CN105050335A - 一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法，用超声波连接双面印刷线路板的方法是在通过超声波做双面印刷线路板的导通连接时，超声波机器驱动焊接治具到双面印刷线路板的金属层表面做平行的超声振动，当高频振动波通过焊接治具传递到双面印刷线路板的两侧金属表面时产生的高密度能量逐渐催化印刷线路板中间的树脂层，最终使两侧的金属层内凹后熔接在一起，达到连接效果。用超声波焊接电子元件的方法是通过超声焊接治具的超声振动波产生的高密度能量使两个元件的金属表面相互摩擦而形成金属层之间的熔合，使元件间形成一种牢固的结合，从而达到焊接的效果。

Description

一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法

技术领域

本发明涉及电路板制造领域，具体地，涉及一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法。

背景技术

目前的通信电子产品和设备制造领域中应用最广泛的电子件金属面与金属面之间的焊接方式有点锡膏焊接，激光焊接，回流焊接和波峰焊接等。很多电子产品的空间设计和性能要求会局限锡膏的面积和焊接方式的选择。

双面印刷电路板的导通连接方式主要有通过激光打孔或钻孔后在孔内填充金属来连接导通，填充金属的工序比较多，价格也比较高。为了减少元器件焊接以及双面印刷电路线的双面焊接导通，急需要一种能够避免上述问题的新型焊接方式。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法。

根据本发明提供的一种用超声波连接双面印刷线路板的方法，所述双面印刷线路板包括树脂层和设于所述树脂层两侧的金属层，该方法包括：

超声焊头对所述双面印刷线路板的至少一所述金属层施力将该金属层压向所述树脂层，并向所述金属层传递超声振动，使得该施力位置的金属层被压陷入因所述超声振动而被催化的树脂层中；

持续所述施力和对所述金属层超声振动的驱动，使得其与另一侧的金属层接触熔接。

作为一种优化方案，所述超声振动的振动方向与所述树脂层表面平行。

作为一种优化方案，所述金属层为铜层，或铁层，或铝层，或锡层，或银层，或金层，或以上金属的合金。

作为一种优化方案，所述树脂层包括PI，或PET，或PEN，或上述材料中一种与胶的组合层。

基于同一发明构思，本发明还提供一种用超声波焊接电子元件的方法，用超声焊头对第一元件施力将该第一元件压向第二元件，并驱动所述第一元件在所述第二元件表面做循环往复的超声振动，同时对工件施加一定压力，使得所述第一元件与第二元件的接触表面相互摩擦而形成金属层之间的熔合。

作为一种优化方案，所述超声焊头与所述第一元件之间的摩擦系数大于所述第一元件与所述第二元件之间的摩擦系数。

作为一种优化方案，所述第一元件和或第二元件的可焊接厚度小于2毫米。

作为一种优化方案，

所述第一元件包含软PCB板，或硬PCB板，或电缆线，或电子元件，或端子，或接点，或连接器；所述第二元件包含软PCB板，或硬PCB板，或其它零件金属焊接面。

作为一种优化方案，所述第一元件和第二元件的接触面为相同材质的金属面。

作为一种优化方案，所述第一元件和第二元件的接触面为不同材质的金属面。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明的优点是焊接材料不熔融，不脆弱金属特性，焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零，对焊接表面要求低，氧化或电镀均可焊接，焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料，无火花，环保安全。极大的满足眼下电子产品的空间设计利用率，可靠性能要求和外观要求，简化制造工艺，降低成本。

适用于各种电缆线、电子元件、端子、接点、连接器与软硬印刷线路板和其它零件金属面之间的焊接。不同材质的金属箔片、软硬印刷线路板、其它零件金属面之间的焊接。

该工艺方法简单直接，工序少，加工时间短，成本低廉，适用于金属层小于0.2um，总厚度小于3mm的双面印刷线路板。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是可选实施例中的双面印刷电路板导通焊接示意图；

图2是可选实施例中的一种软硬PCB板焊接示意图；

图3是可选实施例中的一种芯片焊接示意图。

图中序号分别为：1、2、72、102-铜箔层，3、73、103-树脂层，41、42、43-超声焊头，51、52、53-焊接底座，6-双面印刷电路板，61-导通连接区域，7、10-硬PCB板，71、101-表面油漆保护层，8-软PCB板，9-电子元件。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

本发明的目的在于提供一种用超声波连接双面印刷线路板和焊接电子元件的方法，这两种方法都是基于同一原理：通过超声波传递在工件接触面产生高频振动，高频振动产生高密度能量从而完成两工件之间的焊接。

1、通过超声波焊接机器的高频机械震动产生的高密度能量使两个零件的金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，使工件间形成一种牢固的结合，从而达到焊接的效果。

2、在通过超声波做双面印刷线路板的导通连接时，高频机械震动产生的高密度能量配合定制的焊头，当高频振动波传递到双面印刷线路板的两侧金属表面，再施以一定的压力，产生的高密度能量催化印刷线路板中间的树脂层，使两面的金属层内凹后熔接在一起，达到连接效果。

在本发明提供的一种用超声波连接双面印刷线路板的方法的实施例中，所述双面印刷线路板包括树脂层和设于所述树脂层两侧的金属层，其特征在于，该方法包括：

超声焊头对所述双面印刷线路板的至少一所述金属层施力将该金属层压向所述树脂层，并向所述金属层传递超声振动，使得该施力位置的金属层被压陷入因所述超声振动而被催化的树脂层中；

持续所述施力和对所述金属层超声振动的驱动，使得其与另一侧的金属层接触熔接。

上述步骤在实际操作中可以细化为下述步骤：

S1:将要连接导通的双面印刷线路板置于焊接治具上；

S2:超声波焊接头提供压力和高频振动到双面线路板需要导通的区域；

S3:作用一定的时间后，实现两层金属电连接。

将要连接导通的双面印刷线路板置于焊接治具底座中，超声波机器驱动上焊头下降到所述双面印刷线路板的第一金属层表面时同时驱动上焊头做平行于双面印刷线路板金属层的高频机械往复振动，当高频振动波通过焊接治具传递到双面印刷线路板的两侧金属表面时产生的高密度能量逐渐催化印刷线路板中间的树脂层，且所述上焊头持续下降施力和对所述金属层超声振动的驱动，使两侧的金属层内凹，最终使得两侧的金属层接触熔接。本实施例中所述高频振动为超声波振动。

本实施例所述超声振动是指超声焊头的高频振动波传递到双面印刷线路板的金属层时，金属层被驱动产生的高频振动。这种振动使得金属层与树脂层之间产生了相对摩擦。所述金属层被施力位置与所述树脂层之间振动产生的高密度能量使得这部分树脂被催化，从而使得附近的金属层在压力下被压入树脂层，形成凹陷。

本实施例中，可以仅对一侧的所述金属层施力以及驱动其超声振动，从而使得该金属层在施力位置发生凹陷，直至该凹陷进入并穿过所述树脂层连接至另一面的金属层，凹陷下去的金属层在所述焊头的压力以及超声振动下与所述另一面的金属层熔接。

而作为一种优化方案，可以在两侧均以超声焊头施力及驱动所述超声振动，两侧金属层均向内凹陷，在树脂层中熔接实现双面印刷线路板的两侧电路连接导通。

作为一种实施例，所述超声振动的振动方向与所述树脂层表面平行。

在通过超声波做双面印刷线路板的导通连接时，高频机械震动产生的高密度能量配合定制的焊头，当高频振动波传递到双面印刷线路板的两侧金属表面时，再施以一定的压力，产生的高密度能量催化印刷线路板中间的树脂层，使两面的金属层内凹后熔接在一起，达到连接导通的效果。

该工艺方法简单直接，工序少，加工时间短，成本低廉，适用于金属层小于0.2um，总厚度小于3mm的双面印刷线路板。

作为一种实施例，所述金属层为铜层，或铁层，或铝层，或锡层，或银层，或金层，或以上金属的合金。

作为一种实施例，所述树脂层包括PI，或PET，或PEN，或上述材料中一种与胶的组合层。

如图1所示的双面印刷电路板6导通焊接示意图，图1中双面印刷电路板6由铜箔层1、铜箔层2以及树脂层3构成，铜箔层1和铜箔层2分别贴于树脂层3的上下面。在传统工艺中，给了使两面相互连接导通，通常需要在双面印刷电路板6上打孔贯穿三层，然后填充金属从而实现两面的电性导通。但填充金属的工序比较多，价格也比较高。本发明克服了这个问题，用带有突起的超声焊头41以及带有对应突起的焊接底座51从上下两面夹住待处理的所述双面印刷电路板6，超声焊头41通电后向所述铜箔1传导振动方向与所述树脂层3表面平行的超声波，超声波振动方向如图1所示。这种高频振动的传递使得树脂层3与两铜箔层1、2的两接触面相互产生高密度能量，从而催化超声焊头41所压位置的树脂，铜箔层1和铜箔层2又分别在带有突起的超声焊头41以及带有对应突起的焊接底座51的压力下向树脂层3形成内凹，直至铜箔层1和铜箔层2相互接触。铜箔层1和铜箔层2接触后同样在接触面产生相对高频振动，从而开始熔接。熔接至合适厚度后形成导通连接区域61，达到连接导通的效果。该实施例中无需打孔和填充金属的工序，操作简单，便于集成入流水线大规模生产中。

基于同一发明构思，本发明提供的一种用超声波焊接电子元件的方法的实施例，用超声焊头对第一元件施力将该第一元件压向第二元件，并驱动所述第一元件在所述第二元件表面做循环往复的超声振动，同时对工件施加一定压力，使得所述第一元件与第二元件的接触表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。

上述步骤在实际操作中可以细化为下述步骤：

S1:将要焊接的电子元件分别置于焊接治具上；

S2:超声波焊接头同时提供压力和高频振动到两个电子元件的焊接区域；

S3:作用一定的时间后，元件间金属焊接表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。

超声波机器驱动上焊头下降到所述第一元件表面将该第一元件压向所述第二元件，同时驱动上焊头带动所述第一元件在所述第二元件表面做高频机械往复振动，且所述上焊头持续下降施力和所述超声振动的驱动，使得所述第一元件与第二元件的金属焊接表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，使元件间形成一种牢固的结合。

在焊接过程中，电路板作为第二元件固定，待焊接的电阻、芯片、电缆线、套管等元件作为所述第一元件以一定的频率在第二元件的表面进行循环往复的振动，同时对第一元件施加压向电路板的压力，使得第一元件紧贴在电路板上。待焊接的电阻、或芯片、或电缆线、或套管与电路板接触且接触表面因超声振动而相互摩擦形成分子层之间的熔合，从而使得待焊接的电阻、或芯片、或电缆线、或套管与电路板之间形成一种牢固的结合，从而达到焊接的效果。整个焊接过程可以被精确地控制，同时不会在金属表面产生多余的热量，焊接牢度强。

本发明的优点是焊接材料不熔融，不脆弱金属特性，焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零，对焊接表面要求低，氧化或电镀均可焊接，焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料，无火花，环保安全。极大的满足眼下电子产品的空间设计利用率，可靠性能要求和外观要求，简化制造工艺，降低成本。

本发明适用于各种电缆线、电子元件、端子、接点、连接器与软硬印刷线路板和其它零件金属面之间的焊接。不同材质的金属箔片、软硬印刷线路板、其它零件金属面之间的焊接。

作为一种实施例，待所述熔合至预设程度时停止对所述第一元件超声振动的驱动；待所述熔合稳固，停止所述施力。

作为一种实施例，所述超声焊头与所述第一元件之间的摩擦系数大于所述第一元件与所述第二元件之间的摩擦系数。

作为一种实施例，所述第一元件和或第二元件的可焊接厚度小于2毫米。上述提到其它零件金属面的可焊接厚度和硬印刷线路板金属面的可焊接厚度均小于2mm。

超声焊头向第一元件传导超声波使得该第一元件相对于与其接触的第二元件产生相对振动的过程具体是：超声焊头向所述第一元件传导所述超声波使得该第一元件平行于与所述第二元件的接触面振动，所述超声焊头与所述第一元件之间的摩擦系数大于所述第一元件与所述第二元件之间的摩擦系数，因此超声焊头与第一元件之间不会发生位移。

作为一种实施例，所述第一元件包含软PCB板，或硬PCB板，或电缆线，或电子元件，或端子，或接点，或连接器；；所述第二元件包含硬PCB板。或软PCB板，或其他零件金属焊接面。

作为一种实施例，第一元件和第二元件的接触面为相同材质的金属面。

作为一种实施例，第一元件和第二元件的接触面为不同材质的金属面。

在如图2所示的硬PCB板与软PCB板焊接的实施例中，硬PCB板7置于焊接底座52上。所述硬PCB板7由表面油漆保护层71、铜箔层72、树脂层73构成，铜箔层72贴与树脂层73上表面，表面油漆保护层71覆盖铜箔层72的的上表面用于防锈，用于焊接软PCB板的焊接区域留空露出所述铜箔层72。软PCB板8被超声焊头42压于所述焊接区域上。所述超声焊头42开始工作后在平行于铜箔层72的方向上以高频振动并将软PCB板8压向铜箔层72。在工作状态的超声焊头42与所述软PCB板8接触后，即开始向所述软PCB板8传递超声波，使得所述软PCB板8也在同一方向上同步振动。所述超声焊头42与软PCB板8接触的一面设有粗糙面，所述超声焊头42与软PCB板8之间的摩擦系数较高，可保证所述超声焊头42与软PCB板8的同步振动。软PCB板8相对于所接触的铜箔层72来回振动产生相互摩擦，从而形成接触面分子层之间的熔合。保持振动预设时间达到熔合厚度后停止超声波传导，振动停止，仅保持对所述软PCB板的压力直到焊接部分稳定。该焊接过程时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料，无火花，环保安全。

在如图3所示的电子元件的实施例中，硬PCB板10与图2一样，树脂层103上设有铜箔层102，铜箔层上设有表面油漆保护层101，表面油漆保护层101留空待焊接区域未覆盖。本实施例是将一带有焊脚的电子元件9焊接至硬PCB板10上。本实施例中的电子元件9可以是各类芯片、或连接器、或端子等需要焊接至电路板的元器件。所述硬PCB板10置于焊接底座53上，超声焊头43将所述电子元件9压向硬PCB板10的待焊接区域并向其传递振动方向与硬PCB板10接触表面平行的超声波。电子元件9随着超声波同步振动，其焊脚91与所接触的铜箔层102产生摩擦。焊脚91在振动过程中与所接触的铜箔层102形成接触面分子层之间的熔合。保持振动预设时间达到熔合厚度后停止超声波传导，振动停止，仅保持对所述电子元件9的压力使得焊脚91与铜箔层之间保持一定压力直到焊接部分稳定。这类电子元件的焊接广泛地存在于目前各类电子器件的加工过程中，本发明极大的满足眼下电子产品的空间设计利用率，可靠性能要求和外观要求，简化制造工艺，降低成本

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用超声波连接双面印刷线路板的方法，所述双面印刷线路板包括树脂层和设于所述树脂层两侧的金属层，其特征在于，该方法包括：

超声焊头对所述双面印刷线路板的至少一所述金属层施力将该金属层压向所述树脂层，并向所述金属层传递超声振动，使得该施力位置的金属层被压陷入因所述超声振动而催化的树脂层中；

持续所述施力和对所述金属层超声振动的驱动，使得其与另一侧的金属层接触熔接。

2.根据权利要求1所述的一种用超声波连接双面印刷线路板的方法，其特征在于，所述超声振动的振动方向与所述树脂层表面平行。

3.根据权利要求1或2所述的一种用超声波连接双面印刷线路板的方法，其特征在于，所述金属层为铜层，或铁层，或铝层，或锡层，或银层，或金层，或以上金属的合金。

4.根据权利要求1或2所述的一种用超声波连接双面印刷线路板的方法，其特征在于，所述树脂层包括PI，或PET，或PEN，或上述材料中一种与胶的组合层。

5.一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，用超声焊头对第一元件施力将该第一元件压向第二元件，并驱动所述第一元件在所述第二元件表面做循环往复的超声振动，同时对工件施加一定压力，使得所述第一元件与第二元件的接触表面相互摩擦而形成金属层之间的熔合。

6.根据权利要求5所述的一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，所述超声焊头与所述第一元件之间的摩擦系数大于所述第一元件与所述第二元件之间的摩擦系数。

7.根据权利要求6所述的一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，所述第一元件和或第二元件的可焊接厚度小于2毫米。

8.根据权利要求5所述的一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，所述第一元件包含软PCB板，或硬PCB板，或电缆线，或电子元件，或端子，或接点，或连接器；所述第二元件包含软PCB板，或硬PCB板，或其它零件金属焊接面。

9.根据权利要求5所述的一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，所述第一元件和第二元件的接触面为相同材质的金属面。

10.根据权利要求5所述的一种用超声波焊接电子元件的方法，其特征在于，所述第一元件和第二元件的接触面为不同材质的金属面。