格柵陣列管腳電連接器的製作方法
2023-09-13 11:53:40
專利名稱：格柵陣列管腳電連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電連接器，具體地涉及高密度的格柵陣列管腳(PGA)連接器。
背景技術：
不斷地追求減少電子設備的尺寸，以及對這些設備增添附加的功能導致了電子電路密度持續地增加。這種電路密度和功能性上的增加減少了可在印刷電路板和其這類型電路基板上為安裝電連接器提供的面積。這種發展產生了對於具有最小間隔的端子管腳的多管腳電連接器的需要。由於這樣的需要開發出的高密度的PGA連接器。
球柵陣列(BGA)連接器是常用的PGA連接器類型。
圖13描繪出現有技術的BGA連接器100。圖13和本文中包括的其它圖，每個都參照公共座標系統11。連接器100含有連接器體102和多個端子管腳104。連接器體102有多個形成於其中的通孔106用於容納端子管腳104。
連接器100用多個焊球108形成。焊球108形成把連接器100固定到印刷電路板(PWB)(未示出)之類的基板上的焊接接頭。所述的焊接接頭還在端子管腳104與PWB上的對應電連接點之間建立電接觸。每個焊接球108各對準一個端子管腳104和相應的電連接點，然後軟熔焊球以形成以電氣和機械地連接端子管腳104與電連接點的焊接接頭。
對齊和軟熔焊球108代表了製造連接器100中的附加工藝步驟。本申請人發現這些工藝步驟儘管對其預期用途已經足夠了，卻有某些局限性和缺點。例如，對齊和軟熔焊球108對製造連接器100增加了製造連接器100所需要的成本和時間。另外，本申請人還發現隨著端子管腳104的密度增大，對齊和軟熔焊球108越來越困難。特別是，這些工藝步驟不易於編程為自動製造系統。
本申請人發現對齊和軟熔焊球108的需要不利於在形成端子管腳104與電連接點之間的焊接接頭時，使用相對較有效的應力輔助焊接工藝。使用焊球108還使之難於製造不使用引線的電連接器100，從而讓電連接器100不適用於無引線的環境。另外，不易於在電連接器中形成電源和地線小島，因為難於把焊球108形成為跨兩個或多個端子管腳104的焊接接頭。
本申請人還確認了在端子管腳104和相應的電連接點之間達到有效的機械和電氣連接要求在端子管腳104、連接器體102，和PWB之間有較高度的共面性。由於標稱的部件至部件之間的差異，部件在擺位和對齊方向的精確性限度等等，這樣的共面性往往在生產環境中難於達到。
因此越來越需要可以不使用焊球的電氣和機械地連接到電路基板上的高密度PGA。
另一種本發明優選實施例的電連接器包含一種導電端子管腳，所述端子管腳含有接片部分和從接片部分伸出的接觸部分。所述的電連接器還包含一種電絕緣的連接器體，所述的電絕緣的連接器體含有實質上平面的主部，所述實質上平面的主部具有形成於其上的第一通孔用於容納至少接片部，和從所述主部表面突出的並且至少部分地鍍以導電金屬的，並且有外表面和內表面的柱件。所述的內表面限定一個凹陷和毗連第一通孔的第二通孔，所述第二通孔用於至少部分地容納所述的接觸部分。外和內表面的至少一部分塗以實質上連續的導電材料層。
另一種本發明優選實施例的電連接器包含一種電絕緣體，所述的電絕緣體含有實質上平面的主部，和從所述主部表面突出的並且至少部分地鍍以導電材料的柱件。連接器體具有形成於其中的通道。所述的通道伸經主部和柱件。電連接器還含有至少部分地置於所述通道中並且與所述導電材料接觸的導電端子管腳。
另一種本發明優選實施例的電連接器包含一種導電端子管腳，和含有第一及第二實質上平面的表面和柱件的電絕緣連接器體。所述柱件從第二實質上平面的表面突出，並且用於安裝在電路基板上。所述連接器體具有形成於其上的通孔，所述通孔從第一實質上平面的表面伸向所述柱件並且用於容納端子管腳。所述柱件至少部分鍍導電材料層用於在端子管腳和電路基板上的電連接點之間建立電接觸。
另一種本發明優選實施例的電部件包含電路基板，所述的電路基板具有相關的電路和電連接點。所述的電部件還包括導電端子管腳，和電絕緣的電連接器體。所述的電連接器體含有第一及第二實質上平面的表面和柱件，所述柱件從第二實質上平面的表面突出，並且安裝在電路基板上。所述連接器體具有形成於其上的通孔，所述通孔從第一實質上平面的表面伸向所述柱件並且用於容納至少部分端子管腳。所述的電部件還含有置於柱件的至少部分上的導電材料層，用於在端子管腳和電連接點之間建立電接觸。
附圖中圖1是本發明優選實施例電連接器的分解的仰視透視圖；圖2A是圖1所示實施例電連接器的端子管腳和連接器體的分解的側視圖；圖2B是圖2A所示的連接器體的柱件的，沿圖2A的線「A-A」所取的剖面仰視圖；圖2C是圖2A和圖2B所示的端子管腳和連接器體的局部俯視圖圖2D是圖2A-2C所示的端子管腳和連接器體處於組裝好的狀態，沿圖2C的線「B-B」所取的剖面側視圖圖3是圖1所示電連接器另一個實施例的側視圖；圖4是圖1所示電連接器另一個實施例的仰視圖；圖5A是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖5B是圖5A所示的連接器體的柱件，沿圖5A的線「C-C」所取的剖面仰視圖；圖6是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖7是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖8是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖9是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖10A是圖2A-2D所示的端子管腳和連接器體的另一個實施例的分解側視圖；圖10B是圖10A所示的連接器體的柱件，沿圖10A的線「D-D」所取的剖面仰視圖；圖11A是圖2A-2D所示的連接器體的另一個實施例的橫截面剖視側視圖；圖11B是圖10A所示的連接器體的柱件，沿圖11A的線「E-E」所取的剖面仰視圖；圖12A是圖2A-2D所示的連接器體的另一個實施例的橫截面剖視側視圖；圖12B是圖10A所示的連接器體的柱件，沿圖12A的線「F-F」所取的剖面仰視圖；圖13是現有技術BGA連接器的分解仰視透視圖。
具體實施例方式
圖1-2D示出本發明優選實施例的電連接器10。這些圖各參照一個繪於其中的公共坐標系11。電連接器10包含連接器體14和多個端子管腳16，所述多個端子管腳16一起形成高密度的格柵陣列管腳。電連接器10用於在例如印刷電路板(PWB)17之類的電路基板，和電部件或者第二電路基板(未示出)之間建立電接觸。
電連接器體14包含主部18，所述主部18含有實質上平面的第一表面18a和實質上平面的第二表面18b。電連接器體14還含有多個從第二表面18b上突出的柱件22。柱件22和主部18用塑料之類的絕緣材料形成，並且優選地用液晶聚合物(LCP)形成。柱件22和主部18優選地形成在單一的基底上。
每個柱件22優選地有實質上圓形的截面(見圖2B)。每個柱件22包括一個具有倒圓的邊緣22a和形成於其上的底22b的端部(見圖2A和2D)。每個柱件22有限定凹陷40的內部的，或者說凹陷的表面部分22c。這些特徵的重要性在下文說明。
多個通孔32形成於連接器體14中(見圖2A)。每個通孔32由主部18中的相應的表面部分18c限定。每個通孔32各自從第一表面18a伸向相應的柱件22。每個通孔32毗連相應的凹陷40。每個相應的通孔32和凹陷40形成伸過主部18和相應的柱件22的通道42。通道22用於容納相應端子管腳16的至少一部分。有關通道42的進一步細節表達在下文中。
表面部分18c和柱件22至少部分地覆有導電層44。(為了清晰起見，導電層的厚度在圖中誇大了)。導電導44是金屬鍍層，它在相應的端子管腳16和PWB17之間建立電接觸，如下面所詳述。層44優選地用銅(Cu)、鎳(Ni)和錫(Sn)形成。層44通過用無電的化學鍍法激活主部18的第二表面18b，和表面部分18c的下端形成。柱件22的凹陷部分22c也用無電化學鍍激活。然後在激活的區域上相繼地設置20至25微米的電解銅層、4-6微米的電解鎳層和4-6微米的電解錫層。
位於第二表面18b上的錫層的基本部分然後用雷射燒蝕除去，並且用化學蝕刻去掉下面的銅層和鎳層。在此工序後留下的層44在每個柱件22的周圍直接形成實質上連續的金屬化層。特別地，與每個柱件22關聯的層44覆蓋柱件22的外表面22d和凹陷的表面部分22c、直接毗連外表面22d的第二表面18b的部分，以及每個表面部分18c的下端(見圖2A和2D)。
應當注意對於層44的組成和應用的具體細節都是用於舉例。層44實際上可以用任何適當的導電材料以任何常規的方式形成。
端子管腳16各用諸如BeCu或者磷銅之類的導電材料製造。每個端子管腳16含有接片部分16a和從接片部分16a伸出的細長的接觸部分16b。接觸部分16b優選地有實質上矩形的截面(也可以使用其它截面形狀，例如圓形或者圓錐形的)。接觸部分16b中的中線優選地與接片部分16a的中線偏離，如圖2A和2D所示。
通道42各用於容納至少一個相應的端子管腳6的一部分，如前所述。更加具體地，凹陷40和通孔32的下部用於容納接觸部分16b，而通孔32的其餘部分用於容納接片部分16a的一部分(見圖2D)。接片部分16a的其餘部分向上伸，離開連接器體14的第一表面18a，並且用於配合併且電連接電部件或者第二電路基板。在端子管腳放置進通道42中時，在接觸部分16b和鍍層44之間優選地存在最小的間隙，例如0.001英寸。
PWB17包括多個電路線條，所述電路線條各終止於相應的電連接點17a(見圖2D)。電連接器10通過批量焊接工藝，例如波峰焊接機械地和電氣地連接在PWB17上，這在每個柱件22和相應的電連接點17a之間形成焊接接頭。
電連接器10與PWB17之間的機械和電連接由導電層44加強。更加具體地，焊接接頭21可靠地把電連接點17a連接到相應的柱件22的導電層44上，從而把電連接器10固定到PWB17上。而且，導電層44結合焊接接頭21形成電連接點17a和端子管腳16的接點16b之間的導電通路。應當注意到，伸入進並且伸過柱件22並且容納端子管腳16的通道42的應用使本發明的優選實施例區別於其它的，內裝金屬化突起或者用於導通電流的器件。
在電連接器10和PWB17之間的機械聯接，通過柱件22的幾何形態加強。具體地，在批量焊接工藝過程中形成的焊接接頭21包圍每個柱件22的倒圓的邊緣22a和鈕22b。倒圓的邊緣22a和鈕22b增大焊接接頭21和柱件22之間的接觸面積，從而增加焊接接頭21可作用於柱件22上的橫向(「X」和「Z」方向)約束力。
焊接工藝還把每個端子管腳固定到連接器體14上。更加具體地，在焊接過程中流入凹陷40和通孔32下部的焊料，實質上填充在接觸部分16b和導電層44之間的間隙中。在冷卻後，所述的焊料，形成接觸部分16b和層44之間的聯接，從而把端子管腳16固定到連接器體14上。
電連接器10相對於現有技術的BGA連接器提供了實質上的優勢。例如，電連接器10隻含有兩個主要的部件連接器體14和端子管腳16。相反地，現有技術BGA連接器，需要某種類型的殼或者體、端子管腳，和各與一個端子管腳相關聯的焊球。在現有技術BGA連接器的製造過程中，必須定位和軟焊接所述焊球。在製造諸如電連接器10之類的電連接器時不需要這樣的工藝步驟，從而導致製造成本的實質節省。
而且可以達到端子管腳16與PWB17的有效電氣和機械連接而無需在端子管腳16、連接器體14和PWB17之間的相對高度共面。這種實質上的優勢來自柱件22、接觸部分16b，和PWB19的安排。具體地，端子管腳16不直接地固定在PWB19上。端子管腳16通過柱件22、導電鍍層44和焊接接頭21機械地和電氣地連接在PWB19上。因此在接觸部分16b和相應的電連接點17a之間的豎直(「Y」方向)間隔的差異可以實質上不影響端子管腳16與PWB17電氣和機械連接。換言之，在端子管腳16與PWB17建立有效電氣和機械連接不需要把端子管腳16在連接器體14內進行精確的豎直定位。
電連接器10的製造工藝可以比現有技術的BGA連接器更加容易地編程並且執行在自動製造系統中，從而可以更加節省生產成本。
可以使用有效的應力輔助焊接工藝把電連接器10與PWB17的連接(如前文所述，當軟焊接現有技術的球柵陣列連接器時這種焊接工藝是不可行的)。例如，圖3示出了電連接器10a形式的另一個實施例。實質上與連接器10的部件相同的連接器10a的部件用相同的標號標示。電連接器10a包含連接器體14a，電連接器體14a含有包括從其上突出的安裝銷51的主部18d。安裝銷51用於經形成於PWB17b上的通孔53牢固地接合PWB17b，從而把連接器體14a固定在PWB17b上並且方便應力輔助焊接工藝。
可以不使用引線製造電連接器10，從而使電連接器10適用於無引線的環境。而且可以在電連接器10中方便地形成電源和接地小島。例如，圖4用電連接器10b形式示出變通的實施例。實質上與連接器10的部件相同的連接器10b的部件用相同的標號標示。電連接器10b包括在選擇性基礎上電連接毗連端子管腳16的層44a。具體地，層44a電連接起接地管腳作用的毗連的端子管腳，從而形成接地小島50。層44a還電連接起電源管腳作用的毗連的端子管腳，從而形成電源小島52。
應當注意儘管以上說明了本發明的數個特性和優點，以及本發明的結構和功能的細節，這種公開只是描述性的，可以在權利要求書各項廣義地說明的本發明原理整個之內，於細節上進行改變，特別是在形狀、尺寸、和部件的安排方面。
例如圖5A和圖5B繪出具有兩個接觸部分16b的端子管腳16e，和具有兩個形成在其中的凹陷40以容納兩個接觸部分16b(在此用相同的標號標示與由連接器10的部件相同的部件)的柱件22f。
圖6繪出具有形成於其中的接觸部分16b的端子管腳16f，即，接觸部分16b的中軸線實質上與接片部分16a的中軸線對齊。圖6還示出柱件22f具有位於中心的通孔54，用於容納端子管腳16f的接觸部分16b。圖7繪出端子管腳16f，和具有位於中心的通孔54a和毗連通孔54a的凹陷56的柱件22f。
圖8繪出具有位於中心的壓配合的接觸部分16h的端子管腳16g，和具有位於中心的通孔54的柱件22f。圖9繪出具有位於中心的雙壓配合的接觸部分16j的端子管腳16i和柱件22f。
圖10A和10B繪出具有通孔60和形成於其中的相鄰的槽隙62的柱件22h。圖11A和圖11B繪出具有通孔64和形成於其中的相鄰的開口段66的柱件22i。圖12A和圖12B給出具有形成於其中的通孔68的柱件22j。通孔68有實質上圓形的截面，並且用於容納具有相似形狀截面的接觸部分。
權利要求
1.一種電連接器，包含多個導電端子管腳；和電絕緣的連接器體，所述的連接器體含有第一和第二實質上平面的表面及多個從第二實質上平面的表面上突出的柱件，其中，連接器體有多個形成於其中的通孔，所述的每個通孔從第一實質上平面的表面伸向相應的柱件，並且各用於容納相應的一個端子管腳，至少每個柱件的一部分鍍有導電材料。
2.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述每個柱件有一個形成於其中的凹陷，所述的凹陷毗連一個相應的通孔，並且所述的凹陷用於至少部分地容納相應的一個端子管腳。
3.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述的導電層置於每個通孔的至少一部分中。
4.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述的連接器體用液晶聚合物製造。
5.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述端子管腳各含有一個接片部分和一個接觸部分，所述的接觸部分用於與所述的導電材料接觸。
6.如權利要求5所述的電連接器，其特徵在於，每個通孔伸過相應的一個柱件。
7.如權利要求6所述的電連接器，其特徵在於，所述端子管腳各含有一個接片部分和一個接觸部分，所述的接觸部分用於與所述的導電材料接觸，並且所述接觸部分的中線實質上對齊接片部分的中線。
8.如權利要求7所述的電連接器，其特徵在於，所述的多個柱件每個各有一個形成於其中並且與相應的一個通孔毗連的凹陷。
9.如權利要求2所述的電連接器，其特徵在於，所述端子管腳各含有一個接片部分和一個接觸部分，所述的接觸部分用於與所述的導電材料接觸，並且所述接觸部分的中線實質上偏離開接片部分的中線，並且每個所述凹陷各用於部分地容納一個相應的接觸部分。
10.如權利要求2所述的電連接器，其特徵在於，每個相應柱件的凹陷由凹陷的表面部分限定，並且所述的凹陷的表面部分至少部分地由導電層覆蓋。
11.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述柱件的外表面鍍有導電材料。
12.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述柱件的一端有實質上倒圓的邊緣。
13.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述柱件有一形成於其一端的鈕。
14.如權利要求5所述的電連接器，其特徵在於，每個所述端子管腳的接觸部分有實質上的矩形的截面。
15.如權利要求5所述的電連接器，其特徵在於，所述多個端子管腳每個各含有不超過一個的接觸部分。
16.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述導電層包含銅、鎳和錫。
17.如權利要求16所述的電連接器，其特徵在於，所述導電層包含約20至約25微米的銅層、約4至約6微米的鎳層和約4至約6微米的錫層。
18.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述連接器體包含安裝銷釘，用於牢固地接合電路基板上的通孔。
19.一種電連接器，含有導電端子管腳，所述端子管腳含有接片部分和從接片部分伸出的接觸部分；電絕緣的連接器體，含有實質上平面的主部，所述實質上平面的主部具有形成於其上的第一通孔用於至少容納接片部分；和從所述主部表面突出的並且有外表面和內表面的柱件，所述的內表面限定一個凹陷並毗連第一通孔的第二通孔，所述第二通孔用於至少部分地容納所述的接觸部分，其中外和內表面的至少一部分鍍以實質上連續的導電材料層。
20.一種電連接器，包含電絕緣連接器體，所述的電絕緣連接器體含有實質上平面的主部，和從所述主部表面突出的並且至少部分地鍍以導電材料的柱件，連接器體具有形成於其中的通道，所述的通道伸經主部和柱件；以及至少部分地置於所述通道中並且與所述導電材料接觸的導電端子管腳。
21.如權利要求20所述的電連接器，其特徵在於，所述的通道含有形成在主部中的通孔和形成在柱件中的毗連凹陷。
22.一種電連接器，包含導電端子管腳；和含有第一及第二實質上平面的表面和柱件的電絕緣連接器體，所述柱件從第二實質上平面的表面突出，並且用於安裝在電路基板上，其中所述連接器體具有形成於其上的通孔，所述通孔從第一實質上平面的表面伸向所述柱件並且用於容納端子管腳，所述柱件至少部分地鍍導電材料層用於在端子管腳和電路基板上的電連接點之間建立電接觸。
23.如權利要求22所述的電連接器，其特徵在於，所述的柱件有形成在其中的凹陷，所述的凹陷與通孔毗連，並且所述的凹陷用於至少部分地容納端子管腳。
24.一種電部件，包含電路基板，所述的電路基板具有相關的電路和電連接點；導電端子管腳；和電絕緣連接器體，所述的電連接器體含有第一及第二實質上平面的表面和柱件，所述柱件從第二實質上平面的表面突出，並且安裝在電路基板上，其中所述連接器體具有形成於其上的通孔，所述通孔從第一實質上平面的表面伸向所述柱件並且用於容納至少部分端子管腳；並且在柱件的至少部分上設置的導電材料層，用於在端子管腳和電連接點之間建立電接觸。
25.如權利要求24所述的電連接器，其特徵在於，把所述的柱件焊接到第二實質上平面的表面上。
26.如權利要求24所述的電連接器，其特徵在於，電路基板是印刷電路板。
27.如權利要求24所述的電連接器，其特徵在於，所述的柱件有形成在其中的凹陷，所述的凹陷與通孔毗連，並且所述的凹陷用於至少部分地容納端子管腳。
全文摘要
本發明優選實施例的電連接器包含導電端子管腳，和電絕緣的連接器體，所述的電絕緣連接器體含有第一和第二實質上平面的表面和柱件。所述柱件從第二實質上平面的表面突出，並且安裝在電路基板上。所述連接器體具有形成於其上的通孔。所述通孔從第一實質上平面的表面伸向所述柱件並且用於容納至少部分端子管腳。柱件的至少部分上鍍有導電材料，用於在端子管腳和電路基板上的電連接點之間建立電接觸。
文檔編號H01R4/02GK1421963SQ0215139
公開日2003年6月4日 申請日期2002年11月20日 優先權日2001年11月20日
發明者韋恩·扎利特, 亞科夫·貝洛泊爾斯基 申請人:Fci公司