专利名称：铜球嵌入机的制作方法
技术领域：
本发明涉及对印刷电路板(PCB)做出改进的装置和方法，通过将金属嵌入物结合到穿过印刷电路板设置的通路孔内来减小从印刷电路板的一侧到另一侧的热阻和电阻。
背景技术：
无线电基站中收发机功能组件的关键部件是功率放大器(PA)。收发机功能组件在将来自电话交换机的信号变换至天线，从而进一步输出到蜂窝电话等装置时，会放出大量的热。射频功率晶体管产生最多的热量，并且其它部件(例如无线电特定应用电路)也产生热。全部热量很难通过散热片传递到周围空气，散热片通常布置在围绕电子器件的护罩外侧。
采用所谓热通路是一种已知的技术，用于通过印刷电路板传导热量。通路通常是印刷电路板中的小镀铜孔或筒管，设于散热部件的下方。也许需要几个孔来实现从一个部件到散热片的良好的热通路。部件的封装经常设计成在封装的底部具有一热垫片。该热垫片通过焊料连接到印刷电路板上的筒垫片，并通过筒镀铜的通路连接到散热片装置。
这种技术可能发生的一个问题是焊料滴容易在焊接过程中出现在印刷电路板的底面。这意味着也许无法为印刷电路板牢固地固定散热片装置，这会造成差的热通路。这样又会由于印刷电路板的严重过热和意料之外的弯曲而损坏所述部件。另外，镀铜通路的热传导率相当低，使这种传统方法只限于最多约10W的有效输出。
显然，需要对印刷电路板做出改进，以减小从所述印刷电路板一侧到另一侧的热阻，以及减少相对部件本体来说在印刷电路板相对侧上出现焊料滴。
此外，已经有人提出通过将铜嵌入物结合到印刷电路板中来进行所述改进，以实现比传统方法所能实现的有效输出高数十倍的有效输出。所述铜嵌入物还有效防止了焊料在连接位置以外部位的出现。
在SE0004892-2和PCT/SE00101349(WO01/01738)中都描述了在上述类型的印刷电路板中提供改进的热通路的方法和包括根据前述方法设置的通路的印刷电路板，所述两个专利申请与本发明的发明人和申请人相同。
根据至今得到的信息，提供上述改进的印刷电路板所涉及的一个问题是，对每个改进的印刷电路来说以手工操作步骤板实现上述专利申请所具有的优点仍然相当费时并且复杂。因此，希望能够自动地进行所述改进，并且优选是通过一种作为印刷电路板制造过程中自然的加工步骤将所述铜嵌入物结合到印刷电路板中的装置来进行所述改进。
发明内容
本发明的一个目的是至少减少上述问题。
这是通过分别如权利要求1和17所述的用于对印刷电路板做出改进的装置和方法实现的。由说明书和从属权利要求可以看出本发明的进一步扩展和改进。
本发明所具有的一个优点是金属嵌入物被快速且容易地安装到印刷电路板的通路孔内。
本发明所具有的另一个优点是印刷电路板在嵌入和变形步骤中被夹在通路孔周围，这防止电路板分层和损坏。
本发明所具有的再一个优点是该加工方法可以作为印刷电路板加工过程中自然的步骤来进行。
此外，通过控制挤压装置的气压和激励频率可以调节金属嵌入物的变形程度。
相应地，根据本发明的装置使得嵌入物可以不同的尺寸嵌入不同厚度的印刷电路板。
优选地，印刷电路板厚度的公差的影响可以通过夹紧操作而大大减小。
图1是部分剖开的铜球嵌入机的前视图；图2以侧视图示出所述铜球嵌入机；图3示出从上方看处在第一位置的可移动容器的底部；图4以更大比例示出切去周边的图3，其中示出一个球处于关闭的出口开口内；
图5是图3的容器底部的剖面的侧视图；图6示出从上面看处在第二位置的可移动容器的底部；图7以更大比例示出切去周边的图6，其中示出一个处于打开的出口开口中的被捶打的球；图8是图6的容器底部的剖面的侧视图，所述容器被逆时针旋转了90度；图9示出将球形金属嵌入物嵌入通路孔的过程的不同步骤；图10示出将拉长的球形的金属嵌入物嵌入不同形状的通路孔的过程的不同步骤。
具体实施例方式
用于将金属嵌入物结合到穿过印刷电路板(PCB)设置的通路孔中的机器1包括马达驱动的X-Y工作台2，PCB设于该工作台上。基板3以与X-Y工作台的工作表面2成直角地连接到X-Y工作台，支承板4被设置成可平行于所述基板3移动。例如，支承板4和基板3可以通过未示出的通常结构的导轨装置互相连接起来。用于金属嵌入物的可旋转容器6被连接到主轴8，该主轴可旋转地悬垂在托架垫块10中，托架垫块10又固定到支承板4上。在底部11上，所述容器6设有一出口开口12，该出口开口可借助金属板14关闭。所述金属板被固定到支承板4的下部，从而抵靠这所述容器6的底部11，并因此在处于第一位置(图3-5)时覆盖所述出口开口12。金属板14还设有位于第二位置的出口孔16。借助连接到主轴8的调整销18，容器6在容器旋转汽缸20和一未示出的弹簧装置的弹力作用的影响下可以旋转。因而，所述出口开口12可在所述第一和第二位置之间移动，并在第二位置与所述出口孔16对齐。由于出口开口12和出口孔16被钻成具有与所述通路孔相同直径，所以用于所述通路孔的金属嵌入物就可以进入所述通路孔(图6-8)。
出口开口12设于容器6的外侧底部上靠近容器6的圆筒形壁24的环形台肩22中。所述出口开口扩宽成底部11内侧的漏斗状凹腔26。所述凹腔26是弯曲的并平行于圆筒形壁24在12-18°范围内延伸，所述出口开口12是穿过底部11钻孔形成的，处于弯曲的凹腔26的一端。
挤压装置27由夹紧汽钢28、基板3、支承板4和容器6底部的台肩22组成。夹紧汽缸28连接于基板3和支承板4之间，根据当前的激励，容器6底部的台肩22被移动成与X-Y工作台上的印刷电路板接触或不接触。因此，在与印刷电路板接触的位置，台肩22被以预定夹紧力(F1)压靠到所述印刷电路板上，所述夹紧力可通过改变馈送到所述夹紧汽缸28的空气容量或空气压力来调节。
冲模30往复地设置在安装于支承板4上的冲模套筒32内。所述冲模形成有头部34和工作端36，工作端36与金属板14内的出口孔16对齐，并设置成可借助冲模锤38使金属嵌入物变形从而配合和固定在所述通路孔中。锤汽缸40固定到支承板4并连接到冲模锤38，所述冲模锤与所述冲模30对齐。冲模锤被设置成根据通入锤汽缸40中的气压量以力F2锤击在冲模的头部34上。金属嵌入物的变形程度可通过控制气压和锤汽缸的激励频率来调整。冲模30设有可旋转地安装在支承板4上的返回装置。返回装置被成形为杠杆臂42，杠杆臂的一端被设置成，当将所述夹紧汽缸放气时在支承板4进行返回运动时可由固定在底板3上的驱动元件44推动。借助于呈叉形的第二端，所述杠杆臂42被设置成通过卡在头部34的下方同时将冲模30提起。因此，冲模30可从工作端36处于金属板底部的出口12，16中时的工作位置移动到工作端36略处于弯曲的凹腔26上方时的开始位置。
用于填充到印刷电路板的通路孔中的金属嵌入物优选是对称的金属体，容器6用于通过所述出口一次分配一个金属嵌入物。最好对称的金属体是由球形金属球构成，合适的球形金属球是铜球。铜球容易以小到约±20μm的公差制造。图9示出将球形金属嵌入物嵌入通路孔中的过程的不同步骤a-c。从图9a可以看出，通路孔与印刷电路板的厚度相比较宽，图9b中示出了一球形的球装配到所述通路孔中。图9c示出已被根据本发明的机器弄变形后的球形球，其几乎将通路孔全部填满。图10示出了将拉长的球形的金属嵌入物嵌入一不同形状的通路孔过程中的不同步骤a-c。从图10a可以看出，该通路孔与印刷电路板的厚度相比较窄，在图10b中示出一拉长的球装配到所述通路孔中。图10c示出已被根据本发明的机器弄变形的拉长的球，它也几乎完全将该通路孔全部填满。
机器1以下述方式工作，以将金属嵌入物或铜球嵌入并使之变形。印刷电路板设于马达驱动的X-Y工作台2上，该工作台可被调整以将一选定的通路孔定位在其内填充有金属球的可旋转容器6的下方。金属板14阻止球在X-Y工作台移动过程中通过容器底部11中的出口开口12掉落。容器6被夹在印刷电路板上以通过压缩空气驱动的夹紧汽缸28将印刷电路板牢固保持住。借助容器旋转汽缸20，容器6被旋转一定的角度，例如15°，使得只有一个球可通过金属板14中的出口孔16落入印刷电路板上空的孔内。通过冲模锤38在由锤汽缸40驱动的压缩空气的作用下，冲模30将对球捶打，以使其成形和变形配合到印刷电路板的通路孔中。捶打的次数可以通过改变气压来调整。容器6接着旋转到其开始位置，这意味着金属板14阻止球在X-Y工作台的下次移动过程中掉落出来，以将一新的选定通孔定位在容器6下方。锤汽缸被放气，并且X-Y工作台移动到下一位置。
虽然上述装置和方法用于将金属球结合到印刷电路板的通路孔内，所述金属嵌入物也可以结合到任何其它在印刷电路板适当形成的孔。
权利要求
1.一种用于对印刷电路板进行改进以降低从印刷电路板一侧到另一侧的热阻和电阻的装置(1)，通过将金属嵌入物结合到通过所述印刷电路板设置的通路孔中，所述装置包括马达驱动的X-Y工作台(2)，印刷电路板位于所述工作台上，其特征在于所述X-Y工作台(2)可调整以将一选定的通路孔定位在与盛放金属嵌入件的可移动容器上的可关闭出口开口(12)对齐的预定位置，容器(6)被设置成用于将邻近所述通路孔的至少一部分印刷电路板夹紧在所述X-Y工作台的工作表面上，并将一个金属嵌入物供给到所述通路孔中；挤压装置(27)用于挤压所述金属嵌入物以使其成形和变形为与所述通路孔紧密配合。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容器(6)被连接到一主轴(8)，该主轴可旋转地悬垂在支承板(4)的托架垫块(10)中，托架垫款(10)被设置成可平行于基板(3)移动，基板(3)被与工作表面(2)成直角地连接到X-Y工作台。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，借助于支承板(4)并且依靠夹紧汽缸(28)，容器(6)可沿基板(3)上的导轨装置移动，以将所述容器的底部(22)定位成与处于X-Y工作台上的印刷电路板接触或不接触。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，处于与印刷电路板接触的位置的所述容器(6)底部(22)可以预定夹紧力(F1)压靠所述印刷电路板。
5.如权利要求3-4所述的装置，其特征在于，所述出口开口(12)设置在容器(6)的底部(11)外侧上靠近容器(6)的圆筒状壁(24)的环形台肩(2 2)内。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述出口开口(12)被加宽成底部(11)内侧上的漏斗形凹腔(26)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述凹腔(26)是弯曲的，并平行于圆筒状壁(24)在12-18°范围内延伸。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，出口开口(12)是在弯曲凹腔(26)的一端通过底部(11)钻孔形成的。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，金属板(14)被固定到支承板(4)上，并设有与穿过底部(11)钻的出口开口(12)直径相同的出口孔(16)，该出口孔(16)与冲模(30)的工作端(36)对齐，冲模(30)往复地设于安装在支承板(4)上的冲模套筒(32)中。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，一容器旋转汽缸(20)被设置成可旋转所述容器(6)以使所述出口开口(12)在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置所述出口开口(12)被金属板(14)关闭，在第二位置所述出口开口(12)与金属板中的出口孔(16)对齐，在第二位置冲模(30)的工作端(36)也与出口开口(12)对齐，并且被设置成在一金属嵌入物上挤压，所述金属嵌入物以预定次数通过所述出口开口被嵌入到印刷电路板上的所述通路孔中。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，一锤汽缸(40)被固定到所述支承板(4)并连接到与冲模(30)对齐的冲模锤(38)，以根据通入锤汽缸(40)的气压量捶打冲模的头部(34)。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，在将夹紧汽缸(28)放气时，采用旋转设置的杠杆臂(42)形式的冲模(30)的返回装置于一端在支承板(4)进行返回运动时被固定到支承板(4)的驱动元件(44)推动，所述杠杆臂(42)的第二端是叉形端，被设置成同时将冲模(30)从工作端(36)处于金属板的出口孔(16)中时的工作位置提升到工作端(36)处于弯曲腔(26)底部上方时的开始位置。
13.如前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述金属嵌入物采用对称的金属体的形式，容器(6)可操作以通过所述可关闭的出口开口(12)一次分配一个嵌入物。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述对称的金属体是由球形的金属球构成的。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述球形的金属球是铜球。
16.一种用于制造印刷电路板的装置，其特征在于，包括前述权利要求1-15任意一项所述的特有技术特征。
17.一种制造改进的印刷电路板以降低从印刷电路板的一侧到另一侧的热阻和电阻的方法，通过将金属嵌入物结合到通过所述印刷电路板设置的通路孔内并利用马达驱动的X-Y工作台(2)，印刷电路板设于所述工作台上，所述方法的特征在于包括以下步骤在印刷电路板内钻出多个通路孔，在每个通路孔的内壁镀上一层铜，利用根据本发明的机器(1)将一金属嵌入物嵌入每个通路孔内并使所述金属嵌入物变形以将其配合和固定到所述通路孔内，在印刷电路板的侧面镀上一层铜并利用光刻工艺制出图形。
全文摘要
本发明涉及用于将金属嵌入物结合到穿过印刷电路板(PCB)设置的通路孔中的铜球嵌入机，包括马达驱动的X－Y工作台(2)，印刷电路板设于该工作台上。所述X－Y工作台(2)可调整，以将选定的通路孔定位在与盛放金属嵌入物的可移动容器(6)的可关闭出口开口(12)对齐的预定位置。所述容器可通过夹紧汽缸(28)移动，以将靠近所述通路孔的一部分印刷电路板夹紧到所述X－Y工作台的工作表面(2)上。利用旋转汽缸(20)，所述容器可旋转，以将一个金属嵌入物通过所述出口开口(12)供应到所述通路孔内。冲模(30)可由锤汽缸(40)驱动，以对所述金属嵌入物进行挤压，使金属嵌入物成形和变形为紧密配合到所述通路孔内。
文档编号H05K3/40GK1505917SQ02808993
公开日2004年6月16日 申请日期2002年4月12日 优先权日2001年4月27日
发明者B·卡尔松, L·－A·奥洛夫松, C·奥尔松, B 卡尔松, ぐ侣宸蛩 申请人:艾利森电话股份有限公司