專利名稱：在電路板上安裝多腿部件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換插座，該插座用于把多腿部件連接到固定在線路板上的多個插座上。
由于種種原因，制造電子線路板時是用插座作為把集成電路(1Cs)連接到電路板上的裝置。但是較為通常的是直接把iC焊到印刷電路板(PCB)。每個1C插腳被插至PCB內(nèi)電鍍了的通孔。然后應(yīng)用釬料，使iC插腳電連接到電鍍了的通孔壁上。雖然iC插腳相對于孔的直徑要細，但由于釬料將提供電連接，所以典型地iC生產(chǎn)并不需調(diào)整插腳尺寸達到高度的精確性。為了降低成本，寧可利用該腿的尺寸在寬范圍內(nèi)(即大公差)變化的生產(chǎn)工藝。
因此，通常把電路板插座設(shè)計成能使插腳有寬的直徑范圍(即是有大公差的腿)。為了適于相應(yīng)直徑窄的插腳，這些插座要能接合相應(yīng)寬的插腳，其摩擦程度遠遠超出提供需要的電接觸所要求的摩擦程度。結(jié)果，由大量iC插腳和他們對應(yīng)插座相接合而產(chǎn)生的總摩擦力，足以大到需使用輔助工具去幫助用力拔出和插入iC。
大體上，發(fā)明的一個特征是通過在部件和電路板安裝的插座之間插入轉(zhuǎn)換元件，有效地減少多腿部件插腳直徑的寬度變化(即大公差)。轉(zhuǎn)換元件允許部件的大公差插腳，并且在其位置提供小公差插腳(即插腳直徑公差小于部件插腳的大公差，以插入安裝在電路板上的插座。
最佳實施例是有如下特征確定接受器的大小并且定位在連接插腳的主體上，插腳具有腿間距和寬范圍內(nèi)變化的腿直徑。控制精密插腳，使之每個間距和直徑都在精確的范圍內(nèi)，精確范圍內(nèi)的變化要小于大范圍內(nèi)的變化。比如，當大公差的插腳間距為0.01吋或更大時，則精確公差為0.004吋或更小;同樣當腿的直徑大公差為0.004吋或更大時，則其精確公差為0.001或更小。
進而主體包括一個當部件裝入插座時設(shè)置在部件下方的孔。該孔足以容納連接在多腿部件底部作為拔取工具的拆卸器，用于在主體和部件之間提供拔取力。
大體上，發(fā)明的另一個特征是對多腿部件的插腳和安裝在電路板上的接線端子進行連接。本發(fā)明包括轉(zhuǎn)換元件，該元件具有用于與多腿部件插腳配合的第一接受器以及用于與電路板上接線端子配合的第二接受器。
大體上，發(fā)明的再一個特征是接觸短柱具有弧形端，用于連接安裝在電路板上插腳的彈性觸指。短柱長度，短到可使其完全插入時，觸指接合短柱弧形端，以提供一個具有向上分量的力，即平行于短柱長軸方向的分量，在該方向阻止短柱的插入。
本發(fā)明具有若干優(yōu)點，比如，由于轉(zhuǎn)換元件插腳的尺寸被精確控制，從安裝在電路板上的插座中拔出精密插腳所要求的力基本上減小由于經(jīng)轉(zhuǎn)換元件把多腿部件安裝到電路板上，用較小的力可拆卸多腳部件。因此，降低了部件主體上的機械應(yīng)力。另外，在實施例中，轉(zhuǎn)換元件包括具有弧形端的接觸短柱，拆卸力可減至零。
具有一對接受器的轉(zhuǎn)換元件可使部件插腳被連接到安裝了接線端子的電路板上，這可以利用安裝了接線端子的電路板代替安裝了插座的電路板。由于比起插座來接線端子要占用較小的電路板表面積，所以可空出多余的板面供進行電腐蝕用。
通過以下最佳實施例的描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將很清楚。
附

圖1是現(xiàn)有技術(shù)插腳格子陣列，以相應(yīng)的位置被裝入印刷電路板插座內(nèi)的側(cè)視圖;
附圖2是在附圖1的2-2處的剖視圖;
附圖3是現(xiàn)有技術(shù)插座觸頭的透視圖;
附圖4是本發(fā)明最佳實施例的側(cè)視圖;
附圖5是附圖4的5-5處的剖視圖;
附圖6是沿附圖5同樣截面的視圖，展示了組裝部分;
附圖7-8是側(cè)剖視圖，顯示了另一個最佳實施例;
附圖9-10是已有技術(shù)插座套筒的透視圖;
附圖11是抽拔起重螺旋的的剖視圖;
附圖12是另一個最佳實施例的剖視圖;
附圖13是圖12所示實施例的局部剖視圖;轉(zhuǎn)換插座部分地插入印刷電路板插座;
附圖13a是附圖13的A區(qū)放大圖;
附圖14是附圖12所示實施例的局部剖視圖轉(zhuǎn)換插座完全插入印刷電路板插座內(nèi);
附圖14a是附圖14的A區(qū)放大圖;
附圖1和2顯示了在印刷電路板內(nèi)集成電路一般插座的安裝。具有大量插腳的集成電路常以插腳格子陣(PGA)(10)形式被封裝起來。PGA包括支持一組陽接觸插腳14的陶瓷主體12。一般插腳14制作成有較大范圍變化的直徑D1，比如，直徑可從0.016到0.020吋變化(即0.004吋的偏差)。這樣，最大直徑插腳(0.020吋)可以比最小直徑插腳(0.016吋)大25%。
同樣，插腳之間的距離D2(附圖2)可在較大范圍內(nèi)變化，例如，相鄰插腳端之間一般相距0.1吋，但根據(jù)標準分隔間距可在±0.005吋范圍內(nèi)變化(即0.010吋偏差)。
PGA10往往通過把每個插腳14插到對應(yīng)插座18，裝到印刷電路板(PCB)16上，而插座18被焊到印刷電路板電鍍了的通孔內(nèi)。插座的主體20被焊到印刷電路板上。觸頭22被壓進主體內(nèi)部。觸頭摩擦接合每個插腳14的側(cè)面。如附圖3所示，觸頭22包括桶24，桶24連接多個彈性元件26。插腳14通過桶并摩擦接合彈性元件26，形成電連接。一些插腳14包括腳托15，當PGA完全插入時，腳托15接合插座的端部。彈性元件被設(shè)計成接合所具有的大的PGA插腳直徑范圍內(nèi)的任何直徑的插腳。彈性元件能適應(yīng)的最大插腳直徑由彈性元件的彈性極限所確定。如果具有較大直徑的插腳插入插座，彈性元件將受到塑性變形，插腳移開，彈性元件不會返回原始位置。
彈性元件可適應(yīng)的最小直徑由彈性元件之間的最小額定力確定，要求實現(xiàn)可靠的電接觸。例如，每個彈性元件至少要用15至50克的額定力接合插腳，最好選用25克。
為了保證可靠地連接，彈性元件26必須設(shè)計成甚至最細的插腳14(即0.016吋)也能提供足夠的摩擦接合，因此大多數(shù)插座設(shè)計對較粗的插腳提供較大的摩擦接合。
如果插腳和相鄰插腳比他們相應(yīng)插座彼此相距更遠或更近，則插腳及其插座之間的摩擦接合還要進一步增加。這種差異其一部分是由插腳間距范圍大引起的。此差異迫使每個插腳緊貼其相應(yīng)插座一側(cè)，因此，實質(zhì)上增強摩擦接合。
如第22卷的“連接器和相連技術(shù)專題論文”(1989年)中J.B.Culpinanl所著《插腳格子陣列插座的合力》所展示，對于總的插/抽拔力有貢獻的其他可變因素包括插腳長度、端部的插腳形狀、插腳到插腳的累積公差、插腳正確定位，插腳垂直度，插腳材料和插腳鍍層結(jié)構(gòu)。
圖4-6中示出本發(fā)明一個最佳實施例。具有主體30的一個轉(zhuǎn)換插座28固定多個象PGA10那樣排列有相同軌跡的轉(zhuǎn)換元件32。每個轉(zhuǎn)換元件32包括用于和對應(yīng)PGA插腳14配對的陰插座34，以及用于和印刷電路板插座18配對的高精度插腳36。嚴格控制插腳36的尺寸及相應(yīng)配置，以限制上述摩擦接合力的增加。比如，把相鄰插腳間標準距離0.1吋的公差控制在0.002吋以內(nèi)，進而把每個插腳的其值為0.165吋的標準直徑D3的公差控制在±0.0005以內(nèi)(即0.001吋的偏差)。
當使用通常的插座18時，插腳36可設(shè)計成具有與插座相適應(yīng)的最細直徑。因此，可使摩擦接合最小。
該發(fā)明也可使用專門設(shè)計的利用精密插腳36的非常規(guī)印刷電路板插座，以減少摩擦接合的力。例如，附圖9和10描述用于和精密插腳62配對的已有技術(shù)插座套筒60。插座套筒60以小的摩擦接合提供與插腳62的電接觸。然而，利用這種形式的套筒必須以較高的精度制造插入的插腳62。如套筒60設(shè)計成適合具有0.018吋直徑的插腳62，一般要求插腳直徑公差在0.0004吋以內(nèi)。
當利用精密插腳36減小與插座18的摩擦接合時，PGA插腳14和陰插座34之間的摩擦接合可保持足夠大(一些情況下大量插腳從PGA伸出)需要輔助拔取工具從轉(zhuǎn)換插座上分離PGA。為此目的，把嵌裝螺母70壓入位于轉(zhuǎn)換插座主體30的中央孔中。如附圖4所示的許多PGA包括一個在PGA主體的無插腳的中央附近的空著區(qū)域72。因此可使用起重螺釘74(附圖11所示)把PGA10從轉(zhuǎn)換插座28分離開。起重螺釘74包括螺桿76，用于和嵌裝螺母70配合。由于起重螺釘擰入嵌裝螺母，螺桿端部78用作拆卸工具，通過接合PGA底部，從轉(zhuǎn)換插座上分離PGA。為提供一轉(zhuǎn)矩，起重螺釘包括一個夾持帽，其直徑大于螺桿的直徑。
圖7、8展示了另一個最佳實施例。轉(zhuǎn)換插座40提供PGA10的插腳和安裝在印刷電路板44上的接線柱42之間的連接。在該實施例中，轉(zhuǎn)換元件46包括一對用于分別與接線柱42和插腳14配合的陰插座48、50。
利用安裝接線柱代替插座的印刷電路板插入PGA的特性，有利于生產(chǎn)期間使用電腐蝕。接線柱42一般有比插座18小的直徑，并且相應(yīng)復蓋印刷電路板44上表面較小的面積。象對常規(guī)PGA所要求那樣，接線柱之間甚至相距0.1吋，充裕的間距可允許在相鄰接線柱42之間作電腐蝕。具有較大外形的插座在實際上對于電腐蝕來說起了圍墻作用，因此使印刷電路板的電路設(shè)計復雜化。
為實現(xiàn)減少摩擦，用如柱36(附圖5)同樣精度生產(chǎn)和定位印刷電路接線柱42及陰插座48。因此，轉(zhuǎn)換插座40提供了雙重優(yōu)點。增加了能進行電腐蝕的印刷電路板表面總數(shù)量，使PGA的插拔變得容易。
在附圖12-14所顯示的另一個最佳實施例中，拔取力幾乎減少到零。在該實施例中，轉(zhuǎn)換插座128的每個轉(zhuǎn)換元件132包括陰插座134，上述陰插座134與插座34(附圖4)一樣，與相應(yīng)的PGA插腳配合。然而為了和印刷電路板插座118配合，轉(zhuǎn)換元件132包括具有弧形端138的接觸短柱136。
接觸柱與插座118的觸指或彈性元件126接合以形成予定的電連接。接觸柱的尺寸要選擇得防止被觸指或彈性元件夾住，以免影響該柱的分離。插入期間，接觸柱的B1區(qū)域首先接觸A1區(qū)域內(nèi)的每個彈性元件，再往里插，接觸柱磨擦接觸穿過彈性元件表面，迫使元件撇開。當完全插入時，擋塊137靠在印刷電路板116表面并且接觸柱的B2部位緊壓住每個彈性元件的A2部位。接觸柱、彈性元件和擋塊的尺寸應(yīng)這樣選擇，使B2在接觸柱弧形表面上，A1和A2的距離△大到足以有充分的摩擦接觸作用，以排除形成在接觸區(qū)域的氧化層(即△＝0.010～0.015)。
這樣選擇曲線表面的形狀，以確保甚至在完全插入的位置，彈性元件126以具有垂直指向分量的力壓在接觸柱上。除非平衡力使組件定在應(yīng)有位置，否則作用在接觸柱上的垂直力總合大到足以頂出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換插座/組件。為此，使用一個下拉螺釘172和嵌裝螺母170相配，把轉(zhuǎn)換插座/PGA組件引向完全插入位置并且固定就位，在該實施例中，嵌裝螺母起到雙重作用，當使用下拉螺釘172時，有助于保持接觸柱和彈性元件126之間的接觸。當使用起重螺釘74(附圖11)時有助于從轉(zhuǎn)換插座上分離PGA。
另外的實施例在以下的權(quán)利要求內(nèi)，例如本發(fā)明可適合多種不同的安裝在板上的插座。包括只含有壓進印刷電路板孔中的觸頭的插座。如果在PGA上是優(yōu)選的接觸柱136，附圖12-14的連接技術(shù)可適合于直接把PGA連接到印刷電路板上。
權(quán)利要求
1.一種用于多腿部件的插腳和安裝在電路板上插座之間連接的裝置，該裝置包括主體，和多個支撐在所述主體上的轉(zhuǎn)換元件，每個所述轉(zhuǎn)換元件包括用于和所述的多腿部件的插腳相配的接受器，所述接受器按一定尺寸制造，使其與具有在大的直徑變化范圍內(nèi)的任一直徑的插腳接合；包括用于和所述電路板上插座配合的精密插腳，所述精密插腳直徑的公差不變，以使所述的直徑在精密尺寸變化范圍內(nèi)，并且所述直徑精密尺寸變化范圍內(nèi)的直徑變化小于所述直徑的大尺寸變化范圍內(nèi)的變化。
2.一種用于制造多腿部件插腳和安裝在電路板上插座之間連接裝置的制造方法，所述裝置包括主體，和多個支撐在所述主體上的轉(zhuǎn)換元件，每個所述轉(zhuǎn)換元件包括用于和所述多腿部件的插腳相配的接受器，以及用于和所述電路板內(nèi)插座相配的精密插腳，所述接受器按一定尺寸制造，以接合在直徑的大尺寸變化范圍內(nèi)的任何直徑的插腳，所述方法包括制造所述精密插腳，其公差達到小于所述大尺寸變化范圍內(nèi)直徑的公差。
3.一種把多腿部件插入安裝在電路板上插座的方法，其中插腳直徑變化如此之寬(即直徑有如此大的公差)，以致無需用大的力對所安裝或拆卸的部件進行插拔，所述方法包括步驟是在所述的部件和插座之間插入多個轉(zhuǎn)換元件，對所述部件的每個腿都插入;在每個轉(zhuǎn)換元件上提供可接收所述直徑在大范圍變化插腳的接受器;和在每個轉(zhuǎn)換元件的另一端提供一個精密直徑插腳，所述插腳有一直徑，該直徑保持一比所述部件插腳的公差小的公差。
4.一種把多腿部件插入安裝在電路板上的插座的方法，其中從部件伸出的腿的直徑在大的范圍內(nèi)變化(即是有大公差)，所述方法包括的步驟是在所述部件和安裝在電路板上插座之間插入多個轉(zhuǎn)換元件;每個轉(zhuǎn)換元件具有可接收大公差插腳的接受器;和每個轉(zhuǎn)換元件具有一個插腳，插腳直徑可容納在所述已安裝的插座內(nèi)，并且保持一精密公差，即小于所述的大公差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的發(fā)明，其特征是，所述接受器被測定尺寸并定位，使之接合在插腳，此插腳在所說的大插腳間距范圍內(nèi)可具有任何插腳間距。所述精密插腳被測定尺寸并定位，使之具有在精密尺寸范圍內(nèi)的插腳間距;和所述插腳間距的精密內(nèi)間距的變化小于所述插腳間距的大尺寸變化范圍內(nèi)間距的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明，其特征是，所述精密尺寸變化范圍內(nèi)的所述插腳間距的變化是0.002吋或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，其特征是，所述大尺寸變化范圍內(nèi)的所述插腳變化是0.010吋或更大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的發(fā)明，其特征是，所述直徑的精密公差范圍是0.001吋或更小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)明，其特征是在所述大的直徑公差范圍的直徑公差是0.004吋或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一個在所述主體內(nèi)的孔，當所述部件插在所述裝置上時，所述孔位于所述裝置的下方;孔大到足以容納作為拆卸工具的抽拔裝置，和用以使所說工具與所說主體接合和使所說工具與多腳部件的底部接合的裝置，此裝置使所述主體和所述部件之間的抽拔力增加。
11.一種用于多腿部件插腳和安裝在電路板上的接線柱之間連接的裝置，所述裝置包括主體;支撐在所述主體上的多個轉(zhuǎn)換元件，每個所述轉(zhuǎn)換元件包括用于和所述多腿部件插腳配合的第一接受器，用于和所述電路板上接線柱配合的第二接受器。
12.一種連接多腿部件插腳和電路板的方法，其中從部件伸出的插腳其直徑尺寸在寬的范圍內(nèi)變化(即具有大公差)，所述方法包括的步驟是在所述部件和電路板上安裝的連接柱之間插入多個轉(zhuǎn)換元件;每個轉(zhuǎn)換元件具有可接受所述插腳的第一接受器，并且;每個轉(zhuǎn)換元件具有可接受所述接線柱的第二接受器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的發(fā)明，其特征是測定所述第一接受器的尺寸，使其接合大的直徑公差范圍內(nèi)的任何直徑的插腳;所述安裝在電路板上的接線柱具有在精密直徑尺寸范圍內(nèi)的直徑，所述在直徑的精密尺寸范圍內(nèi)的直徑變化小于在所述直徑大公差尺寸范圍內(nèi)的變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括一在所述主體上的孔，當所述部件插到所裝置上時，所述孔位于所述部件的下方;孔之大足以容納作為拆卸裝置的抽拔器和用以使所述工具與所述主體接合和使所說工具與多腿部件的底部接合的裝置，此裝置使所述主體和所述部件之間的抽拔力增加。
15.在用以連接電器件和安裝在電路板上插座的裝置中，所述有彈性觸指接觸器型的插座，其改進點在于在所說裝置上設(shè)置接觸柱作為所有連接點。所述接觸柱有一弧形端，并且所述接觸柱的長度足夠短，以使所述接觸柱插入所述插座期間，所述弧形端至少接合一個所述觸指且產(chǎn)生所述觸指頂著所述弧形端的摩擦接觸作用，所述觸指和短柱之間的接觸位置保持在所述弧形端上一具有向上分量的力，即平行于所述接觸柱長軸方向力的分量，該力分量方向阻止所述接觸柱插入，在完全插入位置，該力仍然保持。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述裝置，其特征是，所述裝置包括主體和多個轉(zhuǎn)換元件，所述元件包括在一端與多腿部件的插腳結(jié)合的接受器在另一端與所述插座配合的所說的接觸柱。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征是，所述摩擦接觸作用至少在0.010吋的距離存在。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征是，還包括一在所述主體內(nèi)的孔，當所述器件插在所述裝置上時，所述孔位于所述器件的下方;孔之大足以容納作為拆卸裝置的抽拔器;用以使所述裝置與所述主體接合和使所述裝置與多腿部件的底部接合的裝置，此裝置使所述主體和所述部件之間的抽拔力增加。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是所述裝置上所述所有精密插腳的直徑落入所述直徑的精密尺寸范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了連接多腿部件的插腳和安裝在電路板上的插座的裝置和方法。多個轉(zhuǎn)換元件插入部件插腳和插座之間，每個轉(zhuǎn)換元件包括用于和多腿部件插腳配合的接受器。測定接受器的尺寸，使之與在大直徑公差范圍內(nèi)的任何直徑的插腳接合。每個轉(zhuǎn)換器元件還包括用于與電路板上插座配合的精密插腳。精密插腳的直徑保持一公差，以使其在直徑的精密尺寸范圍內(nèi)。在精密公差范圍內(nèi)的直徑的變化小于在大直徑公差范圍內(nèi)的變化。
文檔編號H01R31/06GK1052753SQ90109868
公開日1991年7月3日 申請日期1990年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月9日
發(fā)明者詹姆斯·V·墨菲 申請人:先進聯(lián)系公司