專利名稱：采用浮動的面裝互連方式的針陣板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了電連接器，尤其是涉及了高密度針柵陣(PGA)的適配器。
減小電子設(shè)備尺寸和對這種設(shè)備增添附加功能的趨勢造成了線路密度的日益增加。日益增加的線路密度以及增添的功能又要求多針電連接器減小接線針之間的間距，使得數(shù)量相當(dāng)高的接線配合在嚴(yán)格限定的區(qū)域內(nèi)，這些區(qū)域要用于安放在印刷線路板和其它線路基板上的連接器。
在有些裝置中，多針連接器的接線針具有尾部，尾部插入印刷線路板的通孔中并焊在電路軌條上，以便在板和連接器之間產(chǎn)生一個電觸點(diǎn)。在其它的裝置中，采用稱為面裝技術(shù)的方式把接線針直接焊在印刷線路板(PCB)上。
高密度接線針已使得接線針的焊接更加困難，尤其是在對印刷線路板作接線針的面裝情形中。如果在連接器和要與連接器連接的印刷線路板之間缺乏共面性，則在接線針和PCB之間的某些焊接點(diǎn)是不滿意的。由此，連接器對線路板連接的可靠性受到影響。
已經(jīng)提出了浮動的接線針，容許針對連接器和線路板之間的任何不規(guī)則程度，如上述的共面性來調(diào)整連接器。其它的浮動接線針已采用了在連接器本體中的通孔，其直徑約為接線針主體的尺寸。由于通孔同時容納了接線針和止動區(qū)，止動區(qū)通常在裝配時被推過通孔，因此這種設(shè)計(jì)通常具有很差的尺寸公差。為了把針穩(wěn)定在通孔中，有些設(shè)計(jì)沿接線針長度上采用了倒刺。但是，采用倒刺具有產(chǎn)生碎屑的副作用，碎屑或者會污染連接器，或者需要附加的清理費(fèi)用，或者兩者都是。
本發(fā)明的一個目的是提供一種浮動的接線針連接器系統(tǒng)，它具有在制造實(shí)踐范圍內(nèi)可接受的公差，同時提供了接線針定位的優(yōu)越性它既在連接器本體之內(nèi)定位，同時又相對于印刷線路板或電氣部件(接線針要與它連接)的電連接墊上定位。
按照本發(fā)明的一個方面特性，連接器包括一個具有長度直徑比增大的接線針的通孔，它顯著改進(jìn)了接線針的實(shí)際位置。
按照本發(fā)明的另一個方面特性，連接器的接線針在通孔中采取了活塞式的運(yùn)動，消除了接線針相對于線路基板(接線針要與它連接)的電連接墊的不確定性。
按照本發(fā)明的又一個方面特性，由于針的插入方法和結(jié)構(gòu)，可得到在制造上的優(yōu)越性，它僅需要最小的力可把接線針插入通孔，而且一旦插入之后，提供了對退出針的顯著阻力。
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的電連接器，用于在兩個電基板的兩個接觸區(qū)之間形成電連接，由此滿足了上述要求。電連接器包括一個具有許多通孔的連接器本體，許多浮動地設(shè)置在連接器本體通孔內(nèi)的接線針。接線針包括活塞式的頭部，其直徑略小于通孔的直徑。
按照本發(fā)明的另一個方面特性，在通孔的頂面上形成了一個凸臺，它形成了對通孔的進(jìn)入開口，其直徑小于通孔的直徑。另外，凸臺最好在連接器本體的平表面之上升高，從而可有效地延長通孔的長度。凸臺具有柔性性能，從而可把接線針插入通孔，并且可把在接線針上形成的環(huán)狀突起推過凸臺中的開口。最好是，在凸臺上形成應(yīng)力釋放狹縫來獲得凸臺的柔性。此外，可采用柔性材料，如Kapton來制造凸臺。
如果結(jié)合附圖來閱讀，可更好地理解以上的簡述和以下優(yōu)選實(shí)施例的詳述。為了說明本發(fā)明，在附圖中表示了目前優(yōu)選的實(shí)施例，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明并不限于所說明的具體方法和手段。在附圖中

圖1是一個連接器的頂視平面圖，它代表了本發(fā)明連接器的一個實(shí)施例；圖2是圖1連接器的側(cè)視圖；圖3A和3B是圖1連接器上用3表示部分的側(cè)向剖視圖；圖4是圖1中用4表示部分的等角視圖5是圖1連接器的側(cè)向割視圖，說明了接線針與線路基板的觸點(diǎn)；以及圖6是圖1連接器的等角視圖，它把兩個線路基板形成電連通。
按照目前優(yōu)選的實(shí)施例，現(xiàn)參照附圖來描述具有浮動電接線針的一個電連接器。對于一般熟悉該技術(shù)的人員來說可以理解到，這里參照附圖所作的描述僅為了舉例目的，決不會限制本發(fā)明的范圍。例如，這里說明的電連接器具有特定的尺寸形狀和接線針數(shù)目。但是，這里參照該連接器所述的特定實(shí)施例僅為了作舉例說明，而并不受此限制。這里說明的概念具有更廣闊的用途，可用于更寬的連接器幾何尺寸變動范圍。
現(xiàn)參照圖1-4，它們表示了本發(fā)明電連接器10的頂視圖、側(cè)視圖和等角視圖。如圖所示，連接器10包括了一個基本上為平面的連接器本體11，它具有許多細(xì)長的導(dǎo)體，即許多浮動地裝在其中的接線針。連接器本體最好由適當(dāng)?shù)慕^緣材料制成，并且包括許多通過連接器本體11延伸的通孔。
在圖3A和3B中可看出，接線針12包括一個細(xì)長的主導(dǎo)體，它具有一個尾端12d和一個頭部12b，尾端適于與第一電氣部件或基板(在圖3A和3B中未表示)作電接觸，頭部適于采用焊料12c和突起12a對第二電基板作面安裝。為了方便接線針12的面安裝，針最好包括設(shè)置在接線針頭部12b上的可熔電觸點(diǎn)材料12c?？扇鄄牧献詈冒ㄔ诔Ｒ?guī)面安裝溫度下可回流的材料，如焊料。尤其最好是，可熔電觸點(diǎn)包括一個焊球，例如，按照球柵陣(BGA)技術(shù)，或者例如如美國專利申請系列號08/851/165(1997年5月2日歸檔，名稱為“具有球型觸點(diǎn)表面的高密度連接器”，這里引入作為參考)所述，把焊球部分地回流在接線針的頭部12b上。
每個接線針12依靠通孔14通過連接器本體11。通孔14的直徑尺寸作成可容納接線頭部12b來使得針12沿x和y軸定位，同時還容許接線頭部在通孔14內(nèi)沿z軸自由運(yùn)動。換句話說，接線頭部12b具有比通孔14稍小的直徑。這樣，接線頭部12b可采用活塞方式以最小阻力沿“z”向移動。同時，通孔14的壁盡量減小了接線頭部12b沿x和y方向的運(yùn)動。
許多供選擇的針夾持結(jié)構(gòu)16、16′或16″與連接器本體11的頂平面連接。針夾持結(jié)構(gòu)16、16′和16″可作成一個突起形式的開口，它從連接器本體11的頂面上突出(如凸臺16和16′)，或者可作成基本上與連接器本體11的頂面對齊(如縮小的直徑區(qū)16″)。如圖4所示，針夾持結(jié)構(gòu)16、16′或16″的主要用途是形成一個縮小的開口16d(16′d、16″d)，它與通孔14的直徑D2同心對準(zhǔn)，使得針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″的直徑D1小于通孔14的直徑D2。這樣，較小的直徑D1容納接線針12的主體，并起到接線針12沿z向行進(jìn)的止動作用。同時，通孔的較大直徑D2起到活塞式接線頭部12b的導(dǎo)向作用。
每個凸臺16、16′包括一個從本體11頂面伸出的突起，它包含一個基本上與通孔14同心對準(zhǔn)的通孔，為接線針12提供了一條連續(xù)的通道，可同時通過通孔14和凸臺16、16′。最好是，凸臺16、16′的頂開口16b的直徑大致與接線針12的直徑相同，其尺寸使得接線針12能沿z向，但不能沿x和y向移動。
把作用在接線針12本體上的凸臺16和作用在接線針12頭部12b上的通孔組合在一起，起到了對接線針12提供穩(wěn)定性和防止它傾斜的作用。此外，因?yàn)橥古_16最好從連接器本體11的平面上伸出，它有效地加長了通孔，而不需要連接器本體11的相應(yīng)厚度。因此，在相當(dāng)薄的本體11中達(dá)到了更穩(wěn)定的(即不會傾斜等)浮動針設(shè)計(jì)。由于在凸臺16、16′中的通孔作成錐形，接線針12能夠以較小的摩擦在通孔中運(yùn)動。
針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″最好有一些彈性和可以變形。例如，如圖4所示，本發(fā)明設(shè)想在針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″中至少作出一條狹縫16a。當(dāng)在針插入期間使接線針12的突起12a通過針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″時，狹縫16a減少了應(yīng)力并且容許針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″產(chǎn)生變形，同時也阻止它通過針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″退回。選擇適當(dāng)?shù)膹椥圆牧希鏚apton，也有助于針夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″的這種變形。
最好是，凸臺16基本上為截錐形；但是，也可以采用其它適合的形狀，如圓柱形(如參見圖4中用假想線表示的供替代的凸臺16′)。另外，凸臺可與主連接器本體11作成整體，或者分開制造后采用如膠接的常規(guī)方法來連接。
圖3A和3B說明了在連接器本體11中針12的浮動作用。如上所述，每個針包括一個具有頭部12b和環(huán)狀突起12a的細(xì)長本體。圖3A表示了從連接器本體11完全伸出的接線頭部12b。這里，外徑大于凸臺頂部開口16b的環(huán)狀突起防止了頭部12b從通孔14進(jìn)一步朝外的運(yùn)動。
圖3B表示了縮在通孔14中的頭部12b。從離開環(huán)狀突起12a的開口16b的另一側(cè)，當(dāng)頭部碰到凸臺16時，就停止了頭部12b的縮進(jìn)。因此，接線針12在通孔14中有一個為距離T的行程范圍。盡管頭部12b定位在通孔14中，針12保持著沿x和y軸的實(shí)際位置。值得注意的是，與常規(guī)的浮動針設(shè)計(jì)相比，設(shè)置在通孔14內(nèi)的接線針頭部12b結(jié)構(gòu)對接線針12提供了更大的定位精度。這里，接線針頭部12b比接線針12主體具有較大的直徑。因此，由于采用了直徑較大的接線針頭部12b，與采用接線針主體提供x和y定位的系統(tǒng)相比，提供了優(yōu)良的定位精度。
圖3C表示了連接器本體11的一個供替代實(shí)施例的剖視圖，其中，針夾持結(jié)構(gòu)16″與連接器本體11的頂面對齊。該視圖說明了如果希望得到較厚的連接器本體11，或者不希望有突起時，可以采用對齊的針夾持結(jié)構(gòu)16″。它基本上是與圖4中針夾持結(jié)構(gòu)16″相同的實(shí)施例，但這里較厚的本體11可容納較長的通孔14，提供了附加的穩(wěn)定性來防止接線針12的傾斜。
參照圖5，它表示了一個具有兩個接線針12的連接器10的剖視部分。連接器10與在電基板20上的導(dǎo)電墊(圖中未示)接觸，基板20可以是一塊印刷線路板、一個包括集成電路的電氣部件等。這里，把電基板20表示為具有不規(guī)則表面的基板，例如可由于翹曲、彎曲等造成的不規(guī)則表面。值得注意的是，依靠頭部12b在通孔14中的移動，接線針12已自動對基板20的表面不規(guī)則性作了調(diào)整。因此，兩個焊料觸點(diǎn)表面12c均與電基板20上的墊接觸，形成了更可靠的電連接。
圖6說明了采用電連接器10把兩個電基板連接成電連通的情形。電基板20具有一個與之連接的電路，并且包括電路軌條22。在把接線針12面裝到電基板20上時，針的頭部12b與連接了電路軌條22(也可參見圖5)的墊形成電連通。然后在接線針的頭部12b端面上，如焊料球的可熔元件被回流，把連接器10固定地連接到電氣部件20上。此時，電氣部件20和連接器10形成一個PGA部件，現(xiàn)在可以把它插入常規(guī)的插座，如插座30中。插座30可以是許多PGA型插座中的任一種，如裝在主板(如板32)上一個中央處理器的插座。
因此，由于把連接器10與基板20裝成電連通，以及把匹配的連接器30與基板32裝成電連通，可根據(jù)連接器10和30的連接器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)基板20和32之間有選擇的電連通。
按照本發(fā)明的一個方面特性，連接器提供了制造方面的能力。采用如FR4的適當(dāng)?shù)亩鄬硬牧匣蛘吣Ｖ扑芰习褰Y(jié)構(gòu)來制造連接器本體11。采用整體層壓或模壓，或者采用分開制造再膠接把凸臺16裝在通孔14附近。在連接器本體11上形成凸臺16之后，沿著圖3A中箭頭A所指方向，通過連接器本體1的底部，插入具有環(huán)狀突起12a的接線針12。接線針的尾部12d通過通孔和凸臺。環(huán)狀突起12a通過凸臺16的開口16b。已經(jīng)注意到，凸臺被設(shè)計(jì)成具有適當(dāng)?shù)娜嵝?，從而作用預(yù)定的插入力，可使環(huán)狀突起通過開口16b。最好是，在針插入期間當(dāng)環(huán)狀突起12a通過時，狹縫16a減少了凸臺16上的應(yīng)力。此后，至少部分地把頭部12b插入并保持在通孔14內(nèi)。
通孔14的最終結(jié)構(gòu)，以及插座夾持結(jié)構(gòu)16、16′、16″的延長通孔提供了一個長度直徑比，它在裝配中對接線針提供了顯著的位置穩(wěn)定性。例如，把接線針12的頭部12b插入通孔14內(nèi)。因此，通孔具有的直徑在一定程度上與接線針的直徑無關(guān)。從而頭部12b在通孔內(nèi)起到了活塞作用，由于頭部12b的直徑比接線針12大，保證了對基板電接口的可靠連通，同時提供了進(jìn)一步的穩(wěn)定性。
盡管已結(jié)合各個附圖的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，可以理解到，可以采用其它相似的實(shí)施例，或者對所描述的實(shí)施例作出修改和補(bǔ)充，來完成本發(fā)明的同樣功能而不偏離本發(fā)明。因此，不應(yīng)該把本發(fā)明限制在任何單個的實(shí)施例中，而應(yīng)該根據(jù)所附權(quán)利要求敘述的廣度和范圍來作解釋。
權(quán)利要求
1.一種電連接器，包括一個連接器本體，它具有一個在其上面作出的通孔；一個針夾持結(jié)構(gòu)，它與上述通孔連接，針夾持結(jié)構(gòu)限制了通孔的直徑；以及一個接線針，它被設(shè)置在通孔內(nèi)，接線針具有設(shè)置在其上面的第一和第二突起，上述第一突起被設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)的一側(cè)，上述第二突起被設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
2.權(quán)利要求1的電連接器，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)包括一個環(huán)狀突起，它環(huán)繞著上述通孔的中心線而形成，并朝著上述通孔的中心線向內(nèi)突出。
3.權(quán)利要求1的電連接器，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)從上述連接器本體的表面向外突出。
4.如權(quán)利要求3中的電連接器，其中，針夾持結(jié)構(gòu)基本上為圓錐形。
5.如權(quán)利要求3中的電連接器，其中，針夾持結(jié)構(gòu)基本上為圓柱形。
6.權(quán)利要求1的電連接器，其中，第一突起包括一個環(huán)狀突起。
7.如權(quán)利要求1中所述的電連接器，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)包括一條狹縫，使得在插入接線針期間，當(dāng)上述第一突起通過針夾持結(jié)構(gòu)時，上述針夾持結(jié)構(gòu)可以變形。
8.如權(quán)利要求1中所述的電連接器，其中，第二突起包括一個被設(shè)置在靠近上述接線針一端的面裝用的頭部，頭部的直徑大致與上述通孔的直徑相同。
9.如權(quán)利要求1中所述的電連接器，其中，第二突起包括一個環(huán)狀突起，它的直徑尺寸作成可配合在上述通孔內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1中所述的電連接器，其中，環(huán)狀突起包括一個頭部，它至少在上述通孔的一部分內(nèi)以活塞方式作運(yùn)動。
11.一種電氣部件，包括一個基本上為平面的絕緣本體，它具有許多通孔；一個針夾持結(jié)構(gòu)，它環(huán)繞著上述通孔被設(shè)置在上述絕緣本體上，針夾持結(jié)構(gòu)在上述通孔的一端形成一個開孔，其直徑小于上述通孔的直徑；許多細(xì)長的導(dǎo)電元件，上述導(dǎo)電元件的每一個被設(shè)置在上述通孔內(nèi)，并通過上述針夾持結(jié)構(gòu)伸出；以及第一和第二突起，它們被設(shè)置在上述許多細(xì)長導(dǎo)電元件的每一個上，上述第一突起被設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)的一側(cè)，上述第二導(dǎo)電元件被設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)的另一側(cè)。
12.如在權(quán)利要求11中的一個電氣部件，其中，每個上述針夾持結(jié)構(gòu)包括一個從上述平面狀絕緣本體上突出的升高表面。
13.如在權(quán)利要求12中的一個電氣部件，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)的升高表面基本上是圓錐形。
14.如在權(quán)利要求12中的一個電氣部件，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)的升高表面基本上是圓柱形。
15.把連接器的接線對準(zhǔn)基板的一種方法，包括如下步驟a)提供一個在其上面具有通孔的連接器；b)提供一個針夾持結(jié)構(gòu)，它具有一個環(huán)狀開孔，其直徑小于通孔的直徑；以及c)在上述通孔內(nèi)提供一個接線針，它具有一個突起，其尺寸使得在上述突起碰到上述針夾持結(jié)構(gòu)時，上述突起就可停止上述接線針在上述通孔中的行進(jìn)。
16.如權(quán)利要求15中所述的方法，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)從上述連接器本體的表面上突出。
17.如權(quán)利要求16中所述的方法，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)基本上為錐形。
18.如權(quán)利要求16中所述的方法還包括在上述接線針上提供一個頭部的步驟，上述頭部的直徑略小于上述通孔直徑。
19.一種電連接器，包括一個連接器本體，它具有在其上面作出的通孔；一個接線針，它具有一個在其一端上形成的活塞式頭部，把接線針浮動地插入上述通孔，使得至少把上述活塞式頭部的一部分插入上述通孔。
20.如權(quán)利要求19中所述的電連接器還包括一個基本上為環(huán)狀的凸臺，它與上述本體連接，沿軸向?qū)?zhǔn)上述通孔，其中，上述接線針的一端通過上述凸臺。
21.如權(quán)利要求20中所述的電連接器，其中，上述接線針還包括一個與針連接的突起，來約束上述接線針沿第一方向的軸向運(yùn)動。
22.如權(quán)利要求21中所述的電連接器，其中，上述突起包括一個環(huán)狀突起。
23.如權(quán)利要求20中所述的電連接器，其中，上述凸臺被作成從上述連接器本體沿軸向突出。
24.如權(quán)利要求23中所述的電連接器，其中，上述凸臺為圓錐形。
25.如權(quán)利要求23中所述的電連接器，其中，上述凸臺為圓柱形。
26.一種針柵陣組件，包括一個電氣部件，它具有許多導(dǎo)電墊；一個絕緣座，它具有在其上面形成的一個通孔；一個針夾持結(jié)構(gòu)，它與上述通孔連接，針夾持結(jié)構(gòu)約束了通孔的直徑；以及一個接線針，它被設(shè)置在通孔內(nèi)并與上述墊配合，接線針具有一個設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)一側(cè)的第一突起，以及一個設(shè)置在上述針夾持結(jié)構(gòu)另一側(cè)的頭部，上述頭部至少部分地被設(shè)置在上述通孔內(nèi)，上述頭部的直徑小于上述通孔的直徑。
27.如權(quán)利要求26中所述的針柵陣組件，還包括一個與上述接線針配合的第二電氣部件。
28.如權(quán)利要求26中所述的針柵陣組件，其中，上述電氣部件包括一個集成電路。
29.如權(quán)利要求27中所述的針柵陣組件，其中，上述第二電氣部件包括一個插座。
30.如權(quán)利要求26中所述的針柵陣組件，還包括一個被設(shè)置在上述接線頭部一端的可熔材料。
31.如權(quán)利要求26中所述的針柵陣組件，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)基本上與上述絕緣座的平表面對齊。
32.如權(quán)利要求26中所述的針柵陣組件，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)從上述絕緣座的表面突出。
33.如權(quán)利要求32中所述的針柵陣組件，其中，上述針夾持結(jié)構(gòu)具有圓錐和圓柱形狀之一。
全文摘要
一種浮動接頭連接器,用于具有多個細(xì)長導(dǎo)體的電路板。一個接線針夾持結(jié)構(gòu)與連接器本體上的通孔對準(zhǔn)。連接針穿過通孔和針夾持結(jié)構(gòu)。接頭上的環(huán)形凸臺為接線針在一個方向浮動行程提供了止動件。接線針的頭部在相反方向停止接線針的浮動行程。
文檔編號H01R24/00GK1263367SQ0010096
公開日2000年8月16日 申請日期2000年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者羅伯特·W·胡雷, 拉里·G·桑德斯, 雷克斯·W·凱勒 申請人:連接器系統(tǒng)工藝公司