一種用於在支持上植入電子元件的方法
2023-04-30 17:06:01 2
專利名稱：一種用於在支持上植入電子元件的方法
技術領域：
本發明的領域是想要植入到電子互連支持中的元件的領域。更具體來說，本發明涉及SMC(表面安裝元件)型電子元件在電子板(electronic board)上的安裝，其整體經受惡劣的機械環境，尤其經受具有反覆振動和衝擊的環境。
本發明特別地但不排他地應用於電子設備和機載電子設備的汽車工業領域。
背景技術：
在汽車使用中，例如包括互連支持和電子元件的電子板經受惡劣的機械環境。所達到的振動水平產生可對其操作和對互連支持上表面安裝元件的組裝具有顯著後果的機械應力。
具體來說，表面安裝元件通過它們的導電接觸上的焊料直接安裝在電子板上。提供電連接的這些焊料接合常常是用來將SMC型元件固接到電子板的唯一機械手段。
如今，反覆振動和衝擊環境中的主要問題之一與焊料接合的強度有關。
具體來說，僅通過它的兩個導電墊(conducting pad)來與電子板一起組裝的化學電容器像鐘擺一樣振動。如果達到嚴重的共振，則電子元件的運動產生了它的電管腳或端子的機械疲勞。
由於汽車不得不工作於其中的環境，即具有反覆振動、衝擊或加速的環境，如果沒有安裝得滿足要求，就可能因此機械損壞或可能發生故障。
這些不很有利的條件需要減輕電接觸的焊料接合所受到的應力以防止其疲勞和故障的手段。
直至今日，用於在電子板上組裝表面安裝元件的幾種技術是已知的，它們增強了整體對惡劣機械環境的耐受性。
第一種已知的組裝技術應用了機械手段。為了減少與振動有關的問題，它提出通過安裝在電子板上的機械加強部分(一般具有彈簧效應)來提供SMC型元件的機械結合力。對於提供有機械保持管腳的電子元件，可提及使用特殊的殼，或甚至是通過夾上它們或鉚定它們來使用機械加強部分。
在附圖1中圖示了根據現有技術藉助於機械保持夾具在電子板上的SMC形元件的組裝的示範實施例。機械保持夾具400優選地定位於表面安裝的電子元件500的重心附近。它的爪(prong)401與電子板600的下部接觸，以便有效地保持電子板上的電子元件。
如圖1的保持夾具所示的機械裝置有效地減小了由反覆振動和衝擊產生的機械擾動，並且加強了整體對這些惡劣環境的耐受性。
然而，它們具有缺陷。實際上，它們的質量並非無關緊要。然而，質量約束對於電子應用常常是尺度設計參數。
而且，這些機械加強部分具有適當限定的形狀，並且在電子板上必要地佔據某個表面區域，這就減小了植入電子元件的可能性並使電路的製造複雜化。
第二種已知技術結合了所述支持的專用墊以及專門殼(casing)的使用，該專用墊沒有任何電功能，排他地專用於元件體上的焊接，該專門殼適於允許元件的這種焊接。這一技術的主要缺陷源於這樣的事實專門為這一目的而設計的殼具有不可忽略的成本。
第三種已知的組裝技術是基於將一個或多個粘合劑點沉積於印刷電路上以便將SMC型元件粘在它們將來的位置上，一般是在焊料「側」，以及基於將焊料糊沉積於印刷電路的電連接接納墊上。電子元件通過電路上的粘合劑部分來結合，並且整體傳送到高溫爐中以便完全聚合所述粘合劑。接著整體傳送到最終裝置中，該最終裝置用於通過熔化焊料糊來焊接SMC型元件，該焊料糊將印刷電路的導電墊結合到電子元件的電端子。
另一種已知技術應用了沒有任何焊料的簡單粘合劑結合。粘合劑結合包括藉助於第三體實現兩種固體之間的密切化學接觸。元件與支持之間的間隙由此利用結構性粘合劑而完成。該粘合劑一般是熱固性環氧樹脂。它在兩個元件之間形成連續的接合，機械力通過該接合得到理想的傳輸。
與前面列舉的機械技術相比較，重量上的改進也是重要的優點，特別是對於應用到汽車和宇航工業。
然而，在以最小成本要求日益更多的性能的市場中，這兩種現有技術都顯得複雜，不很經濟且不很具生產性。
事實上，它們的缺陷部分地因為這樣的事實組裝操作包含了有許多問題的解決方案。可提及待粘貼的物品的表面製備，即充分的物理化學處理施加到印刷電路和電子元件的表面，儘管操作成本高，但是對於去除汙物、增加表面能量、通過建立粗糙特徵來增加機械粘附、以及促進潤溼以方便粘合劑的散布來說是不可或缺的。
可提及根據許多標準來恰當選擇粘合劑產品，這些標準涉及待組裝的元件的實際性質、組件將經受的條件、粘合劑的潤溼性特性、條件、以及固化時間、乾燥時間(粘合劑凝結時間)或者聚合時間。
另一方面，在藉助一個或數個粘合劑點的組裝技術中，聚合是施加起來相對緩慢的步驟，該步驟使組件在顯著的時間內經受高溫。從現有技術眾所周知的是，這促進了金屬互化物特別是錫-鉛金屬互化物的生長，由此使焊料接合變脆。對於惡劣熱環境敏感的表面安裝元件，如化學電容器，可惡化或損壞。
對於藉助於熱固性材料通過粘合劑結合技術建立的粘合劑接合，用於維修電子元件的拆卸在不使元件惡化的情況下是當然不可預期的操作過程。
注意，在焊接電子元件之後，通過最後一種用於沉積保持(retaining)密封劑、粘合劑和清漆(vamish)的已知技術，在表面安裝元件在電子板上的組裝期間引起與上面所述相似的問題。另一方面，這些元件的封裝還可能造成耐久性問題。事實上，在長的時期內，用於封裝的樹脂例如趨向於具有讓外部流體、特別是水穿過的微縫，並且它們是封裝的金屬元件中腐蝕的起因以及出現短路的起因。
發明內容
特別地，本發明具有針對現有技術的缺陷找到一種補救的目的。
本發明的目的是提供一種用於在電子板上安裝SMC型元件的技術，該技術使得外部振動源對於藉助電子板互連支持的表面安裝元件的組裝所具有的影響最小。更具體來說，本發明的目的是提供一種表面安裝元件在電子板上的植入，這種植入增加了整體對反覆振動和衝擊的耐受性。
同樣理想的是提供一種用於在電子板上的互連支持上安裝SMC型元件的技術，藉助該技術，一方面可以在使用SMC技術中可用的標準元件以及當今由表面安裝技術控制的電子製造工藝的同時，實現電子元件的容易、快速、自動化植入，另一方面可以實現在成本、重量、構造和設計方面的明顯節約，而決不會有損整體對反覆振動和衝激的耐受性。
本發明的另一目的是提出在電子卡的互連支持上植入對反覆振動和衝擊極具耐受性的電子元件，由此為用以修復焊接接合和故障元件的步驟提供了分離組件元件的可能性。
這些目的以及將在下文中出現的其他目的是通過一種用於在設置有電連接接納墊的電子板的互連支持上植入至少一個電子元件的方法來實現的，其特徵在於它應用了用於將所述電子元件機械保持在所述互連支持上的步驟，所述機械保持步驟是通過如下來實現的至少在與電子元件上的電連接和焊料接納墊不同的至少一個可焊接保持墊上沉積焊料，以及將所述電子元件設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以便一方面提供該組件在惡劣的機械環境中的機械結合力以及另一方面獲得該組件對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
有利地，這種植入的可焊接保持墊設置於穿過電連接接納墊的中軸以外。
在組裝之後，根據本發明，電子元件是一方面通過電連接接納墊上的焊料或導電粘合劑接合以及另一方面通過位於可焊接保持墊上的焊料彎月面(meniscus)在其基底的不可焊接區中機械保持。
在閱讀作為非限制性實例和藉助於附圖來給出的如下描述時，將更好地理解本發明，並且其他優點將變得明顯，在附圖中-結合現有技術已經描述過的圖1圖示了藉助於機械保持夾在電子板上組裝表面安裝元件。
-圖2a和2b分別圖示了在組裝兩個設置有電端子和電管腳的表面安裝元件之前的根據本發明的電子板上表面的視圖。
-圖3示意性地圖示了表面安裝元件在電子板上表面的不同可焊接墊上的位置。
-圖4圖示了根據本發明在電子板上的表面安裝元件的組件側視圖。
-圖5圖示了根據本發明在電子板上的表面安裝元件的組件的焊料彎月面視圖。
具體實施例方式
參照圖2a和2b，可以觀察到電子板100的互連支持101設置有接納墊102，該接納墊102提供了與表面安裝元件200的電連接。根據現有技術，這些墊常常是表面安裝元件在電子板100上的僅有機械附著支持。
在前述工作環境中出現的機械應力如前所述地集中在這些電連接接納墊102的區域中，更具體而言是維持兩個元件100和200電組裝的焊料或導電粘合劑接合中。
根據本發明，提出了表面安裝元件在電子板的支持上的原始植入。一方面，它減少了機械應力在電連接接納墊上的集中，另一方面，它加強了SMC殼元件(casing component)在電子板上的機械保持。
現在參照圖2a，圖示了電子板100的互連支持101的頂視圖。
支持的類型不受限制，並且包括任何類型的已知印刷電路。它可以是撓性的、剛性的、簡易的、雙層或多層的，全部取決於應用。
在圖中，觀察到電子板100包括互連支持101，在其上面提供有兩個接納墊102以便優選地通過焊接來實現與在表面安裝元件200的中間基底(interposition sole)203的下面所提供的對應可焊接電端子202的電連接。
優選地，該互連支持是由沉積於絕緣基板上的銅構成的，其中銅電連接接納墊在它的上面或在它的上和下面被蝕刻。
本發明不限於在電子板的常規電連接接納墊上組裝表面安裝元件。所用的術語可指代能夠接納和建立與SMC型元件的電連接的任何類型支持。
在圖3中，在互連支持的電連接接納墊上以中軸B為基準。
兩個電連接接納墊102沿著B軸縱向延伸直至SMC型元件的中間基底203的兩個相對邊緣的邊界。
如前所述，表面安裝元件在電子板的互連支持101上的機械保持加強是通過在選擇性地設置在互連支持101的上表面上至少一個附加可焊接保持墊104(104a、104b或104c)的存在來提供的。
事實上，在本發明的優選實施例中，可焊接保持墊104建立在軸B以外。
根據本發明的原理，可焊接保持墊104位於表面安裝元件的基底203的下表面的不可焊接區中。
優選地，它們是在電子板100的互連支持101上面的銅中蝕刻的。
在自由表面上可以圖案化多種配置的保持焊料墊，以便優化機械加強作用以及製造條件的作用。另一方面，墊的數目、表面、形狀和性質可以是許多可選實施例的對象。它們不限於附圖中給出的示例。特別地，可以進行這樣的準備，使得可焊接保持墊104由表面安裝元件的中間基底203部分地或完全地覆蓋。
現在參照圖4，考慮想要植入於電子板上的表面安裝元件。
它包括簡易殼201，該殼201例如以非限制性的方式包含化學電容器。後者固定到中間基底203的上面，該上面基本上平行於該基底的下面並且具有與該基底下面相同的表面面積，至於該基底本身則想要組裝到電子板的互連支持101的上面。
優選地，這些尺度對於本領域的技術人員來說是公知的用於電子板的表面安裝元件的標準化尺度。
元件的電端子202設置於中間基底203的下面。
另一方面，在附圖2b中圖示了由於如下事實而與圖2a中所示實施例不同的本發明可選實施例表面安裝元件設置有連接管腳204，該管腳204用以建立與用於接納電子板互連支持的墊102的電連接。
表面安裝元件的結構對於本領域的技術人員是公知的，因此將不加以具體描述。
可焊接保持墊的特定局部化將允許一方面在反覆振動和衝擊的惡劣環境中SMC殼元件相對於電子板的擺動得以減小，並且另一方面通過改進互連支持/電子元件連接，系統的可靠性得以改進。
事實上，圖4根據本發明的優選實施例圖示了藉助電子板100的SMC型元件220的組裝。
根據本發明，在墊的整體上提供沉積焊料，以便將表面安裝部件有效地固定到電子板的互連支持。
更具體來說，通過使用焊接掩模，大量焊料膏是通過沉積機器沉積在電子板100的互連支持101的電連接接納墊102上和可焊接保持墊104上的。
在本發明的優選實施例中，墊的整體覆蓋有焊料合金。
表面安裝元件200通過取放機(pick-and-place machine)來與電子板100組裝。根據本發明，SMC型元件200藉助它的電端子202置於互連支持101的電連接接納墊102上，以及可焊接保持墊104上的其中間基底203的不可焊接區中，如圖3中所示和所述。
該組件是通過回流來焊接的。
於是SMC型元件200是通過導電接納墊102上的焊料接合300以及通過可焊接保持墊104上的機械焊料301來保持。
在本發明的優選實施例中，焊料在可焊接保持墊104上的沉積物在回流之後形成彎月面。應記得焊料彎月面301不具有任何電連接效果，它們與表面安裝元件200的中間基底203在後者的不可焊接區中接觸。
在圖示示範性焊料彎月面的圖5中定義了兩個角α和β。角α是焊料彎月面對接觸點C的切線與元件200的中間基底203的順角(direct angle)，角β是焊料彎月面對接觸點D的切線與元件200的中間基底203的逆角(indirect angle)。
根據本發明，α和β介於0°與90°之間。由此表明合金在元件上沒有潤溼性。因此，元件200在墊104的水平不被焊接。
在組裝之後，根據本發明的優選實施例，表面安裝元件通過在它的可焊接電端子202上形成的焊料接合300以及通過在互連支持101的可焊接保持墊104上形成的焊料彎月面301來機械保持。
由於該原始植入的可焊接保持墊104優選地位於穿過電連接接納墊102的中軸B以外以及部分地或完全地位於電子元件的基底203以下，所以阻礙了電子元件相對於互連支持的擺動並且增加了表面安裝元件/電子板組件對於反覆振動和衝擊的耐受性。
當然，本發明不限於剛才已經描述的特定實施例，而是擴展到依據其精神的任何替代實施例。特別地，本發明不限於附圖。先前段落中所述的具體引用是本發明的非限制性實例。
以上描述集中在從本發明的優點中受益最多的SMC型元件(電阻器、電容器(化學的或非化學的))、自感線圈、電晶體、集成電路、LED、開關、連接器……)。然而，任何電子元件可以從根據本發明的植入方法中受益。
權利要求
1.一種用於在設置有電連接接納墊的支持上植入至少一個電子元件的方法，其特徵在於它應用了用於將所述電子元件機械保持在所述支持上的步驟，所述機械保持步驟至少是通過如下來實現的在與電子元件上的電連接和焊料接納墊不同的至少一個可焊接保持墊上沉積焊料，以及將所述電子元件設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於它應用了用於將所述電子元件機械保持在所述支持上的步驟，所述機械保持步驟至少是通過如下來實現的在與電子元件上的電連接和焊料接納墊不同的唯一可焊接保持墊上沉積焊料，以及將所述電子元件設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於它應用了用於將所述電子元件機械保持在所述支持上的步驟，所述機械保持步驟至少是通過如下來實現的在與電子元件上的電連接和焊料接納墊不同的若干個可焊接保持墊上沉積焊料，以及將所述電子元件設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
4.根據任一前述權利要求的方法，其特徵在於所述可焊接保持墊位於穿過電連接接納墊的中軸以外。
5.根據任一前述權利要求的方法，其特徵在於所述電子元件是表面安裝元件。
6.根據任一前述權利要求的方法，其特徵在於所述電子元件是表面安裝的化學電容器。
7.根據任一前述權利要求的方法，其特徵在於所述支持是電子板。
8.根據任一前述權利要求的方法，其特徵在於所述焊料沉積物一旦回流則具有彎月面的形狀。
9.一種包括至少一個電子元件和一個設置有電連接接納墊的支持的系統，其特徵在於所述電子元件至少通過與電子元件上的所述電子連接和焊料接納墊不同的至少一個可焊接保持墊的水平處的焊料沉積物而保持在所述支持上，並且設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
10.根據權利要求9的系統，其特徵在於所述電子元件至少通過與與電子元件上的所述電連接和焊料接納墊不同的單個可焊接保持墊處的焊料沉積物而保持在所述支持上，並且設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
11.根據權利要求9的系統，其特徵在於所述電子元件至少通過與與電子元件上的所述電連接和焊料接納墊不同的若干個可焊接保持墊處的焊料沉積物而保持在所述支持上，並且設置於所述支持上，使得所述附加的可焊接保持墊至少部分地與所述電子元件的不可焊接區接觸，以獲得對反覆振動和/或衝擊的強耐受性。
12.根據權利要求9至11的任一項的系統，其特徵在於所述可焊接保持墊位於穿過電連接接納墊的中軸以外。
13.根據權利要求9至12的任一項的系統，其特徵在於所述電子元件是表面安裝元件。
14.根據權利要求9至13的任一項的系統，其特徵在於所述電子元件是表面安裝的化學電容器。
15.根據權利要求9至14的任一項的系統，其特徵在於所述支持是電子板。
16.根據權利要求9至15的任一項的系統，其特徵在於所述焊料沉積物一旦回流則具有彎月面的形狀。
全文摘要
一種用於在電子板上植入電子元件的方法提出了將電子元件保持在互連支持上，該支持具有與電子元件上的電連接和焊料接納墊不同的可焊接保持墊。這種植入可應用於經受反覆振動和衝擊的環境的表面安裝元件/電子板的組件。
文檔編號H05K13/04GK1826049SQ20061005761
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月22日 優先權日2005年2月22日
發明者奧利維耶·奧熱, 克洛德·格羅漢多 申請人:瑪涅蒂瑪瑞利法國股份有限公司