專(zhuān)利名稱(chēng)：多元件連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用于電子封裝工業(yè)和電力系統(tǒng)的連接器、互連器、電路和測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于拉擠成型、接觸件和連接器可參見(jiàn)下列美國(guó)專(zhuān)利4,330,349；4,841,099；4,970,553；5,139,862；5,167,512；5,220,481；5,250,756；5,267,866；5,270,106；5,281,771；5,345,607；5,366,773；5,410,386；5,414,216；5,420,465；5,492,743；5,599,615；5,689,791；5,744,090；5,756,998；5,794,100；5,812,908；5,843,567；6,214,921；6,217,341；6,265,046；和6,289,187。
本說(shuō)明中所引用的所有文件(包括上述專(zhuān)利)都被結(jié)合于此作全面的參考。

發(fā)明內(nèi)容
在各實(shí)施例中，提供了一種包括具有長(zhǎng)、寬、厚和表面積的基底元件的裝置。此基底元件包含聚合物、一些導(dǎo)電元件，和一些非導(dǎo)電元件。每個(gè)導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件具有一定長(zhǎng)度和一條假想軸。這些導(dǎo)電元件包含一些導(dǎo)電纖維和一種聚合物材料。各導(dǎo)電纖維配置成彼此相關(guān)且與聚合物材料有關(guān)。這些導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件都安置在基底元件內(nèi)，且彼此間的相對(duì)位置是經(jīng)過(guò)選擇的，以形成一種矩陣結(jié)構(gòu)，它包括至少一個(gè)處于各導(dǎo)電元件假想軸之間的選定尺寸，和至少一個(gè)處于各非導(dǎo)電元件假想軸之間的選定尺寸?；自木酆衔锸菄@導(dǎo)電元件至少一部分周邊而固化，及圍繞非導(dǎo)電元件至少一部分周邊而固化的，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。至少有一個(gè)導(dǎo)電元件包含一個(gè)用于接觸件的外露表面。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所提供的裝置包含基底元件，此基底元件具有長(zhǎng)、寬、厚，聚合物，一些導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件，和一些非導(dǎo)電元件。這些導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件包含一些導(dǎo)電碳纖維和一種聚合物材料。這些導(dǎo)電碳纖維配置成彼此相關(guān)且與聚合物材料有關(guān)。每個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端。各非導(dǎo)電元件包括一些非導(dǎo)電纖維。每個(gè)非導(dǎo)電元件具有一個(gè)第一端和一個(gè)第二端。這些導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件和非導(dǎo)電元件被安置在基底元件內(nèi)，且彼此間的相對(duì)位置是經(jīng)過(guò)選擇的，以形成一種矩陣結(jié)構(gòu)，它包括至少一個(gè)處于各導(dǎo)電元件假想軸之間的選定尺寸，和至少一個(gè)處于各非導(dǎo)電元件假想軸之間的選定尺寸?；自木酆衔锸菄@導(dǎo)電拉擠成型元件至少一部分周邊而固化，及圍繞非導(dǎo)電元件至少一部分周邊而固化的，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。至少有一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可以從第一端和第二端進(jìn)入以造成接觸。
在還有另一實(shí)施例中，所提供的裝置包括一個(gè)基底元件，它具有長(zhǎng)、寬、厚，聚合物，和一些導(dǎo)電元件。這些導(dǎo)電元件具有一個(gè)第一端、一個(gè)第二端和一個(gè)長(zhǎng)度。這些導(dǎo)電元件包含一些在基底元件內(nèi)延伸的導(dǎo)電纖維。至少有一個(gè)沿著至少一個(gè)導(dǎo)電元件長(zhǎng)度形成中斷的連續(xù)斷裂處是處于這至少一個(gè)導(dǎo)電元件的第一端和第二端之間。至少一個(gè)導(dǎo)電接觸區(qū)與此至少一個(gè)連續(xù)斷裂處一邊上的至少一個(gè)導(dǎo)電元件有關(guān)。至少一個(gè)導(dǎo)電接觸區(qū)與此至少一個(gè)連續(xù)斷裂處另一邊上的至少一個(gè)導(dǎo)電元件有關(guān)。這些導(dǎo)電元件被安置在基底元件內(nèi)，且其彼此間的相對(duì)位置是經(jīng)過(guò)選擇的并形成一個(gè)矩陣結(jié)構(gòu)，它包含至少一個(gè)處于各導(dǎo)電元件假想軸之間的選定尺寸；其中基底元件的聚合物是圍繞這些導(dǎo)電元件至少一部分周邊而固化的，以形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。


圖1a、1b、1c示出了具有導(dǎo)電和不導(dǎo)電區(qū)域的連接器的實(shí)施例的頂視圖；圖2a和2b示出了配置成包括m行導(dǎo)電區(qū)和n列導(dǎo)電區(qū)的鄰近連接器陣列的實(shí)施例的頂視圖；圖3示出了模塊化的鄰近連接器的矩形陣列的實(shí)施例的頂視圖；圖4a和4b示出了集成的矩形陣列的實(shí)施例的頂視圖；圖5示出了在基底中延伸的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖6、6a和6b示出了用于表面安裝電子元件的多層元件實(shí)施例的頂視圖、前視圖和側(cè)視圖；圖7示出了具有原纖維化端部的連接器實(shí)施例的透視圖；圖8示出了包括導(dǎo)電端子的圖6的多層元件的端視圖；
圖9示出了帶有包括原纖維化內(nèi)部的開(kāi)口的連接器的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖10示出了一連接器的實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式
各實(shí)施例提供了各種用于接觸件、測(cè)試、電路和連接器的裝置。在各實(shí)施例中，這些裝置可用于電子封裝工業(yè)、集成電路、測(cè)試系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電路以及與打印機(jī)、復(fù)制系統(tǒng)、復(fù)印機(jī)和多功能系統(tǒng)(可以是單獨(dú)的或連成網(wǎng)絡(luò)的，彩色的或黑白的，模擬的或數(shù)字的)相關(guān)的系統(tǒng)，如靜電印刷或電子照相裝置等。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1-4的實(shí)施例，說(shuō)明包括含有纖維的導(dǎo)電元件的各種連接器的模塊和集成特性。
圖1a為一個(gè)連接器10的實(shí)施例的頂視圖，它包括一行導(dǎo)電接觸件18(包含一些導(dǎo)電纖維16和一個(gè)基底元件12)。另外，形成于基底元件12內(nèi)的非導(dǎo)電隔墊纖維14一般是安置在這行導(dǎo)電元件18和絕緣元件15的周邊。此基底元件12包括一種適當(dāng)?shù)恼辰訕?shù)脂和適當(dāng)?shù)睦w維，以形成一個(gè)選定的陣列結(jié)構(gòu)。絕緣元件可包括非導(dǎo)電單絲、含有非導(dǎo)電纖維的纖維、線、絲、片的陣列等。此陣列稱(chēng)為[m×n]陣列，m表示導(dǎo)電接觸的行數(shù)，n表示導(dǎo)電接觸的列數(shù)。連接器10可能包含一個(gè)m×n陣列的接觸件18的選定結(jié)構(gòu)，例如在圖1a中m＝1行，n＝9列。
連接器中的導(dǎo)電接觸件18適合于在老化試驗(yàn)時(shí)與集成電路(IC)接觸，或用于其它“臨時(shí)的”或“永久的”芯片座或芯片架的IC插座。接觸件18可做成能在下一級(jí)電子封裝中除掉并更換裸芯片或已封裝芯片。
圖1b表示一個(gè)連接器10的實(shí)施例的頂視圖，一般包括非導(dǎo)電纖維14、15，用來(lái)隔開(kāi)陣列中的導(dǎo)電接觸件18并提供各導(dǎo)電接觸件18之間的電、熱、機(jī)械或其它的隔離或絕緣。
圖1c表示一個(gè)連接器10的實(shí)施例的頂視圖，它包括一些導(dǎo)電接觸件18，它們具有碳纖維16和其它“第二”導(dǎo)電接觸件19，后者可能包含金屬纖維或絲或其它“第三”導(dǎo)電接觸件17，“第三”導(dǎo)電接觸件可能包含金屬化的玻璃或透光玻璃或塑料，或陶瓷或其它導(dǎo)熱纖維如樹(shù)脂碳纖維(pitch carbon fiber)。通常利用非導(dǎo)電纖維14、15來(lái)隔離陣列中的導(dǎo)電接觸件17、18、19。
在各實(shí)施例中，連接器可以用拉擠成型工藝來(lái)制造，這時(shí)80％或更多的截面積是纖維。可以用壓縮模塑，樹(shù)脂傳遞模塑和層壓工藝來(lái)制造連接器。
圖2a和2b表示相鄰的連接器10的實(shí)施例的頂視圖?？梢灶A(yù)先把連接器做成一個(gè)(1×n)的陣列，然后對(duì)齊成選定的結(jié)構(gòu)，如并排連接器系統(tǒng)(圖2c)，或一段接一段的連接器系統(tǒng)(圖2d)，或它們的組合，從而得到一個(gè)具有選定尺寸和接觸特性的連接器系統(tǒng)。
圖3表示一個(gè)各處于相關(guān)位置的連接器10、10、10、20陣列的實(shí)施例的頂視圖。連接器20是一個(gè)具有一行交替的接觸器18和絕緣元件15的連接器實(shí)施例。連接器20做成不帶相鄰行(一般是非導(dǎo)電隔離纖維14)。我們?cè)O(shè)想，連接器陣列可能包括一個(gè)或幾個(gè)相鄰連接器模塊或元件10、20，及其它具有選定特性的連接器或模塊的組合。也可以有別的連接器結(jié)構(gòu)，包括具有各種尺寸、位置、形狀、功能和特性的接觸件17、18、19，絕緣元件15和通常是非導(dǎo)電隔墊纖維14的組合。
圖4a和4b說(shuō)明連接器中各接觸件的結(jié)構(gòu)、位置、對(duì)準(zhǔn)、密度和數(shù)量的可選擇性，以及陣列和連接器的模塊化。在各實(shí)施例中，提供了如圖4a所示的一個(gè)陣列，它包括一個(gè)與另一個(gè)陣列有關(guān)的選定數(shù)量的基底元件Y?；自包含選定數(shù)量的分散導(dǎo)電元件X。各基底元件Y或連接器可以用熱、化學(xué)或機(jī)械系統(tǒng)或它們的組合連接起來(lái)?；自可能包括不同的絕緣元件，或者它本身就是用絕緣材料做的?；自可以是導(dǎo)熱而電絕緣的。在各實(shí)施例中，可以把一個(gè)導(dǎo)電元件X陣列做成如圖4b那樣的全集成陣列，它包括選定尺寸和矩陣形式的非導(dǎo)電隔力纖維14和絕緣元件15及導(dǎo)電元件17、18、19。
在各實(shí)施例中，在連接器內(nèi)采用精選結(jié)構(gòu)的分布式纖維接觸(DFC，即distributed filament contact)元件作為接觸件或者IC芯片和測(cè)試電路間的相互連接，可以提高在電子封裝工業(yè)和電路內(nèi)的各種應(yīng)用中單個(gè)接觸件位置的可靠性。DFC元件的結(jié)構(gòu)可以做成使連接器10的各導(dǎo)電接觸件17、18、19與選定的IC的襯墊、引線、觸點(diǎn)、腿或焊盤(pán)及電路板建立接觸。
在各實(shí)施例中，可以把連接器10做成一個(gè)集成的、可分離的電互連器件，并提供一個(gè)IC芯片的封裝系統(tǒng)。此連接器可以模塊化，故一般適用于批量生產(chǎn)?；自?2可以有各種形狀和尺寸，其中的導(dǎo)電元件17、18、19和非導(dǎo)電元件14、15可以有各種位置和密度。基底元件12可以是方形、矩形、三角形、圓形、非圓形和不規(guī)則幾何形狀和尺寸。在基底元件12中的導(dǎo)電元件17，18，19和非導(dǎo)電元件14、15的尺寸、密度、間隔和矩陣結(jié)構(gòu)選得適當(dāng)與IC芯片匹配。
在各實(shí)施例中，可以通過(guò)幾種方式把導(dǎo)電纖維做成矩陣結(jié)構(gòu)，例如(1)首先把導(dǎo)電纖維拉擠成型，形成導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件，然后把這個(gè)預(yù)拉擠成型復(fù)合元件加到非導(dǎo)電元件上，形成一個(gè)最后的拉擠成型矩陣；(2)把已適當(dāng)對(duì)齊并分開(kāi)成最后的復(fù)合拉擠成型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電纖維和非導(dǎo)電纖維兩者共同拉擠成型；(3)把非導(dǎo)電元件預(yù)先拉擠成型成一個(gè)預(yù)拉擠成型件，然后與導(dǎo)電纖維組合成為最后的矩陣；(4)預(yù)先單獨(dú)拉擠成型導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件，然后把它們共同拉擠成型成為最后的矩陣。此外，也可以不用拉擠成型，而采用其它的復(fù)合方法，如樹(shù)脂傳遞模塑法或分層復(fù)合物層壓模鑄法(layer-composite laminate molding)等。
在各實(shí)施例中，可以采用拉擠成型工藝制造一個(gè)連接器10，它包括一個(gè)選定數(shù)量的集成DFC接觸件18、第二接觸件19和第三接觸件17，和處于基底元件12內(nèi)的用適當(dāng)基質(zhì)聚合物做的絕緣元件14和15。將導(dǎo)電纖維與一個(gè)拉擠成型模對(duì)齊并動(dòng)態(tài)送入其中，可以獲得由絕緣纖維或基底材料相互隔開(kāi)的導(dǎo)電位置的陣列。對(duì)這些材料(包括導(dǎo)電纖維、絕緣纖維和基質(zhì)樹(shù)脂)進(jìn)行精選以提供高密度接觸件封裝和各接觸件間的絕緣電阻，達(dá)到與芯片和測(cè)試電路的可靠匹配并適合于激光切割。
這些纖維在拉擠成型過(guò)程中被送入并排列在各精確位置上，這時(shí)要采用包括導(dǎo)向板(如薄的結(jié)實(shí)的金屬、木頭、玻璃、陶瓷、橡膠或塑料板，或它們的組合)在內(nèi)的導(dǎo)向裝置(導(dǎo)向板上具有與最后希望的陣列圖形相關(guān)的一些孔)，然后將這些纖維轉(zhuǎn)換成連接器形式的堅(jiān)固實(shí)體。
換一種方式，可以采用一種改進(jìn)的拉擠成型過(guò)程，這時(shí)預(yù)先將導(dǎo)電元件17、18、19和/或絕緣元件14、15組裝成拉擠成型的“預(yù)成型件”內(nèi)，然后將這些預(yù)成型件共同拉擠成所希望的陣列。在各實(shí)施例中，可以采用一種適當(dāng)?shù)臒峁绦曰驘崴苄詷?shù)脂作為這種預(yù)成型件，它與用在最后階段拉擠成型的基質(zhì)樹(shù)脂是兼容的。在采用類(lèi)似的熱固性樹(shù)脂的場(chǎng)合下，可以讓它在預(yù)成型件形成過(guò)程中固化不足或部分交叉連接，而在最后階段拉擠成型過(guò)程中完全固化。這個(gè)過(guò)程有助于確保在預(yù)成型件和最終組件的其它元件之間有良好的粘接。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，它表示一些如接觸件18的導(dǎo)電接觸件實(shí)施例，包括從基底12伸出的輪廓和在基底12內(nèi)部的輪廓。也可以是基底12內(nèi)部和外部的輪廓的組合。在切割過(guò)程中可以采用“加熱-切割”激光器(如CO2或CO或YAG激光器)或剝離型準(zhǔn)分子激光器，以形成部分導(dǎo)電接觸件18，非導(dǎo)電元件14和15，或在它們固化成復(fù)合物形式后的基底，使得IC芯片或其它器件或電路元件上的接觸墊塊與它們有效地相配。接觸件18在其端部或外露部分可以割成或刻成各種形狀，如平的、角狀、凸形、凹形、階梯形、不規(guī)則形或組合表面?？梢栽诮佑|件上選定區(qū)域形成柔性的原纖維化纖維(fibrillatedfiber，或稱(chēng)纖維網(wǎng)纖維)。對(duì)于激光切割，可以選擇熱分解溫度低于導(dǎo)電元件17、18、19的基底材料12和絕緣材料14、15。通常激光能量被緊靠激光路徑中心的材料最有效地吸收，故處于激光束中心的材料被切割。對(duì)于選作矩陣樹(shù)脂和絕緣元件14、15的大多數(shù)材料，有些熱量將從切割區(qū)域?qū)ё?。一般熱穩(wěn)定的碳或金屬碳纖維能承受激光的溫度，而熱穩(wěn)定性較差的聚合物被蒸發(fā)，留下一堆導(dǎo)電纖維。
另外，根據(jù)所要求的最后接觸件表面形狀，還可以采用其它適當(dāng)?shù)谋砻媲懈罘椒ā＠?，若希望表面比較平而光滑，可以采用噴水切割工藝。
可以采用包括聚丙烯腈(PAN)纖維(金屬化和金屬鍍覆PAN纖維)的DFC纖維作為導(dǎo)電元件18內(nèi)的導(dǎo)電纖維。通常導(dǎo)電接觸件18可能包含100或1000或更多單個(gè)碳或金屬碳纖維的束或絲束。絕緣元件14、15可包含足夠數(shù)量的處于各導(dǎo)電元件18之間的線纖維。合適的絕緣非導(dǎo)電纖維例子有聚酰胺(尼龍)、聚脂(PET和PBT)、人造纖維、丙烯酸類(lèi)纖維、非碳化聚丙烯腈、纖維玻璃、聚醚醚酮樹(shù)脂(PEEK)和共聚物及其摻和物和混合物。纖維的尺寸和形狀根據(jù)最后組件的結(jié)構(gòu)適當(dāng)選擇。根據(jù)最后應(yīng)用的需要，絕緣纖維的截面可以是圓形、橢圓形、多瓣形、平面形、實(shí)心或空心的?；自?2可包括適當(dāng)?shù)臒峁绦曰驘崴苄詷?shù)脂，它可以在拉擠成型工序中處理。基底元件也可用和絕緣元件14相同的材料制造。用于該系統(tǒng)的材料也包括聚合纖維，玻璃，石英，預(yù)氧化PAN，局部碳化PAN，光學(xué)纖維，金屬纖維，金屬合金纖維及其組合。
現(xiàn)在來(lái)看圖6，這是一個(gè)多層元件組件100的實(shí)施例，包括一個(gè)表面安裝電子元件裝置120(如集成電路)，通過(guò)表面安裝技術(shù)(SMT)與基礎(chǔ)基底125相連。此基礎(chǔ)基底125可包括含有碳纖維的導(dǎo)電材料，這種纖維包含CarbonConx(CCX)，用作基底材料和一種互連媒質(zhì)。組件100可包含導(dǎo)電元件110，后者包括纖維及含纖維的絕緣元件112。被埋入的導(dǎo)電纖維與非導(dǎo)電基質(zhì)材料共同拉擠成型，形成一個(gè)N×M結(jié)構(gòu)，例如N＝4，M＝1。基礎(chǔ)基底125的端面可經(jīng)過(guò)激光處理而外露纖維區(qū)域111并使其從基底本身伸出，以方便與外電路連接。電源和信號(hào)引線113可用作表面安裝連線，將裝置120與基礎(chǔ)基底125相連接。這種結(jié)構(gòu)可以更換組件?？梢栽诨A(chǔ)基底內(nèi)做出一個(gè)或幾個(gè)溝槽121或在導(dǎo)電元件內(nèi)的斷裂處，以按電路要求隔離信號(hào)。圖6a表示圖6的多層元件的正視圖。圖6b是圖6的多層元件的端視圖，包括導(dǎo)電終端，如原纖維化端部111。
在各實(shí)施例中，連接器系統(tǒng)100提供被埋入的CCX電部件的小型化和集成化。電子元件可以安裝在CCX材料的負(fù)荷連接和終端點(diǎn)。例如，可利用組件100內(nèi)的一個(gè)精選配合結(jié)構(gòu)來(lái)造成與普通布線或PWB型電路板的電連接。可以有各種連接器結(jié)構(gòu)。組件100的橫截面可以幾乎是任何形狀。例如，利用普通FR4型2維和3維電路板作安裝表面，可以把一個(gè)以上的系統(tǒng)安裝在一起，包括平面的(如二維“2-D”)和非平面(如三維“3-D”)的結(jié)構(gòu)。
在各種連接器實(shí)施例中，導(dǎo)電元件110內(nèi)的CCX材料可以包括在組件100內(nèi)的單層或多層結(jié)構(gòu)中，制備選定的表面和基底為電子元件(如表面安裝裝置和多層連接器系統(tǒng))提供集成化。采用具有電阻性質(zhì)的埋入層后在基底表面上可以不必有離散電阻元件。還可以與熱固化材料一起使用熱塑碳纖維復(fù)合物。
在各種連接器實(shí)施例中，部分導(dǎo)電復(fù)合拉擠成型元件110可在機(jī)械上或空間上與周?chē)姆菍?dǎo)電元件112分開(kāi)，因而可用作與裝置120電接觸點(diǎn)處的機(jī)械彈簧元件。由此可為裝置上每個(gè)位置提供有效、可靠和獨(dú)立動(dòng)作的機(jī)電連接。一個(gè)精選的矩陣結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)在空間上和電氣上與另一個(gè)導(dǎo)電纖維區(qū)分開(kāi)的導(dǎo)電纖維區(qū)。至少可沿其長(zhǎng)度的一部分接近該導(dǎo)電元件，以提供與電路接觸的導(dǎo)電表面面積。
一般可以把軟的彈性CCX接觸件用于活動(dòng)物體，以及通過(guò)與相同基底元件上的組裝元件集成用于控制或信號(hào)識(shí)別負(fù)荷電路測(cè)試點(diǎn)。在各實(shí)施例中，連接器系統(tǒng)采用堅(jiān)固的高溫材料和最少的連接元件提供一個(gè)相當(dāng)高的集成度，而且可以用于各種電子組件應(yīng)用中，包括微電子器件、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、埋入式傳感器、無(wú)線通信、電氣通信、醫(yī)用裝置和醫(yī)用探頭。
在各連接器實(shí)施例中，碳纖維復(fù)合物現(xiàn)在可用作基質(zhì)基底，也可用作二次基底。電子元件可以在PWB型材料上加工，然后固定到二次復(fù)合物基底的表面上，后者可以任選作為電路的一部分?？梢杂肅O2、YAG或準(zhǔn)分子激光器在復(fù)合材料本身內(nèi)形成接觸深坑或坑?？拥膬?nèi)壁可包含一些原纖維化區(qū)域，用作干涉配合電接觸件或通孔連接。
為使裝置120和選定插座之間的相互連接永久化，可將電子裝置120安裝在連接器上，這可以采用導(dǎo)電膠(如導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂或焊料)或與由PWB系統(tǒng)增加的輔助基底相結(jié)合。這些材料可以經(jīng)過(guò)選擇而形成，以提供交替的導(dǎo)電和非導(dǎo)電區(qū)域或環(huán)形區(qū)域。在一個(gè)組裝階段的軟接觸件的集成化通?？商峁┑统杀镜目煽侩娮酉到y(tǒng)。
現(xiàn)在參考圖7的射頻(RF)型連接器300。在這種RF連接器中，高頻RF電流通常是在靠近接觸表面的一個(gè)薄表皮層內(nèi)流動(dòng)，而且直流或低頻交流電流一般流過(guò)一個(gè)較大的導(dǎo)電材料截面積。連接器300包含一個(gè)含碳體210、金屬層220、內(nèi)導(dǎo)電元件240或從一端或表面在選定區(qū)域伸出的原纖維化纖維240。原纖維化纖維240提供柔順的冗余接觸件。圖8表示一個(gè)帶實(shí)心體的連接器200實(shí)施例的端視圖。圖9表示一個(gè)帶開(kāi)口230的連接器的側(cè)視圖。此連接器可以包括原纖維化纖維240，以便與相關(guān)的元件接觸。圖10表示一個(gè)彎角形或肘形連接器250。在各實(shí)施例中，連接器可以做成選定的形狀，并包括不同的角度和特征。
在各實(shí)施例中，RF連接器可包含碳纖維和復(fù)合塑料，它們都做成一個(gè)適當(dāng)接觸件的幾何形狀。接觸元件可以是一個(gè)實(shí)心桿或空心的管，其主外徑在0.3mm至100mm左右的范圍，用一個(gè)適當(dāng)?shù)慕饘賹尤嫱扛不蚓植客扛?，厚度?.001μm至25μm之間。連接器可以是管形，在內(nèi)表面、外表面或其組合上有附加的金屬層。此連接器可以具有一個(gè)實(shí)心芯子。RF連接器可用于RF接觸件應(yīng)用中，以改善RF器件的效率和可靠性。金屬層可用來(lái)在一個(gè)元件間(如一個(gè)芯片或一個(gè)測(cè)試電路)提供至少一個(gè)高電導(dǎo)率路徑。此連接器可在其端部包含許多纖維，它們經(jīng)過(guò)原纖維化，以局部清除粘接聚合物或周?chē)姆菍?dǎo)電元件?？梢圆捎靡粋€(gè)金屬層將纖維端部包起來(lái)。RF高頻接觸件所載運(yùn)的電流通常是在連接器的表層內(nèi)(例如載運(yùn)電流的約1-25μm厚的最外層)輸運(yùn)。離表層(外或內(nèi)表層)約25μm以上的深度通常不起RF裝置的電流載運(yùn)作用。一般頻率越高所要求的載運(yùn)層越窄。因此，在碳纖維上的薄金屬層可用來(lái)載運(yùn)接觸元件(例如連接器，互連器、和相關(guān)元件)的接觸件對(duì)內(nèi)的RF電流。
在各實(shí)施例中，可以采用一種拉擠成型工序來(lái)制造含于實(shí)心結(jié)構(gòu)內(nèi)的富含纖維的集成陣列接觸件，其中包含于單個(gè)接觸區(qū)域內(nèi)的每條纖維是一條金屬化碳纖維。將接觸區(qū)分開(kāi)的區(qū)域設(shè)計(jì)成電絕緣的，且可以包含適當(dāng)?shù)姆菍?dǎo)電纖維或其它隔離元件，如塑料膜或帶、聚合泡沫或以纖維為基礎(chǔ)的織物，等等。此結(jié)構(gòu)內(nèi)的接觸區(qū)設(shè)計(jì)成在一個(gè)表面上與IC芯片的接觸墊等對(duì)齊，在相反一面與電路板的接觸墊對(duì)齊。金屬化纖維在器件和電路之間提供一個(gè)柔順而低力的、可靠的、多冗余的、低阻的電流通路。
在各實(shí)施例中，在6-10μm直徑碳纖維上涂覆厚約0.01至1.5μm的薄金屬層。碳纖維可以是高強(qiáng)度ThornalTMT-300纖維、高模量ThornalTMT-650纖維或低模量局部碳化的ThornalTMT-150纖維。Thornal是聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corp)的商標(biāo)。許多碳纖維可從碳纖維制造商買(mǎi)到，如Cytec Carbon Fiber，Inc。金屬層可用真空、蒸氣、氣相淀積、電鍍、或無(wú)電鍍，或這些方法的組合獲得。金屬層可以包括一個(gè)單層或包括兩層或多層。金屬層可包括各種金屬或金屬合金。例如，可以采用鎳、銅、金、鉑、鎢、銀、鈀、錫、鐵、鋁、鋅、鉻、鉛或合金，如黃銅、鎳/硼、金/碳、鈀/鎳、銀/碳等及其組合。金屬層可包括低熔點(diǎn)金屬合金，如錫/鉛或類(lèi)似的焊料。導(dǎo)電纖維可用一種導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料及其組合涂覆或局部涂覆。一些供應(yīng)商(如新澤西Wyckoff的INCO特種產(chǎn)品公司和Wales的West Glam)可以把金屬層做在纖維上。
在各實(shí)施例中，T-300型碳纖維可以按每束1000纖維封裝并不分大小。可以在碳纖維氣相淀積金屬鎳至1/2到1μm的厚度，這相當(dāng)于碳重量的1％至90％。在導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件中，金屬涂層的重量約為碳重量的2％至50％。鎳金屬化碳可以在選定的樹(shù)脂粘接劑中拉擠成型，形成一個(gè)直徑通常為300μm的圓形實(shí)心桿。一組成束纖維的截面積可在0.01μm2到1000μm2之間。可以把選定桿數(shù)(如10個(gè)桿)拉擠成型為一個(gè)1×10的平面導(dǎo)電桿陣列，用絕緣樹(shù)脂或樹(shù)脂和絕緣纖維分開(kāi)，形成一個(gè)中心距0.33mm至0.50mm的矩形陣列。此陣列可用適當(dāng)?shù)腃O2激光切割，使金屬-碳纖維從粘接劑樹(shù)脂原纖維化而形成一個(gè)無(wú)樹(shù)脂的富含金屬-纖維的接觸區(qū)?？梢圆捎靡粋€(gè)或幾個(gè)陣列當(dāng)作互連器以接觸一個(gè)裝置，如沿一個(gè)表面的IC芯片和沿另一表面的電路板等。對(duì)于一般的低阻接觸，可以把金屬加到碳纖維桿上或包含在桿內(nèi)的單個(gè)纖維上。另一種選擇是不僅使纖維金屬化，也使桿外表面金屬化。還有一種選擇是僅僅在激光切割后的接觸尖區(qū)使碳纖維金屬化。
在一實(shí)施例中，可以把一薄層金汽相淀積到一個(gè)CCX元件的全部外露表面上，這種元件可以是一個(gè)滑環(huán)連接器，它將碳纖維包含在MODAR環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂中，該產(chǎn)品可以從俄亥俄州Dublin的Ashland復(fù)合塑料公司買(mǎi)到。此元件可放在一個(gè)真空濺射室(例如紐約Latham的Ernest F.Fullam公司的EffaCoater No.18930)內(nèi)。室內(nèi)經(jīng)過(guò)50秒鐘的氬氣清洗后抽至100m托(Torr)以下的真空。可以加上功率(50mA)將金濺射到元件上。一層金就可以復(fù)蓋包括原纖維化纖維的整個(gè)元件。該金層可以是連續(xù)的且與元件的粘接性很好。涂上金以后該元件的表面電導(dǎo)率可以增大20倍左右。
在各實(shí)施例中，可以將各種材料用于高頻(RF)接觸件、連接器、連接器本體等。在各實(shí)施例中，可以用包含例如6mm直徑的拉擠成型桿的碳纖維來(lái)載運(yùn)RF能量。一般纖維和/或結(jié)構(gòu)涂覆金屬后可改善其效率?？梢杂靡粋€(gè)桿形或管形結(jié)構(gòu)元件當(dāng)作RF接觸件或連接器，后者包含拉擠成型在適當(dāng)粘接劑樹(shù)脂(如MODAR改性丙烯酸)內(nèi)的金屬化碳纖維?？梢圆捎眉す馐估w維原纖維化并在桿或管或肘形件內(nèi)打孔，以便與其它普通接觸裝置(如金屬梢連接器)配接?；蛘?，也可以在內(nèi)表面、外表面或內(nèi)外表面對(duì)桿形或管形或肘形元件作有選擇的金屬化。對(duì)于用作RF連接器中的連接器本體等大的管形，可以用樹(shù)脂轉(zhuǎn)換模鑄和/或?qū)訝顝?fù)合物層壓模制來(lái)代替拉擠成型。在結(jié)構(gòu)中可以做上內(nèi)或外表面特征(如環(huán)糟、凹座、陷阱、縫、線等)，而不需要作二次機(jī)加工，也不會(huì)阻斷表層導(dǎo)電機(jī)制。
在各實(shí)施例中，導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可以在第一邊從基底伸出和在第二邊從基底伸出一個(gè)選定距離并與連接器適配；導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件和非導(dǎo)電元件可處于一個(gè)以上的平面內(nèi)且位置彼此隔開(kāi)；此裝置可用來(lái)建立帶至少一個(gè)其它元件(如電路、集成電路、元件或組件)的永久性電路；此裝置可用來(lái)建立一個(gè)臨時(shí)電路；此裝置可用來(lái)測(cè)試一個(gè)分離電路；此裝置可用來(lái)測(cè)試與之相關(guān)的可取下的保險(xiǎn)電路；一個(gè)電路可以是對(duì)此裝置的一部分可得到的；這些導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件和非導(dǎo)電元件每個(gè)包含一條位于基底內(nèi)的彼此基本平行的縱軸；至少有一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可能包括一個(gè)第一表面區(qū)和第二表面區(qū)，它們露在外面以讓能量傳進(jìn)去；能量可選自電、熱、聲、超聲和光能中的至少一種；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可能包含一個(gè)原纖維化部分，其長(zhǎng)度在0.001mm至100mm；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可能包含一個(gè)第一端和一個(gè)第二端，且第一端和第二端的至少一部分被原纖維化并用來(lái)建立一個(gè)永久性電路；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可沿其長(zhǎng)度進(jìn)入以提供一個(gè)用于接觸的導(dǎo)電表面區(qū)；每個(gè)導(dǎo)電纖維可能具有0.001μm至1μm的厚度；導(dǎo)電纖維區(qū)的面積可以是基底元件面積的0.5％至99.5％；至少一個(gè)附加基底元件可包含一些導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件，后者包含一些導(dǎo)電碳纖維(有一定長(zhǎng)度)和一些非導(dǎo)電元件(有一定的長(zhǎng)度)，此非導(dǎo)電元件包括非導(dǎo)電纖維和非導(dǎo)電樹(shù)脂中的至少一種；同時(shí)一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件可能具有一個(gè)長(zhǎng)度和一個(gè)直徑(在1μm至2m范圍)。導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件和非導(dǎo)電元件形成一個(gè)精選的矩陣結(jié)構(gòu)。各基底元件適于成相鄰關(guān)系，并根據(jù)基底元件的數(shù)量形成選定尺寸的陣列；選定的矩陣結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)非導(dǎo)電區(qū)，它與其它的非導(dǎo)電區(qū)分開(kāi)；矩陣結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)導(dǎo)電纖維區(qū)，它處在一個(gè)非導(dǎo)電纖維區(qū)鄰近；基底元件可包括一種聚合物；各導(dǎo)電纖維區(qū)中心之間的平均距離可比最大導(dǎo)電纖維區(qū)的面積大1.001至10000倍；各導(dǎo)電纖維區(qū)間的平均距離可在0.0011μm至1m范圍；在基底元件外周邊上測(cè)量的表面積可在0.01mm2至10m2；碳纖維可包括碳化聚丙烯腈纖維、碳化樹(shù)脂纖維、碳化聚本并咪唑(PBI)纖維、金屬化碳纖維及其組合的至少一種；每種纖維一般為圓形截面，直徑在0.5至25μm；纖維的直流體電阻為1×10-5Ω-cm至1×1015Ω-cm，基底元件包含導(dǎo)電纖維重量的至少0.001％；裝置可用的電壓范圍為1×10-12V至106V，電流范圍為10-9A至106A，且至少是直流或100千兆以下頻率中的一種；裝置適用于RF電路以傳導(dǎo)1赫茲至100千兆赫茲的交變電流；元件可包括每平方厘米1至1×107點(diǎn)接觸；聚合物可選擇結(jié)構(gòu)熱塑性、熱固性樹(shù)脂和交連人造硅橡膠中的至少一種；樹(shù)脂可選擇聚脂、乙酸酯、聚乙醚砜、聚醚醚酮、聚醚亞胺、聚酰亞胺、聚酰胺、聚丙烯、環(huán)氧改性丙烯、酚醛、環(huán)氧樹(shù)脂、共聚物及其組合的一種；裝置可包括一些彼此相關(guān)的基底元件，使得導(dǎo)電的拉擠成型元件和非導(dǎo)電的拉擠成型元件基本按相同方向延伸；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件的一端可包括一個(gè)暴露在裝置上的柔性或彈性原纖維化區(qū)；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件的一端可包括一個(gè)硬的非原纖維化區(qū)；原纖維化區(qū)可包括一些導(dǎo)電纖維；至少一個(gè)導(dǎo)電的拉擠成型復(fù)合元件的一端可包括一個(gè)成型輪廓，可以是矩形、方形、階梯形、凹穹形、凸槽形、凹點(diǎn)形、彎角形、不規(guī)則形及其組合中的至少一種；裝置可包括一些由非導(dǎo)電纖維組成的非導(dǎo)電元件；導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件可以是拉擠成型復(fù)合元件；導(dǎo)電接觸區(qū)適于與一個(gè)電子元件或IC相關(guān)聯(lián)，使從槽的一邊的至少一個(gè)導(dǎo)電元件，跨越至少一個(gè)槽，至槽的至少另一邊的至少一個(gè)導(dǎo)電元件為連續(xù)的；導(dǎo)電纖維可以是碳纖維、金屬化碳纖維、金屬化玻璃纖維、金屬化聚合物纖維、含聚合物纖維的碳顆粒、含聚合物纖維的金屬顆粒、本征導(dǎo)電聚合物纖維、細(xì)金屬絲或它們的組合；可以把導(dǎo)電接觸區(qū)適于與一個(gè)電子元件在機(jī)械上和電氣上相關(guān)聯(lián)，以提供一個(gè)電-機(jī)械接觸；而且非導(dǎo)電區(qū)可調(diào)適成與一個(gè)電子元件在機(jī)械上相關(guān)聯(lián)，以提供一個(gè)機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。
在各實(shí)施例中，裝置或?qū)щ娫仄溟L(zhǎng)度可能不是直的而是沿一個(gè)以上的方向伸展。該元件可能包含一個(gè)腔。此腔包含一個(gè)開(kāi)口，以讓光或空氣通過(guò)。該元件可能包含一個(gè)在管中的開(kāi)口或孔，此元件可以是一根桿或一個(gè)管。該元件可能包含一個(gè)腔體。此元件可以在內(nèi)、外周邊表面之間的壁內(nèi)有一個(gè)開(kāi)口。導(dǎo)電區(qū)可用于與電路的通信。此導(dǎo)電區(qū)可以暴露在一個(gè)周邊表面上。一些導(dǎo)電纖維可以至少用一種導(dǎo)電材料局部涂覆。導(dǎo)電區(qū)可至少用一種導(dǎo)電材料局部涂覆。導(dǎo)電元件可以包含導(dǎo)熱材料。涂覆層可以用下面至少一種工藝形成真空淀積、氣相淀積、電鍍、濺射涂覆、和無(wú)電鍍。導(dǎo)電材料可以是金屬或金屬合金。導(dǎo)電材料可包括下面至少一種鎳、銅、金、鉑、鎢、銀、鈀、錫、鐵、鋁、鋅、鉻、鉛、黃銅、鎳/硼、金/碳、鈀/鎳，和銀/碳。金屬可以是一種低熔點(diǎn)合金，包括錫/鉛和焊料，導(dǎo)電纖維為碳且金屬涂層的重量為碳拉擠成型的導(dǎo)電復(fù)合元件重量的2％至50％。導(dǎo)電區(qū)可處于外周邊表面和內(nèi)周邊表面至少一個(gè)的25μm以內(nèi)。金屬涂層的重量為拉擠成型的導(dǎo)電復(fù)合元件重量的1％至90％。這些碳纖維可以涂覆金屬并拉擠成型在樹(shù)脂粘接劑中，以形成一個(gè)包含金屬涂層的截面形狀，其中涂層的重量為拉擠成型的導(dǎo)電復(fù)合元件重量的1％至90％。這些碳纖維可以涂覆金屬并用樹(shù)脂粘接劑和絕緣纖維中的至少一種與另一些分開(kāi)?？梢园岩恍?dǎo)電纖維捆成束，形成至少一組導(dǎo)電纖維，它有一定長(zhǎng)度，截面積在0.01μm2至1000μm2之間，其中有一定厚度的金屬涂層淀積在至少一組導(dǎo)電纖維外表面的一部分上。原纖維化纖維可從一個(gè)表面伸出。原纖維化區(qū)的長(zhǎng)度在0.001mm至100mm之間，而且是基本柔軟的。原纖維化區(qū)可包含一些從元件伸出的外露導(dǎo)電纖維。此裝置適用于在RF電路中傳導(dǎo)從1赫茲至100千兆赫茲范圍內(nèi)的電流。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括一個(gè)基底元件，具有長(zhǎng)、寬、厚和表面積，此基底元件包括聚合物、一些導(dǎo)電元件和一些非導(dǎo)電元件，每一個(gè)導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件有一定長(zhǎng)度和一條假想軸；其中導(dǎo)電元件由一些導(dǎo)電纖維和聚合物材料組成，這些導(dǎo)電纖維配置成相互關(guān)聯(lián)并與聚合物材料相關(guān)聯(lián)；其中那些導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件處于基底元件內(nèi)，且彼此間的位置經(jīng)過(guò)選擇而形成一個(gè)矩陣結(jié)構(gòu)，該矩陣結(jié)構(gòu)包括那些導(dǎo)電元件假想軸間的至少一個(gè)選定尺寸及那些非導(dǎo)電元件假想軸間的至少一個(gè)選定尺寸；其中基底元件的聚合物圍繞那些導(dǎo)電元件周邊的至少一部分固化，同時(shí)圍繞那些非導(dǎo)電元件周邊的至少一部分固化，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；其中至少一個(gè)導(dǎo)電元件包括一個(gè)外露表面用于接觸。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件中至少一個(gè)是拉擠成型復(fù)合元件。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其中至少一個(gè)導(dǎo)電元件在第一邊和第二邊從基底伸出一個(gè)選定距離。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中外露表面包括不受約束的基本上不含聚合物的纖維。
5.如權(quán)利要求1的裝置，還包括至少一個(gè)附加基底元件，它包括(a)一些由導(dǎo)電纖維構(gòu)成的導(dǎo)電元件，它們有一定長(zhǎng)度；和(b)一些非導(dǎo)電元件，由非導(dǎo)電纖維和非導(dǎo)電樹(shù)脂中至少一種構(gòu)成，這些非導(dǎo)電元件有一定長(zhǎng)度，導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件形成一個(gè)矩陣結(jié)構(gòu)；其中該至少一個(gè)附加基底元件適于與另一個(gè)基底元件在功能上聯(lián)系，并構(gòu)成一個(gè)基底元件陣列，它包括一個(gè)與選定數(shù)量的基底元件有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
6.一種裝置，包括一個(gè)由聚合物構(gòu)成的基底元件，它有長(zhǎng)、寬、厚；一些導(dǎo)電元件，具有第一端、第二端和長(zhǎng)度，這些導(dǎo)電元件包含一些在基底元件內(nèi)延伸的導(dǎo)電纖維；至少一個(gè)連續(xù)斷裂處，在至少一個(gè)導(dǎo)電元件的第一端和第二端之間沿其長(zhǎng)度形成中斷；至少一個(gè)導(dǎo)電接觸區(qū)，在該至少一個(gè)連續(xù)斷裂處的一邊與至少一個(gè)導(dǎo)電元件相連接，且至少一個(gè)導(dǎo)電接觸區(qū)在該至少一個(gè)連續(xù)斷裂處的另一邊與至少一個(gè)導(dǎo)電元件相連接；其中所述導(dǎo)電元件處于基底元件內(nèi)，且彼此相對(duì)位置經(jīng)過(guò)選擇而形成一個(gè)矩陣結(jié)構(gòu)，該矩陣結(jié)構(gòu)包括在導(dǎo)電元件假想軸之間的至少一個(gè)選定尺寸；其中基底元件的聚合物圍繞所述導(dǎo)電元件周邊的至少一部分固化，從而形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中的至少一個(gè)連續(xù)斷裂處是通過(guò)在基底元件內(nèi)形成凹槽并將至少一個(gè)導(dǎo)電元件的一部分除掉而形成的。
全文摘要
一種連接器或電路之類(lèi)的裝置，包括基底，它具有一些導(dǎo)電元件和一些非導(dǎo)電元件。導(dǎo)電元件包含一些與聚合物材料有關(guān)的導(dǎo)電纖維。導(dǎo)電元件和非導(dǎo)電元件處在基底元件內(nèi)，且其彼此間的相對(duì)位置經(jīng)過(guò)選擇而形成一個(gè)模塊式接觸件矩陣結(jié)構(gòu)，適合于一個(gè)陣列或與其它電路相連。
文檔編號(hào)H01B5/16GK1581367SQ20041005582
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者J·A·斯維夫特, S·J·華萊士 申請(qǐng)人:施樂(lè)公司