用於焊接電線與管腳配置的小型波焊接系統和方法

2023-05-18 12:08:06 1

專利名稱：用於焊接電線與管腳配置的小型波焊接系統和方法
用於焊接電線與管腳配置的小型波焊接系統和方法技術領域本揭示內容大體上涉及焊接技術，且更確切地說，涉及一種使用"小型波"焊接方 法以及各種管腳保持實施方案來焊接細電線的方法。
背景技術：
電子器件中的小型化趨勢已經存在多年，且尤其使微創型醫療裝置發生巨大變化。 伴隨進步而來的是一些製造問題。這些問題的一個實例是在用於較新醫療導管的極細電 線中。電線大小几乎始終是直徑小於.005英寸，且通常直徑只有.002英寸(小於人類發 絲的直徑)。如此小的電線大小對組裝技術人員造成額外挑戰。普通的絕緣技術不適用於如此小 的電線，且很難在不破壞電線本身的情況下移除所使用的絕緣物。 一旦所有電線均已被 成功剝離，電線管理便成為問題，尤其在每個連接器具有27到76根電線的情況下。傳統的端接技術不足以端接現代導管的細電線。焊杯太過於龐大，且無法實現簡易 的電線管理。將電線安裝在夾子中並將電線膠合在適當位置是不切實際的，因為不容易 得到用於如此小的電線的"夾子"。由於所涉及的電線的脆弱性的緣故，將另一裝置壓接 到這些電線中的一者的末端是不切實際的巻曲這些電線中的一者比形成機械接合更加 可能使電線斷裂。理想的細電線端接系統將併入有電線管理系統、低電線應力組合件、 容易的可再加工性、快速的接點檢査，且將使用製造環境中已經存在的相同工具。此外，高密度連接件的空間不夠用，尤其是對於電線端接或者添加例如電阻器和電 容器的組件。 一般來說，將電線附接到給定管腳會導致無法將組件附接到所述管腳。對 於當前廣泛使用的大部分高密度連接件的焊杯來說尤其是這樣。因此，理想的連接件系 統將具有分離的電線端接和互連裝置。通過使所述二者分離，能夠將故障點分布在多個 裝置上，這有助於稍候再加工和提高合格率。通過將所述兩個裝置均附接到第三間隙部 件，能夠容易地添加組件而無需佔用連接件內部的任何電線端接埠。 發明內容描述一種小型波焊接系統和熱條端接系統。此外，描述用於PCB或其它襯底的各種 管腳構造以及管腳連接系統。


圖1是基本示範性小型波焊接系統的橫截面圖；圖2是具有阻焊膜以防止汙染的示範性小型波焊接系統的橫截面圖；圖3是具有傳熱焊料以促進熱量傳送的示範性小型波焊接系統的橫截面圖；圖4是示範性狹窄小型波焊接系統的橫截面圖；圖5是具有阻焊膜以防止汙染的示範性基本狹窄小型波焊接系統的橫截面圖；圖6是具有阻焊膜和傳熱焊料的示範性狹窄小型波焊接系統的橫截面圖；圖7是示範性雙小型波焊接系統的橫截面圖；圖8是示範性熱條墊電線端接系統的透視圖；圖9是具有傳熱焊料的示範性熱條墊電線端接系統的透視圖；圖IOA是示範性管腳的平面側視圖；圖IOB是圖IOA的示範性管腳的透視圖，其中切除部分展示管腳頂端中的鑽孔;圖11是定位於電鍍通孔中的示範性倒鉤管腳的橫截面圖；圖12是通過焊料定位於電鍍通孔中的示範性倒鉤管腳的橫截面圖；圖13是通過沉孔定位於電鍍通孔中的示範性倒鉤管腳的橫截面圖；圖14是通過夾子定位於電鍍通孔中的示範性倒鉤管腳的橫截面圖；圖15是通過夾子和焊料定位於電鍍通孔中的示範性倒鉤管腳的橫截面圖；圖16是定位於電鍍通孔中的示範性凸起倒鉤管腳的橫截面圖；圖17是通過焊料定位於電鍍通孔中的示範性凸起倒鉤管腳的橫截面圖；圖18是定位於電鍍通孔中的示範性錐形尖端管腳的橫截面圖；圖19是通過焊料定位於電鍍通孔中的示範性錐形尖端管腳的橫截面圖；圖20是定位於未電鍍通孔中的示範性電線形管腳的橫截面圖；圖21是通過焊料定位於未電鍍通孔中的示範性電線形管腳的橫截面圖；圖22A是具有輪穀的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22B是示範性錐形管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22C是具有不對稱頭部的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22D是具有多邊形頭部的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22E是具有三角形頭部的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22F是具有正方形頭部的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22G是示範性雙形管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22H是示範性滾花管腳的平面側視圖和頂視圖；圖22I是示範性四邊形管腳的平面側視圖和頂視圖；圖22J是具有輪轂和單個倒鉤的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖； 圖22K是具有輪轂和多個倒鉤的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖；以及 圖22L是具有頂帽輪轂和單個倒鉤的示範性管腳的平面側視圖和頂視圖。
具體實施方式
小型波焊接系統利用其中界定有孔的介電襯底。所述孔可以是通孔或盲孔。在以下 描述的許多實例中，所述孔具有內部傳導壁。所述內部傳導壁可通過電鍍或另外方面在 壁上塗布傳導材料或者通過向孔中插入傳導材料(例如小孔或夾子)來提供。傳熱墊定 位在靠近孔的開口處。此外，保持墊在傳熱墊附近定位在靠近孔的開口處。所述傳熱墊 和保持墊由耦合到介電襯底的傳導材料形成。傳熱墊和保持墊的傳導材料與孔中的傳導材料連通。？L、傳熱墊和保持墊通過傳導材料彼此熱連通。在一個實例中，孔內側、保 持墊上和傳熱墊上的傳導材料是銅。在另一實例中，所述材料可以是另一傳導材料。孔 內側、保持墊上和傳熱墊上的材料可以是相同的或不同的，只要它們是導熱的。此外， 如果所述材料是不同的，那麼它們可具有不同的導熱水平和/或不同的導電水平。可向保持墊施加連接材料，且當從外部源向傳熱墊施加熱量時所述連接材料熔化。 傳熱墊可包含熔化並提高系統的熱連通的傳熱材料。在施加熱源之前將電線插入孔中， 且熔化的連接材料從其初始起始位置朝向熱源流動，從而在所述過程中封裝電線。在從 傳熱墊移除熱源之後，連接材料冷卻並硬化以將電線機械連接到孔。於是，電線與孔的 傳導壁電連通，且因此與襯底上的同孔電連通的其它實體電連通。可在孔的開口與傳熱墊之間向介電襯底施加二級電介質。所述二級電介質防止連接 材料進入傳熱墊，且反之亦然。傳熱墊可比保持墊狹窄，以便在連接材料被熱源熔化時 通過減少可供連接材料使用的面積來促進前述封裝。還揭示一種端接系統。所述系統包括設置在介電襯底表面上的傳導材料。所述傳導 材料具有保持墊和與其熱連通的可選傳熱墊。將連接材料施加到保持墊且可視情況而施加到傳熱墊。可在保持墊與傳熱墊之間設置二級電介質以防止連接材料流到傳熱墊。在 此方面，當向傳熱墊施加熱量時，連接材料熔化。可將扁平的、圓形的、絞合的或其它 類型的電線或組件引線插入到熔化的連接材料中。在移除熱源之後，連接材料硬化，以 藉此將電線連接到保持墊，並因此連接到下伏傳導材料以及可與傳導材料電連通的任何 其它實體。可向傳熱墊施加傳熱連接材料，以便促進在熱源與傳熱墊之間傳送熱量。也 能夠直接加熱連接焊料，而不需要或使用傳熱墊或傳熱連接材料。進一步揭示一種用於插入到介電襯底的零件中的管腳。所述管腳通常在其外圓周上 形成至少一個倒鉤，但其它實例並不利用倒鉤。外表面與孔的內部側壁以摩擦方式嚙合。這種嚙合可用於對準、保持、熱連通、電連通或以上各項的任何組合。所述管腳可包含 形成於其中的中空鑽孔，且還可視情況含有經配置以與插入的傳導部件機械互相作用的 二級實體。所述孔可具有傳導內壁且所述管腳可整體地或部分地用焊料覆蓋，以促進保 持以及任何所需的電連通。本文還描述其它各種管腳與孔的摩擦嚙合方法。可機械加工、壓印、型鍛或其它方 式形成管腳，且電介質中的孔不限於純粹圓形構造。還應注意，雖然組合以上所有特徵 是有利的，但每一者均可單獨使用以便在任何電線端接或連接系統中實現良好效果。參看圖式，圖1說明小型波電線端接系統5。系統5用於將細電線連接到印刷電路 板(PCB) IO或其它介電襯底的傳導跡線。在襯底10內形成孔12。孔12的內壁上塗布 有傳導材料14。此外，傳導材料14從孔延伸到襯底10的頂面16以及襯底10的底面100。 可將傳導材料14施加到介電襯底的表面。 一種用於施加傳導塗層的己知方法是通過在表 面上電鍍材料(例如銅)。術語傳導塗層和傳導鍍層在本文中互換使用，以指代通過任何 已知的施加手段沉積在表面上的傳導材料。此外，可在本文描述的實例中利用所屬領域 的技術人員已知的任何傳導材料。銅只是一種此類材料。可在單個實例中使用具有相同 或不同傳導水平的不同類型的傳導材料。此外，可用任何已知方式向表面施加傳導材料， 所述方式包含但不限於電鍍、無電電鍍、印刷、蝕刻等。此外，本文中使用的術語PCB 界定為包含任何介電襯底，且不限於印刷電路板。傳導鍍層14延伸到襯底10的頂面16以界定包含傳熱墊18和焊料保持墊20的傳導 墊，傳熱墊18和焊料保持墊20通常設置在孔12的開口的相對側。所述傳導墊的一部分 將傳熱墊18與保持墊20熱結合。在此方面，傳熱墊18、焊料保持墊20和孔12內的傳 導鍍層至少彼此熱連通且通常電連通。通常，傳熱墊18和焊料保持墊20大體上是矩形 的，但將認識到，其它形狀也是可能的。此外，雖然圖中將孔12展示為圓形的，但將認 識到可針對所述孔使用任何形狀，其中包含弓形和多邊形等形狀。將連接材料或焊料22 設置在焊料保持墊20上。應了解，焊料指代普通術語而並非具體實例，且實際上可以是 任何熱激活傳導材料。術語連接材料在本文中可與術語連接焊料或焊料互換使用。這些 術語中的每一者均指代熱激活傳導材料。因此，如本文使用，術語連接材料、連接焊料 和焊料中的每一者均應理解為泛指熱激活傳導材料。為了將細電線附接到襯底10上，將剝離的且可能絞合的鍍錫電線插入到孔12中。 接下來，烙鐵或其它加熱元件27的尖端接觸傳熱墊18，以起始傳導鍍層14、孔12和焊 料保持墊20之間的熱連通。熱量使連接焊料22熔化，使得所述焊料在先前插入到孔12 中的電線上方和周圍流動。當連接悍料22從其初始沉積位置朝向熱源移動時，連接焊料22在孔12的開口周圍的墊區域上方流動。在連接焊料22已經封裝了細電線之後，移除 熱源並允許連接焊料22冷卻並硬化。這將電線連接到孔12。為了防止連接焊料22流回到熱源，可在傳熱墊18與孔12之間在傳導材料14中位 於襯底10的頂面16上的一部分上定位頂部二級電介質或阻焊膜24。 二級電介質可位於 銅和另一介電絕緣體上，且可由暴露的層壓薄膜或硬化的光敏聚合物形成。參看圖2，將二級電介質或阻焊膜24放置在傳熱墊18與孔12之間。阻焊膜24在 放置於傳熱墊18上的烙鐵尖端與熔化的連接焊料22之間提供阻擋。在此方面，能夠防 止熱源本身汙染連接焊料22並允許用相同的熱源在有引線與無引線焊接應用之間移動。雖然未圖示，但傳熱墊18可連接到一個以上保持墊20，其中每一保持墊均與孔連 通。可通過二級電介質或阻焊膜24將傳熱墊18與保持墊20分離。當使用多個保持墊時， 其上可設置有不同類型的連接焊料22，所述連接焊料在被吸入到孔12時混合在一起。 或者，可在每一保持墊20上設置單一類型的連接焊料22，且可使用多個保持墊來更好 地確保焊料22從不同方向進入孔12。在後一種情況下，保持墊20將優選地以預定圖案 圍繞孔12間隔開。或者，保持墊20可全部定位在孔12的單側上。參看圖3，展示向傳熱墊18施加傳熱焊料26以增強烙鐵尖端與傳熱墊18之間的熱 量傳送。當施加熱量時，傳熱焊料26熔化，但因阻焊膜24的緣故不會朝向孔12的開口 流動。參看圖4，當連接焊料22熔化時，其開始朝向引入到系統5中的熱源流動，且在此 過程中覆蓋並封裝同樣與熱源熱連通的所有物體。為了幫助封裝細電線，可使用狹窄墊 以在給定橫截面處增加連接焊料22的體積。由此，如圖4所示，系統5具有與熱源27 接觸的狹窄傳熱墊28。圖5說明狹窄傳熱墊28附近的阻焊膜24，而圖6展示施加於狹 窄傳熱墊28的傳熱焊料26。所屬領域的技術人員將認識到，圖4、 5和6另外方面與圖 1、 2和3所示的系統相似，不同之處只是傳熱墊18變窄。如圖7所示，為了向連接提供額外焊接，可從焊料保持墊20和傳熱墊18兩處施加 連接焊料20。因此，在此實施例中，出於傳熱和連接兩個目的而使用施加於傳熱墊18 的傳熱材料26。熱源使連接焊料22和傳熱材料26熔化。在沒有用阻焊膜24分離焊料 保持墊20與傳熱墊18的情況下，來自傳熱墊18和保持墊20的焊料可在插入到孔12中 的電線上方流動。參看圖8，圖中展示用於將電線與襯底10的其它部分置於電連通的熱條電線端接系 統6。端接系統6具有施加於襯底10的頂面16上的傳導鍍層14。傳導鍍層14形成傳熱 墊18和焊料保持墊20，使得其彼此熱連通。向焊料保持墊20施加連接焊料22。阻焊膜24防止連接焊料22流到傳熱墊18。為了將細電線或其它組件附接到端接系統6,例如烙鐵的熱源27起始向傳熱墊18 的熱量傳送。將來自熱源27的熱量傳送到焊料保持墊20,這會使連接焊料22熔化。當 焊料已經熔化時，將扁平電線或剝離並絞合的鍍錫電線或其它組件引線的末端插入到連 接焊料22中。接著，從傳熱墊18處移除熱源27，且允許連接焊料22冷卻並硬化，借 此將電線緊固到焊料保持墊20。如先前提到的，阻焊膜24防止連接焊料22流回到熱源 27。此外，其防止熱源27上可能存在的任何焊料殘餘汙染連接焊料22。圖9說明端接系統6，其包含向傳熱墊18施加傳熱焊料26以促進熱源27與傳導鍍 層14之間的熱連通。在類似於圖8和9的另一端接系統6 (未圖示)中，不使用傳熱墊 18且直接用熱源27加熱連接焊料22。在又一端接系統6 (未圖示)中，結合單個或多 個傳熱墊利用一個以上焊料保持墊20。在此實例中，位於每一焊料保持墊20上的連接 焊料22可以是相同的或不同的。當連接焊料22是不同的時，它們可具有不同的熱和/或 電曲線或特徵。施加於傳熱墊18的熱量與每一焊料保持墊20連通，以熔化其上的連接 焊料。來自每一保持墊的連接焊料22混合在一起，且可將組件插入到所述混合的保持焊 料22中以將組件30固定到襯底和其上的傳導材料。圖IOA和10B描繪可與示範性系統一起利用的倒鉤管腳。圖IOA描繪具有頂端44 和尖端64的管腳40。所述管腳具有大體上為圓柱形的形狀。所述管腳包含若干突出部， 其中包含頂部輪轂58和倒鉤42。頂部輪轂58定位在頂端44處，隨後是過渡肩狀物60 到過渡輪轂68。倒鉤42定位於過渡輪轂68下方，隨後是另一過渡輪轂68和過渡肩狀 物60。連接尾部62定位於過渡肩狀物60下方且在管腳尖端64上方，所述管腳尖端64 是錐形的。圖10B展示圖10A的管腳，但將管腳40的上部切除以顯露管腳40的頂端44 中的鑽孔66。鑽孔或孔66是盲孔，其從頂面44沿著管腳縱向朝下延伸任意距離。孔66 可具有除所描繪的圓柱形孔66之外的其它長度及尺寸和形狀。利用管腳40上的突出部42、 58通過在孔12與管腳40之間形成的摩擦配合而在管 腳40與襯底IO中的孔12之間產生機械互動。當傳導材料14定位在孔12內部時，管腳 40上的突出部起作用以咬合到傳導材料14中。以此方式，管腳40建立與傳導材料的電 連接，所述傳導材料可與定位於襯底上且耦合到孔12的電跡線(未圖示)接觸。此外， 如下文所示，連接焊料22可定位在管腳40的頂端44周圍。焊料22也有助於在管腳40 與襯底IO上的電跡線之間建立電連接。此外，焊料22幫助將管腳40錨定在孔12中， 並提供較好的機械保持和粘著強度。管腳40上的一個或一個以上突出部42、 58用於咬 合到孔12中的傳導材料14中，或者當孔內側未定位傳導材料時咬合到孔12的側壁中。突出部與孔之間的接觸有助於將管腳保持為與襯底垂直對準。在本文所述的突出部中， 徑向倒鉤42比其它突出部形式更好地幫助管腳40與襯底垂直對準。對於本文論述的突 出部，徑向倒鉤42比其它突出式樣更有助於將管腳40垂直對準襯底。對於非同質襯底 材料尤其是這樣，例如FR-4印刷電路板材料。在圖11中，展示倒鉤管腳40插入到介電襯底10的孔12中，孔12己經塗布有傳導 鍍層14且可能與襯底IO的其它零件電連通或可能不與襯底IO的其它零件電連通。傳導 鍍層14的環形結構46形成在襯底10的頂面16和底面100上孔12的開口周圍。通常， 管腳40由銅合金形成，其外圓周上設置有倒鉤42。然而，可由任何已知的傳導材料制 造管腳。倒鉤42的大小略大於孔12的內徑，且從襯底10的頂面16向下逐漸變細。倒 鉤42接觸孔12的側壁，以提供與傳導材料14的機電連接。此外，管腳40的頂端44被 形成為略大於孔12的內徑以便接觸孔12的側壁。管腳40的頂端44和倒鉤42提供管腳 40與孔12內側的傳導鍍層14之間的摩擦配合。阻焊膜24遮蓋襯底10的頂部16和底 部100，以防止焊料22流入到其指定區域中或流出其指定區域。然而，阻焊膜24不覆 蓋環形結構46或孔12的開口。當提供兩個或兩個以上突出部時，如圖22B、 22C、 22D、 22E、 22F、 22J、 22K和 22L所示，下突出部的直徑可略小於隨後的突出部。下突出部的直徑可大於頂部倒鉤。 這些實例的許多者中的下突出部是具有定位於倒鉤下方的肩狀物的倒鉤。下倒鉤使孔的 一部分擴張。接著，從底部開始的第二突出部的直徑可大於第一突出部，使得其可在孔 的大小通過第一下突出部擴張之後咬合到孔的內表面中。如果存在來自底部的第三突出 部，那麼所述第三突出部的直徑可甚至大於第二突出部，以便同樣咬合到孔的側壁中。為了進一步在孔12內緊固管腳40並大幅度增加管腳40與傳導鍍層14之間的電連 通以及二者之間的機械接合，向環形結構46和管腳40的頂端44施加連接焊料22。可 使用以上描述的小型波系統和方法或者通過其它任何所需的方法來施加連接焊料22。圖12說明在己經施加到環形結構46和倒鉤管腳40的頂端44之後的連接焊料22。 連接焊料22以電和機械形式將管腳40連接到孔12和環形結構46。在此方面，連接焊 料22防止管腳40被從襯底IO的頂面16朝上推。圖13說明具有形成在襯底10的頂面16處的沉孔48的孔12。沉孔48允許施加額 外的連接焊料22，以及提供較大的開口以用於插入管腳40。如圖13中看到的，沉孔48 也塗布有傳導鍍層14。圖14說明倒鉤管腳40，其包括插入到中空鑽孔66中的夾子50或成形接觸，所述 中空鑽孔66已在管腳40內形成在管腳頂端處。夾子50是插入到管腳40的內鑽孔中的成形接觸。夾子50具有圓柱形上端51，其具有向內彎曲並且從圓柱形上端51向下延伸 的叉齒53。夾子50的上端51經大小設定以按壓配合到管腳40的鑽孔66中。夾子50 由傳導材料製成。鑽孔66沿著管腳40的長度向下延伸一部分。電線或另一管腳40可插 入到夾子50中，這於是將提供夾子50與其中安裝的元件之間的機電連通。可使用夾子 50來機械保持電線以提供沒有焊料的電連接，或者作為焊接期間的臨時夾具。圖15展 示連接焊料22如何在管腳40的頂端44以及環形結構46上方流動。圖16和17說明倒鉤管腳40的升高到結構10的頂面16上方的頂端44。升高的頂 端44提供在需要時可將電線連接到管腳40的點。連接焊料22圍繞升高的頂端44流動， 以便用在機械上遠遠比圖12展示的更牢靠的方式將管腳40緊固到結構10的環形環46。 圖18和19說明倒鉤管腳40的為錐形的且焊接到環形結構46的升高頂端44。除了上述內容之外，也能夠將無倒鉤管腳52插入穿過形成在結構10中的孔12。如 圖20所示，無倒鉤管腳52具有延伸穿過結構10的頂面16的錐形頂端54。此管腳52 的底部可具有類似錐形，這將允許將管腳插入到孔12中並使得任一端成為頂端。孔12 未塗布有傳導鍍層14，且用軸向摩擦配合將管腳52按壓到孔12中。或者，可在孔中利 用鍍層，或者可使用小孔或其它插入物。在此實例中，因為孔中未鑲有傳導材料，所以 可通過焊料、通過傳導粘合劑或通過機械構件(例如鉗子或齒)來提供襯底10的頂面 16上的傳導材料14之間的熱連接。圖21說明將管腳52用在管腳52的頂端54周圍的連接焊料22來緊固。在此方面， 在襯底IO的頂面16上的孔12的開口周圍形成傳導鍍層14的頂部環形結構46。此外， 可在襯底10的頂面100上的孔12的開口周圍形成底部環形結構56。阻焊膜24控制並 保持襯底IO上存在的所有焊料，如先前描述。通過焊料22在管腳40與襯底IO上的跡 線之間建立電連接，這將管腳錨定在襯底10中並將管腳40電連接到襯底10上存在的任 何與焊料22連通的電跡線。圖17 — 21中的每一者均描繪管腳40,其中管腳40的頂部44延伸到襯底10的表面 上方，且連接焊料22設置在管腳40的頂部44周圍。在這些實例中，管腳40到襯底10 的機械接合進一步得以加強，因為當管腳40被沿著穿過襯底10的方向拉動且焊料22被 放置成稱為剪應變的機械狀態時，焊料材料22本身將需要破裂且從管腳40上剪切以便 管腳40與襯底IO之間發生相對移動。結果，所需要的力非常高，且使得接合顯著變強。圖22A—22L描繪用於與PCB或其它襯底10—起使用的各種管腳配置。管腳40通 常用於承載電流。管腳40的形狀可用於許多不同功能。舉例來說，管腳40可用於機械 保持在襯底IO中，使得管腳40不會推出或變松。管腳40提供垂直於襯底的精確機械對準。在管腳40的頂部和底部彼此不同的情況下，當將管腳40按壓到襯底中時，管腳上 的每一特徵均切割出其自身的路徑。結果，管腳40在按壓配合期間被更加穩固地保持， 且較高的圓周應力將管腳保持在襯底10中。在將頂部輪轂58按壓配合到孔12中的管腳 40的型式中，孔的形狀和輪轂58的形狀可能具有變化，使得孔形狀和輪轂形狀中的任 一者或兩者是不相同的。舉例來說，孔12或管腳40可能不是完整圓形的，或者在孔內 或在管腳40的表面上可能存在較小的表面不完整。當向管腳40的頂部施加連接焊料22 時，焊料22將進入這些較小的表面不完整或者管腳40與孔12之間的其它不規則，以便 用焊料22密封管腳40周圍的區域。管腳40周圍的此焊料22是較為偶然性的，但有助 於在一定程度上加強機械接合。在其它實例中，管腳40上的凹槽或其它特徵允許焊料 22滲入孔12與管腳40之間的接點，以使得所述接點更加堅固。而且，不同的形狀在不 同材料中更加奏效。有些設計的成本低於其它設計。在設計和選擇管腳配置時，必須考 慮到所有這些考慮因素。應注意，可能存在這樣的情況，其中頂部圓柱形輪轂58的直徑使得其不被按壓配合 到孔12中。在這些實例中，焊料22可圍繞管腳40的頂部向下流到倒鉤42，以提供管 腳40相對於襯底10的額外機械保持。不論焊料22是定位於孔12內的管腳49的一側上 還是在管腳40的頂部44上，焊料22的作用均類似於將管腳40膠合到孔12的膠合物。圖22A描繪具有帶有突出部的細長主體的管腳101，所述突出部以圓柱形輪轂58的 形式定位在管腳40的上部中。輪轂58定位在管腳101的頂端44處。過渡肩狀物60定 位在輪轂58下方，隨後是圓柱形過渡輪轂68，隨後是另一過渡肩狀物60。在此情況下， 過渡肩狀物實質上是圓錐形的，其中管腳是圓柱形的。管腳40的下部分包含連接尾部 62，其耦合到管腳尖端64，所述管腳尖端64是錐形的。在此實例中，輪轂58優選地略 大於孔開口 12，使得輪轂58被按壓配合到開口中。此示範性管腳101不包含倒鉤。圖22B描繪錐形管腳102。管腳102的頂端44具有錐形頂端54，且管腳102的下端 具有錐形尖端64。管腳40在上端(在58處)的直徑大於管腳40在下端(在62處)的 直徑。錐形頂端54接合到具有頂部輪轂58形式的突出部，頂部輪轂58隨後的是過渡肩 狀物60和過渡輪轂68。兩個具有倒鉤42形狀的突出部定位在過渡輪轂68下方，且由 另一過渡輪轂68分離和跟隨。最下方的過渡輪轂68隨後的是過渡肩狀物60和管腳102 的連接尾部64。倒鉤42和頂部輪轂58可具有大於孔12的直徑的相似直徑，使得當將 管腳102插入到孔12中時，在每一突出部處相等地提供摩擦配合。或者，輪轂58和倒 鉤42可具有不同的直徑，使得輪轂或倒鉤中的一者以與另一者不同的摩擦方式來嚙合孔 12的傳導塗層14。如果需要的話， 一個突出部可比另一突出部更深地咬合到傳導塗層14中。對於倒鉤42和輪轂58可具有相似直徑的以下任何實例也是這樣。在每種情況下， 它們也可具有不同直徑，使得各種突出部42、 58具有與其定位在其中的孔12的不同摩 擦嚙合。如同以下結合若干示範性管腳40所展示的，管腳40具有上部和下部，其中從細長 主體向外延伸的突出部42、 58大致定位在上部中。突出部42、 58可具有不同形狀和不 同直徑。或者，其可具有相同直徑。突出部42、 58的直徑影響咬合到傳導材料中的量， 所述咬合是在將管腳40按壓配合到孔12中時由突出部執行的。此外，突出部42、 58可 以不同的定時來碰撞孔12內的襯底10，例如第一組倒鉤42或零件58可在12、 4和8 點鐘碰撞，且第二組零件42、 58可在2、 6和10點鐘碰撞襯底。此外，第一組可具有小 於第二組的直徑。所有這些技術均意味著有較多的"圓周應力"或力量正從襯底10向管 腳40上推，且將其更緊固地且更準確地保持在適當位置。圖22C描繪不對稱的管腳103。管腳103的頂端44具有呈不對稱頂部輪轂58形式 的突出部。不對稱頂部輪轂58具有翼狀結構59，其從中央圓形部分61向外延伸，以提 供每一翼59之間的間隙。頂部輪轂58隨後的是過渡部分68，隨後是倒鉤42和另一過 渡部分68。最下方的過渡部分隨後的是過渡肩狀物60,其隨後的是連接尾部62和錐形 的管腳尖端64。頂部輪轂58和倒鉤42優選地具有大於孔12的直徑的類似直徑，使得 當將管腳103插入到孔12中時，管腳103的頂部輪轂58按壓配合到孔12中，且倒鉤 42抓住孔12的側面。在此實例中，當向管腳103的頂端44施加焊料22時，焊料可在 翼59之間向下流動一直到達倒鉤42。這種設計提升接點的機械強度且還具有其它益處。圖22D描繪多邊形管腳104，其中突出部採用具有多邊形形狀的頂部輪轂58的形式。 頂部輪轂58隨後的是過渡肩狀物50，隨後是過渡部分68，隨後是倒鉤42。過渡部分68 是圓柱形的，且過渡肩狀物60是圓錐形的。倒鉤42隨後的是另一過渡部分68和過渡肩 狀物60,其隨後的是連接尾部62和錐形的管腳尖端64。頂部輪轂58和倒鉤42優選地 具有大於孔12的直徑的類似直徑，使得當將管腳104插入到孔12中時，管腳104的頂 部輪轂58被按壓配合到孔12中，且倒鉤42抓住孔12的側面。在此實例中，當向管腳 104的頂端44施加焊料22時，焊料22可在多邊形58的邊緣之間流動一直到達倒鉤42。 這種設計提升接點的機械強度且還具有其它益處。圖22E和22F類似於圖22C和22D，不同之處只是圖22E描繪具有以三角形頂部輪 轂58形式的突出部的管腳105，且圖22F描繪具有以矩形頂部輪轂58形式的突出部的 管腳106。在這兩個實例中，如上所述，焊料22可在頂部輪轂58的邊緣與孔12的側面 之間流動，直到焊料22到達倒鉤42為止。這些設計也提升接點的機械強度且還具有其它益處。圖22G描繪雙形管腳107，其具有定位於管腳107的頂端44處的頂部輪轂的上部分 58a以及直接定位於頂部輪轂的上部分58a下方的頂部輪轂的下部分58b。頂部輪轂的上 部分和下部分58a、 58b是從管腳的細長主體向外延伸的突出部。頂部輪轂的上部分58a 具有橫截面交叉形狀，且頂部輪轂的下部分58b具有橫截面交叉形狀，但上部分和下部 分58a、 58b的交叉形狀是交錯的，使得在頂視圖中只能看到頂部交叉。過渡肩狀物60 定位於下部分58b下方，隨後是連接尾部62和錐形的管腳尖端64。在此管腳107設計 中，頂部輪轂58a、 58b優選地具有大於孔12的直徑的直徑，使得所述管腳107必須被 按壓配合到孔111中。焊料22可在交叉形狀的支腳之間流動，以提升孔12的傳導材料 14與管腳107之間的接點的機械強度。管腳107未描繪倒鉤42，但如果需要的話也可以 利用倒鉤。圖22H是在頂端44處具有以滾花輪轂58形式的突出部的滾花管腳108。滾花輪轂 58通過過渡肩狀物60而耦合到連接尾部62和管腳尖端64。在這個管腳108設計中，頂 部輪轂58優選地具有大於孔12的直徑的直徑，使得管腳108被按壓配合到孔12中。焊 料22可沿著頂部輪轂58的滾花表面流動，以提升孔12的傳導材料14與管腳108之間 的接點的機械強度。管腳108未描繪倒鉤42，但如果需要的話也可利用倒鉤42。圖22I描繪以四邊形管腳109形式的突出部，其中頂部輪轂58具有交叉形狀的橫截 面，隨後是過渡肩狀物60、連接尾部62以及錐形的管腳尖端64。頂部輪轂58優選地具 有大於孔12的直徑的直徑，使得管腳109被按壓配合到孔12中。焊料22可在交叉形狀 的支腳之間流動，以提升孔12的傳導材料14與管腳109之間的接點的機械強度。管腳 109未描繪倒鉤42，但如果需要的話也可利用倒鉤42。圖22J描繪具有以輪轂58和單個倒鉤42形式的兩個突出部的管腳110，且圖22K 是具有以頂部輪轂58和多個倒鉤42形式的三個突出部的管腳111。在每種情況下，頂部 輪轂58隨後的是過渡肩狀物60，過渡肩狀物60隨後的是過渡輪轂，過渡輪轂隨後的是 倒鉤42。圖22J和22K中的突出部可具有相同或不同的直徑。在圖22K中，最頂部的倒鉤42隨後的是過渡輪轂68和第二倒鉤42。在最下方的倒 鉤之後，管腳110、 111兩者均具有過渡輪轂68，隨後是過渡肩狀物60，隨後是連接尾 部62和錐形的管腳尖端64。頂部輪轂58和倒鉤42的外部直徑相似，且大於孔12的直 徑，使得管腳110、 111均通過摩擦配合保持在孔12中。圖22L是具有以頂帽58a、頂部輪轂58b和倒鉤42形式的突出部的管腳112。頂帽 58a的直徑大於倒鉤42和頂部輪轂58b兩者的直徑。倒鉤42和頂部輪轂58b具有彼此類似的直徑，所述直徑略大於孔12的開口。當將管腳112插入到孔12中時，頂帽58a座 落在襯底10的頂面16上，且同時頂部輪轂58b和倒鉤42被按壓配合到孔12中。頂部 輪轂58b耦合到過渡肩狀物60，過渡肩狀物60耦合到過渡輪轂68，過渡輪轂68耦合到 倒鉤42。倒鉤42耦合到過渡輪轂68，隨後是過渡肩狀物60，隨後是連接尾部62和錐 形的管腳尖端64。雖然未圖示，但可提供具有在細長主體的整個長度上延伸的倒鉤42的管腳40。倒 鉤可與圖10A中描繪為參考編號42的倒鉤相似，或者可具有不同的外圍形狀。雖然己主要結合將電線30焊接到端接點來論述了以上內容，但應了解，任何類型的 組件30均可從以上描述中得出優點。術語"電線"和"組件"經界定為包含電阻器、電 容器、電感器、發光二極體、二極體、電晶體、FET、集成電路、管腳、電線、電纜、 插座、開關、任何線規以及所屬領域的技術人員已知的可應用於PCB的任何其它組件。 因此，術語電線並不限於電線，而是經界定為包含任何類型的可連接到介電襯底的組件。雖然將上文描述的孔12展示為具有圓形橫截面的圓柱形孔，但所述孔可具有任何形 狀，包含但不限於圓形、正方形、六邊形、槽形、沉孔的、埋頭孔的、鑽孔的、挖鑿的、 壓印的、模鍛的、切割的等。襯底10被描繪為單個板，然而，所屬領域的技術人員將認 識到，本文揭示的實例同樣適用於多層襯底10。本文使用的術語"大致"是一種估計術語。所屬領域的技術人員將了解，本文描述的概念和技術可在不偏離本發明的本質特徵 的情況下以各種具體形式實現。在所有方面認為當前揭示的實例是說明性的而不是限制 性的。本發明的範圍由所附權利要求書指示，且所有屬於其等效物的意義和範圍的變化 均希望包含在內。
權利要求
1.一種小型波焊接系統，其包括介電襯底，其具有穿過其中界定的孔，其中傳導材料與所述孔相關聯；傳導的傳熱墊，其設置在鄰近所述孔處以用於與熱傳輸器連通；以及傳導的保持墊，其設置在鄰近所述孔處並耦合到所述傳熱墊，所述保持墊具有定位在其上的熱激活傳導材料，其中所述傳熱墊、所述保持墊以及所述孔彼此熱連通。
2. 根據權利要求l所述的系統，其中所述孔具有塗布有傳導材料的內壁，或者所述孔 具有定位在其中的傳導插入物。
3. 根據權利要求l所述的系統，其中所述傳熱墊被包含在所述襯底內，或者定位於所 述豐t底的表面上。
4. 根據權利要求l所述的系統，其中所述熱激活傳導材料是連接焊料。
5. 根據權利要求4所述的系統，其中所述孔經形狀和大小設定以在其中接納組件，所 述組件由從液態改變成固態的所述連接焊料緊固。
6. 根據權利要求5所述的系統，其進一步包括設置在所述孔的開口與所述傳熱墊之間 的二級介電物質，其中所述二級介電物質防止所述連接焊料與同所述傳熱墊物理接 觸的熱傳輸器之間的汙染。
7.
8. 根據權利要求5所述的系統，其中所述保持墊包括多個保持墊，所述保持墊中的每 一者均具有與其相關聯的連接焊料，且所述傳熱墊熱耦合到所述多個保持墊中的每 一者，其中二級電介質定位在所述傳熱墊與所述孔之間。
9. 根據權利要求6所述的系統，其中所述二級電介質控制與所述組件互相作用的焊料
10. 根據權利要求8所述的系統，其中所述多個保持墊中的每一者與多種連接焊料中的 不同一者相關聯，其中每一連接焊料均具有不同於其它連接焊料的熱分布曲線，使 得當向所述傳熱墊施加熱量時，所述多個連接焊料熔化並在圍繞所述組件行進到所 述孔中時混合在一起。
11. 根據權利要求4所述的系統，其進一步包括定位於所述傳熱墊上的傳熱材料，以便 促進熱傳輸器與所述傳熱墊之間的熱量傳送。
12. 根據權利要求11所述的系統，其中所述傳熱材料具有不同於所述連接焊料的熱分布曲線。
13. 根據權利要求4所述的系統，其中所述傳熱墊具有第一寬度而所述保持墊具有第二 寬度，且滿足以下一者所述第一寬度與所述第二寬度不同以便調整所述傳熱墊與 所述保持墊之間的熱連通，且所述熱調整控制所述連接焊料的流動；或者所述第一 寬度與所述第二寬度相同。
14. 根據權利要求13所述的系統，其進一步包括設置在所述孔的開口與所述傳熱墊之 間的二級介電物質。
15. 根據權利要求13所述的系統，其進一步包括施加於所述傳熱墊的連接焊料。
16. —種用於將組件耦合到具有孔的襯底的方法，其包括提供根據權利要求1所述的小型波焊接系統， 將組件插入到所述孔中；經由外部熱源向所述傳熱墊施加熱量，使熱能量從所述傳熱墊行進到所述保持墊 以熔化所述熱激活傳導材料，所述熱激活傳導材料在熔化時朝向所述熱源流動並進 入所述孔以包圍所述組件；以及從所述傳熱墊處移除所述熱源，並允許所述小型波焊接系統冷卻，以便將所述組 件固定在所述孔中。
17. —種電線端接系統，其包括介電襯底，其具有表面；傳導材料，其設置在所述介電襯底的所述表面上，所述傳導材料包括彼此熱連通 的保持墊和傳熱墊；以及熱激活傳導材料，其定位在所述保持墊上；其中當向所述傳熱墊施加熱量時，熱能量行進到所述保持墊以熔化所述熱激活傳 導材料，以便將組件緊固到所述傳導材料。
18. 根據權利要求17所述的系統，其進一步包括設置在所述保持墊與所述傳熱墊之間 的二級介電材料，所述二級介電材料經配置以防止所述熱激活傳導材料流動到所述 傳熱墊。
19. 根據權利要求17所述的系統，其中提供多個保持墊，其中所述傳熱墊熱耦合到所 述多個保持墊中的每一者。
20. 根據權利要求17所述的系統，其進一步包括施加於所述傳熱墊的傳熱焊料。
21. 根據權利要求20所述的系統，其中所述傳熱焊料與所述連接焊料具有不同的熱曲線。
22. —種用於在電線端接系統中將組件耦合到介電襯底的方法，其包括提供根據權利要求17所述的電線端接系統；向所述傳熱墊施加熱源，以熔化設置在所述保持墊上的熱激活傳導材料； 將組件插入到所述熔化的熱激活傳導材料；從所述傳熱墊處移除所述熱源，並允許所述熱激活傳導材料冷卻，以將所述組件 緊固到所述襯底。
23. —種用於將管腳耦合到介電襯底的管腳連接系統，其包括介電襯底，其具有穿過其中設置的孔，其中在所述襯底的表面上界定有電跡線； 管腳，其定位於所述孔中，具有至少一個設置在其外周邊上的徑向突出部，所述徑向突出部用於將所述管腳與所述襯底對準並用於將所述管腳以大致穩定的方式保持在所述襯底中；以及連接焊料，其設置在所述管腳的頂面上，其中所述焊料加強所述管腳與所述襯底的機械連接，並將所述管腳電連接到所述襯底上的所述跡線。
24. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述管腳包括細長主體；其中所述徑向突出部具有用於與所述孔的內部側壁摩擦嚙合的大小和形狀。
25. 根據權利要求24所述的管腳連接系統，其中所述孔的內部與傳導材料相關聯，所 述傳導材料電連接到所述襯底的表面，使得通過所述管腳與所述孔的內部側壁的所 述摩擦嚙合而在所述管腳與所述孔中的傳導材料之間進一步建立電連接。
26. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中單個徑向突出部定位於所述主體的大 致上部處，且所述徑向突出部選自包括以下各項的群組雙形輪轂、滾花輪轂、四 邊形輪轂、圓柱形輪轂、正方形輪轂、三角形輪轂、多邊形輪轂、不對稱輪轂以及 倒鉤。
27. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述徑向突出部包括多個定位於所述 主體的大致上部上的徑向突出部，且所述徑向突出部選自包括以下各項中的一者或 一者以上的群組倒鉤、雙形輪轂、滾花輪轂、四邊形輪轂、圓柱形輪轂、正方形 輪轂、三角形輪轂、多邊形輪轂以及不對稱輪轂。
28. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述徑向突出部包括多個突出部，且 滿足以下至少一者1)所述突出部圍繞所述主體的頂端對稱地間隔開；2)所述突出部圍繞所述主體的頂端不對稱地間隔開；以及3)所述突出部是多個圍繞所述主 體的頂端間隔開的滾花。
29. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述突出部軸向地延伸超過所述管腳 的頂端，或者包括所述管腳的頂端。
30. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述突出部包括多個倒鉤，其中每一 倒鉤均具有與所述孔的不同摩擦嚙合。
31. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述突出部包括多個突出部，其每一 者均具有在所述孔內的不同摩擦嚙合，且所述摩擦嚙合提供以下各項中的至少一 者所述主體在所述孔內的機械保持；所述主體與所述孔的熱連通；以及所述主體 在所述孔內的機械對準。
32. 根據權利要求24所述的管腳連接系統，其進一步包括形成在所述細長主體中的中 空鑽孔以及插入到所述鑽孔中的夾子。
33. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述主體的頂端是錐形的，且所述主 體的底端是錐形的。
34. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述管腳的頂端在所述襯底的表面下 方延伸，或者所述管腳的頂端與所述襯底的表面齊平，或者所述管腳的頂端在所述 襯底的表面上方延伸。
35. 根據權利要求24所述的管腳連接系統，其中所述徑向突出部包括定位於所述細長 主體上的第二倒鉤下方的第一倒鉤，其中所述第一倒鉤的第一直徑經大小和形狀設 定以在所述管腳進入所述孔時擴張所述孔的一部分，且所述第二倒鉤具有大於所述 第一直徑的第二直徑，以便咬合到所述襯底中。
36. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中連接焊料進一步設置在所述孔內的所 述管腳的一側上，以幫助所述管腳在所述孔內的機械保持和穩定性。
37. 根據權利要求23所述的管腳連接系統，其中所述徑向突出部允許在不使用連接焊 料的情況下與所述襯底上的所述跡線電連通。
38. 根據權利要求5所述的系統，其中多個傳熱墊與至少一個保持墊連通。
全文摘要
一種小型波焊接系統包含介電襯底、傳導傳熱墊以及傳導保持墊，所述介電襯底具有穿過其中界定的孔。傳導材料與所述孔相關聯。所述傳熱墊和保持墊設置在鄰近所述孔處，且所述保持墊具有定位在其上的熱激活傳導材料。所述傳熱墊、保持墊以及孔彼此熱連通。本發明還描述一種用於利用此系統將組件耦合到襯底的方法。一種電線端接系統包含介電襯底，其具有表面；傳導材料，其設置在所述介電襯底的所述表面上，包括彼此熱連通的保持墊和傳熱墊；以及熱激活傳導材料，其定位在所述保持墊上。當向所述傳熱墊施加熱量時，熱能量行進到所述保持墊以熔化所述熱激活傳導材料，以便將組件緊固到所述傳導材料。本發明還描述一種用於在電線端接系統中將組件耦合到介電襯底的方法。本發明還描述一種用於將管腳耦合到介電襯底的管腳連接系統。所述管腳連接系統包含介電襯底，其具有孔和在所述襯底的表面上界定的電跡線；定位於所述孔中的管腳；以及設置在所述管腳的頂面上的連接焊料。所述管腳具有至少一個設置在其外周邊上的徑向突出部，以用於將所述管腳與所述襯底垂直對準，且用於以大致穩定的方式將所述管腳保持在所述襯底中。所述連接焊料執行以下至少一者加固所述管腳與所述襯底的機械連接；以及將所述管腳電連接到所述襯底上的所述跡線。
文檔編號H05K3/32GK101238764SQ200680008302
公開日2008年8月6日 申請日期2006年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者哈羅德·B·肯特, 約瑟夫·R·萊頓, 薩拉·福克斯, 詹姆斯·J·萊萬特, 阿龍·T·法恩 申請人:麥德康內克斯公司