CN1234166C - 承座格距阵列连接器用的载台 - Google Patents

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CN1234166C CN01802042.9A CN01802042A CN1234166C CN 1234166 C CN1234166 C CN 1234166C CN 01802042 A CN01802042 A CN 01802042A CN 1234166 C CN1234166 C CN 1234166C
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Abstract

本发明是提供一种供给及保持个别接触元件的载体，让承座格距阵列(LGA)插入连接器改善生产力、可靠度及更一致的机械和电气效能。在一实施例中，载体包含非导电体材料的上层和下层以及之间具有一胶著层，该胶著层包括复数个包含各别接触元件的开口。在连接器组合时，一旦嵌入接触元件，胶著层回流，因此让载体取得接触元件的位置，就像载体一样重视相互的关系。载体也可能采取一姿态，即使没有包含胶著层回流，其依旧提供个别接触元件改善与保持。这些实施例也许为较容易的组装，较便宜的制造，特别是在高数量上。组合载体及全部的连接器方法的描述也会出现。

Description

承座格距阵列连接器用的载台
相关专利
本发明是与美国共同申请中的专利申请有关，如1999年12月9日申请的美国专利申请号09/457,776及同时提出申请范围的xx/xxx,xxx[HCD-107]，以上各专利申请指定为本发明的参考文献。
技术领域
本发明与至少二种电气电路构件的内部连接的电气连接器有关，诸如印刷电路板、电路模块，或类似者，尤有进者，像是用于连结资料处理系统(电脑)或电信环境(telecommunications environments)的此种类型的连接器。
背景技术
现今，在设计连接器上，利用高速电气系统的趋势，是为了在系统中重要部分的多元化电路装置之间提供高密度及高可靠度的连接。这个系统装置可以是一种电脑、一种电信电路网路装置、一种手持个人数字助理器(PDA，personal digital assistant)、医学设备、或其他的电气设备。高可靠度对这类连接是必要的，因为潜在的终端产品失败，即是在这些装置发生致命的不连结。此外，为确保系统中各种成分的有效修复、升级、及/或置换(例如，连接器、卡片、晶片、板子、模块...等)。另人满意的是这类连接在最终产品内，是可分离及重新连接的。例如，在制造期间，这类产品方便容易测试的能力也是令人满意的。
承座格距阵列(LGA)为这种连接的一个范例，这种连接让两个具有复数个接触点的主要相连电路元件以线性的或二次元阵列排列连接。内部连接元件称为插入物，被安置在两个连接的阵列间，以及提供接触点或路径之间的电气连接。
在公知的技术，LGA插入物(interposers)是以多种不同方式来执行的。本发明感兴趣的是为那些包含绝缘(insulative)载台和主要环形开口(primarily circular openings)阵列的插入物，这些阵列可能包含单一接触元件。此接触元件延伸垂直载台的上方和下方。载台提供保持(retention)的接触元件为最小数。这些和插入物的例子在美国第4,922,376号、第5,163,834号、第5,473,510号、第5,949,029号和第5,599,193号等专利，而在连接器方面则与Cinch Connectors的注册商标为「Cin::apse」，由Labinal Components and Systems Inc.所分割，以及美国Tecknit的注册商标为「Fuzz Button」的连接器。
最初检视美国第5,599,193号专利的部分元件显示与本发明的各种实施例相似，但近一步研究证明存在极大的不同。在图1a及图1b实施例中叙述，当元件的合成橡胶载台是由如模型的方法，在此同时，有非导体合成橡胶(non-conductive elastomeric)元件LGA连接器形成。合成橡胶元件被选择性的镀在其外表，以创造复数个导电元件。不幸地，自从橡胶元件成为载台形成必要的元素后，因为它非常难以恢复为导电元件，将因此造成损失。因此使整体的连接器变的残破。此外，载台为合成橡胶所组成，它的热扩展系数(coefficient of thermal expansion，CTE)实际上与围绕结构大不相同。
如美国第5,599,193专利实施例中的图4及图5所示，其描述一有固定载台的LGA连接器，该载台有一轮廓的开口与外表的导电合成橡胶元件相互补。当此一实施例提供保持导体元件，使此一低侧面(low profile)必须符合今天严格的机械和电气要求是困难的。
多数这些的连接器中，个别中空(cavities)的载台是外形为圆柱体并提供保持一最小数量的个别接触元件。不幸地，自从个别接触元件倾向垂直地发生或改变，此造成连接器的组装变得更加的困难。虽然一缺乏的接触元件经常造成一开放电路，但元件垂直地改变导致问题保持一致的电气和机械特性，因此大大的降低内部连接的可靠度。
可以确信的是，提供改善保持个别接触元件的载台将使得LGA的插入连结改善生产力、可靠度和更一致的机械与电气效能，在此技术方面建跨出了重要的一步。
因此，本发明的目的之一是加强电气连接器技术。
本发明的次一目的是提供一承座格距阵列(LGA)连接器的载台，以改善接触元件的保持。
本发明的再一目的是提供一承座格距阵列连接器的载台，以改善连接器的生产力。
本发明的另一目的是提供一低侧面的载台和一承座格距阵列连接器的组合。
本发明的又一目的是提供一假使接触构件受损时，有再造能力的载台和承座格距阵列连接器的组合。
本发明的再一目的是提供一承座格距阵列连接器的载台，以提供连接器一致的电气和机械的效能。
发明内容
本发明是提供一种供给及保持个别接触元件的载台，让LGA插入连接器改善生产力、可靠度及更一致的机械和电气效能。在一实施例中，载台包含非导电体材料的上层和下层及之间具有一胶著层，该胶著层包括复数个包含各别接触元件的开口。在连接器组装时，一旦嵌入接触元件，胶著层回流，将因此让载台取得接触元件的位置，就像载台一样重视相互关系。载台也可能采取另一姿态，即使没有包含胶著层回流，其依旧提供改善个别接触元件的保持。这些实施例也许为组装较容易，制造较便宜，特别是在高数量上。描述组装载台及全部的连接器的方法也将会被揭露。
附图说明
为进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以附图及较佳具体实施例作详细说明如下：
图1a为依据公知技术的电气连接器的部分透视图；
图1b是一断面图，扩大图1a，连接器被放置在成对且排成直线的电路构件之间，以提供实际的内部连接的侧视图；
图2a是依据本发明一较佳实施例的电气连接器的部分透视图；
图2b是一断面图，扩大图2a的侧视图；
图3a是依据本发明的第二实施例的电气连接器的载台的侧视图；
图3b是扩大图3a的载台的顶视图；
图4a是依据本发明的第三实施例的电气连接器的载台的侧视图；
图4b是扩大图4a的载台顶视图；以及
图4c是依据图4a及图4b的实施例，扩大另一例子中电气连接器的载台规模的顶视图。
具体实施方式
一般而言，本发明是提供一种改善保持LGA插入连接器的个别接触元件的载台。由本发明，来改善生产力，可靠度以及更一致的机械和电气效能。
请参照图1a及图1b，其分别显示出公知技术中，由一对电气电路构件24和34电气内部互连的一连接器10的透视及侧视图。例如，由连接器10内部互连的合适的电路构件包含：印刷电路板、电路模块等。所谓的“印刷电路板”代表包括但不局限于一多层电路结构包括一或多个导电层(例如，信号，电源及/或接地)在内。此印刷电路板，亦被称为印刷布线板，在业界是众所周知，因此并不需更详细的说明。而该所谓的“电路模块”代表包括一基板或是有不同电子零件的构件(例如，半导体晶片、导电性电路等)，可形成其中的部分。此模块，亦为业界所熟知者，亦无须在此进一步赘述。
连接器10包括一共用、电气绝缘载台构件12，其中载台构件12又含有复数个内部孔洞或开口14。开口14外型上为典型的圆柱体。弹性(resilient)接触构件16实际上放置在载台构件12的各个开口14内。
每一接触构件16的两相对端l8和20是为设计用来电气接触个别电路构件。如上所述，这些电路构件可能是印刷电路板具有平直的导电垫片(诸如，铜制终端)28放置在其一上表面之上。这些电路构件亦可能包括一电路模块24，该电路模块24包括一基板26具有复数半导体元件32在其上，而相当薄且平直的铜制导电垫片28在其下表面。导电垫片28是为两相对应的电气电路，形成部分个别电路构件。这些导电垫片28依据个别电路构件操作上的需要，提供信号、电源或接地。
连接器10被设计放置在相对的电路构件24和34之间，呈直线排列。呈直线排列可能由载台构件12配置，其中包括成直线开口22。
每一弹性的接触构件16在固定的内部连接是被一对导电垫片28所压紧。
如上所述，载台构件12的开口14在外型上为典型的圆柱体，提供保持一个别弹性接触构件16的最小数。不幸地，自从个别接触元件倾向垂直地发生或改变，如此将造成连接器的组装变得更加困难。虽然一出差错的接触元件将造成一开放电路，但元件的改变导致其保持一致的电气和机械特性，因此大大降低内部连接的可靠度。
请参照图2a及图2b，其个别绘示出本发明中为电气内部连接两电气电路构件24和34的一连接器40的透视及侧视图。例如，合适的电路构件包括：印刷电路板、电路模块等。
连接器40包括一共用、电气绝缘载台构件42，其中载台构件又包含复数个内部孔洞或开口50。对照公知技术的载台12(图1a)，电气绝缘载台构件42包括一上层44、上隔离物(spacers)52、一下层(lower section)46、和一下隔离物54，以及一胶著(adhesive)层48介于该上、下层44、46之间。在此实施例的一范例中，开口50外形为圆柱体。弹性接触构件16实际上放置在载台构件42的各个开口50内。
虽然弹性接触构件16可能和公知技术所绘的型式相同，但在构造及组合上本发明较共同申请中的美国专利申请第09/457,776号更为适合。
在本发明的一范例中，每一弹性接触构件16可能维持一约0.026英寸的直径以及一对应长度(在图2a尺寸LL)为0.040英寸。开孔50直径为0.028英寸，相较于接触构件只有大于约千分的一英寸。从中心到中心的直径是0.050英寸，如果必要约可减少到0.040英寸。
在本实施例中，上层44和下层46是由环氧基-玻璃-基(epoxy-glass-based)材料所制成，环氧基-玻璃-基为典型用于印刷电路板装配(诸如FR4)的材料。由于这些材料的热扩展系数(CTE)实际上与周遭结构的CTE较为相似，而且其成本也较低，因此广受欢迎被拿来使用。每一层44和46厚度为0.007英寸。胶著层48基本上由一0.002英寸的压力感应胶著剂(pressure sensitive adhesive，PSA)层所组成。一家生产制造固定胶著层的公司是Minnesota Mining and Manufacturing Company(3M)。胶著层48可能包括其他材料如预浸渍体(prepreg)。
在组装时，因为固定的压力与温度组合适用于连接器40，PSA的胶著层48的回流和加入导体构件16的载台构件42，因此，保持接触构件16和保持与载台构件42彼此一致的位置/状态的关系。必须注意的是，图2a和图2b表示的连接器40中胶著层48预先的回流。
一单层载台40，包括一上层44、上隔离物52、一下层46、下隔离物54，以及一胶著层48介于上、下层44、46之间。当此载台40为一单层，本发明中教示的原理，对结构为上列元件的一者或以上组合成的复合层是实用的。举例来说，对于某些运用，将上层44和下层46隔成两半，并以一附加胶著层间隔两层之间是值得的。因此增加胶著层的数量以保持接触构件16。
上隔离物52及下隔离物54也是由环氧基-玻璃-基的材料所制成，环氧基-玻璃-基为典型用于印刷电路板装配(诸如FR4)的材料。由于这些材料的热扩展系数(CTE)实际上与周遭结构的CTE较为相似，而且其成本也较低，因此喜欢被拿来使用。每一隔离物52和54厚度为0.0055英寸。载构件42(包括上下层、上下隔离物，以及胶著层)全部的厚度为0.027英寸。在此个别事例，隔离物52和54的功能为，限制从0.040到0.027英寸可能会被压缩的接触构件16的最大数。
包含胶著层48的电气绝缘载台构件42，可帮助减缓公知技术中载台的不足，那些如确保接触构件16在组装中，不会失败，以及确保所有个别接触构件保持一致的电气和机械特性，因此大大改善内部连接的可靠度。
请参照公知技术，每一弹性接触构件16的两相对端18和20，是为设计于电气接触个别的电路构件。这些电路构件可能如印刷电路板34具有平直的导电垫片(诸如铜制终端)28放置在其一上表面之上。这些电路构件亦可能包括一电路模块24，该电路模块24包括一基板26具有复数半导体元件32在其上，而相当薄且平直的铜制导电垫片28在其外表面。导电垫片28是为两相对应的电气电路，形成部分的个别电路构件。这些导电垫片28依据个别电路构件操作上的需要，提供信号、电源或接地。导电垫片28最好能镀上一层金属(诸如黄金)，以确保连接器40的内部连接的可靠度。
连接器40排列在两相对的电路构件24和34之间。由载台构件42配置排列成，其中包括成直线开口56。
电路构件24和34与中间的连接器40以直线排列，是利用从一电路构件(诸如模块24)突出脚位30，将这些脚位30放入对应的载台构件42的开口56和另一电路构件34的开口36(以隐藏线表示)。其他呈直线排列的方法包括，例如：对应的载台构件42的表面延伸出的脚位，倒放入个别电路构件的相对开口。举例来说，将调整放宽，连接器40的开口56，可能算是一拉长的构造，而形成的一插槽。
在固定的内部连接中，每一弹性接触构件16被两相对的导电垫片28所压缩。
载台构件42可以以多种不同的方式装配。一种较佳的方式为从胶著层的一边移动保护薄板并将FR4的上下层也制成薄板状开始。在一种情况中，设定温度为华氏185度和压力为20磅/每平方英寸(PSI)。一旦完成此动作，接著从胶著层的一边移动保护薄板/FR4薄板和将FR4的其他层也制成薄板状。一电脑数据控制(CNC)钻孔机可以用来产生上下隔离物，要求钻出开口和成直线的穿孔以及/或插槽，并界定出载台构件的全部外端。
另一种载台构件42的构成方式为，从胶著层的一边移动保护薄板和将FR4的上下层也制成薄板状开始。这时候，即使FR4层为较薄的且只是用来产生上下层，而非上下隔离物。一旦完成此动作，接著从胶著层的另边移动保护薄板/FR4薄板，并将FR4制成另一较薄的薄板层。上下隔离物可以被个别地生产，然后，最好在上述由CNC钻孔的动作完成后，再层压至该FR4/胶着层/FR4混合结构。
一装配所有连接器40的方法是从固定装置开始，保持载台构件的下表面到一应突出于载台构件之下的导电构件相同的距离。载台排列成固定装置，导电构件插入开口以及利用手段保持其空间像真空一样。一合适的温度和力量能够在接下来被应用在组装上，以允许胶著层的回流，和在载台构件上加上导体构件，保持接触构件和保持与载台构件彼此一致的位置/状态的关系。
请参照图3a及图3b，其分别绘示出一使用在连接器60一部分的电气绝缘载台构件62，其与本发明一替代实施例相一致的侧视及顶视图。一对电气电路构件24和34可为电气的内部连接。
使用载台构件62而不再使用公知技术的载台的主要目的，是与载台构件42(图2b)相同：在组装和实际操作时保存的导体构件16结果较佳。
电气绝缘载台构件62与先前的实施例载台构件42相似，主要的不同为原胶著层48(图2b)被保持层64所取代。在一例子中，保持层64是由云母(Mylar)(一种E.I.DuPont deNemours & Co.，Wilmington，Del.的注册商标)所构成，厚0.002英寸。图2b所绘示出的元件和材料的尺寸和材料，在此范例中应该是不变的。举例来说，上层44的厚度在本范例中仍然是0.007英寸，而较佳的环氧基-玻璃-基材料为FR4，其理由如前所述。因为保持层64的厚度与胶著层48(0.002英寸)相同的缘故，因此载台构件62的全部的厚度仍为0.027英寸，与载台构件42相同。
保持层64拥有复数个由保持节段(segment)68构成的小开口66，而节段68是由移动一部分的保持层64和分割载台构件62的大开口70的剩余材料而产生的。在一范例中，每一大开口70包含构成一小开口66的四个保持节段68。本发明的每一元件的特别尺寸，可以再变化产生出各种在导体构件16想要的保持力量总数(图未示)。
载台构件62与载台构件42(图2b)相较提供一易于制造与效能的交易(tradeoff)。当载台构件62与公知技术相比较提供改善导体构件16的保持，它将不会像载台构件42的胶著层48回流的那么高。在另一方面，载台构件62在组合过程中，不需要要求运用高温和压力。
请参照图4a及图4b，其绘示出依据本发明另一实施例，为一使用在连接器一部分的电气绝缘载台构件82相一致的侧视及顶视图。电气绝缘载台构件82的交错层和尺寸与上述的其他发明的载台构件相似，以及特别是载台构件62(图3a和图3b)有一主要的不同是先前的多层结构被一单一的、成一体的结构所取代。此改进的优点是易于制造，到最终的更低的成本，特别是在大量生产上。
载台构件82有复数个小开口84，此小开口是由大开口88中复数个保持节段86所分割形成的。在一范例中，每一大开口88包含构成一小开口84的三个保持节段86。本发明的每一元件的特别尺寸，可以变化产生出各种在导体构件16想要的保持力量总数(无绘示于本图中)。
在一范例中，载台构件82是由一合成树脂材料像是一液态水晶聚合体(liquid crystal polymer，LCP)所构成的。适当的LCP例子，例如：Vectra(Hoechst Celanese Corporation 的册商标)和Ryton(Philips PetroleumCompany的注册商标)。
现在请参照图4c，其绘示依据图4a及图4b的实施例中，扩大另一例子中电气连接器的载台规模的顶视图及扩大的型式。
载台构件92有复数个小开口94，此小开口是由大开口98中复数个保持节段96所分割形成的。在一范例中，每一大开口98包含构成一小开口94的三个保持节段96。本发明的每一元件的特别尺寸，可以再变化产生出各种在导体构件16想要的保持力量总数(无绘示于本图中)。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以申请专利范围所界定的为准。

Claims (41)

1、一种用于承座格距阵列连接器的载台，其包括：
a)一基板，具有至少一上层、至少一下层和至少一胶著层置于该上层及下层之间；
b)该基板具有复数个开口，该等开口的每一个开口用以接受一接触构件；以及
c)至少有一接触构件；
该胶著层和该接触构件的至少一部份相连接并提供该接触构件之保持力。
2、如权利要求1所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板的该上层与该下层包含一绝缘材料。
3、如权利要求2所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
4、如权利要求3所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
5、如权利要求1所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该胶著层包含一压力感应胶著剂。
6、如权利要求1所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板还包含复数个隔离物。
7、如权利要求6所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物置于该上层之上。
8、如权利要求6所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物置于该下层之下。
9、如权利要求6所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物包含一绝缘材料。
10、如权利要求9所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
11、如权利要求10所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
12、如权利要求1所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该开口为圆柱体。
13、如权利要求1所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板还包含复数个调准装置。
14、一种用于承座格距阵列连接器的载台，其包括：
a)一基板，具有一上层，一下层，一中间层介于该上层和下层之间，且至少有一边缘；
b)该基板具有复数个开口，该等开口的每一个开口用以接受一接触构件；以及
c)至少一接触构件；
该中间层的至少一部份延伸到该等开口中至少一开口，以压缩及保持该至少一接触构件的至少一部份。
15、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板的该上层及该下层包含一绝缘材料。
16、如权利要求15所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
17、如权利要求16所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
18、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该中间层包含一绝缘材料。
19、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板还包含复数个隔离物。
20、如权利要求19所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物置于该上层之上。
21、如权利要求19所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物置于该下层之下。
22、如权利要求19所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该等隔离物包含一绝缘材料。
23、如权利要求22所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
24、如权利要求23所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
25、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该开口为圆柱体。
26、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板还包含复数个调准装置。
27、如权利要求14所述的承座格距阵列连接器的载台，其特征在于，其中该基板的该上层，该下层及中间层为一体成型。
28、一种基板结构及承座格距阵列连接器的成形方法，该方法包括：
从一胶着层的一表面移动一保护薄板以露出其表面；
将该胶着层外露表面与一基板的上层部分层压，以形成一中间混合结构；
从该胶着层的一第二表面移动该保护薄板；
将该中间混合结构外露表面与该基板的下层部分层压，以形成一基板结构；
在基板结构上形成上层及下层的隔离物；
在基板结构上形成复数个开口；以及
在基板结构上形成调准装置。
29、如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中该胶著层为一压力感应胶著剂。
30、如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中该基板结构的上层和下层包含一绝缘材料。
31、如权利要求30所述的方法，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
32、如权利要求31所述的方法，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
33、如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中该层压发生在温度华氏185度和压力为20磅/每平方英寸。
34、如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中该调准装置是从脚位-及-穿孔和脚位-及-插槽中挑选出的。
35、一种基板结构及承座格距阵列连接器的载台的成形方法，该方法包括：
从一胶着层的一表面移动一保护薄板以露出其表面；
将该胶着层外露表面与一基板的上层部分层压，以形成一中间混合结构；
从该胶着层的一第二表面移动该保护薄板；
将该中间混合结构外露表面与该基板的下层部分层压，以形成一基板结构；
在中间混合结构中形成复数个开口；在中间混合结构中形成调准装置；以及
层压该预先界定之上及下隔离层至该中间混合结构，以形成一基板结构。
36、如权利要求35所述的方法，其特征在于，其中该胶著层为一压力感应胶著剂。
37、如权利要求35所述的方法，其特征在于，其中该基板结构的上层及下层包含一绝缘材料。
38、如权利要求37所述的方法，其特征在于，其中该绝缘材料为环氧基-玻璃-基。
39、如权利要求38所述的方法，其特征在于，其中该绝缘材料包含FR4。
40、如权利要求35所述的方法，其特征在于，其中该层压发生在温度华氏185度和压力为20磅/每平方英寸。
41、如权利要求28所述的方法，其特征在于，其中该调准装置是从脚位-及-穿孔和脚位-及-插槽中挑选出的。
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