CN100420106C - 电连接器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电连接器的制造方法。提供有凹槽的掩模，焊料放到凹槽中。连接器终端的接触末端位于掩模下与掩模的凹槽对准，接触末端靠在焊料上或在焊料附近。加热焊料，使焊料熔化并流到接触末端上，在接触末端上形成焊料块。然后冷却和固化在接触末端上的焊料块，除去掩模。还提供有连接的焊料块的电连接器。

Description

电连接器的制造方法

技术领域

本发明涉及电连接器的制造方法。

背景技术

现有技术中有多种电连接器及其制造方法。美国专利No.6,421,912中公开了电连接器制造方法的一个例子，它公开了在模压元件的上表面中设置有填充焊料的槽，包封在外壳中的连接部分的前端放到焊料中，固化焊料，和从模压元件中除去连接部分。美国专利No.6,454,157中公开了电连接器的制造方法的另一个例子，它公开了在电元件的安装表面中形成阱，细长导体的末端插入电元件的一部分中，使细长导体的末端占据阱的一部分和安装表面的预定区域中的终端，用预定量的焊膏填充阱，放置带焊膏的导电主体和熔化焊膏，使导电主体熔化到导体端。

发明内容

本发明的主要目的是，提供电连接器的制造方法。

本发明的另一个目的是，形成有连接到终端的接触末端的焊料量的电连接器，焊料的体积/焊料的直径可以根据印刷电路板的设计要求变化。

本发明的又一个目的是，提供形成电导体用的掩模和封装，根据系统设计要求简化定型(customize)。

本发明的再一个目的是用不需要获得球形焊料体积的方法形成电连接器。

本发明的另一个目的是，提供形成电连接器的能重复使用的掩模。

本发明的再一个目的是，用容易与另一个电连接器构成对准的部分形成电连接器。

总之，如上述的，本发明提供电连接器的制造方法。制造方法的第一实施例包括提供在其第一表面上有凹槽的掩模。焊料放到掩模的凹槽中。然后，将来自连接器中的终端的接触末端放到掩模上面并与掩模的凹槽对准，使接触末端附着在焊料上或达到焊料附近。然后，掩模和连接器被翻转，并通过回流焊(接)炉。随着焊料被加热，焊料熔化并流到终端的接触末端上，在接触末端上形成焊料块。然后，焊料块冷却凝固在接触末端上。除去掩模。由此提供连接有焊料块的电连接器。制造方法的第二实施例包括提供掩模，掩模具有在其第二表面中形成的凹槽和有从第一表面延伸到各个凹槽的通道。焊料通过通道放置到掩模的凹槽中。然后，来自连接器内的终端的接触末端安置在掩模的下端，并与掩模的凹槽对准，使接触末端附着到焊料上或达到焊料附近。然后，掩模和连接器通过回流焊(接)炉。随着焊料被加热，焊料熔化并流到终端的接触末端上，在接触末端上形成焊料块。然后，焊料块冷却凝固在接触末端上。除去掩模。由此提供连接有焊料块的电连接器。

总之，如上所述的，本发明还提供用于形成电连接器的组件，所述组件包括：掩模，有第一表面和第二表面，所述的第一表面中形成有多个凹槽，每个所述的凹槽中能接收易熔材料；连接器，有外壳和多个终端，所述外壳有第一表面和第二表面，和贯通延伸的多个孔，每个所述终端设置和连接在所述外壳的一个所述孔中，每个所述终端有设置在所述外壳的所述第二表面附近的接触末端；其中，除了所述终端和所述凹槽之间的相互作用，所述掩模和所连接器中的至少一个有对准装置，在所述掩模和所述连接器装配到一起时，使所述掩模对准所述连接器，从而每个所述终端的所述接触末端对准所述掩模的一个所述凹槽，其中，所述掩模和所述连接器中的至少一个有隔离装置，在所述掩模和所述连接器装配到一起时，使所述掩模的第一表面与所述连接器的所述外壳的所述第二表面隔开。

附图说明

本发明被认为具有新颖性的特点在以下会详细描述。通过以下结合附图的描述将能更好地了解本发明的构成，结构类型、操作方式、本发明的其他目的和优点。附图中相同的参考数字指示相同的元件。附图中：

图1是用本发明方法制造的连接器的透视图；

图2是图1所示的连接器的侧视图；

图2a是本发明方法中使用的连接器可选择实施例的侧面剖视图；

图3是本发明方法中用的掩模的透视图；

图4是沿着图3中4-4线的局部侧面剖视图；

图5是本发明方法中用的元件的透视图；

图6-13显示出本发明的执行方法，图6-7和图10-13是侧面剖视图，其中，图8和9是透视图；

图14显示出连接到印刷电路板上的用本发明方法形成的连接器；

图15a-15d显示出本发明的另一种选择性执行方法，用本发明中用的图3-4显示的掩模的第二选择性实施例；

图16是本发明中用的图3-4显示的掩模的第二选择性实施例的剖视图；

图17是只在掩模的凹槽部分中有选择地放置的焊料的掩模的剖视图；

图18a-18g是终端的不同类型的接触末端的透视图；以及

图19是执行本发明方法中用的掩模、连接器和元件的另一选择性实施例的剖视图。

具体实施方式

本发明允许用不同的形式实施，这些形式显示在附图中，并将详细说明。应了解具体实施例只是公开了本发明的典型例和本发明的原理，这些具体的实施例不构成对本发明的限制。

图1和2显示出本发明方法中用的连接器20。连接器20包括有第一表面24和第二表面26的外壳22。优选实施例中，外壳22有大致矩形的孔28，孔28穿过外壳22从第一表面24到第二表面26。在孔28的周围，外壳22有穿过外壳22从第一表面24到第二表面26的多个孔30。孔28比每个孔30大很多。如图1和2所示，第二表面26最好有从顶和第二表面24、26向下延伸的凸头32。外壳22还有端部34，端部34没有任何穿过的孔。外壳22的端部34比外壳22的其他部分厚，所以，外壳22的第一表面24在端部比在外壳22的其他部分离第二表面26更远。

终端36位于和连接在各个孔30中，所以，每个终端36的接触末端38从外壳22的第二表面突出。或者，如图2a所示，每个终端36的接触末端38设置在外壳22的凹槽37中，所以，接触末端38不会伸出到外壳22的第二表面26的范围之外。每个终端36的接触末端38是L-形，或是直线形，如图2所示，或者是图18a-18g所示的端子形状。注意，图2、7和10-14中所示的接触末端38是L-形或直线形，多个接触末端38最好都是L-形或都是直线形。图18g具体显示的终端是用U-形线形成的，所以，它有一对直线形的接触末端。如果是L-形，那么，接触末端38的短腿40平行于外壳22的第二表面26。如果是直线形，那么，接触末端38的端部41平行于外壳22的第二表面26。每个终端36最好是电镀，最好选择电镀金(Au)或镍(Ni)，最好的是镍上面再电镀金；每个终端36最好不要电镀锡或铅锡合金，原因在下文说明。

图3和4显示出基板或掩模42。掩模42有第一表面44和第二表面46。优选实施例中，掩模42有穿过掩模42从第一表面44到第二表面46的大致矩形孔48。孔48的尺寸和形状最好与穿过外壳22的孔28的尺寸和形状一致，其原因下文中还会再说明。或者，如图19所示，掩模42可以有从其第一表面向上延伸的凸头或升高部分49。凸头49的尺寸要能装配到外壳22的孔28中，使外壳22与掩模42对准，其原因下文中还会再说明。凸头49设置有从此穿过的孔48，孔48的尺寸与穿过外壳22的孔28的尺寸不一致。

掩模42有设置在其第一表面44中的多个凹槽50，每个凹槽50有圆锥形的侧壁52，侧壁52的锥尖向内，如图4所示。当外壳22和掩模42装配在一起时，凹槽50的形状使各个终端36的接触末端38能相互对准设置，或能设置成稍微偏离凹槽50的中心，这在下文还会再详细说明。

掩模42可以有设置在第一表面44中的锯齿54，当外壳22和掩模42装配在一起时，这样的构形使外壳22上的凸头32局部位于锯齿中。应了解，外壳22上的凸头32和掩模42上的锯齿54的位置和数量可以按需要变化。或者，可以除去组件上的凸头32和锯齿54，用外界物体使外壳22与掩模42隔开所要求的距离。

掩模42有三个大致圆形通孔56，这种构形用于夹持其中的多个不同类型的固定件。

最好用高温材料形成掩模42，例如，用能承受随后工艺的热塑性材料LCP形成掩模42。金属不是掩模42的优选材料，因为金属对凹槽50有浸润作用，但是，如果对金属进行表面处理使其不浸润凹槽，也可以用金属材料形成掩模。最好用模压形成掩模42，但是，也可以用机械方法形成掩模42。

图5中显示出热屏蔽元件58。热屏蔽元件58有第一表面60和第二表面62。热屏蔽元件58最好有三个大致圆形通孔64。如果需要，圆形通孔64也可以是螺孔。当热屏蔽元件58、连接器20和掩模42装配在一起时，圆形通孔64应与掩模42的孔56对准。热屏蔽元件58还有通孔65，如图19所示。用图19显示的热屏蔽元件58的实施例，没有孔64。

现在参见图6-13，例如，图13显示出例如焊料66的附加易熔材料加到连接器20上形成电连接器68的制造方法。如图6所示，方法开始将焊料66放到掩模42的各个凹槽50中。焊料66通常是焊膏形式。无论是焊料66中包含助焊剂或者是在终端36上加助焊剂都能促进焊料66到终端36上。焊料66可以用掩模42作为模板然后用刮板丝网印刷到凹槽50中，或者，将焊料分配到凹槽50中。这两种常用的方法的已知技术，本文不再详细描述。通常形成超出掩模42的第一表面44的焊料66的凹凸弯月面。按需要，在丝网印刷过程中可以除去超出掩模42的第一表面44的任何焊料66。如果焊料分配到凹槽50中，则可以控制焊料66的量，使焊料66不超出掩模42的第一表面44的范围。

一旦焊料66放到掩模42的凹槽50中，那么，外壳22和掩模42装配到一起时，外壳22的第二表面26面向掩模42的第一表面44。孔28和48最好对准，外壳22上的凸头32位于掩模42的锯齿54中，每个终端36的接触末端38与掩模42的一个凹槽50对准。注意，外壳22上的凸头32与掩模42的锯齿54不必对准，或者，为了适当地执行本发明的方法使外壳22上的凸头32与掩模42的锯齿54不必对准。如图7所示，每个终端36的接触末端38伸向凹槽50，L-形接触末端38的短腿40，或直线形接触末端38的端部41对靠在焊料66的凹凸弯月面70上，如图7所示，或者，在焊料66附近但不接触焊料66，如图7a所示。总之，如果使用L-形接触末端38，那么短腿40不会伸到焊料66；如果使用直线接触末端38，那么端部42不会伸进焊料66。注意，终端36的进末端38完全覆盖在焊料66的中心上，如图7和7a所示，接触末端38可以稍微偏离焊料66的中心，本文中还会进一步说明。按需要，孔28、48中可以放焊料块或焊料栓71，如果合适，孔65中再加焊料块71，以保证适当的对准，如图9和19所示。也可以用本文中没有描述的其他各种对准构件。

如图8和9所示，连接器20的外壳22设置在掩模42上，掩模42和连接器20用适当的夹紧机构夹在一起。可以用设置在外壳22上的热屏蔽元件58设置夹紧机构，使热屏蔽元件58的第二表面62对靠在外壳22的第一表面24上。热屏蔽元件58的孔64设置成与掩模42的孔56对准。用例如螺丝的固定件(没有显示)穿过热屏蔽元件58的孔64和掩模42的孔56，将热屏蔽元件58和掩模42连接在一起。注意，如果用例如夹子或快速释放探针等除螺丝之外的辅助固定件将热屏蔽元件58连接到掩模42上，同时热屏蔽元件58只有将外壳22固定到掩模42上和吸热这样两个功能时，孔64与孔56的对准就不是关键问题。热屏蔽元件58和掩模42连接在一起时，连接器20夹在热屏蔽元件58与掩模42之间。热屏蔽元件58和掩模42加到连接器20上的夹紧力在所有终端36上不均匀，使外壳22与掩模42接触不均匀，从而损坏夹紧。图8和9显示出热屏蔽元件58、掩模42和连接器20的组件72。

也可以用其他夹紧机构，例如，一对平板(未显示)。热屏蔽元件58可以是将掩模42和连接器20夹在一起的分开的夹紧机构的一部分。如果利用分开的夹紧机构，如果不用热屏蔽元件也能达到温度梯度，就不需要热屏蔽元件58。总之，无论用任何夹紧机构，重要的是要给连接器20和掩模42加均匀的负荷。

如图10所示，组件72被翻转。组件72一旦装反了，如果焊料66在加热炉74中加热之前，焊料66的凹凸半月面70接触L-形接触末端38的短腿40，或者接触终端36的直线形接触末端38的端部41，焊料66的流动对于重力的依赖性减少，而焊料66的流动更多地依赖于形成焊料76的不均匀体积。表面张力使焊料66保持在凹槽50中。

组件72通过回流或对流焊接炉74中加热，如图11所示。由于炉子74的控制通常只提供有限的温度控制，所以，随着炉子74中温度的升高，热屏蔽元件58保持不同的温度，焊料66熔化和向下流到L-形接触末端38的短腿40上，或者，流到每个终端36的直线形接触末端38的端部41上。表面张力使熔化的焊料66形成留在L-形热屏蔽元件38的短腿40上或留在直线形接触末端38的端部41上的焊料66的体积。

各个凹槽50的侧壁52最好是圆锥形，以促进焊料66向下流到L-形接触末端38的短腿40上，或者，流到每个终端36的直线形接触末端38的端部41上，当焊料66没有预先接触接触末端38时，如图7a所示，如果100％的焊料66放到凹槽50中，一旦组件72翻转，由于助焊剂和每个焊料块76的封装密度的影响，将发现有30％的焊料66流到L-形接触末端38的短腿40上，或者，流到直线形接触末端38的端部41上。由于助焊剂挥发使初始焊料体积明显减小。焊料体积会随着所用助焊剂的类型变化。

如上所述，终端36整个电镀锡或铅锡合金。终端36的各个区域有选择地电镀金和/或镍，以将金属浸润减少到最小或消除，以保证形成焊料球。由于会出现焊料芯没有的情况，使焊料66向下流到终端36上而不流到L-形接触末端38的短腿40上，或者，不流到每个终端36的直线形接触末端38的端部41上。如上所述，掩模42中不能用金属，因为金属会浸润凹槽，降低焊料66的流动。

注意，如果终端36与外壳22之间有间隙，焊料66会流到终端36上，而不流到L-形接触末端38的短腿40上，或者，不流到每个终端36的直线形接触末端38的端部41上。如果设置有间隙，在用外壳22的第一表面24设置的隔热材料或散热材料77，如图11所示，则可以产生至少一摄氏度温差，使焊料块76形成在L-形接触末端38的短腿40上，或者，形成在每个终端36的直线形接触末端38的端部41上。焊料块76最好形成有圆球形表面，如图11所示，或者形成半球形，如图11a所示。

注意，某些例子中，有利的是某些焊料66朝向外壳22的第一表面24向下流到终端36，而有些焊料66在L-形接触末端38的短腿40上或者在每个终端36的直线形接触末端38的端部41上形成焊料块76，如图12a所示。

在L-形接触末端38的短腿40上或者在每个终端36的直线形接触末端38的端部41上形成焊料块76后，松开夹紧机构来拆开组件72，例如，松开将热屏蔽元件58附着到掩模42的固定件，去除对准夹具，例如，如果在孔28、48和65中设置焊料块或焊料栓71则松开孔28、48和65中设置的焊料块或焊料栓71，消除掩模42与连接器20的外壳22之间的接触，只保留连接器20与附着其上的焊料块76之间的接触，如图12所示。焊料块76可以设置在L-形接触末端38的短腿40上或者在每个终端36的直线形接触末端38的端部41上，然后冷却固化焊料块76。注意，终端36最好不伸进焊料块76，而它们之间形成结点。但是，注意，终端36可以稍微伸进焊料块76。

一旦焊料块冷却并连接到L-形接触末端38的短腿40上或者连接到每个终端36的直线形接触末端38的端部41上，然后，再翻转附着有焊料块76的连接器20，如图13所示。

有焊料块76的连接器20以现有的任何适当方式连接到印刷电路板78上。如图14所示，印刷电路板78可以有将终端36内连到不同的印刷电路板层82a、82b的盲孔或埋藏孔80。由于有了盲孔或埋藏孔80，按需要，可以形成不同体积/直径的焊料块76，以填充盲孔80和内连到内部的印刷电路板层82a、82b。用单元(没有显示)控制焊料块76的体积/直径，将焊料66分配到掩模42的凹材50中，凹槽50的尺寸通常与焊料块76的尺寸/直径相同，在误差范围内。焊料块76与L-形接触末端38的短腿40或者与每个终端36的直线形接触末端38的端部41是共面的，并受其控制。

按需要，外壳22的第二表面26构成台阶式轮廓，以控制焊料块76的位置，以保持所要求的共面。

掩模42可以形成允许助焊剂挥发加速回流工艺的其他形状。例如，图15a所示，掩模42中设置从掩模42a的第二表面46a延伸到凹槽50a的通道84a。而且，如图16所示，可以提供贯通掩模42b从掩模42b的第二表面46b延伸到掩模42b的第一表面44b的通道84b，通道84b形成在掩模42b中形成的凹槽50b之间。

掩模42b还可以用在本发明方法的第二实施例中。掩模42b最初位于外壳22b上，使终端36b位于凹槽50b下面，如图15b所示。焊料66b从掩模42b上分配进掩模42b的通道84b，焊料66b流进通道84b和凹槽50b，和焊料66b在表面张力作用下粘接在通道84b和凹槽50b中，如图15c所示。掩模42b和外壳22b通过回流焊接炉74b加热焊料66b，如图15d所示，焊料66b熔化和向下流到每个终端36b的接触末端38。在表面张力的作用下，熔化的焊料66b形成留在每个终端36b的接触末端38b上的焊料块76b，如图15d所示。掩模42b的其他工艺与图12-13所示的工艺相同。用掩模42b不需要翻转掩模42b和外壳22b，而掩模42或42b是需要翻转。但是，在每个实施例中，通过回流焊接炉时终端位于掩模之下。

与现有技术比较，本发明有许多有优点：根据印刷电路板的设计要求可以增加焊料66的体积；终端36的全部接触末端38可以有相同或不同的长度；外壳22的轮廓可以调节，以在终端36的接触末端38的短腿40上形成焊料块76；使掩模42和外壳22的构形容易适合系统的设计要求；改变掩模42中的凹槽50的尺寸形成不同尺寸的焊料块76；用大体积/直径的焊料块76能填充更大的孔80，用于信号电路/功率电路/接地电路的焊料块76的体积不同；不需要购买加工困难的两种直径的焊料块76；即使掩模42有助焊剂，也可以清洗掉助焊剂，而重复使用掩模42；焊料66可以有选择地分配到预定的凹槽50中，例如，当连接器20的构形不会损坏连接器20时，某些凹槽50就不必填充，如图17所示。

尽管本文中已经显示和描述了本发明的优选实施例，但是，本行业技术人员应了解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还有各种改进。

Claims (7)

1. 形成电连接器的组件，所述组件包括：

掩模，有第一表面和第二表面，所述的第一表面中形成有多个凹槽，每个所述的凹槽中能接收易熔材料；

连接器，有外壳和多个终端，所述外壳有第一表面和第二表面，和穿过所述外壳从第一表面延伸到第二表面的多个孔，每个所述终端设置和连接在所述外壳的一个所述孔中，每个所述终端有设置在所述外壳的所述第二表面附近的接触末端；

其中，除了所述终端和所述凹槽之间的相互作用，所述掩模和所述连接器中的至少一个有对准装置，在所述掩模和所述连接器装配到一起时，使所述掩模对准所述连接器，从而每个所述终端的所述接触末端对准所述掩模的一个所述凹槽，其中，所述掩模和所述连接器中的至少一个有隔离装置，在所述掩模和所述连接器装配到一起时，使所述掩模的第一表面与所述连接器的所述外壳的所述第二表面隔开。

2. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，每个所述凹槽有向内的圆锥形侧壁。

3. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，所述掩模有多个贯通的通道，每个所述的通道从所述掩模的第二表面延伸到所述掩模的一个所述凹槽中。

4. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，所述掩模有多个贯通的通道，每个所述的通道从所述掩模的第二表面延伸到所述掩模的第一表面和所述多个凹槽之间。

5. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，还包括元件，所述元件对着所述连接器的所述第一表面设置，所述元件能连接到所述掩模，使所述连接器设置在所述元件与所述掩模之间。

6. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，所述掩模和所述连接器都有对准装置，使所述掩模和所述连接器相互对准，所述掩模中的对准装置是从掩模的第一表面延伸到第二表面的扩大的孔，所述连接器中的对准装置是从连接器的第一表面延伸到第二表面的扩大的孔，所述掩模中的扩大的孔和所述连接器中的扩大的孔尺寸相同。

7. 根据权利要求1所述的组件，其特征是，所述掩模和所述连接器都有隔离装置，使所述掩模与所述连接器相互隔开，所述掩模中的隔离装置是设置在所述掩模的所述第一表面中的多个锯齿，所述连接器中的隔离装置是从所述连接器的所述外壳的所述第二表面伸出的多个凸头，每个所述的凸头可以位于一个所述的锯齿中。

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