TWI651897B - Usb裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

實施形態提供一種使電路基板與殼體之位置更穩定之USB裝置及其製造方法。 實施形態之USB裝置係藉由與插座連接而可傳送資料者，其具有：電路基板，其具有包含第1面與位於上述第1面之相反側之第2面的配線基板、及搭載於上述第1面上之半導體零件；及殼體，其包含與上述第1面對向之第1殼體部、與上述第2面對向之第2殼體部、及位於上述第1殼體部與第2殼體部之間之第3殼體部，且覆蓋上述電路基板；於上述電路基板設置於相對於上述第1面交叉之方向上貫通之孔，於上述第1殼體部設置第1突起部，於上述第2殼體部設置第2突起部，且上述第3殼體部位於上述第1突起部與上述第2突起部之間之上述孔內，且較上述第1突起部與上述第2突起部粗。

Description

USB裝置及其製造方法

本發明之實施形態係關於一種USB裝置及其製造方法。

作為連接電腦等資訊機器與周邊機器時之連接規格之一種，已知有USB(Universal Serial Bus：USB，通用串列匯流排)。利用USB之連接係利用包含公連接器(亦稱為插頭)及母連接器(亦稱為插座)的USB連接器而連接資訊機器與周邊機器，藉此不僅可傳送資料，亦可例如自資訊機器獲得周邊機器之動作所需之電源、或經由USB匯流排連接複數個機器。可利用上述USB傳送資料之裝置一般具有由殼體覆蓋電路基板之構造。

本實施形態提供一種使電路基板與殼體之位置更穩定的USB裝置及其製造方法。 實施形態之USB裝置係藉由與插座連接而可傳送資料之USB裝置，且具有：電路基板，其具有包含第1面與位於上述第1面之相反側之第2面的配線基板、及搭載於上述第1面上之半導體零件；及殼體，其包含與上述第1面對向之第1殼體部、與上述第2面對向之第2殼體部、及位於上述第1殼體部與第2殼體部之間之第3殼體部，且覆蓋上述電路基板；且於上述電路基板設置在相對於上述第1面交叉之方向貫通之孔，於上述第1殼體部設置第1突起部，於上述第2殼體部設置第2突起部，且上述第3殼體部位於上述第1突起部與上述第2突起部之間之上述孔內，且較上述第1突起部與上述第2突起部更粗。

以下，對用以實施發明之實施形態進行說明。 使用圖1至圖7對本實施形態之USB裝置進行說明。圖1至圖7係顯示藉由與插座連接而可利用USB3.0傳送資料之插頭組入型之USB裝置的圖。另外，只要為使用相同信號的規格，則亦可作為可利用其他USB規格傳送資料之USB裝置來使用。 圖1係本實施形態之USB裝置10之剖視示意圖。圖2係去除圖1所示之第2殼體部12之USB裝置10之俯視示意圖。圖1及圖2所示之USB裝置10具備：殼體1、電路基板2、及插頭3。另外，在圖1及圖2中為方便起見，一部分構成要素未予以圖示。 如圖1及圖2所示，殼體1以覆蓋電路基板2之方式設置。殼體1具有絕緣性，例如由聚氯乙烯等合成樹脂等形成。 殼體1具備：第1殼體部11，其具有插入孔11a與槽11b；第2殼體部12，其以在與第1殼體部11之間具有開口部1a之方式與第1殼體部11結合；及第3殼體部13，其插通於形成於電路基板2之貫通孔13a內，且位於第1殼體部11與第2殼體部12之間。第1殼體部11與第2殼體部12可由相同之材料形成，亦可不同。第3殼體部13之材質包含第1殼體部11與第2殼體部12各者之材料之混合物，細節後述。 插入孔11a之俯視形狀為矩形狀，但並不限定於此，亦可為圓形。插入孔11a亦可為貫通孔。再者，插入孔11a亦可作為與槽11b連續之一個開口部而設置。 電路基板2收納在由第1殼體部11與第2殼體部12結合而形成之開口部1a內。圖1及圖2所示之電路基板2為SiP(System In a Package，系統級封裝：SiP)，但並不限定於此，亦包含以表面安裝有記憶體晶片22及控制器晶片23之印刷基板構成的電路基板等。電路基板2亦可與由第1殼體部11與第2殼體部12形成之開口部1a側之內部相接而固定。 電路基板2具備：配線基板21，其具有第1面21a與位於第1面21a之相反側之第2面21b；記憶體晶片22，其搭載於第1面21a上；控制器晶片23，其搭載於第1面21a上，且經由配線基板21與記憶體晶片22電性連接；及密封樹脂層24，其將記憶體晶片22及控制器晶片23密封。 電路基板2係例如藉由於將配線基板21上之記憶體晶片22及控制器晶片23利用密封樹脂層24密封之後，進行封裝切割而形成。因此，亦可為第1面21a之整體被密封樹脂層24覆蓋。又，亦可為配線基板21之第1面21a之一部分，未被密封樹脂層24覆蓋而露出。 配線基板21具有：設置於第1面21a上之複數個連接墊、及設置於第2面21b上之包含連接墊211之複數個連接墊。經由設置於第1面21a上之複數個連接墊而將記憶體晶片22與控制器晶片23電性連接。作為配線基板21，例如可使用具有具備設置於表面之連接墊之配線層的玻璃環氧樹脂等之樹脂基板等。 記憶體晶片22例如具有積層有複數個之半導體晶片。複數個半導體晶片經由接著層以局部重疊之方式相互接著。複數個半導體晶片係以打線等將設置於各個半導體晶片之電極彼此連接。再者，複數個半導體晶片藉由打線等而與配線基板21電性連接。作為半導體晶片，例如可使用具有NAND快閃記憶體等記憶元件之記憶體晶片等。此時，半導體晶片除了具備記憶體胞以外，亦可具備解碼器等。 控制器晶片23係控制記憶於記憶體晶片22之資料之寫入及讀出動作的執行。於控制器晶片23，使用半導體晶片且藉由例如接合線等，將設置於半導體晶片之電極墊與設置於配線基板21之連接墊連接，藉此與配線基板21電性連接。 作為記憶體晶片22及控制器晶片23與配線基板21之連接方法，並不限定於接合線，亦可使用覆晶接合或帶式自動接合等無線接合。又，亦可使用於配線基板21之第1面21a積層記憶體晶片22及控制器晶片23之TSV(Through Silicon Via：TSV，矽穿孔)方式等3維安裝構造。 電路基板2亦可取代記憶體晶片22及控制器晶片23而具有其他半導體晶片或被動零件。另，記憶體晶片22與控制器晶片23之位置亦可相反。 密封樹脂層24係以覆蓋記憶體晶片22及控制器晶片23之方式，設置於配線基板21之第1面21a上。密封樹脂層24含有SiO₂ 等無機填充材料。又，無機填充材料除了SiO₂ 以外，亦可包含氫氧化鋁、碳酸鈣、氧化鋁、氮化硼、氧化鈦、或鈦酸鋇等。無機填充材料例如為粒狀，且具有調整密封樹脂層24之黏度或硬度等功能。密封樹脂層24中之無機填充材料之含量例如為60重量%以上且90重量%以下。作為密封樹脂層24，例如可使用無機填充材料與絕緣性之有機樹脂材料之混合物。作為有機樹脂材料，例如舉出環氧樹脂。 於本實施形態之USB裝置中，如圖2所示，電路基板2具有至少2個貫通孔13a。於該貫通孔13a內具有使第1殼體部11和第2殼體部12結合之第3殼體部13。由於第3殼體部13位於貫通孔13a內且與電路基板2相接，故於殼體1內部可限制X-Y方向之移動且可使電路基板之位置更穩定地加以保持。另，貫通孔13a亦可如圖3所示般為缺口。惟與缺口相比，貫通孔13a較能牢固地保持電路基板2與殼體1。將貫通孔13a之個數設為至少2個之理由在於，若只有1個，相對於圖2之繞Z軸旋轉之力之保持較弱，而有引起旋轉偏移之虞之故。 接著，對插頭3之構造例進行說明。 圖4係顯示插頭3之構造例之示意圖。圖4所示之插頭3具備：包含固定用突起31a且形成中空部311之殼體31、及端子部32。作為插頭3，例如舉出構成USB2.0或USB3.0之連接器之插頭。於作為USB規格之一種之USB3.0中，可保持與USB2.0之相容性，且可進行具有USB2.0之10倍以上之傳送速率的高速傳送。另，插頭3亦可構成USB2.0及USB3.0以外之USB規格之連接器。 固定用突起31a分別設置於殼體31之對向之2個側面之端部，且如圖1及圖2所示，插入於設置於第1殼體部11之插入孔11a內。藉此，將插頭3嵌合而固定於殼體1。 端子部32例如具有：聚氯乙烯等合成樹脂等之絕緣部321、及設置於絕緣部321上之複數個連接端子322。作為連接端子322，例如可使用銅等。又，作為連接端子322，亦可使用例如銅合金(例如鈹銅、磷青銅、鈷銅)或鎳合金(例如鈹鎳)等其他金屬材料。 複數個連接端子322各別自插頭3之前端側沿著電路基板2側設置。於插頭3之前端側之中空部311內，連接端子32之一端露出。複數個連接端子322具有作為可與插座連接之外部連接端子之功能。 於插座3之電路基板2側，如圖1及圖2所示，連接端子322之另一端經由焊料5而電性連接於連接墊211。連接端子322自中空部311之內部朝插頭3之外部延伸，且電性連接於連接墊211。另，連接端子322除了設置於中空部311內部之外部連接端子以外，亦可具有內部連接端子。於該情形時，內部連接端子亦可與外部連接端子電性連接且朝插頭3之外部延伸，經由焊料5而電性連接於連接墊211。 於使USB裝置10與插座連接之情形時，於插頭3之前端側之中空部311內露出之連接端子322係與插座之連接端子接觸。藉此，可於USB裝置10、與具備插座之資訊機器之間，利用USB進行資料傳送。 作為連接端子322，設置有：電源端子(VBUS)、用於差動信號即一般傳送用之資料信號之信號端子(D+、D-)、與接地端子(GND)等利用USB2.0或USB3.0傳送資料所使用之連接端子、或用於差動信號即高速傳送用之發送資料信號之信號端子(SSTX+、SSTX-)、用於差動信號即高速傳送用之接收資料信號之信號端子(SSRX+、SSRX-)等利用USB3.0高速傳送所使用的連接端子等。於圖4中，作為一例，圖示電源端子(VBUS)、用於一般傳送用之資料信號之信號端子(D+、D-)、及接地端子(GND)共4支連接端子322。 接下來，參照圖5至圖7就本實施形態之USB裝置10之製造方法進行說明。圖5至圖7係說明USB裝置10之製造方法例之USB裝置10之剖視圖。 如圖5所示，準備具有插入孔11a、槽11b、用於支持插頭3之區域11c及突起部(第1突起部)11d之第1殼體部11。第1殼體部11例如藉由使樹脂流入至模具固化而成型為所期望之形狀。區域11c設置於較插入孔11a更靠第1殼體部11之前端側。槽11b設置於較插入孔11a靠近第1殼體部11之電路基板2側。突起部11d形成為凸狀，且與第2殼體部12對向之面為平坦。另，突起部11d之個數相當於貫通孔13a之個數。 接著，將電路基板2載置於槽11b上。此時，以第1殼體部11之突起部11d裝入預先形成於電路基板2之貫通孔13a內之方式載置。因此，理想為突起部11d較貫通孔13a細。 準備插頭3，使殼體31之下表面與區域11c接觸，使固定用突起31a與插入孔11a嵌合而將插頭3之一部分載置於第1殼體部11上。又，將自插頭3向外部突出之連接端子322之一端，例如藉由SMT(Surface Mount Technology：表面黏著技術)等焊接經由焊料5而連接於連接墊211。 亦可藉由嵌入成型將第1殼體部11與插頭3固接。嵌入成型是指於插入至模具內之金屬零件之周圍注入樹脂，而將金屬與樹脂一體化之成型方法。此時，固定用突起31a以埋入於第1殼體部11內之方式固接。 接著，如圖6所示，準備具有用於支撐插頭3之區域12a及突起部(第2突起部)12b之第2殼體部12。第2殼體部12例如藉由使樹脂流入至模具固化而成型為所期望之形狀。另，亦可與第1殼體部11同樣地於第2殼體部12設置槽，一面使第1殼體部11之槽11b與第2殼體部12之槽對向、一面使第1殼體部11與第2殼體部12結合。突起部12b係前端尖細，例如設為三角錐狀。 接著，以第1殼體部11之突起部11d與第2殼體部12之突起部12b相接之方式，將突起部12b插入至貫通孔13a內。突起部12b之前端與突起部11d之前端接觸。此時，第1殼體部11與第2殼體部12其各自之突起部11d、12b接觸，但突起部11d、12b以外之第1殼體部11與第2殼體部12不接觸。 接著，如圖7所示般進行超音波熔接。對第2殼體部12，一面使用金屬等施加載荷一面賦予超音波。藉此，第2殼體部12振動。若第2殼體部12振動，則於突起部12b與突起部11d之間產生因振動引起之摩擦熱，使得突起部12b與突起部11d各自之前端熔解。由於在賦予超音波時亦會施加載荷，故經熔解之樹脂朝向貫通孔13a之內壁面擴散。經熔解之樹脂最終到達至與貫通孔13a之內壁面接觸為止，且貫通孔13a由來自突起部12b、11d之樹脂填埋。其結果，形成位於熔接後之突起部11d與熔接後之突起部12b之間、且較熔接後之突起部11d與熔接後之突起部12b更粗之第3殼體部13。由於超音波熔接於賦予超音波時亦會施加載荷，故隨著樹脂之熔解之推進，第1殼體部11與第2殼體部12之間之距離變近。最終，進行超音波熔接，直至區域12a及插頭3、除了突起部11d、12b以外之第1殼體部11及第2殼體部12相接為止。 以上完成本實施形態之USB裝置10。 根據本實施形態之USB裝置，藉由超音波熔接使第1殼體部與第2殼體部接著，且藉由以來自第1殼體部及第2殼體部之樹脂將貫通孔內填埋，可使電路基板與殼體之位置更穩定。 在電路基板與殼體之間之間隙較大之情形時，電路基板會於殼體內移動。由於插頭固定於殼體，故有電性連接電路基板與插頭之連接端子損壞之虞。又，若電路基板移動，於USB裝置掉落時，對下落之衝擊之反彈力增加，而有導致電路基板或殼體損壞之虞。 再者，本實施形態之USB裝置由於可使電路基板與殼體之位置更穩定，故無須使用例如卡扣等使第1殼體部與第2殼體部結合。卡扣是指，於第1殼體部及第2殼體部之一者設置凸部，於另一者設置凹部，利用材料之彈性將凸部嵌入凹部而卡住，藉此使第1殼體部與第2殼體部結合之方法。於本實施形態中，由於無須設置上述凹部及凸部，故可縮小殼體之厚度，從而可縮小殼體之尺寸。 另，貫通孔及突起部之數量無限定。貫通孔及突起部之數量越多，則電路基板與殼體之固定變得越牢固，但另一方面，因為於電路基板上形成用於設置貫通孔之區域，故電路基板之面積變大。又，第1殼體部與第2殼體部之突起部之形狀無限定。然而，藉由將一者之前端設為平面，將另一者之前端設為三角錐狀，突起部間之摩擦變大而可容易地熔解。又，貫通孔亦可不為圓形。 再者，只要可使第1殼體部及第2殼體部之突起部熔解，則亦可使用超音波熔接以外之方法。 本實施形態所示之USB裝置為插頭組入型，但亦可應用於例如插頭一體型等其他之USB裝置。 以上，說明了若干實施形態，但該等實施形態係作為示例而提出者，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他各種方式實施，可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨中，且包含於申請專利範圍所記載之發明及與其均等之範圍內。 [相關申請案] 本申請案主張日本專利申請案第2016-57070號(申請日：2016年3月22日)之優先權。該案之全文以引用的方式併入本文中。

1‧‧‧殼體

1a‧‧‧開口部

2‧‧‧電路基板

3‧‧‧插頭

5‧‧‧焊料

10‧‧‧USB裝置

11‧‧‧第1殼體部

11a‧‧‧插入孔

11b‧‧‧槽

11c‧‧‧區域

11d‧‧‧突起部

12‧‧‧第2殼體部

12a‧‧‧區域

12b‧‧‧突起部

13‧‧‧第3殼體部

13a‧‧‧貫通孔

21‧‧‧配線基板

21a‧‧‧第1面

21b‧‧‧第2面

22‧‧‧記憶體晶片

23‧‧‧控制器晶片

24‧‧‧密封樹脂層

31‧‧‧殼體

31a‧‧‧固定用突起

32‧‧‧端子部

211‧‧‧連接墊

311‧‧‧中空部

321‧‧‧絕緣部

322‧‧‧連接端子

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

圖1係顯示本實施形態之USB裝置之剖視圖。 圖2係顯示本實施形態之USB裝置之俯視圖。 圖3係顯示本實施形態之USB裝置之俯視圖。 圖4係顯示本實施形態之USB裝置之插頭之立體圖。 圖5係顯示本實施形態之USB裝置之製造步驟之剖視圖。 圖6係顯示本實施形態之USB裝置之製造步驟之剖視圖。 圖7係顯示本實施形態之USB裝置之製造步驟之剖視圖。

Claims (7)

1. 一種USB裝置，其特徵在於其係藉由與插座連接而可傳送資料者，且包含： 電路基板，其包含：包含第1面與位於上述第1面之相反側之第2面的配線基板、及搭載於上述第1面上之半導體零件；及 殼體，其包含：與上述第1面對向之第1殼體部、與上述第2面對向之第2殼體部、及位於上述第1殼體部與第2殼體部之間之第3殼體部，且覆蓋上述電路基板； 於上述電路基板，設置有於相對於上述第1面交叉之方向上貫通之孔， 於上述第1殼體部，設置第1突起部， 於上述第2殼體部，設置第2突起部，且 上述第3殼體部位於上述第1突起部與上述第2突起部之間之上述孔內，且較上述第1突起部與上述第2突起部粗。
2. 如請求項1之USB裝置，其中上述第3殼體部包含上述第1殼體部及上述第2殼體部各者之材料的混合物，且與上述孔內接觸。
3. 一種USB裝置之製造方法，其特徵在於： 將電路基板載置於包含第1突起部之第1殼體部上， 於上述電路基板上，載置包含第2突起部之第2殼體部，且 將上述第1突起部之前端與上述第2突起部之前端熔接，且 上述電路基板包含：配線基板與半導體零件， 上述配線基板包含第1面、及位於上述第1面之相反側之第2面， 於上述電路基板，設置有於相對於上述第1面交叉之方向上貫通之孔， 於將上述電路基板載置於上述第1殼體部上之前，將上述半導體零件搭載於上述第1面上， 於載置上述電路基板時，以上述第1突起部之上述前端進入到上述孔內之方式，使上述第1面及上述第2面之一者與上述第1殼體部對向，且 於載置上述第2殼體部時，以上述第2突起部之上述前端進入到上述孔內之方式，使上述第1面及上述第2面之另一者與上述第2殼體部對向。
4. 如請求項3之USB裝置之製造方法，其中上述第1突起部及上述第2突起部之熔接係藉由摩擦熱而進行。
5. 如請求項4之USB裝置之製造方法，其中上述摩擦熱係藉由對上述第2殼體部賦予超音波而產生。
6. 如請求項3至5中任一項之USB裝置之製造方法，其中於上述電路基板具有至少2個上述孔。
7. 如請求項3至5中任一項之USB裝置之製造方法，其中取代上述孔而設置缺口。