CN111817045B - 印刷电路板堆叠结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种印刷电路板堆叠结构及其形成方法。印刷电路板堆叠结构包括第一印刷电路板、第二印刷电路板以及连接器。第一印刷电路板具有第一接垫。第二印刷电路板具有第二接垫。连接器具有环形结构，位于第一印刷电路板与第二印刷电路板之间并将第一印刷电路板电性连接至第二印刷电路板。连接器包括基板、第一导电弹片与第二导电弹片。基板具有彼此相对的第一表面与第二表面。第一导电弹片位于第一表面上并与第一接垫电性接触。第二导电弹片位于第二表面上并与第二接垫电性接触。

Description

印刷电路板堆叠结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种印刷电路板堆叠结构及其形成方法。
背景技术
为了减少印刷电路板在电子产品(例如，手机、电脑等)中所占的面积，现有技术通过将印刷电路板切分成两片，并通过中介板(interposer)将两片印刷电路板彼此连接以形成印刷电路板堆叠结构。一般而言，中介板为球栅阵列(ball grid array，BGA)中介板，且具有设置于其相对表面上的焊料球。经由两次表面安装技术(surface mountingtechnology,SMT)通过焊料球将印刷电路板焊接至中介板的相对表面，进而使得印刷电路板通过中介板彼此电性连接。然而，在上述SMT制程中，可能因为高温锡炉对印刷电路板上的集成电路(integrated circuit,IC)零件造成损坏或者造成印刷电路板因热应力而翘曲变形。
另一方面，中介板通过焊料球与印刷电路板焊接之后难以再彼此分离开，如果后续印刷电路板堆叠结构中的零件发生故障造成产品不良，将不利于将该堆叠结构拆解开来进行修理。
发明内容
本发明提供一种印刷电路板堆叠结构及其形成方法，该方法省略了SMT制程，进而避免了由SMT制程所造成的问题。本发明的印刷电路板堆叠结构采用可分离式的组装方式，有利于产品的返修。本发明的印刷电路板堆叠结构可应用于例如手机、电脑等电子产品中。
本发明实施例提供一种印刷电路板堆叠结构，其包括第一印刷电路板、第二印刷电路板以及连接器。第一印刷电路板具有第一接垫。第二印刷电路板具有第二接垫。连接器具有环形结构，位于第一印刷电路板与第二印刷电路板之间并将第一印刷电路板电性连接至第二印刷电路板。连接器包括基板、第一导电弹片与第二导电弹片。基板具有彼此相对的第一表面与第二表面。第一导电弹片位于第一表面上并与第一接垫电性接触。第二导电弹片位于第二表面上并与第二接垫电性接触。
本发明实施例提供一种印刷电路板堆叠结构的形成方法，其包括以下步骤。提供第一印刷电路板与第二印刷电路板，第一印刷电路板包括第一接垫，第二印刷电路板包括第二接垫。提供连接器，并将连接器置于第一印刷电路板与第二印刷电路板之间。连接器具有环形结构，且包括基板、第一导电弹片与第二导电弹片。基板具有彼此相对的第一表面与第二表面。第一导电弹片位于第一表面上，且具有第一固定部与第一自由部。第二导电弹片，位于第二表面上，且具有第二固定部与第二自由部，第一导电弹片与第二导电弹片彼此电性连接。以及通过可拆卸锁固件将第一印刷电路板、连接器及第二印刷电路板锁固在一起，并使得第一导电弹片与第一接垫电性接触，第二导电弹片与第二接垫电性接触。
基于以上，本发明通过具有导电弹片的连接器将不同的印刷电路板电性连接至彼此，并使用可拆卸锁固件将印刷电路板与连接器锁固在一起。如此一来，相较于传统使用BGA/BGA中介板将印刷电路板焊接导通的方式，本发明不需要经过两次SMT制程，减少因为高温锡炉造成印刷电路板上已经焊好的零件损坏或是印刷电路板的翘曲变形。此外，由于本发明的印刷电路板与连接器是通过可拆卸锁固件进行可分离式的组装，因此如果印刷电路板堆叠结构中的装置出现故障，也可轻易地将该印刷电路板堆叠结构的印刷电路板拆解开来，以便于进行修理。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
结合附图阅读以下详细说明会最好地理解本公开的各个方面。值得注意的是，按照行业的标准做法，各种特征并不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。
图1示出连接器的立体图；
图2是根据本发明一些实施例的将连接器置于印刷电路板(printed circuitboard，PCB)之间的立体爆炸图；
图3A与图3B至图4A与图4B是根据本发明一些实施例的形成印刷电路板堆叠结构的示意性剖视图，其中图3A是沿图2的线A-A’的剖视图，图3B是沿图2的B-B’的剖视图；
图5A与图5B分别示出根据本发明一些实施例的连接器的部分放大图；
图6示出根据本发明一些实施例的印刷电路板堆叠结构的示意性剖视图。
附图标号说明：
100：连接器
101：基板
101a：第一表面
101b：第二表面
102、103：导电端子
102a、103a：固定部
102b、103b：自由部
104：穿孔
106：环形区域
107：连接件
108、208、308、310：开孔
110：导体层
200、300：印刷电路板
201a、301a：上表面
201b、301b：下表面
202、302：接垫
205、305：元件
400：螺合元件
400a：螺栓
400b：螺帽
500：印刷电路板堆叠结构
ER：封闭空间
IS：内侧壁
OS：外侧壁
A-A’、B-B’：线
具体实施方式
参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而，本发明亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。相同或相似的元件标号表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。
图1示出连接器的立体图。图2示出将连接器置于印刷电路板(printed circuitboard，PCB)之间的立体爆炸图。图3A示出沿图2的线A-A’的剖视图。图3B示出沿图2的B-B’的剖视图。
请参照图1与图2，提供连接器100。在一些实施例中，连接器100呈环状结构，且具有由其内侧壁IS所围成的环形区域(或称为镂空区域)106。将连接器100置于印刷电路板200与印刷电路板300之间。在一些实施例中，连接器100具有与位于其上方的印刷电路板200相同或相似的轮廓，但本发明并不以此为限。在替代实施例中，连接器100亦可具有与印刷电路板200不同的轮廓。印刷电路板200与印刷电路板300可具有相同或不同的尺寸。在一些实施例中，印刷电路板200的尺寸(例如，宽度、长度、面积等)小于印刷电路板300的尺寸，且连接器100的尺寸可小于、等于或稍微大于印刷电路板200的尺寸。
举例来说，印刷电路板200与印刷电路板300的形状可分别为正方形、长方形、多边形或者其它不规则形状。取决于产品设计与需要，印刷电路板200与印刷电路板300可分别具有任意合适的形状。连接器100可为任意合适的环状结构，例如是方环、圆环、椭圆环或不规则环状结构。连接器100的形状与尺寸与具有较小尺寸的印刷电路板200的形状与尺寸有关。
在一些实施例中，自下而上依次放置印刷电路板300、连接器100以及印刷电路板200。印刷电路板200及连接器100在印刷电路板300顶面所在的水平面上的投影位于印刷电路板300的区域内，且彼此交叠。在一些实施例中，连接器100在印刷电路板300顶面上的投影位于印刷电路板200在印刷电路板300顶面上的投影区域内。
请参照图2、图3A与图3B，在一些实施例中，连接器100包括基板101、导电端子102、导电端子103以及穿孔(through via)104。基板101为绝缘基板，例如是FR4基板，但本发明并不以此为限。基板101具有彼此相对的第一表面(例如，上表面)101a与第二表面(例如，下表面)101b。导电端子102与导电端子103分别设置于基板101的第一表面101a与第二表面101b上，并通过穿孔104电性连接至彼此。导电端子102与103包括导电材料，例如是金属或金属合金。举例来说，导电端子102与103可包括铜、铜合金或其类似物。在一些实施例中，连接器100为双面地格阵列(land grid array,LGA)连接器(或称为LGA/LGA连接器)，但本发明并不以此为限。
在一些实施例中，导电端子102与103包括导电弹片或导电弹性悬臂。请同时参照连接器100的部分放大图5A与图5B，举例来说，导电端子102包括彼此连接的固定部102a与自由部102b。固定部102a固定于基板101的第一表面101a上，且与穿孔104和/或基板101的第一表面101a接触。自由部悬于基板101的第一表面101a上方，而并未与第一表面101a接触。导电端子103包括彼此连接的固定部103a与自由部103b。固定部103a固定于基板101的第二表面101b上，且与穿孔104和/或基板101的第二表面101b接触，自由部103b悬于基板101的第二表面101b下方，而并未与第二表面101b接触。
在一些实施例中，例如图5A所示，导电端子102与导电端子103相对于基板101对称设置，导电端子102的自由部102b与导电端子103的自由部103b朝向相同的方向延伸。在另一些实施例中，例如图5B所示，导电端子102与导电端子103相对于基板101呈非对称设置，导电端子102的自由部102b与导电端子103的自由部103b朝向不同的方向，例如是相反的方向延伸。导电端子102与导电端子103在基板101的第一表面101a或第二表面101b上的投影可彼此交叠，例如是完全交叠或部分交叠。
请继续参照图2、图3A与图3B，穿孔104位于基板101中，且位于导电端子102与导电端子103之间。在一些实施例中，穿孔104的顶面与基板101的第一表面101a实质上齐平，穿孔104的底面与基板101的第二表面101b实质上齐平。穿孔104穿过基板101，以将位于基板101的相对表面上的导电端子102与导电端子103电性连接。穿孔104包括导电材料，例如是金属或金属合金。举例来说，穿孔104可包括铜、铜合金或其类似物。
在一些实施例中，每一穿孔104连接彼此对应的一组导电端子102与103。所述对应的一组导电端子102与103及位于两者之间的穿孔104构成连接件107。换言之，连接器100包括多个连接件107。在一些实施例中，多个连接件107彼此间隔开且电性隔离。多个连接件107可包括用于电性连接印刷电路板200与300及用于传送信号的连接件、接地连接件和/或虚设连接件，但本发明并不以此为限。
印刷电路板200置于连接器100的第一表面101a上方。印刷电路板200的侧壁可与连接器100的外侧壁OS对齐或不对齐。印刷电路板200具有与至少部分导电端子102相对应的接垫202。接垫202包括例如金属或金属合金等导体材料。举例来说，接垫202可包括铜、铝、其合金或其类似物。在一些实施例中，如图3B所示，印刷电路板200包括多个元件205，装置205可包括主动元件、被动元件或其组合。主动元件例如包括集成电路芯片、二极管等。被动元件例如包括电容器、电阻器、电感器等。多个元件205的尺寸可彼此相同或不同。在一些实施例中，元件205设置在印刷电路板200的与连接器100上表面101a相对的下表面201b上，且位于与连接器100的内侧壁IS所围成的环形区域106正上方相对应的位置处。在一些实施例中，元件205例如是通过焊球(solder ball)(未示出)电连接到印刷电路板200。尽管图中示出元件205设置于印刷电路板200的下表面201b上，但本发明并不以此为限。取决于产品需求与设计，可在印刷电路板200的上表面201a、下表面201b或者上表面201a与下表面201b两者上的任意合适的位置设置各种元件。
印刷电路板300位于连接器100的下表面101b下方，且具有与至少部分导电端子103相对应的接垫302。接垫302包括例如金属或金属合金等导体材料。举例来说，接垫302可包括铜、铝、其合金或其类似物。在一些实施例中，如图3B所示，印刷电路板300包括多个元件305，元件305可包括主动元件、被动元件或其组合。主动元件例如包括集成电路芯片、二极管等。被动元件例如包括电容器、电阻器、电感器等。多个元件305的尺寸可彼此相同或不同。在一些实施例中，元件305设置在印刷电路板300的与连接器100下表面101b相对的上表面301a上，且位于连接器100的环形区域106正下方对应的位置处。在一些实施例中，元件305例如是通过焊球(solder ball)电连接到印刷电路板300。尽管图中示出元件305设置于印刷电路板300的上表面301a上与环形区域106对应的位置处，但本发明并不以此为限。取决于产品需求与设计，可在印刷电路板300的上表面301a的其它位置处(即，对应连接器100的外侧壁OS以外的位置)、下表面301b或者上表面301a与下表面301b两者上的任意合适的位置设置各种元件。
在一些实施例中，连接器100的高度可根据印刷电路板200与300的设置在连接器100的环形区域106对应位置处的装置205与305的高度来进行调节。
请参照图2与图3A，在一些实施例中，印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300分别具有彼此对齐的开孔208、开孔108及开孔308。在一些实施例中，开孔208设置于印刷电路板200的顶角(corner)处，且贯穿印刷电路板200。开孔108设置于连接器100的顶角处，且贯穿连接器100。开孔308设置于印刷电路板300的与开孔208及108相对应的位置处，且贯穿印刷电路板300。在一些实施例中，开孔108、208、308具有光滑的内壁。在替代实施例中，开孔108、208、308分别为用于螺丝锁固的螺孔，且其内壁具有与螺丝的螺纹相对应的螺纹，但本发明并不以此为限。
请参照图3A与图3B至图4A与图4B，通过可拆卸锁固件将印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300锁固在一起。可拆卸锁固件可为螺合元件、卡合构件等。举例来说，通过螺合元件400以螺丝锁固的方式将印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300连接并固定在一起，并形成印刷电路板堆叠结构500。螺合元件400例如包括螺栓400a与螺帽400b。螺栓400a与螺帽400b具有彼此对应的螺纹。举例来说，将印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300的开孔208、108、308对齐，将螺栓400a置于印刷电路板200的开孔208上方，且将螺帽400b置于印刷电路板300的开孔308下方。接着，将螺栓400a穿过印刷电路板200的开孔208、连接器100的开孔108及印刷电路板300的开孔308，并螺栓400a与螺帽400b相互锁紧，进而将印刷电路板200、连接器100与印刷电路板300锁固在一起，并使得印刷电路板200与印刷电路板300通过连接器100彼此电性连接。
请参照图4A与图4B，印刷电路板堆叠结构500包括印刷电路板200、印刷电路板300、连接器100以及螺合元件400，其中印刷电路板200与300及连接器100通过螺合元件400锁固，且印刷电路板200与300通过连接器100彼此电性连接。在一些实施例中，在螺合元件400锁紧的状态下的印刷电路板堆叠结构500中，导电端子102的自由部102b被压至与连接器100的基板101的上表面101a及穿孔104的顶面接近并接触，导电端子103的自由部103b被压至与连接器100的基板101的下表面101b及穿孔104的底面接近并接触。在另一些实施例中，在螺合元件400锁紧的状态下的印刷电路板堆叠结构500中，导电端子102的自由部102b被压至与连接器100的基板101的上表面101a及穿孔104的顶面接近但不接触或部分接触，导电端子103的自由部103b被压至与连接器100的基板101的下表面101b及穿孔104的底面接近但不接触或部分接触。尽管图4A与4B示出连接器100的导电端子102与103的整个自由部102b与103b被压后与连接器100的基板101的表面及穿孔104完全接触，但本发明并不以此为限。取决于产品需求与设计，在螺合元件400锁紧的状态下，导电端子102及103的自由部102b及103b可分别与基板101和/或穿孔104完全接触、部分接触或不接触。印刷电路板200的接垫202与连接器100的导电端子102接触，印刷电路板300的接垫302与连接器100的导电端子103接触，使得印刷电路板200的接垫202与印刷电路板300的接垫302通过连接器100的导电端子102、穿孔104以及导电端子103电性连接到彼此。尽管附图示出印刷电路板的一个接垫对应连接到连接器的一个导电端子，但本发明并不以此为限。取决于产品需求与设计，印刷电路板的一个接垫可对应连接到连接器的多个导电端子，或者印刷电路板的多个接垫可对应连接到连接器的同一个导电端子。
请参照图4B，印刷电路板200的下表面201b、印刷电路板300的上表面301a与连接器100的基板101的内侧壁IS以及部分导电端子102、103及部分接垫202、302的侧壁围成封闭空间ER。在本文中，封闭空间包括完全密封的空间或非完全封闭的空间。印刷电路板200的元件205与印刷电路板300的元件305位于封闭空间ER中。换言之，元件205与元件305的至少部分位于连接器100的环形区域106内，被连接器100侧向环绕。在一些实施例中，连接器100的高度被配置成使得元件205与元件305之间具有间隙，而不会彼此接触到。
请参照图2、图4A与图4B，在一些实施例中，印刷电路板300更包括开孔310。开孔310例如是位于印刷电路板300的角落处。可利用螺合元件穿过开孔310将印刷电路板堆叠结构500锁附于其它电子装置。
请参照图6，在一些实施例中，印刷电路板堆叠结构500更包括配置在连接器100的基板101的内侧壁IS上的导体层110，以用于屏蔽电磁干扰。导体层110包括金属，例如是铜或其它合适的金属。导体层110例如是通过电镀的方式形成在连接器100的基板101的内侧壁IS上。导体层110是电性浮置的，亦即，与连接器100的其它元件是电性隔离的。在一些实施例中，由于元件205与305设置在封闭空间ER内，且在连接器的内侧壁IS上设置有导体层110，因此可屏蔽元件205与305所产生的电磁干扰(EMI)。在一些实施例中，导体层110仅设置在连接器100的内侧壁IS上，但本发明并不以此为限。取决于产品设计与需要，导体层110可设置在连接器100基板101的内侧壁IS、外侧壁OS或者内侧壁IS与外侧壁OS两者之上。通过在连接器100基板101的侧壁上设置导体层，可减少连接器100中接地连接件的数量，而且也不需要另设用于EMI屏蔽的金属罩，从而可节省空间及成本。
在本发明的实施例中，若印刷电路板堆叠结构500中的部分构件出现故障，可容易地将螺合元件400拆卸开，以将印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300分离开，进而可容易地针对特定的故障构件进行修理。在一些实施例中，在所述修理完成之后，可再通过螺合元件400将印刷电路板200、连接器100及印刷电路板300重新锁固在一起。
综上所述，本发明通过具有导电弹片的连接器将不同的印刷电路板电性连接至彼此，并使用可拆卸锁固件将印刷电路板与连接器锁固在一起。如此一来，相较于传统使用BGA/BGA中介板将印刷电路板焊接导通的方式，本发明省略了SMT制程，避免因为高温锡炉造成印刷电路板上已经焊好的零件损坏或是印刷电路板的翘曲变形。此外，由于本发明的印刷电路板与连接器是通过可拆卸锁固件进行可分离式的组装，因此如果印刷电路板堆叠结构中的装置，特别是位于上述封闭空间中的装置出现故障，也可轻易地将该印刷电路板堆叠结构的印刷电路板拆解开来，以便于进行修理。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (17)

1.一种印刷电路板堆叠结构，包括：
第一印刷电路板，具有第一接垫；
第二印刷电路板，具有第二接垫；以及
连接器，具有环形结构，位于所述第一印刷电路板与所述第二印刷电路板之间并将所述第一印刷电路板电性连接至所述第二印刷电路板，所述连接器包括：
基板，具有彼此相对的第一表面与第二表面；
第一导电弹片，位于所述第一表面上并与所述第一接垫电性接触；以及
第二导电弹片，位于所述第二表面上并与所述第二接垫电性接触，
其中所述连接器的内侧壁、所述第一印刷电路板的至少部分下表面及所述第二印刷电路板的部分上表面围成封闭空间，所述连接器还包括导体层，设置于所述连接器的所述基板的内侧壁、外侧壁或其组合上。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，还包括可拆卸锁固件，将所述第一印刷电路板、所述连接器及所述第二印刷电路板锁固在一起。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述可拆卸锁固件包括螺合元件。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述第一导电弹片包括彼此连接的第一固定部与第一自由部，所述第二导电弹片包括彼此连接的第二固定部与第二自由部。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述连接器还包括穿孔，位于所述基板中并穿过所述基板，以电性连接所述第一导电弹片与所述第二导电弹片。
6.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述第一印刷电路板还包括第一元件，设置于所述第一印刷电路板的所述至少部分下表面上，所述第一元件位于所述封闭空间中，被所述连接器侧向环绕。
7.根据权利要求1或6所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述第二印刷电路板还包括第二元件，设置于所述第二印刷电路板的所述部分上表面上，所述第二元件位于所述封闭空间中，被所述连接器侧向环绕。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述连接器具有与所述第一印刷电路板相似的轮廓。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述第一接垫包括一个第一接垫，所述第一导电弹片包括多个第一导电弹片，所述一个第一接垫电性接触所述多个第一导电弹片。
10.根据权利要求1所述的印刷电路板堆叠结构，其中所述第一接垫包括多个第一接垫，所述第一导电弹片包括一个第一导电弹片，所述多个第一接垫电性接触所述一个第一导电弹片。
11.一种印刷电路板堆叠结构的形成方法，包括：
提供第一印刷电路板与第二印刷电路板，所述第一印刷电路板包括第一接垫，所述第二印刷电路板包括第二接垫；
提供连接器，并将所述连接器置于所述第一印刷电路板与所述第二印刷电路板之间，所述连接器具有环形结构，且包括：
基板，具有彼此相对的第一表面与第二表面；
第一导电弹片，位于所述第一表面上，且具有第一固定部与第一自由部；以及
第二导电弹片，位于所述第二表面上，且具有第二固定部与第二自由部，所述第一导电弹片与所述第二导电弹片彼此电性连接；
通过可拆卸锁固件将所述第一印刷电路板、所述连接器及所述第二印刷电路板锁固在一起，并使得所述第一导电弹片与所述第一接垫电性接触，所述第二导电弹片与所述第二接垫电性接触，其中所述连接器的内侧壁、所述第一印刷电路板的至少部分下表面及所述第二印刷电路板的部分上表面围成封闭空间；以及
在所述连接器的所述基板的所述内侧壁、外侧壁或其组合上形成导体层。
12.根据权利要求11所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，其中
在所述锁固之前，所述第一导电弹片的所述第一自由部悬于所述第一表面上方，所述第二导电弹片的所述第二自由部悬于所述第二表面下方；以及
在所述锁固之后，所述第一导电弹片的所述第一自由部被压至与所述第一表面接近，且所述第二导电弹片的所述第二自由部被压至与所述第二表面接近。
13.根据权利要求11所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，其中所述第一印刷电路板还包括设置于其下表面上的第一元件，所述第一元件位于所述连接器的所述基板的所述内侧壁所围成的环形区域内，和/或其中所述第二印刷电路板还包括设置于其上表面上的第二元件，所述第二元件位于所述环形区域内。
14.根据权利要求11所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，其中所述导体层是通过电镀的方式形成。
15.根据权利要求11所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，其中所述连接器还包括穿孔，位于所述基板中并穿过所述基板，以电性连接所述第一导电弹片与所述第二导电弹片。
16.根据权利要求11所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，还包括：在所述锁固之后，将所述可拆卸锁固件拆卸开，以将所述第一印刷电路板、所述第二印刷电路板以及所述连接器分离开。
17.根据权利要求16所述的印刷电路板堆叠结构的形成方法，还包括：通过所述可拆卸锁固件将所述第一印刷电路板、所述第二印刷电路板以及所述连接器重新锁固在一起。
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