专利名称：采用浮动的面装互连方式的针阵板的制作方法
技术领域：
本发明涉及了电连接器，尤其是涉及了高密度针栅阵(PGA)的适配器。
减小电子设备尺寸和对这种设备增添附加功能的趋势造成了线路密度的日益增加。日益增加的线路密度以及增添的功能又要求多针电连接器减小接线针之间的间距，使得数量相当高的接线配合在严格限定的区域内，这些区域要用于安放在印刷线路板和其它线路基板上的连接器。
在有些装置中，多针连接器的接线针具有尾部，尾部插入印刷线路板的通孔中并焊在电路轨条上，以便在板和连接器之间产生一个电触点。在其它的装置中，采用称为面装技术的方式把接线针直接焊在印刷线路板(PCB)上。
高密度接线针已使得接线针的焊接更加困难，尤其是在对印刷线路板作接线针的面装情形中。如果在连接器和要与连接器连接的印刷线路板之间缺乏共面性，则在接线针和PCB之间的某些焊接点是不满意的。由此，连接器对线路板连接的可靠性受到影响。
已经提出了浮动的接线针，容许针对连接器和线路板之间的任何不规则程度，如上述的共面性来调整连接器。其它的浮动接线针已采用了在连接器本体中的通孔，其直径约为接线针主体的尺寸。由于通孔同时容纳了接线针和止动区，止动区通常在装配时被推过通孔，因此这种设计通常具有很差的尺寸公差。为了把针稳定在通孔中，有些设计沿接线针长度上采用了倒刺。但是，采用倒刺具有产生碎屑的副作用，碎屑或者会污染连接器，或者需要附加的清理费用，或者两者都是。
本发明的一个目的是提供一种浮动的接线针连接器系统，它具有在制造实践范围内可接受的公差，同时提供了接线针定位的优越性它既在连接器本体之内定位，同时又相对于印刷线路板或电气部件(接线针要与它连接)的电连接垫上定位。
按照本发明的一个方面特性，连接器包括一个具有长度直径比增大的接线针的通孔，它显著改进了接线针的实际位置。
按照本发明的另一个方面特性，连接器的接线针在通孔中采取了活塞式的运动，消除了接线针相对于线路基板(接线针要与它连接)的电连接垫的不确定性。
按照本发明的又一个方面特性，由于针的插入方法和结构，可得到在制造上的优越性，它仅需要最小的力可把接线针插入通孔，而且一旦插入之后，提供了对退出针的显著阻力。
本发明提供了一种改进的电连接器，用于在两个电基板的两个接触区之间形成电连接，由此满足了上述要求。电连接器包括一个具有许多通孔的连接器本体，许多浮动地设置在连接器本体通孔内的接线针。接线针包括活塞式的头部，其直径略小于通孔的直径。
按照本发明的另一个方面特性，在通孔的顶面上形成了一个凸台，它形成了对通孔的进入开口，其直径小于通孔的直径。另外，凸台最好在连接器本体的平表面之上升高，从而可有效地延长通孔的长度。凸台具有柔性性能，从而可把接线针插入通孔，并且可把在接线针上形成的环状突起推过凸台中的开口。最好是，在凸台上形成应力释放狭缝来获得凸台的柔性。此外，可采用柔性材料，如Kapton来制造凸台。
如果结合附图来阅读，可更好地理解以上的简述和以下优选实施例的详述。为了说明本发明，在附图中表示了目前优选的实施例，但是应该明白，本发明并不限于所说明的具体方法和手段。在附图中
图1是一个连接器的顶视平面图，它代表了本发明连接器的一个实施例；图2是图1连接器的侧视图；图3A和3B是图1连接器上用3表示部分的侧向剖视图；图4是图1中用4表示部分的等角视图5是图1连接器的侧向割视图，说明了接线针与线路基板的触点；以及图6是图1连接器的等角视图，它把两个线路基板形成电连通。
按照目前优选的实施例，现参照附图来描述具有浮动电接线针的一个电连接器。对于一般熟悉该技术的人员来说可以理解到，这里参照附图所作的描述仅为了举例目的，决不会限制本发明的范围。例如，这里说明的电连接器具有特定的尺寸形状和接线针数目。但是，这里参照该连接器所述的特定实施例仅为了作举例说明，而并不受此限制。这里说明的概念具有更广阔的用途，可用于更宽的连接器几何尺寸变动范围。
现参照图1-4，它们表示了本发明电连接器10的顶视图、侧视图和等角视图。如图所示，连接器10包括了一个基本上为平面的连接器本体11，它具有许多细长的导体，即许多浮动地装在其中的接线针。连接器本体最好由适当的绝缘材料制成，并且包括许多通过连接器本体11延伸的通孔。
在图3A和3B中可看出，接线针12包括一个细长的主导体，它具有一个尾端12d和一个头部12b，尾端适于与第一电气部件或基板(在图3A和3B中未表示)作电接触，头部适于采用焊料12c和突起12a对第二电基板作面安装。为了方便接线针12的面安装，针最好包括设置在接线针头部12b上的可熔电触点材料12c。可熔材料最好包括在常规面安装温度下可回流的材料，如焊料。尤其最好是，可熔电触点包括一个焊球，例如，按照球栅阵(BGA)技术，或者例如如美国专利申请系列号08/851/165(1997年5月2日归档，名称为“具有球型触点表面的高密度连接器”，这里引入作为参考)所述，把焊球部分地回流在接线针的头部12b上。
每个接线针12依靠通孔14通过连接器本体11。通孔14的直径尺寸作成可容纳接线头部12b来使得针12沿x和y轴定位，同时还容许接线头部在通孔14内沿z轴自由运动。换句话说，接线头部12b具有比通孔14稍小的直径。这样，接线头部12b可采用活塞方式以最小阻力沿“z”向移动。同时，通孔14的壁尽量减小了接线头部12b沿x和y方向的运动。
许多供选择的针夹持结构16、16′或16″与连接器本体11的顶平面连接。针夹持结构16、16′和16″可作成一个突起形式的开口，它从连接器本体11的顶面上突出(如凸台16和16′)，或者可作成基本上与连接器本体11的顶面对齐(如缩小的直径区16″)。如图4所示，针夹持结构16、16′或16″的主要用途是形成一个缩小的开口16d(16′d、16″d)，它与通孔14的直径D2同心对准，使得针夹持结构16、16′、16″的直径D1小于通孔14的直径D2。这样，较小的直径D1容纳接线针12的主体，并起到接线针12沿z向行进的止动作用。同时，通孔的较大直径D2起到活塞式接线头部12b的导向作用。
每个凸台16、16′包括一个从本体11顶面伸出的突起，它包含一个基本上与通孔14同心对准的通孔，为接线针12提供了一条连续的通道，可同时通过通孔14和凸台16、16′。最好是，凸台16、16′的顶开口16b的直径大致与接线针12的直径相同，其尺寸使得接线针12能沿z向，但不能沿x和y向移动。
把作用在接线针12本体上的凸台16和作用在接线针12头部12b上的通孔组合在一起，起到了对接线针12提供稳定性和防止它倾斜的作用。此外，因为凸台16最好从连接器本体11的平面上伸出，它有效地加长了通孔，而不需要连接器本体11的相应厚度。因此，在相当薄的本体11中达到了更稳定的(即不会倾斜等)浮动针设计。由于在凸台16、16′中的通孔作成锥形，接线针12能够以较小的摩擦在通孔中运动。
针夹持结构16、16′、16″最好有一些弹性和可以变形。例如，如图4所示，本发明设想在针夹持结构16、16′、16″中至少作出一条狭缝16a。当在针插入期间使接线针12的突起12a通过针夹持结构16、16′、16″时，狭缝16a减少了应力并且容许针夹持结构16、16′、16″产生变形，同时也阻止它通过针夹持结构16、16′、16″退回。选择适当的弹性材料，如Kapton，也有助于针夹持结构16、16′、16″的这种变形。
最好是，凸台16基本上为截锥形；但是，也可以采用其它适合的形状，如圆柱形(如参见图4中用假想线表示的供替代的凸台16′)。另外，凸台可与主连接器本体11作成整体，或者分开制造后采用如胶接的常规方法来连接。
图3A和3B说明了在连接器本体11中针12的浮动作用。如上所述，每个针包括一个具有头部12b和环状突起12a的细长本体。图3A表示了从连接器本体11完全伸出的接线头部12b。这里，外径大于凸台顶部开口16b的环状突起防止了头部12b从通孔14进一步朝外的运动。
图3B表示了缩在通孔14中的头部12b。从离开环状突起12a的开口16b的另一侧，当头部碰到凸台16时，就停止了头部12b的缩进。因此，接线针12在通孔14中有一个为距离T的行程范围。尽管头部12b定位在通孔14中，针12保持着沿x和y轴的实际位置。值得注意的是，与常规的浮动针设计相比，设置在通孔14内的接线针头部12b结构对接线针12提供了更大的定位精度。这里，接线针头部12b比接线针12主体具有较大的直径。因此，由于采用了直径较大的接线针头部12b，与采用接线针主体提供x和y定位的系统相比，提供了优良的定位精度。
图3C表示了连接器本体11的一个供替代实施例的剖视图，其中，针夹持结构16″与连接器本体11的顶面对齐。该视图说明了如果希望得到较厚的连接器本体11，或者不希望有突起时，可以采用对齐的针夹持结构16″。它基本上是与图4中针夹持结构16″相同的实施例，但这里较厚的本体11可容纳较长的通孔14，提供了附加的稳定性来防止接线针12的倾斜。
参照图5，它表示了一个具有两个接线针12的连接器10的剖视部分。连接器10与在电基板20上的导电垫(图中未示)接触，基板20可以是一块印刷线路板、一个包括集成电路的电气部件等。这里，把电基板20表示为具有不规则表面的基板，例如可由于翘曲、弯曲等造成的不规则表面。值得注意的是，依靠头部12b在通孔14中的移动，接线针12已自动对基板20的表面不规则性作了调整。因此，两个焊料触点表面12c均与电基板20上的垫接触，形成了更可靠的电连接。
图6说明了采用电连接器10把两个电基板连接成电连通的情形。电基板20具有一个与之连接的电路，并且包括电路轨条22。在把接线针12面装到电基板20上时，针的头部12b与连接了电路轨条22(也可参见图5)的垫形成电连通。然后在接线针的头部12b端面上，如焊料球的可熔元件被回流，把连接器10固定地连接到电气部件20上。此时，电气部件20和连接器10形成一个PGA部件，现在可以把它插入常规的插座，如插座30中。插座30可以是许多PGA型插座中的任一种，如装在主板(如板32)上一个中央处理器的插座。
因此，由于把连接器10与基板20装成电连通，以及把匹配的连接器30与基板32装成电连通，可根据连接器10和30的连接器系统来实现基板20和32之间有选择的电连通。
按照本发明的一个方面特性，连接器提供了制造方面的能力。采用如FR4的适当的多层材料或者模制塑料板结构来制造连接器本体11。采用整体层压或模压，或者采用分开制造再胶接把凸台16装在通孔14附近。在连接器本体11上形成凸台16之后，沿着图3A中箭头A所指方向，通过连接器本体1的底部，插入具有环状突起12a的接线针12。接线针的尾部12d通过通孔和凸台。环状突起12a通过凸台16的开口16b。已经注意到，凸台被设计成具有适当的柔性，从而作用预定的插入力，可使环状突起通过开口16b。最好是，在针插入期间当环状突起12a通过时，狭缝16a减少了凸台16上的应力。此后，至少部分地把头部12b插入并保持在通孔14内。
通孔14的最终结构，以及插座夹持结构16、16′、16″的延长通孔提供了一个长度直径比，它在装配中对接线针提供了显著的位置稳定性。例如，把接线针12的头部12b插入通孔14内。因此，通孔具有的直径在一定程度上与接线针的直径无关。从而头部12b在通孔内起到了活塞作用，由于头部12b的直径比接线针12大，保证了对基板电接口的可靠连通，同时提供了进一步的稳定性。
尽管已结合各个附图的优选实施例描述了本发明，可以理解到，可以采用其它相似的实施例，或者对所描述的实施例作出修改和补充，来完成本发明的同样功能而不偏离本发明。因此，不应该把本发明限制在任何单个的实施例中，而应该根据所附权利要求叙述的广度和范围来作解释。
权利要求
1.一种电连接器，包括一个连接器本体，它具有一个在其上面作出的通孔；一个针夹持结构，它与上述通孔连接，针夹持结构限制了通孔的直径；以及一个接线针，它被设置在通孔内，接线针具有设置在其上面的第一和第二突起，上述第一突起被设置在上述针夹持结构的一侧，上述第二突起被设置在上述针夹持结构的另一侧。
2.权利要求1的电连接器，其中，上述针夹持结构包括一个环状突起，它环绕着上述通孔的中心线而形成，并朝着上述通孔的中心线向内突出。
3.权利要求1的电连接器，其中，上述针夹持结构从上述连接器本体的表面向外突出。
4.如权利要求3中的电连接器，其中，针夹持结构基本上为圆锥形。
5.如权利要求3中的电连接器，其中，针夹持结构基本上为圆柱形。
6.权利要求1的电连接器，其中，第一突起包括一个环状突起。
7.如权利要求1中所述的电连接器，其中，上述针夹持结构包括一条狭缝，使得在插入接线针期间，当上述第一突起通过针夹持结构时，上述针夹持结构可以变形。
8.如权利要求1中所述的电连接器，其中，第二突起包括一个被设置在靠近上述接线针一端的面装用的头部，头部的直径大致与上述通孔的直径相同。
9.如权利要求1中所述的电连接器，其中，第二突起包括一个环状突起，它的直径尺寸作成可配合在上述通孔内。
10.如权利要求1中所述的电连接器，其中，环状突起包括一个头部，它至少在上述通孔的一部分内以活塞方式作运动。
11.一种电气部件，包括一个基本上为平面的绝缘本体，它具有许多通孔；一个针夹持结构，它环绕着上述通孔被设置在上述绝缘本体上，针夹持结构在上述通孔的一端形成一个开孔，其直径小于上述通孔的直径；许多细长的导电元件，上述导电元件的每一个被设置在上述通孔内，并通过上述针夹持结构伸出；以及第一和第二突起，它们被设置在上述许多细长导电元件的每一个上，上述第一突起被设置在上述针夹持结构的一侧，上述第二导电元件被设置在上述针夹持结构的另一侧。
12.如在权利要求11中的一个电气部件，其中，每个上述针夹持结构包括一个从上述平面状绝缘本体上突出的升高表面。
13.如在权利要求12中的一个电气部件，其中，上述针夹持结构的升高表面基本上是圆锥形。
14.如在权利要求12中的一个电气部件，其中，上述针夹持结构的升高表面基本上是圆柱形。
15.把连接器的接线对准基板的一种方法，包括如下步骤a)提供一个在其上面具有通孔的连接器；b)提供一个针夹持结构，它具有一个环状开孔，其直径小于通孔的直径；以及c)在上述通孔内提供一个接线针，它具有一个突起，其尺寸使得在上述突起碰到上述针夹持结构时，上述突起就可停止上述接线针在上述通孔中的行进。
16.如权利要求15中所述的方法，其中，上述针夹持结构从上述连接器本体的表面上突出。
17.如权利要求16中所述的方法，其中，上述针夹持结构基本上为锥形。
18.如权利要求16中所述的方法还包括在上述接线针上提供一个头部的步骤，上述头部的直径略小于上述通孔直径。
19.一种电连接器，包括一个连接器本体，它具有在其上面作出的通孔；一个接线针，它具有一个在其一端上形成的活塞式头部，把接线针浮动地插入上述通孔，使得至少把上述活塞式头部的一部分插入上述通孔。
20.如权利要求19中所述的电连接器还包括一个基本上为环状的凸台，它与上述本体连接，沿轴向对准上述通孔，其中，上述接线针的一端通过上述凸台。
21.如权利要求20中所述的电连接器，其中，上述接线针还包括一个与针连接的突起，来约束上述接线针沿第一方向的轴向运动。
22.如权利要求21中所述的电连接器，其中，上述突起包括一个环状突起。
23.如权利要求20中所述的电连接器，其中，上述凸台被作成从上述连接器本体沿轴向突出。
24.如权利要求23中所述的电连接器，其中，上述凸台为圆锥形。
25.如权利要求23中所述的电连接器，其中，上述凸台为圆柱形。
26.一种针栅阵组件，包括一个电气部件，它具有许多导电垫；一个绝缘座，它具有在其上面形成的一个通孔；一个针夹持结构，它与上述通孔连接，针夹持结构约束了通孔的直径；以及一个接线针，它被设置在通孔内并与上述垫配合，接线针具有一个设置在上述针夹持结构一侧的第一突起，以及一个设置在上述针夹持结构另一侧的头部，上述头部至少部分地被设置在上述通孔内，上述头部的直径小于上述通孔的直径。
27.如权利要求26中所述的针栅阵组件，还包括一个与上述接线针配合的第二电气部件。
28.如权利要求26中所述的针栅阵组件，其中，上述电气部件包括一个集成电路。
29.如权利要求27中所述的针栅阵组件，其中，上述第二电气部件包括一个插座。
30.如权利要求26中所述的针栅阵组件，还包括一个被设置在上述接线头部一端的可熔材料。
31.如权利要求26中所述的针栅阵组件，其中，上述针夹持结构基本上与上述绝缘座的平表面对齐。
32.如权利要求26中所述的针栅阵组件，其中，上述针夹持结构从上述绝缘座的表面突出。
33.如权利要求32中所述的针栅阵组件，其中，上述针夹持结构具有圆锥和圆柱形状之一。
全文摘要
一种浮动接头连接器,用于具有多个细长导体的电路板。一个接线针夹持结构与连接器本体上的通孔对准。连接针穿过通孔和针夹持结构。接头上的环形凸台为接线针在一个方向浮动行程提供了止动件。接线针的头部在相反方向停止接线针的浮动行程。
文档编号H01R24/00GK1263367SQ0010096
公开日2000年8月16日 申请日期2000年1月12日 优先权日1999年1月12日
发明者罗伯特·W·胡雷, 拉里·G·桑德斯, 雷克斯·W·凯勒 申请人:连接器系统工艺公司