用于给电路板装备多个构件的方法以及带有电路板和装配在电路板上的多个构件的电路

摘要

本发明涉及一种用于给电路板装备多个构件的方法。该方法包括下列步骤：设置带有贯穿式插接触点的构件，所述贯穿式插接触点至少在其端部区段中在垂直于所述构件的散热面的方向上延伸；以及设置带有用于容纳贯穿式插接触点的接触孔的电路板。此外，将至少一个可塑性变形的固定元件施加到所述电路板上。将所述构件施加到所述固定元件上并且同时将所述贯穿式插接触点引入所述电路板的与其相对应的接触孔中。一个平的表面使所述构件的热表面在所述固定元件的塑性变形的情况下朝向所述电路板移动，直至所述构件的所有散热面位于相同的平面中。此外本发明涉及一种带有电路板的电路，在其中，散热面通过至少一个可塑性变形的固定元件与所述电路板相连接，其中，所述散热面相互对齐，因为相应地塑性变形的固定元件补偿不同的构件厚度。

说明书

技术领域

电路的构件通常借助于电路板相互电连接，该电路板同样机械 地彼此布置这些构件。存在多种定义结构元件包封的几何结构、也 就是说构件的端子的布置和大小以及其长度和宽度的标准，然而其 中，构件高度经受较强的波动或公差，因为其在结构元件的传统装 配中是不重要的。

背景技术

多种构件、特别是功率构件和以高的节拍数运行的处理器和储 存器产生必须通过附加的冷却体导出的热。特别是在所谓的插接结 构方式中，待冷却的构件配备有位于与电路板相反的一侧上并且被 压靠到冷却体处的冷却面。

在带有多个待冷却的构件的电路中出现的问题为，一个共同的 冷却体需要所有冷却面位于相同的平面中。然而构件具有不同的类 型，而且即使相同类型的构件也由于制造公差而具有不同的高度或 厚度，这可导致与冷却体的热接触严重减小。使用导热介质用于平 衡不同的高度仅不完全地解决了该问题，因为热阻随着间隙厚度的 增加而变大，并且由此损害结构元件的散热。

在出版文献DE 296 09 183 U1中描述了一种用于电子构件的支 架，在该支架中，使按压销弹性地变形，以便与冷却元件产生反作 用力，由此将电子构件保持在压配合中。一方面，仅稍微(如果有 的话)挤压高度较小的构件，从而用于该构件的热接触非常容易失 效并且振动可轻易地移动被小程度挤压的构件，并且另一方面，需 要用于产生高的(因为被叠加的)反作用力的精确的支座，所有构 件的支承与该支座的功能相关。最终，这种类型的支架必然连续地 在构件中产生机械的应力(特别是在较厚的构件中产生强烈提高的 应力)并进而还在钎焊部位中产生机械的应力，其中，这特别是在 较小的包封方案中损害构件的使用寿命并且显著提高其易故障性以 及在附加的机械负载(振动、冲击负载)时的钎焊部位断裂风险。 此外，存在的风险为，电路板通过该力弯曲，并且因此其它电的/电 子的构件、例如陶瓷电容可折断。

发明内容

因此，本发明的目的为，提出一种电路和一种用于其制造的方 法，利用该电路或该方法以简单的方式设置多个待冷却的构件，这 些待冷却的构件在易故障性更小的同时具有与冷却元件的更均匀、 更稳定且改进的热接触，而在此不会在钎焊部位中产生应力。

该目的通过独立权利要求的方法和电路实现。

本发明以非常简单的方式使在装配共同的冷却元件时不同构件 厚度的补偿和均匀的压力分布成为可能。此外，本发明实现了使构 件的所有散热面布置在相同的高度上(在相同的平面中)，该相同 的高度在构件的无应力的布置方案中也继续存在。因此，对于该布 置方案不需要特定的弹簧元件。而是由固定元件补偿不同的厚度， 其中，该补偿不伴有不期望的、不同的压力加载。该补偿利用成本 适宜的装置实现并且设置可抵抗冲击和振动影响的构件支承和冷 却，为每个构件设置准确调配的压配合，并且因此使所产生的电路 的高的使用寿命和机械负荷能力成为可能。

根据本发明的一个总的方面，使用可塑性变形的固定元件用于 平衡不同的构件高度。待冷却构件的散热面的期望的布置方案由这 样的表面预先规定，即，散热面通过该表面以相互对齐的方式定向， 并且在该定向过程中该表面使构件朝向电路板运动。在电路板和构 件之间设置有可弹性变形的固定元件，其通过塑性变形吸收构件朝 向电路板的运动。由此，固定元件通过其变形补偿不同的构件厚度 或构件高度。为了使在构件和电路板之间的电连接能够弥补在构件 和电路板之间的不同的被补偿的间距(相应于变形的固定元件的相 应的厚度)，这些构件借助于贯穿式插接装配与电路板电连接。由 于贯穿式插接触点(或至少其端部区段)基本上垂直于电路板延伸， 并且由此平行于构件的移动方向(＝可塑性变形的固定元件的变形方 向)，通过这些贯穿式插接触点根据构件的移动运动穿过在电路板 中的对应的接触孔(或首先朝向该接触孔运动并且运动到该接触孔 中)，贯穿式插接触点补偿构件的运动。

贯穿式插接装配和通过固定元件的塑性变形的补偿的组合实现 结构元件和稍后的钎焊部位的完全无应力的布置，以用于使散热面 彼此对齐地定向。表面按压结构元件并使其移动到固定元件中，直 至所有相关的散热面位于相同的平面中(或者直至达到例如借助于 间隔垫圈预先规定的在散热面和电路板之间的间距)。同样具有平 的吸热面的冷却元件可以简单的方式且无应力地装配到该平面(通 过所述表面限定)上。特别是保证，尽管构件厚度不同，但在冷却 元件的压配合装配时所有散热面以相同的压力压靠在冷却元件上， 由此对于所有散热面，热接触是相同的。通过本发明排除了由于压 紧力不足而产生的接触间隙。

由布置体(由固体材料制成)形成的表面预先规定一个目标平 面，散热面应沿着该目标平面延伸。由于多个冷却元件具有一个平 的吸热面，所述表面同样具有平的走向。然而也可能的是，构件的 散热面根据任意期望的(特别是不平的)走向布置，其中，布置体 (该布置体被利用从而推动构件)的表面相应于待布置的冷却体的 表面走向，并且通过使用走向与待布置的冷却体的表面走向互补(＝ 布置体的表面的走向)的布置体布置散热面。

因此，本发明涉及一种用于给电路板装备多个构件的方法，其 中，所述构件设有贯穿式插接触点，这些贯穿式插接触点至少在其 端部区段中在垂直于构件的散热面的方向上延伸。这通过使用由于 加工而具有该特性的结构元件或其贯穿式插接触点以这种方式弯曲 的结构元件实现。此外，电路板设有用于容纳贯穿式插接触点(也 就是说金属线)的接触孔，例如通过钻孔。根据本发明，至少一个 可塑性变形的固定元件被施加到电路板上。该固定元件例如通过附 着连接与电路板相连接，其中优选地，该附着连接通过固定元件的 至少一个面对电路板的表面的粘接特性、也就是说通过黏合提供。

优选地，在固定元件被布置或固定在电路板上之后，构件被施 加或布置到该固定元件上。优选地，固定元件也在面对构件的一侧 上具有具有粘接特性的表面。固定元件可特别是由粘合剂提供。备 选地，同样结构元件和/或电路板也可具有粘接层，固定元件利用该 粘接层与结构元件和/或电路板相连接。此外，固定元件可首先与构 件相连接(通过粘接)，并且构件与固定在其上的固定元件一起被 布置或固定在电路板上。

贯穿式插接触点通过插入被引入电路板的与其相应的接触孔 中。该贯穿式插接触点特别是设置成连接金属线或连接销。该贯穿 式插接触点在固定元件变形之前被引入。由此，接触孔提供了对贯 穿式插接触点的引导作用，该贯穿式插接触点通过结构元件和电路 板的接近在固定元件变形的情况下继续被引入相应的接触孔中。接 触孔的横截面优选地大于贯穿式插接触点的横截面，以用于实现较 松的引导。在接触孔中或接触孔处设置有用于稍后将同样具有导电 的外表面且特别是构造成金属线的贯穿式插接触点电连接的导电 面。

平的表面在固定元件塑性变形的情况下朝向电路板推动构件的 热接触面。该塑性变形对于每个构件独立地吸收构件的移动。实施 该移动直至构件的所有散热面位于相同的平面中。如有可能，构件 还进一步地接近电路板，其中，所有构件以相同的距离接近电路板， 以便实现在构件所位于的平面和电路板之间的期望的间距。如已经 阐述的那样，所述表面的平的形状相应于稍后待安置的冷却体的吸 热面的平的形状，其中，然而除了平的走向之外，该表面也可具有 其它相应于冷却体的吸热面的走向。

此外，构件可具有平行于散热面从构件伸出的金属线，其形成 贯穿式插接触点。该金属线要么被设置成具有从散热面离开的90° 的弯角，要么该金属线离开散热面以90°的弯角被弯曲。由此该构 件可被移向电路板，而贯穿式插接触点通过以下方式补偿产生的偏 移，即，其在定向时被更深地引入到电路板的接触孔中，其被引入 到接触孔中的程度增加了一个附加的距离。

此外，构件可具有垂直于散热面从构件伸出的金属线，其形成 贯穿式插接触点并且离开构件和散热面延伸。在此，金属线或者设 置成没有弯角，或者金属线被弯曲以形成垂直地离开散热面延伸的 金属线区段。在此，金属线优选地从构件的与散热面相反的一侧垂 直地伸出。

因此，可使用其连接金属线(＝贯穿式插接触点)在构件的下侧 处(也就是说与散热面相反地且面对电路板地)优选垂直地伸出的 构件，或者可使用其连接金属线在构件的侧面处(相对于电路板或 散热面垂直地或倾斜地)伸出的构件。在最后提及的情况中，使贯 穿式插接触点朝向电路板弯曲(以90°的角度)或已经在制造构件 时具有该弯角。

此外，贯穿式插接触点与电路板触点电连接，所述电路板触点 构造在电路板的背离构件的一侧上，或者构造在电路板的面对构件 的一侧上，或者构造在接触孔之内。特别是，不同地布置的电路板 触点可相互组合。在实际的应用中，优选地应用三个所述电路板触 点类型的组合：孔具有金属化的壁，该壁在电路板的两个外侧上与 钎焊孔电连接。电路板触点通过导电的层、特别是由Cu、A1或其它 导电材料、金属或具有某种结构且例如形成钎焊孔的合金制成的层 设置。电路板触点可通过照相平版印刷的蚀刻方法、通过铣削、通 过激光烧蚀或通过类似方法构造。通过特别是借助钎焊建立导电的 材料连接使贯穿式插接触点与电路板触点电连接。在此，可使用回 流钎焊方法或钎焊膏被施加在电路板上侧上(或特别是被施加在接 触孔的内侧上)的钎焊方法。钎焊膏被施加到电路板触点上。贯穿 式插接触点被引入接触孔中并且通过加热使焊料熔化；在冷却之后， 贯穿式插接触点与电路板触点电连接。代替钎焊膏，也可使用以已 知的方式加工的钎焊丝，以便使贯穿式插接触点与电路板持久地且 导电地相连接。钎焊材料特别是被引入接触孔中、优选地被引入在 该处存在的贮藏部中，以提供足够的用于建立钎焊连接的焊剂。

此外，根据本发明规定，固定元件被施加为连续的固定层或以 多个固定元件的形式或以至少一个由固定材料组成的固定材料线 (Fixiermaterialstrang)的形式施加。优选地，固定元件的材料作为 点或线被喷涂到电路板上。此外，固定元件的材料可通过冲制、调 配或刮擦被施加。该材料可以透过样板涂装，该样板被布置在电路 板上并且在涂装之后被移除的。得到精确的布置样式。

第一替代方案规定，被施加的固定材料具有随着温度的升高增 加的塑性变形性。例如在使用具有玻璃化温度或玻璃化范围的热塑 性材料作为用于固定元件的材料时，显著地提高了固定元件的塑性 变形性。通过加热，固定元件得到几乎在玻璃化温度或玻璃化范围 之下的温度、优选地在其之下约2℃-50℃。此外，固定元件可被加 热到玻璃化温度或在玻璃化范围之内的温度。此外，固定元件可通 过加热熔化。在通过这种类型的加热提高变形性的同时，通过结构 元件和电路板的彼此接近使固定元件变形。该至少一个固定元件被 加热以在其塑性变形时辅助固定元件的变形。在移动构件之后并且 在固定元件变形之后，通过冷却固定元件使变形性再次下降。由此， 构件被固定在已接近的位置上。用于提高塑性变形性的加热可通过 也使钎焊材料熔化以便借助于钎焊连接使贯穿式插接触点与电路板 电连接的加热提供。

第二优选的替代方案规定，在固定元件的塑性变形之后通过加 热使被施加的固定材料硬化。提供至少一个固定元件的固定材料具 有通过加热明显减小的塑性变形性。该固定材料可包括通过热量凝 固的粘合剂，例如含有溶剂的粘合剂、接触粘合剂或水基的粘合剂 或其它在加热时凝固的物理地粘合的粘合剂、或者例如通过聚合或 其它化学键合凝固的化学地硬化的单组份或多组分粘合剂。作为另 一示例可使用通过UV辐射硬化的粘合剂，其中，为了在将构件布 置到目标位置处之后固化，利用UV辐射使固定元件硬化。当在钎 焊过程中加热电路时，固定元件的材料不损失结构上的完整性。温 度由结构元件的最大的负荷温度和钎焊过程的持续时间得出。

此外，本发明涉及一种带有电路板的电路，在该电路中电子的 构件通过至少一个可塑性变形的固定元件与电路板相连接，其中， 散热面相互对齐，因为相应地塑性变形的固定元件补偿不同的构件 厚度。

根据另一方面，利用重力、弹簧力、气动力或液压力加载所述 表面。该力通过(一个或多个)散热面被传递到构件中的至少一个 处(也就是说至少传递到最远地凸出的构件处)。该构件将合成的 力传递到固定元件上。该传递的力产生固定元件的塑性变形。作为 变形的主要特征，固定元件的在构件和电路板之间的厚度减小。通 过在表面向电路板接近的方向上将表面的运动自由度限制到表面和 电路板之间的最小间距上，表面向电路板的接近被限制到最小间距 上。该限制例如借助于间隔垫圈设置，其中，该最小间距(限制从 该间距起作用)至少像最厚的构件的厚度、优选地包括预先规定的 公差区间长度和/或附加的预先规定的固定元件的最小厚度在内一样 大。通常电路板与热表面的接近被称为热表面朝向电路板的移动。

所述表面由刚性的布置体(优选地由耐热的材料制成)提供， 该布置体此外优选地附加地包括间隔垫圈，通过当间隔垫圈到达电 路板(或另一止挡)时布置体经由该间隔垫圈将所施加的力引导到 电路板(或电路板支架)上，该间隔垫圈限定在表面和电路板之间 的最小间距并且阻止结构元件和电路板的进一步接近。

该方法的一个可特别简单地实现的实施方案规定，通过将提供 相应的表面的压紧装置放置到构件的散热面上，使构件的散热面朝 向电路板移动。该压紧装置具有足够使所述至少一个固定元件塑性 变形的重力。该压紧装置相应于布置体。该实施方案规定，电路板、 固定元件、构件和压紧装置按顺序并且沿与重力相反的方向堆叠。 当放置压紧装置时，可例如在炉、优选在钎焊炉中加热整个组件。 当固定元件的材料至少部分地硬化时，该压紧装置被取下。

此外规定，在电路板、构件和所述至少一个固定元件布置在炉 中期间，实施塑性变形。借助于炉加热固定元件显著减小了固定元 件的粘性。由此软化固定元件。优选地，该固定元件具有热塑性的 特性。炉温度可以以固定元件的玻璃化温度为指导。在塑性变形期 间，也可使钎焊膏熔化，以同时实施两个方法步骤(固定元件的塑 性变形、结构元件的电接触)。

此外，构件被施加到所述至少一个固定元件上优选地包括构件 通过固定元件的粘接特性被固定在固定元件上。该粘接特性由固定 元件的面对构件的表面提供。此外，固定元件可通过固定元件的面 对电路板的表面的粘接特性被粘接到电路板上。

最后，根据该方法的一个实施方式，通过借助于冷却或通过加 热(取决于该固定元件的硬化性能)使固定元件硬化将构件固定在 电路板处。在构件的散热面在固定元件的塑性变形下已布置在相同 的平面中并且由此达到其目标位置之后，构件被固定。在固定构件 之后，一个共同的带有平的吸热面(或相应于所述表面的走向)的 冷却元件被装配到构件的相互对齐的散热面上。在此，优选地在借 助于(薄的)导热介质层的情况下建立在构件的散热面和冷却元件 的吸热面之间的导热的接触。

此外，本发明还规定了一种电路，其按照根据本发明的方法装 备。这种类型的电路具有电路板和装配在该电路板上的多个具有(与 制造相关地或与类型相关地)不同厚度的构件。这些构件具有在电 路板的背离电路板的一侧上的散热面。这些构件还具有贯穿式插接 触点，其垂直于所述散热面延伸。该电路板具有相应的接触孔，在 该接触孔处与电路板电接触的贯穿式插接触点穿过该接触孔延伸。 至少一个由可塑性变形的固定材料制成的固定元件在电路板和构件 之间延伸。该至少一个固定元件提供在构件和电路板之间的机械的 连接。该固定元件优选地构造成连续的固定层或多个固定元件的形 式或至少一个固定材料线的形式。该固定元件还同时如此补偿构件 的不同厚度，使得在散热面和电路板之间的间距对于所有构件来说 是基本上相同的。由此，散热面位于共同的平面中。该共同的平面 形成适于布置一个共同的平的冷却体面的接触平面。替代地，该电 路也可包括至少一个冷却体，其吸热面与(多个构件的)多个散热 面处于传递热的接触中。

可处于如下状态中的材料被称为可塑性变形的固定材料，即在 该状态中可利用在此描述的手段实现塑性变形。因此，固定材料可 从一定的温度起具有持续的变形性(＝塑性变形)的状态(在热塑性 塑料的意义上讲)，或者当使用粘合剂作为固定材料时，在固定材 料通过加热或其它方式的硬化而凝固之前，该固定材料可具有该状 态。

附图说明

图1示出了根据本发明的电路，其也用于解释根据本发明的方 法。

具体实施方式

图1示出了具有电路板10、例如环氧树脂电路板的根据本发明 的电路，该电路板10装配有多个结构元件20、22、24。这些结构元 件具有贯穿式插接触点30、32、34，其端部区段被插入相对应的接 触孔40、42、44中。结构元件20、22、24配备有散热面50、52、 54，其由相应的冷却条60、62、64形成。特别地，用于所谓的插上 装配(Slug-Up-Montage)的结构形式(在其中，冷却条板布置在内 部的结构元件、例如半导体芯片的一侧上，而电的接触平面位于内 部的结构元件的与此相反的一侧上)属于冷却条布置在与电路板相 对的一侧上的结构形式。作为产生热的结构元件，特别是可考虑功 率放大器部件、功率半导体或其它具有高损失功率的构件，以及以 时钟信号工作的结构元件，例如控制器、CPU等，其同样产生大量 需排出的热。

电路板10还包括由导电的且可钎焊的材料制成的电路板触点 70、72、74。电路板触点70、72构造成表面的钎焊孔，其布置在电 路板10的下侧以及上侧上。电路板触点74构造成在接触孔44中的 内部的接触面。在实际的应用中，电路板触点大多被实施成所有三 个所述实施方案70、72和74的组合，也就是说实施成其壁被金属 化的孔，并且在电路板的两个外层中的每一个上存在一个与所述金 属化的壁导电连接的钎焊孔。利用双线示出了在触点70、72上的钎 焊孔的外表面的走向。在电路板触点70-74和相对应的贯穿式插接触 点30、32、34或更确切地说其端部之间设置钎焊连接，其或者是在 表面上(见在电路板触点70、72处)要么设置在电路板10内部， 或者在表面上且设置在电路板内部。与电路板的结构和所要求的相 应联接部的电流承载能力相关地，电路板触点与一个联接部或多个 联接部相连接，例如一个外部的或内部的导体电路76、或者两个外 部的导体电路或者两个外部的和一个或多个内部的导体电路。

结构元件20和22具有金属线作为贯穿式插接触点30、32，其 侧向地从构件中伸出并且具有弯角以垂直地延伸到相关的接触孔 40、42中。结构元件24具有至少一个金属线34作为贯穿式插接触 点，其在构件的下侧上从构件中出来并且在没有弯角的情况下延伸 到相关的接触孔44中。由此，构件24与构件20-22不同。

此外，构件20-24在钎焊条的厚度方面以及由此也在总厚度方面 不同。该不同通过不同的结构形式(参见20和24)以及通过在制造 时的偏差或公差(参见20和22)产生。

为了补偿这些不同(其区别在图1中以突出放大的方式示出)， 设置固定元件80-84，其以不同的程度被按压。优选地，每个结构元 件不仅可以使用一个固定元件(例如在图1中为了更好的可见性示 出的那样)，而且每个构件也可以使用多个单粘接点形式的固定元 件。通过固定元件80-84实现了，所有散热面50-54位于同一平面 90中。冷却体100的平的吸热面也在该平面中延伸。

在根据本发明的方法的范围中，首先设置带有接触孔40-44以及 电路板触点70-74的电路板10。该接触孔被钻出且为在壁处金属化 的通孔。之后，例如通过调配、冲制、喷射和/或刮涂施加特别是固 定粘合剂形式的固定元件80-84。随后，将结构元件60-64装备(布 置)到固定元件80-84上以及同时将贯穿式插接触点30-34插入到接 触孔40-44中或者说穿过接触孔40-44。以点划线示出的布置体110 为每个结构元件20-24提供一个臂120-124，其中，这些臂的下侧共 同提供这样的表面，即，利用该表面将压力施加到结构元件20-24 上，以用于将结构元件压入固定元件80-84中，该固定元件80-84随 后塑性变形。布置体110还包括间隔垫片130、132，其比臂120-124 更长，并且限制布置体110和电路板130的接近。臂120-124的下侧 沿着以虚线示出的同一个平面90延伸。

随后，再次取下布置体110。在例如通过钎焊建立电连接之后， 冷却体100被装配在位于平面90中的散热面50-54上。因此，对于 每个构件来说，在构件的散热面50-54和冷却体之间的间距是相同 的，因为由固定元件80-84的变形补偿了不同的厚度。在一个优选的 实现方案中，该间距相应于在其之间延伸的导热介质的厚度。