用于焊接电线与管脚配置的小型波焊接系统和方法

专利名称：用于焊接电线与管脚配置的小型波焊接系统和方法
用于焊接电线与管脚配置的小型波焊接系统和方法技术领域本揭示内容大体上涉及焊接技术，且更确切地说，涉及一种使用"小型波"焊接方 法以及各种管脚保持实施方案来焊接细电线的方法。
背景技术：
电子器件中的小型化趋势已经存在多年，且尤其使微创型医疗装置发生巨大变化。 伴随进步而来的是一些制造问题。这些问题的一个实例是在用于较新医疗导管的极细电 线中。电线大小几乎始终是直径小于.005英寸，且通常直径只有.002英寸(小于人类发 丝的直径)。如此小的电线大小对组装技术人员造成额外挑战。普通的绝缘技术不适用于如此小 的电线，且很难在不破坏电线本身的情况下移除所使用的绝缘物。 一旦所有电线均已被 成功剥离，电线管理便成为问题，尤其在每个连接器具有27到76根电线的情况下。传统的端接技术不足以端接现代导管的细电线。焊杯太过于庞大，且无法实现简易 的电线管理。将电线安装在夹子中并将电线胶合在适当位置是不切实际的，因为不容易 得到用于如此小的电线的"夹子"。由于所涉及的电线的脆弱性的缘故，将另一装置压接 到这些电线中的一者的末端是不切实际的巻曲这些电线中的一者比形成机械接合更加 可能使电线断裂。理想的细电线端接系统将并入有电线管理系统、低电线应力组合件、 容易的可再加工性、快速的接点检査，且将使用制造环境中已经存在的相同工具。此外，高密度连接件的空间不够用，尤其是对于电线端接或者添加例如电阻器和电 容器的组件。 一般来说，将电线附接到给定管脚会导致无法将组件附接到所述管脚。对 于当前广泛使用的大部分高密度连接件的焊杯来说尤其是这样。因此，理想的连接件系 统将具有分离的电线端接和互连装置。通过使所述二者分离，能够将故障点分布在多个 装置上，这有助于稍候再加工和提高合格率。通过将所述两个装置均附接到第三间隙部 件，能够容易地添加组件而无需占用连接件内部的任何电线端接端口。 发明内容描述一种小型波焊接系统和热条端接系统。此外，描述用于PCB或其它衬底的各种 管脚构造以及管脚连接系统。


图1是基本示范性小型波焊接系统的横截面图；图2是具有阻焊膜以防止污染的示范性小型波焊接系统的横截面图；图3是具有传热焊料以促进热量传送的示范性小型波焊接系统的横截面图；图4是示范性狭窄小型波焊接系统的横截面图；图5是具有阻焊膜以防止污染的示范性基本狭窄小型波焊接系统的横截面图；图6是具有阻焊膜和传热焊料的示范性狭窄小型波焊接系统的横截面图；图7是示范性双小型波焊接系统的横截面图；图8是示范性热条垫电线端接系统的透视图；图9是具有传热焊料的示范性热条垫电线端接系统的透视图；图IOA是示范性管脚的平面侧视图；图IOB是图IOA的示范性管脚的透视图，其中切除部分展示管脚顶端中的钻孔;图11是定位于电镀通孔中的示范性倒钩管脚的横截面图；图12是通过焊料定位于电镀通孔中的示范性倒钩管脚的横截面图；图13是通过沉孔定位于电镀通孔中的示范性倒钩管脚的横截面图；图14是通过夹子定位于电镀通孔中的示范性倒钩管脚的横截面图；图15是通过夹子和焊料定位于电镀通孔中的示范性倒钩管脚的横截面图；图16是定位于电镀通孔中的示范性凸起倒钩管脚的横截面图；图17是通过焊料定位于电镀通孔中的示范性凸起倒钩管脚的横截面图；图18是定位于电镀通孔中的示范性锥形尖端管脚的横截面图；图19是通过焊料定位于电镀通孔中的示范性锥形尖端管脚的横截面图；图20是定位于未电镀通孔中的示范性电线形管脚的横截面图；图21是通过焊料定位于未电镀通孔中的示范性电线形管脚的横截面图；图22A是具有轮穀的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22B是示范性锥形管脚的平面侧视图和顶视图； 图22C是具有不对称头部的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22D是具有多边形头部的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22E是具有三角形头部的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22F是具有正方形头部的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22G是示范性双形管脚的平面侧视图和顶视图； 图22H是示范性滚花管脚的平面侧视图和顶视图；图22I是示范性四边形管脚的平面侧视图和顶视图；图22J是具有轮毂和单个倒钩的示范性管脚的平面侧视图和顶视图； 图22K是具有轮毂和多个倒钩的示范性管脚的平面侧视图和顶视图；以及 图22L是具有顶帽轮毂和单个倒钩的示范性管脚的平面侧视图和顶视图。
具体实施方式
小型波焊接系统利用其中界定有孔的介电衬底。所述孔可以是通孔或盲孔。在以下 描述的许多实例中，所述孔具有内部传导壁。所述内部传导壁可通过电镀或另外方面在 壁上涂布传导材料或者通过向孔中插入传导材料(例如小孔或夹子)来提供。传热垫定 位在靠近孔的开口处。此外，保持垫在传热垫附近定位在靠近孔的开口处。所述传热垫 和保持垫由耦合到介电衬底的传导材料形成。传热垫和保持垫的传导材料与孔中的传导材料连通。？L、传热垫和保持垫通过传导材料彼此热连通。在一个实例中，孔内侧、保 持垫上和传热垫上的传导材料是铜。在另一实例中，所述材料可以是另一传导材料。孔 内侧、保持垫上和传热垫上的材料可以是相同的或不同的，只要它们是导热的。此外， 如果所述材料是不同的，那么它们可具有不同的导热水平和/或不同的导电水平。可向保持垫施加连接材料，且当从外部源向传热垫施加热量时所述连接材料熔化。 传热垫可包含熔化并提高系统的热连通的传热材料。在施加热源之前将电线插入孔中， 且熔化的连接材料从其初始起始位置朝向热源流动，从而在所述过程中封装电线。在从 传热垫移除热源之后，连接材料冷却并硬化以将电线机械连接到孔。于是，电线与孔的 传导壁电连通，且因此与衬底上的同孔电连通的其它实体电连通。可在孔的开口与传热垫之间向介电衬底施加二级电介质。所述二级电介质防止连接 材料进入传热垫，且反之亦然。传热垫可比保持垫狭窄，以便在连接材料被热源熔化时 通过减少可供连接材料使用的面积来促进前述封装。还揭示一种端接系统。所述系统包括设置在介电衬底表面上的传导材料。所述传导 材料具有保持垫和与其热连通的可选传热垫。将连接材料施加到保持垫且可视情况而施加到传热垫。可在保持垫与传热垫之间设置二级电介质以防止连接材料流到传热垫。在 此方面，当向传热墊施加热量时，连接材料熔化。可将扁平的、圆形的、绞合的或其它 类型的电线或组件引线插入到熔化的连接材料中。在移除热源之后，连接材料硬化，以 借此将电线连接到保持垫，并因此连接到下伏传导材料以及可与传导材料电连通的任何 其它实体。可向传热垫施加传热连接材料，以便促进在热源与传热垫之间传送热量。也 能够直接加热连接焊料，而不需要或使用传热垫或传热连接材料。进一步揭示一种用于插入到介电衬底的零件中的管脚。所述管脚通常在其外圆周上 形成至少一个倒钩，但其它实例并不利用倒钩。外表面与孔的内部侧壁以摩擦方式啮合。这种啮合可用于对准、保持、热连通、电连通或以上各项的任何组合。所述管脚可包含 形成于其中的中空钻孔，且还可视情况含有经配置以与插入的传导部件机械互相作用的 二级实体。所述孔可具有传导内壁且所述管脚可整体地或部分地用焊料覆盖，以促进保 持以及任何所需的电连通。本文还描述其它各种管脚与孔的摩擦啮合方法。可机械加工、压印、型锻或其它方 式形成管脚，且电介质中的孔不限于纯粹圆形构造。还应注意，虽然组合以上所有特征 是有利的，但每一者均可单独使用以便在任何电线端接或连接系统中实现良好效果。参看图式，图1说明小型波电线端接系统5。系统5用于将细电线连接到印刷电路 板(PCB) IO或其它介电衬底的传导迹线。在衬底10内形成孔12。孔12的内壁上涂布 有传导材料14。此外，传导材料14从孔延伸到衬底10的顶面16以及衬底10的底面100。 可将传导材料14施加到介电衬底的表面。 一种用于施加传导涂层的己知方法是通过在表 面上电镀材料(例如铜)。术语传导涂层和传导镀层在本文中互换使用，以指代通过任何 已知的施加手段沉积在表面上的传导材料。此外，可在本文描述的实例中利用所属领域 的技术人员已知的任何传导材料。铜只是一种此类材料。可在单个实例中使用具有相同 或不同传导水平的不同类型的传导材料。此外，可用任何已知方式向表面施加传导材料， 所述方式包含但不限于电镀、无电电镀、印刷、蚀刻等。此外，本文中使用的术语PCB 界定为包含任何介电衬底，且不限于印刷电路板。传导镀层14延伸到衬底10的顶面16以界定包含传热垫18和焊料保持垫20的传导 垫，传热垫18和焊料保持垫20通常设置在孔12的开口的相对侧。所述传导垫的一部分 将传热垫18与保持垫20热结合。在此方面，传热垫18、焊料保持垫20和孔12内的传 导镀层至少彼此热连通且通常电连通。通常，传热垫18和焊料保持垫20大体上是矩形 的，但将认识到，其它形状也是可能的。此外，虽然图中将孔12展示为圆形的，但将认 识到可针对所述孔使用任何形状，其中包含弓形和多边形等形状。将连接材料或焊料22 设置在焊料保持垫20上。应了解，焊料指代普通术语而并非具体实例，且实际上可以是 任何热激活传导材料。术语连接材料在本文中可与术语连接焊料或焊料互换使用。这些 术语中的每一者均指代热激活传导材料。因此，如本文使用，术语连接材料、连接焊料 和焊料中的每一者均应理解为泛指热激活传导材料。为了将细电线附接到衬底10上，将剥离的且可能绞合的镀锡电线插入到孔12中。 接下来，烙铁或其它加热元件27的尖端接触传热垫18，以起始传导镀层14、孔12和焊 料保持垫20之间的热连通。热量使连接焊料22熔化，使得所述焊料在先前插入到孔12 中的电线上方和周围流动。当连接悍料22从其初始沉积位置朝向热源移动时，连接焊料22在孔12的开口周围的垫区域上方流动。在连接焊料22已经封装了细电线之后，移除 热源并允许连接焊料22冷却并硬化。这将电线连接到孔12。为了防止连接焊料22流回到热源，可在传热垫18与孔12之间在传导材料14中位 于衬底10的顶面16上的一部分上定位顶部二级电介质或阻焊膜24。 二级电介质可位于 铜和另一介电绝缘体上，且可由暴露的层压薄膜或硬化的光敏聚合物形成。参看图2，将二级电介质或阻焊膜24放置在传热垫18与孔12之间。阻焊膜24在 放置于传热垫18上的烙铁尖端与熔化的连接焊料22之间提供阻挡。在此方面，能够防 止热源本身污染连接焊料22并允许用相同的热源在有引线与无引线焊接应用之间移动。虽然未图示，但传热垫18可连接到一个以上保持垫20，其中每一保持垫均与孔连 通。可通过二级电介质或阻焊膜24将传热垫18与保持垫20分离。当使用多个保持垫时， 其上可设置有不同类型的连接焊料22，所述连接焊料在被吸入到孔12时混合在一起。 或者，可在每一保持垫20上设置单一类型的连接焊料22，且可使用多个保持垫来更好 地确保焊料22从不同方向进入孔12。在后一种情况下，保持垫20将优选地以预定图案 围绕孔12间隔开。或者，保持垫20可全部定位在孔12的单侧上。参看图3，展示向传热垫18施加传热焊料26以增强烙铁尖端与传热垫18之间的热 量传送。当施加热量时，传热焊料26熔化，但因阻焊膜24的缘故不会朝向孔12的开口 流动。参看图4，当连接焊料22熔化时，其开始朝向引入到系统5中的热源流动，且在此 过程中覆盖并封装同样与热源热连通的所有物体。为了帮助封装细电线，可使用狭窄垫 以在给定横截面处增加连接焊料22的体积。由此，如图4所示，系统5具有与热源27 接触的狭窄传热垫28。图5说明狭窄传热垫28附近的阻焊膜24，而图6展示施加于狭 窄传热垫28的传热焊料26。所属领域的技术人员将认识到，图4、 5和6另外方面与图 1、 2和3所示的系统相似，不同之处只是传热垫18变窄。如图7所示，为了向连接提供额外焊接，可从焊料保持垫20和传热垫18两处施加 连接焊料20。因此，在此实施例中，出于传热和连接两个目的而使用施加于传热垫18 的传热材料26。热源使连接焊料22和传热材料26熔化。在没有用阻焊膜24分离焊料 保持垫20与传热垫18的情况下，来自传热垫18和保持垫20的焊料可在插入到孔12中 的电线上方流动。参看图8，图中展示用于将电线与衬底10的其它部分置于电连通的热条电线端接系 统6。端接系统6具有施加于衬底10的顶面16上的传导镀层14。传导镀层14形成传热 垫18和焊料保持垫20，使得其彼此热连通。向焊料保持垫20施加连接焊料22。阻焊膜24防止连接焊料22流到传热垫18。为了将细电线或其它组件附接到端接系统6,例如烙铁的热源27起始向传热垫18 的热量传送。将来自热源27的热量传送到焊料保持垫20,这会使连接焊料22熔化。当 焊料已经熔化时，将扁平电线或剥离并绞合的镀锡电线或其它组件引线的末端插入到连 接焊料22中。接着，从传热垫18处移除热源27，且允许连接焊料22冷却并硬化，借 此将电线紧固到焊料保持垫20。如先前提到的，阻焊膜24防止连接焊料22流回到热源 27。此外，其防止热源27上可能存在的任何焊料残余污染连接焊料22。图9说明端接系统6，其包含向传热垫18施加传热焊料26以促进热源27与传导镀 层14之间的热连通。在类似于图8和9的另一端接系统6 (未图示)中，不使用传热垫 18且直接用热源27加热连接焊料22。在又一端接系统6 (未图示)中，结合单个或多 个传热垫利用一个以上焊料保持垫20。在此实例中，位于每一焊料保持垫20上的连接 焊料22可以是相同的或不同的。当连接焊料22是不同的时，它们可具有不同的热和/或 电曲线或特征。施加于传热垫18的热量与每一焊料保持垫20连通，以熔化其上的连接 焊料。来自每一保持垫的连接焊料22混合在一起，且可将组件插入到所述混合的保持焊 料22中以将组件30固定到衬底和其上的传导材料。图IOA和10B描绘可与示范性系统一起利用的倒钩管脚。图IOA描绘具有顶端44 和尖端64的管脚40。所述管脚具有大体上为圆柱形的形状。所述管脚包含若干突出部， 其中包含顶部轮毂58和倒钩42。顶部轮毂58定位在顶端44处，随后是过渡肩状物60 到过渡轮毂68。倒钩42定位于过渡轮毂68下方，随后是另一过渡轮毂68和过渡肩状 物60。连接尾部62定位于过渡肩状物60下方且在管脚尖端64上方，所述管脚尖端64 是锥形的。图10B展示图10A的管脚，但将管脚40的上部切除以显露管脚40的顶端44 中的钻孔66。钻孔或孔66是盲孔，其从顶面44沿着管脚纵向朝下延伸任意距离。孔66 可具有除所描绘的圆柱形孔66之外的其它长度及尺寸和形状。利用管脚40上的突出部42、 58通过在孔12与管脚40之间形成的摩擦配合而在管 脚40与衬底IO中的孔12之间产生机械互动。当传导材料14定位在孔12内部时，管脚 40上的突出部起作用以咬合到传导材料14中。以此方式，管脚40建立与传导材料的电 连接，所述传导材料可与定位于衬底上且耦合到孔12的电迹线(未图示)接触。此外， 如下文所示，连接焊料22可定位在管脚40的顶端44周围。焊料22也有助于在管脚40 与衬底IO上的电迹线之间建立电连接。此外，焊料22帮助将管脚40锚定在孔12中， 并提供较好的机械保持和粘着强度。管脚40上的一个或一个以上突出部42、 58用于咬 合到孔12中的传导材料14中，或者当孔内侧未定位传导材料时咬合到孔12的侧壁中。突出部与孔之间的接触有助于将管脚保持为与衬底垂直对准。在本文所述的突出部中， 径向倒钩42比其它突出部形式更好地帮助管脚40与衬底垂直对准。对于本文论述的突 出部，径向倒钩42比其它突出式样更有助于将管脚40垂直对准衬底。对于非同质衬底 材料尤其是这样，例如FR-4印刷电路板材料。在图11中，展示倒钩管脚40插入到介电衬底10的孔12中，孔12己经涂布有传导 镀层14且可能与衬底IO的其它零件电连通或可能不与衬底IO的其它零件电连通。传导 镀层14的环形结构46形成在衬底10的顶面16和底面100上孔12的开口周围。通常， 管脚40由铜合金形成，其外圆周上设置有倒钩42。然而，可由任何已知的传导材料制 造管脚。倒钩42的大小略大于孔12的内径，且从衬底10的顶面16向下逐渐变细。倒 钩42接触孔12的侧壁，以提供与传导材料14的机电连接。此外，管脚40的顶端44被 形成为略大于孔12的内径以便接触孔12的侧壁。管脚40的顶端44和倒钩42提供管脚 40与孔12内侧的传导镀层14之间的摩擦配合。阻焊膜24遮盖衬底10的顶部16和底 部100，以防止焊料22流入到其指定区域中或流出其指定区域。然而，阻焊膜24不覆 盖环形结构46或孔12的开口。当提供两个或两个以上突出部时，如图22B、 22C、 22D、 22E、 22F、 22J、 22K和 22L所示，下突出部的直径可略小于随后的突出部。下突出部的直径可大于顶部倒钩。 这些实例的许多者中的下突出部是具有定位于倒钩下方的肩状物的倒钩。下倒钩使孔的 一部分扩张。接着，从底部开始的第二突出部的直径可大于第一突出部，使得其可在孔 的大小通过第一下突出部扩张之后咬合到孔的内表面中。如果存在来自底部的第三突出 部，那么所述第三突出部的直径可甚至大于第二突出部，以便同样咬合到孔的侧壁中。为了进一步在孔12内紧固管脚40并大幅度增加管脚40与传导镀层14之间的电连 通以及二者之间的机械接合，向环形结构46和管脚40的顶端44施加连接焊料22。可 使用以上描述的小型波系统和方法或者通过其它任何所需的方法来施加连接焊料22。图12说明在己经施加到环形结构46和倒钩管脚40的顶端44之后的连接焊料22。 连接焊料22以电和机械形式将管脚40连接到孔12和环形结构46。在此方面，连接焊 料22防止管脚40被从衬底IO的顶面16朝上推。图13说明具有形成在衬底10的顶面16处的沉孔48的孔12。沉孔48允许施加额 外的连接焊料22，以及提供较大的开口以用于插入管脚40。如图13中看到的，沉孔48 也涂布有传导镀层14。图14说明倒钩管脚40，其包括插入到中空钻孔66中的夹子50或成形接触，所述 中空钻孔66已在管脚40内形成在管脚顶端处。夹子50是插入到管脚40的内钻孔中的成形接触。夹子50具有圆柱形上端51，其具有向内弯曲并且从圆柱形上端51向下延伸 的叉齿53。夹子50的上端51经大小设定以按压配合到管脚40的钻孔66中。夹子50 由传导材料制成。钻孔66沿着管脚40的长度向下延伸一部分。电线或另一管脚40可插 入到夹子50中，这于是将提供夹子50与其中安装的元件之间的机电连通。可使用夹子 50来机械保持电线以提供没有焊料的电连接，或者作为焊接期间的临时夹具。图15展 示连接焊料22如何在管脚40的顶端44以及环形结构46上方流动。图16和17说明倒钩管脚40的升高到结构10的顶面16上方的顶端44。升高的顶 端44提供在需要时可将电线连接到管脚40的点。连接焊料22围绕升高的顶端44流动， 以便用在机械上远远比图12展示的更牢靠的方式将管脚40紧固到结构10的环形环46。 图18和19说明倒钩管脚40的为锥形的且焊接到环形结构46的升高顶端44。除了上述内容之外，也能够将无倒钩管脚52插入穿过形成在结构10中的孔12。如 图20所示，无倒钩管脚52具有延伸穿过结构10的顶面16的锥形顶端54。此管脚52 的底部可具有类似锥形，这将允许将管脚插入到孔12中并使得任一端成为顶端。孔12 未涂布有传导镀层14，且用轴向摩擦配合将管脚52按压到孔12中。或者，可在孔中利 用镀层，或者可使用小孔或其它插入物。在此实例中，因为孔中未镶有传导材料，所以 可通过焊料、通过传导粘合剂或通过机械构件(例如钳子或齿)来提供衬底10的顶面 16上的传导材料14之间的热连接。图21说明将管脚52用在管脚52的顶端54周围的连接焊料22来紧固。在此方面， 在衬底IO的顶面16上的孔12的开口周围形成传导镀层14的顶部环形结构46。此外， 可在衬底10的顶面100上的孔12的开口周围形成底部环形结构56。阻焊膜24控制并 保持衬底IO上存在的所有焊料，如先前描述。通过焊料22在管脚40与衬底IO上的迹 线之间建立电连接，这将管脚锚定在衬底10中并将管脚40电连接到衬底10上存在的任 何与焊料22连通的电迹线。图17 — 21中的每一者均描绘管脚40,其中管脚40的顶部44延伸到衬底10的表面 上方，且连接焊料22设置在管脚40的顶部44周围。在这些实例中，管脚40到衬底10 的机械接合进一步得以加强，因为当管脚40被沿着穿过衬底10的方向拉动且焊料22被 放置成称为剪应变的机械状态时，焊料材料22本身将需要破裂且从管脚40上剪切以便 管脚40与衬底IO之间发生相对移动。结果，所需要的力非常高，且使得接合显著变强。图22A—22L描绘用于与PCB或其它衬底10—起使用的各种管脚配置。管脚40通 常用于承载电流。管脚40的形状可用于许多不同功能。举例来说，管脚40可用于机械 保持在衬底IO中，使得管脚40不会推出或变松。管脚40提供垂直于衬底的精确机械对准。在管脚40的顶部和底部彼此不同的情况下，当将管脚40按压到衬底中时，管脚上 的每一特征均切割出其自身的路径。结果，管脚40在按压配合期间被更加稳固地保持， 且较高的圆周应力将管脚保持在衬底10中。在将顶部轮毂58按压配合到孔12中的管脚 40的型式中，孔的形状和轮毂58的形状可能具有变化，使得孔形状和轮毂形状中的任 一者或两者是不相同的。举例来说，孔12或管脚40可能不是完整圆形的，或者在孔内 或在管脚40的表面上可能存在较小的表面不完整。当向管脚40的顶部施加连接焊料22 时，焊料22将进入这些较小的表面不完整或者管脚40与孔12之间的其它不规则，以便 用焊料22密封管脚40周围的区域。管脚40周围的此焊料22是较为偶然性的，但有助 于在一定程度上加强机械接合。在其它实例中，管脚40上的凹槽或其它特征允许焊料 22渗入孔12与管脚40之间的接点，以使得所述接点更加坚固。而且，不同的形状在不 同材料中更加奏效。有些设计的成本低于其它设计。在设计和选择管脚配置时，必须考 虑到所有这些考虑因素。应注意，可能存在这样的情况，其中顶部圆柱形轮毂58的直径使得其不被按压配合 到孔12中。在这些实例中，焊料22可围绕管脚40的顶部向下流到倒钩42，以提供管 脚40相对于衬底10的额外机械保持。不论焊料22是定位于孔12内的管脚49的一侧上 还是在管脚40的顶部44上，焊料22的作用均类似于将管脚40胶合到孔12的胶合物。图22A描绘具有带有突出部的细长主体的管脚101，所述突出部以圆柱形轮毂58的 形式定位在管脚40的上部中。轮毂58定位在管脚101的顶端44处。过渡肩状物60定 位在轮毂58下方，随后是圆柱形过渡轮毂68，随后是另一过渡肩状物60。在此情况下， 过渡肩状物实质上是圆锥形的，其中管脚是圆柱形的。管脚40的下部分包含连接尾部 62，其耦合到管脚尖端64，所述管脚尖端64是锥形的。在此实例中，轮毂58优选地略 大于孔开口 12，使得轮毂58被按压配合到开口中。此示范性管脚101不包含倒钩。图22B描绘锥形管脚102。管脚102的顶端44具有锥形顶端54，且管脚102的下端 具有锥形尖端64。管脚40在上端(在58处)的直径大于管脚40在下端(在62处)的 直径。锥形顶端54接合到具有顶部轮毂58形式的突出部，顶部轮毂58随后的是过渡肩 状物60和过渡轮毂68。两个具有倒钩42形状的突出部定位在过渡轮毂68下方，且由 另一过渡轮毂68分离和跟随。最下方的过渡轮毂68随后的是过渡肩状物60和管脚102 的连接尾部64。倒钩42和顶部轮毂58可具有大于孔12的直径的相似直径，使得当将 管脚102插入到孔12中时，在每一突出部处相等地提供摩擦配合。或者，轮毂58和倒 钩42可具有不同的直径，使得轮毂或倒钩中的一者以与另一者不同的摩擦方式来啮合孔 12的传导涂层14。如果需要的话， 一个突出部可比另一突出部更深地咬合到传导涂层14中。对于倒钩42和轮毂58可具有相似直径的以下任何实例也是这样。在每种情况下， 它们也可具有不同直径，使得各种突出部42、 58具有与其定位在其中的孔12的不同摩 擦啮合。如同以下结合若干示范性管脚40所展示的，管脚40具有上部和下部，其中从细长 主体向外延伸的突出部42、 58大致定位在上部中。突出部42、 58可具有不同形状和不 同直径。或者，其可具有相同直径。突出部42、 58的直径影响咬合到传导材料中的量， 所述咬合是在将管脚40按压配合到孔12中时由突出部执行的。此外，突出部42、 58可 以不同的定时来碰撞孔12内的衬底10，例如第一组倒钩42或零件58可在12、 4和8 点钟碰撞，且第二组零件42、 58可在2、 6和10点钟碰撞衬底。此外，第一组可具有小 于第二组的直径。所有这些技术均意味着有较多的"圆周应力"或力量正从衬底10向管 脚40上推，且将其更紧固地且更准确地保持在适当位置。图22C描绘不对称的管脚103。管脚103的顶端44具有呈不对称顶部轮毂58形式 的突出部。不对称顶部轮毂58具有翼状结构59，其从中央圆形部分61向外延伸，以提 供每一翼59之间的间隙。顶部轮毂58随后的是过渡部分68，随后是倒钩42和另一过 渡部分68。最下方的过渡部分随后的是过渡肩状物60,其随后的是连接尾部62和锥形 的管脚尖端64。顶部轮毂58和倒钩42优选地具有大于孔12的直径的类似直径，使得 当将管脚103插入到孔12中时，管脚103的顶部轮毂58按压配合到孔12中，且倒钩 42抓住孔12的侧面。在此实例中，当向管脚103的顶端44施加焊料22时，焊料可在 翼59之间向下流动一直到达倒钩42。这种设计提升接点的机械强度且还具有其它益处。图22D描绘多边形管脚104，其中突出部采用具有多边形形状的顶部轮毂58的形式。 顶部轮毂58随后的是过渡肩状物50，随后是过渡部分68，随后是倒钩42。过渡部分68 是圆柱形的，且过渡肩状物60是圆锥形的。倒钩42随后的是另一过渡部分68和过渡肩 状物60,其随后的是连接尾部62和锥形的管脚尖端64。顶部轮毂58和倒钩42优选地 具有大于孔12的直径的类似直径，使得当将管脚104插入到孔12中时，管脚104的顶 部轮毂58被按压配合到孔12中，且倒钩42抓住孔12的侧面。在此实例中，当向管脚 104的顶端44施加焊料22时，焊料22可在多边形58的边缘之间流动一直到达倒钩42。 这种设计提升接点的机械强度且还具有其它益处。图22E和22F类似于图22C和22D，不同之处只是图22E描绘具有以三角形顶部轮 毂58形式的突出部的管脚105，且图22F描绘具有以矩形顶部轮毂58形式的突出部的 管脚106。在这两个实例中，如上所述，焊料22可在顶部轮毂58的边缘与孔12的侧面 之间流动，直到焊料22到达倒钩42为止。这些设计也提升接点的机械强度且还具有其它益处。图22G描绘双形管脚107，其具有定位于管脚107的顶端44处的顶部轮毂的上部分 58a以及直接定位于顶部轮毂的上部分58a下方的顶部轮毂的下部分58b。顶部轮毂的上 部分和下部分58a、 58b是从管脚的细长主体向外延伸的突出部。顶部轮毂的上部分58a 具有横截面交叉形状，且顶部轮毂的下部分58b具有横截面交叉形状，但上部分和下部 分58a、 58b的交叉形状是交错的，使得在顶视图中只能看到顶部交叉。过渡肩状物60 定位于下部分58b下方，随后是连接尾部62和锥形的管脚尖端64。在此管脚107设计 中，顶部轮毂58a、 58b优选地具有大于孔12的直径的直径，使得所述管脚107必须被 按压配合到孔111中。焊料22可在交叉形状的支脚之间流动，以提升孔12的传导材料 14与管脚107之间的接点的机械强度。管脚107未描绘倒钩42，但如果需要的话也可以 利用倒钩。图22H是在顶端44处具有以滚花轮毂58形式的突出部的滚花管脚108。滚花轮毂 58通过过渡肩状物60而耦合到连接尾部62和管脚尖端64。在这个管脚108设计中，顶 部轮毂58优选地具有大于孔12的直径的直径，使得管脚108被按压配合到孔12中。焊 料22可沿着顶部轮毂58的滚花表面流动，以提升孔12的传导材料14与管脚108之间 的接点的机械强度。管脚108未描绘倒钩42，但如果需要的话也可利用倒钩42。图22I描绘以四边形管脚109形式的突出部，其中顶部轮毂58具有交叉形状的横截 面，随后是过渡肩状物60、连接尾部62以及锥形的管脚尖端64。顶部轮毂58优选地具 有大于孔12的直径的直径，使得管脚109被按压配合到孔12中。焊料22可在交叉形状 的支脚之间流动，以提升孔12的传导材料14与管脚109之间的接点的机械强度。管脚 109未描绘倒钩42，但如果需要的话也可利用倒钩42。图22J描绘具有以轮毂58和单个倒钩42形式的两个突出部的管脚110，且图22K 是具有以顶部轮毂58和多个倒钩42形式的三个突出部的管脚111。在每种情况下，顶部 轮毂58随后的是过渡肩状物60，过渡肩状物60随后的是过渡轮毂，过渡轮毂随后的是 倒钩42。图22J和22K中的突出部可具有相同或不同的直径。在图22K中，最顶部的倒钩42随后的是过渡轮毂68和第二倒钩42。在最下方的倒 钩之后，管脚110、 111两者均具有过渡轮毂68，随后是过渡肩状物60，随后是连接尾 部62和锥形的管脚尖端64。顶部轮毂58和倒钩42的外部直径相似，且大于孔12的直 径，使得管脚110、 111均通过摩擦配合保持在孔12中。图22L是具有以顶帽58a、顶部轮毂58b和倒钩42形式的突出部的管脚112。顶帽 58a的直径大于倒钩42和顶部轮毂58b两者的直径。倒钩42和顶部轮毂58b具有彼此类似的直径，所述直径略大于孔12的开口。当将管脚112插入到孔12中时，顶帽58a座 落在衬底10的顶面16上，且同时顶部轮毂58b和倒钩42被按压配合到孔12中。顶部 轮毂58b耦合到过渡肩状物60，过渡肩状物60耦合到过渡轮毂68，过渡轮毂68耦合到 倒钩42。倒钩42耦合到过渡轮毂68，随后是过渡肩状物60，随后是连接尾部62和锥 形的管脚尖端64。虽然未图示，但可提供具有在细长主体的整个长度上延伸的倒钩42的管脚40。倒 钩可与图10A中描绘为参考编号42的倒钩相似，或者可具有不同的外围形状。虽然己主要结合将电线30焊接到端接点来论述了以上内容，但应了解，任何类型的 组件30均可从以上描述中得出优点。术语"电线"和"组件"经界定为包含电阻器、电 容器、电感器、发光二极管、二极管、晶体管、FET、集成电路、管脚、电线、电缆、 插座、开关、任何线规以及所属领域的技术人员已知的可应用于PCB的任何其它组件。 因此，术语电线并不限于电线，而是经界定为包含任何类型的可连接到介电衬底的组件。虽然将上文描述的孔12展示为具有圆形横截面的圆柱形孔，但所述孔可具有任何形 状，包含但不限于圆形、正方形、六边形、槽形、沉孔的、埋头孔的、钻孔的、挖凿的、 压印的、模锻的、切割的等。衬底10被描绘为单个板，然而，所属领域的技术人员将认 识到，本文揭示的实例同样适用于多层衬底10。本文使用的术语"大致"是一种估计术语。所属领域的技术人员将了解，本文描述的概念和技术可在不偏离本发明的本质特征 的情况下以各种具体形式实现。在所有方面认为当前揭示的实例是说明性的而不是限制 性的。本发明的范围由所附权利要求书指示，且所有属于其等效物的意义和范围的变化 均希望包含在内。
权利要求
1.一种小型波焊接系统，其包括介电衬底，其具有穿过其中界定的孔，其中传导材料与所述孔相关联；传导的传热垫，其设置在邻近所述孔处以用于与热传输器连通；以及传导的保持垫，其设置在邻近所述孔处并耦合到所述传热垫，所述保持垫具有定位在其上的热激活传导材料，其中所述传热垫、所述保持垫以及所述孔彼此热连通。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中所述孔具有涂布有传导材料的内壁，或者所述孔 具有定位在其中的传导插入物。
3. 根据权利要求l所述的系统，其中所述传热垫被包含在所述衬底内，或者定位于所 述丰t底的表面上。
4. 根据权利要求l所述的系统，其中所述热激活传导材料是连接焊料。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述孔经形状和大小设定以在其中接纳组件，所 述组件由从液态改变成固态的所述连接焊料紧固。
6. 根据权利要求5所述的系统，其进一步包括设置在所述孔的开口与所述传热垫之间 的二级介电物质，其中所述二级介电物质防止所述连接焊料与同所述传热垫物理接 触的热传输器之间的污染。
7.
8. 根据权利要求5所述的系统，其中所述保持垫包括多个保持垫，所述保持垫中的每 一者均具有与其相关联的连接焊料，且所述传热垫热耦合到所述多个保持垫中的每 一者，其中二级电介质定位在所述传热垫与所述孔之间。
9. 根据权利要求6所述的系统，其中所述二级电介质控制与所述组件互相作用的焊料
10. 根据权利要求8所述的系统，其中所述多个保持垫中的每一者与多种连接焊料中的 不同一者相关联，其中每一连接焊料均具有不同于其它连接焊料的热分布曲线，使 得当向所述传热垫施加热量时，所述多个连接焊料熔化并在围绕所述组件行进到所 述孔中时混合在一起。
11. 根据权利要求4所述的系统，其进一步包括定位于所述传热垫上的传热材料，以便 促进热传输器与所述传热垫之间的热量传送。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中所述传热材料具有不同于所述连接焊料的热分布曲线。
13. 根据权利要求4所述的系统，其中所述传热垫具有第一宽度而所述保持垫具有第二 宽度，且满足以下一者所述第一宽度与所述第二宽度不同以便调整所述传热垫与 所述保持垫之间的热连通，且所述热调整控制所述连接焊料的流动；或者所述第一 宽度与所述第二宽度相同。
14. 根据权利要求13所述的系统，其进一步包括设置在所述孔的开口与所述传热垫之 间的二级介电物质。
15. 根据权利要求13所述的系统，其进一步包括施加于所述传热垫的连接焊料。
16. —种用于将组件耦合到具有孔的衬底的方法，其包括提供根据权利要求1所述的小型波焊接系统， 将组件插入到所述孔中；经由外部热源向所述传热垫施加热量，使热能量从所述传热垫行进到所述保持垫 以熔化所述热激活传导材料，所述热激活传导材料在熔化时朝向所述热源流动并进 入所述孔以包围所述组件；以及从所述传热垫处移除所述热源，并允许所述小型波焊接系统冷却，以便将所述组 件固定在所述孔中。
17. —种电线端接系统，其包括介电衬底，其具有表面；传导材料，其设置在所述介电衬底的所述表面上，所述传导材料包括彼此热连通 的保持垫和传热垫；以及热激活传导材料，其定位在所述保持垫上；其中当向所述传热垫施加热量时，热能量行进到所述保持垫以熔化所述热激活传 导材料，以便将组件紧固到所述传导材料。
18. 根据权利要求17所述的系统，其进一步包括设置在所述保持垫与所述传热垫之间 的二级介电材料，所述二级介电材料经配置以防止所述热激活传导材料流动到所述 传热垫。
19. 根据权利要求17所述的系统，其中提供多个保持垫，其中所述传热垫热耦合到所 述多个保持垫中的每一者。
20. 根据权利要求17所述的系统，其进一步包括施加于所述传热垫的传热焊料。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中所述传热焊料与所述连接焊料具有不同的热曲线。
22. —种用于在电线端接系统中将组件耦合到介电衬底的方法，其包括提供根据权利要求17所述的电线端接系统；向所述传热垫施加热源，以熔化设置在所述保持垫上的热激活传导材料； 将组件插入到所述熔化的热激活传导材料；从所述传热垫处移除所述热源，并允许所述热激活传导材料冷却，以将所述组件 紧固到所述衬底。
23. —种用于将管脚耦合到介电衬底的管脚连接系统，其包括介电衬底，其具有穿过其中设置的孔，其中在所述衬底的表面上界定有电迹线； 管脚，其定位于所述孔中，具有至少一个设置在其外周边上的径向突出部，所述径向突出部用于将所述管脚与所述衬底对准并用于将所述管脚以大致稳定的方式保持在所述衬底中；以及连接焊料，其设置在所述管脚的顶面上，其中所述焊料加强所述管脚与所述衬底的机械连接，并将所述管脚电连接到所述衬底上的所述迹线。
24. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述管脚包括细长主体；其中所述径向突出部具有用于与所述孔的内部侧壁摩擦啮合的大小和形状。
25. 根据权利要求24所述的管脚连接系统，其中所述孔的内部与传导材料相关联，所 述传导材料电连接到所述衬底的表面，使得通过所述管脚与所述孔的内部侧壁的所 述摩擦啮合而在所述管脚与所述孔中的传导材料之间进一步建立电连接。
26. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中单个径向突出部定位于所述主体的大 致上部处，且所述径向突出部选自包括以下各项的群组双形轮毂、滚花轮毂、四 边形轮毂、圆柱形轮毂、正方形轮毂、三角形轮毂、多边形轮毂、不对称轮毂以及 倒钩。
27. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述径向突出部包括多个定位于所述 主体的大致上部上的径向突出部，且所述径向突出部选自包括以下各项中的一者或 一者以上的群组倒钩、双形轮毂、滚花轮毂、四边形轮毂、圆柱形轮毂、正方形 轮毂、三角形轮毂、多边形轮毂以及不对称轮毂。
28. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述径向突出部包括多个突出部，且 满足以下至少一者1)所述突出部围绕所述主体的顶端对称地间隔开；2)所述突出部围绕所述主体的顶端不对称地间隔开；以及3)所述突出部是多个围绕所述主 体的顶端间隔开的滚花。
29. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述突出部轴向地延伸超过所述管脚 的顶端，或者包括所述管脚的顶端。
30. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述突出部包括多个倒钩，其中每一 倒钩均具有与所述孔的不同摩擦啮合。
31. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述突出部包括多个突出部，其每一 者均具有在所述孔内的不同摩擦啮合，且所述摩擦啮合提供以下各项中的至少一 者所述主体在所述孔内的机械保持；所述主体与所述孔的热连通；以及所述主体 在所述孔内的机械对准。
32. 根据权利要求24所述的管脚连接系统，其进一步包括形成在所述细长主体中的中 空钻孔以及插入到所述钻孔中的夹子。
33. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述主体的顶端是锥形的，且所述主 体的底端是锥形的。
34. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述管脚的顶端在所述衬底的表面下 方延伸，或者所述管脚的顶端与所述衬底的表面齐平，或者所述管脚的顶端在所述 衬底的表面上方延伸。
35. 根据权利要求24所述的管脚连接系统，其中所述径向突出部包括定位于所述细长 主体上的第二倒钩下方的第一倒钩，其中所述第一倒钩的第一直径经大小和形状设 定以在所述管脚进入所述孔时扩张所述孔的一部分，且所述第二倒钩具有大于所述 第一直径的第二直径，以便咬合到所述衬底中。
36. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中连接焊料进一步设置在所述孔内的所 述管脚的一侧上，以帮助所述管脚在所述孔内的机械保持和稳定性。
37. 根据权利要求23所述的管脚连接系统，其中所述径向突出部允许在不使用连接焊 料的情况下与所述衬底上的所述迹线电连通。
38. 根据权利要求5所述的系统，其中多个传热垫与至少一个保持垫连通。
全文摘要
一种小型波焊接系统包含介电衬底、传导传热垫以及传导保持垫，所述介电衬底具有穿过其中界定的孔。传导材料与所述孔相关联。所述传热垫和保持垫设置在邻近所述孔处，且所述保持垫具有定位在其上的热激活传导材料。所述传热垫、保持垫以及孔彼此热连通。本发明还描述一种用于利用此系统将组件耦合到衬底的方法。一种电线端接系统包含介电衬底，其具有表面；传导材料，其设置在所述介电衬底的所述表面上，包括彼此热连通的保持垫和传热垫；以及热激活传导材料，其定位在所述保持垫上。当向所述传热垫施加热量时，热能量行进到所述保持垫以熔化所述热激活传导材料，以便将组件紧固到所述传导材料。本发明还描述一种用于在电线端接系统中将组件耦合到介电衬底的方法。本发明还描述一种用于将管脚耦合到介电衬底的管脚连接系统。所述管脚连接系统包含介电衬底，其具有孔和在所述衬底的表面上界定的电迹线；定位于所述孔中的管脚；以及设置在所述管脚的顶面上的连接焊料。所述管脚具有至少一个设置在其外周边上的径向突出部，以用于将所述管脚与所述衬底垂直对准，且用于以大致稳定的方式将所述管脚保持在所述衬底中。所述连接焊料执行以下至少一者加固所述管脚与所述衬底的机械连接；以及将所述管脚电连接到所述衬底上的所述迹线。
文档编号H05K3/32GK101238764SQ200680008302
公开日2008年8月6日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年3月15日
发明者哈罗德·B·肯特, 约瑟夫·R·莱顿, 萨拉·福克斯, 詹姆斯·J·莱万特, 阿龙·T·法恩 申请人:麦德康内克斯公司