防基板變形結構的制作方法
【專利摘要】一種防基板變形結構，能夠抑制因連接器端子變形引起的基板變形(翹曲)的防基板變形結構。所述防基板變形結構包括基板、連接器底座及以等間隔的距離呈陣列排布的多個連接器端子，其中，所述防基板變形結構還包括樹脂板，該樹脂板夾設在所述基板與所述連接器底座之間，所述基板、所述樹脂板與所述連接器底座通過多個所述連接器端子連接，使所述樹脂板的熱膨脹系數小于等于所述基板的熱膨脹系數，并且將所述樹脂板的厚度設置成不會使因所述連接器底座的變形經由連接器端子而使所述基板發生變形。
【專利說明】
防基板變形結構
技術領域
[0001] 本發明涉及一種防基板變形結構，更具體來說，涉及防止因連接器端子變形引起 的基板變形的結構。
【背景技術】
[0002] 在ECU溫度循環試驗時，內部基板狀態確認時發現有焊錫膏斷裂。在對焊錫膏斷 裂的原因進行探究后發現，在連接器回流焊（點焊）時，熱膨脹使得連接器與在基板處于 變形的狀態下涂敷的焊錫膏發生焊接，同時，由于樹脂連接器與PCB基板的變形量不同，因 此，在焊接完成后，連接器冷卻而恢復原始狀態，但與連接器相連接的基板會發生進一步變 形，從而導致焊錫膏斷裂。
[0003] 以下，參照圖1，對現有技術的基板連接結構中存在的這一技術問題進行說明。圖 1是表示現有技術的基板連接結構A的示意圖，其中，圖1(a)示出了回流焊（點焊）開始前 的基板100、連接器底座200、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態，圖I (b)示出了在預熱爐中 預熱后進行點焊時的基板100、連接器底座200、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態，圖I (c) 示出了點焊結束且冷卻后的基板100、連接器底座200、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態。
[0004] 如圖I (a)所示，基板100與連接器底座200通過連接器端子P連接，在基板100 與連接器底座200之間涂敷有焊錫膏SP。此時，由于沒有進行加熱，因此，無論是基板100、 連接器底座200,還是焊錫膏SP均處于未變形的狀態。
[0005] 如圖I (b)所示，當在預熱爐中預熱后進行點焊時，由于連接器底座200的線膨脹 系數比基板100的線膨脹系數大，因此，連接器底座200的變形量比基板100的變形量大， 另外，同時用于連接基板100與連接器底座200的連接器端子P也發生變形，并將連接器底 座200變形的力傳遞到基板100上，進而使基板100發生變形。
[0006] 在基板100變形恢復原狀前，焊錫膏SP發生凝固，藉此，焊錫膏SP將基板100、連 接器底座200及連接器端子P連接在一起，在點焊結束且開始冷卻后，如圖I (c)所示，連接 器底座200與基板100均向點焊時相反的方向發生變形（形狀恢復），但同樣由于連接器 底座200的線膨脹系數比基板100的線膨脹系數大，因此，連接器底座200的變形量比基板 100的變形量大。此時，由于焊錫膏SP已經將基板100、連接器底座200及連接器端子P連 接在一起，因此，變形量較大的連接器底座200的變形力會通過連接器端子P傳遞到基板 100上，使得基板100的形狀恢復超過先前變形的量，從而在連接器底座200恢復到最初狀 態時，基板100反而向與點焊時變形的方向相反的方向變形，最終造成基板100與焊錫膏SP 間的連接斷裂。
[0007] 這種基板100的變形不僅會導致安裝在其上的電子元器件本身發生故障，而且有 可能因為焊錫膏SP的斷裂導致電氣回路斷路。
[0008] 因此，如何能夠抑制因連接器端子變形引起的基板變形（翹曲）便成為亟待解決 的技術問題。
【發明內容】
[0009] 本發明為解決上述技術問題而作，其目的在于提供一種能夠抑制因連接器端子變 形引起的基板變形（翹曲）的防基板變形結構。
[0010] 本發明的第一方面的防基板變形結構，包括基板、連接器底座及以等間隔的距離 呈陣列排布的多個連接器端子，其特征是，所述防基板變形結構還包括樹脂板，該樹脂板夾 設在所述基板與所述連接器底座之間，所述基板、所述樹脂板與所述連接器底座通過多個 所述連接器端子連接，使所述樹脂板的熱膨脹系數小于等于所述基板的熱膨脹系數，并且 將所述樹脂板的厚度設置成不會使因所述連接器底座的變形經由連接器端子而使所述基 板發生變形。
[0011] 本發明的第二方面的防基板變形結構是在本發明的第一方面的防基板變形結構 的基礎上，其特征是，在所述基板、所述樹脂板及所述連接器底座上分別開設有供各所述連 接器端子穿過的端子焊接孔，使所述連接器底座的端子焊接孔的孔徑大于所述樹脂板的端 子焊接孔的孔徑。
[0012] 本發明的第三方面的防基板變形結構是在本發明的第二方面的防基板變形結構 的基礎上，其特征是，使所述基板的端子焊接孔的孔徑大于所述樹脂板的端子焊接孔的孔 徑。
[0013] 根據本發明的第一方面，由于將樹脂板的線膨脹系數設定為小于等于等于基板的 熱膨脹系數，并且將所述樹脂板的厚度設置成不會使因所述連接器底座的變形經由連接器 端子而使所述基板發生變形，因此，樹脂板的變形程度比現有技術中的基板的變形程度小 或是與其相當，而基板則基本不發生變形（或者僅是由受熱引起的熱變形，而基本沒有因 連接器端子的變形引起的變形）。也就是說，現有技術中的基板因連接器端子的變形引起 的變形被樹脂板吸收了。另外，樹脂板的厚度的設置是以0點的扭矩合力為基板焊接點的 最大扭矩為前提而推導出的，因此，由連接器底座的冷卻引起的變形復原力同樣會被樹脂 板完全吸收，而不會傳遞到基板上，藉此，能夠可靠地抑制因連接器端子變形引起的基板變 形。
[0014] 根據本發明的第二方面，能夠利用比樹脂板的端子焊接孔的孔徑大的連接器底座 的端子焊接孔來緩和因連接器底座的熱變形而導致的連接器端子的變形。
[0015] 根據本發明的第三方面，由于基板的端子焊接孔的孔徑大于樹脂板的端子焊接孔 的孔徑，因此，即便樹脂板沒有能夠完全消除作用在基板上的應力，也能夠通過基板的端子 焊接孔進行緩和。
【附圖說明】
[0016] 圖1是表示現有技術的基板連接結構的示意圖，其中，圖1(a)示出了回流焊（點 焊）開始前的基板、連接器底座、連接器端子及焊錫膏的狀態，圖I (b)示出了在預熱爐中預 熱后進行點焊時的基板、連接器底座、連接器端子及焊錫膏的狀態，圖1(c)示出了點焊結 束且冷卻后的基板、連接器底座、連接器端子及焊錫膏的狀態。
[0017] 圖2是表示本發明實施方式的基板連接結構的示意圖，其中，圖2 (a)示出了該基 板連接結構中的基板、連接器底座、樹脂板及2a行X 2b列的連接器端子，圖2 (b)示出了單 個連接器端子及其所對應的基板、連接器底座及樹脂板。
[0018] 圖3是表示現有技術及本發明實施方式的基板連接結構中的單個連接器端子的 受力分析的圖，其中，圖3(a)示出了現有技術中的單個連接器端子在連接器底座處的受力 分析，圖3(b)示出了本發明中的單個連接器端子在連接器底座處的受力分析，圖3(c)示出 了本發明中的單個連接器端子在樹脂板內部的受力分析。
[0019] 圖4是表示本發明實施方式的基板連接結構中的連接器底座的總合力分析的圖， 其中，圖4(a)示出了 a行Xb列的連接器端子在連接器底座處的合力分析，圖4(b)示出了 2a行X2b列的連接器端子在連接器底座處的總合力分析。
[0020] 圖5是表示本發明實施方式的基板連接結構的示意圖，其中，圖5(a)示出了回流 焊（點焊）開始前的基板、連接器底座、樹脂板、連接器端子及焊錫膏的狀態，圖5(b)示出 了在預熱爐中預熱后進行點焊時的基板、連接器底座、樹脂板、連接器端子及焊錫膏的狀 態，圖5(c)示出了點焊結束且冷卻后的基板、連接器底座、樹脂板、連接器端子及焊錫膏的 狀態。
【具體實施方式】
[0021] 以下，參照圖2~圖5,對本發明實施方式的基板連接結構B及在該基板連接結構 B中的受力分析情況進行說明。
[0022] 如圖2 (a)所示，在基板100與連接器底座200之間夾設有樹脂板300,并且，基板 100、樹脂板300與連接器底座200通過2a行X2b列個連接器端子P連接。另外，如圖5(a) 所示，在樹脂板300與連接器底座200之間涂敷有焊錫膏SP。
[0023] 假設樹脂板的長度為2am、寬度為2bn、高度為d，則如圖2(b)所示，單個連接器端 子P所對應的基板100、連接器底座200及樹脂板300的長度為m、寬度為n，樹脂板300的 高度為d。另外，假設基板100與連接器端子P的連接點為0,連接器底座200與連接器端 子P的連接點為A，連接點A與連接點0間的距離（高度）為h。
[0024] 圖3 (a)示出了現有技術中的單個連接器端子P在連接器底座200處的受力分析。 如圖3 (a)所示，在沒有設置樹脂板300的情況下，連接器底座200因溫度變化而變形，進而 使得連接器端子P也發生變形。此時，A點受力與變形偏移量w間的關系為
[0025] [數學式1]
[0026]
[0027] 其中，EI為連接器端子P的剛度。
[0028] 圖3(b)示出了本發明中的單個連接器端子P在連接器底座200處的受力分析。如 圖3 (b)所示，在設置有厚度為d的樹脂板的情況下，連接器底座200因溫度變化而變形，進 而使得連接器端子P也發生變形，但此時，由于樹脂板300的約束作用，使A點受力與變形 偏移量w間的關系為
[0029] [數學式2]
[0030] Fd = F' d+M0
[0031] 圖3(c)示出了本發明中的單個連接器端子P在樹脂板300內部的受力分析。如 圖3 (c)所示，連接器端子P在樹脂板300與焊錫膏SP接觸的面處受到的外力Fci與偏移量 w'間的關系為
[0032] [數學式3]
[0033]
[0034] 另外，在mXnXd的樹脂板300上受到的外力F'與材料本身所受應力σ間存在 如下關系，并且上述σ不能大于材料本身的最大應力〇_。
[0035]
[0036] 另外，根據胡克定律，為了約束連接器端子P受熱變形的外力F'，材料變形比ε與 變形量w'及材料本身所受應力σ間的關系為
[0037]
[0038] 根據上述（3)和（4)，可得到如下數學式：
[0039] [數學式4]
[0040]
[0041] 其中，
[0042] σ 材料最大應力
[0043] Es:樹脂板300的彈性模量
[0044] ε :樹脂板300的材料變形比
[0045] 如上所述，對每個連接器端子P因受熱變形而產生的變形量與克服該變形量所需 要的合力F'間的關系進行了分析，但最終用于判斷能否利用樹脂板300來抑制基板變形的 〇點處的扭矩為所有2a行X 2b列的連接器端子P的總和力。
[0046] 如圖4(b)所示，由于連接器底座200的受力是向四周擴張的，因此，能將連接器底 座200分為四塊進行受力分析。
[0047] 圖4(a)示出了 a行Xb列的連接器端子P在連接器底座200處的合力分析。
[0048] 合力的公式為
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060] 另外，根據數學式1的變形可知：
[0070] 其中：
[0071] EI:連接器端子P的剛度；
[0072] M13=O點的扭矩合力，其不大于基板焊接點的最大扭矩M
[0073] m :連接器端子P的長度方向上的間距；
[0074] η :連接器端子P的寬度方向上的間距；
[0075] h :基板100與連接器端子P的連接點0和連接器底座200與連接器端子P的連接 點A間的距離；
[0076] Λ t :連接器底座200的溫度變化
[0077] α :連接器底座200的線膨脹系數
[0078] d :樹脂板300的厚度
[0079] Es:樹脂板300的彈性模量
[0080] 在上述公式中，將M。設為基板焊接點的最大扭矩Mniax，這樣，與樹脂板300相關的 參數就僅有樹脂板300的厚度d、樹脂板300的彈性模量E s，其余參數均可實現確定。
[0081] 另外，由于樹脂板300的彈性模量Es由材料本身的性質決定的，因此，為了保證能 夠利用樹脂板300抑制因連接器底座200的變形引起的基板100的變形，較為理想的是，選 擇熱膨脹系數與基板100的熱膨脹系數相同的樹脂板300，并使樹脂板300的厚度d遵循上 述數學式6。
[0082] 另外，在上述實施方式中，對樹脂板300的熱膨脹系數與基板100的熱膨脹系數相 同的情況進行了說明，但本發明不局限于此，只要選擇熱膨脹系數小于等于基板100的熱 膨脹系數的樹脂板300即可，在這種情況下，能夠進一步抑制基板100發生變形。
[0083] 下面，參照圖5,對回流焊（點焊）開始前、點焊時及點焊結束且冷卻后的基板 100、連接器底座200、樹脂板300、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態進行說明，其中，圖5 (a) 示出了回流焊（點焊）開始前的基板100、連接器底座200、樹脂板300、連接器端子P及焊錫 膏SP的狀態，圖5 (b)示出了在預熱爐中預熱后進行點焊時的基板100、連接器底座200、樹 脂板300、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態，圖5(c)示出了點焊結束且冷卻后的基板100、 連接器底座200、樹脂板300、連接器端子P及焊錫膏SP的狀態。
[0084] 如圖5 (a)所示，基板100、樹脂板300與連接器底座200通過多個連接器端子P連 接，在樹脂板300與連接器底座200之間涂敷有焊錫膏SP。此時，由于沒有進行加熱，因此， 無論是基板100、連接器底座200、樹脂板300,還是焊錫膏SP均處于未變形的狀態。
[0085] 如圖5(b)所示，當在預熱爐中預熱后進行點焊時，由于連接器底座200的線膨脹 系數比樹脂板300的線膨脹系數大，因此，連接器底座200的變形量比基板300的變形量 大。另外，由于將樹脂板300的線膨脹系數設定為小于等于等于基板100的熱膨脹系數，因 此，樹脂板300的變形程度比圖1(b)中基板100的變形程度，而基板100則基本不發生變 形（或者僅是由受熱引起的熱變形，而基本沒有因連接器端子P的變形引起的變形）。也就 是說，基板100原先因連接器端子P的變形引起的變形被樹脂板300吸收了。
[0086] 在樹脂板300變形恢復原狀前，焊錫膏SP發生凝固，藉此，焊錫膏SP將樹脂板 300、連接器底座200及連接器端子P連接在一起，在點焊結束且開始冷卻后，如圖1(c)所 示，連接器底座200與樹脂板300均向點焊時相反的方向發生變形（形狀恢復）。由于樹脂 板300的厚度d的設置是以0點的扭矩合力為基板焊接點的最大扭矩11_為前提而推導出 的，因此，由連接器底座200的冷卻引起的變形復原力同樣會被樹脂板300完全吸收，而不 會傳遞到基板100上，藉此，能夠可靠地抑制因連接器端子P變形引起的基板100變形。
[0087] 上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明的具體實現并不受上述實 施方式的限制。熟悉本領域的技術人員易于想到其它的優點和修改。因此，在其更寬泛的 方面上來說，本發明不局限于這里所示和所描述的具體細節和代表性實施例。因此，可以在 不脫離如所附權利要求書及其等價物所限定的本總體發明概念的精神或范圍的前提下作 出各種修改。
[0088] 在上述實施方式中，對基板100、樹脂板300與連接器底座200通過2a行X 2b列 個連接器端子P連接的情況進行了說明，但本發明不局限于此，只要使基板100、樹脂板300 與連接器底座200通過以等間隔的距離呈陣列排布的多個連接器端子P連接即可，也可以 是2a+l行X2b列、2a行X2b+1列或是2a+l行X2b+1列的連接器端子P。
[0089] 另外，在本發明中，各連接器端子P分別穿過在基板100、樹脂板300及連接器底座 200上開設的端子焊接孔。較為理想的是，使連接器底座200的端子焊接孔的孔徑大于樹脂 板300的端子焊接孔的孔徑。另外，較為理想的是，使基板100的端子焊接孔的孔徑大于樹 脂板300的端子焊接孔的孔徑。通過這樣，能夠利用比樹脂板300的端子焊接孔的孔徑大 的連接器底座200的端子焊接孔來緩和因連接器底座200的熱變形而導致的連接器端子P 的變形。同樣，由于基板100的端子焊接孔的孔徑大于樹脂板300的端子焊接孔的孔徑，因 此，即便樹脂板300沒有能夠完全消除作用在基板100上的應力，也能夠通過基板100的端 子焊接孔進行緩和。
【主權項】
1. 一種防基板變形結構，包括基板、連接器底座及以等間隔的距離呈陣列排布的多個 連接器端子，其特征在于， 所述防基板變形結構還包括樹脂板，該樹脂板夾設在所述基板與所述連接器底座之 間， 所述基板、所述樹脂板與所述連接器底座通過多個所述連接器端子連接， 使所述樹脂板的熱膨脹系數小于等于所述基板的熱膨脹系數，并且將所述樹脂板的厚 度設置成不會使因所述連接器底座的變形經由連接器端子而使所述基板發生變形。2. 如權利要求1所述的防基板變形結構，其特征在于， 在所述基板、所述樹脂板及所述連接器底座上分別開設有供各所述連接器端子穿過的 端子焊接孔， 使所述連接器底座的端子焊接孔的孔徑大于所述樹脂板的端子焊接孔的孔徑。3. 如權利要求2所述的防基板變形結構，其特征在于， 使所述基板的端子焊接孔的孔徑大于所述樹脂板的端子焊接孔的孔徑。
【文檔編號】H01R12/51GK106034374SQ201510107780
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】蔡亞
【申請人】日立汽車系統(蘇州）有限公司