CN1213642C - 一种层间连接方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属衬底板与印刷电路板层间的连接方法及设备；连接方法包括以下步骤：对金属衬底板表面进行焊接前处理；将金属衬底板置于托盘中；再将印刷电路板与金属衬底板对位放置好；对印刷电路板施压；用焊接设备焊接；焊接后清洗并检测焊接质量；设备包括用于放置金属衬底板和印刷电路板的托盘、向印刷电路板加压的施压装置，与托盘和施压装置相扣接，使施压装置产生施压力的两个快速夹持装置；本发明能使印刷电路板与金属衬底板的连接更牢固紧密，确保了优良的接地散热性能和可靠性，微带电路损耗小；夹持装置可保证在进行层间焊接时，印刷电路板与金属衬底板的结合更好，防止出现焊接不到位等质量问题，提高了焊接效率，降低了焊接成本。

Description

一种层间连接方法及其设备

技术领域

本发明涉及电器产品中印刷电路板与金属板的连接技术，具体涉及一种电子装联工艺中金属衬底板与印刷电路板层间的连接方法，及其用于所述连接方法中的设备。

背景技术

在现有技术中，为满足功率放大单板的接地和散热性能，要求在印刷电路板的底面固定一块一定厚度的金属衬底板，使得金属衬底板与印刷电路板(简称PCB)接地面之间形成连续的接地，以达到良好的散热和接地效果，满足功放性能要求。

目前业界为解决功放印刷电路板的接地和散热问题，有许多措施和方法，采用螺钉固定印刷电路板和金属衬底板的方法便是其中一种，该方法存在如下缺点：

(1)导致射频功放电路的一致性差，降低功放性能；

(2)加大了微带电路的损耗，使功放性能降低；

(3)电路接地及散热不良，使功放性能降低；

(4)靠大量螺钉安装接地，致使印刷电路板和功放的尺寸加大；

(5)过多的功放电路调试以及螺钉安装工序，造成生产效率降低。

为解决螺钉固定方式的以上不足之处，国外目前普遍采用的另一种方式为导电导热胶粘接，即用导电导热胶将印刷电路板与金属衬底板之间粘接起来，导电导热胶粘接的方式无论是从生产效率方面，还是从接地散热性能方面，较螺钉固定的方式都有了较大程度的改善，但仍然存在如下难以克服的缺点：

(1)微带电路的损耗较大，导致功放性能难以满足要求；

(2)电路接地及散热性能不理想，导致功放性能难以满足要求；

(3)导电胶在高温下长期使用，其可靠性较差；

(4)导电导热胶价格昂贵，增加了生产加工成本。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题在于，提供一种金属衬底板与印刷电路板层间的连接方法，可使得金属衬底板与印刷电路板的层间结合更牢固紧密，金属衬底板与PCB地平面之间能形成连续的接地，以实现良好的散热和接地效果，满足功放性能要求；

本发明要解决的另一个技术问题在于，提供一种与实现上述连接方法而使用的焊接设备，可保证焊接质量，提高焊接效率，降低焊接成本。

本发明提供的技术方案是，提供一种金属衬底板与印刷电路板层间连接方法，采用焊接的方式进行连接，包括以下步骤：

对金属衬底板表面进行焊接前处理；

将金属衬底板置于托盘中；

再将印刷电路板与金属衬底板对位放置好；

对印刷电路板施压；

采用焊接设备进行焊接；焊接后进行清洗并检测焊接质量。

本发明提供的的焊接设备，包括用于放置金属衬底板和印刷电路板的托盘、快速夹持装置，其特征在于，还包括向印刷电路板加压的施压装置，所述快速夹持装置与所述托盘和施压装置相扣接。

采用层间焊接技术实现金属衬底板与印刷电路板的连接，与其它连接方法相比有以下优点：

(1)牢固紧密的层间结合，确保了优良的接地散热性能和可靠性；

(2)微带电路的损耗小，使得功放性能优良；

(3)无需对设备进行任何技术改造和投资，生产效率高且综合成本低。

与连接方法配套使用的焊接设备可保证在进行层间焊接时，能使印刷电路板与金属衬底板的结合更好，防止出现焊接不到位等质量问题，提高了焊接效率，降低了焊接成本。

附图说明

图1为金属衬底板与印刷电路板连接后的结构示意图；

图2为金属衬底板的结构示意图；

图3为本发明使用在连接方法中的设备结构示意图；

图4、图5为图3所示设备中施压装置的主视和侧视结构示意图；

图6、图7为图4所示施压装置中支撑板和导向板的俯视结构示意图；

图8、图9、图10、图11为图4所示施压装置中定位销、支撑管、压块和压销的结构示意图；

图12、图13、图14为图3所示设备结构中托盘的主视和A-A、B-B向视结构示意图；

图15、图16为图3所示设备中快速夹持装置的主视和侧视结构示意图；

图17为本发明采用热板炉进行层间焊接的示意图。

具体实施方式

在现有技术中，SMT是一种电子装联的互联工艺，常用于元器件的表面贴装。用层间焊接方式的实现金属衬底板与印刷电路板的连接是对SMT思想的借鉴，具体的做法为：用高温锡膏实现印刷电路板2的接地面和金属衬底板4之间的互联，然后采用常温锡膏进行印刷电路板表面元器件1的组装，如图1所示为金属衬底板4与印刷电路板2连接后的结构示意图，其中焊料3可以为涂布的高温锡膏，或者印刷上的高温焊锡，也可以是预先用高温焊料制备的预制焊料片。

本发明提供的与连接方法配合使用的焊接设备的结构如图3所示，在设备中设有用于放置金属衬底板4和印刷电路板2的托盘7，向印刷电路板2加压的施压装置6，与托盘7和施压装置6相扣接，使施压装置6产生施压力的两个快速夹持装置5。

如图4、图5所示，施压装置6采用弹簧压针式结构，其好处在于：可以平衡压力和释放焊接时产生的气体。该施压装置包括平行设置的支撑底板63、导向板61，在支撑底板63与导向板61上分别对应设有多个均匀分布的压销孔631、611、透气孔634、613，支撑底板63和导向板61的结构如图6、图7所示，在支撑底板63与导向板61的周边上设有定位孔632、612，在压销孔611、631中设有穿套在这两个孔中的压销64，压销64的结构如图11所示，在压销64上设有卡止部642，且在该卡止部642与导向板61之间的压销64上套设有弹簧641，在支撑座板63的两侧边上的紧固孔632处设有压块65，压块65的结构如图10所示，在压块65上设有与快速夹持装置5相适配的夹紧槽651和连接孔652，在其余紧固孔处设有支撑管62，支撑管62的结构如图9所示，在支撑底板63上还设有对位孔633，在对位孔633中设有如图8所示的定位销635。由于弹簧641卡抵在压销64的卡止部642与导向板61之间，所以压销64可以自动调整压力。

在上述施压装置中，压销64采用金属材料制作；导向板61起紧固、限制压销64运动及透气作用，导向板61采用金属材料制作，对其表面进行黑色氧化处理。

支撑底板63起紧固作用，可限制压销64运动、便于印刷线路板定位及透气作用，支撑底板63的材料可采用金属材料制作，表面进行黑色氧化处理。

压销孔611、631和透气孔613、634采用矩阵式交错排列的方式设置，如图6、图7所示；设置在支撑底板63上的两个定位孔633，可根据金属衬底板上的定位孔41、42选择确定其位置；

定位销635的制作材料为金属材料，上面部分采用螺纹和螺母形式进行紧固，连接用的紧固螺钉为沉头螺钉。

支撑管62的制作材料为金属材料，表面进行黑色氧化处理。

由于施压装置6采用了弹簧压针式，因此该施压装置6置于印刷电路板2之上时，是由压销64直接施压于印刷电路板2，更由于压销64上有弹簧641，所以由于弹簧641的弹性作用，压销64对印刷电路板2的施压点可以自动调整压力；在焊接过程中，如果印刷电路板2某个部分由于变形而向上翘时，会推动施压的压销64向上移动，而压销64向上移动会压缩弹簧641，所以压销64的施压力就会变大，将印刷电路板2上的该施压部分压平。其次由于支撑底板63没有直接接触印刷电路板2，所以在焊接时可以释放气体，保证焊接质量。

托盘7的结构如图12、13、14所示，设有方框架71，方框架71中设有凹进去的金属衬板托边78，在托边的两对角上设有定位销72，便于金属衬底板4的定位，在框架71的两纵向边的外侧对称设有两个凸块73、74、75、76，凸块中设有与托边相平行的开口槽741、751，便于与快速夹持装置5连接，在纵向边上还设有至少一个与托边平行的螺孔，螺孔中设有可顶在位于托边上的金属衬底板4侧边的紧固螺钉77。

快速夹持装置5的结构如图15、16所示，设有支撑座51，支撑座51上设有对称设置的销孔，在销孔上设有支撑座51铰接的压头54和连杆52，分别与连杆52和压头54铰接的操作手柄53一起构成一个四连杆夹紧装置，在支撑座51的底部设有可插入托盘开口槽中的支撑座边511、512，而操作手柄53的端部压头54可插入施压装置中的压块夹紧槽651中，当将快速夹持装置5与托盘7和施压装置6扣接好后，压动手柄53一端时，压头54可使施压装置6中的压销64产生向下的压力，可使得印刷电路板2紧贴在金属衬底板4上，保证了焊接的可靠性。

金属衬底板4可选用金属材料制作，为解决金属衬底板4的可焊性问题，可对其进行表面可焊性处理，为便于与印刷电路板和焊接设备定位，在其上下面对角线方向上均设有两个定位孔41、42、43、44，如图2所示。

在操作焊接设备进行焊接时，先将金属衬底板4按照定位孔方式放在设备的托盘7内，用紧固螺钉紧固；在金属衬底板4表面印锡；将印刷电路板2也按照定位孔方式放在金属衬底板4上；将施压装置6按照定位孔的方式放在印刷电路板2上，用快速夹持装置5在施压装置6和托盘7两边进行施压；过回流炉进行焊接；焊完后拆卸夹具(包括施压装置、托盘、快速夹持装置等)；用超声波机进行焊接后清洗；检测焊接质量。

由本发明提供的连接方法，可采用如下工艺流程来实现：

先对金属衬底板4的焊接表面进行焊接前处理；将金属衬底板4和印刷电路板2对位叠放，并同时置于托盘7中；采用本发明提供的焊接设备对印刷电路板2施压；通过回流焊接设备进行焊接；回流焊接后对金属衬底板4和印刷电路把2进行清洗，去除表面和孔内残留的助焊剂；对印刷电路板2和金属衬底板4之间的层间焊接结合率进行检测，保证金属衬底板4与印刷电路板2良好的接地散热性能。

在上述对金属衬底板表面进行焊前处理的工序中，包括可焊性处理，在金属衬底板4的焊接面上印刷上高温锡膏。

对金属衬底板4表面进行焊前处理工序中，还可以是对金属衬底板4表面进行可焊性处理后，在焊接面上烫上焊锡的方法实现焊接连接，在金属衬底板4的两面分别设置定位孔。

在上述焊接方法中还可以采用在金属衬底板4的焊接面放置焊锡预制片的方法来实现，其步骤为在将金属衬底板4放入托盘7中后，在其焊接面上放置焊锡预制片后，再放置印刷电路板2进行焊接连接。

在上述焊接方法中，除采用回流炉外，还可以采用如图17所示的热板炉8进行焊接。

本发明可作为电子装联行业中任何大功率器件接地散热问题的解决方案。采用层间焊接技术加工金属衬底印刷电路板，在提高功放性能和单板可靠性的同时，还可节约成本、提高效率。

Claims (9)

1、一种金属衬底板与印刷电路板的层间连接方法，是将印刷电路板的底面与金属衬底板之间焊接的方法互联，包括以下步骤：

对金属衬底板表面进行焊接前处理；

对金属衬底板和印刷电路板对位叠放，并同时置于托盘中，所述的托盘和金属衬底板之间是通过螺钉连接，即在完成层间连接之后就可以将托盘与金属衬底板分离；

对印刷电路板施压；

采用回流炉进行焊接。

2、根据权利要求1所述金属衬底板与印刷电路板层间连接方法，其特征在于，所述对金属衬底板表面进行焊前处理步骤中包括以下步骤：对金属衬底板表面进行可焊性处理；在焊接面上印刷上高温锡膏。

3、根据权利要求1所述金属衬底板与印刷电路板层间连接方法，其特征在于，所述对金属衬底板表面进行焊前处理步骤包括以下步骤：对金属衬底板表面进行可焊性处理，在金属衬底板的焊接面放置焊锡预制片。

4、根据权利要求1所述金属衬底板与印刷电路板层间连接方法，其特征在于，所述对金属衬底板表面进行焊前处理步骤包括以下步骤：对金属衬底板表面进行可焊性处理；在焊接面上烫上焊锡。

5、一种用于层间焊接的设备，包括用于放置金属衬底板和印刷电路板的托盘，快速夹持装置，其特征在于，还包括向印刷电路板加压的施压装置，所述快速夹持装置分别与所述托盘和施压装置扣接，所述的托盘和金属衬底板之间是通过螺钉连接，即在完成层间连接之后就可以将托盘与金属衬底板分离。

6、根据权利要求5所述用于层间焊接的设备，其特征在于，所述托盘包括方框架、所述方框架中设有凹进去的金属衬底板托边，在托边的两对角上设有定位销，所述柜架的两纵向边的外侧对称设有两凸块，所述凸块中设有与所述托边相平行的开口槽，在所述纵向边上还设有至少一个与所述托边平行的螺孔，所述螺孔中设有可顶在位于所述托边上的金属衬底板侧边的紧固螺钉。

7、根据权利要求5所述用于层间焊接的设备，其特征在于，所述施压装置是一种弹簧压针式施压装置，包括上、下平行的导向板和支撑底板，该导向板和该支撑底板之间置放有压块和多个垂直于该支撑底板，且其两端分别伸出该导向板和该支撑底板的压销，该压销上设有卡止部，在该卡止部与所述导向板之间的该压销上套有弹簧。

8、根据权利要求7所述用于层间焊接的设备，其特征在于，在所述压块上设有与快速夹持装置相适配的夹紧槽，在所述导向板和支撑底板的周边上设有支撑管，所述支撑底板上还设有定位孔。

9、根据权利要求5所述用于层间焊接的设备，其特征在于，所述快速夹持装置包括支撑座、与所述支撑座铰接的压头和连杆，分别与所述连杆和压头铰接的操作手柄一起构成一个四连杆夹紧装置，在所述支撑座的底部设有可插入托盘开口槽中的支撑座边。

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