专利名称：表面安装连接器及基板单元的制作方法
技术领域：
本发明所讨论的实施方式涉及一种表面安装连接器以及一种基板单元。
背景技术：
近年来已经使用连接端子的表面安装连接器。
图I是插头式连接器(pin connector) 101的立体图,插头式连接器101是一种相关技术中的表面安装连接器。插头式连接器101包括由树脂例如聚酰胺树脂制成的外壳1001。外壳1001具有顶部敞开的中空部1001a。多个向上突出的导电插头式端子1002在中空部IOOla内设置成两排。插头式端子(pin terminal) 1002由金属例如镍基合金或者黄铜制成。插座式连接
器(receptacle connector)-其未被示出并用于装配到插头式连接器101内-从敞开
顶部插入，因此插头式连接器101的插头式端子装配入插座式连接器的多个端子内。插头式连接器101也包括穿过外壳1001的底部并且接着向侧面弯曲的下端子1002a。如图2所示，多个插头式端子1002的每一个与L形下端子1002a的相应一个一体成形。特别地，每个插头式端子1002按照从顶部到底部的顺序包括朝向顶部变细的尖端部1002b ;第一圆柱部1002c ;第二圆柱部1002d ;以及由相对第二圆柱部1002d具有更小直径的L形圆柱形成的下端子1002a。如图3所示，外壳1001的底板IOOlb具有多个通孔1001c，多个通孔IOOlc允许插头式端子1002插入穿过多个通孔IOOlc并且固定于多个通孔IOOlc上。通孔IOOlc相应于插头式端子1002的布置而进行布置。每个通孔IOOlc包括向底板IOOlb的上侧敞开的第一圆柱孔IOOlcl以及向底板IOOlb的下侧敞开并且直径大于第一圆柱孔IOOlcl的第二圆柱孔1001c2。第一圆柱孔IOOlcl与第二圆柱孔1001c2彼此相连接。如图4所示，每个第一圆柱孔IOOlcl的内径与每个插头式端子1002的第一圆柱部1002c的直径彼此相同，即，都是Dl，均为O. 3mm。每个第二圆柱孔1001c2具有O. 4mm的内径D2。每个插头式端子1002的第二圆柱部1002d的直径等于内径D2或比内径D2大约O. 01mm。每个第二圆柱孔1001c2的高度与每个第二圆柱部1002d的高度彼此相等，也就是都为Hl。如图5所不，在插头式连接器101中，多个插头式端子1002从外壳1001的底板IOOlb的下侧插入通孔1001c。图6是按照图5所示方式装配好的插头式连接器101的一部分沿VI-VI线的剖视放大图(见图I)。如图6所示，插头式端子1002从第二圆柱孔1001c2敞开的一侧插入，直到第二圆柱部1002d容纳在第二圆柱孔1001c2内。如上所述，每个插头式端子1002的第二圆柱部1002d的直径与每个第二圆柱孔1001c2的内径D2相等或比每个第二圆柱孔1001c2的内径D2大约O. 01mm。尽管如此，因为外壳1001由树脂制成因而是弹性的,所以如图6所示，每个插头式端子1002的第二圆柱部1002d仍然能够插入并容纳在相应的第二圆柱孔1001c2内。因此，通孔1002c的内壁与插头式端子1002的第二圆柱部1002d紧密接触，并且插头式端子1002固定在外壳1001内的预定位置。接下来，描述如何将插头式连接器101安装到基板上。如图7所示，为了将表面安装插头式连接器101安装到基板102上，将相应于插头式连接器101的下端子1002a的导电图案(electrically conductive pattern) 1021预先形成在基板102的表面上。为便于图 示，图7仅示出了导电图案1021，但是包括连接到导电图案1021的接线的其它导电图案事实上也形成在基板102上。如图8所示，下端子1002a放置到已经施用有焊剂部1022的导电图案1021上，然后焊剂部1022由于受到加热而熔化。因此，导电图案1021与下端子1002a相互接合到一起。然而，基板102并不完全是平的，并且稍微弯曲。当表面安装插头式连接器101放置到如上所述弯曲的基板102上时，如图9所示，一些下端子1002a可能无法与基板102上相应的导电图案1021直接接触。通常地，被称作阻焊层的热固化环氧树脂涂层施用在基板102上除了待焊接的区域(也可以称作“待焊接区域”)以外的表面。因为阻焊层排斥熔化的焊剂，熔化后的焊剂部1022被基板102的除了相应于导电图案1021的区域以外的区域所排斥。因此，熔化的焊剂部1022在导电图案1021的顶部形成球状物。由此，如图10中由C所指出的区域所示，即使当基板102的弯曲导致下端子1002a与导电图案1021相互分开一定距离时，下端子1002a与导电图案1021仍然能够彼此接合。大多数多层基板迄今仍在使用以达到一定程度的平整度，原因在于多层基板的每一层均具有包含型芯材料例如玻璃环氧固化树脂的底板，多个层形成在底板上以便保持平整度。因此，基板102没有很大的弯曲，并且球形的熔化的焊剂部1022允许下端子1002a与导电图案1021接合。然而，所谓的“无芯基板”响应于薄片基板为减少内置部件的重量与成本的需求，尽管尺寸大，仍在使用。与包含有型芯材料的基板由于型芯材料的强度而可以获得预定程度或更高程度的表面平整度不同，不包含型芯材料的无芯基板具有低强度因而容易弯曲。如图11所示，弯曲可能在下端子1002a与对应的导电图案1021之间产生比较大的间隙，以至于球形的熔化的焊剂部1022也无法进行补偿。对于这个问题一个行之有效的方法是增加待施用的焊剂部1022的材料的量，因而使得从熔化的焊剂部1022中得到更大的球状物。然而，尽管阻焊层已施用于基板102的表面上，但增加待熔化的焊剂部的材料的量仍可能导致相邻的导电图案相连接(短路)。因此，待施用的焊剂部的材料的量的增加也受到一定的限制。如图12所示的插头式连接器已解决了上述问题。插头式连接器包括螺旋弹簧1002f和用于限制插头式端子1002向下运动的保持板1003，螺旋弹簧1002f替换插头式端子1002的第二圆柱部1002d。如图13所示，在布置于连接器基板102上的锁紧机构103向下压按在连接器101两侧形成的凸起(未示出)的情况下，连接器101在被推向连接器基板102的同时得到紧固。当通过这种方式紧固连接器101时，如图14所示，每个螺旋弹簧1002f均随着基板102的弯曲进行伸长或压缩，并且由此所有的下端子1002a与基板102上的导电图案1021接合。因此，即使当基板102具有一定程度或更大程度的弯曲，下端子1002a与导电图案1021仍然能够接触并且彼此紧固连接。日本专利公报特开2006-294308描述了相关技术的一个实例。
发明内容
相应地，本实施方式的一方面的目的是提供一种表面安装连接器，其对布线的限制更少并且能够解决基板的弯曲问题。根据本发明的一个方面，表面安装连接器包括外壳 ；以及安装于所述外壳内的多个端子，每个端子的一端接合到基板的表面，每个端子的另一端装配于待装配到所述表面安装连接器中的连接器的端子内，其中所述多个端子的每一个在所述外壳内均安装为能够沿着与所述基板接触的方向和与所述基板分离的方向在限定范围内运动。
图I是相关技术中插头式连接器的立体图；图2是相关技术中插头式端子的立体图；图3是相关技术中插头式连接器的外壳的剖视图；图4示出了相关技术中形成在插头式连接器底板上的通孔与插头式端子之间的关系;图5是相关技术中插头式连接器的分解立体图；图6是相关技术中插头式连接器的主体部的剖视图；图7示出了相关技术中用于安装插头式连接器的基板表面的主体部；图8示出了相关技术中插头式连接器如何安装于基板上；图9是相关技术中安装于基板上的插头式连接器的剖视图；图10是相关技术中安装于基板上的插头式连接器的主体部的剖视图；图11是相关技术中安装于大幅弯曲基板上的插头式连接器的主体部的剖视图；图12示出了相关技术中另一种插头式连接器的插头式端子；图13示出了相关技术中安装于基板上的另一种插头式连接器的立体图；图14是相关技术中安装于基板上的另一种插头式连接器的主体部的剖视图；图15是根据一实施方式的插头式连接器的立体图；图16是根据本实施方式的插头式端子的立体图；图17是根据本实施方式的插头式连接器的外壳的剖视图；图18示出了根据本实施方式形成在插头式连接器底板上的通孔与插头式端子之间的关系；图19是根据本实施方式的插头式连接器的分解立体图；图20是根据本实施方式的插头式连接器的主体部的剖视图；图21示出了根据本实施方式安装有插头式连接器的基板的表面的主体部；图22示出了根据本实施方式的插头式连接器如何安装于基板上；图23是根据本实施方式的安装于基板上的插头式连接器的剖视图；图24是根据本实施方式的放置于基板上的插头式连接器的主体部的剖视图25是根据本实施方式的安装于基板上的插头式连接器的主体部的剖视图；图26是根据比较例的放置于基板上的插头式连接器的主体部的剖视图；图27是根据比较例的安装于基板上的插头式连接器的主体部的剖视图。
具体实施例方式上述插头式连接器101的使用涉及在基板102上确保的用于将锁紧机构103安装到连接器101所安装的位置附近的空间。如上所述，优选将锁紧机构103紧紧地固定到基板102，因为锁紧机构103产生的力将连接器101按压到基板上并且由此将连接器101固定到基板上。因此，锁紧机构103通常通过锁紧螺钉从基板 102的背面插入并穿过形成在基板102上的通孔而安装在基板102上。因此，除了锁紧机构103在基板102前表面所占用的空间，还需保证螺钉和通孔在基板102背面所占用的空间。因此，布线的可用面积以及布线的安排灵活性都降低了。就布线的可用面积以及布线的安排灵活性而言，对在多层基板上形成通孔特别对所有层都有所限制。鉴于以上的问题，本发明公开内容提供一种表面安装连接器，其对布线的限制更少并且能够解决基板的弯曲问题。图15是插头式连接器I的立体图，其是根据一个实施方式的表面安装连接器的一个示例。插头式连接器I包括具有顶部敞开的中空部Ila的外壳11。多个向上突出的插头式端子12在中空部Ila内设置成两排。未示出并且待装配到插头式连接器I内的插座式连接器从敞开顶部插入插头式连接器I，进而插头式连接器I的插头式端子12装配入插座式连接器的多个端子，插头式连接器I也包括穿透外壳11底部并且向侧面弯曲的多个下端子 12a。如图16所示，多个插头式端子12的每一个与L形下端子12a的相应一个一体成形。特别地，每个插头式端子12按照从顶部到底部的顺序依次包括，朝向顶部变细的尖端部12b，第一圆柱部12c，第二圆柱部12d，以及由相对于第二圆柱部12d具有更小直径的L形圆柱形成的下端子12a。如图17所示，外壳11的底板Ilb具有允许多个插头式端子12插入穿过并且进行固定的多个通孔11c。通孔Ilc相应于插头式端子12的布置而进行布置。每个通孔Ilc包括向底板Ilb的上侧敞开的第一圆柱孔Ilcl以及向底板Ilb的下侧敞开并且直径大于第一圆柱孔Ilcl的第二圆柱孔llc2。第一圆柱孔Ilcl与第二圆柱孔llc2彼此连接。如图18所示，每个第一圆柱孔Ilcl的内径Dl比每个插头式端子12的第一圆柱部12c的直径D3大，但是比每个插头式端子12的第二圆柱部12d的直径D4小。每个第二圆柱孔llc2的内径D2比每个插头式端子12的第二圆柱部12d的直径D4大。每个插头式端子12的第一圆柱部12c的直径D3等于每个下端子12a的直径D5 (见图20)。在本实施方式中，每个第一圆柱孔Ilcl的内径Dl设置为O. 5mm,每个插头式端子12的第一圆柱部12c的直径D3和每个插头式端子12的下端子12a的直径D5都设置为O. 4_，每个第二圆柱孔llc2的内径D2设置为O. 8_，每个第二圆柱孔llc2的直径D4设置为 O. 7mm η每个插头式端子12的第二圆柱部12d的高度H2小于每个第二圆柱孔llc2的高度HI。在本实施方式中，每个插头式端子12的第二圆柱部12d的高度H2设置为O. 3mm,并且每个第二圆柱孔llc2的高度Hl设置为O. 65mm。如图19所示，插头式连接器I通过将插头式端子12从外壳11的底板Ilb的下侧插入通孔Ilc并且随后从下面将保持板13附连至底板Ilb而进行组装，其中保持板13从下面支撑已插入的插头式端子12。保持板13包括介于多排插头式端子12之间的脊部13a以及介于相邻插头式端子12之间的多个臂部13b。图20是沿图15的XX-XX线截取 的插头式连接器I的剖视放大图。保持板13的相邻臂部13b彼此分离的间隙具有宽度D7。宽度D7比每个插头式端子12的下端子12a的直径D5大，但比每个第二圆柱孔llc2的直径D4 (本实施方式设置为O. 5mm)小。相应地，当插头式端子12向下运动时，第二圆柱部12d的下侧与臂部13b的上侧接触并且由此限制了插头式端子12进一步向下运动。参照图18-图20进行描述，通过第一圆柱孔Ilcl及第二圆柱孔llc2界定的台阶限制每个插头式端子12的第二圆柱部12d向上运动，并且通过与臂部13b的上侧接触也限制每个插头式端子12的第二圆柱部12d向下运动。第一圆柱部12c的直径D3以及每个插头式端子12的下端子12a的直径D5均小于用于容纳的第一圆柱孔Ilcl的内径，并且插头式端子12的第二圆柱部12d的直径D4小于用于容纳的第二圆柱孔llc2的内径。由此，每个插头式端子12在被保持的同时与第一圆柱孔llcl、第二圆柱孔llc2以及保持板13的臂部具有小接触阻力。在上述结构中，每个插头式端子12被保持为可竖直地(如图20所示箭头E的方向)运动距离L，L的值为第二圆柱孔llc2的高度Hl减去第一圆柱部12d的高度H2 (L =H1-H2)。接下来，将描述如何将插头式连接器I安装到基板2上。如图21所示，相应于插头式连接器I的下端子12a而设置的导电图案21，形成在基板2的安装有表面安装插头式连接器I的表面上。为便于图示，图21仅示出了导电图案21，但是包括连接到导电图案21的布线的其它导电图案事实上也形成在基板2上。如图22所示，下端子12a放置到导电图案21上，其中焊剂部22施用到导电图案21上并且然后焊剂部22由于受到加热而熔化。由此，导电图案21与下端子12a相互接合到一起。现在参照图23的剖视图，将描述插头式连接器I的放置于基板2上的状态。如上所述，插头式连接器I中的插头式端子12在放置于基板2上之前可以竖直运动。当插头式连接器I放置于基板2上时，与位于弯曲基板顶部上或顶部附近的导电图案21 (位于图23中的Jl和J2区域中的导电图案21)相接触的每个插头式端子12的第二圆柱部12d的上端，接触由第一圆柱孔Ilcl和第二圆柱孔llc2限定的台阶。也就是说，定位在这些区域的插头式端子12被保持在外壳I中的可运动范围内的最高位置处。从而，定位在Jl和J2区域内的插头式端子12支撑连接器I。其它插头式端子12可以竖直地运动距离L。因此，如图23所示，下端子12a沿弯曲基板下降，于是与相应的导电图案21相接触。
然而，每个插头式端子12仅能够在上述距离L的范围内运动。因此，可能产生这样的区域(图23中的Kl和K2区域)， 弯曲量不能通过插头式端子I运动距离L来进行补偿，即，在该区域内，通过将插头式连接器I放置于基板上的简单操作不能使得下端子12a与相应的导电图案21彼此直接相接触。参照图24，将对这一点进行详细的描述。图24是图23中XXIV区域的放大视图。为方便起见，图24中示出的插头式端子12按图24的平面从左依次表示为12_1，12-2，12-3，12-4。与附图标记12-1至12-4表示插头式端子一致，通过与图15到图22中所描述的附图标记以及附加了 “-I”至“_4”的附图标记来表示插头式端子12-1至12-4的部件。此外，容纳插头式端子12-1至12-4的第二圆柱部12d_l至12d_4并且形成在外壳11的底板Ilb内的第二圆柱孔llc2以及第一圆柱孔Ilcl通过从左依次附加“_1”至“_4”的附图标记来进行表示。与插头式端子12-1至12-4的下端子12a_l至12a_4相接触的导电图案21也通过从左依次附加“ -1”至“ -4 ”的附图标记来进行表示。如上所述，位于弯曲基板2顶部上或顶部附近的插头式端子12-1被保持在外壳I中的可运动范围内的最高位置处。插头式端子12-2、12-3在距离L范围内下降并由此与导电图案21-2以及21-3相接触。另一方面，尽管第二圆柱部12d-4的下侧已经与保持板13的臂部13b相接触，插头式端子12-4的下端子12a-4仍无法与相应的导电图案21_4相接触(此时下端子12a-4的下端与导电图案21-4的距离用D8表示)。如上所述，然而，通过焊接将下端子12a_l至12a_4与导电图案21_1至21_4分别彼此接合到一起。如上所述，通过施用带有焊剂的导电图案并随后加热基板2进行接合。当受热时焊剂熔化并且液化。通常，被称作阻焊层的热固化环氧树脂涂层施用在基板的除了待焊区域以外的其它表面。因为阻焊层排斥熔化的焊剂，所以阻焊层阻止焊剂粘结到除了待焊区域以外的区域并且防止由于焊剂部22的熔化而使得相邻的导电图案21-1至21-4发生短路。图24中示出了根据本实施方式的安装于基板2上的插头式连接器，阻焊层施用在基板的上表面的除了相应于导电图案21-1至21-4的区域以外的区域。当在此状态下焊剂部22-1至22-4熔化时，如图25所示，焊剂部22-1至22-4在各自的导电图案22-1至22-4上形成球状物，由于上述原因，基板2的表面的除了相应于导电图案21-1至21-4的区域以外的区域排斥焊剂。由此，即使在下端子12a-4与导电图案21-4之间具有一定的间隙，下端子12a-4也与导电图案21_4成功接合。现在参照图26，对根据本实施方式的插头式连接器与相关技术中插头式端子12不能竖直运动的插头式连接器之间进行比较说明。图26中，为便于说明，通过在附图标记上附加一个撇号表示对应于所述实施方式中的部件的部件。如图26所示，由于插头式端子12'不像所述实施方式中的那样能够向下运动，所以除了处于最高位置并位于最左端的一个插头式端子12'以外，其它的插头式端子12'无法与相应的导电图案2Γ相接触。结果，处于最右端的插头式端子12'在下端子12a'与相应的导电图案21'之间具有间隙D9，间隙D9大于所述实施方式中介于下端子12a-4与导电图案21_4之间的间隙D8.在实施方式中，已经描述了用于接合的焊剂部22形成球状物并且尽管出现一定尺寸的间隙也由此能够接合。然而，球状物的尺寸是有限的。因此，如果间隙过大接合也会失败，图27中处于最右端的插头式端子12'就是这种情况。因此，通过使用所述实施方式中的插头式连接器1，插头式端子12能够可靠地接合到形成在大幅弯曲基板上的相应导电图案， 而大幅弯曲基板上的导电图案无法连接到相关技术中的插头式端子12 ^。根据本实施方式的插头式连接器I具有其中插头式端子12能够竖直运动的结构。因为插头式端子12由于重力作用而沿着弯曲基板2下降，所以插头式连接器I解决了基板2的弯曲问题。因而，根据本实施方式的插头式连接器I不必使用例如在包括弹簧的已知插头式端子中的锁紧机构以将插头式连接器I的外壳11朝着基板向下压。因为使用插头式连接器I不涉及在基板2上确保的用于锁紧机构的空间，所以允许在基板2上的部件以及布线图案更灵活地进行设置。在本实施方式中，每个插头式端子12的第一圆柱部12c的直径和每个第一圆柱孔Ilcl的内径的差值与每个插头式端子12的第二圆柱部12d的直径和每个第二圆柱孔llc2的内径的差值被指定。这些差值以如下方式确定插头式端子12可竖直运动并且允许每个插头式端子12倾斜到插头式端子12装配于插座式连接器内的程度，其中所述插座式连接器装配到插头式连接器I内。也就是说，除了本实施方式中所限定的差值之外，直径与内径之间的上述差值可以为任何尺寸，使用该差值插头式端子12可竖直运动并且允许每个插头式端子12倾斜到插头式端子12装配于插座式连接器内的程度，其中所述插座式连接器装配到插头式连接器I内。此外，每个插头式端子12的第二圆柱部12d的高度与底板Ilb的第二圆柱孔llc2的高度之间的差值——也就是每个插头式端子12的竖直运动距离——可设置为适合的量，这取决于插头式连接器I的尺寸、基板2弯曲的平均量等。在根据本实施方式的插头式连接器I中，下端子12a甚至在通过焊接接合到导电图案21后，仍响应于弯曲基板2的形状变化而竖直运动。相应地，尽管弯曲基板的形状随着时间或由于重新定位后发生变化，插头式端子12仍会跟随该变化竖直运动。由此，与具有固定的插头式端子12的插头式连接器的情况相比，在弯曲基板的形状变化的情况下，焊剂更不大可能从插头式连接器上脱落。作为本实施方式中的一个实例已描述了插头式连接器，但是本实施方式也可以应用到具有插座式连接器的其它表面安装连接器。本文描述的所有实例和条件性语言都用于教导目的，以帮助读者理解本发明和发明人在相关技术基础上做出的构思，不应解释为对具体描述的实例和条件的限制，说明书中实例的构成也并不是本发明优缺点的体现。尽管已详细地描述本发明的实施方式，应该理解，在不脱离本发明精神与范畴的情况下可进行多种变化、替代以及改变。
权利要求
1.ー种表面安装连接器，包括 外壳；和 安装于所述外壳内的多个端子，每个端子的一端接合到基板的表面，每个端子的另ー端装配于待装配到所述表面安装连接器中的连接器的端子内，其中 所述多个端子中的每ー个在所述外壳内均安装为能够沿着与所述基板接触的方向和与所述基板分离的方向在限定范围内运动。
2.根据权利要求I所述的表面安装连接器，其中 所述外壳包括多个通孔，每个通孔均包括窄于所述通孔的内部的上开口和下开ロ， 所述多个端子中的每ー个均包括第一部分，所述第一部分宽于每个通孔的所述上开ロ的直径和所述下开ロ的直径、但等于或窄于所述通孔的内部的直径，并且每个端子的所述第一部分容纳在相应ー个所述通孔的内部。
3.ー种基板単元，包括 基板；和 表面安装在所述基板上的连接器，其中 所述连接器包括 外壳，和 安装在所述外壳内的多个端子，每个端子的一端接合到基板的表面，每个端子的另ー端装配于待装配到所述表面安装在所述基板上的连接器中的连接器的端子内，并且 所述多个端子中的每ー个在所述外壳内均安装为能够沿着与所述基板接触的方向和与所述基板分离方向在限定范围内运动。
4.根据权利要求3所述的基板単元，其中 所述外壳包括多个通孔，每个通孔均包括窄于所述通孔的内部的上开口和下开ロ， 所述多个端子中的每ー个均包括第一部分，所述第一部分宽于每个通孔的所述上开ロ的直径和所述下开ロ的直径、但等于或窄于所述通孔的内部的直径，并且每个端子的所述第一部分容纳在相应ー个所述通孔的内部。
全文摘要
本发明涉及一种表面安装连接器，包括外壳；和安装于所述外壳内的多个端子，每个端子的一端接合到基板的表面，每个端子的另一端装配于待装配到所述表面安装连接器中的连接器的端子内，其中所述多个端子中的每一个在所述外壳内均安装为能够沿着与所述基板接触的方向和与所述基板分离的方向在限定范围内运动。本发明还涉及一种基板单元，包括基板；和如上所述的、表面安装在所述基板上的连接器。
文档编号H01R13/02GK102684016SQ20121005736
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月6日 优先权日2011年3月8日
发明者村田叶子 申请人:富士通株式会社