电连接器的制作方法

专利名称：电连接器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电连接器，更具体的是，涉及一种电连接器阵列。
背景技术：
人们提供了很多不同种类的电连接器以用于各种用途中。在计算机和微电子工业中，电连接器设置成两个单独的部分，这两个部分设计成彼此匹配。在工业中存在提供更小的连接器的动机。连接器可以用来从一个电路板到另一个电路板连接导电轨迹。这种连接器可以在相对的表面上设置连接点的栅格或阵列。两部分连接器可以在相匹配的表面上电配合，并然后配合到相对安装表面上的电路板的导电轨迹上。
球栅格阵列(ball grid array)连接器一般在接触元件的端部使用公知为“焊球”的焊料部分。可以定位焊球，并然后使其回流到触头上，由此为连接器提供一条通向导电轨迹或电路板的电通道。当焊球或球的阵列相对于电路板放置时，可以加热并回流焊球，以在导电轨迹上熔化焊球，形成可靠的焊接电连接。公知有很多不同类型的球栅格阵列连接器。
很多现有技术的连接器使用由性别来特定的第一部分，该第一部分采用雄接触零分，该接触部分设计成与具有不同构型的雌接收器匹配。从而，第一“雄”部分插入到空腔或“雌”部分内，这导致可靠的电连接。
不幸的是，使用由性别来特定的连接器零件成本较高。采用这种连接器的经销商和制造商必须备有雄和雌两种零件并对二者保持库存。这不期望地增大了必须维持的库存量。此外，具有雄和雌部分有时导致在下订单时在需要何种零件方面混乱。当使用多种尺寸阵列时，这个问题尤为复杂。例如，如果在工厂中需要100、200、400和800触头的特定连接器阵列，那么制造商通常必须使装配线、图纸、工具、零件数量、包装等与必须为不同最终用户制造的各种不同尺寸的阵列一致。如果使用由性别来特定的雄和雌部件，则所需的单独零件数量以因数2增大。制造每个阵列组合所需的单独零件的较大数量是很大的局限。
关于雄/雌组合触头的另一个问题在于在很多这种装置中，只有一个性别部分经历位移。即，当进行匹配时，实际上通常仅是这种匹配对中的一个位移。为了使连接器实现更小尺寸，供触头位移使用的壳体内的距离或空间有时是一个关键因素。非常需要如下的配置，即能够使接触元件在连接器壳体内弹性匹配所需的总线性位移最小，同时仍达到满意的导电性。
一些现有技术的方法和装置在绝缘基底材料中采用刻痕或凹陷部分。在制造过程中，焊料部分放置在这种刻痕中，以用于回流到触头上。然而，在绝缘基底中使用刻痕要求绝缘基底的加工相对精密。这有时增加这种部件的成本。此外，在这种基底单元中的变动或空隙会不期望地弱化该单元。这会要求具有这种空隙的基底元件以更大厚度加工，来提供相当地强度。
期望提供一种装置和方法用来制造采用具有相对平坦表面的绝缘基底的连接器阵列。一种可以提供将焊料部分设置到在触头上熔合的平坦表面上的装置的方法或设备将是理想的。在仅使用少量材料的相对精密的几何结构中实现多个连接位置的连接器阵列也是所需要的。此外，通过避免在多零件连接器中采用雄和雌部分来避免制造和存放过多零件的连接装置或系统将是有利的。模块化的并可以变成为用于大阵列的大组或用于小阵列的小组的阵列也将是非常有利的。

发明内容
本发明提供了一种电连接器阵列，其具有第一连接单元和第二连接单元，其中各单元基本相同。该阵列可以构造成利用第一连接单元来进行匹配连接。第一连接单元包括第一绝缘基底，该第一绝缘基底具有第一侧、第二侧和多个在第一侧和第二侧之间延伸的孔。第一组细长导电触头可以定位在该孔中，所述第一组细长触头大致从绝缘基底的第一侧延伸到第二侧。此外，至少一个细长触头连接到与绝缘基底的第一侧面相邻的第一焊料部分上。焊料部分可以包括一部分焊料软膏、焊球等。
本发明提供了第二连接单元，用于与第一连接单元匹配而形成阵列。第二连接单元可以按与第一连接单元基本相同的方式构造。第二连接单元包括第二组细长触头，该触头定向成用来与第一绝缘基底的第一组细长触头匹配。第二组细长触头可以延伸成与第一连接单元的第一组细长触头弹性接触，从而形成具有很多触头的阵列。


在这个说明书中描述了包括对本领域技术人员来说为最佳形式在内的本发明的全面和能够实现的公开内容，以下附示了本发明图1是本发明的相匹配的电连接器阵列的透视图；图1A示出沿图1中的线1A-1A截取的电连接器阵列的局部剖开的侧视图；图1B示出图1的电连接器阵列的俯视图；图2示出置于两个电路板之间的安装位置的电连接器的分解视图，且所示的第一连接单元靠近图2的上部，而第二连接单元在图2的下部；图2A示出没有触头或焊料部分的第一连接单元的绝缘主体部分的俯视图；图2B示出图2A所示的绝缘主体的底视图；图2C揭示了图2A-2B的绝缘主体的侧视图；图3A示出以冲压的组提供触头的冲压载带的一部分；图3B示出准备拆开并插入到绝缘基底的过模制的(overmolded)触头组群；图3C以透视图示出已经从载带上去除的图3B的触头组群；图4A以透视图示出多个过模制的触头组群插入到第一绝缘基底中；图4B是触头插入到相应的孔中的绝缘基底的俯视图；图4C是沿图4B中所示的线4C-4C截取的插入有触头的第一绝缘基底的横截面图；图5表示图4B中结构的横截面图，该图是沿着插入有触头的绝缘基底的线5-5示出的；图6是示出以并排关系匹配的两个第一连接单元的组合模块化单元，且连接器和焊料部分在各自的绝缘基底中；图7是沿着图6的线7-7截取的横截面图，示出两个绝缘主体在它们相应的侧面互锁，形成如图6中所示和在此将描述的模块化单元；图8示出包括相匹配的九-单元阵列的本发明的再一实施例；图9示出为放置到第一绝缘基底上而准备的焊料定位装置的分解视图，用于将焊球阵列熔合在焊料定位装置的空腔之内；
图10示出图9的焊料定位装置的下侧；图11示出焊料部分插入到空腔中的焊料定位装置的特写透视图，该焊料定位装置配装在第一绝缘基底的顶部平坦表面上；图12揭示了焊料定位装置的俯视图，虚线示出了在焊料定位装置之下的绝缘基底的位置；图13A是在焊料部分相对于相应的接触元件之前的沿着图12的线13A-13A截取的图12的组件的局部横截面图，且焊料定位装置覆盖在绝缘衬底上面；图13B示出在焊料部分已经被加热而熔合到触头上之后的图12的组件沿图12所示的线13B-13B截取的局部横截面图；图14示出本发明的另一实施例，其中，采用具有多重空腔阵列的连续的焊料定位带或环；图15示出用来采用图14的焊料定位带来制造电连接器单元的自动过程；图16A示出构造本发明的连接单元的另一方法，其中，采用载体来相对于触头定位焊料，以用来加热熔合，其中焊料部分装载在载体的凹口中并施加到触头的端部上；图16B示出在焊料部分熔合到触头上之后从绝缘基底移动或去除载体；图17示出可以用来将焊料部分施加到绝缘基底上由此形成装载的凹口的连续过程；图18示出来自于朝向相匹配构型移动的第一连接单元的第一悬臂型触头对的一个示例，第二悬臂型触头保持在第二连接单元中；图19示出图18的触头，其中触头已经实现彼此电连通或结合，但是还没有完全匹配；图20示出图18-19中的相对的成对触头，其中，触头已经彼此完全匹配；图21A示出前面在图3C中示出的触头的一个构型的透视图，该触头已经修剪，但没有过模制(overmolding)；图21B示出另一触头；图21C示出又一触头；
图22A是夹持装置的俯视图，该装置可以用于将一组电触头精确放置在电路板上；图22B示出图22A所示的夹持装置的相反侧；图22C是图22A-22B的夹持装置的局部剖面和侧视图；图22D是图22B所示的夹持装置的一部分的特写图，该夹持装置特征为用于将电连接器保持在夹持装置的框架内的肋；图22E是图22B的夹持装置或框架的透视图；图23是示出配装到图22B的夹持装置中的四个电连接器的放大视图；图24示出将权利要求23的组件精确放置在电路板上的机器人臂；图25示出夹持装置的再一实施例；以及图26描绘了图25所示的夹持装置，其中若干个电连接器为了夹持而插入，而一个电连接器以放大视图示出在夹持装置之上。
具体实施例方式
现在描述本发明各实施例，下面描述实施例的一个或多个示例。每个示例仅以本发明的解释的方式给出，而不构成本发明的限制。实际上，本领域技术人员将理解到在不背离本发明的范围或精髓前提下可以在本发明中作出各种改进和变型。
转到图1，示出了连接器阵列20，该连接器阵列20包括第一绝缘基底21，其定位成与第二绝缘基底25相匹配的构型。如图1所示，第一绝缘基底21在其第一侧28上包括多个焊料部分，如焊料部分22a-b(也称为“焊球”或“焊块”)。同样，第二绝缘基底25在第二侧29上(见图1A)包含图1中未示出的多个焊料部分，它们位于第二绝缘基底25之下。此外，第一和第二绝缘基底21、25都包含多个触头，如细长触头30a(见图1A剖面图)，每个触头可以连接到相应的焊料部分22a-b上，如图1所示。
在图1A中，例如，细长触头30a、30b和41b与相应的焊料部分结合；即，焊料部分22a熔接到触头41b上；焊料部分22b熔接到触头30a上；而触头30b熔接到焊料部分22c上。在第一绝缘基底21的第一侧28上的多个焊料部分22a、22b电连接到第一绝缘基底21的第二侧29上的多个细长触头上。图1A示出了侧壁41a和35。这些侧壁41a和35在一些用途中将孔66a-j分隔开，而在其他位置处作用为隔离触头30a的匹配部分(也见图4A)。
互锁块46a-e沿着边缘38设置，它将在本发明的模块化互锁特性方面进一步得以论述。互锁块46g如图1和图1A、1B所示。操纵这些结构的方法在此将进一步论述。图1B示出在此描述的特征的俯视图。互锁块46f沿着图1B的右侧可见。
如图1A所示的触头30a包括熔接到焊料部分22b上的第一端31以及用于匹配的第二端32。触头30b在其第一端33上包括焊料部分22c，而在其第二端34与触头30a的第二端32匹配。
在图2中，示出连接器阵列20的分解视图，该连接器阵列20示为两个零件的组件，它包括第一连接单元26和第二连接单元27。第一和第二连接单元26-27相匹配，并分别定位在第一电路板23和第二电路板24之间并与它们电熔接。在相匹配并施加到电路板23、24上时，所述电路板之间的电连通由连接器阵列20实现。图2中的其他附图标记和结构已经针对图1和图1A得以描述。在图2的右下部，互锁块40a和40b从第二绝缘基底25凸出。
在本发明的实施方式中，第一绝缘基底21在图2A中以俯视图示出，该基底没有任何触头或焊接部分。多个平行的孔设置在第一绝缘基底21内，包括孔66a-j，每个孔从靠近边缘38的点延伸到第一绝缘基底21中靠近互锁块46f的相对侧。在图2A中示出总共十个孔。在本发明另一实施例中，孔可以为不同的数量和形状，如圆形、长圆形、卵形、三角形或矩形。对设置为插入到给定的孔66a中的触头的数量没有限制。本发明可以利用任何形状或几何外形的孔，且本发明不局限于在此示出和描述的那些。孔可以设计并尺寸确定为固定任何数量的触头，该触头可以单独插入或以触头组插入。
图2A中示出支柱元件44a和支柱元件44b，它们垂直延伸，并从而稳定第一绝缘基底21。配准凹口45a-j分别将用于插入到孔66a-j中的一组触头配准。凹口45a-j在本发明中并非必须的，一些孔可以包含凹口，而其他的孔可以不包含凹口，这取决于所需的触头构型。当触头组55a(见图3C和图4A)插入到孔66a中时，触头可以相对配准凹口45a靠模配合(cam fit)到配准块49中(见图3C)而对准到它们正确位置上。
互锁块46a-g在第一绝缘基底21的周边示出。互锁块46a-e在第一绝缘基底41的左侧示出，而互锁块46f在第一绝缘基底21的右侧示出。若干这种互锁块46a-g也在图2C的侧视图中示出。互锁块46a-g的功能是在模块化系统中以“榫接”形式将多于一个的绝缘基底锁止到一起，以形成较大的阵列，如下面参照图7所论述的。
图2B示出第一绝缘基底21的相对侧。在图2C中，示出了第一绝缘基底21的底视图。
图3A示出载带50，图示了在应用本发明中制造或冲压触头的一种方法和装置。例如，触头组51已经由载带50冲压成，形成多个从触头组51伸出的触头52a-h。载带可以非常长，并可以在制造操作中需要之前为了有效地存放而卷绕。
图3B示出另一种载带59，其具有一个沿载带59延伸的过模制部(overmold)54，沿着模线54形成过模制的触头组55a。从而，可以在本发明中采用各种不同类型的触头，包括过模制的那些和未过模制的那些。
过模制部通常可以包括能够提供配合到第一绝缘基底21中的耐久性和弹性的任何材料。过模制可以为过模制的触头组55a在绝缘基底单元21中提供紧密配合，增大了触头组55a在绝缘基底21内的保持力。过模制有助于使触头配准、精密并正确对齐，这是有益的。在一些用途中，过模制作用为防止不期望的在加热和焊料部分回流到触头上的过程中焊料由毛细作用吸到(流到)触头下，如在此进一步论述的。同样，过模制可以用来辅助触头彼此电隔离。
过模制材料可以由液晶聚合物(“LCP”)、热塑性塑料、热固性树脂、或其他聚合材料构成。可以采用若干产品，例如包括DuPont公司制造的Zenite和Ticona公司经销的Vectra，但不局限于这些。
可以在本发明中采用的过模制触头组55a的一个示例见图3C。聚合物模制部56延伸而如图3C所示连接多个触头48a-j。配准块49从聚合物模制部56伸出，配准块49适于将过模制的触头组55a相对精确地配准在第一绝缘基底21中，如图4A所示。触头48j的第一端57在图3C中示出，第一端57位于在制造过程中设置焊料部分的位置处，如在此进一步论述的。
图4A示出第一绝缘基底21，将过模制的触头组55a-j容纳在基底的相应的孔66a-j中。图4B示出插入有过模制的触头组55a-j的第一绝缘基底21的俯视图。此外，触头62和65分别在图4B-5中示出。如图4B所示，互锁块46a-g从第一绝缘基底21的周边突出。
在过模制或未过模制的触头组55a-j插入到第一绝缘基底21(见图4A)中时，触头被修剪。即，机械冲床或类似设备(未示出)可以剪切掉在触头组55a-j的单个触头之间保留的任何金属部分。这个修剪过程使触头彼此电隔离。在一些情况下，修剪也可以在触头插入到绝缘基底之前进行，这取决于所采用的特定制造顺序。
在图4C中，触头62的第一端63准备与焊料部分或焊球(图4B-5中未示出)相匹配。在连接器相对于相同或镜像的匹配单元匹配时，触头62的第二端64适于形成导电通道。图4C的横截面是沿着线4C-4C截取，其穿过触头组55g的中心。图5示出通过触头65截取的横截面图。此外，互锁块46h、46i和46g在第一绝缘基底21的相应侧面上示出。
图6示出200个位置的连接单元90，该连接单元由第一绝缘基底21与相镜像的或可互换的绝缘基底87结合而形成。连接单元90由互锁块88a-d形成，如图6中心附近所示的。图7示出沿着图6的线7-7截取的横截面，其中，互锁块88a和88d围拢互锁块46g以形成榫式连接92。从而，绝缘基底87在其侧面与第一绝缘基底21相连接，从而形成更大的模块化阵列。互锁可以通过沿着互锁块88a-d并在互锁块88a-d之间滑动互锁块46g以便一个角部首先形成为榫式连接92，然后互锁块46g在互锁块88a-d中间滑动从而整个侧面形成为榫式连接92而予以实现。另外，用于互锁的其他装置通过沿着绝缘基底21和87的基本整个长度相对于互锁块88a-d放置互锁块46g而设置。从而，第一绝缘基底21可以压靠在绝缘基底87，从而，互锁块46g沿着其长度被压在或“夹在”互锁块88a-d之间。这种压配合或嵌入组合在形成第一绝缘基底21、绝缘基底87、或它们二者的材料包括在力的作用下能够弯曲或变形并在力去除后还原原始形状的柔性聚合材料时对形成榫式连接92特别有效。
图8示出900个触头的阵列101，其中，九个绝缘基底单元连接到一起，并在相应的侧面互锁，并与相对的单元匹配。对在给定阵列中或在扩大的阵列中设置的触头的数量没有限制。每个连接单元各自可以按所示的10×10触头栅格102之外的触头栅格制造。例如，可以构造具有如下触头排列的栅格4×4、6×6、8×8、12×12等。同样，也可以构造矩形栅格，如4×6、6×12等，这没有限制。各种组合都可实现并可以应用。
图9-17示出可以用来构件本发明的连接器阵列20的各种制造技术。首先，在图9中，示出了焊料定位装置112(有时称为“模板”)的放大视图，然而，本发明不局限于图9-10所示的结构，而在本发明的范围和精髓内可以采用其他用来将焊料送到触头附近的装置。焊料定位装置112可以定位在第一绝缘基底21的第一侧28的顶面110上。第一绝缘基底21顶面110上的孔被示出由过模制的触头组，如55j填充。图9中示出底面111。过模制的触头组55j定位在图10中部附近。
空腔113的阵列设置在焊料定位装置112的表面上，穿过该装置延伸到下侧117。对准槽115a-b辅助焊料定位装置112相对于第一绝缘基底21配准并定位。焊料部分阵列116(以分解视图示出)沉积在焊料定位装置112的上表面108上。焊料部分阵列116包括多个焊料的部分、球、粉末、或软膏，它们配合到相应的空腔113中。
图10示出焊料定位装置112的下侧117。下侧117提供对准凸缘118a-b。对准凸缘118a-b可以为任何数量或任何布局，但是在图10所示的特定实施例中，具有两个间隔开的凸缘，它们大致彼此平行，位于空腔113的每一侧上。一个或多个对齐凸缘118a-b可以放置在距空腔113特定和预定的距离处，从而对准凸缘118a-b可以用来将空腔113精确地配准在相应的孔66a-j(图2A)之上并与之连通，而孔66a-j与第一绝缘主体21的触头连通。
图11揭示了定位在第一绝缘主体21上以形成第一连接单元26的焊料定位装置112的透视特写图。来自焊料部分阵列116的焊料部分进入空腔113，而形成装载空腔121，也参见图12。图12示出第一连接单元26的俯视图，其中焊料部分阵列116插入到空腔113中，尤其包括在图12右下侧的焊料部分123和焊料部分124。此外，在图12中可以看到焊料部分135和焊料部分136。
图13A是沿着图10的第一连接单元26的剖面线13A-13A(见图12)的侧局部剖视图，该第一连接单元26是处于焊料部分阵列116被加热并熔接之前的状态。焊料部分123-124作为示例以局部剖面图示出。在图13A中，在加热之前，触头125包括靠近焊料部分123的第一端126，以及第二端127。触头128被示出具有靠近焊料部分124的第一端129，以及第二端130。焊料定位装置112分别将焊料部分123和124保持在回流到第一端126和第一端129的位置处。如在此进一步描述的，热量施加到从大约180℃到大约260℃范围内或更高的温度，这取决于所采用的特定焊料的特性。
在图13B中，分别示出熔化的焊料部分135和熔化的焊料部分136被加热并回流到触头137和触头140上之后的第一连接单元26。触头137包括与焊料部分135熔接的第一端138。第二端139保持竖立，以用来配合。触头140包含熔接到焊料部分136上的第一端141。触头140的第二端142保持悬着(poise)而用于配合。
图14以透视图示出可以用于高速制造过程的一种设备。在这种高速或连续过程中，可以使用焊料定位带144，取代焊料定位装置112，用来相对于相应的触头固定相应的焊料部分。焊料定位带144配装有空腔阵列145、146和147。可以设置在焊料定位带144上的空腔阵列145-147的数量没有限制。在这个特定实施例中，为了说明的目的示出了三个空腔阵列145-147。设置了轮盘148a-b，用来在连续过程中转动和/或旋转焊料定位带144。作为一个示例，焊料定位带144可以如图15所示那样使用。
其他应用可以采用间歇的带、圆盘传送带、或能够固定并定位焊料部分的任何类型的“衬垫(bed)”。
在图15中，示出了自动过程159。电连接单元154a-f在图15中示出从图的左侧向右侧以连续方式行进。驱动轮盘152a-b以顺时针方式转动传送带153。这个运动使电连接单元154a-f沿着生产线移动，焊料定位在电连接单元中，并然后加热而回流到触头上。电连接单元154a被示为从焊料分配器151接收焊料部分的阵列151a。一旦装载了阵列151a，然后，电连接单元行进过加热炉150，例如，如借助电连接单元154c所示出的。在自动过程159的加热炉150内的同时，焊料阵列151a-f分别熔接到触头(图13中未示出触头)上。图中示出了完成的电连接单元154f前进到传送带153之外。焊料定位带144如图15中所示顺时针旋转，并与传送带153同步。引导新的空腔阵列(如图14中的空腔阵列145)，以便与焊料分配器151处的组装好的电连接单元(如电连接单元154a匹配)。在其他应用中，可以将焊料软膏施加或涂抹到焊料定位带144上，而不是利用如图15所示的焊料颗粒。从而，焊料软膏可以涂抹在空腔阵列145-147上，由此将相应的空腔“装载”有焊料软膏。此外，焊料阵列151a中的超过填充电连接单元154a上的给定阵列所需的焊料部分可以掉落到焊料收集器149中，以备后面再使用。
图16A示出本发明另一实施例，其中，可以采用焊料载体172来构造第一连接单元164(针对完成的第一连接单元164的图16B)。图16A-B示出利用载体172将触头与焊料相应部分连接的方法和设备的各个视图。在图16A中，以局部剖面图示出第一绝缘基底165，该绝缘基底165具有上侧166和下侧167。多个孔从上侧166延伸到下侧167(例如，图16A-B中示出孔163a-b)。侧壁198-199将触头178-179电隔离，并为第一连接单元164提供结构支承。
在第一绝缘基底165之下为焊料载体172。焊料载体172在其上表面上可以包括多个开口的凹口，例如，如包含焊料部分181的凹口173、包含焊料部分180的凹口174(当填充有焊料部分时，它们也称为“装载的凹口”)。可以在栅格中具有整个凹口173-174的阵列，如4×4、6×6、8×8、10×10、12×12、6×10、8×12等。
图16A示出加热位置177，在该位置处，例如，第一触头179和第二触头178分别与焊料部分180和焊料部分181匹配地接触。一旦施加热量且焊料熔化，载体172就可以从第一连接单元164中去除。
图16B示出去除位置。在图16B所示的阶段中，绝缘基底165已经被加热，而焊料部分180-181已经熔接到相应的触头174-173上。现在，载体172可以从第一连接单元164上去除。随着各个焊料部分180-181(及其他的)的熔接已经完成，第一绝缘基底165的下表面167远离载体172拉起。
图17示出用于制造的方法和设备的另一实施例。采取自动过程190来利用如图所示的载体模板193a-g构造电连接单元191a-g。在图17所示的连续制造过程中，焊料定位载带192可以围绕轮盘194a-b旋转(即，图17中的顺时针方向)。此外，焊料施加区域195将焊料提供到第一连接单元191上。所施加的焊料可以为球形、颗粒、团粒、或甚至是可扩展的焊料软膏的形式，该焊料随着相应的载体模板193a-g由焊料施加区域195移动而施加到载体模板193a-g的上表面上。该过程可以形成多个“装载的”凹口，这些凹口然后在加热炉197中加热。可以采用不同密度或几何形状、液态或固态的各种类型的焊料，以提供一种高效并有效的装置，用来将焊料安装到载体模板193a-g中，从而形成这种装载凹口。当然，可以利用图17所示之外的装置或设备进行连续过程，而这种过程也在本发明的范围和精髓之内。
图18示出本发明的一个实施例，其中，图1A的触头30a和30b与连接器阵列20分隔开，以显示出它们的构型。触头30a-b在配合时移动到一起而成为偏压对，从而形成导电结合体。
触头30a提供了一个第一悬臂延伸部251，它与触头30b的第二悬臂延伸部252相对。第一焊料部分22b连接到第一悬臂延伸部251的第一端31上。同样，第二焊料部分22c连接到第二悬臂延伸部252的第一端33上。也可以采用可选的过模制部255和过模制部256。本发明可以在无过模制的前提下实施，因为这仅仅是可选特征。第一悬臂延伸部251包含第一弯曲部257、和大致位于第一弯曲部257和第二弯曲部265之间的第一曲线部分263。超出第二弯曲部265的是匹配部分267。匹配部分267延伸到第一悬臂延伸部251的第二端32。同样，第二悬臂延伸部252包括第一弯曲部258，超过第一弯曲部258的是一个第二悬臂延伸部252。第二曲线部分264位于第一弯曲部258和第二弯曲部256之间。超过第二弯曲部256定位一匹配部分268。示出了第二悬臂延伸部252的第二端34。相应的匹配部分117和118可以大致为直的，如图18-20所示，和在其他用途中可以为弯曲的，这取决于所需的强制偏转以及特定连接系统的触头构型。
图19示出触头30a-b，其中随着第一绝缘基底21和第二绝缘基底25(见图1A)结合成匹配构型以形成连接器阵列20，第一悬臂延伸部251和第二悬臂延伸部252已经移动到一起，并且彼此弹性接触。图19示出匹配部分267和结合到一起的相应的匹配部分267、268，导致第一悬臂延伸部251和第二悬臂延伸部252偏转。如图19所示，第一悬臂延伸部251向如图19所示的左侧偏转。第二悬臂延伸部252如图19所示向右偏转。虚线示出未偏转的位置。
在图20中，触头30a-b以连续的视图示出，其中，第一悬臂延伸部251和第二悬臂延伸部252已经结合成完全匹配构型，且重叠部270在触头30a和触头20b之间提供导电。在一些情况下，优选地是使第一触头30a全长的至少大约20％重叠，但是也可以采用或多或少的重叠量，这取决于特定用途。
图21A是触头48a的一种构型的透视图，该触头48a先前在图3C中示作过模制触头组55a的一部分。孔306保持触头48a的过模制部(过模制部未示出)。在图21A中，显示出没有可选的过模制的触头48a，揭示了金属部分的几何形状，其包括孔301、第一端302和第二端303。也示出了第一弯曲部304和第二弯曲部305。
图21B示出触头48b(没有过模制)，该触头48b为先前在图3C中示出的触头组55a的一部分。第一端307和第二端308形成触头48b的末端部分，并示出第一弯曲部309和第二弯曲部310。在本发明其他用途中，可以采用每个触点多于或少于两个弯曲部，这取决于位移需求以及保持弹性和满意结合所需的力。
图21C示出触头48j(先前在图3C中示出)。第一端57适于与焊球或焊料部分(未示出)熔接。孔315出现在刚好超过第一端57处。也可以看到第二端317。也示出了第一弯曲部316和第二弯曲部318。
为了清晰起见，图21A-21C不包括触头上的过模制。触头的过模制是可选特征，并非总是随本发明的触头一同采用。
由于制造更小的电子器件变得更重要，触头在电子器件内的偏转容限相应地为重要因素。即，制造公差有时要求触头的偏转在约0.020英寸和0.030英寸之间，公差为±0.002英寸。这可以为从完全偏转到不偏转仅为大约10％的位移行程的器件设置。由于工程上需要更小的器件，触头的移动或偏转距离大约为0.002英寸，这比0.020英寸的偏转小十倍。此外，如果±0.002英寸的冲压公差代表可允许的触头移动总量，那么使用本发明会是特别有利的。与其他设备相比，这个优点的一个原因在于通过采用具有相对匹配触头的本发明，其中两个相对匹配的触头都可以偏转，这可以减小壳体为偏转所需的总宽度。这为制造更小的连接器阵列20提供了可能性。
对设置在给定阵列或在扩大的模块化阵列中的触头数量没有限制。每个触头单元可以制造成所示的10×10隔栅之外的隔栅。例如，作为示例可以构造以下的隔栅4×4、6×6、8×8、12×12等。同样，也可以构造矩形的隔栅，如4×6、6×12等，这没有限制。各种组合都是可行的并都可以被采用。
优选地是，连接器阵列20应基本是共面的。对共面存在相对严格的公差。影响衬底安装表面的共面性的一个因素是焊料部分(或焊球)尺寸的均匀性以及焊料相对于电路板安装表面的位置。
在制造过程中，熔化的焊料沿着触头长度“通过毛细作用带走”或流动会带来不期望的后果，部分是由于这会减少用来粘结到电路板上的焊球可熔化体的量，因此会不期望地影响阵列的共面性。焊球质量不期望的且不可预计的减少会导致共面性问题。
在一些用途中，回流的焊料由毛细作用带走可以通过采用在触头上过模制来予以最小化。在触头组55a-j上的过模制部分设计成紧密配合到第一绝缘基底21内，这可以减小焊料在其回流和熔化时沿着触头长度向下流动的趋势。在一些用途中，希望将用于插入到第一绝缘基底内的触头以成组的冲压单元形式提供，它们未过模制，但是它们通过现有技术中公知的固定装置保持到位。
在本发明的实施方式中，可以使用具有各种不同几何形状的各种焊料部分。然而，被证实有效的一个实施例使用球形焊球，如美国Indium公司(1676 Lincoln Avenue，Utica，New York 13502)制造和经销的那些。例如，球形焊球可以由各种合金获得，包括例如Indium公司的零件号42141那种，它是包括大约63％Sn(锡)和大约37％铅(Pb)的合金。
在其他用途中，在焊料中的Sn量可以高达大约90％或更高。在一些合金中，合金的剩余物可能为铅。在本发明其他用途中，可以采用全部由Sn构成的无铅焊料。此外，本发明实践中可以采用其他类型的焊料。通常，焊料需要具有足够低的回流温度，以实现很好的焊接，但又要足够高，以避免不利地影响聚合的绝缘体材料。本发明中采用的焊料合金在大约80％Pb和20％Sn到大约10％或更少的Pb和90％Sn的比例范围内。一种有益的合金组分为大约63％Pb和大约37％Sn，且熔点大约为183℃。可以发现硬的焊球有时会稍微变形，这是由于它在表面安装技术(SMT)条件下会变软。通常，软的低熔点焊球可以用于将连接器附着到印刷电路板上，并通常在SMT条件下本身回流和重新整形。
可以在本发明实践中采用的其他焊料类型包括电子上可接受的锡-锑、锡-银、铅-银合金和铟，但不局限于此。在一些情况下，焊料软膏或油膏可以在本发明中结合使用或适用于本发明中。在一些用途中，焊料合金可以以悬浮在适当的助熔剂材料中的精细粉末形式使用。
加热优选地在如图15和17所示的焊料回流链条式平炉(conveyor oven)或类似装置中进行。典型地是，焊料部分被加热到大约181℃到大约200℃的温度，但这取决于壳体中所采用的材料的特性，可以使用比在此特定的熔融温度更低或更高的焊料。一些焊料合金加热到230℃和260℃之间，这取决于所用的特定合金。一些焊料需要超过260℃的温度。
在自动过程中，链条式平炉可以操作成合金在平炉中的总的经过时间在大约5到10分钟之间，尽管有些用途将为回流使用更少或更多的时间。有时，在插入到链条式平炉内之前，触头和焊料元件在升高的温度下预热，以准备然后熔化。
在此公开了多种方法和装置，用于将触头保持到位，以便焊接到电路板或类似电子结构上。在图22A中，夹持装置400以平面图示出。夹持装置400包括框架401，该框架有利于将电触头放置在电路板上，如下面进一步描述的。框架401包括第一内壁402、第二内壁403、第三内壁404和第四内壁405。相应的内壁402-405以如图22A所示的垂直方式放置。第一内壁402和第三内壁404以虚线示为它们在图22A中心示出的吸取垫406之下。吸取垫406的目的和功能将在此进一步论述。
第一外壁407、第二外壁408、第三外壁409和第四外壁410一同形成四边结构，该结构限定相应的内壁402-405，形成框架401。相应的外壁407-410形成框架401外侧的外周，同时内壁402-405与它们相应的外壁407-410一起形成四个窗口417a、417b、417c和417d。每个相应的窗口417a-d由框架401的内周限定。中心点418形成内壁402-405之间的交会点。
图22B示出先前在图22A中示出的夹持装置400的相反一侧。在图22B中，可以看到吸取垫406的相反侧，在该图中，它连接到图22B中心附近的中心点418上。
图22C示出图22B所示的装置的局部剖面侧视图。在图22C中，第四内壁405在图的顶部以剖面图示出，而在图22C的下部，示出窗口417a。
图22D是图22B中圆圈所示的部分的放大图。图22D示出沿着框架401的内周所包含的多个肋420a中的一个的特写。为了清晰起见，肋在图22A-C中没有标示，而在图22E中详细示出，并在下面描述。
图22E示出图22B的框架401的透视图。翼片421在中心点418之下延伸。翼片421可以作用为夹持机构，以帮助将电连接器保持在框架401中，如在此进一步描述的。与示为翼片421类似的翼片也可以设置在其他窗口417b、417c和417a内。翼片421作用为将电连接器保持在窗口417d内，如图22E所示。然而，应指出的是翼片421是框架401的夹持机构的可选特征，且它可以与各种用来将电连接器保持就位的其他类型的装置和方法一同起作用，该装置包括但不局限于使用肋，如下面进一步描述的。
多个肋420a-m沿着框架401的窗口417a-d的内周设置。肋420a-m设置用于在电连接器插入到框架401的窗口417a-d中时弹性接合在这种电连接器的绝缘部或侧部上。肋420a-m作用为将电连接器保持到位，从而如果框架401颠倒而用来安装到电路板上时，(如下面参照图24所描述的)，电连接器将牢固地保持在框架401之内的适当位置处，以便被加热并焊接到电路板上，如下面进一步描述的。也就是说，肋420a-m可以稍微变形，以利于这种夹持作用。
在图22E所示的特定用途中，设置了凸缘422a-d，以便在电连接器放置在窗口417a-d中时进一步将电连接器方方正正地稳定在这种窗口417a-d中。电连接器的绝缘基底可以牢固地压在凸缘422a-d的表面上，以便凸缘422a-d与翼片(如翼片421)和肋420a-m相协作而一同起作用，形成能够将电连接器在电连接器已经牢固焊接到电路板或其他电器组件这个时刻之前牢固夹持框架401内的电连接器的夹持机构。此外，凸缘422a-d也作用为将电连接器保持到位，以便施加给电路板组件的焊球阵列是平面的，由此为焊接施加平整和一致的焊球。
图23示出包括第一电连接器426在内的放大视图，该电连接器426可以放置在窗口417a中。第二电连接器427构造成插入到窗口417b中。第三电连接器428同样构造成插入到窗口417d中，而第四电连接器429构造成插入到框架401的窗口417c中。
每个相应的窗口417a-d包括至少一个沿着互连的壁的内周凸出的肋。在图23中可以看到的肋420a-m适于弹性接合到相应的电连接器426-429上。
图23所示的框架401适于夹持四个电连接器426-429。然而，对可以容纳在框架401中的电连接器的数量没有限制，而在本发明精髓和范围内的其他实施例可以包括在单个框架401内夹持两个、三个、五个、六个或更多个电连接器的框架401。
在图23中，其中示出的实施例沿着相应窗口417a-d的内周提供了多个肋。例如，窗口417d在内壁(即，第一内壁402和第二内壁403)上包括两个肋。然而，图23的实施例中所示的外壁407-410分别只包括一个肋420。然而，其他结构可以在外壁上提供多个肋或在内壁上提供更少的肋，但是图23所示的结构已经证实是满意的。翼片421一般取向为垂直于内壁402、403，并定位成利于电连接器428在壁402、403、408和407的周边之内固定。可以看出每个外壁407-410为两个窗口提供边界，如图23所示。例如，第一外壁407为窗口417c和窗口417d形成边界。
图24示出采用夹持装置400的一种装置，以便将电连接器精确地移动、放置到电路板434上，并然后利于电连接器附着到电路板434上。在图24中，夹持装置400已经颠倒，而机器人臂435借助于吸取尖端437拾取夹持装置400，该吸取尖端437利用真空力以可逆方式附着到位于夹持装置400中心附近的吸取垫406上。电连接器426、427、428和429保持在颠倒位置下的夹持装置400中，由此使得焊球可与电路板434接触。一旦带有电连接器426-428的夹持装置400放置到电路板434上，组件被加热以利于焊球熔接到电路板434上的轨迹上，由此形成电连接器426-429与电路板434的结合，完成了电路。一旦进行冷却，就可以简单地去除或摘掉(crop off)夹持装置400，保留电连接器426-429牢固地固定到电路板434上。
在其他用途中可以手动将夹持装置400放置到位，或者利用图24所示之外的其他一些将夹持装置400放置到电路板434上的机械装置。此外，如图24所示带有吸取尖端437的机器人臂435也可以用来放置如图25-26所示的夹持装置。
再参考图25，作为本发明的另一实施例，示出了夹持装置500，该夹持装置具有平坦底部501，该底部具有第一侧507(顶侧)和第二侧502(相对侧或底例)。平坦底部501包括第一端511和第二端512。在第一端511处，第一壁503垂直于平坦底部501。第二壁504也垂直于平坦底部501。图25所示的实施例仅包含两个壁和一个平坦底部501，但在本发明的实践中，同样有可能在平坦底部501上设置一个壁、三个壁、四个壁或更多个壁(在多侧面结构中)。图25中示出包括弹性元件505a-h的夹持机构。一个或多个弹性元件505a-h可以包括细长主体，同时该细长主体具有第一端和第二端，第一端固定到平坦底部501上，而第二端具有钩部。钩部可以取向为抵靠电连接器并相对平坦底部501约束电连接器，如相对于图26在此进一步描述的。
平坦底部501的第二侧502(即，图25中所见的底侧)可以接收吸力，该吸力有助于夹持装置500的移动和放置，与图24所示的类似。夹持装置500可以沿着其中心包括一条中线506，且相对的弹性元件505a-h处于成对构型。例如，弹性元件505e与弹性元件505g相对并成对，以从两侧固定电连接器510d，如图26中进一步示出的。类似的弹性元件505a-h的对包括以下各对(1)505a/505f、(2)505b/505c、(3)505d/505h。在本发明其他应用中，可以用更多或更少的弹性元件505a-h来夹持每个相应的电连接器510a-d。然而，图25所示的特定实施例为每个电连接器510a-d采用两对弹性元件。
在图26中，根据图25所示的本发明实施例的实践，电连接器510a-d被示出处于它们相对于平坦底部501被夹持或固定的位置处。此外，在本发明的实践中，可以通过夹持装置500来夹持仅一个、两个、三个、五个、六个或更多个电连接器510a-d。此外，也可以采用弹性元件505a-h的其他布置来执行与图26所示相同或类似的夹持功能。通常，弹性元件505a-h可以形成相对的元件对，其中，它们一同作用而将夹持力施加到电连接器510a-d上。相对的弹性元件505a-h可以包括位于平坦底部501第一端511附近的第一元件、和位于平坦底部501第二端512附近的第二元件。此外，第三元件可以沿着中线506定位，其中，夹持装置500构造成夹持一个或多个电连接器510a-d。
本领域技术人员可以理解到本论述仅为示例性实施例的描述，而不用来限制本发明的更广泛的方面，该广泛的方面在示例性构造中体现。
权利要求
1.一种电连接器阵列，包括(a)第一连接单元，所述第一连接单元包括第一绝缘基底，该第一绝缘基底具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间延伸的多个第一孔；(b)在所述多个第一孔内的第一组细长触头，所述第一组细长触头大致从所述第一绝缘基底的所述第一侧延伸到所述第二侧；(c)靠近所述第一绝缘基底的所述第一侧连接到所述第一组细长触头上的第一焊料部分；(d)第二连接单元，所述第二连接单元包括第二绝缘基底，该第二绝缘基底具有第一侧和第二侧，以及在所述第一侧和所述第二侧之间延伸的多个孔；(e)在多个第二孔之内的第二组细长触头，所述第二组细长触头大致从所述第二绝缘基底的所述第一侧延伸到所述第二侧；以及(f)靠近所述第二绝缘基底的所述第一侧连接到所述第二组细长触头上的第二焊料部分。
2.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一连接单元是所述第二连接单元的镜像。
3.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一连接单元与所述第二连接单元可互换。
4.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述焊料部分包括焊球。
5.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头和所述第二组细长触头各自包括多个单股接触元件，以便在相匹配的构型中，所述第一组细长触头的触头与所述第二组细长触头的相应触头弹性接合。
6.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头设置成触头组，所述触头组适于作为组插入到所述第一绝缘基底的所述多个孔中。
7.如权利要求6所述的电连接器阵列，其中，至少一个所述触头组设置有过模制部。
8.如权利要求7所述的电连接器阵列，其中，所述过模制部由聚合材料构成。
9.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一绝缘基底另外还包括至少一个边缘，该边缘具有突出的互锁块，以利于所述第一绝缘基底连接到第三绝缘基底上。
10.如权利要求9所述的电连接器阵列，其中，所述第一绝缘基底的所述第一侧在其第一表面上基本是平的，其中所述焊料部分突出到所述第一表面之上。
11.如权利要求1所述的电连接器阵列，其中，所述第一焊料部分熔接到所述第一组细长触头上，而所述第二焊料部分熔接到所述第二组细长触头上。
12.如权利要求9所述的电连接器阵列，其中，所述边缘的所述互锁块为以并排关系可逆地连接各连接单元从而形成模块化阵列而设置。
13.如权利要求12所述的电连接器阵列，其中，至少两个连接单元设置在所述模块化阵列中。
14.如权利要求12所述的电连接器阵列，其中，至少四个连接单元设置在所述模块化阵列中。
15.一种电连接器阵列，包括(a)第一连接单元，所述第一连接单元包括第一绝缘基底，该第一绝缘基底具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间延伸的多个孔；(b)在所述多个第一孔中的第一组细长触头，所述第一组细长触头大致从所述第一绝缘基底的所述第一侧延伸到所述第二侧；(c)第二连接单元，所述第二连接单元包括第二绝缘基底，该第二绝缘基底具有第一侧和第二侧以及在所述第一侧和所述第二侧之间延伸的多个孔；(d)在所述第二绝缘基底的孔之内的第二组细长触头，所述第二组细长触头大致从所述第二绝缘基底的所述第一侧延伸到所述第二侧；以及(e)其中，所述第二连接单元是所述第一连接单元的镜像并可以与之互换。
16.如权利要求15所述的电连接器阵列，其中，焊料部分在所述第一绝缘基底的所述第一侧附近熔接到所述第一组细长触头上。
17.如权利要求16所述的电连接器阵列，其中，焊料部分在所述第二绝缘基底的所述第一侧附近熔接到所述第二组细长触头上。
18.如权利要求16所述的电连接器，其中，所述第一组细长触头各自具有第一端和第二端，所述第一组细长触头的第一端熔接到焊料部分上，而所述第一组细长触头的所述第二端构造成与所述第二连接单元的所述第二组细长触头的相应触头匹配接触。
19.如权利要求18所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头的所述第二端是倾斜的。
20.如权利要求18所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头的触头大致平行地对齐。
21.如权利要求18所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头的各触头和所述第二组细长触头的各触头包括从所述相应触头的第一端延伸到第二端的总接触长度，并且，当所述第一组和第二组细长触头取向成弹性匹配构型时，所述第一组细长触头和所述第二组细长触头在匹配构型中沿着总接触长度的至少约20％重叠。
22.如权利要求16所述的电连接器阵列，其中，所述焊料部分通过在升高的温度下所述焊料部分回流而连接到所述第一组细长触头上。
23.如权利要求22所述的电连接器阵列，其中，所述焊料部分包括焊球，所述焊球包括至少约50％锡。
24.如权利要求15所述的电连接器阵列，其中，至少一个触头是过模制的。
25.如权利要求15所述的电连接器阵列，其中，所述第一组细长触头构造成应用到成组单元的所述第一绝缘基底上。
26.如权利要求15所述的电连接器阵列，其中，所述第一绝缘基底包括具有互锁块的边缘，所述电连接器阵列还包括(f)第三绝缘基底，所述第三绝缘基底具有包括突出的互锁块的边缘，其中所述第一绝缘基底的所述互锁块构造成与所述第三绝缘基底的互锁块结合，而形成模块化阵列。
27.如权利要求26所述的电连接器阵列，其中，所述第一和第三绝缘基底的互锁块的结合包括榫式连接。
全文摘要
本发明公开了一种电连接器。该电连接器是相反性质的或不是由性别特定的，其具有至少两个部分，它们压或匹配到一起而形成连接器。第一连接单元和基本上相同的第二连接单元连接。为了连接，提供了细长悬臂型导电触头，其与相应绝缘壳体的孔或槽内的相匹配的第二组细长悬臂型导电触头连接。为了细长触头与外部电路板轨迹等互连而提供了焊料部分或焊球。焊球还可以作用为将悬臂触头的第一端保持在相对的适于彼此匹配的绝缘基底中的适当位置处。连接器可以设置成两部分共面阵列。相对的触头彼此抵靠，以在绝缘壳体内所需的位移总量最小的方式形成弹性电连通。
文档编号H01R13/405GK1482707SQ0313315
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年7月30日
发明者约翰·J·阿什曼, 门罗·韦莫, 珍妮弗·哈蒙德, 哈蒙德, 约翰 J 阿什曼, 韦莫 申请人:阿维科斯公司