DE69925880T2

DE69925880T2 - Verbindungsverfahren für Leiterplatte

Info

Publication number: DE69925880T2
Application number: DE69925880T
Authority: DE
Inventors: Ushio Sagamihara-shi Sangawa; Suguru Fujita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: EP0954049A3; EP1321998A1; DE69925880D1; US6335664B1; DE69921204T2; EP1321998B1; DE69921204D1; EP1496563A3; US20020047038A1; EP0954049A2; EP1496563A2; US6592021B2; JPH11312881A; EP0954049B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Schaltungsplatine mit einem Metallrahmen oder -gehäuse für eine Hochfrequenz(HF)-Schaltung in einer Kommunikationsvorrichtung.
In jüngster Zeit werden und wurden, da Frequenzressourcen in der Kommunikationstechnologie sich erschöpfen, verfügbare Frequenzbänder zum Aufbauen eines neuen Kommunikationssystems zu höheren Bändern verschoben. In dieser Situation fördern die Regierung und die Bevölkerung gemeinsam eine Entwicklung zu Milliwellen- und Mikrowellenkommunikationssystemen im Inland und international. Zum Beispiel wurde entschieden, dass extrem hohe Frequenzbänder im Bereich von einigen GHz bis hunderten GHz für verschiedene Kommunikationssysteme unter der Entwicklung für ein drahtloses LAN (Local Area Network – lokales Netzwerk) und ITS (Intelligent Transport System) als verfügbare Frequenzbänder zugewiesen.
Da die verfügbaren Frequenzen wie oben beschrieben höher werden, sind Antennen und HF(Hochfrequenz)-Schaltungen gewünscht, die in Milliwellen- und Mikrowellenbändern zufrieden stellend arbeiten. Es kann jedoch sein, dass Konstruktions- und Herstellungsverfahren, von denen man glaubte, dass sie verfügbar sind, mit einem Frequenzanstieg nicht zufrieden stellend arbeiten. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an neuen Konstruktions- und Herstellungsverfahren.
Es gibt Probleme in Verbindung mit dem Betrieb, wenn Antennenanordnungen für Milliwellen oder Mikrowellen implementiert werden sollen. Mit einem Frequenzanstieg sind dielektrische Materialien, die für die dielektri sche Schicht 10 verfügbar sind, auf Stoffe begrenzt, denen es an mechanischer Festigkeit mangelt wie z.B. Keramik, Quarz, Silizium etc. Des Weiteren wird, wenn eine Antenne, die einen Strahl von 2 Grad mesialer Breite in einem 76 GHz-Band ausstrahlt, hergestellt werden soll, das dielektrische Substrat 10 für die Antenne ca. 100 bis 300 μm dick und 15 cm lang auf einer Seite sein. Ein Verbinden solch eines dünnen breiten Substrats 10 mit dem Rahmen 30 resultiert oft in einem Brechen des dielektrischen Substrats 10. Auch sind die Eigenschaften der Antenne 20, wenn die Frequenz ansteigt, stark von dem Erdungszustand des dielektrischen Substrats 10 abhängig. Aus diesem Grund ist ein ausreichender elektrischer Kontakt für die Verbindung des dielektrischen Substrats 10 und des Schaltungsmusters 20 unverzichtbar. Dies ist mit herkömmlichen Techniken jedoch schwierig zu erreichen.
Die US Patentanmeldung US-5 366 027 beschreibt eine Schaltungsplatine, die auf eine Weise leitend mit einer Metallerdungsplatte verbunden ist, die auch nach einem Lötvorgang eine hochwirksame Verbindung aufrechterhält.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese und weitere Probleme und Nachteile des Standes der Technik zu lösen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines dünnen und großflächigen Schaltungssubstrats mit einer Metallschicht mit einem sicheren und gleichmäßigen Kontakt ohne Bedenken hinsichtlich eines Substratbruches bereitzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Hochfrequenzschaltung und eine Antenne bereitzustellen, die ein Schaltungssubstrat beinhalten, das durch solch ein Verbindungsverfahren implementiert ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden einer Schaltungsplatine mit einer Metallplatte bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bearbeiten der Metallplatte, so dass diese eine Form aufweist, die zulässt, dass Fluid ein Bad in einem Bereich bildet, der einen Teil umfasst, an dem die Platine zu verbinden ist; Erwärmen der bearbeiteten Metallplatte auf eine solche Temperatur, dass ein leitendes Verbindungsmaterial schmilzt; Bilden eines Bades des leitenden Verbindungsmaterials in dem Bereich der Metallplatte; Schwimmenlassen der Schaltungsplatine auf dem Bad; und Aufnehmen eines überschüssigen Teiles des leitenden Materials, ohne eine Kraft auf das dielektrische Substrat aufzubringen.
Eine Schaltungsanordnung gemäß dem soeben beschriebenen Aspekt der Erfindung ist mit einem dünnen und großflächigen dielektrischen Substrat mit einem verbesserten Erdungszustand vorgesehen. Ein Verbindungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt, ein Lot mit einem niedrigen Schmelzpunkt etc. können als leitendes Material verwendet werden.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen verständlich, in denen:
1 eine schematische Darstellung ist, die eine beispielhafte Anordnung einer Antennenarrayanordnung gemäß einer illustrativen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung entlang der Ebene X-Y von 1 ist;
3 eine Darstellung ist, die ein beispielhaftes Verfahren zum Verbinden der Metallschicht 11 einer Schaltungsplatine mit dem Rahmen 130 gemäß den Prinzipien der Erfindung zeigt.
In den Zeichnungen sind gleiche Elemente, wenn sie in mehr als einer Fig. gezeigt sind, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine beispielhafte Anordnung einer Antennenarrayanordnung 100 gemäß einem illustrativen Beispiel zum Verständnis der Erfindung zeigt. In 1 umfasst die Antennenanordnung 100 ein dielektrisches Substrat 10, ein Schaltungsmuster oder ein Antennenarray 120, das durch Mustern eines Metallfilms auf dem dielektrischen Substrat 10 durch Fotokopieren, Ätzen etc. gebildet wird, einen Rahmen 130, der das dielektrische Substrat 10 hält und als Erdung dient, und einen Wellenleiter-Mikrostreifenleitungsübergang 140, der in dem Rand des Rahmens 130 gebildet ist. Das Schaltungsmuster 120 dient als Mikrostreifenarrayantenne. Ein durch einen Wellenleiter (nicht gezeigt) übertragenes Signal wird durch den Übergang 140 zu einer Mikrostreifenleitung weitergeleitet, die mit dem Schaltungsmuster 120 gekoppelt ist, und weiter durch die T-Abzweigschaltung 50 zu dem rechten und dem linken Abschnitt des Antennenarrays 120 weitergeleitet.
Verbinden des dielektrischen Substrats
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung entlang der Ebene X-Y von 1. In 2 umfasst die Antennenanordnung 100 Metallschichten 120 und 11, die dielektrische Schicht 10, eine Lötschicht 111 und den Rahmen 130. Die Metallschicht 120 auf der dielektrischen Schicht 10 umfasst ein Schaltungsmuster, das in Zusammenwirken mit der Metallschicht 11 einen Mikrostreifenaufbau bildet. Die Metallschicht 120, die dielektrische Schicht 10 und die Metallschicht 11 bilden eine Schaltungsplatine 120 + 10 + 11. Gemäß der Erfindung wird die Metallschicht 11 der Schaltungsplatine 120 + 10 + 11 mittels eines Verbindungsmaterials mit einer guten Leitfähigkeit mit dem Rahmen 130 verbunden, was eine ausreichende Erdung und einen starken Halt für die Schaltungsplatine realisiert. In dieser speziellen Ausführungsform wird ein Lot mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Verbindungsmaterial verwendet. Es sollte einzusehen sein, dass der Rahmen 130 nicht eine flache Platte ist, sondern eine Konkavität an einer Seite davon aufweist, wie in 2 gezeigt.
3 zeigt, wie die Metallschicht 11 mit dem Rahmen 130 gemäß den Prinzipien der Erfindung verbunden wird. Die Verarbeitungsschritte lauten wie folgt:

(1) Das Lot 111a wird in die Konkavität des erwärmten Rahmens 130 gegeben, um ein Lötbad 111b zu bilden. Das Lot 111a ist vorzugsweise ein Lot mit einem niedrigen Schmelzpunkt, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Denn wenn der Unterschied zwischen den Ausdehnungsgeschwindigkeiten für das Substrat 10 und den Rahmen 130 groß ist, kann ein zu starkes Erwärmen für ein Lot mit einem höheren Schmelzpunkt bewirken, dass das Substrat 11 während eines Abkühlvorgangs bricht.
(2) Die Schaltungsplatine 120 + 10 + 11 wird auf dem Lötbad 111b schwimmen gelassen. Die Schaltungsplatine schwimmt auf Grund der Oberflächenspannung des Lots 111b von selbst.
(3) Die Metallschicht 11 der Schaltungsplatine wird an dem Lot 111b befestigt, wobei Blasen zwischen der Metallschicht 11 und dem Rahmen 130 entfernt werden.
(4) Überschüssiges Lot wird entfernt, indem das Lot 111b nach und nach aufgenommen wird, ohne dass eine äußere Kraft direkt auf die Schaltungsplatine aufgebracht wird. Die Aufnahme des Lots 111b wird durch Verwenden einer geeigneten Kupferfaser erreicht.
(5) Abkühlen lassen, wobei genügend Zeit gelassen wird, dass keinerlei ungewünschte Spannung in der resultierenden Anordnung zurückbleiben wird.

Das soeben beschriebene Verfahren lässt zu, dass selbst ein dünnes und großflächiges dielektrisches Substrat 10 (d.h. die Schaltungsplatine 120 + 10 + 11), von der allein eine ausreichende mechanische Festigkeit nicht erwartet werden kann, mit dem Rahmen 130 verbunden wird, ohne dass ein Brechen des Substrats 10 (oder der Schaltungsplatine) zu befürchten ist, was eine gute Erdung realisiert.
Obwohl das erfinderische Verbindungsverfahren in Verbindung mit einer Antennenanordnung 100 beschrieben wurde, die ein Antennenarraymuster 20 verwendet, kann das erfinderische Verfahren auf jede beliebige Hochfrequenz(HF)-Schaltungsanordnung mit einem beliebigen Schaltungsmuster angewendet werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass beliebige geeignete Verbindungsmittel anstelle des Lots 111a verwendet werden können. In diesem Fall weisen die Verbindungsmittel vorzugsweise eine geringe Temperatur und ein geringes Volumenänderungsverhältnis bei etwa der Härtungstemperatur auf.
Das erfinderische Verbindungsverfahren wurde in Verbindung mit dem Verbinden einer Schaltungsplatine mit einem Rahmen beschrieben. Das erfinderische Verfahren ist jedoch auf das Verbinden einer dünnen und großflächigen Schaltungsplatine mit einer Metallfläche in einer Konkavität oder einer Metallfläche, die mit Wänden umrandet ist, anwendbar.
Viele stark unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können entworfen werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sollte einzusehen sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Beschreibung beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern wie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert.

Claims

Verfahren zum Verbinden einer Metallschicht einer Platine, die zumindest eine dielektrische Schicht und die Metallschicht umfasst, mit einer Metallplatte, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bearbeiten der Metallplatte, so dass diese eine Form aufweist, die zulässt, dass Fluid ein Bad in einem Bereich bildet, der einen Teil umfasst, an dem die Platine zu verbinden ist, Erwärmen der bearbeiteten Metallplatte, auf eine solche Temperatur, dass ein leitendes Verbindungsmaterial schmilzt, Bilden eines Bades des leitenden Verbindungsmaterials in dem Bereich der Metallplatte, Schwimmenlassen der Platine auf dem Bad, und Aufnehmen eines überschüssigen Teiles des leitenden Verbindungsmaterials, ohne eine Kraft auf die Platine aufzubringen.
Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung mit den Schritten: Vorbereiten einer Schaltungsplatine, die eine dielektrische Schicht, ein Schaltungsmuster, das auf einer Seite der dielektrischen Schicht gebildet ist, und eine Metallschicht umfasst, die auf der anderen Seite der dielektrischen Schicht gebildet ist, wobei die Metallschicht mit einer Metallplatte gemäß dem Verfahren von Anspruch 1 verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren den Schritt umfasst, dass zwischen der Metallschicht des dielektrischen Substrates und der Metallplatte befindliche Blasen entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das ferner den Schritt umfasst, dass ein Verbindungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt als das leitende Verbindungsmaterial ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das leitende Verbindungsmaterial ein Lot mit niedrigem Schmelzpunkt ist.
Schaltungsanordnung, die gemäß einem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellt ist, mit: der Metallplatte, wobei die Metallschicht mit einem innen liegenden Boden der Metallplatte unter Verwendung des leitenden Verbindungsmaterials im Wesentlichen ohne Blasen zwischen dem innen liegenden Boden und der Metallschicht verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei ein Verbindungsmittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt für das leitende Verbindungsmaterial verwendet wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei ein Lot mit niedrigem Schmelzpunkt für das leitende Verbindungsmaterial verwendet wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Schaltungsmuster für eine Hochfrequenzschaltung vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Schaltungsmuster für eine Hochfrequenzschaltung vorgesehen ist, die Antennenarrayelemente umfasst.