CN115024024A

CN115024024A - 用于将电气组件布置在印刷电路板上的组件载体

Info

Publication number: CN115024024A
Application number: CN202180011477.8A
Authority: CN
Inventors: T·赫斯
Original assignee: Haoting Co ltd
Current assignee: Haoting Co ltd
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-09-06
Also published as: KR20220134773A; EP4101269A1; US11770896B2; WO2021156793A1; US20230061125A1; DE102020102983A1

Abstract

为了使诸如微处理器(3)、LED(3')、传感器(3”)、天线等的电气组件(3、3'、3”)在印刷电路板上的几何布置更为灵活，提出由能够实现MID的塑料构成的特殊组件载体(1)。所述组件载体一方面可以具有用于连接到印刷电路板上的标准化足迹，另一方面可以特别是以LDS工艺通过单独施加的印制导线(2、2')与这些组件(3、3'、3”)的接头和几何布置适配。此外，通过这些特殊形状的组件载体(1)能实现这些电气组件(3、3'、3”)特别是垂直和平行于印刷电路板的几何定向，这对于天线和加速度传感器而言尤为有利。此外，针对温度敏感的组件(3、3'、3”)，也可以在预安装的状态下实现SMT钎焊。

Description

用于将电气组件布置在印刷电路板上的组件载体

技术领域

本发明基于一种根据独立权利要求1的类型的用于将电气组件布置在印刷电路板上的组件载体。

此外，本发明还基于一种借助至少一个根据权利要求1所述的组件载体为印刷电路板装配电气组件的方法。

为了将电气组件固定在印刷电路板上并且将所述电气组件与所述印刷电路板电连接，需要这种组件载体和这种方法。

背景技术

现有技术中揭露过自动化的方式为印刷电路板装配电气组件。此举特别是可以借助广泛使用的“表面贴装技术”(SMT)而实现。

印刷电路板的自动化装配的主要问题在于，这些组件通常具有单独的接头。这使得印刷电路板布局以及在随后选择适用的组件方面的装配灵活性更加难以实现。特别是可能会阻碍或者甚至无法实现以自动化的方式为印刷电路板装配在功能和价格上均具有吸引力的替代组件。

基于其温度敏感性，许多电气组件难以适用于SMT钎焊。

此外，印刷电路板上较小的结构空间对于几乎所有电路设计而言都是一个难题，即原则上需要尽可能有效地利用现有的结构空间，以便在尽可能小的空间上实现尽可能高的功能性。如此一来，在工作过程中，由高功率的电气组件(例如微处理器)而引起的升温通常也可能会成为问题，因此，需要使用散热器和/或风扇，这又进一步增加了空间需求。

发明内容

本发明的目的是简化印刷电路板的自动化装配或首先使其成为可能。特别是应提高组件选择的灵活性。

本发明的上述目的通过独立权利要求的主题实现。

组件载体由电绝缘材料、特别是塑料构成，并且优选以所谓的“MID”(mouldedinterconnect device模制互连器件)工艺并且特别是以所谓的“LDS”(Laser DirectStructuring激光直接成型)工艺制成。为此，所述组件载体可以由一种或多种能够实现MID且特别是能够实现LDS的塑料构成或者至少部分地具有所述塑料。所述组件载体具有包括一个或多个支撑面的基部区域，用于与印刷电路板进行电连接和机械连接。此外，所述组件载体具有基本上垂直于所述基部区域的支撑面而延伸的基本上平面的连接区段，所述连接区段具有至少一个平坦的侧面，可以将一个或多个电气组件安装在该侧面上。在该连接区段的背离基部区域的端部处，所述组件载体具有平行于基部区域而定向的顶面。该顶面既可以用作用于例如以SMT工艺对印刷电路板进行自动化装配的吸力面，又可以用于安装一个或多个另外的电气组件。所述组件载体配设有多个印制导线，所述印制导线在印刷电路板连接侧被导引至基部区域的支撑面中的至少一个上并且在该支承面终止于各个印刷电路板连接区域以与该印刷电路板焊接在一起。在相应另一端处，这些印制导线被导引至这些电气组件中的一个的相应安装位置，并且在该相应安装位置处分别至少在待安装在该相应安装位置处的组件的电接头附近终止于这些印制导线的组件连接区域。

其中，词组“基本上平面的”指的是连接区段至少在一侧是平面的方或者必须具有至少一个足以安装电气组件的平面区域。“基本上垂直于”指的是在横截面中，连接区段也可以从基部区域到顶面略微呈锥形。但是，在此情况下，该连接区域的两个彼此相对的、朝向彼此锥形会聚的侧面之间的对称平面可以垂直于基部区域的一个或多个支撑面而延伸。因此，这种锥形渐尖的连接区段的侧面与基部区域的一个或多个支撑面形成的角度可以略大于或等于90°。在此情况下，略大于90°意味着所述角度在90°至100°之间，优选在90°至95°之间，特别优选在90°至94°之间，特别是在90°至93°之间，即，例如在90°至92°之间°，例如在90°至91°之间。

一种为印刷电路板装配电气组件的方法，其包括以下步骤：

a.)创建印刷电路板设计，所述印刷电路板设计具有印制导线及所述印制导线的接触接头的至少一个标准化的几何布局，即所谓的“足迹(Footprint)”；

b.)借助所述印刷电路板设计制造印刷电路板；

c.)选择或提供至少一个具有印制导线的组件载体，所述组件载体的印刷电路板连接区形成与所述印刷电路板的足迹对应的几何图案，另一方面，所述印制导线在组件连接侧终止于所述组件载体的为附装至少一个电气组件而设的位置的区域中；

d.)将所述至少一个电气组件附接到所述组件载体的所述连接区段上或所述顶面上的为此而设的位置上；

e.)将所述电气组件的电接头与所述印制导线的组件连接区电连接；

f.)通过将至少一个组件载体(1)的印刷电路板连接区(20)与所述印刷电路板的上述接触接头焊接在一起来为所述印刷电路板装配所述至少一个组件载体。

本领域技术人员当然清楚，也可以在方法步骤b.)之前并且特别是也可以在方法步骤a.)之前实施方法步骤c.)和d.)。

本发明的有利技术方案在从属权利要求和以下描述中给出。

本发明能够大幅简化印刷电路板的自动化装配。

本发明的一个特别的优点特别是在于，通过组件载体能够实现至少一个电气组件基本上垂直和/或平行于所述印刷电路板的布置。

此外，通过本发明还可以有利地避免一旦特定组件被更换为来自另一制造商的功能相同或功能相似的替代组件，就必须改变印刷电路板设计，因为该替代组件的接头处于不同位置。有利地，通过本发明还可以避免不得不接受采用各个绞合线进行布线而带来的高成本。也无需另选使用柔性或刚挠性印刷电路板来连接替代组件。

相反，安装相对而言非常简单，具体方式在于，首先将电气组件安装在相关的组件载体上并且在组件侧将这些电气组件连接到该组件载体的印制导线上。这样就能以预安装的方式将这些组件支承在组件载体上或者立即使用这些组件。

然后立即或视需要将组件载体安装在印刷电路板上并将该组件载体连接到该印刷电路板的优选标准化的足迹上，例如焊接在一起。在此情况下，可以以上述的SMT技术将组件载体的印刷电路板连接区与印刷电路板的上述接触接头焊接在一起，其中由于上述原因，不需要考虑到这些组件的可能的温度敏感性，这些组件附接在连接区段上以及/或者甚至固定在相关组件载体的顶面上。

当然，该安装顺序也可以反过来——即首先将组件载体安装在印刷电路板上，然后才将组件安装在该组件载体上，然而，这在大多数情况下并不对应于期望的顺序。最后，在大多数情况下，此举使得安装更加困难，特别是在将电气组件安装在连接区段上时。

本发明的一个特别的优点在于，所述组件载体也可以以LDS工艺小批量地适配特定电气组件。最后，可以通过激光激活以极低的耗费使这些印制导线适配特定组件的接头的位置，而不会影响组件自身的形状。

另一优点在于，节省了印刷电路板上的空间。

本发明的另一优点在于，所述组件载体特别是由于其形状大幅减少了至少一个固定在所述组件载体上的电气组件与印刷电路板之间的传热。借此一方面ji降低了运行期间的升温。但另一方面，即使针对温度敏感的电气组件，也能够实现自动化装配，特别是采用“表面贴装技术”(SMT)-焊接。在此情况下，在生产过程中，特别是可以将装配顺序最佳地与过程相关的要求相匹配，即例如可以首先将相应组件附接在组件载体上并借助该组件载体的单独的接头轻松地将该组件与为此单独施加在该组件载体上的印制导线导电连接。然后可以与该组件载体的组件的温度敏感性无关地借助上述SMT轻松地将该组件载体焊接在印刷电路板上。

在一个优选的技术方案中，所述组件载体在其印制导线的组件侧端部处可以具有组件连接区(“接触垫”)，所述组件连接区位于所述电气组件的相应接头附近。可以利用MID工艺，优选LDS工艺将这些组件连接区与这些印制导线一起施加到该组件载体上。接触面的印刷电路板连接区可以位于相对彼此而固定的相对位置中，这些相对位置与印刷电路板的上述特别是标准化的足迹对应。

在一个优选的技术方案中，所述组件载体的连接区段可以设计成在两侧是平坦的，因此具有两个彼此相对的安装面。在该连接区段上，可以在背离基部区域的一端上平行于该基部区域地、特别是垂直于该基部区域地形成有顶板，该顶板在其背离该基部区域的一侧具有顶面。

该顶板可以仅在一侧，即朝其两个彼此相对的侧面中的一个的方向，以背离连接区段的方式成型到该连接区段上，使得该组件载体借助其基部区域、其连接区段以及在一侧形成于其上的顶板具有根据所谓的“Courier New(等宽字体)”(“打字机字母”)的l形的横截面。尽管这样就缩小了顶面，但即使在安装完成的状态下，连接区段的至少一个安装面也有利地易于接近。

在一个优选的技术方案中，所述顶板可以在所述连接区段的整个宽度范围内在所述连接区段的背离所述基部区域的端部处形成，因此具有与所述连接区段相同的宽度。这样一来，该顶面就足够大，因此也适于作为针对用于许多用途的略大一些的电气组件的附加安装面。

在另一技术方案中，所述顶板窄于所述连接区段。在此情况下，该顶板通常用作吸力面，也可以将该顶板用于相对较小的电气组件。该变体的优点是可以节省一定量的材料，在使用LDS材料时，这一点例如起到非常重要的作用。此外，在此情况下，组件连接区处的位于下方的安装面也是可接近的。在该结构形式中，顶板特别是可以居中地成型到连接区段的端部上，使得该连接区段在其背离基部区域的端部处在该顶板两侧分别具有一个独立的边缘区段，因此总共有两个独立的边缘区段，这两个边缘区段通过该顶板彼此隔开。

在另一技术方案中，所述连接区段可以具有恰好一个安装面。在此情况下，在该连接区段的与该安装面相对的表面上，可以形成有连接片作为增强元件以进行增强。

作为替代方案，在该连接区段上，在该连接区段的与该安装面相对的表面上，也可以形成有实心圆柱体或实心半锥体作为增强元件以进行增强。该连接区段的背离基部的表面可以形成顶面。如果增强元件为上述半锥体，则该半锥体也可以设计成从基部区域到顶面锥形逐渐变细。

如果增强元件为上述半圆柱体或半锥体，则借助该增强元件进行增强的连接区段，即该连接区段连同相应增强元件一起，可以设计成当俯视该顶面时呈

形。

所有这些具有增强元件的实施方案由此均具有提高稳定性的优点，但会损失用于电气组件的空间。

为了应对后一种情况，在另一有利的技术方案中，所述组件载体可以补充性地并且特别是平行于上述连接区段地具有另一特别是形状相同的连接区段。所述连接区段和所述另一连接区段可以通过连接区域相互连接，该连接区域又具有背离基部区域的表面，该表面形成顶面。该连接区域可以居中布置在两个连接区段之间，使得这两个连接区域与该连接区段一起在俯视时形成H形。这样就保持连接区段的两个较大的安装面以便能够安装电气组件。通过该布局还确保了高度的稳定性。此外，通过该结构形式可以使因电气组件的附装而偏移的重心再次居中。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且下面将对该实施例进行详细说明。其中：

图1a-1f为第一实施方案中的组件载体；

图2a-2e为不同应用中的组件载体；

图3a-3b为第二实施方案中的组件载体；

图4a-4b为第三实施方案中的组件载体；

图5a-5b为第四实施方案中的组件载体；

图6a-6c为第五实施方案中的组件载体；

图7a-7b为第六实施方案中的组件载体。

这些图式包含部分简化的示意图。相同但可能不全同的元件部分地采用相同的附图标记。相同元件的不同视图可以采用不同的缩放比例。

具体实施方式

图1a-图1f示出第一实施方案中的组件载体1，该组件载体具有其基部区域11、连接区段12和顶板13，该顶板成型在连接区段12上并且背离该连接区段。根据所谓的“Courier New”字体(“打字机字母”)，该组件载体具有l形横截面。在该组件载体的背离基部区域11的一侧，顶板13具有顶面130，在对印刷电路板进行自动化装配时，可以将该顶面用作吸力面。在图1b中，在下部示出基部区域11的两个支撑面110。这两个支撑面用于与未在图中示出的印刷电路板进行接触。

在图1c和图1d中示出在已以LDS(“激光直接成型”)工艺为其配设印制导线2之后的组件载体。图1c能够看到连接区段12的安装面120以及顶板13的顶面130。图1c能够看到顶面130以及具有组件连接区20'的安装面120。在图1d中可以看到支撑面110。印制导线2的印刷电路板连接侧的端部及其印刷电路板连接区20位于这些支撑面上。

图1e和图1f示出装配有电气组件3、3'的组件载体1，该组件载体配设有相应的印制导线2。

图2a和图2b示出具有单独设计的印制导线2'的组件载体。例如可以由客户或受客户委托利用LDS工艺将这些印制导线2施加到组件载体1上，以便实现特定电气组件3'的期望使用，更确切地说也以期望的几何布置(实现特定电气组件3'的期望使用)。

图2c示出相关的应用，其中，四个不同颜色的发光二极管3'布置在安装面上。在图2b中，组件载体1用作发光二极管3'的间隔件。在图2e中，三个相同的加速度传感器6以不同的定向布置在组件载体1上，以便能够记录三个方向上的加速度。

图3a和图3b示出第二实施方案中的组件载体1。在此情况下，连接区段12与在第一实施方案中相比略短一些，以便在几何形状上与电气组件3适配。因此，侧面12上的结构空间略小，即适用于略小一些的组件3，并且整体布局占用更少的空间。

图4a和图4b示出第三实施方案中的组件载体1。在此情况下，顶板13'与在第二实施方案中相比更短。尽管如此，该顶板也可以用作吸力面，此外，也可以用作针对非常小的电气组件3，3”的附加安装面，例如用于上述发光二极管3'中的一个。该顶板背离连接区段12及其安装面。

图5a和图5b示出第四实施方案中的组件载体1。该实施方案与第二实施方案类似，但具有附加的连接片14作为增强元件。

图6a、图6b和图6c示出第五实施方案中的组件载体1。其中，该组件载体具有从基部区域11朝顶面130'的方向延伸的实心半锥体14'作为增强元件，该半锥体从基部区域11到顶面130'锥形变细。上述顶面130'在本实施方案中由半锥体14'的背离基部区域11的一侧形成。

图7a和图7b示出第六实施方案中的组件载体1。其中，该组件载体具有另一连接区段12'。连接区段12和另一连接区段12'通过作为增强元件的实心连接区域14”相互连接，该连接区域的背离基部区域11的一侧形成顶面130”。

在此情况下，连接区域14”居中布置在两个连接区段12、12'之间，使得两个连接区段12、12'与连接区段14”一起在俯视时形成H形。

通过该布局可以使组件载体1的因电气组件3的附装而偏移的重心整体上再次居中。

即使本发明的不同方面或特征在图中以组合的方式示出，对本领域技术人员来说显而易见的是——除非另有说明——所示出和讨论的组合并不是唯一可能的组合。特别是可以将不同实施例的彼此对应的单元或特征组合相互交换。

附图标记列表

1 组件载体

11 基部区域

110 支撑面

12、12' 连接区段

120、120' 侧面/安装面

13、13' 顶板

130、130'、130" 顶面

14、14'、14" 增强元件(连接片/半锥体/连接区域)

2、2' 印制导线

20 印刷电路板连接区/印刷电路板连接垫

20' 组件连接区/组件连接垫

3 电气组件、微处理器

3' 发光LED、发光二极管

3" 加速度传感器

Claims

1.一种组件载体(1)，所述组件载体由电绝缘材料构成，所述组件载体包括具有一个或多个支撑面(110)的用于与印刷电路板进行电连接和机械连接的基部区域(11)以及至少一个基本上与所述基部区域(11)成直角地延伸的基本上平面的连接区段(12、12')，所述连接区段具有至少一个平坦的侧面(120、120')作为安装面，能将一个或多个电气组件(3、3'、3”)安装在所述侧面上，并且所述组件载体还具有顶面(130、130'、130”)，所述顶面布置在所述连接区段(12、12')的背离所述基部区域(11)的端部处并且平行于所述基部区域(11)而定向，并且所述顶面既能用作用于对印刷电路板进行自动化装配的吸力面，又能用作用于安装一个或多个附加的电气组件(3、3'、3”)的附加安装面，

其中所述组件载体(1)设有多个印制导线(2、2')，所述印制导线在印刷电路板连接侧被导引至所述基部区域(11)的支撑面(110)中的至少一个上并且在该处终止于所述印制导线的各自的印刷电路板连接区(20)以与所述印刷电路板焊接在一起，且在所述印制导线的相应另一端处，所述印制导线被导引至所述电气组件(3、3'、3”)中的至少一个的相应安装位置并且分别在待安装在该处的电气组件(3、3'、3”)的电接头附近终止于所述印制导线的组件连接区(20')。

2.根据权利要求1所述的组件载体(1)，其中所述组件载体(1)由塑料构成。

3.根据上述权利要求中任一项所述的组件载体(1)，其中所述组件载体(1)以“MID”(模制互连器件)工艺制成。

4.根据上述权利要求中任一项所述的组件载体(1)，其中所述组件载体及其印制导线(2、2')以所谓的“LDS”(激光直接成型)工艺制成。

5.根据上述权利要求中任一项所述的组件载体(1)，其中所述连接区段(12)设计成两侧都是平坦的，因此具有两个彼此相对的安装面(120、120')，且其中在所述连接区段(12)上、在背离所述基部区域(11)的一端上平行于所述基部区域(11)地形成有顶板(13)，所述顶板在其背离所述基部区域(11)的一侧具有所述顶面(130)。

6.根据权利要求5所述的组件载体(1)，其中所述顶板(13)在所述连接区段(12)上仅在一侧，即朝其两个彼此相对的安装面(120、120')中的一个的方向，背离所述连接区段(12)，使得所述组件载体通过其基部区域(11)、其连接区段(12)及其在一侧形成的顶板(13)具有根据所谓的“等宽字体”(“打字机字母”)的l形的横截面。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的组件载体(1)，其中所述顶面(130)在所述连接区段的背离所述基部区域(11)的端部处在所述连接区段(12)的整个宽度上成型，即具有与所述连接区段(12)相同的宽度。

8.根据权利要求5至6中任一项所述的组件载体(1)，其中所述顶板(13')窄于所述连接区段(12)。

9.根据权利要求8所述的组件载体(1)，其中所述顶板(13')居中地成型到所述连接区段(12)的端部上，使得所述连接区段(12)在其背离所述基部区域(11)的端部处在所述顶板(13')的每一侧分别具有一个独立的边缘区段，因此总共有两个独立的边缘区段。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件载体(1)，其中所述连接区段(12)具有恰好一个安装面(120)，且其中在所述连接区段(12)上、在其与所述安装面(120)相对的表面上形成有连接片(14)作为增强元件。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的组件载体(1)，其中所述连接区段(12)具有恰好一个安装面(120)，且其中在所述连接区段(12)上、在其与所述安装面(120)相对的表面上形成有实心圆柱体或实心半锥体(14')作为增强元件，所述连接区段的背离所述基部的一侧形成所述顶面(130')，其中在采用半锥体(14')的情况下，所述半锥体也能从所述基部区域(11)到所述顶面(130')锥形逐渐变细。

12.根据权利要求11所述的组件载体(1)，其中通过所述半圆柱体或半锥体(14')增强的连接区段(12)在看所述顶面(130')时呈

形。

13.根据上述权利要求中任一项所述的组件载体(1)，其中除了所述连接区段(12)外，所述组件载体(1)还具有平行于所述连接区段(12)的形状相同的另一连接区段(12')，其中所述连接区段(12)和所述另一连接区段(12')通过连接区域(14”)相互连接，所述连接区域具有背离所述基部区域(11)的表面，所述表面形成所述顶面(130”)。

14.一种借助至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的组件载体(1)为印刷电路板装配电气组件(3、3'、3”)的方法，其包括以下步骤：

a.)创建印刷电路板设计，所述印刷电路板设计具有印制导线以及所述印制导线的接触接头的至少一个标准化的几何布置，即所谓的“足迹”；

b.)借助所述印刷电路板设计制造所述印刷电路板；

c.)选择或提供至少一个具有印制导线(2、2')的组件载体(1)，

-所述印制导线的印刷电路板连接区(20)在所述组件载体的至少一个支撑面(110)上形成与所述印刷电路板的足迹对应的几何图案，并且

-另一方面，所述印制导线在组件连接侧终止于所述组件载体(1)的用于附接所述至少一个电气组件(3、3'、3”)的位置的区域中；

d.)将所述至少一个电气组件(3、3'、3”)附接到所述组件载体(1)的安装面(120、120')或顶面(130、130')上；

e.)将所述电气组件(3、3'、3”)的电接头与所述印制导线(2)的组件连接区(20')电连接；

f.)通过将至少一个组件载体(1)的印刷电路板连接区(20)与所述印刷电路板的所述接触接头焊接在一起来为所述印刷电路板装配所述至少一个组件载体。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在方法步骤f.)中，借助LDS方法将所述印制导线(2)施加到所述组件载体(1)上。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中方法步骤f.)以所谓的SMT(“表面贴装技术”)方法进行。