矮外形接插件的制作方法

專利名稱：矮外形接插件的制作方法
本申請為下列專利的一部分的繼續美國專利申請系列No.08/778806，1996年12月31日登記，題目為“耐應力的接插件和減少其在安放時的應力的方法”；美國專利申請系列No.08/728194，1996年10月10日登記，題目為“高密度接插件”。
此申請要求下列專利的優先權美國專利臨時專利申請系列No.60/027611，1996年10月10日登記，題目為“矮成形陣列接插件”。
此申請還涉及美國專利申請系列No.08/777579，題目為“高密度接插件”；系列No.08/778380，題目為“制造高密度接插件的方法”；美國專利申請系列No.08/778398，題目為“用在電接插件中的觸點”，所有專利都是在1996年12月31日登記的。上述經過鑒定的申請的公開內容此處均已包括，以作為參考。
本發明涉及電接插件，更具體一些，涉及高輸入/輸出密度接插件，它具有矮的搭配高度。
減少電子設備特別是個人手提裝置的尺寸的驅動力，以及對這類設備增加附加的功能的驅動力已經產生一個正在進行的要求所有元件特別是電接插件微型化的運動。使接插件微型化的努力包括在單排或雙排線性接插件中減少接線片之間的行距，以便數量比較大的輸入/輸出或其它線路可以用接插件相互連接，該接插件裝在用于接納接插件的電路基體上的緊密地限定的區域內。用于微型化的驅動力還伴有轉向偏愛表面安裝技術(SMT)，將元件裝在電路板上。SMT的使用的不斷增加的潮流和線性接插件的小行距的要求導致用于大容量、低成本運行的SMT的極限的研究。減少接線片的行距增加了在焊料膏軟熔時跨接相鄰的焊料墊或接線片的危險性。
為了滿足加大的輸入/輸出密度的需要，曾經提出陣列接插件。這種接插件有安裝在絕緣的基體上的二維終端陣列并可提供加大的密度。不過，這些接插件用SMT技術裝在電路基體上有一定的困難，這是因為，多數即使不是全部終端的表面安裝引線必須在接插件體的下面。因此，所用的安裝技術必須高度可靠，這是因為，難于用肉眼檢查焊料接頭或在出現故障時修理它們。
在集成電路(IC)在塑料或陶瓷基體上的安裝中，球網格陣列(BGA)和類似的其它封裝已成為普遍的。在BGA封裝中，附在IC封裝上的球形焊料球放置在電路基體的電觸點接頭上，在該電路基體上通常用網板或掩模施加一層焊料膏。以后將此單元加熱至某一溫度，在此溫度下，焊料膏和至少一部分或全部焊料球熔化并融合在電路基體上形成的下面的導電墊上。由此，IC就連至基體上，而不需要有IC上的外部導線。
在將一IC連至一基體上時，雖然BGA或類似的系統的應用有很多優點，但是希望有一種相應的措施，將一電接插件或類似的元件裝至印刷線路板(PWB)或其它基體上。對于多數情況，重要的是，焊料球的與基體接合的表面是共面的并形成一基本平坦的安裝表面，以便在最后應用時，這些球將軟熔并平整地釬焊至平面印刷電路板基體上，在給定的基體上的焊料共面性的任何顯著的差異都會在接插件被軟熔至印刷電路板上時產生不良的釬焊性能。為了得到高的釬焊可靠性，使用者規定非常嚴格的共面性要求，通常大約為0.004至0.008英寸(或0.1016mm至0.2032mm)。焊料球的共面性受到焊料球的大小和它在接插件上的配置的影響。球的最終尺寸取決于最初同時用在焊料膏和焊料球中的焊料的總體積。在將焊料球放在接插件觸點上時，這一考慮提出特殊的挑戰，因為被接納在焊料塊內的接插件觸點體積的變化影響焊料塊尺寸的可能變化，從而影響焊料球在接插件上沿安裝表面的共面性。
在將接插件釬焊至基體上時所出現的另一問題為接插件常常有具有形狀比較復雜的絕緣殼體，例如一個里面有許多穴。在這種熱塑性塑料殼體中，可產生來自模制過程的殘余應力，來自由于觸點插入而形成應力的殘余應力，或來自兩者的組合的殘余應力。這些殼體或是在一開始就翹曲或扭曲，或是在加熱至SMT過程所需要的溫度例如軟熔焊料球所需要的溫度時就翹曲或扭曲。殼體的這種翹曲或扭曲可在接插件組件和PWB之間產生尺寸上的失配，產生不可靠的釬焊，這是因為，表面安裝元件如焊料球在釬焊之前不能充分與焊料膏接觸或與PWB靠近。以前發現的原有的和有關的應用旨在解決這些設計挑戰。減少的接插件尺寸的驅動力不僅涉及占地面積大小、而且還涉及配對的接插件的高度。當電氣設備縮小尺寸時，產生將電路板更緊密地堆疊在一起的需要。本發明涉及高密度接插件，具體一些為用于減少被堆疊的電路板之間的間距的矮成形接插件，更具體一些為利用球網格陣列安裝技術的接插件。
按照本發明的電接插件具備高的輸入/輸出密度和減小的堆疊高度。
配對的接插件高度通過利用一個接插件體的配對接口的下凹區而減少，該接插件體用于接納與配對的接插件相連的接線片的末端部分。減少的配對的接插件高度還可通過提供一接插件體的非接觸區，以允許觸點接線片的觸點臂的下段彎曲而達到。
觸點總長度可通過延長的懸臂的插座觸點臂，使其朝插銷觸點超過接線片的高度而達到，該插銷觸點具有比較短的保持腳。插銷和插座觸點接線片都被接納在一通道中，它具有居中地接合觸點接線片的保持特色，從而使臂的長度最大并可得到可接受的運行特性。觸點接線片保持特色可以位于沿一個或更多的觸點臂的長度的一個中間位置上。
在觸點接線片的保持段上可以放置一熱隔斷。該隔斷控制沿接線片從安裝表面上的焊料抽吸，在該安裝表面上，在接線片上形成一易融材料體。
觸點接線片也可用接線片保持通道中的一個或幾個突起保持在接觸件體中，該通道與接線片的保持段或在接線片的保持段上形成的孔接合。此接線片安裝結構使接插件體中的應力積累為最小，從而減少了模制的接插件體的彎曲或翹曲的趨勢。
下面將參考附圖進一步描述本發明的方法和接插件，在附圖中

圖1是實施本發明的插銷式接插件的俯視圖；圖2是圖1所示的插銷的A區的放大圖；圖3是圖2所示的區沿線3-3的剖視圖；圖4是圖1～3所示的與插座配對的插銷元件的局部切去的剖視圖；圖5是圖4所示的插座與插銷沿垂直于圖4所示的方向并裝在堆疊的電路基體之間的局部切去的剖視圖；圖6是圖4和5所示的插座式觸點接線片的立面圖；圖7是圖6所示的插座式觸點接線片的側視圖；圖8是圖6和7所示的插座式觸點接線片的俯視圖；圖9是插座式觸點接線片的第二實施例的立面圖；圖10是保持在通道中的觸點接線片的保持段沿圖9的C-C線的局部切去的剖視圖。
圖1示出了具有接插件體或殼的插銷式接插件20，它包括一基本為平面的基體22和一圍繞的周邊壁24。在每個端部的壁上有極化/找正翼板26，它們從壁24上直立，以保證插銷式接插件20如后面所說的與其成對的插座式接插件相配。接插件體最好通過模制絕緣的聚合物作為整個的一件體形成。聚合物最好是能耐SMT(表面安裝技術)軟熔溫度的那種，例如液晶聚合物。
插銷式接插件20包括一插銷觸點接線片陣列28，它們按所要求的圖形例如二維的矩陣保持在接插件體上。為了圖面簡單起見，只示出了幾個接線片位置。
參看圖3，每個插銷接線片28包括平面的觸點接線片，它具有與后面所說的插座式觸點接線片72配合的配對段30。插銷接線片28還包括一用于以后面要描述的方式被保持在接插件體22中的保持段32。保持段32包括一對相對的肩部34，在其上作用插入工具，以將接線片28插入在接插件體22上形成的接線片通道38中。在肩部34上還可形成毛刺或倒刺，以協助接線片在通道38中的保持。一焊料翼板36穿過通道38的底部的槽形開口56以保持段32伸出并用于將易熔的基體觸點塊或體如焊料球35融合在其上。焊料翼板的導緣最好在接線片的一側或兩側例如用倒角或斜面37朝其端部傾斜。焊料球35用原先的申請系列No.08/778806和08/728194中所描述的技術融合在插銷接線片28和插座接線片72(以后再描述)上。
如圖3所示，觸點接線片28保持在接插件體22中形成的接線片通道38中。通道38從配對接口或表面40朝安裝表面42延伸。一個像井或袋一樣的凹座50在安裝表面42上形成并與穿過槽形開口53的每個通道38對齊并連通。配對的觸點段30從配對的接口40伸出，而焊料翼板36則伸入袋50中。接線片28則定位成基本與通道38的中間平面MP(圖2)對齊。
觸點式接線片28以這樣一種方式固定在體22中，即在插入接線片時避免在模制塑料體中誘發應力。在優選的實施例中，此目的通過利用相對的突起48而達到。在每個突起48的頂部形成一導入面49。突起48的末端部分之間的距離小于金屬接線片28的厚度，從而建立一壓配合。這樣，每個突起48的末端部分在接線片28被插入通道38和槽53中時被觸點接線片變形。突起48的末端位置最好與中間平面MP等距離，以使每個突起在插入接線片時有基本相等的變形量。因此，作用在接線片保持段32上的法向力基本平衡，從而有助于沿中間平面MP對齊。觸點接線片用通過變形的突起作用在觸點接線片上的法向力牢牢地夾持在通道38和槽53中。導入面49和傾斜的端部37減少了突起48在插入時的刮削可能性，從而使材料從突起48上的去除為最小。除去被限制的那一個，每個突起的末端部分變形并產生一保持力，因而可以避免應力在殼體中的積累。提供一對相對的、基本相同的、與中間平面MP等距離的突起48有助于觸點接線片28沿中間平面MP按緊的公差定位。
圖3中所示的并在上面提到的原來的申請中公開的接線片保持結構的優點之一被認為是以這樣一種情況產生的，即在用軟熔將焊料球35附在接線片28上以上以后，接線片以一種鎖住的狀態在接近“零間隙”的條件下被固定在殼體22中。這是由下列情況產生的。接線片28是通過將接線片插入，直至底肩33與通道底面39接合而被在通道38中“到達底部”的。這樣就相對于圖3的視圖沿垂直向下的位置定位接線片28。在用例如在原來的申請系列號08/728194和08/778806中所描述的技術用軟熔將焊料塊35附在翼片36上以后，放在袋50中的焊料球和/或焊料膏形成一個填充并與袋50的形狀共形的塊體。因此，焊料塊50與井50的底部51接合。這樣，軟熔的焊料塊35用于防止接線片28向上移出通道38(按圖3的方向)。
接線片28通過保持段32的側緣43的在通道38的橫向側壁41上的接合而在左右方向定位。側壁41和側緣43最好如圖所示有配對的斜面，以有助于接線片28的真實定位。回過去看圖2，接線片28通過相對的突起48居中地保持定位在通道38中(沿圖2的從左至右的方向)。這樣就造成接線片28在殼體22中在這樣一種公差條件下定位，即它接近在夾物模制時所達到的公差。改進的可達到的總體公差水平是由公差的極小化產生的，而這種公差極小化在金屬接線片后插入塑料殼體中時是通常都存在的。也就是說，定位公差減小了，留下配合公差(配對的接插件之間的公差)作為各部分所適用的主要公差。接線片的間距在插入時保持成好像接線片仍然安裝在載體片上一樣。在接線片沖壓工序中得到的緊密的間距公差通過使用上面所公開的觸點保持系統在接線片插入后基本得以保持。
雖然圖2和3所示的突起48的橫截面形狀是優選的，但是也可以使用形狀和尺寸多少有些不同的突起或肋。此保持系統的機理的說明已在專利申請系列No.08/728194和08/778806中作了描述。突起48的通過接線片28的變形產生在軟熔焊料球35之前足以保持接線片在殼體中的位置的摩擦力。
與每個通道38相鄰的是一個或更多的端部接納凹座44、46，它們用于接納配對的插座式觸點接線片72的末端部分。如圖所示，凹座44、46做成以其一側與通道38鄰接。在圖2和3所示的實施例中，凹座在中間平面MP的兩相對側。這些凹座還沿橫向彼此錯開，也就是，它們在與中間平面MP垂直的中心平面C的兩個相反側。圖4和5示出被接納在凹座44、46中的插座式觸點接線片72的觸點臂的末端部分。
參看圖4和5，它們示出了用于與插銷式接插件20配對的插座式接插件52。插座式接插件52包括一個本體54，它最好用與插銷式接插件20相同的絕緣的模制聚合物形成。包圍本體54的是一周邊壁56，它包括用于接納插銷式接插件的極化/定位翼板26的切去區(未示出)。基體或本體構件54包括用于接納插座接線片72的插座通道62。當采用圖6、7和8所示的這類插座接線片時，通道62最好包括相對的倒角區64，用于容納成形的觸點臂78a、78b(圖4和5)中的插銷接線片28的接收物。此倒角區64最好與延伸并包括突起68的頂部的導入面65一起形成。通道62還包括側壁66。相對的接線片保持突起68從側壁66朝插座接線片72的腳段76(圖6和7)延伸。突起68在插座接線片72插入時以與上面所描述的相同的方式相對于插銷式接插件20中的突起48變形。末端88的倒角87和導入面65有助于完成變形而不是像前面聯系圖3所描述的那樣去掉突起68的末端部分。
每個插座通道62從本體54的配對表面58延伸至在安裝接口或表面60上形成的井或袋70。如圖4所示，袋70用于接納基體觸點塊如焊料球74，該球融合在接線片72上并基本填充并與袋70的形狀共形。這樣，插座接線片就以基本與插銷接線片28相同的方式被保持并定位。
如圖5所示，插銷和接插件體22和54的構形以及插銷觸點接線片28與插座觸點接線片72的構形可使配對的接插件的高度極小化。這樣又使堆疊的電路基體5之間的堆疊高度T在焊料球35a和74a的第二次軟熔之后成為最小。
現在翻至圖6～8，更詳細地描述插座接線片72的優選形式。每個插座觸點接線片包括一腳部76和一對懸臂的彈性觸點臂78a、78b。如圖7所示，腳部76基本為平面形并可被看作規定觸點的沿縱向延伸的中心平面P。如圖7所示，每個觸點臂78a、78b在觸點臂的中間區相反地從平面P擴張，在其間形成一彎曲79，該彎曲與位于兩個觸點臂之間的間隙的底部86隔開一段距離。
臂78a、78b的末端以后朝平面P收縮，形成一用于與插銷接線片接合的觸點段80。在臂78a、78b的端部形成導入部分82，以有助于與插銷觸點28配合。在每個臂78a，78b的端部的中間形成一急轉的肩部84。急轉的肩部起著倒刺的作用，以有助于接線片保持在通道62內。此肩部和插銷28的肩部34一樣，都用工具接合，將金屬觸點插入各自的塑料體中。急轉的角有助于將接線片保持在各自的通道中。
采用橫向錯開的觸點臂78a、78b提供無數的優點，包括使接線片的前面至后面的尺寸為最小，即使在由于插銷觸點28進入兩個臂78a和78b之間而彎曲至圖7所示的點劃線的位置。此外，采用如圖4和5所示的接線片保持突起68，可使觸點臂78a、78b的長度為最大，從而允許產生適當的彎曲量，以產生合適的觸點法向力和足夠的觸點摩擦閉合。
如圖6所示，一焊料翼板88從腳段76延伸。在一優選的形狀中，焊料翼板88適于有一個焊料球融合在其上。如同前面聯系插銷接線片28所討論那樣，接線片72的導緣上做有合適的導入結構，例如倒角的表面87。腳段可以做有熱隔斷結構，以使來自袋70的至接線片上的焊料抽吸為最少。如圖6所示，接線片隔斷結構可以包括一對孔89。此結構可以與在腳段76上形成鈍化表面或施加其它的抗焊料抽吸涂層如本技術中已知的有機氟聚合物聯合使用。不管有還是沒有鈍化和/或抗抽吸涂層，當袋70中的焊料膏被軟熔，將焊料球74固定在焊料翼板88上時，熱隔斷都阻止了焊料沿觸點的流動。插銷接線片28也可以包括這種抗焊料抽吸添加物，以作為熱隔斷。鈍化涂層或其組合。參看圖9和10，其示出了用于保持接線片例如在接插件殼體中的插座接線片觸點的另一種結構。在此實施例中，形成通道91，以接納接線片90。在每個通道91內，形成從通道的側壁伸出的一個或更多的突起94。每個接線片有一個孔96，它的尺寸和形狀做成能接納至少一部分一個或兩個突起94。理想的是，孔96的形狀對應于突起94的形狀，以使接線片能被突起約束，不能側向和縱向移動，同樣不能從前面至后面移動。突起94的兩個末端部分隔開一段距離并最好與中間平面MP等距離，該相隔的距離小于形成接線片所用的材料的厚度。
在接線片90插入通道91中時，突起94被接線片端部或焊料翼板98變形或略有展開。斜的或倒角的表面95減少了焊料翼板98刮削突起94的末端的趨勢。當接線片處于完全插入的位置時，突起94與孔96對齊，同時其末端部分進入孔96中。因此，任何作用在接插件體上的應力只局限在突起94的末端區內。由于在突起94進入孔96中時卸去相當大一部分應力，故可以避免形成一個能夠使接插件體翹曲或彎曲的應力。保持段92的縱向橫截面最好基本相對于中心縱向平面對稱，以便在腳92插入通道91中時，有一個作用在觸點接線片90上的自對中作用。孔96還可具有熱隔斷的功能，用于阻止焊料抽吸，其方式與圖6的實施例中的孔89相同。接線片90也可包括鈍化或抗抽吸涂層，以防止焊料朝觸點段流動。
雖然本發明是聯系各種形狀的優選實施例描述的，但是應當理解，可以采用其它類似的實施例，或對所述的實施例進行改進或增加，以實現本發明的同樣功能而不與其違背。此外，所述結構可以用于接插件以外的零件，它們包括用絕緣材料做的殼體，殼體載有被融合在PWB或其它電氣基體上的元件。
因此，本發明不應只限于單獨的實施例，而是在廣度與范圍上要按照所附權利要求書的敘述進行解釋。
權利要求
1.一用于制造一電接插件的方法，它包括下列步驟提供一接插件體，它有一從其穿過的通道和一安裝接口；提供一觸點；將上述觸點插入上述通道中，并朝著上述安裝接口，到達一大體固定的位置，其特征為，在上述觸點與至少一個界定上述通道并與上述安裝接口相鄰的壁之間有一空隙；提供一易熔元件；以及軟熔上述易熔元件，以將上述易熔元件附著在上述觸點上，填滿上述空隙，并防止上述觸點從上述通道中取出。
2.如權利要求1的方法，其特征為，軟熔步驟基本填滿所有上述空隙。
3.如權利要求1的方法，其特征為，插入步驟限定了上述觸點在上述通道中的縱向位置。
4.如權利要求3的方法，其特征為，插入步驟限定了上述觸點在上述通道中的橫向位置。
5.如權利要求1的方法，它進一步包括通道軟熔上述易熔元件將接插件安裝至基地上的步驟。
6.如權利要求5的方法，其特征為，安裝步驟接在軟熔步驟后面進行。
7.一電接插件，它包括一接插件體，它具有一從其穿過的通道和一安裝接口；一觸點，它朝上述安裝接口插入上述通道并位于一大體固定的位置，其特征為，在上述觸點和至少一個界定上述通道并與上述安裝接口相鄰的壁之間有一空隙；以及一導電的元件，它熔合在上述觸點上，大體填滿上述空隙，并防止上述觸點從上述通道中取出。
8.如權利要求7的電接插件，其特征為，上述導電的元件完全填滿上述空隙。
9.一將一觸點保持在一電接插件的體中的方法，它包括下列步驟提供一電接插件，它有一具有一從其穿過的開口的體部；提供一觸點；從上述接插件的第一側將上述觸點插入上述開口中；限制上述觸點進入上述開口中；提供一易熔元件；以及軟熔上述易熔元件，以在上述接插件的第二側將上述易熔元件附著在上述觸點上，上述第一側與上述第二側不同，上述易熔元件防止上述觸點從上述體部取出。
10.如權利要求9的方法，其特征為，電接插件提供步驟包括，使上述開口備有一表面，上述表面實行限制步驟。
11.如權利要求9的方法，其特征為，上述接插件的上述第一側與上述接插件的上述第二側相反。
12.一將一觸點保持在一電接插件的體中的方法，它包括下列步驟提供一有一體部的電接插件，該體部有一從其穿過的開口，其特征為，上述接插件沿配對方向接納一配對的接插件；提供一觸點；沿上述配對方向將上述觸點插入上述開口中；限制上述觸點進入上述開口中；提供一易熔元件；以及軟熔上述易熔元件，使上述易熔元件附著在上述觸點上，上述易熔元件防止上述觸點從上述體部取出。
全文摘要
矮的板對板成形接插件系統。在各自的配對的接插件中利用了保持區，以接納相對的配對的觸點接線片的一部分。利用居中的保持結構可允許最佳地放置下凹區，以接納配對的觸點接線片的末端部分。居中的保持結構還可使觸點臂長度在可用的有限空間中為最大，以便得到有利的接觸特性。觸點插入/保持特色為觸點臂位于中間位置，以便加強觸點保持和改善臂的性能。接線片觸點可以用與孔接合的突起保持在通道中，該孔在觸點接線片的保持部分上形成。
文檔編號H01R43/20GK1551414SQ20041003854
公開日2004年12月1日 申請日期1997年10月9日 優先權日1996年10月10日
發明者蒂莫西·A·萊姆基, 蒂莫西 A 萊姆基, W 霍特茲, 蒂莫西·W·霍特茲 申請人:連接器系統工藝公司