專利名稱：微型熔錫鍋的制作方法
微型熔錫鍋技術領域本揭示案大體上涉及焊接技術，且更明確來說，涉及一種用于使用微型熔錫鍋焊接 細導線的技術和設備。
技術背景一種在連接器中進行導線端接的最普通的方法是將導線手動焊接到焊杯。焊杯可形 成為與特定的導線大小匹配，且幾乎總是形成為接片的一部分，從而節省了狹窄的連接 器內部的空間。遺憾的是，焊杯需要熟練工人非常小心的手動焊接，因為加熱一個杯可 使其相鄰的杯脫焊。焊杯還必須小心地布置在連接器中，以便使其開口總是自其中心面 向外。還非常難以預先預備焊杯以供端接。組裝過程要求在連接器的中間處開始，并首 先將導線焊接到中心焊杯，且緩慢地操作而朝著焊杯的外部同心圓周繼續。如果中間處 的接合點有任何問題，那么再加工過程是非常困難的。在這些約束條件下，生產高質量 的手動焊接接合點是異常困難的。另外，必須用溶劑清洗這些小心地手工制作的接合點， 并經常以機械方式進行擦刷以移除助焊劑殘渣。這導致對導線和焊料接合點的機械應力， 且常引起電故障。隨著互連部分中所用的導線變得越來越小，使用焊杯所包含的困難顯著增加。舉例 來說，手動焊接由非常軟的金屬材料(例如，銀、銅)制成的直徑為0.002英寸(小于 人的頭發的直徑)的導線將導致許多故障。燒焦的助焊劑、氧化以及來自烙鐵的其他污 染物也常轉移到接合點中并將其污染。另外，施加烙鐵的機械杠桿作用較大，且此也可 導致細導線在組裝期間損壞。機械和溶劑清洗過程也導致損壞。發明內容描述一種用于將組件耦合到例如PCB的介電襯底的微型熔錫鍋。


圖1是具有傳熱墊和傳熱焊料的示范性微型熔錫鍋的橫截面圖；圖2是恰好在用烙鐵將熱量施加到傳熱墊之前所展示的圖1的微型熔錫鍋的橫截面圖；圖3是其中插入有導線的圖1的微型熔錫鍋的橫截面圖4A是圖1的微型熔錫鍋的橫截面圖，具有"J"形彎曲的導線插入其中； 圖4B是多種不同的導線端接形狀的側視圖；圖5A是在不將傳熱焊料施加到傳熱墊的情況下另一示范性微型熔錫鍋的橫截面圖；圖5B是類似于圖5A所示的微型熔錫鍋但在傳熱墊與微型熔錫鍋孔之間施加有焊接 掩膜的又一示范性微型熔錫鍋的橫截面圖；圖5C是類似于圖5B所示的微型熔錫鍋但未將傳熱焊料施加到傳熱墊的其它示范性 微型熔錫鍋的橫截面圖；圖6是其中形成有埋頭直孔且未將傳熱焊料施加到傳熱墊的另一示范性微型熔錫鍋 的橫截面圖；圖7是其中形成有埋頭直孔且具備具有傳熱焊料的傳熱墊的示范性微型熔錫鍋的橫 截面圖；圖8是其中形成有埋頭錐孔且具備不具有傳熱焊料的傳熱墊的示范性微型熔錫鍋的 橫截面圖；圖9是其中形成有埋頭錐孔且具備具有傳熱焊料的傳熱墊的示范性微型熔錫鍋的橫 截面圖；圖IOA是具有不規則成形的盲孔的微型熔錫鍋的示范性微型熔錫鍋的透視圖； 圖IOB是圖IOA中所示的但在鍋中定位有焊料的微型熔錫鍋的橫截面透視圖； 圖11是微型熔錫鍋的替代實例的透視圖，其中多個鍋布置在襯底上，且微型熔錫鍋中的每一者利用大小和配置皆不同于其它傳熱墊的傳熱墊；圖12是微型熔錫鍋的另一替代實例的透視圖，其中利用具備具有傳熱焊料的傳熱墊的兩個微型熔錫鍋將組件安裝在襯底的頂部表面上；圖13A是微型熔錫鍋的另一替代實例的透視圖，其中利用將傳熱墊設置在襯底的側表面上的兩個微型熔錫鍋將組件安裝在襯底的頂部表面上；圖13B是類似于圖13A所示的實例但將組件安裝在襯底的一側上，且具有傳熱焊料的傳熱墊設置在襯底的頂部表面上的替代實例的透視圖；圖14A是微型熔錫鍋的替代實例的透視圖，其中將管腳安裝在襯底中的孔中，且將微型熔錫鍋定位在管腳的頂端內，并將具有傳熱焊料的傳熱墊耦合到管腳； 圖14B是將導線安裝在微型熔錫鍋中的圖14A中所示的實例的透視圖； 圖15A是又一示范性微型熔錫鍋的透視圖，其中單個孔耦合到上面設置有傳熱焊料的四個傳熱墊，且每一傳熱墊與微型熔錫鍋熱連通；
圖15B是又一示范性微型熔錫鍋的透視圖，其中單個孔耦合到具有傳熱焊料的四個 傳熱墊；圖16A是其它示范性微型熔錫鍋的透視圖，其中管腳定位在其中設置有焊料的第一開口中，傳熱墊從第一開口延伸并經過第二開口，且傳熱墊具有傳熱焊料，且焊接掩膜定位在傳熱導管上圖16B是圖16A中所示的實例的透視圖，其中導線安裝在第二孔中；圖17A是替代實例的透視圖，其中管腳穿過第一孔安裝在襯底中，且四個傳熱墊從管腳延伸，且四個傳熱墊中的每一者具有第二孔以用于在其中接納導線，且傳熱焊料定位在每一傳熱墊上；圖17B類似于圖17A中所示的實例，但傳熱焊料定位在第一孔的頂部上，在管腳之上；圖18A是又一示范性微型熔錫鍋的透視圖，其中孔眼環安裝在襯底中的通孔中，且 傳熱墊與孔眼環熱連通；以及圖18B是圖18A的微型熔錫鍋的側視圖。
具體實施方式
微型熔錫鍋用于將例如導線的組件附接到例如印刷電路板("PCB")的襯底。在一 個實例中，由設置在襯底內的鍍銅孔形成微型熔錫鍋。傳熱墊與孔熱連通，且因此與所 述孔中的鍍層熱連通。連接焊料設置在所述孔中，使得在加熱連接焊料時可將導線插入 所述連接焊料中。利用一個或一個以上傳熱墊來加熱連接焊料，其中由與所述傳熱墊熱 連通的熱源對所述傳熱墊進行作用。當移除熱源時，連接焊料冷卻并硬化。因此，組件 附接到襯底，并使得組件在機械上受限制且在需要時與襯底上的其它組件電連通。可將焊料施加到傳熱墊，以便促進外部熱源與傳熱墊之間的熱傳遞，但這并不是絕 對需要的。所施加的電介質(例如焊接掩膜或其它已知的施加的電介質)可用于防止傳 熱焊料與連接焊料混合，以便防止污染組件焊料接合點。孔可包含埋頭錐孔、埋頭直孔或其中的用于促進組件的插入，用于容納額外量的連 接焊料，和/或用于空間和電氣跡線路由原因的其它形成物。孔的鍍覆層可經延伸以在孔 的周圍在襯底的表面上形成環圈，以及形成傳熱墊。在組件為導線時，在將導線插入微 型熔錫鍋中時，通常將其剝離，且有時經纏結，并用焊料在其上鍍錫。可形成或彎曲待 插入微型熔錫鍋中的導線的末端，以便在焊料中增強機械保持力，并增加電氣性能。示范性過程允許對導線的預鍍錫和預清洗，和對襯底上的微型熔錫鍋的預鍍錫和預 清洗。接著可使用傳熱墊對微型熔錫鍋進行回焊，且可在不使用任何額外的助焊劑的情 況下將導線焊接到襯底上的微型瑢錫鍋。這允許形成高質量的焊料接合點，而不會需要 使細導線與烙鐵或其它熱源物理接觸。另外，不需要粗暴的清洗。在救生醫用裝置的專 業領域中，此系統和過程導致直接的大量人力減少，產生高達30%的改進。整個系統的 質量和功能性隨之增加。現在參看圖式，圖1說明用于將例如導線30的組件附接到絕緣體或襯底10的微型 熔錫鍋5。如本文所使用的術語"組件"意味著涵蓋可安裝在絕緣襯底10 (例如，PCB) 上的所有類型組件。在本文中可互換地使用術語"組件"和"導線"。術語"一起"或"單 獨"意味著涵蓋所有類型的組件，包含導線、通孔組件、表面安裝組件、彈簧、夾子和 可連接到PCB的其它已知物品。絕緣體IO可為由玻璃纖維(即，FR-4)制成的常規印 刷電路板，所述印刷電路板上面形成有由軋制和退火的銅、電鍍的銅、鎳、金等制成的 傳導跡線(但是例如聚酰亞胺、聚四氟乙烯、陶瓷疊片、玻璃織物、熱塑性塑料、特氟 綸和類似物以及其它材料的其它襯底材料可用作玻璃纖維的直接替代物，且幾乎任何傳 導材料都可用作銅的直接替代物)。在絕緣體10內形成開口或通路12 (在本文還被稱作"孔")。通路12從絕緣體10 的第一頂部側14延伸到絕緣體10的第二底部側16。或者，通路12可為僅部分延伸穿 過絕緣體10的盲孔。通路12可具有任何幾何形狀，只要一側在襯底10的第一側14或 第二側16是開放的。用傳導材料18涂覆通路12的內表面。傳導材料18與襯底10上形 成的跡線電連通，以便在襯底上形成所需的電路圖案(未圖示)。使用用于將導線30機 械和/或電氣地連接到絕緣體10的填充材料26 (例如，焊料)來填充通路12。或者，可 使用任何可成形的傳導材料或分層材料系列(例如傳導性環氧樹脂、銀墨、含鉛焊料、 不含鉛焊料、銅焊、傳導性聚合物、電鍍金屬、噴鍍或濺鍍金屬、電解沉積的金屬等) 作為填充材料26。如果不需要導電性，那么僅需要材料是可熱成形的。如圖1中可見，傳導材料18從孔12延伸，且形成鄰近并最佳環繞通路12周圍的垂 直平表面的傳導結構100。此傳導結構100在孔12是圓形孔的情況下是孔12周圍的環 圈，或可以是環繞孔的外圍的任何形狀。傳導材料18可凹入襯底10的頂部表面14中， 或位于頂部表面14上。傳導結構100熱耦合到位于孔12的內部上的傳導材料18。雖然界定傳導結構100 的此傳導材料18被展示為完全環繞通路12的平表面，但如果需要的話其可僅部分環繞 通路12。此外，耦合到通路12的傳導材料18包含在絕緣體IO的頂部側14上延伸遠離
傳導結構100的由傳導材料形成的路徑或邊界層。此路徑或邊界層形成傳熱墊20。在一 些實例中，也形成傳熱導管21。傳熱導管21是在傳熱墊20與(當存在傳導結構100時) 傳導結構100或(當不存在傳導結構100時)通路12之間延伸的傳導材料18。傳熱材 料27 (例如，焊料)可定位在或沉積在傳熱墊20的頂部上。如稍后論述，傳熱材料27 是可選的。從孔12延伸到墊20的傳導材料18可為單種材料或多種材料。在一個實例中，傳導 材料18可以是從孔12的內部圍繞傳導結構100、沿著傳熱導管21并在傳熱墊20上延 伸的銅。在另一實例中，不同的傳導材料可用于傳導材料18的各部分。舉例來說，孔 12內的涂層可為銅，而襯底10的頂部表面14上的傳導材料18可為另一傳導材料。傳 熱材料可導熱，同時是電絕緣體。如圖1中所示，頂部電介質22位于襯底10和傳熱導管21 (其為傳導層18的一部 分)上方。暴露通路12、通路周圍的表面區域114，和傳熱墊20。通路12的內壁以及傳 導結構100與傳熱墊20熱連通，因為它們由頂部電介質22下方的傳導材料18的傳熱導 管21連接在一起。頂部電介質22可以是焊接掩膜。還可提供底部電介質或焊接掩膜。將頂部電介質22施加到絕緣體10的頂部側14，以防止填充材料26在絕緣體10的 頂部側14上流動，從而有助于在視覺上識別通路12和傳熱墊20，以提供傳熱墊20與 傳導結構IOO的機械分離，且/或避免填充材料26與傳熱材料27的混合。另外，圖2中 所示的烙鐵28常自身涂覆有焊料，使得當將其施加到傳熱墊20時，某些焊料將從烙鐵 28的頂端轉移。因此，焊接掩膜22防止焊料在傳熱墊20與通路12之間混合以及加熱 元件或烙鐵28上留存的殘余焊料與通路12之間混合。在某些實例中，形成頂部電介質 22，使得當大量焊料在通路12和傳導結構100的頂部上以及傳熱墊20上流動時，填充 材料26和傳熱材料27可維持分離。如圖1中可見，頂部電介質22不允許填充材料26在通路12與傳熱墊20之間(反 之亦然)流動。類似地，將底部電介質24施加到絕緣體IO的第二側16。底部電介質24 (其可為焊接掩膜)中形成有開口，以允許填充材料26也流動穿過通路12，并在設置 在絕緣體10的底部側16上的另一傳導結構100上流動。將傳熱材料27與填充材料26 分離使得熱源(未圖示)不會污染填充材料26，同時增加熱源與傳熱墊20之間的熱連 通。如先前所論述，傳熱材料27是可選的。傳熱材料是有利的，因為其促進熱量從加熱 元件28 (例如，烙鐵)傳遞到傳熱墊20、傳導材料18，和最終的填充材料26。在一個實例中，通過使絕緣體10的第一側14通過波焊機(未圖示)而用填充材料 26填充通路12。當絕緣體IO通過波焊機時，來自所述機器的焊料流入通路12中。此外， 可在絕緣體10移動穿過所述機器的同時將傳熱材料27施加到傳熱墊20。如圖2中所示，為了將導線30附接到絕緣體10，且因此附接到傳導材料18,從加 熱元件28的頂端將熱能傳遞到傳熱材料27。當加熱元件28的頂端接觸傳熱墊20上的 傳熱材料27時，傳熱材料27到達其液相點并通過毛細作用到達加熱元件28，進而顯著 地提高加熱元件28與傳熱墊20上的傳導材料18之間的熱連通。熱能行進穿過傳熱導管， 且從該處到達傳導結構100，且因此進入涂覆在通路12的壁上的傳導材料18中，且從 該處向內朝向填充材料26行進。當填充材料26吸收此熱能時，其到達其液相點，且變 為可用，而不需要加熱元件28接觸填充材料26或導線30。因此，如果將所需的填充材 料26施加到通路12，可能在含鉛和不含鉛的應用中進行，而不必改變加熱元件28。如 果不將傳熱材料27施加到傳熱墊20，那么此尤其可行。如圖3中所示， 一旦將通路12內的填充材料26加熱到其液相點，就將導線或組件 30(優選已將其絕緣物剝離(如果需要的話)，將其內部導體纏結和鍍錫(如果需要的話)) 插入通路12和填充材料26中。優選將導線30插入超過絕緣體10的第一側14,直到導 線30的末端與絕緣體10的第二側16齊平或超過所述第二側16。所屬領域的技術人員 應認識到，還可以如同從第一側16插入導線20那樣容易地從襯底10的第二側16插入 導線30。在填充材料26與導線30之間形成良好的焊料接合點，因為來自填充材料26 的熱量對導線30進行加熱，并促使填充材料26朝著導線30進行毛細作用。在插入導線 30期間從加熱元件28施加到傳熱墊20的連續熱量確保使導線30合適潤濕。在已插入 導線30之后，從傳熱墊20移除加熱元件28，這允許自然對流和其它此類方法快速地使 填充材料26的溫度下降到其液相點以下，從而固化導線30與通路12之間的接合點。為了附接"難焊接材料"(例如，不銹鋼、鎳鉻合金、鋁鎳合金、銅鎳合金和其它此 類材料)，導線30除了其它形狀之外可含有例如在頂端的"J"或"Z"形彎曲的成形末 端。參看圖4A，導線30的頂端展示為形成為"J"形，在來自加熱元件28的熱量使填 充材料26達到其液相點之后，將所述頂端插入填充材料26中。在形成并插入"J"形于 填充材料26中之前，優選將導線30剝離、纏結并鍍錫。然而，微型熔錫鍋系統的性質 使得填充材料26內含有的許多雜質出現在表面14附近，其中雜質對最終接合點的機電 性能幾乎不具有影響。這意味著不必在將導線30的絕緣物移除之后才將其插入填充材料 26中。成形的末端通過被囊裝在熔化的填充材料26中而提供導線30在通路12內的機械保持力。即使在導線30與填充材料26之間未出現完全的潤濕，在填充材料16的表面 下方"J"形的底部也提供額外的機械保持力，并常提供增加的電連通。這在停止從加熱 元件28傳輸熱能時使導線30穩固地保持在合適的位置。導線30的末端上的成形引線可 完全穿過填充材料26而突出。或者，導線30的末端上的成形引線可完全定位在填充材 料26內。圖4B描繪可用于改進導線30在微型熔錫鍋10中的保持力的各種導線配置。導線 105具有圈形彎曲。導線106具有"V"形彎曲。導線107具有"W"形彎曲。導線108 具有"垂直V"形彎曲。導線109具有末端球。導線IIO具有"C"形彎曲，且導線111 具有陷型末端。這些成形的導線還可提供電連通方面的增加。參看圖5A，微型熔錫鍋5被展示為不具有定位在傳熱墊20上的傳熱材料27。頂部 焊接掩膜或電介質22未將傳熱墊20與傳導結構IOO分離。在此實例中，將加熱元件28 的頂端直接施加到傳熱墊20，以便將熱量通過傳導材料18傳輸到達填充材料26。在所 有其它方面，此微型熔錫鍋5實例等同于上文所述的實例。在實踐中，因為傳熱材料27 有助于將熱能傳輸到傳熱墊，所以圖5A的實例(其它部分是相同結構)消耗較長的加熱 時間。因此，將填充材料26加熱到液相階段將需要更長的時間。圖5B類似于圖5A，但包含定位在傳導結構100的頂部上的電介質或焊接掩膜22。 在操作中，許多加熱元件28將在其頂端上留有焊料殘渣。甚至可在傳熱墊20上不具有 傳熱材料27時利用焊接掩膜22，且其可有助于防止留存在烙鐵28上的剩余焊料進入傳 導結構100或填充材料26。圖5C將傳熱材料或焊料塊27添加到傳熱墊20。電介質22 有助于阻止焊料在傳熱墊20與填充材料26之間轉移。圖6類似于圖5A中所示的實例，但描繪具有埋頭直孔34的微型熔錫鍋5。形成通 路12，其中埋頭直孔34從絕緣體10的第一側14開始延伸。埋頭直孔34允許在通路12 內側的預定區域中填充材料26的體積的受控變化，以及提供供插入導線30的"增加的" 目標。當使用導線30的成形的頂端時，此尤其有用。圖7類似于圖6中所示的實例，但還包含沉積在傳熱墊20上的傳熱材料27。如上 文先前所述，將傳熱材料27施加到傳熱墊20，以便增加加熱元件28與填充材料26之 間的熱連通。頂部電介質22防止傳熱材料27流入并污染填充材料26。圖8和9展示具有和不具有傳熱材料27的具有埋頭錐孔36的微型熔錫鍋5。如圖8 中所示的微型熔錫鍋5不包含傳熱材料27，而圖9中所示的微型熔錫鍋5包含傳熱材料 27。圖9還包含頂部電介質22，其防止傳熱材料27在傳熱墊20與通路12之間移動。
埋頭錐孔36使得能將額外的填充材料26添加到通路12，以及提供更大的目標區域以供 導線或組件30插入，同時在所涉及的直徑之間有比圖6中的情況更平滑的過渡。圖10A和10B描繪安裝在襯底10上的另一示范性微型熔錫鍋5。微型熔錫鍋5具有 不規則形狀。在此實例中，所述形狀類似于鑰匙孔形狀。所描繪的盲孔提供更大的焊料 容積，其可能是纏結的導線或其它連接器所需的。本示范性微型熔錫鍋5允許可變的形 狀，以涵蓋具有奇怪形狀的裝置和多個導線。此實例并未利用通孔。作為替代，微型熔 錫鍋5定位在襯底10的頂部表面中界定的凹部或通路12中。如圖10A中所示，傳導材料18定位在微型熔錫鍋5中，位于通路12的底部處，在 通路12的側壁上，并圍繞通路的邊緣100。圍繞通路12的傳導材料18沿著傳熱導管21 延伸到傳熱墊20，且焊接掩膜22或頂部電介質定位在傳熱墊與傳導材料18的邊緣100 之間。圖10B展示定位在通路中的填充材料26 (例如，焊料)。在圖10B中，傳導材料 18僅定位在通路12的邊緣100周圍，且不沉積在通路12的底部表面上或通路12的內 側壁上。使用波焊機可容易地用焊料26填充圖IOA的實例，而較佳利用(除了其它已知 的填充技術之外)例如使用氣壓注射器的涂裝或注射焊料膏的技術來填充在孔的底部表 面上不具有傳導材料的圖10B的實例。涂11展示布置在襯底10的第一側14上的三個不同的微型熔錫鍋5的配置。所描繪 的實例展示可如何結合通路12來利用不同大小的傳熱導管21。微型熔錫鍋5具有由填 充材料26填充的通孔12，且由傳導材料制成的環圈IOO在每一通孔或通路12周圍提供 傳導結構IOO。傳熱墊20通過傳熱導管21熱耦合到傳導結構IOO。絕緣電介質22或焊 接掩膜定位在傳熱墊20與通路12的邊緣周圍的傳導結構IOO之間的傳導材料18上。另 外，傳熱材料27定位在每一傳熱墊20上。在襯底10上定位有三個不同的熔錫鍋5的布置。最左邊的熔錫鍋5具有較大面積的 傳導材料18 (例如，圖5c中所示)，其定位在頂部電介質22下方，充當從傳熱墊20到 通路12的傳熱導管21。中央的熔錫鍋5具有較小面積的傳導材料18 (例如，圖5c中所 示)，其充當傳熱導管21。最右邊的熔錫鍋5具有漏斗形的傳導材料18區域(例如，圖 5c中所示)，其充當傳熱導管21。改變傳熱導管21的大小和形狀來控制每單位時間傳送 的能量的量。此允許用較低溫度的絕緣物、較低的熔化溫度等來焊接導線30。圖12說明用于將組件30表面安裝在襯底10上的兩個微型熔錫鍋5。此實例允許焊 接或脫焊表面安裝組件，例如，在再加工或修復裝置的過程中；或例如在完成印刷電路 組合件之后添加、減少或調節電阻器。此允許在執行無助焊劑焊接或使用不清潔的助焊
劑時進行焊接，而不必第二次清洗印刷電路組合件。在此實例中，利用兩個微型熔錫鍋 5。填充材料26定位在部分延伸或完全延伸穿過襯底10的通路12的每一者中。在通路 12的頂部上形成焊盤102，使得填充材料26在頂部表面的平面上以焊料或其它填充材料 21的塊或泡泡的形式存在。傳熱墊20通過定位在襯底12上位于頂部電介質22下方的 傳導材料18而連接到每一通路12。傳熱材料27定位在每一傳熱墊20上。當熱源28將 熱量施加到傳熱材料27時，熱能從傳熱墊20傳遞到填充材料26，以允許將組件101焊 接到襯底。組件101還可包含延伸到下方通路12中的管腳(未圖示)。圖13A類似于圖12，但在此情況下包含定位在襯底IO的第一側14上的傳熱墊20， 同時傳熱材料27定位在襯底10的那側中形成的凹部中。由加熱元件28施加到傳熱材料 27的熱量傳導到傳熱墊20，其傳導到填充材料26以加熱焊料，并將組件101固定到襯 底的第一側。此實例具有與上文結合圖12論述的益處類似的益處，并允許側部進入和較 低的污染焊料接合點的機會。圖13B類似于圖13A,但在圖13B中，通路12形成在襯底10的一側上，且填充材 料26定位在每一通路12中。這些類型的通路被稱為"分裂通路"。加熱墊20和傳熱材 料27定位在襯底10的第一側上，并通過傳導材料18耦合到通路12。傳導材料18形成 在襯底10的第一側14上通路的邊緣周圍，以界定圍繞每一通路12的焊盤102。頂部電 介質22定位在每一傳熱墊20與每一焊盤102之間。在此實例中，組件101安裝到襯底 IO的側部。當通過加熱元件28將熱量施加到傳熱材料27時，通路12中的填充材料26 被加熱。當填充材料26被加熱時，可將組件101安裝到襯底的側表面。組件101可具有 延伸到通路12中的管腳。或者，組件可不具有管腳。此實例具有與上文結合圖12論述 的益處類似的益處，并允許側部進入且降低污染焊料接合點的機會。側部安裝還允許襯 底的頂部上有更多的空間用于其它組件。圖14A和14B描繪形成在襯底10中的另一示范性微型熔錫鍋5。在此實例中，管腳 112定位在通路12中，且整體延伸穿過襯底10,使得管腳的頂端與襯底10的第一側或 頂部14齊平。在此實例中，管腳具有嵌入其上部末端中的通路12a。通路12a被填充材 料26填充。可預先填充或在將管腳112安裝在通路12中后填充填充材料。微型熔錫鍋5 以與先前論述的方式相同的方式操作，其中用加熱元件28將熱量施加到設置在加熱墊 20的頂部上的傳熱材料27。將熱能從加熱墊傳遞到設置在襯底10的頂部側14上通路 12周圍的傳導材料100的環圈。此實例還利用定位在傳導導管上的頂部電介質22，此有 助于防止焊料從傳熱材料27進入填充材料26。因為管腳112包含在管腳的中心處界定的通路12，所以一旦將熱量施加到傳熱材料27便可將導線30插入填充材料26中。導線 或組件與管腳112電連通。此實例允許改變組件、導線和裝置。圖15A和15B描繪微型熔錫鍋5的另一實例。在此實例中，四個傳熱墊20和其關 聯的傳導材料18耦合到單個通路12。通路12定位在四個傳熱墊20的中心處，但所述 傳熱墊20可具有不同的布置。傳熱墊20每一者在此特定實例中皆具有傳熱材料27,但 并不需要具有傳熱材料27。另外，第一電介質22定位在每一傳熱墊20與形成在襯底10 的頂側14上位于通路12周圍的傳導結構IOO之間。在這些實例中，管腳112定位在通 路12中。如圖15A中所示，所述管腳可完全延伸穿過襯底，或可沿著通路12的長度部 分延伸。管腳112可包含或可不包含鉆進管腳112的中心中的用于接納填充材料26和導 線30的孔12。這些實例允許多個方向上的多個進入點。從接合點的多個側提供進入， 如果在單一時間利用所有四個傳熱墊20，那么這可提供四倍的傳熱。這意味著可使用較 大的裝置或導線以及較大的熱質量。除了其它益處之外，益處包含較快速的焊接。可將 熱量施加到傳熱墊中的一者或一者以上。在傳熱墊中的一者或一者以上受到外殼內的其 它組件或部件阻隔時，圖15A和15B中所示的實例也是有利的，因為所述設計提供多個 進入點和多個進入方向。在此情況下，不受阻隔的傳熱墊20可用于加熱填充材料，以允 許將導線30插入通路12中。因此，可單獨地或多個地使用圖15A和15B的加熱墊20。在圖15A中，填充材料26定位在通路12中，位于管腳112的上部末端中。當將熱 量施加到傳熱材料以使得焊料26進入液相狀態時，可將導線30插入管腳112的上部末 端中界定的通路12。在圖15B中，在通路12的頂部上形成如同焊料泡泡的填充材料26。所述管腳可或 可不與襯底10的頂部表面14齊平。如果管腳不齊平，那么焊料有助于在開口中結合導 線30。另外，通過利用焊料26，在管腳與孔12之間允許更多的變化、公差。另外，焊 料26的使用增強了管腳112與孔12周圍的鍍覆物之間的電連通。如果管腳112不延伸 到襯底10的頂部14，那么將使通路保持較大以用于接納導線30或另一組件。在圖15A 和15B兩者中，可將管腳壓入配合到通路12中。通路中的焊料26將有助于加強通路與 管腳112之間的結合。圖16A和16B描繪具有上面定位有傳熱材料的傳熱墊20的微型熔錫鍋5的替代實 例。管腳112位于第一通路12a中，且導線30位于第二通路12b中，其中第二通路12b 定位在傳熱墊20與第一通路12a之間。傳導材料18涂覆第一和第二通路12a、 12b的內 側，并延伸到襯底10的頂部表面14。襯底的頂部表面14上的傳導材料18布置在孔的 周圍，以形成傳導結構100，所述傳導結構100形成到達傳熱墊20的傳導路徑。例如焊 接掩膜的絕緣頂部電介質22定位在傳導材料18上。此設計允許了從導線到管腳的電氣 路徑，且有用于組裝后的修復和安置。圖16B展示在將導線30插入第二通路12b中后的組合件。圖16A展示管腳112的 頂部與襯底10的頂部表面14齊平。雖然未圖示，焊料26可被定位為在管腳頭部的頂部 上的珠粒，且當用傳熱墊20加熱時，所述焊料可用以加強通路12a與管腳112之間的結 合。管腳112可替代地凹入第一通路12a中，使得管腳112的頂部定位在頂部表面14下 方。焊料或其它填充材料26可定位在第一通路12a中。此焊料可用以加強管腳對通路的 結合，并還可用于連接額外的組件。管腳112的上部末端可包含形成在管腳112的頂部 中的熔錫鍋，使得可將組件插入管腳112中，如先前實例中所示。管腳可用于在完成組 合件之后通過對管腳進行直接加熱來回悍焊料接合點。因為管腳112是金屬的，所以對 管腳112的加熱用以加熱通路12b內側和管腳上的傳導材料18。熱量沿著管腳112和傳 導材料18行進到焊料接合點本身，從而允許在初始完成組合件之后進行再加工和修復。圖17A和17B描繪多個實例，其中連同多個導線目的地而提供多個路徑，且管腳112 定位在路徑的中心處。圖17A和17B實質上是圖15A和16A、以及15B和16B中所示 的元件的組合。將管腳插入中心通路12c中的傳熱墊20的中心中，且額外的管腳接納通 路12d定位在各別的傳熱墊20與中心通路12c之間的中心通路12c周圍。應注意，通路 12a和12b分別類似于通路12c和12d，只是通路12c與一個以上通路12d連通。類似于 先前實例，通過用加熱元件28將熱量施加到傳熱材料27和傳熱墊20來加熱傳熱材料 18和填充材料26。所描繪實例中的管腳112被展示為與絕緣襯底IO的頂部表面14齊平， 但還可凹入到所述表面下方。雖然管腳112優選被壓入配合在中心通路12c中，焊料26 可用以進一步鞏固管腳112與通路12c之間的接合點，如圖17B中所示。或者，如上文 所論述，管腳112可凹入到頂部表面14下方，或熔錫鍋5可形成在管腳的頂端中以用于 接納填充材料26。在將管腳安裝在通路中之前可預先將管腳112鍍錫或用焊料26填充。圖18A和18B展示微型熔錫鍋的替代的低成本實例，其中利用孔眼環113來代替使 用傳導材料18涂覆通路12的內部(例如，如先前在圖1-5中所示)。孔眼環113在所描 繪的實例中是圓柱形的，但依據通路12的形狀也可具有不同的形狀。在圖18A和18B 的所描繪實例中，孔眼環113或鉚釘狀結構定位在通路12內。所示的孔眼環113具有置 于襯底10的頂部表面14上的頂部孔眼環結構104和置于襯底10的底部表面16上的底 部孔眼環結構103。孔眼環113可為具有盲孔的金屬圓柱體，所述盲孔是穿過一個端面鉆 到一半而形成的，且圓柱體被壓入孔12中。可利用孔眼環113中的孔是通孔的其它孔眼 環。傳導材料18定位在襯底100的頂部表面14上，位于通路12周圍，并形成從傳熱墊 20到通路的傳導路徑。因為孔眼環頂部凸緣104位于傳導材料18上，所以熱能可從傳 熱材料傳遞到頂部電介質22下方的傳熱墊，到達孔眼環113。當使用孔眼環113時，不 需要用傳導材料涂覆通路12的內側。在不需要鍍覆通路的情況下，此導致較低成本的鍍 覆通孔。還可利用其它插入件來代替孔眼環113，例如不具有頂端的管腳。雖然已結合微型熔錫鍋5對印刷電路板的應用而論述了微型熔錫鍋5，應認識到， 可在較大規模上使用相同熔錫鍋。因此，如本文所使用的術語"微型"不應限于微型環 境，而是應解釋為應用于任何大小的環境。上文描述的技術也可進行按比例縮放。最重 要的注意事項是孔直徑和孔深度的縱橫比，以及填充材料26橫跨任何給定的孔直徑的能 力。雖然己將通路或孔12展示為圓形并具有圓柱形狀，所屬領域的技術人員應了解，可 利用任何大小和形狀的孔。舉例來說，設想了許多非圓形的孔形狀，例如(除了其它已 知形狀之外)橢圓形、正方形、矩形和三角形。所主張的實例不限于圓形、圓柱形孔12。 另外，雖然在圖式中展示單層襯底，但所屬領域的技術人員應了解，上文所述的實例可 等同地用于多個層的襯底中(例如，多層襯底)。因此，權利要求不限于單層襯底。所屬領域的技術人員應了解，在不脫離本文所述的概念和技術的本質特征的情況下， 所述概念和技術可以各種特定方式體現。本文揭示的實例在所有方面都應視為說明性的， 而不是限制性的。由所附權利要求書而不是前文描述來指示本發明的范疇，且意欲包含 處于其等效物的含義和范圍內的所有改變。
權利要求
1. 一種微型熔錫鍋，其包括介電襯底，所述介電襯底中形成有至少一個孔； 傳導涂層，其耦合到所述孔的內部；以及至少一個傳熱墊，其與所述孔隔開，與所述孔的所述傳導涂層熱連通，其中當將 所述傳熱墊暴露于熱源時，加熱所述孔內的所述傳導涂層。
2. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其進一步包括設置在所述孔中的熱活化傳導材 料，其中當將所述傳熱墊暴露于熱源時，所述熱活化傳導材料變為液相，使得可將 組件插入所述液相材料中，且當移除所述熱源時，所述熱活化傳導材料冷卻，以將 所述組件耦合到所述孔中的所述傳導涂層。
3. 根據權利要求l所述的熔錫鍋，其中所述至少一個孔是從包含通孔和盲孔的群組中 選出。
4. 根據權利要求2所述的微型熔錫鍋，其中所述組件電耦合到所述孔中的所述傳導涂 層，且所述襯底包括電引線，以用于將電流傳輸到所述組件或傳輸來自所述組件的 電流。
5. 根據權利要求2所述的微型熔錫鍋，其中所述傳熱墊通過至少一個傳導材料導管而 熱耦合到所述孔中的所述傳導涂層。
6. 根據權利要求1所述的微型熔錫鍋，其進一步包括定位在所述傳熱墊上的熱活化傳 導材料，以改進從熱源到所述孔中的所述傳導涂層的傳熱。
7. 根據權利要求5所述的微型熔錫鍋，其進一步包括定位在所述傳熱墊上的熱活化傳 導材料，以及定位在所述傳導導管的至少一部分上的介電障壁，所述介電障壁用以 阻止所述傳熱墊上的所述熱活化傳導材料與定位在所述孔中的所述熱活化傳導材 料進行混合，且反之亦然。
8. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其中所述至少一個孔是圓形橫截面和非圓形橫 截面中的一者。
9. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其中所述至少一個孔含有埋頭直孔和埋頭錐孔 中的至少一者。
10. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其中所述孔中的所述傳導涂層由插入件提供。
11. 根據權利要求5所述的微型熔錫鍋，其中所述孔的所述傳導涂層延伸到所述介電襯底的表面，以在所述孔的外圍的至少一部分周圍形成傳導結構，且所述傳導結構熱 耦合到所述傳熱墊。
12. 根據權利要求11所述的微型熔錫鍋，其中所述傳導結構是定位在所述介電襯底上界 定的凹部內和定位在所述介電襯底的所述表面上中的至少一者，所述傳熱墊是定位 在所述介電襯底上界定的凹部內和定位在所述介電襯底的所述表面上中的至少一 者，且所述傳導導管是定位在所述介電襯底上界定的凹部內和定位在所述介電襯底 的所述表面上中的至少一者。
13. 根據權利要求5所述的微型熔錫鍋，其中所述孔的所述傳導涂層延伸到所述介電襯 底的所述表面，以在所述孔的外圍周圍形成傳導結構，且所述傳導結構的形狀是圍 繞所述孔的環狀，并熱耦合到所述傳熱導管和所述傳熱墊。
14. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其中所述至少一個孔包括多個孔，且所述至少 一個傳熱墊與所述孔中的一個以上孔中的所述傳導涂層熱連通。
15. 根據權利要求14所述的微型熔錫鍋，其中所述傳熱墊進一步與所述多個孔中的一 者或一者以上電連通。
16. 根據權利要求2所述的微型熔錫鍋，其進一步包括插入定位在所述孔中的所述熱活 化傳導材料中的組件，其中所述組件是導線，在將所述導線插入所述孔中的所述熱 活化傳導材料中之前用所述熱活化傳導材料涂覆所述導線。
17. 根據權利要求16所述的微型熔錫鍋，其中所述導線包含保護性絕緣物，且所述導 線是在插入所述孔中之前預先剝離絕緣物，或在插入所述孔中期間剝離所述導線上 的所述絕緣物中的一者。
18. 根據權利要求17所述的微型熔錫鍋，其中在將所述導線插入所述孔中之前將所述 導線形成為一形狀，所述形狀包括環形彎曲、"V"形彎曲、"W"形彎曲、"垂直V" 形彎曲、末端球、"C"形彎曲和陷型末端中的一者或一者以上。
19. 根據權利要求2所述的微型熔錫鍋，其進一步包括定位在所述孔中的所述熱活化傳 導材料中的組件，所述組件是表面安裝組件和通孔組件中的一者。
20. 根據權利要求l所述的微型熔錫鍋，其中所述至少一個傳熱墊包括定位在所述襯底 上的多個傳熱墊，且所述多個傳熱墊熱耦合到單個孔或多個孔中的所述傳導涂層。
21. 根據權利要求1所述的微型熔錫鍋，其中所述至少一個傳熱墊包括定位在所述襯底 上的多個傳熱墊，且所述至少一個孔包括所述襯底中界定的多個孔，而每一孔的內 部被涂覆有傳導材料，且每一傳熱墊熱耦合到一個或一個以上孔。
22.根據權利要求2所述的微型熔錫鍋，其中所述傳熱墊耦合到所述介電襯底的頂部表面，且所述孔橫向延伸穿過所述襯底以 將組件安裝在所述襯底的所述頂部表面上；或所述傳熱墊耦合到所述襯底的側表面，且所述孔橫向延伸穿過所述襯底，以將組 件安裝在所述襯底的所述頂部表面上；或所述傳熱墊耦合到所述襯底的所述頂部表面，且所述孔沿著所述襯底的側邊緣橫 向延伸穿過所述襯底以界定沿著所述襯底的所述側邊緣的凹槽，使得可通過定位在 所述凹槽中的熱活化傳導材料將組件安裝在所述襯底的側邊緣上。
全文摘要
本發明提供一種微型熔錫鍋，其包含介電襯底，所述介電襯底中形成有至少一個孔；耦合到所述孔的內部的傳導涂層；和至少一個傳熱墊，其與所述孔隔開且與所述孔的所述傳導涂層熱連通。當將所述傳熱墊暴露于熱源時，加熱所述孔內側的所述傳導涂層。所述微型熔錫鍋還可包含設置在所述孔中的熱活化傳導材料。當將所述傳熱墊暴露于熱源時，所述熱活化傳導材料變為液相，使得可將組件插入所述液相材料中。當移除所述熱源時，所述熱活化傳導材料冷卻，從而將所述組件耦合到所述孔中的所述傳導涂層。
文檔編號A21B1/00GK101146453SQ200680008300
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者哈羅德·B·肯特, 約瑟夫·R·萊頓, 詹姆斯·J·萊萬特, 阿龍·T·法恩 申請人:麥德康內克斯公司