專利名稱：在印刷電路板和金屬基片之間提供電氣接地連接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的主題是電子電路組件及其裝配方法。本發(fā)明具體涉及到在印刷電路板和金屬基片之間提供電氣接地連接的方法。
許多種電子器件例如是氣體放電管的電子鎮(zhèn)流器需要有印刷電路板和金屬基座或是基片之間的電氣接地連接。典型的金屬基座或基片是用鍍鋅的鋼或是鋁構(gòu)成的，它不能與印刷電路板直接形成可靠的焊接。
提供接地連接的一種最普遍的方式是采用簡單的安裝螺釘，讓螺釘穿過印刷電路板中的一個孔擰入基座中對應(yīng)的一個孔。印刷電路板往往包括與螺釘頭上的底面相接觸的一條以上接地跳線。這種方案有多方面的缺點。首先是難以實現(xiàn)自動化，其次，由于它會在印刷電路板上產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，不適合用來裝配諸如繞曲電路那樣的很薄的電路板。
另一種方案是在基座上采用柔性的“接頭”。首先將印刷電路板放在基座上，然后彎折或是扭曲接頭使其與接地跳線形成緊密的摩擦接觸。這種方案存在明顯的問題，容易從接地跳線上斷開。和安裝螺釘?shù)姆桨敢粯?，這種方案難以實現(xiàn)自動化，并且不適合用于包括很薄的印刷電路板的組件。
第三種方案是采用表面上具有焊料的金屬接地插頭。首先制成金屬接地插頭，并且在基座或基片中形成一個孔。然后將預(yù)制的接地插頭插入基片的孔中，并且在印刷電路板的孔中和接地插頭上放置焊料，在接地插頭和印刷電路板上的接地軌跡之間形成電氣連接。這種方案的優(yōu)點是特別適用于很薄的印刷電路板，因為它對印刷電路板本身產(chǎn)生的實際應(yīng)力很小。
目前的“接地插頭”方案也有幾方面的缺點。首先，因為接地插頭是用單獨的工序制作的，將預(yù)制的接地插頭插入基片的孔中往往需要復(fù)雜的“提起-和-放下”機器。其次，由于制作接地插頭，在基片中形成孔，以及將接地插頭插入基片中的孔的步驟之間可能會經(jīng)過比較長的時間，往往會淀積外來雜質(zhì)，以及/或是在接地插頭和基片中的孔的接觸面上發(fā)生氧化現(xiàn)象。這樣，在接地插頭和基片之間形成的電氣連接的質(zhì)量和可靠性就會受到不利的影響。
因而需要有一種能夠在印刷電路板和金屬基片之間提供可靠的高質(zhì)量電氣接地連接的方法，它應(yīng)該能夠適合印刷電路板的大批量自動化裝配，在加工步驟和加工時間上實現(xiàn)高效率，并且不需要昂貴、復(fù)雜的機器就能完成。這樣的方法比現(xiàn)有技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。


圖1是按照本發(fā)明在印刷電路板和金屬基片之間提供接地連接的一種方法的流程圖。
圖2表示按照本發(fā)明的一個實施例用來實現(xiàn)圖1所示方法的一種穿孔器和沖模結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3表示按照本發(fā)明一個最佳實施例的第一沖壓操作，在金屬基片中形成一個窗口。
圖4表示按照本發(fā)明最佳實施例在第二沖壓操作之前將金屬基片定位。
圖5表示按照本發(fā)明的最佳實施例的第二沖壓操作中的第一部分，用金屬坯料形成一個接地插頭。
圖6表示按照本發(fā)明的最佳實施例的第二沖壓操作中的第二部分，將接地插頭插入金屬基片的窗口中。
圖7表示按照本發(fā)明的最佳實施例的第二沖壓操作中的第三部分，將接地插頭壓入金屬基片的窗口中。
圖8是按照本發(fā)明最佳實施例的一個截面圖，表示接地插頭被插入金屬基片的窗口之后的接地插頭和金屬基片。
圖9是按照本發(fā)明最佳實施例的一個截面圖，表示接地插頭被壓入金屬基片的窗口之后的接地插頭和金屬基片。
圖10是按照本發(fā)明最佳實施例的一個頂視圖，表示印刷電路板被安裝在金屬基片上，并且在印刷電路板的窗口中和接地插頭上施加焊料。
圖11是按照本發(fā)明最佳實施例的一個截面圖，表示印刷電路板被安裝在金屬基片上，并且在印刷電路板的窗口中和接地插頭上施加焊料。
圖1表示在印刷電路板和金屬基片之間提供電氣接地連接的一種方法100。方法100包括以下步驟(1)在基片中提供一個窗口(102)；
(2)用金屬坯料做材料形成一個接地插頭(104)；(3)將接地插頭插入基片中的窗口(106)；(4)將接地插頭壓入基片中的窗口(108)，在接地插頭和基片之間形成電氣連接；(5)將印刷電路板放在基片上(110)，讓印刷電路板的窗口和基片的窗口中的接地插頭大致對齊；以及(6)在印刷電路板的窗口中和接地插頭上施加焊料(112)，在接地插頭和基片之間形成電氣連接。
形成(104)，插入(106)和壓入(108)接地插頭的步驟顯然是可以在一次沖壓操作120中集中執(zhí)行的。這樣就能采用流水線作業(yè)高效地實現(xiàn)上述方法100，不需要任何專用的“提起-和-放下”機器。另外，由于能夠在形成基片窗口和接地插頭之后的很短時間內(nèi)將接地插頭插入和壓入基片中的窗口，方法100可以使基片窗口和接地插頭的接觸面上受到的氧化和環(huán)境污染最小。這樣就能使接地插頭和基片之間的電氣連接達(dá)到更高的質(zhì)量和可靠性。
圖2-11表示了用來實現(xiàn)方法100的最佳裝置和程序。首先參見圖2，最佳裝置包括連續(xù)沖模組件400和一組穿孔器500,600。沖模組件400有一個用來支撐金屬基片200的表面402，用來支撐金屬坯料300的構(gòu)架404,406，用來引導(dǎo)穿孔器500在基片200中形成一個窗口的第一通道408，以及用來引導(dǎo)穿孔器600用金屬坯料300沖壓成接地插頭然后將接地插頭壓入基片200中的窗口第二通道410。在實際執(zhí)行方法100時，基片200往往是和一個以上其他基片250,260接合在一起構(gòu)成一個基片板。
在方法100的一個最佳實施例中，金屬基片200是鋁制的，而金屬坯料300是鍍錫的銅材。金屬基片200可以改用其他材料制成，例如銅，黃銅和鋅。金屬坯料300也可以改用其他材料制成，例如鍍錫的鋁，黃銅和鋅，或者是任何能夠通過焊接形成可靠連接的金屬材料。
參見圖3，在第一沖壓操作中，向下驅(qū)動穿孔器500穿過鋁制基片200。穿孔器500最好采用一種大致呈圓形的截面，從而在基片200中形成一個大致為圓形的窗口。從第一通道408的底部彈出廢棄的鋁片202。
在基片200中形成窗口之后，將穿孔器500縮回(即通過窗口向上移動回到第一通道408上部)。然后將基片200沿著沖模組件400的表面402向右移動，直至使窗口對準(zhǔn)第二通道410，如圖4所示。穿孔器600保持在第二通道410中，基本上對準(zhǔn)基片200的窗口204。
參見圖5，當(dāng)窗口204到位時，在第二沖壓操作中向下驅(qū)動穿孔器600穿過坯料300。穿孔器600最好采用一種大致呈圓形的截面，從而用坯料300沖壓出一個大致為圓柱形的接地插頭302。如圖6所示，穿孔器600繼續(xù)向下沖擊，將接地插頭302插入基片200的窗口。大約是在穿孔器600插入接地插頭302的同時，穿孔器500重復(fù)第一沖壓操作，在第二基片250中形成一個窗口。兩個穿孔器500,600同時動作可以有效地進(jìn)一步縮短總的加工時間。
如圖7所示，穿孔器600完成了將接地插頭302壓入基片200的窗口中的向下沖壓，從而在接地插頭302和基片200之間形成物理上的壓接。大約是在穿孔器600壓入接地插頭302的同時，穿孔器500也完成了向下沖壓并且彈出沖掉的鋁片252，在第二基片250中形成一個窗口。
圖8和9表示了接地插頭302的細(xì)節(jié)。如上文所述，接地插頭302最好是銅制的，具有鍍錫的頂面和底面306,308。在壓入步驟之前，接地插頭302大致呈圓柱形，如圖8所示。按照圖9所示，壓入步驟致使接地插頭302和窗口204產(chǎn)生一種受控制的變形，讓接地插頭302的側(cè)壁表面310,312退縮并且在窗口204的接觸面上引起相應(yīng)的壓力變形。結(jié)果就能在基片200和接地插頭302的至少一部分側(cè)壁表面310,312之間形成一種氣密的機械密封，從而提供一種高機械強度和高可靠性的高質(zhì)量電氣連接。
參見圖9，在完成壓入步驟時，接地插頭302的底面308大致與基片200的底面230共面。這便于以后將印刷電路板齊平地安裝到基片200的底面230上，然后通過焊接將印刷電路板電氣連接到接地插頭302和基片200上。
在完成了壓入步驟時，接地插頭302的頂面306相對于基片200的頂面220應(yīng)該有明顯的下陷。因此，金屬坯料的厚度不能大于基片200的厚度。無論如何，在完成壓入步驟之后都要求接地插頭302的頂面306至少不能突出在基片200的頂面220外面。這樣做的好處是因為絕大多數(shù)產(chǎn)品都要求基片200的頂面220必須要基本上齊平地安裝并接觸到散熱器或是其他接地面，并且從頂面220上突出的接地插頭302會妨礙頂面220穩(wěn)固地放置在另外的扁平面上。例如，如果基片200是作為一個電子鎮(zhèn)流器外殼的基座，頂面220(也就是鎮(zhèn)流器外殼的底)應(yīng)該能齊平地安裝并接觸到照明器材外殼，以便使熱量能夠有效地從鎮(zhèn)流器散發(fā)到照明器材外殼上(從而保持鎮(zhèn)流器的溫度足夠低，確保鎮(zhèn)流器電路的適當(dāng)使用壽命)。
為了減少窗口204和接地插頭302的接觸面上可能會減損電氣連接質(zhì)量的污染或氧化，應(yīng)該(1)在完成第一沖壓操作(也就是在基片中提供一個窗口的步驟)之后的不到兩秒鐘之內(nèi)完成第二沖壓操作(也就是形成，插入和壓入接地插頭的步驟)；并且(2)在完成了形成接地插頭的步驟之后的不到一秒鐘之內(nèi)完成壓入步驟。顯而易見，可以讓穿孔器600快速向下移動，這樣就能在用金屬坯料300沖壓出接地插頭302之后的很短時間內(nèi)完成接地插頭302的壓入步驟。
參見圖7，當(dāng)接地插頭302被壓入基片200時，穿孔器600縮回第二通道410的上部。然后將第二基片250移動到第二通道410下面的位置，金屬坯料300也可以移位或是換成新的坯料，并且重復(fù)上述的操作，形成一個接地插頭，并且將其插入和壓入第二基片250的窗口。
在按照上述過程為面板中的每一個基片200,250,250提供了一個接地插頭之后，從沖模組件400上拆下面板，然后將印刷電路板安裝到基片上。
如圖10和11所示，印刷電路板700被放置在基片200的底面230上，讓印刷電路板700的一個窗口(未示出)大致上對準(zhǔn)基片200中的接地插頭302。用一種適當(dāng)?shù)膲好粽澈蟿ú贾迷谥T如聚酯等絕緣材料上面的許多金屬軌跡710,712,714,716的印刷電路板700壓接在基片200的底面230上。至少有一條金屬軌跡710,712,714,716的位置靠近印刷電路板700上的窗口，并且適合用焊料焊接。然后在印刷電路板700的窗口中和接地插頭302上施加焊料800，從而在接地插頭302和印刷電路板700之間形成電氣連接。這樣就能在基片200和電路板700的軌跡710,712,714,716之間形成電氣接地連接。
上述方法100比采用接地插頭的現(xiàn)有技術(shù)方案有許多優(yōu)點。特別是方法100能夠在基片中形成窗口之后有效地將形成，插入和壓入接地插頭的步驟組合在一次沖壓操作中完成。這樣就能縮短加工時間，不需要專用的“提起-和-放下”機器來插入接地插頭，并且最大限度地減少了接地插頭和基片窗口的接觸面上的氧化和其他雜質(zhì)。這樣就能實現(xiàn)一種適合大批量自動化制造的可靠的高質(zhì)量電氣接地連接。
盡管本發(fā)明是參照其一個最佳實施例來描述的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的新穎構(gòu)思和范圍的條件下還可以實現(xiàn)各種各樣的修改和變更。
權(quán)利要求
1．在印刷電路板和金屬基片之間提供電氣接地連接的一種方法，包括以下步驟(A)在基片中提供一個窗口；(B)用金屬坯料做材料形成一個接地插頭；(C)將接地插頭插入基片中的窗口；(D)將接地插頭壓入基片中的窗口，在接地插頭和基片之間形成電氣連接；(E)將印刷電路板放在基片上，讓印刷電路板的窗口和基片的窗口中的接地插頭大致對齊；以及(F)在印刷電路板的窗口中和接地插頭上施加焊料，在接地插頭和基片之間形成電氣連接；并且所述形成，插入和壓入接地插頭的步驟是在一次沖壓操作中集中執(zhí)行的。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是在基片中提供一個窗口的步驟是在第一沖壓操作中執(zhí)行的；并且形成，插入和壓入接地插頭的步驟是在第二沖壓操作中集中執(zhí)行的。
3．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是集中形成，插入和壓入接地插頭的步驟包括以下步驟將坯料放在基片的窗口上；將一個穿孔器定位在坯料上方，并且大致對準(zhǔn)基片的窗口；以及向下驅(qū)動穿孔器穿過坯料進(jìn)入基片的窗口。
4．按照權(quán)利要求3的方法，其特征是基片中的窗口大致呈圓形；穿孔器和接地插頭各自具有大致呈圓形的截面；并且接地插頭在壓入步驟之前大致上具有圓柱形。
5．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是形成，插入和壓入接地插頭的步驟是在完成了在基片中提供窗口的步驟之后大約不到兩秒之內(nèi)完成的。
6．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是壓入接地插頭的步驟是在完成了形成接地插頭的步驟之后大約不到一秒之內(nèi)完成的。
7．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是壓入步驟在基片和接地插頭的至少一部分側(cè)壁表面之間形成一種氣密的機械密封。
8．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在完成壓入步驟時，接地插頭的底面和基片的底面基本上共面。
9．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在完成壓入步驟時，接地插頭的頂面相對于基片的頂面有明顯的下陷。
10．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是印刷電路板包括布置在一種絕緣材料上面的金屬軌跡，至少有一條金屬軌跡的位置靠近電路板上的窗口，并且適合實際接觸到至少一部分連接著印刷電路板和接地插頭的焊料。
全文摘要
在印刷電路板(700)和金屬基片(200)之間提供電氣接地連接的一種方法(100)包括以下步驟:(ⅰ)在金屬基片(200)中提供一個窗口(204);(ⅱ)用金屬坯料(300)做材料形成一個接地插頭(302);(ⅲ)將接地插頭(300)插入基片(200)中的窗口;(ⅳ)將接地插頭(302)壓入基片(200)中的窗口(204);(ⅴ)將印刷電路板(700)放在基片(200)上;以及(ⅵ)在印刷電路板(700)的窗口中和接地插頭(302)上施加焊料。上述形成步驟(104),插入步驟(106)和壓入步驟(108)是在一次沖壓操作(120)中完成的。這種方法(100)能夠有效地提供一種高質(zhì)量的電氣接地連接,并且不需要任何復(fù)雜的機械。
文檔編號H05K1/02GK1310859SQ99808924
公開日2001年8月29日 申請日期1999年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月28日
發(fā)明者P.多伊卡斯, D.蓋斯, J.D.莫溫 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司