CN210137508U

CN210137508U - 印刷电路板组件

Info

Publication number: CN210137508U
Application number: CN201920235974.6U
Authority: CN
Inventors: M·布卢姆; A·埃斯迈尔; S·钱德拉
Original assignee: Tesla Inc
Current assignee: Tesla Inc
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: US20190269020A1

Abstract

提供了一种印刷电路板组件。电缆具有第一厚度的多个导体，并且电子设备具有第二厚度的多个金属垫。该方法包括去除电缆的多个导体上的护套以暴露多个导体。该方法包括将电缆的暴露的多个导体放置在电子设备的多个金属垫上。该方法还包括将激光束聚焦在多个导体的一部分上，使得激光束将每个导体焊接到对应的金属垫上。

Description

印刷电路板组件

技术领域

本公开涉及印刷电路板，并且更具体地涉及用于将扁平柔性电缆连接到印刷电路板的技术。

背景技术

到电子设备的连接通常使用一根或多根电缆来完成。电缆将数据传输到设备或传输来自设备的数据。它们还可以为设备供电。通常，每根电缆包含多个导体，这些导体必须通过连接而被连接到设备。这种连接可以经由相配合的连接器完成，其中电缆包含公连接器或母连接器并且设备(或其他连接点)包含另一个。从电缆到设备的连接也可以不使用连接器而直接从电缆连接到设备的印刷电路板组件 (PCBA)(或连接到设备)来完成。这通常涉及焊料。通常，所有外护套被从电缆上去除以暴露下面的导体。导体继而被展开并且使用焊料而被结合到PCBA上的金属垫。金属垫必须彼此间隔足够远(即，以足够大的间距)，使得所施加的焊料不会在相邻的金属垫之间引起短路。这种增加的间距会增加材料成本，并且还需要更多空间来适配更大的PCBA。此外，由于焊料通常由与电缆的导体和PCBA的金属垫不同的材料制成，因此在结合部分处还产生异质结。这可能引起电气不匹配、电荷累积，并且是潜在的故障点。

因此，需要能够将电缆结合到设备(或其他电子部件)以最小化材料成本、减小尺寸、减少工艺步骤并最小化故障点。

实用新型内容

本公开提供了一种连接电缆与电子设备(例如具有多个金属垫的印刷电路板)的方法，电缆具有多个导体。金属垫具有第一厚度，并且金属可以是铜。该方法包括暴露电缆的导体。这可以通过去除导体上的任何护套来完成。电缆的导体具有第二厚度并且可以由铜制成。电缆可以是扁平柔性电缆。该方法还提供了将暴露的导体放置在印刷电路板的金属垫上。然后将激光束聚焦在导体的一部分上，并且激光将每个导体焊接到与其对应的金属垫上。激光焊接可以以光栅图案发生。

在实施例中，提供了一种印刷电路板组件。印刷电路板组件 (PCBA)包括限定表面的基板以及在基板的表面上的多个金属垫。金属垫具有第一厚度并且可以由铜制成。金属垫可以被施加在顶部的附加的电镀材料，例如锡或镍。多个金属垫被连接到印刷电路板组件内的其他内部线路，以将信号输送到别处。还提供了一种具有多个导体的电缆，多个导体包裹着绝缘件或护套。多个导体中的每个导体具有第二厚度并且可以由铜制成。电缆的多个导体被暴露并且继而通过激光焊接而被连接到PCBA的金属垫。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的某些实施例的示例性印刷电路板组件(PCBA)，其具有安装在其上的多个部件和多个金属垫。

图2示出了根据本实用新型的某些实施例的扁平柔性电缆(FFC)。

图3示出了根据本实用新型的某些实施例的用于将FFC连接到 PCBA的系统。

图4示出了根据本实用新型的某些实施例的FFC和PCB之间的激光焊接的放大视图。

通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解的是，相同的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相同元件，其中在其中的展示是出于说明本公开的实施例的目的而不是为了限制本公开的目的。

具体实施方式

图1示出了印刷电路板组件(PCBA)100。PCBA 100可以是较大传感器或设备的一部分。PCBA 100具有限定表面102的基板。多个导电路径104被设置在PCBA 100的表面102上，以跨PCBA 100 传输用于满足各种应用要求的信号。PCBA 100还具有金属垫106，用于将PCBA 100通过电缆耦合到另一电子设备。电缆可以是扁平柔性电缆。金属垫106可以在每个垫之间具有至少25微米的间隔。

在实施例中，金属垫106各自可具有至少第一厚度。第一厚度可以在15至75微米之间。在其他实施例中，第一厚度大于20微米。金属垫106优选地由铜制成，但是可以由诸如银、金或其他导电金属的另一种金属制成。在实施例中，金属垫106由非金属但导电的材料制成。在实施例中，金属垫106具有例如通过电镀、电沉积、浸渍电镀或其他工艺施加在下层材料(不需要导电)的顶部上的金属涂层。

图2示出了扁平柔性电缆(FFC)200。FFC 200是具有多个导体 202的电缆。多个导体202彼此相邻，但彼此间隔开。导体202可以是扁平导体(例如不是圆柱形的)。在其他实施例中，可以使用具有非扁平导体的电缆，例如具有有着圆形或椭圆形横截面的导体的电缆。多个导体202至少具有第二厚度并且由导电材料制成。导电材料可以是诸如铜的金属。导电材料可以是诸如金、银、钯、铂、另一种导电金属或其他导电材料的另一种导电材料。第二厚度可以在0.30至0.40 毫米之间。在实施例中，第二厚度小于0.30毫米。在其他实施例中，第二厚度大于0.40毫米。

图3示出了用于将PCBA 100与FFC 200(或另一电缆)耦合的示例性的系统300。系统300包括产生聚焦激光束304的激光源302。激光源302可以是光纤激光源、CO₂激光源、氦-氖激光源或可适用于本公开的各个方面应用的任何其他类型的激光源。在实施例中，激光源302产生20W强度的激光束304并具有20微米的光束厚度。在其他实施例中，激光源302产生70W强度的激光束304。本公开不以任何方式限制激光源302的类型和操作参数。

激光源302被安装有安装设备306。安装设备306允许调整激光源302，使得激光束304可以跨越PCBA100来回移动，例如在执行激光焊接以将FFC200的暴露的导体202焊接到PCBA的金属垫106 上时形成光栅图案。系统300还包括工作表面308。

为了将PCBA 100连接到FFC 200，第一厚度的金属垫106被放置在工作表面308上。FFC 200的暴露导体202继而被放置在金属垫 106上。暴露导体202具有第二厚度并且由诸如铜、金、银、钯、铂、另一种导电金属或其他导电材料的导电材料制成。暴露的导体202在金属垫106上被对准，并且暴露的导体202被夹紧到金属垫106(或靠近金属垫106)。

一旦被对准和夹紧，激光源302将激光束304引导到PCBA 100 和FFC 200上，使得激光束304将金属垫106的一部分焊接到暴露的导体202。具体地，激光束304加热金属垫106和导体202，使得材料(优选地均由诸如铜的金属制成)局部熔化和再结晶，使得金属垫 106焊接到导体202。激光束304跨越导体202和金属垫106重叠的区域移动。在实施例中，激光束304在焊接时产生光栅图案。

安装设备306可具有移动激光束304的部件。替代地，安装设备 306可具有移动导体202和金属垫106的部件。在实施例中，安装设备306被连接到电子控制器310，电子控制器310具有关于激光焊接参数、第一厚度、第二厚度、PCBA 100的尺寸、FFC 200的尺寸、导体202的尺寸和其他操作参数的信息。这些信息可被用于定义激光束304将PCBA 100的金属垫106激光焊接到FFC 200的暴露导体202 的最佳路径。

图4示出了PCBA 100和FFC 200之间的激光焊接点400的放大视图。激光焊接图案可以通过横跨激光焊接接点400向一旁延伸的直线被观察到。激光焊接点400将PCBA 100的金属垫106焊接到 FFC200的暴露的导体202。激光焊接点400发生在激光束304穿过的区域中。在实施例中，激光束304是静止的，并且PCBA 100和FFC 200被移动以产生激光焊接点400。每个导体202可以通过相似的过程被焊接到金属垫106。工作表面308可以具有调节手段以调节PCBA 100和FFC 200的位置，以相应地将导体202与PCBA 100对准，并将导体202焊接到金属垫106。

本公开还提供了一种将具有多个导体的电缆(例如FFC 200)连接到PCBA 100的方法。PCBA 100具有金属垫106，金属垫106具有第一厚度和宽度并且由诸如铜的金属制成。该方法包括暴露FFC 200 的导体202。这可以通过去除导体202上的任何护套来完成。在实施例中，导体202在电缆被制造时被暴露(例如，导体202的端部未覆盖有护套)。在实施例中，在焊接之前或在执行焊接时，通过使用激光束304去除护套来暴露导体202。电缆的导体具有第二厚度并且可以由铜制成。第二厚度可以在0.3mm至0.4mm之间。该方法还提供暴露的导体202被放置在PCBA的金属垫106上。激光束304继而被聚焦在导体202的一部分上，并且激光束304将每个导体202焊接到其对应的金属垫106。激光焊接可以以光栅图案发生。

该系统和方法描述了新的激光焊接技术和由这些技术形成的结构。焊接可以通过电子控制器自动化，并且可以为激光束定义非常精确的路径。通过这些技术，可以避免焊料，从而消除了通过焊料连接相邻导体或垫的短路风险，并且还减少了处理步骤。此外，可以防止电气不匹配和异质结，并且可以在PCBA 100的金属垫106之间提供更紧密的间距。

前述公开内容并非旨在将本公开限制于所公开的精确形式或特定使用领域。同样地，可以预期的是，根据本公开，无论是本文明确描述的还是暗示的，对本公开的各种替代实施例和/或修改都是可能的。已经如此描述了本公开的实施例，本领域普通技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅受权利要求的限制。

在前述说明书中，已经参考特定实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员将理解的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文公开的各种实施例可以以各种其他方式被修改或以其他方式被实现。因此，该描述被认为是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员制造和使用所公开的通气孔组件的各种实施例的方式的目的。应当理解的是，本文所示和所述的公开内容的形式将被视为代表性实施例。等效元件、材料、工艺或步骤可以代替本文中代表性地示出和描述的那些元件、材料、工艺或步骤。此外，本公开的某些特征可以独立于其他特征的使用而被利用，所有这些对于本领域技术人员在受益于本公开的描述之后是显而易见的。诸如“包括”、“包含”、“结合”、“由......组成”、“具有”、“是”的描述和要求保护本公开的表达旨在以非排他的方式解释，即，允许未明确描述的项目、组件或元素也将存在。对单数的引用也应被解释为涉及复数。

此外，本文公开的各种实施例应以说明性和解释性的意义来理解，并且决不应被解释为对本公开的限制。所有结合参考(例如，附接、附加、耦合、连接等)仅用于帮助读者理解本公开，并且可能不会产生限制，特别是关于本文公开的系统的位置、方向或使用和/或方法。因此，如果有的话，合并引用将被广义地解释。而且，这种结合参考不必推断两个元件彼此直接连接。

另外，所有数字术语，例如但不限于“第一”、“第二”、“第三”、“主”、“次”，“主要”或任何其他普通和/或数字术语，也应该仅作为标识符，以帮助读者理解本公开的各种元素、实施例、变化和/或修改，并且可以不产生任何限制，特别是关于任何元件、实施例、变化和/或修改相对于或相比于另一元件、实施例、变化和/或修改的顺序或偏好。

还应当理解的是，如根据特定的应用是有用的，附图/图中描绘的元件中的一个或多个元件也可以以更加分离或集成的方式实现，或者甚至在某些情况下被移除或呈现为不可操作。另外，除非另外特别指出，否则附图/图中的任何信号影线应仅被视为示例性而非限制性的。

Claims

1.一种印刷电路板组件，其特征在于，包括：

限定表面的基板；

在所述表面上的多个金属垫，被连接到所述印刷电路板组件内的用于输送信号的内部线路上，其中所述金属垫具有第一厚度；并且，

具有多个导体的电缆，所述多个导体包裹着护套，其中来自所述多个导体的每个导体具有第二厚度；

其中所述电缆的所述多个导体通过去除所述护套而被暴露、并且继而通过激光焊接而被连接到所述多个金属垫。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板组件，其特征在于，所述电缆是扁平柔性电缆。

3.根据权利要求1所述的印刷电路板组件，其特征在于，所述导体是扁平导体。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板组件，其特征在于，所述金属垫和所述导体包括铜。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板组件，其特征在于，所述第一厚度选自15至75微米之间的范围。

6.根据权利要求1所述的印刷电路板组件，其特征在于，所述第二厚度选自0.30mm至0.40mm之间的范围。