電氣元件的插座的製作方法

2023-12-08 10:51:41

專利名稱：電氣元件的插座的製作方法
本申請基於1998年1月31日提出的美國臨時專利申請號60/073,281的申請，並且是1998年12月10日提出的美國專利申請號(尚未授予)的部分繼續申請，這兩份專利申請均引入這裡作為參考。
本發明涉及了電接插件。更確切地說，本發明涉及了電氣元件的一種插座。
諸如集成電路(IC)片的電氣元件必須固定在基片上。把這種插針格陣(PGA)元件固定在基片上的互連繫統例子是零插入力(ZIF)系統。在ZIF系統中，PGA元件的插針進入互連座而不與裝在基片上的互連座觸點配合。僅在PGA元件固定在互連座上之後，才把觸點和插針相配合。
配合觸點和PGA插針的方法包括沿側向移動PGA插針並與觸點相配合。一個動作槓桿和一個凸輪面沿側向驅動一個插入組件來推進PGA插針。插入組件把PGA插針移向觸點並與之連接。
在槓桿動作期間和動作之後，採用這種ZIP互連繫統的座受到了載荷。為偏移觸點來容納PGA插針所需的力確定了在座上的載荷值。較多的觸點數目增加了配合觸點和PGA插針所需的峰值力或最大力。具有500觸點的互連座估計需要約二十(20)磅力來成功地配合觸點和PGA插針。
技術的進步提高了PGA元件的插針數目和觸點密度，並且具有微型化的計算機元件(需要減小外形尺寸)。儘管改進的速度可滿足用戶，但這些技術進步使常規的ZIF插座增加了負擔。往往是，補充上述技術進步點之一的設計與補充另一個技術進步點的設計相互排斥。
在改進型式的一個例子中，設計者可增加插座中的孔數和降低孔間間距來考慮增加插針密度和插針數目。但是，這降低了插座的強度。
在改進型式的另一個例子中。設計者可縮短觸點來考慮減小外形尺寸。較短的觸點具有較大的剛度，因此增加了配合PGA插針所需的插入力。
這兩個設計目的強加了相互矛盾的要求，因為較剛硬的觸點需要在槓桿上有更大的動作力。較大的動作力增加了插座上的載荷。但插座強度的降低(由於增加了孔數和減小了間距)使得插座不容易承受所增加的載荷。
增加觸點密度也加重了常規觸點成形方法能力的負擔。對置雙梁觸點的典型成形方法是從片材上衝出觸點。但是，採用常規技術成形單個觸點所需的片材寬度將超出這些技術進步所強加的間距要求。
本發明的一個目的是提供一個改進的裝置，用於把電氣元件連接到基片上。
本發明的另一個目的是為電氣元件提供一個插座，它具有低的峰值插入力。
本發明的另一個目的是為電氣元件提供一個插座，它每次有選擇地僅配合一部分觸點。
本發明的另一個目的是提供一個用於把電氣元件連接到基片上的裝置，它順序地配合成列的觸點。
本發明的另一個目的是為電氣元件提供一個插座，它適應較多的插針數目。
本發明的另一個目的是提供一個用於把電氣元件連接到基片上的裝置，它在轉動時精確地對準所配合的觸點。
本發明的另一個目的是提供一個具有並排雙梁的觸點。
採用一個接插件在一個方面達到了本發明的這些和其它目的，接插件用於電連接一個電氣元件，電氣元件具有許多從它上面上伸到基片的導電體。接插件包括第一底和第二底。第一底上具有一個或一個以上開孔和一個鉸鏈組件。第二底包括許多與電氣元件中導電體相應的觸點和一個鉸鏈組件。第一和第二底的鉸鏈組件容許第一底相對於第二底進行運動。
採用一種方法在另一方面達到了本發明的這些和其它目的，該方法把具有許多導電體的電氣元件固定到基片上。方法包括的步驟是提供一個電氣元件；提供一個盒；把電氣元件插入盒中；提供一個基片；提供一個具有許多觸點的座，觸點相應於電氣元件的導電體並裝在基片上；把座裝在基片上；把電氣元件的一部分導電體與一部分觸點連接；把電氣元件的剩餘導電體與剩餘的觸點連接。
採用一個盒在另一方面達到了本發明的這些和其它目的，盒具有一個底、一個鉸鏈和至少一個開孔，開孔通過底延伸來至少容納電氣元件的一部分。
採用一個座在另一方面達到了本發明的這些和其它目的，座用於與盒相互配合來把具有許多導電體的電氣元件固定到基片上。座包括一個底、一個鉸鏈和在底中的許多觸點，觸點形成了適於容納電氣元件中導電體的列陣。
採用一個觸點在另一方面達到了本發明的這些和其它目的。觸點具有一個夾持區、一個尾區和一對梁。夾持區具有對著的兩端並確定了一個平面。尾區從夾持區的一端伸出。一對梁從夾持區的另一端伸出。上述一對梁的每一個具有一個第一區和一個第二區。第一區把梁偏離夾持區的平面，每個梁位於夾持區平面的對著的兩側。第二區從第一區伸出，並且相對於第一區作傾斜。第二區具有一個觸點配合區。兩個梁的觸點配合區相互配合，在其中容納一個觸點。
參照本技術說明和附圖，本發明的其它用途和優點對熟悉本技術的人員來說將很明顯，其中

圖1a是本發明接插件一個實施例的透視圖，它處於配合狀態；圖1b是圖1a所示的接插件，但處於未配合狀態；圖2a是圖1a和1b所示接插件一部分的透視圖，但在容納電氣元件之前；圖2b是圖2a中所示接插件一部分的另一個透視圖；圖3a是圖2b中虛線內呈現的接插件一部分的放大視圖；圖3b是圖3a中所示接插件一部分沿IIIb-IIIb線的剖視圖3c是圖3a中所示接插件一部分的一種供選擇方式；圖3d是圖3c中所示接插件一部分沿IIId-IIId線的剖視圖；圖4a是圖1a和1b中所示接插件另一部分的透視圖；圖4b是圖4a中所示接插件一部分沿IVb-IVb線的剖視圖；圖4c是圖4b中接插件一部分的剖視圖，觸點被插在其中；圖5是圖1b中沿V-V線所取接插件一部分的剖視圖；圖6是本發明觸點的一個供選擇實施例的透視圖；圖7是圖6觸點的正視圖，但在裝配之前；圖8是圖6所示觸點的側視圖，但在裝配之中；圖9是圖6所示觸點的正視圖。
圖1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a-c和5表示了本發明第一個供選擇的實施例。本發明是一個電接插件10，它把電氣元件1固定到基片S(參見圖5)上。如圖2a所示，電氣元件1可以是如在IC片中的PGA元件，但也可採用其它類型的電氣元件，如多片模塊(MCM)。元件1具有許多導電體，如從元件上伸出的插針3。插針3被布置成列和行的陣式。雖然導電體被表示成圓插針，但也可採用其它類型的導電體，包括插片(圖中未示)。
接插件10具有兩個可配合的件，一個盒11和一個座13。圖1a表示了在配合狀態的盒11和座13，而圖1b表示了未配合狀態。現來逐個地描述盒11和座13。
圖2a和2b表示了盒11，它最好用合適的塑料，如液晶聚合物(LCP)製成。盒11可以有一個底15，這裡始終表示為容納元件1的一塊板。但是，也可能用其它形式來容納不同類型的電氣元件1。
至少有一個開孔17通過底15作延伸。在圖2a和2b所示的實施例中，底15具有許多開孔17。開孔17被設置在底板15上，使得可容納電氣元件1的相應插針3。因此，在底15上的開孔17布置由電氣元件1上插針3的位置來確定。
如圖3a和3b所示，開孔17可具有被倒角的引入端，有助於插針3的插入。對於適當定位在盒11上的電氣元件1，插針3延伸通過底板15的下表面，如圖3b所示。
底板15可包括沿著其外周邊的壁19。如在圖2b的實施例中所示，例如，壁19在底板15下表面之下伸出，以保護插針3不受損壞。
鎖扣21從底板15上伸出，最好沿著側邊。鎖扣21包括一個從底板15大致垂直突出的法蘭區(參見圖2a)。法蘭區遠端有一個從法蘭區伸出的卡區23。在卡區23和底板15上表面之間部位容納了電氣元件1。
在電氣元件1的插針3進入開孔17時，電氣元件1使彈性鎖扣21朝外偏移。當電氣元件1完全固定在盒11上時，卡區23回到其原始的無偏移位置，與電氣元件1的上表面配合，如圖1b所示。卡區23防止了電氣元件1從盒11上的不小心錯動。從電氣元件1上表面上脫開卡區23，可從盒11上卸除電氣元件1。
當電氣元件1適當地固定在盒11內時，它可與觸點100配合。盒11相對於座13運動，使得每次僅數量有限的插針3與觸點100配合。最好是，盒11相對於座13轉動，使得順序的各列插針3與順序的各列觸點100配合。壁19包括了在底板15前邊上的一個舌片25，在轉動盒11時有助於安裝人員。以下將更詳細地描述插針3與觸點100的配合。
在底板15後邊上壁19上還包括了一個鉸鏈組件27。鉸鏈組件27與座13上的鉸鏈組件結合，容許盒11相對於座13轉動，並且保證在配合過程中電氣元件1的插針3與座13的觸點100正確對準。鉸鏈組件27大致平行於盒11的平面作延伸。鉸鏈組件27各部分的描述如下。
伸出件29從盒11後邊朝外突出，最好是位於後邊的相對兩側上。每個伸出件29具有其兩側為一對臂33的彎曲體31。彎曲體31具有一個其形狀與座13上鉸鏈銷配合的第一表面67，以及一個與第一表面67相對著的其形狀與座13上擋塊65相互配合的第二表面69。
每個最外面的臂33包括一個面朝外的表面或外表面35，它與座13鉸鏈組件上的相應表面相互配合，以保證在配合時電氣元件1的插針3和座13上的觸點在側向正確對準。
另一個伸出件39從座13的後邊朝外突出。伸出件39最好是從沿著伸出件29之間的座13後邊的中心位置上伸出，但它沿著與伸出件29對著的方向伸出。中心伸出件39具有其兩側為一對臂73的彎曲體71。彎曲體71具有一個其形狀與座13上鉸鏈銷配合的第一表面75，以及一個與第一表面75相對著的其形狀與座13上擋塊65相互配合的第二表面77。
圖3a和3b表示了底板15下表面的一部分。採用這種方式，電氣元件1的插針3可自由地從開孔17突出，並且伸過底板15的下表面。底板15對位於底板15內的插針3區提供了側向支承。但是，插針3的遠端(即伸過底板15下表面的插針部分)在側向未被支承。
圖3c和3d說明了一個供選擇的方式，其中底板15』沿側向支承了一個比先前供選擇實施例長度大的插針3』。確切地說，圖3c和3d說明了底板15』下表面的一個供選擇的方式，它包括了位於每個開孔17』之間的橋79』。橋79』可包括弧形側邊81』和凹進端83』。
凹進端83』相應於插針3』的形狀。如圖3c所示，如果電氣元件1採用圓插針3』，則凹進端83』具有一個圓的凹形，以容納插針3』的部分。橋79』位於底板15』上，使得不與觸點100』相干涉。如圖3c所示，每個觸點100』的梁101』均按列設置，而橋79』按行設置。因此，橋79』的存在不會影響到梁101』的彎曲。橋79』可與底板15』整體模製。
圖4a-4c表示了座13，它最好是由合適的塑料製成。座13包括一個底41，具有許多通過它作延伸的開孔43。如同底15一樣，底41可具有大致為平面的形狀，雖然其它方式也是可能的。
每個開孔43最好包括三個區。第一區45是比較寬的開口，從而可適應在配合時觸點100的雙梁101彎曲。第二區47適應了觸點100的尾區103以及如下所述的可熔體105的一部分。最後，第三區49把觸點100的中間區107夾持在開孔43內。
如圖4b所示，梁適應區45位於座13的配合端面，並具有形成引入端的錐形側壁51。錐形側壁51容許把觸點100容易地插入開孔43，並且容許插針3無約束地彎曲梁101。
尾適應區47位於座13的安裝端面。因為最好採用珠格陣(BGA)技術把座13面對面安裝到基片S上，尾適應區47可具有與BGA適應的適當形狀。在BGA技術的一個例子中，一個如焊珠105的可熔體固定在觸點100的尾區103上。至少固定在觸點100尾區103上的焊珠105一部分可固定在開孔43的尾適應區47內。引入這裡作為參考的國際出版號WO 98/15989(國際申請號PCT/US97/15989)描述了把焊珠固定到觸點上的方法和把焊珠固定到基片上的方法。
中間區49在梁適應區45和尾適應區47之間延伸。每個中間區49的相對壁包括了一個相互對著延伸的突起53。如圖4b所示，突起53可以是沿開孔43長度上軸向延伸的一個肋條。中間區49相對著的壁之間距離超過觸點100的寬度，以容許觸點100通過開孔43。但是，觸點100的寬度超過相對著的突起53之間距離。由此，觸點100壓配合在突起53之間而被夾持在開孔43中。
底板41還可具有沿著其外周邊的壁55。相似於盒11的壁19，壁55從板41伸出，保護觸點100不受損壞。當盒11和座13配合時，盒11的壁19位於壁55和觸點100之間。如圖4a所示，壁55的前邊包括一個缺口57，在接插件10處於配合狀態時容納從盒11來的舌片25。這容許盒11相對於座13作完全的轉動來配合所有的插針3和觸點100。為了避免與鉸鏈組件27、59相干涉，在底41的後邊區中壁55是斷開的。
底板41的後邊包括一個鉸鏈組件59，它與盒11的鉸鏈組件27相互配合，以容許盒11相對於座13作轉動。鉸鏈組件59大致平行於座的平面作延伸，並包括一個鉸鏈銷61，它被沿著座13後邊的一系列支承63所支撐。
一系列的凸塊或擋塊65從相鄰支承63之間的後邊伸出。擋塊65具有彎曲的表面75，它相應於伸出件33和中心伸出件35的第二表面69、77。擋塊65的彎曲表面75可以是圓的，最好是具有與伸出件33和中心伸出件35第二彎曲表面69、77大致相同的曲率半徑。這可保證電氣元件1的插針3和座13中觸點100配合時縱向和Z軸向(即垂直於座13平面的方向)的正確對準。
每個最外面支承63包括一個面朝內的表面或內表面85，它與鉸鏈組件27的表面35相互配合，以保證電氣元件1的插針3和觸點100在配合時的正確對準。確切地說，盒11的表面35靠在座13的表面85上，以精確地沿側向對準盒11和座13來配合插針3和觸點100。
現來描述盒11和座13的配合過程。首先，盒11和座13是分開的，或者是未配合的。在此狀態下，座13應固定在基片S上。如上所述，座13可面對面地裝在基片S上，最好是採用BGA技術。但是，也可採用其它方法。
其次，電氣元件1固定在盒11上。在上述的實施例中，電氣元件1的插針3進入開孔17，直到鎖扣21對著盒11卡住了電氣元件1為止。
為了對接盒11和座13，鉸鏈組件27、59必須配合成如圖1b和5所示。鉸鏈組件27、59，盒11和座13的特性提高了對盒11和座13作盲配的容易程度。
詳細描述配合過程如下，伸出件29和中心伸出件39進入在鉸鏈銷61、支承63和座13後邊之間形成的開口。沿著圖5中箭頭A規定的方向插入。鉸鏈組件27的臂33、73進入在鉸鏈組件59的擋塊65兩側的區域。臂33的外表面35靠在支承63的表面85上。沿著平行於盒11和座13後邊的軸線，外表面35與內表面85的相互配合在側向對準了插針3和觸點100。
在圖1b所示已配合的打開狀態中，當盒11沿著圖5中箭頭B所示方向作轉動時，擋塊65的表面75開始靠在伸出件29和中心伸出件39的第二表面69、77上。表面69、75、77有助於沿著平行於盒11和座13側面的軸線對準盒11和座13。最好是，在臂33、支承63和擋塊65的其它相鄰表面之間具有間隙，以減少轉動盒11所需力的值。
由於中心伸出件39相對於伸出件29處於對著的位置，伸出件29和中心伸出件39在鉸鏈銷61上對著的兩側提供了一個卡緊力，如圖5所示。這個卡緊力，以及把伸出件29和中心伸出件39放在鉸鏈銷61和座13之間，防止了盒11從座13上脫離。換句話說，只有進行與配合相反的過程(即從座13上把盒11轉出)才能從座13上脫離盒11。
相對於座13轉動盒11來開始電氣元件1和座13中觸點100的配合。如圖5所示，最靠近盒11和座13後邊的一列插針3和觸點100先配合。對順序離開盒11和座13的後邊的每一列逐漸進行配合。與ZIF插座比較，插針3和觸點100的順序配合降低了峰值插入力。
最靠近盒11和座13後邊的一列插針3和觸點100先配合。對順序離開盒11和座13的後邊的每一列逐漸進行配合。
盒11的轉動開始了插針3和觸點100的配合。在轉動時每個插針3逐漸進入雙梁觸點的相對著的兩臂之間區域。雙梁卡緊了插針3。雙梁之間的區域大致平行於盒11和座13的配合軸線。
圖1a表示了處於完全配合和閉合狀態的接插件10。當配合時，座13的壁55環繞著盒11，舌片25可進入座13前邊中的凹口57內。
雖然接插件10可採用任何類型的觸點，但對一種優選的觸點100詳細討論如下。如圖6所示，觸點100是並排的雙梁觸點。觸點100具有一個位於一對梁101和尾區103之間的中間區107。最好是，中間區107大致為平面。由於裝在座13內，中間區107與突起53接觸，並且被壓配在底板41的開孔口43中。這個夾持特性在上述國際出版號WO/98/15989中也作了說明。
每個梁101包括一個從中間區107伸出的彎曲區109。如圖8所示，彎曲區109把梁101從中間區107的平面上移開。每個彎曲區109位於中間區107平面的對著的兩側。這容許在梁101之間有分開的空間，以便在其中容納插針3。
一個臂區111從彎曲區109的遠端伸出。臂區111的遠端包括一個內彎區113和一個引入端115。如圖6和8所示，內彎區113朝著中間區107的平面收攏。在對著的內彎區113之間距離(如圖8所示)小於插針3的厚度。也就是說，插針3必然因插入而分開梁101。在梁101被插針3分開時，梁的彈性在觸點100和插針3之間產生了良好的面接觸，並產生了梁101對插針3兩側的適當垂直接觸力。
如圖9所示，每個臂區111相對於觸點100的縱軸彎了一個角度。具體的角度值與觸點100的尺寸和形狀有關。臂區111的的位置最好使兩個內彎區113成並排。也就是說，在兩個內彎區113之間產生了容納插針的間隙，由此梁101以對準的狀態與插針3的對著兩側配合。換句話說，內彎區的位置基本上沿著如圖9所示的觸點100的縱向中心線。
確切地說，臂區111從觸點100縱軸分別以角度α1、α2作延伸，對於典型尺寸的觸點約在5°到20°之間。最好是，對於典型尺寸的觸點，角度α1和α2約為12.5°。
雖然臂111相對於縱軸彎成角度，但圖8說明了臂111最好基本上保持平行於中間區107的平面。但是，臂111也可從中間區107平面彎成約10°的角度(圖中未示)。
沿著離開中間區107平面的方向，引入區115從內彎區113上伸出。引入區115有助於在配合時使插針3對準內彎區113。
現描述製造觸點100的一種方法。把片材衝成一個觸點100的載體帶119，如圖7所示。在載體帶119上相鄰觸點100之間的間隔等於在座13中觸點的間隔。此時，觸點100仍處於平面形式。
然後一個成形步驟把梁101彎曲成離開中間區107的平面，產生了內彎區113和產生了引入區115，如圖8所示。成形步驟是常規的，因此不再繼續討論。
最後的步驟使臂111相對於觸點100縱軸作傾斜，如圖9所示。雖然可採用多種方法來使臂111相對於縱軸作傾斜，但優選的方法是任何已知的衝壓過程。在兩個對著梁101的面對面表面外邊上衝壓步驟形成了一個變形層117。確切地說，衝壓過程從層117上擠壓了一部分材料。衝壓量控制了梁對觸點100縱軸的相對傾斜程度。傾斜步驟容許形成一個並排的雙梁觸點，能達到上述技術進步提出的減小間距的要求。
由於梁101傾斜，可從載體帶119上切下觸點100，用於插入座13中。本發明容許在接插件的成形過程中，在比常規技術更遠的下遊處把觸點100保留在載體帶119上。觸點保留在載體帶119上愈長，本發明的成形過程愈容易適用於自動或半自動技術。
儘管已結合多種附圖的各優選實施例描述了本發明，但可理解到，對於所描述的實施例，可採用其它相似的實施例或者可作出修改和補充，來完成本發明的相同功能而不會背離本發明。所以，不應把本發明限於任何個別的實施例，而寧可解釋成在按照所附權利要求所述的廣度和範圍內。
權利要求
1.一種接插件，包括一個第一框架，上述第一框架包括一個座；在上述座上的多個觸點；和多個用於將上述第一框架安裝到基板上的、固定到上述觸點上的易熔件，一個第二框架，上述第二框架包括一個座；多個在上述座上的觸點；和多個用於將該接插件安裝到基板上的、固定到上述觸點上的易熔件；上述第一和第二框架可釋放地相互連接在一起；和其中上述多個觸點組合在任一上述框架內的多個模塊上。
2.如權利要求1中的接插件，其中上述框架還包括多個與上述多個模塊嚙合的薄片，上述模塊位於上述薄片和基板之間。
3.如權利要求1中的接插件，其中上述框架在相鄰的模塊之間延伸。
4.如權利要求1中的接插件，其中上述框架確定一個包圍上述模塊的周邊。
5.如權利要求1中的接插件，其中上述第一和第二框架之間的可釋放的連接件包括一個鉸鏈。
6.如權利要求1中的接插件，其中上述易熔件包括焊料球。
7.如權利要求1中的接插件，其中上述第一框架還包括一個整體的鉸鏈銷，該鉸鏈銷不必從上述第一框架上拆下或與其分開。
8.如權利要求1中的接插件，其中上述整體的鉸鏈銷包括與上述第一框架整體模製的鉸鏈銷。
全文摘要
一個把電氣元件電連接到基片上的接插件包括第一底和第二底。第一底包括至少一個開孔和一個鉸鏈組件。第二底包括許多觸點，以及一個鉸鏈組件。鉸鏈組件容許第一底相對於第二底運動。把電氣元件固定到基片上的一種方法包括把電氣元件插入盒中；把座安裝在基片上；把電氣元件的一部分導電體與一部分觸點連接；以及把電氣元件的剩餘導電體與剩餘觸點連接。一個觸點具有一個夾持區、一個尾區和一對梁。梁具有第一區和第二區，第一區把梁偏離夾持區平面的對著兩側，第二區從第一區上伸出，並相對於第一區傾斜。兩個第二區相互配合成在其中容納一個配合觸點。
文檔編號H01R12/16GK1510786SQ200310120538
公開日2004年7月7日 申請日期1999年12月17日 優先權日1998年12月18日
發明者蒂莫西·A·萊姆基, 蒂莫西 A 萊姆基, W 豪特茨, 蒂莫西·W·豪特茨, W 奧爾森, 斯坦利·W·奧爾森, R 詹森, 劉易斯·R·詹森 申請人:連接器系統工藝公司