專利名稱：大密度電連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電連接器，尤其涉及類似陣列連接器等容有大密度輸入與輸出線路的連接器。
背景技術(shù)：
由于減小電子設(shè)備尤其是個(gè)人便攜式電子設(shè)備的尺寸并增大其使用功能的驅(qū)動(dòng)，致使實(shí)現(xiàn)所有部件尤其是電連接器微型化的努力至今不衰。電連接器微型化方面的工作包括縮小單、雙列直線型連接器的接點(diǎn)之間的間距，以便使那些適于安置在規(guī)定用于安裝電連接器的電路基板極為有限面積上的連接器，能夠連接較大數(shù)量的輸入和輸出線路或其他線路。由于這種微型化的驅(qū)動(dòng)，致使在電路板上裝配部件的工藝方法也隨之可趨轉(zhuǎn)向表面裝貼工藝法(SMT)。表面裝貼工藝法的大量應(yīng)用與直線型連接器接點(diǎn)之間間距的高精度要求相結(jié)合，已使表面裝貼工藝法的大范圍、低成本的應(yīng)用接近了極限?？s小接點(diǎn)之間的間距勢(shì)必增大焊錫膏軟熔時(shí)相鄰焊層或接點(diǎn)出現(xiàn)短路的危險(xiǎn)。為了滿足增大輸入和輸出線路密度的需求，有人建議使用陣列連接器。這種連接器是在一塊絕緣的基板上裝配接線點(diǎn)的二維陣列，從而可以增大連線的密度。然而，這種連接器卻給通過(guò)表面裝貼工藝法將連接器固定于電路基板上帶來(lái)一定難度，因?yàn)榇蠖鄶?shù)(如果不是全部)接點(diǎn)的表面裝貼尾端必須位于連接器本體之下方，如是，所采用的裝配方法必須十分可靠，否則，一旦出現(xiàn)故障，很難進(jìn)行目視檢查或維修。當(dāng)前，在一塊塑料或陶瓷基板上裝配集成電路，已普遍采用球柵陣列(BGA)或其他類似的裝配方式。在這種方式中，附在集成電路上的各圓焊球要落達(dá)到電路基板的各電接頭上，而且，各電接頭上通常還要用密封膜或掩膜涂一層焊錫膏，然后對(duì)整個(gè)設(shè)備加熱至一定溫度，使焊錫膏和焊球的局部或全部熔化，并熔合在電路基板上形成的一個(gè)下伏的導(dǎo)電層上，這樣，就可以不需外加導(dǎo)線而將集成電路連接到基板上。
采用球柵陣列或其他類似的裝配方式將集成電路連接到基板上雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，至今還沒(méi)有研究出可將電連接器或類似的部件裝配到印制線路板(PWB)或其他基板上的相應(yīng)方法。在絕大多數(shù)情況下，重要的是各焊球的基板接觸面要保持良好的共面性，從而構(gòu)成平滑的裝配接面，焊球和焊錫膏才能最后均勻地軟熔在印刷電路板基板平面上。相對(duì)給定的基板來(lái)說(shuō)，焊劑共面性的任何明顯差異，都會(huì)導(dǎo)致在將連接器軟熔到印刷電路板上時(shí)焊接效果的下降。為了實(shí)現(xiàn)高度可靠的焊接，客戶往往提出異?？量痰墓裁嫘砸?，通常是0.004英寸左右。影響焊球共面性的因素是焊球的尺寸大小和它在連接器上的定位，而焊球的尺寸大小取決于焊球和焊錫膏二者最初所含有的總焊劑體積，在將焊球置于連接器接頭上時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)楹附芋w內(nèi)接受的連接器接頭體積的變化，會(huì)影響焊接體體積發(fā)生變化，進(jìn)而使各焊球相對(duì)連接器裝配接面的共面性也發(fā)生變化。
將連接器焊接到基板上的另一個(gè)問(wèn)題是連接器上往往配合各種不同形狀的絕緣外殼，諸如有多個(gè)空腔的絕緣外殼，這些熱塑料絕緣外殼中的殘余應(yīng)力可以是模壓工藝造成的后果，也可以是由于插入接頭而形成的或者是二者共同作用的結(jié)果。這些絕緣外殼自一開(kāi)始或在表面裝貼工藝過(guò)程中需要加熱到一定溫度時(shí)(諸如達(dá)到可使焊球軟熔的溫度時(shí))會(huì)發(fā)生變形或扭曲。絕緣外殼的變形或扭曲會(huì)導(dǎo)致連接器組件和印刷線路板之間在形狀尺寸大小上的不匹配，從而由于諸如焊球等表面裝貼元件在焊接前不能與焊錫膏充分接觸或不能接近印制線路板等，造成焊接效果的不可靠。
因此，采用表面裝貼工藝將大密度連接器可靠而又高效地裝配到基板上，仍然是當(dāng)前的迫切需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電連接器，既提供了大密度的輸入與輸出能力，又可以通過(guò)表面裝貼工藝法將它連接到電路基板上，而且還顯示出了相對(duì)裝配接面的良好共面性。
在本發(fā)明所述的電連接器上，一個(gè)或多個(gè)接點(diǎn)可通過(guò)一種易熔的導(dǎo)電材料連接到一個(gè)基板上。這種易熔的導(dǎo)電材料就是焊接體，最好是用焊球組成焊接體，它可以軟熔，從而形成接點(diǎn)和電路基板之間的主要電流通道。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種大密度電連接器，適于裝配到具有導(dǎo)電元件的基板表面上，它包括接頭，具有帶末端的下段，所述末端適于與所述基板上所述導(dǎo)電元件電連接；由絕緣材料形成的底板，所述底板具有內(nèi)側(cè)面和朝向所述基板的外側(cè)面；設(shè)在所述末端上的易軟熔導(dǎo)電材料外部元件，該元件提供所述接頭和所述基板之間的主要導(dǎo)電路徑，其特征在于接頭收納通道從所述底板的所述內(nèi)側(cè)面延伸到所述底板的所述外側(cè)面，所述街頭定位在所述接頭收納通道內(nèi)，所述易軟熔導(dǎo)電材料外部元件延伸到所述接頭收納內(nèi)部通道內(nèi)。


下面將參照以下附圖進(jìn)一步介紹本發(fā)明所述電連接器及其制備方法。
圖1是本發(fā)明所述連接器最佳實(shí)施例中一種插座式連接器的頂視圖。
圖2是圖1所示插座式連接器的局部剖面圖。
圖3是本發(fā)明最佳實(shí)施例中一種插頭連接器的頂視圖。
圖4是圖3所示插銷式連接器的局部剖面圖。
圖5是圖1～4所示插座式和插銷式連接器的剖面端視圖(二者未連)。
圖6是圖5所示插座式和插銷式連接器的端視圖(二者已連接)。
圖7a、7b、7c分別是圖5所示插座式與插銷式連接器相互連接的第一、二、三步驟的剖面端視圖。
圖8是圖1所示插座式連接器在置入焊球之前的底視圖。
圖9是圖8所示插座式連接器在置入焊球之后的底視圖。
圖10是圖1所示XII部分的剖面詳圖。
圖11是圖4所示剖面部分的放大圖。
圖12是圖10所示剖面部分的放大圖。
圖13是圖10所示13-13部分的放大剖面圖。
圖14是本發(fā)明所述一種插座式連接器第二個(gè)最佳實(shí)施例的頂視圖。
圖15是圖14所述插座式連接器的端視圖。
圖16是本發(fā)明所述一種插銷式連接器第二個(gè)最佳實(shí)施例的頂視圖。
圖17是圖16所示插銷式連接器的端視圖。
圖18是圖14～17所示插座與插銷相連的端視圖。
圖19是本發(fā)明所述插座式連接器第三個(gè)最佳實(shí)施例中所用插座的頂視圖。
圖20是圖14所示插座式連接器的端視圖。
圖21是本發(fā)明所述插銷式連接器第三個(gè)最佳實(shí)施例中所用插銷的頂視圖。
圖22是圖21所示插銷式連接器的端視圖。
圖23是圖19～22所示插座式和插銷式連接器相互連接的端視圖。
圖24是本發(fā)明所述連接器的另一個(gè)實(shí)施例局部側(cè)剖面圖。
圖24a是圖24所示結(jié)構(gòu)部分的凹部加深后的局部圖。
圖25是圖24所示連接器的局部前剖面圖(插座與插銷已連接)。
圖26a和圖26b是本發(fā)明所述方法第1、2示例中在焊劑軟熔期間溫度相對(duì)時(shí)間、距離關(guān)系的曲線圖。
圖27a～27f是本發(fā)明所述方法第3示例效果的激光圖像。
圖28a和圖28b是本發(fā)明所述方法第4示例效果的X光圖像。
圖28c和圖28d是本發(fā)明所述方法第4示例效果的電子顯微鏡圖像。
圖29與圖10相同，只是略去了地線和電源線接頭。
圖30是圖13所示XXXI局部的剖面圖。
圖31是本發(fā)明最佳實(shí)施例中所示絕緣外殼應(yīng)力預(yù)測(cè)的計(jì)算機(jī)顯示圖。
圖32是圖29所示絕緣外殼內(nèi)的凸肋變形(壓縮)量與接頭保持力的函數(shù)關(guān)系。
圖33是本發(fā)明所述連接器最佳實(shí)施例使用的插座式信號(hào)線接頭的正視圖。
圖34是本發(fā)明所述連接器最佳實(shí)施例使用的插銷式信號(hào)線接頭的正視圖。
圖35是本發(fā)明所述連接器最佳實(shí)施例使用的帶有支撐板的插座式地線與電源線接頭的正視圖。
圖36是本發(fā)明所述連接器最佳實(shí)施例使用的帶有支撐板的插銷式地線或電源線接頭的正視圖。
具體實(shí)施例方式
從圖1～2和圖12～13可以得知，本發(fā)明所述大密度連接器第一個(gè)實(shí)施例中的一套相互連接的電連接器包括一個(gè)以標(biāo)號(hào)10指示的插座式連接器，標(biāo)號(hào)12指示的則是該插座式連接器的底座。底座(12)最好用諸如液晶聚合物(LCP)等適當(dāng)絕緣聚合材料模壓成形，以承受住表面裝貼工藝時(shí)的軟熔溫度。首先介紹底座部分。這部分包括一塊底板(14)，它有外底面(16)和內(nèi)底面(18)，外底面(16)上有諸如圖12所示的多個(gè)外凹部(20、22、24、26、28)，內(nèi)底面(18)上有接受插頭的內(nèi)凹部(30、32、34、36、38)，內(nèi)、外凹部之間由中間狹槽(40、42、44、46、48)相連。每個(gè)外凹部有圖12所示的底邊(50)和周邊(52)，每個(gè)接受信號(hào)線接頭的內(nèi)凹部有圖12所示的底邊(54)和周邊(56、58)，每個(gè)接受地線或電源線接頭的內(nèi)凹部也有如圖12所示的底邊(60)和合圍的周邊(62、64)。上述內(nèi)、外凹部和中間狹槽用于接受地線或電源線和信號(hào)線接頭。
地線或電源線接頭最好有標(biāo)號(hào)66所示的上段，由兩條相交的叉棒(68、70)組成，每條叉棒有收斂段(72)、相交點(diǎn)(74)和外擴(kuò)展段或引入段(76)。中段(78)穿過(guò)插座式連接器的下板，而下段(80)則伸入外凹部。焊球(82)經(jīng)加熱熔合在下段(80)上，詳見(jiàn)下文。
每個(gè)信號(hào)線接頭(見(jiàn)圖12～13)包括標(biāo)號(hào)84指示的上段，最好有一個(gè)接頭突出部(86)、一個(gè)引入彎頭(88)和一個(gè)加強(qiáng)肋(90)。信號(hào)線接頭的中段(92)穿過(guò)插座式連接器的下板，下段(圖13中的98)則伸入外凹部(圖12～13中的22)，焊球(100)經(jīng)加熱熔合在下段(98)上(詳見(jiàn)下文)。
從圖1～2中尤其可以看到，插座式連接器的底座上有卡鎖機(jī)構(gòu)(102)，該卡鎖機(jī)構(gòu)(102)包括一個(gè)向上的凸起(104)，此凸起疊落在一條豎槽(106)上并有一個(gè)外向突塊(108)。插座式連接器的底座上還有幾個(gè)同樣的卡鎖機(jī)構(gòu)(110、112、114)。插座式連接器的上部(116)疊落在底座上，由頂板(118)和周邊(120)組成，上部(116)由卡鎖機(jī)構(gòu)(122)固定在底座上。每個(gè)這樣的卡鎖機(jī)構(gòu)都有一個(gè)側(cè)壁開(kāi)口(124)和一個(gè)U形卡鎖(126)，后者(126)自頂板向下延伸并與前者(124)保持一定間隔。向上的凸起(104)夾在U形卡鎖(126)和側(cè)壁開(kāi)口(124)之間，可使U形卡鎖(126)卡住底座上的卡鎖機(jī)構(gòu)(102)的外向突塊(108)。插座式連接器的上部還有幾個(gè)同樣的卡鎖機(jī)構(gòu)(128、130、132)分別與底座上的卡鎖機(jī)構(gòu)(110、112、114)相嚙合。插座式連接器的上部(116)和底座(102)還可以附以安裝架(134、136)，其上分別設(shè)有固定器插孔(138、140)。插座式連接器上部(116)的頂板(118)上還有一些信號(hào)線接頭的通孔(142、144)，這些通孔相對(duì)底座上的信號(hào)線接頭呈多行排列，在這些多行排列的信號(hào)線接頭通孔之間夾有若干細(xì)長(zhǎng)形的地線或電源線接頭凹部槽(146，148)。插座式連接器的上部(116)構(gòu)成了整個(gè)插座式連接器(10)和下述配套的插銷式連接器之間的銜接面。
從圖3～4和圖11可以看到，插銷式連接器如標(biāo)號(hào)150所示。插銷式連接器包括底板(152)和周邊(154)，周邊四周留有一定的間隔(156、158)，與底板(152)相對(duì)的頂部(160)是敞開(kāi)的。從插銷式連接器橫向伸出的是安裝架(162、164)，安裝架(162、164)上分別設(shè)有固定器插孔(166、168)，這兩個(gè)固定器插孔(166、168)分別與插座式連接器安裝架上的兩個(gè)固定器插孔(138、140)對(duì)齊。
參照?qǐng)D11可以看到，在底板(152)內(nèi)側(cè)上有一些諸如凹部(170)那樣的接受信號(hào)線接頭的內(nèi)凹部，在底板(152)內(nèi)側(cè)上還有一些諸如凹部(172)那樣的接受地線或電源線接頭的內(nèi)凹部。在底板(152)外側(cè)上則有與這些內(nèi)凹部相對(duì)齊的接受信號(hào)線接頭的外凹部(174)和接受地線或電源線接頭的外凹部(176)。將接受信號(hào)線接頭的內(nèi)、外凹部和將接受地線或電源線接頭的內(nèi)外凹部相連通的分別是中間狹槽(178、180)。通過(guò)中間狹槽(180)而安裝到接受地線或電源線接頭切口的是地線或電源線接頭(182)。每個(gè)地線或電源線接頭(182)有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)段(184)，一個(gè)置入底板(152)的細(xì)長(zhǎng)中段(186)和一個(gè)伸入凹部(176)的外段(188)，焊球(190)則熔合在外段(188)上。外段(188)和焊球(190)的各一部分都包容在外凹部(176)之中。插銷式連接器上也包括有多個(gè)信號(hào)線接頭(192)，每個(gè)信號(hào)線接頭(192)都有一個(gè)內(nèi)段(194)，一個(gè)置入底板的中段(196)和一個(gè)伸入凹部(174)的末端(198)，焊球(200)熔合在末端(198)上。這里同樣看到末端(198)和焊球(200)的各一部分都包容在外凹部(170)之中。
從圖5～7c中可以看到，以上所述插銷式連接器裝配在一塊諸如硬式印制線路板(202)的電路基板上，而插座式連接器則裝配在一塊相同的印制線路板(204)上，因此，正如圖6所示，插銷式和插座式連接器二者構(gòu)成了一個(gè)中介連接板堆。插銷式連接器上有二維排列的諸如標(biāo)號(hào)192所指示的信號(hào)線接頭，在這些接頭上熔合有焊球(200)，還有多個(gè)諸如標(biāo)號(hào)182所指示的地線或電源線接頭，在這些接頭上也熔合有焊球(190)。使用表面裝貼工藝法，這些焊球還可熔合在印制線路板(202)上，從而將整個(gè)插銷式連接器固定于印制線路板上，使插銷式連接器和印刷線路板上的信號(hào)線接頭和地線或電源線接頭之間通電。最好是將二者上面的所有接頭與焊球熔合，再將這些焊球熔合到印制線路板上(圖5所示并非全部接頭)。同樣，可以先將焊球(100)熔合到插座式連接器的信號(hào)線接頭(84)上，然后再將這些焊球(100)熔合到印制線路板(204)上。插座式連接器上的地線或電源線接頭(66)也可先被置入中間狹槽(134)的并與焊球(82)熔合，然后再將這些焊球(82)熔合到印制線路板(204)上。
插銷式連接器要和插座式連接器對(duì)齊，插銷式連接器的周邊(154)才能重疊在插座式連接器上部(118)的周邊(120)上。
圖7a～7c詳盡地顯示了插銷式連接器和插座式連接器的嚙合情況。圖7a顯示的是在二者對(duì)齊的前提下，插銷式連接器的地線或電源線接頭開(kāi)始進(jìn)入插座式連接器的接受地線或電源線接頭的中間狹槽，并與插座式連接器中的相應(yīng)地線或電源線接頭銜接，與此同時(shí)，信號(hào)線接頭已進(jìn)入插座式連接器的信號(hào)線接頭中間狹槽。圖7b顯示的是插銷式連接器上的信號(hào)線接頭開(kāi)始銜接插座式連接器上相應(yīng)的信號(hào)線接頭，插銷式連接器上的地線或電源線接頭則進(jìn)一步插入插座式連接器的地線或電源線接頭的兩條叉棒之間。圖7c顯示的是插銷式連接器上的信號(hào)線接頭與插座式連接器上的信號(hào)線接頭已完全嚙合銜接，而插銷式連接器上的地線或電源線接頭已完全到位，即到達(dá)插座式連接器上的地線或電源線接頭的兩條叉棒底部。
圖8顯示的是在使用焊球之前插座式連接器底座(12)的外底板(16)，在使用焊球之前，信號(hào)線接頭的末端(82)和地線或電源線接頭的末端(48)在接頭插入至底座(12)的內(nèi)底板(18)時(shí)位于相應(yīng)的外凹部(20、22、24、26、28)中。先用一定數(shù)量的含有適當(dāng)成分的焊錫膏充滿各外凹部，然后再將焊球置于外凹部或底座裝配面上。外凹部的直徑最好小于焊球的直徑，這樣，凹部邊緣可以托住焊球，使焊球更加接近接頭的末端。為保持位于凹部上的焊球的最大穩(wěn)定性，凹部的剖面最好呈圓形或規(guī)則的多邊形。如圖9所示，焊錫膏也有助于固定各暴露于凹部上的焊球。圖中焊球(82)在凹部(20)上，而焊球(100)則在切(22)上，其他的焊球(230、232、234)則在凹部(24、26、28)上，但在插座式連接器的所有外凹部上只放一個(gè)焊球。如圖8和圖11所示，在放置焊球之前開(kāi)口以后，插銷式連接器的外底板與插座式連接器的外底板是全然相同的。將多個(gè)焊球置入多個(gè)外凹部以后，插銷式連接器就會(huì)在軟熔過(guò)程的作用下將焊球熔合到接頭末端上。插銷式連接器的外底板連同焊球，尤其是焊球的外表面，便形成一個(gè)十分平滑的裝配接面，連接器將通過(guò)這個(gè)裝配接面被裝配到諸如印制線路板等電路基板上。
圖10和圖13顯示的是圖1所示實(shí)施例的變型，圖中的插座式連接器的接頭(66)不是叉棒式接頭，而是以相對(duì)的一對(duì)扇葉(66a、66b)夾住地線或電源線末端(182)。
圖14～18顯示的是本發(fā)明的一組配套連接器的第二種最佳實(shí)施例。從圖14～15可以看出，這組連接器包括標(biāo)號(hào)236指示的插座式連接器，該連接器有一個(gè)絕緣外殼(238)，此外殼有內(nèi)底(240)，側(cè)壁(242)和外底(244)，此外殼還有兩個(gè)相對(duì)的調(diào)準(zhǔn)突塊(246、248)。外殼的內(nèi)底上有接頭(250、251、252)，每個(gè)接頭部分為叉棒分離段、向接觸點(diǎn)的收斂段和擴(kuò)展段。接頭(251)裝配在底座(231)上，裝配方法與圖1～13所示實(shí)施例相同。諸如標(biāo)號(hào)254指示的焊球裝在接頭(251)的側(cè)壁上，裝配方法與上述實(shí)施例相同。從圖16～17可知，本組連接器還包括一個(gè)插銷式連接器(258)，該連接器包括一個(gè)絕緣外殼(260)，此外殼由內(nèi)底(262)、周邊(264)和外底(266)組成，在外殼的一端有一對(duì)呈垂直的端壁(268、270)，此對(duì)端壁(268、270)上還有一個(gè)中界端開(kāi)口(272)。在外殼的另一端也有一對(duì)呈垂直的端壁(274、276)，此對(duì)端壁(274、276)上也有一個(gè)中界端開(kāi)口(278)。從絕緣外殼的內(nèi)底伸出多個(gè)接頭(280)，這些接頭自凹部(282)中伸出。每個(gè)凹部都熔合一個(gè)焊球(284)。從圖中還可以看出，這些接頭的位置交錯(cuò)排列，例如，接頭(286)相對(duì)接頭(280)偏移一定角度，如此，接頭行列間隔更緊湊，接頭密度也相應(yīng)增大。從圖18可知，插銷式連接器上的每個(gè)接頭(280)與插座式連接器的一對(duì)收斂的接頭叉棒(250、252)要垂直對(duì)正，并在后二者中間穿過(guò)。從圖中還可以看到，調(diào)準(zhǔn)突塊(246、248)與插銷式連接器上的中界端開(kāi)口(272、278)相嚙合。在本實(shí)施例中，沒(méi)有圖1～13所述實(shí)施例中專用的地線或電源線接頭，必要時(shí)，其功能可使用成對(duì)的接頭實(shí)施。
圖19～23顯示的是一組配套銜接的連接器的第三種最佳實(shí)施例。標(biāo)號(hào)290指示的是插銷式連接器，它包括一個(gè)外殼(292)，此外殼(292)上有一塊底板(294)，一圈周邊(296)和相對(duì)的兩個(gè)調(diào)準(zhǔn)突塊(298、300)。外殼的底板(294)又分為內(nèi)底(302)和外底(304)，信號(hào)線接頭(306)從內(nèi)底(302)伸出。從圖中可知，信號(hào)線接頭按行交錯(cuò)排列，目的是增大接頭的密度。插銷式連接器上設(shè)有地線或電源線接頭(310、312、314、316)，這些地線或電源線接頭排列在插銷式連接器的四邊并分別與鄰近的周邊平行走向。在底板的外底上置有信號(hào)線接頭的焊球(318)和地線或電源線接頭的焊球(320)，這些焊球以上述第一種實(shí)施例中的同樣方式熔合在各自的接頭上。標(biāo)號(hào)302指示的是插座式連接器，它有一個(gè)絕緣外殼(324)，此外殼(324)上有一塊底板(326)，一圈周邊(326)和接受調(diào)準(zhǔn)突塊的開(kāi)口(330、332)。底板(326)又分為外底(324)和內(nèi)底(332)，信號(hào)線接頭(338、340)從內(nèi)底伸出。相鄰橫排的接頭也呈偏心布局，也是為了增大接頭的密度。地線或電源線接頭(342、344、346、348)則與四個(gè)周邊平行排列。在底座外底上的每一個(gè)信號(hào)線接頭上都有一個(gè)焊球(352)，而在地線或電源線接頭上則也附有一個(gè)焊球(354)。從圖23上可以看到插銷式連接器(290)與插座式連接器(322)嚙合的情況。
如上所述，采用表面裝貼工藝法將電連接器等部件裝配到電路基板上時(shí)，這些部件必須要滿足十分嚴(yán)格的共面性要求，如果達(dá)不到一般為0.003～0.004英寸的共面性要求允許值，則整個(gè)連接器就往往因焊接不當(dāng)而失效。接頭表面裝貼部分相對(duì)電路基板的距離不同，是由于插入的接頭在絕緣外殼中的位置不同和絕緣外殼的變形造成的，這兩個(gè)因素導(dǎo)致連接器本體裝配面的隆起和扭曲。本發(fā)明所述工藝方法，采用了定位準(zhǔn)確和大小適當(dāng)?shù)娜劢芋w將連接器與基板相連接的措施，和接頭固定排列以防止因應(yīng)力積聚而導(dǎo)致連接器外殼變形的措施，因而達(dá)到了嚴(yán)格的共面性要求。
圖1～23所述的實(shí)施例中，金屬接頭固定于絕緣外殼的方法可以避免外殼承受應(yīng)力，這種方法就是將接頭的固定部分插入呈一定形狀的狹槽或開(kāi)口之中。對(duì)小型信號(hào)線接頭尤其適用的方法是使狹槽的形狀與尺寸盡量與接頭一個(gè)接面以外的所有接面一致，而面對(duì)此不一致接面的狹槽壁有一個(gè)整體磨壓成形的指向狹槽的橫向突起，突起遠(yuǎn)端和狹槽壁之間的距離要小于接頭的厚度。因此，當(dāng)接頭插入時(shí)，突起的遠(yuǎn)端將與接頭相接觸并發(fā)生變形，這樣，變形的突起作用于接頭的法向力便固定住了接頭。由于突起遠(yuǎn)端可以隨意變形，所以可以避免在絕緣外殼上產(chǎn)生應(yīng)力。在以上所述最佳實(shí)施例中，橫向突起由在狹槽一個(gè)側(cè)壁上整體成形的一個(gè)角錐形的凸肋組成。
這里介紹的這種凸肋的具體結(jié)構(gòu)相信會(huì)與它所配用的絕緣外殼完好匹配，而形狀和尺寸稍作變化的同樣結(jié)構(gòu)的凸肋或許可以完好匹配地應(yīng)用于其他類型的絕緣外殼。圖29～30具體顯示了一個(gè)信號(hào)線接頭(494)固定在狹槽(496)之中并緊緊抵在凸肋(498)上的情況，凸肋有一個(gè)與接頭(494)相銜接的平面(500)和兩個(gè)與此平面(500)相對(duì)的斜面(502、504)。插頭(494)通過(guò)與狹槽(496)的后緣、側(cè)緣和凸肋(498)相銜接而被牢牢固定，凸肋靠近平面(500)的部分在將接頭用力插入狹槽(496)時(shí)可以任意變形，因而可以避免因?yàn)榻宇^的插入而產(chǎn)生的應(yīng)力。
同樣，一個(gè)地線或電源線接頭也可固定在狹槽(508)中并緊緊抵住可變形的凸肋(510)，此凸肋(510)有一個(gè)可與接頭緊緊相抵的遠(yuǎn)端(512)和兩個(gè)與此遠(yuǎn)端(512)相對(duì)的斜面(514、516)。在這種結(jié)構(gòu)中還有一個(gè)相對(duì)的凸肋(518)，此相對(duì)的絕緣凸肋(518)也有一個(gè)遠(yuǎn)端(520)和兩個(gè)斜面(522、524)，它可用來(lái)固定較大的接頭并使接頭在狹槽中處于居中位置。熟練的技術(shù)人員都會(huì)理解凸肋的不同形狀、尺寸、數(shù)量和位置適于不同類型的絕緣外殼，只要對(duì)這些因素進(jìn)行篩選，就可以使絕緣外殼的應(yīng)力最大限度地消失在可變形的凸肋之中。圖31是使用賓夕法尼亞洲休斯敦市Ausys公司現(xiàn)有的Ansys應(yīng)力分析軟件而得到的圖形，該圖顯示了使用圖29～30所述的接頭固定方法，大量應(yīng)力主要消失在凸肋中，而且不會(huì)實(shí)際擴(kuò)展到接頭裝配狹槽之外，因此可以大大降低由于插入大量接頭而導(dǎo)致絕緣外殼變形和扭曲的危險(xiǎn)。圖31中表示不同應(yīng)力大小的單位是牛頓/mm2，其中的mm是表示位移量的單位。圖32表示對(duì)標(biāo)準(zhǔn)接頭(494)來(lái)說(shuō)，可變形凸肋遠(yuǎn)端的壓縮變形增大到0.0004英寸左右時(shí)，由于凸肋施于接頭的法向力的緣故，將導(dǎo)致接頭和絕緣外殼之間的保持力增大，壓縮變形超過(guò)0.0004英寸之后，則保持力增大不明顯。
如上文所述，使用球柵陣列裝配法時(shí)，影響連接器的基板裝配面共面性的另一個(gè)因素是焊球尺寸和它相對(duì)連接器外殼底板裝配面的位置的一致性。在上述最佳實(shí)施例中，在接頭的末端被置入凹部?jī)?nèi)，各外凹部的尺寸和形狀是一致的，這些凹部對(duì)本發(fā)明具有多方面的重要意義。使用簡(jiǎn)單的覆蓋或涂層方法可以將數(shù)量極為相同的焊錫膏附加在這些凹部上，因此，將各焊球固定于各接頭上所用的焊劑數(shù)量是完全一致的。在焊球熔合在接頭上之前，這些凹部可將各焊球沿X-Y軸方向定位，還可以將各焊球沿相對(duì)絕緣外殼的底板的Z軸方向定位，并可確定各焊球相對(duì)接頭末端的距離。接頭末端深入凹部的程度是受限的，在最大允許程度時(shí)，接頭末端不會(huì)觸及焊球，因而不會(huì)影響焊球在Z軸方向上的定位。然而，只有切口內(nèi)的焊錫膏含有數(shù)量相對(duì)一致并足夠的焊劑時(shí)，才能確保焊球與接頭末端熔合。接頭末端與焊球之間的距離變化可以通過(guò)變化置入凹部的焊錫膏的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)。
為將焊球附加在接頭上而采用軟熔工藝時(shí)，必須確保在焊球附近具備足夠數(shù)量的焊劑，還要防止焊劑被接頭銜接面吸收，為此，對(duì)接頭要進(jìn)行一番處理使其不能吸收焊劑。圖33中，接頭(526、528)連接在一個(gè)支撐板(530)上，這些接頭的銜接面(532)通常鍍有一層諸如金或鈀或鈀合金的非氧化金屬。這些接頭還有一個(gè)中段(534)，此中段構(gòu)成了保持接頭位于絕緣外殼內(nèi)的部位，其上附有防焊劑吸收或非焊劑浸濕材料，為此目的，最佳材料之一是鍍鎳。雖然這里無(wú)意涉及任何專門(mén)的理論，但是，可以相信，鍍鎳層的抗焊劑性能是由于鍍鎳層氧化的結(jié)果或因此而得以增強(qiáng)。鍍鎳層氧化的方法可以是在自然空氣中暴露數(shù)日等，令人始料未及的是這一鍍鎳層或氧化鎳層竟能夠防止或降低接頭吸收焊劑。為使鎳鍍層或氧化鎳鍍層具備如此鈍化功能，鍍層的厚度最好在10～100微英寸之間，以50微英寸為最佳?？捎糜诖四康牡钠渌篮竸┪詹牧线€有含防焊劑吸收涂層的flourine等。當(dāng)整個(gè)接頭鍍有黃金等焊劑易吸收金屬材料外層時(shí)，使用這種flourine尤其有效。接頭的突出部(536)最好鍍一層黃金或錫或錫合金等焊劑吸收材料，整個(gè)接頭鍍一層鎳更好。在接頭的上部，在鍍鎳層之外再有選擇地鍍一層稀有金屬，此稀有金屬層厚度最好在10～100微英寸之間，以30微英寸為最佳。在接頭的下部，應(yīng)再有選擇地鍍一層焊劑易吸收金屬，也可用鉻電鍍層取代鍍鎳層。
圖34顯示的是連接在支撐板(542)上的插銷式連接器的信號(hào)線接頭(538、540)，每個(gè)接頭都有一個(gè)鍍金的突出部(544)，一個(gè)鍍鎳的、防焊劑吸收的中間保持段(546)和一個(gè)鍍有稀有金屬層的銜接段(548)。同樣，在圖35中顯示的是連接在支撐板(552)上的地線或電源線接頭(550)，此接頭的上段為鍍金的突出部(554)，還有一個(gè)鍍鎳的、防焊劑吸收的中段(556)和一個(gè)鍍金的銜接段(558)。這種也具有防焊劑吸收能力的地線或電源線接頭(550)的另一個(gè)特點(diǎn)，是它的突出部(554)上有一系列缺口(560、562、564)，這種包含在上述實(shí)施例中的地線或電源線接頭(550)的再一個(gè)特點(diǎn)，是它還有一個(gè)豎直的切槽(568)。圖37顯示的是插銷式連接器上的地線或電源線接頭(568)，它的上段為鍍金的突出部(570)，中段為鍍鎳的防焊劑吸收段(572)，下段為鍍金的銜接段(574)。從圖中可以看到，地線或電源線接頭(568)雖然沒(méi)有支撐板，但卻有一個(gè)可使接頭自身具有支撐作用的圓孔(576)。通過(guò)對(duì)各種接頭的上述介紹可以得知，接頭下段使用的鍍金可換用錫或其他焊劑吸收材料。對(duì)圖33～37所示的所有接頭來(lái)說(shuō)，上段鍍金突出部的寬度，如圖37中W1所示，最好在大約0.1～0.25mm之間，而鍍鎳中段的寬度，如圖37中W2所示，最好在大約0.1～1mm之間。
圖24～25顯示的是本發(fā)明一種實(shí)施例中固定焊球的另一種方式。標(biāo)號(hào)324指示的是插座式連接器，其底座(326)有外底(328)和內(nèi)底(330)，外底(328)上有凹部(圖25中的332、334、336、338、340和圖24中的342、344)，每個(gè)凹部最好有一個(gè)含有一段圓面(362)的斜底面(360)。內(nèi)底(330)上有凹部(圖25中的346、348、350、352、354和圖24中的356、358)。在內(nèi)、外底凹部之間中間狹槽(圖25中的364、366、368、370、372和圖24中的374、376)，每個(gè)狹槽有一個(gè)可夾住接頭的凸起(圖中未顯示)，凸起的式樣與圖29～30所述的連接器的凸肋完全相同。內(nèi)底的結(jié)構(gòu)與圖1～2所述插座式連接器的內(nèi)底結(jié)構(gòu)完全相同，它包括一個(gè)固定在底座(326)的上段(436)，固定方式最好是圖1～2所示的卡鎖機(jī)構(gòu)(圖中未顯示)。上段或上蓋(436)上有多個(gè)開(kāi)口(452、460)，用來(lái)接受來(lái)自配套插銷或狹槽(454、456、458)的單個(gè)接頭，而這些狹槽(454、456)是用來(lái)接受來(lái)自配套插銷式連接器的地線或電源線接頭的。諸如接頭(408)的信號(hào)線接頭和地線或電源線接頭的形式與上述實(shí)施例中的任何類似接頭完全相同，例如，地線接頭(圖25中的382)有一個(gè)下段(384)，此下段上有一個(gè)凸起(386)。此接頭還有一個(gè)上段(388)，該上段(388)由兩個(gè)叉棒(390、392)構(gòu)成，每個(gè)叉棒都有一個(gè)收斂段(394)和一個(gè)向外擴(kuò)張的引入段(396)。凸起(386)位于凹部(336)之中。每個(gè)信號(hào)線接頭(408)的上段(410)有一個(gè)前突部(412)和一個(gè)后彎部(414)。各信號(hào)線接頭(408)還有一個(gè)與絕緣外殼相接的中段(416)和一個(gè)位于凹部(334)中的下凸起(418)。
地線接頭(382)的凸起(386)和信號(hào)線接頭(408)的下凸起(418)，是在將各接頭插入底座后使各接頭末端圍繞圓面(326)折彎而形成的，各圓面(326)用作各有關(guān)接頭末端的折彎軸。接頭末端折彎后轉(zhuǎn)向斜面(360)，但又可以反向后彈，所以此凸起(386、418)橫切接頭的縱軸線并與外底板(328)平行，這就確保了多個(gè)凸起具備了良好的共面性。繼形成凸起之后，將焊錫膏涂在各凸起的外表面，然后將焊球(圖25中的398、400、402、404、406和圖24中的426、428)置于各凸起上，再對(duì)整套組合設(shè)備進(jìn)行加熱，使焊錫膏熔化將焊球熔合到凸起上。圖24a則顯示了另外一種結(jié)構(gòu)，凹部(334a)加深，因而斜底面(360a)和圓面(362a)相對(duì)底座外底(328a)更加靠里。這樣，焊球(398a)的一部分位在凹部(334a)之內(nèi)，凹部(334a)邊緣將保持焊球的平穩(wěn)固定，如此情況與圖12～13所述情況完全相同。因此，只要焊球的尺寸大小完全一致，這樣結(jié)構(gòu)就可以形成完整的連接器，使裝配接面上的接頭具有良好的共面性。
插銷式連接器(430)的結(jié)構(gòu)與上述插銷式連接器的結(jié)構(gòu)基本相同。它包括一個(gè)底座(432)，底座(432)上又分為內(nèi)底(434)和外底(436)，外底(436)上有多個(gè)凹部(438、440、442、444、446)。每個(gè)凹部有一個(gè)斜底面(448)和一個(gè)圓面(450)，各凹部與各接頭中間狹槽(452、454、456、458、460)相連。插銷式連接器還有數(shù)個(gè)地線或電源線接頭(462)，每個(gè)接頭的銜接段(464)與插座式連接器上的地線或電源線接頭的叉棒相銜接。這些接頭還各有一個(gè)與絕緣外殼相連的中段(466)和一個(gè)用來(lái)接受焊球(470)的焊球凸起(468)。插座式連接器上還有一些信號(hào)線接頭(476)，每個(gè)信號(hào)線接頭包括一個(gè)與插座式連接器上的信號(hào)線接頭相銜接的銜接段(478)，一個(gè)與絕緣體外殼相連的中段(480)和一個(gè)用來(lái)接受焊球的焊球凸起(482)。其他信號(hào)線接頭(486、488)則分別與其他焊球(490、492)相連。焊球凸起的形成和將焊球熔合在插銷式連接器上的方式與上述插座式連接器所采用的方法完全相同。
在本發(fā)明所述的方法中，導(dǎo)電元件最好是焊球。然而，熟練的技術(shù)人員知道，還可以使用熔點(diǎn)低于絕緣外殼的可熔材料取代焊球，這種可熔體也可以呈圓形以外的形狀。焊球或其他導(dǎo)電元件的直徑最好是凹部寬度的50～200％，并且最好是凹部深度的50～200％，焊球的體積最好是凹部體積的75～150％，與凹部體積相同則最佳。接頭凸起深入凹部應(yīng)達(dá)到一定程度，以形成足夠使焊球熔合的表面面積，深入的程度通常為凹部深度的25～75％，如上所述，以50％為最佳。凹部一般為圓形、方形或剖面呈規(guī)則多邊形的任何其他形狀。如果導(dǎo)電元件為焊劑體，最好是合金，其比例為從約90％Sn和10％Pb到約55％Sn和45％Pb的范圍，最理想的共熔合金比例是63％Sn和37％Pb，其共熔點(diǎn)為183℃。連接陶瓷等材料通常使用含鉛量高的“硬”焊劑合金，這種“硬”焊球在標(biāo)準(zhǔn)表面裝貼工藝條件下不會(huì)變軟，因而會(huì)產(chǎn)生輕微的擴(kuò)展或變形，但不會(huì)熔化。因此，常使用一種“軟”的易熔焊球?qū)⑦B接器連接到印刷電路板上，這種易熔焊球在標(biāo)準(zhǔn)表面裝貼工藝條件下能軟熔和重新組合自身。其他已知適于導(dǎo)電的焊劑估計(jì)也適于在本方法中使用，諸如導(dǎo)電的錫銻合金、錫銀合金和鉛銀合金以及銦等，當(dāng)然還不止這些。在將焊球或其他導(dǎo)電元件放入凹部之前，應(yīng)在凹部?jī)?nèi)放入焊錫膏。
另一種方法是采用一種在表面裝貼工藝溫度中不致熔化的材料形體取代上述焊球，并使用凹部?jī)?nèi)的焊錫膏將它軟熔連接到接頭上，從而使連接器裝配接面上出現(xiàn)許多呈共面陣列排列的非熔小球。這種連接器可以采用普通的表面裝貼工藝方法固定到基板上。
雖然可以認(rèn)為含有任何普通有機(jī)或無(wú)機(jī)助熔劑的焊錫膏或焊油也同樣適用于這種方法，但最好是一種非凈化的焊錫膏或焊油，這種焊錫膏或焊油包括一種以細(xì)粉末狀浮在適當(dāng)助熔材料中的焊劑合金，這種細(xì)粉末通常是一種合金而不是多種成分的混合物。在助熔劑中，焊劑的所占比例可高達(dá)重量的80～95％或體積的80％左右。當(dāng)焊劑材料浮在松香助熔劑中時(shí)就可以形成焊油。這里的松香助熔劑最好是白色松香或活性較低的松香助熔劑，但由于用途不同，活性較高的甚至超活性的松香也是可以使用的。當(dāng)細(xì)粉末狀的合金浮在一種有機(jī)酸焊熔劑或無(wú)機(jī)酸焊熔劑中時(shí)就會(huì)形成焊錫膏。這種有機(jī)酸可從乳酸、油酸、硬脂酸、酞酸、檸檬酸或類似酸中選擇，而這種無(wú)機(jī)酸可從鹽酸、氫氟酸和磷酸中選擇。焊錫膏或焊油可有毛刷涂或掩膜或模壓方式封在凹部面上，凹部面最好能預(yù)先逐漸加溫以確保良好的浸濕效果，雖然現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，使用焊錫膏或焊油可以大大降低接頭吸收的焊劑，但是可以相信，在使用適當(dāng)?shù)拟g化劑情況下，單獨(dú)使用油膏狀的焊熔劑也是可行的。這樣適當(dāng)?shù)拟g化劑包括諸如三M公司生產(chǎn)的FLOURAD等含有抗焊涂層的氟化物。
加熱最好是在板式紅外焊劑軟熔傳輸爐中進(jìn)行，焊劑體通常要加熱到183℃-195℃的溫度，但是，視絕緣外殼制作材料的不同，也可以加熱到焊劑熔點(diǎn)的溫度。傳送帶的移動(dòng)速度最好為10～14英寸/秒，并能在總時(shí)間大約5～10分鐘內(nèi)移動(dòng)穿過(guò)多個(gè)連續(xù)的加熱階段。在裝進(jìn)傳輸爐前，可將絕緣外殼、接頭和焊劑體以不斷升高的溫度預(yù)先加熱一小時(shí)?；谶m當(dāng)?shù)姆逯禍囟取⒆畲筇荻群透哂谲浫蹨囟鹊臅r(shí)間，可以繪出傳輸爐中的溫度曲線圖。峰值溫度是絕緣外殼所能承受的最高溫度，對(duì)熔點(diǎn)為183℃的焊劑體來(lái)說(shuō)，峰值溫度通常在185℃-195℃之間，最大梯度以℃/秒為單位計(jì)量，它決定了連接器絕緣外殼溫度變化的允許速度，為的是防止外殼出現(xiàn)變形和扭曲。就大多數(shù)使用情況說(shuō)，開(kāi)始時(shí)的最大正梯度最好在2℃/秒-15℃/秒之間，在到達(dá)焊劑的液化點(diǎn)之后，負(fù)梯度最好在-2℃/秒--15℃/秒之間。本發(fā)明中的方法的一個(gè)重要特點(diǎn)是高于軟熔溫度的時(shí)間被縮短至最低限度，這個(gè)時(shí)間就是計(jì)量焊劑體保持液體狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，焊劑體處于液體狀態(tài)的時(shí)間越短，則接頭吸收凹部中焊劑的現(xiàn)象就大為減少甚至不會(huì)出現(xiàn)。從印刷電路板上測(cè)得的溫度從180℃上升至200℃的時(shí)間和溫度從200℃下降至180℃的時(shí)間都在大約10～100秒之間。
雖然無(wú)意涉及任何具體的理論，但是可以認(rèn)為，在如此短暫的時(shí)間階段，液態(tài)焊劑體的表面張力將會(huì)阻止液態(tài)焊劑流動(dòng)到位于凹部底部的接受接頭的狹槽里。可是，在這一時(shí)間階段之后，液態(tài)焊劑體將開(kāi)始向接受接頭的狹槽流動(dòng)并浸濕接頭。也可以采用這樣的方法在使焊劑體的溫度上升至熔點(diǎn)溫度前，一開(kāi)始以較高的梯度增溫，但接近熔點(diǎn)溫度時(shí)則降低增溫或降溫的速度，然后再以較高梯度增溫直到達(dá)到熔點(diǎn)溫度。選取適當(dāng)?shù)慕^緣外殼制作材料也會(huì)取得良好結(jié)果。外殼的制作材料最好是令芳香族液晶聚醌(LCP)，其特點(diǎn)是應(yīng)具備玻璃的高轉(zhuǎn)變溫度，低的熱膨脹系數(shù)，良好的防潮性，高的斷裂韌度，良好的塑變性能，低的粘度，高的熔點(diǎn)和燃點(diǎn)。
下面，將參照以下示例進(jìn)一步介紹本發(fā)明中的方法。
例一結(jié)合圖1～18的描述實(shí)際制備出了插銷式和插座式連接器的絕緣外殼，根據(jù)以上描述將接頭實(shí)際置入該絕緣外殼，這些接頭系銅鈹合金制品，其整體表面鍍金厚度為30微米。絕緣外殼的制作材料是DupontH6130液晶聚酯。插銷式連接器的長(zhǎng)度和寬度分別為52.5mm(含安裝架)和42.36mm。插銷式和插座式連接器絕緣外殼外底板上的凹部的剖面呈長(zhǎng)方形，邊長(zhǎng)分別為0.62mm和0.4mm，接頭進(jìn)入凹部的深度約為2mm，其他尺寸則可根據(jù)圖1～18與上述尺寸呈比例確定。插銷式和插座式連接器外底板上的凹部?jī)?nèi)充填著新澤西市Alphametals公司現(xiàn)已投放市場(chǎng)的Cleanline LR725非凈化焊錫膏。將插銷式和插座式連接器二者翻轉(zhuǎn)，使各自的外底板對(duì)向多個(gè)圓形焊球，便可使各焊球卡在一個(gè)凹部上。焊球是Alphametal公司的無(wú)助熔劑63SN/37PB(錫、鉛的成份分別為63％和37％)圓形焊球，直徑0.030英寸±0.001英寸，重量約為0.00195g。然后用3M公司的Flourad防焊劑吸收材料處理插銷式和插座式連接器。經(jīng)過(guò)如此處理后，將二者送入對(duì)流干燥箱內(nèi)在105℃的恒溫中干燥2小時(shí)，此后，再將二者固定到專用電路板上，這種電路板是用普通的增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂印刷電路板材料制作的，厚度為0.061英寸。如圖9所示，在插銷式連接器外底板的T點(diǎn)放置一個(gè)熱電偶，再將另一個(gè)熱電偶居中放在鄰近插銷式連接器的電路板的支撐面上，然后將插銷式和插座式連接器放入板式紅外傳輸焊劑軟熔爐中進(jìn)行處理，與這種傳輸爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)一樣，插銷式和插座式連接器在軟熔中要移動(dòng)通過(guò)六個(gè)區(qū)段，傳送帶的運(yùn)動(dòng)速度為13英寸/分，各區(qū)段的溫度如表一所示。表二顯示的是對(duì)插銷式連接器及電路板加熱的最高溫度和最低溫度，表三顯示的是最大正、負(fù)溫度梯度，表四顯示的則是在電路板上測(cè)得的180℃-200℃之間的增溫時(shí)間和降溫時(shí)間。插銷式連接器在不同時(shí)間和移動(dòng)距離上的溫度如圖26a中的曲線所示，圖中的粗線是電路板上的熱電偶的溫度，細(xì)線是插銷式連接器外底板上的熱電偶的溫度。在焊劑軟熔之后，通過(guò)對(duì)插銷式和插座式連接器的目視檢查，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的焊球均已熔合到各空腔的接頭引入點(diǎn)上，焊球相對(duì)插銷式和插座式連接器二者外底板的高度也是基本一致的，絕緣外殼也未見(jiàn)明顯變形或扭曲。
例二以示例一所述基本相同的方法制備了另一套插銷式和插座式連接器，并且焊球已被置入外底板的凹部?jī)?nèi)。在結(jié)束示例一所述的于焊劑軟熔爐內(nèi)的處理幾小時(shí)之后，由于自然環(huán)境條件發(fā)生變化，另一套與示例一中所述基本相同的插銷式和插座式連接器即將進(jìn)行示例一中所述同樣的軟熔加熱工序。軟熔爐的條件如表一所示。插銷式連接器和鄰近的電路板的最高和最低溫度如表二所示，最大正、負(fù)溫度梯度如表三所示，在電路板上測(cè)得的180℃-200℃之間的增溫和降溫時(shí)間如表四所示，在不同時(shí)間與移動(dòng)距離上的溫度如圖26b所示。從圖26b的曲線可以看出與圖26a的曲線的差別，這種差別是由于不同的自然環(huán)境條件所致。對(duì)最終得到的連接器的目視檢查表明其結(jié)果與示例一取得的結(jié)果完全相同。
表1溫度(℃)

表2

表3最大正、負(fù)溫度梯度(℃/秒)

表4180℃-200℃的增溫時(shí)間與降溫時(shí)間(電路板處測(cè)量結(jié)果)

例三使用例一、二基本相同的條件制備出另一套連接器，只是由于自然環(huán)境條件不同，與圖26a和圖26b所顯示的具體曲線相比有所差別。此連接器制作完成后，使用明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯市Cyber光學(xué)公司現(xiàn)有的點(diǎn)距離激光傳感器對(duì)插銷式連接器外底板上6個(gè)位置的焊球進(jìn)行了檢測(cè)。圖9中分別顯示了這6個(gè)位置，即來(lái)自L1方向的激光照射的27a和27b，來(lái)自L2方向的激光照射的27c和27d，來(lái)自L3方向的激光照射的27e和27f。在每個(gè)位置上，一束激光可同時(shí)照射5個(gè)焊球，圖27a～27f顯示了這些激光照射的圖形。表三則顯示了各焊球最高點(diǎn)相對(duì)插銷式連接器外底板平面的高度。表五中對(duì)各組焊球位置的排序是以最靠近插銷式連接器正面的焊球?yàn)榈谝缓盖蛭恢?，圖27a～27f中最左側(cè)圖形即為第一焊球的圖形。對(duì)這些結(jié)果的檢查表明，在每個(gè)由5個(gè)焊球組成的一組中，就焊球的高度而言，可以說(shuō)都達(dá)到了可以接受的一致性。(表五)表5焊球的位置高度(0.001英寸)

例四根據(jù)例一和例二所述的條件制備了另一套連接器，只是由于自然環(huán)境條件的不同，與圖26a和圖26b所顯示的曲線相比有所差別。在絕大多數(shù)情況下，焊球都能令人滿意地熔合在接頭引入點(diǎn)上，而且焊球相對(duì)插銷式和插座式連接器外底板平面的高度，從目視檢查看來(lái)均達(dá)到了可以接受的一致性。使用了一種與插銷式和插座式連接器上的焊球形狀相似的模型向各厚度為0.061英寸的兩塊不同電路板上的導(dǎo)電焊接點(diǎn)涂抹焊錫膏。插銷式連接器固定在一塊電路板上，而插座式連接器固定在另一塊電路板上，然后將二者再次分別置入傳輸爐進(jìn)行處理，傳輸爐內(nèi)的條件與將焊球熔合到接頭上時(shí)的條件相同，只是傳送帶速度降低到11英寸/秒。經(jīng)過(guò)冷卻后發(fā)現(xiàn)，插銷式和插座式連接器都已令人滿意地熔合到各自的電路板上。圖28a和圖28b的照片表明被選定的焊球的X射線已相互銜接。用剖面電子顯微鏡拍攝的照片也顯示出了焊球熔合到信號(hào)線接頭引入點(diǎn)和焊球熔合到印刷電路板的情況。這兩種情況的電子顯微鏡照片已分別顯示在圖28c和圖28d中。雖然這只是兩個(gè)相鄰信號(hào)線接頭的特寫(xiě)鏡頭，但已可看出接頭與焊球之間和焊球與電路板之間在所有其他各點(diǎn)的完好銜接。
從以上所述的電連接器和它的制備方法可以得知，這種連接器可以使用球柵陣列工藝裝配到印刷線路板上。令人始料不及的是，我們還發(fā)現(xiàn)其中的焊球具有很好的一致性，重量和體積的一致性尤其突出。
雖然本發(fā)明是結(jié)合不同的附圖所示的最佳實(shí)施例而介紹的，但是，只要不違背本發(fā)明的基本原則，又能確保具備同樣的功能，也可使用其他類似的實(shí)施例，也允許對(duì)上述實(shí)施例作些變更或增補(bǔ)。再則，所述具體方法也可以應(yīng)用于連接器以外的部件，即那些配有絕級(jí)材料制作的外殼，且外殼上裝配的元件要熔合到印制線路板或其他基板上的部件。
因此，對(duì)本發(fā)明的理解不應(yīng)僅局限于任何單個(gè)的實(shí)施例，而應(yīng)根據(jù)后附列舉的權(quán)利要求作更廣泛、更深入的認(rèn)識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種大密度電連接器，適于裝配到具有導(dǎo)電元件的基板表面上，它包括接頭，具有帶末端的下段，所述末端適于與所述基板上所述導(dǎo)電元件電連接；由絕緣材料形成的底板，所述底板具有內(nèi)側(cè)面和朝向所述基板的外側(cè)面；設(shè)在所述末端上的易軟熔導(dǎo)電材料外部元件，該元件提供所述接頭和所述基板之間的主要導(dǎo)電路徑，其特征在于接頭收納通道從所述底板的所述內(nèi)側(cè)面延伸到所述底板的所述外側(cè)面，所述街頭定位在所述接頭收納通道內(nèi)，所述易軟熔導(dǎo)電材料外部元件延伸到所述接頭收納內(nèi)部通道內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電連接器，其中所述易軟熔導(dǎo)電材料是焊料球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電連接器，其中所述末端沒(méi)有延伸超出所述底座的所述外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電連接器，其中所述末端定出外側(cè)，在所述末端的所述外側(cè)上形成有凹部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電連接器，其中在所述易軟熔導(dǎo)電材料所述凹部與所述接頭的所述末端接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大密度電連接器，適于裝配到具有導(dǎo)電元件的基板表面上，它包括接頭，具有帶末端的下段，所述末端適于與所述基板上所述導(dǎo)電元件電連接；由絕緣材料形成的底板，所述底板具有內(nèi)側(cè)面和朝向所述基板的外側(cè)面；設(shè)在所述末端上的易軟熔導(dǎo)電材料外部元件，該元件提供所述接頭和所述基板之間的主要導(dǎo)電路徑，其特征在于接頭收納通道從所述底板的所述內(nèi)側(cè)面延伸到所述底板的所述外側(cè)面，所述街頭定位在所述接頭收納通道內(nèi)，所述易軟熔導(dǎo)電材料外部元件延伸到所述接頭收納內(nèi)部通道內(nèi)。
文檔編號(hào)H01R43/20GK1655405SQ20051005637
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期1997年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月10日
發(fā)明者逖莫塞·A.·列克, 逖莫塞·W.·豪茨 申請(qǐng)人:Fci公司