专利名称：球栅阵列插座的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊球接触组件。特别涉及一种与焊球配合的插座，通过该插座可以多次装配和拆装陶瓷基板与印刷电路板等。
随着集成电路封装复杂程度的不断增加，在不增大集成电路封装的整体尺寸的情况下，在集成电路封装周边准确定位引线变得更困难。虽然目前已能在市场买到引线的中心距细为0.3mm(0.012英寸)的封装，但组件产量的降低和组件工艺的复杂程度都会增加系统成本，它们可以抵消封装效率提高带来的效益。因此，为了在保持集成电路封装的大小不变的同时增加引线数量，需封装表面上有大量按矩形栅或阵列设置的连接点。1993年9月19日发表于IBM研究与发展进展(IBM Journal of Research and Development)第37卷第5期的题目为“焊球连接封装与电路板的贴装”的文章公开了一种解决这个问题的方法。
虽然示于上述参考文献的技术提供了密度和尺寸矛盾的解决方法，但不能从电路板上去掉陶瓷基板。如第598页的图2所示，陶瓷基板与电路板是借助于共晶焊接与焊球相连接的。因为焊球通过焊接点既与基板又与电路板连接，所以建立了一种永久性连接，因此很难修理和替换有问题的基板。由于基板和电路板间的电连接需要焊接，所以在安装前测试基板很困难且测试花费很大。因此，最好是提供一种陶瓷基板与电路板间的互连，通过该互连可以对基板和电路板进行多次装配和拆装，便于对其进行测试和修理。
本发明涉及一种可为第一基板和第二基板间提供“插头和插座(pin and socket)”型连接的器件。该插座用于与具有弧形表面的装配触点相匹配。该插座有一个底壁和沿基本与底壁垂直的方向延伸出的侧壁。侧壁形成装配触点插入的孔。在侧壁上设置有触点定位点，该点延伸到所述孔。触点定位点与装配触点相互作用，从而电连接配套的触点和插座。
本发明还涉及一种插座组件，该组件具有上述与弧形或圆柱形装配触点结合从而将第一基板和第二基板装配在一起的插座，弧形或圆柱形装配触点安装在插座的孔中，并借助触点定位点保持于其中。
本发明还涉及一种具有第一基板的装配基板组件，该基板至少带一个安装于其上的插座。所述至少一个插座中设置有延伸到其触点接受孔的触点定位点。至少一个装配触点安装在第二基板上。至少一个装配触点的表面为弧形，其大小刚好使之可安装进至少一个插座的触点接受孔中。由于第一和第二基板要电装配在一起，所以至少一个装配触点安装于触点接受孔中，并借助于触点定位点与至少一个装配触点的圆弧形表面的相互作用定位于其中。触点定位点设置于弹性臂上，该弹性臂的结构使其可以在至少一个装配触点与至少一个插座进行啮合时发生弹性形变，这样，在至少一个装配触点完全插入后，该弹性臂便可以向不受力的位置恢复，以便与至少一个配套触点的表面相互作用，从而固定至少一个装配触点的位置。
下面将参照各附图借助实施例说明本发明，其中
图1是展示陶瓷基板和将插座焊接于其上之前的印刷电路板的分解透视图。
图2是沿图1中2-2线所取的剖面图。
图3与图2相似，是展示与印刷电路板装配在一起的基板的剖面图。
图4是示于图3中各插座的放大剖面图，各插座皆带有一个定位于其中的焊球。
图5是沿图4中的5-5线所取的剖面图，展示与焊球啮合的插座的弹性臂。
图6与图5相似，是展示没有焊球定位于插座中时的弹性臂的剖面图。
图7与图4相似，是有焊球定位于其中的第一替换插座的剖面图。
图8是沿图7中8-8线所取的剖面图，展示与焊球啮合的第一替换插座的弹性臂。
图9与图4相似，是带有定位于其中的焊球的第二替换插座的剖面图。
图10是沿图9中的10-10线所取的剖面图，展示与焊球啮合的第二替换插座的弹性臂。
图11与图4相似，是带有定位于其中的焊球的第三替换插座的剖面图。
图12是沿图11中的12-12线所取的剖面图，展示与焊球啮合的第三替换插座的弹性臂。
如图1所示，由陶瓷或其它材料制做的基板2具有多个安装于电路焊盘4上的焊球6，电路焊盘4设置在基板2表面上。焊球6借助于焊料8定位于电路焊盘4上。虽然所示小球6叫做焊球，但值得注意的是，这些小球可以由满足特殊应用的特别性能的任何导电材料制成。焊球的构形可以是圆柱形，也可以是弧形等的其它类型。
正如下面将要进一步说明的，陶瓷基板2与其上设有铜布线或焊盘12的印刷电路板10电联接。如图2所示，插座14定位于铜布线12上。插座14借助于焊料16保持在铜布线12上。紧贴着插座14设置了塑料载体/垫片18。在某些应用中，可以在焊接后除去塑料载体。
在使用焊球的情况下，插座14由叠层材料制成，其中插座的内层为不锈钢或类似材料，中间层为铜或类似的材料构成，将要焊接到电路板上的外表面由锡或铅/锡构成。当其它金属制成焊球时，可以用如镀镍和金或镀金的铜合金之类的材料制做插座。
如图1-6所示，每个插座14皆有底壁22和侧壁20。侧壁基本垂直于底壁22延伸，形成焊球接受孔24。参见图4，侧壁20上设有弹性臂26。在所示结构中，每个插座14上设有三个弹性臂26。弹性臂26由缝28间隔开。每个弹性臂26的一端设有焊球定位点30，其另一端设有塑料载体保持倒刺34。接触区32紧靠着焊球保持点30。也可以用各种其它结构的插座(示于图6-11的几种)来实现本发明的目的。
为了在铜布线12上适当地定位插座14，必须在焊接前将插座14固定在合适的位置。塑料载体18执行这个功能。把分立的插座14装入塑料载体18的插座接受孔40中。孔40为圆柱形，每个孔的直径刚好稍大于插座14的直径。插座14的塑料载体定位倒刺34卡进孔40的侧面，它们的相互作用使插座14固定在塑料载体18中。塑料载体18的孔40包围插座14的侧壁20，这样孔的侧面与插座的侧壁紧紧贴住。这种尺寸使得孔的侧面恰能承担弹性臂26的过载。孔的侧面的定位可以防止弹性臂从接受孔24中向外胀出，从而防止弹性臂永久性变形。
在适当地将插座置于塑料载体18中后，将载体移到与电路板10相对应的位置。插座对准布线后，将插座焊接于布线上。
把其上焊有焊球6的基板2与其上焊有插座1 4的印刷电路板10对准。由于倒刺34与载体18的相互作用，如前所述，塑料载体18仍保留在组装的印刷电路板10上。
然后将基板2和印刷电路板10相互移近，使焊球6进入各插座14的各焊球接受孔24中。随着焊球6插入孔24中，焊球6与插座14的焊球定位点30啮合。在进行啮合时，焊球6使臂26向外产生弹性形变。该臂的构形使之可以弹性形变，然而，形变发生在弹性范围内，因而它们试图恢复到原来的不受力位置。
随着弹性臂26向外移动，臂26将力作用在焊球6上，该力足以使焊球定位点30擦过球表面，使焊球定位点30能穿透焊球6表面上的任何氧化物或类似物，从而保证焊球6与臂26的接触区32间的可靠的电连接。
基板2与电路板10的装配一直进行到塑料载体18的上表面42与基板2的下表面46接触并且塑料载体18的下表面44与印刷电路板10的上表面48接触为止。在该位置，基板2和印刷电路板10彼此隔开，不能再相互靠近。由于焊球6与插座14的弹性臂26的相互作用，组件固定在该位置。最佳的实施例如图4所示，在焊球6完全插入后，弹性臂26向不受力的位置恢复到一个新的受力位置。在该位置，弹性臂26与焊球6的面曲相互作用，将一个向下的力作用于焊球6，保证焊球6保持在该位置。该力足以使基板保持在与印刷电路板完全联接的位置，从而保证了其间的适当电连接。
使用塑料载体或垫片18可以保证焊球16不与插座14的底壁22接触。这可以防止焊球被底壁22损伤。如果该球是由另一种材料制成的，因为无需防止焊球与插座的底壁接触，所以可以不必用塑料载体作垫片。实际上，当该小球由除焊料外的其它材料制成时，有利的是该小球与底壁接触，从而提供另一电流通路。
利用焊球和插座可以使陶瓷基板可拆卸地安装于印刷电路板上。这种“插头与插座”式端接法可以在需要时将基板从印刷电路板上拆下。这种可拆性允许进行如老化定型实验，修理和替换以及其它类似的选择。因为焊球可以拆掉，所以重要的是使插座材料对与焊球接触的表面上的锡没有亲合力。如果少量锡转移到插座内表面上，当拔出或拆卸插座小球时，则锡薄膜会转变成高阻或可为绝缘材料的氧化锡，因而会降低未来的装配时形成合适的电连接的可能性。
利用插座还可以使由力循环造成的封装膨胀所引起的小球横向位移得以弹性缓冲，臂会随着小球的膨胀和伸缩的轨迹运动。
图7-12示出了插座14另外的实施例。这些实施例以与上述相似的方法工作，然而，保持点稍有不同。为了容易解释和理解，将用与原标记的专用数字相同的参考数字。
示于图7和8中的插座是由扁平材料冲压形成的。如前所述，弹性臂26’与焊球6’相互作用。最佳的实施例如图7所示，插座14’具有延伸到印刷电路板10’的通孔62’的腿60’。腿60’是按常规方法焊接于其上的。这种结构的插座14’借助于其间的摩擦啮合定位于塑料垫片18’上。
图9和10示出了上部与插座26’相同的插座26”。然而，插座26”表面贴装到印刷电路板10”上。
图11和12涉及的是拉制插座26”’，其底部穿通，以便设置定位部件60”’，该部件使插座位于印刷电路板10”’的通孔62”’的中心。
用这些实施例来说明本发明是很重要的，这是因为随着电路板复杂性的提高，电源和地互连的数量也在增加。所以对集上千或更多互连的甚至是单个芯片的封装的需求迅速变成现实。利用小球可以满足这些需求。小球容易准确地定位于孔板上，且不需要取向定位，因而可以提供本身成本很低的制造工艺。无论这些球是焊料制的还是其它材料制的，这些优点都占绝对优势。
以上介绍的焊球对小型封装有利。然而，对于大型封装，可以使用由弹性回火金属制的硬球。可以用如金或镍上的金等各种物质镀敷这种金属。
因为球的插入可以有足够的柔性适应包括位移在内的力循环，而不会使焊料连接承受过大的应力，所以是极为有利的。插座和小球所用的材料可以使插座的电磁特性与单独的球很难区分开来。
在不脱离本发明的范围的情况下本领域的普通技术人员可以对本发明作出结构上的改变及各种明显不同的变型和实施例。披露上述说明及附图目的只是进行说明，因此以上说明仅是说明性的，不能作为对本发明的限制。
权利要求
1.一种插座组件，该组件具有设置于第二基板上的弧形装配触点，其特征在于插座具有从其侧壁延伸的触点定位点，该触点定位点延伸到由侧壁限定的孔，该插座置于第一基板上，该孔的大小刚好可以安装弧形装配触点；因而，因第一基板要与第二基板装配在一起，所以弧形装配触点将安装在插座的孔中，并借助触点定位点保持于其中。
2.根据权利要求1的插座，其特征还在于，弧形装配触点是导电球。
3.根据权利要求1的插座，其特征还在于，装配触点安装于第二基板表面上，插座安装于第一基板表面上。
4.根据权利要求2的插座，其特征还在于，插座是叠层材料制的，叠层材料的内层材料是与锡没有亲合力的材料。
5.根据权利要求4的插座，其特征还在于，叠层的一个内表面是不锈钢。
6.根据权利要求2的插座，其特征还在于，插座是弹性回火金属。
7.根据权利要求2的插座，其特征还在于，触点定位点设置于弹性臂上，弹性臂的构形可使之在装配触点与插座啮合时产生弹性形变，这样，在装配触点完全插入后，弹性臂会向不受力的位置恢复，从而与装配触点的弧形表面相互作用，使装配触点定位。
全文摘要
一种基板装配组件具有至少带一个安装其上的插座(14)的第一基板(10)。该至少一个插座上设有延伸到其触点接受孔(24)的触点定位点(30)。至少一个装配触点(6)安装在第二基板(2)上。该至少一个配套触点(6)的表面为弧形，其大小刚好可以安装于所述至少一个插座(14)的触点接受孔(24)中。因第一基板要与第二基板装配在一起，所述至少一个装配触点(6)安装于触点接受孔(24)中，并借助触点定位点与至少一个装配触点的弧形表面的相互作用定位于其中。触点定位点设置于弹性臂(26)上，该臂的构形可使之在至少一个装配触点(6)与至少一个插座(14)啮合时产生弹性形变，这样，在至少一个装配触点完全插入后，弹性臂(26)会向不受力的位置恢复，从而与至少一个装配触点的弧形表面相互作用，使至少一个装配触点定位。
文档编号H01L23/485GK1161761SQ95195870
公开日1997年10月8日 申请日期1995年7月19日 优先权日1995年7月19日
发明者D·G·格雷伯, D·W·米尔布兰德, D·R·林格勒 申请人:惠特克公司