CN1765160A - 用于两个电路板的电的和机械的连接的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和一个装置，用于使一个第一电路板(PCB)与一个与第一电路板(PCB)间隔地共面设置的第二电路板(SUB)通过一个具有多个插头(P)的插头板(ST)实现电的和机械的连接。首先使所述插头(P)穿过第二电路板(SUB)的敷镀通孔(TH)，其中这些敷镀通孔(TH)具有一个横截面，它保证透穿的插头(P)垂直于电路板(PCB，SUB)的平面的运动。接着使用于形成表面安装的插头板(ST)的插头端部(SMT)定位在第一电路板(PCB)的规定位置上，最后使插头板(ST)通过一个钎焊过程安装在第一和第二电路板(PCB，SUB)上，最好以一个熔融技术实现。

Description

用于两个电路板的电的和机械的连接的方法和装置
本发明涉及一种借助于一个插头板(Stiftleiste)使两个电路板电和机械上连接的方法和装置。
为了使电路板(或者说印刷电路板，PCB)相互接通，已知了在电路板之间的接线卡或插头板的传力连接或压合连接。
此外还已知使电路板相互间通过插头板经过一个钎焊工艺相互接通并且同时相互间机械固定。所述插头板在此在使用一个波峰焊工艺的条件下与那个电路板的敷镀通孔连接(Durchkontaktierung)。通常将插头板例如罩在一个塑料体里面并且具有间隔栓用于调节塑料体与在电路板上的导体带之间的自由空间。
所述波峰焊工艺适合于元件的安装，其中这个元件的接头线的通孔敷镀(Through-Hole Technology)在电路板的底面上实现。该电路板的底面在此构成钎焊面。在本身的钎焊过程中使电路板以钎焊面向下在一个液体焊剂波上面移动。
随着日益增加的元件微型化在安装电路板时使用一种表面安装技术(表面安装技术，SMT)。在专业领域中称为SMD(Surface MountedDevice)的表面安装的元件具有金属化的表面或金属的连接引腿，它们在一个钎焊过程中与电路板的导体带连接，由此省去将一个接头线通孔敷镀在电路板的为其所规定的孔中。
适用于SMT技术的钎焊方法在专业领域中也称为熔融钎焊工艺或回流(Reflow)焊工艺。在此是一种钎焊工艺，其中在一个提前进行的工作步骤中涂覆到电路板上的焊膏通过温度的作用熔融，由此使电路板与SMD元件相互连接。
在将一个电路板安装到一个元件组载体、尤其是另一电路板上时一个第一电路板与一个第二电路板通过插头板连接，使得两个电路板平面地相互平行地设置。因此从外观上这种结构也称为“夹层式”结构。对于与第一电路板间隔的第二电路板例如是一个次模块，它通过插头板与第一电路板或一个所谓的主元件组电的和机械的连接。
在以这种夹层式结构制造时已经证实有利的是，所述次模块配有插头板并且这个插头板在一个接着的SMT钎焊过程中与主元件组上的相应钎焊点连接。为此将插头板的要与主元件组连接的端部折弯，用于保证与钎焊点具有一个接触面。所述插头板端部的几何形状例如由“翼形(Gullwing)”或由“J形引线”构成。为了将次模块容易地安装到主元件组上将插头板设置在次模块的至少两个边缘上，由此可以使次模块在SMT钎焊过程之前可靠地定位在主元件组上。
所述插头板在次模块上的提前安装一般通过使这个插头板压合在次模块的相应规定的传力连接孔里面而实现。另一用于传力连接安装的方案是将插头板钎焊在次模块上。
上述安装方法存在许多缺陷。所述插头板的传力连接压合只适用于厚度在两毫米以上的电路板。还必须进行所述压合，使得传力连接在SMT钎焊过程期间不松开。这种附加的工作步骤还使加工成本增加。
所述次模块的平面度误差必需非常小，由此使次模块与主元件组共面。两个电路板的共面性是所有用于形成表面安装的插头板插头端部在所有那些为插头端部设置的钎焊点上平面安放的前提。所述插头端部的平面安放对于插头板与主元件组的钎焊连接质量也是强制必需的。这种钎焊连接除了压合的加工过程以外也由钎焊期间次模块的变形来确定。
本发明的目的是，给出措施，通过使用这些措施保证一个次模块的插头板端部平面地安放在一个主元件组上。
按照本发明关于方法方面的目的通过一种具有权利要求1特征的方法得以实现，而关于装置方面的目的通过一个具有权利要求7特征的装置得以实现。
按照本发明，将一个第一电路板连接到一个第二电路板的插头板的插头穿过第二电路板的敷镀通孔并且第二电路板以一个间距共面地定位在第一电路板上。所述插头板在两个电路板上的连接通过一个接着的钎焊过程、最好是一个熔融钎焊过程实现。所述敷镀通孔、即金属化通孔在此具有一个横截面，该横截面相对于插头的横截面具有足够的间隙能够使插头垂直于电路板平面移动。在第一电路板上通过钎焊连接安装的插头端部为一个表面安装成形。
按照本发明的方法的一个重要优点是，穿过敷镀通孔的插头板在钎焊过程期间、即在焊剂的熔融状态能够实现一个垂直于电路板表面进行的运动。通过这种结构在钎焊过程期间通过第二电路板的自重保证平面性误差的一个有利找平。由此使第二电路板与第一电路板之间的共面性误差对于表面安装的插头端部在第一电路板上钎焊连接的结果没有影响。
通过按照本发明的方法有利地省去以一个公知的使插头板压合在第二电路板上的形状配合连接的压合技术，由此也允许使用两毫米以下厚度的电路板。因此第二电路板的形状(或作为次元件组)有利地以更薄的厚度进行加工。这个次元件组的弯曲(Verbiegen)对于连接板或面对第一电路板的以表面结构方式安装的插头端部的共面性没有影响。此外还省去一个目前对于次元件组在一个加工过程期间的共面性所要求的严格的最小误差。
按照本发明方法的另一优点是，所述第二电路板在第一电路板上的安装仅仅通过一个钎焊过程实现。因此以有利的方式省去附加的钎焊过程(例如借助于波峰焊技术)或压合过程，目前通过这些过程实现插头板在第二电路板上的安装。
本发明的有利改进方案在从属权利要求中给出。
一个熔融钎焊过程在使用焊膏的情况下有利地用于按照本发明的方法，因为插头板的熔融技术可以与目前常见的SMD元件(SurfaceMounted Device)安装同时进行。按照本发明的方法的这个优选的方案特征在于THT插头板(Trough Hole Technology)的机械优势与优选应用的熔融钎焊工艺的结合。所述插头板与SMD元件一起在一个唯一的工作过程中钎焊。
一个提前于熔融钎焊过程进行的附加钎焊过程由于稳定性的原因是有利的。通过这个钎焊过程产生的钎焊连接通过相应地选择焊剂或相应的过程参数设计，使得这个连接在下面的熔融过程中再熔融，用于保证按照本发明的方法对于实现以表面结构形式成形的插头端部在第一电路板上的平面定位的作用。
以有利的方式使所述插头在插头板内部通过一个壳体固定，该壳体在面对第二电路板的一侧上具有间隔体。该壳体最好由塑料体或陶瓷体构成。所述间隔体最好由栓柱或塑料鼻构成并保证插头板垂直置于在第二电路板上以及一个自由的钎焊通径，在专业领域也称为“Stand off”。
下面借助于附图详细的描述一个具有本发明的其他优点和方案的实施例。
附图中：
图1A以一个第一视图示出一个电路板连接的示意结构图，
图1B以一个与第一视图相比旋转90°的视图示出一个电路板连接的示意结构图。
在图1A中示出一个第一电路板PCB和一个第二电路板SUB的截面图。该第一电路板PCB例如由主元件组PCB构成，第二电路板例如由次模块SUB构成。
两个电路板PCB，SUB通过一个插头板ST相互连接，其中所述连接形成在电路板PCB，SUB之间形成一个间距的情况下共面地构成。
在由一种绝缘材料如塑料或陶瓷构成的插头板ST中延伸出插头P，它们在面对主元件组PCB的一侧具有适合于表面安装的形式SMT。所述插头板ST例如罩在一个塑料体或陶瓷体里面。
所述插头P在面对次模块SUB的一侧上导入敷镀通孔TH。这些敷镀通孔TH例如由相应的孔构成，它们在一个提前进行的过程中镀覆金属。在次模块的表面上除了未示出的导体带以外还有未示出的金属化的钎焊点(“垫(pads)”)，所述敷镀通孔TH的金属层通到焊点上。
在将插头P插进敷镀通孔TH之前在对应的钎焊点上涂覆焊膏。这个过程在专业领域也称为“浸膏(pin in paste)”。以相同的方式将焊膏涂覆到主元件组PCB上的用于形成表面安装的插头SMT的未示出的钎焊点上。所述浸膏过程通过将焊膏涂覆到电路板SUB上开始，该电路板例如以丝网印刷技术实现。如果涂覆结束，在将插头板ST的插头P插进充满焊膏的敷镀通孔TH之前，将未示出的SMD元件安放到电路板上。也可以在SMD元件之前将所述插头板定位。
所述插头SMT，P在那些电路板PCB，SUB上的机械的和电的连接在一个接着的回流或熔触钎焊过程中实现。选择所述敷镀通孔TH的横截面，使得所述插头板ST的插头P在敷镀通孔TH内部在熔焊过程期间在一个电路板平面的法线方向上可以自由移动。所述插头板ST在熔焊过程期间通过间隔体D、例如栓柱垂直地固定在电路板上。除了保证一个垂直放置以外所述间隔体D还起到一个调节插头板ST的塑料或陶瓷体与未示出的在次模块SUB的底面上的导体带之间的自由空间的作用。此外所述间隔体D保证在敷镀通孔TH内部存在熔融的焊膏的一个自由的焊膏通径。
在一个例如充满惰性气体的炉中的钎焊过程期间涂覆到各点上的焊膏熔化并与周围的金属的或金属化的表面连接。对于插头板ST所述THT钎焊点在敷镀通孔TH中熔化并且所述次模块SUB的自重使用于形成表面安装的在主元件组PCB上的插头端部SMT平面地顶压到未示出的垫上。在此原来“凝固”的非平面的压痕(Ausprgung)在插头板ST或次模块SUB里消失。通过插头P在敷镀通孔TH中的自由活动性保证这个非平面的压痕通过次模块SUB自重的作用找平，因此用于形成表面安装的插头端部SMT平面地且平行地置于主元件组PCB的平面上。在焊剂固化后保证一个可靠的钎焊连接。
所述敷镀通孔TH在附图中在这个进行的钎焊过程之后分别以固化的焊膏示出。在次模块SUB的底面以及顶面上在金属化的、与敷镀通孔TH连接的钎焊点上构成凸起的或内锥形式的焊剂凸起。
目前对于电路板配备一个插头板ST通常需要一个独立的工作步骤。所述插头板ST在SMD元件的回流焊之后手动或自动地置入并钎焊。通过按照本发明的方法省去这个步骤，这明显降低了结构组件的配备成本。
下面借助于图1的功能单元详细描述次模块SUB的结构。
在按照图1B的侧视图中可以看出，所述次模块SUB在优选的实施例中具有两个插头板ST，由此能够无需其它定位装置地实现插头板ST或次模块SUB在主元件组PCB上的定位。当然按照本发明的方法也可以用于实现一个唯一的插头板ST的定位。
此外该侧视图简示出用于形成表面安装的插头端部SMT的示例性几何形状，它可以轻而易举地替换成其它此类的常见几何形状。此外也可以使用一个插头板端部SMT的球形的压痕。

Claims (10)

1.一种方法，用于使一个第一电路板(PCB)与一个与第一电路板(PCB)间隔地共面设置的第二电路板(SUB)通过一个具有多个插头(P)的插头板(ST)实现电的和机械的连接，其具有下列步骤：
-使所述插头(P)穿过第二电路板(SUB)的敷镀通孔(TH)，其中这些敷镀通孔(TH)具有一个横截面，该横截面保证穿过的插头(P)垂直于电路板(PCB，SUB)平面的运动，
-使插头板(ST)的用于形成表面安装的插头端部(SMT)定位在第一电路板(PCB)的规定位置上，
-使插头板(ST)通过钎焊过程安装在第一和第二电路板(PCB，SUB)上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钎焊过程通过熔融钎焊过程实现。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在穿过插头之前将焊膏涂覆在第二电路板(SUB)上。
4.如权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，在穿过插头之后在进行熔融钎焊过程之前实现用于将插头板安装在第二电路板(SUB)上的钎焊过程。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述插头(P)通过一个环绕的壳体就地固定在插头板(ST)上。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在钎焊过程期间通过对应插头板(ST)的间隔体(D)保证在敷镀通孔(TH)中的一个自由焊剂通径。
7.一种装置，用于使一个第一电路板(PCB)与一个与第一电路板(PCB)间隔地共面设置的第二电路板(SUB)通过一个具有多个插头(P)的插头板(ST)实现电的和机械的连接，其中
-所述插头板(ST)穿入第二电路板(SUB)的敷镀通孔(TH)，其中所述插头板(ST)通过第一钎焊过程与第二电路板(SUB)连接，
-所述插头板(ST)与第一电路板(PCB)以表面结构形式通过第二钎焊过程连接，
-所述敷镀通孔(TH)具有一个横截面，该横截面保证在第二钎焊过程期间穿过的插头(P)垂直于电路板(PCB，SUB)平面的运动。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一和第二钎焊过程可以在一个过程中实现。
9.如权利要求7或8中任一项所述的装置，其特征在于，一个包围插头(P)的壳体作为插头板(ST)的组成部分。
10.如权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述对应于插头板(ST)的间隔体(D)用于保证一个在敷镀通孔(TH)中的自由焊剂通径。
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