DE60025159T2

DE60025159T2 - Montageverfahren eines elektrischen Verbinders auf einem Substrat

Info

Publication number: DE60025159T2
Application number: DE60025159T
Authority: DE
Inventors: Stanley W. Olson; Joseph B. Shuey
Original assignee: FCI SA; Framatome Connectors International SAS
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: TW484251B; JP2001160436A; CN1297265A; CN100470958C; EP1094547A3; EP1094547A2; CN1529387A; DE60019527D1; EP1146596A2; ATE314744T1; TW531948B; DE60025654D1; EP1094547B1; DE60019527T2; EP1146596B1; JP2001160435A; DE60025654T2; CN1297266A; CN1211895C; DE60025159D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren eines elektrischen Verbinders auf ein Substrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift US-A-4 217 024 bekannt.
Verschiedene Typen von elektrischen Verbindern verwenden die Technologie der Oberflächenmontage (SMT), um die Kontakte des Verbinders mit einem darunter liegenden Substrat zu verbinden. SMT-Verbinder liefern viele Vorteile gegenüber früheren Verbindern, wie zum Beispiel eine vereinfachte Herstellung und geringere Kosten.
Während die Verwendung der SMT solche Vorteile hat, kann sie aber zu anderen Problemen führen. Ein Problem betrifft zum Beispiel die Fähigkeit der Lötnaht zwischen dem Kontakt und dem darunter liegenden Substrat, Kräfte zu absorbieren, die zum Beispiel durch Transport, Handhabung, Anschluss und Temperaturwechselbeanspruchung verursacht werden. Wenn eine Lötnaht als Ergebnis einer Beschädigung durch eines dieser Ereignisse unbrauchbar wird, kann sich das auf den ganzen Verbinder ungünstig auswirken.
Die Ball-Grid-Array-Technologie (BGA) ist eine Art der SMT. Allgemein gesagt hat ein elektrischer Verbinder, der eine BGA verwendet, ein Gehäuse mit einem Kontakt darin. Ein schmelzbares Element, typischerweise eine Lötkugel, ist an jedem Kontakt befestigt. Die Lötkugeln dienen als primäre Verbindung zwischen dem Kontakt und der Oberfläche des Substrats. Ein Fließlötvorgang verschmilzt die Lötkugel mit dem Substrat. Während des Fließlötvorgangs tritt eine vorteilhafte selbstzentrierende Eigenschaft der BGA-Technologie in Erscheinung. Genauer hilft beim Fließlöten des Lötmaterials die Oberflächenspannung des Lötmaterials dabei, den Verbinder mit den leitenden Pads auf dem darunter liegenden Substrat genau fluchtend auszurichten.
Wie bei SMT-Verbindern stellen bei einem BGA-Verbinder auf die Lötnaht ausgeübten Kräfte auch ein Problem dar. Aufgrund der selbstzentrierenden Fähigkeit der BGA-Verbinder können aber viele der bei STM-Verbindern verwendeten Lösungen nicht bei BGA-Verbindern genutzt werden.
Daher besteht ein Bedarf, Techniken zu entwickeln, um für eine Zugentlastung bei BGA-Verbindern zu sorgen.
US-A-4 217 024 offenbart ein Verfahren zum Montieren eines elektrischen Verbinders auf ein Substrat, das den Einsatz eines elektrischen Verbinders mit einem Kontakt und einem Niederhalter, und den Einsatz eines Substrats und die Befestigung des Kontakts am Substrat aufweist.
Die Niederhalter dieses Verbinders werden vor den Kontakten am Substrat befestigt. Dadurch können die Kontakt nicht vor der Verfestigung des Lötmaterials ihre endgültige Position selbst regeln.
Dieses Ziel wird mit einem anspruchsgemäßen Verfahren erreicht. Die Unteransprüche beziehen sich auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Verwendungen und Vorteile der Erfindung gehen für den Fachmann aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen elektrischen Verbinder in Explosionsdarstellung, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
2A eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verbinders aus 1 von unten;
2B eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des elektrischen Verbinders aus 1 von unten;
3 eine Teilschnittansicht des elektrischen Verbinders aus 1;
4 eine perspektivische Draufsicht auf eine zweite alternative Ausführungsform eines Verbinders, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
5 eine Ansicht des elektrischen Verbinders aus 4 von unten;
6A eine perspektivische Ansicht einer dritten alternativen Ausführungsform eines Verbinders von unten, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird;
6B eine Teilschnittansicht des elektrischen Verbinders aus 6;
7 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Verbinders, der so verändert ist, dass er gewährleistet, dass der Verbinder erfindungsgemäß während eines Fließlötvorgangs im Wesentlichen parallel zum Substrat bleibt; und
die 8A–8B einen Abschnitt eines Substrats, um die selbstzentrierenden Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung darzustellen.
Ausführliche Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Jeder der hier beschriebenen alternativen Verbinder ist ein oberflächenmontierter elektrischer Verbinder mit Merkmalen der Zugentlastung. Vorzugsweise befestigen schmelzbare Elemente, wie zum Beispiel Lötkugeln, die Kontakte an leitenden Elementen auf dem Substrat unter der Verwendung der Ball-Grid-Array(BGA)-Technologie. Da BGA-Verbinder dazu tendieren, sich während des Fließlötens genau fluchtend zu den leitenden Pads auf dem Substrat auszurichten (als "selbstzentrierend" bekannt), haben die hier erörterten Zugentlastungsmerkmale vorzugsweise keinen Einfluss auf diese wünschenswerte Eigenschaft. Es wird vorzugsweise ein eindringendes Fließlöten verwendet, um die Zugentlastung am Substrat sicherzustellen. "Eindringend" bezieht sich auf die Anordnung des Schmelzmaterials (z.B. Lötpaste) innerhalb einer Öffnung im Substrat (z.B. durchmetallisiertes Loch). Jeder alternative Verbinder wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Die 1 bis 3 zeigen einen elektrischen Verbinder 300. Der Verbinder 300 ist ein Rückwandplatinen-Steckverbinder, der vorzugsweise einem Rückwandplatinen-Buchsenverbinder (wie in 5 gezeigt) zugeordnet ist. Der Verbinder 300 kann zum Beispiel in einem Rückwandplatinensystem verwendet werden, um eine Toch ter-Leiterplatte mit einer Mutter-Leiterplatte zu verbinden.
Der Verbinder 300 verwendet viele der Merkmale, die in der US-Patentanmeldung mit der SN 09/302,027 beschrieben werden. Daher ist nur eine kurze Besprechung bestimmter Merkmale des Verbinders 300 zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig.
Der Verbinder 300 weist ein isolierendes Gehäuse 301 mit durchgehenden Öffnungen 303 auf, die Signalkontakte 305, Erdungskontakte 307 und Erdungsabschirmungen 309 aufnehmen. Die Einsteckenden der Signalkontakte 305 und der Erdungskontakte 307 verlaufen durch das Gehäuse 301 und entsprechen der Anordnung von Einführöffnungen in einem zugehörigen Verbinder (wie in 4 gezeigt). Die Erdungsabschirmungen 309 bleiben vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 301, kommen mit den Erdungskontakten 307 in Eingriff und umgeben die Signalkontakte 305 in einer unterschiedlichen Paarungsanordnung.
Der Verbinder 300 wird auf ein Substrat 325 oberflächenmontiert, vorzugsweise unter Verwendung der in der Internationalen Veröffentlichung Nummer WO 98/15991 besprochenen BGA-Technologie. Dieser Aspekt der Erfindung unterscheidet sich von der Durchsteckmontage der Kontakte, die in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/302,027 beschrieben ist.
Bei einer möglichen Art der Oberflächemontage könnte der Verbinder 300 eine Platte 311 verwenden, die am Gehäuse 301 verriegelt wird. Die Platte 311 könnte Verriegelungsarme 313 aufweisen, die in geeigneter Weise mit der Verriegelungsstruktur 315 auf dem Gehäuse 301 in Eingriff stehen. Zusätzlich hat die Platte 311 durchgehen de Öffnungen 317, die den Stellen der Kontakte 305, 307 entsprechen. Spezifisch verlaufen die fernen Enden der Kontakte 305, 307 durch die Öffnungen 317. Die fernen Enden der Kontakte 305, 307 befinden sich vorzugsweise innerhalb der Öffnungen 317, könnten aber über die Öffnungen 317 hinaus vorstehen.
In einer Weise ähnlich derjenigen, die in der Internationalen Veröffentlichung Nummer WO 98/15991 beschrieben ist, können Taschen auf der Bodenfläche der Platte 311 Lötpaste (nicht dargestellt) aufnehmen, die während eines Rakelvorgangs geliefert wird. Danach können die nun mit Lötpaste gefüllten Taschen ein schmelzbares Element 321 aufnehmen und vorübergehend zurückhalten. Ein Fließlötvorgang schmelzt dann die Lötkugeln 321 auf die Kontakte 305, 307. Es könnte aber auch jede andere Art der Befestigung von schmelzbaren Elementen 319 an den Kontakten 305, 307 verwendet werden.
2B zeigt eine alternative Ausführung des Verbinders 300. Wie in 2B gezeigt, ist das Gehäuse 301' des Verbinders 300' eine einzige durchgehende Struktur. Dies unterscheidet es vom Verbinder 300 der 2A, wo die Platte 311 als ein getrennter Abschnitt des Gehäuses 301 gezeigt ist.
Der Verbinder 300 kann auf das Substrat 325 montiert werden, das eine Anordnung von leitenden Pads 327 aufweist; die mit geeigneten Bahnen (nicht dargestellt) verbunden sind, um Signale zu übertragen, oder zum Beispiel mit dem Zweck der Erdung. Die Pads 327 entsprechen der Anordnung von schmelzbaren Elementen 321, die an den Kontakten 305, 307 auf dem Verbinder 300 befestigt sind. Als Alternative können die Pads 327 auch Durchgangslöcher sein.
Ein Fließlötvorgang, typischerweise nach dem Fließlötvorgang, der die Lötkugeln 321 auf die Kontakte 305, 307 aufschmelzt, schmelzt die Lötkugeln 321 auf die Pads 327. Typischerweise befindet sich Lötpaste 326 auf den Pads, um Lötkugeln 321 aufzunehmen und vorübergehend am Substrat 325 zu befestigen. Wie vorher beschrieben, liefert ein Rakel, der über eine auf dem Substrat angeordnete Schablone (nicht dargestellt) gezogen wird, geeignete Mengen von Lötpaste an den gewünschten Stellen. Das Fließlötvorgang schmelzt die Lötkugel 321 auf das Pad 327 auf dem Substrat 325, wodurch ein elektrischer Pfad zwischen den Kontakten 305, 307 und dem Substrat 325 erzeugt wird.
Aufgrund der mechanischen Belastungs- und Haltbarkeitsanforderungen von Rückwandplatinenverbindern kann der Verbinder 300 Zugentlastungsmerkmale erfordern, um die von den Lötkugeln 321 geformten Lötverbindungen zu schützen. Der Verbinder 300 kann eindringende fließgelötete Niederhalter verwenden. Das Gehäuse 301 weist neben den vier Ecken oder an jeder anderen geeigneten Stelle Stifte 323 auf.
Nach dem Zusammenbau erstrecken sich die Stifte 323 über die Platte 311 hinaus und liegen innerhalb von Durchgangslöchern 328 im Substrat 325. Vorzugsweise werden die Stifte 323 aus einem geeigneten lötbaren Material hergestellt, wie zum Beispiel einem Metall oder einem Metall-Kunststoff. Bezeichnenderweise ist der Durchmesser des Stifts 323 kleiner als der Durchmesser des den Stift 323 aufnehmenden metallisierten Durchgangslochs 328. Anders gesagt, sind die Stifte 323 vor dem Schritt des Fließlötens im Allgemeinen nicht eingespannt.
Dadurch können die Lötkugeln 321 sich nach dem Fließlöten ohne Beeinflussung selbst zentrieren. Trotz der Fähigkeit der Stifte 323, sich innerhalb der Durchgangslöcher 328 zu bewegen, bewirken sie eine grobe fluchtende Ausrichtung und Führung beim Aufsetzen des Verbinders 300 auf das Substrat 325.
Der zur Befestigung der Lötkugeln 321 am Substrat 325 verwendete Fließlötvorgang befestigt vorzugsweise auch die Stifte 323 am Durchgangsloch 328 im Substrat 325. Wie bei den leitenden Pads 327 nehmen die Durchgangslöcher 328 während des Rakelvorgangs Lötpaste 329 auf. Der Verfahren des Fließlötens schmelzt die Stifte 323 auf das Substrat 325.
Die Stifte 323 dienen als Zugentlastung für den Verbinder 300. Obwohl sie eindringende Niederhalter sind, ermöglichen es die Stifte 323 den Lötkugeln 321, sich während des Fließlötens selbst zu zentrieren. Vor dem Fließlötvorgang erstrecken sich die Stifte 323 in die mit Lötpaste gefüllten Durchgangslöcher 328, während die Lötkugeln 321 auf der Lötpaste 326 auf den leitenden Pads 327 aufliegen. Während des Erwärmungsschritts des Fließlötvorgangs tendiert die Lötpaste 326 vor den Lötkugeln 321 zur Verflüssigung.
Im flüssigen Zustand zentrieren sich die Lötkugeln 321 selbst bezüglich der leitenden Pads 327 auf dem Substrat 325. Die Stifte 323, die kleiner sind als die Durchgangslöcher 328, ermöglichen die Bewegung des Verbinders 300 ohne Beeinflussung.
Am Ende des Fließlötvorgangs haben die Stifte 323 die Tendenz, langsamer abzukühlen als die Lötkugeln 321. Als Ergebnis bleibt das Lötgut in diesem Bereich länger flüssig. Dies ermöglicht den Vorteil eines eindringenden Niederhaltens, während das selbstzentrierende Merkmal der Lötkugeln 321 beibehalten wird.
3 ist eine Teilschnittansicht des Verbinders 300, die eine größere Detailansicht der Konstruktion und der Anwendung des Stifts 323 liefert. Wie in 3 gezeigt, ist der Stift 323 fest mit dem Verbinder 300 verbunden, zum Beispiel durch Anordnen eines gerändelten Abschnitts des Stifts 323 in einer Öffnung im Gehäuse 301 nach dem Schablonieren der Lötpaste. Wenn der Verbinder 301 auf das Substrat 325 aufgesetzt wird, geht der Stift 323 in das Durchgangsloch 328 im Substrat 325. Desgleichen fluchten die Lötkugeln 321 mit Leiterbahnen 327 auf dem Substrat 325. Die Lötkugeln 321 liegen auf der Lötpaste 326 auf, die auf die Leiterbahnen 327 aufgebracht ist. In gleicher Weise liegt der Stift 323 innerhalb der Lötpaste 329, die im Durchgangsloch 328 angeordnet ist. Wenn das Verbindersystem erwärmt wird, verflüssigen sich die Lötkugeln 321 und verbinden sich elektrisch mit den leitenden Pads 327, und der Stift 323 verbindet sich mit der Innenseite des Durchgangslochs 328.
Das System kann auch so gestaltet werden, dass der Stift 323 am Durchgangsloch 328 befestigt ist, nachdem die Lötkugeln 321 auf die leitenden Pads 327 aufgeschmolzen wurden. Auf diese Weise liefert der Stift 323 auch eine Zugentlastung für das Verbindersystem, ohne die selbstzentrierenden Eigenschaften des BGA-Verbinders zu beeinträchtigen. Die Durchmesser des Stifts 323 und des Durchgangslochs 328 sind so bemessen, und die Toleranz ist so festgelegt, dass sie jede Interferenz mit der selbstzentrierenden Wirkung der BGA-Befestigungstechniken reduzieren und gleichzeitig gewährleisten, dass die Lötkugeln 321 ursprünglich in mindestens einem Abschnitt des Lötpads 327 in Eingriff sind. Auch das Vorstehen des Stifts 323 in das Durchgangsloch 328 ist derart, dass optimale Ausrundungen innerhalb und oberhalb des Durchgangslochs 328 geformt werden, ohne die selbstzentrierende Wirkung einzuschränken.
Der Stift 323 ist so bemessen, dass während des Montagevorgangs keine wesentliche Menge von Lötpaste 329 aus dem Durchgangsloch 328 herausgedrückt wird. Zum Beispiel zeigt 3, dass der Stift 323 sich in etwa auf halbe Länge in das Durchgangsloch 328 erstreckt.
Die 4 und 5 zeigen einen elektrischen Verbinder 400. Der Rückwandplatinen-Buchsenverbinder 400 verwendet viele der Merkmale, die im U.S. Patent Nr. 6,116,926 beschrieben sind, das als Bezug dient. Da eine detaillierte Erörterung vieler der Merkmale des Verbinders 400 für das Verständnis der Erfindung unnötig ist, folgt nur eine kurze Zusammenfassung dieser Merkmale.
Der Verbinder 400 ist modular und wird von eine Reihe von Untereinheiten 401 geformt. Ein hinteres Isoliergehäuse 403 und ein vorderes Isoliergehäuse 405 können miteinander verriegelt werden und umgeben die Untereinheiten 401, um den Verbinder 400 zu bilden. Das vordere Gehäuse 405 weist Einführöffnungen 407 auf, die leitende Kontakte 305, 307 vom zugehörigen Verbinder 300 (wie in 1 gezeigt) aufnehmen. Wie gezeigt, bilden die Öffnungen 407 eine unterschiedliche Paarungsanordnung.
Die Untereinheiten 401 enthalten die Erdungs- und Signalkontakte (nicht gezeigt). Die Erdungs- und Signalkontakte sind entsprechenden Erdungskontakten 307 und Signalkontakten 305 des zugehörigen Verbinders 300 (wie in 1 gezeigt) zugeordnet. Anders als im U.S. Patent Nr. 6,116,926 gezeigt, werden die Kontakte des Verbinders 400 auf ein Substrat (nicht gezeigt) oberflächenmontiert.
Bei einer möglichen Art der Oberflächenmontage könnte der Verbinder 400 eine Platte 411 verwenden, die am Gehäuse 401 verriegelt wird. Die Platte 411 könnte Verriegelungsarme (nicht gezeigt) haben, die mit einer geeigneten Verriegelungsstruktur (nicht gezeigt) auf dem Gehäuse 401 in Eingriff stehen. Zusätzlich hat die Platte 411 durchgehende Öffnungen 413, die den Stellen der Kontakte entsprechen. Spezifisch verlaufen die fernen Enden der Kontakte durch die Öffnungen 413. Die fernen Enden der Kontakte bleiben vorzugsweise innerhalb der Öffnungen 413, könnten aber über die Öffnungen 413 hinaus vorstehen.
In ähnlicher Weise, wie sie in der Internationalen Veröffentlichung Nummer WO 98/15991 beschrieben ist, können die Öffnungen 413 Lötpaste (nicht gezeigt) aufnehmen, die während eines Rakelvorgangs geliefert wird. Danach können die dann mit Lötpaste gefüllten Öffnungen 413 ein schmelzbares Element 409 aufnehmen und worübergehend zurückhalten. Ein Fließlötvorgang schmelzt dann die Lötkugeln 409 auf die Kontakte. Es könnte aber auch jede andere Art der Befestigung von schmelzbaren Elementen 409 auf den Kontakten verwendet werden.
Wie die vorher beschriebenen Verbinder kann der Verbinder 400 auf ein Substrat (nicht gezeigt) montiert werden, das eine Anordnung von leitenden Pads (nicht gezeigt) aufweist, die mit geeigneten Bahnen (nicht gezeigt) verbunden sind, um Signale zu übertragen, oder zum Beispiel zum Zweck der Erdung. Die Pads entsprechen der Anordnung von schmelzbaren Elementen 409, die an den Kontakten auf dem Verbinder 400 befestigt sind. Alternativ könnten die Pads auch Durchgangslöcher sein.
Ein Fließlötvorgang, typischerweise nach dem Fließlötvorgang, der die Lötkugeln 409 auf die Kontakte aufschmelzt, schmelzt die Lötkugeln 409 auf die Pads. Typischerweise befindet sich auf den Pads eine Lötpaste (nicht gezeigt), um die Lötkugeln 409 aufzunehmen und vorübergehend am Substrat zu befestigen. Wie weiter oben beschrieben, liefert ein Rakel, der über eine auf dem Substrat angeordnete Schablone (nicht gezeigt) gezogen wird, geeignete Mengen von Lötpaste an den gewünschten Stellen. Der Fließlötvorgang schmelzt die Lötkugel 409 auf das Pad auf dem Substrat, wodurch ein elektrischer Pfad zwischen den Kontakten und dem Substrat erzeugt wird.
Wie der Verbinder 300 kann der Verbinder 400 Zugentlastungseigenschaften erfordern, um die zwischen den Kontakten und den Pads auf dem Substrat gebildeten Lötnähte zu schützen. Wie der Verbinder 300 verwendet der Verbinder 400 eindringende, lötbare Niederhalter. Das Gehäuse 401 kann Stifte 415 nahe den vier Ecken oder an jeder anderen geeigneten Stelle aufweisen. Nach dem Zusammenbau erstrecken sich die Stifte 415 über die Platte 411 hinaus und liegen innerhalb von Durchgangslöchern (nicht gezeigt) im Substrat. Vorzugsweise bestehen die Stifte 415 aus einem geeigneten lötbaren Material, wie zum Beispiel Metall oder Metall-Kunststoff. Bezeichnenderweise ist der Durchmesser der Stifte 415 kleiner als der Durchmesser des Durchgangslochs. Anders gesagt, sind die Stifte 415 im Allgemeinen vor dem Fließlöten in den Durchgangslöchern nicht eingespannt. Wie oben erörtert, ermöglicht dies den Lötkugeln 409, sich nach dem Fließlöten ohne Beeinflussung selbst zu zentrieren. Trotz der Fähigkeit der Stifte 415, sich innerhalb der Durchgangslöcher zu bewegen, bewirken die Stifte 415 eine grobe fluchtende Ausrichtung und Führung beim Aufsetzen des Verbinders 400 auf das Substrat. Tatsächlich sind die Stifte 415 und Löcher der PCB so bemessen, dass die Lötkugeln 409 ursprünglich mit mindestens einem Abschnitt des Lötpads in Eingriff stehen.
Der zum Befestigen der Lötkugeln 409 am Substrat verwendete Fließlötvorgang befestigt vorzugsweise auch die Stifte 415 am Durchgangsloch im Substrat. Wie bei den leitenden Pads nehmen die Durchgangslöcher während des Rakelvorgangs Lötpaste auf. Der Fließlötvorgang schmelzt die Stifte 415 an das Substrat.
Die Stifte 415 dienen als Zugentlastung für den Verbinder 400. Obwohl sie eindringende Niederhalter sind, erlauben es die Stifte 415 den Lötkugeln 409, sich während des Fließlötens selbst zu zentrieren. Vor dem Fließlötvorgang erstrecken sich die Stifte 415 in die mit Lötpaste gefüllten Durchgangslöcher, während die Lötkugeln 409 auf der Lötpaste auf den leitenden Pads aufliegen. Während des Erwärmungsschritts des Fließlötvorgangs hat die Lötpaste die Tendenz, sich vor den Lötkugeln 409 zu verflüssigen.
Im flüssigen Zustand zentrieren sich die Lötkugeln 409 selbst bezüglich der leitenden Pads auf dem Substrat. Die Stifte 415, die kleiner sind als die Durchgangslöcher, ermöglichen die Bewegung des Verbinders 400 ohne Beeinflussung.
Am Ende des Fließlötvorgangs haben die Stifte 415 die Tendenz, langsamer abzukühlen als die Lötkugeln 409. Als Ergebnis bleibt das Lötgut in diesem Bereich länger flüssig. Dies hat den Vorteil eines eindringenden Niederhalters, während die selbstzentrierende Eigenschaft der Lötkugeln 409 beibehalten wird.
Die 6A und 6B zeigen einen elektrischen Verbinder 500. Insbesondere zeigt 6A eine perspektivische Ansicht des elektrischen Verbinders 500 von unten, und 6B zeigt einen Teilausschnitt des Verbinders. Während er im Allgemeinen ähnlich dem Verbinder 300 ist, wird der Verbinder 500 vorzugsweise zum Beispiel in Situationen verwendet, in denen das Gewicht des Verbinders 500 die Lötkugeln 521 zusammendrücken und eine Brückenbildung zwischen benachbarten Lötkugeln 521 hervorrufen kann.
Daher kann das Gehäuse 501 des Verbinders 500 einen Rückhaltestift 525 zusätzlich zu oder als Ersatz für die Stifte 523 aufweisen. Anders als die Stifte 523 hat der Stift 525 eine Schulter 526, die nicht in das durchmetallisierte Loch 528 eindringen kann. Die Schulter 526 hält den Verbinder 500 vom Substrat 527 entfernt, wenn die Lötkugeln 521 sich verflüssigen, um eine Brückenbildung zu verhindern. In anderen Worten wirkt ein geeigneter Stift 525 wie ein Abstandshalter und verhindert das Zusammendrücken der Lötkugeln 521 durch das Gewicht des Verbinders 500. Wie die Stifte 523 kann der Stift 525 aus einem lötbaren Material bestehen. Vorzugsweise erlaubt die Schulter ein gewisses Zusammendrücken der Kugel (d.h. bis zu etwa 40 Prozent, und vorzugsweise in etwa 30 Prozent), um eine korrekte Lötverbindung mit dem PCB-Pad zu gewährleisten. Die Schulter 526 kann auch die Schrägverstellung des Verbinders 500 auf dem Substrat 527 verhindern, die zum Beispiel von einem Verbinder verursacht wird, der nicht gleichmäßig ausbalanciert ist. Das ferne Ende des Stifts 525 kann in das durchmetallisierte Loch 528 eindringen und als Niederhalter dienen.
7 ist ein weiteres Beispiel, wie die Erfindung gewährleistet, dass der BGA-Verbinder während des Fließlötens im Wesentlichen parallel zum Substrat bleibt. Wie unter Bezugnahme auf die Verbinder 300, 400 und 500 erörtert, wird der BGA-Verbinder am Substrat durch Erwärmen der Lötkugeln befestigt, bis das Lötgut schmilzt und an die leitenden Bahnen des Substrats aufgeschmolzen wird. Die Oberflächenspannung des Lötguts zentriert den Verbinder auf den Bahnen des Substrats. In Situationen, in denen der Verbinder aufbau eine Anordnung erfordert, bei der das Gewicht des Verbinders nicht gleichmäßig ausbalanciert ist, kann der Verbinder während des Fließlötvorgangs bezüglich des Substrats in Schräglage kommen. Während des Fließlötens könnte ein schwerer Abschnitt des Verbinders die darunter befindlichen Lötkugeln stärker "abflachen" als der leichtere Abschnitt.
Als Ergebnis können manche der Lötkugeln keinen korrekten Kontakt mit dem Substrat aufnehmen, was möglicherweise dazu führt, dass die Lötnaht unter einer geringeren als der nominalen mechanischen Kraft versagt. Auch könnten benachbarte zusammengefallene Lötkugeln eine Brücke bilden. Die Erfindung gewährleistet, dass der BGA-Verbinder während des Fließlötens im Wesentlichen parallel zum Substrat bleibt.
Wie in 7 gezeigt, können Verbinderabschnitte 701 (aus Gründen der Klarheit gestrichelt gezeichnet) hinzugefügt und/oder entfernt werden, damit die Masse des Verbinders 701 über dem Ball Grid Array gleichmäßig ausbalanciert werden kann. Insbesondere kann ein Abschnitt 702 von einem schwereren Bereich des Gehäuses 701 entfernt werden. Abschnitte 703 und 704 können zu leichteren Bereichen des Gehäuses 701 hinzugefügt werden. Obwohl 7 die Abschnitte 702–704 an bestimmten Stellen zeigt, sollte es klar sein, dass die Stelle sowie die Größe und das Gewicht der Abschnitte 702–704 je nach den physikalischen Eigenschaften des Verbinders 701 variieren.
Obwohl 7 das Ausbalancieren des Verbinders 701 auf dem Substrat durch Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Verbinders zeigt, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Erfindung kann ein solches Ausbalancieren un ter Verwendung mehrerer Techniken durchführen. Zum Beispiel kann während des Fließlötvorgangs eine äußere Kraft auf bestimmte Bereiche des Verbinders 701 ausgeübt werden. Die Größe einer solchen Kraft würde so bestimmt, dass die abgeschrägte Beziehung zwischen Verbinder 701 und Substrat überwunden wird, die durch die fehlende Ausbalancierung des Verbinders über dem Ball Grid Array verursacht wird. In einer anderen Ausführungsform kann zusätzlich zur oder anstelle der auf den Verbinder ausgeübten Kraft eine ähnliche Kraft auf das Substrat ausgeübt werden. Daher schließt die Erfindung jede Technik ein, die das inhärente fehlende Ausbalancieren des Verbinders über seinem Ball Grid Array überwindet und es dem Verbinder ermöglicht, nach dem Fließlöten im Wesentlichen parallel zum an ihm befestigten Substrat zu sein.
Die 8A–8C zeigen einen Abschnitt eines Substrats 800 und stellen die selbstzentrierenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbinders während des Fließlötvorgangs dar. Zunächst zeigt 8A das Substrat 800 ohne einen darauf gelöteten Verbinder. Das Substrat 800 enthält ein durchmetallisiertes Loch 801, Lötpads 802 und leitende Bahnen 805 (die aus Gründen der Klarheit nur von manchen Pads 802 ausgehend dargestellt sind). Das Lötpad 802 ist ausgelegt, um ein schmelzbares Element auf einem Verbinder aufzunehmen (z.B. wie in 3 gezeigt), und der leitende Pfad 805 trägt ein Signal entlang des Substrats 800. Das Durchgangsloch 801 ist ausgelegt, um einen Niederhalter auf dem Verbinder aufzunehmen.
8B zeigt den nächsten Schritt in dem Verfahren, nämlich die Positionierung des Verbinders mit Lötkugeln 803 und Niederhaltern 804 (aus Gründen der Klarheit gestrichelt gezeichnet) auf der Oberseite des Substrats 800. Wie in 8B gezeigt, ist der Verbinder in einem Worst-Case-Szenario bezüglich des Substrats 800 derart positioniert, dass die Lötkugeln 803 und die Niederhalter 804 am weitesten von der Mitte der Lötpads 802 bzw. des Durchgangslochs 801 entfernt sind. 8C zeigt den nächsten Schritt des Verfahrens, nämlich das Fließlöten der Lötkugeln 803 und der Lötpaste in den aufnehmenden Durchgangslöchern und Niederhaltern 804. Obwohl die Lötkugeln 803 und Niederhalter 804 ursprünglich in einem Worst-Case-Szenario positioniert waren (wie in 8B gezeigt), bewegen, wie in 8C gezeigt, die selbstzentrierende Eigenschaften des Verbinders die Lötkugeln 803 und die Niederhalter 804 derart, dass sie über den Lötpads 802 bzw. innerhalb des Durchgangslochs 801 zentriert werden. Unabhängig von der ursprünglichen Positionierung des Verbinders über dem Substrat 800 ermöglichen daher die selbstzentrierenden Eigenschaften des Fließlötvorgangs es den Lötkugeln 803 und Niederhaltern 804, sich über den Lötpads 802 bzw. innerhalb des Durchgangslochs 801 zu zentrieren.
Während die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen der verschiedenen Figuren beschrieben wurde, ist es klar, dass andere ähnliche Ausführungsformen verwendet oder Veränderungen oder Zusätze an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, um die gleiche Funktion der Erfindung durchzuführen, ohne sich von dieser zu entfernen. Daher ist die Erfindung nicht auf eine einzelne Ausführungsform beschränkt, sondern entspricht in ihrer Reichweite den beiliegenden Ansprüchen.

Claims

Montageverfahren eines elektrischen Verbinders (300; 400; 500) auf einem Substrat, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines elektrischen Verbinders (300; 400; 500) mit einem Kontakt (307) und einem Niederhalter (323); Vorsehen eines Substrates (325); und Befestigen des Kontaktes (307) am Substrat (325); gekennzeichnet durch Plazieren des Niederhalters (323) im Substrat (325); und Befestigen des Niederhalters (323) am Substrat (325), wobei das Befestigen das Anlöten des Niederhalters (323) am Substrat beinhaltet, wobei das Befestigen des Kontakts (307) vor dem Befestigen des Niederhalters (323) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den elektrischen Verbinder derart zur konstruieren, dass er im Wesentlichen parallel zum Substrat bleibt, wenn er auf diesem montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbalancieren des elektrischen Verbinders auf dem Substrat derart, dass der elektrische Verbinder während seiner Befestigung im Wesentlichen parallel zum Substrat (325) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbinder ein Kugelgittermatrixverbinder ist.