CN106034374B

CN106034374B - 防基板变形结构

Info

Publication number: CN106034374B
Application number: CN201510107780.4A
Authority: CN
Inventors: 蔡亚
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Suzhou Ltd
Current assignee: Hitachi anstamo Automotive Systems (Suzhou) Co.,Ltd.
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: CN106034374A

Abstract

一种防基板变形结构，能够抑制因连接器端子变形引起的基板变形(翘曲)的防基板变形结构。所述防基板变形结构包括基板、连接器底座及以等间隔的距离呈阵列排布的多个连接器端子，其中，所述防基板变形结构还包括树脂板，该树脂板夹设在所述基板与所述连接器底座之间，所述基板、所述树脂板与所述连接器底座通过多个所述连接器端子连接，使所述树脂板的热膨胀系数小于等于所述基板的热膨胀系数，并且将所述树脂板的厚度设置成不会使因所述连接器底座的变形经由连接器端子而使所述基板发生变形。

Description

防基板变形结构

技术领域

本发明涉及一种防基板变形结构，更具体来说，涉及防止因连接器端子变形引起的基板变形的结构。

背景技术

在ECU温度循环试验时，内部基板状态确认时发现有焊锡膏断裂。在对焊锡膏断裂的原因进行探究后发现，在连接器回流焊(点焊)时，热膨胀使得连接器与在基板处于变形的状态下涂敷的焊锡膏发生焊接，同时，由于树脂连接器与PCB基板的变形量不同，因此，在焊接完成后，连接器冷却而恢复原始状态，但与连接器相连接的基板会发生进一步变形，从而导致焊锡膏断裂。

以下，参照图1，对现有技术的基板连接结构中存在的这一技术问题进行说明。图1是表示现有技术的基板连接结构A的示意图，其中，图1(a)示出了回流焊(点焊)开始前的基板100、连接器底座200、连接器端子P及焊锡膏SP的状态，图1(b)示出了在预热炉中预热后进行点焊时的基板100、连接器底座200、连接器端子P及焊锡膏SP的状态，图1(c)示出了点焊结束且冷却后的基板100、连接器底座200、连接器端子P及焊锡膏SP的状态。

如图1(a)所示，基板100与连接器底座200通过连接器端子P连接，在基板100与连接器底座200之间涂敷有焊锡膏SP。此时，由于没有进行加热，因此，无论是基板100、连接器底座200，还是焊锡膏SP均处于未变形的状态。

如图1(b)所示，当在预热炉中预热后进行点焊时，由于连接器底座200的线膨胀系数比基板100的线膨胀系数大，因此，连接器底座200的变形量比基板100的变形量大，另外，同时用于连接基板100与连接器底座200的连接器端子P也发生变形，并将连接器底座200变形的力传递到基板100上，进而使基板100发生变形。

在基板100变形恢复原状前，焊锡膏SP发生凝固，藉此，焊锡膏SP将基板100、连接器底座200及连接器端子P连接在一起，在点焊结束且开始冷却后，如图1(c)所示，连接器底座200与基板100均向点焊时相反的方向发生变形(形状恢复)，但同样由于连接器底座200的线膨胀系数比基板100的线膨胀系数大，因此，连接器底座200的变形量比基板100的变形量大。此时，由于焊锡膏SP已经将基板100、连接器底座200及连接器端子P连接在一起，因此，变形量较大的连接器底座200的变形力会通过连接器端子P传递到基板100上，使得基板100的形状恢复超过先前变形的量，从而在连接器底座200恢复到最初状态时，基板100反而向与点焊时变形的方向相反的方向变形，最终造成基板100与焊锡膏SP间的连接断裂。

这种基板100的变形不仅会导致安装在其上的电子元器件本身发生故障，而且有可能因为焊锡膏SP的断裂导致电气回路断路。

因此，如何能够抑制因连接器端子变形引起的基板变形(翘曲)便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能够抑制因连接器端子变形引起的基板变形(翘曲)的防基板变形结构。

本发明的第一方面的防基板变形结构，包括基板、连接器底座及以等间隔的距离呈阵列排布的多个连接器端子，其特征是，所述防基板变形结构还包括树脂板，该树脂板夹设在所述基板与所述连接器底座之间，所述基板、所述树脂板与所述连接器底座通过多个所述连接器端子连接，使所述树脂板的热膨胀系数小于等于所述基板的热膨胀系数，并且将所述树脂板的厚度设置成不会使因所述连接器底座的变形经由连接器端子而使所述基板发生变形。

本发明的第二方面的防基板变形结构是在本发明的第一方面的防基板变形结构的基础上，其特征是，在所述基板、所述树脂板及所述连接器底座上分别开设有供各所述连接器端子穿过的端子焊接孔，使所述连接器底座的端子焊接孔的孔径大于所述树脂板的端子焊接孔的孔径。

本发明的第三方面的防基板变形结构是在本发明的第二方面的防基板变形结构的基础上，其特征是，使所述基板的端子焊接孔的孔径大于所述树脂板的端子焊接孔的孔径。

根据本发明的第一方面，由于将树脂板的线膨胀系数设定为小于等于等于基板的热膨胀系数，并且将所述树脂板的厚度设置成不会使因所述连接器底座的变形经由连接器端子而使所述基板发生变形，因此，树脂板的变形程度比现有技术中的基板的变形程度小或是与其相当，而基板则基本不发生变形(或者仅是由受热引起的热变形，而基本没有因连接器端子的变形引起的变形)。也就是说，现有技术中的基板因连接器端子的变形引起的变形被树脂板吸收了。另外，树脂板的厚度的设置是以O点的扭矩合力为基板焊接点的最大扭矩为前提而推导出的，因此，由连接器底座的冷却引起的变形复原力同样会被树脂板完全吸收，而不会传递到基板上，藉此，能够可靠地抑制因连接器端子变形引起的基板变形。

根据本发明的第二方面，能够利用比树脂板的端子焊接孔的孔径大的连接器底座的端子焊接孔来缓和因连接器底座的热变形而导致的连接器端子的变形。

根据本发明的第三方面，由于基板的端子焊接孔的孔径大于树脂板的端子焊接孔的孔径，因此，即便树脂板没有能够完全消除作用在基板上的应力，也能够通过基板的端子焊接孔进行缓和。

附图说明

图1是表示现有技术的基板连接结构的示意图，其中，图1(a)示出了回流焊(点焊)开始前的基板、连接器底座、连接器端子及焊锡膏的状态，图1(b)示出了在预热炉中预热后进行点焊时的基板、连接器底座、连接器端子及焊锡膏的状态，图1(c)示出了点焊结束且冷却后的基板、连接器底座、连接器端子及焊锡膏的状态。

图2是表示本发明实施方式的基板连接结构的示意图，其中，图2(a)示出了该基板连接结构中的基板、连接器底座、树脂板及2a行×2b列的连接器端子，图2(b)示出了单个连接器端子及其所对应的基板、连接器底座及树脂板。

图3是表示现有技术及本发明实施方式的基板连接结构中的单个连接器端子的受力分析的图，其中，图3(a)示出了现有技术中的单个连接器端子在连接器底座处的受力分析，图3(b)示出了本发明中的单个连接器端子在连接器底座处的受力分析，图3(c)示出了本发明中的单个连接器端子在树脂板内部的受力分析。

图4是表示本发明实施方式的基板连接结构中的连接器底座的总合力分析的图，其中，图4(a)示出了a行×b列的连接器端子在连接器底座处的合力分析，图4(b)示出了2a行×2b列的连接器端子在连接器底座处的总合力分析。

图5是表示本发明实施方式的基板连接结构的示意图，其中，图5(a)示出了回流焊(点焊)开始前的基板、连接器底座、树脂板、连接器端子及焊锡膏的状态，图5(b)示出了在预热炉中预热后进行点焊时的基板、连接器底座、树脂板、连接器端子及焊锡膏的状态，图5(c)示出了点焊结束且冷却后的基板、连接器底座、树脂板、连接器端子及焊锡膏的状态。

具体实施方式

以下，参照图2～图5，对本发明实施方式的基板连接结构B及在该基板连接结构B中的受力分析情况进行说明。

如图2(a)所示，在基板100与连接器底座200之间夹设有树脂板300，并且，基板100、树脂板300与连接器底座200通过2a行×2b列个连接器端子P连接。另外，如图5(a)所示，在树脂板300与连接器底座200之间涂敷有焊锡膏SP。

假设树脂板的长度为2am、宽度为2bn、高度为d，则如图2(b)所示，单个连接器端子P所对应的基板100、连接器底座200及树脂板300的长度为m、宽度为n，树脂板300的高度为d。另外，假设基板100与连接器端子P的连接点为O，连接器底座200与连接器端子P的连接点为A，连接点A与连接点O间的距离(高度)为h。

图3(a)示出了现有技术中的单个连接器端子P在连接器底座200处的受力分析。如图3(a)所示，在没有设置树脂板300的情况下，连接器底座200因温度变化而变形，进而使得连接器端子P也发生变形。此时，A点受力与变形偏移量w间的关系为

[数学式1]

其中，EI为连接器端子P的刚度。

图3(b)示出了本发明中的单个连接器端子P在连接器底座200处的受力分析。如图3(b)所示，在设置有厚度为d的树脂板的情况下，连接器底座200因温度变化而变形，进而使得连接器端子P也发生变形，但此时，由于树脂板300的约束作用，使A点受力与变形偏移量w间的关系为

[数学式2]

Fd＝F'd+M_O

图3(c)示出了本发明中的单个连接器端子P在树脂板300内部的受力分析。如图3(c)所示，连接器端子P在树脂板300与焊锡膏SP接触的面处受到的外力F_o与偏移量w’间的关系为

[数学式3]

另外，在m×n×d的树脂板300上受到的外力F’与材料本身所受应力σ间存在如下关系，并且上述σ不能大于材料本身的最大应力σ_max。

另外，根据胡克定律，为了约束连接器端子P受热变形的外力F’，材料变形比ε与变形量w’及材料本身所受应力σ间的关系为

根据上述(3)和(4)，可得到如下数学式：

[数学式4]

其中，

σ_max：材料最大应力

E_S：树脂板300的弹性模量

ε：树脂板300的材料变形比

如上所述，对每个连接器端子P因受热变形而产生的变形量与克服该变形量所需要的合力F’间的关系进行了分析，但最终用于判断能否利用树脂板300来抑制基板变形的O点处的扭矩为所有2a行×2b列的连接器端子P的总和力。

如图4(b)所示，由于连接器底座200的受力是向四周扩张的，因此，能将连接器底座200分为四块进行受力分析。

图4(a)示出了a行×b列的连接器端子P在连接器底座200处的合力分析。

合力的公式为

(5)F_mix＝F_mix11+F_mix12+……F_mix1a

+F_mix21+F_mix22+……F_mix2a

+……

+F_mixb1+F_mixb2+……F_mixba

另外，根据线膨胀系数公式可知：

(6)w_x11＝m·Δt·α w_y11＝m·Δt·α

w_x21＝2m·Δt·α w_y21＝2m·Δt·α

……

w_xb1＝bm·Δt·α w_y11＝bm·Δt·α

此外，根据力的分解可知，

另外，根据数学式1的变形可知：

根据(5)～(8)，可得到如下数学式：

[数学式5]

总结上述数学式1～5可知：

即，

[数学式6]

其中：

EI：连接器端子P的刚度；

M_O：O点的扭矩合力，其不大于基板焊接点的最大扭矩M_max；

m：连接器端子P的长度方向上的间距；

n：连接器端子P的宽度方向上的间距；

h：基板100与连接器端子P的连接点O和连接器底座200与连接器端子P的连接点A间的距离；

Δt：连接器底座200的温度变化

α：连接器底座200的线膨胀系数

d：树脂板300的厚度

E_S：树脂板300的弹性模量

在上述公式中，将M_O设为基板焊接点的最大扭矩M_max，这样，与树脂板300相关的参数就仅有树脂板300的厚度d、树脂板300的弹性模量E_S，其余参数均可实现确定。

另外，由于树脂板300的弹性模量E_S由材料本身的性质决定的，因此，为了保证能够利用树脂板300抑制因连接器底座200的变形引起的基板100的变形，较为理想的是，选择热膨胀系数与基板100的热膨胀系数相同的树脂板300，并使树脂板300的厚度d遵循上述数学式6。

另外，在上述实施方式中，对树脂板300的热膨胀系数与基板100的热膨胀系数相同的情况进行了说明，但本发明不局限于此，只要选择热膨胀系数小于等于基板100的热膨胀系数的树脂板300即可，在这种情况下，能够进一步抑制基板100发生变形。

下面，参照图5，对回流焊(点焊)开始前、点焊时及点焊结束且冷却后的基板100、连接器底座200、树脂板300、连接器端子P及焊锡膏SP的状态进行说明，其中，图5(a)示出了回流焊(点焊)开始前的基板100、连接器底座200、树脂板300、连接器端子P及焊锡膏SP的状态，图5(b)示出了在预热炉中预热后进行点焊时的基板100、连接器底座200、树脂板300、连接器端子P及焊锡膏SP的状态，图5(c)示出了点焊结束且冷却后的基板100、连接器底座200、树脂板300、连接器端子P及焊锡膏SP的状态。

如图5(a)所示，基板100、树脂板300与连接器底座200通过多个连接器端子P连接，在树脂板300与连接器底座200之间涂敷有焊锡膏SP。此时，由于没有进行加热，因此，无论是基板100、连接器底座200、树脂板300，还是焊锡膏SP均处于未变形的状态。

如图5(b)所示，当在预热炉中预热后进行点焊时，由于连接器底座200的线膨胀系数比树脂板300的线膨胀系数大，因此，连接器底座200的变形量比基板300的变形量大。另外，由于将树脂板300的线膨胀系数设定为小于等于等于基板100的热膨胀系数，因此，树脂板300的变形程度比图1(b)中基板100的变形程度，而基板100则基本不发生变形(或者仅是由受热引起的热变形，而基本没有因连接器端子P的变形引起的变形)。也就是说，基板100原先因连接器端子P的变形引起的变形被树脂板300吸收了。

在树脂板300变形恢复原状前，焊锡膏SP发生凝固，藉此，焊锡膏SP将树脂板300、连接器底座200及连接器端子P连接在一起，在点焊结束且开始冷却后，如图1(c)所示，连接器底座200与树脂板300均向点焊时相反的方向发生变形(形状恢复)。由于树脂板300的厚度d的设置是以O点的扭矩合力为基板焊接点的最大扭矩M_max为前提而推导出的，因此，由连接器底座200的冷却引起的变形复原力同样会被树脂板300完全吸收，而不会传递到基板100上，藉此，能够可靠地抑制因连接器端子P变形引起的基板100变形。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述实施方式的限制。熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的方面上来说，本发明不局限于这里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的本总体发明概念的精神或范围的前提下作出各种修改。

在上述实施方式中，对基板100、树脂板300与连接器底座200通过2a行×2b列个连接器端子P连接的情况进行了说明，但本发明不局限于此，只要使基板100、树脂板300与连接器底座200通过以等间隔的距离呈阵列排布的多个连接器端子P连接即可，也可以是2a+1行×2b列、2a行×2b+1列或是2a+1行×2b+1列的连接器端子P。

另外，在本发明中，各连接器端子P分别穿过在基板100、树脂板300及连接器底座200上开设的端子焊接孔。较为理想的是，使连接器底座200的端子焊接孔的孔径大于树脂板300的端子焊接孔的孔径。另外，较为理想的是，使基板100的端子焊接孔的孔径大于树脂板300的端子焊接孔的孔径。通过这样，能够利用比树脂板300的端子焊接孔的孔径大的连接器底座200的端子焊接孔来缓和因连接器底座200的热变形而导致的连接器端子P的变形。同样，由于基板100的端子焊接孔的孔径大于树脂板300的端子焊接孔的孔径，因此，即便树脂板300没有能够完全消除作用在基板100上的应力，也能够通过基板100的端子焊接孔进行缓和。

Claims

1.一种防基板变形结构，包括基板、连接器底座及以等间隔的距离呈阵列排布的多个连接器端子，其特征在于，

所述防基板变形结构还包括树脂板，该树脂板夹设在所述基板与所述连接器底座之间，

所述基板、所述树脂板与所述连接器底座通过多个所述连接器端子连接，

使所述树脂板的热膨胀系数小于等于所述基板的热膨胀系数，并且将所述树脂板的厚度设置成不会使因所述连接器底座的变形经由连接器端子而使所述基板发生变形。

2.如权利要求1所述的防基板变形结构，其特征在于，

在所述基板、所述树脂板及所述连接器底座上分别开设有供各所述连接器端子穿过的端子焊接孔，

使所述连接器底座的端子焊接孔的孔径大于所述树脂板的端子焊接孔的孔径。

3.如权利要求2所述的防基板变形结构，其特征在于，

使所述基板的端子焊接孔的孔径大于所述树脂板的端子焊接孔的孔径。