CN107197594A - 包括具有镀金属的半孔的插入电路的电子板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子板(41)，包括：主印刷电路(40)；插入印刷电路(10)，包括多个半孔(20)，具有金属层(22)；以及电子元件(30)，通过焊料(36)连接到插入印刷电路(10)。插入印刷电路(10)通过焊料(46)连接到主印刷电路(40)，焊料由第一补充材料制成的、位于半孔上。插入电路的表面面积介于4mm2和1600mm2之间，其长度和其宽度之间的比率小于6，将半孔分开的间距介于0.4mm和1.27mm之间。将电子元件连接到插入印刷电路的每个焊料(36)由第二补充材料制成，第二补充材料包括大于33％的铅质量含量。

Description

包括具有镀金属的半孔的插入电路的电子板
技术领域
本发明涉及一种电子板，该电子板包括：
-包括轨道的主印刷电路；
-被定位在主印刷电路上的插入印刷电路，该插入印刷电路包括：
-大致矩形的基板，具有一定长度和小于该长度的宽度，包括顶面、底面和至少一个边缘；
-至少一个金属轨道，位于顶面和底面中的至少一个上，能够传输电信号；
-多个半孔，将顶面和底面连接，位于边缘处，呈现出覆盖每个半孔的内表面的金属层；以及
-至少一个电子元件，位于顶面上，通过至少一个焊料电连接到插入印刷电路的轨道；
插入印刷电路通过至少一个焊料连接到主印刷电路的轨道，至少一个焊料由第一补充材料制成的、位于每个半孔的金属层上。
这种电子板起因于：当存在于印刷电路中的初始电子元件变得陈旧且不存在与电路上的印记完美对应的替换电子元件时，用承载替换元件的插入印刷电路来替换初始元件。
背景技术
适合于更新的电子元件的新印刷电路的设计和制造是一种昂贵的方法，尤其是在其必须定期更新的情况下。
在铁路应用中这尤为重要，其中印刷电路的替换需要复杂的拆卸操作，并且其中，相对于组成部件的、部件的取决于时间的性能值，电子设备的操作时间长。
在这种情况下如何使用接收替换电子元件的插入印刷电路是已知的。该插入印刷电路通过焊接而连接到主电子电路。与完全重建相比，这种替换操作便宜得多且应用起来更简单。
然而，与传统的电子元件中的情况相比，铁路设备部件中的电路的操作条件通常更恶劣。因此电子板应该满足抗环境约束和抗腐蚀的苛刻标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子板，对于该电子板，已经替换陈旧的电子元件，其具有抗环境约束和抗腐蚀的特性，适合于用于铁路媒介中。
为此，本发明涉及一种上述类型的电子板，其特征在于，基板具有介于4mm2和1600mm2之间的表面，基板的长度和宽度之间的比率小于或等于6，将每个半孔与最接近的半孔分开的间距介于0.4mm和1.27mm之间，将电子元件连接到插入印刷电路的每个焊料由第二补充材料来实现，第二补充材料包括大于33％的铅质量含量。
根据本发明的电子板可包括以下特征中的一个或数个，单独地或根据技术上可能的任何组合来采用所述特征：
-基板由包括环氧树脂和玻璃纤维的复合材料制造；
-基板的厚度大致等于0.8mm；
-轨道位于基板的顶面上并包括至少一个金属垫，所述金属垫接收焊料，所述焊料将所述金属垫接合到电子元件的引脚；
-第二补充材料是铅和锡的合金，所述合金包括介于33％和40％之间的铅质量含量；
-第二补充材料由铅和锡的合金组成，所述合金包括介于60％和67％之间的锡质量含量；
-第一补充材料由从锡-铅合金、锡-银-铜合金、锡-银合金和锡-铋合金之中选择的共晶合金组成；
-第一补充材料是锡-铅合金，包括介于33％和40％之间(优选地等于37％)的铅质量含量以及介于60％和67％之间(优选地等于63％)的锡质量含量；
-第一补充材料和第二补充材料具有介于160℃和200℃之间(优选地约180℃)的熔解温度。
附图说明
通过阅读下面仅作为示例给出且参照附图作出的描述，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是承载电子元件的插入印刷电路的透视图；以及
-图2是根据本发明的电子板的一部分的剖视图。
具体实施方式
在图1中示出插入印刷电路10。该印刷电路包括绝缘基板12，绝缘基板12具有大致矩形板的形状，该矩形板具有顶面14和底面16以及四个侧边缘18。根据应用，基板具有介于2mm和40mm之间的长度和宽度，基板的表面面积介于4mm2和1600mm2之间。
为了确保插入印刷电路10的足够的刚度，基板12的长度与宽度之比选择为小于6。进一步地，基板12具有0.8mm的厚度，这为了良好的耐久性而给予基板12足够的刚度。然而，刚度不宜过大，因为刚度过大限制由于温度变化而导致的局部机械应力。
由绝缘材料如环氧树脂和编织玻璃纤维的复合物来制造基板12。有利地，绝缘材料通过在环氧树脂中添加溴化合物而防火。例如，形成基板12的复合材料是如NEMA(国家电气制造商协会)的LI 1-1998(R2011)标准中描述的FR-4级。
插入印刷电路10包括位于至少两个侧边缘18上的多个镀金属的半孔20。在图1中示出的示例中，插入印刷电路10包括还分布在两个相反的侧边缘18上的14个镀金属的半孔20。可选地，插入印刷电路包括例如还分布在四个侧边缘18上的28个镀金属的半孔20。按照介于0.4mm和1.27mm之间的预定间距来定位各半孔20。
每个镀金属的半孔20是具有半圆形截面的、在侧边缘18中从顶面14延伸到底面16的凹口。每个镀金属的半孔具有例如铜制的金属导电层22，金属导电层22在具有半圆形截面的凹口内侧上延伸，并在基板12的顶面14上延伸以在顶面14中形成片24，以及在底面16上延伸以在底面16中形成片25。
插入印刷电路10还包括位于其顶面14上的例如铜制的多个金属导电垫26。
插入印刷电路10进一步包括位于其顶面14上的例如铜制的多个轨道28。每个轨道28将任一金属垫26电连接到片24，或将数个金属垫26连接在一起，且能够传输电信号。
有利地，插入印刷电路10还包括位于其底面16上的例如铜制的多个轨道28，以及还包括穿透基板12、开通到顶面14和底面16上的电管道29。
底面16的每个轨道28将至少一个电管道29电连接到片25中的一个，或者将数个电管道29彼此连接，且能够传输电信号。
电管道29例如含铜，并将顶面14的轨道28中的至少一个电连接到底面16的轨道28中的一个或数个。
如图1和图2所示，插入印刷电路10在顶面14侧上容纳至少一个电子元件30。电子元件30是例如包括外壳32和金属引脚34的集成电路。外壳32容纳如下多个电子元件，所述多个电子元件能够根据通过元件30的引脚34中的一些引脚接收的输入电子信号来执行处理和计算功能，并通过其他引脚34发射输出电信号。
电子元件30的每个引脚34通过位于引脚34和金属垫26之间的焊料36附接在金属垫26中的一个上。在图1和2中示出的示例中，焊料36是大致锥形的，且是通过简单的钎焊方法或通过再熔而产生的。
如图2所示，插入印刷电路10被定位在主印刷电路40上，以形成具有数层的电子板41。主电路40具有能够传输电信号的轨道44。
插入印刷电路10通过位于镀金属的半孔20处并将每个镀金属的半孔20的金属层22连接到轨道44的焊料46电连接到主印刷电路40。如图2所示，焊料46部分地填充每个镀金属的半孔20的内部空间，且是通过简单的钎焊方法或通过再熔而产生的。
焊料46确保插入印刷电路10和主印刷电路40的轨道之间的电连接，以及确保主印刷电路40和次印刷电路10的机械连接。
焊料46由第一补充材料制成，第一补充材料由共晶合金组成，即具有恒定的熔解温度，即以恒定的温度熔解和凝固。
制造焊料46所用的第一补充材料例如是锡-铅合金。第一补充材料包括介于33％和40％之间(例如37％)的铅质量含量以及介于60％和67％之间(例如63％)的锡质量含量。
可选地，制造焊料46所用的第一补充材料由锡-银合金或锡-银-铜合金或锡-铋合金组成。
用于生产焊料36的方法使用第二补充材料。第二补充材料包括介于33％和40％之间(例如37％)的铅质量含量以及介于60％和67％之间(例如63％)的锡质量含量。
可替换地，第二补充材料是锡-铅-银合金。锡质量含量是例如62％，同时铅质量含量是36％，银质量含量是2％。
铅在第一补充材料和第二补充材料中的存在给予第一补充材料和第二补充材料通常用于电子元件的焊料中的材料的熔解温度的、介于160℃和200℃之间(尤其接近180℃)的熔解温度。
铅在焊料36、46的补充材料中的存在还降低了焊料36、46对腐蚀的灵敏度，并降低了电子板41的过早损坏的风险。
已对基板12的可选尺寸以及各半孔20之间的间距的可选尺寸进行测试，结果在下面的表1中分组。这些可选项对应于具有不同尺寸的、并具有不同数量引脚的替换元件。
表1的行对应于被测试基板12的不同尺寸，对于被测试基板12，表面面积介于6mm2和1089mm2之间，长度与宽度之比介于1和4之间。
已经通过抗环境条件测试尤其是抗盐雾测试的插入电路10对应于指示验证结果的方格。未通过这些测试的插入电路10对应于指示拒绝结果的方格。方格竖直地包括在先验验证的两个验证方格之间。
表1
与半孔20相关的间距设定位于插入电路10和主电路40之间的焊料46的数量。该焊料数量应该足够以具有良好强度的电子板41。然而，该焊料数量应不宜过高，尤其在导致基板12膨胀的温度变化期间，焊料数量过高限制电子板41的刚度和局部机械应力。
因此，大的间距值更适合于大尺寸的基板12，小的间距值更适合于小的尺寸。因此，与该表的第一对角线接近的值表示对于电子板41来说更稳健的组装。

Claims (10)

1.一种电子板(41)，包括：
-包括轨道(44)的主印刷电路(40)；
-被定位在所述主印刷电路(40)上的插入印刷电路(10)，所述插入印刷电路包括：
-大致矩形的基板(12)，具有一定长度和小于该长度的宽度，包括顶面(14)、底面(16)和至少一个边缘(18)；
-至少一个金属轨道(28)，位于所述顶面(14)或所述底面(16)中的至少一个上，能够传输电信号；
-多个半孔(20)，将所述顶面(14)和所述底面(16)连接，位于所述边缘(18)处，具有覆盖每个半孔(20)的内表面的金属层(22)；以及
-至少一个电子元件(30)，位于所述顶面(14)上，通过至少一个焊料(36)电连接到所述插入印刷电路(10)的所述轨道(28)；
所述插入印刷电路(10)通过至少一个焊料(46)连接到所述主印刷电路(40)的所述轨道(44)，所述至少一个焊料46是由第一补充材料制成的、位于每个半孔(20)的所述金属层(22)上，
其特征在于，所述基板(12)具有介于4mm2和1600mm2之间的表面面积，所述基板(12)的长度和宽度之间的比率小于或等于6，将每个半孔(20)与最接近的半孔(20)分开的间距介于0.4mm和1.27mm之间，将所述电子元件(30)连接到所述插入印刷电路(10)的每个焊料(36)由第二补充材料制成，所述第二补充材料包括大于33％的铅质量含量。
2.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述第二补充材料是铅和锡的合金，所述合金包括介于33％和40％之间的铅质量含量。
3.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述第二补充材料由铅和锡的合金组成，所述合金包括介于60％和67％之间的锡质量含量。
4.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述基板(12)由包括环氧树脂和玻璃纤维的复合材料制造。
5.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述基板(12)的厚度大致等于0.8mm。
6.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述轨道(28)位于所述基板(12)的所述顶面(14)上并包括至少一个金属垫(26)，所述金属垫(26)接收焊料(36)，所述焊料将所述金属垫(26)连接到所述电子元件(30)的引脚(34)。
7.根据权利要求1所述的电子板(41)，其中，所述第一补充材料和第二补充材料具有介于160℃和200℃之间的熔解温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子板(41)，其中，所述第一补充材料由从锡-铅合金、锡-银-铜合金、锡-银合金和锡-铋合金之中选择的共晶合金组成。
9.根据权利要求8所述的电子板(41)，其中，所述第一补充材料是锡-铅合金，并且包括介于33％和40％之间的铅质量含量以及介于60％和67％之间的锡质量含量。
10.根据权利要求9所述的电子板(41)，其中，所述第一补充材料是锡-铅合金，并且包括等于37％的铅质量含量以及等于63％的锡质量含量。
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