CN107613638A - 焊盘结构及其焊接的pcb组件和pcb组件焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PCB之间焊接的焊盘结构，该焊盘分别设置在需焊接PCB的焊接面，将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面是其底面，下板的焊接面是其顶面，下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区。本发明还公开了一种利用所述焊盘结构焊接的PCB组件和一种PCB组件的焊接方法。本发明的PCB组件既种能避免焊接料珠散落在焊盘附近，又具有良好散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于PCB之间焊接的焊盘结构。本发明还涉及一种由所述焊盘焊接的PCB组件和一种所述PCB组件的焊接方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，对汽车零部件小型化的要求越来越高，进而要求零部件的集成程度越来越高。
目前，车载变压器和电感作为独立元器件不仅在装配过程上较为繁琐，而且体积较大。PCB作为集成度较高的元器件，工艺成熟，不仅生产成本低，可靠性也高。若能将变压器、电感等大型元器件也和PCB集成在一起，将在大幅减小零部件整体体积。将变压器、电感与PCB集成，首要解决的问题，就是多层PCB之间的焊接问题。
目前，电气元件的焊接方式主要是以下几种：
1)、SMT表面组装技术(表面贴装技术)，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40％～60％，重量减轻60％～80％。SMT工艺具有组装密度高、电子产品体积小、重量轻、可靠性高、抗震能力强和焊点缺陷率低等优点。并且，SMT易于实现自动化，提高生产效率。采用SMT工艺能降低成本达30％～50％，能节省材料、能源、设备、人力和时间。
2)、通孔回流焊：通过提供一种加热环境，使焊接料(焊锡膏)受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏合金可靠地结合在一起的设备。根据技术的发展分为：气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。
3)、选择焊：通常用于线路板完成大部分装配后再补充焊接一些穿孔插装元器件，选择焊在某些方面和手工焊类似，都是在线路板组装完成后针对个别元器件的焊接工作。但是与手工焊相比，由于选择焊所有工艺参数都能得到控制而且重复性高，因此焊点的质量要好很多。
上述3种焊接工艺很好的解决了较小体积元器件与PCB之间的焊接：由于元器件较小，元器件与PCB之间的残留的空气较少，且元器件四周为开放空间，空气易于流通，空气在受热后易于排出，不会产生锡珠等焊接问题，焊接质量较高。小元器件的焊接在目前产品中也最为常见。
但对于集成度要求较高的产品，可能涉及到较大元器件与PCB之间的焊接。尤其是PCB与PCB之间的多层叠焊，为了保证焊接的可靠性，需要多个焊点才能满足技术要求。
如图1所示，PCB与PCB之间叠焊过程中存在大量空气，并且上层PCB的重量显然相对其他电气元件重量大。为保证焊接质量，在焊接区域需要设置多个焊盘进行焊接。通常在焊接中上、下PCB焊盘的面积是一样的。这样的结构在焊接时PCB与PCB之间的空气被困在PCB与PCB之间的内部空间，空气流通性不好。在气流及上层PCB重量的挤压作用下，锡料被往外排出落在PCB绝缘层上，凝固后形成锡珠。如图2所示，锡珠散落在焊盘附近。而锡珠在PCB的应用上是不允许的，因为锡珠在振动过程中一旦脱落，会直接导致PCB的短路，影响产品功能。现有焊接工艺无法直接解决多层PCB焊接过程中产生锡珠问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于PCB之间焊接能避免焊接料珠散落在焊盘附近的焊盘结构。
本发明要解决的另技术问题是提供一种利用所述焊盘结构焊接形成，既种能避免焊接料珠散落在焊盘附近，又具有良好散热性能的PCB组件。
本发明要解决的再一技术问题是提供一种既能避免焊接料珠散落在焊盘附近，由具有良好散热性能的PCB组件的焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于PCB之间焊接的焊盘结构，该焊盘分别设置在需焊接PCB的焊接面，将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面是其底面，下板的焊接面是其顶面，其中，下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区。
进一步改进所述焊盘结构，当焊盘为方形时，与上板焊盘相比，下板焊盘至少一侧单片扩展预设长度形成焊接料容置区；
当焊盘为圆形时，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
其中，预设长度为1mm-5mm。
其中，单体焊盘的面积为3.75mm2-7.5mm2。
进一步改进所述焊盘结构，下板焊盘涂覆焊接料的面积为下板焊盘面积的50％-80％，优选为75％。
进一步改进所述焊盘结构，上板焊盘位于上板边缘一侧的侧壁上敷设有导热金属。
进一步改进所述焊盘结构，上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm。上板焊盘和下板焊盘高度之和其实质就是焊接固定后上下PCB之间的间隙(焊接固定后忽略锡料厚度)。
本发明提供一种利用上述任意一项所述焊盘结构焊接的PCB组件，将上板和下板的焊接面根据电气元件布置情况划分焊接区，每个焊接区预留至少一个散热通道。电气元件布置情况，包括PCB内绕阻走向，和或PCB上器件位置及布线。
本发明的焊接区划分有以下三种情况：
第一种情况，PCB内设有绕阻，需要利用绕阻实现某种功能(例如电感、变压器)，PCB之间只依靠绕阻连接处即能焊接稳固，则只需要考虑在PCB之间绕阻连接处划分焊接区，PCB焊接。
第二种情况，PCB内设有绕阻，需要利用绕阻实现某种功能(例如电感、变压器)，但仅依靠PCB之间绕阻连接处的焊接区，PCB之间无法焊接稳固，则考虑在PCB之间绕阻连接处之外PCB的其他位置设置焊接区。即除绕阻连接处的焊接区之外，还根据PCB上器件位置及布线划分焊接区，每个焊接区的中心是器件和布线，焊盘布置在该焊接区四周(预留散热通道)，进而实现PCB之间的焊接稳固。
第三种情况，PCB内没有绕阻，即仅考虑PCB之间焊接，则PCB上器件位置及布线划分焊接区，每个焊接区的中心是器件和布线，焊盘布置在该焊接区四周(预留散热通道)。
进一步改进所述的PCB组件，在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽。两个焊接区之间的第一散热槽有利于两个焊接区之间的散热。
进一步改进所述的PCB组件，在散热通道上设置第二散热槽。在散热通道上设置第二散热槽。
第一和第二散热槽能增加竖直方向的散热。若空间条件允许，各层PCB的第一散热槽在竖直方向尽可能的重叠，第二散热槽在竖直方向尽可能的重叠，这样各层PCB第一散热槽自上而下形成贯通的竖直散热通道，第二散热槽自上而下形成贯通的竖直散热通，有利于气流竖直方向运动，散热效果更优。若空间条件不允许，各层PCB的第一散热槽和第二散热槽在竖直方向无法具有重叠，虽然散热效果相对空间条件运行的情况差，但因为增加了竖直方向的散热，散热效果还是有显著提高。
进一步改进所述PCB组件，上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设有导热金属层。
进一步改进所述PCB组件，散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。
进一步改进所述PCB组件，PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔；空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。
其中，过孔孔径为0.1mm-0.5mm,孔距为0.5mm-5mm。
进一步改进所述PCB组件，过孔内壁敷设导热金属层。
进一步改进所述PCB组件，上板焊盘的位置居中设置在下板焊盘上方。
本发明提供一种PCB组件焊接方法，包括以下步骤：
将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面为上板的底面，下板的焊接面为下板的顶面；
步骤一、将上板和下板的焊接面根据电气元件布置情况划分焊接区；
步骤二、将焊盘布置在各焊接区内，每个焊接区预留至少一个散热通道；
步骤三、使下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区；
步骤四、在下板焊盘上设置焊接料涂覆区，在焊接料涂覆区上涂覆焊接料；
步骤五、将下板焊盘和上板焊盘焊接在一起形成PCB组件。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，实施步骤一时，划分焊接区后在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，实施步骤二时，设置散热通道后在散热通道上设置第二散热槽。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，焊接区散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，在上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设导热金属层。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，在PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔；空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，在过孔内敷设导热金属层。
其中，过孔孔径为0.1mm-0.5mm,孔距为0.5mm-5mm。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，当焊盘为方形时，与上板焊盘相比，下板焊盘至少一侧单片扩展预设长度形成焊接料容置区；
当焊盘为圆形时，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
其中，预设长度为1mm-5mm。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，实施步骤四时，在下板焊盘上设置钢网，钢网覆盖区域为料涂覆区。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，钢网面积为下板焊盘面积的75％。
其中，单体焊盘的面积为3.75mm2-7.5mm2。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm。
进一步改进所述PCB组件焊接方法，焊接时使下板焊盘的位置居中设置在上板焊盘下方。
本发明的焊盘结构通过在下板焊盘设置焊接料容置区来容置焊接料珠，使焊接料涂覆下板焊盘的一部分，能避免了焊接料珠(锡珠)落入PCB板绝缘区。通过控制上板焊盘和下板焊盘高度并在上板焊盘位于上板边缘一侧的侧壁上敷设导热金属，能为焊盘结构提供良好的散热。
本发明的PCB组件将上板和下板的焊接面根据电气元件布置情况划分焊接区，每个焊接区预留至少一个散热通道，在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽，在散热通道上设置第二散热槽。焊接区散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘，有利于气流排热。上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设有导热金属层以及PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔，过孔内壁敷设导热金属层，进一步有利于PCB组件散热。在空间允许的情况下，将上板焊盘的位置居中设置在下板焊盘上方更加利于避免焊接料珠(锡珠)落入PCB板绝缘区。
本发明的PCB组件焊接方法将上板和下板的焊接面根据内部电气元件布置情况划分焊接区，在下板焊盘上设置焊接料容置区，每个焊接区预留至少一个开口朝向PCB边缘或PCB开槽口边缘的散热通道，设置焊接料涂覆区并控制焊接料涂覆面积，在上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设导热金属层，在PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔，在过孔内敷设导热金属层。通过上述技术手段本发明的PCB组件焊接方法既能避免焊接料珠(锡珠)落入PCB板绝缘区，又能为PCB组件提供良好的散热。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是PCB和PCB叠焊的结构示意图。
图2是PCB和PCB叠焊锡珠散落到PCB绝缘区的示意图。
图3是本发明焊盘结构的俯视示意图。
图4是本发明焊盘结构的侧视示意图。
图5是本发明PCB组件的局部放大示意图。
图6是本发明PCB组件下板焊盘布置示意图。
图7是本发明PCB组件上板焊盘布置示意图。
图8是本发明钢网布置示意图。
具体实施方式
如图2、图3所示，本发明提供用于PCB之间焊接的焊盘结构一实施例，该焊盘分别设置在需焊接PCB的焊接面，将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面是其底面，下板的焊接面是其顶面，下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区。
本实施例中焊盘为方形，单体焊盘的面积为3.75mm2-7.5mm2，上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm，与上板焊盘相比，下板焊盘有两侧单片扩展1mm形成焊接料容置区，并在上板焊盘位于上板边缘一侧的侧壁上敷设有导热金属。
假设焊盘为圆形，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
使用本实施例焊接时，下板焊盘涂覆焊接料的面积为下板焊盘面积的50％-80％，优选为75。
如图5、图6和图7所示，本发明提供一种利用上述焊盘结构焊接的PCB组件，将上板和下板的焊接面根据电气元件布置情况划分焊接区，每个焊接区预留至少一个散热通道即水平方向散热通道。参考图6所示，位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽,本实施例各层PCB的第一散热槽自上而下贯通，各第一散热槽形成第一竖直散热通道。
参考图7所示，在散热通道上设置第二散热槽。这其中又分为两种情况：第一种(空间条件允许)，第二散热槽的宽度和散热通道宽度相同，即整个散热通道区域开设第二散热槽。图7上部所示第二散热槽即为该种情况。
第二种情况(空间条件限制，比如为使各处第二散热槽竖直方向具有重叠区域需要借位)，第二散热槽的宽度受到限制，小于散热通道的宽度，图7下部所述第二散热槽为该种情况。
本实施例各层PCB的第二散热槽空间条件允许实现自上而下贯通，各第二散热槽形成第二竖直散热通道。
焊接区散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。在上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设有导热金属层(铜层)，PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔；空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。
其中，过孔孔径为0.1mm-0.5mm(优选0.5mm),孔距为0.5mm-5mm(优选1mm)，过孔内壁敷设导热金属层(铜层)。
在空间条件允许的情况下，上板焊盘的位置居中设置在下板焊盘上方。
本发明提供一种PCB组件焊接方法，包括以下步骤：
将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面为上板的底面，下板的焊接面为下板的顶面；
步骤一、将上板和下板的焊接面根据内部电气元件布置情况划分焊接区，划分焊接区后在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽；
各层PCB的第一散热槽优选自上而下贯通，各第一散热槽形成第一竖直散热通道。
步骤二、将焊盘布置在各焊接区内，单体焊盘的面积为3.75mm2-7.5mm2，上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm，每个焊接区预留至少一个散热通道即水平散热通道，设置散热通道后在散热通道上设置第二散热槽。各层PCB的第二散热槽优选自上而下贯通，各第二散热槽形成第二竖直散热通道。焊接区散热通道(水平散热通道)开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。
当焊盘为方形时，与上板焊盘相比，下板焊盘至少一侧单片扩展预设长度1mm-5mm形成焊接料容置区；
当焊盘为圆形时，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
步骤三、使下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区；
增加步骤四，在上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设导热金属层(铜层)。
增加步骤五，在PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔，在过孔内敷设导热金属层(铜层)，空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。过孔孔径为0.1mm-0.5mm,孔距为0.5mm-5mm。
步骤六、在下板焊盘上设置焊接料涂覆区，在焊接料涂覆区上涂覆焊接料，在下板焊盘上设置钢网。参考图8所示，钢网覆盖区域为焊接料涂覆区,钢网面积为下板焊盘面积的75％。
步骤七、焊接时使下板焊盘的位置居中设置在上板焊盘下方，将钢网居中设置在下板焊盘上，将下板焊盘和上板焊盘焊接在一起形成PCB组件。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (25)
1.一种用于PCB之间焊接的焊盘结构，该焊盘分别设置在需焊接PCB的焊接面，将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面是其底面，下板的焊接面是其顶面，其特征在于：下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区。
2.如权利要求1所述的焊盘结构，其特征在于：当焊盘为方形时，与上板焊盘相比，下板焊盘至少一侧单片扩展预设长度形成焊接料容置区；
当焊盘为圆形时，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
3.如权利要求1所述的焊盘结构，其特征在于：下板焊盘涂覆焊接料的面积为下板焊盘面积的50％-80％。
4.如权利要求1所述的焊盘结构，其特征在于：上板焊盘位于上板边缘一侧的侧壁上敷设有导热金属。
5.如权利要求1所述的焊盘结构，其特征在于：上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm。
6.一种利用权利要求1-5任意所述焊盘结构焊接的PCB组件，其特征在于：将上板和下板的焊接面根据其电气元件布置情况划分焊接区，每个焊接区预留至少一个散热通道。
7.如权利要求6所述的PCB组件，其特征在于：在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽。
8.如权利要求6所述的PCB组件，其特征在于：在散热通道上设置第二散热槽。
9.如权利要求6所述的PCB组件，其特征在于：上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设有导热金属层。
10.如权利要求7或8所述的PCB组件，其特征在于：散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。
11.如权利要求6所述的PCB组件，其特征在于：PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔；空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。
12.如权利要求11所述的PCB组件，其特征在于：过孔内壁敷设导热金属层。
13.如权利要求6所述的PCB组件，其特征在于：上板焊盘的位置居中设置在下板焊盘上方。
14.一种PCB组件焊接方法，其特征在于,包括以下步骤：
将焊接固定后位于上方的PCB命名为上板，将位于下方的PBC命名为下板，上板的焊接面为上板的底面，下板的焊接面为下板的顶面；
步骤一、将上板和下板的焊接面根据电气元件布置划分焊接区；
步骤二、将焊盘布置在各焊接区内，每个焊接区预留至少一个散热通道；
步骤三、使下板焊盘面积大于上板焊盘面积，下板焊盘至少一侧设有焊接料容置区；
步骤四、在下板焊盘上设置焊接料涂覆区，在焊接料涂覆区上涂覆焊接料；
步骤五、将下板焊盘和上板焊盘焊接在一起形成PCB组件。
15.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：实施步骤一时，划分焊接区后在位于PCB边缘的任意两个焊接区之间设置第一散热槽。
16.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：实施步骤二时，设置散热通道后在散热通道上设置第二散热槽。
17.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：焊接区散热通道开口朝向PCB的边缘或第一散热槽开槽口的边缘。
18.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：在步骤三和步骤四之间增加步骤，在上板侧壁和上板焊盘面向焊料容置区的侧壁敷设导热金属层。
19.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：在步骤三和步骤四之间增加步骤，在PCB组件空白区域的相同位置设置多个过孔；空白区域是指PCB上无电气元件并且无布线的区域。
20.如权利要求19所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：在过孔内敷设导热金属层。
21.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：
当焊盘为方形时，与上板焊盘相比，下板焊盘至少一侧单片扩展预设长度形成焊接料容置区；
当焊盘为圆形时，下板焊盘半径大于上焊盘的半径，上板焊盘和下板焊盘一侧圆弧重合，下板焊盘大于上焊盘的部分形成焊接料容置区。
22.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：实施步骤四时，在下板焊盘上设置钢网，钢网覆盖区域为料涂覆区。
23.如权利要求22所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：钢网面积为下板焊盘面积的50％-80％。
24.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：上板焊盘和下板焊盘高度之和为0.2mm-0.28mm。
25.如权利要求14所述的PCB组件焊接方法，其特征在于：焊接时，使下板焊盘的位置居中设置在上板焊盘下方。
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