用于精细间距高速连接器连接的方法、系统和装置与流程

用于精细间距高速连接器连接的方法、系统和装置
1.相关申请的交叉引用
2.该国际申请要求2020年5月5日提交的名称为用于精细间距高速连接器连接的方法、系统和装置的美国申请no.16/867,236的优先权，其全部内容通过引用结合于此，如同其全部内容被阐述一样。


背景技术：
技术领域
3.本公开涉及高速连接，并且更具体地涉及用于精细间距高速连接器连接(finely pitched high speed connector attachment)的装置、系统和方法。
4.背景说明
5.外形封装可插拔(c form-factor pluggable)(cfp)是用于高速数字信号传输的连接的常见类型。作为示例，cfp、cfp2、cfp4或cfp8(通常，“cfpx”连接器)被广泛用于光高速可插拔模块，以在高速(即，100gbps、200gbps、400gbps、600gbps及更高)光通信中与主板连接(interface)。
6.因此，cfpx连接器的一些引脚通常在cfpx模块和主板之间提供高速rf信号连接。因此，由于背反射和信号损失，精细间距连接器引脚和模块pcb的焊盘之间的未对准可能导致信号完整性问题和/或模块故障。
7.因此，精密连接对于100gbps、200gbps、400gbps和更高速光学收发器的批量制造是关键的。在没有必需的精度的情况下，在光收发器模块和主pcb之间实现10
×
10g、4
×
25g、8
×
25g或8
×
50g通道速率几乎是不可能的。如上所述，这是因为在连接器引脚和模块pcb上的焊盘之间的任何未对准导致rf插入损耗、背反射、串扰以及随之发生的模块故障。
8.因此，需要一种用于提供高精度连接的改进的装置、系统和方法


技术实现要素：

9.本公开是并且包括一种能够在外形封装可插拔(cfp)的多个引脚与印刷电路板(pcb)的连接焊盘之间提供高精度连接的装置、系统和方法。该装置、系统和方法包括：连接器掩模，所述连接器掩模适于在其中接收所述cfp的主体；标尺，所述标尺适于在其中接收所述连接器掩模，并且所述标尺的尺寸和形状设定成用于与所述pcb在所述连接焊盘周围直接物理关联；以及调节机构，所述调节机构至少部分地穿过所述标尺，用以接触至少所述连接器掩模，并且能够调节所述引脚相对于所述连接焊盘的位置。
10.因此，所公开的实施方式提供了一种用于提供高精度连接的改进的装置、系统和方法。
附图说明
11.所公开的非限制性实施方式是关联附图来讨论的，附图形成了本发明的一部分，
其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
12.图1示出了cfpx连接器及其保持器；
13.图2示出了cfpx连接器与pcb面板上的印刷电路板(pcb)的关联；
14.图3a示出了cfpx连接器的引脚，以及一种类型的pcb引脚接收器；
15.图3b示出了cfpx连接器的引脚，以及一种类型的pcb引脚接收器；
16.图4示出了pcb引脚接收器焊盘；
17.图5示出了未对准的cfpx引脚和pcb接收器焊盘；
18.图6示出了预期对准的cfpx引脚和pcb接收器焊盘；
19.图7示出了预期对准的cfpx引脚和pcb接收器焊盘；
20.图8示出了预期对准的cfpx引脚和pcb接收器焊盘；
21.图9示出了高精度连接固定装置的各方面；
22.图10示出了高精度连接固定装置的各方面；
23.图11示出了高精度连接固定装置的各方面；
24.图12示出了高精度连接固定装置的各方面；
25.图13示出了高精度连接固定装置的各方面；以及
26.图14示出了高精度连接固定装置的各方面。
具体实施方式
27.本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似装置、系统和方法中发现的其它方面。本领域的普通技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的装置、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是公知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为固有地包括本领域普通技术人员将已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。
28.在全文中提供实施方式，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施方式的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施这些实施方式。因此，这些实施方式不应被解释为限制本公开的范围。
29.本文所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式的目的，且不希望为限制性的。例如，如本文所用，单数形式也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非明确地确定为执行顺序，否则这里描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。
30.当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上，直接接合到、直接连接到或直接联接到另一元件
或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
31.尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。也就是说，除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语在本文使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
32.存在各种方法来产生cfpx连接器的上述精确连接。一种方法是具有如图1所示的cfpx连接器保持器10，以部分地形成cfpx连接器固定装置14来保持cfpx连接器12。然后保持器可以连接到pcb板，例如用于回流。
33.图2示出了具有使用保持器10连接到pcb面板20的cfpx连接器12的固定装置。显然，在典型的过程中，不能相对于连接器10所连接的pcb板20a调节连接器10；换句话说，cfpx连接器引脚12a不能被调节以正确地对准pcb焊盘连接件26，然而，在典型的连接过程中，在没有这样的调节的情况下，由pcb供应商对pcb的尺寸公差控制以及cfpx连接器的公差不能确保引脚相对于焊盘的正确对准。
34.图3示出了cfpx连接器12和pcb连接件26。所示的cfpx连接器12具有公连接器12a，其母配合侧26a连接到模块pcb。连接器12通常是具有电镀金属接触插入件12a的模制聚合物结构。在该实施例中的触点间距为0.6mm，并且存在104个触点，其中52个引脚在连接器12的顶侧上，52个引脚在底侧上，以便连接到模块pcb的顶侧焊盘和底侧焊盘26a(也如图2所示)。
35.图4示出了模块板20a。作为示例，模块pcb 20a可以具有32.25mm的宽度，公差为+/-0.10mm，并且边缘焊盘可以具有距离边缘0.075mm的位置公差。然而，领先的pcb供应商通常仅满足0.10mm的公差，并且一些仅能够满足0.15mm的公差。然而，焊盘26的位置公差和pcb尺寸的尺寸公差对连接器引脚(图4中未示出)与焊盘的对准具有显著影响。表1总结了基于特定连接器尺寸规格的cfp msa推荐和模块pcb规格的cfp msa推荐的示例性公差分析。
36.此外，表1总结了示例性cfp2连接器和示例性cfp2 pcb焊盘之间的对准公差叠加，具有msa和cfp2连接器供应商推荐的规格。如图所示，通过将cfp2连接器被动放置到cfp pcb，可产生连接器引脚相对于pcb上的焊盘的100％悬垂(overhang)。不言而喻，这种结果对于cfp2组装是非常不期望的。
37.[0038][0039]
表1
[0040]
在上述最坏的情况下，cfp2连接器引脚12a 100％悬垂在pcb焊盘26a上，这在图5中以示意图方式示出。这种悬垂将导致大多数引脚12a的不良连接性，并因此将可能导致组装模块的故障。假设pcb制造商的制造公差通常不能满足msa推荐的要求，则可能导致甚至更坏的对准。如图6所示，cfp2连接器引脚12a可能与pcb焊盘26a完全未对准，这导致cfp2连接器引脚12a和cfp2模块焊盘26a之间的开路(open circuit)。在焊接之后，这将导致引脚之间的短路。
[0041]
此外，cfp2 pcb供应商通常不能保证焊盘相对于pcb边缘的位置误差在+/-0.05mm内。这将导致在被动放置下高达0.375mm的对准误差，或者cfp2连接器引脚与cfp2 pcb焊盘的分离，即开路。图7示出了与pcb焊盘26a良好对准的cfp2连接器引脚12a。相反，图8以照片示出了在回流附着(reflow attachment)之后cfp2连接器未对准pcb焊盘，具有高达90％的悬垂。
[0042]
在显微镜下可以实现连接器与pcb的对准的略微改善；然而，当将对准的组件放回smt回流中时，由于在对准之后缺乏将连接器保持在其位置的任何机构，连接器引脚可能仍会滑落或脱离焊盘上的焊料。此外，对准如此灵敏，以致于非常耗时，因此对于任何批量生产都不理想，尤其是在smt回流生产线上，其中每个步骤在几秒或更短的时间内发生。
[0043]
另一个预期的解决方案是收紧cfp2连接器和pcb尺寸的规格。在这种情况下，紧密规定的pcb尺寸的建造非常昂贵，cfp2连接器也是如此。这种增加的费用不仅增加了模块成本，而且显著地减少了备选供应商的数量，从而在供应链中产生了重大问题。
[0044]
因此，总而言之：cfpx连接器和cfpx模块pcb由于典型的规格而不能实现无源放置；精细间距引脚cfpx连接器与pcb板之间的未对准导致高成本和定时低效；加大公差太低效而不能实现连接器引脚与pcb焊盘的最佳对准；被动对准固定导致低产量；显微对准非常
20a。
[0055]
在上述详细描述中，为了本公开的简洁，各种特征可以在各个实施方式中组合在一起。这种公开方法不应被解释为反映了任何随后要求保护的实施方式需要比明确记载的特征更多的特征的意图。
[0056]
此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施方式。所属领域的技术人员将容易明白对本公开的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本公开的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的实施例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。
[0057]
在上述详细描述中，可以看出，为了本公开的清楚和简洁，各种特征被一起分组在单个实施方式中。本公开的这种方法不应被解释为反映实施方式需要比本文明确叙述的更多的特征的意图。相反，本公开将涵盖本领域技术人员根据本公开将理解的对所公开的实施方式的所有变化和修改。