TWI710295B

TWI710295B - 塑膠元件與電路板的結合方法

Info

Publication number: TWI710295B
Application number: TW109100083A
Authority: TW
Inventors: 陳瑞斌; 吳淮安; 沈偉
Original assignee: 峻立科技股份有限公司
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202128000A; US11044818B1; US20210212215A1

Abstract

一種塑膠元件與電路板的結合方法，包含下列步驟：(A)製備一塑膠元件、一電路板，及二定位件。該等定位件固定於該塑膠元件並露出接合面。(B)在該電路板與該等定位件的接合面之間設置熔接層。該等熔接層的材質是低溫熔化金屬。(C)將該塑膠元件與該電路板彼此對位。(D)保持該塑膠元件在該對位位置並使用熱源加熱該等熔接層，使得該等熔接層熔化並附著於該電路板與該等定位件之間。(E)保持該塑膠元件在該對位位置並使該等熔接層冷卻。該等熔接層冷卻後會恢復至固態而硬化。本發明藉由該低溫熔化金屬的特性，提升對位精準度與可靠度並減少作業時間。

Description

塑膠元件與電路板的結合方法

本發明是有關於一種光學系統，特別是指一種塑膠元件與電路板的結合方法。

近年來，由於資料流量的需求愈來愈大，光通訊模組的運行頻寬呈增加的趨勢，以致於相關元件的體積以及工作面積逐漸減小。是故，各元件之間的對位關係需要更加精準，才能減少雷射光在不同元件間傳送上的損失，進而維持足以傳送訊息的能量。

一種現有的光通訊模組包含一導光的塑膠元件，及一電路板(PCB)。該塑膠元件與該電路板需要彼此結合，並滿足相當精準的對位關係才能充分發揮原始設計的功能。一種現有的結合方法是使用UV膠進行結合。具體來說，會先精密調整該塑膠元件與該電路板之間的相對位置，調整時同步監控雷射光的傳送功率，達成合於要求的狀況時，在該塑膠元件與該電路板之間添加UV膠，再用UV光對UV膠照射直至固化為止，即完成結合作業。然而，使用UV膠的缺點在於：UV光容易被該塑膠元件與該電路板遮擋，導致照射能量不足以固化全部的UV膠。而且當UV膠較厚時，由於 UV膠本身會衰減UV光，有時會導致位處深層的膠體沒有完全固化。這些沒有完全固化的膠體，除了沒有固定作用之外，在結合作業完成後，會隨著時間逐漸自行固化，並導致膠體的體積變動，改變該塑膠元件與該電路板的相對位置，造成功能減損。前述的問題雖可由增加UV光的照射位置及時間解決，但會增加組立的複雜度和作業時間。

另一種現有結合方法是使用熱固膠進行結合。如此一來，就不會像UV光一樣有受到遮擋的問題。然而，熱固膠在上膠後，需將該塑膠元件、該電路板與熱固膠本身一起放在高溫環境中進行長時間的高溫固化。熱固膠在固化過程中的密度變化較UV膠大，會形成較大的體積改變。在高溫固化的過程中，會使該塑膠元件與該電路板的相對位置發生變化，造成功能減損。

此外，UV膠與熱固膠皆為高分子聚合物，容易受使用環境影響，例如：吸收空氣中的溼氣，導致膠體內部含水率增加，會造成體積改變；面對劇烈的高低溫變化時，膠體本身容易劣化，會降低固定的能力。最終將導致所製造出的產品可靠度較低，功能相較於原始設計產生較多的減損。

因此，本發明之目的，即在提供一種對位精準度與可靠度皆較佳且減少作業時間的塑膠元件與電路板的結合方法。

於是，本發明塑膠元件與電路板的結合方法，包含下列步驟：

(A)製備一塑膠元件、一電路板，及至少一定位件。該塑膠元件具有至少一朝向該電路板的固定面，及至少一連通至該至少一固定面的固定孔。該電路板包括一基板，及至少一設置於該基板的金屬底材。該至少一金屬底材具有一連接於該基板的連接面，及一遠離於該基板的第一接合面。該至少一定位件固定於該至少一固定孔且為金屬材質。該至少一定位件包括一由該至少一固定面露出的第二接合面。

(B)在該電路板的第一接合面與該至少一定位件的第二接合面之間設置至少一熔接層。該至少一熔接層的材質是一低溫熔化金屬。該低溫熔化金屬的熔點低於該塑膠元件的熱變形溫度，且該低溫熔化金屬處於一預先設計的使用溫度範圍內時為固態。

(C)將該塑膠元件與該電路板彼此對位，使得該塑膠元件相對於該電路板處在一對位位置。

(D)保持該塑膠元件在該對位位置並使用一熱源加熱該至少一熔接層，使得該至少一熔接層熔化並附著於該至少一第一接合面與該至少一第二接合面之間。

(E)保持該塑膠元件在該對位位置並使該至少一熔接層冷卻。該至少一熔接層冷卻後會恢復至固態而硬化。

本發明之功效在於：藉由該低溫熔化金屬良好的熱傳導性，使得該至少一熔接層在自身溫度抵達熔點時，整體接近同時熔化，進而使該塑膠元件與該電路板在彼此結合後對位精準度與可靠度皆較佳，且固化過程相當快速而可減少作業時間。

1:塑膠元件

11:第一對位部

12:固定部

121:固定面

122:固定孔

123:外表面

2:電路板

21:基板

22:金屬底材

221:連接面

222:第一接合面

23:電子元件

231:第二對位部

3:定位件

31:第二接合面

32:熱導面

4:熔接層

7:低溫熔化金屬原料

8:加熱裝置

9:熱源

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明塑膠元件與電路板的結合方法的一第一實施例的一產品結構示意圖；圖2是本發明塑膠元件與電路板的結合方法的一第二實施例的一產品結構示意圖；圖3本發明塑膠元件與電路板的結合方法的一第三實施例的一塑膠元件與複數低溫熔化金屬原料的一示意圖，說明該等低溫熔化金屬原料分別置放於複數固定孔的開口處；及圖4是該第三實施例的一產品結構示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明塑膠元件與電路板的結合方法之一第一實施例適用於製造如圖1所示的產品。該第一實施例包含下列步驟：

步驟(一)，製備一塑膠元件1、一電路板2，及二定位件3。該塑膠元件1包括一第一對位部11，及二連接於該第一對位部11的固定部12。每一固定部12具有一朝向該電路板2的固定面121，及一連通至該固定面121的固定孔122。該電路板2包括一基板21、二設置於該基板21的金屬底材22，及一裝設於該基板21的電子元件23。每一金屬底材22具有一連接於該基板21的連接面221，及一遠離於該基板21的第一接合面222。該電子元件23具有一第二對位部231。該等定位件3分別以卡合的方式固定於該等固定孔122且為金屬材質。每一定位件3包括一由各自的固定面121露出的第二接合面31。

要說明的是，本實施例中的元件數目只是用於舉例，並不以此為限制。實際上，應視情況調整各元件的數目。例如增加該等固定部12與該等定位件3的數目以提升穩固性，或者同時應用多個第一對位部11與多個第二定位部以達成產品所欲產生的功能。此外，在本實施例中，該第一對位部11為一透鏡，但只是舉例而言。該第一對位部11也可以是其他需要與該電子元件23產生對位關係以產生功能的元件。在本實施例中，該等定位件3為金屬塊，但只是舉例而言。該等定位件3也可以是金屬片、金屬條或是其他特殊構形。

步驟(二)，在每一第一接合面222與每一第二接合面31皆設置一熔接層4。該等熔接層4的材質是一低溫熔化金屬。該低溫熔化金屬的熔點低於該塑膠元件1的熱變形溫度，且該低溫熔化金屬處於一預先設計的使用溫度範圍內時為固態。該使用溫度範圍涵蓋室溫。

要說明的是，該使用溫度範圍是一個可供產品開發者設計的參數，應視所製造產品的使用情境來決定。舉例來說，在家用的情境下，可以先將該使用溫度範圍設計為攝氏-20度至攝氏200度，再挑選適合的低溫熔化金屬。此時，該低溫熔化金屬的熔點便應高於攝氏200度才符合本實施例的需求。此外，該室溫在本案中是用於表達一般生活中室內的溫度，一般定義為攝氏25度或是凱氏溫度300度。但是設計產品時，應考量真實狀況訂定該室溫，不以單一數值為限制。又，該室溫是設計該使用溫度範圍時所需考量的限制之一。舉例來說，前述攝氏-20度至攝氏200度的使用溫度範圍由於涵蓋了攝氏25度，因此為適當的設計。但是此處該使用溫度範圍只是舉例而言，並不以此範圍為限制。

步驟(三)，將該塑膠元件1與該電路板2彼此對位，使得該塑膠元件1相對於該電路板2處在一對位位置。該塑膠元件1在該對位位置時，該第一對位部11對應於該第二對位部231，該等第一接合面222分別對應於該等第二接合面31，該等熔接層4分別連接於該等第一接合面222與該等第二接合面31之間。

步驟(四)，保持該塑膠元件1在該對位位置並使用一熱源9加熱該等熔接層4，使得該等熔接層4熔化並附著於該等第一接合面222與該等第二接合面31之間。兩相鄰的熔接層4會因為融化的緣故而合併成同一熔接層4。

要說明的是，在本實施例中該熱源9為雷射，並以熱輻射的方式傳遞熱能並進行加熱，但此處只是舉例而言並不以此為限。該熱源9也可以是運用其他的熱傳遞方式來傳遞熱能。例如使用熱風而以熱對流的方式進行加熱，或使用加熱裝置直接接觸而以熱傳導的方式進行加熱。

還要說明的是，該等定位件3採用金屬材質的好處在於能夠有效使得該等第二接合面31被該等熔接層4附著，而不會產生異質材料之間難以結合的問題。

步驟(五)，保持該塑膠元件1在該對位位置並使該等熔接層4冷卻。該等熔接層4冷卻後會恢復至固態而硬化。

要說明的是，本實施例中所述的該等熔接層4的設置位置與數量只是舉例而已，也可以採用其他的設置方式與數量。例如可以只在每一第一接合面222設置一熔接層4，或是只在每一第二接合面31設置一熔接層4。依此類推，只要該等熔接層4熔化時能連接並附著於該等第一接合面222與該等第二接合面31即可。

一般來說，金屬相較於高分子聚合物具有較佳的熱傳導性。因此，本案可藉由該低溫熔化金屬的材料特性，使得該等熔接層4在自身溫度抵達熔點時，整體接近同時熔化。該等熔接層4冷卻時也能快速散熱而整體接近同時固化。如此一來，本實施例便不會產生如先前技術中所述固化不完全的問題，且固化過程相當快速而可減少作業時間。又，金屬相較於高分子聚合物受溫度影響而導致的密度變化較小，體積較為固定。此外，金屬相較於高分子聚合物質地更為縝密，較不容易受濕度影響，自然不會產生如先前技術一般的劣化問題。根據前述各項因素，本實施例中該塑膠元件1與該電路板2之間的相對位置較不容易受該等熔接層4的影響。相較於先前技術，本實施例可有效提升對位精準度與可靠度。

參閱圖2，本發明塑膠元件與電路板的結合方法之一第二實施例類似於該第一實施例，並適用於製造如圖2所示的產品。該第二實施例與該第一實施例的差異之處在於：在步驟(一)中，該塑膠元件1是透過模具製造。該等定位件3是在該塑膠元件1成形前，預先放置於製造該塑膠元件1的模具內，從而能在該塑膠元件1成形後固定於該等固定孔122。此外，該塑膠元件1的每一固定部12還具有一相反於該固定面121的外表面123。每一固定孔122由該固定面121貫通至該外表面123。每一定位件3穿設於各自的固定孔122。每一定位件3還包括一由各自的外表面123露出的熱導面32。在步驟(四)中，該熱源9是一接觸式的加熱裝置8，且該熱源9是由該等熱導面32進行加熱而將熱能傳導至該等熔接層4。

如此一來，該第二實施例便能達到如同該第一實施例之功效。此外，該第二實施例還具體教導了另一種將該等定位件3固定於該塑膠元件1的方式，以及如何應用熱傳導的方式對該等熔接層4進行加熱。

參閱圖3與圖4，本發明塑膠元件與電路板的結合方法之一第三實施例類似於該第一實施例，並適用於製造如圖4所示的產品。該第二實施例與該第一實施例的差異之處在於：在步驟(一)中，該等固定孔122為未貫通的盲孔。該等定位件3是由該低溫熔化金屬所構成。該等定位件3的成形方式是透過將複數低溫熔化金屬原料7置放於該等固定孔122的開口處，並將該等低溫熔化金屬原料7加熱而熔化，進而使得該等低溫熔化金屬原料7流入該等固定孔122內。該等低溫熔化金屬原料7便會在冷卻後成為該等定位件3。此外，在步驟(四)中，該熱源9為熱風並流經該等熔接層4。

如此一來，該第三實施例便能達到如同該第一實施例之功效。此外，該第三實施例還具體教導了一種製造並固定該等定位件3的方式，以及如何應用熱對流的方式對該等熔接層4進行加熱。

綜上所述，本發明塑膠元件與電路板的結合方法，藉由該低溫熔化金屬良好的熱傳導性，使得該至少一熔接層4在自身溫度抵達熔點時，整體接近同時熔化，進而使該塑膠元件1與該電路板2在彼此結合後對位精準度與可靠度皆較佳，且固化過程相當快速而可減少作業時間，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。