CN112004316A - 一种元件堆叠设计的印刷电路板结构及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种元件堆叠设计的印刷电路板结构，与印刷电路板连接的第一元件上包设连接所述第一元件引脚的金属连接片，所述金属连接片延伸至所述第一元件的顶部，所述第一元件的引脚焊接于所述印刷电路板，与所述第一元件连接的第二元件垂直堆叠于所述第一元件，所述第二元件的引脚连接于所述金属连接片。一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，通过第一焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，通过第二焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件，或者通过第二焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，第一焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件。所述第一焊接材料的熔点区间为245℃‑255℃，所述第二焊接材料的熔点区间为230℃至240℃。
Description
技术领域
本发明涉及印刷电路板元件设计焊接领域，尤其涉及一种元件堆叠设计的印刷电路板结构及焊接方法。
背景技术
随着电子产品设计越来越趋于小型化且功能越来越趋于复杂化，这就要求电子产品的电路***设计更加集中化、更加复杂化。而电子产品的小型化趋势使得电子产品中的印刷电路板板面积更小，电子产品功能的复杂化趋势要求在印刷电路板上布置的器件增多。
现有技术中，导致其电路元器件布局越来越紧密，PCB布局难度加大，部分芯片及器件难以放下，且器件密度较大时，影响电路***中关键信号的布线，导致信号之间相互干扰增大，进而影响整个电路***的整体电气性能稳定性。元件并联电路是印刷电路板中常用的电路，以电阻电容并联电路为例，电阻电容并联电路是电子电路中常用的电路之一，在印刷电路板设计中电阻电容并联电路的常规布局及走线为两个器件平行于印刷电路板并靠在一起连接，在印刷电路板上通过走线并联连接，但是在大规模采用RC并联电路时，其占用了印刷电路板很大面积，因此这种布局极不利于印刷电路板设计小型化；同时元器件均在印刷电路板上并联走线连接，增大了印刷电路板上信号的stub，可能造成信号反射及信号间的相互干扰，从而影响电气性能。
发明内容
本发明提供一种元件堆叠设计的印刷电路板结构及焊接方法，旨在解决常规的将并联元件焊接于印刷电路板上设计方式造成占用印刷电路板面积，不利于印刷电路板设计小型化的问题；旨在解决常规的将并联元件焊接于印刷电路板上设计方式造成元件均在印刷电路板上并联走线连接的情况，进而导致印刷电路板上信号的stub增大，形成信号反射及信号间的相互干扰，从而影响电气性能的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种元件堆叠设计的印刷电路板结构，包括：
印刷电路板，与所述印刷电路板连接的第一元件，在所述第一元件上包设金属连接片，所述金属连接片连接于所述第一元件的引脚，所述金属连接片延伸至所述第一元件的顶部；
所述第一元件的引脚焊接于所述印刷电路板；
与所述第一元件连接的第二元件垂直堆叠于所述第一元件，所述第二元件的引脚连接于所述金属连接片。
本发明还提供一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，通过第一焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，通过第二焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件，或者通过第二焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，第一焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件；通过回流炉处理所述第一焊接材料的连接点，然后通过回流炉处理第二焊接材料的连接点。
优选地，所述第一焊接材料的熔点区间为245℃-255℃，所述第二焊接材料的熔点区间为230℃至240℃。
优选地，其一种焊接工艺流程为：
S1，在所述印刷电路板上铺设第一治具；
S2，在所述第一治具上涂熔融的所述第一焊接材料，取下所述第一治具；
S3，将所述第一元件设置于所述印刷电路板上涂有所述第一焊接材料的位置；
S4，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出；
S5，对应所述第一元件在所述印刷电路板上设置第二治具，在所述第二治具上涂熔融的所述第二焊接材料，取下所述第二治具；
S6，将所述第二元件设置于所述第一元件上涂有所述第二焊接材料的位置；
S7，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出。
优选地，其另一种焊接工艺流程为：
S100，将所述第一元件设置于第三治具中；
S200，在所述第三治具上涂熔融的所述第一焊接材料，取下所述第三治具；
S300，将所述第二元件设置于所述第一元件上涂有所述第一焊接材料的位置；
S400，将所述第一元件和第二元件设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述第一元件和第二元件取出；
S500，在所述印刷电路板上设置第一治具，在所述第一治具上涂熔融的所述第二焊接材料；
S600，将所述第一元件设置于所述印刷电路板上涂有所述第一焊接材料的位置；
S700，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出。
优选地，所述第一治具包括设置有第一隔板，所述第一隔板厚度为2mm，所述第一隔板上设置有第一通孔，所述第一通孔的位置对应所述第一元件的引脚设置于所述印刷电路板上的位置，所述第一隔板的底部设置有所述第一支撑柱，所述第一支撑柱高度0.2mm，所述第一隔板的底部设置匹配所述印刷电路板的第一定位结构。
优选地，所述第二治具包括第二隔板，所述第二隔板厚度为2mm，所述第二隔板上设置有第二通孔，所述第二通孔的位置对应所述第二元件的引脚设置于所述金属连接片上的位置，所述第二隔板的底部设置有第二支撑柱，所述第二隔板的底部距离所述第一元件的顶面0.2mm，所述第二隔板的底部设置匹配所述印刷电路板的第二定位结构。
优选地，所述第三治具设置有底座，所述底座上等间距设置固定柱，所述固定柱间的距离长于所述第一元件宽度0.6mm，所述固定柱的高度高于所述第一元件高度0.2mm，所述固定柱上可拆装连接第三隔板，所述第三隔板厚度为2mm，所述第三隔板上设置有第三通孔，所述第三通孔的位置对应所述第一元件上所述金属连接片的位置。
本申请提出的一种元件堆叠设计的印刷电路板结构及焊接方法具体有以下有益效果：
本申请提出的一种元件堆叠设计的印刷电路板结构，通过将所述第一元件的引脚连接金属连接片，将所述第一元件焊接于所述印刷电路板，而将连接于所述第一元件的所述第二元件堆叠于所述第一元件上，并将所述第二元件焊接于所述金属连接片上，通过堆叠第一元件与第二元件，节省所述印刷电路板的空间，且减少印刷电路板的布线，缓解印刷电路板上信号的stub，减少信号间的相互干扰。本申请提出的一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法采用不同熔点的第一焊接材料和第二焊接材料分层次对所述印刷电路板、所述第一元件以及所述第二元件焊接，过程中无需夹具来固定工艺简单易操作，且保证所述印刷电路板与所述第一元件之间的焊接效果，保证所述第一元件与所述第二元件之间的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例中元件堆叠设计的印刷电路板结构原理图；
图2是本发明实施例中提供的第一治具的结构示意图；
图3是本发明实施例中提供的第二治具的结构示意图；
图4是本发明实施例中提供的第三治具的结构示意图；
图5是本发明实施例中回流炉处理第一焊接材料的焊接点时的温度时间曲线；
图6是本发明实施例中回流炉处理第二焊接材料的焊接点时的温度时间曲线；
图7是本发明实施例中元件堆叠设计的印刷电路板结构的一种焊接工艺；
图8是本发明实施例中元件堆叠设计的印刷电路板结构的另一种焊接工艺。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供的元件堆叠设计的印刷电路板结构，包括
印刷电路板，与所述印刷电路板连接的第一元件2，在所述第一元件2上包设金属连接片21，所述金属连接片21连接于所述第一元件2的引脚，所述金属连接片21延伸至所述第一元件2的顶部；
所述第一元件2的引脚焊接于所述印刷电路板1；
与所述第一元件2连接的第二元件3垂直堆叠于所述第一元件2，所述第二元件3的引脚连接于所述金属连接片21。
本发明提供一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，通过第一焊接材料焊接所述印刷电路板1与所述第一元件2，通过第二焊接材料焊接所述第一元件2与所述第二元件3，或者通过第二焊接材料焊接所述印刷电路板1与所述第一元件2，第一焊接材料焊接所述第一元件2与所述第二元件3；通过回流炉处理所述第一焊接材料的连接点，然后通过回流炉处理第二焊接材料的连接点。具体实施过程中，所述第一焊接材料的熔点区间为245℃-255℃，所述第二焊接材料的熔点区间为230℃至240℃。所述第一焊接材料和所述第二焊接材料均由锡、铜、银、松香、有机酸活性剂以及表面活性剂，通过改变锡的质量配比来改变熔点形成所述第一焊接材料和所述第二焊接材料。
通过所述第一焊接材料和所述第二焊接材料来焊接所述印刷电路板、所述第一元件以及所述第二元件的一种焊接工艺流程为：
S1，在所述印刷电路板上铺设第一治具；参阅图2所示，所述第一治具4包括设置有第一隔板41，所述第一隔板41上设置有第一通孔43，所述第一通孔43的位置对应所述第一元件2的引脚设置于所述印刷电路板1上的位置，所述第一隔板41的底部设置有所述第一支撑柱44，所述第一支撑柱44高度0.2mm，所述第一隔板41的底部设置匹配所述印刷电路板的第一定位结构42，具体实施过程中所述印刷电路板1上设置有穿孔，所述第一隔板41的底部对应穿孔设置柱状的所述第一定位结构42。
S2，在所述第一治具4的第一通孔43的位置上涂熔融的所述第一焊接材料，然后取下所述第一治具4；
S3，将所述第一元件2设置于所述印刷电路板上涂有所述第一焊接材料的位置，使得所述第一元件2的引脚接触所述第一焊接材料；
S4，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内呈线性上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃呈线性上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，过程中升温的速度逐渐降低，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板1取出；
S5，对应所述第一元件2在所述印刷电路板上设置第二治具5，参阅图3所示，具体实施过程中，所述第二治具5包括第二隔板51，所述第二隔板51上设置有第二通孔53，所述第二通孔53的位置对应所述第二元件3的引脚设置于所述金属连接片21上的位置，所述第二隔板51的底部设置有第二支撑柱54，所述第二支撑柱54的高度使得所述第二隔板51的底部距离所述第一元件的顶面0.2mm，所述第二隔板的底部设置匹配所述印刷电路板的第二定位结构52，具体实施过程中，所述第二定位结构52是对应所述印刷电路板上穿孔的柱状结构。
在所述第二治具5所述第二通孔53处涂熔融的所述第二焊接材料，取下所述第二治具5；
S6，将所述第二元件3设置于所述第一元件2上涂有所述第二焊接材料的位置；
S7，将所述印刷电路板1设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内呈线性上升至160℃；之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃呈线性上升至180℃；然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，过程中升温的速度逐渐降低，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板1取出。
通过所述第一焊接材料和所述第二焊接材料来焊接所述印刷电路板、所述第一元件以及所述第二元件的另一种焊接工艺流程为：
S100，将所述第一元件设置于第三治具中；参阅图4所示，具体实施过程中，所述第三治具6设置有底座64，所述底座64上等间距设置固定柱62，所述固定柱62间的距离长于所述第一元件2的宽度0.6mm，所述固定柱62的高度高于所述第一元件2的高度0.2mm，所述固定柱62的顶部设置有定位插柱63，所述固定柱62上可拆装连接第三隔板65，所述第三隔板65的底部对应所述定位插柱63设置定位槽，所述定位插柱63插接于所述定位槽，而所述第三隔板65上设置有第三通孔61，所述第三通孔61的位置对应所述第一元件2上所述金属连接片21的位置。将所述第一元件设置于所述固定柱62之间的所述底座64上，将所述第三隔板65盖合在所述固定柱62上。
S200，在所述第三治具6的所述第三通孔61处涂熔融的所述第一焊接材料，取下所述第三治具6的所述第三隔板65；
S300，将所述第二元件3设置于所述第一元件2上涂有所述第一焊接材料的位置；
S400，将所述第三治具6的底座64以及所述底座64上的所述第一元件2和第二元件3设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内呈线性上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃呈线性上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，上升过程中温度上升速度逐渐变慢，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述底座64及所述第一元件2和第二元件3取出；
S500，在所述印刷电路板1上设置第一治具4，具体实施过程中，所述第一治具4包括设置有第一隔板41，所述第一隔板41的厚度为2mm，所述第一隔板41上设置有第一通孔43，所述第一通孔43的位置对应所述第一元件2的引脚设置于所述印刷电路板1上的位置，所述第一隔板41的底部设置有所述第一支撑柱43，所述第一支撑柱43高度0.2mm，所述第一隔板41的底部设置匹配所述印刷电路板1的第一定位结构42。在所述第一治具4的第一通孔43处涂熔融的所述第二焊接材料，取下所述第一治具4；
S600，将所述第一元件2和所述第二元件3的结合体设置于所述印刷电路板1上涂有所述第一焊接材料的位置；
S700，将所述印刷电路板1设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内呈线性上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃呈线性上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，过程中升温速度逐渐变慢，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板1取出。
本申请提出的一种元件堆叠设计的印刷电路板结构，通过将所述第一元件的引脚连接金属连接片，将所述第一元件焊接于所述印刷电路板，而将连接于所述第一元件的所述第二元件堆叠于所述第一元件上，并将所述第二元件焊接于所述金属连接片上，通过堆叠第一元件与第二元件，节省所述印刷电路板的空间，且减少印刷电路板的布线，缓解印刷电路板上信号的stub，减少信号间的相互干扰。本申请提出的一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法采用不同熔点的第一焊接材料和第二焊接材料分层次对所述印刷电路板、所述第一元件以及所述第二元件焊接，过程中无需夹具来固定工艺简单易操作，且保证所述印刷电路板与所述第一元件之间的焊接效果，保证所述第一元件与所述第二元件之间的效果。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种元件堆叠设计的印刷电路板结构，包括印刷电路板，其特征在于，
还包括与所述印刷电路板连接的第一元件，在所述第一元件上包设金属连接片，所述金属连接片连接于所述第一元件的引脚，所述金属连接片延伸至所述第一元件的顶部；
所述第一元件的引脚焊接于所述印刷电路板；
与所述第一元件连接的第二元件垂直堆叠于所述第一元件，所述第二元件的引脚连接于所述金属连接片。
2.一种元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，通过第一焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，通过第二焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件，或者通过第二焊接材料焊接所述印刷电路板与所述第一元件，第一焊接材料焊接所述第一元件与所述第二元件；通过回流炉处理所述第一焊接材料的连接点，然后通过回流炉处理第二焊接材料的连接点。
3.根据权利要求2所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，所述第一焊接材料的熔点区间为245℃-255℃，所述第二焊接材料的熔点区间为230℃至240℃。
4.根据权利要求3所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，其一种焊接工艺流程为：
S1，在所述印刷电路板上铺设第一治具；
S2，在所述第一治具上涂熔融的所述第一焊接材料，取下所述第一治具；
S3，将所述第一元件设置于所述印刷电路板上涂有所述第一焊接材料的位置；
S4，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出；
S5，对应所述第一元件在所述印刷电路板上设置第二治具，在所述第二治具上涂熔融的所述第二焊接材料，取下所述第二治具；
S6，将所述第二元件设置于所述第一元件上涂有所述第一焊接材料的位置；
S7，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出。
5.根据权利要求3所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，其另一种焊接工艺流程为：
S100，将所述第一元件设置于第三治具中；
S200，在所述第三治具上涂熔融的所述第一焊接材料，取下所述第三治具；
S300，将所述第二元件设置于所述第一元件上涂有所述第一焊接材料的位置；
S400，将所述第一元件和第二元件设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到245℃至255℃的温度区间范围内，维持245℃至255℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述第一元件和第二元件取出；
S500，在所述印刷电路板上设置第一治具，在所述第一治具上涂熔融的所述第二焊接材料；
S600，将所述第一元件设置于所述印刷电路板上涂有所述第一焊接材料的位置；
S700，将所述印刷电路板设置于回流炉中，调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在100秒时间内上升至160℃，之后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在50秒-60秒内由160℃上升至180℃，然后调整所述回流炉温度，所述回流炉温度在10秒至20秒的时间内由180℃上升达到230℃至240℃的温度区间范围内，维持230℃至240℃温度区间50秒至60秒，静置冷却，之后将所述印刷电路板取出。
6.根据权利要求4所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，所述第一治具包括设置有第一隔板，所述第一隔板厚度为2mm，所述第一隔板上设置有第一通孔，所述第一通孔的位置对应所述第一元件的引脚设置于所述印刷电路板上的位置，所述第一隔板的底部设置有所述第一支撑柱，所述第一支撑柱高度0.2mm，所述第一隔板的底部设置匹配所述印刷电路板的第一定位结构。
7.根据权利要求4所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，所述第二治具包括第二隔板，所述第二隔板厚度为2mm，所述第二隔板上设置有第二通孔，所述第二通孔的位置对应所述第二元件的引脚设置于金属连接片上的位置，所述第二隔板的底部设置有第二支撑柱，所述第二隔板的底部距离所述第一元件的顶面0.2mm，所述第二隔板的底部设置匹配所述印刷电路板的第二定位结构。
8.根据权利要求5所述的元件堆叠设计的印刷电路板结构的焊接方法，其特征在于，所述第三治具设置有底座，所述底座上等间距设置固定柱，所述固定柱间的距离长于所述第一元件宽度0.6mm，所述固定柱的高度高于所述第一元件高度0.2mm，所述固定柱上可拆装连接第三隔板，所述第三隔板厚度为2mm，所述第三隔板上设置有第三通孔，所述第三通孔的位置对应所述第一元件上金属连接片的位置。
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2020
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