DE69737252T2

DE69737252T2 - Steckverbinder hoher Kontaktdichte und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69737252T2
Application number: DE69737252T
Authority: DE
Inventors: Timothy A. Dillsburg Lemke; Timothy W. Etters Houtz
Original assignee: FCI SA; Framatome Connectors International SAS
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: CN1510788A; DE69736720T2; EP0836243A2; DE69736682T2; BR9712296B1; TW406454B; ATE340422T1; AU5145498A; PL332869A1; ATE340424T1; WO1998015989A1; US20090191731A1; PL192431B1; HUP9904238A2; US20050079763A1; JPH10162909A; CN1200483C; CZ298529B6; BR9712296A; RU2208279C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder hoher Kontaktdichte zur Montage auf der Oberfläche eines Substrats mit einem leitenden Element.
Der Trend, große elektronische Geräte, insbesondere tragbare Geräte, für den persönlichen Gebrauch zu verkleinern und solchen Geräten zusätzliche Funktionalitäten hinzuzufügen, hat dazu geführt, alle Komponenten zu miniaturisieren, insbesondere elektrische Verbinder. Anstrengungen elektrische Verbinder zu miniaturisieren, beinhaltet, den Abstand zwischen Anschlüssen bei linearen Einzel- oder Doppelreihen-Verbindern zu verringern, so dass eine relative große Anzahl von Eingangs-/Ausgangsleitungen durch Verbinder miteinander verbunden werden können, die in einem eng umgrenzten Bereich auf Substrate passen, die zur Aufnahme von Verbindern vorgesehen sind. Der Trend zur Miniaturisierung war ebenfalls begleitet von einer Bewegung hin zur Bevorzugung der Oberflächenmontagetechniken (SMT) zur Montage von Komponenten auf Leiterplattenplatinen. Das Zusammenwirken der steigenden Verwendung der SMT-Technik und der erforderliche geringe Abstand der Anschlüsse linearer Verbinder haben dazu geführt, dass man sich den Grenzen der SMT-Technik für große Stückzahlen und preisgünstigen Verfahren nähert. Den Abstand der Anschlüsse zu verringern, erhöht das Risiko benachbarte Lötflecken oder Anschlüsse während des Aufschmelzens der Lötpaste kurzzuschließen. Um das Bedürfnis nach einer erhöhten Eingangs-/Ausgangsdichte zu befriedigen, wurden Matrixverbinder vorgeschlagen. Solche Verbinder haben eine zweidimensionale Matrix von Anschlüssen, die auf einem isolierenden Substrat montiert sind und eine verbesserte Dichte bereitstellen können. Diese Verbinder weisen jedoch bestimmte Schwierigkeiten bezüglich deren Verbindung mit Schaltkreisplatinen durch die SMT-Technik auf, da die oberflächenmontierten Anschlussfahnen der meisten, wenn nicht aller Anschlüsse nahe dem Verbinderkörper angeordnet sein müssen. Das führt dazu, dass die verwendeten Montagetechniken sehr zuverlässig sein müssen, da es schwer ist, die Lötverbindungen visuell zu inspizieren oder sie, wenn sie defekt sind, zu reparieren. Bei der Montage eines integrierten Schaltkreises (IC) auf einem Kunststoff- oder Keramiksubstrat ist die Verwendung einer Kugelgittermatrix (BGA) oder anderer ähnlicher Anordnungen üblich geworden. Bei der Kugelgittermatrixanordnung sind kreisrunde Lötzinnkugeln auf der integrierten Schaltkreisanordnung auf elektrischen Strompfaden eines Schaltkreissubstrates positioniert, auf dem eine Schicht Lötpaste angebracht wurde, typischerweise unter Verwendung einer Abschirmung oder Maske. Die Gesamtheit wird anschließend auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der die Lötzinnpaste und mindestens ein Teil der Lötzinnkugeln oder alle Lötzinnkugeln schmelzen und sich mit einem darunter liegenden leitenden Pfad, der auf dem Schaltkreissubstrat gebildet ist, verschmelzen. Der integrierte Schaltkreis wird somit mit dem Substrat verbunden, ohne dass dazu externe Kabel auf dem integrierten Schaltkreis benötigt werden.
In vielen neuerlichen Patenten sind Anstrengungen Produkte mit der SMT-Technologie zu miniaturisieren, beschrieben.
Die Patentanmeldung WO 98/15990 beschreibt eine Kugelgittermatrix(BGA)-Technologie, die angewendet wird bei einem flachbauenden Platine-zu-Platine-Verbindersystem, bei dem nur die Verringerung der Höhe der Anordnung notwendig ist. Zu diesem Zweck werden Kontakte und Lötzinnelemente so konstruiert, dass sie so kompakt wie möglich sind.
Die WO 97/20454 beschreibt einen hochdichten Verbinder, der eine elektronische Anordnung mit einem Lötzinnelement und eine elektrische Schaltkreisplatine verbinden kann, bei dem der Kontakt einen oberflächenmontierten Bereich aufweist mit einer konvexen Bodenfläche, dessen Form mindestens einen unteren Bereich einer Kugel simuliert, die eine Lötzinnkugel darstellt.
Die US-A-5 593 322 betrifft einen Verbinder hoher Dichte mit auf der Oberfläche des Bodens eines Steckverbinders angeordneten Schmelzkugelkontakten, um eine Komponente auf der Oberfläche einer Leiterplatine mit der gut bekannten BGA-Technologie zu verbinden, bei dem Kunststoffträger auf seinen vier Oberflächen mit Metallstreifen versehen sind und mit einem Leiterpfad verbunden sind, der auf der Unterseite der Oberfläche des isolierenden Körpers angeordnet ist. Dann wird der Verbinder auf die Leiterplatte einer Lötzinnkugel verlötet, die auf den Leiterpfaden befestigt ist.
Es ist ebenfalls aus der US-A-4 767 344 bekannt, dass eine elektrische Verbindung mit einem Körper aus schmelzbarem Material hergestellt werden kann. Da jedoch eine bestimmte Menge Lötzinn den Stiftkontakt umgibt und einen vorbestimmten Bereich entlang der Länge des Stiftes umhüllt, ist dieses Verfahren nicht bei einem Verbinder hoher Dichte (mit einem kleinen Abstand zwischen Reihen und Spalten) anwendbar, der mit dem Oberflächenmontageverfahren hergestellt wird.
Die Patentanmeldung WO 96/42123, angemeldet vom gleichen Anmelder, beschreibt Komponenten, bei denen Kontakte mit kleinem Querschnitt verwendet werden, die eine gebogene Anschlusszunge aufweisen, auf der schmelzbares Material angeordnet ist.
Die EP 0 591 772 A1 lehrt eine andere Art Lötzinnverbinder mit mehrschichtigen Leiterplattenplatinen zu verbinden, bei der Kontaktpfade verwendet werden. Diese Lehre beschränkt sich jedoch auf Komponenten ohne Kontakte innerhalb eines isolierenden Gehäuses.
Die US-A-5 495 668 lehrt die Verwendung von Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einer Leiterplattenplatine. Die Verbindungen werden durch Drähte hergestellt, an deren Enden Lötzinnkugeln angebracht sind. Wiederum sind die Komponenten nicht in einem isolierenden Gehäuse angeordnet und es sind keine Kontaktzungen vorgesehen zur weiteren Verbindung mit einem Gegenstecker.
Die US-A-5 131 871 bezieht sich auf eine Konstruktion die in der Lage ist, Spannungen in einem Verbinderblock in einem hochdichten Verbinder zu reduzieren. Da die Wände, die eine Öffnung definieren, dünn sind, schlägt die Erfindung vor, diese durch Vorsprünge zu verstärken. Diese Vorsprünge weisen Trägermittel für einen Kontakt auf, sichern diesen aber nicht durch Deformation.
Die US-A-5 358 417 lehrt einen Leistungsverbinder mit einem Isoliergehäuse, durch welches sich eine Mehrzahl von Kabeln erstreckt. Der Kontakt des Endes dieser Kabel erscheint auf einem Pfad und Drähte dieser Kabel werden durch ein leitendes Gel verbunden, welches in der Lage ist, die Drähte und Pfade ohne Lötzinnkugeln in Position zu halten.
Die EP 0 782 220 A2 bezieht sich auf Haltemittel innerhalb von Öffnungen in einem Körper. Die Haltemittel werden durch Rastmittel dargestellt, die auf die leitenden Drähte von Flachbandkabeln einwirken.
Andere Patente beziehen sich auf Erfindungen, welche den Benetzungseffekt während des Lötvorgangs reduzieren. Zum Beispiel lehrt die WO 97/45896 einen kleinen Verbinder für Mobiltelefone, bei dem die Länge des Kontaktes zwischen seinen beiden Enden klein ist. Da eines der Enden dazu vorgesehen ist, auf der Oberfläche angebracht zu werden, welches das Lötzinn für die Oberflächenmontage aufnimmt, ist ein Bereich dieses Kontaktes nur mit einer Mittelplattierung versehen, um das Lötzinnkriechen zu verhindern.
Die US-A-3 864 004 beschreibt einen Schaltkreisplatinenverbinder mit einem Bereich des Federkontakts, der mit einer Lötzinn-resistenten Beschichtung versehen ist, um sicherzustellen, dass kein Kriechen von geschmolzenem Lötzinn nach oben zur Feder hin auftritt.
Die DE-PS 3 712 691 lehrt ebenfalls einen beschichteten elektrischen Steckerstift mit einer Zwischenschicht aus Nickel als Antidiffusionsbarriere.
Die US-A-5 453 017 beschreibt die Verwendung einer Beschichtung aus nicht lötbarem Material, so dass Lötzinn nicht an der Längsseite haften bleibt.
Während die Verwendung der BGA-Technik und ähnlicher Systeme zur Verbindung eines integrierten Schaltkreises mit einem Substrat viele Vorteile haben, so müssen entsprechende Mittel zur Montage eines elektrischen Verbinders oder ähnlicher Komponenten an einer elektrischen Schaltkreisplatine (PWB) oder anderen Substraten noch entwickelt werden. Es ist in den meisten Situationen wichtig, dass die das Substrat berührenden Flächen der Lötzinnkugeln coplanar sind, um eine im Wesentlichen flache Montagefläche zu bilden, so dass bei der Endmontage die Kugeln schmelzen und das Lötzinn gleichmäßig auf einem ebenen Leiterplattensubstrat verlötet wird. Alle signifikanten Differenzen in der Lötzinncoplanarität auf einem vorgegebenen Substrat können zu einer schlechten Verlötung führen, wenn der Verbinder auf einer Leiterplattenplatine aufgelötet wird. Um eine hohe Lötzuverlässigkeit zu erzielen, stellen Anwender sehr hohe Anforderungen an die Coplanarität, üblicherweise in der Größenordnung von 0,1 mm (0,004 inch). Die Coplanarität der Lötzinnkugeln wird durch die Größe der Lötzinnkugeln und deren Positionierung auf dem Verbinder beeinflusst. Die Endgröße der Kugel hängt vom Gesamtvolumen des Lötzinns ab, welches ursprünglich in der Lötzinnpaste und den Lötzinnkugeln zur Verfügung steht. Bei der Anbringung von Lötzinnkugeln auf einem Verbinderkontakt stellen diese Überlegungen besondere Herausforderungen dar, da Variationen im Volumen des Verbinderkontakts, der in der Lötzinnmasse aufgenommen ist, die mögliche Variabilität der Größe der Lötzinnmasse beeinträchtigen und somit auch die Coplanarität der Lötzinnkugeln auf dem Verbinder entlang der Montagefläche.
Ein weiteres Problem, das beim Verlöten von Verbindern mit einem Substrat auftritt, ist, dass die Verbinder oft isolierende Gehäuse mit relativ komplexen Formen aufweisen, zum Beispiel solche mit mehreren Hohlräumen. Festspannungen in solchen thermoplastischen Gehäusen können von dem Spritzgussverfahren herrühren, von dem Aufbauen von Spannungen als Ergebnis der Kontakteinfügung oder von der Kombination beider Effekte. Diese Gehäuse können entweder ursprünglich oder nach dem Aufheizen auf Temperaturen, die bei dem SMT-Verfahren notwendig sind, wie Temperaturen, die notwendig sind, um die Lötzinnkugeln zu schmelzen, verzogen werden.
Ein solches Verziehen der Gehäuse kann zu einer dimensionalen Fehlpassung zwischen der Verbinderanordnung und der Leiterplattenplatine führen, was zu einem unzuverlässigen Verlöten führt, da die oberflächenmontierten Elemente, wie Lötzinnkugeln, nicht ausreichend in Kontakt mit der Lötzinnpaste oder vor dem Verlöten nicht dicht genug an der Leiterplattenplatine stehen.
Es besteht daher Bedarf daran, elektrische Verbinder hoher Dichte zuverlässig und effektiv auf Substraten mittels Oberflächenmontagetechniken zu montieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Elektrische Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung haben eine hohe Eingangs-/Ausgangsdichte und sichern eine zuverlässige Befestigung an Leiterplattensubstraten durch SMT-Techniken. Diese Verbinder weisen eine hohe Coplanarität entlang der Montagefläche auf.
Elektrische Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sind solche, bei denen ein oder mehrere Anschlüsse durch ein schmelzbares elektrisch leitendes Material mit einem Substrat verbindbar sind. Dieses schmelzbare elektrisch leitende Material ist eine Lötzinnmasse, vorzugsweise mit einer Lötzinnkugel, die aufgeschmolzen werden kann, um einen primären elektrischen Strompfad zwischen dem Anschluss und dem Schaltkreissubstrat herzustellen. Die Coplanarität der Montageoberfläche des Verbinders wird gewährleistet, indem ein isolierendes Verbindergehäuse vorgesehen ist, bei dem das Aufbauen von Spannungen vermieden wird. Nach diesem Aspekt der Erfindung wird ein Kontaktanschluss in eine Öffnung in dem Gehäuse eingefügt. Der Querschnitt der Öffnung ist so gewählt, dass mindestens eine Seite der Öffnung einen geformten Vorsprung aufweist, der durch die Anschlüsse verformbar ist, wenn der Anschluss in die Öffnung eingefügt wird. Durch diese Anordnung wird Spannung vermieden, die sich als Ergebnis der Einfügung einer Mehrzahl von Kontakten aufbauen kann, so dass ein Verziehen des Gehäuses minimiert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Der erfindungsgemäße Verbinder wird im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Buchsenverbinder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders in der vorliegenden Erfindung;
2 eine teilweise geschnittene Endansicht des Buchsenverbinders gemäß 1;
3 eine Draufsicht auf ein Steckelement einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise geschnittene Endansicht des Steckelements gemäß 3;
5 eine geschnittene Endansicht des Buchsenverbinders und Steckverbinders gemäß der 1 bis 4 in nicht zusammengestecktem Zustand;
6 eine Endansicht des Buchsenverbinders und des Steckverbinders gemäß 5 in zusammengestecktem Zustand;
Die 7a, 7b, 7c sind geschnittene Endansichten, die jeweils die ersten, zweiten und dritten sequentiellen Abschnitte des Zusammensteckens des Buchsenverbinders mit dem Steckverbinder gemäß 5 zeigen;
8 eine Draufsicht auf den Boden des Buchsenverbinders gemäß 1 bevor Lötzinnkugeln darauf angeordnet sind;
9 eine Draufsicht auf den Boden des in 8 gezeigten Gehäuses, nachdem die Lötzinnkugeln darauf angeordnet wurden;
10 eine detaillierte Schnittansicht des Bereichs XII in 1;
11 eine vergrößerte Ansicht des geschnittenen Bereichs in 4;
12 eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch die Schnittansicht in 10;
13 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch XIII-XIII in 1;
14 eine ähnliche Ansicht wie in 10, bei der die Erdungs- und Leistungskontakte weggelassen sind;
15 eine horizontale Schnittansicht durch den in 14 gezeigten Schnitt;
16 eine computergenerierte Darstellung vorhergesagter Spannung in einem isolierenden Gehäuse ähnlich wie bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind;
17 eine Kurve der Kontaktrückhaltekraft in Abhängigkeit von der Größe der Verformung (Kompression) in einer Rippe des in 14 gezeigten isolierenden Gehäuses; und
18 eine Seitenquerschnittsansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform eines Verbinders gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Mit Bezug auf die 1 und 2 sowie 12 und 13 ist ein Satz zusammengehörender Verbinder nach einer ersten Ausführungsform eines Verbinders hoher Dichte gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, der einen Buchsenverbinder aufweist, welcher allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Der Bodenbereich des Buchsenverbinders trägt das Bezugszeichen 12. Der Boden ist vorzugsweise durch Spritzgießen eines geeigneten isolierenden Polymermaterials geformt, welches in der Lage ist, die SMT-Schmelztemperaturen auszuhalten, zum Beispiel ein Flüssigkristallpolymer (LCP). Bezieht man sich zuerst auf den Bodenbereich, so weist dieses Element eine Bodenwand 14 auf mit einer Außenseite 16 und einer Innenseite 18. Auf der Außenseite sind Durchgangspassagen, wie zum Beispiel 20, 22, 24, 26 und 28 (12) ausgeformt. Auf der Innenseite sind innere Kontaktaufnahmepassagen ausgeformt, wie zum Beispiel die Passagen 30, 32, 34, 36 und 38. Diese inneren und äußeren Passagen werden durch mittlere Schlitze verbunden, wie zum Beispiel die Schlitze 40, 42, 44, 46 und 48. Jede der äußeren Passagen hat eine Bodenwand und eine Seitenwand, wie zum Beispiel Bodenwand 50 und Seitenwand 52 (12). Jeder der inneren Signalkontaktaufnahmepassagen hat eine Bodenwand und sich überschneidende Seitenwände, wie zum Beispiel die Bodenwand 54 und die Seitenwände 56 und 58. Jede der inneren Erdungs- und Leistungsaufnahmepassagen weist ebenfalls eine Bodenwand und diagonale Seitenwände auf, wie zum Beispiel Bodenwand 60 und Seitenwände 62 und 64. Die oben beschriebenen inneren und äußeren Passagen und mittleren Verbindungsschlitze nehmen Erdungs-/Leistungskontakte oder Signalkontakte auf.
Die Erdungs- oder Leistungskontakte haben vorzugsweise einen oberen Bereich, allgemein mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnet, der aus zwei Kontaktgabeln 68 und 70 geformt ist. Jede dieser Gabeln hat einen konvergierenden Bereich 72, einen Kontaktpunkt 74 und einen nach außen divergierenden Einführungsbereich 76. Die Erdungs- oder Leistungskontakte weisen ebenfalls einen mittleren Bereich 78 auf, der durch die untere Wand des Buchsenverbinders verläuft sowie einen unteren Bereich 80, der sich in die äußere Passage erstreckt. Eine Lötzinnkugel 82 ist auf den unteren Bereich 80 geschmolzen, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Jeder der Signalkontakte (12 und 13) weist einen oberen Bereich auf, der generell mit dem Bezugszeichen 84 versehen ist und vorzugsweise einen Kontaktvorsprung 86 aufweist, eine Einführungsbiegung 88 und eine Versteifungsrippe 90. Die Signalkontakte weisen ebenfalls einen mittleren Bereich 92 auf, der durch die untere Wand des Buchsenverbinders verläuft. Jeder Signalkontakt weist einen unteren Bereich 98 (13) auf, der sich in die äußere Passage erstreckt, zum Beispiel Passage 22 in den 12 und 13, wo eine Lötzinnkugel 100 an dem unteren Bereich 98 verschmolzen ist, wie weiter unten näher erläutert wird.
Mit Bezug insbesondere auf die 1 und 2 weist der Bodenbereich des Buchsenverbinders Raststrukturen auf, zum Beispiel wie allgemein mit dem Bezugszeichen 102 versehen. Diese Raststruktur weist eine obere Zunge 104 auf, die über einer vertikalen Nut 106 liegt und eine nach außen gerichtete Projektion 108 hat. Der Bodenbereich des Buchsenverbinders hat andere ähnliche Raststrukturen 110, 112 und 114. Der Buchsenverbinder weist ebenfalls einen oberen Bereich auf, allgemein mit dem Bezugszeichen 116 versehen, der oberhalb des Bodenbereichs liegt. Dieser obere Bereich weist eine obere Wand 118 und periphere Seitenwände 120 auf. Dieser obere Bereich ist an dem Bodenbereich durch Raststrukturen befestigt, wie solche, die allgemein mit dem Bezugszeichen 122 bezeichnet sind. Jede dieser Raststrukturen hat einen Seitenwandausschnitt 124 und eine U-förmige Verrastung 126, die sich von der oberen Wand nach unten erstreckt und von den Seitenwandausschnitten beabstandet ist. Die Zunge 104 greift zwischen die U-förmige Verrastung 126 und den Seitenwandschlitz 124, um es der U-förmigen Verrastung zu ermöglichen, die nach außen gerichtete Projektion 108 auf der Raststruktur 102 des Bodenbereichs zu verrasten. Der obere Bereich weist andere ähnliche Raststrukturen 128, 130 und 132 auf, die jeweils mit Raststrukturen 110, 112 und 114 auf dem Bodenbereich verrasten. Der obere Bereich 116 oder die Basis 102 können ebenfalls Montageklammern 134 und 136 aufweisen, die Befestigungsöffnungen 138 bzw. 140 aufweisen.
Auf der oberen Wand 118 des oberen Bereichs 116 sind ebenfalls Signalkontaktzugangsöffnungen vorgesehen, wie zum Beispiel 142 und 144. Diese Zugangsöffnungen sind in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet, die den Reihen der Signalkontakte in dem Basisbereich entsprechen. Zwischen diesen Reihen von Signalkontaktzugangsöffnungen sind längliche Erdungs- oder Leistungskontaktzugangsschlitze geformt, wie zum Beispiel die Schlitze 146 und 148. Der obere Bereich 116 bildet eine Montagezwischenfläche zwischen dem Buchsenverbinder 10 und einem passenden Steckverbinder 150, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Unter Bezug auf die 3 und 4 sowie 11 ist das Steckelement des Verbinders allgemein mit dem Bezugszeichen 150 gekennzeichnet. Dieser Stecker weist eine Basiswand 152 und periphere Seitenwände 154 auf. In der Seitenwand sind sich gegenüberliegende Öffnungen 156 und 158 angeordnet und gegenüber der Basiswand liegt eine offene Seite 160. Seitlich abstehend von dem Stecker sind Montageklammern 162 und 164 angeordnet mit Aufnahmeöffnungen 166 und 168 für Befestigungsmittel, die mit den Öffnungen zur Aufnahme der Befestigungsmittel 138 und 140 in den Montageklammern des Buchsenverbinders ausrichtbar sind.
11 zeigt, dass auf der Innenseite der Basiswand 152 innere Signalkontaktaufnahmeöffnungen, wie beispielsweise Öffnung 170 angeordnet sind. Ebenfalls auf der Innenseite der Basiswand sind innere Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeöffnungen, wie beispielsweise Öffnung 172, angeordnet. Gegenüber den äußeren Öffnungen der Basiswand sind äußere Signalkontaktaufnahmeöffnungen, wie Öffnung 174 vorgesehen, sowie äußere Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeöffnungen, wie zum Beispiel Öffnung 176. Mittlere Schlitze 178 und 180 verbinden die äußeren und inneren Signalkontaktaufnahmeöffnungen und die äußeren und inneren Leistungs- oder Erdungskontaktaufnahmeöffnungen. Über die mittleren Schlitze 180 sind in den Leistungs-/Erdungskontaktaufnahmeöffnungen Leistungs- oder Erdungskontakte montiert, die allgemein mit dem Bezugszeichen 182 versehen sind. Jeder Kontakt 182 hat einen länglichen inneren Bereich 184, einen länglichen mittleren Bereich 186, der in der Bodenwand 152 montiert ist und einen äußeren Bereich 188, der sich in die Passage 176 erstreckt. Eine Lötzinnkugel 190 ist auf den Bereich 188 aufgeschmolzen. Der äußere Bereich 188 und die Lötzinnkugel sind teilweise in der äußeren Passage 176 aufgenommen. Der Stecker weist ebenfalls eine Mehrzahl Signalkontakte 192 auf. Diese Signalkontakte haben jeweils einen inneren Bereich 194, einen mittleren Bereich 196, der in der Bodenwand montiert ist und eine Anschlusszunge 198, die sich in die Passage 174 erstreckt. Eine Lötzinnkugel 200 ist auf die Anschlusszunge 198 aufgeschmolzen. Wiederum sieht man, dass dieser äußere Bereich und die Lötzinnkugel teilweise in der äußeren Passage, wie zum Beispiel der Passage 170 aufgenommen ist.
In den 5 bis 7c erkennt man, dass der oben beschriebene Stecker auf einem Schaltkreissubstrat montiert ist, wie beispielsweise eine starre Leiterplattenplatine 202 und der Buchsenstecker ist auf eine ähnliche Leiterplattenplatine 204 montiert. Der Stecker und die Buchse bilden somit eine Platinezu-Platine-Verbindung, wie in 6 gezeigt ist. Der Stecker hat eine zweidimensionale Matrix aus Signalkontakten, wie beispielsweise 192, auf denen Lötzinnkugeln 200 aufgeschmolzen sind und eine Mehrzahl von Erdungs-/Leistungskontakten, wie beispielsweise die Kontakte 192, auf die Lötzinnkugeln 190 aufgeschmolzen sind. Beim Einsatz von SMT-Techniken werden die Lötzinnkugeln ebenfalls mit der Leiterplattenplatine 202 verschmolzen, um den gesamten Stecker an der Leiterplattenplatine zu befestigen und einen elektrischen Kontakt zwischen den Signalkontakten und Erdungs- oder Leistungskontakten im Stecker und der Leiterplattenplatine herzustellen. Wenngleich nicht alle Kontakte in 5 gezeigt sind, so sind doch alle Kontakte mit Lötzinnkugeln und der Leiterplattenplatine auf die gleiche Art verbunden. Ähnlich sind Lötzinnkugeln 100 auf den Signalkontakten 84 des Buchsenverbinders aufgeschmolzen und diese Lötzinnkugeln sind mit der Leiterplattenplatine 204 verschmolzen. Buchsenerdungs-/Leistungs-Kontakte 66 sind in Schlitzen 134 montiert und mit Lötzinnkugeln 82 verschmolzen, die wiederum auf der Leiterplattenplatine 204 aufgeschmolzen sind. Der Stecker ist mit der Buchse so ausgerichtet, dass die Seitenwand 154 des Steckers die periphere Seitenwand 120 des oberen Bereichs 118 der Buchse überlappt.
Wie man insbesondere in den 7a bis 7c sieht, ist dort das Ineinandergreifen des Steckers und der Buchse detaillierter dargestellt. 7a zeigt, dass nach einer ursprünglichen Ausrichtung die Erdungs-/Leistungskontakte im Stecker anfangs in die Erdungs-/Leistungskontaktaufnahmeschlitze in der Buchse eingreifen und die entsprechenden Leistungs-/Erdungskontakte in der Buchse kontaktieren. Die Signalkontakte sind in die Signalkontaktschlitze in der Buchse eingetreten. 7b zeigt die Signalkontakte in dem Stecker, die anfangs entsprechende Signalkontakte in der Buchse kontaktieren und die Leistungs-/Erdungskontakte in dem Stecker greifen weiter ein zwischen sich gegenüberliegenden Armen der Leistungs-/Erdungskontakte in der Buchse. 7c zeigt, dass die Signalkontakte im Stecker voll in Eingriff mit den Signalkontakten mit der Buchse stehen. Die Leistungs-/Erdungskontakte im Stecker sind an der Basis der Gabel der Leistungs-/Erdungskontakte in der Buchse positioniert.
8 zeigt die Außenseite 16 des Bodenbereichs 12 des Buchsenverbinders vor der Anwendung der Lötzinnkugeln. Vor der Anwendung der Lötzinnkugeln sind die Anschlusszungen der Signalkontakte, zum Beispiel Anschlusszunge 82 und die Anschlusszungen der Leistungs-/Erdungskontakte, zum Beispiel Anschlusszunge 98 innerhalb einer entsprechenden äußeren Passage, zum Beispiel die äußeren Passagen 20, 22, 24, 26 und 28 durch Einfügung der Kontakte in die gegenüberliegende Seite 18 des Bodens 12 angeordnet. Eine bestimmte Menge Lötzinnpaste geeigneter Zusammensetzung wird aufgebracht, um im Wesentlichen jede äußere Passage aufzufüllen. Die Lötzinnkugeln werden dann über der äußeren Passage oder Montagefläche des Bodens aufgebracht. Vorzugsweise sind die äußeren Passagen in ihrer Querabmessung kleiner als die Lötzinnkugeln, so dass die Lötzinnkugeln von den Kanten der Passagen in einer Stellung nahe den Anschlusszungen der Kontakte getragen werden. Um die Stabilität der Lötzinnkugeln in der Passage zu maximieren, ist eine Passage vorzugsweise rund oder hat die Form eines regulären Polygons im Querschnitt. Die Lötzinnpaste hilft, eine Lötzinnkugel in jeder der gezeigten Passagen zu halten, wie in 9 gezeigt ist, wo zum Beispiel die Lötzinnkugel 82 in der Passage 20 gezeigt ist und die Lötzinnkugel 100 in der Passage 22. Zusätzliche Lötzinnkugeln 230, 232 und 234 sind zum Beispiel in den Passagen 24, 26 und 28 gezeigt. In jedem der äußeren Passagen des Buchsenverbinders ist eine Lötzinnkugel positioniert. Die Außenseite des Steckers ist im Wesentlichen identisch zur Außenseite der Buchse, bevor die Lötzinnkugeln, wie in 8 gezeigt, positioniert sind und nachdem die Lötzinnkugeln, wie in 11 gezeigt ist, aufgebracht sind. Nach der Anbringung der Lötzinnkugeln in den äußeren Passagen durchläuft der Verbinder einen Aufschmelzprozess, um die Lötzinnkugeln auf den Anschluss zu verschmelzen. Die äußeren Seiten der Verbinder, zusammen mit den Lötzinnkugeln und insbesondere die äußeren Oberflächen der Lötzinnkugeln bilden eine im Wesentlichen ebene Montagefläche, entlang der der Verbinder auf einem Schaltkreisträgersubstrat, wie zum Beispiel einer Leiterplattenplatine montiert ist.
Die 10 und 13 zeigen eine Variante der Ausführungsform gemäß 1, bei der anstelle kabelförmiger Buchsenkontakte 66 sich gegenüberliegend angeordnete Paare 66a und 66b von Messerkontakten mit den Erdungs-/Leistungsanschlüssen 182 in Kontakt stehen.
Wie bereits gesagt, müssen Komponenten, wie beispielsweise elektrische Verbinder, die auf Schaltkreissubstraten mit SMT-Techniken montiert sind, sehr anspruchsvolle Anforderungen an die Coplanarität erfüllen. Wenn enge Toleranzen bezüglich der Coplanarität, üblicherweise in der Größenordnung von 0,008 bis 0,1 mm (0,003 bis 0,004 inch) nicht eingehalten werden, erfahren die Hersteller unerwünscht hohe Ausflussraten, resultierend aus fehlerhaften Lötverbindungen. Variationen im Abstand eines Oberflächenmontagebereichs eines Kontakts von dem Schaltkreissubstrat können aus Abweichungen der Lage des Kontakts in dem isolierenden Gehäuse herrühren, die als Ergebnis des Kontakteinführungsverfahrens und von einer Deformation des Gehäuses herrühren, wobei letzteres zu einer Verbiegung oder Torsion der Montagefläche des Verbinderkörpers resultiert. Nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Verbinder sind in der Lage, strikte Coplanaritätsanforderungen zu erfüllen durch Merkmale, die die schmelzbaren Körper sorgfältig anordnen und deren Größe messen, um den Verbinder an einem Substrat zu befestigen und durch die Verwendung von Kontaktsicherungsanordnungen, die eine Akkumulation von Spannungen im Verbindergehäuse verhindern, welche dazu tendieren, das Gehäuse zu verbiegen.
Bei den in den 1 bis 13 gezeigten Ausführungsformen sind die Metallkontakte in Isoliergehäusen derart gesichert, dass eine Einleitung von Spannung in den Gehäusekörper vermieden wird. Dieses Sichern wird erreicht durch die Verwendung eines geformten Schlitzes oder einer geformten Öffnung, in die ein Befestigungsbereich des Kontaktes eingefügt ist. Bei einer Anordnung, insbesondere nützlich für kleinere Signalkontakte hat der Schlitz eine Form, die im Wesentlichen mit der Form und den Dimensionen aller Oberflächen des Kontaktes, bis auf einer, übereinstimmt. Die Wand des Schlitzes, die dieser einen Oberfläche gegenübersteht, weist eine einstückig spritzgegossene seitliche Projektion auf, die in den Schlitz hineinragt. Der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Projektion und der gegenüberliegenden Wand des Schlitzes ist kleiner als die Dicke des Kontakts. Somit wird das vordere Ende der Projektion von dem Kontakt berührt und verformt während dieser in den Schlitz eingeführt wird. Der Kontakt ist sicher in dem Schlitz gehalten durch die Normalkräfte, die auf den Kontakt durch die verformbare Projektion ausgeübt wird. Da sich das Ende der Projektion frei verformen kann, wird das Aufbauen von Spannungen im Gehäuse vermieden. Bei den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen weist die Projektion eine pyramidenförmige Rippe auf, die einstückig auf einer der Seitenwände des Schlitzes ausgeformt ist.
Die gezeigte spezifische Rippenkonfiguration scheint das Optimum für die bestimmten Gehäuse zu sein, in denen sie angewendet wird, aber auch ähnliche Rippen etwas anderer Größe oder Form können vorteilhafterweise bei anderen Arten von Gehäusen angewendet werden. Wie in den 14 und 15 gezeigt, wird ein Signalkontakt 494 in dem Schlitz 496 gehaltert und stößt gegen die Rippe 498. Die Rippe hat eine ebene Oberfläche 500, mit der sie mit dem Kontakt 494 und gegenüberliegenden schrägen Seiten 502 und 504 in Kontakt tritt. Der Kontakt 494 wird sicher in dem Schlitz gehaltert durch Ineingriffstehen mit den rückwärtigen und Seitenkanten des Schlitzes 496 und der Rippe 498. Der Bereich der Rippe, der nahe der Fläche 500 liegt, kann sich frei verformen, wenn der Kontakt 494 im Schlitz 496 gepresst wird, wodurch Spannungen als Ergebnis der Kontakteinfügung vermieden werden.
Ähnlich wird ein Leistungs-/Erdungskontakt in den Schlitz 508 gehalten und drückt gegen die deformierbare Rippe 510. Die Rippe hat ein freies Ende 512, mit dem es gegen den Kontakt drückt und sich gegenüberliegende schräge Seiten 514 und 516. Bei dieser Anordnung gibt es ebenso eine gegenüberliegende Rippe, wie z.B. die Rippe 518. Diese gegenüberliegende isolierende Rippe hat ebenfalls einen freien Endbereich 520 und schräge Seiten 522 und 524. Die sich gegenüberliegenden verformbaren Rippen können verwendet werden, um größere Kontakte zu sichern und um die Kontakte in dem Schlitz zu zentrieren. Der Fachmann erkennt, dass die besondere Form, Größe, Anzahl und Anordnung solcher Rippen für verschiedene Gehäusetypen unterschiedlich sein kann und diese Faktoren ausgewählt werden, um soweit wie möglich Spannungen im Gehäuse auf die deformierbaren Rippen zu beschränken. 16, die mit einer ANSYS-Stress Analysis Software von Ansys, Inc. of Houston, Pennsylvania, hergestellt wurde, zeigt, dass bei der Verwendung der in den 14 und 15 gezeigten Kontaktsicherungsanordnungen hohe Spannungswerte im Wesentlichen auf die Rippen beschränkt sind und sich im Wesentlichen nicht außerhalb der Kontaktmontageschlitze erstrecken, wodurch das Risiko einer Torsion oder Verbiegung des Gehäuses signifikant reduziert wird, welches anderenfalls aus einer großen Anzahl von Kontakteinführungen herrühren könnte. Die Einheiten für die verschiedenen Spannungsbereiche, welche in 16 gezeigt sind, sind N/mm² und mm ist die Einheit für die gezeigte Verschiebung. 17 zeigt, dass bei einem typischen Kontakt 494 das Anwachsen der Deformation (Kompression) des freien Endbereichs der verformbaren Rippe bis zu 0,01 mm (0,0004 inch) betragen kann, was zu einer steigenden Rückhaltekraft zwischen dem Kontakt und dem Gehäuse führt, aufgrund der durch die Rippe auf den Kontakt ausgeübten Querkraft. Nach 0,01 mm (0,0004 inch) Deformation (Kompression), ergaben sich nur geringe Anstiege in der Rückhaltekraft.
Wie bereits oben erwähnt wurde, ist ein anderer Faktor, der die Coplanarität der Substratmontagefläche eines Verbinders bei der Anwendung der BGA-Montagetechnik beeinflusst, die Gleichförmigkeit der Größe der Lötzinnkugeln und deren Position bezüglich der Platinenmontagefläche des Verbindergehäuses. Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ist die Verbindungszunge eines jeden Kontaktes in einer Passage positioniert. Die äußeren Passagen sind im Wesentlichen gleich in Größe und Form. Diese Passagen weisen mehrere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung auf. Die Passagen können eine sehr gleichförmige Menge darin angeordneter Lötzinnpaste aufnehmen, die beispielsweise einfach aufgetragen und gerakelt wird. Somit ist die Lötzinnmenge, die zur Verfügung steht, um jede Lötzinnkugel auf einem Kontakt zu befestigen, im Wesentlichen gleich. Die Passagen lokalisieren die Lage einer jeden Lötzinnkugel in seitlichen XY-Richtungen bevor die Lötzinnkugeln auf den Kontakten befestigt sind. Die Passagen lokalisieren die Lötzinnkugeln ebenfalls in Set-Richtung bezüglich der Bodenfläche des Gehäuses und den Abstand der Lötzinnkugel von den Anschlusszungen der Kontakte. Die nominale Erstreckung der Zunge in die Passage hinein ist so festgelegt, dass das Maximum der Toleranz für die Erstreckung der Zunge in die Passage erreicht wird, wenn die Zunge die Lötzinnkugel nicht berührt und dadurch deren Anordnung in Set-Richtung nicht beeinflusst. Das Verschmelzen der Lötzinnkugel auf der Kontaktzunge wird jedoch dadurch sichergestellt, dass die relativ gleichmäßige und angemessene Menge Lötzinn aus der Lötzinnpaste in der Passage vorhanden ist. Jede Variation des Abstandes zwischen der Kontaktzunge und der Lötzinnkugel wird durch das variable Volumen der in der Passage angeordneten Lötzinnpaste absorbiert.
18 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer anderen Anordnung zur Befestigung der Lötzinnkugeln. Die Buchse dieses Verbinders trägt allgemein das Bezugszeichen 324. Diese Buchse hat eine Bodenwand 326 mit einer Außenseite 328 und einer Innenseite 330. Auf der Außenseite sind Passagen wie beispielsweise bei 334a gezeigt. Jede dieser Passagen hat vorzugsweise eine schräge Bodenwand 360a mit abgerundeter Oberfläche 362a. Auf der Innenseite 330 sind Passagen 358 angeordnet. Zwischen den äußeren und inneren Passagen sind mittlere Schlitze 374 angeordnet. Jeder dieser Schlitze hat einen (nicht gezeigten) Rückhaltevorsprung, um den Kontakt in dem Schlitz zu halten, auf eine Weise, die im Wesentlichen die gleiche ist wie im Zusammenhang mit den 14 und 15 oben beschrieben wurde. Auf der Innenseite hat die Buchse im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die in den 1 und 2 gezeigte Buchse. Sie weist einen oberen Bereich 436 auf, der auf der Basis 326 in geeigneter Weise befestigt ist, vorzugsweise durch (nicht gezeigte) Rastorgane, wie in Verbindung mit den 1 und 2 erläutert.
Die Signalkontakte, wie beispielsweise Kontakt 408 und die Erdungs-/Leistungskontakte haben eine Form, die im Wesentlichen der Form entspricht, wie sie mit Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurde. Jeder Signalkontakt, wie beispielsweise Kontakt 408 weist einen oberen Bereich 410 mit einer nach vorne gerichteten Projektion 412 auf und eine nach hinten gebogenen Teil 414. Der Signalkontakt hat ebenfalls einen mittleren Bereich 416, mit dem es in das isolierende Gehäuse eingreift und eine untere Zunge 418, die in der Passage 234a angeordnet ist.
Die Zunge 418 des Signalkontakts 408 wird geformt, indem man die Endbereiche der jeweiligen Anschlüsse um die Oberflächen 362a biegt, nachdem die Kontakte in die Basis 326 eingefügt worden sind. Jede Oberfläche 362a dient als Biegedorn für ein entsprechendes Kontaktende. Diese Enden werden bis auf die schrägen Oberflächen 360a hingebogen und dürfen zurückspringen, so dass die Zungen quer zur Längsachse des Kontakts verlaufen und im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 328a sind. Dies stellt einen hohen Grad an Coplanarität der Zungen sicher. Nach der Formung der Zungen wird Lötzinnpaste auf die äußere Oberfläche einer jeden Zunge aufgetragen. Lötzinnkugeln, wie beispielsweise 398a werden dann auf den Zungen aufgebracht und die Anordnung wird erhitzt, um die Lötzinnpaste und die Lötzinnkugeln auf jeder Zunge zu verschmelzen. Bei der in 18 gezeigten Anordnung ist die Passage 334a vertieft, so dass die Oberflächen 360a und 362a weiter von der Bodenfläche 328a entfernt angeordnet sind. Daraus ergibt sich, dass die Lötzinnkugel 398a teilweise innerhalb der Passage 334a angeordnet ist und durch deren Kanten stabilisiert wird, wie zuvor beschrieben wurde, insbesondere mit Bezug auf die 12 und 13. Als Ergebnis können diese Anordnungen zu fertig gestellten Verbindern führen, die eine Coplanarität der Kontakte entlang der Montagefläche aufweisen, wenn Lötzinnkugeln mit höchst uniformer Größe verwendet werden.
Bei dieser Erfindung sind die leitenden Elemente vorzugsweise Lötzinnkugeln. Der Fachmann weiß jedoch, dass es möglich ist, andere schmelzbare Materialien anstelle dessen zu verwenden, die Schmelztemperaturen haben, die geringer sind als die Schmelztemperaturen des isolierenden Körpers. Das schmelzbare Element kann ebenso eine Form haben, die nicht der einer Kugel entspricht. Die Lötzinnkugel oder andere leitende Elemente haben vorzugsweise einen Durchmesser, der zwischen 50 bis 200% der Breite der Passage entspricht. Dieser Durchmesser steht vorzugsweise im Zusammenhang mit der Tiefe der Passage und beträgt zwischen 50 und 200% dieser Tiefe. Das Volumen der Lötzinnkugel liegt vorzugsweise bei 75 bis 150% des Volumens der Passage und noch bevorzugter ist das Volumen der Lötzinnkugel das gleiche wie das Volumen der Passage. Die Kontaktzunge erstreckt sich ausreichend weit in die Passage, um eine adäquate Oberfläche für das Aufschmelzen der Lötzinnkugel zu bieten und erstreckt sich vorzugsweise in die Passage mit 25 bis 75% und noch bevorzugter mit 50% der Tiefe der Passage, wie oben erwähnt. Die Passagen haben üblicherweise einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt oder die Querschnittsform eines jeden beliebigen gleichmäßigen Polygons. Wenn das leitende Element Lötzinn ist wird vorzugsweise eine Legierung verwendet, mit etwa 90% Zinn und 10% Blei bis etwa 55% Zinn und 45% Blei. Bevorzugterweise ist die Legierung eine eutektische Legierung mit 63% Zinn und 37% Blei und hat einen Schmelzpunkt von 183°C. Typischerweise wird eine „harte" Lötzinnlegierung mit einem höheren Bleianteil verwendet, um Materialien, wie beispielsweise Keramik zu verbinden. Die „harte" Lötzinnkugel wird sich „pilzförmig" bzw. leicht verformen, wenn sie sich unter typischen SMT-Bedingungen befindet, sie wird jedoch nicht schmelzen. Eine „weiche" eutektische Kugel wird zur Verbindung mit Leiterplattenplatinen verwendet und wird üblicherweise schmelzen und sich selbst unter typischen SMT-Bedingungen rückverformen. Andere Lötzinnmaterialien, die dafür bekannt sind, sich für elektronische Zwecke zu eignen, scheinen ebenfalls akzeptabel zu sein. Solche Lötzinnmaterialien enthalten, ohne eine Begrenzung darzustellen, elektronisch akzeptable Zinnantimonlegierungen, Zinnsilber- und Bleisilberlegierungen sowie Indium. Bevor eine Lötzinnkugel oder ein anderes leitendes Element in einer Passage positioniert wird, wird diese Passage üblicherweise vorher mit Lötzinnpaste gefüllt.
Während angenommen wird, dass eine Lötzinnpaste oder -creme mit irgendwelchen organischen oder anorganische Lötzinnflussmitteln für den Gebrauch geeignet ist, so ist doch eine „nicht saubere" Lötpaste oder -creme bevorzugt. Solche Lötzinnpasten oder -cremes schließen eine Lötzinnlegierung in Form eines feinen Pulvers ein, welches in einem geeigneten Flussmittelmaterial suspendiert ist. Dieses Pulver wird normalerweise eine Legierung und nicht eine Mischung aus Bestandteilen sein. Das Verhältnis Lötzinn zu Flussmittel wird üblicherweise hoch sein in der Größenordnung von 80 bis 95 Gew.-% Lötzinn oder etwa 80 Vol.-%. Eine Lötzinncreme wird gebildet, wenn das Lötzinnmaterial in einem Flussmittel auf Harzbasis suspendiert ist. Vorzugsweise wird das Flussmittel auf Harzbasis ein „weißes" Flussmittel auf Harzbasis oder ein Flussmittel auf Harzbasis mit niedriger Aktivität sein, obwohl für verschiedene Zwecke aktivierte oder superaktivierte Harze verwendet werden können. Eine Lötzinnpaste entsteht, wenn eine Lötzinnlegierung in Form eines feinen Pulvers in einem Flussmittel auf der Basis einer organischen Säure oder einem Flussmittel auf der Basis einer anorganischen Säure suspendiert ist. Solche organischen Säuren können ausgewählt sein aus Milchsäure, Ölsäure, Stearinsäure, Phthalsäure, Zitronensäure oder ähnliche Säuren. Solche anorganischen Säuren können ausgewählt sein aus der Gruppe Salzsäure, Fluorsäure und Orthophosphorsäure. Die Creme oder Paste kann durch Aufstreichen, Pinselauftrag oder Extrusion auf die Oberfläche angebracht werden, die vorteilhafterweise etwas vorgeheizt ist, um eine gute Benetzung zu bewirken. Obwohl gefunden wurde, dass das Kriechen von Lötzinn am Kontakt signifikant reduziert wird, wenn eine Lötzinnpaste oder -creme verwendet wird, wird angenommen, dass ein Lötzinnflussmittel vom Pastentyp allein verwendet werden kann, wenn ein geeignetes Passivierungsmittel benutzt wird. Solch ein geeignetes Passivierungsmittel kann Fluorid-enthaltende, Lötzinn-resistente Beschichtungen beinhalten, wie z.B. FLOURAD, welches über die 3M Corporation zu beziehen ist.
Das Aufheizen erfolgt in einem Infrarotförderstrecken-Lötzinnverflüssigungsofen. Das Lötzinnelement wird üblicherweise auf eine Temperatur zwischen 183°C bis 195°C aufgeheizt. In Abhängigkeit von dem Material des Gehäuses können jedoch Lötzinnmaterialien verwendet werden, die andere Schmelztemperaturen aufweisen. Der Förderofen wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 254 bis 356 mm (10 bis 14 inch) pro Sekunde betrieben und das aufzuheizende Gut durchläuft eine Mehrzahl aufeinander folgender Heizphasen für eine Gesamtzeit von etwa 5 bis 10 Minuten.
Das Verbindergehäuse, die Kontakte und die Lötzinnelemente können bei einer erhöhten Temperatur für mindestens eine Stunde vorgeheizt werden, bevor sie in den Transportofen eingeführt werden. Der Transportofen weist ein Temperaturprofil auf, das auf der Grundlage einer geeigneten Spitzentemperatur, maximalen Steigung und Zeit oberhalb der Fließtemperatur entwickelt wird. Die maximale Temperatur ist die maximale vom Gehäuse erreichte Temperatur. Bei einem Lötzinnelement mit einem Schmelzpunkt von 183°C wird die maximale Temperatur üblicherweise zwischen 185°C und 195°C liegen. Die maximale Steigung wird in °C/sec gemessen und gibt an, wie schnell sich die Verbindergehäusetemperatur ändern darf, um ein Verbiegen oder eine Torsion zu verhindern. Bei den meisten Anwendungen liegt die maximale positive Steigung vorzugsweise ursprünglich bei etwa 2°C/sec bis 15°C/sec. Nachdem der Verflüssigungspunkt des Lötzinns erreicht ist, liegt die negative Steigung vorzugsweise bei –2°C/sec bis –15°C/sec. Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist, dass die Zeit oberhalb des Schmelzpunktes minimiert wird. Die Zeit oberhalb des Schmelzpunktes ist ein Maß dafür, wie lange das Lötzinnelement in seiner flüssigen Phase verharrt. Es wurde gefunden, dass wenn die Zeit, während der das Lötzinn in seiner flüssigen Phase ist, minimiert wird, Kriechen von Lötzinn ausgehend von der Passage den Kontakt hoch eliminiert oder signifikant reduziert wird. Die bevorzugte Anstiegszeit der Temperatur der Platine zwischen 180°C und 200°C und die Temperaturabfallzeit, gemessen an der Platine zwischen 200°C und 180°C, liegen beide zwischen 10 Sekunden und etwa 100 Sekunden. Ohne an irgendeine besondere Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass während solch relativ kurzer Zeitdauer die Oberflächenspannungen des flüssigen Lötzinnelements das flüssige Lötzinn daran hindern, durch den Kontaktaufnahmeschlitz in der Basis der Passage zu fließen. Nach solchen Zeitdauern wird das flüssige Lötzinn jedoch anfangen, durch den Kontaktaufnahmeschlitz zu fließen und an den Kontakt hochzukriechen. Bevor die Temperatur des Lötzinnelements auf die Schmelztemperatur gebracht wird, kann es ebenfalls von Vorteil sein, anfangs eine relativ große Steigung zu haben, jedoch diese Temperaturanstiegs- oder Absenkrate vor dem Erreichen des Schmelzpunktes zu verlangsamen, wonach eine relativ große Änderungsrate gewählt wird, bis die Schmelztemperatur erreicht ist. Die Wahl eines geeigneten Gehäusematerials kann ebenfalls die Ergebnisse verbessern. Vorzugsweise ist das Gehäusematerial vollständig aus Flüssigkristallpolyester (LCP) mit den Eigenschaften einer hohen Glastransitionstemperatur, niedrigen thermischen Koeffizienten, geringer Feuchtigkeitsabsorption, hoher Bruchfestigkeit, guter Fließfähigkeit und geringer Viskosität bei hoher Temperatur und hohem Flammpunkt.
Oben stehend ist ein elektrischer Verbinder beschrieben worden, bei dem BGA-Technologien angewandt werden können, um diesen an einer Leiterplattenplatine zu befestigen. Überraschenderweise und unerwartet wurde gefunden, dass ein relativ hoher Grad an Gleichförmigkeit in den Formen der Lötzinnkugeln und insbesondere bei den Gewichten und/oder beim Volumen der Lötzinnkugeln erreicht werden konnte.
Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren erläutert wurde, versteht sich, dass andere ähnliche Ausführungsformen verwendet werden können, oder Modifikationen und Zusätze zu den beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden können, um die gleiche Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung, ohne diese zu verlassen, zu erfüllen. Ferner können die beschriebenen Anordnungen auch bezüglich anderen Komponenten als Verbindern verwendet werden, einschließlich Gehäuse aus isolierenden Materialien, die Elemente tragen, die auf eine Leiterplattenplatine oder andere elektrische Substrate gelötet werden sollen.
Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht auf ein einzelnes Ausführungsbeispiel beschränkt gesehen werden, sondern im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Steckverbinder hoher Kontaktdichte zur Montage auf der Oberfläche eines Substrats (202, 204) mit einem leitenden Element, mit: einem Kontakt mit einem unteren Bereich (80, 98, 188) mit einer Kontaktfahne, zur elektrischen Verbindung mit dem leitenden Element; einer Bodenwand (12, 152) aus einem isolierendem Polymermaterial, mit einer Innenseite und einer Außenseite, die gegenüber dem Substrat positionierbar ist; einem äußeren Element (82, 100) aus schmelzbarem elektrisch leitendem Material, welches auf der Kontaktfahne angeordnet ist, wobei das Element einen primären elektrischen Strompfad zwischen dem Steckverbinder und dem Substrat herstellt, wobei die Bodenwand eine Mehrzahl kontaktaufnehmender innerer Durchgangspassagen (20, 22, 24, 26, 28; 40, 42, 44, 46, 48; 30, 32, 34, 36, 38) aufweist, die sich jeweils von der Innenseite der Bodenwand aus zur Außenseite der Bodenwand erstrecken und wobei der Kontakt jeweils in einem der Mehrzahl von inneren Kontaktaufnahmedurchgangspassagen angeordnet ist und das äußere Element (32, 100) aus schmelzbarem elektrisch leitenden Material sich zumindest teilweise jeweils in eins der Mehr zahl der kontaktaufnehmenden inneren Durchgangspassagen erstreckt.
Steckverbinder hoher Kontaktdichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Element (82, 190) eine Lötzinnkugel ist.
Steckverbinder hoher Kontaktdichte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Bereich und die Lötzinnkugel teilweise im äußeren Schlitz angeordnet sind.
Steckverbinder hoher Kontaktdichte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lötzinnkugel an einem der Kontakt befestigt und eine Montagefläche zur Montage des Steckverbinders am Substrat darstellt.
Steckverbinder hoher Kontaktdichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Öffnung mit einem Seitenwandbereich zur Aufnahme eines Bereichs eines Kontakts ein verformbares Glied benachbart zur Seitenwand angeordnet ist, welches durch den in die Öffnung eingeführten Kontakt verformbar ist und den Kontakt in der Öffnung haltert.