專利名稱：具有分段式外殼的電連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電氣連接器。更準確地說，本發(fā)明涉及表面安裝連接
器，例如球形柵格陣列的連接器("BGA連接器")，該連接器具有由促進 空氣循環(huán)和應(yīng)力消除的節(jié)段形成的外殼。
背景技術(shù)：
表面安裝連接器(例如，BGA連接器) 一般包括安裝在外殼中的多個導(dǎo) 電觸頭。各導(dǎo)體具有附著于其尾部上的焊球。所述焊球共同形成了球形柵 格陣列。
所述焊球被用來在連接器和基底(例如，印刷電路板(PCB))之間形 成電氣和機械連接，連接器安裝在所述基底上。通過將焊球加熱到它們的 熔點來將連接器安裝在基底上。熔化焊料隨后冷卻并重新變硬以在連接器 和基底之間形成焊料連接部。
可以通過將連接器和基底放到對流回流爐中來加熱焊球。該爐直接加 熱連接器上方的空氣。熱量通過傳導(dǎo)和對流傳熱的結(jié)合而直接和間接地傳 遞到焊球上。
向單個悍球傳遞熱的速度在所有球形柵格陣列中通常是不相同的。特
別是，加熱的空氣主要接觸連接器最外面的表面和球形柵格陣列中最外面 的焊球(即，位于最靠近球形柵格陣列的外周的焊球)。因此，最外面的焊 球傾向于接收比最里面(即，中心定位)的焊球更高量的熱能。
通過減慢連接器和基底通過回流焊爐的速度(即，增加連接器和基底 在焊爐中停留的時間)來滿足向球形柵格陣列的最里面的部分傳遞足夠的 熱能以熔化位于中心處的焊球的需要。該方法可以降低焊爐的生產(chǎn)量(即， 在焊爐中每單位時間內(nèi)可以加工的連接器和基底對的數(shù)量)。
換句話說，可以提高對流回流焊爐內(nèi)部的熱空氣的溫度。然而，該方 法可以引起連接器、基底或部件意外的損壞。此外，BGA及其他類型的連接器一般在高于周圍環(huán)境的溫度下工作。溫
度的改變可以引起連接器和其安裝基底發(fā)生撓曲(即，展開或收縮)。作為
溫度變化的函數(shù)的部件的撓曲量通?？梢杂貌考臒崤蛎浵禂?shù)(CTE)來表 示。連接器和基底響應(yīng)于給定的溫度變化而經(jīng)歷的撓曲量通常是不同的。 換句話說，連接器和基底的熱膨脹系數(shù)通常是不同的。
連接器和基底由熱所引起的撓曲量之間的差異可以在兩個部件之間的 焊料連接部處產(chǎn)生應(yīng)力。經(jīng)過多個加熱和冷卻循環(huán)(被稱為"熱循環(huán)")重 復(fù)出現(xiàn)的所述應(yīng)力可以削弱焊料連接部。焊料連接部的削弱可以影響通過 所述焊料連接部的信號傳輸?shù)耐暾?，并且在極端情況下可以引起焊料連 接部從連接器或基底上分離。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決具有可熔元件(例如，焊球)的表面安裝連接器的不均勻加 熱，本發(fā)明包括了一種具有促進空氣通過連接器來實現(xiàn)循環(huán)的空隙的電連 接器。通常，本發(fā)明的一方面是(i)在回流期間將連接器更多的中心部分 暴露于熱空氣；并且(ii)在運行中將連接器更多的中心部分暴露于周圍 的氣流來冷卻連接器。本發(fā)明的另一方面，將連接器的外殼分成離散的節(jié) 段以減小連接器和其安裝基底之間的焊料連接部處的機械應(yīng)力。
電氣連接器的優(yōu)選實施例包括多個各具有引線部分的導(dǎo)電觸頭、多個 各附著于各自一個觸頭的引線部分上的焊球和具有本體部分和多個基座的 電絕緣外殼，所述基座各從本體部分上延伸并且接收各自一個觸頭的引線 部分。
用于安裝在基底上的電連接器的優(yōu)選實施例包括多個導(dǎo)電觸頭、多個 各附著于各自一個觸頭上的可熔元件和具有多個基座的電絕緣外殼，所述 基座各接收一個相應(yīng)的導(dǎo)電觸頭，其中當連接器安裝在基底上時所述基座 形成了面對基底的空隙，并且所述空隙在第一和實質(zhì)上垂直的第二方向上 延伸并在外殼的相對側(cè)面之間形成了不被阻擋的氣流路徑，所述氣流的路 徑具有至少等于基座高度的深度。
電連接器的優(yōu)選實施例包括多個各具有引線部分的電觸頭、多個各附 著于各自一個觸頭的引線部分上的可熔元件和包括頂部和底部的電絕緣外殼，其中所述觸頭延伸過外殼，并且僅外殼的底部被分成多個基座，每個 基座與各自一個引線部分相關(guān)聯(lián)。


當結(jié)合所附示意圖來閱讀時能更好地理解上述發(fā)明內(nèi)部以及優(yōu)選實施 例的以下詳細描述。為了圖解本發(fā)明，附圖示出了提出的優(yōu)選實施例。然 而，本發(fā)明不被限制于圖中所公開的具體手段中。在圖中
圖1是電連接器的優(yōu)選實施例的底部透視圖2是圖1中所示的連接器的側(cè)視圖3是圖1和圖2所示的連接器從圖2的透視圖旋轉(zhuǎn)大約九十度后的 側(cè)視圖4是圖1中"A"所指示的區(qū)域的放大視圖5是圖1中"A"所指示的區(qū)域的放大視圖，其用于說明性的目的以 描繪了沒有焊球的連接器；
圖6是圖1中"A"所指示的區(qū)域的放大視圖，其用于說明性的目的以 描繪了沒有外殼和焊球的連接器；
圖7是通過圖4的"B-B"線的剖視圖8是圖1-7所示的安裝在印刷電路板上的連接器的側(cè)視圖； 圖9是如圖8所示地安裝的圖1-圖8所示的連接器，從圖8的透視圖 旋轉(zhuǎn)大約九十度后的側(cè)視圖10是圖1-9所示的插入成形引線框組件的透視圖；和 圖ll是圖1-IO所示的連接器的頂端透視圖。
具體實施例方式
圖1到11描繪了電連接器10的一優(yōu)選實施例。所述各圖參照此處所 描繪的公共坐標系統(tǒng)ll。連接器10是垂直的BGA端板(header)連接器。 僅為了示例性的目的，描述了該特定類型的連接器；本發(fā)明的原理可以被 用于其他種類的連接器，包括插座連接器和非BGA連接器。
連接器10包括外殼12和多個安裝在外殼12上的插入成形引線框組件 (IMLAs) 14。如圖10所示，各IMLA 14包括多個導(dǎo)電觸頭16。各IMLA 14
7還包括保持相關(guān)聯(lián)觸頭16的二次成形的框架18，以便觸頭16形成線性陣 列。外殼12和框架18由適當?shù)碾娊^緣材料(例如，塑料)形成。
所描繪的連接器10具有IMLAs 14中的十個，并且僅為了示例性的目 的，將各IMLA 14描繪為具有觸頭16中的十五個。在備選的實施例中，外 殼12可以包括多于或少于十個IMLAs 14，并且各IMLA 14可以包括多于或 少于十五個觸頭16。此外，在其他備選實施例中，可以不利用IMLAs而將 觸頭16直接安裝在外殼12上。
如圖10所示，各觸頭16包括閘刀20、鄰接閘刀20的中間部分22、 和鄰接中間部分22的引線24?？蚣?8圍繞所述中間部分22形成。在圖7 中圖示了框架18的局部剖面，以顯示此處所描繪的觸頭16的中間部分22。 當如圖1中所描述地將連接器10定向時，閘刀20從中間部分20向上延伸。 當配合連接器10和插座連接器(未顯示)時，各觸頭16的閘刀20可以與 插座連接器的互補觸頭緊密配合。觸頭16可以用作電源、信號和/或接地 觸頭。
僅為了示例性的目的，此處僅描述了觸頭16的細節(jié)；本發(fā)明的原理可 以被用于具有其他類型觸頭(例如，插座接點)的連接器。
連接器10還包括多個焊球30形式的可熔元件。焊球30各附著于相關(guān) 聯(lián)的觸頭16的引線24上，并且一起形成如圖1所示的球形柵格陣列32。 如圖8和9所示，使用所述球形柵格陣列32來將連接器10機械地和電氣 地連接到基底(例如，PCB 34)上。特別是，在回流操作期間，熔化焊球 30以在觸頭16和PCB 34上的相關(guān)聯(lián)的觸頭墊料上形成焊料連接部35。
僅為了示例性的目的，此處描述了通過利用連接器10來連接PCB 34。 連接器10還可以安裝在其他類型的基底上。
外殼12包括一本體40。本體40接收IMLAs 14的框架18。如圖11所 示，本體40形成了各接收相關(guān)聯(lián)的框架18中的一個的凹穴?？梢酝ㄟ^適 當?shù)姆椒?例如，干涉配合)將框架18保持在所述凹穴中，從而將IMLAs 14 保持在外殼12中。還可以通過外殼12和在框架18下面延伸的觸頭20的 幾部分之間的干涉配合來將IMLAs 14保持在外殼12中。在備選的實施例 中，可以使用其他的止動裝置(例如，閂鎖、鍵等)來補充或代替干涉配外殼12還包括多個接線柱或基座44。如下所述，各基座44接收相關(guān) 聯(lián)的一個觸頭16的一部分?；?4與本體40是整體形成的。例如，如圖 1、 4和7所示，基座44從本體40的底面46上伸出來。在備選實施例中， 基座44可以與本體40分別形成，并且可以通過適當?shù)姆椒?例如，粘合) 附著到本體40上。各基座44優(yōu)選具有實質(zhì)上正方形的橫截面。在備選實 施例中，基座44可以具有圓形或其他非正方形的橫截面。通常，各基座44 應(yīng)該與基座44所接收的觸頭16的一部分的高度("z"尺寸)相同。另外， 基座44優(yōu)選具有允許不過分困難或費錢地制造基座44的高度。
如圖7所示，各基座44具有形成在其中的通道47。在各圖2、 3、 8和 9中圖示了一個基座44的局部剖面以顯示相關(guān)聯(lián)的通道47。各通道47接 收中間部分22的一部分和相應(yīng)的觸頭16的引線24。各通道47的上部可以 比其下部寬，以容納各自中間部分22和引線24的不同寬度("x"尺寸)。 應(yīng)當最小化引線24和基座44的鄰近表面之間的間隙，以阻礙在回流操作 期間熔化焊料通過毛細作用的帶走(wicking)，熔化焊料形成焊料連接部 35。
例如，如圖5和7所示，各基座44優(yōu)選包括四個傾斜的表面48。所述 傾斜的表面形成了鄰接基座44的通道47的凹進部或球形凹穴49。在圖2、 3、 8和9中的基座44的局部剖視圖中，可以看到凹進部49中的一個。相 關(guān)聯(lián)的觸頭16的引線24延伸入凹進部49中。凹進部49接收相關(guān)聯(lián)的焊 球30的最上面的部分。
當焊球30回流以形成焊料連接部35時，相信傾斜表面48有助于將相 關(guān)聯(lián)的焊球30保持在關(guān)于引線24的實質(zhì)上定中心的位置上。優(yōu)選地表面 48相對于水平方向傾斜大約110度(即，相對于在"x-y"方向上延伸的平 面)；在備選實施例中，表面48可以傾斜比該數(shù)值大或者小的角度。用于 所述角度的最佳值可以隨如凹進部49的尺寸、焊球30表面的弧度和引線 24的尺寸的因素而變化。優(yōu)選大約110度的角度，其中各凹進部49的底部 為大約0. 62毫米乘大約0. 62毫米的方孔，并且焊球30的直徑大約為0. 76 英寸。
基座44被成排布置，以便配合IMLAs 14中的觸頭16的線性排列。相 鄰的基座44之間的中心距實質(zhì)上匹配相鄰觸頭16之間的中心距。各基座44從相鄰的基座44上被間隔開，以便基座44和本體40的底 面46形成通道或空隙50。如圖1所示，各空隙50優(yōu)選實質(zhì)上延伸過外殼 12和球形柵格陣列32的全部長度("x"方向)或?qū)挾?"y"方向)。相信 空隙50有助于在按以下方式形成焊料連接部35的回流操作期間促進焊球 30的實質(zhì)上均勻加熱。
在回流操作之前，連接器10被放置在PCB 34上，以便各焊球30實質(zhì) 上與PCB 34上的相應(yīng)的導(dǎo)電觸頭墊料對準。然后將連接器10和PCB 34放 入傳統(tǒng)的回流焊爐或其他類型的加熱設(shè)備(未顯示)中，并且利用如加熱 的空氣的用熱激發(fā)的媒介來加熱。
焊球30的加熱最后促使焊球30熔化。在連接器10和PCB 34到達焊 爐內(nèi)部具有較低溫度的區(qū)域中之后，允許熔化焊料冷卻。當熔化焊料冷卻 時凝固成焊料連接部35。
相信空隙50在回流操作期間提高了向焊球30的熱傳遞速度。特別是， 空隙50起用于熱空氣流過連接器10的流動路徑的作用。所述流動路徑有 助于將熱空氣引導(dǎo)到位于球形柵格陣列32中最里面(g卩，位于中心)的焊 球30上。增加達到最里面的焊球30上的氣流可以提高向所述焊球30傳遞 熱的速度。從而，空隙50可以有助于在回流操作期間最小化或降低最外面 和最里面的焊球30的溫度之間的實質(zhì)性差異。
由空隙50促進的空氣循環(huán)可以潛在地降低使連接器10和PCB 34承受 過熱的溫度或在焊料回流爐中停留相對過長的時間，以確保最里面的焊球 30的充分加熱的需要。另外，相信由空氣循環(huán)引起的焊球30的相對均勻的 加熱可以提高球形柵格陣列32各處的焊料連接部35的均勻性、完整性和 可靠性。
空隙50可以與其他技術(shù)一起使用以影響焊球30的加熱。例如，連接 器10和其備選實施例可以裝備有如2003年1月10日提交的在審查中的美 國專利申請10/340,279 (在此以引用的方式加入其全部內(nèi)容)中所公開的 蓋子的那樣的蓋子，以通過阻塞空隙50來遲緩焊球的熔化。
此外，外殼12的本體40可以裝有在其頂部和底部之間延伸的孔，以 進一步促進空氣循環(huán)通過連接器10。在上述參考文獻美國專利申請 11/284， 154中公開了該類型的孔。空隙50還可以在操作期間促進外界空氣通過連接器10的循環(huán)，從而 促進連接器10的冷卻。
此外，相信外殼12的結(jié)構(gòu)有助于減小或消除由外殼12和PCB 34的熱 膨脹之間的差異而在焊料連接部35上引起的應(yīng)力。特別是，通過利用基座 44將外殼12的底部分成可以相互獨立或半獨立地撓曲的相對小的、離散的 片段。因此，基座44在PCB 34和外殼12之間呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)外殼更小的相 對運動的阻力，所述傳統(tǒng)外殼未被分成離散的片段或跨過外殼12長度的伸 長的外殼突起。當通過焊料連接部35將外殼12和PCB 34機械地相互連接 在一起時，基座44的相對柔性可以減小當外殼12和PCB 34由于不同的加 熱速度或其他原因發(fā)生撓曲而在焊料連接部35產(chǎn)生的機械應(yīng)力。因此，外 殼12的結(jié)構(gòu)有助于保持完整性并且延長焊料連接部35的壽命。
以上描述是為了說明的目的并不看作是對本發(fā)明的限制。當已經(jīng)參照 優(yōu)選實施例或優(yōu)選方法來描述本發(fā)明時，很清楚，此處使用的詞句僅是描 述和說明性的詞句而不是限制性詞句。此外，雖然此處已經(jīng)參照特殊的結(jié) 構(gòu)、方法和實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不被限制于此處的特定公開 中，因為本發(fā)明延伸到權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)、方法和用途中。本領(lǐng) 域的技術(shù)人員利用本說明書的教導(dǎo)可以對此處所描述的本發(fā)明進行許多修 改，并且可以進行改變而不會脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限制的范圍和精神。
ii
權(quán)利要求
1. 一種電連接器，包括多個導(dǎo)電觸頭，各具有引線部分；多個焊球，各附著于各自一個該觸頭的引線部分上；和電絕緣外殼，其包括本體部分和多個基座，各基座從該本體部分延伸并且接收各自一個該觸頭的引線部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的連接器，其中相鄰的該基座形成了空隙，該空 隙分開相鄰的該基座，從而該觸頭的引線部分被該空隙機械地隔離。
3. 如權(quán)利要求1所述的連接器，其中該焊球形成球形柵格陣列，并且 該空隙延伸過該球形柵格陣列的實質(zhì)上整個長度和寬度，從而該空隙促進 空氣向位于該球形柵格陣列內(nèi)的最里面位置上的焊球循環(huán)。
4. 如權(quán)利要求1所述的連接器，其中該基座被定位于該本體部分和該 焊球之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的連接器，其中該基座被空氣相互分離并且與該 本體部分整體地形成。
6. 如權(quán)利要求1所述的連接器，其中各該基座具有實質(zhì)上正方形的橫 截面。
7. 如權(quán)利要求1所述的連接器，其中各該基座形成了接收各自一個該 焊球的一部分的凹進部。
8. 如權(quán)利要求7所述的連接器，其中該凹進部由該基座的傾斜表面形 成，并且在回流操作期間，當該焊球被熔化時，該傾斜表面將該焊球保持 在關(guān)于該相關(guān)聯(lián)的基座的實質(zhì)上中心的位置上。
9. 如權(quán)利要求l所述的連接器，其中各該基座具有形成在其中的通道， 用于接收各自 一個該觸頭的引線部分。
10. —種用于安裝在基底上的電連接器，包括 多個導(dǎo)電觸頭；多個可熔元件，各附著于各自一個該觸頭上；和電絕緣外殼，其具有多個基座，各該基座接收各自一個該導(dǎo)電觸頭， 其中當該連接器被安裝在該基底上時，該基座形成了面對該基底的空隙， 并且該空隙在第一方向和實質(zhì)上垂直的第二方向上延伸，并且在該外殼的 相對側(cè)面之間形成了氣流路徑，該氣流路徑具有至少等于該基座的高度的 深度。
11. 如權(quán)利要求10所述的連接器，其中該空隙在該外殼的橫向和縱向 方向上延伸。
12. 如權(quán)利要求10所述的連接器，其中各該觸頭包括延伸通過該外殼 的底部的引線部分，并且該空隙在相鄰該觸頭的引線部分之間延伸。
13. 如權(quán)利要求12所述的連接器，其中該氣流路徑是沒有阻礙的。
14. 如權(quán)利要求10所述的連接器，其中各該引線部分延伸通過各自一 個該基座，該基座被該空隙與相鄰的一個該基座分開，并且該引線部分和 該可熔元件被與相鄰的該引線部分和該可熔元件機械地隔離。
15. 如權(quán)利要求10所述的連接器，其中該空隙被形成在該外殼的底部 中，并且各該空隙延伸過該底部的實質(zhì)上整個長度或?qū)挾?，從而該空隙?以引導(dǎo)空氣跨過該底部。
16. 如權(quán)利要求10所述的連接器，其中各該基座形成了凹進部，該凹進部接收各自一個該可熔元件的一部分。
17. —種電連接器，包括 多個電觸點，其各具有引線部分；多個可熔元件，其各附著于各自一個該觸頭的引線部分上；和 電絕緣外殼，其包括頂部和底部，其中該觸頭延伸通過該外殼，并且 僅該外殼的底部被分成多個基座，各該基座與各自一個引線部分相關(guān)聯(lián)。
18. 如權(quán)利要求17所述的連接器，其中該基座被在該基座之間延伸的 空隙機械地隔離。
19. 如權(quán)利要求18所述的連接器，其中該可熔元件形成陣列，并且各 該空隙延伸過該陣列的實質(zhì)上整個長度或?qū)挾龋瑥亩摽障洞偈箍諝庋h(huán) 到該陣列中的最里面的一個該可熔元件。
20. 如權(quán)利要求17所述的連接器，其中該觸頭的各引線部分延伸通過 各自一個該基座。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電連接器的優(yōu)選實施例，包括多個各具有引線部分的導(dǎo)電觸頭、多個各附著于各自一個該觸頭的引線部分上的焊球和具有多個基座的外殼，所述基座各接收各自一個該觸頭的引線部分。
文檔編號H05K1/00GK101455128SQ200780019614
公開日2009年6月10日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者S·E·米尼克 申請人:Fci公司