KR100204617B1 - 전기 회로 부재를 위치시키는 방법 및 장치 - Google Patents

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포맨 제프리 엘
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Abstract

본 발명에서는, 적어도 하나가 일련의 땜납 볼 또는 다른 돌출된 도체를 갖는 IC 모듈 및 인쇄 회로 기판과 같은 전기 부품이 돌출된 도체를 포획하도록 된 개구를 갖는 부품 로케이터를 가지고 신속하고 정확하고 경제적으로 연결된다. 로케이터는 부품들 중 하나의 부품과 정렬되며, 다른 부품은 로케이터에 대해 압박된다. 돌출된 도체는 포획 개구 내로 삽입되어 다른 도체 상의 접점과의 전기 회로를 완성시킨다.

Description

전기 회로 부재를 위치시키는 방법 및 장치
본 발명은 전기 커넥터 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 집적 회로 또는 칩 모듈, 인쇄회로기판, 및 이들 부품을 위한 전기 커넥터와 같은 전기 회로 부제가 정확하고 경제적으로 연결될 수 있도록 이들 전기 회로 부재를 위치시키고 정렬하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보 처리 시스템(컴퓨터), 세트 탑 박스(set top box), 자동 계산기(automotive computer)등과 같은 전기 시스템의 지속적인 소형화 경향으로, 이들 시스템에서 부품을 연결하는 에러 마진(margin of error)은 계속적으로 감소하였다. 배열의 피치가 조밀하여지면서, 즉, 볼(balls) 사이의 거리가 감소하면서, 오정렬에 대한 공차는 보다 작아지며 다른 패드로의 연결 위험성은 보다 커졌다.
통상 볼 그리드 배열 또는 BGA라 하는 전기 부품 또는 모듈을 연결하기 위한 시스템 중 한 종류에서는, 일련의 작은 땜납(통상 90/10 땜납, 즉 90% 주석 및 10% 납) 볼을 사용한다. 이들 볼은 보다 낮은 용융 온도 땜납(통상 63/37 땜납, 즉 63% 주석 및 37% 납)으로 모듈 상의 접촉 패드에 연결된다. 볼이 부착된 모듈은 볼이 인쇄회로기판, 인쇄회로기판용 커넥터 또는 다른 모듈과 같은 다른 전기 부품의 표면 상의 패드 또는 다른 도체를 접하도록 위치한다. 다른 도체 상의 패드는 땜납 페이스트(통상 63/37 땜납)로 차폐(screened on)되어 모듈을 수납한다. 통상, 조립체는 그 후 가열되어 땜납 페이스트를 용융시켜 두 부품을 서로 접착시킨다. 이러한 종류의 부착에서는, 모듈은 재 유동되는(reflowed) 63/37 땜납에 의해 위치되어 유지된다. 볼 및 접촉 패드는 부적절한 연결을 방지하도록 정확히 정렬되어야 한다.
납땜 프로세스는 접촉 패드 상에 모듈을 스스로 중심(self centers)을 맞춘다. 그러나, 시험을 위해 부품을 임시 조립되는 경우와 같은 몇몇 경우에는, 영구 부착은 바람직하지 않다. 이러한 상황에서는, 동일한 정확도로 최소의 비용으로 동일한 기능을 수행하기 위해 다른 기계가 필요하다.
본 발명의 목적은 전기 회로 부재를 위치시키며 연결하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 다른 목적은 볼을 장착하고 배선하기 위한 테이프(통상 폴리이미드) 캐리어를 사용하는 테이프 볼 그리드 어레이(TBGA, taped ball grid arrays), 볼이 회로화 세라믹 캐리어(circuitized ceramic carrier) 상의 패드 또는 접점에 가해지는 세라믹 볼 그리드 어레이(CBGA, ceramic ball grid arrays) 및 볼 중심의 ±0.076mm(0.003 in) 내의 위치 공차로 다른 회로 부품에 대해 플라스틱 또는 유기 캐리어를 사용하는 플라스틱 볼 그리드 어레이(PBGA, plastic ball grid arrays)를 포함하는 볼 그리드 어레이를 위치시키기 위한 경제적인 기구를 제공하는 데 있다.
이들 목적은 연결될 두 개의 전기 부품 사이의 위치된 전기 절연 부품 로케이터를 사용하는 커넥터 시스템으로 달성된다. 부품 중 하나는 적어도 하나의 면상에 다수의 전도성 접점을 갖는다. 다른 부품은 적어도 하나의 면으로부터 돌출된 다수의 땜납 볼, 땜납 기둥 또는 다른 전도성 부재를 갖는다. 부품 로케이터는 돌출된 전도성 부재중 적어도 몇몇이 개구 내로 연장되어 제1부품의 소정 접점과 연결되는 크기로 되어 이격된 다수의 볼 포획 개구를 갖는다. 부품 로케이터는 제2부품을 적절히 정렬시키며 소정 위치에 유지한다.
본 발명의 다른 목적은 제2전기부품에 대해 적어도 하나의 면으로부터 돌출된 도체를 갖는 전기 부품을 위치시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 데 있다. 상기 돌출된 도체를 수납하도록 된 부품 로케이터는 제2전기부품과 정렬된다. 돌출된 도체가 부품 로케이터의 개구 내로 연장되어 제2부품 상의 소정 접점을 접하도록 제1전기부품은 부품 로케이터에 대해 위치된다. 제1부품은 위치에 유지되어 전기 접촉을 보장하도록 로케이터에 대해 압박된다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 하나의 부품이 시험될 수 있도록 다수의 전기 부품을 임시 연결시키는 방법을 제공하는 데 있다. 부품 로케이터는 적어도 하나의 면 상에 접점을 갖는 부품 중 하나의 부품과 정렬된다. 부품 로케이터는 적어도 몇몇 접점에 대응하도록 이격된 개구를 갖는다. 소정 접점과 전기 회로를 완성시키도록 되어 이격된 돌출된 도체를 갖는 제2부품은 부품 로케이터와 정렬된다. 적어도 상기 돌출된 도체의 몇몇이 상기 개구 중 몇몇 내로 연장되어 상기 접점 중 몇몇과 접하도록 제2부품이 로케이터 프레임에 대해 위치된다. 그 후, 제2부품은 시험을 위한 양호한 전기 접촉을 보장하도록 부품 로케이터에 대해 압박된다.
필요시, 프레임이 다른 부품으로 다른 시험을 위해 사용될 수 있도록 제2부품 및 로케이터 프레임은 시험 후 제거될 수 있다. 또는, 두 개의 부품이 서로 납땜된 동안 로케이터 프레임은 위치에 유지될 수 있으며, 이는 양호한 접속을 보장하며 단락의 위험성을 감소시키는데 도움을 준다.
이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 목적 및 장점이 명백해질 것이다.
제1도는 본 발명의 일 실시예의 분해조립도.
제2도는 모듈의 한 측면 상에 돌출된 전기 커넥터를 도시하도록 회전된, 제1도에서 도시된 시스템에서 사용하기에 적절한 집적회로 칩 모듈(integrated chip module)의 사시도.
제3도는 부품 로테이터의 사시도.
제4도는 조립된 제1도의 부품들의 위치를 도시하는 확대된 부분 단면도.
제5도는 도시된 시스템의 압축 가능 커넥터 조립체에서 사용된 버클링 비임 커넥터의 상세도.
제6도는 IC 회로 모듈 상의 땜납 볼, 재분포 필름에서의 바이어스, 본 시스템에서 사용된 부품 로케이터, 및 인쇄회로기판상의 접점에 대한 버클링 비임 커넥터의 관계를 도시하는, 5도의 선 6-6을 따른 버클링 비임 커넥터의 확대 단면도.
제7도는 제4도의 선 7-7을 따른 일부 절결된 단면도.
제8a도 8b도 및 8c도는 각각 다른 부품 로테이터의 일부 절결된 사시도.
제9도는 제1도의 시스템에서 사용된 압축 가능 커넥터 조립체의 분해조립도.
제10도는 이들 부품의 조립을 도시하는, 압축 가능 커넥터 조립체용 하우징 프레임 및 커넥터 조립체의 부분 단면된 사시도.
제11도는 부품을 위치시키며 래치와 협력하여 시스템을 함께 유지하는 네 개의 핀중 두 개의 핀의 헤드가 래칭 프로세스의 시작 시의 위치에서 은선으로 도시된, 제1도에서 도시된 래치의 평면도.
제12a도는 래칭 프로세스가 완료될 때 제11도의 선 12-12를 따른 단면도이며, 제12b도 및 제12c도는 핀이 고정된 래치의 슬롯의 확대 단면도.
제13도는 제1도, 제11도 및 제12도에서 도시된 래치 대신에 사용될 수 있는 액츄에이터의 사시도.
제14도는 제13도에서 도시된 액츄에이터의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
120 : 로케이터/스티프너 140 : 스페이서
160 : 인쇄회로기판 조립체 170 : 압축가능 커넥터 조립체
190 : 외부 하우징 210 : 재분포 필름
213 : 바이어스 220 : 로케이터
240 : 직접회로 또는 IC 모듈 246 : 볼
260 : 래치 또는 액츄에이터
제1도에서 도시된 본 발명의 실시예는 하부에서부터 상부까지 로케이트/스티프너(120, locator/stiffener), 스페이서(140), 인쇄회로기판 조립체(160), 외부 하우징(190)을 갖는 압축가능 커넥터 조립체(170), 바이어스(213, vias)를 갖는 재분포 필름(210, redistribution film), 부품 로케이터(220), 집적회로 또는 IC 모듈(240), 및 래치 또는 액츄에이터(260)를 포함한다. 로케이트/스티프너 스페이서, 압축가능 커넥터 조립체, 외부 하우징, 재분포 필름, 부품 로케이터 및 래치는 통상 PC 기판(160)에 IC 모듈(240)을 연결하는 소켓이라고 한다.
연결 부재를 보다 잘 도시하기 위해 IC 모듈(240)이 거꾸로 되어 있는 제2도에서 도시된 바와 같이, 모듈(240)은 칩(도시되지 않음)을 위한 하우징 캡(242) 및 표면 상에 여러 열의 땜납 볼(246)을 갖는 회로화 캐리어(244, circuitized carrier)를 포함한다. 회로화 캐리어(244)는 TBGA 캐리어에서 종종 사용되는 듀폰에서 제조된 폴리이미드(polyimid)인 상표명 캡톤(KAPTON)과 같은 유기체의 세라믹으로 또는 PBGA 캐리어에서 종종 사용되는 에폭시 글래스 라미네이츠(epoxy glass laminates)로 제조될 수도 있다. 볼(246)은 회로화 캐리어(244)의 회로에 의해 하우징(242) 내의 칩에 전기 접속된다.
용이한 도시를 위해, IC 모듈(240)은 각 측면 외부 열에서 19 볼을 갖는(측면 당) 3열의 볼(246)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 최대로 설치시, 볼은 캐리어(244)의 면에 대해 균일하게 이격될 것이며, 볼의 수는 압축 가능 커넥터 조립체(170) 상의 접점의 수와 일치될 것이다. 본 명세서에서 도시된 압축 가능 커넥터 조립체는 25×25 또는 625 접점을 갖는다. 본 발명은 다양한 커넥터 조립체 및 112×17 땜납 볼 그리드를 갖는 모듈을 포함하여 현재 통상 가능한 최대 그리드인 39×39 볼 그리드를 갖는 50mm 정사각 모듈까지의 모듈에 대해 사용될 수 있다.
제3도은 재분포 필름(210)과, 압축 가능 커넥터 조립체(170)와, 그리고 PC 기판(160)과(제1도 및 제4도에서 도시된) IC 모듈(240)을 정렬하도록 사용되는 부품 로케이터(220)를 도시한다. 부품 로케이터(220)는 중심 개구(224)를 갖는 프레임(222)을 갖는다. 볼 포획 개구(226)는 정렬하는 것이 필요한 경우에만 로케이터 프레임(222)에 위치된다. 이는 통상 모듈 길이를 따른 땜납 볼의 양의 1/2를 초과하지 않는다. 예를 들어, 25×25 볼의 열을 위해, 로케이터 프레임의 각 측면을 따라 12 볼 포획 개구이면 충분하다. 이는 이들 프레임을 제조하기 위한 처리 시간을 감소시켜 비용을 감소시킨다. 표준 수치 제어 기계가공 방법을 사용하여 또는 레이저 가공기를 사용하여 프레임이 제조될 수 있다. 대량 생산(large volumes)을 위해 주문 펀치/다이(custom punch/dies)가 사용될 수도 있다.
부품 로케이터(220)는 전기 절연되며 인쇄회로기판(160)의 팽창 특성과 상당히 맞는 양호하게는 약 15 내지 20% 내의 열 팽창 특성을 갖는 재질이어야 한다. 제질은 사용시 부품이 발생하는 또는 경험하는 열을 견딜 수 있을 필요가 있다. 예를 들어, 프레임이 모듈 통전 테스트(module burn-in)를 위해 임시 접속되도록 사용되는 경우, 프레임은 48시간까지의 기간동안 150℃의 온도를 견딜 수 있어야 한다.
부품 로케이터를 위한 양호한 재질은 제네럴 일렉트릭 플라스틱으로부터 다양한 두께의 시트로 이미 상용화된 열가소성 폴리에스터 재질인 전기 절연성의 상표명 발록스(VALOX) 필름이다. 작동시 수축을 감소시키기 위해, 이 재질은 NC 기계가공 또는 레이저 기계가공에 의해 프레임 제조전 재질을 미리 수축시키도록 160℃에서 30분 동안 가열되거나 또는 미리 응력이 가해진다(pre-stressed).
탭(228)은 부품 로케이터(220)의 중심 개구(224) 내로 프레임(222)의 네 개의 각 측면으로부터 연장된다. 각 탭(228)은 회로화 세라믹 부재(244) 상의 볼 그리드 배열의 외부 열의 땜납 볼(246)에 대응하는 크기로 되어 이격된 일 열의 볼 포획 개구(226)를 갖는다. 약 0.89mm(0.035 in) 직경의 땜납 볼로 통상의 설치시, 포획 개구(226)는 양호하게는 약 1.02mm(0.040 in) 직경을 갖는다.
제6도에서 도시된 바와 같이, 부품이 조립될 때 땜납 볼(246)은 개구(226) 내로 연장되어 재분포 필름(210)의 접촉 바이어스9213)를 접하며, 이는 땜납 볼의 손상을 방지하는데 도움이 된다. 필름(210)은 양호하게는 상표 캡톤(KAPTON)과 같은 폴리이미드(polyimide)이거나 또는 에폭시 수지 글래스 시스템(epoxy resin glass system)과 같은 다른 적절한 유전성 제질이다. 통로(212)는 필름내에 형성되며 종래의 기술을 사용하여 동(copper) 또는 다른 적절한 제질로 충전되어 바이어스(213)를 형성한다. 땜납 볼 바이어스 사이의 전기 접속을 개선하기 위해, 예를 들어 버사코 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,248,262호에서 기술된 바와 같이, 동은 데드라이트(dendrite)로 또한 피막된다.
제7도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 부품 로케이터(220)는 볼들 중 일부만을 포획한다. 제7도에서 도시된 IC 모듈은 625 땜납 볼(246)(제2도에서 도시된 바와 같이, 도시의 편리를 위해 외부 열의 볼만이 도시됨)을 가지며, 부품 로케이터(220)는 48 볼 포획 개구(226)를 갖는다. 모듈(240)과 같은 IC 모듈 및 모듈이 연결되는 부품을 제조하는데 통상 사용되는 제조 공차로는, 이러한 많은 볼이 올바로 정렬되는 경우 다른 볼들이 잘못 정렬될 가능성은 거의 없다.
제8a도, 제8b도 및 제8c도는 땜납 볼을 포획하는 개구 및 탭에서 가능한 많은 변형예중 세 개를 도시한다. 제8a도에서, 두 개의 탭(318)은 부품 로케이터의 프레임(322)의 한 측면으로부터 돌출된 것으로 도시되어 있다. 각 탭(328)은 두 개의 볼 포획 개구(326)를 갖는다. 하나는 제2도에 도시된 배열에서 외부 열의 땜납 볼을 포획하도록 위치되며, 다른 하나는 중간 또는 내부 열의 볼을 포획하도록 위치된다.
제8b도는 네 개의 볼 포획 개구(426)를 갖는 다른 변형된 탭(428)을 도시한다. 두 개는 볼 배열의 외부 열에서 볼을 포획하도록 위치되며 두 개는 중간 또는 내부 열에서 볼을 포획하도록 위치된다. 본 실시예, 및 제7도 및 제8a도에서 도시된 실시예는 특정 연결의 필요를 충족하도록 용이하게 변형될 수 있다. 제8a도 및 제8b도에서 도시된 탭으로, 그리고 다른 변형예로, 제3도 및 제7도에서 도시된 탭(228)의 구멍의 수에 보다 근접하도록 프레임의 각 측면상의 보다 많은 탭을, 또는 프레임의 한 측면상의 보다 넓게 이격된 볼 포획 개구 사이의 거리를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 볼 포획 개구의 형상은 특정 실시예에 맞도록 변형될 수도 있다. 예를 들어, 재유동되는 땜납을 위한 추가의 공간을 제어하며 제공하기 위해 거꾸로 된 원추형 단면을 갖는(즉, 상부보다 넓은 하부 개구를 갖는) 또는 구멍의 하부에 카운터보어(counter-bore)를 갖는 구멍을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 모래시계 형상(hourglass configuration)을 갖는 포획 개구(재유동 땜납 제어를 위해 개구의 하부에 거꾸로된 원추 및 땜납 볼(226)의 정렬에 도움을 주는 개구의 상부의 원추)가 사용될 수도 있다.
이들 및 다른 커넥터 포획 개구는, 본 명세서에서 도시된 땜납 볼(226)을 가지고 뿐만 아니라 땜납 기둥(solder column) 및 다른 형태의 돌출된 도체를 가지고 사용될 수도 있다. 이들 커넥터의 설계 및 제조에서 숙련된 자들에게는 많은 다른 변형예가 명백할 것이다.
접촉 기구에 대해 정확하게 땜납 볼을 위치시키는 것이 필요한 경우 제8a도 및 제8b도의 로케이터 탭은 모든 종류의 소켓 및 테스터내로 일체화될 수 있다. 이들은 제3도에서 도시된 바와 같이 별개의 부품상에 있을 필요는 없으며, 소켓 하우징 또는 작동 기구내로 성형되거나 또는 그에 부착될 수도 있다.
제8c도는 포획 개구(526)가 땜납 볼의 절반까지 오는 반원인 또 다른 종류의 로케이터 탭(528)을 도시한다. 이는 큰 부피로 성형하기가 특히 용이하다.
압축 가능 커넥터 조립체(170)가 인쇄회로기판 조립체(160)에 집적회로 모듈(240)을 연결하도록 사용될 수 있다. 커넥터 조립체(170)는 본 명세서에서 참조된 버사코 등에게 특허 허여된 미합중국 특허 제5.248.262호에서 기술된 버클링 비임 종류이다.
제9도 및 제10도에서 도시된 바와 같이, 압축 가능 커넥터 조립체(170)는 상부 하우징(172) 및 하부 하우징(174)을 포함하며, 그 각각은 양호하게는 필립스 페트롤리엄 캄파니의 제품인 상표 리톤(RYTON)으로 제조되는 것이 좋다. 상부 하우징(172) 및 하부 하우징(174)은, 하나가 제4도에서 도시된, 일련의 버클링 비임 커넥터(180)를 각각 지지하는, 일련의 슬롯(176,178)을 갖는다.
압축 가능 커넥터 조립체(170)를 위한 외부 하우징(190)은 판 스프링(192)을 갖는 한 측면 및 렛지(193)를 갖는 세 측면(그중 한 측면은 조립절차를 보다 잘 도시하기 위해 생략됨)을 갖는다. 커넥터 조립체의 상부 하우징(172)은 렛지(193)를 결합(match)하는 요홈이 형성된 상부 엣지(173)를 갖는 세 개의 측면을 갖는다. 제10도에서 도시된 바와 같이, 압축 가능 커넥터 조립체(170)는 판 스프링(192)에 대해 요홈이 형성된 상부 엣지를 갖지 않는 커넥터 조립체(170)의 측면을 압박하며 그 후 렛지(193)에 의해 한정된 공동내로 대향 측면을 경사지게 함으로써 외부 하우징(190)내로 삽입된다. 그후, 판 스프링(192)은 소정위치에 조립체를 유지한다. 또한, 판 스프링에 의해 커넥터 조립체가 상부 하우징(172) 및 하부 하우징(174)내에 개별 버클링 비임 커넥터(180)의 버클링을 수용하도록 활주될 수 있다.
제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 각 버클링 비임 커넥터(180)는 양호하게는 베릴륨-동이지만, 동, 인청동 또는 다른 적절한 도체일 수도 있는 일련의 전도성 요소 또는 스트립(182)으로 제조될 수도 있다. 전도성 스트립(182)은 폴리이미드 또는 다른 적절한 유전성의 층(183)에 의해 각 측면상에 덮이는 것이 좋다. 폴리이미드 층의 개구(184)에 의해 개개의 전도성 스트립(182)이 독립적으로 기계적으로 및 전기적으로 기능할 수 있다. 전도성 스트립(182)의 팁 근처의 폴리이미드의 작은 스트립(185)은 스트립을 함께 유지한다.
전도성 스트립(182)의 상부 및 하부 단부는 상부 및 하부 하우징(172,174)내의 슬롯(176,178)을 통해 연장된다. 제6도에서 도시된 바와 같이, 각 전도성 스트립(182)의 상단부(186)는 재분포 필름(210)내의 바이어스(213)중 하나를 접촉하도록 설계되며, 위치되며 그리고 적용된다. 재분포 필름은 버클링 비임 커넥터(180)가 압력 및 이완을 받아서 굽혀지면서 전도성 스트립(182)의 이동에 의한 땜납 볼의 손상을 방지한다.
집적회로 모듈(240)상의 땜납 볼(246)은 또한 바이어스(213)를 접하며, 모듈내의 IC 칩으로부터 바이어스(213) 및 땜납 볼(226)을 통해 전도성 스트립(182)의 상단부(186)로의 전기회로를 완성한다. 전도성 스트립(182)의 하단부(188)는 인쇄회로기판(160)의 표면상의 점점(168)과 함께 전기회로를 완성시킨다.
이들과 같은 시스템은 도시된 IC 모듈과 같은 전기부품을 신속하고 정확하고 경제적으로 시험하도록 사용될 수도 있다. 부품 로케이터(220)에 의해 완전 제조 환경 또는 시험실에서 행하는 기판 및 모듈 원형제작 모두에서의 시험에서 모듈의 신속한 교환이 가능하다. 로케이터는 기판 접촉 패드에 모듈 접점을 위치시키는데 필요한 수단을 제공한다. 특정 적용예에서는, 가장 잘 매칭된 세트의 모듈을 결정하기 위해 이들 로케이터를 사용하여 카드 또는 기판 조립체가 조립(built)되는 경우 모듈 소팅 또느 매칭을 위해 이들 로케이터가 사용될 수 있다. 다른 적용예에서, 조립된 시스템은 위치에 부품 로케이터와 함께 가열되어, 그에 의해 땜납 볼 주위의 하부 용융 땜납을 재유동시켜 두 개의 부품 사이의 영구 전기 접속을 형성킬 수 있다.
상술된 부품의 조립체는 도1, 제4도, 제11도 및 도12를 참조하여 이해될 수 있을 것이다. 여러 부품이 기준 핀(125) 및 회전 핀(127)에 의해 직접 또는 간접으로 조립되며 정렬된다. 회전 핀은 기준 핀(125)으로부터 로케이터/스티프너(120)를 대각선으로 가로질로 있다. 기준 핀(125)은 X 및 Y 방향으로, 즉, PC 기판(160)의 평면에서, 각 소켓 부재 및 기판의 설치를 제어한다. 스페이서(140), 인쇄회로기판(160), 압축 가능 회로 커넥터를 위한 외부 하우징(190), 재분포 필름(210) 및 부품 로케이터(220)는 기준 핀(125)을 결합하는 크기의 기준 구멍(각각 145,165,195,215,225)을 갖는다.(기준 핀(125)은 직경이 3.45±0.013mm일 수도 있으며, 구멍(145,165,195,215,225)은 직경이 3.5±0.025mm일 수도 있다) 마찬가지로, 래치(260)는 기준 핀(125)을 결합하는 크기의 기준 슬롯(285)을 갖는다.
제7도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 회전 핀(127)은 다이아몬드 형상이며 소켓 및 기판의 각 부재의 회전을 제어한다. 회전 구멍(147,167,197,217,227)(스페이서(140),인쇄회로기판(160), 압축 가능 커넥터 조립체를 위한 외부 하우징(190), 재분포 필름(210) 및 부품 로케이터(220)에서) 및 래치(260)에서의 회전 슬롯(265)과 데체로 동일한 크기의 이 핀의 가장 긴 대각선은 기준 핀(125)에 대해 이들 부재의 회전을 제어한다. 핀(127)의 다이아몬드 형상은 치수의 작은 변화가 있는 경우 부재의 조립을 용이하게 한다.
로케이터/스티프너(120)는 두 개의 클램핑 핀(129)을 또한 갖는다. 스페이서(140), 인쇄회로기판(160), 압축 가능 커넥터 조립체를 위한 외부 하우징(190), 재분포 필름(210) 및 부품 로케이터(220)는 각각 클램핑 핀(129)을 결합하도록 된 두 개의 클램핑 구멍(149,169,199,219,229)을 갖는다, 기준 핀(125) 및 회전 핀(1270)과 함께 클램핑 핀(129)은 소켓 부재를 함께 클램핑하도록 사용된다.
회전구멍(147,167,197,217,227), 회전 핀(127)의 가장 긴 대각선, 및 회전 핀(127)의 헤드(135)는 기준 및 클램핑 구멍보다 크가. 따라서, 땜납 볼(226), 바이어스(213), 버클링 비임 커넥터의 전도성 스트립의 상단부(186) 및 하단부(188) 및 인쇄회로기판상의 접점(166)이 모두 올바로 정렬되는 것을 보장하는 것을 돕는 방식으로 향해질 겨우 이들 부품은 서로 결합될 것이다. 조립을 돕도록 그리고 인쇄회로기판상의 접점에 각 부제 및 모듈의 올바른 방향을 보장하도록, 스페이서의 모서리, 압축 가능 커넥터 조립체를 위한 외부 하우징, 재분포 필름, 부품 로케이터 및 래치는 모따기(45도 각도로 절단)되거나 또는 달리 표시되며, 인쇄회로기판 및 IC 모듈이 표시된다.
조립방법의 제1 단계는 기준, 회전 및 클램핑 핀들(125,127,129)상에 스페이서(140)를 위치시키는 것이다. 도1에서 도시된 실시예에서, 스페이서는 전체 조립체에 탄성을 주는 탄성중합체 재질로 제조되어 조립된 부품이 약간 압박될 수 있어서 부품이 래치(260)의 설치를 용이하게 한다. 탄성중합체 스페이서는 조립된 부품상의 접촉 압력을 또한 유지한다. 후술되는 바와 같이, 비 탄성중합체 스페이서가 본 발명의 다른 실시예와 함께 사용될 수도 있다.
기준, 회전 및 클램핑 핀들은 PC 기판(160)의 대응 구멍내로 삽입되며, 상술된 위치의 압축 가능 커넥터 조립체(170)와 함께 외부 하우징(190)은 핀 상에 위치된다. 외부 하우징(190)은 ±0.025mm(0.001 in)의 공차로 위치에 커넥터 조립체를 유지한다.
그 후, 재분포 필름(210) 및 부품 로케이터(220)가 핀 상에 위치되며, IC 모듈(240)이 부품 로케이터 프레임(220)상에 위치되어, 모듈상의 땜납 볼(246)은 볼 포획 구멍(226)내로 삽입된다. 부품 로케이터(220)는 ±0.076mm(0.003 in)의 정확도로 땜납 볼(246)을 위치시키도록 기계가공된다. 부분적으로는, 레이저 가공기(laser profiler)로 부품 로케이터(220)의 볼 포획 구멍(226)을 기계가공함으로써 이러한 정확도가 얻어진다.
IC 모듈 위에 래치(260)를 위치시킴으로써 조립체가 완성된다. 도시된 래치는 조립 및 래칭을 용이하게 하기 위한 세 개의 다른 종류의 개구-회전핀(127)을 결합하는 크기의 키이구멍형 회전 슬롯(265), 회전 슬롯(265)가 대체로 동일하나 클램핑 핀(129)을 결합하는 크기의 키이구멍형 클램핑 슬롯(275), 기준 핀(125)을 결합하는 크기의 반원형의 단이진(stopped) 기준 슬롯(285) 및 클램핑 핀(129)을 결합하는 크기의 반원형의 단이진 클램핑 슬롯(295)을 포함한다.
제12a도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 회전 핀(127) 및 클램핑 핀(129)은 핀의 하부 부분보다 약간 작은 목부(131,133) 및 완성된 조립체 상에 래치(260)를 지지하기 위한 큰 헤드(135,137)를 갖는다. 회전 슬롯(265)은 회전 핀(127)의 큰 헤드(135)가 통과할 수 있는 원통형 구멍(266)을 가지며, 클램핑 슬롯(275)은 클램핑 핀(129)의 큰 해드(137)가 통과할 수 있는 원통형 구멍(276)을 갖는다. 단이진 슬롯(267,277)은 원통형 구멍(266,276)의 좌측으로 연장된다. 이들 각 단이진 슬롯(267,277)은 래치의 상부로부터 견부(269,279)로 연장된 상부 슬롯(268,278)을 갖는다. 원통형 구멍(266,276)과 같이 상부 슬롯(268,278)은 회전 핀(127)의 헤드(135) 또는 클램핑 핀(129)의 헤드(137)를 각각 수용하기에 충분하도록 넓다.
하부 슬롯(270,280)은 견부(269,279)로부터 래치의 하부로 연장된다. 하부 슬롯은 각각 회전 및 클램핑 핀들(125,127)의 목부(131,133)에 대해 충분히 넓으나 핀의 헤드(135,137)가 통과할 정도로 넓지 않다. 하부 슬롯(270,280)의 측면은 후술되는 바와 같이 위치에 래치를 로킹하여 조립된 부품상에 압력을 가하도록 사용되는 램프(272,282)를 한정한다.
반원형의 단이진 기준 슬롯(285) 및 클램핑 슬롯(295)은 단이진 슬롯(267,277)과 구조가 유사하다. 각 반원형의 단이진 기준 슬롯(285,295)은 상부 슬롯(288)(대응기준 또는 클램핑 핀의 헤드를 위해 충분히 크다), 견부(289) 및 하부 슬롯(290)(대응 핀의 목부만큼 작으나, 헤드가 통과할 정도로 충분히 크지는 않다)을 포함한다. 하부 슬롯(290)의 측면은 하부 슬롯(270,280)의 램프(272,282)와 협력하여 위치에 래치를 로킹하여 조립된 부품들상에 압력을 가하도록 사용되는 램프(292)를 한정한다.
회전 핀(127)의 헤드(135)가 키이구멍형 회전 슬롯(265)내의 원통형 구멍(266)으로 삽입되며 하나의 클램핑 핀의 헤드(137)가 키이구멍형 클램핑 슬롯(275)의 원통형 구멍(266)으로 삽입되도록 래치는 조립된 부품상에 위치된다. 래치는 스페이서(140)를 압축하여 핀의 헤드(135,137)가 회전 및 로케이터 슬롯(265,275)의 견부(269,279)를 통과할 수 있도록 압박된다. 그후, 래치(260)는 래치의 상부상의 널링된 노브(262)를 사용하여 우측으로 활주하여 회전, 클램핑 및 기준 핀들의 헤드가 하부 슬롯(270,280,290)의 측면에 의해 한정된 램프(272,282,292)위로 그리고 상부 슬롯(268,278,288)의 등내로 올라타서 헤드들은 견부(269,279,289)에 의해 지지된다. 램프 및 견부는 로케이터/스티프너(120) 및 스페이서(140)와 함께 조립된 전기부품상에 소정의 접촉 압력을 발생시켜 유지하도록 설계된다. 이러한 압력은 바이어스(213)를 통해 전도성 스트립(182)에 땜납 볼(246)에 의해 전달되며 인쇄회로기판(160)상의 접점(166)으로 전도성 스트립에 의해 전달되어 IC 모듈(240)에 가해진다. 이러한 방법에서, 미합중국 특허 제5,248,262호에서 도시된 바와 같이, 버클링 비임 커넥터(180)는 부품에 통상 볼당 약 50g의 소정의 접촉 압력을 유지하는 위치로 압축되어 굽혀진다. 따라서, 땜납 볼(1460), 바이어스(213), 버클링 비임 커넥터(180) 및 인쇄회로접점(168) 사이의 정확한 정렬 및 적절한 연결을 보장하는데 더하여, 본 장치에 의해 제공된 접촉 압력은 부품 사이의 양호한 전기접속을 보장한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 커넥터 조립체(220)는 생략될 수도 있으며, 땜납 볼 또는 다른 돌출된 접속부가 제2부품상의 접점과 직접 접촉될 수도 있다.
로케이터/스티프너(120)의 프레임(121)은 중심 허브(123)에서 만나는 가로 부재(122, cross-member)를 포함한다. IC 모듈(240)에 가해진 압력은 인쇄회로기판(160)을 과도하게 변형시키지 않도록, 허브는 조립체를 보강한다. 또는, 로케이터/스티프너는 중심 허브(123)내의 나사구멍(124)을 통해 연장된 액츄에이터 스크루(134)를 포함할 수도 있다. 액츄에니터 스크루(134)는 스페이서(140)상의 압력을 조절하며, 로케이터/스티프너(120)로부터 이격된 푸시 스페이서(140)를 압박하여 래치(260)를 향해 PC 기판(160)을 압박하도록 사용될 수도 있다. 이에 의해 버클링 비임 커넥터(180)가 버클링되며 재분포 필름(210)상의 각 바이어스 상에 통상 50g의 수직력이 가해진다. 이러한 방식으로 사용될 경우, 스페이서(140)는 버클링 부재(180)에 의해 가해진 수직력에 의해 굽혀지는 것으로부터 PC 기판을 지지할 수 있어야 한다. 따라서, 스크루(134)와 함께 사용될 경우, 스페이서(140)는 탄성중합체는 아니다. 그렇지 않으면, 스페이서(140)는 탄성중합체 재질이다.
제13도 및 제14도는 액츄에이터(260) 대신에 사용될 수도 있는 다른 액츄에이터 조립체(360)를 도시한다. 액츄에이터 조립체(360)는 중심 채널(364)을 한정하는 프레임(362) 및 중심 채널(364)내로 프레임의 나사구멍(370)을 통해 연장된 액츄에이터 스크루(372)를 갖는다. 포스 블록(380, force block)은 액츄에이터 스크루(372)의 하단부에 장착되어 스크루는 블록에 대해 회전될 수 있다. 스크루의 회전은 중심 채널(364)에서 포스 블록(380)을 상향 및 하향으로 이동시키며, 포스 블록이 IC 모듈(340)상에 압력을 가하도록 한다.
모듈(240)과 같이, 모듈(340)은 하부면 상에 일련의 땜납 볼(346)을 갖는다. 모듈(340)은 상부면에 부착된 히트 싱크(350)를 또한 갖는다. 포스 블록(380)은 히트 싱크(350)에 대해 압박된다. 양호하게는, 모두 금속으로 제조딘 히트 싱크, 포스 블록, 및 액츄에이터 프레임(362)은 IC 모듈로부터의 열의 소산에 협력한다.
도1에서 도시된 래치와 같이, 액츄에이터(360)는 회전 핀(127)을 결합하는 크기의 회전 슬롯(제13도의 상부 모서리에 가려짐)을 갖는다. 액츄에이터(360)는 기준핀(125)을 결합하는 크기의 하나의 반원형의 기준 슬롯(365) 및 클램핑 핀(129)을 결합하는 크기의 반원형 클램핑 슬롯(366) 및 키이구멍형 클램핑 슬롯(366)을 갖는다. 액츄에이터(360)가 부품상에 압력을 발생시키기 위한 램핑(ramping) 작용을 사용하지 않기 때문에 이들 슬롯은 제11도 및 도12에서 도시된 램프를 갖지 않는다. 모든 다른 점에서는, 슬롯들은 대체로 동일하다.
액츄에이터(360)는 액츄에이터 스크루 및 포스 블록을 갖는 부품상에 힘을 가한다. 액츄에이터 스크루(372)의 헤드(374)는 적절한 렌치, 양호하게는 외팔보식 토크 드라이버를 수용할 수 있는 육각 소켓(376)을 갖는다. 필요한 토크는 모듈 상의 볼의 수에 따라 변화될 것이다. 625 볼에서는, 토크는 통상 4.6cmㆍkg(4 in-1bs)일 것이다.
중심 허브(124)에서 다른 액츄에이터 스크루(134)를 사용하여 도1의 실시예에서 압력을 가하기 위한 유사한 방법이 사용될 수도 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 액츄에이터 스크루(134)는, 시스템의 전기부품 상에 압력을 발생시키는데 더하여, 인쇄회로기판(160)이 인쇄회로기판(160)상에 가해지는 압력을 저항하는 것을 도울 것이다. 액츄에이터 스크루(134)를 갖는 사용된 변형된 스페이서는 시스템에 부하를 가하도록 그리고 작동중 변형으로부터 인쇄회로기판을 지지하도록 금속 또는 다른 재질로 제조된다.
따라서, 본 발명은 정확하게 신속하게 그리고 경제적으로 전기 부품을 위치시키기 위한 적용 가능한 시스템을 제공한다. 본 발명의 도시된 실시예는 전기부품을 시험을 위해 임시로 또는 영구적으로 신속하고 정확하고 경제적으로 정렬하고 연결하기 위한 수단을 제공한다. 오정렬 및 단락의 가능성이 대체로 감소된다. 상술된 바와 같이, 0.076mm(0.003 in) 또는 보다 양호한 정렬 공차가 본 발명에서 얻어질 수 있다. 본 기술분야에서 숙련된 자들은 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 이하의 특허청구의범위에 의해 한정된 이들 실시예에 대한 많은 변형이 본 발명의 범위내에서 가능하다.

Claims (17)

  1. 표면으로부터 돌출된 도체를 갖는 제2전기회로 부재와 표면에 전기 접점을 갖는 제1전기회로 부재를 상호 전기 접속시키기 위한 장치에 있어서, 전기절연 부품 로케이터와, 상기 제1회로 부재와 상기 부품 로케이터를 정렬시키기 위한 수단을 포함하며; 상기 부품 로케이터는 상기 돌출된 도체가 연장되는 크기로 되어 위치된 다수의 포획 개구를 포함하며, 그에 의해, 상기 제2회로 부재는 소정 위치에 위치되며 상기 도체는 상기 제1회로 부재 상의 미리 선정된 접점과 전기회로를 완성시키도록 위치되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출된 도체는 일련의 금속 볼을 포함하며, 상기 부품 로케이터는 내부에 중심 개구를 갖는 프레임을 포함하며, 상기 포획된 개구는 상기 중심 개구 주위로 상기 프레임애에 위치되는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프레임은 상기 중심 개구내로 연장된 하나 이상의 탭을 포함하며, 상기 포획 개구의 적어도 몇몇은 상기 탭의 적어도 하나 내에 위치되는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 포획 개구는 직경이 약 1.02mm(0.040 in)이며, 상기 볼은 직경이 약 0.89mm(0.035 in)인 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 금속 볼은 땜납으로 구성되는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부품 로케이터는 열가소성 폴리에스터 시트로 구성되는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열가소성 폴리에스터는 작동시 수축을 감소시키도록 약 30분동안 약 160℃의 온도로 가열되는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1전기회로 부재는 인쇄회로기판에 전기 접속들 압축 가능 커넥터 조립체를 포함하며, 상기 제2전기회로 부재는 상기 부재의 표면상의 일련의 땜납 볼을 갖는 집적회로 모듈을 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 절연재를 통해 연장된 다수의 전도성 바이어스를 갖는 전기 절연재로 되어 적어도 몇몇 땜납 볼이 적어도 몇몇 상기 바이어스를 접하도록 상기 집적회로 모듈과 상기 압축 가능 커넥터 조립체 사이에 위치된 재분포 필름을 또한 포함하며, 상기 압축 가능 커넥터 조립체는 다수의 버클링 전도성 커넥터를 포함하며, 상기 버클링 커넥터중 적어도 몇몇은 한 단부가 상기 인쇄회로기판상의 접촉 패드를 접하며 다른 단부가 상기 바이어스중 하나를 접하며, 그에 의해, 상기 땜납 볼은 상기 인쇄회로기판상의 상기 접촉 패드에 상기 버클링 커넥터 및 사이 바이어스를 통해 전기 접속되는 장치.
  10. 다수의 접점을 갖는 제1전기부품 및 다수의 돌출된 도체를 갖는 제2전기부품을 위치시켜 전기 접속시키기 위한 커넥터에 있어서, 다수의 버클링 비임 커넥터를 갖는 압축 가능 커넥터 조립체와, 상기 압축 가능 커넥터 조립체 와 상기 제2부품 사이에 위치된 전기 절연 부품 로케이터를 포함하며; 상기 각 버클링 비임 커넥터는 상기 압축 가능 커넥터 조립체 로부터 연장되도록 제1 및 제2단부를 갖는 다수의 전도성 요소를 각각 포함하며 상기 전도성 요소의 상기 제1단부는 상기 제1부품상의 상기 접점과 접촉되며; 상기 부품 로케이터는 상기 돌출된 도체의 적어도 몇몇이 상기 개구내로 연장될 수 있는 크기이며 이격된 다수의 개구를 포함하며; 상기 제2전기부품은 소정위치에 유지되며, 상기 돌출된 도체는 상기 버클링 비임 커넥터의 소정 단부에 전기 접속되며 상기 버클링 비임 전도성 요소를 통해 상기 인쇄회로기판상의 소정 접점과 전기 접속되는 커넥터.
  11. 제10항에 있어서, 절연재를 통해 연장된 다수의 전도성 바이어스를 갖는 전기 절연재로 되어 상기 돌출된 도체의 적어도 몇몇이 적어도 상기 바이어스의 몇몇과 접하도록 상기 집적회로 모듈과 상기 압축 가능 커넥터 조립체 사이에 위치된 재분포 필름을 포함하며, 그에 의해, 상기 돌출된 도체중 적어도 몇몇은 상기 바이어스를 상기 버클링 비임 커넥터의 적어도 몇몇과 전기 접속되며 상기 바이어스 및 상기 버클링 비임 커넥터를 통해 상기 제1전기부품 상의 상기 적어도 몇몇 접점과 전기 접속되는 커넥터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1전기 하우징은 인쇄회로기판이며 상기 압축 가능 커넥터 조립체는 커넥터 조립체 하우징 내에 장착되며, 기부 및 상기 기부로부터 연장된 다수의 핀을 갖는 정렬 부재를 또한 포함하며, 상기 핀은 상기 인쇄회로기판의 구멍을 통해, 상기 커넥터 조립체 하우징의 구멍을 통해, 상기 부품 로케이터의 구멍을 통해 그리고 상기 부품에 대해 상기 제2전기부품을 유지하도록 위치된 래치 부재의 구멍을 통해 연장되도록 위치시키는 커넥터.
  13. 제10항에 있어서, 상기 돌출된 도체는 땜납 볼로 구성되는 커넥터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1전기회로 부재는 인쇄회로기판으로 구성되며 상기 제2전기회로 부재는 집적회로 모듈로 구성되는 커넥터.
  15. 인쇄회로기판에 대해 모듈 표면으로부터 돌출된 도체를 갖는 집적회로 모듈을 위치시키는 방법에 있어서, 상기 인쇄회로기판에 대해 압축 가능 커넥터 조립체를 정렬시키는 단계와, 상기 압축 가능 커넥터 조립체에 대해 상기 돌출된 도체를 수납하도록 된 개구를 갖는 로케이팅 프레임을 정렬시키는 단계와, 상기 로케이팅 프레임에 대해 상기 모듈을 위치시켜 상기 돌출된 도체가 상기 개구내로 연장되어 상기 커넥터 조립체 상의 소정 접점에 전기 접속되는 단계를 포함하는 방법.
  16. 부품들중 제1부품은 적어도 하나의 표면상에 접점을 가지며 부품들중 제2부품은 상기 접점중 소정의 접점과 함께 전기회로를 완성시키도록 된 이격된 돌출 도체를 갖는 다수의 전기부품을 임시 연결하는 방법에 있어서, 상기 제1부품에 대해 상기 돌출된 도체를 수납하도록 된 개구를 갖는 로케이팅 프레임을 정렬시키는 단계와, 상기 로케이팅 프레임에 대해 상기 부품을 위치시켜 상기 돌출된 도체가 상기 개구내로 연장되어 상기 제1부품상의 소정 접점에 전기 접속되는 단계와, 상기 로케이팅 프레임에 대해 상기 제2부품을 압박하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2부품이 상기 로케이터 프레임에 대해 압박되는 동안 상기 전기 부품중 적어도 하나의 전기부품을 시험하는 단계를 포함하는 방법.
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