CN103370993A

CN103370993A - 用于安装在部件承载器中的连接销、用于生产包括具有包括部件承载器的可堆叠模块的母板的电子组件的方法及这样的电子组件

Info

Publication number: CN103370993A
Application number: CN2011800683991A
Authority: CN
Inventors: I.佩雷滋-尤里亚; O.阿维德森
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-10-23
Also published as: US9093775B2; WO2012115555A1; EP2679080B1; US20130330966A1; EP2679080A1

Abstract

本发明涉及一种用于安装在设置于电子组件的部件承载器(40)的通孔(42)中的连接销(1)，连接销(1)包括适于插入所述通孔(42)中的锚固部分(2)、适于在所述通孔(42)外延伸的接触部分(3)、和适于抵靠所述部件承载器并位于所述锚固部分与所述接触部分之间的凸缘部分(4)。连接销(1)设置有内部空腔(5)，该内部空腔(5)在锚固部分(2)的自由端设置有外口(6)。接触部分(3)在其自由端设置有突出的细长互连构件(9)，并且互连构件(9)和内部空腔(5)的相应形状使得互连构件适于插入到另一相似连接销的对应内部空腔中。根据本发明还限定用于生产具有可堆叠的模块的电子组件的方法及这样的电子组件，所述可堆叠的模块包括具有连接销的部件承载器。

Description

用于安装在部件承载器中的连接销、用于生产包括具有包括部件承载器的可堆叠模块的母板的电子组件的方法及这样的电子组件

技术领域

本发明涉及一种用于安装在设置于部件承载器中的通孔中的连接销(pin)、一种用于生产包括具有至少一个可堆叠模块的母板的电子组件的方法及一种包括具有至少一个可堆叠模块的母板的电子组件。

背景技术

在电子工业中，对整体板载封装的较高密度的电子器件、较高的功率密度和总体优化的需求日益增强。实现这些需求并解决相关问题的一个替代是使用例如通过将板载功率模块、存储模块等堆叠在作为电子组件的一部分的母板或任何类型的基本模块或部件承载器上的堆叠安装技术。在该背景下，存在对在堆叠设计与母板之间的低电阻与高导热率连接的需要。可用的解决方案包括销/座组合的使用，例如，插入在连接销的上部中为此提供的孔的金属插座，并且另一连接销的下部插入到该金属插座中，或者横跨整个堆叠设计的均质互连销。然而，这些解决方案是干扰热和电性能的高电阻和/或它们不容易适于自动装配过程。

在电子工业中，连接销广泛地用于提供在电子组件的不同部分之间的连接。连接销例如安装在部件承载器中的通孔中，或者它们表面安装至部件承载器，所述部件承载器可具有不同的应用和/或所述不同应用的组合，诸如：部件承载器可以是可作为印刷电路板的一部分的基板，部件承载器可承载电子部件并形成部件板，部件承载器可承载诸如功率模块的模块或包括不同部件的可堆叠模块，部件承载器可以是母板等的一部分，所有这些可形成、或者可以是电子组件的部分或者模块。连接销通常既提供在组件的部分之间的机械连接，又提供电连接。存在用于将连接销锚固(anchoring)在部件承载器中或者锚固至部件承载器的许多已知装配技术，诸如波动焊接、用焊膏的表面安装销、压配合、铆钉/钳住等。所选择的技术主要取决于部件承载器所用于的应用和所涉及的需求。

发明内容

本发明的目的是改善堆叠安装技术。

本发明的该目的借助于用于安装在设置于部件承载器中的通孔中的连接销实现，该连接销包括适于插入所述通孔中的锚固部分、适于在所述通孔外延伸的接触部分、和适于抵靠所述部件承载器并位于所述锚固部分与所述接触部分之间的凸缘部分。连接销的特征在于其设置有内部空腔，该内部空腔在锚固部分的自由端设置有外口，该接触部分在其自由端设置有突出的细长互连构件，并且该互连构件和内部空腔的相应形状使得互连构件适于到另一相似连接销的对应内部空腔中的插入。

根据本发明，通过将连接销设计成构成在母板与堆叠在电子组件的母板上的模块之间、或者在多个层次中的模块之间的有效连接，通过在下连接销的内部空腔中、或者替代性地在设置于母板中的对应空腔中分送焊料、然后将已在顶部安装于模块中的连接销的互连构件插入到所述空腔中并进行焊接操作，变得能够获得在彼此重叠安装的母板/模块或模块之间的合适焊点。该焊点提供最佳的低电阻连接和增强的热完整性的优点。此外，在模块借助于同时将互连构件完全插入到对应的空腔中来安装于底层模块或母板上之前，由于对于每个模块，所有的连接销可优选地在同步步骤中安装在部件承载器中，所以根据本发明的连接销还适于可重复的并且甚至自动的装配过程。将焊膏分送到空腔中的中间步骤同样适于自动化。通过这，与在现有技术中一样，不再需要每个连接销到部件承载器的单独焊接。焊料连接还提供良好的机械连接。另一优点是使附加的单独连接装置多余。

根据以上所述，根据本发明，因此还限定一种用于生产包括具有至少一个可堆叠模块的母板的电子组件的方法，包括：

步骤1：对于每个连接销，通过将锚固部分插入到设置于部件承载器中的相应通孔中，并将根据与连接销相关的权利要求中的任一项所述的连接销锚固在通孔中，来将连接销安装在通孔中，而提供至少一个可堆叠的模块，

步骤2：通过先(pre-empted)在母板的所述空腔中分送焊膏，然后将相应连接销的互连构件插入到母板中为此提供的安装孔中来将第一可堆叠的模块安装在母板上，

步骤3：在连接销与部件承载器之间分送焊膏，

步骤4：对焊膏进行熔化操作，

由此，相应连接销与母板之间的焊膏熔化，并提供在连接销与母板之间的电连接，

由此，在连接销与部件承载器之间的焊膏熔化，并提供在连接销与部件承载器之间的电连接，

产生在模块与母板之间的电连接。

根据另一特征，连接销可具有凸缘部分，所述凸缘部分具有适于抵靠部件承载器的接触侧，其中，内部空腔具有与凸缘部分邻接的至少一个内口，其中，所述接触侧设置有与所述内口连通的至少一个凹槽，并且其中，至少一个凹槽从内口伸展至凸缘部分的外部轴向表面中的对应凹槽口。借助于这些特征，实现的优点是，焊膏可从外口分送到内部空腔中，且焊料然后可通过内口从内部空腔流出并流入所述凹槽，从而使得能够仅通过将焊膏从部件承载器的上侧分送到所述内部空腔中将连接销焊接至部件承载器，包括焊接至邻接凸缘部分的部件承载器的底面。焊料可经由一个或多个凹槽及它们在凸缘的轴向表面中的开口流向凸缘部分的外部。当焊料熔化时，凹槽还可用作除气通道。

根据变体，接触侧设置有两个凹槽，其中，第一凹槽从第一凹槽口到第二凹槽口并经由第一内口横跨接触侧伸展，并且第二凹槽从第三凹槽口到第四凹槽口并经由第二内口横跨接触侧伸展。

根据另一变体，接触侧设置有三个凹槽，并且内部空腔设置有三个内口，其中，第一凹槽从第一凹槽口到第二凹槽口并经由第一内口横跨接触侧伸展，第二凹槽从第三凹槽口到第四凹槽口并经由第二内口横跨接触侧伸展，并且第三凹槽从第五凹槽口到第六凹槽口并经由第三内口横跨接触侧伸展。

当然，凹槽的数量可改变，并且在本发明思想的范围内可想到超过三种凹槽，以及凹槽的形状可改变，并且它们的确切位置可改变。例如，可具有不向外一直延伸至凸缘部分的外部轴向表面的凹槽。

内口的数量和位置同样可改变。

根据另一特征，连接销的锚固部分可包括围绕内部空腔的壁，所述壁具有形成变形区的至少两个壁部，并且所述壁部适于当将锚固部分插入通孔时位于通孔中，使得当将锚固部分插入通孔时对销的锚固部分的自由端施加力时，变形区在通孔内变形，从而实现连接销在通孔中的压配合。连接销因此提供的优点是，其能通过比现有技术中小的部件承载器的变形而安装并锚固在部件承载器中。与铆接相似，为了将销锚固在部件承载器中而由锚固工具施加的力仅施加于销的锚固部分的端部，没有力从工具施加于部件承载器上。此外，从在通孔中的销的锚固部分的变形施加的力仅施加在横向方向上，这意味着因此减小使部件承载器弯曲的危险。

变形区可通过提供具有比相邻壁部的厚度小的壁厚的至少两个壁部而形成。

替代性地，可通过如下方式形成变形区，即，使围绕锚固部分的内部空腔的壁设置有对壁具有弱化影响的至少两个壁开口，并且从而壁在开口之间呈现形成变形区的壁部，并且其中，与凸缘部分邻接的内部空腔的至少一个内口与围绕内部空腔的壁中的至少两个开口中的一个开口连通。

根据本发明的方法还可被限定为在步骤3与步骤4之间包括：通过经由外口在第一模块的连接销的内部空腔中分送焊膏，并经由内部空腔的相应外口将附加模块的连接销的互连构件插入到第一模块的连接销的对应内部空腔中来将根据步骤1提供的附加的可堆叠模块安装在第一模块的顶部之上。

此外，方法可包括通过分送焊膏和经由先前安装的可堆叠模块的内部空腔的相应外口将附加模块的连接销的互连构件插入到所述先前安装的可堆叠模块的连接销的对应内部空腔中、并通过在进行焊料的熔化操作之前根据需要重复该过程许多次来将根据步骤1提供的可选择数量的附加可堆叠模块安装在母板上。

此外，方法在步骤1与步骤2之间可包括模块上的PCB图案的打印和/或模块上的任何表面安装部件的安装。

根据方法的附加特征，一个模块的所有连接销同时安装在设置于部件承载器中的通孔中。

在本发明的另一方面中限定的是一种电子组件，其包括具有至少一个可堆叠的模块的母板，其根据方法权利要求中的任一项生产。

为了阐明用于该说明的某些术语的含意，提供以下的定义：

在本背景下的部件承载器应解释成无任何限制效果地包括：基板，所述基板包括一个或多个层并形成部件承载器；或者适于将电子部件安装在上面的任何其他的承载器，用于在其表面上打印或以另外的方式产生电路图案，从而获得印刷电路板、母板、部件板或相似物；或者基板/承载器可用于不同的应用，例如承载功率模块、存储模块、宽带模块等。

在本背景下的模块应解释成包括而不局限于作为如以上所限定并根据本发明的部件承载器，或者任何其他的印刷电路板、母板、部件板或相似物，以及还包括功率模块、存储模块、宽带模块等。

在本背景下的电子组件应解释成包括而不局限于包括如以上所限定的两个或更多模块的组件，以及一个模块安装在另一模块顶部上。

附图说明

现在将参考附图作出本发明及其仅作为示例给出的实施例的详细说明，其中：

图1示意性地图示根据本发明的连接销；

图2以横截面并且以侧视图图示图1的连接销；

图3示意性地图示根据本发明的连接销的变体；

图4示意性地图示根据本发明的连接销的另一变体；

图5示意性地图示根据本发明的连接销的又一变体；

图6示意性地图示根据本发明的连接销的又一变体；

图7示意性地图示根据本发明的连接销的又一变体；

图8图示根据本发明的安装在部件承载器中的连接销；

图9-10图示根据本发明的方法的步骤和电子组件；以及

图11示出图示根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在以下的详细说明中，相同的附图标记将用于不同图形中的相同的或对应的部分。

在图1和2中图示的是根据本发明的连接销。参见图8-10，连接销1具有适于插入到部件承载器中的通孔中的锚固部分2、接触部分3和位于锚固部分与接触部分之间的凸缘部分4。在锚固部分2中，提供内部空腔5。空腔在锚固部分2的自由端具有外口6。连接销1还包括从接触部分3的自由端突出的细长互连构件9。如图10中所图示地，互连构件9的形状适于可插入到另一相似连接销的内部空腔5中，并且反之亦然。

在图3-5中，示出了连接销的变体，其中，内部空腔5还设置有在锚固部分2的与外口6相比的相对端并与凸缘部分4邻接的内口7。

继续地，同样参见图8-10，凸缘部分4具有适于抵靠部件承载器40的接触侧20侧部。所述接触侧设置有与所述至少一个内口7连通的至少一个凹槽22，其中，所述至少一个凹槽的每个凹槽22从所述至少一个内口7中的一个内口伸展至凸缘部分4的外部轴向表面25中的对应的凹槽口24。

如在图3-5中所图示地，凹槽的数量为二或者三。然而，凹槽的数量可改变，甚至超过三，它们的形状和确切位置同样可改变。内口的数量优选地应对应于凹槽的数量。

连接销1的锚固部分2具有围绕内部空腔5的壁8。壁具有形成变形区的至少两个壁部28。在图6中所图示的第一变体中，变形区通过使壁部28具有比邻近壁部的厚度小的横截面中的厚度而获得。这例如可通过在横截面中具有内部空腔的不同几何形状和锚固部分的外部形状实现。在图3和图6所图示的示例中，连接销的外部形状是圆柱形的。在径向横截面中，在外部形状是圆形的同时，内部形状是四分部(quadrant)，从而产生具有比邻近壁部的厚度小的厚度的四个壁部28。因此，通过较薄的壁部获得变形区。可想到几何形状的许多其他组合，以产生具有不同壁厚的壁部，并从而形成变形区。

根据变体，如图4、5和7所图示地，变形区通过在内部空腔5的壁8中提供至少两个壁开口26获得，从而弱化在开口之间的壁部，并因此产生形成变形区的两个壁部28。当然，开口的数量和开口的确切位置以及开口的形状可改变。在图5中示出的是具有三个壁开口26的变体，并因此三个壁部28形成变形区。

如图4、5和7所图示地，内口7可与壁开口26连通，或者换句话说，壁开口26同样用作与凹槽22连通的内口7。然而，根据第二变体还可想到具有与内口7分开的壁开口26。

在图6中图示的是与图1所图示的连接销对应的连接销1，但具有根据图3制成的变形区28。

在图8中，示意性地图示了连接销1，其可以是如先前描述的连接销的变体中的任何一个。连接销1已借助于销1的锚固部分2插入部件承载器40的通孔42。

在图9中图示了已锚固在部件承载器40中之后的两个连接销1，其优选地在保持接触部分3的端面19抵靠合适硬面(该硬面用作砧座或模具并且在无变形的情况下能够经得起施加的力)的同时，通过对销的锚固部分2的自由端29施加力来锚固。当然，表面应设置有用于互连构件的合适的开口。当力施加于自由端29时，连接销的内部空腔5的壁的变形区28变形成通孔42内的压配合。

如图9所图示地，具有所安装的连接销1的相应部件承载器40此时形成预备安装在母板50顶部上的模块，或者如图10中所示形成在另一模块顶部上的一个模块。

因此，在图10中示出的是包括具有根据本发明安装的连接销1的部件承载器40的第一模块30和第二模块32。部件承载器本身可设置有印刷电路板图案，其可具有安装在上面的电子部件等，并且其可用于不同的应用，例如承载如先前所描述但在附图中未示出的功率模块、存储模块、宽带模块等。

在附图中还示出的是母板50，所述母板50设置有适于接纳如上所述作为模块的一部分的连接销1的互连构件9的安装孔52。在装配期间，将焊料分送到母板50的安装孔52中，然后通过将互连构件9插入到安装孔52中来将第一模块30安装在母板上。在下一步骤中，将焊料分送到属于第一模块30的连接销1的内部空腔5中，然后通过将第二模块32的互连构件9插入到第一模块的连接销的内部空腔中来将第二模块32安装在第一模块30的顶部之上。在进行实际的焊接操作、由此焊料融化并且在存在焊料的任何地方获得机械与电连接之前，这些步骤于是可取决于要安装多少模块而按照需要重复许多次。焊缝在图10中编号为54。当连接销设置有用于焊料的凹槽时，与在图3、4和5中一样，足够经由内部空腔5分送焊料，并避免不得不在部件承载器的下方施加焊料，这使得能够具有自动过程。

形成电子组件的母板50与模块30、32此时经由连接销的焊接物理地电连接。

在图10的流程图中同样图示了该方法，以示出方法的不同步骤：

步骤1：对于每个连接销，通过将锚固部分插入到设置于部件承载器中的相应通孔中，并将连接销锚固在通孔中来将连接销安装在通孔中，而提供至少一个可堆叠的模块，

步骤2：通过先在母板的所述空腔中分送焊膏，然后将相应连接销的互连构件插入到母板中为此提供的安装孔中来将第一模块安装在母板上，

步骤3：在连接销与部件承载器之间分送焊膏，

步骤4：对焊膏进行熔化操作，

产生在模块与母板之间的电连接。

方法还可包括通过经由内部空腔的相应外口在第一模块的连接销的内部空腔中分送焊膏，并通过经由外口将附加模块的连接销的互连构件插入到第一模块的连接销的对应内部空腔中，来将根据步骤1提供的附加的可堆叠模块安装在第一模块的顶部。

方法还可包括通过分送焊膏和经由先前安装的可堆叠模块的内部空腔的相应外口将附加模块的连接销的互连构件插入到所述先前安装的可堆叠模块的连接销的对应内部空腔中、并通过在进行焊料的熔化操作之前根据需要重复该过程许多次来将根据步骤1提供的可选择数量的附加可堆叠模块安装在母板上。

另外，方法在步骤1与步骤2之间可包括模块上的PCB图案的打印和/或模块上的任何表面安装部件的安装。

如由本领域的技术人员所认识到地，本发明不应局限于图示的示例和实施例，而是在所附专利权利要求的范围内可在许多方面变型。

Claims

1. 一种用于安装在设置于电子组件的部件承载器的通孔中的连接销，所述连接销包括适于插入到所述通孔中的锚固部分、适于在所述通孔外延伸的接触部分、和适于抵靠所述部件承载器并位于所述锚固部分与所述接触部分之间的凸缘部分，其特征在于，其设置有内部空腔，所述内部空腔在所述锚固部分的自由端设置有外口，所述接触部分在其自由端设置有突出的细长互连构件，并且所述互连构件和所述内部空腔的相应形状使得所述互连构件适于插入到另一相似连接销的对应内部空腔中。

2. 根据权利要求1所述的连接销，其特征在于，所述凸缘部分具有适于抵靠所述部件承载器的接触侧，其中，所述内部空腔具有与所述凸缘部分邻接的至少一个内口，其中，所述接触侧设置有与所述内口连通的至少一个凹槽，并且其中，所述至少一个凹槽从所述内口伸展至所述凸缘部分的外部轴向表面中的对应凹槽口。

3. 根据权利要求2所述的连接销，其特征在于，所述接触侧设置有两个凹槽，其中，第一凹槽从第一凹槽口到第二凹槽口并经由第一内口横跨所述接触侧伸展，并且第二凹槽从第三凹槽口到第四凹槽口并经由第二内口横跨所述接触侧伸展。

4. 根据权利要求2所述的连接销，其特征在于，所述接触侧设置有三个凹槽，并且所述内部空腔设置有三个内口，其中，第一凹槽从第一凹槽口到第二凹槽口并经由第一内口横跨所述接触侧伸展，第二凹槽从第三凹槽口到第四凹槽口并经由第二内口横跨所述接触侧伸展，并且第三凹槽从第五凹槽口到第六凹槽口并经由第三内口横跨所述接触侧伸展。

5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的连接销，其特征在于，所述锚固部分包括围绕所述内部空腔的壁，所述壁具有形成变形区的至少两个壁部，并且所述壁部适于当将所述锚固部分插入所述通孔时位于所述通孔中，使得当将所述锚固部分插入所述通孔时对所述销的锚固部分的自由端施加力时，所述变形区在所述通孔内变形，并且从而实现所述连接销在所述通孔中的压配合。

6. 根据权利要求5所述的连接销，其特征在于，所述变形区通过提供具有比相邻壁部的厚度更小的壁厚的至少一个壁部而形成。

7. 根据权利要求5所述的连接销，其特征在于，围绕所述锚固部分的内部空腔的壁设置有对所述壁具有弱化影响的至少两个壁开口，并且从而所述壁在所述开口之间呈现形成变形区的壁部，并且其中，与所述凸缘部分邻接的所述内部空腔的至少一个内口与围绕所述内部空腔的壁中的至少两个开口中的一个开口连通。

8. 一种用于生产包括母板的电子组件的方法，所述母板带有至少一个可堆叠的模块，所述方法包括：

步骤1：对于每个连接销，通过将所述锚固部分插入到通孔中来将根据权利要求1-7中的任一项所述的连接销安装在设置于部件承载器中的相应通孔中，并通过将所述连接销锚固在所述通孔中来提供至少一个可堆叠的模块，

步骤2：通过先在母板的所述空腔中分送焊膏，然后将相应连接销的互连构件插入到母板中为此提供的安装孔中来将第一可堆叠的模块安装在所述母板上，

步骤3：在所述连接销与所述部件承载器之间分送焊膏，

步骤4：对所述焊膏进行熔化操作，

由此，在所述相应连接销与所述母板之间的焊膏熔化，并提供在所述连接销与所述母板之间的电连接，

由此，在所述连接销与所述部件承载器之间的焊膏熔化，并提供在所述连接销与所述部件承载器之间的电连接，

产生在所述模块与所述母板之间的电连接。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤3与步骤4之间包括：

通过经由所述外口在所述第一模块的连接销的内部空腔中分送焊膏，并通过经由所述内部空腔的相应外口将附加模块的连接销的互连构件插入到所述第一模块的连接销的对应内部空腔中来将根据步骤1所提供的附加的可堆叠模块安装在所述第一模块的顶部。

10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括通过分送焊膏至所述先前安装的可堆叠模块的连接销的对应内部空腔中，和经由先前安装的可堆叠模块的内部空腔的相应外口将所述附加模块的连接销的互连构件插入到所述先前安装的可堆叠模块的连接销的对应内部空腔中、并通过在进行所述焊料的熔化操作之前根据需要重复该过程许多次，来将根据步骤1提供的可选择数量的附加可堆叠模块安装在母板上。

11. 根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤1与步骤2之间包括，所述模块的PCB图案的打印和/或所述模块上的任何表面安装部件的安装。

12. 根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，一个模块的所有连接销同时安装在设置于所述部件承载器中的通孔中。

13. 一种包括具有至少一个可堆叠的模块的母板的电子组件，其根据方法权利要求8-12中的任一项生产。