專利名稱：導電粒子填充的聚合物電接觸件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電連接器，以及尤其涉及安裝在內(nèi)插板上的導電粒 子填充的彈性體接觸件。
背景技術：
現(xiàn)代電子系統(tǒng)的性能需求已經(jīng)要求使用增加的互連接觸件密 度。對于高密度連接器陣列應用，選擇的普通連接器是平面柵格陣列(LGA)連接器，以實現(xiàn)例如模塊和印刷電路4反的典型設備之間 的直接電互連。通過接觸承載內(nèi)插板來使得模塊的接觸件陣列與由 電路板提供的配對接觸件陣列之間能夠電接合，其中通過將內(nèi)插板 接觸件陣列與模塊和電路板各自的配對表面對準，以及施加夾緊力 而在模塊和電路板之間機械地壓縮內(nèi)插板，來實施連接。安裝在內(nèi)插板上的接觸件必須彼此緊鄰，以符合將被連接的電 路板和部件上對準的柵格的密度。在滿足了密度需求的同時，各個 接觸件必須在面對的設備接觸表面之間提供可靠的電連接，并且必 須與相鄰的接觸件完全隔離，以防止信號線之間的任何短路。盡管 因模塊和電路板的熱膨脹系數(shù)的變化而導致相對移動，仍然必須完 成該要求。使用了若干種類型的LGA內(nèi)插板接觸件，包括金屬彈簧、網(wǎng) 絲彈性連接元件(fuzz button)(—種巻曲成團的線絲柱體)和導電 彈性體。本發(fā)明是對導電體填充的彈性體接觸件的 一 種改進。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種導電填充聚合物(CFP)接觸件，其中通過已經(jīng) 與固化劑和導電粒子混合的基本彈性體的傳遞模塑來生成接觸件柵4
格。在模塑工序期間，在插在模件部分之間的電絕緣承載板中的孔處，通過對導電填充聚合物接觸件進行模塑來形成LGA內(nèi)插板。內(nèi) 插板用于連接由模塊和印刷電路板提供的接觸表面的兩個陣列，其 中所述模塊將安裝在所述印刷電路板上。通過足夠大小的力在面對 的接觸表面之間壓縮每個內(nèi)插板接觸件來將模塊夾緊固定至電路板 (內(nèi)插板位于其間)以確保電互連，從而建立接觸表面互連。盡管 需要施加至每個接觸件的力可以僅僅是1至4盎司，但是數(shù)千接觸 件的柵格可能需要相當大的壓力。導電粒子填充的聚合物接觸件是選擇的普通接觸件結構。這種 接觸件容易遭受偶然發(fā)生的因粒子至粒子的電接觸中斷而導致的突 波(glitch)。盡管在包括必須總是提供可靠電路經(jīng)的數(shù)千接觸件的 柵格中突波的發(fā)生并不常見，但即使是少有的發(fā)生也是不能接受的。 可能導致突波的典型條件是正被互連的印刷電路板和模塊的熱膨脹 系數(shù)之間的差異。不同的系數(shù)可能引入相當大的橫向剪切力，而該 橫向剪切力將導致粒子至粒子的電接觸中斷或者導致突波。本發(fā)明 公開了一種用于降低突波風險的裝置。通過導電框架使得突波問題得以減少并使導電填充彈性體接觸 件的可靠性得到增強，在對接觸件進行模塑之前，將所述導電框架 作為穿過承載件的孔延伸的插入件而引入至模腔中，以提供從緊鄰 接觸件主體上的一個接觸表面延伸至接觸件主體上的另一接觸表面 的導體?？梢曰诓⒙?lián)的粒子接觸件界面(interface)的數(shù)量相對于 串聯(lián)的粒子接觸件的數(shù)量來評估CFP接觸的可靠性。使用導電填充 聚合物，存在許多接觸件跨過CFP接觸件的任意給定截面。對于粒 子大小均勻的、具有相同高度和直徑的的接觸件，并聯(lián)與串聯(lián)接觸 件的比值將為1，或者接觸件可靠性將為單個界面的可靠性。然而， 由于接觸件主體高度大于直徑，因此該比值實際上將大于1,這意味 著實際上可靠性已經(jīng)降低了 (即，故障率增加了)。導電框架的使用降低了在接合將被互連的設備接觸表面的接觸 件上表面和下表面之間的串聯(lián)電連接數(shù)量。穿過接觸件長度延伸的
導電框架的存在提供了穿過所述接觸件長度的可靠電通路。正被連 接的接觸表面之間的通路(連接器的高度)可以是至導電框架的通 路長度的8至10倍。通過有效地降低穿過連接器高度的連接器粒子 界面的數(shù)量，到導電框架的較短粒子至粒子電通路增加了接觸件的 可靠性。這降低了穿過接觸件高度的接觸件體電阻。由于接觸件主體彈性屬性是由彈性體的屬性來控制的，因此導 電框架并不必須具有彈簧的屬性。這意味著，導電框架基本材料的 電傳導性可以是純銅或者其它高導電的延展性材料。導電框架的內(nèi) 含物增加了通過降低對粒子表面接觸的依賴性而實現(xiàn)的可靠性，并 進一 步使得接觸件的截面尺寸更小且使得接觸件間隔更近。


圖1示出了典型的平面柵格陣列套接硬件的分解圖。圖2示出了圖1的套接硬件的裝配正視圖。圖3是沿由兩個相鄰導電填充的聚合物接觸件的中心線限定的平面所截取的接觸件的截面圖，這結合由接觸件所互連的電路板和 模塊的部分而示出。圖4示出了沿接觸件的垂直中心線所截取的導電填充的聚合物 接觸件的截面圖，其中所述接觸件包括本發(fā)明的導電框架。圖5和圖6示出了本發(fā)明的實施中使用的導電框架的實施例。 圖7示出了本發(fā)明的第二實施例，該實施例使用了比模制的接 觸件高度更長的導電框架。
具體實施方式
圖1和圖2示出了典型平面柵格陣列(LGA)套接組件IO。圖 1是組件的分解圖，而圖2是圖1的元件的裝配圖。LGA模塊12在 與印刷電路板14面對的下表面上承載了接觸表面的柵格或者圖案， 而該印刷電路板14承載有接觸表面的柵格或者圖案，其中印刷電路 板14承載的接觸表面的柵格或者圖案適合于對準所述模塊并將所述 模塊電連接至所述印刷電路板上的電路。通過具有接觸件的柵格或者圖案的LGA內(nèi)插板來實現(xiàn)電連接，所述接觸件的柵格或者圖案在 LGA模塊接觸表面和印刷電路板接觸表面之間對準。每個內(nèi)插板接 觸件穿過電絕緣內(nèi)插板承載襯底中的孔延伸，并保持系留在所述孔 處，每個內(nèi)插板接觸件具有導電性且是可壓縮的，用以在由模塊12 和印刷電路板14提供的面對的接觸表面之間建立導電通路。剛性上 部加強板18接合了 LGA模塊12的上表面，而剛性背部加強板20 緊鄰印刷電路板14的下表面。背部加強板20通過背部絕緣體21與 印刷電路板14電隔離。背部加強板20下面是彈性板22。緊固至上 部加強板18的載重柱(load post) 24分別穿過LGA內(nèi)插板16中的 孑L26、印刷電路板14中的孔27、背部絕緣體21中的孑L28、背部加 強板20中的孔29,并被固定至彈性板22，以便將LGA才莫塊12緊 固至印刷電路板14,并將內(nèi)插板16上的連接器柵格與印刷電路板 14上的接觸表面的柵格對準。彈性板2 2橫向滑動至載重柱2 4上， 這允許形成在彈性板中的鎖眼開口 17和開端插槽19，以與載重柱中 的外圍凹槽25接合。LGA模塊的接觸表面柵格通過內(nèi)插板邊緣框架 部分31與各自的內(nèi)插板接觸件對準，其中在圖2的組裝條件下，所 述內(nèi)插板邊緣框架部分31圍繞著LGA模塊12。將朝著印刷電路板 14推動LGA模塊12的壓力實施于載重螺釘32,其中所述載重螺釘 32穿過彈性板22中的螺紋開口延伸并與背部加強板20接合。圖3是示出了一對典型的現(xiàn)有技術導電填充聚合物(CFP)接觸 件34的截面圖，其中所述一對CFP接觸件34在由柱面壁37限定的 孔處安裝在聚酰亞胺承載板36上。通過力F可以將接觸件34在模 塊40表面處的襯墊或者接觸表面38以及由印刷電路板44提供的襯 墊或者接觸表面42之間壓縮，其中使用諸如圖l和圖2所示的套接 組件來施加所述力F。接觸件34每個均形成為填充有金屬粒子的聚 合物體，其中所述金屬粒子具有這樣的密度，使得粒子能夠與相鄰 粒子接合并能建立從下表面46至上表面48的電通路。下表面46是 位于承載板36下方且距承載板36最遠的接觸主體表面，如圖所示，
其與印刷電路板接觸表面42接合。同樣，上表面48是位于承載板 36上方且距承載板36最遠的接觸主體表面。導電填充物通常是銀 粉。通過傳遞模塑來形成接觸件，并通過與聚酰亞胺承載件36相鄰 的擴大的直徑部分將該接觸件緊固在承載板36中的孔處。為了進行說明，將圖3、圖4和圖7的圖示放大了很多。在當前 的實踐中，典型的接觸件3 4具有在接觸件之間為1.0 m m的總體高度 和間距(箭頭B),以及在臨近承載件處的直徑為0.7mm。承載板 厚度(箭頭D-D)大約為0.125mm。圖4示出了在承載板51中的孔處進行模塑的接觸件50,其中所 述接觸件50包括本發(fā)明的導電框架52。在進行導電填充聚合物接觸 件的傳遞模塑之前，將導電框架52插入在模腔中，以便于形成在完 成的接觸件之中保持系留(capture)的插入件。由于在聚合物接觸 件主體內(nèi)保持系留導電框架，因此通過聚合物模塑工藝來控制制造 公差，而不是通過導電框架制造工藝、放置或者變形來控制。還通 過模塑工藝來控制信號完整性。接觸表面是導電的，并控制相對于 接下來的相鄰接觸件的電特性?？梢杂扇魏胃邔щ姴牧蟻硇纬蓪щ?框架。由于形成了接觸件主體的彈性體提供接觸件的壓縮和彈性特 性，而不是由框架來提供，因此可以由純銅或者其他有延展性的金 屬導體來形成框架。導電框架52可以采取任何物理形式。例如，所述導電框架可以 是柱面導體、形成為分裂柱體56的連續(xù)薄片(參見圖5)、具有由 金屬絲網(wǎng)材料形成的帶孔壁的分裂柱體58 (參見圖6)或者其它充 當提供連續(xù)導電通路的細長導體的結構。導電框架用來提供從緊鄰 接觸件頂部表面53至緊鄰接觸底部表面54的連續(xù)導電通路。由于 從頂部表面53或者底部表面54到框架52的導電粒子至粒子通路比 頂部表面53和底部表面54之間的導電粒子至粒子通路更短，因此 接觸件的可靠性得到增強。以單片柱體形式、分裂柱體形式或者具 有一般的圓形橫截面的穿孔形式來使用管狀導體框架53，使得粒子 至粒子導電通路到框架的連續(xù)導電通路的長度降低最優(yōu)化。減小的
接觸件體電阻提供了改善的可靠性，并且在需要時還可以利用減小 的接觸件體電阻來減小接觸件直徑和接觸件之間的間隙，以實現(xiàn)更 大的接觸密度。圖7示出了本發(fā)明的第二實施例，其中作為插入件保持系留在 模塑的接觸件中的導電框架比所述模塑的接觸件的高度更長。較長的導電框架61將模件的頂部和底部接合，以形成從頂部表面63至 底部表面64的連續(xù)導電通路。為了進一步調(diào)整導電框架的長度，可 以形成導電框架61以促使其在中部彎曲(buckle),或者被預先彎 曲。通過更大地減小所需要的粒子與粒子接觸，該形式的導電框架 將進一步確保穿過接觸長度的可靠電通路。雖然已參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，但是應當 理解，在并未脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種形 式和細節(jié)的改變。例如，除了已經(jīng)示出和描述的形狀之外，導電框 架還可以采用許多形狀，諸如螺旋線圈、扭曲的矩形或者穿過接觸 件提供導電通路且與接觸件的傳遞模塑或者壓縮相容的其他形狀。
權利要求
1.一種導電填充聚合物接觸件，用于電連接由將被電互連的電子設備提供的接觸表面，所述導電填充聚合物接觸件包括平面承載件，所述平面承載件具有穿過其中的孔；導電填充聚合物接觸件主體，所述導電填充聚合物接觸件主體穿過所述孔延伸，并在所述承載件的每一側(cè)呈現(xiàn)擴大部分，由此將所述接觸件主體保持系留在所述承載件的孔處，所述接觸件主體在距所述承載件最遠的所述主體部分上，在所述承載件的每一側(cè)處提供相對面對的表面；以及在所述主體部分內(nèi)的電學導電框架構件，所述電學導電框架構件穿過所述主體部分延伸，具有分別與所述相對面對的表面緊鄰端接的端部。
2. 根據(jù)權利要求1所述的導電填充聚合物接觸件，其中所述導 電框架構件是金屬管狀元件。
3. 根據(jù)權利要求2所述的導電填充聚合物接觸件，其中所述導 電框架構件是具有一般為圓形的截面的單個管狀元件。
4. 根據(jù)權利要求3所述的導電填充聚合物接觸件，其中所述導 電框架構件由延展性銅材料形成。
5. —種導電填充聚合物電接觸件，包括 平面承載板，所述平面承載板具有穿過其中的孔； 在所述孔處的導電填充聚合物接觸件主體，所述導電填充聚合物接觸件主體在所述承載板的每一側(cè)具有擴大的直徑部分，由此在所 述孔處，將所述接觸件主體保持系留至所述承載板；以及電學導電框架，所述電學導電框架保持作為在所述接觸件主體中 的插入件，并穿過所述孔延伸。
6. 根據(jù)權利要求5所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 接觸件主體具有上表面和下表面，所述上表面和下表面分別是在所 述平面承載板的每一側(cè)距所述平面承載板最遠的接觸表面，并且所 述導電框架從緊鄰所述上接觸主體表面延伸至緊鄰所述下接觸主體 表面。
7. 根據(jù)權利要求6所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 導電框架具有比所述接觸主體上表面和所述接觸主體下表面之間的 距離更小的長度。
8. 根據(jù)權利要求7所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 導電框架由延展性金屬材料形成。
9. 根據(jù)權利要求8所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 導電框架是管狀的、 一般為柱面的金屬元件。
10. 根據(jù)權利要求9所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 導電框架由延展性銅材料形成。
11. 根據(jù)權利要求5所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所述 接觸主體具有上表面和下表面，所述上表面和下表面分別是在所述 平面承載板的每一側(cè)距所述平面承載板最遠的接觸主體表面，并且所述導電框架從所述主體上表面延伸至所述接觸主體下表面。
12. 根據(jù)權利要求11所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所 述導電框架的初始長度大于所述接觸主體上表面和所述接觸主體下 表面之間的距離，由此在所述接觸主體上表面和所述接觸主體下表 面處使所述導電框架變形。
13. 根據(jù)權利要求12所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所 述導電框架由延展性金屬形成，所述金屬預先彎曲以使得能夠變形。
14. 根據(jù)權利要求13所述的導電填充聚合物電接觸件，其中所 述接觸件主體由導電粒子填充的模塑聚合物形成，并且所述導電框 架為基本柱面的延展性金屬元件。
全文摘要
一種穿過承載板在孔處進行模塑的導電填充聚合物接觸件，包括在模塑工藝之前作為插入件引入的細長導電框架，所述插入件保持系留在模塑的接觸中，并且從上接觸表面處或者接近上接觸表面處穿過孔延伸，并在下接觸表面處或者接近下接觸表面處的相對端處終止，從而提供穿過接觸件的長度的連續(xù)導電通路，由此降低了在模塑的聚合物接觸件內(nèi)粒子至粒子界面的序列的數(shù)目，進而增加了可靠性。
文檔編號H01R12/71GK101165975SQ200710161719
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權日2006年10月18日
發(fā)明者W·L·布羅德斯基 申請人:國際商業(yè)機器公司