高密度接插件系统本发明涉及电接插件，更准确地说，涉及供子插件与后面板(Back
panels)互连用的高密度接插件。
用于数据处理及通信系统的电子器件构造的不断进步，对电接插件
的设计寄予严格的要求。特别是，对于提高固体器件集成化及提高数据
处理与通信速度的设计的进步，需要具有更高密度及插腿数量的电接插
件。设计具有更高密度与更高插腿数量的接插件，要求仔细考虑由减小
触点之间距离引出的问题。这在包含子插件/后面板互连的应用中是特别
实际的，此处接插件起着建立电连接的作用与将子插件机械地夹持在适
当位置的作用。
密度与插腿数量常被认为是可互换的，但有显著的差别，密度指的
是每单位长度所提供的触点数。可是，能够合理地经受插合与拔脱力的
接触元件数才称为插腿数量。随着在半导体芯片或挠性电路基片上集合
更多的功能以及在印刷电路板(PCBs)上安装更多的芯片，每个PCB
或挠性电路必须提供更多的输入端与输出端(I/Os)。对于更多的I/Os
的要求直接转换成不损失电气或机械性能条件下对更大密度的要求，尤
其是当这样的器件与集成技术应用在具有后面板的装置中时是这样。
高密度接插件电性能的重要性已在Lemke的No.4,824,383美国专
利中认识到，并结合于此作为参考。该专利对用于多心线电缆或多迹线
基片的插头与插座接插件的设计提出了建议。在这样的设计中，通过使
用导电壁(conductive wall)来防止或尽量减小串音与信号衰减，使电
气性能依靠对单个接触元件或成组接触元件进行电气上隔离而得到保
障。虽然No.4,824,383美国专利中公开的接插件提高了触点元件的密度，
但产业驱使对密度的要求继续增长。Lemke等人的5,057,028号美国专
利及Lemke等人的5,169,324号专利(现在是Re,35.508美国专利)全部
结合于此作为参考，它们公开了用于附加到印刷电路板(PCBs)上的双
排插头与插座接插件，这种接插件通过使导电壁来提供隔离再次展示了
良好的电气性能。
高密度接插件的电气性能也是4,846,727、5,046,960、
5,066,236、5,104,341、5,496,183、5,342,211和5,286,212号美国专利
的关注点。这些专利公开了结合于插头与插座系统中的带状线结构的各
种形式。在高密度带状线结构中，各列接触元件并排地排列成阵列，并
带有配置在每列之间的导电板。该接插件设计成使插头与插座接地板彼
此接触，借此提供各列之间的隔离。该系统的进一步情况是插座的模型
化设计。每列插座接触元件依靠将这些接触元件模制成介电材料框架而
构成。这些类型接插件的问题之一在于用作电气隔离的导电壁的使用需
要空间。在某些应用中，这种隔离所必需的空间或容积是不现实的。
在那些空间紧张的应用中，为达到所希望的电气性能，建议曾包括
使用其中被选定用于信号传输的一个插腿定位在与地相连接的诸插腿中
间的高密度接插件。这种模式被称作填隙式配置。这样的接触元件模式
在5,174,770、5,197,893和5,525,067号美国专利中被提出。将会理解，
在这种隔离方案能够在更紧凑的接插件中实现的同时，这种方案比以前
描述的使用导电壁的接插件中可达到的相比需更大数量的插腿。
在后面板应用中，增加插腿数量对机械完整性有直接影响。随着插
腿数的增加，后面板与子插件中孔洞或通孔的数也在增加。随着印刷电
路板中孔洞数量的增加，而与此同时每个孔洞之间的距离减少，与高密
度应用的情况一样，印刷电路板的机械完整性在下降。随着机械完整性
下降，后面板将子插件机械地夹持在适当位置的能力在降低。
将会理解，在后面板的应用中，依靠使用将两者在电气上互连的接
插件，使子插件被夹持在适当位置上，即垂直与水平方向，有时是唯一
的。子插件尺寸、子插件数量及安装在子插件上的元件联合，导致组装
后作用在后面板上的应力及力矩。如果由于较大数量密集间隔开的通孔
使得后面板材料的量在个别位置上减小，则后面板的故障就可能发生，
即后面板可能变形，甚至折断。
一种可能的结论是，对后面板机械故障的解决将采用表面安装技术
(surface mount technique)来建立对后面板的电连接。因为表面安装
技术不要求使用通孔，故这种技术将提供使高密度接插件与后面板连接
的能力而又不影响机械完整性。不幸，这种解决方案是不成功的。
表面安装技术典型地包括使用胶糊将元件暂时固定在印刷电路板
上。胶贴之后，板与暂时固定的元件被加热，以便使预先涂复在表面安
装元件引线上的焊接材料软熔(reflow)。在后面板的应用中，许多接
插件附加在该后面板上，该后面板典型地是一个相对大的电路板。为了
确保充分的软熔，借此建立良好的电连接，对于遍布相对大的板面上的
许多元件来说，后面板要经受显著的加热。遗憾地是，在持续时间内过
高或过长的加热，实际上能够妨碍建立良好的表面安装终端。因此，表
面安装技术不足以替代后面板应用中对高密度接插件的需要。
因此，仍旧需要这样的接插件系统，它使对于接地/信号分配适用的
接触元件的数量达到最大，并且既不危害后面板应用的电气完整性也不
危害其机械完整性。
当设计高密度接插件，尤其是对于后面板应用时，另一个必须考虑
的意见是设计用于附加接插件插座部分的结构。插座附属件中的一个重
要因素是对准。当单个插座接触元件对不准时，插接力增加一个微不足
道的量。可是，当对不准发生在高密度接触插座中时，插接力可能增长
到难以接受的水平。换句话说，在插座往电路板上安装的过程中如果发
生对不准，对于待安装到插头上的板或反过来，这可能成为不现实的。
因此，仍旧需要这样的高密度接插件系统，它在安装后提供充分的
对准，致使插接力保持在可以接受的限度以内。
在新颖的高密度电接插件中，上述问题得以解决并可获得其它的优
点。在一个实施例中，该接插件包括一具有多个孔洞的基座构件。第一
类许多接触元件定位在某些孔洞中。第二类许多接触元件定位在另一些
孔洞中。每个接触元件的尾部超过该基座构件伸出一段距离。第二类许
多接触元件的尾部通过孔洞充分地插入电路板，以便夹持第一类接触元
件的尾部靠在电路板上。
当施加压力时，最好第一类接触件的尾部能够轴向移动。在较后的
实施例中，尤其是最好第二类触件的尾部包括一弯曲形结构。
在另一实施例中，接插件包括一框架和一个附加在该框架上的接触
元件层。每个接触元件包括一接收部分和一尾部。该尾部的末端靠近该
框架底表面定位。多个可熔元件，例如焊球(solder ball)，放置在靠近该
尾部的末端。在该实施例中，这些焊球在距该基座所希望的距离以内扩
展。这一结果是通过使用具有可变形的球形的焊球来达到的。尤其是最
好可变形的球形具有压扁的底表面。
在更进一步的实施例中，凸出体附加在该框架的底部，用于将所述
框架相对于印刷电路板进行锁定与限位。在该实施例中，再次优选焊球
具有可变形的球形，其中可变形的球形是压扁的，即该焊球的形状比包
括宽度大于高度。
通过参照下面结合下列附图对发明的详细描述，本发明将被更好的
理解，且其众多目的及优点将变得清楚，其中：
图1是根据本发明构成的底座(header)的局部剖视图；
图2是图1中描绘的完整底座的顶视图；
图3是图1的底座待安装其上的印刷电路板的顶视图；
图4是根据本发明构成的插座的简略侧视图；
图5是在图4中描绘的插座的放大简略视图；
图6是其上安装有焊球的接触元件之一端部的更进一步放大的视
图；
图7是在根据本发明的方式使焊球变形之后，图6中表示的接触元
件视图；以及
图8是在焊球已被软熔而在接触元件与印刷电路板之间建立电连接
之后，图7中描绘的接触元件及印刷电路板的视图。
如上所述，在工业上仍旧需要一种具有更高密度的接插件，为此，
一种新的接插件10已被提出并概括地描绘在图1中。虽然所描绘的是插
头(plug)，但应理解，本发明既适用于插头，也适用于插座
(receptacle)。所看到的接插件10包括侧壁12和14以及基座壁16。
大量叶片18与20配置在底壁16中。需要指出，叶片18包括一可变形
的尾部，最好做成压配合截面的形式，在底壁16的底表面下面伸出一段
距离。相反，叶片20包括一短得多的可压缩的尾部，从底壁16的底表
面只伸出一短距离。需要指出，叶片20尾部的弯曲形或S形允许该尾部
因对其施加力而被压缩。图2是插头10的顶视图。
根据本发明构成的接插件具有这样的优点，它只要求一半插腿具有
通孔，而另一半使用接触垫片以建立电连接。在后面板应用中，这样的
结构可保护后面板的机械完整性，同时提供明显更高的插腿密度。图3
描绘出其上待安装插头10的这部分印刷电路板22。电路板22包括孔洞
24与接触垫片26的图案。应该指出，接触垫片的直径小于孔洞的直径，
孔洞与接触垫片排列成交替分布的图案。
当插头10安装到电路板22上时，叶片18的尾部被插入孔洞24中。
该插接力引起叶片20的可压缩端部与垫片26建立电接触。对于叶片18
的尾部来说，最好不是可变形的，就是具有某种形状，以在该尾部与电
路板22之间引起足够的摩擦力，而将插头10夹待在适当的位置并保持
叶片20的尾部与接触垫片26之间的电接触。
现在参照图4，对根据本发明构成的接插件30进行描述。虽然描绘
的是插座，但应理解本发明无论对插头还是插座都是适用的。接插件30
被简略地表示为包含许多个接触元件32。应该指出，这些接触元件一般
取向同一个平面，并且最好作为成层的模件来提供。因此插座30的组装
需要将许多层接触元件并排进行堆积。如图5所示，每层接触元件包括
由直立部分36和基座部分38构成的定位框架。将部分36与38整体模
压在一串接触元件32上从而构成接触元件模件，这在制做过程中可能是
所希望的。
一种传统的向印刷电路板40上安装插座30的方法是通过使用伸长
的尾部42穿过印刷电路板40中适当尺寸的孔洞，依靠焊接等方法进行
连接。可是，正如涉及安装于图3中电路板22上的插头曾经指出的那样，
孔洞尺寸可能对接触元件密度具有限制作用。为此，本发明的插座包括
一种用于在模件30与电路板40之间建立电连接的新颖结构。
本发明利用可熔元件，例如焊球，将模件30安装到板40上。因为
模件30为一高密度模件，故使用焊球将足以建立两者的电连接以及提供
足够的机械力以保持模件30的连接。为此，接触垫片(未示出)的图案
安排在电路板40的表面上。
在基座部分38上设置有键控栓44，用于使接触元件32的尾端对准
单个接触垫片的上方。台肩46与支腿48用来将基座部分38的底部与电
路板40的顶部隔开。对于精确地固定这一距离它是所需要的。正如涉及
图6-8将更详细说明的那样，接触元件32通过使用焊球与电路板40
的表面上的接触垫片(未表示)进行电连接。
现在参见图6，接触元件32之一的端部被公开。表示出一附加在端
部52上的可熔元件例如焊球50。可通过任意适当的方法附加焊球，例
如通过软熔技术。应当指出，基座38的底表面超过端部52的端表面伸
出一短的距离。换句话说，端部52的表面凹进于基座部分38之中。在
焊球50附加于端部52上之后，该焊球扩展超出基座部分38底表面。
尽管使用焊球允许实现高密度连接而不用通孔，但仍存在一个问
题。因为焊球扩展超出基座部分38的底表面，故当接插件装配到电路板
上时，接插件30可在该电路板的上方被悬起一短距离。在此情况下，当
为建立与接触垫片(未表示)的电连接焊球50被软熔时，模件30将产
生移动，即重新调整。这种重新调整能够引起插接力增长到难以接受的
水平。依靠本发明这一问题基本上被克服。
在本发明中，可熔元件产生形变而得出一种形状比，其中宽度(与
其上待安装接插件的电路板平行的尺寸)大于高度(与从电路板的连接
点至框架的连线平行的尺寸)。在这一情况下，可熔元件的形状比大于
一。换言之，该可熔元件或焊球的宽度大于高度。
简单地考虑用于将变形的可熔元件，如焊球在接触元件32的端部定
位的技术。可预见两项普通的技术。按照第一项技术，可熔元件如焊球
向元件32的端部被挤压并于此后产生变形。该变形工艺既可包括对框架
固定并朝着每个焊球的底表面挤压或打击一压板类的装置(未示出)，
也可包括朝着一砧座类的装置挤压每个焊球的方法。无论哪种情况，最
好该焊球变形后具有压扁的形状。
按照将可熔元件如焊球附加至接触元件32端部的第二项技术，该可
熔元件被放置在靠近接触元件的端部或端柱附近并经受加热以便引起软
熔的产生。软熔将使该可熔元件与端柱相连接。此后，该可熔元件发生
形变。再重复一遍，该变形工艺既可包括将框架固定并朝着每个可熔元
件的底表面挤压或打击一压板类的装置，也可包括朝着一砧座类的装置
挤压每个焊球的方法。无论哪种情况，再次最好该焊球变形后具有压扁
的形状。
考虑到使用焊球作为可熔元件的情况。在制做之后有可能出现焊球
的端部扩展超出由台肩46与支腿48所建立的间距。换言之，当接插件
被放置在电路板上时它最初就可能被某些焊球支撑而不是被台肩46与支
腿48支撑。当焊接剂熔解时，随着软熔过程的持续，接插件将在物理意
义上朝电路板移动，因此重调该接插件。当使用压扁的或变形的(形状
比大于1)焊球时，该接插件移动一较短的距离。因此，对不准的机会
明显地小，因为在软熔之前该接插件在三维方向(x,y与z)上处在更靠
近理想位置的位置上。具有接插件在软熔之前尽可能靠近极限z位置定
位是最关键的。
特别是参照图7可以看出，焊球50最好是通过向其施加一个压力而
产生形变。施加这样的压力最好使该焊球由球形变成具有扁平底的形
状，即形状比大于1。当焊球50软熔时，它消除塌陷的或畸变的形状并
改变接插件的高度(elevation)而恢复成球形。这种软熔的焊球的一个
例子表示于图8中。如从图8中看到的那样，在软熔之后焊球50扩展一
个这样的距离，足以使电接触立刻在电路板40与接触元件32的端部52
之间建立起来。
已经发现，当焊球软熔时，在这种运作中所产生的机械力引起接插
件的重新调整。这种重新调整能够引起配对接插件之间的插接力上升到
难以接受的水平。可是，依靠第一类焊球成形方法，如图7所示，所发
生的重新调整的程度明显下降。随变形焊球软熔的插接力不会上升到难
以接受的水平。
因此将会看出，通过利用变形焊球来建立与电路板40的电连接，电
连接能够在比至今可实现的小得多的表面面积上建立起来，于是可显著
地提高接触元件密度的潜力。
在对本发明进行了描述并参照其特殊实施作了说明的同时，本领域
的普通技术人员应认识到，可以做出改进与变化，而不脱离如上所描述
并陈述于随后的权利要求中的本发明的原则。