專利名稱：無焊接組件封裝和安裝的制作方法
技術領域：
各實施例一般涉及電子裝置封裝和安裝技術，更具體地說，涉及適用于惡劣環境下的傳感器安裝應用的組件安裝設備。更具體地說，各實施例涉及專用電子設備封裝和相應的組件安裝設備，它們在結構和功能上優于傳統的表面安裝和壓配合技術。
背景技術：
電子設備封裝和安裝的可靠性問題幾乎總是與熱力學應力相聯系的。這些問題與工業即將到來的革命相結合，其中市場要求提供更多能力和更大功能的封裝較小和密度較高的裝置。傳感器封裝在惡劣環境中最薄弱的環節之一，例如，是用來把傳感器組件附在印刷電路板(PCB)上的焊接頭。
基于焊接的幾個類型的技術已經用來把集成電路模塊和/或分立組件附在適當的互連平臺(forum)，一般是PCB上。這樣的一種傳統的安裝技術涉及封裝在塑料中并具有由此伸出的金屬引線的組件定位在PCB上，使得引線伸入該PCB的孔中。焊接頭用來使引線堅硬地耦合到PCB孔上。另一種基于焊接的安裝方法，一般稱為表面貼焊技術(SMT)，涉及電子組件的安裝，使得這些引線焊在PCB的表面上，而不是插入該板的孔中。
焊接劑成型的化合物具有給定應用的制造商必須考慮的幾個重大的性能特性。這些項目包括玻璃化轉變、熱學膨脹系數(CTE)、吸濕特性、彎曲模量和強度以及導熱率。
這些及其他特性可能對與電子組件的焊接安裝相聯系的問題有影響，包括水份靈敏度、開裂的封裝、連接導線斷開、間歇的電氣連續性失效等，具體地說，當在高溫環境中配置時，諸如許多汽車傳感器應用、不匹配的應變可能明顯地危及電子設備封裝中焊接頭的強度和可靠性。這些問題大部分不存在于裝配在PCB上之前的裝置中，而是在焊接或返工焊下來的裝配過程中熱誘生應力造成的結果。
對于把PCB組件焊接在一個公用的電路襯底上以便形成一個功能單元，諸如電子傳感器組件上，一個備選方法是一般所謂的壓配合技術。進行壓配合連接，正如其名稱所暗示的，通過把接觸引線按入PCB的過孔。這里重要的考慮是，該引線的剖面直徑要大于PCB孔的直徑。在引線插入PCB過孔的過程中引線截面和孔徑的這種差異造成不是PCB孔變形，就是引線截面變形。
兩種主要的壓配合技術包括在插入過程中不變形的堅固引線和有適應性的引線，插入PCB的過孔的結果是被壓縮。由于幾個原因，該有適應性引線的方法已經被證明在達到可靠的壓配合接觸方面更受歡迎。第一，壓配合截面的尺寸減少對該PCB過孔造成較小的有潛在損壞作用的力，而且電鍍過孔可以接受較大的容差。另外，有適應性的引線使要求的插入力較低，造成較少的后勤復雜情況。最后，有適應性的引線允許多次反復壓入同一批過孔。
除用來把組件連接至PCB以外，壓配合技術一般還利用在多層PCB應用中，其中作為PCB上有效的插入件適配器安裝壓配合連接適配器。
鑒于焊接PCB連接技術的上述問題，這樣的壓配合技術作為一個把多個組件連接到公用平臺上的更具有引力的的備選方案迅速浮現。壓配合有適應性的解決方案較之焊接提供幾個優點，包括提供簡單的、整潔的、強健和高度可靠的互連，甚至在高振動和熱循環的環境下也是如此。壓配合連通還消除了對PCB地平面層焊接時它們的散熱器作用的特殊特征的需要減到最小。壓配合PCB連通的使用消除了焊接的需要，并因而消除與傳統的焊接和波峰焊接應用相聯系的使封裝曝露于高溫的情況。焊接頭的排除通過提供更耐沖擊的連接，增強長期可靠性。另外，壓配合連接的使用消除了由于需要清除焊劑及其他焊接板殘渣的而清洗PCB的需要。
盡管減輕了與焊接連通相聯系的問題，但是傳統的壓配合技術引起了幾個重大的問題。傳統的壓配合的許多缺點涉及把多條引線定位和按入非常小的壓配合孔的精細容差。例如，當連接器引線壓在PCB上時，引線往往從PCB突出，要求在所有連接器的連接點處提供間隙孔或狹縫。另外，為了把PCB孔與固定設備預先對準，要有包括工具引線的高精度加壓定位設備。另外，由于組件引線的變形，上述有適應性的引線方法造成組件的可重用性的減少。
因此，可以意識到，為了改善封裝和安裝電子組件至襯底平臺用的設備和方法，存在減輕焊接和傳統的壓配合技術的全部或某些上述問題的需要。本發明就是要應付這樣的一種需要發明內容提供以下發明內容是為了提供便于理解本發明所獨有的新穎性特征，而不是想要作一個完全的描述。通過把整個說明書、權利要求書、附圖和摘要作為一個整體，可以取得對本發明的不同方面一個完全的評價。
這里公開了一種提供一個或多個電子組件的三維載體安裝用的設備和方法。按照一個實施例，本發明的裝置安裝設備包括在至少兩維上具有組件安裝表面的彈性塑料襯底。在該組件安裝表面內設置至少一個壓配合組件插入空腔，以便當壓配合進入該空腔時，提供壓電子組件的壓縮保持。
該空腔最好具有這樣的深度，使得當組件壓配合時，它不伸到該空腔表面平面以上。該插入空腔的特征還包括至少一條設置在所述插入空腔的內表面上的并定位在該插入空腔表面上的傳導跡線，使得該傳導跡線接觸在該插入空腔內保持的電子裝置的至少一條引線。
在下面詳細編寫的描述中，本發明的所有目的、特征和優點將變得明顯。


在所有單獨的視圖中，相似的附圖標記都標示相同或功能相似的要素，這些附圖包含在說明書中并形成其一部分，進一步舉例說明本發明，并連同本發明的詳細說明一起用來解釋本發明的原理。
圖1描述按照本發明一個實施例用于安裝電子組件的設備；圖2舉例說明按照本發明提供一個備選實施例用于提供多維載體裝置安裝的設備；圖3描述本發明利用組件卡式(snap-in)特征的裝置安裝設備的一個備選的實施例；圖4舉例說明按照本發明的利用備選的卡式機制的電子裝置安裝設備；和圖5描述在一個本發明的備選的實施例中利用覆蓋和夾緊設計的電子裝置安裝設備。
具體實施例方式
在以下參照附圖的描述中，本發明在一個優選的實施例中描述。盡管本發明是按照達到本發明目的最佳模式描述的，但本專業的技術人員現會意識到，在不偏離本發明的精神或范圍的情況下，考慮到這些傳授可以進行各種變化。
本發明涉及集體地安裝電子裝置，諸如傳感器或其它的電子設備封裝的設備和方法，它消除了傳統的印刷電路板(PCB)和壓配合技術的許多缺點。更具體地說，正如下面參照附圖更詳細解釋的，本發明的裝置安裝設備使用有適應性的/柔性的襯底材料，同時用作類似于PCB的多組件框，并具有使它能用來在機械上保持該組件而不必焊接或其它的機械的或粘結的組件耦合的材料特性。
這里利用的用來描述一種襯底保持特性的“彈性”、“彈性體”和類似的術語是想要指一種目標材料的機械特性，其特征在于，一種材料是“彈性”的，是表示它由于施加的負載而改變形狀，但是當除去負載時就會恢復它原來的形狀。
現參照附圖，其中在所有附圖中相似的附圖標記標示類似的和相應的部件，具體地說，參照圖1，描繪按照本發明一個實施例的安裝電子裝置用的設備。如圖1所示，該裝置安裝設備一般包括襯底件2，具有一個敞開的空腔插入區4，電子裝置(未示出)可以受壓保持在其中。盡管在所描繪的實施例中被描繪為矩形，但是插入區4可以形成為具有任何各種各樣的內部輪廓和尺寸，以適應插入區4為之設計的特定電子裝置或元件的形狀和尺寸。
正如在圖1中進一步舉例說明的，該裝置安裝設備還包括傳導跡線6，設置在襯底件2表面上的至少兩個平面維上，從上表面平面并延伸入該敞開空腔插入區4的內側5。假定襯底件2包括塑料，傳導跡線6最好是金或金合金。在備選的實施例中，傳導跡線6可以包括其它的適當的金屬或合金，包括銅、鎳、金、錫、鋁和鉻中的一個或多個。
傳導跡線6定位在該襯底件2空腔插入區部分的表面上，使得該線跡接觸其上安裝的電子裝置或組件各自的末端。具體地說，所描繪的安裝設備是這樣設計的，當電子組件壓配合進入插入區4時，插入區4一對相對的內側5施加彈性壓縮力使該裝置受壓保持在插入區4內，而不必進行諸如焊接等其他耦合或扣緊手段。為此目的，并在所描繪的實施例中和在一個重要特征中，襯底件2包括一種彈性恢復材料，諸如許多眾所周知的聚合物復合材料中的一種。伸進插入區4側表面5上的傳導跡線6的部分提供與相應的裝置引線(在圖2中描繪)可靠的電氣觸點，接觸該各彈性表面。
參見圖2，其中舉例說明按照本發明一個備選實施例的提供多維裝置安裝用的設備。如圖2所示，該備選的實施例的設備，類似于在圖1中描繪的，一般包括襯底材料件22，其提供該裝置安裝框架和至少一個壓配合組件插入空腔，用以把組件壓配合在該襯底上。具體地說，襯底件22包括多個安裝表面21、23和27，設置在至少兩個不同的安裝平面上。另外，安裝表面21、23和27分別包括壓配合空腔13、17和18，它在原理上以類似于參照圖1說明的壓配合空腔4的方法形成。具體地說，由圖2提供的剖面圖描述揭示一個設置在襯底22表面上并延伸在該插入空腔相對橫向側壁內表面上的傳導跡線24，使得傳導跡線24接觸保持在其中的電子裝置的至少一條引線。與以前描繪的實施例一樣，在圖2中舉例說明的該傳導跡線最好是金或金合金，但是也可以包括其它的適當的金屬或合金。
圖2還舉例說明電子組件16安裝在壓配合空腔13內的方式。具體地說，電子組件16通過把該組件壓配合進入壓配合空腔13而安裝在該設備上，就是說，其大小定得適應組件16，而同時橫向內壁部26提供一個足夠的壓縮彈性力，頂住相應的一組組件引線(未示出)，在所描繪的組件16的縱向末端上，以便在機械上和在電氣上把該組件耦合和保持在襯底22中。這樣，組件16可以手工或機械安裝，不必使用其他結合或粘結劑耦合，以此使以前安裝的組件方便卸裝和/或重新安裝。
本發明的設備提供的并在圖2的側剖面圖中描繪的重大優點，是消除焊接的需要，以在該設備的結構和把該設備放入另一個系統方面，提供明顯的后勤優點。具體地說，并繼續參見圖2，壓配合空腔13最好形成得具有這樣的深度，使得當電子組件壓配合進入其中時，至少足以使該組件不伸到該敞開空腔由之延伸的安裝表面21的表面平面以上。通過有效地嵌入組件來保持一個扁平或齊平的襯底表面輪廓，本發明的安裝設備提供一個裝置框架，它可以更靈活地和緊湊地嵌入各種各樣具有輪廓的大小限制的系統。
參照圖3，其中描繪本發明裝置安裝設備的一個利用組件卡式特征的備選實施例。具體地說，圖3所示的實施例是一個用來安裝一個或多個電子裝置或元件的設備，一般包括襯底件45，具有上表面邊界42，在其下面設置卡式插入區48。卡式區48最好設計得適應具有規定尺寸和引線的結構的電子組件。如所描繪的實施例所示，卡式區48的特征是包括一對相對的柔性組件保持件44，延伸在襯底邊界表面42的下面，并把電子組件34受壓保持在保持件44的卡式表面輪廓內。
和圖1和2描繪的實施例一樣，襯底45最好包括彈性的/有回彈力的塑料。另外，圖3所示的卡式裝置安裝設備包括傳導跡線38，設置在襯底件45的表面上并延伸到組件保持件44的內表面。這樣，電子組件34安裝在該設備上時，一個或多個裝置引線36的相應組便維持在與各自相對的傳導跡線38部分的壓縮接觸中。
圖4舉例說明按照一個備選的實施例圖3的卡式實施例的一種變形。圖4的安裝設備一般包括襯底52，具有伸進卡式插入區56的傳導跡線58。與圖3所示的實施例形成對照，該插入區56的特征是包括一對雙組組件保持臂54，它額外地向該設備提供安全的機械耦合。
參照圖5，其中描繪一個使用“三文治”類型卡式設計的電子裝置安裝設備。類似于以前描述的各實施例，圖5所示的安裝設備一般包括具有傳導跡線72的塑料襯底68。和以前的實施例一樣，傳導跡線72設置在通過在襯底68中的描繪的井形成的彈性插入區的表面上，使得傳導跡線72接觸保持在其中的電子裝置66的各條引線。
另外，圖5描繪的安裝設備包括覆蓋件64，它設置在襯底68內形成的敞開的空腔插入區的上面，以便安全地把電子裝置66受壓保持在該插入區內。這樣的壓縮保持對于諸如電子的車輛傳感器等這樣的應用特別有用，其中該裝置的封裝經受相當大的動態力、加速度及其他動態應力。正如在圖5還描繪的，該安裝設備可以包括夾子62，它在襯底68和覆蓋件子64之間施加壓力，以便安全地把覆蓋件保持在其應有位置上。在嚴重的熱學狀態下，夾子可以利用來維持一個足夠的結構上的保持力，從而保證組件66仍舊安全地固定在該插入區內在這里提出的實施例和示例是為最佳地解釋本發明及其實際應用而提供的，以此使本專業的技術人員能夠實現和利用本發明。但是，本專業的技術人員將會意識到，上面的描述和已經呈現的示例只是為了達到舉例說明和示例的目的而已。對本發明的其它變動和修改對于本專業的技術人員將是顯而易見，后附的權利要求書擬覆蓋這樣的變動和修改。
所提出的描述并不是想要窮舉或限制本發明的范圍。在不脫離以下權利要求書的范圍的情況下，按照上述傳授可以作出許多修改和變動。可以預計本發明的使用會涉及具有不同的特性的組件。本發明的范圍擬由后附的權利要求書定義，并給出對所有方面給出的等效物的充分認識。
權利要求
1.一種用于安裝一個或多個電子裝置的設備，所述設備包括襯底件，具有電子裝置可以受壓保持在其中的彈性插入區；和至少一條傳導跡線，設置在所述彈性插入區的表面上，其中所述傳導跡線定位在所述插入區的表面上，使得所述傳導跡線接觸在所述插入區內保持的電子裝置的至少一條引線。
2.權利要求1的設備，其中所述襯底件包括塑料。
3.權利要求1的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括在所述襯底件的表面上按至少兩維施加的金屬圖案。
4.權利要求1的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括金屬或金屬合金，包括銅、鎳、金、錫、鋁和鉻中的一個或多個。
5.權利要求1的設備，其中所述彈性插入區包括至少兩個相對側面，所述相對側面中的至少一個包括基本上為彈性的塑料。
6.權利要求1的設備，其中所述彈性插入區是作為所述襯底件內的敞開空腔形成的。
7.權利要求6的設備，其中所述彈性插入區設計來在機械上接合和保持所述電子組件，所述敞開空腔的特征是具有至少足夠的深度使得在所述電子組件壓配合進入其中時所述電子組件不延伸到所述敞開空腔的表面平面之上。
8.權利要求1的設備，還包括覆蓋件，設置在所述彈性插入區之上，其中所述覆蓋件提供用于保持所述電子裝置的蓋子；和夾子，它在所述襯底件和所述覆蓋件之間施加壓力以便安全地把所述覆蓋件保持在應有的位置上。
9.一種提供一個或多個電子組件的三維載體安裝的設備，所述設備包括塑料襯底，在至少兩維上具有組件安裝表面；和至少一個壓配合組件插入空腔，設置在所述組件安裝表面內，所述插入空腔的特征是包括至少一條傳導跡線，其設置在所述插入空腔的內表面上，其中所述傳導跡線定位在所述插入空腔表面上，使得所述傳導跡線接觸在所述插入空腔內保持的電子裝置的至少一條引線。
10.權利要求9的設備，其中所述塑料襯底包括彈性聚合物材料。
11.權利要求9的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括金屬圖案，其設置在所述塑料襯底的安裝表面上。
12.權利要求9的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括金屬或金屬合金，包括銅、鎳、金、錫、鋁和鉻中的一個或多個。
13.權利要求9的設備，其中所述插入空腔包括至少兩個相對側面，所述相對側面中的至少一個包括基本上為彈性的塑料。
14.權利要求13的設備，其中所述插入空腔設計來在機械上接合和保持電子組件，所述插入空腔的特征是具有一個至少足夠的深度使得在所述電子組件壓配合進入其中時所述電子組件不延伸到所述敞開空腔的表面平面之上。
15.一種用于在機械上和在電氣上使至少兩個電子裝置互連的方法，所述方法包括提供在至少兩維上具有組件安裝表面的塑料襯底；和把電子組件壓配合進設置在所述組件安裝表面內的至少一個壓配合組件插入空腔，所述插入空腔的特征是包括至少一條設置在所述插入空腔內表面上的傳導跡線，其中所述傳導跡線定位在所述插入空腔表面上，使得所述傳導跡線接觸在所述插入區內保持的電子裝置的至少一條引線。
16.一種用于安裝一個或多個電子裝置的設備，所述設備包括襯底件，具有上表面邊界并包括卡式插入區，所述卡式插入區的特征是包括至少一對相對的柔性組件保持件，延伸在所述襯底件的表面下面，并相互設置得受壓保持安裝在其中的電子裝置；和至少一條傳導跡線，設置在所述組件保持件的各自內表面上，使得所述傳導跡線接觸在所述卡式插入區內保持的電子裝置的至少一條引線。
17.權利要求16的設備，其中所述襯底件包括塑料。
18.權利要求16的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括在所述襯底件表面上按至少在兩維施加的金屬圖案。
19.權利要求16的設備，其中所述至少一條傳導跡線包括金屬或金屬合金，包括銅、鎳、金、錫、鋁和鉻中的一個或多個。
20.權利要求16的設備，其中所述卡式插入區的特征是具有至少足夠的深度使得在所述電子組件卡入配合于其中時所述電子組件不延伸到所述襯底件的表面邊界之上。
全文摘要
提供一個或多個電子組件三維載體安裝用的設備和方法。按照一個實施例，本發明的裝置安裝設備包括彈性塑料襯底，在至少兩維上具有組件安裝表面。在該組件安裝表面內設置至少一個壓配合組件插入空腔，以便當該電子組件壓配合進入該空腔時，對該電子組件提供受壓保持。該空腔最好具有一個這樣的深度，使得當該組件壓配合時，它不伸到該空腔表面平面上面。該插入空腔的特征還在于包括至少一條傳導跡線，設置在所述插入空腔的內表面上并定位在插入空腔表面上，使得該傳導跡線接觸在該插入空腔內保持的電子裝置的至少一條引線。
文檔編號H05K3/32GK101036421SQ200580034275
公開日2007年9月12日 申請日期2005年8月11日 優先權日2004年8月12日
發明者S·R·希菲爾 申請人:霍尼韋爾國際公司