CN103957663A - 一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法，参考器件级组装中CCGA器件的结构方式，采用高铅焊柱连接两个组装板，同时对此结构在组件级应用时做出改进，以满足组装板间如LTCC与印制板组件、印制板组件之间的互联等垂直组装时的小型化和可靠性要求。本发明有益效果：所采用的高铅焊柱互联材料熔点高，便于产品梯度焊接方法的实现。焊柱材料柔软，便于缓解不同膨胀系数两个组装板间的热失配。焊柱采用中空结构，可在保证刚度的同时，减重省材，并能增大焊接面积，提高组件的强度。互联结构采用双面表贴的方式组装，具有较高的组装密度，便于系统小型化的实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法，适合不同印制板组件之间以及印制板组件与LTCC组件之间的垂直互联，属于电气互联领域。
背景技术
目前，在高密度电气互联领域对不同组装板间的垂直互联需求越来越高，常规多采用插座、插针互联的方式。但采用插座的方式缺乏灵活性，采用插针的方式又难以小型化、高密度化。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法，所设计的互联结构采用柔软、耐高温又有一定刚度的中空高铅焊柱，利于小型化、高密度化和灵活性要求。
技术方案
一种装板间中空焊柱垂直互联结构，其特征在于包括中空焊柱1、第二组装板2和第一组装板3；第二组装板2与第一组装板3采用中空焊柱1连接，第二组装板2和第一组装板3的中空焊柱1的部位设有焊盘；所述中空焊柱1的布局原则为：原则1：在两个组装板的电气输出或输入接口部位设置中空焊柱1；原则2：当按照原则1的条件设置中空焊柱，但不能满足两个组装板结构受力时，按照回字形布局或四边支撑方式增加中空焊柱；所述焊盘的直径大于焊柱外径的20％。
所述中空焊柱的高度大于两个组装板上对应位置器件的最大高度之和。
所述中空焊柱的外径为￠1mm，中空焊柱的内径为外径的1/3。
一种实现1所述组装板间中空焊柱垂直互联结构的工装，其特征在于包括定位块4、上模载板6和下模载板7；定位块4位于下模载板7上，定位块4上固定上模载板6，上模载板6上设有通孔5；所述通孔5的部位与尺寸与需要加工的两个中空焊柱相吻合。
一种利用所述的工装加工所述组装板间中空焊柱垂直互联结构的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在两个组装板上的电气输出或输入接口部位设置中空焊柱，当设置的中空焊柱不能满足两个组装板结构受力时，按照回字形布局或四边支撑方式增加中空焊柱；所述在第二组装板2和第一组装板3的中空焊柱1的部位设有焊盘，焊盘的直径大于焊柱外径的20％；
步骤2：按照步骤1设定的中空焊柱的位置和尺寸，加工上模载板6上的通孔5，使得部位与尺寸与步骤1的中空焊柱的位置和尺寸相吻合；
步骤3：在两个组装板的焊盘上施加0.125mm厚的焊膏，将其中的一个组装板与上模载板6一并固定在工装的定位块4上，上模载板6在组装板之上，且通孔5与组装板上设计的中空焊柱的位置相吻合；
步骤4：将每根中空焊柱通过通孔5垂直放置到组装板，然后一起进行回流焊接，焊接曲线按照无铅焊接温度要求；
步骤5：从工装上取下焊接好的组装板，将中空焊柱与另一组装板上的焊盘位置装配，进行回流焊接，焊接曲线满足焊膏焊接温度要求，实现组装板间中空焊柱垂直互联结构；
所述第一次焊接的焊膏熔点大于第二次焊接的焊膏熔点。
所述焊膏材料选择锡铅合金，其中铅的含量要大于80％。
有益效果
本发明提出的一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法，参考器件级组装中CCGA器件的结构方式，采用高铅焊柱连接两个组装板，同时对此结构在组件级应用时做出改进，以满足组装板间如LTCC与印制板组件、印制板组件之间的互联等垂直组装时的小型化和可靠性要求。
本发明有益效果：
1.所采用的高铅焊柱互联材料熔点高，便于产品梯度焊接方法的实现。
2.焊柱材料柔软，便于缓解不同膨胀系数两个组装板间的热失配。
3.焊柱采用中空结构，可在保证刚度的同时，减重省材，并能增大焊接面积，提高组件的强度。
4.互联结构采用双面表贴的方式组装，具有较高的组装密度，便于系统小型化的实现。
附图说明
图1：本发明的垂直互联结构示意图
1-中空焊柱，2-第二组装板，3-第一组装板；
图2：实现本发明的工装示意图
4-定位块，5-通孔，6-上模载板，7-下模载板。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
结合组装板上的电气输出接口数量和位置，在组装板上设计互联结构焊盘，焊盘尺寸满足柱状高铅焊柱焊接使用，一般要求比焊柱外径大20％。
互联焊柱布局应使结构受力均匀，可以采用整体均布、回字形布局或四边支撑方式。焊柱高度可以根据组装板上器件高度确定，高度略大于两面组装板上对应位置器件的最大高度和，一般在5mm左右，焊柱的外径应根据组装板重量确定，一般可以选￠1mm的，焊柱采用中空结构，中间空隙直径为外径的1/3左右。
焊柱材料选择锡铅合金，其中铅的含量要大于80％,较常选用的材料为Sn10Pb90，焊料固相线在270℃以上，可以在后续装配时保证焊柱本身不会重熔。另外试验表明随着焊料中Pb含量的升高，焊料的弹性模量降低，较低的弹性模量会有更强的抵抗强外界冲击的能力，在外界强冲击下如振动、跌落等可以通过自身形变来减少对焊点处的机械冲击，较少裂纹的产生机会，从而提高组装件产品的寿命。互联焊柱的制作可以采用Sn10Pb90焊丝，通过精密切割的方式进行，也可以到焊丝生产厂家进行定制，但要保证焊柱的端面齐平，不得存在尖角，以利于后续焊接使用。
采用此种互联结构组装两个板级产品时，应先在一相对尺寸较小、重量较轻的组件上进行植柱操作，一般采用相应工装配合，保障焊柱的对位精度。使用较后续组装时熔点略高的焊料如SAC305焊料将焊柱焊接到一组件焊盘上，注意焊接前要先在组件上涂覆焊膏。然后取下工装，将此时的带柱组件当做一个器件，再组装都另一个较大组件上去。另一半组装时同样先要在待组件板上印刷一定厚度的焊膏如通常0.125mm厚，此时的焊膏应使用较第一次温度低一些的，如常用的Sn63Pb37焊膏，利用贴片机或BGA返修台将植好柱的组件对位贴装到印刷好焊膏的焊盘上，再使用回流炉完成二次焊接，最后将组件进行清洗即完成了两种组件间的垂直互联。
具体制作步骤：
步骤1：在两个组装板上的电气输出或输入接口部位设置中空焊柱，当设置的中空焊柱不能满足两个组装板结构受力时，按照回字形布局或四边支撑方式增加中空焊柱；在两个组装板的中空焊柱的部位设有焊盘，焊盘的直径大于焊柱外径的20％；
步骤2：按照步骤1设定的中空焊柱的位置和尺寸，加工上模载板6上的通孔5，使得部位与尺寸与步骤1的中空焊柱的位置和尺寸相吻合；
步骤3：在两个组装板的焊盘上施加0.125mm厚的焊膏，将其中的一个组装板与上模载板6一并固定在工装的定位块4上，上模载板6在组装板之上，且通孔5与组装板上设计的中空焊柱的位置相吻合；所述焊膏为SAC305焊膏；
步骤4：将每根中空焊柱通过通孔5垂直放置到组装板，然后一起进行回流焊接，焊接曲线按照无铅焊接温度要求；焊后使用清洗液清洗焊点；
步骤5：从工装上取下焊接好的组装板，将中空焊柱与另一组装板上的焊盘位置装配，进行回流焊接，焊接曲线满足焊膏焊接温度要求，实现组装板间中空焊柱垂直互联结构；所述焊膏为Sn63Pb37焊膏；
所述第一次焊接的焊膏熔点大于第二次焊接的焊膏熔点。
Claims (6)
1.一种组装板间中空焊柱垂直互联结构，其特征在于包括中空焊柱(1)、第二组装板(2)和第一组装板(3)；第二组装板(2)与第一组装板(3)采用中空焊柱(1)连接，第二组装板(2)和第一组装板(3)的中空焊柱(1)的部位设有焊盘；所述中空焊柱(1)的布局原则为：原则1：在两个组装板的电气输出或输入接口部位设置中空焊柱(1)；原则2：当按照原则1的条件设置中空焊柱，但不能满足两个组装板结构受力时，按照回字形布局或四边支撑方式增加中空焊柱；所述焊盘的直径大于焊柱外径的20％。
2.根据权利要求1所述的组装板间中空焊柱垂直互联结构，其特征在于：所述中空焊柱的高度大于两个组装板上对应位置器件的最大高度之和。
3.根据权利要求1所述的组装板间中空焊柱垂直互联结构，其特征在于：所述中空焊柱的外径为￠1mm，中空焊柱的内径为外径的1/3。
4.一种实现权利要求1所述组装板间中空焊柱垂直互联结构的工装，其特征在于包括定位块(4)、上模载板(6)和下模载板(7)；定位块(4)位于下模载板(7)上，定位块(4)上固定上模载板(6)，上模载板(6)上设有通孔(5)；所述通孔(5)的部位与尺寸与需要加工的两个中空焊柱相吻合。
5.一种利用权利要求4所述的工装加工权利要求1～3所述任一项组装板间中空焊柱垂直互联结构的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在两个组装板上的电气输出或输入接口部位设置中空焊柱，当设置的中空焊柱不能满足两个组装板结构受力时，按照回字形布局或四边支撑方式增加中空焊柱；在两个组装板的中空焊柱的部位设有焊盘，焊盘的直径大于焊柱外径的20％；
步骤2：按照步骤1设定的中空焊柱的位置和尺寸，加工上模载板(6)上的通孔(5)，使得部位与尺寸与步骤1的中空焊柱的位置和尺寸相吻合；
步骤3：在两个组装板的焊盘上施加0.125mm厚的焊膏，将其中的一个组装板与上模载板(6)一并固定在工装的定位块(4)上，上模载板(6)在组装板之上，且通孔(5)与组装板上设计的中空焊柱的位置相吻合；
步骤4：将每根中空焊柱通过通孔(5)垂直放置到组装板，然后一起进行回流焊接，焊接曲线按照无铅焊接温度要求；
步骤5：从工装上取下焊接好的组装板，将中空焊柱与另一组装板上的焊盘位置装配，进行回流焊接，焊接曲线满足焊膏焊接温度要求，实现组装板间中空焊柱垂直互联结构；
所述第一次焊接的焊膏熔点大于第二次焊接的焊膏熔点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述焊膏材料选择锡铅合金，其中铅的含量要大于80％。
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| CN201410182616.5A CN103957663A (zh) | 2014-04-30 | 2014-04-30 | 一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106028641A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-12 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 基于高频传输的ltcc与pcb间垂直互联结构与方法 |
| CN107994010A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-04 | 北方电子研究院安徽有限公司 | 实现微系统垂直互连一体化封装结构的工装及制作方法 |
| CN110116252A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-13 | 西安微电子技术研究所 | 一种lccc器件植柱焊接工装及采用其对lccc器件植柱的方法 |
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2014
- 2014-04-30 CN CN201410182616.5A patent/CN103957663A/zh active Pending
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