专利名称：不连续焊球接触件及应用该接触件的电路板组件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种应用表面安装技术(SMT)的电子部件和组件，特别涉及印刷电路板的表面安装。
背景技术：
将设备表面安装焊接到电路板上的困难是公知的。决定这些困难的性质及其程度的几个关键因素是电路板的平面度，设备引线的共面性，和所需焊剂的量。
当焊膏应用于电路板上时，为了在焊剂经过加热回流后形成合适的焊接接头，需要焊膏和被焊接设备引线间的物理连接。然而，这就影响了电路板平面度和设备引线共面性的紧密公差。目前，引线的共面性必须在大约四千分之一英寸内。焊膏的厚度也需要极为精确的控制，通常的范围是六到八千分之一英寸。既然传统的电路板的“平面度”可以在每一英寸的长度内有万分之一英寸差别，表面安装连接就经常只在很短的距离内进行。
焊球的应用允许SMT设备的制造具有相对它们的引线的共面性更宽的公差范围，也允许电路板的应用具有相对平面度更宽的公差范围。当应用于设备或者电路板上之前时，采用焊球对每个焊点提供的焊料要比采用焊膏的通常供料更多。所谓的球栅阵列(BGA)设备已经发展到利用不连续的焊球的排和列在焊料回流的基础上达到所需的电子—机械互相连接。结果是通过将焊球覆盖大约1.5平方英寸的面积的SMT已经可以成功的应用。一种传统的BGA设备2(图1A和1B)具有呈栅格状的排和列设置的焊球4。另一种传统的设备6(图2A，2B和2C)具有栅格状的球形插脚8。在利用焊球做连接的典型传统设备中，焊球或球形插脚只位于设备的一侧，并且由于很难在已经具有其它组件的设备上再增加焊球或球形插脚，所以这些设备没有另外的连接。当焊球通过焊料回流添加到插脚时，必须采用限制焊料的流动的方法，否则改变焊球的大致形状，从而减小它适应公差变化的能力。因此，目前，生产的具有球形插脚的设备类型有很大的限制。
在电子工业中，对含有其它组件的大型产品的表面安装有很大的需求。例如，在能源供应方面，需要表面安装相互平行又相互重叠相当大一部分的两板，例如重叠4英寸中的2英寸。还需要表面安装相互平行的两板，其中两块板中的一块的两面都安装有组件。还需要通过插脚和焊球安装这些大的产品到电路板上，但是迄今为止这还没有实现。
USP6,189,203描述了在能源供应应用中，利用焊球将两块在板上采用表面安装技术的板相互连接。这一方案的问题是，既然应用于两个触点的焊料都源自覆盖在球上的普通的较低熔点的焊料，那么它们使用具有同一熔点的焊料。这就意味着，无论是与上板之间还是与下板之间的焊料连接都会在焊料的回流温度时回流，这就会造成问题。而且，板的平面度的公差很低，正常情况下不能超过圆球上面覆盖的焊料薄层的厚度。
USP6,137,164描述了利用焊球将一个采用表面安装技术的下板和一个刚性插入板互连，后者可以安装有附加组件。这一方案所遇到的缺点与上提到的专利中的问题相同，另外存在的缺点是这个互连系统还需要一个附加的板。
本申请的母申请，序列号第09/122,225号(目前专利号第6,272,741号)，描述了一个与专利164有些类似的系统，在该系统中需要一个附加的载板，还需要在下板中采用插脚连接器，该连接器用于容纳载板上的用于与下板连接的插脚阵列。
发明内容
本发明的一个目的是采用相对简单的结构将上板表面安装到下板上，并且具有使板的扭曲的可允许的伸展程度增加和/或增加电流承载能力的优点。
按照本发明，一种表面安装接触件应用于电路板的连接。这种接触件包括一个伸长的导电插脚，该插脚确定了一个具有纵轴线和上下两端的轴。一个预成形可热回流结合件被连接到插脚的下端。一个绝缘体围绕插脚轴，介于上下两端中间，并且与预成形可热回流结合件相邻。
本发明还提供了一种电路板组件，包括一个上电路板和一个下电路板，两板间通过多个导电插脚保持在空间上分开、又相互平行状态下的机械和电子的互相连接。每个插脚具有一个有上下两端的轴。插脚的上端与上电路板相连，插脚排列成预定的形状。多个分开的不连续绝缘体的每一个围绕着相应的插脚的轴。下电路板具有多个导电焊盘，排列成与插脚一样的预定形状。多个导电接点的每一个由之前连接到相应插脚下端的预成形的可热回流结合件的回流而形成。每个导电接点连接相应插脚的下端和相应的导电焊盘，在它们之间形成一个电子一机械连接。
可以理解术语“上”和“下”并不意味着限制，而仅仅是一种传统的用于辨别插脚相对两端或两板中的一个板的方法。例如，插脚的翻转会造成可回流结合件被安装到插脚的上端，而另一个例子，在插脚保持它们的原始方向时，板的翻转会造成插脚的上端被安装到下板上。
一个按照本发明的电路板组件的优选实施例，包括大致平面的上下两块电路板，两板间通过多个不连续导电插脚保持在预定的分开位置。每个插脚具有一个有上下两端的轴。插脚的上端通过多个第一焊点与上电路板上的镀层穿孔连接。插脚由上电路板的底面扩展成预定形状。多个不连续的绝缘体中每一个分别围绕并永久连接在相应插脚的轴上。下电路板与上电路板相对并保持大致平行。下电路板具有多个导电焊盘，并与在上电路板上扩展的插脚排列成相同的预定形状。多个第二表面安装焊点通过连接并围绕在每个插脚下端的预成形可热回流结合件的回流而形成。每个第二焊点将相应插脚的下端和相应的导电焊盘相连。插脚的第一部分具有与其相应的导电焊盘直接相连的下端；在操作过程中板没有保持严格的平面和平行的典型情况下，插脚的第二部分具有稍微间隔位于它们相应的导电焊盘之上的下端。
另一个按照本发明的表面安装接触件的实施例，包括一个伸长的导电插脚，该插脚确定了一个具有纵轴线和上下两端的轴。一个预成形可热回流结合件被连接到插脚的下端。一个上表面成形有导电焊盘的绝缘体，围绕着插脚的轴并与预成形可热回流的结合件相邻。在优选实施例中，可回流结合件是一个围绕在插脚端部的焊球。这个具有连接焊球的插脚，有时可以被简称为插脚焊球。
图1A和1B分别为传统的只有球的BGA设备的侧视和俯视简图；图2A和2B分别为传统的具有插脚和球的BGA设备的侧视和俯视简图；图2C为图2A和图2B中所示的BGA设备中的具有球的插脚中的一个的放大侧视图；图3为按照本发明第一实施例的不连续焊球接触件的放大侧视图；图4A为片段的垂直剖面视图，图示说明了插入上电路板镀层穿孔中的如图3所述的接触件上端的回流焊接；图4B为类似于图4A的片段的垂直剖面视图，图示说明了插入上电路板镀层穿孔中的具有较长的插脚的接触件上端的波动焊接；图4C为片段的垂直剖面视图，图示说明了按照本发明另一个实施例的接触件的上端与上电路板底面的表面安装；图5A为片段俯视图，图示说明了如图3所示的不连续焊球接触件的带和卷轴的包装；图5B为图5A沿5B-5B线截开的，带和卷轴的包装的截面图；图6为放大侧视图，图示说明了如图3所示类型的多个不连续焊球接触件装配成的电路板组件；图7A为如图6所示电路板组件的放大片段垂直剖视图，图示说明了当插脚下端及其相应导电焊盘相互接触时，通过如图3所示的接触件的焊球的回流而得到的优选焊球焊点；图7B为如图6所示电路板组件的放大片段垂直剖视图，图示说明了当插脚下端稍微的位于相应的导电焊盘之上的时侯，通过如图3所述的接触件的焊球的回流而得到的不太希望的但仍起作用的焊料焊脚接点；图8A为按照本发明接触件的另一个实施例的放大垂直剖视图，其采用一个具有镀层导电焊盘的绝缘体，而且适用于穿孔安装到电路板上；
图8B为按照本发明的接触件的又一个实施例的放大垂直剖视图，其采用一个具有镀层导电焊盘的绝缘体，并且适用于表面安装到电路板上；图9为按照本发明接触件的又一个实施例的放大垂直剖视图，其与图8A的接触件相类似，但其不包括镀层导电焊盘；图10为按照本发明的不连续焊球接触件的又一个实施例的放大垂直剖视图，其具有一个用于表面安装的带槽的头部；图11和12分别图示了圆形和方形的垫圈状预成型可热回流结合件，其可以代替如图3所示的连接器的焊球使用；以及图13A，B和C分别为具有连接的焊球的插脚在连接两板中任一板之前，该插脚在连接到上板之后而连接到下板之前，以及该插脚在连接到两个板之后的两个电路板的放大部分剖视图。
具体实施例方式
参考图3，用于连接到平面电路板12(图4A和4B)的按照本发明第一实施例的表面安装接触件10，包括一个伸长的导电插脚14，其确定了一个具有纵轴线和上端14a下端14b的圆柱状轴。焊球16被焊接、粘接或者其它方式连接在插脚14的下端14b上。绝缘体18，例如，成形为一个像圆柱状轴环的扩展体，围绕着插脚14的轴，位于上下两端14a和14b之间并和焊球16贴靠。绝缘体18的功能是防止焊球16剧烈的改变形状。焊球16最好包裹在插脚14下端14b的周围，以至于覆盖到插脚14的平面圆型端及其圆柱侧壁的下端部分。在绝缘体18上侧，插脚14最好具有肩20，用于将插脚相对于贴靠的参考表面，即电路板12的底面，在纵轴方向上的垂直位置上进行预定位。肩20不需要与插脚14一体形成或者焊接到插脚14上，而是要作为单独部件安装到插脚14的轴上。
图4A为片段的垂直剖面视图，图示说明了插入上电路板12的镀层穿孔中的接触件10的插脚14上端14a的回流焊接。肩20与上电路板12底面的导电垫环21a贴靠，以控制插脚14的轴的穿透深度，使其终止于低于电路板12上侧的位置。所得到的焊点24将接触件10紧密的机械连接到上电路板12上，而且具有通过插脚14到导电电路轨迹(未示出)的电子连接，该导电电路轨迹终止于上电路板12上侧的另一个导电垫环21b，该垫环与镀层穿孔相连接。
图4B图示说明了具有细微差别的不同版本的接触件10’，其具有更长的插脚14’，该插脚完全穿过了上电路板12上的镀层穿孔。传统波动焊接技术用于形成围绕插脚14’的焊点，焊点上端包括一个焊脚26。
图4C为片段的垂直剖面视图，图示说明了按照本发明的另一个实施例的接触件30的上端与传统地成形于上电路板12底面的导电焊盘31的表面安装。接触件30将在后面与图10结合描述。
如10的接触件应用于制造电路板组件32(图6)，该组件包括上电路板12和平面下电路板22，下电路板22与上电路板12相对并与其相互间隔保持大致的平行。接触件10与上电路板12以一个预定的形状连接，可以为排或列，或者其他形状。插脚的上端14a插入上电路板12上的镀层穿孔中，并焊接于此。此时，金属肩20也被同一焊料焊接在镀层穿孔的下面。下电路板22具有多个以传统方式成形于其上侧的导电焊盘34，焊盘排列成与接触件10及其插脚14一样的预定形状，以与上电路板12形成互补。多个例如36和38的焊点(图7A和7B)，每个焊点都通过重加热位于每个接触件上的焊球16而成形，连接每个相应插脚14的下端14b及其相应导电焊盘34之间的任何小的距离。焊点36(图7A)为大致圆形，在插脚14’的下端与导电焊盘34相连接时成形。焊点38(图7B)具有焊脚形状，并在插脚14’的下端稍微的位于导电焊盘34之上时成形。焊点38的焊脚形状还可以通过把绝缘体18放置于相对焊球16上相当远的位置而成形。焊球16必须具有足够量的焊料，以当发生回流时，以适应任何插脚和/或板的非共面性。
因此，我们电路板组件32的优选实施例包括上下电路板12和22，两板间通过多个各自包括诸如插脚14的接触件10或10’紧密连接，同时相互分开。插脚14的上端14a插入上电路板12的镀层孔中，并且通过波动焊接或回流焊接在其中。插脚14具有肩20，用来确定其对上电路板12的穿透。插脚14的下端14b通过焊球16与下电路板22上的导电焊盘34连接，形成焊点36和38，以一起适应插脚和/或板的共面性的变化。绝缘轴环18围绕每个插脚14的轴，且介于轴的两端之间，保证焊接完全围绕在暴露的插脚14的下端14b的周围。焊点38在插脚14的下端的圆柱状外围扩展，并扩展到其圆形下端以为其提供增强的连接力。
绝缘体18(图3)最好与插脚14的轴压配合。绝缘体18最好由合适的塑料树脂制成，以可以承受高温却不会质量下降，例如液晶聚合体或填充玻璃环氧树脂或其它无芯吸现象材料。绝缘体18位于插脚14下端14b的上面以允许下端14b的周围被全部焊接。绝缘体18的一个主要功能是提供一个紧密密封以防止焊球16回流的任何焊料沿着插脚14的轴流过绝缘体18。在把上端14a连接到上电路板12上和随后的下电路板22上的焊球16和导电焊盘34之间的再加热形成连接的过程中，绝缘体18还具有防止焊球16发生显著变形的功能。插脚14最好具有圆形截面，并且由铜或铜合金或其它高导电材料制成，因此可以增加质量以承载更大的电流并提供更好的电导率。插脚14可以为在镍或其它通常应用于制造电接触件的待焊接的合适的材料的上面镀锡/铅的形式。
像10一样的接触件可以以一个传统的缠在卷轴上的带子44(图5A)的形式被包装于容器42中(图5B)，并被自动选择和放置机械插入进料器。电路板上的放置可以采用真空选取管嘴来实现。在可视设备察觉绝缘体18或肩20(根据哪个具有较大直径)之后，选取管嘴用吸力吸取焊球16，并扣紧绝缘体18。这就允许自动选取和放置机械将插脚14放入上电路板12的镀层穿孔之中。接触件30的上端(图4B)被表面安装的位置，就是自动选取和放置机械把上端放置在相应的导电焊盘上的位置。可以应用传统的插脚一插入一焊接，波动焊接或回流焊接技术。目前，最好的设计是绝缘体18的直径制作成比选取管嘴的OD大，同时也比肩20的大，但是其设置反之亦然。也可以令焊球16的直径成为接触件10上的最大直径，以使其可以被可视设备辨识。
将接触件10，10’或30的上端结合到上电路板12上最好应用高温焊料，以使当焊球16随后回流将该接触件与下电路板22结合时，接触件与上电路板12所形成的结合不会受到不好的影响，例如回流。另外，将接触件的上端与上电路板12结合的焊料，最好具有比焊球16高的熔化温度。焊球16的熔点取决于制造焊球的焊料合金的选择。当焊球16回流后，最好能够如图7A所示保持其大致的圆形。
当像10的接触件结合到下电路板22上的导电焊盘34上时，上电路板12可能足够重，以至于使一些插脚14的下端14b实际置于导电焊盘34上，如图7A所示，以提供上下两电路板12和22之间所预定的最小距离。由于插脚14和/或下电路板22的非共面性，一些下端14b不会和其相应的导电焊盘34相接触，如图7B所示。然而，由于焊球16中焊料的体积和导电焊盘34的尺寸，还可以成形出可靠的焊点36或38(图7A和7B)。这些特征，以及焊球16中插脚14的尺寸、在焊球16中的插脚14的数量应该认真的选择，以使焊料具有合适的体积和高度，达到优质连接。
图8A图示说明了适用于穿孔安装到电路板上的另一个实施例接触件50。该接触件包括下端接有焊球54的直插脚52。圆柱状绝缘体56压配合在插脚52上，并围绕在插脚52周围，且绝缘体上侧的导电焊盘58具有镀层。绝缘体56和导电焊盘58可以形成一个由覆铜玻璃—环氧树脂PCB材料制成的微型电路板。绝缘体56用来保持焊球54的形状，而其导电焊盘58允许接触件50焊接到导电焊盘上，该焊盘如附图标记31所示(图4C)，成形于上电路板12的另一形态的下侧。绝缘体56可以设置于沿直插脚52纵向上不同的位置，以允许上下电路板12和22间确定的不同的间距。另外，调整绝缘体56相对插脚下端的位置可以控制焊球的形状。由于接触件50采用了较少量的金属，接触件50不能具有像接触件10(图3)那样多的电流承载能力，但其更加容易制造且成本更低。
图8B图示说明了适用于表面安装到上电路板12下面导电焊盘31的另一个实施例接触件60。该接触件采用了比接触件50短的直插脚62。在上侧具有相对较厚导电焊盘66的圆柱形绝缘体64与直插脚62压配合。插脚62并不穿过焊盘66，使导电焊盘66可以表面安装和焊接到上电路板12下侧的导电焊盘31上。焊球68连接在直插脚62的下端。绝缘体64和导电焊盘66能够形成由覆铜玻璃—环氧树脂PCB材料制成的微型电路板。
图9图示说明了类似于图8A所示的实施例50的另一个实施例接触件70，区别是后者在绝缘体72上侧没有导电焊盘。焊球74连接于直插脚76的下端。直插脚76的上端焊接在上电路板12上的镀层穿孔上，但是绝缘体72与上电路板12没有焊接结合。它的作用就是一个防止焊料芯吸的间隔装置。插脚76也可以为剥皮的绝缘棒或线。也就是说，一段覆有绝缘层的线在其端部位置剥去其绝缘层，在插脚中间保留涂层。这个留在该处的绝缘层可以具有比焊球74更小的OD，将起着发明中绝缘体72的作用，并防止焊料由焊球从剥开的下端芯吸向上端。如果绝缘层足够厚，该层也可以担当挡板的作用。可选择地，金属轴环20可以加在顶部担当挡板的作用。还可选择地，绝缘层可以应用于赤裸的线或棒的中间位置作为绝缘体。
图10图示说明了我们的接触件30的另一个实施例。其结构类似于接触件10，区别在于除去了肩20，取而代之的是插脚82的上端成形为具有圆柱状头部84，用于表面安装到上电路板12下侧的如31(图4C)的导电焊盘上。头部84上表面具有多个向外开口的沿径向扩展的槽86。具有槽的头部84的上表面提供与上电路板12底面上的导电焊盘31主要的连接。槽也最好穿过其头部84圆柱外壁88的外围开口，以允许汽化的焊剂向外排气。这减少了滑动的现象的发生还帮助插脚在焊料回流过程中自定位于焊盘的中心。由于槽86增大了回流焊料和插脚82头部84的接触面积，所以焊点的强度也增加了。槽86可以成形为具有多个相交于头部84中间的径向槽，或者呈十字形形状。如上文中引用参考的美国专利第09/520,427号所描述和说明的，头部84可以具有许多不同的构造。圆柱形绝缘体90与插脚82的轴压配合直到其贴靠到头部84。焊球92与插脚82的下端相连。
到此为止，所介绍的实施例的接触件，都是利用焊球16与下电路板22相连的。然而，本领域技术人员可以理解的是焊球16可以被许多预成形可热回流的导电接触件替代，这些预成形可热回流的导电接触件可被加热至回流，之后经过冷却再固化，就会在插脚14的下端和导电焊盘34之间形成电子—机械连接。用于回流的热量最好由传统的对流加热炉提供且其它用于焊料回流的传统加热技术也可以使用。
图11和12分别图示说明了圆柱形和方形的预成形垫圈状焊件90和92，上述焊件可以成形于或者压配合于插脚14的下端。它们可以围绕插脚的下端14b以使其与下端的垂直圆表面齐平。焊件90和92还可以位于插脚14下端14b的下方，或者同样的扩展到上方。焊件90和92可以与绝缘体18贴靠或者位于其稍下方。
当用户将接触件10的上端焊接于上电路板12上的镀层穿孔中时，焊件90和92会发生回流并形成焊球与绝缘体18相邻。这些焊球在组件被运送到下一个自动制造点时就会冷却硬化，在该自动制造点具有连接插脚14阵列的上电路板12在焊球回流之前会被倒转并放置到第二电路板22的顶部。预成形可热回流接触件也可以为适当的呈不连续状的焊膏，该焊膏以一种方式应用于插脚的下端14b且保证焊膏在组装和回流的过程中还粘附在下端14b上。除了锡/铅合金之外，连接到每个接触件10的下端14b上的预成形可热回流接触件，还可以由锡—铋合金，导电环氧树脂，铜焊化合物，焊接化合物或其它类似的材料制成。因此，本领域技术人员可以意识到电路板组件32可以用这些不同类型的预成形可热回流接触件制造，在这种情况下插脚14的下端14b会被连接到由回流而形成的导电接点上，但该接点不必须由焊料形成。相似地，插脚的上端14a可以通过由回流所形成的导电接点被连接到上电路板12上，该接点也不必须由焊料形成。
图13A-C更清楚的图示了本发明的一个优选实施例，其中，相互平行的板12和22通过多个不连续的侧向隔开的插脚焊球10而连接，图中只图示了其中一个。安装到板上的组件并未示出，但是在通常的能源供应的应用中，上板12的两侧都会安装电子组件。图13A中所示的自由的插脚上端14a(由图3的角度看)在回流之前被装入了金属化或镀过的穿孔94之中。本实施例中，金属凸缘20位于绝缘体18上方稍微轴向隔开的位置(由图3的角度看)。这个间隔可以由于公差原因而调整，具有使下端14b可以调整相对绝缘体不同程度的突出(凹进)长度以优化焊球大小和形状的能力。可以观察到，锥形部分96把插脚自由端14a与凸缘20相连接。这就具有了一个重要的优点，即可以使孔94具有更大的放置公差(将插脚插入孔的公差)，但同时还保证了插脚在焊膏95回流的过程中位于恰当的正中。因此锥形部分起到了在回流前后的中心定位的作用。图13B图示了在连接12的插脚自由端14a的第一回流97进入相应通孔之后的组件。图13C图示了在连接12的球端16的第二回流99与其相应的焊盘34连接后的组件。
下面将介绍一个可以体现本发明优点典型的应用。例如，能量模块的供应部分会将多个不连续插脚的每个自由端14a都插入第一板12上与之相应通孔中，定位球向上如图13A所示，此时，组件经历第一次回流，同时地，将第一批元件焊接到板的同一侧，最后成为第一板的下侧。结果是由能量模块板91突出许多围绕在相应插脚末端的焊球16。该第一组件91就可以按照用户计划而被供应到需要与第一板连接的第二板22上。用户第一步要将焊膏施加于第二板上的焊盘上，将第一组件焊球向下放置于下板22上，如图13B所示，然后，第二步软熔焊料(焊膏和焊球插脚)，将组件(能量模块)和第二板(球向下)连接，如图13C所示。能量模块组件91的重量会在回流过程中造成一些插脚14b的球状末端置于第二板焊盘34的上面。通常地，为了稳定至少要有3个插脚，与第二板焊盘(或者根据焊料的浮力和组件的重量，在板和这些插脚之间有很少的焊料)相接触。通常，其它的插脚会由于公差、共面性或板的扭曲的原因远离。焊球的厚度低于插脚末端，也就是，焊料的量低于插脚末端14b，标记98，允许所有的焊球16与焊膏和/或焊盘接触并恰当的回流。而且，为了形成一个好的焊点，并使其经历机械和环境条件(主要是温度的变化)还能正常工作，就需要大量的焊料。
在第一板被焊接到第二板上的同时，或者如果希望如此，在第二回流之前0或者甚至在第二回流之后，第一板的一侧或两侧被安装上元件。而且，在第一板被焊接到第二板上的同时，或者如果希望如此，在第二回流之前或者甚至在第二回流之后，第二板可以被安装元件。在本计划中实际上经历了四次或更多的回流过程第一次，形成围绕插脚下端14b的焊球16；第二次，将插脚和元件焊接到第一板上；第三次，将元件焊接到第一板的相对表面；第四次，将第一板焊接到第二板上，还有另外的用于修理或移除所造成的回流。总的来说，虽然不太重要，但最好是连续的步骤中所采用的焊料具有递减的熔点，以减少焊点所经历的回流。
如前文所述，插脚由金属制成并且具有比焊料高的导电率，增加了穿孔内焊点的电流承载能力。而且，如图8B和10所示的接触件具有如下优点，即这些连接是正常的表面安装焊点，不需要配合插脚自由端的孔，同时，还具在插脚相对两端将焊料分开的优点，该优点将在下文中详细描述，而且，当底部焊球焊点需要在回流期间调整而适应板的位置变化时，顶部的表面安装焊点则保持固定的位置。
不连续的金属凸缘20或者有时候称之为肩，在上文中所描述的组装过程中具有特殊重要性，因为它实际上抵住了第一板的底面，并因此具有了焊接的附加的表面区域和焊脚区域，保证了插脚在第二回流或之后的过程中不与第一板分开。凸缘20也起到了一个挡板的作用，防止了插脚14a在通孔94中穿透过深，并保证最小的板间间隔-由插脚底部到凸缘顶部-以确保与第一板底部或第二板顶部的元件的热扩散空间相适应。典型的插脚轴向长度大约为0.08-0.2英寸，二板的间隔可以小到大约0.8-0.17英寸。由于这些尺寸，决定了典型的凸缘直径大约为0.08英寸，典型的绝缘体直径大约为0.15英寸，典型的焊球直径大约为0.05-0.1英寸。金属凸缘20的尺寸必须与第一板上通孔周围的环形镀层环相匹配，以达到最好的焊接效果。
同样地，不连续绝缘体18对工艺过程的成功非常重要。它应当与插脚14紧密配合永久安装，以提供环状密封，防止早期的回流造成焊料由焊球16沿着插脚的轴的移动。因此在焊接到第二板之前，绝缘体保持了插脚末端14b上焊料的量，使其能保持大致的球形或者至少提供焊料超过插脚末端并围绕插脚末端。还可以理解的是，绝缘体18可以具有圆柱型以外的形状，如图9中所示也可以为插脚上防止芯吸的小直径的绝缘层。
还需要认识到本发明的一个特征是插脚末端的焊料—例如，图13A，B中的95，97—和焊球16的焊料由于绝缘体18的原因而不能混合。这就具有了可以更灵活地选择焊料的优点，比如具有不同熔点或者其它的性质的不同的焊料，还允许对球形的附加控制。
这些附示说明了本发明的构造，其中插脚为圆柱形，焊球为具有选择的直径的球形，使得位于插脚末端和焊球顶表面(如图13A所示)之间的预先流动焊料的厚度，如图13A中98所示，大约为0.010-0.020英寸。该厚度的意义为，其指示了插脚焊球组件作为多板互连系统的一部分，可以承受一个或两个板的大约0.015英寸扭曲或者不平整，还使两个板之间的焊接连接可靠。在优选的配置中，插脚末端的焊接采用高温焊料(例如90Sn/10Pb)，当焊球的低温焊料(例如63Sn/37Pb)回流时高温焊料还不会发生回流。
在优选的配置中，焊球的末端被表面安装到平面焊盘上。原则上，可以将焊球末端焊接到通孔上，但是这具有缺点而不推荐使用。原因是通孔必须提前充满(用插脚或焊料或焊膏)或者焊球部分需要许多的焊料以使其又充满了通孔又保证可以在插脚和板之间形成较好的焊点(不论是插脚位于通孔上还是插入通孔)。
在几幅附图中，例如，图4A，4B，7A，7B，镀层21a和21b位于相对的板的侧面，可以描绘出镀层穿孔的外部，内部连接部分为了简洁而被省略，或者板的顶部和底部分离的焊盘由于焊住的插脚而相互连接。而且，图4A的实施例描绘了具有焊住插脚的单侧板，该板提供了到板的一侧的轨迹的连接。还可以理解的是，插脚的通孔不需要镀层。
在上文中描述了结合有热可回流接触件的不连续接触件和由其制成的电路板组件的几个实施例，本领域技术人员可以理解本发明可以在设置和细节上进行改进。“上”和“下”的词语的应用仅仅是为了方便描述图示的结构。板和插脚可以被装配和/或用于其他的方向。因此，本发明所要求保护的范围只限制于下面的权利要求的范围。
权利要求
1.一种连接至电路板的表面安装接触件，包括一个伸长的导电插脚，确定了一个具有纵轴线和上下两端的轴；一个预成形可热回流结合件，被连接到插脚的下端；以及一个围绕该插脚轴的绝缘体，位于上下两端之间并且与预成形可热回流结合件相邻。
2.如权利要求1所述的表面安装接触件，其特征在于所述插脚具有圆柱状载面形状。
3.如权利要求1或2所述的表面安装接触件，其特征在于所述插脚的上端成形为有一个具有外表面的头部，该外表面的尺寸定为用来放置到和结合到位于电路板上的导电焊盘上，而且插脚的下端被确定尺寸和结构，以连接到下电路板上。
4.如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于所述头部被成形为具有至少一个槽，该槽穿过该头部的外表面和该头部的外周壁而开口。
5.如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于所述插脚具有一肩，用于相对参考表面沿着纵轴线建立预定的垂直位置。
6.如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于该绝缘体是一轴环。
7.如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于所述预成形可热回流结合件是一焊球。
8.如权利要求7所述的表面安装接触件，其特征在于所述绝缘体具有在其上表面形成的导电焊盘，围绕着插脚的轴，并与预成形可热回流结合件相邻。
9.如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于所述绝缘体由高温塑料树脂或印刷电路板材料制成，且插脚由铜或铜合金制成。
10.如权利要求6所述的表面安装接触件，其特征在于所述绝缘轴环围绕插脚压配合。
11.如权利要求7-9中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于该伸长的导电插脚的上端为自由上端；该预成形可热回流焊球被焊到并完全围绕在导电插脚的下端周围；该绝缘体为不连续绝缘体，它与插脚的轴永久地连接，与预成形焊球相邻，并对轴保持密封以防止焊料的迁移。
12.如权利要求11所述的表面安装接触件，其特征在于还包括不连续的导电轴环，安装在插脚轴上并围绕在插脚轴的周围，介于该绝缘体和该插脚的上端之间。
13.如权利要求11或12所述的表面安装接触件，其特征在于该绝缘体的直径与该焊球的直径不同。
14.如权利要求11-13中任一项所述的表面安装接触件，其特征在于所述绝缘体为在插脚中间位置的覆层。
15.一种电路板组件，包括一个具有接触件位置的上电路板；多个如前述权利要求中任一项所述的表面安装接触件，这些表面安装接触件被连接到上电路板的接触件位置上，并排列成预定的形状；一个与上电路板相对并通常与其平行的下电路板，该下电路板具有多个排列成预定形状的导电焊盘；以及多个导电接点，每个导电接点通过连接在相应插脚的低端的预成形可热回流结合件的回流而成形，每个导电接点与相应插脚的下端和相应的导电焊盘中的一个结合，且在它们之间形成电子-机械结合。
16.如权利要求15所述的电路板组件，其特征在于插脚上端的连接点和导电接点都是焊点，且焊点间通过各自的绝缘体而相互物理分离，所以两接点处的焊料并不发生混合。
17.从属于权利要求5时如权利要求15或16所述的电路板组件，其特征在于所述插脚上端插入上电路板上相应的通孔，而且每个插脚在绝缘体和上电路板之间具有肩，该肩用来相对于上电路板确定插脚的预定纵向位置。
18.如权利要求15-17中任一项所述的电路板组件，其特征在于每个绝缘体被成形为具有第二导电焊盘，该焊盘通过相应的第二焊点和上电路板上相应的第二导电焊盘结合。
19.如权利要求15-18中任一项所述的电路板组件，其特征在于插脚到接触件位置处焊点的焊料的第一熔点高于结合插脚下端和下电路板导电焊盘的焊点的焊料的第二熔点。
20.从属于权利要求3时如权利要求15-19中任一项所述的电路板组件，其特征在于所述头部成形为至少具有一个槽，该槽穿过该头部的外表面和该头部的外周壁开口。
21.如权利要求15-20中任一项所述的电路板组件，其特征在于所述预成形可热回流结合件由选自锡/铅焊料，锡/铋焊料，导电环氧树脂，铜焊化合物，焊接化合物和焊膏的一种材料而制成。
22.如权利要求15所述的电路板组件，其特征在于上电路板为大致平面，接触件位置为间隔的镀层穿孔；导电插脚通过多个第一焊点插入并连接在上电路板的镀层穿孔中；下电路板为大致平面；以及多个导电接点为多个通过位于面对下电路板的绝缘体一侧上的预成形可热回流结合件的回流而形成的第二焊点，每个第二焊点结合相应插脚的下端和相应的导电焊盘，插脚的第一部分具有与相应的导电焊盘直接接触的下端，插脚的第二部分具有稍微间隔位于它们相应的导电焊盘之上的下端。
23.如权利要求22所述的电路板组件，其特征在于每个插脚的下端都与其相应的可回流结合件的底面保持间隔的厚度等于大约0.254mm-0.508mm(0.010-0.020英寸)。
24.如权利要求22或23所述的电路板组件，其特征在于绝缘体的上表面具有导电焊盘，并且插脚的上端在成形于绝缘体上表面的导电焊盘上扩展。
25.如权利要求22-24中任一项所述的电路板组件，其特征在于每个绝缘体分离了第一和第二焊点，使它们的焊料不发生混合。
26.如权利要求22-25中任一项所述的电路板组件，其特征在于每个绝缘体包括绝缘覆层。
27.如权利要求22-26中任一项所述的电路板组件，其特征在于大致平面的电路板为单侧板，且通孔被位于板的其中一侧的导电轨迹所围绕；第一焊点也将插脚电连接到轨迹；不连续绝缘体密封了该轴，且防止了第一焊点和可回流焊件之间焊料的迁移。
全文摘要
上下两个平面电路板，通过多个每个由导电插脚、绝缘轴环和焊球组成的接触件连接成为相互间隔又平行的关系。插脚的上端插入上电路板的镀层穿孔中，并且通过波动焊接或者回流焊接到其中。插脚具有肩，用于确定插脚插入上电路板的程度。插脚的下端通过焊球与下电路板上的导电焊盘相连，这些焊球通过绝缘轴环保持大致的球形，并且适应板的配合平面度或者插脚长度的不同。在插脚下端不与其相应的导电焊盘相接触的位置，焊球的焊料体积也会允许对待形成的焊点的可靠焊脚。
文档编号H01R12/00GK1571149SQ0312777
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月11日 优先权日2003年7月11日
发明者R·M·博古尔斯基, C·M·肯尼迪, K·克罗内, J·J·林奇 申请人:自动连接有限公司