用于制作電路板系統(tǒng)和電路板布置的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了制作電路板系統(tǒng)和電路板布置的方法，包括：提供第一電路板，其包括頂面、底面、布置在頂面上的頂部金屬化層以及布置在底面上的底部金屬化層，其中底部金屬化層包括多個焊盤；將第一焊料涂覆在焊盤上；將第二焊料涂覆在頂部金屬化層上；提供一些電子元件和金屬或金屬化屏蔽框架；將一些電子元件和屏蔽框架布置在所涂覆的第二焊料上；通過熔化第二焊料并通過隨后使第二焊料冷卻至其凝固溫度以下將一些電子元件和屏蔽框架焊接至頂部金屬化層；將熱界面材料涂覆在電子元件中的至少一個的頂面上；提供殼蓋，其包括導(dǎo)電表面；以及將殼蓋附接至第一電路板以使得接觸彈簧電接觸殼蓋并且熱界面材料機械接觸殼蓋和電子元件中的至少一個。
【專利說明】用于制作電路板系統(tǒng)和電路板布置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的是:一種電路板系統(tǒng)，其可用于例如信息娛樂主機(head unit)或遠程信息處理器(telematic unit)中；以及，一種用于制作電路板系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有兩個或更多個電互連電路板的模塊化電路板系統(tǒng)變得越來越流行，因為這類布置的模塊性容許迅速地修改或改進現(xiàn)有的技術(shù)。在許多常規(guī)的電路板系統(tǒng)中，單獨的電路板之間的連接被實施為插入連接。然而，插入技術(shù)較為昂貴，因為它要求插頭和插座。除此之外，插頭和插座技術(shù)占用電路板上的大量空間。另一方面，如果使用焊接連接來代替插入技術(shù)，那么系統(tǒng)的工作溫度的范圍和/或循環(huán)受到限制。在升高的溫度和增加的溫度循環(huán)下，故障概率大大高于使用插入技術(shù)的系統(tǒng)的故障概率。因此，需要一種改進的電路板系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種用于制作電路板系統(tǒng)的方法提供第一電路板，所述第一電路板具有頂面、底面、布置在頂面上的頂部金屬化層以及布置在底面上的底部金屬化層。底部金屬化層包括多個焊盤。將第一焊料涂覆在焊盤上并且將第二焊料涂覆在頂部金屬化層上。還提供多個電子元件和具有開口的金屬或金屬化屏蔽框架。所述的多個電子元件和所述屏蔽框架被布置所涂覆的第二焊料上，并通過熔化所述第二焊料和通過隨后使所述第二焊料冷卻至其凝固溫度以下來焊接至所述頂部金屬化層。冷卻之后，將熱界面材料經(jīng)由所述開口涂覆至所述電子元件中的至少一個的頂面。
[0004]任選地，具有導(dǎo)電表面的殼蓋可以附接至第一電路板以使得接觸彈簧電接觸所述殼蓋并且所述熱界面材料機械接觸所述殼蓋和所述電子元件中的至少一個。
[0005]為了進一步制作電路板布置，提供第二電路板，所述第二電路板具有頂面、底面以及布置在所述頂面上的頂部金屬化層。焊盤通過焊接來電連接并機械連接至所述第二電路板的頂部金屬化層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]以下基于在附圖的圖中所示出的原理更為詳細地描述各種特定實施例。除非另有規(guī)定，否則類似或相同的元件在所有圖中均標記為相同的參考數(shù)字。
[0007]圖1是電路板系統(tǒng)的橫截面視圖，所述電路板系統(tǒng)是LGA模塊(LGA=焊盤網(wǎng)格陣列)。
[0008]圖2是圖1的電路板系統(tǒng)的電路板的仰視圖。
[0009]圖3是圖1的電路板系統(tǒng)的分解圖。
[0010]圖4至圖9示出一種用于制作如以上參看圖1至圖3所說明的電路板系統(tǒng)的方法的不同步驟。[0011]圖10至圖16示出一種用于制作電路板布置的方法的不同步驟。
[0012]圖17是如以上參看圖1所說明的電路板系統(tǒng)的電路板的放大剖視圖。
[0013]圖18是如以上參看圖1所說明的電路板系統(tǒng)的電路板的放大剖視圖，其中第一焊料被涂覆在焊盤上并且第二焊料被涂覆在頂部金屬化層上。
[0014]圖19是圖1的電路板系統(tǒng)的進一步分解圖。
[0015]圖20是以上參看圖1至圖3所說明的電路板系統(tǒng)在被熱耦合至殼蓋之前的分解圖。
[0016]圖21是布居有多個電子元件和具有開口的屏蔽框架的第一電路板的透視圖。
[0017]圖22是圖21的第一電路板的俯視圖。
[0018]圖23是圖21和圖22的第一電路板的俯視圖，其中熱界面材料經(jīng)由一些開口而涂覆在一些電子元件的頂面上。
[0019]圖24是圖21至圖23的第一電路板的俯視圖，圖中示意性地示出形成在屏蔽框架中的開口。
【具體實施方式】
[0020]圖1不出具有第一電路板I的電路板系統(tǒng)100。第一電路板I具有頂面11和底面
12。頂部金屬化層13被布置在頂面11上并且底部金屬化層14被布置在底面12上。在底部金屬化層14中，形成多個焊盤141。第一焊料16被布置在焊盤141上以使得第一焊料16完全覆蓋焊盤141。多個電子元件17和屏蔽框架18被使用第二焊料15焊接至頂部金屬化層13。彈簧框架19被卡在屏蔽框架18上，所述彈簧框架具有導(dǎo)電表面和幾個導(dǎo)電接觸彈黃191。
[0021 ] 為了形成更為復(fù)雜的電路板布置，這種電路板系統(tǒng)100可以在彈簧框架19被卡在屏蔽框架18上之前或之后與其它電子元件一起被焊接至第二電路板。例如，這種電路板布置可以形成車輛的信息娛樂主機或遠程信息處理器。但是，本發(fā)明不限于信息娛樂主機或遠程信息處理器和/或在車輛中的用途。
[0022]圖2是電路板系統(tǒng)100的第一電路板I的仰視圖。這里，第一焊料16未被涂覆在焊盤141上。焊盤141是形成在底部金屬化層14中。圖2中還示出了橫截面平面E1，其對應(yīng)于圖1的視圖。除焊盤141以外，底部金屬化層14用阻焊膜10加以保護。在圖1的布置中，阻焊膜10存在但未在圖1中示出。底部金屬化層14還包括用于電連接焊盤141的導(dǎo)線。但是，導(dǎo)線被阻焊膜10覆蓋并因此在圖2中被隱藏。
[0023]如圖2中還示出的是，焊料141可具有不同的大小。所述大小可以取決于所要求的電容和電感。焊盤141的第一子集可具有第一間距pl，例如至少2，4mm，并且焊盤141的第二子集可具有第二間距P2，例如至少3mm。總體數(shù)量的焊盤141具有總表面積A141t()t。在這個方面，焊盤141的表面是焊盤141的覆蓋區(qū)(footprint)的區(qū)域。
[0024]第一電路板I自身具有wl(長度)Xw2(寬度)的覆蓋區(qū),所述覆蓋區(qū)可能例如小于或等于70_X70mm。但是,所述覆蓋區(qū)可能也會超出70_X 70mm的大小，即，長度wl和寬度w2可各自都超過70mm。
[0025]如果在將第一電路板I焊接至大致上平面第二電路板的過程中出現(xiàn)第一電路板I的顯著翹曲，那么可能發(fā)生一些焊盤未被焊料濕潤的情況。由于第一電路板I的轉(zhuǎn)角區(qū)中會顯著地出現(xiàn)最大程度的翹曲，因此第一電路板I的轉(zhuǎn)角區(qū)可以任選地不具有焊盤141，這也在圖2中示出。
[0026]為了清楚起見，圖3示出圖1的電路板系統(tǒng)100的分解圖。如圖3中所示，頂部金屬化層13和底部金屬化層14形成第一電路板I的整體部分。為了制作電路板系統(tǒng)100，將第一焊料16 (例如焊膏)例如借助于投撒、網(wǎng)板印刷或掩模印刷涂覆在焊盤141上。結(jié)果在圖4中示出。接著，根據(jù)圖5，將第一焊料16被涂覆在焊盤141上的第一電路板I布置在回流焊接機300中，在所述焊接機中，第一焊料16被熔化并隨后冷卻至其凝固溫度以下。因此，焊盤141被鍍上第一焊料16 (例如焊藥)，以使得可以在沒有磨耗焊膏的風(fēng)險下操縱第一電路板I。涂覆第一焊料16可使用網(wǎng)板印刷、蠟紙印刷或噴墨印刷來進行。
[0027]隨后，將第一電路板I從回流焊接機300取出并且將第二焊料15 (例如焊膏)例如借助于投撒、網(wǎng)板印刷或掩模印刷涂覆在頂部金屬化層13上。結(jié)果在圖6中示出。接著，將多個電子元件17和屏蔽框架18布置到所涂覆的第二焊料15上，即焊膏上，參看圖7。例如，屏蔽框架18可由鎳(Ni)和/或銀(Ag)組成或包括鎳(Ni)和/或銀(Ag)，或可由鎳(Ni)和銀(Ag) 二者的合金組成或包括鎳(Ni)和銀(Ag) 二者的合金。
[0028]接著，根據(jù)圖8，將具有布置在所涂覆的第二焊料15(即焊膏)上的多個電子元件17和屏蔽框架18的第一電路板I布置在相同的或另一個回流焊接機300中，在所述焊接機中，通過熔化第二焊料16并隨后使熔化的焊料16冷卻至其凝固溫度以下來將多個電子元件17和屏蔽框架18焊接至頂部金屬化層13。
[0029]隨后，可以將具有被焊接至頂部金屬化層13的多個電子元件17和屏蔽框架18的第一電路板I從回流焊接機300中取出。結(jié)果得到電子子單元100，其可以被焊接至第二電路板以便形成電路板布置。在電子子單元被焊接至第二電路板之前或之后，將彈簧框架19卡在屏蔽框架18上。圖9示出子單元100，其具有被卡在屏蔽框架18上的彈簧框架19。
[0030]如現(xiàn)在將參看圖10至圖16來進行的說明，使用如上說明的帶有或不帶有被卡在屏蔽框架18上的彈簧框架19的子單元100，可通過焊接來制作電路板布置200 (圖16)。為此，提供如圖10中示例性所示的第二電路板2。第二電路板2具有頂面21和底面22。頂部金屬化層23被布置在頂面21上并且任選的底部金屬化層24被布置在底面12上。
[0031]為了制作電路板布置200，將第三焊料25(例如焊膏)例如借助于投撒、網(wǎng)板印刷或掩模印刷涂覆在頂部金屬化層23上。結(jié)果在圖11中示出。接著，根據(jù)圖12，將如上所述的子單元100和一個或多個另外的任意電子元件27在例如取放工藝中布置在所涂覆的第三焊料25上。隨后，將具有被布置在第三焊料25上的子單元100和另外的任意電子元件27的第二電路板2布置前述回流焊接機或另一個回流焊接機300中的一個中，參看圖13，在所述焊接機中，第三焊料25被熔化并隨后冷卻至其凝固溫度以下。因此，子單元100和另外的任意電子元件27被固定地連接至第二電路板2。焊接工藝之后，可以將所焊接的布置從回流焊接機300取出并任選地安裝至底部外殼32中，參看圖14。
[0032]任選地，在第一焊料16和第二焊料15被冷卻至它們相應(yīng)的凝固溫度以下之后，子單元包括具有頂部金屬化層13和底部金屬化層14的第一電路板1、第一焊料16、第二焊料15以及多個電子元件17但是沒有屏蔽框架18、熱界面材料4以及殼蓋31，所述子單元可能具有一定重量以使得子單元的質(zhì)量與總表面積A141t()t之間的比率小于或等于0，08g/mm2。這就容許在回流焊接工藝中將另外的電子元件焊接至第二電路板2的底部金屬化層24的底部金屬化部分24中，同時子單元已經(jīng)被焊接至頂部金屬化層23并且第二電路板2的頂面23向下(即朝向地面)。由于這個子單元的重量輕，它將不會從第二電路板2上掉落。
[0033]在任何情況下，將熱界面材料4 (例如熱界面膏劑或自粘式熱界面墊片)布置在電子元件17中的至少一個的頂面上，即相應(yīng)的至少一個電子元件17的背向第一電路板I的側(cè)面上，參看圖15。只要使用的是以上提及的焊接工藝，就在這類焊接工藝的最后工藝之后涂覆熱界面材料4。
[0034]不論所焊接的布置是否安裝在底部外殼32中，熱界面材料4都可在將彈簧框架19卡在屏蔽框架18上之前或之后被布置在相應(yīng)的電子元件17上。
[0035]最后，如圖16中所示，將具有導(dǎo)電表面的殼蓋31附接至第一電路板1，以使得彈簧框架19的接觸彈簧191電接觸殼蓋31，并且熱界面材料4機械接觸殼蓋31和電子元件17中的至少一個。因此，具有熱界面材料4的電子元件17通過殼蓋31有效地冷卻。S卩，殼蓋31既充當散熱片，又由于其導(dǎo)電表面而充當電磁屏蔽。例如，殼蓋31可由厚度為D19 (參看圖3)的彎曲薄金屬片制成,所述厚度例如為0，Imm至0，2mm(例如約0，15mm)。
[0036]圖17是圖3中所示的第一電路板I的截面SI的放大圖。底部金屬化層14包括焊盤141和導(dǎo)線142。導(dǎo)線142用來電連接焊盤141。阻焊膜10覆蓋導(dǎo)線142但是不覆蓋焊盤141。金屬通孔134是用來電互連第一電路板I的不同金屬化層13、14。任選地，第一電路板I可以包括介于頂部金屬化層13與底部金屬化層14之間的一個或多個其它的金屬化層。例如，第一電路板I可以具有包括頂部金屬化層13和底部金屬化層14在內(nèi)的四個或八個金屬化層，一個金屬化層位于另一個金屬化層之上。在第一電路板I具有三個或更多個金屬化層的情況中，金屬孔134可以用來電互連第一電路板I的金屬化層中的任何兩個。
[0037]根據(jù)一個實施方案，第一電路板I的所有金屬通孔134都不形成在底部金屬化層14的焊盤141的區(qū)域內(nèi)。換句話說，第一電路板I的金屬通孔134與底部金屬14的焊盤141之間的任何電連接是經(jīng)由形成在底部金屬化層14中的導(dǎo)線142來實現(xiàn)。第一電路板I的金屬通孔134與焊盤141之間非直接電接觸。
[0038]或者，可以將一個通孔形成在焊盤141的區(qū)域中，接著填充導(dǎo)電材料并且研磨，以便實現(xiàn)焊盤141的平坦表面。
[0039]圖18是圖6中所示的第一電路板I的截面S2的放大圖。截面SI和截面S2相同，但是，在圖6和圖18 (S2)的布置中，第一焊料16被涂覆在焊盤141上并且第二焊料15被涂覆在頂部金屬化層13上。盡管第二焊料15仍作為焊膏存在，但是第一焊料16已經(jīng)歷了如以上參看圖4和圖5所述的回流和隨后的冷卻與凝固工藝。任選地，(結(jié)構(gòu)化的)第一焊料16可具有至少100 μ m的平均厚度D16。根據(jù)獨立于第一焊料16的平均厚度的另一選擇方案，可以存在平面E2，所述平面不與第一焊料16相交，次要條件是:對于焊盤141中的每一個，平面E2與布置在相應(yīng)焊盤141上方的第一焊料16的截面之間的距離d2小于100 μ m0
[0040]圖19再次示出如以上所說明的電路板系統(tǒng)100的分解圖。從這個視圖中可以看出，屏蔽框架18可以包括環(huán)形截面和布置在所述環(huán)形截面內(nèi)側(cè)的十字形截面181。十字形截面181可用于取放工藝中，在所述工藝中，屏蔽框架18被放置在第二焊料15上，如以上參看圖7所述。十字形截面181可以包括一個作用點，所述作用點是在取放工藝中供取放機使用。
[0041]圖20示出呈組裝狀態(tài)的圖19的布置，其中熱界面材料4被涂覆在一些電子元件17的頂面上并且殼蓋31被安裝在電路板系統(tǒng)100上。
[0042]圖21是布居有多個電子元件的第一電路板I的另一個實施例的透視圖。具有幾個開口 20的屏蔽框架18被焊接至第一電路板I。在一個或多個開口 20下方，布置有如處理器、功率晶體管等的具有大面積平坦頂面(例如每一個至少是30mm2)的電子元件。圖22是圖21的第一電路板的俯視圖。
[0043]為了給電子元件提供充分的冷卻，熱界面材料4經(jīng)由一些開口 20來涂覆在所述開口 20下方的一些電子元件17的頂面上。熱界面材料4容許將相應(yīng)的電子元件熱耦合至散熱片或殼蓋。由于熱界面材料4在焊接工藝后被涂覆，在所述工藝中，對第一電路板I布居電子元件和屏蔽框架18，所以所述熱界面材料4 (例如熱界面膏劑或自粘式熱界面墊片)不暴露于焊接工藝的高溫。通過這種方式，避免了熱界面材料4的降解。
[0044]在圖24中，開口 20以陰影線的方式示意性地示出。為了實現(xiàn)充分的屏蔽效果，所有開口 20的總覆蓋區(qū)面積可以小于第一電路板I的覆蓋區(qū)面積的30%。就此,開口 20的覆蓋區(qū)面積取自第一電路板I的頂面11的平面。第一電路板I的覆蓋區(qū)面積基本上是所述第一電路板的頂面11的面積。
[0045]根據(jù)也在圖21至圖24中示出的另一個方案，屏蔽框架18可以具有條形碼。為此，條形碼可直接印刷到屏蔽框架18上，或借助于展示所述條形碼的粘著劑標簽來粘附至屏蔽框架18。
[0046]如上所述的電路板系統(tǒng)或電路板布置可以用于任何的任意【技術(shù)領(lǐng)域】中，例如汽車應(yīng)用中，如信息娛樂系統(tǒng)的主機或遠程信息處理器中。這種遠程信息處理器可以包括例如一個或任何組合形式的一些或所有以下的功能:緊急呼叫；調(diào)制解調(diào)器；無線熱點；失竊車輛追蹤；全球定位系統(tǒng)(GPS)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制作電路板系統(tǒng)的方法，其包括: 提供第一電路板，所述第一電路板包括頂面、底面、布置在所述頂面上的頂部金屬化層以及布置在所述底面上的底部金屬化層，其中所述底部金屬化層包括多個焊盤；
將第一焊料涂覆在所述焊盤上； 將第二焊料涂覆在所述頂部金屬化層上； 提供多個電子元件和金屬或金屬化屏蔽框架，所述屏蔽框架具有至少一個開口 ； 將所述多個電子元件和所述屏蔽框架布置在所涂覆的第二焊料上； 通過熔化所述第二焊料并通過隨后使所述第二焊料冷卻至其凝固溫度以下來將所述多個電子元件和所述屏蔽框架焊接至所述頂部金屬化層；以及 冷卻后經(jīng)由所述開口中的至少一個將熱界面材料涂覆在所述電子元件中的至少一個的頂面上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括: 提供殼蓋；以及 將所述殼蓋附接至所述第一電路板以使得所述熱界面材料機械接觸所述殼蓋和所述電子元件中的所述至少一個。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在將所述第一焊料涂覆在所述焊盤上之后并在將所述第二焊料涂覆在所述頂部金屬化層上之前，使所述第一焊料熔化并且隨后冷卻至其凝固溫度以下。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在使所述第一焊料冷卻至其凝固溫度以下之后，所述第一焊料形成結(jié)構(gòu)化的第一焊料層，所述第一焊料層具有至少100 μ m的平均厚度。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中在使所述第一焊料冷卻至其凝固溫度以下之后， 存在平面，所述平面不與所述第一焊料相交； 對于所述焊盤中的每一個來說，所述平面與布置在所述相應(yīng)焊盤上方的所述第一焊料的截面之間的距離小于100 μ m。
6.如權(quán)利要求3至5中的任一項所述的方法，其中 總體數(shù)量的焊盤具有總表面積； 在使所述第一焊料和所述第二焊料冷卻至它們相應(yīng)的凝固溫度以下之后，形成子單元，所述子單元包括具有所述頂部金屬化層和所述底部金屬化層的所述第一電路板、所述第一焊料、所述第二焊料以及所述多個電子元件，但是沒有所述屏蔽框架、沒有所述熱界面材料并且沒有所述殼蓋； 所述子單元的質(zhì)量與所述總表面積之間的比率小于或等于0，08g/mm2。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中 所述焊盤的第一子集具有至少2，4mm的第一間距；和/或 所述焊盤的第二子集具有至少3mm的第二間距，所述第二間距與所述第一間距不同。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述第一電路板包括小于或等于70mmX70mm的覆蓋區(qū)。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所有開口的總覆蓋區(qū)面積可以小于所述第一電路板的所述覆蓋區(qū)面積的30%。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其包括:提供金屬或金屬化彈簧框架，所述彈簧框架包括導(dǎo)電表面和若干個導(dǎo)電接觸彈簧； 將所述彈簧框架卡在所述屏蔽框架上。
11.一種用于制作電路板布置的方法，其包括: 根據(jù)如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法制作第一電路板； 提供第二電路板，所述第二電路板包括頂面、底面以及布置在所述頂面上的頂部金屬化層；以及 通過焊接將所述焊盤電連接并機械連接至所述第二電路板的所述頂部金屬化層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中 所述第一電路板是根據(jù)權(quán)利要求10來制作的； 將所述彈簧框架卡在所述屏蔽框架上是在通過焊接將所述焊盤電連接并機械連接至所述第二電路板的所述頂部金屬化層之前或之后進行的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中在通過焊接將所述焊盤電連接并機械連接至所述第二電路板的所述頂部金屬化層之后，并且在將所述彈簧框架卡在所述屏蔽框架上之前或之后，將所述第二電路板布置在底部外殼中。
14.如權(quán)利要求11至13中的任一項所述的方法，其包括: 提供殼蓋，所述殼蓋具有導(dǎo)電表面；以及 將所述殼蓋附接至所述第一電路板以使得所述若干個導(dǎo)電接觸彈簧機械接觸并電接觸所述殼蓋。
15.如權(quán)利要求11至14中的任一項所述的方法，其中所述電路板布置是車輛的信息娛樂主機或遠程信息處理器。
【文檔編號】H05K1/18GK103687332SQ201310313898
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】G.克拉夫特, S.喬斯, K.奧西克, W.克納皮科, D.伯索米爾 申請人:哈曼貝克自動系統(tǒng)股份有限公司