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      柔性環(huán)互連系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):6866566閱讀:395來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:柔性環(huán)互連系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明通常涉及高密度電氣互連結(jié)構(gòu),更具體地涉及可以在插板應(yīng)用中使用以將電氣裝置連接到電路板的互連結(jié)構(gòu)。
      背景技術(shù)
      微電子器件例如當(dāng)前工藝水平的微處理器在日益縮小的面積中需要大量的可靠連接。隨著電子器件和該器件將要安裝到其上的基板之間的連接數(shù)量增加,不進(jìn)行單個(gè)連接或單個(gè)連接將失敗的可能性增加。
      在“波動(dòng)焊接”中,電子部件通過(guò)在安裝有電子部件的基板上流動(dòng)熔化的焊料來(lái)焊接到基板。將要把電子部件焊接到其上的基板在流動(dòng)的熔化的焊料上通過(guò),這樣在基板表面的下表面上的暴露金屬和焊劑處理的表面將熔化的焊料從焊料槽向上毛細(xì)傳送(wick)。隨著具有毛細(xì)傳送(wicked)的熔化的焊料的基板從熔化焊料槽移開(kāi),焊料冷卻并凝固,在電子器件和基板的焊接表面之間建立電氣連接。
      隨著在電子技術(shù)中連接密度的增加,以及隨著從電子器件的引線長(zhǎng)度的減少,必須完成的連接的增加數(shù)量使得在統(tǒng)計(jì)上更可能不進(jìn)行單個(gè)連接或單個(gè)連接將失敗。甚至在基板的平面度中的較小不規(guī)律性也可以導(dǎo)致連接問(wèn)題。
      在基板的接觸表面和電子器件以不同間距彼此分離時(shí),利用現(xiàn)有技術(shù)的焊接技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題。例如,如果微處理器的一個(gè)或兩個(gè)接觸引線或一個(gè)或兩個(gè)接觸表面從平面基板分離得比其他接觸引線或接觸表面更大,熔化的焊料可能不在基板和電子器件的更遠(yuǎn)的接觸表面之間毛細(xì)傳送。現(xiàn)有技術(shù)的焊接技術(shù)在兩個(gè)器件的接觸表面或?qū)⒁B接的表面之間的間隔或距離變化大于小的量時(shí),遇到不能建立連接的問(wèn)題。
      甚至當(dāng)在電子器件和其支持基板之間的單個(gè)連接不在制造期間完成或在使用中故障時(shí),識(shí)別故障的電氣連接以及修理該電氣連接的成本通常會(huì)超出制造其中該電子器件和支持基板操作的產(chǎn)品的成本。改進(jìn)電氣連接的可制造性以及改進(jìn)電氣連接在制造之后的可靠性將成為在當(dāng)前技術(shù)上的改進(jìn)。
      本發(fā)明的目標(biāo)為一種連接器結(jié)構(gòu),其適用于在高密度應(yīng)用中使用,且易于制造并且其在避免之前提到的缺點(diǎn)的同時(shí)提供可靠的觸點(diǎn)壓力。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的大體目的為提供這樣的連接器裝置,其具有以陣列方式排布的多個(gè)柔性導(dǎo)電環(huán),以接觸電路板上的導(dǎo)電焊盤以及相對(duì)電子器件的觸點(diǎn)或接觸焊盤。
      微電子器件在電子器件的電觸點(diǎn)和電路板或基板之間使用小的導(dǎo)電空心環(huán),電氣連接并安裝到電路板或其他平面表面。每個(gè)環(huán)為繞著中心點(diǎn)延伸的易彎導(dǎo)電材料的帶。旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)每個(gè)環(huán)延伸。每個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸基本上平行于其他旋轉(zhuǎn)軸以及該基板的平面和該電子器件的平面。
      每個(gè)環(huán)充當(dāng)小而圓的彈簧類型的接觸,其在力從任何方向指向環(huán)的內(nèi)部時(shí)將變形。當(dāng)移除力,環(huán)將回到其原始形狀。環(huán)的彈性性能提供可以適應(yīng)在相對(duì)表面的平面度中的變化的較小的柔性互連。每個(gè)環(huán)的彈性還適應(yīng)電路板或基板撓曲以及沖擊和振動(dòng)。
      本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以下詳細(xì)描述將變得容易理解。


      在此詳細(xì)描述的期間,將頻繁地參考附圖,這些附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的分立導(dǎo)電空心環(huán)的透視圖,其適用于將電子裝置連接到電路板或其他基板;圖1A顯示了圖1的分立導(dǎo)電空心環(huán)響應(yīng)外部施加力而發(fā)生的形變;圖2為微電子器件和安裝到基板的多個(gè)導(dǎo)電空心安裝環(huán)的側(cè)視圖;圖3為填充有彈性不導(dǎo)電材料的導(dǎo)電安裝環(huán)的側(cè)視圖,并且該環(huán)焊接到基板;圖4為基板和安裝到電子器件的多個(gè)導(dǎo)電空心安裝環(huán)的側(cè)視圖;以及圖5顯示了導(dǎo)電環(huán)以及在電子器件和填充有不導(dǎo)電彈性材料的基板之間的間隔。
      具體實(shí)施例方式
      圖1為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的分立導(dǎo)電空心環(huán)10的透視圖,并且其可以用于將電子器件安裝到電路板或其他基板。在所示的實(shí)施例中,導(dǎo)電空心環(huán)10具有基本和環(huán)10的長(zhǎng)度L相同的直徑D,但是也可以使用其他的結(jié)構(gòu)。
      環(huán)優(yōu)選由易彎導(dǎo)電材料帶制成,例如銅或金合金或涂覆有或鍍有良導(dǎo)體例如銅或金的彈簧鋼??蛇x擇的實(shí)施例可以包括電鍍的或以其他方式導(dǎo)電地涂覆的彈性塑料。不考慮其材料,對(duì)于所有環(huán)成立制造環(huán)的材料以空間12中的點(diǎn)為中心,通過(guò)其延伸環(huán)10的旋轉(zhuǎn)軸14。力F從外部施加到環(huán)10上,并徑向指向環(huán)的內(nèi)部,將導(dǎo)致環(huán)10彎曲,如圖1A中所示。如眾所周知的那樣,隨著力F增加超出材料的彈性極限,環(huán)將塌陷,但是只要施加的力F保持在環(huán)材料的彈性極限以下,環(huán)10將起到彈簧的作用,并在移除施加的力時(shí)回到其原始形狀。環(huán)10的類彈簧行為,當(dāng)以陣列環(huán)的方式使用時(shí),將提供可以適應(yīng)在基板8和電子器件6之間的平面性差異的連接。其還可以提供可以撓曲的連接,并且該連接將更能承受沖擊和振動(dòng)。該改進(jìn)的物理魯棒性通過(guò)制造環(huán)10的彈性材料提供,其在基板8和器件4之間的部分沒(méi)有焊接。環(huán)可以容易地通過(guò)電鑄或放電加工以將公差維持降到臨界尺寸和直徑,例如500微米等等。
      描述的環(huán)10設(shè)置有沿著環(huán)10的側(cè)面從一開(kāi)口端到另一端的兩個(gè)鍍鎳條或帶20、22。鍍鎳帶20和22充當(dāng)并在這里被稱為焊料柵20和22。如顯示的那樣,它們?cè)诃h(huán)10的外部表面上基本上彼此相對(duì)。它們阻止焊料一路向上并環(huán)繞該環(huán)的圓周毛細(xì)傳送,從而確保至少部分的柔性環(huán)側(cè)壁將不被焊接到基板8或相對(duì)表面,而是依然保持易彎。
      如圖3中所示,當(dāng)環(huán)10附著到基板8時(shí),熔化的焊料將只向上毛細(xì)傳送直到其達(dá)到焊料柵20和22。沿著環(huán)10的外部向上毛細(xì)傳送的焊料將在環(huán)10的下彎曲部分(圖10)和基板8的頂部之間形成焊腳24,作為常規(guī)焊接過(guò)程的部分。焊料柵20和22確保制造環(huán)10的柔性材料在焊接過(guò)程期間將不被完全涂覆有焊料,確保環(huán)10保持柔性。
      在如圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中,環(huán)10側(cè)壁截面基本是平面的或矩形的。在可選擇實(shí)施例中,環(huán)側(cè)壁截面可以是圓形的、卵圓形的或其他形狀,雖然非矩形側(cè)壁形狀可能趨向于更具剛性。因?yàn)閳A形和卵圓形都是特殊情況的橢圓形,在這里更通用的側(cè)壁形狀被指定為橢圓形。
      圖2為剛好放置在多個(gè)導(dǎo)電空心安裝環(huán)10上的微電子器件4的側(cè)視圖,其組件包括用于將電子器件4安裝到電路板或其他基本平面的基板8上的連接器2。在圖2中的每個(gè)環(huán)10基本上和圖1中顯示的環(huán)10是相同的,雖然在圖2中焊料柵20和22不可見(jiàn)。
      在圖2中的安裝環(huán)10排列成它們的每個(gè)軸14彼此平行并且延伸進(jìn)入該圖的平面。在替換的實(shí)施例中,環(huán)10可以使得它們的軸共線。
      因?yàn)檩S14延伸進(jìn)入圖2的平面,環(huán)10的軸14還將平行于基板8的平面延伸,基板8的平面以及器件4的下側(cè)6的平面也延伸進(jìn)入圖2的平面。因此每個(gè)環(huán)的側(cè)壁“面對(duì)”基板8和器件4的下側(cè)6。環(huán)10開(kāi)口端所位于的平面基本上垂直于基板8和電子器件4的下側(cè)6。
      多個(gè)分立導(dǎo)電空心環(huán)10每個(gè)沿著其主體,在基板8的表面上的導(dǎo)電跡線和電子器件4的下側(cè)6上的連接點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)之間設(shè)置冗余信號(hào)路徑。信號(hào)可以穿過(guò)環(huán)的兩側(cè),從器件4上的電路得到并傳輸?shù)较旅娴幕?上的電路。此雙信號(hào)路徑還協(xié)助減少其中使用這些觸點(diǎn)的系統(tǒng)的電感。如圖2中所示,多個(gè)導(dǎo)電環(huán)10初始附著到基板8并提供用于器件4的連接器。
      圖3顯示了導(dǎo)電環(huán)10的替換實(shí)施例,其中環(huán)10的內(nèi)部18填充有彈性不導(dǎo)電材料18,例如硅樹(shù)脂。上述的焊料焊腳24將環(huán)10機(jī)械地和電氣地附著到基板8。以彈性材料填充內(nèi)部空間18增加了環(huán)10的強(qiáng)度,還阻止焊料通過(guò)燈芯效應(yīng)或毛細(xì)管作用流入內(nèi)部空間18。
      圖4顯示了用于安裝電子器件的連接器2。在圖4中,連接器2使用上述分立導(dǎo)電環(huán)10形成,但是在圖4中的連接器2包括不導(dǎo)電下填充材料26,其將導(dǎo)電環(huán)10相對(duì)于彼此保持在適當(dāng)位置。該下填充材料26可以是不導(dǎo)電硅樹(shù)脂層,其厚度小于導(dǎo)電環(huán)10的外徑。當(dāng)向下推動(dòng)電子器件4時(shí),每個(gè)環(huán)將輕微地變形。因?yàn)樗鼈兪且讖澋?,它們每個(gè)傾向于對(duì)抗向下的壓力,所以每個(gè)導(dǎo)電環(huán)10將會(huì)與在其之下的基板8的表面以及在其之上的電子器件4的表面6物理接觸。每個(gè)環(huán)因此將提供比另外利用當(dāng)前技術(shù)中使用的圓柱銷可以得到的更好的電氣接觸和物理接觸。
      圖5顯示了在器件4和基板之間布置的不導(dǎo)電彈性下填充材料26。其還顯示填充有下填充材料的空心導(dǎo)電環(huán)10,其中下填充材料為環(huán)10添加剛性。
      在圖4中顯示的連接器2可以初始附著到基板8或附著到電子器件4。其可以波動(dòng)焊接到基板8、器件4或同時(shí)波動(dòng)焊接到它們兩個(gè)。
      如圖2和圖3中所示,在圖4中所示的連接器2的每個(gè)空心接觸環(huán)10具有焊料柵(沒(méi)有顯示在圖4中),其阻止熔化的焊料在環(huán)10周圍一路毛細(xì)傳送,從而破壞制造環(huán)的薄金屬提供的彈性。
      該空心導(dǎo)電環(huán)優(yōu)選地由導(dǎo)電金屬制成,該導(dǎo)電金屬也接受焊料柵。銅、銀和金是優(yōu)良導(dǎo)體并且可以與其他提供良好彈性的金屬構(gòu)成合金;它們還可以局部鍍有焊料柵金屬例如鎳。環(huán)10還可以由鍍金屬的塑料形成。
      本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道,因?yàn)槊總€(gè)環(huán)10可以從其原始形狀輕微壓縮,所以環(huán)可以克服在基板8和/或電子器件4的平面性中的輕微變化。通過(guò)提供阻止焊料在環(huán)周圍一路毛細(xì)傳送的焊料柵,每個(gè)環(huán)的柔性側(cè)壁充當(dāng)小而圓的彈簧,并在力指向環(huán)的內(nèi)部時(shí)變形。當(dāng)移除該力時(shí),環(huán)將回到其原始形狀。環(huán)的彈性性能提供可以適應(yīng)在相對(duì)表面的平面性中的變化的小的柔性互連。每個(gè)環(huán)的柔性也適應(yīng)電路板或基板撓曲以及沖擊和振動(dòng)。結(jié)果在基板8和電子器件4之間的連接更能忍受基板和/或器件撓曲。該連接還更不易受到?jīng)_擊或振動(dòng)引發(fā)故障的影響。
      雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯可以做出改變和修改而不偏離本發(fā)明的精神,本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求限定。
      權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種用于將具有平面安裝表面的微電子器件(6)安裝到平面基板(8)上的連接器,該連接器包括多個(gè)分立導(dǎo)電空心環(huán)(10),每個(gè)環(huán)(10)為繞著每個(gè)環(huán)的對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)的易彎導(dǎo)電材料的帶,并且通過(guò)該對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)延伸每個(gè)環(huán)(10)的旋轉(zhuǎn)軸(14),該易彎材料的帶封入空心體積,環(huán)(10)的旋轉(zhuǎn)軸(14)彼此平行,且平行于該基板的平面和該連接器的平面,并且每個(gè)環(huán)(10)具有橢圓形截面。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)所述環(huán)(10)的空心體積填充有彈性不導(dǎo)電材料(18)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)所述環(huán)(10)設(shè)置有布置在所述環(huán)(10)的外部表面上的第一和第二焊料柵(20,22)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3的連接器,其中所述焊料柵(20,22)彼此相對(duì)地布置在所述環(huán)(10)的圓周上,該第一和第二焊料柵(20,22)阻止熔化的焊料繞著環(huán)(10)的整個(gè)圓周毛細(xì)傳送。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2的連接器,其中所述不導(dǎo)電材料(18)包括硅樹(shù)脂。
      權(quán)利要求
      1.一種用于將具有平面安裝表面的微電子器件安裝到平面基板上的連接器,該連接器包括多個(gè)分立導(dǎo)電空心環(huán),每個(gè)環(huán)為繞著每個(gè)環(huán)的對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)的易彎導(dǎo)電材料的帶,并且通過(guò)該對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)延伸每個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸,該易彎材料的帶封入空心體積,環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸彼此平行,且平行于該基板的平面和該連接器的平面。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)環(huán)包括矩形截面。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)環(huán)包括橢圓形截面。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)所述環(huán)的空心體積填充有彈性不導(dǎo)電材料。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1的連接器,其中每個(gè)所述環(huán)設(shè)置有布置在所述環(huán)的外部表面上的第一和第二焊料柵。
      6.根據(jù)權(quán)利要求5的連接器,其中所述焊料柵彼此相對(duì)地布置在所述環(huán)的圓周上,該第一和第二焊料柵阻止熔化的焊料繞著環(huán)的整個(gè)圓周毛細(xì)傳送。
      7.一種用于安裝微電子器件的基板,包括平面基板,其支持能夠運(yùn)送電信號(hào)的導(dǎo)電跡線;多個(gè)分立導(dǎo)電空心環(huán),每個(gè)環(huán)電氣耦合到基板上的至少一個(gè)導(dǎo)電跡線,每個(gè)所述環(huán)包括易彎導(dǎo)電材料的帶,該帶繞著每個(gè)所述環(huán)的對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)延伸,并且通過(guò)該對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)延伸每個(gè)所述環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸,該易彎材料的帶封入空心體積,所述環(huán)這樣布置使得所述環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸平行于所述基板的平面布置,所述環(huán)按照一定圖案布置在所述平面基板上,以便緊密配合電子部件的接觸表面。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7的基板,其中每個(gè)環(huán)在每個(gè)環(huán)的表面上設(shè)置有第一和第二焊料柵,這些焊料柵彼此相對(duì)地位于每個(gè)環(huán)的圓周上,該第一和第二焊料柵阻止熔化的焊料繞著環(huán)的整個(gè)圓周毛細(xì)傳送。
      9.一種電子器件,其包括平面連接表面,其具有多個(gè)電信號(hào)接觸表面;導(dǎo)電空心接觸環(huán),其電氣連接到每個(gè)電氣接觸表面,每個(gè)環(huán)為繞著每個(gè)環(huán)的對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)的易彎材料的帶,并且通過(guò)該對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)延伸用于每個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸,易彎曲材料的帶封入空心體積,環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸彼此平行并平行于平面連接表面,該多個(gè)分立導(dǎo)電空心環(huán)位于平面連接表面上以緊密配合平面基板的接觸表面。
      10.根據(jù)權(quán)利要求9的電子器件,其中每個(gè)環(huán)在每個(gè)環(huán)的表面上設(shè)置有第一和第二焊料柵,焊料柵彼此相對(duì)地位于每個(gè)環(huán)的圓周上,該第一和第二焊料柵阻止熔化的焊料繞著環(huán)的整個(gè)圓周毛細(xì)傳送。
      11.一種用于將兩個(gè)部件的電路連接到一起的彈性接觸,其包括環(huán),其具有導(dǎo)電材料的連續(xù)主體,該環(huán)具有內(nèi)部空心體積和規(guī)定該環(huán)主體的圓周的外部表面,所述環(huán)主體具有兩個(gè)相對(duì)的被兩個(gè)介入側(cè)表面互連在一起的頂部和底部表面,所述每個(gè)側(cè)表面的部分包括在其上布置的耐焊材料。
      12.根據(jù)權(quán)利要求11的彈性接觸,其中所述空心體積填充有不導(dǎo)電材料。
      13.根據(jù)權(quán)利要求12的彈性接觸,其中所述不導(dǎo)電材料包括硅樹(shù)脂。
      全文摘要
      多個(gè)小的導(dǎo)電柔性空心環(huán)(10),其每個(gè)由易彎的材料制成,提供用于在基板(8)和微電子器件封裝(4)之間使用的柔性連接介質(zhì)。每個(gè)環(huán)焊接到基板和器件兩者。每個(gè)環(huán)的側(cè)壁的部分(20,22)不被焊接,從而確保至少部分的環(huán)保持柔性。環(huán)適應(yīng)基板和電子器件封裝上的高差。它們還提供抗振且柔性的連接。
      文檔編號(hào)H01R13/24GK1961458SQ200580017183
      公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
      發(fā)明者野田敦人, 一條保博, 星川重之 申請(qǐng)人:莫萊克斯公司
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