(57)【要約】【課題】  半田を追加する必要を無くする。【解決手段】  溶融した半田を、遠隔半田貯蔵から形成すべき半田接合部まで移動するための媒体として、スタンピング又はピン或いはパッドの電導面、例えば金属性表面を使用する半田移動方法。好ましき実施形態では、前回第１のリフロー・ステップにおいて表面実装パッド上形成された半田溶着物が、隣接する接触面までウイッキング工程により移動し、強力な半田接合を創製するのに必要な追加半田を供給する。接触面の１つが、第１ＰＣＢ上の接触部又はピンであり、他の接触面が例えばメモリ・カードとしての第２ＰＣＢ上のＳＭＴパッドである場合、本発明の工程によれば、接触面の間に強力な半田接合を作製するために、二次リフロー・ステップ時に追加半田を必要せず、ＳＭＴ工程によるメモリ・カードの第１のＰＣＢへの付着が容易になる。【選択図】  図１
2004207232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の電気接触部に半田付けされるべき第１の電気接触表面領域を備える第１の位置を有し、前記第１の位置には、後続ステップで装置とコネクタがリフローされる時に第１の表面領域と他の電気接触部の間で強力な半田接合を実現するのに十分な半田が不足しており、移動装置が、
ａ）前記装置を前記コネクタに接続する手段と、
ｂ）前記装置上に前記第１の位置から離れて、再溶融し、第１の位置へ移動したときに第１の表面領域と他の電気的接触部との間に強力な半田接合を実現するのに十分である付着貯蔵量の固形化したリフロー半田を備える第２の位置とを備え、
ｃ）前記固形化したリフロー半田貯蔵の量及びその前記第１の接触表面領域とのスペーシングが、後続ステップ中前記装置及び前記コネクタをタイド・ソルダ・リフロー温度まで加温した際、前記固形化したリフロー半田貯蔵が再溶融し、前記第２の位置におけるその位置から前記第１の位置に吸い取られ、冷却時に前記第１の接触表面領域と他の電気接触部の間で強力な半田接合部を実現できるようになっているコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項２】
前記コネクタ上の第１の位置が、前記第１の接触表面領域を有す電導ピンを備え、前記第１の接触表面領域に組込むときに他の電気接触部への妨害を防ぐために該ピンの第１の接触表面領域が過剰半田を有さないことを特徴とする請求項１記載のコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項３】
前記装置が、電導ピンへの半田濡らし可能の連続電導路を提供する露出表面を基板上に有す半田パッドを備え、前記第２の位置が半田パッド上にあり、半田貯蔵が、第１の位置から離れた第２の位置の前記半田パッドの露出表面に付着したリフローした半田を備えることを特徴とする請求項２記載のコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項４】
前記半田貯蔵と前記第２の位置の間の経路に位置されるフロー抵抗材料のコーティングをさらに備え、前記フロー抵抗材料が、後続リフロー温度で気化可能であることを特徴とする請求項３記載のコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項５】
前記第１の位置と前記第２の位置の間のスペーシングが少なくとも約0.001インチで、前記半田溶着物の量が少なくとも約0.00001立方インチであることを特徴とする請求項１記載のコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項６】
前記第１の位置と前記第２の位置の間のスペーシングが、少なくとも約0.02インチで、前記半田溶着物の量が、少なくとも約0.000035立方インチであることを特徴とする請求項１記載のコネクタ用半田貯蔵移動装置。
【請求項７】
マザー・ボードへの接続のためにドーター・カードを受け入れ担持するドーター・カード・アダプタであり、前記ドーター・カードが、カードの縁の両側に沿って接触面を備え、ドーター・カード・アダプタが、
ａ）対面する接触領域を有し、前記接触領域が、カードの接触表面のものと一致する第１のパターンを形成する、直立コネクタを少なくとも２列側方に間を置いて並列したものを有す基板と、
ｂ）前記基板上の第１の面上に、それぞれ隣接して前記直立コネクタの一つと接触している複数の接触パッドと、
ｃ）半田溶着物の最も隣接の部分が、前記隣接した直立コネクタの接触領域から所定の距離だけ離れていて、前記各接触パッド上前記隣接の直立コネクタより間を置いた第１の位置に固形化半田の個別半田溶着物と、を備え
ｄ）前記直立コネクタが、前記接触領域に、前記アダプタと担持されたドーター・カードが組込まれ、リフローされたときにドーター・カード上の接触表面と強力な半田接合を実現するためには不十分な半田を有し、
ｅ）各前記固形化半田溶着物が、前記アダプタと前記組込まれたドーター・カードをリフロー温度まで加熱し、前記半田溶着物を溶融させ、前記接触パッドに沿って前記隣接の直立コネクタまで吸い取らせ、次いでその接触領域まで流すとき、前記直立コネクタの接触領域とドーター・カードの接触表面の間に強力な半田接合を実現するのに十分な半田を含むドーター・カード・アダプタ。
【請求項８】
前記ドーター・カード・アダプタが複数の接触部を基板の第２の表面上備え、前記基板の第２の表面上の複数の接触部が、マザー・ボード上の同様な接触部パターンに組込むための第２のパターンを形成し、前記第２のパターンが、前記第１のパターンと異なっており、前記半田溶着物が、リフローした半田であることを特徴とする請求項７記載のドーター・カード・アダプタ。
【請求項９】
めっきスルー・ホール、及びめっきスルー・ホールに実装された電導ピンを有す基板であり、前記ピンが、ある領域に少なくとも第１及び第２の間を置いた表面を有し、前記第１面は、後で別の物体との接触面として機能するように形成されており、前記第１面には、後続する前記別の物体との接触を妨害するようないかなる追加半田もなく、前記第２面は穴又は凹部を含み、後で第１の面で形成する前記他の物体との半田付けされた結合の貯蔵半田溶着物として機能するある量の前回溶融した半田が固形化したものが前記穴又は凹部を充填している、基板。
【請求項１０】
前記ピンが、前記領域において４つの外面を有し、前記第１の面が前記領域の前面であり、前記第２の面が、領域の側面を含むことを特徴とする請求項９記載の基板。
【請求項１１】
（I） 第1及び第２の表面部分を有す基板、
（II）前記基板において、少なくとも２列の間を置いて並べた複数の整列めっきスルー・ホール、
（III）挿入されたエッジ接触カードのカード接触パッド用のスロット状の受け取り接触領域を形成するように、各オス接触部が、隣接のスルー・ホールから側方に間を置いてあり、前記間を置いたオス接触部の列が、側方に間を置いて、対向のオス接触部と対面している、第1の基板面に実装し、同様に少なくとも２列の間を置いた列にした複数の直立整列オス接触部材、
（IV）各基板半田パッドがオス接触部の一つと隣接のめっきスルー・ホールの間で連続伸張し、接触する、第1の基板面上の複数の基板半田パッド、
（V）それぞれが隣接のめっきスルー・ホールと接触している第２基板面上の一連の外部接触部、
（VI）前記基板及び挿入されたエッジ接触カードがリフロー温度まで加熱されるとき、前記半田溶着物が溶融され、隣接の接触パッドに沿って隣接の直立オス接触部まで吸い取られ、それによって、冷却すると、前記オス接触部と挿入されたエッジ接触カードの前記パッドとの間に強力な半田接合を形成するように、前記半田溶着物の最も隣接の部分が、前記隣接した直立コネクタの接触領域から離れている、各基板接触パッド上隣接の直立オス接触部より最小距離の間を置いた第1の位置の個別半田溶着物の組み合わせ。
【請求項１２】
半田溶着物の最も近接の部分と、隣接の直立したオス接触部との間で、接触パッド上にフロー抵抗材料のコーティングをさらに備える、前記フロー抵抗材料がリフロー温度に加熱する際気化することを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ。
【請求項１３】
前記基板が、半田付けされたエッジ接触カードをマザー・ボード上に取り付けるためのヘッダであることを特徴とする請求項１１記載の組み合わせ。
【請求項１４】
エッジ接触カードを受け入れ、後続してマザー・ボードに取り付けるためのヘッダの創製工程であり、以下のステップからなる：
（I）以下を有す基板を提供し
a）第1及び第２面部分、
b）前記基板において、少なくとも２列の間を置いた列に並べた複数の整列めっきスルー・ホール、
c）挿入されたエッジ接触カードのカード接触パッド用のスロット状の受け取り接触領域を形成するように、各オス接触部が、隣接のスルー・ホールから側方に間を置いてあり、前記間を置いたオス接触部の列が、側方に間を置いて、対向のオス接触部と対面している、第１の基板面に実装し、同様に少なくとも２列の間を置いた列にした複数の直立整列オス接触部材、
ｄ）各基板半田パッドがオス接触部の一つと隣接のめっきスルー・ホールの間で連続伸張し、接触する、第１の基板面上の複数の基板半田パッド、
e）それぞれが隣接のめっきスルー・ホールと接触している第２基板面上の一連の外部接触部；
（II）隣接のオス接触から側方に間を置いた溶着物受け入れを除いて、各基板半田パッド上及び隣接のめっきスルー・ホールに半田フローレジスト層を提供し、
（III）溶着物受け入れ領域に、所定の量の半田を溶着し、
（IV）半田溶着物を各溶着受け入れ領域に付着するために、フロー・レジスト層がリフロー・ステップ中実質的に無事残存するようにしたリフロー・ステップ及びフロー・レジスト層、リフローした半田溶着物が隣接のオス接触部にウイッキングするのを防ぐフロー・レジスト層で、前記基板を第１回リフローし、
（V）対面するオス接触部上の接触領域には基板及びカードを再度リフローする時、カードの接触パッドと対面のオス接触部上の対向する接触領域の間に強力な半田接合を実現するのに十分な半田が不足している状態で、カードの接触パッドが対面のオス接触部上の対向する接触領域に組込むようにエッジ接触カードをカード受け入れ領域に挿入し、
（VI）今度は、挿入カードを位置した状態で、前記基板を第２回リフローすることにより、前記半田溶着物を溶融させ、半田リフロー・レジスト層が存在する場合焼き払い、溶融半田を基板接触パッドに沿ってカードの接触パッドと対面するオス接触部上の対向接触領域の間の接合部に吸い取らせ、各半田溶着物が、基板及びカードを冷却するとカードの接触パッドと対面するオス接触部上の対向接触領域の間に強力な半田接合を実現するために十分の半田を含有している。
【請求項１５】
エッジ接触カードを受け入れ、後続してマザー・ボードに取り付けるためのヘッダの創製工程であり、以下のステップからなる：
（I）以下を有す基板を提供し
a）第１及び第２面部分、
b）前記基板において、少なくとも２列の間を置いた列に並べた複数の整列めっきスルー・ホール、
c）挿入されたエッジ接触カードのカード接触パッド用のスロット状の受け取り接触領域を形成するように、各オス接触部が、隣接のスルー・ホールから側方に間を置いてあり、前記間を置いたオス接触部の列が、側方に間を置いて、対向のオス接触部と対面している、第１の基板面に実装し、同様に少なくとも２列の間を置いた列にした複数の直立整列オス接触部材、であり各オス接触部が、接触領域、及び接触領域から間を置いて凹部を有するものであり、
d）各基板半田パッドがオス接触部の一つと隣接のめっきスルー・ホールの間で連続伸張し、接触する、第1の基板面上の複数の基板半田パッド、
e）それぞれが隣接のめっきスルー・ホールと接触している第２基板面上の一連の外部接触部；
（II）その接触領域を含める少なくとも各オス接触部材上、半田溶着物受け入れ領域となるその凹部を除いて、半田フロー・レジスト層を提供し、
（III）フロー・レジスト層が、半田が接触領域に溶着するのを防ぎつつ、溶着受け入れ領域に所定の量の半田を溶着するためにアセンブリをウェーブ・ソルダリングし、
（IV）対面するオス接触部上の接触領域には基板及びカードをリフローする時、カードの接触パッドと対面のオス接触部上の対向する接触領域の間に強力な半田接合を実現するのに十分な半田が不足している状態で、カードの接触パッドが対面のオス接触部上の対向する接触領域に組込むようにエッジ接触カードをカード受け入れ領域に挿入し、
（V）挿入カードを位置した状態で、リフローすることにより、前記半田溶着物を溶融させ、半田フロー・レジスト層が存在する場合焼き払い、溶融半田を基板接触パッドに沿ってカードの接触パッドと対面するオス接触部上の対向接触領域の間の接合部に吸い取らせ、各半田溶着物が、基板及びカードを冷却するとカードの接触パッドと対面するオス接触部上の対向接触領域の間に強力な半田接合を実現するために十分の半田を含有している。
【請求項１６】
前記溶着物受け入れ領域と、前記近接のオス接触部の間のスペーシングが、少なくとも約0.02 インチで、半田溶着物の量が少なくとも約0.000035立方インチであることを特徴とする請求項１４又は１５記載の工程。
【請求項１７】
ステップIV、Vをそれぞれフラックスの存在下実行することを特徴とする請求項14又は15記載の工程。
【請求項１８】
ステップVをフラックスの存在下実行することをことを特徴とする請求項１６記載の工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板（ＰＣＢ）等、ＰＣＢを相互接続するための電子装置、ＰＣＢを基板に取り付けるための装置、及び着電子部品を基板に半田付けするための工程に関する。本発明はまた、特にドーター・カードをマザー・ボードに付着すること、そして特にドーター・カードをマザー・ボードと垂直に永久付着することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ドーター・カードをマザー・ボードと垂直に付着する仕方がいくつかある。これらは以下のものを含む。
１．取り外し可能のエッジ・カード・コネクタ法
マザー・ボードと垂直に配置されたメモリ・カードなどのドーター・カードが、指定された量の力が予め負荷されたピン又は接触部の群内に挿入される、取り外し可能のエッジ・カード・コネクタの設計が幾つかある。これらの接触部は、成形された絶縁体により位置に固定されており、マザー・ボードにロウ付けされている。その結果は、メモリ・カード又はエッジ・カード・コネクタとＰＣＢの間での半田付けされていない、取り外し可能の相互接続部である。
【０００３】
２．浸漬ハンダ付け法
表面実装技術（ＳＭＴ）パッドを有すメモリ・カード又は他のＰＣＢを、担体によって結合されていて、ヘッダと呼ばれることもある２列の接触部の間に挿入することからなるもう一つの鉛付着方法である。このアセンブリをフラックスした後、メモリ・カード又はＰＣＢのＳＭＴパッドまで半田槽に浸漬する。このアプローチの結果、永久的に半田付けされた相互接続部ができるが、このためには、ＰＣＢ又はメモリ・カードを単一化し、オフラインで二次工程に通す必要があるので、時間が掛かり高価である。
【０００４】
３．手動ハンダ付け法
この付着法では、各個の接触部で単一点の半田リフローが必要となる。操作者が半田ごて及び半田線に触れて各半田接合を形成する。この方法は、緩慢で非常に手間が掛かり、オフラインの二次処理も必要である。
スクリーン印刷／半田バンプ法
【０００５】
４．この方式では、他の部品をＰＣＢ上配置するに際して、半田ペーストをプリント回路板の「A」面のＳＭＴパッドに配置し（「A」面及び「B」面という表現には、ＰＣＢの主な２つの面を示す意味があり、Ａ面は、最初に工程される面を、Ｂ面はその反対の面を表す）、部品をペースト上配置した後、アセンブリをリフローする。「リフローする」とは、従来の技術における用語で、通常、アセンブリをフラックスした後に、存在するいかなる半田の融点以上の温度まで加熱し、隣接した半田付け可能の通常銅又は銅合金製の電導面の間にある凹部に半田を侵入させ、半田は、冷却時に固形し、電導面間に永久電気的結合を形成するという意味がある。その後ＰＣＢボードを裏返し、Ｂ面に湿式スクリーン・ペーストを塗り、部品をＢ面に位置した後、Ａ面のＳＭＴパッドの凸部上にメモリ・カード用のコネクタを位置し、それらのリードを、Ｂ面のＳＭＴパッドの「柔らかい」ペースト内に位置した後、両面をリフローする。この工程では、コネクタのリードが、凸部の上からメモリ・カードに位置される際に開かれるので、リフロー後ピンの接触領域とＳＭＴパッドの間に隙間又はギャップが残るため、望ましい半田の付着が生成されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主要目的は、メモリ・カードなどのＰＣＢのエッジ接触部に、マザー・ボードなどの別のＰＣＢへの付着用のリードを半田付着するところにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、メモリ・カードなどのＰＣＢのエッジ接触部にリードを半田付着し、マザー・ボードと垂直に付着できるようにするが、この後者の工程において半田を追加する必要が無いところにある。
さらに、本発明の目的は、リフロー・ステップにおいて、別々に追加半田を直接接合部に追加することなく半田をリフローして、部品間で強力な半田接合を創製することにより、隣接した電気部品の接触面を永久的にハンダ付けするためのインライン工程である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これら及び他の目的は、溶融半田を遠隔の半田貯蔵から形成するべき半田接合へ移動するための媒体として、電導表面、例えば金属製の表面、スタンピング又はピン或いはパッドを使用する半田移動法により、本発明の１つの特徴に従って達成する。
【０００９】
本発明の好ましき実施形態では、ウイッキング工程により、前回第１のリフロー時に表面実装パッド上形成された半田の溶着物が、隣接した接触面まで移動し、強力な半田接合を創製するために必要な追加半田を供給する。例えば、一方の接触面が、第１のＰＣＢ又は担体上の接触部又はピンであり、他方の接触面が、例えばメモリ・カードとしての第２のＰＣＢ上のＳＭＴパッドである場合、本発明の工程によれば、接触面の間に強力な半田接合を作製するために、二次リフロー・ステップ時に追加半田を必要せず（リフロー前にフラックスを必要とするのみで）、ＳＭＴ工程によるメモリ・カードの第１のＰＣＢへの付着が容易になる。
【００１０】
本発明の他の好ましき実施形態によれば、担体の上部から下部への中心−中心間隔及び行−行間隔の間隔変化法を提供するために、担体又はヘッダとしてのＰＣＢ、例えば、トレース及びめっきスルー・ホール付きのＰＣＢを第１のＰＣＢとして使用できる。換言すれば、上部間隔は、第２のＰＣＢの接触間隔と一致するように選び、下部間隔は、第２のＰＣＢが実装される第３のＰＣＢの（異なった）接触間隔と一致するように選べる。繰り返し、追加半田処理が必要ない。代替え法として、めっきスルー・ホールではなく、ＳＭＴ相互接続を使用することもできる。
【００１１】
本発明の他の特徴によると、カードのエッジ・コネクタを受け入れるための接触面を形成する二重列のピンを有す担体が、ピンの側面にリフロー溶着物として追加半田を供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を特徴づける新規性の多様の特徴は、特に本明細書に添付され、その一部となる請求の範囲に特性を持って指摘される。本発明、その操作利点及びその使用によって達成する特定な目的をさらに理解するに際して、同様又は類似した部品を意味する番号又は文字と同様に、本発明の好ましき実施形態が例示記述されている添付図面及び記述事項を参照とのこと。
【実施例】
【００１３】
本発明は、ＰＣＢと垂直の方向でメモリ・カードなどのエッジ・コネクタのハンダ付けの好ましき実施形態として記述するが、本発明が一般的にＰＣＢ、部品用担体、ヘッダに対して、そして、ピン、パッド及び他の形状や構成の電気接触部の電導面の間に強力な半田接合を形成する必要があるいかなる用途において、幅広い用途があることと理解されよう。また、本明細書で「ＰＣＢ」の用語を使用するに際して、これは一般に、単数または複数の電導面を有す又は備えられる任意の電気絶縁基板又は基板の部分を意味する。公知の例として、ＦＲ−４、セラミック、プラスチック、テフロン（商標登録）などの基板がある。電導面は、ピンの突出部を他の部品又は装置との結合に使用できる、ボードのめっきスルー・ホールに組込んでいる金属ピンである場合がよくある。また、ピンが、他の部品又は装置との結合に使用できる、ＰＣＢ上の電導トレース又は接触パッドと接触し手いる場合もある。他の公知な可能性は、外部結合に使用する、或いはピン又は半田バンプ接触部に結合している、基板表面上のＳＭＴパッドである。本発明の重要な用途は、永久的にマザー・ボード上エッジ実装されるドーター・ボードとしてのエッジ接触部付きのメモリ・カードなどのＰＣＢが、メモリ・カードのトレースと結合されるトレースを有すが、マザー・ボードにはメモリ・カードには無いプラグ・コネクタのオス・ピンを受け入れるためのメス・コネクタが備えられている、或いはメモリ・カードにマザー・ボード上の接触配列と一致する接触配列が無い場合である。好ましくは、ドーター・ボードのマザー・ボードへの取り付けは、同時に追加部品をマザー・ボードに付着するインライン工程で実行する。本発明の好ましき実施形態では、先ず、ドーター・ボードを第1面の接触部がドーター・ボードのものと一致するように選ばれたコネクタとして担体上実装し、同時に担体の第２面の接触部は、マザー・ボードのものと一致している。「インライン」工程とは、単一のリフロー・ステップ中、一時的に実装した部品及びコネクタを有す多くの相互接続ボードを全てリフローし、従って同標準工程で永久的に半田結合できることを意味する。
【００１４】
本発明の重要な用途を説明するが、これに限定しない例として、本発明の独特の方法では、コネクタメモリ・カード又は他のＰＣＢへの付着の工程における必要性に対応するために、先ず、エッジ・コネクタとしての基板又は第１のＰＣＢに、二重接触部を第１ＰＣＢのめっきスルー・ホールに挿入する。これらのめっきスルー・ホールは、表面実装パッドに包囲されている又はそれと接触している。図１〜７は、第１のＰＣＢとして、交互に整列した短ピン及び長ピン１６、１８の内側二重列が挿入された二重列のめっきスルー・ホール１２、１４を有す電気絶縁担体１０を図示している。内側ピンの両列は、第２ＰＣＢ２４のエッジ接触部を受け入れるためのスロット２２を定義する直立配列２０を形成している。ピン１６、１８はそれぞれ担体１０の上部又は第１面上、外側エッジ方向に側方伸展するＳＭＴパッド２６に結合されている。ピン２８、３０の第３列及び第４列も、担体の外縁に沿ってそれぞれのめっきスルー・ホール３２に挿入されている。これらの外側ピン２８、３０は、図示されるように、担体の下部又は第２面の下方向にのみ伸展している。ピン列１６、１８の上部は、反対側（向かいのピンの反対方向）に凹部３４を形成するよう以前にスタンプ又は他の処理を受け、エッジ・コネクタを受け入れるスロット２２に向かうピンの側面、並びにそれらにと反対の後面（本実施形態において役目はない）に接触凸部又は膨隆３６を形成している。後者は、凹部３４を後側よりもスロット側を膨隆するように構成することで省略できる。図４、５は、この後側がやや平たい（繰り返し、本実施形態において有意ではない）変形を示す。内側ピン側面の向かい合う凸部３６は、例えば、第２のＰＣＢ２４のエッジ・コネクタ上のＳＭＴパッド３８との接触面を形成している。４０は、第２のＰＣＢ２４上実装してもよい追加部品を示す。
【００１５】
担体１０上の各ＳＭＴパッド２６の裸面には、半田貯蔵として、制御された所定の量の半田４２が溶着されてある。溶着物４２は、隣接する直立ピンより物理的に距離（図６の４４に示す）があり、そのＳＭＴパッドの領域４６は、例えばスクリーン印刷により、公知の有機樹脂レジスト材料であるEntek コーティングなど、フロー・レジスト・コーティングの薄層（図示せず）で被覆されてある。各半田溶着物を根底にあるパッドに付着するために、半田溶着物を溶融するようにアセンブリをリフローする（１回目）。フロー・レジスト・コーティングを各表面実装パッド２６に使用することにより、半田溶着物がめっきスルー・ホール１２、１４内に流れ落ち、枯渇するのを制限する。通常、フロー・レジスト・コーティングは、第１のリフローのステップでは焼け尽きない。また、レジスト・コーティングは、当然公知のリソグラフィー及びマスキング技法により所望の位置に選択的に適用できる。
【００１６】
当業者には理解されるように、ハンダ付け用電導面は、通常「スズメッキ」されており、すなわち、溶融半田による濡れを促進させる非常に希薄の半田外被が備えられるが、通常濡れを抑制する形成された希薄酸化物を全て削除するためにリフローも必要とする。この通常の「スズメッキ」接触部は、接触領域周辺に充填し固形化し良くできた半田接合の隈肉特性を形成する追加半田が供給されない限り、接触した相対「スズメッキ」接触と信頼性のある半田接合を形成することはできない。第１のリフロー・ステップ中、この追加半田貯蔵を供給する半田溶着物４２は、根底にあるパッドに付着され、介在するフロー・レジスト・コーティングにより流れ去るのを防がれる。この第１のリフロー・ステップは、フロー・レジスト・コーティングが燃え尽きる温度よりも低く−−或いはその殆どが１回のリフロー・ステップのみで燃え尽きないようなレジストを選び−−  半田溶着物がパッドに一時的付着するように溶融するのに調度十分である温度で実行する。第１のリフロー・ステップの結果の半田バンプを図２〜６の４２で図示する。
【００１７】
次に、メモリ・カードなどの第２のＰＣＢ  ２４を、二重対面接触部３６の間の受け入れスロット２２に、これらのパッド３８がそれらと接触するように挿入する。寸法は、図６に示すスロット２２において小度の締まりばめにより、カード２４が位置に保たれるように選ぶ。二重接触部３６には、カードの縁の挿入を妨害するような追加半田は一切ない。少なくとも第２のＰＣＢ２４を次にフラックスし、或いは、好ましくアセンブリ全体を次にフラックスした後、第１のリフローの温度より高い温度で二次リフロー・ステップに掛け−−１回のリフロー・ステップのみでは焼き尽くされないが、二次リフロー・ステップで焼き尽くされるレジストを選んだ 場合、高温度は不要の可能性がある--、この間今回は残存するフロー・レジスト Entek コーティングが焼き尽くされ、半田溶着物４２の溶融半田が毛細作用により隣接するめっきスルー・ホール１２、１４に吸い取られ、ピン１６、１８まで流れ、ピン接触部３６とメモリ・カード２４上のＳＭＴパッド３８の接触面の間の接触接合点に溜まる。半田は、各ピンの接触側面及び接触したメモリ・カード上のＳＭＴパッドの表面を付着し、完全に包囲する。半田の一部が、ピンが挿入しているめっきスルー・ホールにも入り、以前半田付けされていない場合、ピンを孔内に半田付けすることもある。
【００１８】
図１に図示するように、リフロー・ステップが完了し、半田が硬化した後、半田は、毛細作用の影響下ＳＭＴパッド上より厚い層５０を形成し、めっきスルー・ホールのいかなる間（図示せず）も充填し、吸い取られてエッジ接触部のいかなる間も充填し、接合周辺に良質の隅肉及び強力で信頼性のある半田接合を形成する。
【００１９】
半田溶着物と隣接するめっきスルー又は接触部の間のフロー・レジスト・コートによって占有されるスペーシング４４は、担体又はピン又はパッドのサイズに依存し、より大きい流路を有すより大きい担体又はピン又はパッドには、より大きいスペーシングが許容され、より小さい流路を有すより小さい担体又はピン又はパッドには、より小さいスペーシングが許容される。スペーシング４４は最小で約 0.001 インチ、好ましくは約0.003〜0.06 インチである。ピンを移動媒体として使用する工程では、最小スペーシングは通常より大きく、約0.02インチである。半田溶着物のサイズも同様、担体及びピン及びパッドのサイズに依存する。通常、これは約0.00001〜0.00005 立方インチの体積を占有する。0.025インチのピンを使用する、８位置のDual Row FR-4 ヘッダでは、約0.03インチのスペーシング及び約0.000035立方インチの体積を有す半田溶着物を使用するのに成功した。0.018インチのピンを使用する１００位置のDual Row FR-4 メモリ・カード アダプタ／ヘッダでは、約0.01 インチのスペーシング４４及びより小体積の半田溶着を使用するのに成功した。本発明は、これらの例に限定されるものではなく、当業者には、形成する半田接合の凹部に到達し、充填するまで掛かる距離によりどの大きさの半田溶着物が必要かを決定するのは困難でないことは理解されよう。
【００２０】
ピン上の接触領域３６は、円滑な半径を有すように構成され、半田を移動させ、半田接合を形成する前に、メモリ・カードがピンの列間に挿入される時、ピンの接触部とメモリ・カードのエッジ・パッドの間に良好な移行接触点を提供する。追加半田がフロー・レジスト・コーティングにより極限されず、代わりにカード縁の挿入前に接触領域へ移動できるようにしたら、おそらく過剰量の半田により、挿入カードと干渉する歪な非円滑領域が形成され、おそらく各接触領域と、挿入されたカード上の一致するエッジ・パッドとの間での平滑な接触を妨げたであろう。
【００２１】
さらに、供給される追加半田の量は、担体の底面側からピンが挿入されためっきスルー・ホールを被うものである。代替え法として、下部挿入ピンなしで担体の上面又はその底面の表面実装パッドの表面のみを使用することができる。
【００２２】
接触配列２０は、より小さいＰＣＢ（ドーター・ボード又はメモリ・カード）が担体１０と垂直に担持されるように担体で特定なパターン状に整理されてある。
【００２３】
この半田移動工程は、半田付け可能の電導手段の間での結合において、優良な半田接合を提供するのに使用できる。半田は、６３−３７スズ−鉛又は９０−１０スズ−鉛などの従来の組成でもよい。
【００２４】
コネクタとしての担体１０は、ボードがまだパネル状のままでメモリ・カード又はＰＣＢ２４の縁に付着できる。ボードのコネクタ１０及びＳＭＴパッドをフラックスした後、パネル全体をリフローできる。これは、パネルにおけるボードの両側にある部品と追加半田溶着物を同時にリフローすることができることを意味する。このアプローチでは、潮流  部品及びコネクタの全てを同標準工程でリフローすることができるので、二次工程又はオフライン製造の必要性が省かれる。
【００２５】
説明した実施形態は、各ピンに対して、アニュラ・リング又はＳＭＴパッドが担体の底面に有無し得る。
【００２６】
また、図では、底面挿入ピンをめっきスルー・ホール内に半田付けされた状態で示す。
【００２７】
図１〜７に図示する第１の実施形態では、過剰溶融半田を半田接合部に移動するために使用するピン構成１６、１８は真直の断面を有すが、移動手段は、半田貯蔵４２が溶着された電導面２６と接触し、更にメモリ・カードの電導面３８又はこれが結合するべき電導手段にも接触している限り、多様な異なった形状であっても良いことは理解されよう。換言すれば、図１の移動手段、ピン１６、１８は、二次リフロー中、第１のリフロー中又は溶着部付着ステップ中に半田の流れを制限するフロー・レジスト・コーティングが、例えば二次リフロー時の気化によって、削除された後、半田貯蔵源と半田付けされる接合部の間に連続する濡らし可能の電導半田表面通路を供給する必要がある。図８に示す変形では、半田溶着物４２と半田接合が形成される接触領域５４の間の半田移動通路としてのピン５２が、カード用の斜角入口を提供するために湾曲されている。図９の変形では、経由の手段（図示せず）により担体表面上のＳＭＴパッドに接続する半田ボール又はバンプ５６結合を担体の底面に備えている．半田ボールは、スルー・ホール付着の代わりにＳＭＴ処理を使用してマザー・ボードへの容易な二次付着を可能とする。
【００２８】
ここまで説明した実施形態において、追加半田溶着物は、半田接合の一部を形成する接触領域を有す電導部材から離れて半田パッド上に位置されている。図１０〜１４の実施形態では、過剰半田溶着物は、電導部材の、半田接合の一部を形成する接触領域を有す表面領域とは異なる表面領域上に位置されている。図１０〜１２は、円滑曲線状の接触領域６２を第１面に、及び凹部又は穴６４を、接触領域６２と異なり、それから離れている１つ又は複数の二次側面に形成するように、穿孔又はスタンプされている電導部材６０の例である。以前の実施形態同様、ハンダ付け工程において役割がない後側面６６は、平ら又は曲線状でもよい。好ましくは、本例ではピンである電導部材６０は、追加半田貯蔵として機能するために縁飾６４が半田で充填される前に、担体６８又は他のＰＣＢに挿入される。挿入されたピンに結合されたＳＭＴパッド７０を有す通常の担体６８を図１３に示す。これを達成するための好ましき仕方では、穴表面内を除くいずれの場所において半田マスクを備え（図示せず）、次に基板の穴側が、溶融半田で側面の縁飾６４を充填させるウェーブ・ソルダ処理を通過する。冷却したとき固形化し、図１４の７２で示す所望の過剰半田の固形集結体を形成し、並びにピンをめっきスルー・ホール内に半田付けする。この場合、貯蔵半田７２は、ピンの側面にある両方の縁飾６４を充填する。追加半田７２は、前回と同様、第２のＰＣＢの挿入と干渉し得る又は全ての接触領域６２と相当する第２ＰＣＢの接触領域の間の妥当な接触を防ぐ閉塞が無い接触面６２から離れている。次に、ウェーブ・ソルダリングのステップ中、半田の不適当な広がりを防いだフロー・レジスト・コーティングは、便利な任意手段で除かれ、又は前回と同様、二次リフローを使用してフロー・レジスト・コーティングを焼き払う。第２ＰＣＢを挿入下後、第２ＰＣＢのみフラックスする必要があり、アセンブリを二次リフロー（ウェーブ・ソルダ・ステップを第１のリフローとして数える）に通し、この工程中、半田溶着物７２からの溶融半田が毛細効果によりピンの周辺に吸い取られ、ピン接触部領域６２と挿入されたカード７６上のＳＭＴパッド７４の接触面の間の接触接合点に溜り、めっきスルー・ホール内に流れることも可能である。半田は、各ピンの接触側面及びメモリ・カード上のＳＭＴパッドの接触された面と付着し、完全に包囲する。また、半田の一部は、ピンが挿入されているめっきスルー・ホール内へ入り、ピンを孔内に半田付けする。
【００２９】
図１３に示すように、リフロー・ステップが完了し、半田が硬化すると、毛細効果の影響下半田はＳＭＴパッド上より厚い層８０を形成し、めっきスルー・ホール（図示せず）内の全ての隙間に充填し、周辺に吸い取られエッジ接触配列７４で全ての隙間に充填し、接合部の周辺に良好な隅肉及び強力で信頼性のある半田接合を形成する。
【００３０】
本発明に使用する接触部材は、円形、正方形、長方形、及び八角形、など異なった断面状で創製できる。また、異なった形状を有しても良く、ピンの作製にネジ機のアプローチ又は冷間圧造などをスタンプ法の代わりに使用して、スタンプ法及び抜打ち法の他の技法によって創製しても良い。本発明は、突出部材を孔内に配置して実装する必要がある開口を有す、又は半田バンプ又は他の形状の相互接続を使用出来る、いかなる種類の基板にも使用できる。さらに、本発明は、基板に実装するために挿入された部品に半田付けされるソケット又はクリップからの突出部材にも適用できる。
【００３１】
図１５に、基板へ取り付けるためのポスト８６及び接触部８８を有す電導部材８４を備える変更したネジ機タイプのピンの設計を図示する。後者は、図示したタイプのポストの２列の間に挿入されたときにカード上のパッドと接触する接触領域を形成する、８８で示す広がった部分がある湾曲した上部を有す。接触領域８８の上下に、それぞれ間を置いて、半田溶着物（図示せず）を受け入れる環状凹部９０、９２がある。後者は凹部を除いて全てをマスキングし、ウェーブ・ソルダリング、又は結果として固形化した溶融半田が凹部９０、９２を充填する他の同様な手段により達成できる。固形化した半田（図１５に図示せず）は、接触領域８８から離れたまま残る。カードを実装し、アセンブリをリフローした後、前回と同様、凹部を充填する半田は溶融し、接触領域まで吸い取られ、実装カード（図示せず）との接触領域８８で所望の強力な半田接合を形成する。
【００３２】
この用途には、銅又は銅合金、黄銅又は黄銅合金、及びリン青銅など、いかなる半田付け可能の材料も使用できる。ピンの全長は、例えば、０．２５〜２インチの広範囲を占めることができる。
【００３３】
移動前の半田の貯蔵は、好ましく別のリフロー・ステップにより形成された好ましく溶融半田の好ましく固形材料の集結体であり、濡れ半田ペースト又は他の種類のいかなる非固形の材料でないことに注意されよう。
【００３４】
好ましき実施形態に関して本発明を説明したが、以上概要した原理内におけるその変更は、当業者には当然であり、従って本発明が好ましき実施形態に限定されるものではなく、そのような変更も包囲することは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、半田貯蔵溶着物を追加する前の本発明によるピン付きの担体又はヘッダの一形態の部分斜視図である。
【図２】図２は、図１と類似した、半田貯蔵溶着物が追加された後の担体を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の担体の上部からの平面図である。
【図４】図４は、図３の線  ４−４に沿った横断面図である。
【図５】図５は、図３の線５−５に沿った横断面図である。
【図６】図６は、図３の担体上向かい合う接触ピンの間にＰＣＢを挿入した後の担体の上部の部分端面図である。
【図７】図７は、図６と類似した、永久にＰＣＢを担体に付着するリフロー・ステップ後の図である。
【図８】図８は、図６と類似した、本発明による２つの変更した形状のピン付き担体の、半田溶着物を提供した後の図である。
【図９】図９は、図６と類似した、本発明による２つの変更した形状のピン付き担体の、半田溶着物を提供した後の図である。
【図１０】図１０は、それぞれ本発明に使用できる形状のピンの前面図、側面図である。
【図１１】図１１は、それぞれ本発明に使用できる形状のピンの前面図、側面図である。
【図１２】図１２は、図１０の線１２−１２に沿った横断面図である。
【図１３】図１３は、リフロー後の図１３の担体の部分斜視図であり、また、本発明の第２の実施形態を図示している。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態を実施するための本発明による担体の部分斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明による変更したピン設計の前面からの部分平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
Title of Invention
SOLDER RESERVE TRANSFER DEVICE AND PROCESS
Detailed Description of Invention
The invention is directed to printed circuit boards (PCB) or the like, to electronic devices for interconnecting PCBs, to devices for mounting PCBs onto a substrate, and to processes for solder attaching electronic components to a substrate. The invention is also particularly concerned with attaching a daughter card to a motherboard, especially to permanently attach a daughter card perpendicular to a motherboard.
BACKGROUND OF INVENTION
Nowadays, there are several ways to attach a daughter card perpendicular to a   motherboard. These include the following.
1. Removable Edge Card Connector - There are available several removable edge card connector designs where the daughter card such as a memory card, arranged perpendicular to the motherboard, is inserted into a group of pins or contacts that are pre-loaded with a determined amount of force. These contacts are held in place by a molded insulator and hard soldered to the motherboard. The result is a non-soldered, removable interconnect between the memory card or edge card connector and the PCB.
2. Submerged Soldering - Another method of lead attachment comprises inserting the memory card or other PCB with surface mount technology (SMT ) pads between two rows of contacts that are held together in a carrier, which is sometimes also referred to as a header. This assembly is fluxed and then submerged into a solder bath up to the SMT pads on the memory card or PCB. This approach results in a permanent soldered interconnect, which, however, requires that the PCB´s or memory cards be singulated and put through a secondary process, off- line, which is time-consuming and expensive.
3. Hand Soldering - This attachment method requires a single point solder reflow for each individual contact. An operator would touch a soldering iron and solder wire to make each sadder joint. This method is slow and very labor intensive and also requires secondary processing off-line.
4. Screen Print/ Solder Bump - In this scheme, during placement of other components on the PCB, solder paste is placed on the SMT pads on the "A" side of a printed circuit board (the terms "A" side and "B" side are meant to designate the two major surfaces of a PCB, with the A side representing the first surface processed and the B side TIDE opposite surface.) components are placed onto the paste and then the assembly is reflowed. "Reflowing" is a tern of art typically meaning that an assembly is fluxed and then heated to a temperature above the melting point of any solder present causing the solder to penetrate adjacent crevices between solderable electrically-conductive surfaces, typically of copper or a copper allay, such that upon cooling the solder freezes forming a permanent electrical connection between the electrically-conductive surfaces. The PCB board is then flipped, wet screen paste is applied on the B side, components are placed on the B side, and then a connector for the memory card is placed over the bumps on the A side SMT pads and their leads are placed into the "soft" paste on the SMT pads on the B side, followed by both sides being reflowed. This process does not produce a desirable solder attachment because the leads of the connector are spread when placed over the bumps to the memory card leaving a space or gap between the pin contact region and the SMT pad after reflow.
SUMMARY OF INVENTION
A principal object of the invention is to solder-attach leads to the edge contacts of a PCB, such as a memory card, for attachment to another PCB, such as a motherboard.
Another object of the invention is to solder-attach leads to the edge contacts of a PCB, such as a memory card, for perpendicular attachment to a motherboard without the need to add solder during this last process.
A further object of the invention is an in-line process for permanently soldering the adjoining contact surfaces of electrical components by reflowing solder without separately adding directly to the joint additional solder during the reflow step to fabricate a robust solder joint between the components.
These and other objects are achieved in accordance with one feature of the invention by a solder transfer method which uses an electrically-conductive, e.g., metal, surface, stamping or pin or pad as a vehicle to transfer molten solder from a remote solder reserve to a solder joint to be made.
In a preferred embodiment of the invention, a solder deposit previously-formed on a surface mount pad during a first reflow will transfer up to the adjoining contact surfaces by a wicking process to provide the additional solder needed to fabricate a robust solder joint. When, for example, one of the contact surfaces is a contact or pin on a first PCB or carrier, and the other contact surface is a SMT pad on a second PCB serving, for example, as a memory card, the process of the invention makes for an easy SMT processed attachment of the memory card to the first PCB without the need to add solder during a second reflow step (only requiring fluxing before reflow) to make a robust solder joint between the contact surfaces.
In accordance with another preferred embodiment of the invention, a PCB, for example, with traces and plated through-holes, serving as a carrier or header, can be employed as the first PCB to provide a change-spacing method for the center to center and row to row spacing from the top to the bottom of the carrier. In other words, the top spacing can be chosen to match the contact spacing of the second PCB, and the bottom spacing can be chosen to match the (different) contact spacing of a third PCB on which the second PCB is to be mounted. Again, no additive solder processing is required. Alternatively, SN4T interconnects rather than plated through-holes can be employed.
In accordance with another feature of the invention, a carrier with dual rows of pins forming contact surfaces for receiving the edge connector of a card provides the additional solder as a reflowed deposit on side surfaces of the pins.
The various features of novelty which characterize the invention are pointed out with particularity in the claims annexed to and forming a part of this disclosure. For a better understanding of the invention, its operating advantages and specific objects attained by its use, reference should be had to the accompanying drawings and descriptive matter in which there are illustrated and described the preferred embodiments of the invention, like reference numerals or letters signifying the same or similar components.
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED ENIBODBIENTS
While the invention will be described in a preferred embodiment of soldering an edge connector, such as a memory card, in a perpendicular orientation to a PCB, it will be understood that the invention has broad applications with respect to PCBs generally, carriers for components, headers, and in any application where it is necessary to make robust solder joints between the electrically-conductive surfaces of pins, pads and other shapes and configurations of electrical contacts. Also, when the term "PCB" is used herein, it means in general any electrically- insulating substrate or substrate portion that has or will be provided with an electrically conductive surface or surfaces. Well-known examples are substrates such as FR-4, ceramic, plastic, Teflon. Often, the electrically-conductive surface is a metal pin engaging a plated through-hole in the board enabling the projecting parts of the pin to be used for connection to other components or devices. Other times, the pin also contacts an electrically-conductive trace or contact pad on the PCB which can be used for connection to other components or devices. Other well-known possibilities are SMT pads on the substrate surface used for the external connection or connected to a pin or solder bump contact. An important application of the invention is where a PCB, such as a memory card, with edge contacts as a daughter board is to be permanently edge mounted onto a motherboard having traces to be connected to those on the memory card, but where the motherboard is provided with a female connector for receiving the male pins of a plug connector, lacking on the memory card, or the memory card lacks a contact array that matches the contact array on the motherboard. Preferably, the mounting of the daughter board to the motherboard is to be made in an in-line process which at the same time attaches further components to the motherboard. In a preferred embodiment of the invention, the daughter board is first mounted on a carrier as a connector which is chosen such that its contacts on a first surface match that of the daughter board, while the carrier´s contacts on a second surface match that of the motherboard. By "in-line" process is meant that, during a single reflow step, a number of interconnected boards with temporarily-mounted components and connectors can all be reflowed and thus permanently solder-bonded in the same standard process.
As an example to illustrate an important application of the invention, to which it is not to be limited, to address the in process requirements of the attachment of a connector to a memory card or other PCB, the unique method of the invention first inserts into a substrate or first PCB, to serve as an edge connector, dual contacts into plated through-holes of the first PCB. These plated through-holes are surrounded by or are in contact with surface mount pads. Figs. 1 -7 illustrate as the first PCB an electrically-insulating carrier 10 with dual rows of plated-through holes 12, 14 into which are inserted alternately arranged inner dual rows of short and long pins 16,18. Both rows of inner pins form an upstanding array 20 defining a slot 22 for receiving the edge contacts of a second PCB 24. Each of the pins 16, 18 are connected to an SMT pad 26 that extends laterally on the top or first surface of the carrier IO toward the outside edge. Third and fourth rows of pins 28, 30 are also inserted in their respective plated-through holes 32 along the outer edge of the carrier. These outer pins 28, 30 as shown extend only underneath the carrier´s bottom or second surface. The upper parts of the pin rows 16, 18 are previously stamped or otherwise processed to form recesses 34 on opposite sides (the sides facing away from the opposite pin ) causing contact bumps or bulges to 36 form at the pins sides facing the edge connector receiving slot 22 as well as on the their opposite backside (which does not play a role in this embodiment). The latter can be omitted by configuring the recesses 34 to bulge more on the slot side than on the backside. Figs. 4 and 5 show this variation with the backsides more or less flat (again of no significance in this embodiment). The facing bumps 36 on the inner pin sides form contact surfaces for, for example, SMT pads 38 on the edge connector of the second PCB 24. Reference numerals 40 represent additional components that may be mounted on the second PCB 24.
On the bare surface of each of the SMT pads 26 on the carrier 10 is deposited a controlled predetermined amount of solder 42 to serve as a solder reserve. The deposits 42 are physically spaced from the adjacent upstanding pin by a distance (shown at 44 in Fig. 6), and that region 46 of the SMT pad is coated, as for example by screen printing, with a thin layer (not shown) of a flow-resist coating, such as an Entek coating, a well-known organic resin resist material. To attach each of the solder deposits to its underlying pad, the assembly is reflowed (first time) so the solder deposit melts. The flow-resist coating is used on each surface mount pad 26 to limit the solder deposit from flowing down into the plated through-holes 12, 14 and be depleted. Typically, the flow-resist coating does not burn off during a first reflow step. The resist coating can also obviously be selectively applied where desired by any of well-known lithographic and masking techniques.
As will be appreciated by those skilled in the art, electrically-conductive surfaces intended for soldering are typically "tinned" , i.e., provided with a very thin solder coat that promotes wetting by the molten solder, which typically also requires fluxing to remove any thin oxides that may have formed that inhibit wetting. This typical "tinned" contact cannot form a reliable solder joint with a contacted counterpart "tinned" contact unless additional solder is provided that fills in and solidifies around the contact region forming the typical fillet characteristic of well-made solder joints. During the first reflow step, the solder deposit 42 that will provide this additional solder reserve is attached to its underlying pad and prevented from flowing away by the intervening flow-resist coating. This first reflow step is carried out at a temperature below that at which the flow-resist coating is burned away -- or a resist is chosen that for the most part will not burn 2W2Y after just one reflow step -- and is just sufficient to melt the solder deposits so they will temporarily attach to the pad. The resultant solder bumps after the first reflow step are illustrated in Figs: 2-6 at reference numeral 42.
Next, the second PCB 24, such as the memory card, is inserted in the receiving slot 22 between the dual facing contacts 36 such that their pads 38 are in contact therewith. The dimensions are chosen such that the card 24 is held in place by a small interference fit in the slot 22, shown in Fig. 6. The dual contacts 36 are free of any additional solder that could obstruct insertion of the card edge. At least the second PCB 24 is then fluxed, or, preferably, the entire assembly is then fluxed and then run through a secondary reflow step at a higher temperature than that of the first reflow -- the higher temperature may be unnecessary if a resist is chosen that will not burn away after just one reflow step but will after a second reflow step --, during which this time what remains of the flow-resist Entek coating is burned off and the molten solder from the solder deposits 42 by capillary action wick over to the adjacent plated through-holes 12, 14, flow up the pins 16, 18, and collect on the contact junction between the pin contacts 36 and the contact surfaces of the SMT pads 38 on the memory card 24. The solder adheres and completely surrounds the contact sides of each of the pins and the contacted surfaces of the SMT pads on the memory card. Some solder may also go into the plated through-hole that the pin is inserted into and solders the pin into the hole, if not previously soldered.
When the reflow step is complete and the solder hardens, as illustrated in Fig. 1, the solder under the influence of capillary action has formed a thicker layer 50 on the SMT pad, filled in any spaces at the plated-through-holes (not shown), and wicked up to fill any spaces at the edge contacts forming a good fillet around the joint and a robust reliable solder joint.
The spacing 44 between the solder deposits and the adjacent plated-through or contact which is to be occupied by the flow resist coat, depends on the size of the carrier or pins or pads, a larger spacing being allowed for larger carriers or pins or pads where the flow path is larger and a smaller spacing being allowed for smaller carriers or pins or pads where the flow path is smaller. The spacing 44 should be at a minimum about 0.001 inches, preferably about 0.003-0.06 inches. For the process where the pin is used as a transfer medium, the minimum spacing will typically be larger, about 0.02 inches. The size of the solder deposit similarly depends on the sizes of the carriers and pins and pads. It typically will occupy a volume of about 0.00001- 0.00005 inches cubed. For an 8 position Dual Row FR-4 header using 0.025 inch pins, we have successfully used spacings 44 of about 0.03 inches and a solder deposit having a volume of about 0.000035 inches cubed. For a 100 position Dual Row FR-4 memory card adaptor/header using 0.018 inch pins, we have successfully used spacings 44 of about 0. 01 inches and a solder deposit having a smaller volume. It will be appreciated that the invention is not limited to these examples, and those skilled in the art will have no difficulty in determining how large a solder deposit is required dependent upon the distance it must cover before reaching and filling the crevices at the solder joint to be made.
The contact region 36 on the pins is configured to have a smooth radius providing a good transitional contact point between the pin contact and the memory card edge pads when the memory card is inserted between the rows of pins and before the solder is transferred and the solder joint is made. Had the added solder not been contained by the flow-resistant coating, but instead been allowed to transfer to the contact region before the insertion of the card edge, then the excess solder would likely form irregular non-smooth regions that would interfere with the inserted card and likely prevent even contact between each of the contact regions and the corresponding edge pad on the inserted card.
The quantity of additional solder provided is such as to also cover a plated through-hole where a pin has been inserted from the bottom side of the carrier. Alternatively, just a surface mount pad at the carrier top surface or its bottom surface can be used without a bottom inserted pin.
The contact array 20 is arranged in a specific pattern in the carrier such that a smaller PCB (daughter board or memory card) will be held perpendicular to the carrier 10
This solder transfer process can be used to provide an excellent solder joint for any connection between two solderable conductive means. The solder can be of the conventional composition, such as 63-37 tin-lead or 90- 10 tin-lead.
The carriers 10 serving as connectors can be attached to the edge of the memory card or PCB 24 while the board is still in panel form. After fluxing the connector 10 and the SMT pads of the boards the entire panel can be reflowed. This means that the components on both sides of the boards in the panel and the added solder deposits can be reflowed at the same time. This approach eliminates the need for secondary process or off-line manufacturing as all tide components and the connectors can be reflowed in the same standard process.
In the illustrated embodiment, there may or may not be present an annular ring or SMT pad on the bottom surface of the carrier for each pin.
In Fig. 7, the bottom inserted pins are also shown soldered into the plated through-holes.
In the first embodiment illustrated in Figs. 1 -7, the pin configuration 16, 1 8 used to transfer the excess molten solder to the solder joint has straight sections, but it will be apparent that the transfer means can be of many different shapes as long as it touches the electrically-conductive surface 26 where the solder reserve 42 is deposited and also touches the electrically-conductive surface 3 8 of the memory card or conductive means that it is to be connected to. In other words, the transfer means, the pin 16, 18 of Fig. 1, must provide during the second reflow a continuous electrically-conductive wettable solder surface path between the solder reserve source and the joints to be soldered, after the flow resistant coating, which restricts the solder flow during the first reflow or deposit attachment step, has been removed, as for example by vaporization during the second reflow. In the variation shown in Fig. 8, the pins 52 that serve as the solder transfer conduits between the solder deposits 42 and the contact regions 54 where the solder joints will be made are curved to provided a beveled entrance for the card. In the Fig. 9 variant, the bottom surface of the carrier is provided with solder balls or bumps56 connected by means of vias (not shown) to SMT pads on the top carrier surface. The solder balls allow for easy secondary attachment using SMT processing to the motherboard instead of through4aole attachment.
In the embodiments so far described, the additional solder deposit is located on a solder pad away from the electrically-conductive member having the contact region that will form part of the solder joint. In the embodiments of Figs. 10-14, the excess solder deposit is located on a surface region of the electrically-conductive member that is different from the surface region having the contact region that will form part of the solder joint. Figs. 10-12 are examples of electrically-conductive members 60 that are punched or stamped to form a smooth curved contact region 62 on a first surface and a recess or well 64 on one or more secondside surfaces that are different and spaced from the contact region 62. As with the previous embodiment, the backside surfaces 66 that do not play a role in the soldering process can be flat or curved. Preferably, the electrically-conductive members 60, pins in this example, are inserted into a carrier 68 or other PCB before the welts 64 are filled with solder to serve as the additional solder reserve. A typical carrier 68 with its SMT pads 70 connected to the inserted pins is illustrated in Fig. 13. In a preferred way of accomplishing this, a solder mask is provided (not shown) everywhere except inside the well surfaces, and then the well side of the board is run through a wave solder process which causes molten solder to fill the welts 64 on the sides, and upon cooling solidifies to form the desired solid mass of excess solder, shown at 72 in Fig. 14, as well as to solder the pins into the plated through-holes. In this case, reserve solder 72 fills both welts 64 on the side surfaces of the pin. The additional solder ´72, as before, is spaced from the contact surfaces 62 which remain free of any obstructions that may interfere with insertion of the second PCB or prevent proper contact between all of the contact regions 62 and the corresponding contact regions of the second PCB. The flow-resistant coating that prevented improper spread of the solder during the wave solder step is then removed by any convenient means, or as before the second reflow is used to burn off the flow-resistant coating. After the second PCB is inserted, only the second PCB needs to be fluxed and the assembly is subjected to a second reflow (counting the wave solder step as a first reflow) during which process the molten solder from the solder deposits 72 by capillary action wick around the pins and collect on the contact junction between the pin contacts regions 62 and the contact surfaces of the SMT pads 74 on the inserted card 76, and can flow as well into the plated through-holes. The solder adheres and completely surrounds the contact sides of each of the pins and the contacted surfaces of the SMT pads on the memory card. Some solder also goes into the plated through-hole that the pin is inserted into and solders the pin into the hole.
When the reflow step is complete and the solder hardens, as illustrated in Fig- 13,the solder under the influence of capillary action has formed a thicker layer 80 on the SMT pad, filled in any spaces in the plated-through holes (not shown), and wicked around to fill any spaces at the edge contact array 74 forming a good fillet around the joint and a robust reliable solder joint.
The contact member used in the invention can be fabricated with different cross-sections, such as round, square, rectangular, and octagonal, etc. It can also have different shapes, and be fabricated by techniques in addition to stamping and punching, such as by using a screw machine approach or cold heading to make the pin rather than by stamping. The invention can be used with any kind of substrate that has openings into which a projecting member needs to be mounted by placement in the holes or can use solder bumps or other forms of interconnections. The invention can also be applied to projecting members from sockets or clips that will be soldered to an inserted component to be mounted onto a substrate.
Fig. 15 illustrates a modified pin design of the screw machine type, comprising an   electrically-conductive member 84 having a post 86 for mounting to a substrate, and a contact   part 88. The latter has a curved top with a widened part designated 88 that forms the contact   region that makes contact with the pads on the card when inserted between two lines of posts of the type illustrated. Spaced below and above, respectively, the contact region 88 are annular recesses 90, 92 which receive the solder deposits (not shown). The latter can be achieved by masking all but the recesses and wave soldering or other equivalent means that results in solidified melted solder filling the recesses 90, 92. The solidified solder (not shown in Fig. 1 5) remains spaced from the contact region 88. After the card has been mounted and the assembly reflowed, as before, the solder filling the recesses melts and wicks over to the contact region forming the desired robust solder joint at the contact region 88 with the mounted card (not shown).
Any solderable material, such as copper or copper allay, brass or brass allay, and phosphor bronze, can be used in this application. The overall pin lengths can cover a wide range, for example, from 0.25-2 inches.
It will be noted that the solder reserve, before transfer, preferably is a mass of solid material, which is preferably melted solder, preferably formed by a separate reflow step, and is not wet solder paste or any other kind of non-solid material.
While the invention has been described in connection with preferred embodiments, it will be understood that modifications thereof within the principles outlined above will be evident to those skilled in the art and thus the invention is not limited to the preferred embodiments but is intended to encompass such modifications.
Brief Description of Drawings
SUMMARY OF THE DRAWINGS
In the drawings:
Fig.1 is a partial perspective view of one form of pinned carrier or header in accordance with the invention prior to adding the solder reserve deposits
Fig.2 is a perspective view similar to that of Fig.1 showing the carrier after solder reserve deposits have been added;
Fig. 3 is a plan view from the top of the carrier of Fig. 2;
Figs. 4 and 5 are cross-sectional views along the lines 4-4 and 5-5, respectively, of Fig. 3;
Fig. 6 is a partial end view of the upper part of the carrier of Fig. 3 after a PCB has been inserted between the facing contact pins of the carrier;
Fig, 7 is a view similar to that of Fig. 6 after the reflow step that permanently attaches the PCB to the carrier;
Figs. 8 and 9 are views similar to that of Fig. 6 of two modified forms of pinned carrier according to the invention after provision of the solder deposits;
Figs. 10 and 1 l are front and side views, respectively, of one form of pin that can be employed in the invention;
Fig. 12 is a cross-sectional view along the line 12- 12 of Fig. 10;
Fig. 13 is a partial perspective view of the carrier of Fig. 13 after reflow, and also illustrates a second embodiment of the invention;
Fig. 14 is a partial perspective view of a carrier according to the invention for implementing the second embodiment of the invention;
Fig. 15 is a partial plan view from the front showing a modified pin design according to the invention.
WHAT IS CLAIMED IS:
1. A solder reserve and transfer device for a connector having a first location comprising a first electrical contact surface region to be soldered to another electrical contact, said first location lacking sufficient solder for effecting a robust solder joint between the first surface region and the other electrical contact when the device and connector are reflowed in a subsequent step,
the transfer device comprising:
a) means for connecting the device to the connector,
b) a second location on the device and spaced from the first location and comprising an attached reserve amount of solidified, reflowed solder sufficient for effecting a robust solder joint between the first surface region and the other electrical contact when remelted and transferred to the first location,
c) the amount of the solidified, reflowed solder reserve and its spacing from the first contact surface region being such that, upon heating the device and connector to tide solder reflow temperature during the subsequent step, the solidified, reflowed solder reserve will remelt and wick from its position at the second location to the first location such that upon cooling a robust solder joint between the first contact surface region and the other electrical contact can be effected.
2. A solder reserve and transfer device for a connector as claimed in claim 1, wherein the first location on the connector comprises an electrically-conductive pin having the first contact surface region, said pin first contact surface region being free of excess solder to prevent obstruction to the other electrical contact when it engages the first contact surface region.
3. A solder reserve and transfer device for a connector as claimed in claim 2, wherein the device comprises a solder pad having an exposed surface on a substrate providing a continuous conductive solder-wettable path to the electrically- conductive pin, the second location is on the solder pad, and the solder reserve comprises reflowed solder attached to the solder pad's exposed surface at the second location spaced from the first location.
4. A solder reserve and transfer device for a connector as claimed in claim 3, further comprising a coating of a flow-resistant material positioned in the path between the solder reserve and the second location, said flow-resistant material being vaporizable at a subsequent reflow temperature.
5. A solder reserve and transfer device for a connector as claimed in claim1 , wherein the spacing between the first and second locations is at least about 0.001 inches, and the amount of the solder deposit is at least about 0.00001 inches cubed.
6. A solder reserve and transfer device for a connector as claimed in claim 1, wherein the spacing between the first and second locations is at least about 0.02 inches, and the amount of the  solder deposit is at least about 0.000035 inches cubed.
7. A daughter card adapter for receiving and supporting a daughter card for connection to a motherboard, the daughter card comprising contact areas along both sides of an edge of the card, the daughter card adapter comprising:
a) a substrate having at least two parallel rows of laterally spaced, upstanding connectors having facing contact regions, the contact regions forming a first pattern matching that of the card's contact areas,
b) a plurality of contact pads on a first surface of the substrate each adjacent an d in contact with one of the upstanding connectors,
c) a discrete solder deposit of solidified solder on each of the contact pads at a first location spaced from the adjacent upstanding connector, the closest part of the solder deposit being spaced from the contact region of the adjacent upstanding connector by a predetermined distance,
d) the upstanding connectors having at the contact regions insufficient solder for effecting a re bust solder joint to contact areas on the daughter card when the adaptor and the supported daughter card are engaged and reflowed,
e) each of the solidified solder deposits containing sufficient solder for effecting a robust solder joint between the upstanding connectors´ contact regions and the contact areas on the daughter card when the adaptor and the engaged daughter card are heated to reflow temperature causing the solder deposits to melt and wick along the contact pad to the adjacent upstanding connector and then to flow up to its contact region.
8. A daughter card adapter as claimed in claim 7, wherein the daughter card adapter comprises a plurality of contacts on a second surface of the substrate, the plurality of contacts on the second surface of the substrate forming a second pattern for engaging a like pattern of contacts on the motherboard, the second pattern being different from the first pattern, the solder deposit being reflowed solder.
9. A substrate having plated through-holes, and an electrically-conductive pin mounted in a plated through-hole, the pin having at a region at least first and second spaced surfaces, the first surface being shaped to serve later as a contact surface with another object, the first surface being free of any additional solder that will interfere with its later contact with the other object, the second surface containing a well or recess, an amount of solidified previously-melted solder filling the well or recess and serving as a reserve solder deposit for a soldered connection to be later made at the first surface with the other object.
10. A substrate as claimed in claim 9, wherein the pin has four external surfaces at the region, the first surface being a front surface of the region, the second surface including a side surface of the region.
11. The combination of:
(I) a substrate having first and second surface portions,
(II) a plurality of aligned plated through-holes in the substrate arranged in at least two spaced rows,
(III) a plurality of upstanding aligned male contact members mounted on the first substrate surface and also arranged in at least two spaced rows, each male contact being laterally spaced from an adjacent through-hole, the spaced rows of male contacts being laterally spaced and facing an opposite male contact such as to form a slotted receiving and contact region for card contact pads of an inserted edge contact card,
(IV) a plurality of substrate solder pads on the first substrate surface, each of the substrate solder pads extending continuously between and in contact with one of the male contacts and the adjacent plated through-hole,
(V) a series of external contacts on the second substrate surface each in contact with an adjacent plated through-hole,
(VI) a discrete solder deposit on each of the substrate contact pads at a first location spaced by a minimum distance from the adjacent upstanding male contact, the closest part of the solder  deposit being spaced from the adjacent upstanding male contact such that, when the substrate and an inserted edge contact card are heated to reflow temperature, the solder deposits are melted and wick along the adjacent contact pad to the adjacent upstanding male contact thereby, upon cooling, forming a robust solder joint between the male contacts and the pads of the inserted edge contact card.
12. The combination of claim 11, further comprising a coating of flow-resistant material on the contact pads between the closest part of the solder deposit and the adjacent upstanding male contact, the flow-resistant material vaporizing during the heating to reflow temperature.
13. The combination of claim 1 l, wherein the substrate is a header for mounting the soldered edge contact card on a motherboard.
14. A process for fabricating a header for receiving an edge contact card and for later mounting onto a motherboard, comprising the steps:
(I) providing a substrate having:
a) first and second surface portions,
b) a plurality of aligned plated through-holes in the substrate arranged in at least two spaced rows,
c) a plurality of upstanding aligned male contact members mounted on the first substrate surface and also arranged in at least two spaced rows, each male contact being laterally spaced from an adjacent through-hole, the spaced rows of male contacts being laterally spaced and facing an opposite male contact such as to form a slotted receiving and contact region for card contact pads of a later inserted edge contact card,
d) a plurality of substrate solder pads on the first substrate surface, each of the substrate solder pads extending between and in contact with one of the male contacts and the adjacent coated through-hole,
e) a series of external contacts on the second substrate surface each in contact with an adjacent plated through-hole;
(II) providing on each substrate solder pad and the adjacent plated through-hole a solder- flow-resist layer except for a deposit-receiving laterally space from the 8djacent male contact,
(III) depositing on each of the deposit-receiving regions a predetermined amount of solder,
(IV) reflowing a first time the substrate to attach the solder deposit to each of the deposit- receiving regions, the reflowing step and the flow-resist layer being such that the flow-resist layer remains substantially intact during the reflowing step, the flow-resist layer preventing the reflowed solder deposit from wicking to the adjacent male contact,
(V) inserting an edge contact card in the card-receiving region such that the cards´ contact pads engage opposite contact regions on the facing male contacts, the contact regions on the facing male contacts lacking sufficient solder for effecting a robust solder joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts when the substrate and card are again reflowed,
(VI) reflowing a second time the substrate, this time with the inserted card in place, to cause the solder deposits to melt, the solder-flow-resist layer if present to burn off, and the molten solder to wick along its substrate contact pad to the joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts, each solder deposit containing sufficient solder for effecting a robust solder joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts when the substrate and card are cooled.
15. A process for fabricating a header for receiving an edge contact card and for later mounting onto a motherboard, comprising the steps:
(I) providing a substrate having:
a) first and second surface portions,
b) a plurality of aligned plated through-holes in the substrate arranged in at least two spaced rows,
c) a plurality of upstanding aligned male contact members mounted on the first substrate surface and also arranged in at least two spaced rows, each male contact being laterally spaced from an adjacent through-hole, the spaced rows of male contacts being laterally spaced and facing an opposite male contact such as to form a slotted receiving and contact region for card contact pads of a later inserted edge contact card, each male contact having a contact region and spaced from the contact region a recess,
d) a plurality of substrate solder pads on the first substrate surface, each of the substrate solder pads extending between and in contact with one of the male contacts and the adjacent coated through-hole,
e) a series of external contacts on the second substrate surface each in contact with an adjacent plated through-hole;
(II) providing on at least each of the male contact members including its contact region a solder-flow-resist layer except for its recess that will serve as a solder-deposit-receiving region,
(III) wave soldering the assembly to deposit in each of the deposit-receiving regions a predetermined amount of solder, the flow-resist layer preventing the solder from depositing on the contact region,
(IV) inserting an edge contact card in the card-receiving region such that the cards´ contact pads engage opposite contact regions on the facing male contacts, the contact regions on the facing male contacts lacking sufficient solder for effecting a robust solder joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts when the substrate and card are reflowed,
(V) reflowing the substrate with the inserted card in place to cause the solder deposits to melt, the solder-flow-resist layer if present to burn off, and the molten solder to wick along the contact member to the joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts, each solder deposit containing sufficient solder for effecting a robust solder joint between the cards´ contact pads and the opposite contact regions on the facing male contacts when the substrate and card are cooled.
16. The process as claimed in claims 14 or 15, wherein the spacing between the deposit receiving region and the adjacent male contact is at least about 0.02 inches, and the amount of the
solder deposit is at least about 0.000035 inches cubed.
17. The process as claimed in claims 14 or 15, wherein step IV respectively V is carried out in the presence of flux.
18.  The process as claimed in claim 16, wherein step V is carried out in the presence of flux.
1   Abstract 
A solder transfer method which uses an electrically-conductive, e.g., metal, surface, of a stamping or pin or pad as a vehicle to transfer molten solder from a remote solder reserve tea solder joint to be made. In a preferred embodiment, a solder deposit previously-formed on a surface mount pad during a first reflow step will transfer up to flee adjoining contact surfaces by a wicking process to provide the additional solder needed to fabricate a robust solder joint. When one of the contact surfaces is a contact or pin on a first PCB, and the other contact surface is a SMT pad on a second PCB serving, for example, as a memory card, the process of the invention makes for an easy SMT processed attachment of the memory card to the first PCB without the need to add solder during a second reflow step to make a robust solder joint between the contact surfaces.
2  Representative Drawing
Fig.1
【図１】
2004207232.tif 000018
【図２】
2004207232.tif 000019
【図３】
2004207232.tif 000020
【図４】
2004207232.tif 000021
【図５】
2004207232.tif 000022
【図６】
2004207232.tif 000023
【図７】
2004207232.tif 000024
【図８】
2004207232.tif 000025
【図９】
2004207232.tif 000026
【図１０】
2004207232.tif 000027
【図１１】
2004207232.tif 000028
【図１２】
2004207232.tif 000029
【図１３】
2004207232.tif 000030
【図１４】
2004207232.tif 000031
【図１５】
2004207232.tif 000032