專利名稱：電接觸元件、同軸連接器以及包含這些元件的電路設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如同軸連接器的表面貼裝電接觸元件以及包含該元件的電子電路設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如移動(dòng)電話通信設(shè)備的一些電路設(shè)備通常包含具有開(kāi)關(guān)的可切換信號(hào)的表面貼裝同軸連接器。例如，專利文獻(xiàn)1揭示了這樣一種同軸連接器。
圖4示出了表面貼裝同軸連接器的通常外形，而圖5示出了其截面。同軸連接器10包括外部端子2，輸入端子3以及固定部分4。外部端子2具有與配線板31相對(duì)的第一主表面11，基本與第一主表面11相平行的第二主表面12，以及一對(duì)側(cè)面13。在第二主表面12和側(cè)面13之間的周邊由邊緣線14進(jìn)行限定。外部端子2具有一基本形狀。固定部分4以圓柱形式設(shè)置在外部端子2的第二主表面12上，并且與外部端子2相結(jié)合。
外部端子2的表面、輸入端子3和固定部分4通過(guò)例如鍍膜而被金屬膜所覆蓋，并且外部端子2和固定部分4彼此電氣連接。每一金屬膜都包含由Ni金屬膜42所制成的底層，以及由Au金屬膜43所制成的表層。
同軸連接器10將會(huì)通過(guò)焊接而表面貼裝在配線板31上。更具體地，外部端子2和輸入端子3電氣連接到配線板31的預(yù)定位置上，藉此實(shí)現(xiàn)同軸連接器的功能。圖5是沿著垂直于側(cè)面13的平面、省略了包含有輸入端子3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組裝同軸連接器截面圖。
在使用同軸連接器10的過(guò)程中，不幸的是，用于連接外部端子2的表面貼裝的焊料32蔓延并在第二主表面12上堆積，且接觸到固定部分4，如圖5所示。結(jié)果，在對(duì)應(yīng)于固定部分4的同軸纜線的插座中可能會(huì)出現(xiàn)固定失效。雖然焊料32可以接觸到外部端子2的側(cè)面13，但是堆積在第二主表面12上的焊料32也容易接觸到固定部分4。
通常使同軸連接器10途經(jīng)回流熔爐來(lái)執(zhí)行其表面貼裝，且該過(guò)程要重復(fù)數(shù)次。因此，在適當(dāng)位置上淀積的焊料可能會(huì)由于反復(fù)途經(jīng)回流熔爐而熔化，并且這樣會(huì)出現(xiàn)不利的堆積并接觸到固定部分4。
為了防止焊料堆積，專利文獻(xiàn)2揭示了一種用于在預(yù)定區(qū)域上形成氧化鍍層薄膜的方法。
在專利文獻(xiàn)3中，為了在鍍Ni底層上形成鍍Au表面層，首先制備沒(méi)有形成Au鍍層的區(qū)域，并通過(guò)堿水溶液來(lái)氧化在該區(qū)域中暴露的Ni鍍層，從而氧化Ni薄膜可以防止焊料堆積。
在專利文獻(xiàn)4中，具有低焊接可濕性的金屬膜形成為底層，并且具有高焊接可濕性的另一種金屬膜在底層上形成表層。隨后，通過(guò)蝕刻將金屬表面層的特定區(qū)域去除，從而具有低焊接可濕性的暴露金屬膜可以防止焊料堆積。
不幸的是，在專利文獻(xiàn)2中揭示的方法需要在形成金屬膜的步驟之后的形成氧化涂層的附加步驟。這樣就不利地使得制造工藝變得復(fù)雜。
在專利文獻(xiàn)3所揭示的方法中，形成抗蝕層或掩模層以避免在特定區(qū)域上形成Au鍍膜的步驟很復(fù)雜，并且使用堿水處理試劑的氧化處理步驟是很復(fù)雜的。
在專利文獻(xiàn)4所揭示的方法中，通過(guò)激光照射的蝕刻步驟是很復(fù)雜的，并且成本很高。
日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào).2001-176612[專利文獻(xiàn)2]日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào).8-213070[專利文獻(xiàn)3]日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào).10-247535[專利文獻(xiàn)4]日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào).2002-203627發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題考慮到上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是以低成本且無(wú)需復(fù)雜步驟來(lái)防止由于電接觸元件(諸如同軸連接器)的表面貼裝所用的焊料堆積而導(dǎo)致的固定失效。
解決問(wèn)題的手段相應(yīng)地，本發(fā)明所提供的一種電連接元件包括要用焊料安裝在安裝板表面的基座，所述基座具有與所述安裝板相對(duì)的表面相對(duì)的第一主表面，與所述第一主表面基本相平行的第二主表面，以及基本垂直于所述第一主表面和第二主表面、且將第一主表面連接到所述第二主表面的側(cè)面；以及接續(xù)地設(shè)置在所述第二主表面上的固定部分，所述固定部分具有形如管型的固定外圍，
其中，所述固定部分的固定外圍通過(guò)在其各自表面上形成的金屬膜而電氣連接到所述第二主表面以及基座的側(cè)面，以及其中，每一所述金屬膜都包括包含有Co和主要成分Ni的第一金屬層，以及包含有主要成分Au、且覆蓋在所述第一金屬層上的的第二金屬層。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的電子接觸元件安裝在板上的時(shí)候，第一和第二金屬層的成分(Ni、Co)擴(kuò)散到沿著基座側(cè)面而堆積的焊料中，并且與焊料的主要成分Sn產(chǎn)生化學(xué)變化以制得金屬間化合物。Co促進(jìn)Ni擴(kuò)散進(jìn)焊料。該金屬間化合物可以防止焊料堆積在第二主表面上。
較佳地，電子接觸元件的基座用作為外部端子，并且與固定部分相結(jié)合，同時(shí)第二主表面通過(guò)邊緣線與側(cè)面相分隔。
較佳地，通過(guò)鍍敷或敷層來(lái)形成第一和第二金屬層。第一金屬層中的內(nèi)涵物Co最好是在5到80重量百分比的范圍內(nèi)，并且最好是在10重量百分比或者更高。
可以通過(guò)具有在外部端子的第二主表面上形成的圓柱形固定部分的同軸連接器來(lái)表示根據(jù)本發(fā)明的電接觸元件。
由同軸連接器和配線板所表示的電子接觸元件組成了諸如通信設(shè)備的電路設(shè)備，而在該配線板上用Sn基焊料對(duì)基座進(jìn)行表面貼裝。
優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的電接觸元件中，用作底層的金屬膜的組分變化可以防止焊料過(guò)量堆積以及插座和其它部分的固定失效。相應(yīng)地，無(wú)需復(fù)雜的步驟，從而可以減少成本。


圖1是作為根據(jù)本發(fā)明電接觸元件示例的同軸連接器的透視圖；圖2是安裝在配線板上的同軸連接器的截面圖；圖3是本發(fā)明示例中的安裝測(cè)試件的俯視照片；圖4是已知同軸連接器的透視圖；圖5是安裝在配線板上的已知同軸連接器的截面6是在比較例中的安裝測(cè)試件的俯視照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在使用同軸連接器對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電連接元件實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1示出了作為本發(fā)明一實(shí)施例的同軸連接器1的外形，并且圖2示出其截面圖。同軸連接器1的外形和基本結(jié)構(gòu)如圖4和5所示的通用已知同軸連接器相同，但是其不同點(diǎn)在于用作為底層的第一金屬層22的組分。
圖2是表面貼裝在配線板31上的同軸連接器1的截面圖。該截面是沿著垂直于外部端子2的側(cè)面13的平面，并且未示出同軸連接器的輸入端子3和內(nèi)部部分。
同軸連接器1包括外部端子2、輸入端子3以及固定部分4。由于采用用于配線板31表面貼裝的焊料32將外部端子2和輸入端子3連接到配線板31的板面(land)上，則它們位于能夠與配線板31相接觸的位置上。外部端子2是具有與配線板31相對(duì)的第一主表面11、基本上平行于第一主表面11的第二主表面12以及一對(duì)側(cè)面13的基座。為了實(shí)現(xiàn)同軸連接器的適當(dāng)功能，外部端子2和輸入端子3彼此電氣隔離，并且外部端子2和固定部分4彼此電氣連接，從而彼此相結(jié)合。
外部端子2可分成基本水平的第二主表面12和側(cè)面13。單詞“基本水平”表示其表面基本上與配線板31的表面相平行。無(wú)需精確做到該表面平行，只要可以確保同軸連接器1的功能，它也可以稍稍傾斜。側(cè)面13由用于安裝的焊料所浸濕，并且被物理連接到配線板31。由垂直于外部端子2的基本水平主表面12的四個(gè)面的兩相對(duì)面來(lái)限定兩側(cè)面13。該兩側(cè)面13可以延伸到其它兩面。側(cè)面13無(wú)需精確垂直于配線板31，只要在安裝中沒(méi)有問(wèn)題，它也可以稍稍傾斜。合適地斜切出邊緣線14。
同軸連接器1的固定部分4通常是如圖1所示的圓柱形。但是固定部分4無(wú)需是圓柱形的，只要它可以固定到插座中。例如，固定部分4可以是棱柱形狀。如圖1所示的固定部分4從主表面12上凸出，并且其周邊與例如插座相接合。固定部分也可朝下延伸，因此，第二表面12有一孔用于固定。固定部分可以是與例如插座螺旋接合。
外部端子2、輸入端子3和固定部分4的表面涂敷有金屬薄膜。在圖2中，首先，在這些部分的基座材料21上形成為底層的主要包含Ni的第一金屬層22。隨后，主要包含Au的第二金屬層23形成為表面層。如果不妨礙本發(fā)明的目的，則可用另一金屬層將第一金屬層22和第二金屬層23隔開(kāi)。但是，第一金屬層22和第二金屬層23可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，并且無(wú)需特定的附加層。
對(duì)于表面層，或者說(shuō)第二金屬層23來(lái)說(shuō)，具有高焊接可濕性是很重要的，并且相應(yīng)地，第二金屬層主要包含Au。Au涂層不像Ag涂層那樣可以用硫化來(lái)腐蝕?？梢园猩倭康碾s質(zhì)，只要確保了足夠的焊接可濕性。
本發(fā)明的特征在于第一金屬層22的組分。特別地，第一金屬層22包括主要成分Ni以及適量的Co。因此，如下所述，較之已知的免Co的Ni金屬層，第一金屬層可以有效防止用于安裝的焊料在第二主表面上堆積且進(jìn)一步接觸固定部分4。要求第一金屬層22對(duì)第二金屬層23具有高黏合性。含Co基Ni金屬層22滿足該要求。第一金屬層22可以包括另一種組分或雜質(zhì)，只要不妨礙本發(fā)明的目的。
對(duì)于第一金屬層22中的Co內(nèi)容物，如果途經(jīng)回流熔爐的過(guò)程執(zhí)行3次，則少于5％重量百分比的Co內(nèi)容物將會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的結(jié)果沒(méi)有足夠的效果來(lái)防止焊料堆積。Co內(nèi)容物是5％重量比或更多。Co內(nèi)容物最好是10％重量比，這樣可以產(chǎn)生足夠的效果來(lái)防止焊料堆積，即便是途經(jīng)回流的過(guò)程執(zhí)行5次。但是，如果Co內(nèi)容物超過(guò)了80％重量比時(shí)，在焊料嵌片中會(huì)形成許多空隙，從而減小了結(jié)合強(qiáng)度。
外部端子2的基座材料21、輸入端子3以及固定部分4可以由，但不限于金屬、樹(shù)脂或陶瓷制成。如果基座材料21是主要是由含Co的Ni制成，則基座材料21可以產(chǎn)生與第一金屬層22相同的效果。
現(xiàn)在描述制造同軸連接器1的工藝。在該部分中，僅僅描述第一金屬層22和第二金屬層23的成形。可以如已知同軸連接器相同的工藝來(lái)制造同軸連接器1。
形成第一金屬層22和第二金屬層23的一種技術(shù)就是鍍敷，這是一種常規(guī)的工藝。如果基座材料21是由金屬制成的，則最好是采用電鍍。首先，將裸露的基座材料21和導(dǎo)電介質(zhì)置于含有Ni和Co離子的電鍍液中，并且施加電流以在基座材料21的表面上淀積Ni和Co，同時(shí)攪拌電鍍液。包含有Co的Ni金屬層，即第一金屬層22就形成了。隨后，將所得的基座材料置于含有Au離子的電鍍液中，并且施加電流以在第一金屬層22的表面上形成Au金屬層，即第二金屬層23，同時(shí)攪拌電鍍液。
可以通過(guò)無(wú)電鍍敷來(lái)執(zhí)行上述鍍敷。例如，將裸露的基座材料21置于含有Ni和Co離子的電鍍液中。電鍍液中的還原劑導(dǎo)致還原反應(yīng)，從而Ni和Co淀積在基座材料21的表面上以形成第一金屬層22。隨后，所得到的基底材料置于含有Au離子o的電鍍液中。在Ni和Co浸入電勢(shì)和Au的淀積電勢(shì)之間的差異將導(dǎo)致置換反應(yīng)，并且因此在第一金屬層22的表面上形成Au金屬層，即第二金屬層23。
可以通過(guò)敷層來(lái)形成第一金屬層22和第二金屬層23。首先，作為基底材料21的平板和包含Co的Ni平板相互疊加，并且通過(guò)按壓和卷疊結(jié)合在一起，因此形成了敷層材料。以含Co的Ni層來(lái)限定表面的方式將敷層材料壓入到如圖1所示的形式中。因此，基座材料21的表面由第一金屬層22覆蓋。因此，通過(guò)上述的鍍敷來(lái)形成基Au第二金屬層23。因此，可以生產(chǎn)出具有與上述鍍敷而制造出的連接器相同功能的同軸連接器。
敷層材料可以包括由基座材料/含Co的Ni/Au來(lái)表示的三層。在該示例中，無(wú)需鍍Au步驟。敷層比鍍敷可以進(jìn)一步減少Co內(nèi)容物的波動(dòng)，并減少相應(yīng)的焊料堆積的波動(dòng)。此外，敷層可以無(wú)需或減少鍍敷步驟。因此，可以有利地減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)。
如果基座材料21包含與第一金屬層22相同的組分，則無(wú)需通過(guò)鍍敷或敷層來(lái)單獨(dú)設(shè)置第一金屬材料22，并且只需形成第二金屬層23。
下面將參照?qǐng)D2描述當(dāng)同軸連接器1表面貼裝在配線板31上的時(shí)候所產(chǎn)生的現(xiàn)象，以及防止焊料堆積的機(jī)制。
當(dāng)用焊料32將同軸連接器1表面貼裝在配線板31上時(shí)，使用回流熔爐等來(lái)執(zhí)行加熱步驟。焊料32熔化并且凝固，從而同軸連接器1電氣且物理地連接到配線板31。在此將描述焊料32如何浸濕外部端子2的側(cè)面13。焊料32在如圖2所示的側(cè)面13處形成嵌片，以結(jié)合到配線板31。焊料主要包含Sn。
當(dāng)基Sn焊料受熱熔化并且浸濕側(cè)面13時(shí)，形成側(cè)面13表面的第一金屬層22和第二金屬層23的組分將擴(kuò)散到焊料32中。具體地，第一金屬層22的組分，即Ni和Co擴(kuò)散但焊料32中，并且與作為焊料32主要成分的Sn進(jìn)行反應(yīng)以生成Sn/Ni或Sn/Ni/Co的金屬間化合物33。Co可以促使Ni擴(kuò)散到焊料32中。
金屬間化合物33的熔點(diǎn)比基Sn焊料32要高，并且難以通過(guò)反復(fù)途經(jīng)回流熔爐中數(shù)次來(lái)再次熔化。因此金屬間化合物33可阻止用于安裝在邊緣線14附近的熔化或再次熔化的焊料32流動(dòng)，并且防止焊料32堆積在第二主表面12上。因此焊料32就不會(huì)接觸到固定部分4。
如果免Pb的基Sn-Ag焊料用作為焊料32，則加熱步驟的溫度必須更高，則是因?yàn)槊釶b的基Sn-Ag焊料的熔點(diǎn)要比基Sn-Pb焊料、或者是常用的低共熔焊料至少要高40℃。較高的溫度促使Ni擴(kuò)散，并且進(jìn)一步增強(qiáng)Co促進(jìn)Ni擴(kuò)散的效果。這樣的乘數(shù)效應(yīng)可以更加有效地防止焊料堆積。
金屬間化合物33并不減少同軸連接器1和配線板31之間的結(jié)合強(qiáng)度。
相應(yīng)的，由同軸連接器1所表示的電接觸元件通過(guò)將Co加入到基Ni第一金屬層22中，可以低成本而無(wú)需復(fù)雜步驟地防止由于焊料的過(guò)量堆積所致的固定失效。
表面貼裝在配線板上的本發(fā)明電接觸元件可適用于諸如通信設(shè)備的電子電路設(shè)備。
示例現(xiàn)在描述本發(fā)明的電接觸元件的示例，所采用的同軸連接器的結(jié)構(gòu)與圖1和2所示的相同。
首先，對(duì)主要由黃銅制成的平板進(jìn)行壓制以形成具有外部端子2、輸入端子3和固定部分4的同軸連接器的試樣(test piece)。設(shè)計(jì)和形成如圖1所示結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)與專利文獻(xiàn)1中所揭示的通法是一樣的，并且在此省略細(xì)節(jié)描述。
將裸露的壓制基座材料21和導(dǎo)電介質(zhì)放置在含Ni和Co離子的電鍍液中，并且施加電流以在基座材料21的表面上形成第一金屬層22，同時(shí)攪拌電鍍液?？刂齐婂円褐兴琋i和Co離子量，從而第一金屬層22中Co內(nèi)容物重量百分比x將會(huì)是如表格1所示的值。厚度為1.2μm。
隨后，將具有第一金屬層22的試樣放置在含有Au離子的電鍍液中，并且用作為第二金屬層23的Au膜在第一金屬層22上形成，同時(shí)攪拌電鍍液。厚度0.1μm。因此完成了同軸連接器1的試樣。
(表1)

圖1所示每一個(gè)所得同軸連接器用成分為Sn-3.0Ag-0.5Au的焊料而安置在配線板上，同時(shí)途經(jīng)峰值溫度為250℃的回流熔爐五次，用于表面安裝。通過(guò)放大透鏡來(lái)觀測(cè)第三次經(jīng)過(guò)和第五次經(jīng)過(guò)之后焊料的堆積情況。同時(shí)，用推挽式計(jì)量器對(duì)在平行于配線板31表面安裝之后的試樣的第一主表面11施加一壓力來(lái)測(cè)量抗剪強(qiáng)度(shearing strength)。結(jié)果如圖2所示。
(表2)


每一抗剪強(qiáng)度是來(lái)自5個(gè)試樣的平均值，并且括號(hào)中的值表示標(biāo)準(zhǔn)差σn-1。
在作為比較示例的x值少于5％的1號(hào)試樣中，焊料32堆積并且接觸到同軸連接器1的固定部分4，而不論經(jīng)過(guò)回流熔爐的周期數(shù)。
在作為本發(fā)明的x值為5％的2號(hào)試樣中，在經(jīng)過(guò)回流熔爐3周期之后可防止焊料32堆積，但是在經(jīng)過(guò)回流熔爐5周期之后焊料32出現(xiàn)堆積并且接觸同軸連接器1的固定部分4。
在作為本發(fā)明的x值為10％到25％的3、4、5、6號(hào)試樣中，在經(jīng)過(guò)回流熔爐3周期和第5周期之后可防止焊料32堆積并接觸到固定部分4。
圖3和6是分別示出作為本發(fā)明示例的5號(hào)和作為比較示例的1號(hào)在經(jīng)過(guò)回流熔爐五周期之后堆積焊料狀態(tài)的照片。
在作為本發(fā)明示例的2到6號(hào)試樣安裝之后的剪應(yīng)力比1號(hào)試樣的抗剪強(qiáng)度更好。
雖然各實(shí)施例和示例示出了具有圓柱型固定部分的同軸連接器，但是根據(jù)本發(fā)明的電連接元件并不限于該形式。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，本發(fā)明可適用于諸如同軸連接器的表面貼裝電連接元件以及使用該電連接元件的電路設(shè)備。具體地，它可以有利地防止用于表面貼裝的焊料堆積所致的固定失效。
權(quán)利要求
1.一種電接觸元件，包括用焊料安裝在裝配板表面的基座，所述基座具有與所述裝配板表面相對(duì)的第一主表面，與所述第一主表面基本平行的第二主表面，以及與所述第一和第二主表面基本垂直、且將所述第一主表面和第二主表面相連的側(cè)面；還有接續(xù)地設(shè)置在所述第二主表面上的固定部分，所述固定部分具有固定外圍，且形如管狀，其中，所述固定部分的固定外圍通過(guò)在各自的表面上形成的金屬膜而電氣連接到所述基座的第二主表面和側(cè)面，以及其中，每一所述金屬膜都包括包含有Co和主要組分Ni的第一金屬層，以及包含有主要組分Au、且疊加在所述第一金屬層上的第二金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的電接觸元件，其特征在于，所述基座用作為外部端子，并且與所述固定部分相結(jié)合，同時(shí)所述第二主表面通過(guò)邊緣線與所述側(cè)面相隔離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電接觸元件，其特征在于，所述第一金屬層中Co含量在5到80重量百分比的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電接觸元件，其特征在于，所述第一金屬層中Co含量在10到80重量百分比的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1到4任意一項(xiàng)所述的電接觸元件，其特征在于，所述第一金屬層和第二金屬層中至少之一是通過(guò)鍍敷而形成的。
6.如權(quán)利要求1到4任意一項(xiàng)所述的電接觸元件，其特征在于，所述第一金屬層是通過(guò)敷層而形成的，或者所述第一金屬層和所述第二金屬層都是通過(guò)敷層而形成的。
7.如權(quán)利要求1到6任意一項(xiàng)所述的電接觸元件，其特征在于，所述固定部分的形狀為圓柱，并且從所述第二主表面上凸出。
8.一種同軸連接器，包括如權(quán)利要求1到7任意一項(xiàng)所述的電子接觸元件。
9.一種電路設(shè)備，包括如權(quán)利要求1到7任意一項(xiàng)所述的電接觸元件或者是如權(quán)利要求8所述的同軸連接器；以及配線板，其上采用Sn基焊料表面安裝所述基座。
10.如權(quán)利要求9所述的電路設(shè)備，其特征在于，所述Sn基焊料包括Ag，且基本無(wú)Pb。
全文摘要
一種電子接觸設(shè)備，包括用焊料(32)安裝在配線板(31)表面的外部端子(基座)(2)以及具有形如管狀的固定外圍的固定部分(4)。所述外部端子具有與所述配線板(31)表面相對(duì)的第一主表面(11)，與所述第一主表面(11)基本平行的第二主表面(12)，以及與所述第一和第二主表面(11)和(12)基本垂直、且將所述第一主表面(11)和第二主表面(12)相連的側(cè)面(13)。所述固定部分接續(xù)地設(shè)置在所述第二主表面(12)上。所述固定部分(4)的固定外圍通過(guò)在各自的表面上形成的金屬膜(22)和(23)而電氣連接到所述外部端子(2)的第二主表面(12)和側(cè)面(13)。所述金屬層(22)包含有Co和主要組分Ni，同時(shí)所述金屬層(23)包含有主要組分Au。
文檔編號(hào)H01R24/02GK1906812SQ20058000148
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者若松弘己, 丸山祐市, 荒木信成 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所