CZ298529B6 - Elektrický konektor - Google Patents

Abstract

Elektrický konektor obsahuje izolacní clen (12), mající kontaktní úložnou cást (18) a montážní cást(16), elektrickou koncovku (84, 382), uloženou naizolacním clenu (12). Elektrická koncovka (84, 382) má kontaktní cást (86), umístenou na kontaktní úložné cásti (18) izolacního clenu (12), a montážní cást (98, 386). Montážní cást (98) má zajištovací úsek (92), procházející alespon cástecne izolacním clenem (12), a vodivý teplem tavitelný prvek (100), který vymezuje kontinuální vnejší plochu a jepripevnen k montážní cásti (98, 386). Montážní cástí (98, 386) je jazýcek, mající volný konec, pricemž jazýcek dosedá na vnejší plochu vodivého teplem tavitelného prvku (100).

Description

Elektrický konektor obsahuje izolační člen (12), mající kontaktní úložnou část (18) a montážní část (16), elektrickou koncovku (84, 382), uloženou na izolačním členu (12). Elektrická koncovka (84, 382) má kontaktní část (86), umístěnou na kontaktní úložné části (18) izolačního členu (12), a montážní část (98, 386). Montážní část (98) má zajišťovací úsek (92), procházející alespoň částečně izolačním členem (12), a vodivý teplem tavitelný prvek (100), který vymezuje kontinuální vnější plochu a je připevněn k montážní části (98,386). Montážní částí (98, 386) je jazýček, mající volný konec, přičemž jazýček dosedá na vnější plochu vodivého teplem tavitelného prvku (100).

529 B6 »2

252

CO o CN

N O

Elektrický konektor

Oblast techniky

Vynález se týká elektrických konektorů, zejména konektorů s vysokou hustotou vstupů/výstupů (I/O), jako jsou maticové konektory.

Dosavadní stav techniky

Zmenšování rozměrů elektronických zařízení, zejména osobních přenosných zařízení, a s tím spojených funkcí takových zařízení, má za následek stále větší miniaturizaci všech součástek, zvláště pak elektrických konektorů. Úsilí miniaturizovat konektory má za následek omezení rozteče mezi svorkami v jednořadých nebo dvouřadých lineárních konektorech tak, že může být konektory propojen relativně vysoký počet vstupů/výstupů nebo jiných linek tak, že jsou svorky těsně uloženy v rozsahu opsaných ploch obvodových podložek nebo desek konektorů.

Miniaturizací také doprovází takzvaná SMT technologie, tj. povrchová montáž součástek na desky s obvody. Současně zvyšování použití SMT technologie a požadovaná rozteč lineárních konektorů má za následek přiblížení se limitům SMT vysoké úrovně a nízkou cenu operací. Omezením rozteče svorek se zvyšuje riziko přemostění sousedních pájecích plošek nebo svorek v průběhu nanášení pájecí hmoty. Z důvodu uspokojení potřeby konektorů se zvýšenou hustotu vstupů a výstupů jsou navrhovány konektory skupinové. Takové konektory mají dvojrozměrnou řadu svorek, instalovaných na izolační desce, přičemž mohou poskytnout zlepšenou hustotu. Avšak tyto konektory představují jisté obtíže vzhledem k připojení obvodů substrátů SMT technologií, protože povrch většiny montovaných částí, ne všech, konektorových svorek musí být pod tělem konektoru. Použité montážní technologie musí být vysoce spolehlivé, protože vizuální kontrola pájených spojů nebo jejich opravy v případě, že jsou chybné, je velice obtížná záležitost.

Při montážích integrovaných obvodů (IO) na plastový nebo keramický substrát se uplatňují kuličková mřížková seskupení (BGA) a další podobné sady. V BGA sadě jsou sférické pájecí kuličky připojeny k zapouzdřenému integrovanému obvodu na ploškách elektrických konektorů obvodového substrátu tam, kde je nanesena pájka, obvykle při použití stínítka nebo masky. Jednotka je potom zahřáta na teplotu, při které se pájka a alespoň část nebo všechna pájecí kuličky roztaví a spojí na vodivé plošky, umístěné na substrátu obvodu. Integrovaný obvod je tím připojen k substrátu bez potřeby vnějšího vedení na integrovaném obvodu.

I když použití systému BGA a jemu podobných při propojování integrovaného obvodu k substrátu má řadu výhod, jsou také žádoucí odpovídající prostředky pro montáž elektrického konektoru nebo podobné součástky na desky tištěných plošných spojů (PWB) nebo další substrát. To je důležité pro většinu situací, kdy povrchy substrátů, respektive jejich pájecích kuliček, jsou v jedné rovině s formou v podstatě rovného montážního povrchu tak, že v konečné fázi aplikace kuličky budou natavovány a stejně tak pájka substrátu tištěného plošného spoje. Významnější odlišnosti v pájení v jedné rovině na daný substrát mohou nastat v případě vadného pájení, když je konektor nataven na desku tištěného spoje.

Aby se dosáhlo vysoké pájecí spolehlivosti, uživatelé specifikují velmi přísné požadavky na rovnoběžnost s rovinou, obvykle na rozmezí 0,004 palců až 0,008 palců (nebo 0,1016 mm až 0,2032 mm). Rovinnost, respektive rovnoběžnost pájecích kuliček s rovinou, je ovlivněna velikostí těchto kuliček a jejich umístěním na konektoru. Konečná velikost pájecích kuliček je závislá na celkové síle dostupného pájedla, pájky a pájecích kuliček. Při užití pájecích kuliček na kontakt konektoru je třeba brát ohled na různé varianty síly konektorového kontaktu, protože pájecí hmota má velikost variabilní, a tím působí i na rovnoběžnost pájecích kuliček na konektoru podél montážního povrchu.

-1 CZ 298529 B6

Dalším problémem, vyskytujícím se při pájení konektorů na substrát, je skutečnost, že konektory často mají izolační pouzdro, které má relativně složitý tvar, například obsahuje množství dutin. Zbytková napětí v takovýchto termoplastových pouzdrech mohou vyplývat z procesu lisování pouzdra, či být výsledkem zasunutí kontaktů nebo kombinací obou. Tato pouzdra se mohou zdeformovat nebo zkrotit v důsledku zahřátí na teplotu nezbytnou pro procesy SMT, stejně jako při teplotách nezbytných k natavení pájecích kuliček. Takové zdeformování nebo zkroucení pouzdra může být příčinou rozměrové neshody mezi konektorovým celkem a deskou tištěných spojů, způsobující nespolehlivost pájení, protože povrch montážních prvků, stejně jako pájecích kuliček, není dostatečně v kontaktu s pájecí pastou nebo neumožní dostatečné připájení desky tištěných spojů.

Proto je nutností pro zajištění spolehlivosti a účinnosti montáže elektrických konektorů s vysokou hustotou na substrát užití povrchových montážních technologií.

Podstata vynálezu

Elektrický konektor podle tohoto vynálezu poskytuje vysokou hustotu vstupů a výstupů a spolehlivě připojení k obvodovému substrátu technologií SMT. Takový konektor vykazuje vysokou rovnoběžnost podél montážního rozhraní.

Elektrický konektor podle tohoto vynálezu je takový, u kterého jsou jedna nebo více svorek připojitelné tavitelným elektricky vodivým materiálem k podložce. Tento tavitelný elektrický vodivý materiál je pájecí hmota, přednostně obsahující pájecí kuličku, která může být natavena cestou primárního elektrického proudu mezi svorkou a obvodovým substrátem.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl tedy vyvinut elektrický konektor, obsahující:

izolační člen, mající kontaktní úložnou část a montážní část, elektrickou koncovku, uloženou na izolačním členu, přičemž elektrická koncovka má kontaktní část, umístěnou na kontaktní úložné části izolačního členu, a montážní část, přičemž montážní část má zajišťovací úsek, procházející alespoň částečně izolačním členem, a vodivý teplem tavitelný prvek, který vymezuje kontinuální vnější plochu aje připevněn k montážní části, přičemž montážní částí je jazýček, mající volný konec, přičemž jazýček dosedá na vnější plochu vodivého teplem tavitelného prvku.

Montážní část s výhodou vymezuje vnější stranu, přičemž koncovkové zahloubení je dále vymezeno touto vnější stranou montážní části, přičemž elektricky vodivý teplem tavitelný prvek je umístěn v koncovkovém zahloubení.

Izolační člen s výhodou vymezuje koncovkový průchod, přičemž elektricky vodivý teplem tavitelný prvek zasahuje do koncovkového průchodu.

Montážní část izolačního členu s výhodou vymezuje zahloubení, přičemž část elektricky vodivého teplem tavitelného prvku zasahuje do zahloubení.

Elektricky vodivým teplem tavitelným prvkem je s výhodou pájková kulička.

Elektrická koncovka s výhodou proniká vnější plochou vodivého teplem tavitelného prvku pouze v jednom místě podél kontinuální vnější plochy vodivého teplem tavitelného prvku.

-2CZ 298529 B6

Montážní část je s výhodou ohnuta pod úhlem vzhledem k zajišťovacímu úseku elektrické koncovky.

Rovnoběžnost spojovacího montážního povrchu rozhraní konektoru je udržována provedením izolačního konektorového pouzdra, u kterého se dá vyhnout vytvořenému napětí. Podle tohoto aspektu vynálezu je kontaktní svorka vložena do otvoru v pouzdře. Průřez otvoru je uzpůsoben tak, že nejméně jedna strana má nebo obsahuje tvar výstupku, uzpůsobeného k deformaci svorkami, kdy je svorka vsunuta do otvoru. V důsledku takového uspořádání se dá vyhnout vytvořenému napětí v důsledku mnohonásobného zasunutí kontaktu, stejně tak jako se minimalizuje deformace a zkroucení pouzdra.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení elektrického konektoru podle tohoto vynálezu budou dále popsána s odkazem na přiložené výkresy, na kterých:

obr. 1 znázorňuje celkový pohled shora na zásuvku přednostního provedení konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 2 znázorňuje pohled na částečný řez vnějšího konce zásuvky, zobrazené na obr. 1;

obr. 3 znázorňuje pohled shora na zástrčku podle přednostního provedení předloženého vynálezu;

obr. 4 znázorňuje pohled na částečný řez vnějším koncem zástrčky, zobrazené na obr. 3;

obr. 5 je pohled na řez vnějším koncem zásuvky a zástrčky, které jsou zobrazeny na obr. 1 až 4 v nespojené poloze;

obr. 6 je celkový pohled na zásuvku a zástrčku, zobrazené na obr. 5 v zasunuté poloze;

obr. 7a, 7b a 7c jsou pohledy na vnější řezy, znázorňující jednotlivě první, druhý a třetí stupeň zasunování zástrčky do zásuvky, zobrazené na obr. 5;

obr. 8 je pohled na spodek zásuvky, znázorněné na obr. 1, před umístěním pájecích kuliček;

obr. 9 je pohled na spodek zásuvky, znázorněné na obr. 8, po umístění pájecích kuliček;

obr. 10 je pohled na podrobný řez na pozici XII na obr. 1;

obr. 11 je zvětšený pohled na vnější řez v části oblasti podle obr. 4;

obr. 12 je zvětšený pohled na vnější řez v části oblasti podle obr. 10;

obr. 13 je zvětšený pohled na příčný řez, vedený podél čáry 13-13 z obr. 10;

obr. 14 je pohled shora na druhé přednostní provedení konektorové zásuvky podle předloženého vynálezu;

obr. 15 je celkový pohled na zásuvku, zobrazenou na obr. 14;

obr. 16 je pohled shora na druhé přednostní provedení konektorové zástrčky podle předloženého vynálezu;

obr. 17 je celkový pohled na zástrčku, zobrazenou na obr. 16;

obr. 18 je celkový pohled na spojenou zástrčku a zásuvku znázorněné na obr. 14-17;

obr. 19 je pohled shora na zásuvku, použitou ve třetím přednostním provedení zásuvkového konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 20 je celkový pohled na zásuvku, zobrazenou na obr. 14;

obr. 21 je pohled shora na zástrčku třetího přednostního provedení zástrčkového konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 22 je pohled na zástrčku, znázorněnou na obr. 2;

obr. 23 je pohled na spojenou zásuvku a zástrčku, které jsou znázorněné na obr. 19-22;

obr. 24 je pohled na stranový průřez části dalšího provedení konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 24a je pohled na část struktury z obr. 24, modifikované pro vytvoření hlubšího vybrání;

obr. 25 je pohled na přední průřez v části konektoru, znázorněné na obr. 24, ve které jsou zásuvka a zástrčka rozpojené;

obr. 26a a obr. 26b je graf, znázorňující teplotu v závislosti na čase a vzdálenosti během pájecího natavování v příkladech 1 a 2 podle předloženého vynálezu;

obr. 27a až obr. 27f jsou laserem generované tvary produktu podle příkladu 3 způsobu podle předloženého vynálezu;

obr. 28a a 28b jsou rentgenové fotografie, znázorňující produkt podle příkladu 4 podle předloženého vynálezu;

obr. 28c a 28d jsou fotografie z elektronového mikroskopu, znázorňující produkt podle příkladu 4 podle předloženého vynálezu;

obr. 29 je pohled podobný obr. 10, ve kterém jsou zemnicí a výkonové kontakty vynechány;

obr. 30 je pohled v řezu, vedeném podél čáry XXXI-XXXI z obr. 13;

obr. 31 je počítačová simulace předpokládaného napětí v izolačním pouzdře podobná těm, která jsou ilustrována v přednostním provedení předloženého vynálezu;

obr. 32 je graf kontaktní zadržovací síly jako funkce rovnající se deformaci (stlačení) v žebru izolačního pouzdra, jak je znázorněno na obr. 29;

obr. 33 je přední zvětšený pohled na zásuvkový signálový kontakt, použitý v přednostním provedení konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 34 je přední zvětšený pohled na zástrčkový signálový kontakt, použitý v přednostním provedení konektoru podle předloženého vynálezu;

obr. 35 je přední zvětšený pohled na zemnicí/výkonový kontakt s nosičem pásku, použitým v přednostním provedení konektoru podle předloženého vynálezu; a

-4CZ 298529 B6 obr. 36 je přední zvětšený pohled na zemnicí zástrčkový/výkonový kontakt s nosičem pásku, použitým v přednostním provedení konektoru podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Jak je znázorněno všeobecně na obr. 1 a obr. 2, jakož i na obr. 12 a obr. 13, obsahuje sestava konektorů podle prvního provedení konektoru s vysokou hustotou podle předloženého vynálezu zásuvku JO. Základní část zásuvky 10 je obecně znázorněna jako izolační člen 12. Základna je přednostně vytvořena z vhodného izolačního polymemího materiálu, schopného odolat tavícím teplotám při užití technologie SMT, například z polymeru tekutých krystalů (LCP). Prvek základny obsahuje základní stěnu 14, která má vnější stranu, tvořící montážní část 16, a vnější stranu, tvořící kontaktní úložnou část 18. Na vnější straně jsou vnější zahloubení, například zahloubení 20, 22, 24, 26 a 28 (obr. 12). Na vnitřní straně jsou vnitřní kontaktní zahloubení, například zahloubení 30, 32,34,36 a 38.

Spojení těchto vnitřních a vnějších zahloubení je ve štěrbinách, přičemž jde například o štěrbinu, tvořící koncový průchod 40, jakož i o štěrbiny 42, 44, 46 a 48. Každé z vnějších zahloubení má základní stěnu a vedlejší stěnu, například základní stěnu 50 a vedlejší stěnu 52 (obr. 12). Každé z vnitřních signálových kontaktních zahloubení má základní stěnu a mezilehlou vedlejší stěnu, například základní stěnu 54 a vedlejší stěny 56 a 58. Každé z vnitřních zemnicích nebo výkonových kontaktních zahloubení má také základní stěnu a diagonální vedlejší stěny, například základní stěnu 60 a vedlejší stěny 62, 64. Výše popsané vnitřní a vnější zahloubení a spojovací střední štěrbiny jsou uzpůsobeny pro přijetí zemnicích/výkonových kontaktů nebo signálních kontaktů.

Zemnicí nebo výkonové kontakty mají přednostně horní část 66, vytvarovanou ze dvou kontaktních vidlic 68 a 70. Každá z těchto vidlic má konvergující část 72, na kontakt dosedající část 74 a vně divergující nebo přívodní část 76. Zemnicí nebo výkonové kontakty také obsahují střední část 78, procházející nižší částí stěny zásuvky, a nižší část 80, která vystupuje do vnějšího zahloubení. Pájecí kulička 82 je natavena na nižší část 80, jak bude popsáno níže.

Každý ze signálních kontaktů (obr. 12 a obr. 13) obsahuje vrchní část, tvořenou elektrickou koncovkou 84, přednostně s kontaktní částí 86, přívodní ohyb 88 a výztužné žebro 90. Signální kontakty také obsahují střední část, tvořenou zajišťovacím úsekem 92, který prochází skrze nižší stěnu zásuvky. Každý signální kontakt obsahuje montážní část 98 (obr. 13), vystupující do vnějšího zahloubení, například zahloubení 22 na obr. 12 a obr. 13, kde pájecí kulička, představující tavitelný prvek WO, je natavena k montážní části 98, jak bude objasněno dále.

S částečným odkazem na obr. 1 a obr. 2, základní část zásuvky obsahuje západkové struktury 102. Tato západková struktura 102 obsahuje nahoru směřující chlopeň 104, která je překryta přes vertikální drážku 106, a která má vně vystupující výběžek 108. Základní část zásuvky má také další podobné západkové struktury 110, 112 a 114. Zásuvka také obsahuje horní část 116, která je překryta přes základní část. Tato horní část 116 má vrchní stěnu 118 a okrajovou stranu stěny 120. Tato horní část je upevněna k základní části prostředky západkové struktury 122. Každá z těchto západkových struktur má stěnové vybrání 124 a západku 126 ve tvaru písmene U, která vystupuje směrem dolů z horní stěny a je umístěna ze strany stěnového vybrání. Chlopeň 104 je uložena mezi západkou 126 ve tvaru písmene U a stranou stěnového vybrání 124 tak, aby bylo možné vsunutí západky ve tvaru písmen U vně na výstupek 108 na západkové struktuře 102 základní části. Horní část obsahuje další podobné západkové struktury 128, 130 a 132, které zapadají samostatně na západkové struktury 110, 112 a 114 základní části. Horní část 116 nebo základna také mohou míti montážní svorky 134 a 136, které mají jednotlivá upevňovací oka 138 a 140. Na vrchu stěny 118 horní části 116 jsou také signálová přídavná kontaktní oka, jako například oka 142 a 144. Tato přídavná oka jsou uspořádána v mnoha řadách, odpovídajících řadám signálních kontaktů v základní části. Mezi těmito řadami signálních přídavných kontaktních ok

-5CZ 298529 B6 jsou prodloužené zemnicí nebo výkonové přídavné kontaktní štěrbiny, jako například štěrbiny

146 a 147. Horní část 116 vytváří spojovací rozhraní mezi zásuvkou 10 a spojovací zástrčkou 150 popsanou dále.

Na obr. 3 až obr. 4 a obr. 11 je znázorněn zástrčkový člen konektoru. Zástrčka obsahuje základní stěnu 152 a okrajovou postranní stěnu 154. V postranní stěně jsou opačné spáry 156 a 158 a otevřená strana 160 je protilehlá vůči základní stěně. Ze zástrčky jednotlivě vystupují montážní svorky 162 a 164, které mají jednotlivá oka 166 a 168, která jsou srovnatelná v řadě s upevňovacími přijímacími oky 138, 140 ve spojovacích svorkách zásuvky.

Podle obr. 11 jsou na vnitřní straně základní stěny 152 vnitřní signální kontaktní vybrání jako je vybrání 170. Na vnitřní straně základní stěny jsou také vnitřní výkonová nebo zemnicí přijímací kontaktní vybrání jako je vybrání 172. Opačně vůči vnějším vybráním na základní stěně jsou vnější signální kontaktní přijímací vybrání jako je vybrání 174 a vnější výkonová nebo zemnicí kontaktní přijímací vybrání jako je vybrání 176. Spojením vnějších a vnitřních výkonových nebo zemnicích kontaktních vybrání jsou jednotlivé střední štěrbiny 178 a 180. Ve výkonových/zemnicích kontaktních vybráních jsou přes střední štěrbiny 180 namontovány výkonové nebo zemnicí kontakty 182. Každý kontakt 182 má prodlouženou vnitřní část 184, prodlouženou střední část 186, která je namontována v základní štěně 152, a vnější část 188, vystupující do vybrání 176. Pájecí kulička 190 je natavena na část 188. Vnější část 188 a pájecí kulička jsou částečně obsaženy ve vnějším vybrání 176. Zástrčka také obsahuje množství signálních kontaktů 192. Tyto signální kontakty mají každý vnitřní část 194, střední část 196, uspořádanou v základní stěně, a svorkovou chlopeň 198, vystupující do vybrání 174. Pájecí kulička 200 je natavena na svorkovou chlopeň 198. Znovu stojí za povšimnutí, že tato vnější část a pájecí kulička jsou částečně obsaženy ve vnějším vybrání 170.

Na obr. 5 až obr. 7c je vidět, že zástrčka popsaná výše je přimontována na obvodový substrát stejně jako vybavení desky tištěných spojů PWB 202, a zásuvka je montována na podobné desce tištěných spojů PWB 204. Zástrčka a zásuvka tak tedy tvoří propojení desek, jak je znázorněno na obr. 6. Zástrčka má dvourozměrné pole signálních kontaktů 192, na které jsou nataveny pájecí kuličky 200, a množinu zemnicích/výkonových kontaktů, jako jsou kontakty 192, na které jsou nataveny pájecí kuličky 190. Při použití SMT technologií jsou pájecí kuličky také nataveny k desce tištěných spojů PWB 202 k úplnému zafixování zástrčky k desce tištěných spojů a uskutečnění elektrického kontaktu mezi signálními kontakty a zemnícími nebo výkonovými kontakty v zástrčce a desce tištěných spojů.

Je třeba konstatovat, že třebaže ne všechny kontakty jsou zobrazeny na obr. 5, všechny takové kontakty jsou spojeny s pájecími kuličkami a s deskou tištěných spojů stejným způsobem. Podobně pájecí kuličky, tvořící tavitelný prvek 100, jsou nataveny na zásuvkovou signální koncovku 84, a tyto pájecí kuličky jsou nataveny k desce tištěných spojů PWB 204. Zásuvkové zemnicí/výkonové kontakty 66 jsou namontovány ve štěrbině 134 a jsou nataveny k pájecím kuličkám 82, přičemž tyto pájecí kuličky jsou nataveny k desce tištěných spojů PWB 204.

Zástrčka je vyrovnána v jedné řadě se zásuvkou tak, že okrajová stranová stěna 154 zástrčky přesahuje okrajovou stranovou stěnu 120 horní části 118 zásuvky.

S odkazem na jednotlivé obr. 7a až obr. 7c zapadání nebo zasunutí zástrčky a zásuvky je na nich znázorněno více detailně.

Obr. 7a znázorňuje, po počátečním vyrovnání, jak zemnicí/výkonové kontakty v zástrčce zapadají do zemnicích/výkonových kontaktů přijímacích štěrbin v zásuvce a odpovídají výkonovým/zemnicím kontaktům v zásuvce. Signální kontakty zapadly do signálních kontaktových štěrbin v zásuvce.

-6CZ 298529 B6

Obr. 7b znázorňuje signální kontakty v zástrčce v počátku zapadající do odpovídajících signálních kontaktů v zásuvce a výkonové/zemnicí kontakty v zástrčce jako stávající další vazbu mezi opačně vystupujícími výkonovými/zemnicími kontakty v zásuvce.

Obr. 7c znázorňuje, jako jsou signální kontakty v zástrčce plně zasunuty do signálních kontaktů v zásuvce. Výkonové/zemnicí kontakty v zástrčce jsou pak umístěny v základně vidlice výkonových/zemnicích kontaktů v zásuvce.

Podle obr. 8 je montážní část 16 izolačního členu 12 zásuvky znázorněna před přijetím pájecích kuliček. Před přijetím pájecích kuliček jsou svorkové chlopně signálních kontaktů, například svorková chlopeň 82 a chlopně výkonových/zemnicích kontaktů, například montážní část 98, uspořádány v rozmezí, odpovídajícím vnějším zahloubením, například vnějším zahloubením 20, 22, 24, 26 a 28, při vložení kontaktů do kontaktní úložné části 18 izolačního členu 12. Množství pájecí pasty vhodného složení je použito k dostatečnému naplnění každého vnějšího vybrání. Pájecí kuličky jsou potom aplikovány přes vnější nebo montážní povrch základny. Přednostně jsou vnější vybrání menší v příčném rozměru než pájecí kuličky, takže pájecí kuličky jsou podepřeny na rozích vybrání v poloze blízko svorkových chlopní kontaktů. K maximalizaci stability pájecí kuličky ve vybrání, je přednostně vybrání kruhové nebo ve tvaru pravidelného mnohoúhelníku. Pájecí pasta pomáhá držení pájecí kuličky v každém z vystavených zahloubení, jak je znázorněno na obr. 9, kde je například pájecí kulička 82 znázorněna v zahloubení 20 a pájecí kulička, tvořící tavitelný prvek 100, je znázorněna v zahloubení 22. Dostatečné pájecí kuličky 230, 232 a 234 jsou znázorněny například ve vybrání 24, 26 a 28. Pájecí kuličky bude umístěna ve všech vnějších vybráních zásuvky.

Je také zřejmé, že vnější strana zástrčky bude značně identická s vnější stranou zásuvky před umístěním pájecích kuliček, jak je znázorněno na obr. 8, a po umístění pájecích kuliček jak je vidě na obr. 11. Po umístění pájecích kuliček, ve vnějších vybráních, je konektor vystaven natavovacímu procesu knatavení pájecích kuliček na svorkové chlopně. Vnější strany konektorů, společně s pájecími kuličkami a jednotlivými vnějšími povrchy pájecích kuliček, tvoří značně rovinné montážní rozhraní, podél něhož je konektor namontován na podpírající obvodovou podložku, jako je deska tištěných spojů.

Obr. 10 a obr. 13 znázorňují variantní provedení podle obr. 1, kde místo vidlicových zásuvkových kontaktů na horní části 66, opačně umístěné páky 66a a 66b čepelového typu kontaktů zapadají do zemnicích/výkonových svorek 182.

Obr. 14 až obr. 18 znázorňují druhé přednostní provedení sady spojovacích konektorů podle tohoto vynálezu. S odkazem na jednotlivé obr. 14 až obr. 15 tato sada obsahuje zásuvku 236. Tato zásuvka obsahuje izolační pouzdro 238, které má vnitřní stranu 240, vedlejší postranní stranu 242 a vnější stranu 244. Pouzdro také obsahuje opačně v řadě uložené výstupky 246 a 248. Na vnitřní straně pouzdra jsou kontakty 250 a 252, každý má části, které se vyklánějí ven jeden od druhého a potom se přibližují do kontaktního bodu, ze kterého se potom opět rozbíhají. Kontakty 251 jsou montovány na základnu 231 tímtéž způsobem, jak je vidět u provedení na obr. 1 až obr. 13. Pájecí kuličky, takové jako pájecí kulička 254, jsou montovány k deskové straně kontaktů 250 a 252 tímtéž samým způsobem, který je popsán výše.

S odkazem na jednotlivé obr. 16 a obr. 17, sada také obsahuje zástrčku 258, která obsahuje izolační pouzdro 260, které má vnitřní stranu 262, okrajovou vedlejší stranu 264 a vnější stranu 266. Na jednom konci pouzdra je pár svislých koncových stěn 268 a 270 se středním koncovým vybráním 272. Na opačném konci pouzdra je delší pár koncových stěn 274 a 276 se středním koncovým vybráním 278. Z vnitřní strany pouzdra vystupuje množství kontaktů, jako je kontakt 280, který vystupuje z vybrání, jako je vybrání 282. Na každém z těchto kontaktů je natavena pájecí kulička 284.

-7CZ 298529 B6

Je také vidět, že tyto kontakty jsou umístěny ve střídavém šachovnicovém uspořádání. Například kontakt 286 je vyrovnán s ohledem na kontakt 280, tak mohou být řady kontaktů prostorově těsně společně uspořádány ke zvýšení hustoty kontaktů. S odkazem na obr. 18 je vidět, že každý kontakt v zástrčce, jako je kontakt 280, je svisle uložen v řadě s jedním z párů sbíhajících se kontaktů, takových jako kontakty 250 a 252 v zásuvce, a je vložen mezi tyto sbíhající se kontakty. Je také vidět, že v řadě uložené výstupky 246 a 248 také zapadají do koncových vybrání 272 a 278 v zástrčce. V tomto provedení oddělené zemnicí/výkonové kontakty, použité v provedeních podle obr. 1 až obr. 13, nejsou přítomny. Takové funkce mohou být, je-li to požadováno, začleněny do nerozdělených kontaktních párů.

Obr. 19 až obr. 23 znázorňují třetí přednostní provedení sady spojovacích konektorů. Je zde znázorněna zástrčka 290. Tato zástrčka 290 obsahuje pouzdro 292, které má základní stěnu 294 a okrajovou postranní stěnu 296, stejně tak jako opačně v řadě uložené výstupky 298 a 300. Základní stěna pouzdra má vnitřní stranu 302 a vnější stranu 304. Signální kontakty, jako je kontakt 306, vystupující z vnitřní strany 302. Je vidět, že signální kontakty jsou také uspořádány šachovnicově nebojsou vyrovnány ve střídavých řadách pro zvýšení kontaktové hustoty.

Zástrčka také obsahuje zemnicí nebo výkonové kontakty 310, 312, 314 a 316, umístěné vedle každé ze stran zástrčky paralelně k jedné straně postranní vedlejší stěny. Na vnější straně základní stěny jsou signálové kontakty pájecí kuličky, takové jako pájecí kulička 3J_8, a výkonové nebo zemnicí kontaktní pájecí kuličky, takové jako je kulička 320, které jsou nataveny na své vlastní kontakty tímtéž způsobem, jako je popsáno s ohledem na první provedení.

Zásuvka 322 má izolační pouzdro 324, které obsahuje základní stěnu 326, okrajovou postranní stěnu 328 a v řadě uložené výstupky pro vybrání 330 a 332. Základní stěna má také vnější stranu 334 a vnitřní stranu 336. Z vnitřní strany vystupují signální kontakty, jako jsou kontakty 338 a 340. Kontakty v přilehlých příčných řadách jsou také osově vyrovnány pro dosažení zvýšené kontaktní hustoty. Paralelně ke každé straně okrajové stěny jsou vedlejší výkonové nebo zemnicí kontakty 342, 344, 346 a 350. Na vnější straně základní stěny jsou pro každý signálový kontakt pájecí kuličky takové, jak oje pájecí kulička 352. Také tam jsou pájecí kuličky takové, jako je pájecí kulička 354 pro připojení každého z výkonových nebo zemnicích kolíků. S odkazem na obr. 23 je vidět, že zástrčka 290 zapadá do zásuvky 322.

Jak bylo již zmíněno, takové prvky, jakými jsou elektrické konektory, které jsou montovány na obvodové podložky technologiemi SMT, musejí splňovat velmi přísné požadavky na rovinnost. Jestliže přísné toleranční požadavky na rovinnost, obvykle v řádu okolo 0,003 až asi 0,004 palce, nejsou splněny, potvrzují zkušenosti z výroby neuvěřitelně vysoký rozsah poruch, vyplývajících ze špatného pájecího propojení. Rozmanitost ve vzdálenostech povrchu montovaných částí kontaktů z obvodové podložky může vést k rozmanitosti umístění kontaktu v izolačním pouzdře, ke kterému dojde v důsledku zasunutí kontaktu a deformace pouzder, vyúsťující v ohnutí nebo zkroucení montážního povrchu konektorového těla. Konektory, vyrobené podle předloženého vynálezu, jsou schopné dosažení přísných požadavků na rovinnost použitím znaků, které pečlivě umísťují a stanovují rozsah tavných prvků, použitých pro připevnění konektoru k podložce, a použitím kontaktních bezpečnostních uspořádání, které zabraňují hromadění napětí v konektorovém pouzdře, které má tendenci pokroutit či zkřivit pouzdro.

V provedeních podle obr. 1 až obr. 23 jsou kovové kontakty zabezpečeny v izolačním pouzdře způsobem, který se dá odstranit tvoření napětí v těle pouzdra. Tohoto zabezpečení je dosaženo použitím tvarované štěrbiny nebo otvoru, do kterého je vložena bezpečnostní část kontaktu.

V jednom uspořádání, speciálně užitém pro menší signálové kontakty, má štěrbina tvar, který se těsně přizpůsobuje a vyhovuje tvarem a rozměry všem povrchům právě jednoho kontaktu. Stěna štěrbiny, přivrácená k povrchu, má integrálně formovaný vedlejší výstupek, vystupující do štěrbiny. Vzdálenost mezi vzdálenějším koncem výstupku a protější stěnou štěrbiny je menší než tloušťka kontaktu. Proto je vzdálenější část výstupku zasunuta a deformována kontaktem, jakmile je vložena do štěrbiny. Kontakt je držen bezpečně ve štěrbině normální silou, vyvinutou na kon-8CZ 298529 B6 takt deformačním výstupkem. Protože vzdálenější část výstupku je schopné deformace, je možné se vyhnout vystavení napětí v pouzdře. V přednostním provedení je znázorněno, že výstupek obsahuje žebro ve tvaru jehlanu, vytvořené na jedné straně stěn štěrbiny.

Specifická žebrová konfigurace se zdá být optimální pro jednotlivá pouzdra, ve kterých je využita, ale další podobná žebra nějakého odlišného tvaru nebo velikosti mohou být výhodně použita s dalšími typy pouzder. S odkazem na jednotlivé obr. 29 a obr. 30 je signální kontakt 494 podržen ve štěrbině 496 proti žebru 498. Žebro má rovinný povrch 500, kde zapadá kontakt 494 a opačné šikmé stěny 502 a 504. Kontakt 494 je bezpečně držen ve štěrbině zapadnutím zadních a postranních rohů štěrbiny 496 a žebra 498. Část žebra, přilehlá k povrchu 500, je deformovatelná tehdy, když je kontakt 494 zatlačen do štěrbiny 496, přičemž tak dochází ke zbavení se napětí od vložení kontaktu.

Podobně je výkonový/zemnicí kontakt držen ve štěrbině 50 a drží proti deformovatelnému žebru 510. Žebro má vzdálenější část 512 proti kontaktu a opačné šikmé strany 514 a 516. V tomto uspořádání je také opačné žebro, jako například žebro 518. Toto opačné izolační žebro má také vzdálenější část 520 a šikmé strany 522 a 524. Opačná deformovatelná žebra mohou být použita pro zabezpečení delších kontaktů a pro vy středění kontaktu ve štěrbině.

Odborník též zhodnotí jednotlivý tvar, velikost, počet a umístění takových žeber pro odlišné typy pouzder, a tyto faktory mohou být vybrány k tomu, že největší možný rozsah napětí v pouzdře je izolován v deformovatelných žebrech.

Obr. 31, který byl vypracován za použití ANSYS softwaru napěťové analýzy, dostupné od firmy Ansys, lne. z Houstonu, Pensylvánie, USA, ukazuje, že užitým uspořádáním zabezpečení kontaktu, znázorněného na obr. 29 a obr. 30, jsou vysoké úrovně napětí izolovaný v žebrech a neroztahují značně kontaktové montážní štěrbiny, čímž významně omezují riziko zkroucení nebo poškození pouzdra, které může vyplývat z vysokého počtu zasunutí kontaktu.

Jednotky pro různé oblasti napětí, znázorněné na obr. 31, jsou vN/mm², přičemž milimetr je jednotkou pro znázorněné rozmístění.

Obr. 32 znázorňuje, že pro typický kontakt 494 zvýšení v deformaci (stlačení) vzdálené části deformovatelného žebra na asi 0,0004 palce má za následek zvýšení zadržení síly mezi kontaktem a pouzdrem, vyplývající normální síly, přenášené na kontakt prostřednictvím žebra.

Překročení hodnoty 0,0004 palce deformace (stlačení), má za následek pouze malé zvýšení zadržovací síly.

Jak bylo výše uvedeno, dalším faktorem, ovlivňujícím rovinnost montážní podložky konektoru, využívající BGA montáže, je jednotnost velikosti pájecích kuliček a poloha pájecích kuliček vzhledem k desce montážního povrchu konektorového pouzdra. V přednostním provedení popsaném výše, je svorková chlopeň každého kontaktu umístěna ve vybrání. Vnější vybrání jsou značně jednotná, co se týče velikosti a tvaru. Tato vybrání obsahují několik znaků důležitosti vzhledem k předloženému vynálezu. Vybrání mohou přijmout vysoce jednotné množství pájecí pasty tam umístěné, například jednotlivými dávkami a stírací operací. Tak množství pájedla, dostatečného pro zabezpečení každé pájecí kuličky na kontakt, je do značné míry jednotné. Vybrání určují polohu každé pájecí kuličky v postranním směru X-Y před připojením pájecích kuliček ve směru Z vzhledem ke spodní části povrchu pouzdra a vzdálenost pájecí kuličky od svorkových chlopní kontaktu. Nominální roztažení chlopně do vybrání je stanoveno tak, že v maximu tolerance, stanovené pro roztažení chlopně do vybrání, se chlopeň nedotýká pájecí kuličky, čímž ovlivňuje její umístění ve směru Z. Avšak natavování pájecí kuličky na kontaktní chlopeň je zajištěno relativně jednotným a odpovídajícím množstvím pájedla z pájecí pasty ve vybrání. Případné odchylky ve vzdálenosti mezi kontaktní chlopní a pájecí kuličkou jsou absorbovány odlišnostmi v množství pájecí pasty, umístěné ve vybrání.

-9CZ 298529 B6

Aby se udržovalo odpovídající množství pájedla, přilehlého k pájecí kuličce v průběhu natavovacího kroku, použitého k připojení pájecích kuliček na kontakty, a zabránilo se knotovému efektu při zapadání povrchů kontaktu, je s kontaktem zacházeno tak, aby byl odolný vůči knotovému efektu.

S odkazem na obr. 33 jsou kontakty 526 a 528 znázorněny jako připojené k nosnému pásku 530. Kontakty mají kontaktní zasunovací oblast 532 obvykle pokrytou neoxidujícími kovy, jako je zlato, palladium nebo slitiny palladia. Kontakty mají také střední oblast 534, jejíž část vytváří kontaktní zadržovací oblast v pouzdře. Materiál antiknotovací nebo pájedlem nesmáčivý je aplikován na oblast střední části 532. Jedním z vhodných materiálů pro tento účel je materiál poniklovaný. Přestože to žádná teorie nepotvrzuje, je ověřeno, že rezistentní pájecí znaky této poniklované oblasti vyplývají z oxidace niklu po poniklování, například při vystavení okolnímu vzduchu na několik dní. S překvapením a neočekávaně bylo zjištěno, že nikl nebo niklová oxidační bariéra zabraňuje nebo redukuje knotový efekt při pájení a kontaktech. Pro takovouto funkci niklu nebo oxidační poniklovanou vrstvuje vhodná tloušťka poniklování od 10 mikropalců do 100 mikropalců a nejlépe okolo 50 mikropalců.

Jsou ověřené i další materiály, rezistentní vůči knotovému efektu a použitelné pro tento účel, jako práškové materiály obsahující antipájecí povlaky. Takové materiály mohou být speciálně použity, jestliže celistvý kontakt je pokoven homogenní vrstvou smáčivého pájecího kovu, například zlata. Oblast 536 kontaktní chlopně může být přednostně pokovena pájecím materiálem, jako je zlato, cín nebo slitiny cínu. Přednostně celý kontakt bude pokoven niklem. Tato horní část, pokovená drahým kovem, má tloušťku od 10 mikropalců do 100 mikropalců a nejlépe 30 mikropalců. Na nižší části je pájecí kov umístěn odděleně.

Alternativně může být elektropokovený povlak ohromu nahrazen niklovým povlakem. Podle obr. 34 jsou zástrčkové signální kontakty 538 a 540 znázorněny připojené k nosnému pásmu 542. Každý z těchto kontaktů má zlatém pokovenou oblast 544 chlopně, niklem pokovenou střední zadržovací a antiknotovací část 536 a drahým kovem pokovenou zasunovací oblast 548.

Podobně na obr. 35 je zemnicí/výkonový kontakt 550 znázorněn připojený k nosiči pásku 552. Tento kontakt má nízko pozlacenou oblast chlopně 554, poniklovanou střední antiknotovací oblast 556 a vysoko pozlacenou oblast 558 zasunutí kontaktu.

Dalším znakem zemnicího/výkonového kontaktu 550, který také redukuje knotový efekt, je řada zářezů v oblasti chlopně 554, jako jsou zářezy 560, 562 a 564. Dalším znakem zemnicího/výkonového kontaktu 550, který byl obsažen v provedení výše uvedeném, je svislá štěrbina, jako je štěrbina 566.

Na obr. 36 je znázorněn zástrčkový zemnicí/výkonový kontakt 568, který má nízko pozlacenou chlopňovou část 570, poniklovanou střední antiknotovací oblast 572 a vysoko pozlacenou oblast 574. Je vidět, že zemnicí/výkonový kontakt 568 nemá oddělený nosič pásku, ale má oka, jako je oko 576, které umožňuje kontaktu jeho podpěrnou funkci.

Každý výše popsaný kontakt může mít samozřejmě v nízké části nahrazen cín nebo jiný tavitelný materiál zlatém. Pro všechny kontakty, znázorněné na obr. 33 až obr. 36, je šířka nízko pozlacené chlopňové oblasti wl, znázorněná na obr. 36, přednostně od asi 0,1 mm do asi 0,25 mm. Šířka poniklované střední oblasti w2, znázorněná na obr. 36, bude přednostně od asi 0,1 mm do asi 1 mm.

Na obr. 24 až obr. 25 je znázorněno provedení vynálezu, které má další uspořádání pro připevnění pájecích kuliček. Je zde znázorněna zásuvka 324 konektoru. Tato zásuvka má základní stěnu 326 s vnější stranou 328 a vnitřní stranou 330. Na vnější straně jsou vybrání taková, jako jsou například vybrání 332, 334, 336, 338 a 340, (obr. 25) 342 a 344 (obr. 24). Každé z těchto vybrá-10CZ 298529 B6 ní přednostně má šikmou základní stěnu 360 s kruhovým povrchem 362. Na vnitřní straně 330 jsou vybrání jako jsou vybrání 346, 348, 350, 352, 354 (obr. 25), 356 a 358 (obr. 24). Mezi vnějšími a vnitřními vybráními jsou střední štěrbiny jako štěrbina 364, 366, 368, 370, 372 (obr. 25), 374 a 376 (obr. 24). Každá z těchto štěrbin má zadržovací výstupek (není znázorněn) pro zadržení kontaktu ve štěrbině způsobem značně podobným jako výše diskutovanému v propojení podle obr. 29 a obr. 30. Na vnitřní straně je zásuvka v podstatě stejného konstrukčního provedení jako zásuvka znázorněná na obr. 1 a obr. 2. To zahrnuje homí část 436 zabezpečenou na základně 326 vhodným způsobem, přednostně západkami (neznázoměnými) jak bylo zmíněno vzhledem k obr. 1 a obr. 2. Homí část nebo kryt 436 má množinu otvorů takových, jako jsou otvory 452 a 460, pro příjem jednotlivých kontaktů ze spojovací zástrčky nebo štěrbin, jako jsou štěrbiny 454, 456, 468 (obr. 25) pro příjem zemnicích nebo výkonových kontaktů ze spojovací zástrčky. Signální kontakty, jako je kontakt 408 a zemnicí nebo výkonové kontakty jsou tvary výše popsaného s ohledem na různá dříve popsaná provedení.

Například zemnicí kontakt 382 (obr. 25) má dolní část 384, ze které vychází chlopeň 386. Tento kontakt má také homí část 388, která je uspořádána z vidlic 390 a 392. Každá z těchto vidlic má sbíhající se část 394 a vně rozbíhající se přívodní část 396. Chlopeň 386 je umístěna ve vybrání 336. Každý signální kontakt, jako je kontakt 408, má homí část 410 s dopředu umístěným výstupkem 412 a dozadu umístěným ohybem 414. Signální kontakt má také střední část 416, kde se spojuje izolační pouzdro a nižší chlopeň 418, umístěná ve vybrání 334.

Chlopeň 386 zemnícího kontaktu 382 a chlopeň 418 signálního kontaktu 408 jsou vytvořeny ohybem spodních částí svorek okolo povrchů 362, potom jsou kontakty vloženy do základny 326. Každý povrch 362 slouží jako ohnutý tm pro spojené zadní části kontaktu. Tyto zadní části jsou ohnuty k rozšíření šikmého povrchu 360 a umožňují zaskočit zpět tak, že chlopně jsou příčné k prodloužené ose kontaktu a jsou v podstatě paralelní s povrchem 328. To zaručuje vysoký stupeň rovinnosti chlopní.

Další součást chlopní, pájedlo, je naneseno na vnější povrch každé chlopně. Pájecí kuličky, jako jsou pájecí kuličky 398, 400, 402, 404, 406 (obr. 25), 426 a 428 (obr. 24) jsou poté aplikovány na chlopně a sestava je zahřáta k roztavení pájedla a natavení pájecí kuličky na každou chlopeň. V alternativní struktuře, znázorněné na obr. 24a, jsou vybrání 334a zahloubena tak, že povrchy 360a a 362a jsou umístěny dále od povrchu dna 328a.

Výsledkem je, že pájecí kulička 398a je umístěna částečně v rozsahu vybrání 334a aje stabilizována hranami, jak bylo výše uvedeno s ohledem na obr. 12 a obr. 13. Výsledkem je, že jsou-li užity pájecí kuličky vysoce jednotné velikosti, tato uspořádání mohou poskytovat konečné konektory, které vykazují rovinnost kontaktů napříč spojovacím rozhraním.

Zástrčka 430 má obecně stejnou konstrukci, jako zástrčky výše popsané. Obsahuje základní stěnu 432 s vnější stranou 434 a vnitřní stranou 436. Na vnější straně jsou vy brání, jako jsou vybrání 438, 440, 442, 444 a 446. Každé z těchto vybrání má šikmou základní stěnu 448 a zakřivenou stěnu 450. Spojením každého z těchto vybrání jsou kontaktní štěrbiny 452, 454, 456, 458 a 460.

Zástrčka má také množinu výkonových/zemnicích kontaktů 462. Každý z těchto kontaktů má kontaktní část 464, která zapadá do vidlic zemnicích/výkonových kontaktů zásuvky. Tyto kontakty také mají střední část 466, kde se spojuje pouzdro a chlopeň 468 pájecí kuličky pro příjem pájecí kuličky 470.

Zástrčka také obsahuje množinu signálních kontaktů 476. Každý z těchto signálních kontaktů obsahuje kontaktní část 478, která spojuje signální kontakt v zásuvce, střední část 480, kde se spojuje pouzdro a chlopeň 482 pájecí kuličky pro příjem pájecí kuličky. Další signální kontakty, jako jsou kontakty 486 a 488. spojují jednotlivě další pájecí kuličky, jako jsou kuličky 490 a 492. Chlopně pájecích kuliček jsou vytvořeny a pájecí kuličky 470, 454, 484, 490 a 492 jsou aplikovány k zástrčce v podstatě stejným způsobem, jak bylo popsáno výše u zásuvky.

-11 CZ 298529 B6

U způsobu podle tohoto vynálezu bude vodivým členem pájecí kulička. Odborníkům je však zřejmé, zeje možné nahradit ji dalšími tavitelnými materiály, které mají taviči teplotu menší, než je teplota tavení izolačního tělesa. Tavitelný prvek také může mít tvar jiný než kulový. Pájecí kulička nebo jiný vodivý prvek budou mít přednostně průměr, který je od 50 do 200 procent šířky vybrání. Tento průměr bude také přednostně záviset na hloubce vybrání a bude od 50 do 200 procent této hloubky. Velikost pájecí kuličky bude přednostně od asi 75 do asi 150 procent velikosti vybrání a nejlépe bude stejné velikosti, jako je vybrání. Kontaktní chlopeň bude vystupovat do vybrání dostatečně adekvátním povrchem pro natavení pájecí kuličky a obvykle bude přednostně vystupovat do vybrání od asi 25 do 75 procent, nejlépe asi 50 procent hloubky vybrání, jak bylo dříve zmíněno. Vybrání budou zpravidla kruhová, čtvercová nebo budou v průřezu tvaru pravidelného mnohoúhelníku.

Když je vodivým prvkem pájedlo, přednostně to bude slitina, jež obsahuje asi 90 procent olova. Nejlépe bude slitina eutektická, tj. s co možná nejnižším bodem tání, 63 procent cínu a 37 procent olova, přičemž má bod tání 183 °C.

Typicky „tvrdá“ pájecí slitina s vyšším obsahem by byla užita pro spojování materiálů jako je keramika. „Tvrdá“ pájecí kulička „zhoubovatí“ nebo se deformuje nepatrně když měkne podmínkami při technologii SMT, ale nerozpustí se zcela.

„Měkká“ eutektická pájecí kulička je použita pro připojení k PCB a bude obvykle natavena a změněna pod typickými podmínkami technologie SMT.

Další známá pájedla, použitelná pro účely elektroniky jsou také akceptovatelná pro použití v tomto způsobu. Taková pájedla obsahují bez omezení elektronicky přijatelné slitiny cínu a antimonu, cínu a stříbra, olova a stříbra a indium. Předtím než je pájecí kulička nebo další vodivý prvek umístěn ve vybrání, mělo by být obvykle vybrání vyplněno pájecí pastou.

Alternativně ke shora popsaným pájecím kuličkám, tělo materiálu, který není tavitelný při teplotách, používaných u technologie SMT, může být připojeno na kontakt natavením pájecí pasty ve vybrání. Konektorové spojovací rozhraní by mělo zahrnovat množství tavitelných kulových ploch v přísně rovinném uspořádání. Takový konektor by byl zabezpečen na substrátu obvyklými technikami SMT technologie.

Přestože pájecí pasta nebo krém, zahrnující konvenční organická nebo anorganická tavidla, mohou být uzpůsobeny pro použití podle uvedeného způsobu, upřednostněny jsou nečisté pájecí pasty nebo krémy. Takové pájecí pasty nebo krémy by obsahovaly pájecí sloučeninu ve formě prášku, obsaženého ve vhodném tavícím materiálu. Tento prášek by zpravidla byl sloučeninou a ne směsí složek. Poměr pájedla v tavidlu bude zpravidla vysoký v rozsahu 80-95 % hmotnosti pájedla nebo přibližně 80 % velikosti.

Pájecí krém se vytvoří, když je pájecí materiál suspendován v tavitelné kalafuně. Přednostně bude kalafunou bílá kalafuna nebo nízkoaktivní kalafuna, avšak mohou být použity i kalafuny aktivované nebo superaktivované.

Pájecí pasta se vytvoří, když pájecí slitina ve formě práškuje suspendována v organickém kyselinovém tavidle nebo v anorganickém kyselinovém tavidle. Takové organické kyseliny mohou být vybrány z mléčných, olejových, stearových, ftalových, citrónových nebo dalších podobných kyselin. Takové anorganické kyseliny mohou být vybrány z hydrochlorových, hydrofluoridových a ortofosforových kyselin.

Krém nebo pasta mohou být naneseny natřením, prosíváním nebo protlačováním na povrch, který může být s výhodou postupně předehřátý k dosažení dobrého smáčení. Je známo, že knotový efekt při nanášení pájedla na kontakt se podstatně snižuje, použije-li se pájecí pasty nebo krému,

- 12CZ 298529 B6 přičemž když je to vhodné, použije se tavitelné pájedlo pastového typu a použije se pasivační činidlo. Taková vhodná pasivační činidla by obsahovala fluoridové pájecí rezistantní povlaky, jako je FLOURAD, který je dostupný od společnosti 3M Co.

Zahřívání je přednostně vedeno v panelové infračervené (IR) natavovací dopravníkové peci. Pájecí prvek byl zpravidla byl zahřátý na teplotu od asi 183 °C do asi 195 °C, ale s přihlédnutím k materiálu pouzdra, mohou být užity i taviči teploty. Dopravníková pec by přednostně pracovala v rozsahu rychlostí od asi 10 do 14 palců za sekundu a prošla by množstvím zahřívacích fází za celkovou dobu od asi 5 minut do asi 10 minut. Před vlastním vložením konektorového pouzdra do dopravníkové pece mohou být kontakty a pájecí prvky předehřátý na zvýšenou teplotu nejméně jednu hodinu. V dopravníkové peci by se teplotní profil vyvíjel na základě přiměřeného teplotního maxima, s nejvyšším náběhem a časem nad teplotu natavování. Maximální teplotní bod je nej vyšší teplota dosažená v pouzdru. Pro pájecí prvek s taviči teplotou 183 °C, by teplotní vrchol byl obvykle mezi 185 °C a 195 °C. Maximální náběh je měřený ve °C za sekundu a udává, jak rychle je teplota konektorového pouzdra schopna změny, aby se zabránilo zkroucení nebo deformaci pouzdra.

Pro většinu aplikací této metody bude přednostně maximální pozitivní náběh ve výchozím stavu od asi 2 °C/s do 15 °C/s. Po dosažení smáčivého bodu pájedla bude sestup přednostně -2 °C/s až -15 °C/s. Důležitým aspektem způsobu podle tohoto vynálezu je skutečnost, že doba nad natavováním je minimalizována. Doba nad natavováním je měřítkem jak dlouho zůstává pájecí prvek v kapalné fázi. Bylo zjištěno, že když je doba po kterou je pájedlo v tekutém stavu minimalizována, je knotový efekt pájedla z vybrání na kontakt eliminován nebo podstatně zredukován. Přednostně bude vzestup teploty naměřené na desce mezi 180 °C a 200 °C a pokles teploty naměřené na desce mezi 200 °C a 180 °C od asi 10 sekund do asi 100 sekund.

Přestože to není prokázáno žádnou teorií, bylo zjištěno, že během tak krátkých časových period povrchové napětí tekutého pájecího prvku omezuje plynutí tekutého pájedla skrz štěrbinu pro přijetí kontaktu v základně vybrání. Po takových časových periodách však tekuté pájedlo bude začínat téci skrz štěrbinu pro příjem kontaktu a bude knotovat kontakt. Přes tím, než se teplota pájecího prvku stane teplotu jeho tavení, může být výhodné mít relativně vysoký náběh, ale před tavící teplotou je dosaženo snížení poměru teploty zvýšení nebo snížení, po kterém nastává relativně vysoký náběh dokud se dosahuje taviči teploty.

Zlepšit výsledek může také vhodný výběr materiálu pouzdra. Přednostně bude materiál pouzdra zcela romantický polyester tekutého krystalu (LCP) s charakteristikami vysoké teplotní přeměny skla, nízkého tepelného koeficientu, nízké vlhkostní absorpce, vysoké houževnatosti při lomu, dobré tekutosti a nízké viskozity, vysoké teploty a vysokého bodu vzplanutí.

Tento způsob podle předloženého vynálezu je dále popsán s odkazem na následující příklady.

Příklad 1

Popis izolačního pouzdra pro zástrčku a zásuvku konektoru byl ve spojení s obr. 1 až obr. 18 v podstatě proveden výše. Kontakty, také v podstatě ve shodě s popisem, byly umístěny v pouzdře. Tyto kontakty byly provedeny ze slitiny berylia a mědi, přičemž byly pozlaceny tloušťkou pokovení 30 mikronů. Materiálem pouzdra byl DUPONT H6130 tekutý krystalický polymer (LCP). Délka a šířka zástrčky byly 52,5 mm (včetně spojovacích svorek) a 42,36 mm. Vybrání na vnějších površích zástrčkového a zásuvkového pouzdra byla čtvercového průřezu s rozměrem strany 0,62 mm a hloubkou 0,4 mm. Asi 2 mm zasahoval kontakt do vybrání. Další rozměry byly obecně v proporcích k výše uvedeným rozměrům ve shodě s obr. 1 až obr. 18.

Na vnějších stranách zástrčky a zásuvky byla vybrání vyplněna nebo v podstatě vyplněna nečistým pájecím krémem CLEANLINE LR 725, který je obchodně dostupný u firmy Alphametals,

- 13CZ 298529 B6 lne., Jersey City, New Jersey. Oba prvky, zástrčka i zásuvka byly obráceny na svých vnějších stranách na množství sférických pájecích kuliček tak, že pájecí kulička byla zapuštěna v každém z vybrání. Bylo použito pájecích kuliček ALPHAMETAL, netavitelné 63SN/3PB sférické pájecí kuličky, které měly rozměr 0,030 palce ± 0,001 palce a hmotnost přibližně 0,00195 g. Zástrčka a zásuvka byly potom upraveny FLUORADEM, materiálem proti knotovému efektu při pájení, dostupným od společnosti 3M Co.

Po takovém opracování byly zástrčka a zásuvka sušeny v dopravníkové peci po dobu dvou hodin při 105 °C. Zástrčka a zásuvka byly potom umístěny na oddělené obvodové desky, vyrobené z konvenčního zesíleného epoxidového materiálu na desky tištěných spojů, které mají tloušťku 0,061 palců. Palce obr. 9 byla tepelná vazba umístěna na vnější povrch zástrčky v poloze T. Další tepelná vazba byla umístěna na vnější povrch zástrčky v poloze T. Další tepelná vazba byla umístěna do středu pod povrch podpírající desku, přilehlou k zástrčce.

Zástrčka i zásuvka byly potom zpracovány v panelové infračervené (IR) dopravníkové pájecí natavovací peci. Jak je obvyklé pro tento typ pece, byly zástrčka i zásuvka posouvány skrz šest zón v natavovací peci. Dopravníková rychlost byla 13 palců za minutu. Vyhřívací teploty v každé zóně jsou znázorněny v tabulce 1. Minimální a maximální teploty pro zástrčku a podpůrnou desku jsou znázorněny v tabulce 2. Oba pozitivní i negativní náběhy jsou znázorněny v tabulce 3. Doby vzestupu a klesání křivky, měřené na desce mezi 180 °C a 200 °C, jsou znázorněny v tabulce 4. Teplota v závislosti na čase a vzdálenosti pro zástrčku je znázorněna na křivce na obr. 26a, kde silná čáraje teplota v tepelném spoji na vnějším povrchu zástrčky. Vizuální kontrola zástrčky a zásuvky po pájecím natavování ukázala, že skoro všechny pájecí kuličky byly nataveny k vedením kontaktu v jejich jednotlivých vybráních. Výška pájecích kuliček nad vnějšími povrchy zástrčky a zásuvky se jevila také relativně jednotná. Nebylo zaznamenáno žádné zkroucení nebo deformace pouzdra.

Příklad 2

Další zástrčka a zásuvka byly připraveny v podstatě stejným způsobem, jaký byl popsán v příkladu 1, přičemž pájecí kuličky byly umístěny ve vybráních na vnějších stranách. Několik hodin po zpracování v pájecí natavovací peci podle příkladu 1, když atmosférické podmínky byly trochu odlišné, byly další zástrčka a zásuvka, v podstatě podobné těm, které byly užity v příkladu 1, vystaveny podobnému tavícímu zahřívání, jako v příkladu 1.

Podmínky v peci jsou znázorněny v tabulce 1. Minimální a maximální teploty zástrčky a přilehlé podpůrné desky jsou znázorněny v tabulce 3, vzestup a pokles, měřené na desce mezi 180 °C a 200 °C, jsou znázorněny v tabulce 4. Teplota v závislosti na čase a vzdálenosti je znázorněna na obr. 26b. Je vidět, že křivka, znázorněná na obr. 26b, je o něco odlišná, než křivka, která je znázorněna na obr. 26a, přičemž rozdíl je přikládán odlišným atmosférickým podmínkám okolí. Vizuální kontrola výsledného konektoru ukázala podobné výsledky, jako byly výsledky dosažené v příkladu 1.

-14CZ 298529 B6

Tabulka 1

Teplota (°C)

Př.	zóna	1	2	3	4	5	6
1	horní	350	nevyhřív.	275	230	310	nevyhřív.
1	dolní	nevyhřív.	nevyhřív.	275	230	310	nevyhřív.
2	horní	350	nevyhřív.	275	230	310	nevyhřív.
2	dolní	nevyhřív.	nevyhřív.	275	230	710	nevyhřív.

Tabulka 2

Konektor	Deska
Př.	Max. tepl. (°C)	Čas(m&s)	Max.tepl. (°C)	Čas(m&s)
1	188	4:37.6	—	—
1	—	—	232	4:19.8
2	191	4:53.2	—	—
2		—	292	5:10.4

Tabulka 3

Pozitivní a negativní maximální náběh °C/s

Konektor	Deska
Př.	Max	Dosažený čas (m&s)	Max	Dosažený čas (m&s)
1	+2	0:50.4	+2	0:30.4
1	-2	6:45.2	-3	5:58.5
2	+ 3	7:08.0	+ 3	1:14.8
2	-15	6:13.8	-7	6:14.0

- 15CZ 298529 B6

Tabulka 4

Vzestup a pokles mezi 180 °C a 200 °C (měřeno na desce)

| Př.	Vzestup (m&s)	Pokles (m&s)
1	0:28.8	0:15.2
2	1:31.6	0:40.6

Příklad 3

Další konektor byl vyroben za použití v podstatě stejných podmínek, jaké byly popsány v příkladech 1 a 2, kromě toho, že specifické křivky, znázorněné na obr. 26a a obr. 26b, se mohou poněkud lišit v závislosti na atmosférických podmínkách. Po dokončení konektoru byly pájecí kuličky v šesti lokalitách na vnějším povrchu zástrčky prozkoumány bodovým laserovým senzorem (PRS), dostupným od firmy Cyber Optics Corporation z Minneapolis, Minnesota.

Podle obr. 9 jsou tyto lokality identifikovány jako oblasti 27a a 27b, když byl laser veden z LI, jako oblasti 27c a 27d, když byl laser veden z L2, a jako oblasti 27e a 27f, když byl laser veden zL3.

Ve všech těchto oblastech byl laserový profil vzat z profilů pěti pájecích kuliček v každé z těchto oblastí. Reprodukce těchto laserových profilů jsou znázorněny na obr. 27a až obr. 27f. Výška každé z těchto pájecích kuliček v jejich nejvyšším bodu nad rovinou vnější strany zástrčky je znázorněna v tabulce 3. Pro každou z těchto skupin pájecích kuliček nejblíže předku zástrčky, jak je vidět na obr. 9, byla určena první pozice v tabulce 5, a byla to pájecí kulička nalevo grafů na obr. 27a až obr. 27f. Vyhodnocení těchto výsledků ukazuje, že v každé skupině pěti pájecích kuliček bylo něco, co lze označit za přijatelný stupeň jednotnosti pro výšku pájecích kuliček.

Tabulka 5

Výška polohy (0,001 palce)

Skupina	1	2	3	4	5
2 / a	18,1	18,9	19,5	19,6	19,1
27b	19,2	18,5	17,6	18,5	18,0
27c	20,4	21,1	21,6	21,1	21,4
27d	19, 9	20,1	20,1	21,2	20,5
27e	18,2	18,9	19,3	18,2	18,7
27f	19,1	18,2	19,0	18,2	18,9

-16CZ 298529 B6

Příklad 4

Další konektor byl v podstatě vyroben podle podmínek, popsaných v příkladech 1 a 2 kromě toho, že atmosférické podmínky mohou způsobit poněkud odlišné křivky, znázorněné na obr. 26a a obr. 26b. Ve většině všech případů pájecích kuliček byly tyto dostatečně nataveny na vedení kontaktů a pájecí kuličky byly přijatelně jednotné výšky nad rovinou vnějších povrchů zástrčky a zásuvky při vizuální kontrole.

Šablona se vzorkem spojení pájecích kuliček na zástrčku a zásuvku byla použita pro nanesení pájecí pasty na vodivou pájecí podložku na dvou odlišných obvodových deskách s tloušťkou 0,061 palce. Zástrčka byla umístěna na jiné druhé straně. Zástrčka a zásuvka potom byly odděleně znovu zpracovány v dopravníkové peci za podmínek podobných těm, které byly popsány při natavování pájecích kuliček ke kontaktům, kromě rychlosti dopravníku, která byla snížena na 11 palců za sekundu.

Po vychladnutí bylo zjištěno, že zástrčka i zásuvka jsou dostatečně přitaveny k jejich samostatným deskám. Fotografie, znázorňující tyto rentgenové paprsky vybraných pájecích kuliček, jsou znázorněny jednotlivě na obr. 28a a obr. 28b. Průřezy fotografiemi z elektronového mikroskopu byl pořízeny pro znázornění natavování pájecích kuliček k vedením signálových kontaktů a natavení pájecích kuliček na materiál plošného spoje. Tyto fotografie z elektronového mikroskopu jsou znázorněny jednotlivě na obr. 28c a obr. 28d. Byl nalezen pouze jeden zkrat mezi vedlejšími signálními kontakty a dobré spojení bylo mezi kontakty a pájecími kuličkami a deskami ve všech dalších bodech.

Je nutno zdůraznit, že elektrický konektor a způsob jeho výroby, který byl popsán, může využívat technologie BGA pro montáž na desky tištěných spojů. Překvapivě a neočekávaně bylo také zjištěno, že byl dosažen relativně vysoký stupeň jednotnosti v profilech pájecích kuliček a částečně i ve hmotnostech a/nebo velikostech pájecích kuliček.

Přestože byl předložený vynález popsán ve spojení s přednostními provedeními různých tvarů, je jasné, že může být použito dalších podobných provedení nebo modifikací a úprav pro popsané provedení, vykonávající tytéž funkce předloženého vynálezu bez odchylek. Dále mohou být popsána uspořádání použita s ohledem na jiné součástky než jsou konektory, tedy na takové, které obsahují pouzdra, vytvořená z izolačních materiálů, které nesou prvky k natavení na desky tištěných spojů (PWB) nebo jiné elektrické substráty.

Proto předložený vynález nelze omezovat pouze najedno provedení, neboť je konstruován v rozsahu a ve shodě s citací přiložených patentových nároků.

- 17CZ 298529 B6

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (7)

1. Elektrický konektor, obsahující:

izolační člen (12), mající kontaktní úložnou část (18) a montážní část (16), elektrickou koncovku (84, 382), uloženou na izolačním členu (12), přičemž elektrická koncovka (84, 382) má kontaktní část (86), umístěnou na kontaktní úložné části (18), izolačního členu (12), a montážní část (98, 386), přičemž montážní část (98) má zajišťovací úsek (92), procházející alespoň částečně izolačním členem (12), a vodivý teplem tavitelný prvek (100), který vymezuje kontinuální vnější plochu aje připevněn k montážní části (98, 386), vyznačující se tím, že montážní částí (98, 386), je jazýček, mající volný konec, přičemž jazýček dosedá na vnější plochu vodivého teplem tavitelného prvku (100).

2. Elektrický konektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že montážní část (386) vymezuje vnější stranu, přičemž koncovkové zahloubení je déle vymezeno touto vnější stranou montážní části (386), přičemž elektricky vodivý teplem tavitelný prvek (100) je umístěn v koncovkovém zahloubení.

3. Elektrický konektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že izolační člen (12) vymezuje koncovkový průchod (40), přičemž elektricky vodivý teplem tavitelný prvek (100) zasahuje do koncovkového průchodu (40).

4. Elektrický konektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že montážní část (16) izolačního členu (12) vymezuje zahloubení (26), přičemž část elektricky vodivého teplem tavitelného prvku (100) zasahuje do zahloubení (26).

5. Elektrický konektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektricky vodivým teplem tavitelným prvkem (100) je pájková kulička.

6. Elektrický konektor podle nároku 1,vyznačující se tím, že elektrická koncovka (84, 382) proniká vnější plochou vodivého teplem tavitelného prvku (100) pouze v jednom místě podle kontinuální vnější plochy vodivého teplem tavitelného prvku (100).

7. Elektrický konektor podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že montážní část (386) je ohnuta pod úhlem vzhledem k zajišťovacímu úseku (92) elektrické koncovky (84, 382).

28 výkresů

-18CZ 298529 B6

148 í

ΜU“T_Rn^_r i

I

I l

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

112

154 ~ΓΊ

ΓΊ~

T~|·

138

128 ”ΓΊ

H

H Ř

I i T i i i i i ž B r g R

M w s zr jr

WH

I I

R

B

J_LJ_L _LJ

116

R

H g :lj

Η H R R R R β> θ β l_l_J_LJ^L