DE29724822U1

DE29724822U1 - Hochdichte Verbinderanordnung

Info

Publication number: DE29724822U1
Application number: DE29724822U
Authority: DE
Original assignee: FCI SA
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2007-10-11
Also published as: DE69736720T2; US6325644B1; US7186123B2; PL192236B1; JP3413080B2; US8167630B2; EP0836243A3; US20110076897A1; CN1179636A; DE69736721T2; HUP9904238A3; KR100450547B1; US7476110B2; US20080032524A1; CN1200483C; DE69736721D1; CN1655405B; DE69737252D1; US20050079763A1; CN1510788A

Abstract

Auf einem Substrat montierbarer elektrischer Verbinder mit einem leitenden Element, mit:
einem Kontakt mit einem Verbinderbereich zum elektrischen Verbinden des leitenden Elements, und
einem Körper aus fließfähigem, elektrisch leitenden Material, welches auf dem Verbinderbereich angeordnet ist, wobei der Körper den primären elektrischen Strompfad zwischen dem Verbinder und dem Substrat herstellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbinder und insbesondere Verbinderanordnungen mit hoher Eingabe/Ausgabedichte, wie z. B. Array-Verbinder.
Kurzbeschreibung des Standes der Technik
Die Entwicklung die Größe elektronischer Vorrichtungen zu reduzieren, insbesondere die Größe tragbarer Geräte, und solche Geräte mit zusätzlichen Funktionen auszustatten, führte zu einer fortgeführten Miniaturisierung aller Komponenten, insbesondere elektrischer Verbinder. Die Anstrengungen, Verbinder zu miniaturisieren, umfassten die Reduzierung des Abstandes zwischen Kontakten in einreihigen oder doppelreihigen linearen Verbindern, so dass eine relativ hohe Zahl von Eingangs/Ausgangs- oder anderen Leitern durch Verbinder miteinander verbunden werden können, die auf eng umgrenzten Bereichen von Leiterplatten, die dazu bestimmt sind Verbinder aufzunehmen, Platz finden. Die Entwicklung zur Miniaturisierung wurde ebenfalls begleitet durch den Schwenk zur Bevorzugung der Oberflächenmontage (SMT) zum Anbringen von Komponenten auf Leiterplatinen. Das Zusammentreffen der gesteigerten Anwendung der Oberflächenmontage und die erforderliche Feinras terung linearer Verbinder führte dazu, dass man sich den Grenzen der Oberflächenmontagetechnik für große Stückzahlen und kostengünstige Herstellung näherte. Den Abstand zwischen den Kontakten zu reduzieren erhöht das Risiko benachbarte Lötstellen oder Kontakte während des Aufschmelzens der Lötpaste kurzzuschließen. Um die Forderung nach erhöhter Eingangs/Ausgangsdichte zu erfüllen wurden Array-Verbinder vorgeschlagen. Solche Verbinder weisen eine zweidimensionale Matrix von Kontakten auf, die auf einem isolierenden Substrat angebracht sind und eine verbesserte Dichte erreichen können. Diese Verbinder weisen jedoch bestimmte Schwierigkeiten im Hinblick auf deren Anbringung an Leiterplatinen durch die Oberflächenmontagetechnik auf, da die Spitzen der meisten Kontakte, wenn nicht aller, dicht am Verbinderkörper liegen müssen. Daraus folgt, dass die angewandten Montagetechniken sehr zuverlässig sein müssen, da es schwer ist die Lötverbindungen optisch zu untersuchen oder sie zu reparieren, wenn sie fehlerhaft sind. Bei der Anbringung eines integrierten Schaltkreises (IC) auf einem Kunststoff oder Keramiksubstrat ist die Verwendung einer Kugelgittermatrix (BGA) und anderer ähnlicher Packungsmuster üblich geworden. Bei einer BGA-Matrix werden Lötzinnkugeln, die an der integrierten Schaltkreisanordnung befestigt sind auf den elektrischen Kontaktstellen eines Schaltkreissubstrats, auf dem eine Schicht Lötpaste angebracht wurde positioniert, üblicherweise unter Verwendung eines Schirms oder einer Maske. Das Ganze wird dann auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der die Lötpaste und mindestens ein Teil oder die gesamte Lötzinnkugel schmilzt und mit einer darunter liegenden, leitenden Stelle, die auf dem Schaltkreissubstrat ausgebildet ist, verschmilzt. Der integrierte Schaltkreis ist damit mit dem Substrat verbunden ohne die Notwendigkeit äußere Drähte an den IC anzuschließen.
Während die Anwendung von BGA- oder ähnlichen Techniken zur Verbindung von integrierten Schaltkreisen mit einem Substrat viele Vorteile aufweisen müssen entsprechende Mittel zur Montage eines elektrischen Verbinders oder ähnlicher Komponenten mit einer gedruckten Leiterplatine (PWB) oder ähnlichen Substraten noch entwickelt werden. Es ist in den meisten Fällen wichtig, dass die die Substrat berührenden Oberflächen der Lötzinnkugeln koplanar sind, um eine im Wesentlichen ebene Montagefläche zu bilden, so dass schließlich die Kugeln aufschmelzen und das Lötzinn sich gleichmäßig auf dem gedruckten Schaltkreissubstrat verteilt. Jede größere Abweichung in der Koplanarität zwischen dem Lötzinn und einem vorgegebenen Substrat kann zu schlechten Lötergebnissen führen wenn der Verbinder auf eine gedruckte Schaltplatine aufgeschmolzen wird. Um eine hohe Lötzuverlässigkeit zu erreichen, spezifizieren Abnehmer sehr strenge Koplanaritätsvoraussetzungen, üblicherweise der Größenordnung von 0,004 Inch (0,01 mm). Die Koplanarität der Lötzinnkugeln ist von der Größe der Lötzinnkugeln und deren Positionierung auf dem Verbinder beeinflusst. Die Endgröße der Kugel hängt von dem Gesamtvolumen des Lötzinns ab, welches ursprünglich in der Lötpaste und den Lötzinnkugeln vorhanden ist. Bei der Anbringung von Lötzinnkugeln auf einen Verbinderkontakt sind diese Überlegungen eine besondere Herausforderung, da Variationen im Volumen der Lötzinnmasse die in dem Verbinderkontakt aufgenommen wird die mögliche Veränderbarkeit der Größe der Lötzinnmasse beeinflusst und somit die Koplanarität der Lötzinnkugeln auf dem Verbinder auf der Anbringungsoberfläche.
Ein weiteres Problem beim Verlöten von Verbindern mit einem Substrat besteht darin, dass Verbinder oft Gehäuse aus Isoliermaterial aufweisen mit relativ komplexen Formen, z. B. solche, die eine Vielzahl von Kavitäten aufweisen. Restspannungen in solchen thermoplastischen Gehäusen können vom Spitzgussprozess herrühren, von der Bildung von Spannungen als Ergebnis der Kontakteinführung oder als eine Kombination von beidem. Diese Gehäuse können verbogen oder verdreht sein, entweder bereits ursprünglich oder nach Aufheizen auf die bei SMT-Verfahren notwendigen Temperaturen, z. B. den Temperaturen die zum Aufschmelzen der Lötzinnkugeln erforderlich sind.
Ein solches Verdrehen oder Verbiegen des Gehäuses kann eine Passungsungenauigkeit zwischen der Verbinderanordnung und der Leiterbahnplatine bewirken, was zu unzuverlässigem Verlöten führt da die Oberflächenmontageelemente, wie z. B. Lötzinnkugeln nicht hinreichend in Kontakt mit der Lötpaste sind oder vor dem Auflöten nicht hinreichend dicht an der Leiterbahnplatine angeordnet sind.
Es besteht daher ein Bedarf an der sicheren und effektiven Verbindung von hochdichten elektrischen Verbindern mit Substraten durch die Oberflächenmontagetechnik.
Resümee der Erfindung
Elektrische Verbinder nach der vorliegenden Erfindung haben eine hohe Eingangs/Ausgangsdichte und bieten eine zuverlässige Verbindung zu Schaltungssubstraten durch die Oberflächenmontage technik. Diese Verbinder weisen eine hohe Koplanarität auf der Montageoberfläche auf.
Elektrische Verbinder nach der vorliegenden Erfindung sind solche, bei denen einer oder mehrere Kontakte durch ein schmelzbares elektrisch leitendes Material mit einem Substrat verbindbar sind. Dieses schmelzbare elektrisch leitende Material ist eine Lötzinnmasse, die vorzugsweise eine Lötzinnkugel aufweist, die aufschmelzbar ist, um den Hauptstromweg zwischen dem Kontakt und einem Schaltungssubstrat herzustellen.
Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf einen Kontakt zur Verwendung in einem elektrischen Verbinder, der einen Kontaktbereich aufweist, in dem der Kontakt mit einem schmelzbaren leitenden Element, wie z. B. einer Lötzinnkugel, verbindbar ist. Ein mittlerer Bereich des Kontakts ist zwischen der Kontaktspitze und dem Kontaktbereich positioniert. Der mittlere Bereich ist so ausgebildet, dass er dem Fluss geschmolzenen Lötzinns widersteht, z. B. durch das Anbringen einer Beschichtung mit einem nicht durch Lötzinn benetzbaren Material. Durch diese Anordnung wird ein Kriechen des Lötzinns von der Lötzinnkugel in den Bereich in dem der Kontakt im Gehäuse befestigt ist vermieden.
Die Koplanarität der Oberflächenmontagefläche des Verbinders bleibt durch das Vorsehen eines isolierenden Verbindergehäuses aufrecht erhalten, in dem die Bildung von Spannungen vermieden wird. Nach diesem Aspekt der Erfindung ist ein Kontakt in eine Öffnung im Gehäuse eingefügt. Der Querschnitt der Öffnung ist so bemessen, dass mindestens eine ihrer Seiten einen Vorsprung auf weist, der durch die Kontakte verformbar ist wenn der Kontakt in die Öffnung eingeführt wird. Durch diese Anordnung wird das Bilden von Spannungen als Ergebnis einer Vielzahl von Einführvorgängen der Kontakte vermieden, so dass ein Verziehen oder Verdrillen des Gehäuses minimiert wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Der Verbinder nach der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, worin zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Buchsensteckverbinder einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders nach der vorliegenden Erfindung;
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Endes des Buchsensteckverbinders nach 1;
3 eine Draufsicht auf ein Steckelement einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Endes des Steckelements nach 3;
5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Buchse und des Steckelements der 1 bis 4 in nicht eingestrecktem Zustand;
6 eine Seitenansicht der Enden der Buchse und des Steckelements nach 5 in zusammengestecktem Zustand;
7a, 7b und 7c geschnittene Endansichten der ersten, zweiten und dritten Phase des Zusammensteckens der Buchse und des Steckelements nach 5;
8 die in 1 gezeigte Buchse von unten bevor Lötzinnkugeln angebracht sind;
9 eine Ansicht auf den Buchsenverbinder nach 8 von unten nachdem die Lötzinnkugeln darauf platziert wurden;
10 eine Detailschnittansicht des Bereichs XII in 1;
11 eine vergrößerte Ansicht des Schnitts in 4;
12 eine vergrößerte Ansicht des Schnitts in 10;
13 ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie 13–13 in 10;
14 eine Draufsicht auf eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Buchsenverbinders nach der vorliegenden Erfindung;
15 eine Seitenansicht des Randes des Buchsenverbinders nach 14;
16 eine Draufsicht auf eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Steckverbinders der vorliegenden Erfindung;
17 eine Seitenansicht des Steckverbinders nach 16;
18 eine Seitenansicht der zusammengesteckten Buchse und des Steckverbinders nach den 14 bis 17;
19 eine Draufsicht auf eine Buchse nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines Buchsenverbinders nach der vorliegenden Erfindung;
20 eine Seitenansicht der in 14 gezeigten Buchse;
21 eine Draufsicht auf das Steckerelement nach dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Steckverbinders nach der vorliegenden Erfindung;
22 eine Seitenansicht des Steckelements nach 21;
23 eine Seitenansicht der ineinandergesteckten Buchse und des Steckers nach den 19 bis 22;
24 einen Seitenteilschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbinders;
24a eine Teilansicht eines Bereichs des Aufbaus des Steckverbinders nach 24, der so geändert ist, dass er einen tieferen Einschnitt aufweist;
25 einen Vorderansichtsteilquerschnitt des Steckverbinders nach 24, in dem der Stecker und der Buchsenteil nicht zusammengesteckt sind;
26a und 26b Diagramme, in denen die Temperatur über der Zeit und der Entfernung während des Lötzinnaufschmelzens nach den Beispielen 1 und 2 aufgetragen sind;
27a bis 27f durch einen Laser erzeugte Profile des Produkts nach Beispiel 3;
28a und 28b Röntgenaufnahmen, die das Produkt aus Beispiel 4 zeigen;
28c und 28d elektronenmikroskopische Aufnahmen die das Produkt aus Beispiel 4 zeigen;
29 eine der 10 ähnelnde Ansicht, in der Erdungs- und Leistungskontakte weggelassen sind;
30 einen Querschnitt durch XXXI–XXXI in 13;
31 eine Computer berechnete Darstellung von vorausgesagten Spannungen in einem Isoliergehäuse, ähnlich den in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigten;
32 ein Diagramm in dem die Kontakthaltekraft als Funktion der Deformation (Kompression) eines Vorsprungs des Isoliergehäuses nach 29 aufgetragen ist;
33 eine Draufsicht eines Buchsensignalkontakts der in einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders nach der Erfindung verwendet wird;
34 eine Draufsicht auf einen Steckersignalkontakt, der in einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders nach der Erfindung verwendet wird;
35 eine Draufsicht auf einen Buchsenerdungs-/Leistungskontakt mit Trägerstreifen, der in einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
36 eine Draufsicht auf einen Erdungs-/Leistungskontakt mit Transportstreifen, der in einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nach den 1 und 2 sowie 12 und 13 weist ein Satz zusammengehörender Verbinder nach einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hochdichten Verbinders ein Gehäuse auf, welches das Bezugszeichen 10 trägt. Der Bodenbereich des Gehäuses trägt das Bezugszeichen 12. Der Boden wird vorzugsweise durch Spritzguss eines geeigneten isolierenden Polymermaterials hergestellt, welches die Aufschmelztemperaturen beim Oberflächenmontageverfahren aushält. Als Material eignet siech z. B. ein Flüssigkristallpolymer (LCP). Der Bodenbereich enthält eine Bodenwand 14 mit einer Außenseite 16 und einer Innenseite 18. Auf der Außenseite sind äußere Schlitze, beispielsweise Schlitze 20, 22, 24, 26 und 28 (12) angeordnet. Auf der Innenseite sind innere Kontaktaufnahmeschlitze, z. B. Schlitze 30, 32, 34, 36 und 38 angeordnet. Diese inneren und äußeren Schlitze werden durch mittlere Schlitze, wie z. B. Schlitze 40, 42, 44, 46 und 48 verbunden. Jeder der äußeren Schlitze hat eine Bodenwand und eine Seitenwand, wie z. B. Bodenwand 50 und Seitenwand 52 (12). Jeder der inneren Signalkontaktaufnahmeschlitze hat eine Bodenwand und seitliche Zwischenwände wie z. B. Bodenwand 54 und Seitenwände 56 und 58. Jeder der inneren Erdungs- oder Leistungskontaktaufnahmeschlitze hat ebenfalls eine Bodenwand und diagonal verlaufende Seitenwände wie z. B. Bodenwand 60 und Seitenwände 62 und 64. Diese oben beschriebenen inneren und äußeren Schlitze und die verbindenden mittleren Schlitze nehmen Erdungs-/Leistungskontakte oder Signalkontakte auf.
Die Erdungs- oder Leistungskontakte haben vorzugsweise einen oberen Bereich 66, der aus zwei Kontaktgabeln 56, 58 und 70 gebildet ist. Jeder dieser Gabeln hat einen zulaufenden Bereich 72, einen Kontaktpunkt 74 und einen nach außen divergierenden oder einen Einführungsbereich 76. die Erdungs- oder Leistungskontakte weisen ebenfalls einen mittleren Bereich 78 auf der durch die Bodenwand des Gehäuses verläuft und einen unteren Bereich 80, der in den äußeren Schlitz mündet. Eine Lötzinnkugel 82 ist auf den unteren Bereich 80 geschmolzen, wie im Weiteren beschrieben wird.
Jeder der Signalkontakte (12 und 13) weist einen oberen Bereich 84 auf, der vorzugsweise einen Kontaktvorsprung 86, eine Ein führungsbiegung 88 und eine Versteifungsrippe 90 umfasst. Die Signalkontakte haben ebenfalls einen mittleren Bereich 92, der durch die Bodenwand des Gehäuses verläuft. Jeder Signalkontakt weist einen unteren Bereich 98 (13) auf, der in den äußeren Schlitz, z. B. Schlitz 22 in 12 und 13, mündet, wo eine Lötzinnkugel 100 auf den unteren Bereich 98 aufgeschmolzen ist, wie im Folgenden erläutert ist. Mit Bezug insbesondere auf 1 und 2 weist der Bodenbereich des Gehäuses Verriegelungselemente auf, wie beispielsweise mit Bezugszeichen 102 bezeichnet. Diese Verriegelungselemente weisen eine nach oben gerichtete Zunge 104 auf, die einem vertikalen Schlitz 106 überlagert ist und die eine nach außen gerichtete Projektion 108 hat. Der Bodenbereich des Gehäuses weist ferner ähnliche Verriegelungselemente 110, 112, 114 auf. Das Gehäuse weist auch einen oberen Bereich auf, der bei Bezugszeichen 116 zu sehen ist und der auf dem Bodenbereich ruht. Dieser obere Bereich hat eine obere Wand 118 und eine Seitenwand 120. Dieser obere Bereich ist an dem Bodenbereich durch Verriegelungselemente, beispielsweise mit dem Bezugszeichen 122 versehen, befestigt. Jeder dieser Verriegelungselemente hat einen Seitenwandschlitz 124 und einen U-förmigen Verriegelungshaken der sich von der oberen Wand nach unten erstreckt und von dem Seitenwandschlitz beabstandet ist. Die Zunge 104 passt zwischen dem U-förmigen Verriegelungshaken 126 und den Seitenwandschlitz 124, um so dem U-förmigen Verriegelungshaken zu ermöglichen die nach außen gerichtete Projektion 108 auf dem Verriegelungselement 102 des Bodenbereichs zu verrasten. Der obere Bereich schließt ähnliche Verriegelungselemente 128, 130 und 132 ein, die jeweils im Verriegelungselement 110, 112 und 114 im Bodenbereich verrasten. Der obere Bereich 116 oder der Boden 102 können ebenfalls Montage klammern 134 und 136 aufweisen, die Befestigungsöffnungen 13 und 140 aufweisen. Auf der oberen Wand 118 des oberen Bereichs 116 sind ebenfalls Signalkontaktaufnahmeöffnungen, wie z. B. Öffnung 142 und Öffnung 144 vorgesehen. Diese Aufnahmeöffnungen sind in einer Vielzahl von Reihen angeordnet, die den Reihen der Signalkontakte im Bodenbereich entsprechen. Zwischen diesen Reihen von Signalkontaktaufnahmeöffnungen sind längliche Erdungs- oder Leistungskontaktaufnahmeschlitze angeordnet, wie beispielsweise die Schlitze 146 und 148. Der obere Bereich 116 bildet eine Steckfläche zwischen dem Gehäuse 10 und dem Gegenstecker 150, der weiter unten beschrieben wird.
In den 3 und 4 sowie 11 ist das Steckerelement des Verbinders allgemein mit 150 bezeichnet. Der Stecker weist eine isolierende Bodenwand 152 und eine äußere Seitenwand 154 auf. In der Seitenwand sind sich gegenüberliegende Öffnungen 156 und 158 vorgesehen, und gegenüber der Bodenwand liegt eine offene Seite 160. Seitlich von dem Stecker stehen Befestigungsklammern 162 und 164 ab mit Halterungsaufnahmeöffnungen 166 bzw. 168, die mit Befestigeraufnahmeöffnungen 138 und 140 in den Befestigungsklammern des Gehäuses fluchten.
In 11 sieht man auf der Innenseite der Bodenwand 152 innere Signalkontaktaufnahmeschlitze wie beispielsweise Schlitz 170. Ebenso auf der Innenseite der Bodenwand sind innere Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeschlitze, wie beispielsweise Schlitz 172 angebracht. Gegenüber den äußeren Schlitzen in der Bodenwand sind äußere Signalkontaktaufnahmeschlitze, wie Schlitz 144 und äußere Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeschlitze wie Schlitz 176 angeordnet. Die äußeren und inneren Signalkontaktaufnahmeschlitze und die inneren und äußeren Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeschlitze sind jeweils durch mittlere Schlitze 178 und 180 miteinander verbunden. In den Leistungs-/Erdungskontaktaufnahmeschlitzen sind über die mittleren Schlitze 180 Leistungs- oder Erdungskontakte 182 montiert. Jeder Kontakt 182 hat einen länglichen inneren Bereich 184, einen länglichen mittleren Bereich 186, der in der Bodenwand 152 befestigt ist und einen äußeren Bereich 188, der in den Schlitz 176 hineinragt. Eine Lötzinnkugel 190 ist auf den Bereich 188 aufgeschmolzen. Der äußere Bereich 188 und die Lötzinnkugel werden zum Teil von dem äußeren Schlitz 176 aufgenommen. Der Stecker weist ebenfalls eine Vielzahl von Signalkontakten 192 auf. Diese Signalkontakte haben jeweils einen inneren Bereich 194, einen mittleren Bereich 196, der in der Bodenwand befestigt ist und eine Kontaktspitze 198 die in den Schlitz 174 hineinragt. Eine Lötzinnkugel 200 ist auf der Kontaktzunge 198 aufgeschmolzen. Es ist wieder zu beobachten, dass der äußere Bereich und die Lötzinnkugel zum Teil von dem äußeren Schlitz 170 aufgenommen sind.
Wie man in den 5 bis 7c sieht, ist der oben beschriebene Stecker auf einem Schaltkreissubstrat wie z. B. der steifen PWB-Platine 202 montiert, und das Gehäuse ist auf einer ähnlichen PWB-Platine 204 montiert. Der Stecker und das Gehäuse bilden somit eine Platine-zu-Platine-Verbindung wie in 6 gezeigt. Der Stecker hat eine zweidimensionale Anordnung von Signalkontakten, wie beispielsweise 192, auf die Lötzinnkugeln 200 aufgeschmolzen sind und eine Vielzahl von Erdungs-/Leistungskontakten, wie beispielsweise Kontakte 192, auf denen Lötzinnkugeln 190 aufgeschmolzen sind.
Durch die Oberflächenmontagetechnik sind die Lötzinnkugeln ebenfalls an die PWB-Platine 202 gelötet um den gesamten Stecker an der PWB-Platine zu befestigen, und um einen elektrischen Kontakt zwischen den Signalkontakten und den Erdungs- oder Leistungskontakten in dem Stecker und der PWB-Platine herzustellen. Obwohl nicht alle Kontakte in 5 dargestellt sind, sind jedoch alle Kontakte mit Lötzinnkugeln verbunden und ebenfalls auf die gleiche Art mit der PWB-Platine. Ähnlich sind die Lötzinnkugeln 100 auf den Signalkontakten 84 des Gehäuses gelötet, und diese Lötzinnkugeln sind mit der PWB-Platine 204 verlötet. Gehäuse Erdungs-/Leistungskontakte 66 sind in Schlitzen 134 montiert und mit Lötzinnkugeln 82 verlötet, und diese Lötzinnkugeln sind mit der PWB-Platine 204 verlötet.
Der Stecker ist mit dem Gehäuse so ausgerichtet, dass die äußere Seitenwand 154 des Steckers die äußere Seitenwand 120 des oberen Bereichs 118 des Gehäuses überlappt.
Das Ineinandergreifen des Steckers und des Gehäuses sieht man insbesondere in den 7a bis 7c detaillierter. 7a zeigt nach vorherigen Ausrichtung, dass die Erdungs-/Leistungskontakte in dem Stecker in die Erdungs-/Leistungskontaktaufnahmeschlitze in dem Gehäuse eingeführt sind und in die entsprechenden Erdungs/Leistungskontakte in dem Gehäuse eingreifen. Die Signalkontakte sind in die Signalkontaktschlitze im Gehäuse eingeführt. 7b zeigt, dass die Signalkontakte im Stecker in die entsprechenden Signalkontakte im Gehäuse eingreifen und die Leistungs-/Erdungskontakte im Stecker zwischen sich gegenüberliegenden Zungen der Leistungs-/Erdungskontakte im Gehäuse eingreifen. 7c zeigt, dass die Signalkontakte im Stecker vollständig in die Signalkontakte im Gehäuse eingreifen. Die Leistungs-/Erdungskontakte im Stecker sind an der Basis der Gabel der Leistungs-/Erdungskontakte im Gehäuse positioniert.
8 zeigt die Außenseite 16 des isolierenden Bodens 12 des Gehäuses bevor die Lötzinnkugeln angebracht sind. Vor der Anbringung der Lötzinnkugeln sind die Kontaktzungen der Signalkontakte, beispielsweise Kontaktzunge 82 und der Leistungs-/ Erdungskontakte, z. B. Kontaktzungen 98, in entsprechenden äußeren Schlitzen, beispielsweise äußere Schlitze 20, 22, 24, 26 und 28 angeordnet, durch Einfügung der Kontakte in die gegenüberliegende Seite 18 des Bodens 12. Eine bestimmte Menge an Lötpaste geeigneter Zusammensetzung wird aufgetragen, um jeden äußeren Schlitz im Wesentlichen aufzufüllen. Die Lötzinnkugeln werden dann über der äußeren oder Montagefläche des Bodens angebracht.
Vorzugsweise sind die äußeren Schlitze in Querrichtung enger als der Durchmesser der Lötzinnkugeln, so dass die Lötzinnkugeln von den Kanten der Schlitze in einer Lage nahe den Kontaktzungen der Kontakte getragen werden. Um die Stabilität der Lötzinnkugeln in dem Schlitz zu maximieren, wird ein Schlitz bevorzugt, der einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Lötpaste hilft eine Lötzinnkugel in jedem der Schlitze zu haltern, wie in 9 gezeigt ist, wo z. B. die Lötzinnkugel 82 im Schlitz 20 gezeigt ist und die Lötzinnkugel 100 im Schlitz 22. Zusätzlich sind Lötzinnkugeln 230, 232 und 234 gezeigt, die in Schlitzen 24, 26 und 28 ruhen. Die Außenseite des Steckers ist im Wesentlichen identisch zu der Außenseite des Gehäuses, bevor die Lötzinnkugeln platziert sind, wie in 8 gezeigt, und nachdem die Lötzinnkugeln platziert sind, wie in 11 gezeigt. Nach der Platzierung der Lötzinnkugeln in den äußeren Schlitzen wird der Verbinder einem Reflow-Prozess unterzogen, um die Lötzinnkugeln auf den Kontaktzungen zu verlöten. Die Außenseiten der Verbinder bilden zusammen mit den Lötzinnkugeln und insbesondere der äußeren Oberfläche der Lötzinnkugeln eine im Wesentlichen ebene Montageoberfläche, über die der Verbinder auf einen eine Schaltung tragenden Substrat, wie einer PWB-Platine montiert ist.
Die 10 und 13 zeigen eine Variante der Ausführungsform nach 1, bei der anstelle der gegabelten Gehäusekontakte 66 sich gegenüberliegende Paare von Blattfederkontakte 66a, 66b in die Erdungs-/Leistungskontakte 182 eingreifen.
Die 14 bis 18 illustrieren eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Satzes zusammensteckbarer Verbinder nach der vorliegenden Erfindung. In den 14 und 15 weist dieser Satz ein Gehäuse 236 auf. Dieses Gehäuse weist einen isolierenden Sockel 238 auf mit einer inneren Seite 240 und Seiten 242 und einer Außenseite 244. Der Sockel umfasst sich gegenüberliegende Ausrichtungsvorsprünge 246 und 248. Auf der inneren Seite des Gehäuses sind Kontakte 250 und 252 angeordnet, die jeweils Bereiche aufweisen die sich voneinander weg biegen um anschließend einen Kontaktpunkt hin zu konvergieren von dem sie wieder auseinanderstreben. Kontakte 251 sind auf dem Boden 231 in der gleichen Art wie in den in den 1 bis 13 gezeigten Ausführungsbeispielen. Lötzinnkugeln, wie beispielsweise die Lötzinnkugel 254 sind auf der der Platine zugewandten Seite der Kontakte 250 und 252 wie oben beschrieben montiert. Nach den 16 und 17 weist der Satz ebenfalls einen Stecker 258 mit einem isolierenden Sockel 260 auf, der eine Innenseite 262, eine äußere seitliche Wand 264 und eine Außenseite 266 aufweist. An einem Ende des Sockels sind ein Paar vertikaler Endwände 268 und 270 mit einem mittleren Endschlitz 272 angeordnet. An dem gegenüberliegenden Ende des Sockels ist ein weiteres Paar Endwände 274 und 276 mit einem mittleren Endschlitz 278 angeordnet. Ausgehend von der Innenseite des Sockels sind eine Mehrzahl von Kontakten, wie Kontakt 280, der sich von dem Schlitz 282 aus erstreckt, angeordnet. Auf jedem dieser Kontakte ist eine Lötzinnkugel 284 aufgeschmolzen. Diese Kontakte sind versetzt zueinander angeordnet. Zum Beispiel ist der Kontakt 286 gegenüber Kontakt 280 so versetzt, dass Kontaktreihen dichter aneinander angeordnet werden können, um so die Kontaktdichte zu erhöhen. 18 zeigt, dass jeder Kontakt, wie Kontakt 280, senkrecht mit einem von Paaren konvergierender Kontakte wie Kontakte 250 und 252 in dem Gehäuse ausgerichtet und zwischen konvergierenden Kontakten angeordnet ist. Man sieht ebenfalls, dass die Ausrichtungsvorsprünge 246 und 248 in die Schlitze 272 und 278 im Stecker eingreifen. In dieser Ausführungsform sind die in dem in 1 bis 13 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten, getrennten Erdungs-/Leistungskontakte nicht vorhanden. Solche Funktionen können, falls erwünscht, in ungeteilte Kontaktpaare integriert werden.
19 bis 23 zeigen eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Satzes zusammengefügter Verbinder. Der Stecker weist das Bezugszeichen 290 auf. Dieser Stecker weist einen Sockel 292 auf, mit einer Bodenwand 294 und einer äußeren Seitenwand 296 sowie gegenüberliegenden Ausrichtungsvorsprüngen 298 und 300. Die Boden wand des Sockels hat eine Innenseite 302 und eine Außenseite 304. Signalkontakte, wie Kontakt 306, gehen von der inneren Seite 302 aus. Die Signalkontakte sind ebenfalls versetzt in abwechselnden Reihen, um die Kontaktdichte zu erhöhen. Der Stecker weist ebenfalls Erdungs- oder Leistungskontakte 310, 312, 314 und 316 auf, die angrenzend an jede der Seiten des Steckers parallel zu einer Seite der Seitenwand angeordnet sind. Auf der äußeren Seite der Bodenwand sind Signalkontaktlötzinnkugeln, wie Lötzinnkugel 318 und Leistungs-/Erdungskontaktlötzinnkugeln, so wie 320 auf ihre entsprechenden Kontakte gelötet, auf die gleiche Weise wie mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Gehäuse trägt das Bezugszeichen 322 und weist einen isolierenden Sockel 324 auf, mit einer Bodenwand 326, einer äußeren Seitenwand 328 und Schlitzen 330 und 332 zur Aufnahme der Justierungsvorsprünge. Die Bodenwand hat eine Außenseite 334 und eine innere Seite 336. Von der inneren Seite gehen Signalkontakte wie die Kontakte 338 und 340 ab. Die Kontakte in benachbarten Querreihen sind ebenfalls axial zueinander versetzt und ermöglichen es die Kontaktdichte zu erhöhen. Parallel zu jeder Seite der Umfangswand sind seitliche Leistungs- oder Erdungskontakte 324, 344, 346 und 350. Auf der Außenseite der Bodenwand ist für jeden Signalkontakt jeweils eine Lötzinnkugel, wie z. B. Lötzinnkugel 252, vorgesehen. Es sind ebenfalls Lötzinnkugeln, wie bei 354 zum Befestigen eines jeden Leistungs- oder Erdungspins vorgesehen. Wie man in 23 erkennt greift der Stecker 290 in das Gehäuse 322.
Wie zuvor erwähnt müssen Komponenten, wie elektrische Verbinder, die durch Oberflächenmontagetechnik auf Schaltkreissubstraten montiert werden sehr anspruchsvolle Spezifikationen hinsicht lich der Koplanarität erfüllen. Wenn enge Toleranzen hinsichtlich der Koplanarität, in der Regel in der Größenordnung von ungefähr 0,003 bis 0,004 in (0,0075 bis 0,01 mm) nicht eingehalten werden, erfahren Hersteller unerwünscht hohe Ausschussraten infolge schlechter Lötverbindungen. Variationen in dem Abstand eines Bereichs des auf einer Oberfläche zu montierenden Kontakts von dem Schaltkreissubstrat kann herrühren von Variationen in der Lage des Kontakts in dem Isoliergehäuse, was in Folge der Kontakteinführung auftritt und von Verformungen des Gehäuses, was zum Verbiegen oder Verdrehen der Montageoberfläche des Verbinderkörpers herrührt. Erfindungsgemäße Verbinder sind in der Lage die strengen Koplanaritätsanforderungen durch Merkmale zu erfüllen, wonach die abschmelzbaren Körper sorgfältig angeordnet und deren Größe sorgfältig bestimmt ist. Diese schmelzbaren Körper werden zum Verbinden des Verbinders mit einem Substrat verwendet. Die strengen Koplanaritätserfordernisse werden ebenso erfüllt durch die Verwendung von Kontakt sichernden Anordnungen, die Spannungsackumulierungen im Verbindergehäuse, die dieses Gehäuse verziehen können, verhindern.
In den Ausführungsformen nach 1 bis 23 sind die Metallkontakte in Isoliergehäusen auf eine Art befestigt, die die Einführung von mechanischen Spannungen im Gehäusekörper zu vermeiden suchen. Dieses wird erreicht durch die Verwendung speziell geformter Schlitze oder Öffnungen in die die Sicherungsbereiche des Kontakts eingeführt sind. In einer Anordnung, die insbesondere nützlich bei kleinen Signalkontakten ist, hat der Schlitz eine Größe, die im Wesentlichen gleich der Größe und der Form aller Oberflächen des Kontaktes bis auf einen ist. Die Wand des Schlitzes, die dieser einen Seite gegenüberliegt weist eine spritzgegossene, seitliche Projektion auf, die in den Schlitz hineinragt. Der Abstand zwischen dem distalen Ende des Vorsprungs und der gegenüberliegenden Wand des Schlitzes ist geringer als die Dicke des Kontakts.
Somit wird der distale Bereich des Vorsprungs von dem Kontakt berührt und verformt, während dieser in den Schlitz eingeführt wird. Der Kontakt wird sicher in dem Schlitz durch die senkrechte Kraft gehalten, die auf den Kontakt durch den verformbaren Vorsprung ausgeübt wird. Da das distale Ende des Vorsprungs verformbar ist wird ein Aufbauen von Spannungen in dem Gehäuse vermieden. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen weisen. die Vorsprünge die Form einer pyramidenförmigen Rippe auf, die einstückig an einer der Seitenwände des Schlitzes ausgeformt ist.
Von der hier gezeigten speziellen Rippenform wird angenommen, dass sie ein Optimum für spezielle Gehäuse darstellt, in denen sie verwendet wird, andere ähnliche Rippen mit etwas anderer Form oder Größe können jedoch auch vorteilhafter Weise mit anderen Gehäusetypen verwendet werden. In den 29 und 30 ist ein Signalkontakt 494 in einem Schlitz 496 gehaltert und schlägt an gegen eine Rippe 498. Die Rippe hat eine ebene Oberfläche 500 wo sie den Kontakt 494 berührt und gegenüberliegende schräge Seiten 502 und 504. Der Kontakt 494 ist sicher in dem Schlitz gehaltert durch das Eingreifen von Rück- und Seitenkanten des Schlitzes 496 und der Rippe 498. Der Bereich der Rippe, der an die Oberfläche 500 angrenzt ist frei verformbar, wenn der Kontakt 494 in den Schlitz 496 eingepresst wird, wobei jede Spannung vermieden wird, die durch die Einführung des Kontaktes hervorgerufen werden könnte.
Ähnlich ist ein Leistungs-/Erdungskontakt im Schlitz 508 gehaltert und presst gegen die verformbare Rippe 510. Die Rippe hat einen distalen Bereich 512, in dem sie gegen den Kontakt anpresst und gegenüberliegende schräge Seiten 51 und 516. Bei dieser Anordnung gibt es ebenfalls eine gegenüberliegende Rippe, wie z. B. Rippe 518. Diese gegenüberliegende isolierende Rippe weist ebenfalls einen distalen Bereich 520 und schräge Seiten 522 und 524 auf. Die gegenüberliegenden verformbaren Rippen können verwendet werden, um größere Kontakte zu haltern und um den Kontakt in dem Schlitz zu zentrieren.
Der Fachmann erkennt, dass die genaue Form, Größe, Anzahl und Anordnung solcher Rippen für verschiedene Typen von Gehäusen variieren kann, wobei diese Faktoren so gewählt werden, dass weitest möglich Spannungen in dem Gehäuse in den verformbaren Rippen isoliert werden. 31 ist eine Darstellung die erzeugt wurde unter Verwendung einer ANSYS Stress Analysis Software von Ansys, Inc., Houston, Pennsylvania, und zeigt, dass durch die Verwendung einer Kontaktsicherungsanordnung nach 29 und 30 hohe Spannungslevel in den Rippen isoliert sind und im Wesentlichen nicht über die Kontaktmontageschlitze hinausgehen, wobei signifikant das Risiko eines Verziehens oder Verdrehens des Gehäuses reduziert wird, was von der großen Anzahl von Kontakteinführungen herrühren könnte. Die Einheiten der Spannungsänderungsbereiche, die in 29 gezeigt sind ist N/mm² und mm ist die Einheit der gezeigten Verschiebung. 32 zeigt, dass für einen typischen Kontakt 494 Vergrößerungen der Deformation (Kompression) des distalen Bereichs der verformbaren Rippe bis zu ungefähr 0,0004 Inch (0,001 mm) zu einer steigenden Rückhaltekraft zwischen dem Kontakt und dem Gehäuse führt, hervorgerufen durch die normale Kraft, die auf den Kontakt durch die Rippe ausgeübt wird. Nach 0,0004 Inch (0,001 mm) Deformierung (Kompression) traten nur geringe Anstiege der Rückhaltekraft auf.
Wie vorher erwähnt, beeinflussen auch andere Faktoren die Koplanarität der Substratmontagefläche eines Verbinders, bei dem Oberflächenmontagetechniken verwendet werden. Dazu gehört die Gleichheit der Größe der Lötzinnkugeln und die Lage der Lötzinnkugeln bezüglich der Montagefläche des Verbindergehäuses. In den bevorzugten Ausführungsformen, die oben stehend beschrieben worden sind, ist die Kontaktzunge jedes Kontaktes in einem Schlitz angeordnet. Die äußeren Schlitze sind im Wesentlichen in Größe und Form gleich. Diese Schlitze weisen verschiedene wichtige Eigenschaften bezüglich der vorliegenden Erfindung auf. Die Schlitze können eine hochgenau gleiche Menge an Lötpaste aufnehmen, z. B. durch einfache Aufbring- und Wischtechnik. Somit ist die Menge an Lötpaste, die zur Sicherung einer jeden Lötzinnkugel am Kontakt zur Verfügung steht, im Wesentlichen gleich. Die Schlitze lokalisieren die Lage einer jeden Lötzinnkugel in der seitlichen X-Y-Richtung, bevor die Lötzinnkugeln auf den Kontakten befestigt werden. Die Schlitze lokalisieren die Lötzinnkugeln ebenfalls in Z-Richtung bezogen auf die Bodenfläche des Gehäuses und den Abstand der Lötzinnkugeln von den Kontaktzungen des Kontakts. Die nominale Erstreckung der Zunge in dem Schlitz ist so gewählt, dass bei maximaler Toleranz der Erstreckung der Zunge in den Schlitz die Zunge nicht die Lötzinnkugel berührt und somit deren Lokalisierung in Z-Richtung beeinflusst. Das Anschmelzen der Lötzinnkugel auf der Kontaktzunge wird dadurch sichergestellt, dass eine relativ gleiche und adäquate Menge an Lötzinn aus der Lötpaste in dem Schlitz vorhanden ist. Alle Variationen in dem Abstand zwischen der Kontaktzunge und der Lötzinnkugel werden durch das variable Volumen der Lötpaste in dem Schlitz ausgeglichen.
Um eine adäquate Menge an Lötzinn in der Nähe der Lötzinnkugel während des Reflow-Schrittes zu haben, der verwendet wird, um die Lötzinnkugeln auf den Kontakten zu befestigen, und um eine Lötzinnkriechen an den Befestigungsflächen des Kontaktes zu vermeiden, ist der Kontakt so behandelt, dass er ein Kriechen des Lötzinns verhindert. In 33 sind Kontakte 526 und 528 gezeigt, die an einem Transportstreifen 530 hängen. Die Kontakte haben einen Kontakteingriffbereich 532, der normalerweise mit nicht oxidierenden Metallen wie Gold, Palladium oder eine Palladiumlegierung beschichtet ist. Die Kontakte haben ebenfalls einen mittleren Bereich 534, der den Kontaktbefestigungsbereich in dem Gehäuse bildet. Ein "Antilötzinnkriech"- oder nicht von Lötzinn benetzbares Material ist auf den mittleren Bereich 532 des Kontakts aufgebracht. Ein bevorzugtes Material für diesen Zweck ist eine Nickelbeschichtung. Ohne zu beabsichtigen sich durch eine bestimmte Theorie zu binden wird angenommen, dass die Lötzinn resistente Eigenschaft dieser Nickel beschichteten Bereiche herrührt von oder verstärkt wird durch die Oxidation des Nickels nach der Beschichtung, z. B. durch Exposition an der Umgebungsluft für mehrere Tage. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Nickel- oder Nickeloxidsperre ein Lötzinnkriechen bei solchen Kontakten verhindert oder reduziert. Damit die Nickel- oder Nickeloxidbeschichtung eine solche Passivierungsfunktion erfüllen kann ist es bevorzugt, dass die Beschichtung eine Dicke von 10 μin bis 100 μin (25 bis 250 μm) und bevorzugt um 50 μin (125 μm) hat. Andere Lötzinn kriechresistente Materialien scheinen ebenfalls für diesen Zweck brauchbar zu sein, wie z. B. Fluorine, die Lötzinn resistente Beschichtungen enthalten. Diese können insbesondere nützlich sein, wenn der gesamte Kontakt mit einer durchgängigen äußeren Schicht eines lötzinnbenetzbaren Materials, z. B. Gold beschichtet ist. Der Kontaktspitzenbereich 536 kann vorzugsweise mit einem Lötzinn annehmenden Material, wie Gold, Zinn oder Zinnlegierungen beschichtet sein. Vorzugsweise wird der gesamte Kontakt mit Nickel beschichtet. Auf dem oberen Bereich werden dann Edelmetallschichten selektiv über dem Nickel angebracht. Diese Edelmetallbeschichtung im oberen Bereich hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 μin bis 100 μin (25 μm bis 250 μm) und vorzugsweise 30 μin (75 μm). In dem unteren Bereich ist eine lötzinnbenetzbare Metallschicht selektiv aufgebracht. Alternativ kann eine galvanisch aufgebrachte Schicht Chrom anstelle der Nickelschicht verwendet werden. 34 zeigt Steckersignalkontakte 538 und 540, die an einem Transportstreifen 542 hängen. Jeder dieser Kontakte hat einen Gold plattierten Zungenbereich 544, einen Nickel beschichteten mittleren Befestigungs- und Antikriechbereich 536 und einen Edelmetall überzogenen Steckbereich 548. Ähnlich zeigt 35 den Erdungs-/Leistungskontakt 550, der an einem Transportstreifen 552 hängt. Dieser Kontakt hat eine untere, Gold beschichtete Zunge 554, einen Nickel beschichteten mittleren "Antikriechbereich" 556 und einen Gold beschichteten Kontakteinsteckbereich 558. Ein anderes Merkmal des Erdungs-/Leistungskontakts 550, welches ebenfalls das Kriechen reduziert, ist eine Reihe von Löchern in dem Zungenbereich 554, wie z. B. die Löcher 560, 562 und 564. Ein weiteres Merkmal des Erdungs-/Leistungskontakts 550, welches in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen enthalten ist, sind vertikale Schlitze, wie z. B. Schlitz 566. 36 zeigt einen Steckererdungs-/Leistungskontakt 568 mit einem unteren Gold plattierten Zungenbereich 570, einem Nickel plattierten mittleren "Antikriechbereich" 572 und einem oberen Gold plattierten Bereich 574. Der Erdungs-/Leistungskontakt 568 hat keinen separaten Transportstreifen sondern Öffnungen, wie Öffnung 576, die es ermöglichen, dass der Kontakt selber diese Transportfunktion übernimmt. Bei jedem der oben beschriebenen Kontakte kann das Gold in dem unteren Bereich durch Zinn oder anderes mit Lötzinn benetzbarem Material ersetzt werden. Bei allen Kontakten, die in den 33 bis 36 gezeigt sind, ist die Breite des unteren Gold plattierten Zungenbereichs, wie z. B. in 36 bei w₁ gezeigt, vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 0,25 mm. Die Breite des nickelbeschichteten mittleren Bereichs, in 36 bis w₂ bezeichnet, ist vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 1 mm.
Die 24 bis 25 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Anordnung zum Befestigen der Lötzinnkugeln zeigt. Das Gehäuse dieses Steckverbinders ist allgemein mit dem Bezugszeichen 324 bezeichnet. Dieses Gehäuse hat eine Grundwand 326 mit einer Außenseite 328 und einer Innenseite 330. Auf der Außenseite sind Nuten, wie beispielsweise die Nuten 332, 334, 336, 338 und 340 (25) sowie 342 und 344 (24) angeordnet. Jede dieser Nuten hat vorzugsweise eine schräge Grundwand 360 mit abgerundeter Oberfläche 362. Auf der Innenseite 330 sind Nuten, wie beispielsweise die Nuten 346, 348, 350, 352, 354 (25), sowie 356 und 358 (24) angeordnet. Zwischen den äußeren und den inneren Nuten sind mittlere Schlitze, wie beispielsweise Schlitz 364, 366, 368, 370, 372 (25) sowie 374 und 376 (24) angeordnet. Jeder dieser Schlitze hat einen Rückhaltevorsprung (nicht gezeigt) zum Haltern des Kontakts in dem Schlitz, im Wesentlichen auf dieselbe Art, wie oben in Verbindung mit den 29 und 30 beschrieben. Auf der Innenseite hat das Gehäuse im Wesentlichen denselben Aufbau wie das in den 1 und 2 gezeigte Gehäuse. Es weist einen oberen Bereich 436 auf, der auf der Grundwand 326 auf geeignete Weise befestigt ist, vorzugsweise durch nicht gezeigte Verrastungen, wie mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert. Der obere Bereich oder Deckel 436 hat eine Mehrzahl von Öffnungen, wie beispielsweise die Öffnungen 452 und 460, zur Aufnahme einzelner Kontakte eines passenden Steckers oder Schlitze, wie Schlitze 454, 456, 468 ( 25) zur Aufnahme von Erdungs- oder Leistungskontakten des Gegensteckers. Die Signalkontakte, wie beispielsweise Kontakt 408 und die Erdungs-/Leistungskontakte sind von einer Form, die im Wesentlichen der entspricht, die mit Bezug auf jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entspricht. Zum Beispiel hat der Erdungskontakt 382 (25) einen unteren Bereich 384, von dem eine Zunge 386 ausgeht. Dieser Kontakt hat ebenfalls einen oberen Bereich, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 388 bezeichnet ist und aus den Gabelungen 390 und 392 besteht. Jede dieser Gabelungen hat einen konvergierenden Bereich 394 und einen nach außen divergierenden Einführungsbereich 396. Die Zunge 386 ist in der Nut 336 angeordnet. Jeder Signalkontakt, wie beispielsweise Kontakt 408 hat einen oberen Bereich 410, der eine nach vorne gerichtete Projektion 412 und eine nach hinten gebogene Projektion 414 aufweist. Der Signalkontakt hat ebenfalls einen mittleren Bereich 416, mit dem er in das isolierende Gehäuse eingreift und eine untere Zunge 418, die in der Nut 334 angeordnet ist.
Die Zunge 386 des Erdungskontakts 382 und die Zunge 418 des Signalkontaktes 408 sind ausgeformt durch Verbiegen der Endbereiche der jeweiligen Kontakte 408 der jeweiligen Verbinder, um die Oberfläche 362, nachdem die Kontakte in die Grundwand 326 eingefügt worden sind. Jede Oberfläche 362 dient als Biegewerkzeug für ein zugehöriges Kontaktende. Die Enden sind so gebogen, dass sie sich von den schrägen Oberflächen 369 wegerstrecken und können zurückfedern, sodass die Zungen quer zur Längsachse des Kontaktes im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 328 verlaufen. Dies ermöglicht einen hohen Grad an Koplanarität der Zungen. Anschließend an die Bildung der Zungen wird Lötzinnpaste auf die Außenseite einer jeden Zunge angebracht. Lötzinnkugeln, wie beispielsweise 398, 400, 402, 404, 406 (25), sowie 426 und 428 (24) werden dann an den Zungen angebracht und die Anordnung ist aufgeheizt, um die Lötzinnpaste und die Lötzinnkugeln auf jeder Zunge aufzuschmelzen. Bei einem alternativen Aufbau, der in 24a gezeigt ist, ist die Nut 334a vertieft, sodass die Oberflächen 360a und 362a weiter von der Bodenoberfläche 328a angeordnet sind. Als Ergebnis liegt die Lötzinnkugel 398a teilweise innerhalb der Nut 334a und ist durch dessen Kanten stabilisiert, wie zuvor erläutert, insbesondere mit Bezug auf die 12 und 13. Als Ergebnis kann diese Anordnung, wenn Lötzinnkugeln streng gleicher Größe verwendet werden, fertig gestellte Verbinder liefern, die eine Koplanarität der Kontakte über die Montagefläche bilden.
Ein Stecker mit im Wesentlichen der gleichen Konstruktion wie die oben stehend beschriebenen Stecker ist allgemein mit dem Bezugszeichen 430 bezeichnet. Er weist eine Grundwand 432 auf mit einer Außenseite 434 und einer Innenseite 436. Auf der Außenseite sind Nuten wie beispielsweise Nut 438, 440, 442, 444 und 446 angeordnet. Jede dieser Nuten hat eine schräge Grundwand 448 und eine gekrümmte Wand 450. Mit jedem dieser Nuten sind Kontaktschlitze 452, 454, 456, 458 und 460 verbunden. Dieser Stecker weist ebenfalls eine Anzahl von Leistungs-/Erdungskontakten auf, wie z. B. allgemein mit dem Bezugszeichen 462 bezeichnet ist. Jeder dieser Kontakte hat einen Kontaktbereich 464 und greift in die Gabeln der Leistungs-/Erdungskontakte des Gehäuses ein. Diese Kontakte haben ebenfalls einen mittleren Bereich 466, der in das Gehäuse eingreift und eine Lötzinnkugelzunge 468, die eine Lötzinnkugel 470 aufnimmt. Der Stecker weist ebenso eine Anzahl von Signalkontakten auf, wie z. B. allgemein mit dem Bezugszeichen 476 bezeichnet ist. Jeder dieser Signalkontakte weist einen Kontaktbereich 478 auf, der in Signalkontakte des Gehäuses eingreift, einen mittleren Bereich 480, der in das Gehäuse eingreift und eine Lötzinnkugelzunge 482, die eine Lötzinnkugel aufnimmt. Andere Signalkontakte, wie beispielsweise 486 und 488 greifen jeweils auf andere Lötzinnkugeln zu, wie bei 490 und 492. Die Lötzinnkugelzungen sind ausgeformt und Lötzinnkugeln 470, 474, 484, 490 und 492 sind auf dem Stecker im Wesentlichen auf die gleiche Art angeordnet, wie mit Bezug auf das Gehäuse beschrieben.
Bei dem Herstellungs-Verfahren ist das leitende Element vorzugsweise eine Lötzinnkugel. Der Fachmann weiß jedoch, dass es möglich ist auch andere schmelzbare Materialien zu verwenden, die eine Schmelztemperatur haben, die kleiner ist als die Schmelztemperatur des Isolierkörpers. Das schmelzbare Element kann ebenfalls eine andere Form als eine Kugel haben. Die Lötzinnkugel oder ein ande res leitendes Element hat vorzugsweise einen Durchmesser, der um 50 % bis 200 % größer ist als die Breite des Spaltes. Dieser Durchmesser ist vorzugsweise abhängig von der Tiefe des Spaltes und die Breite des Spaltes entspricht zwischen 50 und 200 % der Tiefe. Das Volumen der Lötzinnkugel ist vorzugsweise zwischen 75 und 150 % des Volumens des Spaltes und besonders bevorzugt hat er etwa das gleiche Volumen wie der Spalt. Die Kontaktzunge erstreckt sich hinreichend tief in den Spalt, um eine hinreichende Oberfläche für die Lötzinnkugel zu bieten, damit diese dort angelötet werden kann und erstreckt sich vorzugsweise in den Spalt zwischen 25 und 75 %, besonders bevorzugt bis 50 % der Tiefe des Spaltes, in diesen hinein. Die Spalte können einen runden, quadratischen oder irgendeinen anderen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Wenn das leitende Element Lötzinn ist, ist es vorzugsweise eine Legierung mit etwa 90 % Zinn und 10 % Blei bis etwa 55 % Zinn und 45 % Blei. Vorzugsweise handelt es sich um eine eutektische Legierung mit 63 % Zinn und 37 % Blei mit einem Schmelzpunkt bei 183° C. Typischerweise wird eine "härtere" Lötzinnlegierung mit einem höheren Bleianteil verwendet um zu Materialien wie Keramik zu passen. Die "harte" Lötzinnkugel wird sich "pilzförmig" verformen, wenn es sich unter typischen Oberflächenmontagekonditionen erweicht, aber es wird nicht schmelzen. Eine "weiche" eutektische Kugel wird zur Befestigung an PCB-Platinen verwendet und schmilzt und verformt sich üblicherweise unter typischen Oberflächenmontagebedingungen.
Andere Lötzinnarten, die für elektronische Anwendungen geeignet sind, scheinen ebenfalls geeignet für dieses Verfahren zu sein. Solche Lötzinnmaterialien umfassen nicht abschließend elektronisch akzeptables Zinnantimon, Zinnsilber, Bleisilberlegierungen und In dium. Bevor die Lötzinnkugel oder ein anderes leitendes Element in dem Spalt positioniert wird, wird dieser Spalt üblicherweise mit Lötpaste aufgefüllt.
Alternativ kann an Stelle einer oben beschriebenen Lötzinnkugel ein Körper aus einem Material verwendet werden, der nicht bei Oberflächenmontagetemperaturen schmelzbar ist, durch Aufschmelzen der Lötpaste in den Spalten auf den Kontakten befestigt werden. Die Verbindermontagefläche umfasst eine Mehrzahl nicht schmelzbarer Kugeln in einer streng koplanaren Matrix. Ein solcher Verbinder würde auf einem Substrat durch eine konventionelle Oberflächenmontagetechnik befestigt sein. Während angenommen wird, dass jede Lötzinnpaste oder Creme, die übliche organische oder inorganische Lötflussmittel beinhaltet für dieses Verfahren brauchbar ist, wird einen nicht reine Lötzinnpaste oder Creme bevorzugt. Solche Lötzinnpasten oder Cremes beinhalten eine Lötzinnlegierung in Form eines feinen Pulvers, welches in geeignetem Flussmaterial suspendiert ist. Dieses Pulver ist üblicherweise eine Legierung und nicht eine Mischung aus Bestandteilen. Das Verhältnis des Lötzinns zu Flussmittel ist üblicherweise im Bereich von 80 bis 95 Gew.-% Lötzinn oder näherungsweise 80 Volumen-%, bezogen auf das Lötzinn. Eine Lötcreme wird hergestellt, indem Lötmaterial in einem Flussmittelharz suspendiert ist. Vorzugsweise ist das Flussmittelharz weißes Harz oder ein schwach aktives Flussmittelharz, obwohl für verschiedene Zwecke aktiviertes oder hyperaktiviertes Harz verwendet werden kann. Eine Lötpaste wird hergestellt durch die Suspension einer pulverförmigen Lötzinnlegierung in einer organischen Flussmittelsäure oder einer inorganischen Flussmittelsäure. Solche organischen Säuren können ausgewählt werden unter Milchsäure, Ölsäure, Stearinsäure, Phthalsäure, Zitronensäure oder ähnlichen Säuren. Inorganische Säuren können gewählt werden unter Salzsäure, Flusssäure und Orthophosphorsäure. Die Creme oder Paste kann aufgebracht werden durch Streichen, Siebdrucken oder durch Extrusion auf die Oberfläche, die vorzugsweise leicht vorgeheizt ist um eine gute Benetzung zu gewährleisten. Obwohl gefunden wurde, dass das Kriechen des Lötzinns auf den Kontakt signifikant reduziert ist wenn eine Lötpaste oder Creme verwendet wird, wird angenommen, dass eine Lötzinnflussmittelpaste alleine ebenso verwendet werden kann, wenn ein geeignetes Passivierungsmittel verwendet wird. Solche geeigneten Passivierungsmittel können Fluoride umfassen, die Lötzinn beständige Beschichtungen aufweisen, wie FLUORAD, welches von der 3M Corporation erwerbbar ist.
Das Aufheizen erfolgt vorzugsweise in einem Panel Infrarot Lötzinn-Schmelzbandofen. Das Lötzinnelement wird üblicherweise auf eine Temperatur zwischen 183° bis 195° C erhitzt. Aber in Abhängigkeit von dem Gehäusematerial können Lötzinnmaterialien verwendet werden, die andere Schmelztemperaturen haben. Der Bandofen wird vorzugsweise mit einer Bandgeschwindigkeit 10 bis 14 in/ s (25 bis 35 cm/ s) betrieben, wobei das Band durch eine Mehrzahl aufeinander folgender Heizphasen geführt wird in einer Gesamtzeit von etwa 5 bis 10 min. Vor der Einführung in den Bandofen können das Verbindergehäuse, die Kontakte und Lötzinnelemente vorgeheizt werden auf eine hohe Temperatur und für mindestens 1 h. In dem Bandofen wird ein Temperaturprofil erstellt, welches auf einer geeigneten Spitzentemperatur einer maximalen Temperatursteigerung und Zeit oberhalb der Schmelztemperatur basiert. Die Spitzentemperatur ist die höchste Temperatur, die durch das Gehäuse erreicht wird. Für ein Lötzinnelement mit einer Schmelztemperatur von 183° C würde die Spitzentemperatur üblicherweise zwischen 185° C und 195° C liegen. Die maximale Steigerung wird gemessen in °C/s und bestimmt wie schnell die Verbindergehäusetemperatur sich ändern darf, sodass ein Verziehen oder Verdrehen verhindert wird. Für die meisten Anwendungen dieses Verfahrens ist eine maximale Temperaturerhöhung am Anfang bevorzugt von 2° C/s bis 15° C/s. Nachdem der Schmelzpunkt des Lötzinns erreicht ist liegt die Temperaturabnahme vorzugsweise bei -2° C/ s bis -15° C/ s. Ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Zeitspanne oberhalb der Schmelztemperatur minimiert ist. Die Zeit oberhalb der Schmelztemperatur ist ein Maß dafür, wie lange das Lötzinnelement in seiner flüssigen Phase bleibt. Es wurde gefunden, dass wenn die Zeit in der das Lötzinn in seiner flüssigen Phase ist minimiert wird, ein Kriechen des Lötzinns vom Spalt den Kontakt hoch eliminiert ist oder signifikant reduziert ist. Eine bevorzugte Anstiegszeit für die Temperatur, die auf der Platine gemessen wird und die zwischen 180° C und 200° C beträgt und der Sinkzeit der Temperatur, die auf der Platine gemessen wird und zwischen 200 und 180° C beträgt liegen beide zwischen 10 s bis 100 s. Ohne sich auf eine bestimmt Theorie einschränken zu wollen wird angenommen, dass während dieser relativ kurzen Zeiträume Oberflächenspannungen des flüssigen Lötzinnelements das flüssige Lötzinn davon abhalten durch den Kontaktaufnahmeschlitz im Boden des Schlitzes zu fließen. Nach solchen Zeiträumen wird jedoch das flüssige Lötzinn durch den Kontaktaufnahmeschlitz fließen und den Kontakt benetzen. Bevor die Temperatur des Lötzinnelements auf dessen Schmelztemperatur gebracht wird kann es ebenfalls vorteilhaft sein vorher mit einer hohen Temperatursteigerungsrate zu arbeiten, bevor die Schmelztemperatur erreicht ist und die Temperatursteigerungsrate bzw. die Temperatursinkrate zu erniedrigen und anschließend mit hoher Temperatursteigerungsrate weiterzuarbeiten, bis die Schmelztemperatur erreicht ist. Die Auswahl eines geeigneten Gehäusematerials kann ebenfalls die Ergebnisse verbessern. Vorzugsweise ist das Gehäusematerial ein vollständig aromatisches Flüssigkristallpolyester (LCP) mit Eigenschaften wie hoher Glasübergangstemperatur, niedrigem thermischen Koeffizienten, geringer Feuchtigkeitsabsorption und hoher Bruchfestigkeit, bei guten Fließeigenschaften und geringer Viskosität, hoher Schmelztemperatur und hohem Flammpunkt.
Die erfindungsgemäße Verbinderanordnung wird im Folgenden unter Bezug auf folgende Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1
Ein Isoliersockel für einen Verbinderstecker und ein Gehäuse sind oben in Bezug auf die 1 bis 18 beschrieben. Kontakte im Wesentlichen nach der Beschreibung wurden in dem Sockel positioniert. Diese Kontakte waren aus Berylliumkupfer und mit Gold über ihre gesamte Oberfläche mit einer Dicke von 30 μm beschichtet. Das Sockelmaterial war ein DUPONT H6130 Flüssigkristallpolymer (LCP). Die Länge und Breite des Steckers waren 52,5 mm (einschließlich der Montageklammern) und 42,36 mm. Die Schlitze auf der äußeren Oberfläche des Steckers und des Behältergehäuses hatten quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von 0,62 mm und einer Tiefe von 0,4 mm. Ungefähr 0,2 mm des Kontakts erstreckten sich in den Schlitz. Andere Abmessungen waren im Allgemeinen in Pro portion zu den oben erwähnten Abmessungen im Einklang mit den 1 bis 18. Auf den Außenseiten des Steckers und des Gehäuses waren die Schlitze gefüllt oder im Wesentlichen aufgefüllt mit CLEANLINE LR 725, einer nicht reinen Lötzinncreme, die im Handel erhältlich ist über Alphametals Inc., Jersey City, New Jersey. Der Stecker und das Gehäuse wurden mit ihren Außenseiten über die bestimmte Menge sphärischer Lötzinnkugeln verbracht, so dass in jedem Schlitz eine Lötzinnkugel eingebettet wurde. Die verwendeten Lötzinnkugeln waren ALPHAMETAL no flux 63SN/37PB sphärische Lötzinnkugeln mit einem Durchmesser von 0,030 in ± 0,001 in (0,075 mm ± 0,025 mm) und hatten ein Gewicht von etwa 0,00195 g. Der Stecker und das Gehäuse wurden mit FLUORAD behandelt, einem "Antilötzinnkriechmaterial", erhältlich von der 3M Corporation. Nach einer solchen Behandlung wurden der Stecker und das Gehäuse in einem Konvektionsofen für 2 h bei 105° C getrocknet. Der Stecker und das Gehäuse wurden dann auf separaten Leiterplatten aus herkömmlichem verstärkten Epoxyleiterplattenmaterial mit einer Dicke von 0061 in (0,153 mm). Wie man in 9 sieht wurde ein Thermoelement auf der Außenseite des Steckers an der Stelle T angebracht. Ein weiteres Thermoelement wurde in der Mitte auf der Trägeroberfläche der Leiterplatine, die dem Stecker gegenüberliegt angebracht. Der Stecker und das Gehäuse wurden dann in dem Panel Infrarot Lötzinnaufschmelzbandofen behandelt. Wie es für diesen Ofentyp üblich ist, wurden der Stecker und das Gehäuse durch sechs Zonen im Aufschmelzofen bewegt. Die Bandgeschwindigkeit war 13 in/min (32,5 cm/min). Die Heiztemperaturen in jeder Zone sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Minimum- und Maximumtemperaturen für den Stecker und für die Trägerleiterplatte sind in Tabelle 2 gezeigt. Die positiven und negativen Temperatur änderungsraten sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Anstiegszeit und die Sinkzeit, die auf der Leiterplatte zwischen 180° C und 200° C gemessen wurden sind in Tabelle 4 gezeigt. Fig. 26b zeigt die Temperatur über der Zeit und über dem Abstand für den Stecker wobei die fette Linie die Temperatur am Thermoelement auf der Trägerplatte ist und die dünne Linie die Temperatur am Thermoelement auf der Steckeraußenseite. Eine visuelle Beobachtung des Steckers und des Gehäuses nach dem Lötzinnaufschmelzen zeigte, dass fast alle Lötzinnkugeln auf den Kontaktanschlüssen in ihren entsprechenden Schlitzen aufgeschmolzen sind. Die Lötzinnkugelhöhe über den Außenflächen-des Steckers und des Gehäuses erschienen ebenfalls relativ gleichmäßig. Es gab kein bemerkbares Verziehen oder Verdrehen des Gehäuses.
Beispiel 2
Ein anderer Stecker und ein anderes Gehäuse wurden im Wesentlichen auf dieselbe Art vorbereitet wie in Beispiel 1 beschrieben, und Lötzinnkugeln wurden auf den Außenseiten der Schlitze platziert. Einige Stunden nach der Behandlung im Lötzinnaufschmelzofen nach Beispiel 1, wobei die atmosphärischen Bedingungen etwas unterschiedlich waren, wurde ein weiterer Stecker und ein weiteres Gehäuse, im Wesentlichen ähnlich den in Beispiel benutzten, einem ähnlichen Aufschmelzheizen unterworfen wie in Beispiel 1. Die Ofenbedingungen sind in Tabelle 1 gezeigt. Minimum- und Maximumtemperaturen des Steckers und der daran anschließenden Trägerplatte sind in Tabelle 2 gezeigt. Die maximalen Steigerungs- und Verringerungsraten sind in Tabelle 3 gezeigt, und die Anstiegszeit und die Sinkzeit, gemessen auf den Platten zwischen 180° C und 200° C, sind in Tabelle 4 gezeigt. Fig. 24b zeigt die Temperatur über der Zeit und über den Abstand. Man erkennt, dass die in Fig. 24b gezeigte Kurve etwas anders aussieht als die in 24a, wobei der Unterschied den unterschiedlichen atmosphärischen Umgebungsbedingungen zugesprochen wird. Eine visuelle Beobachtung der resultierenden Verbinder zeigte ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 1 erzielt.
TABELLE 1 Temperatur (° C)
TABELLE 2
TABELLE 3 Positive und negative maximale Änderung °C/s
TABELLE 4 Anstiegszeit und Gesamtzeit zwischen 180° C und 200° C (auf der Platte gemessen)
Beispiel 3
sEin weiterer Verbinder wurde im Wesentlichen unter denselben Bedingungen wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass die spezifischen in den 26a und 26b gezeigten Kurven auf Grund der atmosphärischen Bedingungen etwas unterschiedlich ausfielen. Nach der Fertigstellung dieses Verbinders wurden die Lötzinnkugeln an sechs Stellen auf der äußeren Oberfläche des Steckers mit einem Laser Point Rang Sensor (PRS) erhältlich von der Firma Cyber Optics Corporation of Minneapolis, Minnesota untersucht. 9 zeigt, dass diese Orte als Bereiche 25a und 25b bezeichnet sind, wenn der Laser von dem Ort L₁ ausging und als Bereiche 25c und 25d, wenn der Laser von L₂ ausging und schließlich als Bereiche 25e und 25f, wenn der Laser von L₃ ausging. In allen diesen Bereichen wurde ein Laserprofil der Kontur der fünf Lötzinnkugeln in jedem dieser Bereiche gemacht. Diese Laserprofile sind in den 27a bis 27f wiedergegeben. Die Höhe jeder dieser Lötzinnkugeln an ihrer höchsten Stelle oberhalb der Ebene der Außenseite des Steckers ist in Tabelle 3 gezeigt. Für jede dieser Gruppen von Lötzinnkugeln wurde der am dichtesten zur Stirnseite des Steckers nach 9 gelegene berücksichtigt als die erste Position in Tabelle 5 welches die linke Lötzinnkugel der Darstellungen in den Fig. 25a bis 25f ist. Eine Untersuchung der Ergebnisse ergibt, dass in jeder Gruppe von fünf Lötzinnkugeln ein akzeptabler Grad an Uniformität der Höhe der Lötzinnkugeln herrschte.
TABELLE 5 Höhe (0,001 in)
Beispiel 4
Ein weiterer Verbinder wurde im Wesentlichen unter den Bedingungen hergestellt, wie sie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben sind, mit Ausnahme der spezifischen Kurven der 26a und 26b auf Grund unterschiedlicher atmosphärischer Bedingungen. In fast allen Fällen waren die Lötzinnkugeln zufrieden stellend auf den Kontaktanschlüssen aufgeschmolzen und die Lötzinnkugeln waren auf einer akzeptabel gleichförmigen Höhe oberhalb der Ebene der äußeren Oberfläche des Steckers und des Gehäuses, wie eine visuelle Inspektion ergab. Eine Schablone mit einem Muster, das mit der Anordnung der Lötzinnkugeln auf dem Stecker und dem Gehäuse entspricht wurde verwendet, um Lötzinnpaste auf leitende Lötzinnflecken auf zwei verschiedenen Leiterplatten mit einer Dicke von 0,61 Inch (0,153 mm) aufzubringen. Der Stecker wurde auf einer Leiterplatte positioniert und das Gehäuse auf der anderen. Der Stecker und das Gehäuse wurden dann getrennt voneinander in dem Bandofen unter ähnlichen Bedingungen wie den zum Aufschmelzen der Lötzinnkugeln auf den Kontakten mit der Ausnahme, dass die Bandgeschwindigkeit auf 11 in/ s (27 cm/ s) erniedrigt wurde, aufgeheizt. Nach dem Abkühlen wurde gefunden, dass der Stecker und das Gehäuse zufrieden stellend mit ihren entsprechenden Platten verlötet waren. 28a und 28b zeigen Röntgenaufnahmen ausgesuchter Lötzinnkugeln. Elektronenmikroskopische Querschnittsauf nahmen wurden aufgenommen, um das Aufschmelzen der Lötzinnkugeln auf den Signalkontaktanschlüssen zu zeigen. Diese Elektronenmikroskopaufnahmen sind in den 28c und 28d gezeigt. Es gab nur einen Kurzschluss zwischen benachbarten Signalkontakten und gute Verbindungen wurden zwischen den Kontakten und den Lötzinnkugeln und zwischen den Lötzinnkugeln und den Leiterplatten an allen anderen Punkten hergestellt.
Im Vorstehenden wurde ein elektrischer Verbinder vorgestellt, bei dem der Verbinder mit Oberflächenmontagetechnik auf einer PWB-Platine montiert werden kann. Überraschender Weise und unerwartet wurde ebenso gefunden, dass ein überraschend hoher Grad an Gleichförmigkeit der Profile der Lötzinnkugeln und insbesondere bezüglich ihrer Gewichte und/oder Volumen auftritt.
Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen nach den zahlreichen Figuren beschrieben worden, ist so ist zu verstehen, dass ähnliche Ausführungsformen der Modifikationen und Zusätze verwendet werden können, um dieselben Funktionen zu erfüllen, ohne damit aus dem Schutzumfang der Erfindung zu treten. Die beschriebenen Anordnungen können auch mit Bezug auf andere Komponenten als Verbinder verwendet werden die Gehäuse aus isolierendem Material aufweisen und Elemente tragen, die auf ein PWB- oder ein anderes elektrisches Substrat aufgelötet werden sollen.
Daher sollte die Erfindung nicht auf ein einzelnes Ausführungsbeispiel beschränkt verstanden werden sondern so wie sie durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Auf einem Substrat montierbarer elektrischer Verbinder mit einem leitenden Element, mit: einem Kontakt mit einem Verbinderbereich zum elektrischen Verbinden des leitenden Elements, und einem Körper aus fließfähigem, elektrisch leitenden Material, welches auf dem Verbinderbereich angeordnet ist, wobei der Körper den primären elektrischen Strompfad zwischen dem Verbinder und dem Substrat herstellt.
Auf einem Substrat montierbarer elektrischer Verbinder mit einem leitenden Element, mit: einem isolierenden Gehäuse, mit einer Außenseite, die so ausgeformt ist, dass sie dem Substrat gegenüberstellbar ist, einem Kontakt, mit einem Verbindungsbereich, der elektrisch mit dem leitenden Element verbindbar ist, und einem Körper aus fließfähigem, elektrisch leitenden Material, welches auf dem Verbindungsbereich angeordnet ist, welches nahe der Außenseite des Gehäuses liegt.
Elektrischer Verbinder mit: einem isolierenden Gehäuse mit einer Grundwand, die eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, einer Mehrzahl von Nuten auf der Außenseite und einer Mehrzahl von Kontaktaufnahmeschlitzen, wobei jeder Schlitz sich von der Innenseite der Grundwand zu einem der Nuten erstreckt, mit einem Kontakt in jedem der Nuten, und einer Mehrzahl von Körpern aus fließbarem elektrisch leitendem Material, wobei jeder Körper einer Nut zugeordnet ist und wobei jeweils ein Teil des Körpers in der Nut angeordnet ist und an dem Kontakt angeschmolzen ist.
Elektrischer Verbinder, mit: einem isolierenden Glied mit einer Kontaktseite und einer Montageseite, einem elektrischen Anschluss, montiert auf dem isolierenden Glied, wobei der Anschluss einen Kontaktbereich aufweist, der auf der Kontaktseite des isolierenden Gliedes angeordnet ist und einem Montagebereich, wobei der Montagebereich einen Befestigungsbereich aufweist, der sich zumindest teilweise durch das isolierende Glied erstreckt; und einem elektrisch leitenden heißschmelzenden Bereich, der sich von dem Befestigungsbereich zur äußeren Oberfläche der Montageseite des isolierenden Gliedes erstreckt.
Auf der Oberfläche einer Schaltkreisplatine zu montierende elektrische Komponente, mit: einem Körper aus isolierendem Material, wobei der Körper eine Montageseite aufweist, die auf dem Schaltkreissubstrat anordenbar ist und darin Öffnungen aufweist, die sich in Richtung auf die Montagefläche erstrecken, einem elektrisch leitenden Glied, welches auf dem Körper montiert ist, wobei das leitende Glied einen Anschlussbereich aufweist, der sich in die Öffnung auf die Montageoberfläche hin erstreckt, und einem Befestigungsbereich, der sich von dem Anschlussbereich auf die Montageoberfläche hin erstreckt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Schaltkreissubstrat und dem leiten den Glied herzustellen, wobei der Befestigungsbereich einen heißschmelzbaren Bereich aufweist.
Elektrischer Verbinder, mit: einer Montagefläche zum Montieren des Verbinders auf einem Substrat und einer Steckoberfläche zum Präsentieren elektrischer Kontakte für den Eingriff mit Kontakten eines Gegensteckers, einer Mehrzahl von Kontakten auf dem isolierenden Körper, und einem fließbaren Element, welches auf jedem der Kontakte befestigt ist und sich von dem Kontakt zur Montageoberfläche hin erstreckt.
Elektrischer Verbinder, mit: einem isolierenden Gehäuse mit einer Steckoberfläche zum Ineinanderstecken mit einem Gegenstecker und einer Montageoberfläche zum Montieren auf einem Substrat, welches leitende Elemente aufweist, mit einer Mehrzahl von am Gehäuse befestigten Kontakten, die jeweils einen Steckbereich haben, der so geformt ist, dass er mit einem Kontakt eines Gegensteckers in eingriff gelangt und einem Verbinderbereich, der mit dem leitenden Element auf dem Substrat verbindbar ist, und mit einer Mehrzahl von Lötzinnkugeln, die auf einem Verbindungsbereich einer der Kontakte befestigt sind.
Elektrischer Kontakt, mit einer isolierenden Grundwand, einer Mehrzahl auf dieser Grundwand montierten Kontakten, und einer Mehrzahl von Lötzinnkugeln, die auf mindestens einem der Kontakte befestigt sind und ein Montagezwischenglied bilden, zum Montieren des Verbinders auf einem Substrat.
Elektrischer Verbinder, mit: einer isolierenden Grundwand, einer Mehrzahl von auf der Grundwand montierten Kontakten, und einer Mehrzahl von leitenden Elementen mit Oberflächen, die mit dem Substrat in Kontakt treten, wobei jedes leitende Element auf mindestens einem der Kontakte befestigt ist und die mit dem Substrat in Kontakt tretenden Oberflächen ein Montagezwischenglied bilden, zum Montieren des Verbinders auf einem Substrat.
Elektrischer Verbinder mit einer Grundwand mit einer Außenseite und einer Innenseite, hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten: Bereitstellen mindestens einer Nut auf der Außenseite der Grundwand, Bereitstellen eines leitenden Kontaktes, der sich von nahe der Innenseite des leitenden Elements zu der Nut auf der Außenseite der Grundwand erstreckt, Positionieren eines leitenden Elements mit mindestens einem Bereich in der Nut auf der Außenseite der Grundwand, und Befestigen des leitenden Elements auf dem Kontakt, während das leitende Element in der Nut positioniert ist.
Elektrischer Verbinder, mit: einem Verbinderkörper, mindestens einer Öffnung zur Aufnahme eines Kontaktes, die einen Bereich eines auf dem Verbinderkörper montierbaren Kontakt aufnimmt mit einem Seitenwandbereich, und mit einem verformbaren Glied, das nahe der Seitenwand angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass es durch einen in die Öffnung eingeführten Kontakt verformbar ist und den Kontakt in der Öffnung sichert.
Kontakt für einen elektrischen Verbinder, mit: einem mittleren Bereich, einem Kontaktbereich, der sich von dem mittleren Bereich weg erstreckt, wobei der Kontaktbereich so geformt ist, dass er mit einem Gegenkontakt in Eingriff bringbar ist, einem Lötzinnanschlussbereich, der sich von dem mittleren Bereich erstreckt und so geformt ist, dass er Lötzinn aufnehmen kann, welches darauf verschmolzen wird, und wobei der mittlere Bereich eine Beschichtung aufweist, die ein Lötzinnkriechen von dem Anschlussbereich zu dem Steckbereich verhindert, wobei diese Beschichtung eine Schicht aus Nickel aufweist.
Verbinderanordnung, die in Kombination aufweist: ein Substrat mit einer Hauptoberfläche und einen oberflächenmontierbaren elektrischen Verbinder, der dazu geeignet ist, auf der Hauptoberfläche des Substrats montiert zu werden, wobei der Verbinder aufweist: einen Kontakt mit einem Verbindungsbereich, der so ausgeformt ist, dass er mit Abstand von der Hauptoberfläche angeordnet werden kann, und einem Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitenden Material, welches auf dem Verbindungsbereich ange ordnet ist und so mit dem leitenden Element verbunden ist, dass dieser Körper den hauptelektrischen Stromweg zwischen dem Verbinder und dem Substrat bildet.
Verbinderanordnung, welche in Kombination aufweist: ein Substrat mit einem leitenden Element und einen elektrischen Verbinder, der auf dem Substrat montierbar ist, wobei der Verbinder aufweist: ein isolierendes Gehäuse, welches eine Außenseite aufweist, die so ausgeformt ist, dass sie gegenüber dem Substrat anordenbar ist, einen Kontakt, der einen Verbindungsbereich aufweist, zur elektrischen Verbindung mit dem leitenden Element und einen Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitbaren Material, welches auf dem Verbindungsbereich in der Nähe der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass er das Gehäuse und den Kontakt über dem Substrat trägt.
Elektrischer Verbinder, mit: einem isolierenden Glied mit einer kontrakttragenden Seite und einer Montageseite, einem elektrischen Anschluss, der auf dem isolierenden Glied montiert ist, wobei der Anschluss einen Kontaktbereich aufweist, der auf der kontakttragenden Seite des isolierenden Gliedes angeordnet ist und einen Montagebereich, wobei der Montagebereich einen Befestigungsbereich aufweist, der sich zumindest teilweise durch das isolierende Glied erstreckt, und einem elektrisch leitenden, durch Hitze schmelzbaren Bereich, der sich hinter dem Anschluss erstreckt bis zu einem Abstand von der Außenseite der Montageseite des isolierenden Körpers.
Anordnung, bestehend in Kombination aus: einem Schaltkreissubstrat mit einer Hauptoberfläche und einer elektrischen Komponente, die auf dem Schaltkreissubstrat oberflächenmontierbar ist, wobei die elektrische Komponente aufweist: einen Körper aus einem isolierenden Material, wobei der Körper eine Montageoberfläche aufweist, die gegenüber dem Schaltkreissubstrat anordenbar ist und eine Öffnung aufweist, die sich zu der Montageoberfläche hin erstreckt, ein elektrisch leitendes Glied, welches auf dem Körper montiert ist, wobei das elektrisch leitende Glied einen Anschlussbereich einschließt, der sich in die Öffnung in Richtung auf die Montageoberfläche erstreckt und von der Hauptoberfläche des Substrat weg weist, und einen Befestigungsbereich, der sich von dem Anschlussbereich auf die Montageoberfläche zu erstreckt, zur Herstellung elektrischer Kontinuität zwischen dem Schaltkreissubstrat und dem leitenden Glied, wobei der Befestigungsbereich einen wärmeschmelzbaren Bereich zum Verbinden der Hauptoberfläche aufweist.
Elektrischer Verbinder, mit: einem isolierenden Gehäuse mit einer Steckoberfläche zum Zusammenstecken des Verbinders mit einem Gegenstecker und einer Montagefläche zum Montieren des Verbinders auf einem Substrat, welches leitende Elemente auf einer Hauptoberfläche aufweist, und einer Mehrzahl von Kontakten auf dem Gehäuse, wobei jeder Kontakt einen Steckbereich aufweist zum Verbinden eines Kontakts des Steckverbinders und einem Kontaktbereich, der indi rekt an einem leitenden Element auf dem Substrat befestigt ist und einer Mehrzahl Lötzinnkugeln, wobei jede Lötzinnkugel auf einem Verbindungsbereich einer der Kontakte angeordnet ist und sich weiter von dem Gehäuse weg erstrecket als der Kontakt, sodass die Lötzinnkugel direkt mit dem leitenden Element auf dem Substrat verbunden ist.
Elektrischer Verbinder, mit: einer isolierenden Grundwand, einer Mehrzahl von Kontakten, welche auf dieser Grundwand montiert sind, und einer Mehrzahl leitender Elemente mit Oberflächen zur Verbindung mit einem Substrat, wobei jedes leitende Element an einem distalen Ende mindestens eines Kontaktes befestigt ist, und die mit dem Substrat verbindbaren Oberflächen weiter von der Basiswand entfernt angeordnet sind als die Kontakte, um eine Montagefläche zu bilden, zur Montage des Verbinders auf einem Substrat.
Elektrischer Kontakt, mit: einem elektrischen Kontakt, der ein Ende und eine Außenseite aufweist, mit einer Nut, die durch die Außenseite des elektrischen Kontakts in der Nähe des einen Endes definiert ist, und einem Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitenden Material, welches zumindest teilweise innerhalb dieser Nut angeordnet ist.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 19, der ferner aufweist: ein isolierendes Gehäuse, welches eine erste Oberfläche und eine zweite gegenüberliegende Oberfläche aufweist, in der die Nut und der Körper des schmelzbaren, elektrisch leitenden Materials beide in der Nähe der ersten Oberfläche des isolierenden Gehäuses angeordnet sind.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 19, bei dem der Körper des schmelzbaren, elektrisch leitenden Materials eine Lötzinnkugel ist.
Elektrischer Verbinder zur Montage auf einem Substrat, welches ein leitendes Element aufweist, mit: einem isolierenden Gehäuse, welches eine äußere Gehäuseseite aufweist, die dem Substrat gegenüberstellbar ist, einem elektrischen Kontakt, der sich von dem isolierenden Gehäuse weg erstreckt und der eine äußere Kontaktseite aufweist, welche eine Kontaktnut definiert, und einem Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitendem Material, welches zumindest teilweise in der Kontaktnut angeordnet ist, wobei die äußere Gehäuseseite des isolierenden Gehäuses und die äußere Kontaktseite des elektrischen Kontakts jeweils in dieselbe Richtung weisen.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 22, worin der Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitendem Material in der Nähe der ersten Oberfläche des isolierenden Gehäuses angeordnet ist.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 22, wobei die äußere Kontaktseite des elektrischen Kontakts, die Nut und die Außenseite des isolierenden Gehäuses alle in die gleiche Richtung zeigen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 22, bei dem der Körper aus schmelzbarem, elektrisch leitendem Material eine Lötzinnkugel ist.
Elektrischer Verbinder zur Montage auf einem Substrat, welches ein leitendes Element aufweist, mit: einem isolierenden Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Außenseite aufweist, die dem Substrat gegenüberstellbar ist, einem Kontakt, der teilweise in dem isolierenden Gehäuse angeordnet ist und teilweise sich von dem isolierenden Gehäuse weg erstreckt, wobei der Kontakt eine äußere Seite aufweist, der eine Nut definiert und einer Lötzinnkugel, die zumindest teilweise in dieser Nut angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 26, bei dem die Außenseite des isolierenden Gehäuses und die Außenseite des Kontakts in die gleiche Richtung weisen.
Elektrischer Verbinder zur Montage auf einem Substrat, welches ein leitendes Element aufweist, der eine Seite zur Montage auf einem Substrat und eine Steckerseite aufweist, mit: einem isolierenden Gehäuse mit einer Innenseite und einer Außenseite, einer Mehrzahl von Kontaktaufnahmeöffnungen, die in dem isolierenden Gehäuse angeordnet sind, wobei jede dieser Öffnungen sich von der Innenseite des Gehäuses zu der Außenseite des Gehäuses erstreckt, einer Mehrzahl von Kontakten, die sich durch mindestens einige dieser Öffnungen erstrecken und einen Lötanschlussbereich aufweisen, der sich im Wesentlichen zu der Außenseite des Gehäuses erstreckt, einer Mehrzahl von Nuten, die auf der Seite zur Montage auf dem Substrat des Verbinders angeordnet sind, zur Aufnahme und Positionierung einer Mehrzahl von Lötzinnkugeln, und einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Lötzinnkugeln zur Montage des Verbinders auf dem Substrat, wobei die Lötzinnkugeln in der Mehrzahl von Nuten auf der Seite des Verbinders angeordnet sind, mit der er auf dem Substrat montiert ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 18, bei dem die Öffnungen voneinander beabstandet sind und in Reihen angeordnet sind, wobei benachbarte Reihen gegeneinander versetzt sind, um die Kontaktdichte zu erhöhen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 18, bei dem das Gehäuse eine Mehrzahl von Nuten aufweist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 18, bei dem die Kontakte die Nuten aufweisen.
Hochdichter elektrischer Verbinder zur Montage auf einem Substrat, welches leitende Elemente aufweist, mit einer Seite zur Montage auf einem Substrat und einer Steckseite, mit: einem Gehäuse mit einer Außen- und einer Innenseite, mit einer Mehrzahl benachbarter paralleler Reihen von Öffnungen zur Aufnahme von Kontakten, wobei die Öffnungen sich zwischen der Innenseite und der Außenseite erstrecken, einer Mehrzahl von Kontakten, die in mindestens einigen dieser Öffnungen positioniert sind und ein Substratmontageende auf weisen, welches sich im Wesentlichen bis zur Außenseite des Gehäuses erstreckt, und einer Mehrzahl von Nuten, die auf der Seite zur Montage auf dem Substrat des Verbinders angeordnet sind und so ausgeformt sind, dass sie eine Mehrzahl von Lötzinnkugeln aufnehmen und positionieren können, und einer Mehrzahl elektrisch leitender Lötzinnkugeln, die geeignet sind, den Verbinder auf dem Substrat zu montieren, wobei die Lötzinnkugeln in einer Mehrzahl der Nuten auf der Seite zur Montage auf dem Substrat des Verbinders angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 32, bei dem das Gehäuse die Mehrzahl von Nuten aufweist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 32, bei dem die Kontakte die Nuten aufweisen.
Hochdichter elektrischer Verbinder zur Montage auf einem Substrat mit leitenden Elementen, mit: einem Gehäuse mit einer Mehrzahl benachbarter paralleler Reihen von Öffnungen, die sich in einer Richtung erstrecken zur Aufnahme von Kontakten und quere parallele Reihen von Öffnungen zur Aufnahme von Kontakten, wobei das Gehäuse eine Außen- und eine Innenseite mit den Öffnungen aufweist, die sich zwischen der Innenseite und der Außenseite erstrecken, einer Mehrzahl von Kontakten, die sich durch mindestens einige dieser Öffnungen erstrecken und ein Substratmontageende aufweisen, welches sich im Wesentlichen bis zur Außenseite des Gehäuses erstreckt und geeignet ist, mit einer Lötzinnkugel verbunden zu werden, wobei die Kontakte einen abgewinkelten Verbindungsbereich an dem Ende zur Montage auf dem Substrat aufweisen, welches geeignet ist, mit einer Lötzinnkugel verbunden zu werden, und einer Mehrzahl leitender Lötzinnkugeln, die geeignet sind, den Verbinder auf dem Substrat anzuschmelzen, wobei die Lötzinnkugeln auf dem abgewinkelten Verbindungsbereich der Kontakte auf der Außenseite des Verbinders angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 35, bei dem die Lötzinnkugeln auf dem abgewinkelten Verbindungsbereich des Kontakts angeordnet sind und aufgeheizt werden, um die Lötzinnkugel daran festzuschmelzen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 35, bei dem das Gehäuse ferner die Mehrzahl von Nuten aufweist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 35, bei dem die Mehrzahl von Kontakten die Nuten einschließen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 38, bei dem die Lötzinnkugeln in den Nuten der Kontakte angeordnet sind und aufgeheizt sind, um sie mit dem abgewinkelten Verbindungsbereich zu verschmelzen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 35, bei dem der abgewinkelte Verbindungsbereich im Wesentlichen senkrecht zu dem Kontakt verläuft.