一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构的制作方法
【专利摘要】一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，包括：挠性板、刚性板和粘结剂；刚性板的上表面有凹槽，挠性板的下表面和刚性板的上表面通过粘结剂粘接为一体，所述凹槽形成空腔，挠性板和刚性板上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板上表面有顶层焊盘且该顶层焊盘围绕所述安装元器件的通孔分布，刚性板下表面有底层焊盘且该底层焊盘围绕所述安装元器件的通孔分布。本发明对传统印制电路板进行了创新，针对需在印制板上下表面进行焊接的通孔器件，将原有在刚性印制板上直接打孔后上下表面设置焊盘的结构，设计成局部中空、刚挠结合的一种印制板结构，彻底消除了传统印制电路板在厚度方向上与器件存在热失配的问题。
【专利说明】一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，属于印制电路板设计领域。
【背景技术】
[0002]印制电路板是电子产品中的关键部件，在其上安装电子元器件以后能够实现一定的电气功能。常用印制电路板材料为环氧玻璃布板，其在厚度方向的热膨胀系数在65ppm/°C (温度小于120°C以下时)左右。在采用此类印制电路板安装某通孔安装光电器件时，由于器件在印制电路板的上下两个表面都要单独形成焊点，而器件金属本体的热膨胀系数仅为5?7ppm/°C，器件与印制电路板在印制电路板的厚度方向上出现了严重的热膨胀系数不匹配。在进行_55°C?100°C，100次温度循环试验后，这种严重热失配产生的热应力导致焊点出现开裂，如图1所示，光电器件C的顶层焊点A中出现裂纹B，使电性能失效，产品可靠性不能够满足要求。
[0003]要解决印制电路板与元器件在厚度方向的热失配问题，通常是更换印制电路板材料，降低印制电路板在厚度方向上的热膨胀系数。但是目前无法找到厚度方向膨胀系数能够和元器件金属本体完全匹配的材料。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供了一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，该结构印制板能够局部消除厚度方向上印制板与元器件之间存在的热失配问题。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，包括:挠性板、刚性板和粘结剂；刚性板的上表面有凹槽,挠性板的下表面和刚性板的上表面通过粘结剂粘接为一体,所述凹槽形成空腔，挠性板和刚性板上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板上表面有顶层焊盘且该顶层焊盘围绕所述安装元器件的通孔分布，刚性板下表面有底层焊盘且该底层焊盘围绕所述安装元器件的通孔分布。
[0007]所述凹槽围绕所述安装元器件的通孔分布且位于所述顶层焊盘的正下方，凹槽与
顶层焊盘一一对应。
[0008]所述凹槽与所述顶层焊盘形状相同，凹槽深度0.2?0.3mm。
[0009]所述凹槽与所述顶层焊盘的形状为圆形、正方形、矩形或者椭圆形。
[0010]所述凹槽与所述顶层焊盘的形状为圆形时，凹槽的直径比顶层焊盘的直径大
0.5?Imm ;所述凹槽与所述顶层焊盘的形状为正方形时，凹槽的边长比顶层焊盘的边长大
0.5?Imm ;所述凹槽与所述顶层焊盘的形状为矩形时，凹槽的长和宽分别比顶层焊盘的长和宽大0.5?Imm ;所述凹槽与所述顶层焊盘的形状为椭圆形时，凹槽的长轴和短轴分别比顶层焊盘的长轴和短轴大0.5?1mm。[0011]所述凹槽形成的空腔内无粘结剂。
[0012]所述粘接剂为半固化片，挠性板材料为聚酰亚胺。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0014](I)本发明中对传统印制电路板的结构进行了创新，将原有在刚性印制板上直接打孔后上下表面焊接器件的结构，设计成局部中空、刚挠结合的一种印制板结构，彻底消除了传统印制电路板在厚度方向上与器件存在热失配的问题。
[0015](2)本发明中在刚性印制板上表面对应焊盘部位设计凹槽，使得在刚挠结合印制电路板内部出现局部的上下表面物理分离，为消除厚度方向上与器件之间的热失配提供了基础。
[0016](3)本发明采用在刚性印制板上粘接挠性板的方式，同时提出了内部凹槽尺寸比挠性板中顶层焊盘尺寸大0.5?Imm的尺寸范围，使得顶层焊盘边缘与凹槽边缘之间存在有0.25?0.5mm长的挠性板处于悬空状态，如图2中A所示，这段悬空的挠性板是释放应力的关键，用于吸收凹槽以外印制板与器件之间在印制电路板厚度方向上的形变差，从而消除热失配，避免了热应力导致焊点受损问题；凹槽的尺寸也不能太大，太大的悬空量会造成光电器件安装时挠性板抖动，产生扰动焊点等缺陷，也会在后续振动试验时对焊点产生不利影响，本发明提供的优选尺寸为0.5?1mm。
[0017](5)本发明消除了印制电路板厚度方向上板材与器件的热失配，且应用灵活，可以在原大尺寸印制板上局部粘接几毫米的挠性板，以实现某个安装器件的改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为采用传统印制电路板安装器件环试后剖面示意图；
[0019]图2为印制电路板器件安装部位局部剖面示意图；
[0020]图3为本发明结构示意图；
[0021]图4为采用本发明的印制电路板安装器件环试后剖面示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0023]如图3所示，本发明提供了一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，包括:挠性板1、刚性板2和粘结剂5。挠性板I为聚酰亚胺材料，上表面设计有导电图形和顶层焊盘3，刚性板2为环氧玻璃布板，其下表面有导电图形和底层焊盘4，粘接剂5采用半固化片；刚性板2的上表面设计有凹槽6，将挠性板I的下表面和刚性板2的上表面通过粘结剂5粘接为一体，形成一块完整的印制电路板，粘接过程中要保证挠性板I及刚性板2上各种导电图形的对应位置精度，误差小于±0.1mm。粘接后，所述刚性板2上表面的凹槽6就在印制板内部形成了空腔，使得在刚挠结合印制电路板内部出现局部的上下表面物理分离，为消除厚度方向上与器件之间的热失配提供了基础。凹槽6形成的空腔内不应流入粘结剂5，以避免影响应力释放效果。
[0024]粘接完成后，在印制板上钻用于安装元器件的通孔，控制孔的位置误差小于±0.05mm，使得挠性板I和刚性板2上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板I上表面顶层焊盘3围绕所述安装元器件的通孔分布，刚性板2下表面底层焊盘4围绕所述安装元器件的通孔分布。
[0025]凹槽6围绕所述安装元器件的通孔分布且位于所述顶层焊盘3的正下方，凹槽6与顶层焊盘3—一对应。凹槽6与所述顶层焊盘3形状相同，凹槽6深度0.2?0.3mm。凹槽6与所述顶层焊盘3的形状为圆形、正方形、矩形或者椭圆形。
[0026]凹槽6与所述顶层焊盘3的形状为圆形时，凹槽6的直径比顶层焊盘3的直径大
0.5?Imm ;所述凹槽6与所述顶层焊盘3的形状为正方形时，凹槽6的边长比顶层焊盘3的边长大0.5?Imm ;所述凹槽6与所述顶层焊盘3的形状为矩形时，凹槽6的长和宽分别比顶层焊盘3的长和宽大0.5?Imm ;所述凹槽6与所述顶层焊盘3的形状为椭圆形时，凹槽6的长轴和短轴分别比顶层焊盘3的长轴和短轴大0.5?1mm。以上设计使得顶层焊盘3的边缘与凹槽6的边缘之间存在有0.25?0.5mm长的挠性板处于悬空状态，如图2中A所示，这段悬空的挠性板是释放应力的关键，用于吸收凹槽以外印制板与元器件之间在印制电路板厚度方向上的形变差，从而消除热失配，避免了热应力导致焊点受损问题；凹槽的尺寸也不能太大，太大的悬空量会造成元器件安装时挠性板抖动，产生扰动焊点等缺陷，也会在后续振动试验时对焊点产生不利影响。
[0027]挠性板I上的导电图形与刚性板2上的导电图形之间采用金属化过孔连接，以实现电信号的导通。金属化过孔的孔径与总板厚比大于1:6，金属化孔的覆铜孔壁厚度大于25 μ m0
[0028]实施例1
[0029]设计挠性板I为聚酰亚胺材料，上表面布设导电图形和两个顶层焊盘3，顶层焊盘3形状矩形，尺寸为4X1.5mm。刚性板2为环氧玻璃布板，其下表面有导电图形和底层焊盘4，粘接剂5采用半固化片；刚性板2的上表面设计有两个凹槽6，凹槽形状为矩形，尺寸为
4.5 X 2mm,凹槽深度0.2mm。将挠性板I的下表面和刚性板2的上表面通过粘结剂5粘接为一体，形成一块完整的印制电路板，粘接过程中，保证挠性板I及刚性板2上各种导电图形的对应位置精度,误差小于±0.1mm。
[0030]粘接用材料为PCB行业常用半固化片材料，粘接用胶的形状与挠性板形状相同，位置与挠性板需粘接位置对应。在对应刚性印制板上表面有凹槽位置不铺半固化片，为保证粘接剂5不流入凹槽6内，粘接剂5的尺寸比凹槽大0.4mm。
[0031]粘接完成后，在印制板上钻用于安装元器件的通孔，通孔直径为Φ 1.6，控制孔的位置误差小于±0.05mm，使得挠性板I和刚性板2上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板I上表面的两个顶层焊盘3围绕所述安装元器件的通孔对称分布，刚性板2下表面底层焊盘4围绕所述安装元器件的通孔分布。两个凹槽6围绕所述安装元器件的通孔分布且位于所述顶层焊盘3的正下方，凹槽6与顶层焊盘3 —一对应。
[0032]挠性板I上的导电图形与刚性板2上的导电图形之间采用金属化过孔连接，以实现电信号的导通。金属化过孔的孔径与总板厚比为1:3，金属化孔的覆铜孔壁厚度为30 μ m。用于焊接的焊盘镀铅锡。
[0033]采用本发明的印制电路板焊接光电器件，在进行-55°C?100°C，100次温度循环试验后，进行金相剖切分析，焊点完好，未出现裂纹现象，如图4，产品通过了环境试验考核。
[0034]实施例2
[0035]设计挠性板I为聚酰亚胺材料，上表面布设导电图形和两个顶层焊盘3，顶层焊盘3形状正方形，尺寸为2 X 2mm。刚性板2为环氧玻璃布板，其下表面有导电图形和底层焊盘4，粘接剂5采用半固化片；刚性板2的上表面设计有两个凹槽6，凹槽形状为正方形，尺寸为3X3mm，凹槽深度0.3mm。将挠性板I的下表面和刚性板2的上表面通过粘结剂5粘接为一体，形成一块完整的印制电路板，粘接过程中，保证挠性板I及刚性板2上各种导电图形的对应位置精度，误差小于±0.1mm。
[0036]粘接用材料为PCB行业常用半固化片材料，粘接用胶的形状与挠性板形状相同，位置与挠性板需粘接位置对应。在对应刚性印制板上表面有凹槽位置不铺半固化片，为保证粘接剂5不流入凹槽6内，粘接剂5的尺寸比凹槽大0.4mm。
[0037]粘接完成后，在印制板上钻用于安装元器件的通孔，通孔直径为Φ1.7，控制孔的位置误差小于±0.05mm，使得挠性板I和刚性板2上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板I上表面的两个顶层焊盘3围绕所述安装元器件的通孔对称分布，刚性板2下表面底层焊盘4围绕所述安装元器件的通孔分布。两个凹槽6围绕所述安装元器件的通孔分布且位于所述顶层焊盘3的正下方，凹槽6与顶层焊盘3 —一对应。
[0038]挠性板I上的导电图形与刚性板2上的导电图形之间采用金属化过孔连接，以实现电信号的导通。金属化过孔的孔径与总板厚比为1:3，金属化孔的覆铜孔壁厚度为35 μ m。用于焊接的焊盘镀铅锡。
[0039]采用本发明的印制电路板焊接光电器件，在进行-55°C?100°C，100次温度循环试验后，进行金相剖切分析，焊点完好，未出现裂纹现象，产品通过了环境试验考核。
[0040]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【权利要求】
1.一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于包括:挠性板(I)、刚性板⑵和粘结剂(5);刚性板(2)的上表面有凹槽(6)，挠性板⑴的下表面和刚性板(2)的上表面通过粘结剂(5)粘接为一体，所述凹槽(6)形成空腔，挠性板⑴和刚性板(2)上的用于安装元器件的通孔同心且尺寸相同；挠性板(I)上表面有顶层焊盘(3)且该顶层焊盘(3)围绕所述安装元器件的通孔分布，刚性板(2)下表面有底层焊盘(4)且该底层焊盘(4)围绕所述安装元器件 的通孔分布。
2.根据权利要求1所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述凹槽(6)围绕所述安装元器件的通孔分布且位于所述顶层焊盘(3)的正下方，凹槽(6)与顶层焊盘(3) 对应。
3.根据权利要求1或2所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)形状相同，凹槽(6)深度0.2~0.3mm。
4.根据权利要求3所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)的形状为圆形、正方形、矩形或者椭圆形。
5.根据权利要求4所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)的形状为圆形时，凹槽(6)的直径比顶层焊盘(3)的直径大0.5~1mm ;所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)的形状为正方形时，凹槽(6)的边长比顶层焊盘(3)的边长大0.5~1mm ;所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)的形状为矩形时，凹槽(6)的长和宽分别比顶层焊盘(3)的长和宽大0.5~Imm ;所述凹槽(6)与所述顶层焊盘(3)的形状为椭圆形时，凹槽(6)的长轴和短轴分别比顶层焊盘(3)的长轴和短轴大0.5 ~1mm.
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述凹槽(6)形成的空腔内无粘结剂(5)。
7.根据权利要求1所述的一种局部消除厚度方向热失配的印制电路板结构，其特征在于:所述粘接剂(5)为半固化片，挠性板⑴材料为聚酰亚胺。
【文档编号】H05K1/18GK103957661SQ201410215959
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】王修利, 李睿, 严贵生, 丁颖, 董芸松, 陆娇娣, 王友平, 崔赪旻, 刘磊 申请人:北京控制工程研究所