TWI796707B - 用於印刷電路板（ｐｃｂ）接地的方法及使用此方法的ｐｃｂ和電路 - Google Patents
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Abstract
茲公開了用於印刷電路板(PCB)的接地元件或導電元件的各種配置以及製造處理。例如，PCB可以包括將銅跡線連接到金屬基板的焊料接地元件，其中在製造處理中透過超音波焊接來施加焊料接地元件。在另一個示例中，PCB可以包括將銅跡線連接到金屬基板的彈簧銷接地元件。在又一示例中，PCB可以包括將銅跡線連接到金屬基板的自動拼接接地元件。在又一示例中，PCB可以包括將銅跡線連接到金屬基板的壓配銷接地元件。在又一示例中，PCB可以包括將銅跡線連接到金屬基板的夾銷接地元件。
Description
本發明係關於印刷電路板接地。
人們早就知道多層印刷電路板(PCB)存在接地問題，尤其是金屬包覆PCB。例如，已知的使用螺釘將跡線接地到金屬基板層的方案會導致多個問題，包括螺釘容易損壞跡線層和金屬基板層之間的介電層。此外，由於將螺釘固定到PCB上的應力，螺釘可能會損壞螺釘附近的其他電子元件。更進一步，螺釘可能不夠緊湊並且可能擠壓金屬基板。最後，螺釘的安裝是耗時且低效的生產處理。
在某些實施例中，印刷電路板可包括：包含電路跡線的第一層、與第一層相鄰的第二層、包含介電材料的第二層、與與第一層相對的第二層相鄰的第三層，第三層包括金屬基板，以及連接電路跡線和金屬基板的接地元件，接地元件包括焊料，其透過超音波焊接來施加。
在某些實施例中，電路可以包括印刷電路板，該印刷電路板包括包含導電軌道的第一層、包含介電材料的第二層、包含金屬基板的第三層，第二層位於第一層和第三層之間，且接地元件連接導電軌道和金屬基板，接地元件包括焊料，其透過超音波焊接來施加。
在某些實施例中，一種方法可以包括接收印刷電路板(PCB)，該印刷電路板具有包括導電軌道的第一層、包括介電材料的第二層、包括金屬基板的第三層，第二層位於第一層和第三層之間，並透過超音波焊接將焊料施加到PCB上以創建接地元件。
在某些實施例的以下詳細描述中，參考了形成其一部分的附圖，並且其中透過示例實施例的說明的方式示出。還應當理解的是，在不脫離本公開發明的範圍的情況下，可以組合、交換或去除本文中的實施例和示例的特徵，可以利用或創建其他實施例，並且可以進行結構改變。
本公開發明提供了上述問題的解決方案，包括提供不會損壞印刷電路板 (PCB) 的層或其他電組件的接地元件。此外，這裡討論的解決方案可以與PCB整合並且呈緊湊，在PCB上佔用更少的覆蓋面積。此外，這裡的解決方案可以很容易地結合到製造處理中。
圖1示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的截面視圖，一般標記為100。印刷電路板100可以包括頂層102，該頂層102具有(諸如用於電路的軌道或跡線的)導電元件。印刷電路板100還可以包括具有作為絕緣體的介電材料的中間層104。印刷電路板100還可以包括底層106，底層106可以包括金屬基板。此外，印刷電路板100可以包括將頂層102的導電元件耦合到底層106的金屬基板的接地元件110。
在一些實施例中，頂層102的導電元件可包括透過製造處理形成的銅，例如蝕刻銅片（有時稱為覆銅或銅箔）。銅板提供了PCB的導電部分，其允許電流流過導電元件建立的電路。其他導電材料(例如不銹鋼、鈹銅或鎳)也可用作頂層102的導電元件。
在一些實施例中，中間層104的介電材料可以包括透過傳導最少的電來充當電絕緣體的任何材料，因此中間層104在兩個導電層(頂層102和底層106)之間提供絕緣層。介電材料為 PCB 提供多種功能。首先，介電材料有助於隔離相鄰PCB層上的信號；其次，PCB的穩定性取決於介電材料的穩定阻抗。可以根據其熱特性、電特性、化學特性和機械特性來選擇介電材料。熱特性可包括玻璃化轉變溫度、分解溫度、熱膨脹係數、導熱率或它們的任何組合。電特性可包括介電常數、相對介電常數、介電損耗角正切、耗散因數、體積電阻率、表面電阻率、電強度或其任意組合。化學性質可包括可燃性規格、吸濕性、耐二氯甲烷性或其任何組合。機械特性可包括剝離強度、彎曲強度、拉伸模量、密度、分層時間或其任何組合。
在一些實施例中，底層106的金屬基板可以包括金屬或金屬合金。例如，金屬基板可以包括鋁或銅，或者在一些情況下，黃銅、不銹鋼或鋼合金。與不具有金屬基板層的PCB相比，底層106可以提供非常高的散熱；增加的散熱可以使發熱組件保持涼爽，從而提高組件或PCB的特性和壽命。金屬基板增加的散熱可用於多種應用，例如功率轉換電路、電源電路、發光二極體(LED)電路、太陽光電電路、電信電路和汽車電子以及其他應用。具有底層106的金屬基板的PCB可被稱為金屬芯PCB、熱PCB或金屬背襯PCB。
在一些實施例中，接地元件110可以包括將頂層102的導電元件耦合到底層106的金屬基板的金屬或金屬合金。例如，接地元件110可以包括銅或金屬合金，例如無助焊劑的焊料。當電路被設計到PCB上時，接地元件110可以在PCB製造處理或應用處理中產生。接地元件110可以使用超音波焊接來焊接到PCB上。
超音波焊接是一種使用超音波能量來消除對化學助焊劑的需要的焊接處理。助焊劑留下的殘留物可能對電路有害，並可能導致腐蝕，從而縮短電路的使用壽命。超音波焊接代替助焊劑，使用聲能破壞接合處理中在熔融焊料和母材表面形成的氧化物。超音波焊接可以使用超音波耦合烙鐵裝置或超音波耦合焊錫槽來實現。
接地元件110可以在PCB本身的製造處理中施加在PCB的外邊緣或通孔上，或者可以施加在後續的用於非蝕刻PCB(例如，覆銅PCB）的電路配置處理中。經由超音波焊接施加接地元件110會允許對介電層、周圍組件或電路跡線發生最小或沒有損壞。進一步地，無論是何種金屬或金屬合金材料，接地元件都可以連接到金屬基板上。此外，超音波焊接處理可以很容易地整合到製造處理中。更進一步，超音波焊料可以使接地元件110不大於所需要的尺寸，因此接地元件110可以是緊湊的並且比另一種解決方案(例如上面討論)的接地螺釘需要更少的成本和材料。
圖2示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地的多層印刷電路板的截面視圖，一般地標記為200。印刷電路板200可以包括第一組件層202和第二組件層203，每個層都具有導電元件，其例如用於電路的軌道或跡線。印刷電路板200還可包括包含介電材料的第一絕緣體層204和第二絕緣體層205。印刷電路板200還可以包括金屬基板層206。印刷電路板200可以是印刷電路板100的變體，但是具有至少一個更多的組件層。
在一些實施例中，印刷電路板200可以包括第三組件層212和第四組件層213，它們各自具有導電元件，其例如用於電路的軌道或跡線。印刷電路板200還可包括包含介電材料的第三絕緣體層214和第四絕緣體層215。
印刷電路板200還可以包括導電元件210，該導電元件將一個或多個組件層 (例如202、203、212或213) 彼此耦合、耦合到金屬基板層206或任何組合其中。導電元件210可包括金屬或金屬合金，例如無助焊劑的焊料。此外，當電路被設計到PCB上時，導電元件210可以在PCB製造處理或應用處理中產生。
在一些實施例中，可以使用超音波焊接將導電元件210施加到PCB200，例如施加到 PCB200的外邊緣或通孔。導電元件210可提供組件層、金屬基板206或兩者之間的導電耦合。導電元件210不需要提供到金屬基板206的連接並且可以被設計為提供兩個或更多個組件層之間的連接而不提供到金屬基板206的連接。如下文所討論的，這裡討論的任何接地元件和技術都可以施加於多層PCB，例如印刷電路板200。此外，雖然顯示了四層PCB，但這不是必需的；印刷電路板200可以具有兩個或更多個元件層的任意組合。
圖3示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的等距前視圖301和印刷電路板300的截面視圖。圖3還示出了印刷電路板的等距後視圖303。印刷電路板300可以是參考圖1或圖2討論的印刷電路板，只是其並非具有透過超音波焊接施加的接地元件110或導電元件210，印刷電路板300可以具有彈簧銷接地元件310。
印刷電路板300可以包括具有諸如用於電路的軌道或跡線的導電元件的頂層302、具有介電材料的中間層304和可以包括金屬基板的底層306。接地元件310可以將頂層302的導電元件連接到底層306的金屬基板。
彈簧銷310可以被設計成裝配在 PCB 的通孔內，使得彈簧銷310的外邊緣與頂層302和底層306進行電連接以提供接地電路。彈簧銷310的設計可使其沿徑向方向施加力以將其自身牢固地保持在對應的通孔內而不損壞中間層304或PCB。此外，彈簧銷310可以與PCB的每一側齊平或凹進，使得它不會延伸超過頂層302或底層306（例如，在其外部）。
圖4示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的等距視圖401、印刷電路板的側剖面視圖403和印刷電路板400的截面視圖。印刷電路板400可以是參考圖1或圖2討論的印刷電路板，只是其非透過超音波焊接施加的接地元件110或導電元件210，印刷電路板400可以具有自動拼接接地元件410。
印刷電路板400可以包括具有諸如用於電路的軌道或跡線的導電元件的頂層402、具有介電材料的中間層404和可以包括金屬基板的底層406。接地元件410可以將頂層402的導電元件連接到底層406的金屬基板。
自動拼接410可被設計成裝配在 PCB 的通孔內，使得自動拼接410的外邊緣與頂層402和底層406進行電連接以提供接地電路。自動拼接410的設計可以是足夠寬的寬度（例如直徑）以將其自身牢固地保持在相應的通孔內而不損壞中間層404或PCB。此外，自動拼接410可以從PCB400的通孔延伸到另一PCB411的通孔，例如電腦或其他電系統的主板。
在一些實施例中，PCB400可以包括從金屬基板到另一個PCB411的接地元件409。接地元件409可以是接地元件410的補充或代替接地元件410。
圖5示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地510的印刷電路板的等距視圖500和接地510的分解圖501，以及印刷電路板500的截面視圖503。印刷電路板500可以是參考圖1或圖2討論的印刷電路板，只是其非透過超音波焊接施加的接地元件110或導電元件210，印刷電路板500可以具有壓配接地元件510。
印刷電路板500可以包括具有諸如用於電路的軌道或跡線的導電元件的頂層502、具有介電材料的中間層504和可以包括金屬基板的底層506。接地元件510可以將頂層502的導電元件連接到底層506的金屬基板。
壓配銷510可以設計成配合在 PCB 的通孔內，使得壓配銷510的外邊緣與頂層502和底層506進行電連接以提供接地電路。壓配銷510的設計可以使得它在向外方向上施加力以將其自身牢固地保持在對應的通孔內而不損壞中間層504或PCB。此外，壓配銷510可以與PCB的每一側齊平或凹進，使得它不會延伸超過頂層502或底層506（例如，其外部）。
圖6示出了根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的前視圖601和後視圖603以及印刷電路板600的截面視圖。印刷電路板600可以是參考圖1或圖2討論的印刷電路板，只是其非透過超音波焊接施加的接地元件110或導電元件210，印刷電路板600可以具有夾接地元件610。
印刷電路板600可以包括具有諸如用於電路的軌道或跡線的導電元件的頂層602、具有介電材料的中間層604和可以包括金屬基板的底層606。夾接地元件610可以將頂層602的導電元件連接到底層606的金屬基板。
夾接地元件610可以形成為使得夾610可以透過夾自身施加的力牢固地緊固到PCB600的外邊緣。夾610可以是用作夾以固定到PCB並提供頂層602的導電元件和底層606的金屬基板之間的電連接的導電材料。
圖7示出了一種製造具有接地的印刷電路板的方法的流程圖，該流程圖通常被指定為700。處理700可以在PCB製造處理期間或之後來施加。例如，處理700可以在PCB製造設施的製造處理期間來施加，或者可以由包層PCB的PCB客戶來施加，其中客戶可以從 PCB 的頂層（例如，覆銅層的銅）創建導電軌道或跡線。
一旦 PCB 在頂層具有導電跡線，或者至少導電跡線被標出它們將在的位置，處理700可以透過在702接收 PCB 啟動。一個或多個元件，例如接地元件110或導電元件210，可以透過將焊料施加到 PCB 的截面（例如，外邊緣或通孔）而無助焊劑，而被創建在 PCB 的特定區域(在704)，且接著(在706)透過超音波焊接將焊料附接到導電元件和金屬基板。PCB然後可以在708繼續製造處理。
上述設計和處理對於金屬背襯的 PCB 或類似的 PCB 尤其有用。在一些示例中，印刷電路板可包括包含電路跡線的第一層；與第一層相鄰的第二層，第二層包括介電材料；與第一層相對的第二層相鄰的第三層，第三層包括金屬基板；以及連接電路跡線和金屬基板的接地元件，接地元件包括透過超音波焊接施加的焊料。可以在不使用任何助焊劑材料的情況下施加焊料。金屬基板可以是鋁。金屬基板可以是銅。PCB可以具有連接到電路跡線的電表面安裝組件。電路跡線可以是銅。焊料可以施加在PCB的外邊緣。焊料可以施加在 PCB 的通孔內。
在進一步的示例中，電路可以包括印刷電路板，該印刷電路板包括包括導電軌道的第一層、包括介電材料的第二層、包括金屬基板的第三層，其中第二層位於第一層以及第三層之間，並且接地元件連接導電軌道和金屬基板，接地元件包括透過超音波焊接施加的焊料。可以在不使用任何助焊劑材料的情況下施加焊料。金屬基板可以是銅或鋁。電表面安裝組件可以連接到導電軌道。導電軌道可以是銅。可以將焊料塗在 PCB 的外邊緣或通孔內。
在此描述的實施例的圖示旨在提供對各種實施例的結構的一般理解。圖示並不旨在作為利用本文所述結構或方法的裝置和系統的所有元件和特徵的完整描述。在閱讀本公開發明內容後，許多其他實施例對於本領域技術人員來說可能是顯而易見的。可以利用並從本公開發明中導出其他實施例，使得可以在不脫離本公開發明的範圍的情況下進行結構和邏輯替換和改變。此外，雖然這裡已經圖示和描述了特定實施例，但是應當理解，設計成實現相同或相似目的的任何後續佈置可以替代所示出的特定實施例。
本公開發明旨在涵蓋各種實施例的任何和所有後續修改或變化。可以對上述實施例進行組合，本領域技術人員在閱讀說明書後將瞭解此處未具體描述的其他實施例。此外，繪圖僅是代表性的，可能未按比例繪製。繪圖中的某些比例可能會被誇大，而其他比例可能會被縮小。因此，本公開發明和附圖被認為是說明性的而非限制性的。
100:印刷電路板
102:頂層
104:中間層
106:底層
110:接地元件
200:印刷電路板
202:第一組件層
203:第二組件層
204:第一絕緣體層
205:第二絕緣體層
206:金屬基板層
212:第三組件層
213:第四組件層
214:第三絕緣體層
215:第四絕緣體層
210:導電元件
300:印刷電路板
301:等距前視圖
303:等距後視圖
310:接地元件
302:頂層
304:中間層
306:底層
310:彈簧銷
401:等距視圖
403:側剖面視圖
400:印刷電路板
410:接地元件
402:頂層
406:底層
410:自動拼接
404:中間層
409:接地元件
510:接地
500:等距視圖
500:印刷電路板
501:分解圖
503:截面視圖
510:接地元件
502:頂層
504:中間層
506:底層
510:壓配銷
601:前視圖
603:後視圖
600:印刷電路板
610:夾接地元件
602:頂層
606:底層
610:夾
604:中間層
700:處理
702:處理
704:處理
706:處理
708:處理
圖1是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的截面視圖；
圖2是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的多層印刷電路板的截面視圖；
圖3是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的等距視圖和印刷電路板的截面視圖；
圖4是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的等距視圖、印刷電路板的側剖面視圖和印刷電路板的截面視圖；
圖5是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的等距視圖和接地的分解圖以及印刷電路板的截面視圖；
圖6是根據本公開發明的某些實施例的具有接地的印刷電路板的前視圖和後視圖以及印刷電路板的截面視圖；和
圖7是具有接地的印刷電路板的製造方法的流程圖。
100:印刷電路板
102:頂層
104:中間層
106:底層
110:接地元件
Claims (17)
- 一種印刷電路板，包括：一第一層，其包括一第一電路跡線；一第二層，與該第一層相鄰，該第二層包括一介電材料；一第三層，與該第一層相對的該第二層相鄰，該第三層包括一金屬基板；和一接地元件，其連接該第一電路跡線和該金屬基板，該接地元件包括透過超音波焊接來施加的焊料，其中該焊料係施加在該印刷電路板的一外邊緣上。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括：一第四層，其包括一第二電路跡線；一第五層，其包括一介電材料；和一接地元件，其連接該第二電路跡線與該金屬基板。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括該金屬基板是鋁。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括該金屬基板是銅。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括連接到該第一電路跡線的一電表面安裝組件。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括該第一電路跡線是銅。
- 如請求項1所述的印刷電路板，還包括在該印刷電路板的一通孔內施加該焊料。
- 一種電路，其包括：一印刷電路板，其包括：一第一層，其包括一第一導電軌道；一第二層，其包括一介電材料；一第三層，其包括一金屬基板；該第二層位於該第一層與該第三層之間；和一導電元件，連接該第一導電軌道和該金屬基板，該導電元件包括透過超音波焊接來施加的焊料，其中該焊料係施加在該印刷電路板的一外邊緣上。
- 如請求項8所述的電路，還包括：一第四層，其包括一第二導電軌道；一第五層，其包括一介電材料；和該導電元件連接該第二導電軌道與該金屬基板。
- 如請求項8所述的電路，還包括該金屬基板是銅。
- 如請求項8所述的電路，還包括該金屬基板是鋁。
- 如請求項11所述的電路，還包括連接到該第一導電軌道的一電表面安裝組件。
- 如請求項11所述的電路，還包括該第一導電軌道是銅。
- 如請求項13所述的電路，還包括在該印刷電路板的一通孔內施加該焊料。
- 一種用於印刷電路板接地的方法，其包括以 下步驟：接收一印刷電路板(PCB)，該印刷電路板具有包括一導電軌道的一第一層、包括一介電材料的一第二層、包括一金屬基板的一第三層，該第二層位於該第一層和該第三層之間；和透過超音波焊接來將焊料施加到該PCB上以創建一接地元件，和將該焊料施加在該PCB的一外邊緣上。
- 如請求項15所述的方法，還包括以下步驟：在不使用一助焊劑材料的情況下施加該焊料。
- 如請求項15所述的方法，還包含該導電軌道包括銅並且該金屬基板包括鋁。
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