CN1274068C - 电连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明优选实施例的电连接器包含导电端子管脚，和电绝缘的连接器体，所述的电绝缘连接器体含有第一和第二实质上平面的表面和柱件。所述柱件从第二实质上平面的表面突出，并且安装在电路基板上。所述连接器体具有形成于其上的通孔。所述通孔从第一实质上平面的表面伸向所述柱件并且用于容纳至少部分端子管脚。柱件的至少部分上镀有导电材料，用于在端子管脚和电路基板上的电连接点之间建立电接触。

Description

电连接器
技术领域
本发明涉及电连接器，具体地涉及高密度的格栅阵列管脚(PGA)连接器。
背景技术
不断地追求减少电子设备的尺寸，以及对这些设备增添附加的功能导致了电子电路密度持续地增加。这种电路密度和功能性上的增加减少了可在印刷电路板和其这类型电路基板上为安装电连接器提供的面积。这种发展产生了对于具有最小间隔的端子管脚的多管脚电连接器的需要。由于这样的需要开发出的高密度的PGA连接器。
球栅阵列(BGA)连接器是常用的PGA连接器类型。图13描绘出现有技术的BGA连接器100。图13和本文中包括的其它图，每个都参照公共座标系统11。连接器100含有连接器体102和多个端子管脚104。连接器体102有多个形成于其中的通孔106用于容纳端子管脚104。
连接器100用多个焊球108形成。焊球108形成把连接器100固定到印刷电路板(PWB)(未示出)之类的基板上的焊接接头。所述的焊接接头还在端子管脚104与PWB上的对应电连接点之间建立电接触。每个焊接球108各对准一个端子管脚104和相应的电连接点，然后软熔焊球以形成以电气和机械地连接端子管脚104与电连接点的焊接接头。
对齐和软熔焊球108代表了制造连接器100中的附加工艺步骤。本申请人发现这些工艺步骤尽管对其预期用途已经足够了，却有某些局限性和缺点。例如，对齐和软熔焊球108对制造连接器100增加了制造连接器100所需要的成本和时间。另外，本申请人还发现随着端子管脚104的密度增大，对齐和软熔焊球108越来越困难。特别是，这些工艺步骤不易于编程为自动制造系统。
本申请人发现对齐和软熔焊球108的需要不利于在形成端子管脚104与电连接点之间的焊接接头时，使用相对较有效的应力辅助焊接工艺。使用焊球108还使之难于制造不使用引线的电连接器100，从而让电连接器100不适用于无引线的环境。另外，不易于在电连接器中形成电源和地线小岛，因为难于把焊球108形成为跨两个或多个端子管脚104的焊接接头。
本申请人还确认了在端子管脚104和相应的电连接点之间达到有效的机械和电气连接要求在端子管脚104、连接器体102，和PWB之间有较高度的共面性。由于标称的部件至部件之间的差异，部件在摆位和对齐方向的精确性限度等等，这样的共面性往往在生产环境中难于达到。
因此越来越需要可以不使用焊球的电气和机械地连接到电路基板上的高密度PGA。
发明内容
根据本发明，提供了一种电连接器，包含：多个导电端子管脚；和电绝缘的连接器体，所述的连接器体含有第一和第二实质上平面的表面及多个从第二实质上平面的表面上突出的柱件，其中，连接器体有多个形成于其中的通孔，所述的每个通孔从第一实质上平面的表面延伸并且各用于容纳相应的一个端子管脚，至少一个柱件有一个形成于其中的凹陷，所述的凹陷毗连一个相应的通孔，并且所述的凹陷含有导电材料，所述端子管脚各含有一个接片部分和一个接触部分，所述的接触部分用于与所述的导电材料接触。
本发明优选的电连接器包含多个导电端子管脚和电绝缘的连接器体。所述的连接器体含有第一和第二实质上为平面的表面及多个从第二实质上平面的表面上突出的柱件。连接器体有多个形成于其中的通孔。所述的通孔各自从第一实质上平面的表面伸向相应的柱件，并且各用于容纳相应的一个端子管脚。至少每个柱件的一部分镀有导电材料。
另一种本发明优选实施例的电连接器包含一种导电端子管脚，所述端子管脚含有接片部分和从接片部分伸出的接触部分。所述的电连接器还包含一种电绝缘的连接器体，所述的电绝缘的连接器体含有实质上平面的主部，所述实质上平面的主部具有形成于其上的第一通孔用于容纳至少接片部，和从所述主部表面突出的并且至少部分地镀以导电金属的，并且有外表面和内表面的柱件。所述的内表面限定一个凹陷和毗连第一通孔的第二通孔，所述第二通孔用于至少部分地容纳所述的接触部分。外和内表面的至少一部分涂以实质上连续的导电材料层。
另一种本发明优选实施例的电连接器包含一种电绝缘体，所述的电绝缘体含有实质上平面的主部，和从所述主部表面突出的并且至少部分地镀以导电材料的柱件。连接器体具有形成于其中的通道。所述的通道伸经主部和柱件。电连接器还含有至少部分地置于所述通道中并且与所述导电材料接触的导电端子管脚。
另一种本发明优选实施例的电连接器包含一种导电端子管脚，和含有第一及第二实质上平面的表面和柱件的电绝缘连接器体。所述柱件从第二实质上平面的表面突出，并且用于安装在电路基板上。所述连接器体具有形成于其上的通孔，所述通孔从第一实质上平面的表面伸向所述柱件并且用于容纳端子管脚。所述柱件至少部分镀导电材料层用于在端子管脚和电路基板上的电连接点之间建立电接触。
另一种本发明优选实施例的电部件包含电路基板，所述的电路基板具有相关的电路和电连接点。所述的电部件还包括导电端子管脚，和电绝缘的电连接器体。所述的电连接器体含有第一及第二实质上平面的表面和柱件，所述柱件从第二实质上平面的表面突出，并且安装在电路基板上。所述连接器体具有形成于其上的通孔，所述通孔从第一实质上平面的表面伸向所述柱件并且用于容纳至少部分端子管脚。所述的电部件还含有置于柱件的至少部分上的导电材料层，用于在端子管脚和电连接点之间建立电接触。
附图说明
为了说明本发明，在附图中示出本发明优选的实施例。然而本发明不受附图中公开的具体说明的限制。
附图中：
图1是本发明优选实施例电连接器的分解的仰视透视图；
图2A是图1所示实施例电连接器的端子管脚和连接器体的分解的侧视图；
图2B是图2A所示的连接器体的柱件的，沿图2A的线“A-A”所取的剖面仰视图；
图2C是图2A和图2B所示的端子管脚和连接器体的局部俯视图：
图2D是图2A-2C所示的端子管脚和连接器体处于组装好的状态，沿图2C的线“B-B”所取的剖面侧视图：
图3是图1所示电连接器另一个实施例的侧视图；
图4是图1所示电连接器另一个实施例的仰视图；
图5A是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图5B是图5A所示的连接器体的柱件，沿图5A的线“C-C”所取的剖面仰视图；
图6是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图7是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图8是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图9是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图10A是图2A-2D所示的端子管脚和连接器体的另一个实施例的分解侧视图；
图10B是图10A所示的连接器体的柱件，沿图10A的线“D-D”所取的剖面仰视图；
图11A是图2A-2D所示的连接器体的另一个实施例的横截面剖视侧视图；
图11B是图10A所示的连接器体的柱件，沿图11A的线“E-E”所取的剖面仰视图；
图12A是图2A-2D所示的连接器体的另一个实施例的横截面剖视侧视图；
图12B是图10A所示的连接器体的柱件，沿图12A的线“F-F”所取的剖面仰视图；
图13是现有技术BGA连接器的分解仰视透视图。
具体实施方式
图1-2D示出本发明优选实施例的电连接器10。这些图各参照一个绘于其中的公共坐标系11。电连接器10包含连接器体14和多个端子管脚16，所述多个端子管脚16一起形成高密度的格栅阵列管脚。电连接器10用于在例如印刷电路板(PWB)17之类的电路基板，和电部件或者第二电路基板(未示出)之间建立电接触。
电连接器体14包含主部18，所述主部18含有实质上平面的第一表面18a和实质上平面的第二表面18b。电连接器体14还含有多个从第二表面18b上突出的柱件22。柱件22和主部18用塑料之类的绝缘材料形成，并且优选地用液晶聚合物(LCP)形成。柱件22和主部18优选地形成在单一的基底上。
每个柱件22优选地有实质上圆形的截面(见图2B)。每个柱件22包括一个具有倒圆的边缘22a和形成于其上的钮22b的端部(见图2A和2D)。每个柱件22有限定凹陷40的内部的，或者说凹陷的表面部分22c。这些特征的重要性在下文说明。
多个通孔32形成于连接器体14中(见图2A)。每个通孔32由主部18中的相应的表面部分18c限定。每个通孔32各自从第一表面18a伸向相应的柱件22。每个通孔32毗连相应的凹陷40。每个相应的通孔32和凹陷40形成伸过主部18和相应的柱件22的通道42。通道22用于容纳相应端子管脚16的至少一部分。有关通道42的进一步细节表达在下文中。
表面部分18c和柱件22至少部分地覆有导电层44。(为了清晰起见，导电层的厚度在图中夸大了)。导电导44是金属镀层，它在相应的端子管脚16和PWB17之间建立电接触，如下面所详述。层44优选地用铜(Cu)、镍(Ni)和锡(Sn)形成。层44通过用无电的化学镀法激活主部18的第二表面18b，和表面部分18c的下端形成。柱件22的凹陷部分22c也用无电化学镀激活。然后在激活的区域上相继地设置20至25微米的电解铜层、4-6微米的电解镍层和4-6微米的电解锡层。
位于第二表面18b上的锡层的基本部分然后用激光烧蚀除去，并且用化学蚀刻去掉下面的铜层和镍层。在此工序后留下的层44在每个柱件22的周围直接形成实质上连续的金属化层。特别地，与每个柱件22关联的层44覆盖柱件22的外表面22d和凹陷的表面部分22c、直接毗连外表面22d的第二表面18b的部分，以及每个表面部分18c的下端(见图2A和2D)。
应当注意对于层44的组成和应用的具体细节都是用于举例。层44实际上可以用任何适当的导电材料以任何常规的方式形成。
端子管脚16各用诸如BeCu或者磷铜之类的导电材料制造。每个端子管脚16含有接片部分16a和从接片部分16a伸出的细长的接触部分16b。接触部分16b优选地有实质上矩形的截面(也可以使用其它截面形状，例如圆形或者圆锥形的)。接触部分16b中的中线优选地与接片部分16a的中线偏离，如图2A和2D所示。
通道42备用于容纳至少一个相应的端子管脚6的一部分，如前所述。更加具体地，凹陷40和通孔32的下部用于容纳接触部分16b，而通孔32的其余部分用于容纳接片部分16a的一部分(见图2D)。接片部分16a的其余部分向上伸，离开连接器体14的第一表面18a，并且用于配合并且电连接电部件或者第二电路基板。在端子管脚放置进通道42中时，在接触部分16b和镀层44之间优选地存在最小的间隙，例如0.001英寸。
PWB17包括多个电路线条，所述电路线条各终止于相应的电连接点17a(见图2D)。电连接器10通过批量焊接工艺，例如波峰焊接机械地和电气地连接在PWB17上，这在每个柱件22和相应的电连接点17a之间形成焊接接头。
电连接器10与PWB17之间的机械和电连接由导电层44加强。更加具体地，焊接接头21可靠地把电连接点17a连接到相应的柱件22的导电层44上，从而把电连接器10固定到PWB17上。而且，导电层44结合焊接接头21形成电连接点17a和端子管脚16的接点16b之间的导电通路。应当注意到，伸入进并且伸过柱件22并且容纳端子管脚16的通道42的应用使本发明的优选实施例区别于其它的，内装金属化突起或者用于导通电流的器件。
在电连接器10和PWB17之间的机械联接，通过柱件22的几何形态加强。具体地，在批量焊接工艺过程中形成的焊接接头21包围每个柱件22的倒圆的边缘22a和钮22b。倒圆的边缘22a和钮22b增大焊接接头21和柱件22之间的接触面积，从而增加焊接接头21可作用于柱件22上的横向(“X”和“Z”方向)约束力。
焊接工艺还把每个端子管脚固定到连接器体14上。更加具体地，在焊接过程中流入凹陷40和通孔32下部的焊料，实质上填充在接触部分16b和导电层44之间的间隙中。在冷却后，所述的焊料，形成接触部分16b和层44之间的联接，从而把端子管脚16固定到连接器体14上。
电连接器10相对于现有技术的BGA连接器提供了实质上的优势。例如，电连接器10只含有两个主要的部件：连接器体14和端子管脚16。相反地，现有技术BGA连接器，需要某种类型的壳或者体、端子管脚，和各与一个端子管脚相关联的焊球。在现有技术BGA连接器的制造过程中，必须定位和软焊接所述焊球。在制造诸如电连接器10之类的电连接器时不需要这样的工艺步骤，从而导致制造成本的实质节省。
而且可以达到端子管脚16与PWB17的有效电气和机械连接而无需在端子管脚16、连接器体14和PWB17之间的相对高度共面。这种实质上的优势来自柱件22、接触部分16b，和PWB19的安排。具体地，端子管脚16不直接地固定在PWB19上。端子管脚16通过柱件22、导电镀层44和焊接接头21机械地和电气地连接在PWB19上。因此在接触部分16b和相应的电连接点17a之间的竖直(“Y”方向)间隔的差异可以实质上不影响端子管脚16与PWB17电气和机械连接。换言之，在端子管脚16与PWB17建立有效电气和机械连接不需要把端子管脚16在连接器体14内进行精确的竖直定位。
电连接器10的制造工艺可以比现有技术的BGA连接器更加容易地编程并且执行在自动制造系统中，从而可以更加节省生产成本。
可以使用有效的应力辅助焊接工艺把电连接器10与PWB17的连接(如前文所述，当软焊接现有技术的球栅阵列连接器时这种焊接工艺是不可行的)。例如，图3示出了电连接器10a形式的另一个实施例。实质上与连接器10的部件相同的连接器10a的部件用相同的标号标示。电连接器10a包含连接器体14a，电连接器体14a含有包括从其上突出的安装销51的主部18d。安装销51用于经形成于PWB17b上的通孔53牢固地接合PWB17b，从而把连接器体14a固定在PWB17b上并且方便应力辅助焊接工艺。
可以不使用引线制造电连接器10，从而使电连接器10适用于无引线的环境。而且可以在电连接器10中方便地形成电源和接地小岛。例如，图4用电连接器10b形式示出变通的实施例。实质上与连接器10的部件相同的连接器10b的部件用相同的标号标示。电连接器10b包括在选择性基础上电连接毗连端子管脚16的层44a。具体地，层44a电连接起接地管脚作用的毗连的端子管脚，从而形成接地小岛50。层44a还电连接起电源管脚作用的毗连的端子管脚，从而形成电源小岛52。
应当注意尽管以上说明了本发明的数个特性和优点，以及本发明的结构和功能的细节，这种公开只是描述性的，可以在权利要求书各项广义地说明的本发明原理整个之内，于细节上进行改变，特别是在形状、尺寸、和部件的安排方面。
例如图5A和图5B绘出具有两个接触部分16b的端子管脚16e，和具有两个形成在其中的凹陷40以容纳两个接触部分16b(在此用相同的标号标示与由连接器10的部件相同的部件)的柱件22f。
图6绘出具有形成于其中的接触部分16b的端子管脚16f，即，接触部分16b的中轴线实质上与接片部分16a的中轴线对齐。图6还示出柱件22f具有位于中心的通孔54，用于容纳端子管脚16f的接触部分16b。图7绘出端子管脚16f，和具有位于中心的通孔54a和毗连通孔54a的凹陷56的柱件22f。
图8绘出具有位于中心的压配合的接触部分16h的端子管脚16g，和具有位于中心的通孔54的柱件22f。图9绘出具有位于中心的双压配合的接触部分16j的端子管脚16i和柱件22f。
图10A和10B绘出具有通孔60和形成于其中的相邻的槽隙62的柱件22h。图11A和图11B绘出具有通孔64和形成于其中的相邻的开口段66的柱件22i。图12A和图12B给出具有形成于其中的通孔68的柱件22j。通孔68有实质上圆形的截面，并且用于容纳具有相似形状截面的接触部分。

Claims (16)

1.一种电连接器，包含：
多个导电端子管脚；和
电绝缘的连接器体，所述的连接器体含有第一和第二实质上平面的表面及多个从第二实质上平面的表面上突出的柱件，其中，连接器体有多个形成于其中的通孔，所述的每个通孔从第一实质上平面的表面延伸并且各用于容纳相应的一个端子管脚，其特征在于，至少一个柱件有一个形成于其中的凹陷，所述的凹陷毗连一个相应的通孔，并且所述的凹陷含有导电材料，所述端子管脚各含有一个接片部分和一个接触部分，所述的接触部分用于与所述的导电材料接触。
2.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述凹陷用于至少部分地容纳相应的一个端子管脚。
3.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述的导电材料置于每个通孔的至少一部分中。
4.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述的连接器体用液晶聚合物制造。
5.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述凹陷是延伸通过多个柱件中的一个相应的柱件的通孔。
6.如权利要求5所述的电连接器，其特征在于，所述接触部分的中线实质上对齐接片部分的中线。
7.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述接触部分的中线实质上偏离开接片部分的中线，并且每个所述凹陷各用于部分地容纳一个相应的接触部分。
8.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，每个相应柱件的凹陷由每个相应柱件的凹陷的外表面部分限定，并且所述的凹陷的表面部分至少部分地由导电材料覆盖。
9.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述柱件的外表面镀有导电材料。
10.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述柱件的一端有实质上倒圆的边缘。
11.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述柱件有一形成于其一端的钮。
12.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，每个所述端子管脚的接触部分有实质上的矩形的截面。
13.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述多个端子管脚每个各含有不超过一个的接触部分。
14.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述导电材料包含铜、镍和锡。
15.如权利要求14所述的电连接器，其特征在于，所述导电材料包含20至25微米厚的铜层、4至6微米厚的镍层和4至6微米厚的锡层。
16.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述连接器体包含安装销钉，用于牢固地接合电路基板上的通孔。
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