CN1514515A - 表面安装插座组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种焊接到电路板上的插座组件，其包括插座框(14)和位于插座框下面的插座板(12)，该插座框具有环绕中心开口区的周壁(18)，该插座板容纳触头(16)，每个触头具有在插座板的一个侧面上向上延伸进入中心开口区的弹性臂(40)和在插座板的另一侧面上向下延伸的焊球(27)。插座框包括向下延伸的柱(26)，插座板包括利用轻微干涉配合接收柱的孔(34)，插座框在预先插入位置安装到插座板，使得在插座框和插座板之间存在间隙(36)。在焊球焊接到电路板之后，插头组件与插座组件的配合导致柱在孔内移动，从而减小所述间隙，直到插座框与电路板抵靠。

Description

表面安装插座组件

技术领域

本发明涉及一种适于焊接至母板的可拆式接口连接器。

背景技术

如计算机的各种电子系统包括多排安装在如子板和母板的印刷电路板上的元件，其相互连接以将信号和功率输送给整个系统。电路板之间的信号和功率传输要求电路板之间电连接。

某些互连装置包括插座组件和插头组件或集成电路(IC)芯片。一些插座组件包括与插头组件上的导电衬垫配合的弹性触头。当插座组件和插头组件配合时，弹性触头在接触衬垫上施加法向力，由此确保弹性触头和导电衬垫之间的适当电连接。

当插头组件配合到插座组件时，为保证充分接触，弹性触头擦掠过导电衬垫并清洁两表面。典型地，在配合过程中，弹性触头变形。变形期间，弹性触头在插头组件上施加阻力。阻力通常具有法向和切向分量。法向力通常被称作接触力，并切向力通常是由擦掠运动的摩擦动作引起的。

典型的插座组件，无论针栅阵列(PGA)、搭接排板栅格阵列(LGA)，还是球栅阵列(BGA)组件，都被焊接到如母板的电气元件上。典型地，焊球附连在插座组件的底部。插座组件安置于母板上，两部件均通过烤炉或其它加热设备，以便开始焊料回流处理。焊料回流处理期间，焊球熔化并在插座组件和母板之间形成粘结层。焊接层在加热之后冷却并在插座组件和母板之间形成导电连接。

一些插座组件被焊接到母板上，这样焊接层仅仅为在插座组件和母板之间支撑并延伸的插入材料。就是说，在焊料回流处理期间或之后，插座组件与母板不在任一点发生接触。然而，当插头组件配合插入插座组件时，施加到插座组件中的配合或紧固力全部转移到焊接层并被焊接层全部吸收。焊接层可能因吸收力而发生塌陷、断裂或压缩。因此，插座组件和母板之间的电连接会受到不利影响。

为平衡施加到焊接层的配合或紧固力的作用，一些插座组件包括将插座支撑并稳定于母板之上的支架(stand off)。典型地，支架的延伸高度小于焊球高度，但大于焊球的自然回流高度。也就是说，在焊料回流处理之前，支架不与母板接触。当插座组件焊接到母板时，从母板到插座组件的高度取决于支架。授予Lin的美国专利No.6155848(‘848’专利)描述了一种采用支架的、用于ZIF电连接器的辅助设备。‘848’专利披露：支架部分的高度少于焊接前焊球的高度，等于焊接后焊球的高度。因此，焊料回流处理之后，所得焊接层取决于支架的高度。授予Lin的美国专利No.6220884(‘884’专利)揭露一种BGA插座，其包括由基座上的支架支撑的绝缘盖。盖的支架在基座底表面上延伸。焊料回流处理之后，最后的焊接层取决于支架的高度。

此外，在‘848’和‘884’专利中，与每个插座配合的元件(例如IC芯片)包括引脚。也就是说，IC芯片包括配合插入插座的引脚。IC芯片上引脚的存在要求插座的高度足以接纳并保持引脚。

然而，如果没有干涉元件，常规的包括‘848’和‘884’专利的插座组件则不能使焊球回流至其自然高度。就是说，焊球没有熔化到自然回流高度。相反，所得焊接层的高度取决于支架的高度。由于焊接层在其自然高度方面是不确定的，因此通过焊接层的电气传输可能受到不利影响。例如，由于支架决定焊接层的高度，焊接层可能太稠或太稀。

因此，需要一种插座组件，其可以以一种确保通过所得焊接层实现更好导电通道的方式、更有效地回流焊接到母板上。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种焊接到电路板上的插座组件，其包括具有环绕中心开口区的周边壁的插座框。插座板位于插座框的下面。插座板容纳均具有弹性臂和焊球的触头，弹性臂在插座板的一侧上向上延伸到中心开口区，焊球在插座板的相对侧面向下延伸。插座框包括向下延伸的柱，插座框包括以轻微干涉配合方式接收柱的孔。插座框在预插入位置装配到插座板上，这样，在插座框和插座板之间存在间隙。焊球焊接到电路板上之后，插头组件与插座组件的配合将使柱在孔内移动，由此减小间隙直到插座框抵靠电路板。

附图说明

图1是根据本发明的插座组件的立体图；

图2是用于插座组件的插座框的顶视图；

图3是插座框的底视图；

图4是沿图2的4-4线截取的插座框的剖视图；

图5是从插座框延伸的柱的底视图；

图6是根据本发明的插座组件的顶视图；

图7是根据本发明的插座组件的底视图；

图8是沿图6所示的8-8线截取的局部剖视图；

图9是根据本发明的插座组件的侧视图；

图10是沿图6所示的10-10线截取的局部剖视图；

图11是安装在母板上的插座组件的侧视图；

图12是安装入插座组件的插头组件的侧视图；

图13是根据本发明的、位于预焊接位置的插座组件的局部剖视图；

图14根据本发明的插座组件完全就位时的局部剖视图；以及

图15是根据本发明的替换实施例的插座板的立体图。

具体实施方式

图1是根据本发明一实施例形成的插座组件10的立体图。插座组件10包括两个部件，分别是插座板12和插座框14。插座板12包括多个安装在其上的触头16。简单起见，图1只示出了一排触头16。插座组件10可以是球栅阵列(BGA)组件。

插座板12和插座框14是分开且不同的元件。插座板12通过插座框14的柱26(下面详述)和插座板12的柱腔34(下面详述)配合、啮合或其它相互作用而与周围的框连接。插座板12构成插座组件10的基座。

图2是插座组件10的插座框14的顶视图。插座框14包括周壁18，该周壁具有壁角20、中部22的以及由周壁18所限定的开口24。

图3是插座框的底视图。插座框14还包括柱16，其从周壁18的底面向下延伸。虽然示出了五个柱26，但周壁18上可以形成更多或更少的柱26。

图4是沿图2的4-4线的插座框14的剖视图。插座框14还包括位于壁角20和中部22之间形成在周壁18内的凹口28。凹口28形成为使插座框14可以与插座板12配合。如图4所示，柱26从周壁18的底面向下延伸。柱26延伸没有超出壁角20和中部22的底面所限定的平面。可替换地，柱16可以延伸超出壁角20和中部22的底面所限定的平面。

图5是柱26的底视图。柱26为六边形，但可以是能够和插座板12内形成的柱孔或腔进行足够干涉配合的任意形状。例如，柱26可以为八边形，正方形，三角形，圆形等等。

图6是插座组件10的顶视图。图6示出插座框14与插座板12配合安装在一起。当插座板12与插座框14配合安装在一起时，插座框14的周壁18与插座板12的外边缘30(例如，如图8所示)交叠。如图6所示，多个触头16安装在插座板12上，插座板12用作插座组件10的基板。插座板12上可以具有多于或少于所示出数目的触头16。

图10是沿图6的10-10线截取的插座组件10的剖视图。每个触头16包括与可变性弹性臂40一体形成的端部38。弹性臂40与变形过渡部42一体形成，变形过渡部42接着与保持部44一体形成。保持部44牢牢容纳于形成在插座组件10的插座板12内的触头腔内。保持部44的末端与焊球27接触。如图10所示，插座板12不与插座框14一体形成。就是说，插座板12与插座框14在结合面29处彼此邻接或隔开。

图7是插座组件10的底视图，更好地描述出插座板12一般形成为具有倒角31的正方形。插座板12的侧面还切出切口32。从插座框14向下延伸的壁角20和中部22在插座板12中分别由相应的倒角31和切口32接收。也就是说，插座板12和插座框14分别通过壁角和中部20和22与倒角和切口31和32的对应相互作用而安装在一起。插座板12具有包括柱孔34的圆周，以及与触头16的数量对应的一排焊球27。

图8是沿图6所示的8-8线截取的插座组件10的局部剖视图。柱孔34位于插座板12的外边缘并与位于插座框14的柱26的位置对应。柱26和柱孔34开始配合时，插座板12和插座框14之间存在间隙36。当插头组件(下面详述)插入插座组件10时，间隙36减小或消失。就是说，当插头组件配合进入插座组件10时，插座框14与插头组件一起沿箭头A的方向压向插座板12，直到完全就位。当柱26和柱孔34配合时，二者轻微干涉配合。干涉配合的程度使得箭头A方向的附加力引起柱26在柱孔34内移动，从而向插座板12移动插座框14。换句话说，如图8和13所示，插座框14的柱26配合进入插座板12的柱孔34中的预先插入位置(其中，插座组件10没有和与之焊接的母板或其它电路板接触)。同样，插座组件10焊接到电路板之后，但在插头组件完全与插座组件10配合之前，柱26可以相对于柱孔34保持在相同的位置。插头组件完全配合进入插座组件10之后，如图14所示，插座框14相对于插座板12位于其完全就位的位置(其中插座组件10可和与之焊接的母板或其它电路板抵靠)。

图9是回流焊接之前的插座组件10的侧视图。如图9所示，焊球27在插座框14的壁角20和中部22的底面下延伸。由于焊球27在壁角20和中部22的底面下延伸，因此当插座组件10最初定位于母板46上时，焊球27是插座组件10与母板46(下面详述)直接抵靠的唯一元件。

图11是在焊料回流处理之前安装在母板46上的插座组件10的侧视图。在焊料回流处理(即加热焊球27)之前，插座组件10与母板46接触的唯一部件是焊球27。插座框14与母板46不接触，并且间隔一距离。更详细如图13所示，间隙36形成于插座板12和插座框14之间。同样，间隙37存在于壁角20(以及中部22，虽然在图13中未示出)和母板46之间。

当加热焊球时，如焊球27，如果焊球和与之回流焊接的元件如母板46之间没有干涉或插入元件，它们将熔化到自然高度或水平。回流焊接的自然高度或水平、即焊球熔化的自然高度或水平，取决于焊球的物理特性。焊料回流处理期间，焊球27可以在没有例如壁角20和中部22的任何干涉结构的条件下自然回流，并于母板46接触。因此，壁角20和中部22不决定从母板46到插座板12的距离。回流处理之后插座板12和母板之间的距离取决于熔化后的焊球27的自然高度(H_N)。

图2是焊料回流处理结束而且回流后的焊球27在插座组件10和母板46之间形成焊接连接48之后，配合插入插座组件10的插头组件47的侧视图。焊接连接48的高度是回流后的焊球的自然高度(H_N)。插头组件47或集成电路(IC)芯片与插座组件10沿线A的方向配合。插头组件47包括如导电衬垫(未示出)的触头，其与位于插座板12上的触头16匹配。触头16的弹性臂40(图10)被插头组件47变形，并且，端部38(图10)擦掠插头组件47的触头。当插头组件47配合进入插座组件10时，线A方向的配合力使得柱26移动进一步进入柱腔34(沿线A方向)，如上面参照图8描述的。就是说，插头组件47进入插座组件10的配合或紧固力使得插座框14以柱26滑动通过柱腔34的方式向插座板12滑动或移动。插座框14是相对插座板12移动的可动框。

当插头组件47完全配合进入插座组件10时，插座框14会接触母板46，如图14所示。就是说，当插头组件47配合进入插座组件10时，插头组件47在线A方向的运动使得插座框14向母板46移动(以柱26通过柱孔34相互作用的方式)。优选地，插座框14与母板46在配合过程结束时接触或抵靠。这样做，插头组件47和插座组件10结合时的多余紧固或配合力被导向插座框14。由于插座框14与母板接触，因此多余配合或紧固力直接转移到母板46，而不通过焊接连接48。另外，如果在插头组件/插座组件配合期间插座框14与母板接触，可以确保插头组件47和插座组件10之间的精确连接。就是说，壁角20和中部22可以保证插头组件47的配合面大致与插座组件10的弹性端部38平行(由于壁角20和中部22的底面与母板46的顶面平行接触)。无论如何，在回流处理或插头组件47/插座组件10配合处理过程中焊球27的自然回流高度不会改变。

图14是完全就位的插座组件10的局部剖视图。清楚起见，插头组件47未示出。然而，触头16处于完全变形位置。从这一角度，虽然未示出，插头组件47相对插座组件10位于完全配合位置。另外，插座框14相对插座板12和母板46完全就位。需要注意的是，虽然壁角20(和中部22，虽然图14中未示出)与母板46抵靠，但在焊料回流处理期间壁角20和中部22不与母板46抵靠。只有当插头组件47完全进入插座组件10时插座框14才与母板接触。就是说，插头组件47进入插座组件10的配合力使得柱26在柱腔34中滑动，从而使插座组件10的壁角20和中部22与母板46接触。同时，当插座组件10完全就位时，图8和13中所示的间隙36消失或减少。优选地，在插头组件47完全配合进入插座组件10之前，插座框14与母板46抵靠，这样母板46将承受更多或全部多余配合力。

如上面提到的，插座组件10可以采用更多或更少的柱26和柱腔34。此外，插座框14和插座板12的形状可以为不同形状，只要二者匹配即可。此外，柱26可以是能够干涉配合进入柱腔34的任意形状。进一步，柱腔34可以是干涉地和柱26啮合的任意形状。同样，柱可以位于插座板12上或从插座板12向上延伸，而孔形成在插座框14的周壁内部。

图15是根据本发明的替换实施例的插座板60的立体图。插座板60包括基板62，其具有安装在其上的触头16以及从基板62向上延伸的柱64。柱64形成为被插头组件中相应的孔滑动接收。因此，不再采用具有包含柱的周边框，插座板60包括柱64，插头组件可以越过柱向下滑动到完全就位的位置。可选地，插座板60可以包括多个从基板62的不同位置向上延伸的柱64。例如，柱64可以位于壁角内。

因此，本发明的实施例提供一种可以更有效地被回流焊接到母板上的插座组件。由于最后焊接层回流到其自然高度，因此可以获得更可靠的导电通道。此外，当插头组件(如IC芯片)配合进入插座组件时，多余的紧固或配合力转移到母板。从而，焊接层不会在配合期间过度受压。

Claims (1)

1.一种焊接到电路板上的插座组件，该插座组件包括具有环绕中心开口区的周壁的插座框和位于插座框下方的插座板，该插座板容纳触头，每个触头具有在插座板的一个侧面上向上延伸进入中心开口区的弹性臂和在插座板的另一侧面上向下延伸的焊球，其特征在于：

该插座框包括向下延伸的柱，该插座板包括利用轻微干涉配合接收柱的孔，插座框在预先插入位置安装到插座板上，使得在插座框和插座板之间存在间隙，由此，在焊球焊接到电路板之后，插头组件与插座组件的配合将导致柱在孔内移动，从而减小所述间隙，直到插座框与电路板抵靠。

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