專利名稱：具有導電銷的金屬芯電路板的制作方法
技術領域：
本申請案 涉及電路板，且更特定來說，涉及一種經修改而具有導電銷的金屬芯電路板。
背景技術：
發光二極管(LED)正在迅速地取代例如白熾燈泡的常規照明源。由于LED通常為離散電路，因此通常將LED安裝于電路板上使得所述LED可接納適當電路引線。雖然LED比常規照明源更高效，但其在操作期間仍發射可觀的熱量。因此，使用金屬芯印刷電路板來提供對經安裝LED的熱管理。此板將包含涂覆有一個或一個以上電介質層的導電芯(例如鋁)。印刷或石印箔層(例如銅)覆蓋所述電介質層。所述箔層形成用以耦合到LED的電引線。所述電介質層起作用以使箔層及經耦合電路與導電芯絕緣。雖然因此所述芯為電隔離的，但其仍熱連接到LED使得其充當充足的散熱器。但是，常規金屬芯板技術對于必須使電引線穿過板的應用來說是成問題的。舉例來說，在LED手電筒應用中即存在此需要。關于這一點，考慮常規手電筒的構造-存在伸長的圓柱形電池外殼，所述外殼固持電池且允許用戶操控裝置。所述電池外殼連接到包含由邊框固持的透鏡或透明蓋的手電筒頭。在邊框的基底處是固持LED的電路板。所述電路板正交于透鏡的光學軸而安裝于手電筒內。然而，此電路板布置則形成用于耦合于電池與板的印刷箔層之間(且最終耦合到LED)的必需電引線的自然障礙。穿過電路板以耦合到印刷箔層的導電銷需要與板中的金屬芯絕緣以防止電池通過金屬芯中的所得導電而短路。但是，絕緣銷則需要用以耦合到印刷箔層的額外焊接步驟，此增加了制造成本。或者，可使導線穿過板的邊緣與邊框之間的間隙，此仍需要額外焊接步驟且需要更大的安裝空間。因此，此項技術中需要使得能夠高效地構造及焊接用以穿過板的引線(例如導電銷)的金屬芯電路板配置。
發明內容
根據本發明的第一實施例，提供一種電路板組合件，其包含金屬芯電路板，其具有用于經安裝電路的主表面及在所述主表面與所述金屬芯電路板的背側表面之間延伸的至少一個通孔；及至少一個導電銷，其中每一導電銷包含延伸穿過對應通孔的軸及鄰近所述對應通孔緊靠所述主表面的銷帽，使得對所述銷帽的底切沿圓周環繞所述對應通孔。根據本發明的第二實施例，提供一種制造電路板組合件的方法，其包含提供具有至少部分地由焊料環繞的通孔的電路板；將導電銷的軸插入到所述通孔中，使得所述導電銷的帽緊靠所述焊料，其中所述通孔具有足夠超過軸的直徑的直徑使得所述軸與所述電路板的金屬芯電隔離，且其中所述帽具有環繞所述通孔的內底切部分及緊靠所述焊料的外剩余部分；及加熱所述焊料使得其回流且將所述銷電耦合到所述電路板上的金屬箔層。根據本發明的第三實施例，提供一種手電筒，其包含手電筒頭，其包含由邊框固持的透鏡；金屬芯電路板，其固定到所述邊框，所述電路板包含用于通過所述透鏡照明的發光二極管(LED);及電池外殼，其用于固持通過導電路徑給所述LED供電的電池，所述導電路徑包含第一導電銷，所述第一導電銷具有延伸穿過所述電路板中的第一通孔的軸，所述第一導電銷包含鄰近所述第一通孔緊靠所述電路板的主表面的銷帽，使得對所述銷帽的底切沿圓周環繞所述第一通孔。本發明的范圍由以引用的方式并入到本章節中的權利要求書界定。通過考慮對一個或一個以上實施例的以下詳細描述，將給所屬領域的技術人員提供對本發明的實施例的更完整理解以及本發明額外優點的認識。將參考首先將簡要描述的隨附的若干張圖式。
圖I是根據本發明的實施例的包含由經底切導電銷橫穿的金屬芯板的手電筒的縱向橫截面圖。圖2是根據本發明的實施例的圖I的金屬芯板以及相關聯LED及經底切導電銷的·橫截面圖。圖3a是根據本發明的實施例的橫切金屬芯板而無任何底切的導電銷的橫截面圖。圖3b是根據本發明的實施例圖3a的通孔與銷接合點的近視橫截面圖。圖3c是根據本發明的實施例圖2的通孔與銷接合點的近視橫截面圖。圖4是根據本發明的實施例的金屬芯板以及相關聯LED及經底切導電銷的透視圖。通過參考下文的詳細描述來最佳地理解本發明的實施例及其優點。應了解，使用相似參考編號來識別所述圖中的一者或一者以上中所圖解說明的相似元件。
具體實施例方式將關于實例性手電筒實施例來論述以下金屬芯電路板配置。然而，將了解，此配置可廣泛地應用于除手電筒以外的需要使導體穿過金屬芯電路板以電耦合到印刷箔層的其它應用。現在轉到圖式，圖I展示包含固持電池110的電池外殼105的手電筒100的縱向橫截面。手電筒頭115包含固持透鏡125且形成背襯板130的邊框120。金屬芯電路板135安裝到背襯板130使得來自LED 140的熱可如先前所論述而耗散。為了接通及關斷手電筒，用戶激活開關145。在開關接通的情況兄下，來自電池的電流穿過一個或一個以上導電銷150流動至Ij LED。在一些實施例中，單個導電銷150即足夠，因為到LED 140的接地連接可通過經由金屬芯電路板135到邊框120且從邊框120到電池外殼105回到電池110的適當耦合而獲得。然而，也可提供如圖2中所展示通過第二導電銷的接地連接。可視需要提供額外導電銷以用于將控制信號或其它所要信號耦合到金屬芯板135上的電路。舉例來說，圖2圖解說明其中兩個導電銷150穿過金屬芯板135的實施例。不管所要銷的數目如何，每一銷150均具有帽200及軸或主體205。銷軸205的直徑小于金屬芯電路板135中的對應通孔210的直徑。舉例來說，在一個實施例中，銷軸205具有40密耳(千分之一寸)的直徑，但通孔210的直徑為65密耳。以此方式，當使銷軸205在通孔210中居中時，大約12密耳的余隙沿圓周環繞所述軸使得銷150與金屬芯電路板135電隔離。圍繞銷軸205沿圓周底切銷帽200使得在帽200的底側上的環狀部分215也與金屬芯板135電隔離。為了提供電耦合，帽200的某一部分通過焊料連接到金屬芯板135上的箔層(關于圖3c進一步論述)。因此，帽200的外環220未經底切以允許此電接觸。關于這一點，一個銷150可用作LED 140的電源(如通過形成于箔層中的適當引線而耦合)，而剩余銷150充當LED 140的接地引線。注意到LED 140的此耦合的優點-對于通孔210來說絕緣層或襯套并非必需的。雖然絕緣襯套并非必需的，但如果需要那么金屬芯電路板135可包含此些襯套。舉例來說， 考慮圖3a，其圖解說明延伸穿過金屬芯電路板305且通過襯套310 (而非僅僅自由空間)電隔離而在銷帽320的下部表面314上無任何底切的導電銷300。如圖3b的近視圖中所見，銷300上的帽320的底面314通過相對薄的電介質涂層315與板305中的金屬芯306電隔離。如先前所論述，此電介質層使形成于金屬芯板上的印刷箔層中的引線與導電金屬芯隔離。然而，由于電介質層315的相對薄度(通常在I密耳到3密耳的范圍中)，存在在層315的邊緣325處穿通到金屬芯306而短路的相當大的危險。舉例來說，沿著邊緣325可能存在允許帽320與金屬芯306之間的金屬對金屬接觸的微小缺陷。或者，帽320與芯306之間的電壓可跨越此些短距離引起發弧。因此，與如關于圖2所論述在銷帽上具有圓周底切的實施例相比，僅僅存在絕緣襯套310并不提供在電介質層315的邊緣325處帽320與芯306之間的充足隔離。關于這一點，考慮經底切帽200的在與電介質層邊緣325的接合點處的橫截面圖，如圖3c中所見。如關于圖2所論述，在環狀區215中底切帽200，使得僅外環狀未底切區220具有與覆蓋電介質層315的印刷箔層330的電接觸。注意，帽200的環狀底切區215從電介質層315位移底切的深度與箔層330的厚度。在一個實施例中，將環狀底切區215底切到5密耳的深度。在此實施例中，箔厚度可介于從3密耳到5密耳的范圍內，使得環狀底切區215中的帽下部表面從電介質層315位移8密耳到10密耳。相比之下，如圖3b中所見，不具有任何底切的銷帽300僅僅與金屬芯306隔離開電介質層315的厚度(通常為I密耳到3密耳)。因此，對銷帽200的底切大致增加關于防止銷與金屬芯之間的電短路的穩健性。現在將論述用于制造具有銷150的電路板135的方法。如圖4中所見，在印刷箔層上方沉積焊料掩模400。掩模400具有圍繞通孔210的環狀開口，使得可在箔層上圍繞通孔210放置焊料/助焊劑膏環圈以最終焊接到較早所論述的銷帽200的對應外環區220。還以適當圖案敷設焊料/助焊劑膏以用于耦合到LED 140。印刷箔層330內的從銷150耦合到LED 140的引線在圖4中的焊料掩模400下方且因此為不可見的。焊料/助焊劑膏將不僅促進熔融而且為粘性的。因此，當將銷150及LED 140放置到焊料/助焊劑膏層上時，在于回流爐中使焊料回流之前這些組件將趨向于粘附到金屬芯電路板135。出于圖解說明目的，在圖4中使銷150未安裝。為了輔助銷150到通孔210中的機器人放置，焊料掩模400可包含一個或一個以上基準點405。盡管存在基準點405，仍存在關于每一銷在對應通孔中的準確居中的某一公差。因此，銷軸直徑與通孔直徑之間的差容納此公差為合意的。舉例來說，假設所述公差為±5密耳。如果需要銷軸與通孔壁之間的至少5密耳分離，那么通孔直徑應比銷軸直徑大至少20密耳以滿足所要分離。一般來說，銷軸與通孔之間的直徑差將取決于由用于在插入之后即刻使銷在每一通孔內居中的放置方法提供的公差。在已將銷及LED放置于電路板上之后，可在回流爐中加熱所得組合件使得銷及LED焊接到箔層。關于這一點，注意，環繞圖4中的通孔210的焊料圈覆蓋形成于印刷箔層中的對應金屬圈。隨著焊料在爐中熔化，表面張力將因此趨向于進一步使每一銷在其相應通孔中居中。以此方式，容納關于機器人對每一銷的初始居中的較低公差。然而，將了解，雖然自動化組裝降低了制造成本，但也可將銷手動地放置于其對應通孔中。返回參考圖1，可使用(舉例來說)導熱膠將所得電路板組合件緊固到邊框背襯板130。為了使得機器人臂能夠在組裝期間方便地抓握金屬芯電路板135，板135包含如圖4中所展示的凹部(或通孔)410。機器人臂可因此將手指插入到凹部410中以使金屬芯電·路板135例如在將金屬芯電路板135放置到回流爐中時或在于稍后的組裝期間放置到邊框中時移動。再次參考圖2，可觀察到，為了防止到電介質層下方的金屬芯的電短路，底切部分215僅僅需要沿圓周環繞銷軸且具有某一足夠寬度或橫向廣度(例如35密耳)。此底切不需要形成圓形環，但通過旋轉機加工工藝(例如，通過車床)來形成底切而自然地實現此形狀。類似地，銷帽不需要為圓形，但同樣此形狀是方便的。銷150可由適合導電金屬(例如黃銅、銅或鋁)構造而成。為了輔助建立電接觸，銷150可為鍍金的。上文所描述的實施例圖解說明但并不限制本發明。舉例來說，關于回流焊接工藝論述了制造方法，但將了解，可使用其它焊接技術將銷帽連接到板的印刷箔層。因此，還應理解，根據本發明的原理可作出眾多修改形式及變化形式。因此，本發明的范圍僅由以上權利要求書界定。
權利要求
1.一種電路板組合件,其包括 金屬芯電路板，其具有用于經安裝電路的主表面及在所述主表面與所述金屬芯電路板的背側表面之間延伸的至少一個通孔；及 至少一個導電銷，其中每一導電銷包含延伸穿過對應通孔的軸及鄰近所述對應通孔緊靠所述主表面的銷帽，使得對所述銷帽的底切沿圓周環繞所述對應通孔。
2.根據權利要求I所述的電路板組合件，其中每一銷帽的未底切外環焊接到所述金屬芯電路板的印刷箔層。
3.根據權利要求2所述的電路板組合件，其進一步包括焊接到所述印刷箔層的發光二極管LED電路。
4.根據權利要求I所述的電路板組合件，其中所述至少一個導電銷包括兩個導電銷，且所述至少一個通孔包括兩個通孔，使得所述通孔中的第一者對應于所述銷中的第一者，且所述通孔中的第二剩余者對應于所述銷中的第二剩余者。
5.根據權利要求4所述的電路板組合件，其中每一軸銷具有小于所述對應通孔的直徑的直徑，使得每一軸銷與所述電路板的金屬芯電隔離。
6.根據權利要求5所述的電路板組合件，其中每一銷軸直徑比每一通孔直徑小至少5密耳。
7.根據權利要求6所述的電路板組合件，其中每一銷軸直徑比每一通孔直徑小至少20密耳。
8.根據權利要求3所述的電路板組合件，其中所述電路板組合件固定于手電筒頭內。
9.根據權利要求8所述的電路板組合件，其中所述電路板組合件是通過導熱膠固定的。
10.一種制造電路板組合件的方法，其包括 提供具有至少部分地由焊料環繞的通孔的電路板； 將導電銷的軸插入到所述通孔中，使得所述導電銷的帽緊靠所述焊料，其中所述通孔具有足夠超過軸的直徑的直徑以使得所述軸與所述電路板的金屬芯電隔離，且其中所述帽具有環繞所述通孔的內底切部分及緊靠所述焊料的外剩余部分；及 加熱所述焊料使得其熔化且將所述銷電耦合到所述電路板上的金屬箔層以形成所述電路板組合件。
11.根據權利要求10所述的方法，其進一步包括在所述焊料的所述加熱之前，將電路放置于所述電路板上的焊料電路墊上。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述焊料的所述熔化將所述電路電耦合到所述銷。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述電路包含發光二極管LED。
14.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括將所述電路板組合件固定到手電筒邊框。
15.根據權利要求11所述的方法，其中固定包括用導熱膠將所述電路板組合件膠合到所述邊框上的背襯板。
16.—種手電筒,其包括 手電筒頭，其包含由邊框固持的透鏡；金屬芯電路板，其固定到所述邊框，所述電路板包含用于通過所述透鏡照明的發光二極管LED ;及 電池外殼，其用于固持通過導電路徑給所述LED供電的電池，所述導電路徑包含第一導電銷，所述第一導電銷具有延伸穿過所述電路板中的第一通孔的軸，所述第一導電銷包含鄰近所述第一通孔緊靠所述電路板的主表面的銷帽，使得對所述銷帽的底切沿圓周環繞所述第一通孔。
17.根據權利要求16所述的手電筒，其中所述導電路徑進一步包含第二導電銷，所述第二導電銷具有延伸穿過所述電路板中的第二通孔的軸，所述第二導電銷包含鄰近所述第二通孔緊靠所述電路板的所述主表面的銷帽，使得對所述銷帽的底切沿圓周環繞所述第二通孔。
18.根據權利要求17所述的手電筒，其中每一銷帽包含焊接到所述電路板的印刷箔層的未底切外環。
19.根據權利要求17所述的手電筒，其中每一銷軸具有小于對應通孔的直徑的直徑，使得每一軸銷與所述電路板的金屬芯電隔離。
20.根據權利要求19所述的手電筒，其中所述導電路徑進一步包含開關。
全文摘要
在一實施例中，一種金屬芯電路板組合件包含具有通孔(210)的金屬芯電路板(135)。將銷(150)的軸(205)插入于所述通孔中，使得所述銷的帽(200)緊靠所述電路板(135)上的箔層。軸直徑足夠小于通孔直徑，使得所述軸與所述電路板的金屬芯電隔離。圍繞所述通孔底切所述帽以進一步使所述銷與所述金屬芯電路板的未電隔離部分隔離。
文檔編號H05K3/44GK102972101SQ201180020442
公開日2013年3月13日 申請日期2011年4月15日 優先權日2010年4月23日
發明者羅納德·S·吉布森, 迪普安賈·米特拉, 阿瑪爾·布拉亞澤 申請人:神火公司