专利名称：集成电路插座与电路板的组合装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集成电路插座与电路板的组合装置，特别涉及一种单一电路板可同时适用于插针式插座与焊锡球式插座两种插座之一组合的一种集成电路插座与电路板的组合装置。
请参阅
图1与图2，为目前市售的典型可插拔集成电路组件及其电连接器与电路板的组合装置10。通常，为了既可插拔并有良好电连接的目的，传统的作法是，在集成电路组件11(IC Package)上设置插针111(Pins)，并在电路板12上设置具有多个插孔131(Pin Holes)的插座13(Socket)以供插置该集成电路组件11。现有的集成电路组件11封装方式有引线架(Lead Frame)与焊锡球矩阵封装(Ball Grid Array；简称BGA)两种。近年来，为制成高效能(亦即高散热性)的多引出腿集成电路组件，通常使用倒装焊锡球矩阵式封装(Flip Chip BGA Packaging)。其基本组成组件如图1所示，通常包括一集成电路芯片112(IC Chip)倒装焊方式装置于一基板113(Substrate)的一侧表面上，基板113另一侧表面则设有很多焊锡球114(Solders)，由基板113的电路设计而电耦合于芯片112，芯片112另侧则粘贴有一散热组件115(Heat sink)。由于插针111的刚性不是极高，在插拔的过程中极易遭扭曲损坏，且亦不容易与焊锡球114稳固接合，因此，目前的技术均需要先将多个插针111模铸(Molding)固定在一中介板116(Interposer)上后，再将其焊接至焊锡球114。
至于，为了可供前述现有集成电路组件11的插针111所插置，且又必须兼顾拔取功能，目前常用的电连接件13均包括有下列构件一具有多个插孔131的插座132焊接在电路板12上、一滑动板133以可线性滑移的方式安装覆盖在插座132顶面上。以及一扳动长杆134装置在插座132侧边以供驱动该滑动板133进行微量滑移。插座132的各插孔131内均设有导电金属片137，并在插孔131底部具有焊垫135，导电金属片137下端延伸出插孔131底部，而形成插针1371以供插入电路板12的多个通孔121。于电路板12的通孔121内设有导电层122以供和插针1371作电性连接，电路板12上表面以焊锡球掩模124界定(Solder Mask Defined简称SMD)或亦可以非焊锡球屏蔽界定(NSMD)该通孔121及其上的接触垫1221的位置，并由焊料123、125将插针1371连同电连接器13一起焊死固定在电路板12上。滑动板133上对应于插孔131的位置亦设有稍大的开孔(图中未示)，将下压该扳动长杆134使其以杆轴136为轴进行旋转，直到与插座132成水平为止，可令滑动板133进行微量滑移并将集成电路组件11的插针111夹紧于插孔131中。当安拔取集成电路组件11时，则需将扳动长杆134转拉至与插座132成垂直的90度夹角，如此，插针111将被松脱，而可取出集成电路组件11。
请参阅图3为另一种现有可插拔集成电路组件及其电连接器与电路板的组合装置10a，由于该现有技术的集成电路组件11与电连接件13a的结构大部份与前述图1所述的现有技术相同，所以将不在赘述其详细组成组件与结构，且仅用虚线来表示其整体外观组成。图3所示的组合装置10a与前述实施例的最大差异在于，该电连接件13a的插座底部不是呈插针状结构而是使用很多焊锡球138，且在电路板上12a不设置通孔而改成设置焊锡球垫126，将电连接器13a的焊锡球138与电路板上12a的焊锡球垫126进行回流焊，可将焊锡球138熔融并焊死固定在焊锡球垫126上。此种现有技术的缺点在于，焊锡球138与焊锡球垫126仅为平面接触结合，不仅结合的结构强度相对较差，还可能导致产品不合格率提高甚至焊锡球138剥落，且在回流焊中有可能因为焊锡球138溢料而导致短路与电性能不稳的现象，同时，亦常造成电连接器13a与电路板上12a结合后的共平面性(Co-Planarty)不佳的状况。
又，如图1所示的插针式电连接器13与图3所示的焊锡球式电连接器13a在现有技术中均需搭配使用不同设计的对应的电路板12、12a。其主要原因是，在现今提供焊锡球式电连接器13a结合使用的电路板12a(如图3所示)上均未具有通孔，所以当然无法供插针式电连接器13所使用。而现有搭配插针式电连接器13使用的电路板12(如图1所示)则设有通孔121，倘若将此种具通孔121的电路板12直接单纯转用到与现有焊锡球式电连接器13a进行回流焊(solder reflow)时，由于现今的焊锡球138按工业标准多以锡铅比例为63/37的合金所构成，其焊锡球138的共融点约为自183℃左右起开始熔融，而回流焊(solder reflow)时的工作温度根据不同时段而有间断性变化，其最高尖峰工作温度约达220℃左右。所以，在回流焊中通常以63/37锡铅比例的焊锡球138将大部份融化成液体状并因重力而自通孔121流掉，导致无法提供稳定的电性连接与焊接结合固定的功能。因此，在长久以来，市面上可见的焊锡球式电连接器13a所结合使用的电路板12a绝对未具有通孔而，是使用焊锡球垫126，而具通孔121的电路板12仅可供插针式电连接器13使用，从未曾见过有单一电路板可同时适用焊锡球式电连接器13a与插针式电连接器13。
本实用新型的第二目的是提供一种集成电路插座与电路板的组合装置，将焊锡球式电连接器插座底面的焊锡球的锡铅比例改变，使焊锡球的熔点较通用焊锡球成分的融点提高一适当值，因此，即便是使用具有通孔的电路板与该焊锡球式电连接器进行回流焊，该焊锡球亦仅仅呈可控制的半熔融状态而不至于因重力自通孔流光，而仅有部份半熔融焊锡球会灌入通孔的一部份，而使焊锡球在回流焊后成为一蘑菇状结构，所以可提供相对较佳的组合结构强度、良好的共平面性、及高产品合格率。
图5为本实用新型的集成电路插座与电路板组合装置的第二优选实施例侧视示意图；图6为本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置的第三优选实施例侧视示意图；图7为本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置的第四优选实施例侧视示意图。
于本优选实施例中，该集成电路组件11具有多个插针111(Pins)，其结构与现有技术相同而不是本实用新型的技术特征，因此，以下将不赘述集成电路组件的详细构成，且仅以虚线概略绘制其外观轮廓于图4的示意图中。
该集成电路插座30包括有一插孔(未编号)及多个焊料球31(SolderBall)，而且为一焊锡球式插座30(电连接器)。插孔设于插座30的一顶面上，用于电连接该外界的集成电路组件11。焊料球31则设于插座30的一底面上所设置的接触垫32(Contact Pad)上并对应电性连接于该插入机构。于本实施例中，接触垫32所用构成材料最好是选自镍、金、铬、铜、铁、铝、钛、铅、锡、或其合金的一种以上材料。
插座30的该插入机构是由多个插孔33(Pin Hole)、多个导电件34、以及一滑动盖机构35(Slide Cover Mechanism)组合构成。插孔33是开放的并设于插座30的顶面，可插入外部的插针式集成电路组件11，且必要时可将集成电路组件11拔出。导电件34在对应置于插孔33内且其底部与对应的焊料球31直接电连接，且同时可与插入的集成电路组件11的插针111电连接。本实施例中，该导电件34下端具有一弹性接触垫36(SpringContact Pad)其可在焊料球31热焊至电路板40上时提供一电连接。该滑动盖机构35以可滑动的方式设置于插座30的顶面，当外界的插针式集成电路组件11插入插座30的插孔33中时，可由该滑动盖机构35进行有限度的滑动位移以将集成电路组件11夹紧定位于插座30上，由于此所述的滑动盖机构35是可选择使用类同于图1所示现有技术的滑动板与扳动长杆的结构，且不是本实用新型所要求的技术特征，故以下将不赘述滑动盖机构的详细构成。
该焊料球31由包括铅(Pb)、锡(Sn)系列的金属、或锡铜系列、或锡铜银、或钒锑、或金锡、或其它现有材料构成，并且，当焊料球31用锡铅系列材料构成时，焊料球31中锡成分所占的比例可介于60-75％、而同时铅成分所占的比例可介于25-40％为较佳，使本实用新型的焊料球31中所含的锡铅比例可为介于60/40(Sn/Pb)至75/25(Sn/Pb)为较佳。相对于传统焊料球(Solder Ball)使用63/37锡铅比例所具有的约为183℃左右的共融点温度(Eutectic Temperature)，本实用新型将焊料球31中所含的锡铅比例更改为60/40至75/25将可使其共融点温度提高至约190℃-195℃的间。当然，于本实用新型的另一优选实施例中，亦可由在该焊料球31中混入其它金属例如银(Ag)或锑(Sb)或其它金属来改变并适当提高其共融点温度。
电路板40的一个上表面固定有该插座30并与其电连接。于该电路板40更包括有多个通孔41(Plated Through Hole；PTH)，其位置对应于多个焊料球31，通孔41的顶面形成有焊锡球垫42(Solder Pad)以供与插座30的焊料球31接合。各通孔41内壁表面上设有导电层43，于电路板40的上表面上设有一非导电的屏蔽层44(其可为SMD或可为NSMD)，屏蔽层44是用于限定各通孔41的位置，使各通孔41的焊锡球垫42均未受屏蔽层44覆盖且，暴露于电路板40外，以与插座30的焊料球31结合。
当本实用新型的插座30与电路板40尚未进行回流焊之前，插座30与电路板40为分离状态，且焊料球31是约呈球体状。当进行回流焊时，由于电路板40上除该插座之外，通常上有许多其它附加的电子元件(例如电阻、电容或其它电子组件等，图中未示)一起进行该回流焊，所以，该回流焊条件包括温度等均不适于任意变更，而需遵从现有技术以最高尖峰温度约为220℃左右的工作温度进行。由于本实用新型的焊料球31的共融点温度约在190℃以上的温度，所以在传统的回流焊中将使焊料球31成为半熔融的半固态状态，且该半熔融的焊料球31的半固态软硬程度由改变焊料球31共融点温度的方式来进行控制，致使各焊料球31不会因重力而由通孔41全部流光，相对地，焊料球31仅有一部份会因重力或压力而灌伸入通孔41的上端一部份，而使焊料球31形成如图4所示的类似蘑菇状结构，且具有位于电路板的一个上表面的蘑菇伞部、以及灌伸入通孔41一部份的一蘑菇茎部(未编号)，该蘑菇茎部与通孔41内壁表面上的导电层43接触。
由本实用新型的这种插座30与电路板40的间的蘑菇状接触与结合结构，使本实用新型不仅可以使用具通孔41的电路板40结合焊锡球式电连接器插座30，而毫无焊料球31因全部融化成液体状而自通孔41流失的困扰。并且，更重要的是，由于本实用新型的焊料球31在回流焊中会形成类似蘑菇状的特殊结构，其所具有灌伸入通孔41一部份的该蘑菇茎部将可与电路板40的通孔41紧密结合，不仅加大接触结合面积，且更有“扣紧”效果，可提供较现有技术(指图3所示现有焊锡球式电连接器与无通孔的电路板的组合装置)相比，有更佳的结合结构强度，同时进一步提高了电连接的稳定性。而且，该通孔41同时具有一个排料空间，使得在回流焊中，因为焊料球31大小不均一而多余的焊料可挤入通孔41中，所以，按本实用新型技术所制造出的组合装置，其焊锡球式电连接器插座30与具有通孔41电路板40之间，与现有技术相比(指图3所示现有焊锡球式电连接器与无通孔的电路板的组合装置相比)具有更好的共平面度。无形中亦可提高按本实用新型的产品合格率。
最好在电路板40的一个下侧面上对应于各通孔的位置处还可设多个焊锡球45，各焊锡球45在回流焊后亦将均呈倒置的蘑菇状结构，且均具有位于电路板40下表面一蘑菇伞部、以及由下向上略为灌伸入通孔41下端一部份的一蘑菇茎部。于本优选实施例中，各焊锡球45的蘑菇茎部与对应的各焊料球31的蘑菇茎部两者的间并未直接接触连接。然而，在另一图中未示的实施例中，亦可选择设计(例如增加焊锡球的体积)使各焊锡球45的蘑菇茎部分别接触于各对应的焊料球31的蘑菇茎部。
以下所述的本实用新型其它优选实施例中，因大部份的组件相同或类似于前述实施例，因此相同组件将用相同的名称及编号，且对于类似组件则给予相同名称但在原编号后另增加一英文字母以资区别，且不予赘述。
请参阅图5是为本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置的第二优选实施例侧视示意图。本优选实施例与图4所示实施例寺致相同，唯一的不同点在于，图5所示的电连接器插座30a底面并未设有焊料球，而在导电件34a下端延伸出一插针部37，同时导电件34a同样具有一具缓冲功能的弹性接触部36a(Spring Contact Part)，而成为一插针式电连接器插座30a装置。电路板40上则设有传统锡铅比例为63/37(共融点183℃左右)的现有焊料46，其在回流焊后将填满电路板的通孔41。图5所示表现出本实用新型电路板40除可如图4般适用与焊锡球式电连接器插座30结合的外，也同样可适用于与插针式电连接器插座30a的结合结构。
请参阅图6为本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置的第三优选实施例。于本优选实施例中大部份组件与结构与图4的实施例相同，故不再赘述，其唯一不同点在于，图6所示插座30b底部并未设有接触垫而是形成多个弧状凹坑(未编号)以供定位各焊料球31；同时，于导电件34b的弹性接触垫(Spring Contact Pad)设有一小孔，以供焊料球31的部份焊料在热焊时灌入其中，以提高焊料球31与插座30b的间的结合强度。
请参阅图7，为按本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置的第4优选实施例。本实施例大部份类同于图5所示的实施例，故不再赘述，其唯一不同点在于，如图7所示插座30c底部并没设有接触垫而是形成多个倾斜凹坑(未编号)。
综上所述，本实用新型的集成电路插座与电路板的组合装置及插拔方法相对于现有技术至少具有下列优点(1)具通孔41的单一电路板40可同与从种不同插座30、30a、30b、及30c结合使用，不仅提高设计弹性，且降低了产品的制造成本。
(2)本实用新型的图4与图6所示的具有焊料球31的焊锡球式插座30、30b与具通孔41的电路板40的结合结构，其蘑菇状焊料球31的蘑菇茎部插入电路板40的通孔41上端一部份的结构，不仅可令整体结构强度提高。电性能更稳定、且插座30、30b与电路板40的间的共平面性亦更佳。
如上所述，只是利用优选实施例详细说明本实用新型，而不是限制本实用新型的范围。本行业技术人员应了解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还会有各种变化和改型。例如，本实用新型的电路板虽是以4层板(具有4层电路布局)进行说明，但也可以是具有单层、双层或更多层电路布局的电路板，又如，本实用新型的实施例虽是以具焊料球的焊锡球式插座与电路板的结合为例进行说明，然而其亦可能是将具焊锡球矩阵(BGA)的集成电路组件(IC)直接热焊结合在具通孔的电路板上。
权利要求1.一种集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于，它包括有一插座，该插座更包括有插入机构，设于插座的一顶面上，用于电连接一外部集成电路组件；及多个焊料球，设于插座的一底面并对应电连接于该插入机构；以及，一电路板，插座固定于电路板的一个上表面并与其电连接，该电路板还包括有多个通孔，其位置对应于该多个焊料球，并且，各焊料球有一部份灌伸入通孔的一部份中，而使焊料球形成类似蘑菇状结构，其具有位于电路板上表面上的蘑菇伞部、以及灌伸入通孔一部份中的蘑菇茎部。
2.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的插座机构还包括有多个插孔，开在插座的顶面，可供插入外部的插针式集成电路组件；多个导电件，插入对应的插孔内，可与插入的集成电路组件电连接；其中，所述多个焊料球，分别对应电连接的多个导电件。
3.如权利要求2所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的插座的插入机构还包括有一滑动盖机构，以可滑动方式设置于插座的顶面上，当外部插针式集成电路组件插入插座的插孔中时，可由该滑动盖机构进行有限度的滑动位移以将集成电路组件夹紧定位于插座上。
4.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的电路板的各通孔内壁表面上设有导电层以供与焊料球的蘑菇茎部电连接。
5.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的电路板的一个下侧面上对应于各通孔的位置处还设有多个焊锡球，各焊锡球均呈倒置的蘑菇状结构且均具有位于电路板下表面的一个蘑菇伞部、以及由下向上灌伸入通孔一部份的一个蘑菇茎部。
6.如权利要求5所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的各焊锡球与对应的各焊料球之间不直接连接。
7.如权利要求5所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的各焊锡球的蘑菇茎部分别接触各对应的焊料球的蘑菇茎部。
8.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的于电路板的上表面上设有一不导电的屏蔽层，屏蔽层用于限定各通孔的位置，使各通孔均有被屏蔽层所覆盖，且暴露于电路板外，以连接插座的焊料球。
9.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的焊料球用铅、锡合金构成，并且，焊料球锡成分所占的比例为60-75％，而铅成分所占的比例为25-40％。
10.如权利要求1所述的集成电路插座与电路板的组合装置，其特征在于所述的电路板上还装置有至少一个附加的电子组件。
专利摘要一种集成电路插座与电路板的组合装置包括有一插座及一电路板。该插座包括:设于插座顶面上的一插入机构,其用于电连接一外部集成电路组件、以及多个焊料球。焊料球设于插座底面并对应电连接于插入机构。插座固定在电路板上表面并与其电连接,于该电路板还包括多个通孔,其位置对应于多个焊料球,焊料球的共融点高于现有焊锡球材料的共融点温度。使得在进行回流焊时各焊料球可控制为半固体状态,使一部分可灌入部分通孔,而使焊料球形成类似蘑菇状结构且具有位于电路板一个表面上的蘑菇伞部、以及灌入部分通孔的蘑菇茎部。
文档编号H01R12/71GK2518245SQ02204748
公开日2002年10月23日 申请日期2002年1月23日 优先权日2002年1月23日
发明者何昆耀, 宫振越 申请人:威盛电子股份有限公司