CN113555636A - 用于保护smd部件免受环境影响的组件 - Google Patents

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李其荣
大石雅弘
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Abstract

本发明描述了一种用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，该组件(1)包括：至少一个SMD部件(2)；金属布线(4)，其适于并被布置成将电流从SMD部件(2)引导至外部电路；以及至少一个保护元件(5)，其适于并被布置成覆盖SMD部件(2)的所有外表面(6)和布线(4)的至少部分，其中，组件(1)具有模制模块的结构。

Description

用于保护SMD部件免受环境影响的组件
技术领域
本发明涉及用于保护有源SMD(表面贴装器件)部件免受环境影响的组件。
背景技术
通常，SMD部件(例如，半导体元件)在使用表面贴装技术(SMT) 组装后由机载涂层例如保形涂层、坝填充涂层和/或滴胶涂层保护。替选地，单独的元件或元件组被模制或涂覆有热塑性材料或环氧树脂材料用于严密保护。
然而，这些技术相当适合于无源部件而不适合于有源部件，有源部件通常具有高能量密度，并且因此不能承受常规焊接/涂覆/模制工艺中所需的高的温度/压力。
对于含有对气氛敏感的材料的电池例如纽扣电池和/或袋形电池，借助于具有特定结构和材料的严密壳体来实现保护。因此所使用的材料/结构不适配SMT工艺，并且需要手动焊接或特定的组装技术(例如，胶合、插入电池固定装置)，这通常导致额外的组装成本和降低的与印刷电路板 (PCB)的机械连接/电气连接的可靠性。
CeraCharge电池(即可再充电固态SMD电池)性能对环境湿度敏感。使用CeraCharge时，建议的相对湿度为60％以下，这严重地限制该产品的应用，并且在没有很好地控制周围条件的情况下可能引起对该产品和相关电子设备的严重的可靠性问题。
发明内容
本公开内容的目的是提供一种解决以上提及的问题的组件。
该目的通过根据用于保护SMD部件免受环境影响的组件解决。
根据本公开内容的第一方面，提供了一种组件，该组件具体地适于并且被设计成用于保护SMD部件特别是有源SMD部件免受环境影响，例如免受湿度和/或化学侵蚀的影响。
该组件包括至少一个SMD部件，特别是至少一个有源SMD部件。在一个实施方式中，组件包括恰好一个SMD部件，优选地恰好一个有源 SMD部件。替选地，组件可以包括多个(优选地有源的)SMD部件，例如两个、三个或更多个SMD部件。SMD部件适于遵循SMD部件的标准EIA壳体尺寸。
该组件还包括金属布线。布线可以包括至少一个、优选地多个金属布线或条/箔，例如薄铜箔。金属布线可以包括一个、两个或更多个金属条载体。金属布线适于并被布置成将电流从SMD部件引导至外部电路例如引导至PCB。
该组件还包括至少一个保护元件。优选地，组件包括恰好一个保护元件。该保护元件可以包括环氧树脂、热塑性材料和/或基于环氧树脂、热塑性材料的材料。
保护元件适于并被布置成覆盖SMD部件的外表面、特别是所有外表面。保护元件优选地完全包围SMD部件。该保护元件还适于并布置成覆盖金属布线的一部分。布线的被保护元件覆盖的部分和SMD部件与保护元件一起模制。因此，该组件具有模制模块的结构。
通过模制产生的紧密涂层以成本有效、简单且可靠的方式保护SMD 部件免受湿度和化学侵蚀的影响。借助于涂层结构，可以实现SMD部件在没有很好地控制操作条件的情况下的更大鲁棒性和更高可靠性。整个模块和露出的金属布线的大小与SMD部件的标准EIA壳体尺寸兼容。总而言之，提供了一种保护SMD部件免受环境影响的鲁棒的、高效且简单的组件。
根据一个实施方式，布线至少部分地从保护元件突出，用于将组件电连接至外部电路。以此方式，确保了整个组件的简单且可靠的电连接。
根据一个实施方式，保护元件适于并被布置成完全包围SMD部件。这将使SMD部件在没有很好地控制操作条件(例如高湿度、化学侵蚀) 的情况下具有更大的鲁棒性和更高的可靠性。
根据一个实施方式，布线特别是相应的条或箔包括第一区段。布线特别是相应的条/箔可以包括第二区段。在第一区段与第二区段之间可以布置有中间区段。当然，该布线是一件式布线。换言之，布线的各个区段是一体构建的。
第一区段可以从保护元件露出。布线的第一区段可以弯曲。第一区段的弯曲几何形状可以适于组件的应用和相关的制造过程的需求。第一区段可以提供组件的外部电极。以此方式，组件可以容易地电连接至外部电路。第二区段可以布置在保护元件内。第二区段可以焊接至SMD部件。
根据一个实施方式，SMD部件包括至少一个外部电极，优选地两个外部电极。布线特别是第二区段被焊接至外部电极。
根据一个实施方式，至少一个SMD部件包括可再充电全固态电池，例如CeraCharge。借助于将可再充电全固态电池嵌入到组件中，可再充电全固态电池可以在高湿度例如≥90％RH的环境下操作，并且具有针对不稳定的操作环境条件的增强的可靠性。
根据一个实施方式，组件包括两个或更多个SMD部件，例如全固态电池。SMD部件可以以并联、串联或组合形式焊接至金属布线。以此方式，可以针对更广泛的应用需求调节组件的容量和电压。
根据另一方面，公开了一种用于制备用于保护SMD部件免受环境影响的组件的方法。该方法包括以下步骤：
第一步骤A)包括至少一个SMD部件的制备。替选地，可以制备多于一个SMD部件，例如两个或三个SMD部件。
SMD部件可以是有源SMD部件。SMD部件可以例如包括可再充电全固态电池，例如CeraCharge。然而，该方法不限于仅嵌入可再充电全固态电池，而且还可以是可再充电全固态电池和/或其他SMD部件的组合。
制备SMD部件的步骤可以包括常规的多层工艺包括流延成型、丝网印刷、堆叠、切割、脱粘结和在高温下烧结以形成单片式多层陶瓷部件，该单片式多层陶瓷部件包含所需的层状集电器结构、电极材料和例如用于锂离子电池的电解质材料。之后，可以将陶瓷部件翻转以使尖角部倒圆。
下一步骤B)包括在SMD部件的外表面上施加金属层以提供外部电极。金属层可以包括Cr、Ni和/或Ag。因此，各个外部电极可以包括 Cr/Ni/Ag三层。首先，可以将Cr层施加至SMD部件的外表面。之后，可以将Ni层施加至Cr层上。之后，可以将Ag层施加至Ni层上。
优选地，将两个外部电极施加至SMD部件的外表面，例如，其中SMD 部件的内部电极层暴露在外侧的相反侧面。外部电极可以被施加至SMD 部件的底侧、上侧和/或侧面。外部电极特别是各个外部电极的层可以被溅射到SMD部件的外表面上。
在下一步骤C)中，将电布线焊接至各个外部电极的外表面特别是Ag层，以形成电连接。电布线例如可以包括两个或更多个金属条/箔或金属条载体。电布线例如可以包括两个薄铜箔。可以利益无铅回流焊接将电布线焊接至外部电极。
在下一步骤D)中，将布线的至少部分和SMD部件与保护元件一起模制，使得保护元件完全包围SMD部件。该保护元件可以包含环氧树脂材料、热塑性材料和/或基于这两种材料的材料。布线的部分和SMD部件完全嵌入在保护元件内。以此方式，形成模制模块。
在下一步骤E)中，将布线的至少一部分即相应金属条/箔的第一区段从保护元件引出。将模制模块的尺寸控制在EIASMD壳体尺寸的规格之内。
在下一步骤F)中，对布线的从保护元件露出的部分即第一区段进行弯曲和切割，以形成整个模制模块的外部电极。模块外部的其余金属条(即第一区段)的位置和大小设计为与相同壳体尺寸的相应覆盖区相适配。以此方式，整个组件即模制模块可以容易地电连接至电路板。
在下一步骤G)中，经由无铅回流工艺将组件/模制模块焊接至测试 PCB。之后，在40℃下在93％RH的高湿度下测量电池性能，并且实现了连续操作(充电/放电循环)。与此相比之下，对于裸露/常规CeraCharge 的连续操作的最大湿度限制为60％RH。
模制模块不仅继承了例如可再充电全固态电池的固有特征(即，可再充电、长寿命/循环时间、高安全性、SMT兼容(无铅回流)和RoHS兼容等)，而且也扩展了所述部件的应用领域。涂层结构引起了全固态电池的在没有很好地控制操作条件(例如高湿度、化学侵蚀)的情况下的更大的鲁棒性和更高的可靠性。此外，利用适当地连接多于一个可再充电全固态电池，可以调节部件的容量和电压，以适应更广泛的应用需求。
如以上所提及的，设计不限于仅嵌入可再充电全固态电池，而且还可以是可再充电全固态电池和/或其他SMD部件的组合以提供更复杂的功能。因此，可以根据应用和相关制造工艺的要求来调整布线和整个模块块的形状和大小。
本公开内容包括本发明的几个方面。即使在特定方面的上下文中没有明确提及各个特征，本文中还针对另一方面公开了关于各个方面中的一个方面描述的每个特征。
特别地，本公开内容涉及以下方面：
1.一种用于保护SMD部件免受环境影响的组件，所述组件包括：
至少一个SMD部件；
金属布线，其适于并被布置成将电流从所述SMD部件引导至外部电路；以及
至少一个保护元件，其适于并被布置成覆盖所述SMD部件的所有外表面和所述金属布线的至少部分，
其中，所述组件具有模制模块的结构。
2.根据方面1所述的组件，其中，所述金属布线至少部分地从所述保护元件突出，用于将所述组件电连接至所述外部电路。
3.根据方面1或方面2所述的组件，其中，所述保护元件适于并被布置成完全包围所述SMD部件。
4.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述金属布线包括至少两个金属条或条载体。
5.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述SMD部件包括至少一个外部电极，其中，所述金属布线被焊接至所述外部电极。
6.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述至少一个SMD 部件包括可再充电全固态电池。
7.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述保护元件包含环氧树脂、热塑性材料和/或基于环氧树脂、热塑性材料的材料。
8.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述金属布线包括第一区段和第二区段，所述第一区段从所述保护元件露出并且所述第二区段布置在所述保护元件内，其中，所述第一区段提供所述组件的外部电极。
9.根据方面8所述的组件，其中，所述金属布线的所述第一区段是弯曲的。
10.根据前述方面中任一方面所述的组件，其中，所述组件包括两个或更多个SMD部件，其中，所述SMD部件以并联、串联或组合形式被焊接至所述金属布线。
11.一种用于制备用于保护SMD部件免受环境影响的组件的方法，所述方法包括以下步骤：
A)制备所述SMD部件；
B)将外部电极施加至所述SMD部件，以提供所述SMD部件的外部接触；
C)将电布线焊接至所述SMD部件的所述外部电极以形成电连接；
D)将所述电布线的至少部分和所述SMD部件与保护元件一起模制，使得所述保护元件完全包围所述SMD部件并且使得形成模制模块；
E)将所述电布线的至少一部分从所述保护元件引出；
F)对所述电布线的从所述保护元件露出的部分进行弯曲和切割，以形成所述模制模块的外部电极。
12.根据方面11所述的方法，其中，制备所述SMD部件包括常规的多层工艺以形成单片式多层陶瓷SMD部件。
附图说明
根据以下结合附图对示例性实施方式的描述，另外的特征、改进和适宜性变得明显。
图1示意性地示出了用于保护SMD部件免受环境影响的组件的截面图。
图2示意性地示出了组件的另一实施方式的透视图。
在附图中，相同结构和/或功能的元件可以由相同的附图标记指代。应当理解，附图中所示的实施方式是说明性表示，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
图1示出了用于保护SMD部件2免受环境影响的组件1。组件1包括SMD部件2。在该实施方式中，SMD部件2包括一个单个可再充电全固态电池。然而，也可以是可再充电全固态电池和/或其他SMD部件的组合。
SMD部件2包括具有两个外部电极3的单片式陶瓷多层体。外部电极3位于SMD部件2的外表面6上。在该实施方式中，外部电极3被施加至SMD部件2的上表面。然而，外部电极3也可以位于SMD部件2 的外表面6的不同区域上，例如在SMD部件2的相反侧面上或在SMD 部件2的底部上。两个外部电极3在空间上和电气上彼此分隔开。
各个外部电极3包括Cr/Ni/Ag的三层(未明确示出)。然而，也可以是不同的材料或材料的组合。各个外部电极3被溅射到SMD部件2上。
组件1还包括金属布线4。在该实施方式中，布线4包括两个金属条或金属箔。特别地，布线4包括薄铜箔。条/箔可以涂覆有锡以便于焊接。
各个金属条/箔包括第一区段7和第二区段8。第二区段8布置在相应的外部电极3上。特别地，第二区段8例如通过无铅回流焊被焊接到外部电极3，特别地外部电极3的顶层或Ag层。
第二区段8以平坦或平面的方式布置在外部电极3上。在第一区段7 与第二区段8之间的中间区段9中，各个金属条/箔至少包括一个纽结。换句话说，金属条/箔被弯曲。这用于将相应的金属条/箔特别地第一区段 7引导至组件1下方的区域中，以将组件1电连接至电路板。
组件1还包括保护元件5。保护元件5包括模制材料。保护元件5可以包含环氧树脂、热塑性材料或所述材料的组合。SMD部件2完全嵌入在保护元件5内。换句话说，保护元件5覆盖SMD部件2的整个外表面 6。
此外，金属布线4的部分特别地第二区段8和中间区段9嵌入在保护元件5内。因此，保护元件5完全地并紧密地覆盖SMD部件2、第二区段8和中间区段9。SMD部件2、金属布线4和保护元件5的组件包括模制模块的结构。
然而，电布线4的第一区段7没有被保护元件5覆盖，而是被引出保护元件5以将电流从SMD部件2引导至外部电路(未明确示出)。第一区段7被弯曲和修整，以提供整个组件1的可焊接的外部电极。特别地，首先将相应的第一区段7沿着组件1的外侧面引导。然后，将第一区段7弯曲，以沿着整个组件1的底部引导。以这种方式，相应的第一区段7用作组件1/模制模块的外部电极。
第一区段7的弯曲几何形状取决于组件1的尺寸、制备组件1的方法和/或将组件1固定至电路板的方式(例如，通过无铅回流焊接)。特别地，布线4的形状和大小以及整个模块的形状和大小可以根据应用和相关的制造工艺的要求进行调整。
保护元件5的紧密的覆盖保护了SMD部件2免受湿气和任何化学侵蚀，并且金属布线4将电流从外部电极3引导至外部电路。整个组件1和露出的金属布线(即第一区段7)的大小与SMD部件的标准EIA外壳尺寸兼容。组件1的尺寸优选地在EIASMD外壳尺寸的规格内。在模制模块外侧的其余金属条即第一区段7的位置和大小被设计成与相同外壳尺寸的相应覆盖区(footprint)相适配。
所描述的组件1提供了可以在高湿度(例如≥90％RH)的环境下操作并具有针对不稳定操作环境条件的增强的可靠性的SMT兼容、可再充电全固态电池。该设计可以扩展为嵌入通过金属布线4以并联或串联或组合形式连接的多个SMD部件2。
图2示意性地示出了组件1的另一实施方式的透视图。在该实施方式中，组件1包括三个SMD部件2(优选地，可再充电全固态电池)。当然，也可以是不同数目的SMD部件2，例如，两个、四个或更多个SMD部件 2。各个SMD部件2在EIASMD外壳尺寸(例如1812)的规格内。
三个SMD部件2被焊接至金属布线4。在该实施方式中，金属布线4 包括两个载体条。SMD部件2被并联地焊接至载体条。当然，SMD部件2也可以被串联地焊接至载体条(未明确示出)。也可以是组合形式。
SMD部件2与完全覆盖三个SMD部件2的保护元件5一起模制。布线4的第一区段7从保护元件5突出并且用作整个组件1的外部电极。布线4的第二区段8嵌入在保护元件5中。
整个组件/模制模块包括具有高度为4.5mm的EIA外壳3225。组件1 的容量增加到与单个SMD部件2/特别地可再充电全固态电池相比的3倍，而内部电阻减小到与单个SMD部件2/特别地可再充电全固态电池相比的 1/3。因此，利用多于一个SMD部件2的适当连接，可以调节各个SMD 部件的容量和电压以及组件1的容量和电压，以适应更广泛的应用需求。
在下文中，公开了一种用于制备用于保护SMD部件2免受环境影响的组件1的方法。该方法包括以下步骤：
在第一步骤A)中，制备至少一个SMD部件2。替选地，可以制备多于一个SMD部件2，例如两个或三个SMD部件2。优选地，SMD部件2包括可再充电全固态电池。然而，该方法不限于仅嵌入可再充电全固态电池，而且还可以是可再充电全固态电池和/或其他SMD部件的组合。SMD部件2包括EIA外壳尺寸1812。
在该方法步骤中，可以进行常规的多层工艺包括流延成型、丝网印刷、堆叠、切割、脱粘结和在高温下烧结以形成单片式多层陶瓷部件，该部件包含层压的集电器、电极材料和优选地用于锂离子电池的电解质材料。之后，可以将陶瓷部件翻转以使尖角部倒圆。
在下一步骤B)中，在SMD部件2的外表面6上施加金属层以提供外部电极3。金属层可以包括Cr、Ni和/或Ag。特别地，金属层可以包括 Cr/Ni/Ag三层。将金属层溅射到SMD部件2的外表面6上。
在下一步骤C)中，将电布线4焊接至SMD部件2的外部电极3，以形成电连接。电布线4例如可以包括两个或更多个金属条/箔或金属条载体。可以利用无铅回流焊接将电布线4焊接至相应的外部电极3。
在下一步骤D)中，布线4的至少部分和SMD部件2与保护元件5 一起模制，使得保护元件5完全包围SMD部件2。保护元件5可以包含环氧树脂材料、热塑性材料和/或基于这两种材料的材料。以这种方式，形成模制模块。
在下一步骤E)中，将布线4的至少一部分即布线4的第一区段7从保护元件5引出。
在下一步骤F)中，对布线4的从保护元件露出的部分即第一区段7 进行弯曲和切割，以形成整个模制模块/组件的外部电极。以这种方式，组件1可以容易地电连接至电路板。
在下一步骤G)中，经由无铅回流工艺将组件1焊接至测试PCB上。之后，在40℃下在93％RH的高湿度下测量电池性能，并且实现了连续操作(充电/放电循环)。与此相比之下，对于裸露/常规可再充电全固态电池的连续操作的最大湿度被限制为60％RH。
组件1的尺寸被控制在(具有高度为3.2mm)的EIASMD外壳尺寸 3225的规格内。在模制模块外侧的其余金属条(即金属布线4的第一区段7)的位置和大小被设计成与相同外壳尺寸的相应覆盖区相适配。
附图标记
1 组件
2 SMD部件
3 外部电极
4 布线
5 保护元件
6 外表面
7 第一区段
8 第二区段
9 中间区段。

Claims (11)

1.一种用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)包括：
至少一个SMD部件(2)；
金属布线(4)，其适于并被布置成将电流从所述SMD部件(2)引导至外部电路；以及
至少一个保护元件(5)，其适于并被布置成覆盖所述SMD部件(2)的所有外表面(6)和所述金属布线(4)的至少部分，
其中，所述组件(1)具有模制模块的结构。
2.根据权利要求1所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述金属布线(4)至少部分地从所述保护元件(5)突出，用于将所述组件(1)电连接至所述外部电路。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述保护元件(5)适于并被布置成完全包围所述SMD部件(2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述金属布线(4)包括至少两个金属条或条载体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述SMD部件(2)包括至少一个外部电极(3)，其中，所述金属布线(4)被焊接至所述外部电极(3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述至少一个SMD部件(2)是有源SMD部件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述至少一个SMD部件(2)包括可再充电全固态电池。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述保护元件(5)包含环氧树脂、热塑性材料和/或基于环氧树脂、热塑性材料的材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述金属布线(4)包括第一区段(7)和第二区段(8)，所述第一区段(7)从所述保护元件(5)露出并且所述第二区段(8)布置在所述保护元件(5)内，其中，所述第一区段(7)提供所述组件(1)的外部电极。
10.根据权利要求9所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述金属布线(4)的所述第一区段(7)是弯曲的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于保护SMD部件(2)免受环境影响的组件(1)，其特征在于，所述组件(1)包括两个或更多个SMD部件(2)，其中，所述SMD部件(2)以并联、串联或组合形式被焊接至所述金属布线(4)。
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