CN104798449B - 至少具有两个印刷电路板部分的角度可调和/或成角度的印刷电路板结构及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有至少两个印刷电路板部分的角度可调和/或成角度的印刷电路板结构,两个印刷电路板部分相互成角度排列或设置,其中,印刷电路板结构包括至少一个导电元件,该元件至少是大部分嵌入印刷电路板结构中,并在两个接触焊盘之间延伸,并且与所述接触焊盘导电连接,其中,两个接触焊盘分别位于不同的印刷电路板部分,并且前述印刷电路板部分角度可调和/或互成角度,保持接触焊盘和至少一个导电元件之间的连接,同时通过印刷电路板部分间的弯边实现至少一个导电元件的弯曲。为改善印刷电路板部分间的电气和机械连接,本发明提供了一种大致沿弯边延伸而不是垂直于弯边的导电元件,如横截面所示。上述印刷电路板结构的相应生产方法也如此说明。
Description
本发明涉及至少具有两个印刷电路板部分的角度可调和/或成角度的印刷电路板结构,前述两个印刷电路板部分互成角度布置或设置。其中印刷电路板结构包含至少一个在两个接触焊盘之间延伸的导电元件,并与所述接触焊盘导电连接,前述两个接触焊盘分别设置在不同的印刷电路板部分上。此处,印刷电路板部分角度可调和/或互成角度,并保持接触焊盘和至少一个导电元件之间的连接,同时通过印刷电路板部分间的弯边实现至少一个导电元件的弯曲。
本印刷电路板结构源自WO2006/077164 A2。
本发明的目的是进一步发展文章开头提到的角度可调的印刷电路板结构,发展方式主要是重点改进印刷电路板部分之间的电气连接和机械连接。
依据本发明,上述目的可通过权利要求1中给出的角度可调和/或成角度的印刷电路板结构实现,该结构包括至少两个印刷电路板部分互成角度布置或设置。其中印刷电路板结构包含至少一个在两个接触焊盘之间延伸的导电元件,并与所述接触焊盘导电连接,前述两个接触焊盘分别设置在不同的印刷电路板部分上。此处,印刷电路板部分角度可调和/或互成角度,并保持接触焊盘和至少一个导电元件之间的连接,同时通过印刷电路板部分间的弯边实现至少一个导电元件的弯曲。如横截面所示,导电元件大致沿弯边延伸而非垂直于弯边。
沿弯边分布的截面应通过最小弯曲半径限定比较适宜,弯曲半径一般在弯曲波峰时最小。相较于传统的印刷电路板结构,本发明中至少一个平导电元件覆盖在弯边之上,此处采用的弯边相较于通常采用的圆线更易弯曲并且就电气和机械方面而言,其在印刷电路板部分之间可形成本质上更好的连接。
进一步而言,相较于现有的解决方案,其有效降低了制造成本,简化了生产工序。因为相对于使用多条圆线,本发明仅需采用单个有相应导线截面的导电元件即可实现印刷电路板部分之间的相应热传递和电流传递。此外,较传统的采用圆线的方案而言,导电元件与接触焊盘之间需设置的接触点数量也将大大减少。另外,与多根圆线的设计相比,本发明中印刷电路板结构的机械强度也将因平导电元件的使用而大大提高,因为导电元件沿弯边的延伸可实质性提高其抗扭力硬度。而且,如果成形件在边沿处形成防撕裂保护层,那么将大大提高印刷电路板结构的机械稳定性。至少大多数,最好是全部的导电元件最好应嵌入印刷电路板结构中。并且,弯边最好是在印刷电路板结构的一个表面或平行于其表面的平面上延伸。
依据本发明,印刷电路板结构最好是用在电力电子领域。电力电子这个术语一般涵盖电气工程这个子领域,包括配电气或电子元件的电力能源转化。相对的,电路或控制电子这个术语实质上仅指信号和数据处理方面的电力使用。当印刷电路板结构用在电力电子学领域时,处理产生的电流量和热量所需的导体截面最好是采用平导电元件。从而防止过流形式的热问题。在传统的印刷电路板中,这些热问题常致使印刷电路板结构的功率被限定在一定的数值。
本发明的进一步优化发展是从属权利要求的主题。
上述导电元件最好为至少满足下列一个要求的导线:
导线由导电材料构成,最好是金属,优选铜。
导线通过挤压加工制成。
导线有多边形横截面,最好为矩形或近似矩形的横截面,其中,横截面的边大致沿弯边延伸或平行于弯边的方向延伸。
导线,最好在沿弯边延伸的横截面上具有10-500μm范围的厚度,在50-400μm范围内为宜,在100-200μm范围内更佳。
导线的宽度,最好在沿弯边延伸的横截面上,至少为导线厚度的1.5-100倍,最好是比导线厚度大2-10倍。
至少导线的大部分应嵌入印刷电路板结构。
导线应做粗糙处理。
导线应做化学粗糙处理,最好是通过化学蚀刻方式处理,此处,化学蚀刻最好是通过将导线浸泡在能蚀刻导线材料的液体内,或向导线喷洒上述液体的方式完成。
导线应做机械粗糙处理,最好是机加工方式,优选滚花、喷砂或高压下喷涂浮石或石英粉。
上述导线与接触焊盘的接触面可能很大,进而可在印刷电路板部分之间传递大量的热量和电流。
但是,如果导电元件是板状成形件并至少满足下列一个要求,其也是有用的:
成形件由导电材料构成,最好是金属材料,优选铜。
成形件的至少一部分截面,最好是全部应嵌入印刷电路板结构中。
成形件的平面侧应大致平行于印刷电路板结构的至少一个平面。
成形件至少一个平面侧应平穿过印刷电路板结构的一个相邻面。
成形件应与板状工件分离,最好通过水注切割、侵蚀或分离方式,优选冲压方式。
成形件,最好在沿弯边延伸的横截面上,具有50-500μm范围的厚度,最好是在75-400μm范围内,在100-300μm范围内更佳。
成形件的宽度,最好在沿弯边延伸的横截面上,至少为成形件厚度的5倍,最好至少10倍,优选至少20倍,至少50倍更佳,或至少100倍最佳。
成形件,最好在沿弯边延伸的横截面上,包括一个矩形或近似矩形的横截面。
成形件的厚度,最好在沿弯边延伸的横截面上,是固定的。
成形件至少应映射在印刷电路板结构的一部分,最好是映射在至少一个电路板部分的区域内。
成形件包括至少一个凹槽,该凹槽从成形件边界侧开始从成形件上加工而成。
成形件包括至少一个横向的、最好是垂直延伸的贯穿孔,穿过成形件延伸到成形件的一个平面侧或边界侧,贯穿孔最好包含一个圆形、椭圆形、多边形,最好是三角形、四边形、五角形、矩形或正方形轮廓,其中贯穿孔大体呈槽状设计,并沿直线或曲线连续或间续延伸,前述线条最好至少部分平行于成形件的边界侧,最好用绝缘固定剂填充贯穿孔,至少部分填充。
成形件包含至少一个开口,该开口从成形件的平面侧或边界侧部分延伸到成形件内,该开口最起码在其孔口区域内包括一个圆形、椭圆形、多边形,最好是三角形、四边形、五角形,最好是矩形或正方形轮廓,此处开口大体呈凹槽状设计并沿直线或曲线连续或间续延伸,前述线条最好至少部分平行于成形件的边界侧,其中最好应用绝缘固定剂填充开口,至少是部分填充。
当从成形件的平面侧观察时,成形件和/或成形件的一部分大致为I形、L形、T形、H形、S形、O形、E形、F形、X形、Y形、Z形、C形、U形或Ω形。
几个成形件设置在印刷电路板结构的同一平面或不同平面上,最好是在相互平行的平面内。
至少大部分成形件应嵌入印刷电路板结构内。
成形件应做粗糙处理。
成形件应做化学粗糙处理,最好是通过化学蚀刻方式处理,其中,化学蚀刻最好是通过将成形件浸泡在能蚀刻成形件材料的液体内,或向成形件喷洒上述液体的方式完成。
成形件应做机械粗糙处理,最好是机加工方式,优选滚花、喷砂或高压下喷涂浮石或石英粉。
相对于扁导线,上述成形件可进一步提高印刷电路板部分间的电气和/或机械连接。
如果至少一个接触焊盘至少满足下列一个要求,即证明其也是有用的:
接触焊盘设置在印刷电路板结构的表面。
接触焊盘与导电元件和/或至少一个电子元件在至少一个接触位置上接触,其中,导电元件和/或电子元件最好设置在接触焊盘的不同平面上,最好使得各个接触位置按一定距离间隔设置。
接触焊盘与导电元件和/或接触焊盘与至少一个电子元件在至少一个接触位置的接触可通过焊接、粘合、钎焊或导电粘附实现。
接触焊盘由金属制成,最好是铜。
接触焊盘由导电表面元件尤其是铜箔加工而成,最好采用蚀刻加工。
接触焊盘的厚度在1-200μm的范围内,10-100μm的范围为宜,15-50μm的范围更佳。应在接触焊盘和导电元件之间的至少一个位置使用绝缘固定剂,最好是在两个接触位置之间和/或至少一个接触位置四周使用。
几个接触焊盘和/或几个导电元件由至少一条带状导体连接,该带状导体最好经过印刷或蚀刻加工。
该接触焊盘设计用于电气连接和./或电子元件。
上述接触焊盘使得与导电元件的接触面加大,进而进一步增加接触焊盘和导电元件之间热量和电流量的传递能力。
若弯边满足下列至少一个要求,也是颇有助益的。
弯边具有大致呈线性的设计。
弯边至少部分沿直线和/或曲线延伸。
弯边从印刷电路板结构的一个边界侧延伸到印刷电路板结构的相对边界侧。
弯边通过弯曲波峰,在印刷电路板结构的内弯侧延伸。
弯边在印刷电路板结构表面或其平行平面上延伸
弯边的位置最好可通过印刷电路板结构内侧弯的弯曲波峰清晰辨别。
对印刷电路板结构而言,比较实用的情况是印刷电路板结构包含一个在印刷电路板部分之间具有弯边的变形部分,该变形部分至少应满足下列要求的一点:
相对于相邻印刷电路板部分,变形部分中的印刷电路板结构的硬度和/或稳定性和/或强度被削减,尤其沿弯边方向,内弯侧和/或外弯侧更甚。
在变形部分中,电路板材料至少部分被去除,尤其是内弯侧和/或外弯侧位置上,最好是采用磨削、锯削或激光加工的方式进行。
在变形部分中,印刷电路板结构包含至少一个凹槽,其在内弯侧和/或外弯侧至少部分沿弯边延伸,其中,凹槽的宽度或从凹槽开口到凹槽底部的锥度最好固定,反之亦然;在此,应在凹槽中加入填充物,以此固定印刷电路板结构的成角度状态。
在变形部分中,在内弯侧印刷电路板结构和/或导电元件的弯曲半径应在0.05-10mm的范围内,最好1-8mm的范围内,3-7mm范围最佳。
在变形部分中,印刷电路板结构的厚度应在100-1000μm的范围内,在150-500μm范围内较适宜,在200-300μm范围内更佳。
变形部分形成一个固态接头,可用以彼此相对灵活移动地印刷电路板部分。
变形部分允许通过至少一个上述因素具体设计控制印刷电路板结构角度和或固定其形状,这样可明显降低在调节印刷电路板结构和弯曲导电元件过程中损坏导电元件的风险。通过有目的的改变机械参数,印刷电路板结构可能沿弯边形成固态接头,其代表印刷电路板结构的印刷电路板部分间的简单灵活连接的可能性。尤其在小批量和中批量生产时,材料去除代表的是生产时印刷电路板部分间相互移动设计的合理性,节省性和灵活性。通过去除部分印刷电路板材料,印刷电路板结构沿弯边的刚性降低,弯边更靠近相互连接的印刷电路板部分的接线平面,达到在调整角度过程中排除角度调整部分机械损坏的程度,进而保证印刷电路板结构的单个印刷电路板部分的可靠电气接口。
但是,就印刷电路板结构而言,印刷电路板结构包含至少一个至少部分导电的薄表面元件,该元件至少应满足下列要求的一点:
表面元件为导电箔片,最好是铜箔。
表面元件轧制制成。
表面元件的厚度在10-100μm范围内,在20-50μm范围内为宜,在30-40μm范围内更佳。至少一个表面元件设置在印刷电路板结构表面的至少部分位置。
至少一个表面元件设置在上述印刷电路板结构表面下方且与印刷电路板结构表面平行的至少部分位置上。
表面元件应进行部分去除,以形成至少一条带状导体和/或至少一个接触焊盘。
表面元件最好采用蚀刻加工的方式加工出至少一条带状导体和/或至少一个接触焊盘。由表面元件加工而成的至少一个表面元件或至少一条带状导体和/或接触焊盘从印刷电路板部分经弯边向另一个印刷电路板部分延伸。
至少一个表面元件应设置在印刷电路板结构的外弯侧或内弯侧。
至少一个表面元件以印刷电路板结构的弯曲半径为依据径向设置在至少一个导电元件外面。
上述导电薄表面元件的使用允许本发明中印刷电路板结构以十分廉价和有效率的方式生产制造,因为通过带状导体和接触焊盘的导电方式可能在单一的蚀刻加工中生产完成。
印刷电路板结构中包含绝缘固定剂,该绝缘固定剂至少满足下列要求中的一点:
绝缘固定剂分隔出至少两层导电层,最好是至少两个导电表面元件。
绝缘固定剂包围至少一个导电元件,如横截面所示,越过至少一部分元件周长。
绝缘固定剂应覆盖至少一个导电元件,如横截面所示,至少在一个边界侧和/或至少在一个平面侧,最好是在外弯侧和/或内弯侧。
绝缘固定剂包围至少一个导电元件,如横截面所示,越过整个元件周长,除了与至少一个导电接触焊盘的一个或几个接触位置。
绝缘固定剂包含一种加固物,最好是玻璃纤维加固物。
上述绝缘固定剂把其本身的强度和硬度传递给印刷电路板结构,同时印刷电路板结构可能相互绝缘,防止错误接触。
依据本发明,上述目标也可通过生产至少由两个印刷电路板部分组成的的角度可调和或成角度的印刷电路板结构的方法实现,其包含以下步骤:
制造具有至少一个导电元件的印刷电路板平面,如横截面所示,该导电元件大致平行于印刷电路板平面而非垂直于它,其中,导电元件在两个接触焊盘间延伸,并与上述接触焊盘导电连接,这两个接触焊盘分别位于不同印刷电路板部分上。
在印刷电路板部分间设置至少一个弯边,其中,所述印刷电路板部分相对于另一个角度可调,并且保持接触焊盘和至少一个导电元件之间的连接,同时通过弯边实现至少一个导电元件的弯曲。
依据本方法制成的印刷电路板结构可能包含本发明中印刷电路板结构的所有特征。依据发明方法,可能先生成初始平面电路板,比如与DE10108168C1中的方法一致,该方法中,以规定的方式将导电元件设置在导电材料构成的薄表面元件的内侧,并使其与表面元件接触并将其固定在表面元件的指定接触位置。然后,将一个固定的表面元件连接到表面元件内侧接触的导电元件上,比如以预浸材料或绝缘树脂铸成的固化层的形式。随后,生成薄表面元件,从其外侧开始,比如通过机加工,激光蒸发或蚀刻的方式完成,这样使得接触焊盘与表面元件的其他部分分离,并且相互离散绝缘。进而可能生成上述平面印刷线路板,比如,配有至少一个预定弯边,比如采用激光束切割方式去除印刷电路板材料或通过磨削方式进行机械去除。下一步,可在角度可调的印刷电路板结构的初始平面上进行电子或电气元件安装。作为备选方案,上述电气或电子元件可在印刷电路板部分间的角度调整完成后连接在至少一些接触焊盘上。
立体印刷电路板结构的电子线路和所有电气连接可在单个初始平面印刷电路板上一次生产完成。另外,进一步的加工,比如电子部件装配工作,校准,电路测试,检修和可选性修理,也可在印刷电路板的平面状态下进行。尤其是检修和修理在该平面状态下十分简便适宜,因为还没生成立体结构,不会妨碍线路单个部件的可及性。单个印刷电路板部分相互之间成角度的设置可通过弯曲与印刷电路板部分相互连接的柔性导电元件轻松完成。进一步而言,上述成角度设置的一个有利之处是可以较好实现不同线路区域的热量,电气或电磁分离或解耦。另外,印刷电路板结构的上述成角区可用于添加显示和或输入部件和套管,比如在正面,也可能在不同的安装层。
此外,通过本发明中的方法,也可通过连接一包含六个印刷电路板部分的长方体生产闭合印刷电路板外罩,前述印刷电路板部分源自一个角度可调的平面印刷电路板结构,进而制成闭合印刷电路板外罩,其可内外装配。
按上述方式,可将部件安装在外罩内,用以防止比如冷凝水分,化学品或其他有害影响或极端热扰动的危害。在此,也可保护安装在印刷电路板外罩内的线路部件,使其不受环境变化的影响,也可调节其温度,保护其不受通风影响,进而避免部件功能和精度的损坏或提前老化的问题。另一个重要方面是静电和电磁屏蔽,即所谓的静电敏感部件“ESD保护”以及对人员和电子部件高压保护。
并且,按上述方式,非授权人员企图的不被期望的观察,接触或修理均被有效阻止。另外本发明中的方法允许提供非常紧实,稳固且机械强度高的印刷电路板结构,其特点是各个印刷电路板部分之间的导电连接十分可靠,生产时误差率极低,使用后故障率极低。尤其是当导电元件嵌入或导入印刷电路板结构和弯边的保护区域时,其几乎排除了生产过程后这些导电元件的继发损害。
本发明的进一步优化开发应包括如下特点:
导电元件可焊接到接触焊盘上。通过此方法,连接区域可实现可靠性高、经济高效的连接。
一个印刷电路板部分可按位置固定到另一个印刷电路板部分,这样,一个稳定且机械坚固的立体印刷电路板结构即可生成。
导电元件可能与平面上的(未加工制成)接触焊盘和薄表面元件接触,薄表面元件至少部分导电,最好是导电箔片,随后,将用绝缘固定剂对表面元件进行铸型或压制,其中最好包含一固化层,至少在生产印刷电路板的截面上的导电元件旁侧。通过本步骤,一个机械稳定且耐久的印刷电路板产品可由表面元件制成,比如导电铜箔,其可以多种方式进行机加工和装配。
印刷电路板结构在塑性状态下可沿弯边成角度。该步骤允许对通用设计的印刷电路板载体结构进行再成形,比如无需去除材料,将其改造成立体结构,并在加工过程中得到坚固且机械稳定的产品,无需在印刷电路板材料凝固或固化后采取其他稳定措施,比如聚合。
此外,印刷电路板塑性状态下可沿弯边生成凹槽,这样在大批量生产时,可采用极其简单且成本低廉的方法使印刷电路板结构变得易弯曲,进而避免机械再加工的工序。
进一步而言,在凝结或固化前,在沿弯边的凹槽中嵌入填充材料,这样无需对印刷电路板结构进行机械加工即可生成预定变形线或分型线。
另外,沿弯边去除印刷电路板材料可用激光束切割进行加工,这样实现高速加工,并能避免移除材料沉积在剩余的印刷电路板结构上。
作为备选,沿弯边去除印刷电路板材料可由机械去除,最好采用磨削或锯削的方式。这是一个高效且能灵活生产弯边的方式,尤其是在小批量和中批量生产中。
去除印刷电路板沿弯边的材料后,上述凹槽可能与导电元件隔开,并且最好在导电元件上方保留原印刷电路板厚度的5%-30%的厚度。通过前述实施方案,一方面可取得变形区域的良好稳定性,避免拉紧,剪切或弯曲过程中的锻粗变形对导电元件产生的机械损坏,另一方面,可用简单节省的方式,确保在去除印刷电路板沿弯边材料过程中,在成角度区域延伸的导电元件不受意外损坏,甚至保有相对较高的制作容差,且无需采取额外措施。但是,也有可能完全去除导电元件平面下方的印刷电路板材料,并保证导电元件上方无任何印刷电路板材料。
另外,可在去除印刷电路板沿弯边材料之前,去除导电表面元件。用这种方法,可靠避免印刷电路板结构机加工过程中的意外金属去除,并且,在角度调节后防止印刷电路板结构导电表面区域的接触。
印刷电路板结构的角度调整可从材料去除一侧开始调整或向该侧调整。第一种情况中,较窄凹槽,较低凹槽深度以及较少材料去除,可生产一个节点结构,其允许印刷电路板部分相互角度调整时不损坏导电元件,并且,在完成角度调整后,该结构保有良好的可及性,并且可能从外侧开始填充绝缘固定剂,并进行机械固定。另外,以凹槽形式可更好的进行并完成去除印刷电路板沿弯边材料的加工,并且角度加工可能受凹槽方向的影响。如果计划将印刷电路板结构的印刷电路板部分间的角度调整90°,可用铣刀将凹槽粉碎制成印刷电路板材料。这样在各个印刷电路板部分之间可得到一个间隙,并对其进行简单的机械固定。另外,也可采用配90°以上刀角的铣刀进行加工,如果印刷电路板结构的印刷电路板部分间的角度调整90°的话,各个成角度的印刷电路板部分之间的分割间隙有助于印刷电路板部分间更好的电气和热分离。
进一步而言,用于制造印刷电路板的绝缘固定剂可能包括一层固化层,其设置在导电元件附近,在进行印刷电路板部分角度加工时应至少保留部分固化层。本实施方案适用于普通印刷电路板,大部分情况下,用固化压层,比如玻璃纤维布对普通印刷电路板进行机械固定。此处,玻璃纤维布越硬,可导致更严重的工具磨损,但其不必进行机械去除。同时,印刷电路板结构的单个印刷电路板部分之间的连接区应设置高效稳固元件,其可吸收拉力,进而有效阻止连接区域的磨损。该稳固元件一方面保护导电元件在印刷电路板部分间成角度时不受机械损坏,另一方面,在用绝缘固定剂填充成角凹槽后,使成角区域保有良好的机械稳固性。另外,固定层确实压紧上述导电元件,进而保护其在移除沿弯角材料过程中不受意外损坏。随后对沿弯边的凹槽填充绝缘固定剂。这样的话,在角度加工后印刷电路板结构的印刷电路板部分相互绝缘并且在机械固定后连接成实用性的立体印刷电路板结构。
另外,至少一个印刷电路板部分可进一步制成至少两个印刷电路板部分。用这种方式,可生产比如包括两个平行装配面的U-形立体印刷电路板,其可从两侧安装,并且已进行电气和热隔离或解耦。
另外,假设一个平面印刷电路板,对至少六个印刷电路板部分进行角度调节使其构成一个闭合外罩的侧面。上述结构十分紧实且机械坚固,并由大量重要的优点。这样,可在外罩内安装部件,比如保护部件不受冷凝水分,化学品,或其他有害影响或极端热扰动的影响。在此,可保护安装在印刷电路板外罩内的部件不受交替环境影响,并且可能进行温度控制和通风屏蔽,进而可能防止功能和精度受损或提前老化的问题。一个重要的方面是静电和电磁屏蔽,一个所谓的静电敏感部件“ESD保护”和对人员、导电元件的高压保护。另外,这种方式也可有效阻止非授权人员企图的不被期望的观察,接触或修理。另外本发明中的方法允许提供非常紧实,稳固且机械粗糙化的印刷电路板结构,其特点是个体印刷电路板部分之间的导电连接十分可靠,生产时误差率极低,使用后故障率极低。此外,导电元件的外露表面可能配有至少一个绝缘材料覆盖层。这种方式中,可能采用其他合理的电绝缘层。
单个印刷电路板部分在弯边区暴露的导电元件随后被固定,并通过在进行角度调整前给导电元件加附至少一个绝缘材料覆盖层的方式对其进行保护。由于生产程序,印刷电路板部分将沿弯边相互接触或是至少直接相对,导电元件通过弯边延伸并被嵌在各个印刷电路板部分与由材料粘合剂粘合的至少一层绝缘材料覆盖层的任意一侧。
另外,至少一些接触焊盘,电气或电子部件在角度调整之前或之后进行连接。因此,生产过程得到一些优化可能。比如平面状态下机械,电气和电子部件装配,校准,线路测试,检修和可选性修理进行一系列优化,平面状态下印刷电路板不受立体结构的阻碍。另一方面,开始时不适合安装用以保护电气和电子部件在印刷电路板机械处理过程中不受损坏的敏感部件或安装在成角结构外侧的部件。
本发明中上述方案仅代表可实现本发明主题设计的一种选择,本发明的主题一部分在各个从属权利要求中给出,一部分在说明书中进行讨论。这些具体设计方案可单独使用也可在技术可实现可合理的情况下与上述设计变型组合使用。
下面,通过实施例和参考附图本对本发明进行更加详细的说明。
附图简要说明
在图中:
图1是本发明所述印刷电路板结构的原理透视图;
图2是图1的II-II剖面图,为达到说明目的,印刷电路板结构厚度不按比例显示;
图3是图2穿过弯边的III-III部分剖面图;
图4是非变形和未装配状态下一个成形件的平侧面示意图。
优选方案的详细描述
图1给出了本发明所述的角度可调和成角度印刷电路板结构1的原理透视图,它包括两个平面印刷电路板部分2,3,两部分互成角度设置。嵌装在印刷电路板结构1中的导电元件4在分别位于不同印刷电路板部分2,3上的两个接触焊盘5之间延伸,并且与上述接触焊盘导电连接。如图1中所示,印刷电路板部分2,3互成角度,并通过至少一个导电元件4保持接触焊盘5的连接,并且借助两印刷电路板部分2,3之间的弯边6实现上述至少一个导电元件4的弯曲。根据本发明,如横截面所示,导电元件4大致沿弯边6延伸而非垂直于弯边。就现在的情况,弯边6在印刷电路板结构1的内弯侧BI穿过弯曲波峰从印刷电路板结构1的一个边界侧向其相对边界侧沿直线延伸。
对于导电元件4,最好考虑所谓的扁线或板状成形件40。.
扁线,例如,可以是铜导线,通过挤压加工制成。选取的导线的形状和方向应使得导线,如横截面所示,大致沿弯边6延伸而非垂直于弯边。如果导线有一个近似矩形的横截面,横截面的边应大致沿弯边6或其平行方向延伸。最好使用厚度D4为100μm、宽度B4约为1000μm的铜线(参见图3).
在另一方案中,使用板状成形件40作为导电元件4,图示中给出的成形件的一个平面侧41处于未弯曲且拆分状态,比如图4中所示。成形件40,例如,由铜制成并且可能与板状工件分离,尤其是通过冲压方式。成形件40至少部分嵌入印刷电路板结构1中,所以成形件40的至少一个平面侧41以平齐方式越过印刷电路板结构1的一个相邻表面,并且成形件40的一个平面侧41方向是平行于印刷电路板结构1的平面。成形件40的厚度最好为(大于)100μm,成形件40的宽度最好大于导线的宽度。因此,印刷电路板部分间可传送更大流量的电流和热量。图4中给出的成形件40包含一个矩形截面,其最好总是沿弯边6延伸。成形件40一般安装在印刷电路板结构1上,这样使弯边6的方向与成形件40的长边界侧42a垂直,并且平行于成形件40的短边界侧42b。凹处43从成形件40的长边界侧42a开始融入成形件40中。此外,成形件包含一个贯穿孔44,其穿过成形件40沿垂直于平面侧41的方向延伸,贯穿孔44大致呈槽状设计,并沿平行于成形件40的长边界侧42a的直线持续延伸。装配状态下,贯穿孔最好填充绝缘固定剂9,并由其渗透。另外,成形件40包括一个开口45,其从平面侧41部分开始,延伸进入成形件40,开口大致呈凹槽状设计,沿平行于成形件40的长边界侧42a的直线持续延伸并平行于贯穿孔44的延伸方向。开口45在装配状态最好填充绝缘固定剂9.印刷电路板结构1在可供使用状态时,接触焊盘5分别设置在印刷电路板部分2,3的一个表面并与导电元件4从上方接触,并且,按计划,与每一个电子元件从底部接触,因此,导电元件4和电子元件分别设置在接触焊盘5的不同平面上。接触焊盘5与导电元件4间和/或接触焊盘5与电子元件间的接触应至少在一个接触位置,通过焊接、粘接、钎焊或导电粘附的方式实现。每个接触焊盘5最好由设置在印刷电路板结构1表面上的薄导电表面元件8,比如铜箔片,厚度为比如说35μm,通过蚀刻制成。用蚀刻的方法去除区域内部分表面元件8,例如,含有几条带状导体80和接触焊盘5的完整导电图即可生成。如图1所示,几个接触焊盘5和/或几个导电元件4可通过至少一条蚀刻带状导体80通信。在当前范例中,蚀刻带状导体80通过弯边6从第一个印刷电路板部分2中的蚀刻接触焊盘5向第二个印刷电路板部分3中的另一个蚀刻接触焊盘延伸,并在外弯侧BA上延伸,因此带状导体80应径向设置在导电元件4的外侧,以印刷电路板结构1的弯曲半径BR为依据。作为备选方案,至少一条带状导体80可能在内弯侧BI上延伸。由于外弯侧BA上的弯曲半径大于内弯侧BI上的弯曲半径,带状导体80在外弯侧BA上的弯曲度或机械负载小于其在内弯侧BI上的弯曲度或机械负载。
在印刷电路板部分2,3之间有一个变形部分7,其目的是通过导电元件4越过弯边6的弯曲易化印刷电路板结构1的角度调整。为此,应降低沿弯边6的变形部分中印刷电路板结构1的硬度和强度,通过与相邻印刷电路板部分2.3相关的内弯侧BI上的材料去除方式实现,这样的话,在内弯侧BI上沿弯边6可形成一个宽度固定的凹槽11,当印刷电路板结构1随着导电元件越过弯边6的弯曲成一定角度时,凹槽从凹槽底部到凹槽开口逐渐变窄。为了固定印刷电路板结构1的成角状态,可在凹槽11中加入填充物。作为另一选择,沿弯边6的变形部分中,印刷电路板结构1的硬度和强度可能因为材料去除而降低,并且与相邻印刷电路板截面2,3相关的外弯侧BA上也是一样,因此,外弯侧BA上沿弯边6可形成一个宽度固定的凹槽,其相应地扩宽了当印刷电路板结构1随着导电元件越过弯边6的弯曲成一定角度时凹槽底部到凹槽开口的距离。同样,在该凹槽11中,应加入填充物,用以固定印刷电路板结构1的成角状态。在当前范例中,内弯侧BI上印刷电路板结构1的弯曲半径BR约为6mm,其半径方向上印刷电路板结构1的厚度D1约在200-300μm的范围内。
绝缘固定剂9将几个导电层与导电表面元件8分离,并且,如横截面所示,包围上述导电元件4的大部分周长,其中绝缘固定剂9也可能设置在接触焊盘5和导电元件4之间除接触位置以外的地方。绝缘固定剂9进一步包括一加固物,如横截面所示,其在边界侧和/或两平面侧覆盖导电元件4,最好也在外弯侧BA和内弯侧BI处的变形部分7中。在电绝缘印刷电路板结构1中,如图1所示,完成了相应地电气或电子电路,除了包括至少一条延伸在印刷电路板表面的电气带状导体80,其也包括至少一个设置在印刷电路板结构1内的导电元件4。
本发明中印刷电路板结构1的生产说明如下:
首先,导电元件4与后来的接触焊盘5通过铜箔8在预定区域接触,完成接触的方法包括比如焊接,粘合,钎焊,焊接粘附或类似方法。举例来说,导电元件4上配有一个绝缘层用以在多个平面中层叠设置导电元件4。在铜箔8与导电元件4接触完成后,铜箔8可形成一个平面印刷电路板,比如通过与一个稳定化表面元件压制形成。这种包括写线的印刷电路板1的设计和生产可从比如DE10108168C1中得知。例如,一个多线印刷电路板可能通过使用写线方法类似生产,其中,在薄导电表面元件8的内侧,比如铜箔8,应按规定方式设置相应的导电元件4,并将其固定在表面元件8的指定接触位置上。随后,在接触导电元件4的薄导电表面元件8的内侧,固定绝缘固定剂9构成的稳定化表面元件。这可通过比如压制预浸材料或铸造固化层例如合成树脂层的方式实现,然后矫正该混合物。随后,通过从其外侧部分蚀刻的方式生成薄表面元件8,这样的话,接触焊盘5和/或至少一个带状导体80可与表面元件8的其他部分分离,并且相互电绝缘。相应地写线印刷电路板包括比如其他蚀刻带状导体80,其与接触焊盘5导电连接。用绝缘固定剂9各自间隔,印刷电路板1可能包括几层薄导电表面元件8,如图2所示。在备选生产流程中,导电元件4应用在绝缘固定剂9构成的板状基片上,其外部两侧各自包含一个薄导电表面元件8。随后,通过部分材料去除,从薄导电固体区域8中加工出接触焊盘5和带状导体80。电气元件可能,比如在完全电镀过程中,与在板状基片另一侧的成形件连接。
在当前范例中,导电元件4和带状导体80被嵌入布线平面或设置在印刷电路板1的上面。因而在当前情况下,单个印刷电路板结构1上可实现蚀刻条形导体80的结合和与平导电元件4的连接。在此,蚀刻条形导体80可能被设置在印刷电路板结构1的印刷电路板部分2,3上,并且其分布方式能使得导电元件4与零条或至少一条蚀刻带状导体80一起在单个印刷电路板部分2,3间延伸。同样的,印刷电路板部分2,3中也可实现电气交互连接,其包括至少一个仅与该印刷电路板部分2,3相联系的导电元件4。此外,至少在一些接触焊盘5上,电气或电子元件可能在调整角度之前或之后进行连接。
为了生产立体印刷电路板结构1,应将凹槽11通过比如磨削或锯削入印刷电路板材料或印刷电路板绝缘材料,按照进一步生产步骤,在两个印刷电路板部分2,3之间的变形部分7上,从印刷电路板结构1的平面侧开始,最好是沿在印刷电路板部分2,3间延伸的导电元件4的延伸方向横向进行。在过程中,应注意不能损坏连接印刷电路板部分2,3的导电元件4。在此,应在随后形成的内弯侧BI和/或外弯侧BA上的导电元件4上方留下几百微米的印刷电路板材料,用以排除损坏导电元件4的风险,确保连接区更好的机械稳定性。但是,也可完全去除导电元件4层下方的印刷电路板材料,使得导电元件4上不存在任何印刷电路板载体材料。至少一条蚀刻带状导体80最好这样设置以使其不会因沿弯边6去除材料而被打断,也就是说,尤其是各自另一侧的材料去除或者,当内弯侧上完成材料去除后,在外弯侧BA上的材料去除,或者反之亦然。但是,一个分离条形导体结构和/或导电元件结构可能各自分别与印刷电路板部分2,3相联系,该结构仅与印刷电路板结构和/或通过导电元件与另一个印刷电路板部分2,3的导电元件结构导电连接。
然后,沿弯边6折叠印刷电路板部分2,3,如图2所示。届时,导电元件4从其设立开始即被作为固态接头,除了电气连接,其还可充当印刷电路板部分2,3之间的机械连接,另外,该导电元件也十分灵活。它也可通过未去除的印刷电路板材料和嵌在印刷电路板结构1上的固化层的未去除部分对印刷电路板部分2,3之间的结合区进行机械强化,并保护导电元件4在沿弯边6生成凹槽时不受损坏,并且在折叠过程中避免过多的拉伸、剪切或缩锻。印刷电路板部分2,3可能相互接触,比如,沿弯边6,并且在它们之间延伸的导电元件4届时将通过材料粘合剂嵌入绝缘固定剂9的两侧并通过弯边6延伸。
最后,可能按照相互位置固定印刷电路板部分2,3,比如通过粘合或填充凹槽11或附加角度保持三维形状的方式进行。
为生产发明的印刷电路板结构1,可相互连接分立的接触焊盘5和导电结构,比如通过平导电元件4设置在支撑层并由其生成相应地印刷电路板,比如通过粘合或用稳定化表面元件压制的方式完成。作为备选方案,也可以在设置导电元件4之后但未对成品印刷电路板结构1进行角度加工之前,对设置在表面的铜箔8进行蚀刻,目的是由铜箔8加工出接触焊盘5,并将其与铜箔8的其他部分分离,并使它们相互绝缘。由于已经从现有的线路布局中获知接触焊盘5,导电元件4与实际还不存在的接触焊盘5之间的连接可提前完成。随后,设有导电元件4的铜箔表面届时可能覆盖一层绝缘固定剂9构成的机械稳固的电绝缘层,例如,通过压制其内嵌入固化纤维布的预浸材料和与导电元件4的表面轻微接触的铜箔8的方式完成。
Claims (9)
1.角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),具有至少两个相互成角度排列或设置的印刷电路板部分(2,3),其中印刷电路板结构(1)包含至少一个在两个接触焊盘(5)之间延伸的导电元件(4),并与所述接触焊盘(5)导电连接,其中两个接触焊盘(5)分别位于不同印刷电路板部分(2,3)上,印刷电路板部分(2,3)角度可调和/或互成角度,并保持接触焊盘(5)和至少一个导电元件(4)之间的连接,同时通过印刷电路板部分(2,3)间的弯边(6)实现至少一个导电元件(4)的弯曲,在导电元件(4)的横截面中,导电元件(4)沿弯边(6)延伸而非垂直于弯边,其特征在于:印刷电路板结构(1)包含一个在印刷电路板部分(2,3)之间具有弯边(6)的变形部分(7),在变形部分(7)中,电路板材料被部分移除且在导电元件(4)上方留有一些电路板材料,印刷电路板结构(1)包括绝缘固定剂(9),绝缘固定剂(9)至少在边界侧和至少一个平面侧覆盖至少一个导电元件(4)。
2.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,导电元件(4)是至少满足下列要求之一的导线:
a)导线由导电材料构成;
b)导线通过挤压加工制成;
c)导线有多边形横截面,其中,横截面的边沿弯边(6)延伸或平行于弯边的方向延伸;
d)导线,在沿弯边(6)延伸的横截面上具有10-500μm范围的厚度(D4);
e)导线的宽度(B4),在沿弯边(6)延伸的横截面上,至少为导线厚度(D4)的1.5-100倍;
f)至少导线的大部分应嵌入印刷电路板结构(1);
g)导线应做粗糙处理;
h)导线应做化学粗糙处理;
i)导线应做机械粗糙处理。
3.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,导电元件(4)是至少满足下列要求之一的板状成形件(40):
a)成形件(40)由导电材料构成;
b)成形件(40)的至少一部分截面嵌入印刷电路板结构(1)中;
c)成形件(40)的平面侧(41)平行于印刷电路板结构(1)的至少一个平面;
d)成形件(40)至少一个平面侧(41)应平穿过印刷电路板结构(1)的一个相邻面;
e)成形件(40)应与板状工件分离;
f)成形件(40),在沿弯边(6)延伸的横截面上,具有50-500μm范围的厚度;
g)成形件(40)的宽度,在沿弯边(6)延伸的横截面上,至少为成形件厚度的5倍;
h)成形件(40),在沿弯边(6)延伸的横截面上,包括一个矩形横截面;
i)成形件(40)的厚度,在沿弯边(6)延伸的横截面上是固定的;
j)成形件(40)至少应映射在印刷电路板结构(1)的一部分;
k)成形件(40)包括至少一个凹槽(43),该凹槽从成形件(40)边界侧(42)开始从成形件(40)上加工而成;
l)成形件(40)包括至少一个横向的、垂直延伸的贯穿孔(44),穿过成形件(40)延伸到成形件(40)的一个平面侧(41)或边界侧(42),贯穿孔(44)包含一个圆形、椭圆形、三角形、四边形或五角形轮廓,其中贯穿孔(44)呈槽状设计,并沿直线或曲线连续或间续延伸,用绝缘固定剂(10)填充贯穿孔(44),至少部分填充;
m)成形件(40)包含至少一个开口(45),该开口从成形件(40)的平面侧(41)或边界侧(42)部分延伸到成形件(40)内;
n)当从成形件(40)的平面侧(41)观察时,成形件(40)和/或成形件(40)的一部分为I形、L形、T形、H形、S形、O形、E形、F形、X形、Y形、Z形、C形、U形或Ω形;
o)几个成形件(40)设置在印刷电路板结构(1)的同一平面或不同平面上;
p)至少大部分成形件(40)应嵌入印刷电路板结构(1)内;
q)成形件(40)应做粗糙处理;
r)成形件(40)应做化学粗糙处理;
s)成形件(40)应做机械粗糙处理。
4.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,至少一个接触焊盘(5)应满足至少一点下列要求:
a)接触焊盘(5)设置在印刷电路板结构(1)的表面;
b)接触焊盘(5)与导电元件(4)和/或至少一个电子元件在至少一个接触位置上接触;
c)接触焊盘(5)与导电元件(4)和/或接触焊盘(5)与至少一个电子元件在至少一个接触位置的接触可通过焊接、粘合、钎焊或导电粘附实现;
d)接触焊盘(5)由金属制成;
e)接触焊盘(5)由导电表面元件(8)加工而成;
f)接触焊盘(5)的厚度在1-200μm的范围内;
g)应在接触焊盘(5)和导电元件(4)之间的至少一个位置使用绝缘固定剂(9);
h)几个接触焊盘(5)和/或几个导电元件(4)由至少一条带状导体(80)连接;
i)该接触焊盘(5)设计用于电气连接和./或电子元件。
5.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,弯边(6)至少应满足下列要求的一点:
a)弯边(6)具有线形设计;
b)弯边(6)至少部分沿直线和/或曲线延伸;
c)弯边(6)从印刷电路板结构(1)的一个边界侧延伸到印刷电路板结构(1)的相对边界侧;
d)弯边(6)通过弯曲波峰,在印刷电路板结构(1)的内弯侧(BI)延伸;
e)弯边(6)在印刷电路板结构表面或其平行平面上延伸。
6.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,变形部分(7)至少应满足下列要求的一点:
a)相对于相邻印刷电路板部分(2,3),变形部分(7)中的印刷电路板结构
(1)的硬度和/或稳定性和/或强度被削减;
b)在变形部分(7)中,内弯侧(BI)和/或外弯侧(BA)位置上电路板材料至少部分被去除,采用磨削、锯削或激光加工的方式进行;
c)在变形部分(7)中,印刷电路板结构(1)包含至少一个凹槽(11),其在内弯侧(BI)和/或外弯侧(BA)至少部分沿弯边(6)延伸,应在凹槽(11)中加入填充物,以此固定印刷电路板结构(1)的成角度状态;
d)在变形部分(7)中,在内弯侧(BI)印刷电路板结构(1)和/或导电元件(4)的弯曲半径(BR)应在0.05-10mm的范围内;
e)在变形部分(7)中,印刷电路板结构(1)的厚度(D1)应在100-1000μm的范围内;
f)变形部分(7)形成一个固态接头,可用以彼此相对灵活移动地印刷电路板部分(2,3)。
7.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,印刷电路板结构(1)包含至少一个至少部分导电的薄表面元件(8),该元件至少应满足下列要求的一点:
a)表面元件(8)为导电箔片;
b)表面元件(8)轧制制成;
c)表面元件(8)的厚度在10-100μm范围内;
d)至少一个表面元件(8)设置在印刷电路板结构(1)表面的至少部分位置;
e)至少一个表面元件(8)设置在上述印刷电路板结构(1)表面下方且与印刷电路板结构(1)表面平行的至少部分位置上;
f)表面元件(8)应进行部分去除,以形成至少一条带状导体(80)和/或至少一个接触焊盘(5);
g)表面元件(8)加工出至少一条带状导体(80)和/或至少一个接触焊盘(5);
h)由表面元件(8)加工而成的至少一个表面元件(8)或至少一条带状导体(8)和/或接触焊盘(5)从印刷电路板部分(2)经弯边(6)向另一个印刷电路板部分(3)延伸;
i)至少一个表面元件(8)应设置在印刷电路板结构(1)的外弯侧(BA)或内弯侧(BI);
j)至少一个表面元件(8)以印刷电路板结构(1)的弯曲半径(BR)为依据径向设置在至少一个导电元件(4)外面。
8.根据权利要求1所述的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1),其特征是,印刷电路板结构(1)中包含绝缘固定剂(9),该绝缘固定剂至少满足下列要求中的一点:
a)绝缘固定剂(9)分隔出至少两层导电层;
b)绝缘固定剂(9)包围至少一个导电元件(4),越过整个导电元件周长,除了与至少一个导电接触焊盘(5)的一个或几个接触位置;
c)绝缘固定剂(9)包含一种加固物。
9.根据前述任一项权利要求所述的具有至少两个印刷电路板部分(2,3)的角度可调和/或成角度印刷电路板结构(1)的生产方法,包括以下步骤:
a)制造具有至少一个导电元件(4)的印刷电路板平面,在导电元件(4)的横截面中,导电元件(4)平行于印刷电路板平面而非垂直于印刷电路板平面,其中,导电元件(4)在两个接触焊盘(5)间延伸,并与上述接触焊盘(5)导电连接,这两个接触焊盘(5)分别位于不同印刷电路板部分(2,3)上;
b)通过部分移除导电材料且在导电元件上方留有一些导电材料形成变形部分,该变形部分包含印刷电路板部分(2,3)之间的至少一个弯边(6);其中,所述印刷电路板部分(2,3)相对于彼此角度可调,并且保持接触焊盘(6)和至少一个导电元件(4)之间的连接,同时通过弯边(6)实现至少一个导电元件(4)的弯曲。
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