粘接剂504的方式将触头503固定在其开口处。在前述过程中，触头503既可以是由导线形成的触头也可能是预先形成的触头，例如冲压形成的触头。
在使用“缝合”方式插入触头时，应当理解，并非一定要使用单独的针或者插线工具才能达成本发明。本发明构思了可使用一个阵列或一“群”针，从而在插线工具的一次运动中插入多个触头。
权利要求
1.一种连接器(20)，包含连接器框架部件(21)，具有位于所述框架中的开口(23)；多个导电触头(28)，该连接器(20)的特征在于具有相对的第一和第二表面(32、33)的挠性主体部分(22)设置在所述框架开口(23)中，并且触头(28)以预定阵列设置在所述挠性主体部分(22)中，所述触头(28)延伸穿过所述挠性主体部分(22)，每个触头(28)都具有分别伸出通过挠性主体部分的第一和第二表面(32、33)的第一和第二端(29、30)。
2.根据权利要求1的连接器，其特征在于，每个所述触头(28)都由细导线丝(63)构成。
3.根据权利要求1的连接器，其特征在于，每个所述触头(28)都由在所述触头的第一端(29)处自身弯曲而形成双股触头(65)的单股导线(63)构成，所述双股触头的双股导线形成每个所述触头(28)的冗余电路通道。
4.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述触头(28)通过缝合插入所述挠性主体部分中，以便将所述触头(28)嵌入所述挠性主体部分(22)中。
5.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述触头的第一端(29)和第二端(30)的每一个以小于90度的角度远离所述挠性主体部分的对应第一和第二表面(32、33)延伸。
6.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述挠性主体部分(22)包括具有相对的第一和第二表面的衬底(37、337)，以及设置在所述衬底的第一和第二表面中至少一个上的弹性体(41、42)。
7.根据权利要求6的连接器，其特征在于，所述衬底(37、337)包括一片合成纤维、玻璃纤维织物、聚合物膜或聚酰亚胺膜。
8.根据权利要求6的连接器，其特征在于，所述框架部件(21)包括绕所述框架部件开口(23)延伸的内肩部(38)，且所述衬底(37、337)沿所述内肩部(38)连接于所述框架部件(21)。
9.根据权利要求6的连接器，其特征在于，所述框架部件(21)具有形成在其中的多个凹坑(46)，该凹坑(46)提供穿过所述框架部件(21)的填充有部分所述弹性体的通道，以便将所述衬底锚定到所述框架部件(21)。
10.根据权利要求9的连接器，其特征在于，所述框架部件凹坑(46)设置在所述框架部件(21)的相对侧且与所述框架开口(23)相连通。
11.根据权利要求10的连接器，其特征在于，设置在所述框架部件(21)一侧的所述凹坑(51)与设置在所述框架部件(21)另一侧的凹坑(52)对齐并连通。
12.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述弹性体围绕所述框架开口(23)的内边缘延伸，从而在所述连接器框架部件(21)中形成用于在其中接纳相对的元件(26)的凹陷(24)。
13.根据权利要求6的连接器，其特征在于，所述衬底(37、337)包括织物片且所述弹性体包裹着所述织物片并延伸穿过所述织物片中的其线丝之间的开口。
14.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述衬底(37、337)嵌在所述弹性体中。
15.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述衬底(37、337)夹心在两层(41、42)所述弹性体之间，该弹性体层(41、42)形成所述挠性主体部分(22)的所述第一和第二表面(32、33)。
16.根据权利要求1的连接器，其特征在于，通过将所述衬底(37、337)与所述弹性体复合挤压或者将至少一个弹性体层(41、42)层压到所述衬底(22)上，形成所述挠性主体部分(22)。
17.根据权利要求1或3的连接器，其特征在于，每个所述触头(28)都包括自身弯曲形成开放环(65)的一段导线(63)，每个开放环(65)都具有相对的封闭端(29)和开放端(30)部分，开放环的封闭端部分(29)形成所述触头的第一自由端(29)且开放环的开放端部分(30)形成所述触头的第二自由端(30)，所述触头(28)在所述开放环的封闭和开放端部分(29、30)的中间位置上被固定在所述挠性主体部分(22)上。
18.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述触头(28)包括设置在所述挠性主体部分中的多个开口中的若干双股导线，这些双股导线为每个所述触头(28)形成冗余电路通道。
19.根据权利要求3或18中任意一项的连接器，其特征在于，所述触头(28)设置在所述挠性主体部分(22)的多个开口中，每个开口具有中心线(CA)且所述双线股(65)设置在其相应开口中心线(CA)的相对的两侧。
20.根据权利要求1的连接器，其特征在于，所述挠性主体部分(22)包括形成在其中的多个开口，该开口的大小使得至少所述挠性主体部分(22)的所述弹性体可夹紧所述触头(28)的外表面。
21.根据权利要求2的连接器，其特征在于，所述导线以所述触头的第一端(29)处的半径自身弯曲形成接触点(P)，用于与第一相对电路元件(26)相接触，且所述触头的第二端(30)的所述自由端呈一直线，用于与第二相对电路元件相接触。
22.根据权利要求6的连接器，其特征在于，所述弹性体的硬度为肖氏A硬度约40到约70之间的范围内。
23.根据权利要求1的连接器，其特征在于，每个所述触头(28)都是冲压成形的触头。
24.根据权利要求1或3中任意一项的连接器，其特征在于，每个所述触头(28)都包括连接于其第一和第二端(29、30)之一上的钎料球(125、126)。
26.根据权利要求1或3中任意一项的连接器，其特征在于，所述触头(28)具有连接于其第二端(30)上的钎料球(126)。
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，形成一加强的、可弯曲的连接器主体部分，从而形成一种搭接栅格阵列连接器。在织物片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触头。导线对为触头提供冗余度从而保证了可靠的连接。
文档编号H01R13/24GK1531766SQ02805376
公开日2004年9月22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, 约翰 E 洛帕塔, L 麦格拉思, 詹姆斯·L·麦格拉思, 姆 杜塔, 阿林杜姆·杜塔, 门青, 马文·门青, 小费希尔, 丹尼尔·小费希尔 申请人:莫莱克斯公司