CN101176236A - 尤其适于机动车仪表板的、用于电子致动器与印刷电路的无焊料连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于具有开口接触区域的金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，金属接触器使用在高速下和高温下进行的CMS型自动方法而被焊接于印刷电路，并且其特征在于，一旦插入连接销已被插入穿过接触区域，则通过金属接触器的接触区域对接致动器的连接销，致动器的电连接销可被机械连接于金属接触器，而无需焊接。

Description

尤其适于机动车仪表板的、用于电子致动器与印刷电路的无焊料连接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电子致动器与印刷电路(印刷电路板，circuit imprimé)的无焊料连接的方法，该方法主要应用于机动车仪表板。
背景技术
在现有技术中已知将电子部件焊接到印刷电路上的传统方法，所述电子部件是通孔安装型或者CMS-表面安装型器件(英语为SMD)。例如，所谓的波浪(àla vague)方法借助于锡和铅的波浪来焊接放置于印刷电路上的通孔安装型部件，所述波浪与印刷电路相接触并进而焊接部件。另一实例是所谓的回流(refusion)方法，该方法包括让印刷电路经过具有不同温度水平的一系列炉，所述该印刷电路上通过锡和铅的混合物(焊膏)预先设置部件。该方法目前广泛用于焊接CMS部件，并且具有优于波浪方法的多个优点，因为该方法能使焊接更有效并且使部件的组件更少受到损害(避免了焊桥及阴影区)。
然而，环境标准的改变使得这些技术对于环境来说是陈旧的且对有害的，因为这些技术仍然需要使用铅，铅使基于锡的焊膏的熔化温度降低(通常降低到180℃)。因此，已依照新的指令而开发了无锡的方案，所述新的指令例如RoHS指令(限制有害物质)，该指令禁止焊膏中有对环境有害的物质，尤其是铅。
因此，所使用的几乎全部由锡制成的新焊膏具有需要更高熔化温度(220-230℃左右)的缺点，所述更高熔化温度可能损坏安装在印刷电路上的电子致动器和/或某些脆性部件。
因此，必须开发新的连接器技术方案。
在现有技术中已经存在通过称作郁金香式连接器的内孔连接器(阴性连接器，connecterus de type femelles)的插入来解决这些问题的方案，在设置致动器之前所述连接器自身被焊接在印刷电路上，并且所述连接器被设计成用于连接和支撑致动器。致动器因此具有凸模连接销(阳性连接销(patte))，这些销通过插入于郁金香式连接器中而使得致动器被电连接，而不对致动器造成任何损坏。这些方案具有的缺点是：昂贵、并且经常包括设计成用于支撑郁金香式连接器的热塑元件。再者，虽然可以确保电连接，但机械支撑却远非完美，这可能不利于应用(诸如在机动车仪表板上所使用的微型电动机)。实际上，印刷电路+致动器的装配要经受可能相当大的振动，所以非常需要好的机械支撑。为此，传统上需要添加用于将致动器机械支撑于电路上的部件，例如法兰(bride)。这样增加了制造成本，并在致动器的装配上添加了额外的步骤。
还存在被称作压配合(ajustable à force)(英语为press-fit)的另一种连接模式，该模式不需要焊接，并且允许通过印刷电路钻孔内连接器的机械变形而电连接。因此，致动器可以在无需焊接到连接器的情况下被连接。该方案虽然因为其避免了需要对部件进行焊接而比较实用，但是该方案也有一些缺点：在印刷电路上插入的力相当大，这可能损坏所述电路，以及连接器以及印刷电路上的钻孔必须具有精确的制造公差以便于确保足够的机械支撑。
技术状态具体包括国际专利申请WO2005/032224，在该申请中，待固定的金属插头的直径比预设在印刷电路内的容纳孔大。为此，通过印刷电路中的机械保持力而进行插入。连接应力高，从而产生对印刷电路不利的约束。此外，该方案还在定位待连接的元件之后提供焊接。
专利US3670409提出了另一方案，在该方案中，导电片借助于粘合剂而被固定于印刷电路。
发明内容
本发明为这些问题提供一种方案，并且为此提供一种可大规模、经济地、自动化地、并且高速地将致动器与印刷电路相连接的工业方法，不需要对致动器进行焊接，并且确保了致动器在印刷电路上良好的机械支撑。在第一步骤中，该方法包括简单、经济的CMS型转换的特殊金属接触器，所述金属接触器特别为本发明的实施而开发。这些金属接触器具有可通过压印(étampage)、剪切或任何其它等同方法制得的开口接触区域。根据现有技术状态，金属接触器可以以不同的方式进行传送，例如以下所列举的方法：以单个散装的方式、以适于放置机的带子的方式、以“带&辊”(其中每个接触器单个地设置在塑料支架内)的方式.....。优选地但非限制性地，这些接触器由钢制成，并且通常具有大截约0.1mm的厚度。这些接触器通常具有能够使它们更容易焊接在印刷电路上的涂层(英语为coating)。能焊接接触器的混合物预先沉积电路上的接触位置处。一旦沉积了这些接触器，则将电路放置于具有限定温度分布线的炉内。进而在该操作中焊接这些电子接触器和其它部件。
在第二阶段中，一旦印刷电路与所有CMS部件组件(金属接触器，LED、监控电子设备......)焊接后，可将致动器连接到电路上，而无需焊接，并且没有与温度相关的损坏，并且不需要任何相当大的插入力。
将与致动器相连接的电连接销插入到特别地放置于印刷电路上的金属接触器内来实现该连接，所述金属接触器具有优选地为十字形的开口，致动器的连接销穿过该开口。
该形状不是限制性的，可通过压印(即，通过去掉材料)、或通过剪切(在这种情况下，进行切割但没有材料损失)来实现。也可根据可能的生产需要来选择实现方式。可以考虑另一形状：圆形、或者更通常地具有多个分支的星型。
该特殊形状可以束缚连接销并确保电连接。连接销上具有的凹槽可以进一步保持连接的刚性。但是，这些凹槽不是必须的，因为通过元件之间的物理接触而确保了销的连接。
这些连接销与通常上用于致动器并与所有通孔安装型部件一样被焊接的电连接销相似。实际上，本发明的一个目的是提供一种具有电连接销的致动器，优选地，该电连接销可通过焊接通孔安装型部件的传统方法、或通过本文献中所提供的方法来焊接，而无需两个不同类型的销。
在本发明的优选实施例中，印刷电路具有基本上是正方形形状的焊盘(pad)(即，镀锡区域)。这些焊盘被设计成用于容纳基本上是正方形的金属接触器，该金属接触器的边长优选地在所述焊盘的边长的0.8倍和1倍之间。该形状和几何比例确保了在焊接步骤期间金属接触器在焊盘上的自动定心。这使得金属接触器的定位完全精确，并确保了开口相对于连接销的最优化定向。
显然，可以提供能够与圆形连接销相关联的圆形焊盘形状。
在本发明优选的但非限制性的实施例中，金属接触器具有十字形的开口，并且连接销具有正方形形状。因此，在印刷电路上的电动机的放置确保了可靠的电连接而无需调整(indexation)，并确保了连接销在金属接触器中的自动定心。
在优选实施例中，印刷电路具有通孔安装圆柱型的开口，该开口允许连接销经过，并且当将连接销连接于金属接触器时，金属接触器的十字形自由地变形。
本发明的另一个目的是提供一种可用于电动机的前部装配或者后部装配的方法，所述前部装配即，将电动机放置于印刷电路的顶表面上(即，有电子部件的一侧上)，所述后部装配即，将电动机设置于印刷电路的与电子部件相对的底侧上。
因此，可以设置成，在印刷电路一侧或另一侧上的开口处预先折叠金属接触器，以便使连接销容易插入。也可以不预先折叠接触器的开口区域，以便于制成独特的印刷电路+金属接触器的装配，其可以用于两种已有装配。
在后部装配结构的情况下，开口区域的变形相对于印刷电路的钻孔而发生。在这种情况下，可以制成更小直径的钻孔，以便于确保使用于印刷电路上的金属接触器的焊接表面最优化。
在前部装配的情况下，印刷电路的钻孔直径必须至少大于折叠开口区域而形成的直径。
附图说明
通过参照附图将会更好地理解该描述，附图中：
图1A示出了现有技术的郁金香型电连接器的视图。
图1B示出了热塑性连接器的视图，在该热塑性连接器上设置有多个现有技术的郁金香型电连接器。
图2示出了现有技术的被称作压配合(ajustable a force)(英语为press-fit)的连接。
图3示出了在本方法中使用的第一实施例中的两个金属接触器。
图4示出了第二实施例中的设置在带子上的金属接触器的装配。
图5示出了第二实施例中的设置在多个带子上的金属接触器的装配。
图6示出了由第一实施例的发明所描述的通过压印得到的开口的金属接触器。
图7示出了由第二实施例的发明所描述的通过剪切得到的开口的金属接触器。
图8示出了形成于印刷电路上的镀锡焊盘或者表面的视图，为本方法的金属接触器被设计成用于所述印刷电路。
图9示出了在插入连接销之前设置于在印刷电路的焊盘上的金属接触器。
图10示出了在本发明中使用的金属接触器的放大视图。
图11示出了在本发明中使用的焊接在印刷电路上的金属接触器的视图。
图12示出了印刷电路的截面图，其中开口区域朝向印刷电路而变形，在所述印刷电路上设置有本发明中所使用的金属接触器。
图13示出了印刷电路的截面图，其中开口区域未变形，在所述印刷电路上设置有本发明中所使用的金属接触器。
图14示出了印刷电路的截面图，其中开口区域远离印刷电路变形，在所述印刷电路上设置有本发明中所使用的金属接触器。
图15示出了印刷电路的截面图，该印刷电路上设置有接触器，在该接触器中通过后部装配连接了致动器的电连接销。
图16示出了已准备好借助于本方法连接于印刷电路的电子致动器。
图17示出了其上设置有本发明所使用的金属接触器的印刷电路以及连接于所述金属接触器的仪表板致动器的截面图。
图18示出了根据本发明的待连接的致动器的电连接销的独立视图。
图19示出了在另一实施例中的金属接触器，该金属接触器中连接有致动器的连接销。
具体实施方式
图1A示出了郁金香式连接器1，其在电连接领域中已被广泛使用多年。该元件被设计成用于在其顶部部分2上容纳例如属于电子致动器的电连接销。该郁金香式连接器1的底端3被形成以便穿过设置在印刷电路(未示出)上的钻孔，并底端3被设计成然后被焊接在所述印刷电路上。虽然该类型的连接器使得郁金香式连接器1内部的电接触良好，然而却在用于其中存在有许多大振幅振动的敏感应用(application sensible)时不能确保足够的机械支撑，例如应用于为机动车仪表板而设计的致动器时。
该郁金香式连接器1还能与支架成为一整体，该支架将多个同类型连接器组合在一起，这使得能在一个操作中就能将应用的所有郁金香式连接器一起安装。图1B中示出了这种支架的一个实例，图中示出了设置在支架4中的12个郁金香式连接器1。该支架4设计成然后被放置于印刷电路(未示出)上，每个郁金香式连接器1接下来将被焊接在该印刷电路上。该类型的支架自多年来已被公知，但是其为附加部件，通常为热塑性的，这增加了额外成本并需要安装在印刷电路上。
图2示出了现有技术的压配合(press-fit)连接器5。该连接器5由可变形中央部6组成，该中央部通常由钻孔和两个分开的外部构成。当连接器5被插入于支架8(其可以是印刷电路)的钻孔7内时，可变形中央部6在施加于支架8上的压力下发生变形，进而通过在可变形中央部6与钻孔7的内部之间的反作用力和摩擦而产生连接器5的电连接和机械支撑。该类型的连接的缺点在于，在将连接器5插入支架8内时需要相当大的力，这可能损坏所述支架8、以及机械公差的精确度，而这些对于连接质量来说是不可缺少的。
图3示出了在本申请中所提出的新方法所使用的两个金属接触器9。优选地，这些金属接触器由钢制在，并具有大约0.1mm的厚度，但该厚度不是限制值。被设计成焊接在印刷电路上的该金属接触器9具有例如用于附着于印刷电路的两个凸起区域10，这些区域形成了用于焊接到印刷电路的区域。该特殊形状只是可能的实例，而不是限制性的。该金属接触器9具有第二区域，该第二区域是印刷电路与待供电的元件(例如电子致动器)之间的电子接触区域11。该电子接触区域11在此用十字形状呈现，但这不是限制性的实施例。当外部电连接元件经过电子接触区域11时，电子接触区域11必须是开口的或者是能够开口的。
图4示出了在本发明第一实施例中的带子23上的、并在使用之前的金属接触器9。这些金属接触器有利地(但以非限制性的方式)包括切除区域22，该切除区域允许切削刀具处理带子23并使带子23前进。可以看到电接触区域11。该电接触区域可以通过压印来制得，如图6所示，即，在该区域内去掉材料以便形成接触区域11。该区域也可通过剪切来制得，如图7所示，即，在不浪费的情况下通过切割材料来制得。根据生产需要来选择一种或另一种方法。
图5示出了本发明第二实施例中的带子23上的、并在使用之前的金属接触器9。在该实施例中，其中多个行26相互邻接地定位，可以设置切削区域22，该切削区域可以被切削刀具使用来处理带子23并使带子23前进。
在优选的实施例中，金属接触器9的形状基本上是正方形的，该正方形的边长标作A。
在这两种情况下，开放区域限定外部直径D，其中接触区域是能够折叠的。
该金属接触器9被设计成设置于印刷电路13的镀锡焊盘或区域24上，如图8所示，所述镀锡焊盘或区域有利地具有基本上正方形形状，该正方形的边长标作B。当通过CMS类型的方法(例如通过回流)来焊接金属接触器并为了在焊盘24上确保金属接触器9的自动定心时，如图9所示，边长A必须有利地在边长B的0.8倍和1倍之间。
焊盘24的镀锡的正方形形状通常由直径25所限定，直径25的内部未被镀锡。钻通孔15形成于印刷电路13上并用于使电连接销17经过，该通孔的直径C比镀锡部的内部直径25小。
图10示出了十字形的电接触区域11的放大图。当电连接销17经过该电接触区域时，产生电接触，在这种情况下通过四点形的接触点12限定；接触点12的数量以及其形状均非限制性的。在优选的方式中，电接触区域11的切削通过将接触点12朝向印刷电路13弯曲的方式来进行，以便使电连接销17容易插入。
在插入前，如图11所示，一旦制成了金属接触器9，然后就将该金属接触器预先设置于印刷电路13上。每个金属接触器9的相对位置取决于待连接的致动器的几何特征。在该实例中，待连接的致动器包括两个独立的供电线圈，因此这对应于四个不同的连接。印刷电路13还具有不同尺寸的钻孔14，这些钻孔设计成用于相对金属接触器9而定位电子致动器，从而使连接容易。
图1 2是印刷电路13沿图11中的线A-A的剖视图，其详细说明了所述印刷电路13上的金属接触器9的位置。在例如借助于回流方法形成焊接的点处，可以发现与印刷电路13相接触的附着区域10。为此，焊膏必须预先设置于在印刷电路13上的附着区域10的接触点处。这两个附着区域10确保了金属接触器9在印刷电路13上的支撑，并使得电接触区域11定位于预先形成在印刷电路13中的钻孔15的内部。因此当连接致动器时，这四个接触点12可以自由地并容易地变形。
在图13中，如同在图12中，金属接触器9预先设置于印刷电路13上。根据第二实施例，该金属接触器9具有正方形形状，并且不具有特定的附着区域。接触区域9的全部表面均是该附着区域10。在该结构中，电接触器区域11没有预先定形，以便在前部装配或后部装配中能够容纳致动器16的连接销17。这样，仅存在一种印刷电路+连接的装配，其可用于两种可能类型的装配。
在图14中，接触器9具有电子接触区域11，该电子接触区域远离印刷电路而变形，以便容纳在后部装配中安装的致动器16的电连接销17。在该结构中，为了优化印刷电路13上的金属接触器9的焊接表面，可以形成具有更小直径的钻孔7。
图15示出了在后部装配中设置的致动器16的连接销17。当插入销17时，电接触区域11变形，并通过接触而确保了电连接。
在图16中，示出了朝向印刷电路13移动的致动器16。该致动器16可以是例如在法国专利申请FR2859323中所描述的。因此，该致动器包括4个电连接销17(示出了其中两个)，所述电连接销被设计成穿过金属接触器9的电接触区域11。致动器16还具有机械定位销18，该机械定位销被设计成通过与钻孔14互补而确保致动器16在印刷电路13上的定位和附着。用于照亮由致动器16所控制的指示器(未示出)的LED 19也位于印刷电路13上。
一旦致动器16被插入并穿过电接触器区域11，则该致动器16就被固定在印刷电路13上。图17示出了印刷电路13上的致动器16的截面图。该图示出了其中一个电连接销17与金属接触器9的点状接触点12之间的接触区域20。该连接不仅在致动器16与印刷电路13之间产生可靠的电连接，而且通过在将属于致动器16的电连接销17插入之后接触点12在电连接销17(图18中示出了其独立视图)上的弯折以及接触点12的对接，该连接还提供良好的机械支撑。实际上，优选地但是非限制性地，电连接销17具有与电连接销17的轴线相垂直的凹槽21。在优选的方式中，通过形成接触点12(其在印刷电路13的侧部上弯曲)确保了机械支撑，这限制了移动的可逆性。获得的机械支撑是可靠的，并能够在应用时对致动器16操作的期间可能存在振动的情况下保持组件不动。电连接销17与传统的用于仪表板致动器的连接销相似，并且在这点上，其还可以通过现有技术状态中描述的任一种用于通孔安装部件的方法而被良好地焊接在印刷电路13上。
图19示出了在另一实施例中连接有致动器16的电连接销17的金属接触器9的独立视图。该金属接触器9和连接销17基本上呈圆形，并且被设计成设置于基本上也呈圆形的焊盘24上。

Claims (13)

1.一种用于借助于具有开口接触区域的金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器使用在高速下和高温下进行的CMS型自动方法而被焊接于所述印刷电路，并且其特征在于，一旦电连接销已被插入穿过所述接触区域，则通过所述金属接触器的所述接触区域对接所述致动器的所述连接销，所述致动器的所述电连接销可被机械连接于所述金属接触器，而无需焊接。
2.根据权利要求1所述的用于将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述印刷电路具有基本上正方形的镀锡连接焊盘，并且其特征在于，所述金属接触器具有基本上正方形的形状，并且被设计成放置于所述焊盘上，并且所述金属接触器的边长在所述焊盘的边长的0.8倍到1倍之间。
3.根据权利要求1或2所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述印刷电路具有能够允许所述致动器的所述电连接销通过的钻通孔。
4.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述致动器的所述电连接销还能够通过现有技术中状态中的用于通孔安装型部件的焊接方式而焊接于印刷电路上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器具有十字形的接触区域。
6.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述接触区域被制成朝向所述印刷电路而弯曲。
7.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述接触区域被制成远离所述印刷电路而弯曲。
8.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述致动器的所述电连接销具有与所述电连接销的轴线垂直的凹槽。
9.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器具有用于与所述印刷电路接触的平坦表面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器具有用于与所述印刷电路接触的凸起表面。
11.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述印刷电路具有钻孔，所述钻孔能够使得属于所述致动器的机械引导和连接元件穿过所述钻孔。
12.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器由钢制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的借助于金属接触器将电子致动器连接于印刷电路的方法，其特征在于，所述金属接触器具有带有多个分支的星型形状的接触区域。
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