專利名稱：用于兩個電路板的電的和機械的連接的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種借助于一個插頭板(Stiftleiste)使兩個電路板電和機械上連接的方法和裝置。
為了使電路板(或者說印刷電路板，PCB)相互接通，已知了在電路板之間的接線卡或插頭板的傳力連接或壓合連接。
此外還已知使電路板相互間通過插頭板經過一個釬焊工藝相互接通并且同時相互間機械固定。所述插頭板在此在使用一個波峰焊工藝的條件下與那個電路板的敷鍍通孔連接(Durchkontaktierung)。通常將插頭板例如罩在一個塑料體里面并且具有間隔栓用于調節塑料體與在電路板上的導體帶之間的自由空間。
所述波峰焊工藝適合于元件的安裝，其中這個元件的接頭線的通孔敷鍍(Through-Hole Technology)在電路板的底面上實現。該電路板的底面在此構成釬焊面。在本身的釬焊過程中使電路板以釬焊面向下在一個液體焊劑波上面移動。
隨著日益增加的元件微型化在安裝電路板時使用一種表面安裝技術(表面安裝技術，SMT)。在專業領域中稱為SMD(Surface MountedDevice)的表面安裝的元件具有金屬化的表面或金屬的連接引腿，它們在一個釬焊過程中與電路板的導體帶連接，由此省去將一個接頭線通孔敷鍍在電路板的為其所規定的孔中。
適用于SMT技術的釬焊方法在專業領域中也稱為熔融釬焊工藝或回流(Reflow)焊工藝。在此是一種釬焊工藝，其中在一個提前進行的工作步驟中涂覆到電路板上的焊膏通過溫度的作用熔融，由此使電路板與SMD元件相互連接。
在將一個電路板安裝到一個元件組載體、尤其是另一電路板上時一個第一電路板與一個第二電路板通過插頭板連接，使得兩個電路板平面地相互平行地設置。因此從外觀上這種結構也稱為“夾層式”結構。對于與第一電路板間隔的第二電路板例如是一個次模塊，它通過插頭板與第一電路板或一個所謂的主元件組電的和機械的連接。
在以這種夾層式結構制造時已經證實有利的是，所述次模塊配有插頭板并且這個插頭板在一個接著的SMT釬焊過程中與主元件組上的相應釬焊點連接。為此將插頭板的要與主元件組連接的端部折彎，用于保證與釬焊點具有一個接觸面。所述插頭板端部的幾何形狀例如由“翼形(Gullwing)”或由“J形引線”構成。為了將次模塊容易地安裝到主元件組上將插頭板設置在次模塊的至少兩個邊緣上，由此可以使次模塊在SMT釬焊過程之前可靠地定位在主元件組上。
所述插頭板在次模塊上的提前安裝一般通過使這個插頭板壓合在次模塊的相應規定的傳力連接孔里面而實現。另一用于傳力連接安裝的方案是將插頭板釬焊在次模塊上。
上述安裝方法存在許多缺陷。所述插頭板的傳力連接壓合只適用于厚度在兩毫米以上的電路板。還必須進行所述壓合，使得傳力連接在SMT釬焊過程期間不松開。這種附加的工作步驟還使加工成本增加。
所述次模塊的平面度誤差必需非常小，由此使次模塊與主元件組共面。兩個電路板的共面性是所有用于形成表面安裝的插頭板插頭端部在所有那些為插頭端部設置的釬焊點上平面安放的前提。所述插頭端部的平面安放對于插頭板與主元件組的釬焊連接質量也是強制必需的。這種釬焊連接除了壓合的加工過程以外也由釬焊期間次模塊的變形來確定。
本發明的目的是，給出措施，通過使用這些措施保證一個次模塊的插頭板端部平面地安放在一個主元件組上。
按照本發明關于方法方面的目的通過一種具有權利要求1特征的方法得以實現，而關于裝置方面的目的通過一個具有權利要求7特征的裝置得以實現。
按照本發明，將一個第一電路板連接到一個第二電路板的插頭板的插頭穿過第二電路板的敷鍍通孔并且第二電路板以一個間距共面地定位在第一電路板上。所述插頭板在兩個電路板上的連接通過一個接著的釬焊過程、最好是一個熔融釬焊過程實現。所述敷鍍通孔、即金屬化通孔在此具有一個橫截面，該橫截面相對于插頭的橫截面具有足夠的間隙能夠使插頭垂直于電路板平面移動。在第一電路板上通過釬焊連接安裝的插頭端部為一個表面安裝成形。
按照本發明的方法的一個重要優點是，穿過敷鍍通孔的插頭板在釬焊過程期間、即在焊劑的熔融狀態能夠實現一個垂直于電路板表面進行的運動。通過這種結構在釬焊過程期間通過第二電路板的自重保證平面性誤差的一個有利找平。由此使第二電路板與第一電路板之間的共面性誤差對于表面安裝的插頭端部在第一電路板上釬焊連接的結果沒有影響。
通過按照本發明的方法有利地省去以一個公知的使插頭板壓合在第二電路板上的形狀配合連接的壓合技術，由此也允許使用兩毫米以下厚度的電路板。因此第二電路板的形狀(或作為次元件組)有利地以更薄的厚度進行加工。這個次元件組的彎曲(Verbiegen)對于連接板或面對第一電路板的以表面結構方式安裝的插頭端部的共面性沒有影響。此外還省去一個目前對于次元件組在一個加工過程期間的共面性所要求的嚴格的最小誤差。
按照本發明方法的另一優點是，所述第二電路板在第一電路板上的安裝僅僅通過一個釬焊過程實現。因此以有利的方式省去附加的釬焊過程(例如借助于波峰焊技術)或壓合過程，目前通過這些過程實現插頭板在第二電路板上的安裝。
本發明的有利改進方案在從屬權利要求中給出。
一個熔融釬焊過程在使用焊膏的情況下有利地用于按照本發明的方法，因為插頭板的熔融技術可以與目前常見的SMD元件(SurfaceMounted Device)安裝同時進行。按照本發明的方法的這個優選的方案特征在于THT插頭板(Trough Hole Technology)的機械優勢與優選應用的熔融釬焊工藝的結合。所述插頭板與SMD元件一起在一個唯一的工作過程中釬焊。
一個提前于熔融釬焊過程進行的附加釬焊過程由于穩定性的原因是有利的。通過這個釬焊過程產生的釬焊連接通過相應地選擇焊劑或相應的過程參數設計，使得這個連接在下面的熔融過程中再熔融，用于保證按照本發明的方法對于實現以表面結構形式成形的插頭端部在第一電路板上的平面定位的作用。
以有利的方式使所述插頭在插頭板內部通過一個殼體固定，該殼體在面對第二電路板的一側上具有間隔體。該殼體最好由塑料體或陶瓷體構成。所述間隔體最好由栓柱或塑料鼻構成并保證插頭板垂直置于在第二電路板上以及一個自由的釬焊通徑，在專業領域也稱為“Stand off”。
下面借助于附圖詳細的描述一個具有本發明的其他優點和方案的實施例。
附圖中
圖1A以一個第一視圖示出一個電路板連接的示意結構圖，圖1B以一個與第一視圖相比旋轉90°的視圖示出一個電路板連接的示意結構圖。
在圖1A中示出一個第一電路板PCB和一個第二電路板SUB的截面圖。該第一電路板PCB例如由主元件組PCB構成，第二電路板例如由次模塊SUB構成。
兩個電路板PCB，SUB通過一個插頭板ST相互連接，其中所述連接形成在電路板PCB，SUB之間形成一個間距的情況下共面地構成。
在由一種絕緣材料如塑料或陶瓷構成的插頭板ST中延伸出插頭P，它們在面對主元件組PCB的一側具有適合于表面安裝的形式SMT。所述插頭板ST例如罩在一個塑料體或陶瓷體里面。
所述插頭P在面對次模塊SUB的一側上導入敷鍍通孔TH。這些敷鍍通孔TH例如由相應的孔構成，它們在一個提前進行的過程中鍍覆金屬。在次模塊的表面上除了未示出的導體帶以外還有未示出的金屬化的釬焊點(“墊(pads)”)，所述敷鍍通孔TH的金屬層通到焊點上。
在將插頭P插進敷鍍通孔TH之前在對應的釬焊點上涂覆焊膏。這個過程在專業領域也稱為“浸膏(pin in paste)”。以相同的方式將焊膏涂覆到主元件組PCB上的用于形成表面安裝的插頭SMT的未示出的釬焊點上。所述浸膏過程通過將焊膏涂覆到電路板SUB上開始，該電路板例如以絲網印刷技術實現。如果涂覆結束，在將插頭板ST的插頭P插進充滿焊膏的敷鍍通孔TH之前，將未示出的SMD元件安放到電路板上。也可以在SMD元件之前將所述插頭板定位。
所述插頭SMT，P在那些電路板PCB，SUB上的機械的和電的連接在一個接著的回流或熔觸釬焊過程中實現。選擇所述敷鍍通孔TH的橫截面，使得所述插頭板ST的插頭P在敷鍍通孔TH內部在熔焊過程期間在一個電路板平面的法線方向上可以自由移動。所述插頭板ST在熔焊過程期間通過間隔體D、例如栓柱垂直地固定在電路板上。除了保證一個垂直放置以外所述間隔體D還起到一個調節插頭板ST的塑料或陶瓷體與未示出的在次模塊SUB的底面上的導體帶之間的自由空間的作用。此外所述間隔體D保證在敷鍍通孔TH內部存在熔融的焊膏的一個自由的焊膏通徑。
在一個例如充滿惰性氣體的爐中的釬焊過程期間涂覆到各點上的焊膏熔化并與周圍的金屬的或金屬化的表面連接。對于插頭板ST所述THT釬焊點在敷鍍通孔TH中熔化并且所述次模塊SUB的自重使用于形成表面安裝的在主元件組PCB上的插頭端部SMT平面地頂壓到未示出的墊上。在此原來“凝固”的非平面的壓痕(Ausprgung)在插頭板ST或次模塊SUB里消失。通過插頭P在敷鍍通孔TH中的自由活動性保證這個非平面的壓痕通過次模塊SUB自重的作用找平，因此用于形成表面安裝的插頭端部SMT平面地且平行地置于主元件組PCB的平面上。在焊劑固化后保證一個可靠的釬焊連接。
所述敷鍍通孔TH在附圖中在這個進行的釬焊過程之后分別以固化的焊膏示出。在次模塊SUB的底面以及頂面上在金屬化的、與敷鍍通孔TH連接的釬焊點上構成凸起的或內錐形式的焊劑凸起。
目前對于電路板配備一個插頭板ST通常需要一個獨立的工作步驟。所述插頭板ST在SMD元件的回流焊之后手動或自動地置入并釬焊。通過按照本發明的方法省去這個步驟，這明顯降低了結構組件的配備成本。
下面借助于圖1的功能單元詳細描述次模塊SUB的結構。
在按照圖1B的側視圖中可以看出，所述次模塊SUB在優選的實施例中具有兩個插頭板ST，由此能夠無需其它定位裝置地實現插頭板ST或次模塊SUB在主元件組PCB上的定位。當然按照本發明的方法也可以用于實現一個唯一的插頭板ST的定位。
此外該側視圖簡示出用于形成表面安裝的插頭端部SMT的示例性幾何形狀，它可以輕而易舉地替換成其它此類的常見幾何形狀。此外也可以使用一個插頭板端部SMT的球形的壓痕。
權利要求
1.一種方法，用于使一個第一電路板(PCB)與一個與第一電路板(PCB)間隔地共面設置的第二電路板(SUB)通過一個具有多個插頭(P)的插頭板(ST)實現電的和機械的連接，其具有下列步驟-使所述插頭(P)穿過第二電路板(SUB)的敷鍍通孔(TH)，其中這些敷鍍通孔(TH)具有一個橫截面，該橫截面保證穿過的插頭(P)垂直于電路板(PCB，SUB)平面的運動，-使插頭板(ST)的用于形成表面安裝的插頭端部(SMT)定位在第一電路板(PCB)的規定位置上，-使插頭板(ST)通過釬焊過程安裝在第一和第二電路板(PCB，SUB)上。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述釬焊過程通過熔融釬焊過程實現。
3.如權利要求1或2中任一項所述的方法，其特征在于，在穿過插頭之前將焊膏涂覆在第二電路板(SUB)上。
4.如權利要求2或3中任一項所述的方法，其特征在于，在穿過插頭之后在進行熔融釬焊過程之前實現用于將插頭板安裝在第二電路板(SUB)上的釬焊過程。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述插頭(P)通過一個環繞的殼體就地固定在插頭板(ST)上。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在釬焊過程期間通過對應插頭板(ST)的間隔體(D)保證在敷鍍通孔(TH)中的一個自由焊劑通徑。
7.一種裝置，用于使一個第一電路板(PCB)與一個與第一電路板(PCB)間隔地共面設置的第二電路板(SUB)通過一個具有多個插頭(P)的插頭板(ST)實現電的和機械的連接，其中-所述插頭板(ST)穿入第二電路板(SUB)的敷鍍通孔(TH)，其中所述插頭板(ST)通過第一釬焊過程與第二電路板(SUB)連接，-所述插頭板(ST)與第一電路板(PCB)以表面結構形式通過第二釬焊過程連接，-所述敷鍍通孔(TH)具有一個橫截面，該橫截面保證在第二釬焊過程期間穿過的插頭(P)垂直于電路板(PCB，SUB)平面的運動。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二釬焊過程可以在一個過程中實現。
9.如權利要求7或8中任一項所述的裝置，其特征在于，一個包圍插頭(P)的殼體作為插頭板(ST)的組成部分。
10.如權利要求7至9中任一項所述的裝置，其特征在于，所述對應于插頭板(ST)的間隔體(D)用于保證一個在敷鍍通孔(TH)中的自由焊劑通徑。
全文摘要
本發明涉及一種方法和一個裝置，用于使一個第一電路板(PCB)與一個與第一電路板(PCB)間隔地共面設置的第二電路板(SUB)通過一個具有多個插頭(P)的插頭板(ST)實現電的和機械的連接。首先使所述插頭(P)穿過第二電路板(SUB)的敷鍍通孔(TH)，其中這些敷鍍通孔(TH)具有一個橫截面，它保證透穿的插頭(P)垂直于電路板(PCB，SUB)的平面的運動。接著使用于形成表面安裝的插頭板(ST)的插頭端部(SMT)定位在第一電路板(PCB)的規定位置上，最后使插頭板(ST)通過一個釬焊過程安裝在第一和第二電路板(PCB，SUB)上，最好以一個熔融技術實現。
文檔編號H05K1/14GK1765160SQ200480008237
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月5日 優先權日2003年3月26日
發明者M·克呂格爾, R·保羅, F·瓦克 申請人:西門子公司