CN1192825A - 用于网格焊球阵列的顶装式插座 - Google Patents

Abstract

一种用于具有一电触点阵列(^*12)的网格焊球阵列集成电路封装(BGA)的插座,该电触点延伸过在一滑动板上的孔。使孔(14)和孔中的电触点分隔开的布置提供了使BGA封装的球触点(16)进入开口的进入口。触点被做成凹形或倾斜的,以与网格焊球阵列封装的球触点的侧面和顶部匹配。网格焊球阵列封装的接触表面可以垂直地插入插座而无任何阻碍它的结构,有多个使球触点与开口对齐的导向表面。板(3)受弹簧力的作用,弹簧以使孔的进入口减小的方式平行于球触点的平面驱动板。这种减小的进入口要布置并构造成当使球触点插入其中时在球触点与插座电触点之间提供电导,此外,使凹形的端部分叉并具有锐利边缘,它们可穿透球触点上的任何氧化层。插座触点的倾斜的或凹形的端部(24)在球触点固定在BGA封装上的地方附近与球触点匹配。此匹配在球的赤道上方并用于将球并由此将BGA封装本身固持在插座中。在BGA封装上不作用其它力。一转动的凸轮抵抗弹簧力平行于球触点的平面驱动板,由此扩大开口,使球易于进入孔中。凸轮通过凸轮把手转动。插座的盖是一个围绕一BGA通过其进入的开口的框架。此框架与凸轮把手接触,当其下压在框架上时,提供一最终驱动板的动作。有与凸轮相关联的扭转弹簧,它使凸轮从BGA插入位置返回至用于试验或老化或其它用途的BGA固持位置。BGA的插入位置还允许取出BGA。其操作为将盖下推,并且不必用插入力就可将BGA封装导入插座中,此时,球触点进入孔中。释放压力,使弹簧将球触点夹紧在插座的倾斜端部和孔的侧壁表面之间,从而将BGA封装夹持在插座中,并形成与球触点的可靠的电连接。

Description

用于网格焊球阵列的顶装式插座

本发明涉及用于表面安装的高管脚数集成电路封装的插座，更具体一些，本发明涉及用于网格焊球阵列集成电路封装的试验、老化和一般用途的插座。

表面安装的高管脚数集成电路封装曾经主要采用具有各种管脚构形的方形扁平封装(QFPS)，例如无引线的、J形引线的和鸥翼形引线的QFPS。这些封装具有用于形成电连接的间隔很小的引线，它们沿平面封装的四条边缘分布。这些封装即使在管脚与管脚之间的间隔很小时也通过被限制在平面封装的边缘上而得到限制。针对这一限制，有一种并不受如此限制的新的封装即网格焊球阵列(BGA)，因为电接触点分布在封装的整个底面上。它可以用比QFPS大的间隔放置更多的接触点。这些触点是焊料球，它们有利于封装在印制电路板上的波峰钎焊。BGA是比QFPS流行的其它方案。

对于试验、老化、改换程序，以及有时对在集成电路可能需要更换的场合的生产性应用，能容许BGA的插座是必需的。有几家不同的制造厂商已经开发出了若干种这种插座，以满足这一需要。多数这类插座具有蛤壳形结构，其中，打开铰接的顶盖，使封装进入，然后关上顶盖，将封装保持在插座中。此插座包括一触点床和一位于顶盖上的弹簧，该触点互相隔开，以与BGA触点匹配，或者设置弹簧加载表面以将封装压在触点床上，从而保证所有触点的电连接。某些现有技术的BGA插座使集成电路触点对齐印制电路板的孔。要将触点布置成穿过孔伸出至印制电路板的另一侧，在该处形成电连接。这种在孔中包围触点和在插座中封闭BGA封装的结构有这样一种令人不满意的特点，即在试验、老化时会将热保留在BGA封装中，同时叉妨碍将散热器直接安装在BGA封装上。

这种现有技术的插座对于小规模地处理BGA可能是合适的，但是，由于需要有插入、试验和取出BGA封装等许多独立的和复杂的具体动作，在用于大量生产BGA封装的方法中，这种蛤壳形插座是昂贵的、笨重的和不可靠的。

现有的BGA插座还有其它的限制，因为插座触点沿同一方向向IC触点施加作用力。这些力将封装的一边压靠在插座的一个支承上。由于有大量的触点，许多弹簧插点的累积力便非常大，可能实际上损坏封装。

本发明的一个目的是提供一种BGA插座，它需要很少的和简单的将IC封装插入和取出的具体动作。本发明的一个相关目的是提供用于夹持BGA封装的装置，它一方面在球与插座连接之间提供低电阻的连接，同时又以振动、机械冲击和温度变化进行操作。

本发明的另一目的是提供一种插座，其BGA球触点的下部并不接触，以使球底面不致改变或变形，从而使BGA封装在用于钎焊至印制电路板上或其它这类最终用途时不会被损坏。

本发明的又一目的为提供一种插座，它只有BGA球触点的较大的机械力，而没有作用在BGA封装本身上的力。

本发明的再一目的为提供一种BGA插座，它没有在插入和取出BGA封装时需要避免的障碍。

本发明的另一目的为提供一种BGA插座，它具备卓越的散热能力。

前述目的可由一种用于试验和老化网格焊球阵列封装的插座得以实现，该插座包括一顶部结构，它形成一开口，其大小足以在球触点朝下时使网格阵列封装穿过，这些球触点限定出一个平面。为了说明，在此处将远离BGA封装主体的球触点的端部看作是一底极而将与BGA封装相连的球触点的顶部看作是一顶极，而且经线在两个极之间延伸，环绕球的赤道与两个极等距离。有多个固定在上述插座上的电触点，并且在一优选实施例中具有边缘的第一端被布置成与球触点匹配；有一具有通孔的滑板，上述电触点穿过该滑板延伸，形成在第一端和孔的边缘之间的开口；有一装置，它被设置成沿平行于上述平面的方向使上述滑板位移，将开口减小，以使介于其间的BGA球触点被夹持在赤道上方与球接触的边缘和孔的侧面之间。有用于在被夹持的BGA球上保持作用力的弹簧装置。在一优选的实施例中，凸轮与轴装置提供用于移动滑板的装置。设有用于驱动凸轮轴、以压缩弹簧装置的装置，由此在上述孔的侧面和每个上述电触点之间提供较大的开口，上述较大的开口适于接纳球触点；还有用于去掉驱动力的装置，由此弹簧装置起作用，使上述球触点与上述电触点形成电路连续。

在一优选的实施例中，插座电触点包括一凹形的和分叉的或叉形的端部。叉形的延伸部分有边缘，它们在球赤道的上方与BGA球触点接触，在球触点上提供一闭锁作用，并由此夹持球触点。在一个优选实施例中，将边缘布置成在经线的各侧与球触点接合。当与球触点形成这种连接时，BGA封装便被固持在插座中，而且如此布置插座，以致作用在球触点上的力是作用在BGA封装上的唯一的力。当使BGA封装如此地夹持在插座中时，框架杠杆臂或盖不与BGA封装接触。

在另一优选的实施例中，用于位移的装置是一个经集成电路垂直地指向如下所述平面的力，其中，球触点被压入通孔中并形成一较大的开口，用于使球触点进入。将触点的第一端做成凹陷形的，以便当球触点被压入开口中时通过凹形的端部提供一闭锁作用。

在一优选的实施例中，用于驱动含有孔的阵列的滑板的装置包括由一顶部结构杠杆臂延伸部分转动的凸轮轴，该延伸部分与凸轮轴把手接触，所述杠杆臂延伸部分在插座上方倾斜，而且在该处将杠杆臂延伸部分如此布置在插座的周边上，以使杠杆臂延伸部分不与集成电路的开口顶部插入与取出发生干涉，并且杠杆臂延伸部分有一与凸轮轴把手接触的表面，以使将杠杆臂延伸部分往下压时，加大球触点与对应的孔的相对表面之间的距离，从而使球触点能插入孔中或从孔中取出。杠杆臂延伸部分有一被斜切的导向面，以在杠杆臂延伸部分被下压时使BGA封装与插座的电触点对齐，而且当杠杆臂延伸部分未被下压时，还使杠杆臂延伸部分不与被固持的BGA封装接触。顶部结构打开，允许冷空气绕封装和/或装在其上的散热器循环。

在一优选实施例中，有一扭转弹簧，它使凸轮轴把手和杠杆臂延伸部分返回至初始的倾斜位置-没有外力作用的停止位置。此动作转动凸轮，使滑板移动，将介于其间的BGA球触点压入插座的电触点中。杠杆臂延伸部分被压下时的插座的位置被称为打开位置。

根据参照附图对本发明优选实施例的下列详细说明可使本发明的其它目的、特征和优点显而易见，这些附图是：

图1A是本发明优选实施例在BGA接合位置时的透视图；

图1B是优选实施例在框架/杠杆被压下时处于打开位置时的透视图；

图2A是滑板、插座触点、BGA球触点和凸轮轴在停止位置时的侧视图；

图2B是滑板、插座触点、BGA球触点和凸轮轴在打开位置时的侧视图；

图3A是详细表示插座在打开位置时的球触点和插座触点的侧视图；

图3B是详细表示插座在接合位置时的球触点和插座触点的侧视图；

图4是具有锐利边缘的单个分叉的插座触点的透视图；

图5是BGA试验和老化插座的顶视图，示出了顶部结构框架的对齐表面；

图6A是单个封装球触点、插座触点和顶板处于接合位置时的顶视图；

图6B是单个封装球触点、插座触点和顶板处于打开位置时的顶视图；以及

图7A、7B和7C是BGA的插座触点和球触点的相互作用的另一优选实施例的剖视图。

图1A和1B是按照本发明制造的插座2的透视图。此插座本身是为在本技术领域中公知的介电绝缘材料构造的，并且电触点12用本技术领域中也已公知的材料制造。有一设有许多通孔14的滑板3，在该处，细长的触点12向上伸入每个孔中。在此实施例中，顶部结构包括一盖的延伸部分，它形成一沿插座的一个边缘绕一盖轴13摆动的杠杆臂4，所述盖轴13在横过插座的凸轮轴6的对面构成。将盖的远离盖轴的部分布置成与滑销8接触，或是按另一种没有示出的方案与设置在凸轮轴把手5的端部处的圆弧表面9接触。在插座打开的过程中，该接触使凸轮轴旋转。将杠杆臂4做成一个框架，围绕在BGA封装插入区20外面的插座周边。框架杠杆臂的内表面的几个角有斜切表面15，它们将封装21导入插座中，处于对齐的位置。图1B示出了处于打开状态的插座，此时，框架杠杆臂被压下，与板22平行。一BGA封装与斜切的边缘接触，该边缘使BGA封装的角定位，从而使每个球触点16都进入板上的对应孔中。

当将BGA封装插入插座或从其中取出时，如图1B所示，在打开位置，框架杠杆臂包围框架，但是不侵占区域20，由此不妨碍BGA封装的插入或取出。

在图1A中，凸轮轴上的扭转弹簧10的作用是使凸轮轴把手5与框架杠杆臂4返回至BGA接合位置，此时，如果插入BGA封装，BGA封装就保留在插座中。框架杠杆臂4延伸过凸轮轴6，提供一个大的压下区25，以便易于操作。框架杠杆臂向上移动，直至挡块26处，该挡块插入底座中，以挡住此向上的移动。

图2A和2B示出了凸轮轴6的操作。这个优选实施例只是凸轮、凸轮从动件、采用本技术领域熟知的弹簧作用的凸轮把手的许多变型中的一个例子。参看图2A，凸轮轴6以一角度设置，将固定在滑动顶板3上的碰板7推至一与凸轮轴的最大半径18对应的位置。图2B示出框架杠杆臂被向下压下，平靠在顶板3上。凸轮轴6通过凸轮把手5如图所示地转动。凸轮17的扁平部分平行于碰板7，导致顶板复位弹簧11使顶板3朝凸轮轴6移动。在图2B所示的打开位置，通孔的位置要使插座触点12靠在孔的一个壁上，以使球触点16进入孔中或从孔中退出。球位于插座触点与孔的相对面21之间。如图所示，顶板复位弹簧11可以沿远离凸轮轴的顶板边缘处于不同的位置，或是可以沿此远边放置若干个弹簧。虽然图中示出的是一螺旋弹簧11，但是也可以采用本领域中熟知的板簧或其它这类弹簧。

再回过头去参看图1B，框架杠杆臂4有斜切表面15，它们与BGA封装21的角接合，并引导封装，使球触点16与孔14对齐。首先参看图2B，然后参看图2A，顶板3的移动移动孔表面21，将球触点移入插座触点12中，在该处形成电连接。顶板3的行程由凸轮轴的外半径18和凸轮扁平部分17至凸轮轴旋转中心的距离(在90°时)之差确定。在去掉作用在框架杠杆臂上的下压力以后，凸轮把手扭转弹簧10使凸轮返回接合位置。顶板由本领域中熟知的任何一种机械结构保持在平行于底座2的平面中。插座触点12穿过底座2向下伸出并进一步延伸，以便安装并钎焊在印制电路板上。

仍旧参看图1A和1B，盖4或框架杠杆臂在其向上的方向上由插在底座2中的两个挡块26限制。盖的下部10与滑销8接合，该销8在盖的下部10的下方离开凸轮把手5。在本实施例中，销8并不横过整个插座，但是，在插座的对应另一侧有另一个未示出的销子与盖的相应下部接合。在另一优选实施例中，如上所述，但未示出，盖的下部与凸轮把手5的圆弧表面9接合。

图3B示出了单个的顶板孔，其开口15具有一插至接合位置的BGA封装。孔有壁21，比较图3A和图3B所示并如上所述，该壁已经移动了，以与球接触，同时使球移动到与插座触点12接触的位置。作用在球上的力使插座触点挠曲，从而在其间形成可靠的电连接，并将球因而是将BGA封装固定在插座上。插座触点的挠曲可以通过插座电触点的表面20的离开壳体结构32的移动看出。触点的长度是与尺寸和插座触点的细节一起确定的，以保证挠曲的插座触点受到恰当的弹力。这些力是唯一的作用在BGA上的力，这是因为，如图2A所示，框架杠杆臂已经在BGA封装上方移动并离开它。

如图3B所示，插座电触点21的端部被做成凹形25，以使与球接触的插座触点部分在球的假想赤道的上方，在该处附近，球与BGA封装本身的主体连接。插座触点端部与孔的侧壁的这种定向夹紧动作将球触点夹紧，从而防止球触点和BGA封装本身的垂直移动。

图4是典型的插座触点12的透视图。凹形的或倾斜的端部24是分叉的或是被做成叉形。其上有锐利的边缘23，此边缘穿透任何氧化层，以保证球触点和插座触点之间良好的电接触。

图5示出了框架杠杆臂或盖4的俯视图。斜切的导向面15与BGA封装的角接合，以引导球触点与滑动顶板3上的孔14对齐。当插座处于打开位置时，盖4平靠在顶板3上。这是很明显的，因为盖已经从挡块26移开，而该挡板通过前面所描述的扭转弹簧的作用限制了盖的向上移动。有一抵抗扭转弹簧的力向下压在表面25上。

图6A和6B是滑动顶板3上的开口和孔14的顶视图。图6A示出了处于接合位置的插座，图6B示出了处于打开位置的插座。图中示出了一个球触点16和一插座触点12。在图6A中，直线50代表插座处于打开位置时孔的侧壁表面21的位置。距离X是由如上所述的凸轮轴的转动引起的移动。表面21与球接触并将球移动到与插座触点21接触的位置，然后更远地移动球与插座触点的组合体，使插座触点12挠曲。锐利的边缘23与球接触，形成可靠的电连接。

图7A示出了三个球触点40的剖视图，该球与板3中的三个通孔42的开口相邻。电触点12延伸过孔42至一与球触点相邻的点。电触点46的末端延伸过板到达可以与试验或老化设备(未示出)形成电连接的位置。图7B示出了板3向右移动一个量44。在这种情况下，有一垂直力作用在球触点40上，它将球压入电触点12的端部。触点12的端部46反向向外弯曲，以有助于球40将触点12从图7A所示的触点12位置压至图7B所示的触点12的位置。孔的开口被扩大了一个量44，以使球触点40如图所示地进入孔中。图7C示出了最后的接合情况，此时，球触点由电触点12端部的上凹形边缘或唇30和孔的相对面32固定。电触点12与球触点40形成实际的接触，在其间建立导电性。

对于本领域中的技术人员而言，现在可以明白，可以得到与前述公开内容的字面和精神一致并在本专利的范围内的其它实施例、改进、细节和用途，本专利的范围仅由按照包括等效原则的专利法构成的下列权利要求限制。

Claims (11)

1.一种用于网格焊球阵列集成电路封装的插座，包括：

一具有一顶部结构的外壳，该顶部结构有一开口，其大小足以使网格阵列封装穿过，并使球触点面向上述插座，各球触点限定出一第一平面；

一具有通孔的滑动顶板，将所述通孔排列成用于接纳上述球触点；

多个固定在上述插座上的电触点，其第一端具有至少一个布置成与上述球触点匹配的边缘，同时，上述第一端在该处从与球触点相反的方向延伸到在上述顶板上的上述孔中，在该处，电触点与通孔边缘之间的距离限定了一个开口；

一弹簧装置，将它布置成沿一平行于上述平面的方向向顶板提供一个力，在此，上述弹簧装置的作用为减小上述开口；

用于驱动顶板以压缩上述弹簧装置的装置，其中，使上述开口扩大，以接纳球触点，并且，当上述球触点被插入上述开口并用上述弹簧装置推顶上述顶板，以减小上述开口时，上述球触点被固定在上述插座电触点的上述边缘与上述孔的相对面之间，从而将网格焊球阵列封装固持在上述插座中。

2.如权利要求1所述的插座，其特征为，上述的用于驱动顶板的装置包括一凸轮表面和一致动器。

3.如权利要求1所述的插座，其特征为，上述电触点的上述第一端包括一凹形表面，以使得当凹形表面在每个球触点的赤道上方与球触点的顶部接合时，产生一闭锁作用，从而使网格焊球阵列集成电路封装固持在上述插座中。

4.如权利要求1所述的插座，其特征为，上述电触点的上述第一端上的上述边缘包括一分叉的或开叉的延伸部分，其两个边缘被布置成与上述球触点匹配并接合，其中，每个上述边缘在每个球的一根经线的任一侧与上述球接合。

5.如权利要求1所述的插座，其特征为，上述顶部结构包括：一框架，它布置在插座的周边上，以使框架不与从打开顶部插入和取出集成电路的操作发生干涉；以及一主体，在该处，上述框架以其一个边缘铰接在上述主体上，由此上述铰接的框架限定了一第一位置和一第二位置，在第一位置，上述网格阵列封装可以插入上述插座中，而在第二位置，上述网格阵列封装被固持在上述插座中，在上述第一位置，上述封装由上述框架上的斜切表面导向并对齐，但是，当上述框架处于上述第二位置时，上述框架不与上述封装或上述球触点接触。

6.如权利要求5所述的用于网格焊球阵列集成电路封装的插座，其特征为，上述的用于驱动上述顶板的装置包括：一铰接在上述主体上的凸轮，其中，上述凸轮限定了一第一凸轮位置和一第二凸轮位置，在上述第一位置的上述凸轮驱动上述顶板，将上述开口扩大，以使所述球进入，在上述第二位置的上述凸轮减小上述开口，从而夹持上述球，而且上述凸轮与上述框架接触并由上述框架致动，上述框架驱动上述凸轮，以致上述框架第一位置与上述凸轮第一位置相对应，上述框架第二位置与上述凸轮第二位置相对应。

7.一种用于网格焊球阵列集成电路封装的插座，包括：

一主体；

一铰接在上述主体上的框架，上述框架设置在插座的周边上，以使框架不与集成电路封装的插入和取出发生干涉，而且上述铰接的框架限定了一第一位置和一第二位置，在第一位置，上述集成电路封装可以插入上述插座中，而在第二位置，上述集成电路封装被固持在上述插座中，在上述第一位置，上述集成电路封装由上述框架上的斜切表面导向并对齐，但是，当上述框架处于上述第二位置时，上述框架不与上述封装或上述球触点接触，上述插入的封装的上述球触点限定了一个平面；

一个具有通孔的滑动顶板，所述通孔被布置成可容纳上述球触点；

多个固定在上述插座上的电触点，它们具有凹形的或倾斜的第一分叉端，每个端部具有至少两个适于在经线的任一侧与上述球触点匹配的边缘，每个上述倾斜的第一分叉端适于在上述球触点的赤道上方与上述球触点接触，而且上述第一分叉端从一与球触点相对的方向伸入在上述顶板上的上述孔中，上述电触点与通孔边缘之间的距离形成一开口；

一弹簧装置，它被布置成沿一平行于上述平面的方向在顶板上作用一个力，在该处，上述弹簧装置的作用为减小上述开口；

凸轮轴，它具有用于驱动顶板以压缩上述弹簧装置的凸轮表面和致动器，其中，上述开口被扩大，以接纳球触点，并且当上述球触点被插入上述开口并用上述弹簧装置推动上述顶板，以减小上述开口时，上述球触点被固定在上述插座电触点的上述边缘与上述孔的相对面之间，从而将网格焊球阵列封装固持在上述插件中。

8.一种用于网格焊球阵列集成电路封装的插座，包括：

一具有一顶部结构的外壳，该顶部结构有一开口，其大小足以使网格阵列封装穿过，并使球触点面向上述插座，各球触点限定出一第一平面；

一具有通孔的顶板，所述通孔被排列成可用于接纳上述球触点；

多个固定在上述插座上的电触点，将其第一端布置成与上述球触点匹配，并且上述第一端从一与球触点相对的方向伸入在上述顶板上的上述孔中，电触点与通孔边缘之间的距离形成一通孔；

一弹簧装置，将它布置成沿一平行于上述平面的方向在顶板上作用一个力，在该处，上述弹簧装置的作用为减小上述开口；

用于驱动顶板以压缩上述弹簧装置的装置，其中，上述开口被扩大，以接纳球触点，以及当上述球触点被插入上述开口时，上述弹簧装置推动上述顶板，以致上述球触点被固定在位于上述顶板上的上述通孔的上述边缘和上述电触点的上述匹配端之间，从而将上述网格焊球阵列集成电路封装固持在上述插座中。

9.如权利要求8所述的插座，其特征为，上述用于驱动的装置包括用于将上述球触点压入上述开口以压缩上述弹簧装置的装置，其中，上述开口由球触点扩大。

10.如权利要求9所述的插座，其特征为，上述电触点的第一端的上述末端被斜切，以接纳球触点表面并与之匹配，而且在上述板上的上述通孔的边缘被斜切，以接纳球触点表面并与之匹配，上述斜切的结构可以使上述球触点压过上述开口并将其扩大。

11.如权利要求9所述的插座，其特征为，电触点包括一凹形端部，以致当球被上述凹形端部压过上述开口时产生一闭锁作用。

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