CN101682133A - 用于互连表面安装设备和电路基片的连接器 - Google Patents

用于互连表面安装设备和电路基片的连接器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将布置在表面安装设备的表面上的至少一个端子电连接到电路基片的对应基片触点的连接器，以及涉及一种用于生产电子模块的方法。用于将布置在表面安装设备(112)的表面上的至少一个平面端子(130)电连接到电路基片(102)的对应基片触点(108)的连接器，所述连接器(114)包含至少一个弹性的导电互联元件(118)，所述互联元件(118)能够连接到所述至少一个基片触点(108)，并且适合于建立到所述表面安装设备(112)的至少一个端子(130)的可释放的电接触，以及用于安装至少一个互联元件(118)的连接器壳体(116，126)。所述互联元件(118)通过薄片形的承载构件(120)被固定到所述壳体。

Description

用于互连表面安装设备和电路基片的连接器
技术领域
本发明涉及一种用于将布置在表面安装设备上的至少一个端子电连接到电路基片的对应基片触点的连接器。本发明还涉及一种用于生产包含使用根据本发明的连接器的至少一个表面安装设备和电路基片的电子模块的方法。
背景技术
通常的印刷电路板(PCB)制作现在使用用于将表面安装设备(SMD)安装到电路基片的表面安装技术(SMT)。在SMT中，导电垫放置在印刷电路板的表面上，焊膏被网印到导电垫上并且贴片机(a pick andplace machine)将一个或更多的SMT部件放置在它们在PCB上的各个正确位置上，并使SMD的端子接触一般稍微具有粘性的焊膏。PCB组件然后被放置在焊料软熔箱内，其将PCB和部件加热到一定温度，在该温度下焊膏软熔因此形成PCB的导电垫和部件的端子之间的永久电连接。然后需要移除包含腐蚀性的助熔材料的过多焊膏，以便防止经过一端时间后PCB组件受到腐蚀。该工艺一般是通过将PCB组件浸入到一般为水基的液体焊剂移除剂中得以实现。
在软熔处理过程中，包括集成电路的印刷电路板达到传统工艺的大约240摄氏度的最大温度。该热处理步骤导致由于受到高温影响使得显著百分比的集成电路存在缺陷。然而，印刷电路板上的一个具有缺陷的集成电路导致需要再加工或报废整个的电子模块。这对于存储器模块是一个特别显著的缺点。
而且，在近来的环境调节的过程中，建立的焊接工艺会由于有关焊接工艺中铅的使用的限制不得不重新进行评估。无铅焊膏要求更高的软熔温度，导致高的废品率。
已知使用所谓的金属化粒子互连(MPI)来提供一种不使用金属销或焊料的高密度板部件的互连方法。金属化粒子互连材料被形成很小的微型柱，这些微型柱对准封装设备的触点和印刷电路板的搭接垫触点。当受到固定电路板的框架的机械压缩时，压缩柱内的金属化粒子结合以形成触点之间的导电通道。例如美国专利6,325,552表示了将该无焊料的互联元件用于光学收发器中。
另一方面，已知提供了一种具有非导电的承载壳体和弹性的C形互联元件的互连设备，其中所述互联元件通过布置在要被电连接的两个部件之间并且受到压缩力而建立电接触。该互连设备的例子表示于US7,186,119B2中。
然而，这些已知的互连设备具有以下缺点，即，它们的制作相当费时并且昂贵。
发明内容
因此，本发明要解决的问题是要提供一种用于将表面安装设备的至少一个端子电连接到电路基片的对应基片触点的连接器，其能以特别简单并且费用低廉的方式予以制造，同时特别是当表面安装设备具有非常小的间距尺寸时允许表面安装设备的电接触可靠。
该目的是通过独立权利要求的主题得以解决的。本发明的实施例的优点是从属权利要求的主题。
本发明基于以下想法，即，当连接器包含用于安装至少一个互联元件的连接器壳体时，其中所述至少一个互联元件具有弹性且导电以及能够在一侧上连接到基片触点并在另一侧上连接到表面安装设备，以及当所述互联元件通过薄片形承载构件固定到壳体时，用于将表面安装设备的至少一个平面端子电连接到电路基片的对应基片触点的连接器能够以特别容易和可靠的方式予以制造。
特别是当电接触大量端子时，导电互联元件能够甚至通过使用完全自动化的轴到轴(reel to reel)的工艺以特别精密的方式被连接到承载构件。
而且，根据本发明的连接器在具有固定到壳体的安装好的互联元件的情况下能够进行堆装。
为了允许在组装状态下能够进行一定程度的自由运动，互联元件能够形成为以使仅经由机械压缩得以电连接到电路基片。
替代地，当将互联元件制造成使其能够焊接到基片触点时，能够实现特别牢固地连接到印刷电路板。而且，印刷电路板结构能够进行预先制造，其仅仅需要在随后的无焊料制造步骤中安装集成电路部件。
根据本发明的有利改进，壳体包括框架，该框架形成为容纳表面安装设备。因此，确保安装好的部件的足够的机械保护以使可以不需要另外的封装而直接使用裸硅片(silicon dies)。通过在框架处例如向外表面处设置金属层，连接器能够用作以防集成电路受到电磁干扰影响的屏蔽。特别地，这对于高频应用或用于严重污染的区域是非常重要的。
通过提供用于相对于互联元件对准表面安装设备的对准构件，安装公差可由连接器自身限定并且在随后的组装过程中减小了准确定位的负担。
当由弹性材料制造薄片形的承载构件时，能够在由接触阵列(X-Y方向)限定的平面内提供另外的运动自由度。
沿着Z方向提供弹性并且确保电接触牢固的特别简单的方法是将互联元件形成为实质上为U形的触点，该触点具有用于在所述U形形式的每个支腿处分别接触端子和基片触点的接触区域。
根据本发明的有利改进，连接器包含盖子，该盖子用于盖住表面安装设备并将其压紧到处于组装状态的互联元件。该盖子具有多个功能：首先，同样提供需要的法向力即Z方向的力，用于在表面安装设备的整个平面上使电接触均匀。其次，盖子为表面安装设备提供机械保护以使表面安装设备不用封装可制作为裸片。最后，当所述盖子由导热材料做成时能够用作散热器。
当由导电材料例如金属或装有金属的塑料材料制作盖子时，能够建立封闭的法拉第筒，用于使表面安装设备不受电磁干扰的影响。
而且，金属基座可在焊接过程中用来通过设置在电路基片上的焊接区域将连接器固定到电路载体。
当然，还可以是用于将连接器固定到电路基片的其他方式。例如，连接器可以通过咬合连接、胶连接、进一步的过模制以及螺钉连接或铆钉连接得以固定。
附图被结合到一部分说明书中并且形成说明书的一部分用于解释本发明的原理。这些附图不是解释为将本发明仅限制为如何实施和使用本发明的图示和描述的例子。其他的特征和优点从图示在附图中的本发明的以下和更具体的描述中将变得显而易见。
附图说明
图1表示根据本发明的一部分电子模块的分解透视图；
图2表示处于完全安装状态的图1的电子模块；
图3表示示出所有线路的图2结构的顶视图；
图4表示沿着图3的IV-IV部分的图3所示的电子模块的截面视图；
图5表示图4的局部V；
图6表示图5的局部的另一剖视图；
图7表示承载多个互联元件的薄片形承载构件的透视图；
图8表示形成具有对准在其中的多个承载构件的部分连接器框架的金属基座；
图9表示将承载构件模制到金属基座之后图8的框架；
图10表示图9的局部图；
图11表示印刷电路板和用于安装连接器的安装区域的透视图；
图12表示安装图9的连接器之后电路基片的顶视图；
图13表示表面安装设备的底视图；以及
图14表示全尺寸的完全组装的电子模块的顶视图。
具体实施方式
图1表示根据本发明的电子模块100的分解透视图。
电子模块100包含作为电路基片的印刷电路板PCB102。在所示的结构中，为了举例，根据JEDEC JC11，通过安装在DIMM 184 PinDDR1.27CLXX-1上的存储器模块表示了电子模块100。
由于这是一般已知的，因为印刷电路板可由多种材料组成，例如纸PCB基片、纤维玻璃PCB基片、包含低介电塑料的RF基片、柔性PCB基片或陶瓷/金属芯基片。所有这些材料可适合用于根据本发明的连接器。
这可以从图1中看出，在PCB102的第一表面104上，设置有焊接区域106和接触表面构图108。接触表面构图由多个通常被称为“垫(pad)”的基片触点108组成，这些基片触点经由内部引线(在该图中没有示出)被连接到向外的端子110。每个基片触点108对应于表面安装设备(SMD)112的端子。
根据本发明，SMD112经由连接器114被连接到基片触点108。该连接器114由承载多个弹性导电的互联元件118的框架116组成。互联元件118被安装在箔形(foil-shaped)的的承载构件120上(这将相对于图7予以更详细地解释)。
在该实施例中，多个(15个)互联元件总是被安装到带式结构的承载构件120，并且6个相同接触条136被安装在框架116中以产生如图1所示的互联元件阵列。每个承载构件120通过过模制件(overmold)124被固定到金属基座122，因此形成框架116。
根据本图中所示的示例性的实施例，互联元件118的阵列将基片触点构图108的阵列结构直接镜像到SMD112的下表面上的相同构图中。然而，不需要是这种情况。通过以不太对称的方式构造U形互联元件118，SMD112上的阵列结构相对于电路基片102的重新分配是切实可行的。
为了将连接器114固定到印刷电路板102，金属基座122能够被焊接到焊接区域106。互联元件118和垫108之间的电连接能够通过压缩接触或者另外通过焊接接触得以建立。
塑料过模制件124被形成为以使其允许相对于互联元件118对准表面安装设备112。
根据本发明，连接器114被焊接到印刷电路板102，之后，不需要更高的温度步骤。表面安装设备112对准在框架116内，金属盖126被连接成用于将表面安装设备112机械地固定到在基片触点108上，因此施加需要的Z方向压缩。而且，当压缩盖126由金属形成时，同时同样能够用作散热器和电磁屏蔽。根据实施例所示的SMD112是通过硅片和另外的再布线层(RDL)予以形成。
该RDL可以由单层或者可以由多层构成，以提供绝缘层内的铜迹线。再布线层允许仅布置在硅片的边缘位置上的接触端子能够均匀地分布在整个下表面之上。
图2表示根据图1处于完全安装状态的电子模块100，图3提供了该组件的俯视图，其中所述线路是可见的。
特别是由图3和9，能够看到对准构件128和该对准构件128相对于互联元件118定位SMD112的能力。
图4是根据图3的电子模块100沿着剖面线IV-IV的剖视图。这可以从该图中看出，硅片完全由壳体(由框架116和压缩盖126形成)包围以受到机械保护和电磁屏蔽。而且，当硅片在整个表面上接触压缩盖126时，该压缩盖126还用作散热器。
从示于图5的局部图V，能够看出互联元件118的功能。通过压下SMD112，压缩盖126压下U形互联元件118使一个接触区域压到设置在SMD112的端子130并且使第二接触区域压到基片触点108。
局部A再次以剖视图示于图6中。从该图可以看到互联元件的形状。每个互联元件118由U形冲压、蚀刻或激光切割或其他方法构造并弯曲的接触元件组成，该接触元件具有设置在U形支腿处的接触区域132和134。由于由弹簧型的材料做成，因此互联元件的U形形式确保沿着所述方向的相同弹性。
根据本发明，每个互联元件118被连接到薄片形的承载构件120，因此悬挂在框架116内。这允许仅仅由互联元件118的弹簧特性决定的接触力能够非常好的复现。
参考图7到10，将在下面解释根据本发明制造的连接器114。
首先，接触条136是通过将多个互联元件118连接到薄片形(foil-shaped)的承载构件120得以形成。该承载构件能够由所有常用的材料例如层压薄片(laminated foil)组成。优选地，所述材料具有一定挠性以便允许调节机械应力。还能够通过过模制技术实现形成接触条。
如图8所示，多个接触条(在此为6个)136布置在金属基座122中并且例如通过端部区域138中的焊接点或粘结剂得以固定。在接下来的步骤中，应用过模制件124固定接触条136并且设置对准构件128，用于准确地定位表面安装设备。
在图11中，表示了用于安装连接器114的印刷电路板102的安装区域。其由一系列的基片触点108和焊接区域106组成，焊接区域106用于通过焊接金属基座122固定连接器。
图12表示焊接到所述印刷电路板的安装区域的连接器的俯视图。能够在接下来的步骤中，组装表面安装设备112。
这可由图13得出，其示出了SMD112的下侧，例如，尺寸为10毫米×10毫米的片能够通过根据本发明的连接器114得以连接。其具有间距为600微米、每排为15个的6排端子130。如所述，通过再布线层产生该阵列。
最后图14表示根据全尺寸的JEDEC JC11以DIMM184 Pin DDR1.27CLXX-1型式的完全组装的存储器模块100。
由于本发明所使用的冷互连技术，集成电路能够在已经进行焊接工序之后被组装在印刷电路板上。这样，集成电路没有暴露在高温下并且由于该暴露导致的废品率会得以减小。
根据本发明，机械连接被增加到集成电路和印刷电路板之间。如上所述，连接器114通过焊接工艺被固定到印刷电路板，然而集成电路在随后的工序中被机械地组装到连接器114上。因此，集成电路没有暴露于高温下。提供了连接有互联元件118的承载构件允许能够复现并且成本低廉地生产连接器并且还确保表面安装设备112的所有端子的电接触可靠且均匀。
附图标记列表：
  附图标记   说明
  100   电子模块
  102   印刷电路板，PCB
  104   PCB的第一表面
  106   焊接区域
  108   电路基片触点
  110   输入/输出端子
  112   表面安装设备，SMD
  114   连接器
  116   框架
  118   互联元件
  120   承载构件
  122   框架的金属基座
  124   框架的塑性过模制件
  126   压缩盖
  128   对准构件
  130   SMD处的端子
  132   互联元件处的第一接触区域
  134   互联元件处的第二接触区域
  136   接触条
  138   接触条的端部区域

Claims (22)

1.一种连接器，用于将布置在表面安装设备(112)的表面上的至少一个平面端子(130)电连接到电路基片(102)的对应基片触点(108)，所述连接器(114)包含：
至少一个弹性的导电互联元件(118)，所述互联元件(118)能够连接到所述至少一个基片触点(108)，并且适合于建立到所述表面安装设备(112)的至少一个端子(130)的可释放的电接触，
连接器壳体(116，126)，用于安装该至少一个互联元件(118)，
其中所述互联元件(118)通过薄片形的承载构件(120)被固定到所述壳体。
2.根据权利要求1的连接器，其中所述互联元件(118)适于通过压缩连接或焊接连接而连接到至少一个基片触点(108)。
3.根据权利要求1或2的连接器，其中所述壳体包含框架(116)，该框架被形成以容纳表面安装设备(112)。
4.根据权利要求3的连接器，其中所述框架(116)包含金属基座(122)。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的连接器，其中所述壳体包含对准构件(128)，该对准构件用于相对于至少一个互联元件(118)对准表面安装设备(112)。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的连接器，其中所述薄片形的承载构件(120)由塑料制成。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其中互联元件(118)具有实质上为U形形式的承载接触区域(132，134)，用于在所述U形形式的每个支腿处分别接触端子(130)和基片触点(108)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，还包含盖子(126)，该盖子用于盖住表面安装设备(112)并且将该表面安装设备压紧到处于组装状态的互联元件(118)。
9.根据权利要求8所述的连接器，其中盖子(126)由金属制成。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其中为了设置一系列的互联元件(118)，多个条带形的承载构件(120)被布置在所述壳体内，其中多个互联元件被连接到每个带形的承载构件。
11.一种电路板，用于接触至少一个表面安装设备(112)的至少一个端子(130)，该至少一个端子(130)布置在所述表面安装设备的表面上，所述电路板包含：
12.用于安装表面安装设备(112)的电路基片，所述电路基片具有至少一个基片触点(108)，以及
根据权利要求1到10中的任一项所述的至少一个连接器(114)，用于将所述表面安装设备的至少一个端子电连接到所述电路基片的对应的基片触点。
13.根据权利要求11所述的电路板，其中所述电路基片(102)包含印刷电路板。
14.根据权利要求11或12所述的电路板，其中所述电路基片(102)具有用于安装所述表面安装设备的至少一个安装区域，所述至少一个基片触点布置在所述安装区域中。
15.根据权利要求13所述的电路板，其中所述安装区域具有用于将所述连接器固定到所述电路基片上的固定元件。
16.根据权利要求14所述的电路板，其中所述固定元件包含焊接的连接件(106)。
17.根据权利要求11到15中的任一项所述的电路板，其中所述至少一个互联元件被焊接到所述基片触点。
18.一种电子模块包含：
至少一个表面安装设备(112)，至少一个平面端子(130)布置在所述表面安装设备的表面上，
根据权利要求11到16中的任一项所述的电路板。
19.根据权利要求17所述的电子模块，其中所述表面安装设备包含具有再布线层的硅片，所述至少一个端子(130)设置在所述再布线层的外表面上。
20.一种用于生产电子模块的方法，该电子模块包含至少一个表面安装设备以及用于安装所述表面安装设备的电路基片，其中至少一个端子设置在所述表面安装设备的表面上，所述电路基片具有至少一个基片触点，其中所述方法包含以下步骤：
提供具有至少一个弹性导电互联元件的连接器和用于安装至少一个互联元件的连接器壳体；
将所述至少一个弹性互联元件连接到所述至少一个基片触点上；
安装所述至少一个表面安装设备以使可释放的电接触被建立到所述至少一个电子设备的至少一个端子，
其中所述互联元件通过薄片形的承载构件被固定到所述壳体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述至少一个弹性互联元件安装到壳体包含步骤：
提供金属框架；
通过过模制件将承载所述至少一个弹性互联元件的承载构件结合到所述框架。
22.根据权利要求20或21中的一个所述的方法，还包含连接盖子的步骤，其中所述盖子用于盖住所述表面安装设备并且将所述表面安装设备压向所述互联元件。
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