专利名称：用于电子元件安装的模制插座的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子元件的安装，特别涉及使用模制插座把电子元件安装到三维表面基体上。
一般把电子元件焊接到电路板基体上。在电子工业中使用各种焊接技术，包括公知的回流焊接、波焊和汽相焊接。这些技术都需要使用处理温度较高的金属合金焊料。此外，这些技术都用于平面电路板。
最近，人们对用适应性更强的非平面(即＂三维＂或＂曲面＂)电路基体代替现有平面电路板的兴趣日增。例如，如
图1A所示，过去电路和元件放置在刚性、平面电路板60上后用紧固件64把该电路板装到一模制塑料壳体62上，现在则如图1B所示，电路和元件直接放置到壳体的内表面或外表面上。在这种结构中，模制壳体62的表面一般喷涂金属，然后把电子元件和电路焊接其上，因此壳体代替平面电路板用作元件和电路的基体。这种结构的优点是电子器件与支撑壳体或毗连的其它模制构件连成一体，因此加工步骤减少，无需使用紧固件和其它硬件64，产品的总成本降低。
但是，这种一体化结构无法使用现有焊接技术，原因至少有两条。首先，这种一体化结构的非平面表面使得该结构无法使用只能处理平面基体的回流炉之类焊接设备。其次，用来形成这种一体化结构的塑料树脂常常无法承受现有焊接工艺的高热和/或化学侵蚀。
因此希望提供一种完全不用焊接就可把电子电路与三维模制基体连成一体的方法。
本发明提供一种无需焊接的电路组件，包括其至少一个表面上有端头的一电子元件和其表面上有电路迹线、其中有一插座的一模制三维基体，其中该插座的形状与该电子元件一致。插座中有许多与电子元件的各端头相配的电触头，至少一个电触头与该基体上的至少一个电路迹线连接。插座和电触头的尺寸做成在元件的端头与电触头之间形成过盈配合，使得元件位于插座中时紧固在其中。元件位于插座中时其端头与电触头机械连接和电连接。本发明还包括额外部件，例如电子元件底面与插座底面之间的粘合剂和密封地覆盖电子元件和基体的与电子元件毗连的周边部的模制电绝缘材料。
本发明的一个优点是电子电路和元件直接与支撑壳体或其它三维模制基体连成一体，从而加工步骤减少、所需部件数减少、产品总成本降低。
本发明的另一个优点是可无需焊接就可把电子电路和元件与三维模制基体连成一体。
本发明的另一个优点是可把低温熔化塑料用作电子电路和元件的基体材料。
下面结合附图举例说明本发明，附图中图1A和1B为现有技术中与电子元件和电路连接的模制结构的立体图；图2A-2C为本发明第一实施例的正视剖面图，分别示出电子元件插入插座之前、之中和之后；图3A-3H为可用于本发明第一实施例的各种电子元件及其插座的立体图；图4A和4B分别为沿图3D和3E中剖面线1-1和2-2剖取的、供其底面上有端头的电子元件插入的插座的俯视图，示出电触头沉积之前和之后；图5A-5D为本发明第一实施例另一些构型的正视剖面图，示出其引线有突出部的电子元件插入其插座之前；图5E为图5A的局部放大图，示出电子元件在插入其插座后的一唇部和其上有突出部的引线；图6A-6D为本发明第二实施例的正视剖面图，示出有引线的电子元件的引线在插入其插座之前；图7A-7D为本发明第二实施例的插座开口的立体图；图8为沿图7B中剖面线8-8剖取的一槽形插座开口的端视剖面图；图9A-9D为本发明第二实施例的另一些构型的正视剖面图；图10为本发明第一实施例另一构型的立体图，示出在基体第一表面与第二表面之间有一穿孔导电路径的一插座和触头；以及图11为沿图10中剖面线11-11剖取的剖面图。
参见各附图，图2A-2C示出本发明第一实施例，在该实施例中，一电子元件10不用焊料与一三维模制塑料基体20的第一表面22上的电路迹线30电连接。基体20还可有一形状与第一表面22一致的第二表面23。第一表面22和第二表面23可分别为基体20的外表面和内表面或内表面和外表面。在该实施例中，电子元件10有一主体12，其至少一个表面上有端头14。基体20的第一表面22上有一插座24，但该插座不一直伸展到基体的第二表面23(即插座24不是一穿孔)。插座24的形状与放置其中的电子元件10一致。图3A-3H例示出这类元件10及其插座24。
插座24中有多个与元件10的各端头14相配的电触头40。至少一个触头40与基体20上的至少一个迹线30连接。这些触头40可为喷涂金属、金属箔、导电薄膜、管脚、板等，可用化学喷涂、真空金属汽相沉积、挠曲电路模塑、夹物模塑、层叠、模压、粘合等工艺制成。例如，电触头40可为用电解沉积直接沉积在基体20上(并与电路铜迹线30接触)的锡。触头40也可为多层喷涂金属。例如，在电路迹线30(一般为铜)位于基体上后把铜沉积在基体20上形成一基层。然后可在该基层顶面用锡沉积出第二层。此外，基层与外层之间可有中间金属(例如钯、金)层，以防止基层与外层之间生成不希望有的金属化合物。触头40至少位于插座内壁25上，但也可伸展到基体表面22在插座24周边的一部分上和/或插座底面27的一部分上。
元件10在插座24中放置成其端头14与其触头40机械连接和电连接。为此可根据元件10确定插座24和触头40的尺寸，使得触头40与元件10的端头14之间形成过盈配合，从而元件10在插入插座24中后紧固在其中。这示出在图2B中，元件的端头14在元件10插入插座24中时在某点上与其触头40过盈配合。插座的内壁25可有一坡度，以便插入和过盈配合。如图2C所示，应控制好插座宽度、插座深度、插座壁坡度、触头厚度和触头坡度之类尺寸的公差，以使该过盈配合使得元件10可在插座24中压入到所需深度，同时又紧固在其中。为此，还可用可延展金属合金制成触头40和/或在元件10的底面16与插座24的与元件的底面16邻接的表面之间使用粘合剂15。
插座24和触头40的尺寸可做成使得元件10插入插座中后其顶面17与周围基体表面22齐平。此外，不管元件顶面17与基体表面22是否齐平，元件10上方和基体表面22在元件10周边部可用封装物26密封元件10，从而防止外物侵入并使元件10在插座24中紧固得更牢。这一封装物26所使用材料的热膨胀系数与基体材料相同，以使两者之间的热应变最小。封装物26也可覆盖不止一个元件10。
如图2A-2C所示，基体20中在靠近内壁25处还可有空腔29。这些空腔29提高了插座壁25的弹性，从而便于在插座24中插入和紧固元件10。这些空腔29可在基体模制过程中用注入空气等方法形成。
端头14和触头40最好用防氧化的金属或金属合金制成，例如金、钯或锡、铅和/或铋的合金。端头14和/或触头40也可为多层结构，从而至少最外层由防氧化金属或防氧化无机涂层构成。不过，即使端头14和/或触头40的外表面氧化，在出现过盈配合后元件10进一步压入插座24时端头14与触头40相檫，从而至少除去一部分可能形成在端头14和/或触头40上的氧化层。
应该看到，如图3D和3E中的元件10b和10c所示，元件10的端头14b可布置在其底面16上。对于这种元件，触头40位于插座内壁25上并伸展到插座底面27上而在底下与元件底面上的端头14b相配。插座24的尺寸和触头40的位置使得在元件主体12与插座内壁25之间形成过盈配合，从而元件10在插入插座24中后紧固在其中。如图4A所示，插座内壁25上可有凹口21，使得触头40在凹口21中退离元件主体12，从而触头40不碰到元件主体。也可不使用凹口21，而是插座做成两相对内壁25或壁部与元件主体12形成过盈配合，同时另两个相对内壁25或壁部与元件主体12相间距。在这种结构中，触头40位于相间距壁25或壁部以及插座底面27上。如图3E和4B中元件10c和触头40c所示，也可不在元件主体12与插座内壁25之间形成过盈配合，而是插座内壁25和触头40的尺寸做成在元件主体12与触头40本身之间形成过盈配合。
第一实施例可使用许多种元件。例如，图3A-3H示出各种有端头的元件10e(例如无引线陶瓷芯片底座或LCCC)、各种端头位于底面上的元件10b/10c、一有引线的塑料芯片底座(PLCC)10p、一倒四方扁平体(QFP)元件10q和一倒双列直插块(DIP)元件10d及其各种插座和触头构型。
当使用其主体至少一边上伸出一弹性引线18、该引线18可朝主体12向里弹性偏转的J形引线、海鸥翼或其它元件10时，其插座24中还可有一便于元件10在插入后紧固其中的部件。如图5A-5E所示，该部件包括一位于插座内壁25与基体表面22交界处的唇部50。该唇部50伸入插座24中一定距离，可比方说由基体20上该部位处一伸向插座24内部(例如在基体20模制过程中使用凸轮动作)的隆起51构成，然后在该隆起51上沉积触头40。也可不在基体20上形成这类隆起51，而是触头40由其上有唇部50的金属插入物构成，然后把插入物贴到基体20的插座壁上，使唇部50获得正确定位。与该唇部50相配，每一引线18上弯出一向外伸出的突起部19，如图5E所示，每一引线18上的每一突起部19在元件10插入插座24中后位于唇部50底下与之抵靠。也可不在引线18上弯出突起部19，而是把一薄片19m焊接或装在每一引线18上合适部位。唇部50向里伸入插座24的程度如图5E所示应便于引线18向里偏转、便于元件10插入插座24中，同时在唇部底下留出足够大的空间，使得突起部19在插入后可抵靠其上。可使用这种突起部-唇部部件的元件10包括、但不限于J形引线元件10j(例如PLCC)、倒海鸥翼元件10g(例如QFP和小剖面集成电路或SOIC)和倒穿孔引线元件或右边向上穿孔引线元件10t(例如穿孔DIP)。
(应该指出，这里所使用的＂引线＂一词指比方说DIP、PLCC、QFP、SOIC中从元件主体向外伸出、其长度大于厚度的导电体和图3F-3H所示公知镀通孔(PTH)元件。同样，＂引线＂也可指管脚格栅阵列(PGA)元件和某些子插件板上的管脚型接头。另一方面，这里所使用的＂端头＂一词指(1)如上所述＂引线＂，以及(2)图3A-3E所示端头位于其端面上的元件10e和端头位于其底面上的元件10b/10c中从元件主体突起得不厉害的那类导电体(即从元件主体向外伸出的长度小于厚度的导电体)。＂端头＂还可指球形格栅阵列(BGA)之类元件上的凸缘状接头。
图6A-6D示出本发明第二实施例。该实施例包括其至少一边上有引线18的一元件10、其上有电路迹线30的一三维模制基体20和基体20中多个与元件引线18相配的电插座42。每一插座42中有一供元件引线18牢牢插入其中的开口44/46，开口44/46的大小做成在每一插座42及其引线18之间形成过盈配合。至少一个插座42与基体20上至少一个电路迹线连接。元件10放置成每一引线18插入其插座42中。
每一插座42有一供其引线18插入其中的开口44/46。开口44/46根据从元件10上伸出、待插入其中的引线18的类型可采用两种不同构型之一。首先，对于具有J形引线18j或海鸥翼引线18g的元件10j/10g来说，如图7B和7C所示，对应插座42有槽形开口46，其方向使得开口的纵向轴线与紧邻的基体表面22相切。如图8所示，这种开口46中在开口的内壁47与基体表面22之间交界处可有一凸肩48。其次，如图7A所示，对于具有穿孔型引线18t(例如管脚格栅阵列(PGA)10w和DIP10d)的元件10t来说，对应插座42有孔状开口44，其方向使得开口的纵向轴线与紧邻的基体表面22正交。开口44可为一直通到基体第二表面23的一穿孔，也可为一盲孔。
插座42可由喷涂金属、镀层、金属箔、导电薄膜等构成，它们沉积或模制成基体表面22上的槽形或孔形凸起，每一插座42有一个凸起。例如，对于有穿孔型引线的元件10t，插座42可由基体20中的镀通孔(或盲孔)构成。插座42也可由插入或模制入基体20中的金属插入物或套管构成。
在第一实施例中，一元件的所有触头40都在形状与元件一致的单一插座24中，而在第二实施例中无需这类单一插座。在第一实施例中，各触头40一起固定整个元件10；即过盈配合形成在(1)全部触头40与(2)整个元件10之间。但在第二实施例中各插座42独立而非集体工作，因此每一元件有多个过盈配合；即每一插座与插入其中的引线之间形成一过盈配合。
尽管第二实施例中无需形状与元件一致的单一插座24，但基体表面22上可有这样一个插座24，从而在各引线18分别插入其插座42中时元件10位于插座24中。图9A中的元件10x示出这一结构。也可如图9B和9D所示，元件10y及其多个插座42都位于一插座24中，以便用其顶面一般与周围基体表面22齐平的封装物26封装。在使用用于海鸥翼元件10g的凹座28时，如图9C所示，凹座28中可有一肩52，插座42布置在肩52的顶面54上。这一结构与上面一样，便于齐平封装。图7D示出这一结构的一典型插座42，其中，倒海鸥翼元件10g位于一凹座28中。
当按照第二实施例使用与元件10x对应的插座24时，如图9A所示，插座内壁25的尺寸可做成在壁25与元件10的主体12之间形成过盈配合。同样，对于图9C所示倒海鸥翼元件10g，插座内壁的尺寸可做成在壁25与引线18之间形成过盈配合。
在第一和第二实施例中，如图10和11所示，不但基体20的第一表面22、而且第二表面23上也可有电路迹线30。第一和第二表面22/23之间可有导电路径38，使得一个或多个端头14与第二表面23上的对应迹线30连接。导电路径38可由基体20中其上电镀导电材料34的穿孔32构成或由插入穿孔32中的导电材料34插头或管脚构成。导电材料34可为与电路迹线30相同的材料(通常为铜)，也可为与触头40相同的材料或某种不同材料。
本领域普通技术人员显然可对本发明作出种种修正。例如，对于上述第一实施例所使用的倒海鸥翼元件10g，触头40可布置在紧邻插座24的基体第一表面22上而不是插座内壁25上。在这种结构中，插座深度做成使得元件引线18在元件10g位于插座24中时与其电触头40机械接触和电接触。同时，在这种结构中，过盈配合不形成在触头40与引线18之间，而是靠插座24的正确尺寸在插座内壁25与引线18之间形成过盈配合。作为另一种修正，一元件的各引线18及其电触头40或插座42可错开地布置在元件10的一边或多边上，而不是在一边上一起布置成一列。这种结构可防止相邻触头40或插座42互相短接，特别是在各元件10的节距更小时。
权利要求
1.一种电路组件，包括一电子元件(10)，其至少一个表面上有端头(14)；一具有第一曲面(22)的模制基体(20)，其上有电路迹线(30)，其中有一插座(24)，所述插座(24)的形状与所述电子元件(10)一致；以及紧邻所述插座(24)的多个电触头(40)，所述电触头(40)与所述电子元件(10)的所述端头(14)相配，至少一个所述电触头(40)与所述基体(20)上的至少一个电路迹线(30)连接；其中，所述插座(24)和所述电触头(40)的尺寸做成在所述电触头与所述电子元件(10)的所述端头之间形成过盈配合，从而所述电子元件(10)位于所述插座(24)中时紧固在其中；所述电子元件(10)位于所述插座(24)中时所述端头(14)与其电触头(40)机械连接和电连接。
2.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，进一步包括所述电子元件底面与所述插座一表面之间的一粘合剂。
3.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，进一步包括密封地覆盖所述电子元件和所述基体在所述电子元件周边的一部分的绝缘材料封装物。
4.按权利要求3所述的电路组件，其特征在于，所述封装物的热膨胀系数与所述基体的热膨胀系数大致相同。
5.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，进一步包括所述基体第二表面上的电路迹线；以及所述基体的所述第一与第二表面之间的导电路径，从而使得至少一个所述电触头与在所述基体的所述第二表面上的相应电路迹线电连接。
6.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，所述插座和所述电触头的尺寸做成当所述电子元件位于所述插座中时，所述电子元件的顶面与所述基体的所述第一表面大致齐平。
7.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，所述电触头用防氧化的金属制成。
8.按权利要求7所述的电路组件，其特征在于，所述金属包括金、钯、锡、铅和铋中的至少一种金属。
9.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，所述电触头用可延展合金制成。
10.按权利要求1所述的电路组件，其特征在于，所述电子元件有一主体，从所述主体的至少一边上伸出弹性引线，所述引线可朝所述主体向里弹性偏转，所述基体在所述插座的内壁与所述基体的所述第一表面的交界处有一唇部，所述唇部伸入所述插座一定距离；每一所述弹性引线上弯出一向外伸展突起部，每一突起部在每一所述弹性引线上的位置使得每一突起部在所述元件位于所述插座中时在所述唇部底下抵靠所述唇部。
全文摘要
一种无需焊接的电路组件,包括其至少一个表面上有端头(14)的一电子元件(10)和其表面上有电路迹线(30)、其中有一插座(24)的一模制三维基体(20),该插座(24)的形状与该电子元件(10)一致。该插座(24)中有多个与电子元件(10)的各端头(14)相配的电触头(40),至少一个电触头(40)与该基体(20)上的至少一个电路迹线(30)连接。该插座(24)和电触头(40)的尺寸做成在元件的端头与电触头之间形成过盈配合,使得元件(10)位于插座(24)中时紧固在其中。元件(10)位于插座(24)中时其端头(14)与其电触头(40)机械连接和电连接。
文档编号H05K3/28GK1249122SQ9718207
公开日2000年3月29日 申请日期1997年12月31日 优先权日1997年3月27日
发明者安德鲁·扎卡里·格洛瓦茨基, 迈克尔·乔治·托德, 库翁尼·范·彭 申请人:福特汽车公司