CN100365872C - 一种触点及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一个把电气元件电连接到基片上的接插件包括第一底和第二底。第一底包括至少一个开孔和一个铰链组件。第二底包括许多触点，以及一个铰链组件。铰链组件容许第一底相对于第二底运动。把电气元件固定到基片上的一种方法包括：把电气元件插入盒中；把座安装在基片上；把电气元件的一部分导电体与一部分触点连接；以及把电气元件的剩余导电体与剩余触点连接。一个触点具有一个夹持区、一个尾区和一对梁。梁具有第一区和第二区，第一区把梁偏离夹持区平面的对着两侧，第二区从第一区上伸出，并相对于第一区倾斜。两个第二区相互配合成在其中容纳一个配合触点。

Description

一种触点及其制造方法
本申请基于1998年1月31日提出的美国临时专利申请号60/073,281的申请，，并且是1998年12月10日提出的美国专利申请号(尚未授予)的部分继续申请，这两份专利申请均引入这里作为参考。
本发明涉及了电接插件。更确切地说，本发明涉及了电气元件的一种插座。
诸如集成电路(IC)片的电气元件必须固定在基片上。把这种插针格阵(PGA)元件固定在基片上的互连系统例子是零插入力(ZIF)系统。在ZIF系统中，PGA元件的插针进入互连座而不与装在基片上的互连座触点配合。仅在PGA元件固定在互连座上之后，才把触点和插针相配合。
配合触点和PGA插针的方法包括沿侧向移动PGA插针并与触点相配合。一个动作杠杆和一个凸轮面沿侧向驱动一个插入组件来推进PGA插针。插入组件把PGA插针移向触点并与之连接。
在杠杆动作期间和动作之后，采用这种ZIP互连系统的座受到了载荷。为偏移触点来容纳PGA插针所需的力确定了在座上的载荷值。较多的触点数目增加了配合触点和PGA插针所需的峰值力或最大力。具有500触点的互连座估计需要约二十(20)磅力来成功地配合触点和PGA插针。
技术的进步提高了PGA元件的插针数目和触点密度，并且具有微型化的计算机元件(需要减小外形尺寸)。尽管改进的速度可满足用户，但这些技术进步使常规的ZIF插座增加了负担。往往是，补充上述技术进步点之一的设计与补充另一个技术进步点的设计相互排斥。
在改进型式的一个例子中，设计者可增加插座中的孔数和降低孔间间距来考虑增加插针密度和插针数目。但是，这降低了插座的强度。
在改进型式的另一个例子中。设计者可缩短触点来考虑减小外形尺寸。较短的触点具有较大的刚度，因此增加了配合PGA插针所需的插入力。
这两个设计目的强加了相互矛盾的要求，因为较刚硬的触点需要在杠杆上有更大的动作力。较大的动作力增加了插座上的载荷。但插座强度的降低(由于增加了孔数和减小了间距)使得插座不容易承受所增加的载荷。
增加触点密度也加重了常规触点成形方法能力的负担。对置双梁触点的典型成形方法是从片材上冲出触点。但是，采用常规技术成形单个触点所需的片材宽度将超出这些技术进步所强加的间距要求。
本发明的一个目的是提供一个改进的装置，用于把电气元件连接到基片上。
本发明的另一个目的是为电气元件提供一个插座，它具有低的峰值插入力。
本发明的另一个目的是为电气元件提供一个插座，它每次有选择地仅配合一部分触点。
本发明的另一个目的是提供一个用于把电气元件连接到基片上的装置，它顺序地配合成列的触点。
本发明的另一个目的是为电气元件提供一个插座，它适应较多的插针数目。
本发明的另一个目的是提供一个用于把电气元件连接到基片上的装置，它在转动时精确地对准所配合的触点。
本发明的另一个目的是提供一个具有并排双梁的触点。
采用一个接插件在一个方面达到了本发明的这些和其它目的，接插件用于电连接一个电气元件，电气元件具有许多从它上面上伸到基片的导电体。接插件包括第一底和第二底。第一底上具有一个或一个以上开孔和一个铰链组件。第二底包括许多与电气元件中导电体相应的触点和一个铰链组件。第一和第二底的铰链组件容许第一底相对于第二底进行运动。
采用一种方法在另一方面达到了本发明的这些和其它目的，该方法把具有许多导电体的电气元件固定到基片上。方法包括的步骤是：提供一个电气元件；提供一个盒；把电气元件插入盒中；提供一个基片；提供一个具有许多触点的座，触点相应于电气元件的导电体并装在基片上；把座装在基片上；把电气元件的一部分导电体与一部分触点连接；把电气元件的剩余导电体与剩余的触点连接。
采用一个盒在另一方面达到了本发明的这些和其它目的，盒具有一个底、一个铰链和至少一个开孔，开孔通过底延伸来至少容纳电气元件的一部分。
采用一个座在另一方面达到了本发明的这些和其它目的，座用于与盒相互配合来把具有许多导电体的电气元件固定到基片上。座包括：一个底、一个铰链和在底中的许多触点，触点形成了适于容纳电气元件中导电体的列阵。
采用一个触点在另一方面达到了本发明的这些和其它目的。触点具有一个夹持区、一个尾区和一对梁。夹持区具有对着的两端并确定了一个平面。尾区从夹持区的一端伸出。一对梁从夹持区的另一端伸出。上述一对梁的每一个具有一个第一区和一个第二区。第一区把梁偏离夹持区的平面，每个梁位于夹持区平面的对着的两侧。第二区从第一区伸出，并且相对于第一区作倾斜。第二区具有一个触点配合区。两个梁的触点配合区相互配合，在其中容纳一个触点。
参照本技术说明和附图，本发明的其它用途和优点对熟悉本技术的人员来说将很明显，其中：
图1a是本发明接插件一个实施例的透视图，它处于配合状态；
图1b是图1a所示的接插件，但处于未配合状态；
图2a是图1a和1b所示接插件一部分的透视图，但在容纳电气元件之前；
图2b是图2a中所示接插件一部分的另一个透视图；
图3a是图2b中虚线内呈现的接插件一部分的放大视图；
图3b是图3a中所示接插件一部分沿IIIb-IIIb线的剖视图；
图3c是图3a中所示接插件一部分的一种供选择方式；
图3d是图3c中所示接插件一部分沿IIId-IIId线的剖视图；
图4a是图1a和1b中所示接插件另一部分的透视图；
图4b是图4a中所示接插件一部分沿IVb-IVb线的剖视图；
图4c是图4b中接插件一部分的剖视图，触点被插在其中；
图5是图1b中沿V-V线所取接插件一部分的剖视图；
图6是本发明触点的一个供选择实施例的透视图；
图7是图6触点的正视图，但在装配之前；
图8是图6所示触点的侧视图，但在装配之中；
图9是图6所示触点的正视图。
图1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a-c和5表示了本发明第一个供选择的实施例。本发明是一个电接插件10，它把电气元件1固定到基片S(参见图5)上。如图2a所示，电气元件1可以是如在IC片中的PGA元件，但也可采用其它类型的电气元件，如多片模块(MCM)。元件1具有许多导电体，如从元件上伸出的插针3。插针3被布置成列和行的阵式。虽然导电体被表示成圆插针，但也可采用其它类型的导电体，包括插片(图中未示)。
接插件10具有两个可配合的件，一个盒11和一个座13。图1a表示了在配合状态的盒11和座13，而图1b表示了未配合状态。现来逐个地描述盒11和座13。
图2a和2b表示了盒11，它最好用合适的塑料，如液晶聚合物(LCP)制成。盒11可以有一个底15，这里始终表示为容纳元件1的一块板。但是，也可能用其它形式来容纳不同类型的电气元件1。
至少有一个开孔17通过底15作延伸。在图2a和2b所示的实施例中，底15具有许多开孔17。开孔17被设置在底板15上，使得可容纳电气元件1的相应插针3。因此，在底15上的开孔17布置由电气元件1上插针3的位置来确定。
如图3a和3b所示，开孔17可具有被倒角的引入端，有助于插针3的插入。对于适当定位在盒11上的电气元件1，插针3延伸通过底板15的下表面，如图3b所示。
底板15可包括沿着其外周边的壁19。如在图2b的实施例中所示，例如，壁19在底板15下表面之下伸出，以保护插针3不受损坏。
锁扣21从底板15上伸出，最好沿着侧边。锁扣21包括一个从底板15大致垂直突出的法兰区(参见图2a)。法兰区远端有一个从法兰区伸出的卡区23。在卡区23和底板15上表面之间部位容纳了电气元件1。
在电气元件1的插针3进入开孔17时，电气元件1使弹性锁扣21朝外偏移。当电气元件1完全固定在盒11上时，卡区23回到其原始的无偏移位置，与电气元件1的上表面配合，如图1b所示。卡区23防止了电气元件1从盒11上的不小心错动。从电气元件1上表面上脱开卡区23，可从盒11上卸除电气元件1。
当电气元件1适当地固定在盒11内时，它可与触点100配合。盒11相对于座13运动，使得每次仅数量有限的插针3与触点100配合。最好是，盒11相对于座13转动，使得顺序的各列插针3与顺序的各列触点100配合。壁19包括了在底板15前边上的一个舌片25，在转动盒11时有助于安装人员。以下将更详细地描述插针3与触点100的配合。
在底板15后边上壁19上还包括了一个铰链组件27。铰链组件27与座13上的铰链组件结合，容许盒11相对于座13转动，并且保证在配合过程中电气元件1的插针3与座13的触点100正确对准。铰链组件27大致平行于盒11的平面作延伸。铰链组件27各部分的描述如下。
伸出件29从盒11后边朝外突出，最好是位于后边的相对两侧上。每个伸出件29具有其两侧为一对臂33的弯曲体31。弯曲体31具有一个其形状与座13上铰链销配合的第一表面67，以及一个与第一表面67相对着的其形状与座13上挡块65相互配合的第二表面69。
每个最外面的臂33包括一个面朝外的表面或外表面35，它与座13铰链组件上的相应表面相互配合，以保证在配合时电气元件1的插针3和座13上的触点在侧向正确对准。
另一个伸出件39从座13的后边朝外突出。伸出件39最好是从沿着伸出件29之间的座13后边的中心位置上伸出，但它沿着与伸出件29对着的方向伸出。中心伸出件39具有其两侧为一对臂73的弯曲体71。弯曲体71具有一个其形状与座13上铰链销配合的第一表面75，以及一个与第一表面75相对着的其形状与座13上挡块65相互配合的第二表面77。
图3a和3b表示了底板15下表面的一部分。采用这种方式，电气元件1的插针3可自由地从开孔17突出，并且伸过底板15的下表面。底板15对位于底板15内的插针3区提供了侧向支承。但是，插针3的远端(即伸过底板15下表面的插针部分)在侧向未被支承。
图3c和3d说明了一个供选择的方式，其中底板15’沿侧向支承了一个比先前供选择实施例长度大的插针3’。确切地说，图3c和3d说明了底板15’下表面的一个供选择的方式，它包括了位于每个开孔17’之间的桥79’。桥79’可包括弧形侧边81’和凹进端83’。
凹进端83’相应于插针3’的形状。如图3c所示，如果电气元件1采用圆插针3’，则凹进端83’具有一个圆的凹形，以容纳插针3’的部分。桥79’位于底板15’上，使得不与触点100’相干涉。如图3c所示，每个触点100’的梁101’均按列设置，而桥79’按行设置。因此，桥79’的存在不会影响到梁101’的弯曲。桥79’可与底板15’整体模制。
图4a-4c表示了座13，它最好是由合适的塑料制成。座13包括一个底41，具有许多通过它作延伸的开孔43。如同底15一样，底41可具有大致为平面的形状，虽然其它方式也是可能的。
每个开孔43最好包括三个区。第一区45是比较宽的开口，从而可适应在配合时触点100的双梁101弯曲。第二区47适应了触点100的尾区103以及如下所述的可熔体105的一部分。最后，第三区49把触点100的中间区107夹持在开孔43内。
如图4b所示，梁适应区45位于座13的配合端面，并具有形成引入端的锥形侧壁51。锥形侧壁51容许把触点100容易地插入开孔43，并且容许插针3无约束地弯曲梁101。
尾适应区47位于座13的安装端面。因为最好采用珠格阵(BGA)技术把座13面对面安装到基片S上，尾适应区47可具有与BGA适应的适当形状。在BGA技术的一个例于中：一个如焊珠105的可熔体固定在触点100的尾区103上。至少固定在触点100尾区103上的焊珠105一部分可固定在开孔43的尾适应区47内。引入这里作为参考的国际出版号WO 98/15989(国际申请号PCT/US97/15989)描述了把焊珠固定到触点上的方法和把焊珠固定到基片上的方法。
中间区49在梁适应区45和尾适应区47之间延伸。每个中间区49的相对壁包括了一个相互对着延伸的突起53。如图4b所示，突起53可以是沿开孔43长度上轴向延伸的一个肋条。中间区49相对着的壁之间距离超过触点100的宽度，以容许触点100通过开孔43。但是，触点100的宽度超过相对着的突起53之间距离。由此，触点100压配合在突起53之间而被夹持在开孔43中。
底板41还可具有沿着其外周边的壁55。相似于盒11的壁19，壁55从板41伸出，保护触点100不受损坏。当盒11和座13配合时，盒11的壁19位于壁55和触点100之间。如图4a所示，壁55的前边包括一个缺口57，在接插件10处于配合状态时容纳从盒11来的舌片25。这容许盒11相对于座13作完全的转动来配合所有的插针3和触点100。为了避免与铰链组件27、59相干涉，在底41的后边区中壁55是断开的。
底板41的后边包括一个铰链组件59，它与盒11的铰链组件27相互配合，以容许盒11相对于座13作转动。铰链组件59大致平行于座的平面作延伸，并包括一个铰链销61，它被沿着座13后边的一系列支承63所支撑。
一系列的凸块或挡块65从相邻支承63之间的后边伸出。挡块65具有弯曲的表面75，它相应于伸出件33和中心伸出件35的第二表面69、77。挡块65的弯曲表面75可以是圆的，最好是具有与伸出件33和中心伸出件35第二弯曲表面69、77大致相同的曲率半径。这可保证电气元件1的插针3和座13中触点100配合时纵向和Z轴向(即垂直于座13平面的方向)的正确对准。
每个最外面支承63包括一个面朝内的表面或内表面85，它与铰链组件27的表面35相互配合，以保证电气元件1的插针3和触点100在配合时的正确对准。确切地说，盒11的表面35靠在座13的表面85上，以精确地沿侧向对准盒11和座13来配合插针3和触点100。
现来描述盒11和座13的配合过程。首先，盒11和座13是分开的，或者是未配合的。在此状态下，座13应固定在基片S上。如上所述，座13可面对面地装在基片S上，最好是采用BGA技术。但是，也可采用其它方法。
其次，电气元件1固定在盒11上。在上述的实施例中，电气元件1的插针3进入开孔17，直到锁扣21对着盒11卡住了电气元件1为止。
为了对接盒11和座13，铰链组件27、59必须配合成如图1b和5所示。铰链组件27、59，盒11和座13的特性提高了对盒11和座13作盲配的容易程度。
详细描述配合过程如下，伸出件29和中心伸出件39进入在铰链销61、支承63和座13后边之间形成的开口。沿着图5中箭头A规定的方向插入。铰链组件27的臂33、73进入在铰链组件59的挡块65两侧的区域。臂33的外表面35靠在支承63的表面85上。沿着平行于盒11和座13后边的轴线，外表面35与内表面85的相互配合在侧向对准了插针3和触点100。
在图1b所示已配合的打开状态中，当盒11沿着图5中箭头B所示方向作转动时，挡块65的表面75开始靠在伸出件29和中心伸出件39的第二表面69、77上。表面69、75、77有助于沿着平行于盒11和座13侧面的轴线对准盒11和座13。最好是，在臂33、支承63和挡块65的其它相邻表面之间具有间隙，以减少转动盒11所需力的值。
由于中心伸出件39相对于伸出件29处于对着的位置，伸出件29和中心伸出件39在铰链销61上对着的两侧提供了一个卡紧力，如图5所示。这个卡紧力，以及把伸出件29和中心伸出件39放在铰链销61和座13之间，防止了盒11从座13上脱离。换句话说，只有进行与配合相反的过程(即从座13上把盒11转出)才能从座13上脱离盒11。
相对于座13转动盒11来开始电气元件1和座13中触点100的配合。如图5所示，最靠近盒11和座13后边的一列插针3和触点100先配合。对顺序离开盒11和座13的后边的每一列逐渐进行配合。与ZIF插座比较，插针3和触点100的顺序配合降低了峰值插入力。
最靠近盒11和座13后边的一列插针3和触点100先配合。对顺序离开盒11和座13的后边的每一列逐渐进行配合。
盒11的转动开始了插针3和触点100的配合。在转动时每个插针3逐渐进入双梁触点的相对着的两臂之间区域。双梁卡紧了插针3。双梁之间的区域大致平行于盒11和座13的配合轴线。
图1a表示了处于完全配合和闭合状态的接插件10。当配合时，座13的壁55环绕着盒11，舌片25可进入座13前边中的凹口57内。
虽然接插件10可采用任何类型的触点，但对一种优选的触点100详细讨论如下。如图6所示，触点100是并排的双梁触点。触点100具有一个位于一对梁101和尾区103之间的中间区107。最好是，中间区107大致为平面。由于装在座13内，中间区107与突起53接触，并且被压配在底板41的开孔口43中。这个夹持特性在上述国际出版号WO/98/15989中也作了说明。
每个梁101包括一个从中间区107伸出的弯曲区109。如图8所示，弯曲区109把梁101从中间区107的平面上移开。每个弯曲区109位于中间区107平面的对着的两侧。这容许在梁101之间有分开的空间，以便在其中容纳插针3。
一个臂区111从弯曲区109的远端伸出。臂区111的远端包括一个内弯区113和一个引入端115。如图6和8所示，内弯区113朝着中间区107的平面收拢。在对着的内弯区113之间距离(如图8所示)小于插针3的厚度。也就是说，插针3必然固插入而分开梁101。在梁101被插针3分开时，梁的弹性在触点100和插针3之间产生了良好的面接触，并产生了梁101对插针3两侧的适当垂直接触力。
如图9所示，每个臂区111相对于触点100的纵轴弯了一个角度。具体的角度值与触点100的尺寸和形状有关。臂区111的的位置最好使两个内弯区113成并排。也就是说，在两个内弯区113之间产生了容纳插针的间隙，由此梁101以对准的状态与插针3的对着两侧配合。换句话说，内弯区的位置基本上沿着如图9所示的触点100的纵向中心线。
确切地说，臂区111从触点100纵轴分别以角度α1、α2作延伸，对于典型尺寸的触点约在5°到20°之间。最好是，对于典型尺寸的触点，角度α1和α2约为12.5°。
虽然臂111相对于纵轴弯成角度，但图8说明了臂111最好基本上保持平行于中间区107的平面。但是，臂111也可从中间区107平面弯成约10°的角度(图中未示)。
沿着离开中间区107平面的方向，引入区115从内弯区113上伸出。引入区115有助于在配合时使插针3对准内弯区113。
现描述制造触点100的一种方法。把片材冲成一个触点100的载体带119，如图7所示。在载体带119上相邻触点100之间的间隔等于在座13中触点的间隔。此时，触点100仍处于平面形式。
然后一个成形步骤把梁101弯曲成离开中间区107的平面，产生了内弯区113和产生了引入区115，如图8所示。成形步骤是常规的，因此不再继续讨论。
最后的步骤使臂111相对于触点100纵轴作倾斜，如图9所示。虽然可采用多种方法来使臂111相对于纵轴作倾斜，但优选的方法是任何已知的冲压过程。在两个对着梁101的面对面表面外边上冲压步骤形成了一个变形层117。确切地说，冲压过程从层117上挤压了一部分材料。冲压量控制了梁对触点100纵轴的相对倾斜程度。倾斜步骤容许形成一个并排的双梁触点，能达到上述技术进步提出的减小间距的要求。
由于梁101倾斜，可从载体带119上切下触点100，用于插入座13中。本发明容许在接插件的成形过程中，在比常规技术更远的下游处把触点100保留在载体带119上。触点保留在载体带119上愈长，本发明的成形过程愈容易适用于自动或半自动技术。
尽管已结合多种附图的各优选实施例描述了本发明，但可理解到，对于所描述的实施例，可采用其它相似的实施例或者可作出修改和补充，来完成本发明的相同功能而不会背离本发明。所以，不应把本发明限于任何个别的实施例，而宁可解释成在按照所附权利要求所述的广度和范围内。

Claims (19)

1.一种触点，包括：
一个夹持区，它用于配合接插件座，上述夹持区具有对着的两端和确定了一个平面；
一个尾区，它从上述对着的两端之一伸出；以及
一对梁，它们从上述对着的两端中的另一端伸出，上述一对梁的每一个包括：
一个第一区，它把上述梁偏离上述夹持区的上述平面，同时保持上述一对梁的每个梁的纵向轴平行，其中上述一对梁的每一个各位于上述夹持区的上述平面的一侧；以及
一个第二区，它相对于上述第一区作倾斜，上述一对梁的每一个的第二区包括一个触点配合区，其中上述一对梁的上述触点配合区相互配合成在其中容纳一个匹配触点。
2.如权利要求1中所述的触点，其特征在于：上述第二区还包括一个变形区。
3.如权利要求2中所述的触点，其特征在于：上述第二区的每一个具有一个面对着上述另一个第二区的表面，上述变形区位于上述面对着的表面上。
4.如权利要求2中所述的触点，其特征在于：上述变形区是一个厚度减小区。
5.如权利要求4中所述的触点，其特征在于：上述厚度减小区是被冲压成的厚度减小区。
6.如权利要求1中所述的触点，其特征在于：上述触点具有一个纵轴；上述一对梁的上述第一区被偏移在上述纵轴的两侧；相对于上述触点的纵轴，上述一对梁的上述第二区都被弯成一个角度。
7.如权利要求6中所述的触点，其特征在于：上述一对梁的上述触点配合区与上述纵轴相交。
8.如权利要求1中所述的触点，其特征在于：上述梁的上述触点配合区的每一个确定了一个平面；相对于上述夹持区的上述平面，上述触点配合区的上述平面被弯了0°到10°之间的角度。
9.如权利要求1中所述的触点，其特征在于：上述触点配合区的上述平面平行于上述夹持区的上述平面。
10.一种制造触点的方法，包括的步骤有：
提供一个触点，上述触点具有：一个夹持区，它用于配合接插件座，上述夹持区具有对着的两端和确定了一个平面；一个尾区，它从上述对着的两端之一伸出；以及一对梁，它们从上述对着的两端中的另一端伸出；
使上述梁的第一区偏离上述夹持区的上述平面，从而使上述一对梁位于上述夹持区的上述平面的两侧，但仍具有平行的纵向轴；和
使上述梁的第二区都相对于上述第一区倾斜以在它们之间提供一个宜容纳一个匹配触点的触点配合区。
11.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述提供一个触点的步骤包括从一板材上冲压形成上述触点。
12.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：使上述梁的第二区都相对于上述第一区倾斜的步骤进一步包括使上述第二区变形以产生一个变形区的步骤。
13.如权利要求12中所述的方法，其特征在于：在其中一个梁上的上述变形区对着另一个梁上的上述变形区。
14.如权利要求12中所述的方法，其特征在于：上述使上述第二区变形以产生一个变形区的步骤包括形成一个厚度减小区的步骤。
15.如权利要求14中所述的方法，其特征在于：上述使上述第二区变形以产生一个变形区的步骤包括一个冲压步骤。
16.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：上述触点具有纵轴，使上述梁的第一区偏离上述夹持区的上述平面的步骤包括将上述第一区设置在上述触点的上述纵轴两侧的步骤，使上述梁的第二区都相对于上述第一区倾斜的步骤包括使上述第二区相对于上述触点的上述纵轴成一个角度的步骤。
17.如权利要求16中所述的方法，其中使上述梁的第二区都相对于上述第一区倾斜的步骤包括使上述触点配合区与上述触点的上述纵轴相交叉的步骤。
18.如权利要求10中所述的方法，其中使上述梁的第二区都相对于上述第一区倾斜的步骤包括使每个上述触点配合区的平面布置成与上述夹持区的上述平面为0°-10°的角的步骤。
19.如权利要求18中所述的方法，其特征在于：上述触点配合区的上述平面与上述夹持区的上述平面平行。
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