CN1541047B

CN1541047B - 高电流输出引脚

Info

Publication number: CN1541047B
Application number: CN2004100318097A
Authority: CN
Inventors: 卡尔·T·弗朗克
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: US20040192084A1; US7025604B2; CN1541047A

Abstract

该发明提供了一种终端引脚，用于将一个DC-DC电源转换模块或类似的模块连接到PCB上。该引脚长度的大部分区域的直径大于该引脚连接到模块或PCB的直径，这使其载流能力得到改善。该较大的直径也增加了从电源转换模块到PCB的热流动。靠近PCB板的较小直径部分增加了引脚和PCB之间的焊锡流动。间隔距离的部件可保持模块和PCB之间的预定的间隔距离。

Description

高电流输出引脚

技术领域

本发明涉及一种用于将一块印制电路板与另一块印制电路板连接在一起的引脚，尤其涉及一种载流能力和热传导能力均已有所改善的引脚。

发明背景

电子设备通常是由印制电路板(PCB)上的电子元件组成的部件组装而成的，这些部件通过公共总线获得电源并进行通信。在此种结构的一些用例中，电源通过总线以某一电压输送到单独的电路板上，这一电压可以被这些电路板上的负载直接使用。电子设备结构的最新趋势包括，将较高电压总线和电路板级的DC-DC电源转换结合使用。这样，例如：工作在48V的总线可将电源输送给一个电路板上的电源转换器，该电源转换器具有较低的输出电压，如3.5V以供该板上的器件使用。使用预安装的DC-DC电源转换模块(电源模块)促进了具有较高电压总线的结构的实施，该电源模块适于安装在PCB上，并且具有多个引脚以提供模块与PCB之间的电连接。

电源模块通常以预定的间隔(stand-off)距离平行地安装在PCB上，以容纳PCB和电源模块元件，并且允许冷却空气在产热元件周围流动。典型地，用于连接的终端引脚(terminal pin)跨越电源模块和PCB之间的间隔距离，并且通常从电源模块和PCB上的孔伸出，并在该孔处形成电连接。在PCB上安装电源模块，除了提供正确的电连接外，还必须为PCB上的电源模块提供物理支撑，这种支撑结构不应妨碍电源模块上或PCB上散热元件的冷却。由于电源模块的重量和标准终端引脚的直径较小，通常采取一些措施来为电源模块/PCB的组合结构提供物理支撑。

图1和图2示出了用于连接电源模块和PCB的一个现有系统。图1是具有多个引脚100的电源转换模块110的透视图，图2是安装在PCB 120上的电源模块110和引脚100的剖面图。电源模块110包括一个电路板111和多个穿过该模块的孔112，电路板111具有第一侧面113和第二侧面是115，其中第一侧面113上安装有电子元件C。每个引脚100都贯穿一个孔112，并且电连接到电路板111上的导线(conductive trace)上(未示出)。具体地，孔112与电路板111上的导线相邻，并且典型地通过焊锡131提供电路板111和引脚100之间的电连接。通常，在电路板111两侧中的任何一侧上，和/或在电路板111的内层中都可能有导线存在，这样引脚100可根据需要焊接到电路板的一侧或两侧上。

典型地，一个需要电源的PCB被配置成能够接纳一个包括引脚100在内的特定电源模块110。PCB 120具有第一侧面121、第二侧面123，以及多个孔125，这些孔对应于导线(未示出)以预先确定的常规方式来进行定位。根据每个孔125的位置和所需电压来对孔125进行定位，使之可以接纳引脚100。这样，通过与孔112的分布图样相匹配的孔125，以及PCB上的可通过引脚100接收并提供适当信号的导线，来配置PCB 120使之能够接纳模块110。将引脚100穿过孔125，并如133处所示使用焊锡来形成电连接。引脚100的长度足以允许模块110和PCB 120之间存在一间隔距离S，如图2所示。这样多个引脚100可以跨越该间隔距离S，从安装孔112和125伸出，并通过焊锡131和133电连接到导线上。

引脚100是长的、圆柱形的，这样就不能为该电源模块110和PCB120的组合结构提供足够的物理支撑，以防止组装的元件发生移动。为了提供一个更为坚固的结构，提出使用高度为S的表面贴装的支撑体117，来连接模块110的第二侧面115和PCB 120的第一侧面121，如图1和2所示。支撑体117可以是管状或箱状的结构，金属的更好，或者是坚固的间隔支撑体，如图1和2所示。增加几个支撑体来提供支撑，从而保证了模块110和PCB 120的间隔距离S，也提供了稳定性以防止电源模块和PCB之间有相对移动，例如，当安装有电源模块和PCB的电子设备移动时，很可能导致二者的相对移动。尽管图1和图2所示的现有器件可以为模块110和PCB 120提供所需的电连接和物理支撑，但还存在一些缺点。一个缺点是必须装配支撑体117并将其贴在模块110和PCB 120上，这增加了复杂度和装配的成本。另一个缺点是支撑体117占用了各个部件的可贵的表面积。此外，引脚100的载流能力受引脚直径的限制，也就是受孔112和孔125的直径限制。

图3示出另一种现有器件，这种器件试图通过将引脚的电气功能和机械功能，以及支撑结构都结合到现有引脚300中，来克服前面提到的缺陷。具体地，图3示出了适于将模块310连接到PCB 320上的现有终端引脚300的剖面图。模块310中有一个具有第一侧面315和孔312的电路板311。PCB 320上有孔325和与模块第一侧面315间隔距离为S的相对的侧面321。每个引脚300包括第一端部301、第二端部303，和带有第一凸缘307和第二凸缘309的中间部分305。凸缘307和309分别靠接表面315和321，从而为保证模块310和PCB 320之间预定义的间隔距离S提供结构上的支撑。与图1和2示出的现有技术中的引脚相似，模块310包括引脚300，并且利用焊锡将模块和引脚的结合体连接到PCB 320上。和图1和图2中的现有器件一样，电路板311和PCB 320分别具有与孔312和325相邻的导线。焊锡331和333提供了引脚300与模块310和PCB 320之间的电接触。凸缘307和309之间的距离等于间隔距离S，这样每个引脚300既可以给模块310和PCB 320提供电连接，又可以给二者提供物理支撑。模块310和PCB 320可以单独装配引脚300，也可以装配引脚和支撑体(如支撑体117)的结合体。

尽管每个引脚300既可以提供电连接，也可以提供物理支撑，但该引脚很难提供模块310和PCB 320之间充分的电接触。例如：每个引脚300和相应的孔325之间，以及每个凸缘309和模块310的表面之间都是紧密地配合的。因此，在焊接阶段，每个引脚和PCB之间的焊锡331和333的流动受阻，从而很难在引脚300和PCB之间提供很好的电连接。

将模块安装到PCB上所需要的是一种改进的引脚，它可以提供电连接和物理支撑。尤其需要引脚减小电阻抗和热阻抗。还需要引脚增加抗弯曲能力以增加所连元件的刚性，还需要提供改进的焊接能力。这样的引脚应与标准的PCB装配技术相适应。

发明概述

本发明解决了用于将电源转换器或其他模块连接到PCB上的已有引脚的上述问题。本发明还特别提供了一种载流能力和热传导能力均有改进的引脚。本发明还提供了一种在抗弯曲力度和焊接能力上均有所改进的引脚。

本发明的一方面是提供用于将第一块电路板连接到第二块电路板的终端引脚，其中，第一块电路板基本上平行于第二块电路板，而且第一块电路板和第二块电路板的相对面之间设置有一定的间隔距离。引脚包括第一端部、第二端部以及第一端部和第二端部之间的延长部分，该第一端部具有的第一直径使其适于插入所述第一块电路板的孔内；该第二端部具有的第二直径使其适于插入所述第二块电路板的孔内；延长部分的横向尺寸既大于第一直径，也大于第二直径。延长部分的长度基本是间隔距离，但小于该间隔距离。在一个实施例中，延长部分在最靠近第二端处有一个垂直于引脚的表面，并进一步包括该表面和第二端部之间的一个过渡部分。在另一个实施例中，第一端部是有滚花(knurled)的，而在又一个实施例中，伸长部分在第一端部有一个凸缘。

本发明通过提供用于将模块连接到PCB上的改进型引脚解决了已有模块的上述问题。本发明特别提供了一种模块，该模块使用的引脚在载流和热传导能力上都有所改进，而该引脚不提供决定模块和PCB之间的间隔距离的机械结构。本发明还提供一种模块，该模块的引脚在抗弯力度和焊接能力上均有所改进。

本发明的另一个方面是提供一种用于将DC-DC电源转换器的模块连接到PCB上的引脚，该引脚提供的载流能力远大于现有技术的引脚。

本发明的又一个方面是提供一种在两块连接的电路板间具有较小电阻的终端引脚。

本发明的一个方面是提供一种在两块连接的电路板间具有较低热阻的终端引脚。

本发明的另一方面是提供一种终端引脚，该终端引脚可减小电阻并能焊接到PCB板上。

本发明的一个方面是提供一种终端引脚，该终端引脚是高效的，并与印制电路板装配技术兼容，而且与现有的终端引脚相比，更为低廉。

本发明的另一方面是提供了一种以一定的间隔距离安装在印制电路板上的模块。该模块包括一块其上安装有电子元件的电路板；一个从电路板伸出的部件，用于保持印制电路板与所述的模块之间的间隔距离；以及多个引脚，每个引脚至少与一个电子元件有电接触，并从该电路板伸出。每个引脚都包括具有第一直径的一个端部和一个延长部分，该第一直径使得该端部适于插入所述的印制电路板的相应的孔中，该延长部分的长度从电路板延伸到引脚的该端部，其长度小于所述间隔距离，并且延长部分的直径大于第一直径。在一个实施例中，延长部分在该端部附近具有一个垂直于引脚的表面，延长部分进而包括一个在该表面与引脚该端部之间的过渡部分。引脚第一端部与第二端部的纵向距离大于所述间隔距离。在另一个实施例中，该端部是有滚花的，而在另一个实施例中，伸长部分在所述第一端部处有一个凸缘。

本发明的另一个方面是提供一种DC-DC电源转换器模块，该模块具有用于将所述电源模块连接到PCB上的引脚，该引脚与现有的引脚相比具有更大的载流能力。

本发明的又一个方面是提供一种DC-DC电源转换器模块，该模块的终端引脚在电源模块和所连接的PCB之间的电阻较小。

本发明的又一个方面是提供一种DC-DC电源转换器模块，该模块的终端引脚在电源模块和所连接的PCB之间的热阻抗较小。

本发明的又一个方面是提供一种DC-DC电源转换器模块，该模块的终端引脚具有较小的电阻，并可以焊接到PCB板上。

本发明的又一个方面是提供一种用于以一定的间隔距离且以接近平行的结构电连接第一和第二印制电路板的装置，包括：

至少一个位于每个所述印制电路板间的元件，用于以所述间隔距离支撑所述印制电路板；和

多个引脚，所述多个引脚中的每一个包括导电的第一端部、导电的第二端部、第一部分以及从该第一部分延伸出的第二部分，其中所述第一端部具有适于插入所述第一印制电路板的一个表面中的对应孔中的第一直径；所述第二端部具有适于插入面向所述第一印制电路板的所述第二印制电路板的一个表面中的对应孔中的第二直径；所述第一部分具有从所述第一印制电路板向所述第二印制电路板延伸的长度，其中所述长度小于所述间隔距离，以及所述第一部分具有大于所述第一直径的直径；所述第一部分从第一表面延伸到第二表面，其中所述第一端部从所述第一表面伸出，其中所述第二端部从所述第二表面伸出；

当所述第一端部插入所述第一印制电路板的所述孔中时，所述第一表面适于与所述第一印制电路板的所述表面靠接，从而，当所述第一表面与所述第一印制电路板的所述表面靠接，所述第二印制电路板位于距所述第一印制电路板所述间隔距离处且所述第二端部插入所述第二印制电路板的所述表面内的所述孔中时，所述第二部分延伸至所述第二印制电路板的所述表面的上方，其中所述第二部分的长度等于所述间隔距离减去所述第一部分的所述长度，从而在所述第一部分的所述第二表面与所述第二印制电路板的所述表面之间形成间隙，所述间隙等于所述间隔距离减去所述第一部分的所述长度。

本发明的再一个方面是提供一种用于将模块安装到印制电路板上以使得该模块和所述印制电路板以一间隔距离S分离的方法，该方法包括：

将至少一个终端引脚安装到所述模块上，每个所述终端引脚包括第一端部、第二端部、在所述第一端部和所述第二端部之间的第一部分以及自该第一部分延伸出的第二部分，其中所述第一端部具有大小适于插入所述模块的一个表面中的对应孔中的第一直径；所述第二端部具有大小适于插入面向所述模块的所述印制电路板的一个表面中的对应孔中的第二直径；所述第一部分具有大于所述第一直径和所述第二直径的横向尺寸，以及所述第一部分具有的长度为所述间隔距离S的大体部分且小于所述间隔距离S；

将高度为S的一个或多个间隔部件置于所述模块的所述表面和所述印制电路板的所述表面之间，从而每个所述间隔部件与所述模块的所述表面和所述印制电路板的所述表面接触，以提供所述间隔距离；

将每个所述终端引脚的第二端部伸入所述印制电路板的所述表面中的该引脚的对应孔中；

由此长度等于所述间隔距离减去所述第一部分的所述长度的所述第二部分延伸至所述印制电路板的所述表面的上方，从而在所述第一部分和所述印制电路板的所述表面之间形成一个间隙，所述间隙等于由所述间隔部件提供的所述间隔距离减去所述第一部分的所述长度；以及

将所述第二端部焊到所述印制电路板的所述表面上。

通过以下对具体实施例的详细讨论可进一步了解本发明。清楚起见，以下讨论以具体实例的形式谈到设备、方法和概念。目的并不在于通过具体实施例所讨论的内容来限制本发明。

附图简述

通过参考下面结合附图的详细描述，本发明前述的方面和随之的优点将更易理解。

图1是现有模块和用于安装在PCB上的引脚的透视图；

图2是图1中安装在PCB上的现有模块的剖面图；

图3是安装在PCB上的另一个现有模块的剖面图；

图4是按照本发明的终端引脚的侧视图；

图5是使用图4中的终端引脚将一个模块连接到一个PCB上的剖面图；和

图6是图5中的终端引脚、模块和PCB的详细剖面图。

图中使用标号来指示图中示出的特定元件、方面或特性，不同附图中相同标号指示图中示出的相似的元件、方面或特征。

发明详述

为了便于描述，下面以用于将DC-DC电源转换器连接到一个PCB上的引脚的形式来描述本发明。总体来讲，本发明提供了一种用于将两块印制线路板以近乎平行的配置方式连接起来的装置。

参照附图对本发明进行更详细的描述。具体地，图4是根据本发明的终端引脚400的剖面图；图5是模块510的剖面图，模块510有一个由引脚400以间隔距离S连接到PCB 520上的一个电路板511；图6是图5中终端引脚、模块和PCB的详细剖面图。如图4所示，引脚400具有延长的形状，包括第一端部401，延长部分403，第二端部405。引脚400为模块510和PCB 520之间提供导电特性，优选地是一种具有高电导率的金属，如铜或一些其他在现有技术中已有的用作引脚的金属。如图5和图6所示，端部401和405适于以间隔距离为S安装在印制线路板间，其延长部分403跨越该间隔距离。第一端部401是一个具有滚花表面的，直径为D1的圆柱部分。第二端部405直径为D2，并终止于锥形(taper)419处。

延长部分403包括长度为X的第一部分421，和长度为Y的第二部分411。第一部分421从邻近第一端部401的第一表面413延伸到与第一表面的距离为X的第二表面415。距离X小于间隔距离S，但却是间隔距离S的大部分。第一部分421的大部分具有直径D3，该直径D3大于两个端部的直径(D1和D2)。第一部分还包括在第一端部401附近的凸缘407，并且还包括邻近第二表面415的导角417。

图5所示为一个已装配的模块510和PCB 520。模块510包括一个电路板511，电路板511上的孔512靠接表面515上的导线(未示出)，表面515面向模块/PCB组件中的PCB 520。PCB 520包括与表面521上的导线相邻(未示出)的孔525，表面521面向模块510。引脚400和一个或多个部件517跨越表面515和521之间的间隔距离S。如下所述，部件517为模块510提供机械支撑，而引脚400提供模块和PCB 520之间的电接触和热接触。

图6清楚地示出了模块510和PCB 520的连接关系。引脚400的端部401恰好穿过孔512，而表面413恰好紧贴表面515。端部401的滚花末端提高了引脚/模块的连接强度。更可取的是直径D1比孔512的直径略大，以使得端部401能紧密地装配进电路板511中。通过使用标准流焊技术添加焊锡531，可为引脚400和模块510提供电连接，特别是给表面413和515提供电连接。这样，凸缘407为引脚与电路板515的电连接提供了附加的表面接触，同时也增加了引脚400和模块510的机械连接的刚性。

优选地，包括引脚400的模块510连接到PCB 520上。为了便于电路板的连接，第二端部405的直径为D2，在锥形419的辅助下，该直径允许第二端部易于穿过PCB 520上的孔525。PCB 520和引脚400间的电连接由焊锡533提供，焊锡533与第二部分411和表面521上的靠接孔525的导电层(未示出)接触。重要的是，第二端部405伸出第二表面415，以使得第二表面靠近但不接触表面521，从而允许焊锡容易在引脚400和电路板520之间流动。优选地，第二端部405伸出电路板520，以允许出现焊锡倒角601从而保证引脚400在电路板520两侧的连接。

部件517保证了所述间隔距离，部件517是安装到表面515和表面521上的。部件517一般是管状的、固体的，或者是具有用以保持隔离距离S的间隙或间隔的框架或电路板支撑部件的一部分。诸如部件517之类的部件可以用粘贴、焊接或使用扣件或其他的现有技术中已知的方法进行固定。

引脚400，在间隔距离S的大部分的直径大于端部401和405的直径。这个增加的直径为电流流动提供的横截面积大于两个端部401和405的任一横截面积。由于增加了横截面积，引脚400的电阻和热阻抗小于以固定直径穿过孔512和525的引脚。而且，热阻抗也沿着引脚减小，从而允许来自模块510的更大的热流。当由部件517来确保电路板511和520的间距时，引脚400的增加后的直径D3可提供比具有与孔直径相同的恒定直径的引脚更强的抗弯力度，。

在一个实施例中，孔512和525的直径为0.082”，间隔距离S为021”。引脚400的长度X是0.170”，为了将引脚400焊接到PCB 520上，引脚400遗留一段距离Y约为0.040”。直径D1是0.085”，允许滚花的第一端部401压入孔512，直径D2是0.080”，允许第二端部405放入孔525。直径D3是0.180”，提供一个比第一端部和第二端部的直径更大的横截面积。这个增加的横截面积导致沿着引脚400长度的电阻和热阻减小，抗弯强度增加。距离Y足以允许焊锡在引脚400和PCB 520之间流动，并为引脚和PCB提供电接触。

已经参照具体的实施例解释了本发明。对于这些实施例和其它实施例的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明并不局限于对具体实施例的讨论。应该理解，这里描述的例子和具体实施例仅仅出于解释说明的目的，并且这里揭示的关于本发明的各种变化和修改，是本领域的技术人员可以想到的，而且这些更改和变化应该包括在该应用的精神和范畴内，以及所附权利要求书的范围中。

Claims

1.一种用于以一定的间隔距离且以接近平行的结构电连接第一和第二印制电路板的装置，包括：

2.如权利要求1所述的装置，其中包括所述第一端部和所述第二端部的每个所述引脚的长度大于所述间隔距离。

3.如权利要求1所述的装置，其中每个所述第一端部压有滚花。

4.如权利要求1所述的装置，其中每个所述第一部分包括与所述第一端部相邻的一个凸缘。

5.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个DC-DC转换模块，该DC-DC转换模块包括所述第一印制电路板。

6.一种用于将模块安装到印制电路板上以使得该模块和所述印制电路板以一间隔距离S分离的方法，该方法包括：

将所述第二端部焊到所述印制电路板的所述表面上。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述模块是DC-DC转换器。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述第一部分包括与所述第一端部相邻的凸缘，且其中所述方法还包括将所述凸缘焊到所述模块的所述表面上的步骤。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述第二端部穿过所述印制电路板的宽度而延伸，且所述方法还包括将所述第二端部焊到面向所述模块的所述印制电路板的所述表面、以及该表面的相反表面的步骤。