接觸元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有觸點(diǎn)的接觸元件，用于使相互分隔開的元件(例如電路板)的接觸區(qū)域的導(dǎo)電連接。本發(fā)明還涉及一種用于制造這種接觸元件的方法以及包括多個(gè)這種接觸元件的接觸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)類型的接觸元件例如用于形成所謂的板對(duì)板(B2B)連接器，使以彼此間隔開的方式配置的兩個(gè)電路板借助于該接觸元件以導(dǎo)電方式連接。
[0003]因此，上述接觸元件應(yīng)當(dāng)盡可能地確保射頻信號(hào)的無損傳輸，包括在兩個(gè)電路板或它們的接觸區(qū)域在平行定向(parallel alignment)、間隔以及任何橫向偏移方面的限定的公差范圍內(nèi)。此外還有制造經(jīng)濟(jì)以及組裝簡(jiǎn)單的需求。另外，接觸元件的軸向和徑向尺寸應(yīng)當(dāng)盡可能地小，這是因?yàn)殡娐钒宓某掷m(xù)進(jìn)一步微型化，以及應(yīng)用于電路板的電路布線意味著需要在有限空間里被彼此相鄰配置的接觸元件的數(shù)量一直在增加。
[0004]已知借助于被稱作“插塞”的兩個(gè)同軸插接連接器在兩個(gè)電路板之間建立連接，該兩個(gè)同軸插接連接器與電路板永久連接，適配器用于連接兩個(gè)同軸插接連接器。該適配器能夠補(bǔ)償軸向和徑向公差，并能夠補(bǔ)償平行定向的公差。用于這一目的的典型的同軸插接連接器是SMP，迷你SMP或FMC。
[0005]可選地，兩個(gè)電路板之間的電連接還借助于以單個(gè)導(dǎo)體和/或多個(gè)導(dǎo)體設(shè)計(jì)的彈簧加載接觸銷來實(shí)現(xiàn)。這種彈簧加載接觸銷包括:套筒；頭部，其在套筒中被部分引導(dǎo)；以及螺旋彈簧，其在該頭部和該套筒之間被支撐。螺旋彈簧在彈簧力和閉塞長(zhǎng)度(blocklength)方面所需要的性能要求該彈簧具有相對(duì)較長(zhǎng)的彈簧長(zhǎng)度，這會(huì)對(duì)彈簧加載接觸銷的軸向結(jié)構(gòu)高度產(chǎn)生相應(yīng)的不良影響。
[0006]從US 6，776，668 BI還已知一種同軸接觸元件，借助于該同軸接觸元件能夠在兩個(gè)電路板之間傳送射頻信號(hào)。被設(shè)計(jì)為彈簧加載接觸銷的形式的內(nèi)導(dǎo)體被用作信號(hào)導(dǎo)體，而圍繞內(nèi)導(dǎo)體的外導(dǎo)體則執(zhí)行回路導(dǎo)體的功能并起到內(nèi)導(dǎo)體的屏蔽的作用。外導(dǎo)體包括套筒形的基體，其在長(zhǎng)度方向上被數(shù)次分割(split)。該基體的未被分割的端部在其端面上形成觸點(diǎn)以與電路板中的一個(gè)電路板的接觸區(qū)域接觸。外導(dǎo)體的套筒在基體上被可移位地引導(dǎo)并且在一個(gè)端面上形成觸點(diǎn)以與另一個(gè)電路板的接觸區(qū)域接觸。被預(yù)張緊的彈簧被支撐在基體和套筒之間。當(dāng)兩個(gè)電路板被連接時(shí)，內(nèi)導(dǎo)體的頭部和外導(dǎo)體的套筒均被移位并且相關(guān)的彈簧被進(jìn)一步張緊，結(jié)果盡管在電路板的接觸區(qū)域之間的距離方面可能存在公差，仍然能夠提供更為可靠的接觸壓力。另外，基體被分割意味著其在橫向方向上還具有一定的柔性，這被用于確保即使在兩個(gè)接觸區(qū)域的平行定向方面存在相對(duì)較大的誤差，其也能夠得到補(bǔ)償。
[0007]從根本上說，已知的接觸元件具有相對(duì)較大的尺寸，而且，結(jié)果這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的功能會(huì)對(duì)使尺寸減小受限。例如，尤其被用在前述的SMP插入連接器中的插頭和插座連接在減小直徑時(shí)僅能夠被減小到一定程度，不然通常所使用的材料就會(huì)使得出現(xiàn)與插頭和插座的強(qiáng)度相關(guān)的問題，特別是在插入連接插在一起的時(shí)候。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]從現(xiàn)有技術(shù)的這種情形出發(fā)，本發(fā)明基于如下問題，提供一種具有區(qū)分度的極小的尺寸的常規(guī)類型的接觸元件，以能夠建立在預(yù)定空間中容納最大可能多的這種接觸元件的接觸裝置。
[0009]通過根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)立技術(shù)方案I的接觸元件來解決該問題。獨(dú)立技術(shù)方案10的主題是制造這種接觸元件的方法。獨(dú)立技術(shù)方案13的主題是包括多個(gè)這種接觸元件的接觸裝置。根據(jù)本發(fā)明的接觸元件的有利實(shí)施方式是各從屬技術(shù)方案的主題并且這些實(shí)施方式在本發(fā)明的以下說明中得到闡釋。
[0010]支持本發(fā)明的基本概念是通過利用之前未被用于制造這種接觸元件的替代制造方法來實(shí)現(xiàn)常規(guī)類型的接觸元件的微型化。該基本概念還基于以下認(rèn)識(shí):簡(jiǎn)單的將現(xiàn)有接觸元件微型化并不可行，原因是除了已經(jīng)提到的強(qiáng)度問題，還因?yàn)檫@種微型化必須同時(shí)結(jié)合在功能設(shè)計(jì)上的改變。另一認(rèn)識(shí)是這種功能上的重新設(shè)計(jì)結(jié)合期望的尺寸只有在接觸元件形成為單體(single part)時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)。而所尋求的替代制造方法則需要能夠制造一種尺寸很小、價(jià)格合理的高度復(fù)雜的幾何體，該方法必須能夠處理允許將常規(guī)接觸元件所需的功能一體化的材料。
[0011]支持本發(fā)明的該基本概念在具有用于相互分隔開的元件(特別是電路板)的接觸區(qū)域的導(dǎo)電連接、空間橋接的觸點(diǎn)的(三維)接觸元件中得以實(shí)現(xiàn)，所述接觸元件完全由一種或多種沉積材料形成，所述沉積材料中的至少一種沉積材料能夠?qū)щ姟?br>[0012]材料的沉積能夠形成極小但高度復(fù)雜的幾何體。由于很多金屬具有導(dǎo)電性能以及良好的彈性，所以優(yōu)選地利用金屬來沉積并由此形成接觸元件，并且還期望能夠在微型接觸元件中結(jié)合常規(guī)類型的接觸元件所需的重要功能，即導(dǎo)電性以及接觸壓力的產(chǎn)生，其中接觸壓力的產(chǎn)生能夠確保觸點(diǎn)和待被連接的元件的接觸區(qū)域之間的良好接觸。代替完全由一種或多種沉積金屬形成接觸元件，還可以使用例如塑料。為此，優(yōu)選地，擬使用的塑料應(yīng)當(dāng)具有期望的彈性和/或?qū)щ娦?。然而，可選地，接觸元件的一部分由塑料構(gòu)成的接觸元件能夠通過附加沉積一種或多種金屬層來具備導(dǎo)電性，特別地能夠在最終的沉積步驟中來進(jìn)行涂覆。
[0013]從現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何適當(dāng)?shù)姆椒梢员挥糜诔练e一種或多種材料。特別優(yōu)選的用于沉積以及由此用于根據(jù)本發(fā)明的接觸元件的制造的方法是所謂的LiGA方法。術(shù)語“LiGA”是用于說明本方法中的關(guān)鍵步驟“光亥I」、電鑄和模塑”(lithography, electroplating and moulding)的術(shù)語的德文(即，“Lithographie, Galvanik, Abformung”)的首字母縮略詞。
[0014]LiGA方法或多種方法(LiGA方法的多種變型)的區(qū)別在于:其能夠用例如塑料、金屬或陶瓷制造具有例如0.2 μ m的極小尺寸、結(jié)構(gòu)高度高達(dá)3_、長(zhǎng)寬比例如為50 (對(duì)于具體的結(jié)構(gòu)最大可達(dá)500)的顯微結(jié)構(gòu)(microstructure)。
[0015]為了借助于LiGA方法制造接觸元件，特別地，可以在平面基板(例如硅片或例如鈹、銅或鈦制成的拋光板)上施加特別地由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的光敏或X射線敏感抗蝕層(其可以為負(fù)光阻，但優(yōu)選地為正光阻)。如果基板本身并不導(dǎo)電，則可以在基板上設(shè)置金屬種子層(metallic seed layer)。這可以特別地通過“派鍍”或蒸鍍實(shí)現(xiàn)。接下來該抗蝕層被曝光并顯影，其結(jié)果是待被制造的接觸元件的負(fù)形(negative form)被生產(chǎn)出來。在沉積處理中，優(yōu)選為金屬的材料(或是分層的多種材料或金屬)以負(fù)形的方式在基板上沉積。優(yōu)選地，該一種或多種材料被電位沉積，其它的例如PVD或CVD的沉積處理也是可以的。在將剩下的抗蝕層移除之后，最初留下的是基板、種子層和沉積材料。只要導(dǎo)電材料(特別是金屬)沉積了至少一層，則已經(jīng)可以構(gòu)成接觸元件。接下來例如通過對(duì)種子層進(jìn)行蝕刻能夠?qū)⒔佑|元件從基板上分離。
[0016]可選地，最終的沉積結(jié)構(gòu)還能夠被用作成型工具的模具。為此，特別地，還可以利用剩下的抗蝕層的“過度生長(zhǎng)(overgrowth)”(該剩下的抗蝕層的一部分)進(jìn)一步進(jìn)行沉積，并隨后移除基板和種子層。待被制造的接觸元件還可以例如借助于注射成型或熱模壓進(jìn)行制造。特別地，該方法適用于制造接觸元件或接觸元件的由塑料制成的基體。如果所用的塑料不導(dǎo)電，則另外的導(dǎo)電材料，特別是金屬，可以以涂覆的形式沉積。
[0017]如果需要具有更大厚度的沉積結(jié)構(gòu)，可以利用所述方法建立掩模，掩模被用于接下來進(jìn)行的較厚的抗蝕層的選擇性曝光。在這些情況下，通常在掩模中沉積金，其區(qū)別在于有效地對(duì)X射線的吸收性能。另外，可以在鈦膜上沉積金(在建立掩模的過程中，鈦膜被如此地定位在基板和抗蝕層之間)，鈦區(qū)別在于對(duì)X射線的極低的吸收。
[0018]特別地，可以利用X射線或紫外(UV)光來曝光抗蝕層，利用X射線傾向于保證較高的精確度，利用紫外光傾向于使成本較低。
[0019]為了借助于根據(jù)本發(fā)明的方法來實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)可能性地制造根據(jù)本發(fā)明的接觸元件，優(yōu)選地，可以借助于LiGA方法同時(shí)建立多個(gè)直接連接或間接連接的接觸元件并隨后將其分開。
[0020]在優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的接觸元件可以具有在與接觸區(qū)域接觸時(shí)能夠彈性變形的(至少)一個(gè)彈簧部。該彈簧部通過關(guān)于連接方向(即觸點(diǎn)之間的連線)的較小的彈簧剛度而區(qū)別于接觸元件的其它一個(gè)或多個(gè)部分，能夠特別地用于補(bǔ)償接觸元件和待被連接的接觸區(qū)域的形狀和位置的公差以及確保規(guī)定的接觸壓力。
[0021]特別優(yōu)選地，彈簧部被配置在兩個(gè)剛性支撐部之間，該兩個(gè)剛性支撐部在與接觸區(qū)域接觸時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)的力的作用下不發(fā)生任何相關(guān)程度或功能性程度的變形。支撐部特別地能夠確保接觸元件的良好的穩(wěn)定性(抵抗扭曲(kinking))。
[0022]優(yōu)選地，該彈簧部能夠形成為曲折形(meander-formed)。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法能夠便利地制造這樣的彈簧部。
[0023]可選地，該彈簧部能夠具有多個(gè)同軸配置的彎曲彈簧片。根據(jù)本發(fā)明也能夠便利地制造這種彈簧片。特別優(yōu)選地，相鄰的彈簧片在與兩個(gè)接觸區(qū)域接觸時(shí)由于彈簧部的變形而也發(fā)生接觸。結(jié)果，在彈簧部是信號(hào)路徑或電流路徑的一部分的情況下，彈簧部可以具有相對(duì)較低的電阻。
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