CN1406451A - 用于电器且尤其是通信终端设备的电子印制电路板 - Google Patents

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Abstract

为改进组装电器用电子印制电路板时所用的模块式组装技术，以便可在采用上述电子印制电路板的电器中根据应用领域和对设备尺寸、重量和制造成本的要求而与印制电路板材料有关地灵活使用电路板，与印制电路板组装方案有关地将电器设计成模块式的，它有至少两个由不同材料即由具有与温度和长度有关的不同的膨胀系数的材料制成的印制电路板(FBG1，FBG2)，使这些电路板通过导电固定物质(LB)被固定住，从而在印制电路板的固定状态下，被印制电路板盖住地在一个由印制电路板形成的安装空间(MZR)里产生这两个电路板之间的紧密电连接和稳固的机械连接，由于材料具有与温度和长度有关的不同膨胀系数，所以不会出现破坏连接的材料应力。

Description

用于电器且尤其是通信终端设备的电子印制电路板
技术领域
本发明涉及如权利要求1前序部分所述的电子印制电路板。
背景技术
在大多数情况下，电器(例如日用品业设备，如娱乐电器，通信技术设备等，如无线电收音机和电视机、音响、有线和无线电话、手持摄录机、网络电话和区域网电话、区域网转换器)为在各种设备中要实现的功能及为此所需的一些设备部件都有唯一一块电子印制电路板。对于有多于两个的印制电路板的设备来说，模块式样组装技术与印制电路板构造有关地是实用的。在这里，按照其在电器中的各自功能地将线路和元件组装在分开的印制电路板上，随后，如此产生的并也被称为模块的印制电路板被连接成一个确定该电器功能的单元。当在电器里要实现的线路和元件对为此而设的印制电路板提出不同要求时，则最好采用模块式组装技术。
这样，例如可以在一具有高频线路和高频元件以及低频线路和低频元件的高频电器中，处于经济性考虑地将低频线路和低频元件集成在一块印制电路板上，该电路板与用于高频线路和高频元件的电路板的是，其电路板质量因低频线路和低频元件的非临界物理性能而要满足低要求。因此，具有高频线路和高频元件的印制电路板优选地是一如多层的FR4印制电路板，而有低频线路和低频元件的印制电路板则至多优选是一如多层的FR3印制电路板。
在高频电器的情况下，如西门子公司的数字电子通信终端(DECT)设备“GIGASET”，过去因使用高频线路和高频元件而一直被迫使用如四层的RF4印制电路板。印制电路板工艺基本上也通过高频线路和高频元件来确定。对低频线路和低频元件来说，在大多数情况下使“经济廉价的印制电路板工艺”就够了。
作为模块式组装技术的另一个例子地，在只有低频线路和低频元件但其中必须实现低频线路和低频元件的不同集成密度的电器中，低频线路和低频元件的集成密度低的印制电路板可满足比低频线路和低频元件的集成密度高的印制电路板低的质量要求。因此，集成密度低的印制电路板优选地最多是如多层的FR3印制电路板，而集成密度高的印制电路板优选地至少是如多层的FR4印制电路板。
根据图1和图2来叙述与印制电路板的模块式组装结构有关的现有技术，其中：
图1是电器的印制电路板的模块式组装技术的原理图；
图2是高频电器的高频印制电路板的元件侧的俯视图。
图1表示在印制电路板的模块式组装技术中第一印制电路板FBG1如何作为一个成模块形式的第二印制电路板FBG2的基板以及第二印制电路板板FBG2如何借助焊接连接(LV)被固定在第一印制电路板FBG1的边缘上。为通过焊接连接LV把第二印制电路板FBG2固定在第一印制电路板FBG1上，第二印制电路板FBG2在边缘上具有第一敷镀通孔DK1，以保证第二印制电路板FBG2被可靠简单地装在第一印制电路板FBG1上。为了能够在第二印制电路板FBG2上安置线路和元件，对印制电路板的电路板材料如环氧树脂玻璃布提出了特殊要求，例如当高频线路和高频元件必须被集成在第二印制电路板FBG2上时，或当在第二印制电路板FBG2上必须实现线路和元件的高集成密度时，印制电路板由高级电路板材料制成，如一由FR4材料构成的四层的第一电路板LP1，它有一个芯层及分别在芯层下和芯层上的预浸树脂层PS。由于层结构包括芯层K和两个预浸层PS，因而形成印制电路板LP1的四层。
为了在印制电路板的线路布局时接触到印制电路板LP1的各单独层，印制电路板LP1又具有第二敷镀通孔DK2。
与第二印制电路板FBG2不同地，第一印制电路板FBG1由一种并不是如此高级的电路板材构成，如具有比FR4材料更高的且与温度和长度有关的膨胀系数的环氧树脂玻璃布，这是因为，在那里设有对印制电路板的电路板材料没有特殊要求的线路和元件，例如如果在第一印制电路板FBG1上必须集成低频线路和低频元件或如果在第一印制电路板FBG1上必须实现线路和元件的低集成密度的话。在这种情况下，作为电路板材料地选择一由FR3材料构成的两层的第二印制电路板LP2，它一方面与第二印制电路板FBG2的FR4电路板材料相比因膨胀系数大而不是如此高级，而另一方面它在与温度和长度有关的膨胀系数方面与FR4电路板材料几乎没有区别。由于在膨胀系数方面的微小差别，可以使第二印制电路板FBG2在边缘处被固定到第一印制电路板FBG1上，而且不会随着时间的推移或者在受力时因所用电路板材料的与温度和长度有关的不同膨胀系数而出现破坏印制电路板之间连接的材料应力。
但如果所用电路板材料的膨胀系数彼此相差很大，如第二印制电路板FBG2中的FR4材料与第一印制电路板FBG1中的FR2或FR1材料相差很大，则在将第二印制电路板FBG2边缘固定到第一印制电路板FBG1上时，会产生材料应力，随着时间的推移或当印制电路板装置或者印制电路板单元受力时，这种材料应力会破坏这种固定。
对边缘固定的可破坏性有不利影响的另一个观点基于以下事实，即由于有切入的敷镀通孔DK1，第二印制电路板FBG2的第一连接面AF1不直接位于第一印制电路板FBG1的第二连接面AF2的上面或下面。
为了在印制电路板的线路布局时接触到印制电路板LP2各单层，印制电路板LP2还有第三敷镀通孔DK3。
图2表示高频电器的具有高频线路(HFS)和高频元件(HFB)的印制电路板的俯视图，该印制电路板在边缘上具有图1所示的切入敷镀通孔DK1。
发明内容
本发明的任务在于改进组装电器用电子印制电路板时所用的模块式组装技术，从而在采用上述类型的电子印制电路板的电器中，可根据应用领域的不同及对设备尺寸、重量和制造成本的要求而与印制电路板材料有关地灵活使用印制电路板，没有出现从现有技术中知道的缺点。
从如权利要求1前序部分所规定的电子印制电路板出发，通过在权利要求1特征部分指出的技术特征来完成该任务。
本发明的基本构想在于，与印制电路板的组装概念有关地将电器设计成模块式的，它有至少两个由具有与温度和长度有关的不同膨胀系数的不同材料制成的印制电路板，这些印制电路板通过导电固定物质被固定，从而在印制电路板的固定状态下，被印制电路板盖住地在一个由这些印制电路板形成的安装空间里形成了在两块印制电路板之间的紧密电连接以及稳固的机械连接，而且基于材料所具有的与温度有关和与长度有关的不同膨胀系数，不会出现破坏连接的材料应力。
这样一来，得到如下优点：
-大大降低了印制电路板的成本；
-使用不同的印制电路板材料；
-产品开发时的灵活性；
-减少了开发费用；
-拓展了新的业务领域。
通过这种模块式组装技术，可以在高频电器如DECT设备中，按照权利要求2和/或权利要求5所述地使高频印制电路板和低频印制电路板去耦。因此，通过这种去耦，可以采用不同的印制电路板工艺。在高频印制电路板中采用一种高级的印制电路板工艺，而在低频印制电路板中采用一种廉价的印制电路板工艺。
这样一来，在满足所有环境参数如电磁兼容性BMV的条件下，可以在由最好如权利要求6所述地以酚醛树酯为基础而制成(例如具有细密构造的银导电膏工艺)的硬纸构成的印制电路板上实现灵敏度高的DECT线路。
在如权利要求5所述的改进方案中，为了实现这两块印制电路板之间的稳固机械连接，必须减小被设计成高频模块形式的第二印制电路板或高频印制电路板的尺寸和重量。由此，也就能实现过程可靠的装配和高频模块的自动SMD插装(表面插装)。
通过根据权利要求2的改进方案，实现了在高频电器中的高频线路和高频元件的屏蔽方案，其中对把第二印制电路板可靠地装配到第一印制电路板上来说，对第一印制电路板和第二印制电路板之间的平坦度的影响比较小。此外，也可以用比较廉价的印制电路板工艺将高频天线廉价集成到第一印制电路板上。
作为连接印制电路板的固定物质，根据权利要求10的改进方案采用了成所谓的“焊料球”或“焊球栅阵(BGA)”形式的焊球，它可以在逆流炉里实现具有不同材料的两块印制电路板的低成本连接。工艺过程的可靠性通过按BGA-技术在第一和/或第二印制电路板上涂覆球形焊料来获得。
在其余的从属权利要求中说明了本发明的其它有利的改进方案。
附图说明
从图1、2所示的现有技术出发，在图3-图6中示出了本发明的一个实施例，其中：
图1是电器的印制电路板的模块式组装技术的原理图；
图2是高频电器的高频印制电路板的元件侧的俯视图；
图3基于图2地示出了电器用印制电路板的改进型模块式组装技术的原理图；
图4是按图3形成的高频电器的高频印制电路板底面的俯视图；
图5是按图3形成的高频电器的低频印制电路板的元件侧的俯视图；
图6是高频电器的相互连接的高频印制电路板和低频印制电路板的俯视图。
实施形式的具体描述
图3基于图1地示出了电器用印制电路板的改进型模块式组装技术。如图1所示，第一印制电路板FBG1用作被设计成模块形式的第二印制电路板FBG2的基板。为了能够在第二印制电路板FBG2上布置线路和元件，对印制电路板的电路板材料如具有相似性能的环氧树脂玻璃布或薄膜提出了特殊要求，例如如果高频线路和高频元件必须集成在第二印制电路板FBG2上，或者如果在第二印制电路板FBG2上必须实现线路和元件的高密度集成，则该印制电路板如图1所示地由高级印制电路板材料制成，例如由四层的FR-4材料构成第一印制电路板LP1，它具有芯层K及分别在芯层K之下和之上的预浸树酯层PS。通过包括芯层K和两个预浸树脂层PS的层构造而产生印制电路板LP1的四层。
为了在印制电路板的线路布局时接触到印制电路板LP1的各单独层，印制电路板LP1又具有第二敷镀通孔DK2。
与第二印制电路板FBG2不同地，第一印制电路板FBG1又是由一种不太高级的电路板材料制成，但这种材料与图1所示的第一印制电路板FBG1的材料相比还要差一些，这是因为与温度和长度有关的膨胀系数还要更高。如图1所示，在第一印制电路板FBG1上布置一些对印制电路板的电路板材料没有提出特殊要求的线路和元件，例如如果必须在第一印制电路板FBG1上集成低频线路和低频元件的话，或者如果在第一印制电路板FBG1上必须实现线路和元件的低密度集成的话。在这种情况下，选择一种双层的且由具有相似性能的FR1或FR2材料如酚醛树脂硬纸或薄膜构成的第三印制电路板LP3作为印制电路板材料，这种材料的与温度和长度有关的膨胀系数与FR4电路板材料有明显区别。由于膨胀系数的这种明显区别，无法再象在图1中那样在边缘处将第二印制电路板FBG2固定在第一印制电路板FBG1上，而又不会随着时间的推移或在受力时因所用电路板材料的与温度和长度有关的不同膨胀系数而出现破坏这些印制电路板之间连接的材料应力。
为了在印制电路板的线路布局时接触到印制电路板LP2的各单独层，印制电路板LP2又具有第三敷镀通孔DK3。
与图1所示的第二印制电路板FBG2在第一印制电路板FBG1上的固定不同，第二印制电路板FBG2是借助焊球栅阵技术(BGA技术)以焊料球形式被固定在第一印制电路板FBG1上的。
球形焊料LB被这样涂覆和布置在印制电路板FBG1、FBG2的连接面AF1、AF2上，即在印制电路板FBG1、FBG2的固定状态下，被印制电路板FBG1、FBG2盖住地在一个由印制电路板FBG1、FBG2形成的、如成间隙形式的安装空间MZR里形成了这两个印制电路板之间的紧密电连接和稳固的机械连接，由于材料具有与温度和长度有关的不同膨胀系数，所以不会出现破坏连接的材料应力。
替换作为固定物质的焊料球地，也可以使用一种同样也能导电的各向异性粘结剂。
图4表示高频电器的按图3形成的具有高频线路HFS的高频印制电路板FBG2的底面的俯视图，在这块印制电路板上，球形焊料LB被涂覆布置在第一连接面AF1上，从而在如图5所示的高频印制电路板FBG2与电器的一具有低频线路NFS和低频元件NFB的低频印制电路板FBG1被固定在一起的状态下，其中在该印制电路板FBG1的第二连接面上AF2涂覆和布置了焊料球，被高频/低频印制电路板FBG1、FBG2盖住地在由高频/低频印制电路板FBG1、FBG2形成的且如被设计成间隙形式的安装空间MZR里，产生了在两个高频/低频印制电路板FBG1、FBG2之间的紧密电连接和稳固的机械连接，由于材料所具有的与温度和长度有关的不同膨胀系数，不会产生破坏这种连接的材料应力。
高频/低频印制电路板FBG1、FBG2上的连接面AF1、AF2如图4、5所示地是这样布置的，即在高频/低频印制电路板FBG1、FBG2的固定状态下，低频印制电路板FBG1的连接面AF2紧接在高频印制电路板FBG2的连接面AF1的上面或下面，在这里，形状、几何关系和尺寸可以是不同的。由此进一步降低了破坏印制电路板固定的可能性。
此外，图5所示的低频印制电路板FBG1具有一个至少局部盖住低频印制电路板FBG1的大面积金属化层MES，通过该金属化层，既屏蔽了由线路NFS、HFS和元件NFB、HFB所产生的反向作用于线路NFS、HFS和元件NFB、HFB的内部的电磁干扰，也屏蔽了外部的电磁干扰。这样的金属化层MES可以替换地或附加地布置在图4所示的高频印制电路板FBG2上，至少该印制电路板的局部被该金属化层遮盖住。
图6表示高频电器的相互连接的图5所示的低频印制电路板FBG1和图4所示的高频印制电路板FBG2的俯视图。被装在低频印制电路板FBG1上的高频印制电路板FBG2在屏蔽内外电磁干扰的屏蔽方案的实施过程中与一个轻金属盒LMK相连接，轻金属盒LMK防高频地将高频印制电路板FBG2上的高频线路HFS和高频元件HFB封闭起来。

Claims (11)

1.一种用于电器且尤其是通信终端设备的电子印制电路板，它包括：
(a)一个被设计成基板形式的第一印制电路板(FBG1)；
(b)至少一个第二印制电路板(FBG2)，该印制电路板通过导电固定物质(LB)被如此固定在第一印制电路板(FBG1)上，即其局部被盖住；
(c)这两个印制电路板(FBG1，FBG2)由具有与温度和长度有关的不同膨胀系数的不同材料(FR1…FR4)制成，
(d)第一线路(NFS)和第一元件(NFB)被布置在第一印制电路板(FBG1)或第一和第二印制电路板(FBG1，FBG2)上，第二线路(HFS)和第二元件(HFB)被布置在第二印制电路板(FBG2)或第一和第二印制电路板(FBG1，FBG2)上，其特征在于，
(e)在印制电路板(FBG1，FBG2)上设有连接面(AF1，AF2)，固定物质(LB)被如此涂在这些面上并且这些留连接面被如此布置在印制电路板(FBG1，FBG2)上，即在印制电路板(FBG1，FBG2)的固定状态下，被印制电路板(FBG1，FBG2)盖住地在一个由印制电路板(FBG1，FBG2)形成的安装空间(MZR)里形成了这两个印制电路板(FBG1，FBG2)之间的紧密电连接和稳固的机械连接，而且由于材料所具有的与温度和长度有关的不同膨胀系数，不会产生破坏上述连接的材料应力。
2.如权利要求1所述的电子印制电路板，其特征在于，在高频电器中，第一印制电路板(FBG1)和/或第二印制电路板(FBG2)分别具有至少一个至少局部盖住各印制电路板(FBG1，FBG2)的大面积的金属化层(MES)，通过该金属化层，既屏蔽了由线路(NFS，HFS)和元件(NFB，HFB)引起的反向作用于线路(NFS，HFS)和元件(NFB，HFB)上的内部的电磁干扰，也屏蔽了外部的电磁干扰。
3.如权利要求1或2所述的电子印制电路板，其特征在于，连接面(AF1，AF2)如此布置在印制电路板(FBG1，FBG2)上，即在印制电路板(FBG1，FBG2)的固定状态下，第一印制电路板(FBG1)的连接面(AFZ)直接位于第二印制电路板(FBG2)的连接面(AF1)的上面或下面，在这里，形状、几何关系及尺寸都可以是不同的。
4.如权利要求1-3之一所述的电子印制电路板，其特征在于，与在第一印制电路板(FBG1)的元件插装侧的元件相似地布置第二印制电路板(FBG2)。
5.如权利要求1-4之一所述的电子印制电路板，其特征在于，在高频电器中，第一线路(NFS)和第一元件(NFB)是低频线路和低频元件，而第二线路(HFS)和第二元件(HFB)是高频线路和高频元件。
6.如权利要求1-5之一所述的电子印制电路板，其特征在于，第一印制电路板(FBG1)的材料是一种尤其是覆铜的酚醛树脂硬纸。
7.如权利要求1-5之一所述的电子印制电路板，其特征在于，第一印制电路板(FBG1)的材料是一种薄膜。
8.如权利要求1-7之一所述的电子印制电路板，其特征在于，第二印制电路板(FBG2)的材料是一种环氧树脂玻璃布。
9.如权利要求1-7之一所述的电子印制电路板，其特征在于，第二印制电路板(FBG2)的材料是一种薄膜。
10.如权利要求1-9之一所述的电子印制电路板，其特征在于，固定物质(LB)是成所谓的“焊料球”或“焊球栅阵”形式的球形焊料(LB)。
11.如权利要求1-9之一所述的电子印制电路板，其特征在于，固定物质(LB)是粘结剂。
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