CN100401587C - 用于焊接的电气连接的插入组件 - Google Patents

Abstract

一种插入组件(10)包括带有延伸通道板的厚度的通道(16)的一绝缘板(12)和在通道内的诸金属触头(14)。触头具有弹性的上和下接触臂(62，64)，当夹在重叠和下置的电路构件的接触片之间时，上和下接触臂挠曲到板的上和下凹槽(24，26)内。凹槽的尺寸适于容纳接触臂与接触片之间的焊接连接。

Description

用于焊接的电气连接的插入组件

发明领域

本发明涉及用于形成电路构件(circuit member)上隔开的接触片之间的电气连接的插入组件(interposer assembly)。

发明背景

插入组件用来形成在邻近平行的诸电路构件上密集地隔开的诸接触片之间的电气连接。通常地，电路构件是一电路板和承载集成电路的陶瓷板。诸构件上的诸接触片以相同式样排列。

插入组件包括一绝缘板和在板内承载、以相同的式样作为在电路构件上的接触片排列的多个贯穿触头。组件夹在上和下电路构件之间，以形成对立的诸对接触片之间的电气连接。

在一种类型的插入组件中，在上电路构件压靠在板上之前下电路构件永久地支承抵靠在板的底侧。在下电路构件上的接触片焊接于触头。这能使插入组件和下电路构件形成稍后与上电路构件装配的一副部件，以互连诸电路构件。

在下电路构件上的接触片各包括一焊接层以形成焊接连接。下电路构件压靠在板的底部侧上，使在片上的焊接层与触头接合。下电路构件和插入板放置在一回流炉内，以熔化焊接层，并将触头和接触片焊接在一起。焊接连接形成触头和接触片之间可靠的机械和电气的连接，并相对板稳固地支承下电路构件。

触头突出在焊接副部件的板的顶表面之上。上电路构件压靠于板的上侧，使在上构件上的接触片与触头接合。上电路构件靠着板支承，使触头在对齐的诸对接触片之间形成电气连接。

插入组件在彼此非常接近排列的诸接触片之间形成电气连接。诸接触片可排列在一毫米中心对中心的栅格上。许多插入组件可安装在单个框架上，使上千的触头在框架内。除了要求接近地隔开触头之外，当组件夹在电路构件中间时触头必须与接触片形成可靠的电气连接。形成可靠连接的单个触头的故障会致使整个框架无效。

为了防止在陶瓷电路构件上的不适当的应力，需要一低的机械封闭力。一高的封闭力会使陶瓷构件变形或可能破裂。此外，插入组件必须在电路构件之间占据一最小的宽度。触头必须压缩，并使电路构件相对于板齐平。触头必须顺从的或有弹性的，足以低的闭合力来变形，且还必须足够地刚，以建立诸对接触片之间可靠的电气连接。

一电路构件焊接到接触片的传统的插入组件，它在触头焊接到接触片之后具有相对地刚性的触头。需要一高的闭合力来压下其它电路构件以与插入板齐平。

有时，如果一电路构件压靠在插入板压之后发现有一缺陷，则有必要用一替代的电路构件来替换该电路构件。在移动电路构件之后，压缩的触头没有足够的弹力来返回到其在板上方的最初的突出。触头与替代的电路构件的接触片的再接合，通常引起形成电气连接的一个或多个触头的故障。

发明概要

本发明是一种改进的插入组件，它包括限制在紧密地隔开的、延伸通过一绝缘板的通道内的诸金属贯穿触头。诸触头具有弹性的上和下接触臂，它们间隔背离板的相对侧的触头表面。接触臂可以一低的闭合力压靠在电路构件的接触片上。然而，接触臂具有足够的弹性来返回接触面而远离板，以与接触片再次接合(如有必要)，允许调整或替换电路构件。

每一触头的上和下接触臂由接触片彼此无关地压迫。这允许在插入组件与另一电路构件组装之前一电路构件的接触片焊接于在板的一侧上的接触臂。通过一电路构件压迫的接触臂不影响在板另一侧上的接触臂的弹性和形状。在板相对侧上的接触臂保持在适当的位置，以与其它电路构件的接触片形成可靠的压接式连接或焊接连接。

一具有本发明特征的插入组件包括一绝缘板和承载在该绝缘板上的多个金属触头。绝缘板由单块绝缘材料形成。多个单个接触通道在绝缘板内，每一接触通道包括一延伸通过绝缘板的厚度的槽，一远离槽延伸并通向绝缘板的顶表面的上凹槽，一远离槽延伸并通向绝缘板的底表面的下凹槽。槽包括从绝缘板的顶表面延伸的一公称宽度部分，以及从绝缘板的底表面延伸的一缩小宽度部分。一横向壁连接槽部分。

每一触头包括一在通道槽内的接触体部分，上和下接触臂从该接触体部分延伸。每一接触臂上有一接触面，当接触臂未受力时接触面之间的距离大于绝缘板的厚度。接触体部分具有在槽的公称宽度部分内的一公称宽度部分和在槽的缩小宽度部分内的一缩小宽度部分，并且它包括邻接槽的横向壁的邻接表面，以定位在接触通道内的触头。上接触臂延伸到上凹槽内并重叠上凹槽的凹陷底，下接触臂延伸到下凹槽内并重叠通道的下凹槽底。

当电路构件压靠在下接触臂上时每一接触臂与下凹槽的底接合，以保持触头在通道槽内的位置。这使诸组上和下接触臂彼此基本上独立地挠曲。

当绝缘板在电路构件之间压缩时，压下的接触臂完全在上和下凹槽内移动。下组凹槽的尺寸适于容纳在凹槽内的焊接连接，以使下接触臂焊接到接触片。较佳地，上凹槽的尺寸也适于容纳在凹槽内的焊接连接。这允许使用相同的绝缘板，使触头与上接触臂构造成形成压力连接，或者上接触臂构造成焊接连接，以与接触片电气地连接。

本发明的其它目标和特征在描述过程中将变得明显，特别是当结合附图来说明本发明时，其中，公开了四幅附图和两个实施例。

附图说明

图1是本发明第一实施例的插入组件的俯视图；

图2是沿图1的线″2-2″截取的截面图；

图3是沿图2的线″3-3″截取的截面图；

图4是沿图3的线″4-4″截取的视图；

图5是类似于图2的视图，示出图1的组件靠着一下电路构件的位置；

图6是类似于图5的视图，其中，下电路构件压下靠着下电路构件，焊接连接在组件与下电路构件之间；

图7是类似于图6的视图，但组件靠着上电路构件；

图8是类似于图7的视图，其中，组件夹在上与下电路构件之间；

图9是类似于图3的视图，但示出插入在图1所示的组件的板内的触头预成形；

图10是类似于图3的本发明第二插入组件的视图；

图11是类似于图10的视图，但组件在上与下电路构件之间；以及

图12是类似于图11的视图，但组件夹在上与下电路构件之间，焊接连接在触头与电路构件的接触片之间。

最佳实施利的描述

第一实施例的插入组件10包括一由绝缘材料形成的单片板12。多个金属贯穿触头14定位在延伸通过在板的相对的顶板和底板表面18和20之间厚度的单个接触通道16内。顶和底表面18和20平坦且彼此平行，并由板12的均匀的厚度隔开。

接触通道16在板12内彼此背离隔开。如图1至4所示，每一通道16包括一延伸通过板12厚度的槽22。一上凹槽24从槽22延伸出来，并朝向板12的顶表面。一下凹槽26也从槽22延伸出来，并朝向板12的底表面。凹槽24、26沿远离槽22的一共同的方向延伸并彼此叠加，以互相连接垂直地对齐的诸对接触片。在其它可能的实施例中，上和下凹槽可沿不同的方向从槽彼此相对延伸，以互相连接侧向地偏移的诸对接触片。

诸槽22各相对于延伸通过槽22并垂直板的顶和底表面的中心平面的每一侧对称。槽22由限定槽的相对端部的一对相对的端壁28、29界限。上面的一对相对的侧壁30从板的顶表面向内地延伸并连接端壁28、29。上侧壁30界定槽22的上部并限定槽的公称宽度部分。下面的一对相对的侧壁34从板的底表面向内地延伸并连接端壁28。下侧壁34界定槽22的下部36并限定槽的缩小宽度部分。在上对与下对侧壁之间的横向壁38从上侧壁30延伸并连接下侧壁34。横向壁38平行并面对板12的顶表面18。壁38限制触头14插入在通道16内。

每一通道16的上凹槽22包括一面对板12顶表面18的底40。底40从板的顶表面向内隔开，并远离与横向壁38相对的通道槽22的端壁28延伸到凹槽端壁42。底40从通道槽22朝向板的顶表面倾斜。一对相对的侧壁44从板的顶表面延伸到底40。侧壁44彼此平行，并从槽的上侧壁30延伸，由此，在侧壁44之间的上凹槽24的宽度等于槽22的公称宽度。

每一通道16的下凹槽24包括一面对板12底表面20的底46。底46从板的顶表面向内隔开，并远离通道槽22的端壁28延伸到端壁48。底46包括一从端壁28延伸的凸起弓形50和从弓形面50朝板的顶表面倾斜的平坦平面52。一对相对的侧壁54从板的底表面延伸到底40。侧壁54彼此平行，并从槽的下侧壁30延伸，由此，在侧壁44之间的下凹槽26的宽度等于槽22的缩小宽度。

金属触头14较佳地由均匀厚度的簧片材料制成，它可以是合适地镀铍的铜。图示的触头为0.0017英寸厚。每一触头14为大致的C型，并包括一平坦的接触体或中心部分60和从中心部分的相对侧延伸的一对上、下接触臂62、64。接触臂62、64形成远离接触体延伸的弹性悬臂梁。接触面66、67各自地位于上、下接触臂62、64上，以与在压靠在板12的电路构件上的接触片相接合。当触头未受力时，两接触面66、67隔开一大于板12的厚度的距离。

接触中心部分或接触体60包括邻接上接触臂62的一公称宽度部分68和邻接下接触臂64的缩小宽度部分70，它们形成一接触台肩72。台肩72面对下接触臂64并形成一相接面，它与槽壁38合作以在槽内给触头沿轴向定位。这样限制了触头16朝向板12的底表面20的移动，并使上接触臂62独立于下接触臂64受压。

上接触臂62包括一从中心接触部分向外延伸到接触面66的弓形弹簧臂74和从接触面66向内延伸到接触端头的一外部臂部分76。在邻近接触面66的接触臂的部分如图所示更加急剧地弯曲，以使接触面66形成一显著的接触前端。上接触臂64的宽度从邻近接触体60的触头的公称宽度逐渐变细至一被缩小了宽度的自由端，以在上接触臂64受力时减小应力集中。

下接触臂64包括一邻近接触体部分60的弓形的内部臂部分78，以及远离接触体60延伸到在下接触臂64的自由端处的接触面67的一细长的笔直的外部臂部分80。弓形臂部分78支承了几乎垂直于接触体60的笔直的臂部分80(如图2所示)。下接触臂64具有一等于触头缩小宽度的均匀宽度。

触头14在通道16内各支承了在通道槽22的公称宽度部分32内的接触体60的公称宽度部分68和在槽的缩小宽度部分36内的接触体60的被缩小了宽度的部分70。参见图3。触头14的接触台肩72邻接通道22的横向壁38。台肩72和壁38彼此合作，以定位在通道16内的接触体部分60，并限制了触头在通道16内朝向板12下表面的移动。

接触体部分68、70和槽部分32、36具有基本上矩形的侧向横截面，它们合作以对齐在槽内的接触体。接触体部分68、70接近地从槽端壁28、29和槽侧壁30、34隔开，以保持触头在通道内的垂直对齐。上接触臂62远离槽端壁29朝上凹槽24延伸，并重叠于凹槽24的底40。接触前端66在板12的顶表面上隔开。接触臂62的自由端位于上凹槽24内，以防止端部在板12与电路构件之间被抓住。下接触臂64远离槽端壁29朝向下凹槽26延伸。接触臂64的弓形部分78基本上符合并紧密贴合于或靠在底46的弓形面50上。腿80在下凹槽底46的底上隔开，使接触面67在板12的底表面下面隔开。

弓形底表面50和弓形下接触臂部分78彼此合作，以防止或限制触头14在通道16内朝上板表面18的移动或浮动。任何浮动不足以使上接触臂62的自由端从上凹槽24逃逸，并将触头14保持在通道16内。

如图1所示，诸通道16设置为在板12上彼此接近的密集阵列，以允许形成位于插入组件10上方和下方的诸电路构件上的诸接触片的相似阵列之间的电气连接。传统的做法是，组件10用于在下电路构件上诸接触片之间的焊接连接，以及在上电路构件上的诸接触片的压接式(pressure connection)连接。电路构件可包括电路板或其它类型的电路元件(circuit element)。

图5示出，在焊接连接形成在触头14与电路构件之间之前，插入组件10邻近下电路构件90定位。在构件上的接触片92在组件内每一触头的下方，并包括一焊接层94。下触头表面67略微接合于接触片，而触头未受力。

图6示出当下电路构件轻微地压靠在板12上时的组件10。当构件90与板12接触时，接触片92完全在下凹槽26内弯曲每一触头14的下接触臂64。下接触臂64的弹性使接触臂64受压，而不对电路构件90施加一高的闭合力。

在离槽22的一短距离处，下接触臂64的弓形部分78抵靠在下底46的面对弓形的表面50。由相对于下接触臂的接触面67施加的闭合力产生的扭矩，如图6所示地推动触头逆时针方向转动，并保持接触台肩70靠着槽壁38。这有效地使接触臂62，64彼此独立地受压，并在电路构件90压靠在板12之前和之后保持接触体60在通道槽22内的相同的位置。笔直的臂部分80变得与接触片92相平行，并相对于接触片平坦放置。如果下电路构件90必须在焊接以前除去，则臂部分80具有足够的弹性，以向外远离板的底表面而隔开接触面67。

在电路构件90压靠在板12之后，每一下接触臂64完全定位在下凹槽26内。接触片92较佳地闭合通道槽22和下凹槽26至板的底表面的开口。然后，焊接连接96形成在腿80与接触片92之间，较佳地通过传统的回流焊接(reflow soldering)。每一下凹槽26的体积大小适于将焊接容纳在完全的凹槽内。笔直臂部分80与接触片之间的相当大的支承区域确保焊接连接在下接触臂部分80与接触片102之间形成可靠的电气和机械连接。

当焊接连接96冷却和凝固时，接触台肩70和弓形下接触臂部分78夹紧它们之间的板12。这样就安全地支承下电路构件90靠着板12，以形成一插入组件用于后续工序和与上电路构件的组装。

导电体60贴切地配装在通道槽22的侧壁之间，以阻止下板凹槽26内熔化的焊料流动到上凹槽24内。这种在任何通道16内的焊料流动会接触通道内的上接触臂62，并不利地影响弹簧臂74的弹性。侧壁与每一接触体60之间的间隙足够小，以阻止熔化的焊料从下凹槽26流动通过通道槽到上凹槽24内。或者，接触体60可压配在通道槽22内，以关闭通过通道的上和下凹槽之间板的流体连通，并阻碍焊料流动通过通道槽。

图7示出在触头14与电路构件100之间形成压接式连接之前的插入组件10和邻近上电路构件100定位的下电路构件90。上电路构件上的接触片102在组件10内的触头14上方。上接触前端66轻微地接合接触片而触头未受力。接触前端66在板12的顶表面18上方隔开一足够的距离，以补偿制造公差引起的间距变化，而确保能在每一接触前端66与接触片102之间产生足够的触头压力，以形成它们之间可靠的电气压力连接。

图8示出当上电路构件100紧密地压靠在板12上时的组件10。当构件100与板12接触时，接触片102完全在上凹槽24内弯曲每一触头14的上触臂62。接触臂62的弹簧臂72用作一悬臂弹簧，并有弹性地弯曲。弹簧臂的弹性使接触臂62能够以一较低的闭合力压缩。弹簧臂72的弯曲和触头缩短沿接触片102朝向通道槽22移动或消除接触前端66一距离，以在接触前端66与接触片102之间产生一干净利落的压力的低电阻电气连接。

由弹簧臂72的弹性弯曲保持接触压力，而不使上接触臂62的端部接触于上凹槽底40。这种接触端的接触会不良地增加闭合力。如果上接触臂的端部接触在底40上，则底40的斜坡引导诸腿向凹槽下，以使额外的闭合力最小。如有必要替换或修整上电路构件100，则弹簧臂72的弹力将接触前端66返回到板12的顶表面上方，以用于稍后与接触片102的再接合。

焊接连接和干净的、消除的压接式连接确保触头14能提供上、下组接触片之间可靠的低电阻的电气路径。

参见图9，在预成形110插入板12之后，触头由触头预成形(contact preform)110组成。一触头预成形110另外与触头14相同，除了下接触臂64仍由一与接触体部分70同平面的下接触臂预成形112形成，并远离缩小宽度接触体部分70延伸。当触头插入通道16内时，触头14的剩余部分预先成形，以使在接触前端66间隔内的变化最小。

每一触头预成形110从板12的顶表面18插入接触通道16内。接触臂预成形112插入公称宽度部分32，并进入通道槽22的缩小宽度部分36。接触臂预成形112还进一步插入槽，直到接触体60的台肩72邻接于横向槽壁38，并防止触头的进一步插入。

此时，如图9所示，接触预成形110位于接触通道16内，使接触臂预成形112远离板底表面20延伸。上弹簧臂62如图2所示在其未受力位置。

接着，接触臂预成形112朝向下凹槽弯曲，以形成下接触臂64。预成形112围绕弓形面50弯曲并塑性变形，以形成下接触臂64的弓形部分78。该弓形部分78的曲率半径基本上大于端壁28、29之间的距离，以限制下接触臂的塑性变形，并保持接触臂的弹性。

图10示出一第二实施例的插入组件210。传统上，该组件210用于在上和下电路构件上的接触片之间的焊接连接。插入组件210的诸部件包括一平板212和在板内的多个金属触头214。板212与板12相同，所以将不再作进一步的描述。

每一触头214具有一类似于接触体60的中心部分或接触体216、一上接触臂218和如同下接触臂64的下接触臂220。上接触臂218包括一细长笔直的内部的臂部分222，它几乎以直角远离接触体延伸到凸起的接触面或接触前端224。一短小的延长部226从接触前端222延伸到位于板的上凹槽内的自由端。

图11示出邻近上和下电路构件228、230定位的插入组件210。上电路构件包括在触头214上方的接触片232和在接触片上的焊接层234。下电路构件包括在触头214下方的接触片236和在接触片上的焊接层238。上和下接触片轻微地接合接触臂的接触面，且触头未受力。在下接触面和接触臂之间的距离大于板的厚度，但小于触头14的相应的距离。

图12示出当电路构件228、230轻微地压在板212上时的组件210。接触片将上和下接触臂218、220弯曲到板的上和下凹槽内。接触臂的弹性使每一触头214在无高闭合力的情况下受压。受压的接触臂靠着接触片展平。如有必要替换或修整任一电路构件，则接触臂的弹性使接触面远离板212返回，用于稍后的与接触片的再次接合。

在电路构件228、230压在板212上之后，上和下接触臂完全位于上和下板凹槽内。接触片232、236较佳地关闭在板内接触通道的开口。接着，焊接连接240、242形成在上接触臂218与上接触片232之间，以及形成在下接触臂220与下接触片236之间，较佳地通过回流焊接。每一上凹槽的体积大小为适于容纳完全在凹槽内的焊接连接。

如上所述，两电路构件可同时进行回流焊接。相同的焊料可在上和下电路构件上形成焊接层。或者，上和下电路构件可在分开的操作时焊接于触头。形成第一熔化的焊接层的焊料将具有一熔化温度，它高于形成稍后的混合焊接层的焊料的温度。这确保在后来其它电路构件的焊接过程中先形成的焊接连接不会再熔化。

邻近槽的每一插入板12或212的上凹槽的底的端部在每一槽内的横向壁以及板的底表面均位于中心平面的同一侧，中心平面等距位于板的顶表面与底表面之间。这增加上凹槽的能力，以在臂的端部不接地于凹槽底的情况下接收上接触臂。上接触臂的形状和上接触面在板上方的间隔可变化以满足设计要求，而无需改变板12的几何形状。在其它可能的实施例中，可设计上凹槽的形状以适应特殊的上接触臂构造。在还有其它的实施例中，上和下凹槽可相对于中心平面彼此对称。

尽管我们已示出和描述了本发明的较佳的实施例，但应该认识到，这可作出改型，因此，我们不希望限制在阐述的明确的细节中，但要求我们将这种变化和变体落入在以下权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种插入组件(10)，它用于以预定样式排列的诸对上和下接触片之间建立电气连接，该插入组件包括：

一由绝缘材料形成的板(12)，该板具有一平坦顶表面(18)、一平行该顶表面延伸的平坦底表面(20)以及在顶和底表面之间的均匀的厚度；

在板内的多个单个接触通道(16)，诸通道彼此隔开，每一接触通道包括一用于接纳通道内触头(14)的延伸通过板的厚度的槽(22)、一远离槽延伸并朝向板的顶表面开放的上凹槽(24)以及一远离槽延伸并朝向板的底表面开放的下凹槽(26)；

每一槽包括限定槽的相对端的相对的端壁(28、29)、连接槽的端壁的上对和下对相对的侧壁(30、34)以及位于上对与下对侧壁之间的并面对板的顶表面的横向壁(38)，上对侧壁从板的顶表面延伸并限定槽的上部分，下对侧壁从板的底表面延伸并限定槽的下部分，槽的上部分限定槽的一公称宽度部分(68)，下槽部分限定槽的一缩小宽度部分；

每一通道的上凹槽包括一面对板的顶表面的上底(40)以及一对相对的侧壁(44)，上底向内地与板的顶表面隔开并从通道槽延伸，侧壁从板的顶表面延伸到上底；

每一通道的下凹槽包括一面对板的底表面的下底(46)以及一对相对的侧壁(54)，下底向内地与板的底表面隔开并从通道槽延伸，侧壁从板的底表面延伸到下底；

接触通道以一样式排列，其中，上凹槽的样式对应于上接触片的样式，下凹槽的样式对应于下接触片的样式；以及

在每一通道内的金属触头，每一触头包括在槽内的接触体部分(60)、在上凹槽内的上接触臂(62)以及在下凹槽内的下焊接接触臂(64)。

2.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一接触通道的上和下凹槽从通道槽的诸端壁中的一端壁延伸，上凹槽的上底重叠下凹槽的下底，由此，每一对上和下接触片的接触片彼此垂直地对立。

3.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，槽的下端邻近板的底表面，以及每一接触通道的下凹槽的下底从通道槽的下端朝板的顶表面倾斜，这样，在每一通道的下端下接触臂邻近板的底表面，以形成与下置接触片的焊接连接，每一焊接连接位于下凹槽内。

4.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一接触通道的上凹槽的底从通道槽向上朝板的顶表面倾斜。

5.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一接触通道的下凹槽的下底包括一邻近接触通道的槽的弓形面，每一触头在弓形面周围弯曲。

6.如权利要求5所述的插入组件，其特征在于，每一槽的端壁隔开一限定槽的横向宽度的距离；以及

每一接触通道的下凹槽的底的弓形面具有一曲率半径，它大于接触通道的槽的横向宽度。

7.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一接触通道的上凹槽的侧壁彼此平行并隔开通道槽的公称宽度，每一接触通道的下凹槽的侧壁彼此平行并隔开通道槽的缩小宽度。

8.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一槽的横向壁位于板的顶和底表面之间的等距的平面的一侧。

9.如权利要求8所述的插入部件，其特征在于，每一槽的横向壁在作为板的底表面的平面的同一侧上。

10.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一接触通道的横向壁平行于板的顶表面，并邻近通道的上凹槽的上底。

11.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一触头的上接触臂包括一弓形接触前端，每一触头的下接触臂包括一笔直的焊接接触。

12.如权利要求1所述的插入组件，其特征在于，每一触头的上接触臂包括在接触体与接触前端之间延伸的一笔直部分(80)，当插入组件压靠在上接触片上时笔直部分接合上接触片，并且将这样的笔直部分和上接触片焊接连接起来，这种连接位于上凹槽内。

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