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CN1251684A - 具有绝缘引线和元件隔板的通孔互连装置 - Google Patents

具有绝缘引线和元件隔板的通孔互连装置 Download PDF

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Abstract

一种在一个微型组件(24)内部用电路互连各种电子元件(20)的引线(22)的装置。采用一个具有多个电子元件隔板(4)和引线通孔(5)的不导电的基座部件(10)。通孔大体上位于基座部件的内部区域,用来尽量减少引线和外部组件端子之间有可能出现的电场或磁场干扰或是电容的耦合。在装配组件的过程中,将电子元件放在基座部件内部由上述隔板所形成的凹槽(16)中。这些凹槽和隔板使元件对齐,并且有助于在制造期间保持电路的隔离和均匀性。将两个或两个以上元件的引线拧到一起形成互连,并且将其插入一个通孔。使插入通孔的引线突出于基座部件的底面下面,以便用一步工序焊接(50)所有的这些连接点。这种结构能够降低制造和人工的成本,并且提高了元件和整个组件的可靠性。

Description

具有绝缘引线和元件隔板的通孔互连装置
发明背景
1.发明领域
本发明总体涉及到在印刷电路板上使用的非半导体的电气和电子元件，特别是涉及到用于封装微型电子元件的改进的封装件和封装方法。
2.相关技术描述
双列式芯片载体组件(DIP)在电子技术领域中是公知的。DIP的一个普通例子就是集成电路，这种电路通常被焊接在一个陶瓷载体上并且用电路连接到具有相对的平行电引线行列的引线框架上。集成电路和陶瓷载体通常被装在一个黑色的矩形塑料壳内，引线从该盒中伸出。
电气和电子元件的逐渐小型化及其高密度的安装增加了关于电绝缘和机械互连的难度。特别是在与一个给定DIP内部的各电子元件相连的精密尺寸(AWG24到AWG50)的各铜引线之间形成可靠和有效连接的问题上存在很大的困难。目前所知的互连方法对形成这种DIP出口端子引线的密集和可靠的电连接或电绝缘能力形成了极大的限制。
用来互连两条以上元件引线的普通的现有技术方案是通过将引线拧到一起而相互形成连接或是接合。然后可以将这种接合单独焊接或是密封，使连接变得更加牢固。这种技术需要用人工形成和焊接每个连接点，因而需要大量的劳力。另外，这种结构所需要的空间在这种微型组件中是绝对无法满足的，并且往往不允许对电路和出口端子上可能出现的比较高的电压进行充分的电气隔离。这种方案的另一个问题是元件引线在后续的组件封装工序中经常会发生断裂或是被切断，因为它们不能获得适当的保护。受热后的膨胀和收缩也可能造成引线断裂。
在美国专利US5015981中公开了用来将元件引线连接到引线框架端子(或是互连两个或两个以上电子元件)上的第二种现有技术方法，如本文的图1所示。这种方法是将引线2引到位于不导电基座部件10边沿上的一个不使用的引线框架槽3中，如图1所示。每个这种槽被用来接收一个导电引线框架出口端子元件4，它在装配时需要在组件上向内偏置，从而迫使引线框架的导电端子元件4和电子元件引线2之间形成接触。然而，这种方法和前述的方法一样面临着许多问题，因为必须将导线引到组件上靠近出口端子的边缘处。这种结构还会使连接相对于出口端子产生电容耦合或者是场效应。
在美国专利US5455741中提出了解决这些问题的第三种技术方案，在其中描述了一种用于封装电子元件的引线通孔互连装置。如上述专利中以及本文的图2和3所示，该装置的特征在于带有一或多个元件腔6的不导电基座10，在元件腔的附近穿透基座厚度的多个通孔15，以及处在通孔下端的凹槽7，该凹槽7用来接收形成在引线和导电条之间的导电的印刷电路条8和焊接点50。组件的出口端子和元件引线22之间的电连接是由从上述焊接点向外环绕基座边沿或是外周边的一条导电线条9构成的。这种通孔结构可以使器件具有扁平的“无障碍”底面，并且由于元件定位和接合点的形成具有较高的可再现性和可靠性而便于制作和装配，同时减少了所需的劳动量。它还可以在引线和出口端子之间形成更加可靠的连接。然而，各种元件上的引线在器件内部的互连是通过上述的导电条8来完成的。因此，为了互连两个电子元件引线，就需要具备1)第二个通孔；2)一个导电条；3)用来接收导电条和焊接引线的凹槽。另外还需要两个焊接接合点。同样，为了将三个引线连接到一起，就需要三个通孔和三个焊接接合点。
因此就需要有一种方法能够用单个焊接接合点来连接两个或两个以上的这种引线，这种方法还应该能够在一步工序中同时焊接所有的接合点。这样做不仅能节省组件内部的空间，还可以省掉与形成凹槽、安装印刷电路元件以及单独焊接每条引线等等有关的劳力和材料。实际上，这些接合点可以位于组件的内部并且从引线框架元件上引出，从而尽量减少引线和出口端子之间的电容或是电气干扰，并且尽量缩短为了完成连接所需要的导线长度。
除了与引线/引线互连有关的上述问题之外，还需要考虑到电子元件在组件内部的位置。各种元件的位置是根据电气隔离(也就是减少元件所发射的局部电场和磁场的干扰)、制造的可再现性、减少劳动量以及器件可靠性的标准来决定的。电子元件在组件内部的位置主要是由诸如缩小组件截面或是尺寸的实际需要来确定的，不需要考虑上述因素。例如，在现有技术的互连装置中所述的环形线圈位置没有专门考虑电场或是磁场的干扰、最短的导线延伸长度、以及元件的结构隔离。因而就需要提供一种能够包容上述改进的引线互连方法和改进的元件位置这两方面优点的组件结构。
发明概述
本发明可以满足上述的需求，提供了一种改进的微电子元件组件，它具有多引线的内部互连孔，预定的元件位置，以及独立的元件隔板。
按照本发明的第一方面提出了一种改进的微型电气互连装置，它采用了一或多个通孔，每个孔可以容纳两条或两条以上的引线，并且位置处在被连接的元件附近。将元件上伸出的引线相互盘绕并且按照预定的深度放置到最近的通孔内。将装置内部所有的引线都同样地放入其相应的通孔内，并且最终用以下描述的方法一步完成焊接。这种方式不需要对印刷电路或是凹槽进行任何形式的互连，也不需要增加通孔或是焊接接合点。
按照本发明的第二方面，在装置内部形成的凹槽可以容纳各种微电子元件。这些凹槽包括独立的隔板，用来将各元件从结构上隔离开，尽量减少电场或是磁场的干扰。进一步将凹槽设置在装置的内部，使互连元件之间的引线延伸长度标准化并且尽量地短，在元件之间形成均匀的间隙，并且通过有效地利用空间而尽量缩小已装配好组件的结构尺寸。
按照本发明的第三方面公开了一种用来形成上述引线接合点的改进的方法。首先将电子元件装入其相应的凹槽内，将元件的引线相互盘绕并且按照预定的深度放置到附近的通孔内。在进一步的装配之后，装置的底部和伸出的盘绕引线被暴露出来进行成批焊接(例如采用浸沉钎焊或是波动焊接)。在浸沉钎焊或是波动焊接工序中用熔化的焊料在接合点区域内从盘绕的引线上剥离原有的任何导线绝缘体。然后可以用任何一种现有技术去掉多余的焊料。
结合着附图参照以下的说明书和附属的权利要求书可以进一步了解本发明的上述及其他目的和特征。
附图简述
图1是一种现有技术的微电子封装器件的透视图，用来说明采用DIP出口端子和槽完成元件引线的电气互连；
图2是现有技术互连装置的一个垂直截面图，用来表示通孔端子连接的细节；
图3是现有技术的通孔互连装置的一个透视图，表示具有印刷电路元件的底面；
图4是本发明的通孔互连装置第一优选实施例的透视图，在装置内装有多个环形线圈；
图5是图4所示的第一优选实施例中沿着线5-5方向的一个截面图；
图6是图4所示的第一优选实施例中沿着线6-6方向的一个截面图；
图7是本发明第二优选实施例的一个顶视图；
图8是本发明的第一优选实施例在封装之后的一个透视图。
优选实施例详述
附图中相同的符号自始至终都代表相同的部件。
图4表示在最终的器件装配之前构成的本发明第一优选实施例的通孔互连装置。如图4中所示，通孔互连装置总体是由具有内部空腔12的一个盒状基座部件10构成的。在空腔12内设有一或多个元件隔板14，用来将空腔分隔成两个以上的独立凹槽16。在本实施例中，每个隔板包括一或多个通孔15，以下还要详细说明这些通孔。独立凹槽16的形状适合接收各种各样不同的电子元件，例如图4中所示的环形电感线圈18。尽管本文中是以环形电感线圈18为例来说明的，按照同样的原理，本发明显然还可以适用于各种不同的电子元件。
电感线圈18通常包括一个环形的铁心部件20，在它的周围绕制细导线的线圈，导线的端部向外延伸构成端子或是引线22。在本实施例中将电感线圈18设置在空腔12内部和其相应的凹槽16内，使得每个线圈元件的中心轴线均与所有其他线圈元件的轴线相互对齐，如图4所示。在需要用最小的空间容纳给定数量的线圈时，这是一种理想的结构，并且每个线圈元件与其相邻元件之间的电场或是磁场干扰在空间上是大体均匀的，并且对于每个线圈来说都是一致的。这样就有助于在操作期间沿着每一个元件的绕组更加均匀地分配由交变的磁场或是电场产生的任何电位(电压)，从而提高整个器件的寿命，并且允许将组件作为一个整体来完成电气响应。然而也可以采用具有这些特点的其他线圈结构。
将空腔12限定成独立元件凹槽16的隔板14被形成或是定位在空腔之内，以便于保持线圈元件18的上述位置关系。在本优选实施例中，这些隔板与基座部件10是一个整体。在基座部件上还设有多个脊26和互补的槽28，它们沿着基座部件10的顶面30和垂直向下的侧面32延伸。脊26和槽28便于按照图1所示的现有技术的方法将线圈元件引线22连接到引线框架端子的各独立的出口端子4上。基座部件10和隔板14优选采取用适当的不导电材料模制的结构，例如可以采用注册商标为RTP 3407-4的高温液晶聚合物或是它的等效物。这种材料应该能够在二到三秒内耐受大约华氏490度或更高的高温。基座部件的侧壁24的最小厚度应该是大约0.015英寸。
参见图5和6可以看出基座部件10中的凹槽16最好具有线圈元件18整体高度的大约一半的深度，并且其宽度应该能够将线圈元件定位在凹槽16中，使其不会有过大的横向游隙。
在本优选实施例中，每个隔板上设有三个通孔，在图5中表示了一个通孔15。这三个通孔穿过隔板的垂直厚度，在每个隔板的顶面和基座部件10的底面36之间形成一个通道。如图中所示，这种结构便于使一个线圈元件18的引线与一或多个其它元件形成电气互连。因此，通孔的直径尺寸能够接收两条或两条以上尺寸稍大的引线22。通孔的长度(除了下文中要说明的导向装置38)尺寸定成在焊接工序中可以控制焊料对引线22的芯吸作用；这一长度是根据通孔内的引线尺寸和数量以及所使用的焊料的特性来确定的。一般的通孔长度大于约0.050英寸，足以防止焊料的芯吸作用。在装配之前将引线22拧到一起，按照下述的方式使复合引线23在适当的通孔15内螺纹拧入到预定的深度。孔在隔板14内的位置应该使用来在两个或两个以上电子元件之间形成互连所需要的额外导线尽量地短，并且有助于在操作期间防止任何电容效应或者是线圈的“旁路”效应，这些问题都与将线圈互连点靠近引线框架出口端子4的定位位置有关。然而，在仍然符合本发明目的的条件下，也可以将任何数量的上述通孔设置在不同的位置，并且在组件内部采取各种不同的排列方式。
另外，本实施例的通孔15中分别具有导向装置38，它在本实施例中采取半圆锥面39的形状。如图5和6所示，导向装置38和通孔15一起具有一般的漏斗形状。在装配过程中，随着元件被放入其各自的凹槽内，这些导向件可以使元件的引线便捷地插入其各自的通孔内。这种特征有助于缩短将引线插入通孔所需要的劳动量，并且改善了制作工序的可重复性和可靠性。当然，也可以用便于将引线插入其相应通孔内的任何器件结构或是其它元件来构成导向装置38。
图7表示本发明第二优选实施例的通孔互连装置。在本实施例中，用隔板14在空腔12内部形成多个电子元件凹槽16，所构成的凹槽16限定在一个共同的方位，并且使其大致排列成平行的两行27，29。用各自的隔板14a，14b将每一行中的每个凹槽16与相邻的凹槽隔开，并且用一个在空腔12的长度方向上延伸的隔板25将第一和第二行27，29总体上隔开。第一行27中的凹槽数量比第二行29中要少，以便在第二行29的加厚隔板14b中设置一系列的通孔15。可以用这些通孔来对安装在凹槽中的各种电子元件18上的引线进行互连，从而在设计和装配阶段为引线的布线和互连提供更大的灵活性。另外，和第一实施例一样，通孔与引线框架端子槽28具有足够的距离，以便尽量减少元件和端子之间的任何场干扰。
以下要参照图4和5说明本发明的通孔互连装置的装配方法。首先将需要安装的电子元件的线圈元件引线22盘绕成引线“线束”，以保证可靠的接触。然后将这些线束插入通孔15的顶部，如图6中的箭头37所示使其稍稍突出于底面36下面(大约0.01-0.05英寸)。在所有这些元件和引线线束被插入其各自的凹槽和通孔内并且准确定位时，按照美国专利US5015981的方法将包括引线框架端子4在内的其它部件装配到该装置上，当然也可以采用类似的装配方法。接着采用浸沉钎焊，波动焊接或是本领域技术人员熟知的其它类似的焊接技术同时焊接引线线束和引线框架端子。在此处采用这些技术所具有的优点是能够减少制作的劳动量，并且使工艺得到简化，因为不需要焊接单独的接合点。另外，由于互连的引线不是象现有技术的方法那样被刚性地安装到基座部件10的某一部位上，消除了封装过程中由于热膨胀/收缩造成的不利作用，因为每个焊接的接合点都可以在其各自的通孔15内纵向和横向地稍稍移动。这种结构还可以为互连的引线和焊接接合点提供一定程度的机械稳定性，使得在装配或是封装工序中不会有过大的机械应力作用在引线22上(即：接合点被有效地“卡”在其通孔之内，有助于连接的线圈元件18和整个组件的稳定性)。
在上述的焊接工序完成之后，采用超声清洁器或是类似的装置用一种异丙醇对焊料进行清洗。在对装置进行检查之后，用适当的塑料或是聚合物材料封装，用这种材料构成如图8所示的平滑的矩形包装。最好是使用一种IC级的热固性树脂56、例如是Dexter所提供的注册商标为HYSOLMG25F-05的产品或是其等效物。然后切割引线框架，并且在一个注模等中成形，以便根据需要按照表面安装或是插针安装构成适当形状的出口端子4。
尽管已经有了上文的详细说明，并且用各种实施例阐明了本发明独特的新颖特征，本领域的技术人员显然还可以在不脱离本发明的原则或是其基本特征的条件下对上述装置和方法的形式和细节进行各种各样的增删、替换以及变更。因此，本发明的范围是由附属的权利要求书而不是说明书来限定的。处在权利要求书的等效意义和范围内的所有变更都应该被纳入权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种电子元件互连装置，包括：
一个具有底面、侧面和一内部空腔的基座部件；
位于空腔内的一个隔板，用来在上述空腔内形成多个凹槽，每个上述凹槽都能够接收一个电子元件的至少一部分；以及
在上述内部空腔和上述表面之间延伸的一个通孔。
2.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述基座部件具有大体上呈矩形的外部形状。
3.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述通孔总体在上述侧面和底面的交叉区域穿透上述基座部件。
4.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述通孔基本上位于上述隔板之内。
5.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述电子元件是一个微型电感线圈。
6.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述凹槽基本上被排成一行。
7.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述通孔所处的位置基本上距电气端子有一定距离。
8.按照权利要求1的互连装置，其特征是进一步包括与上述通孔相联系的引线插入导向器。
9.按照权利要求1的互连装置，其特征是上述电子元件被电连接到一个外部端子。
10.一种电子元件互连装置，包括：
一个具有底面、侧面和一内部空腔的基座部件；
位于上述空腔内的一个隔板，用来在上述空腔内形成多个凹槽；
位于上述多个凹槽中至少一个凹槽之内的多个电子元件，每个上述电子元件都有一条引线；以及
在上述内部空腔和上述表面之间延伸的一个通孔，上述两个或多个电子元件的上述引线在上述通孔内延伸。
11.按照权利要求10的互连装置，其特征是上述基座部件和上述电子元件被封装在一种不导电的材料中。
12.按照权利要求10的互连装置，其特征是上述基座部件是用一种高温液晶聚合物制成的。
13.按照权利要求10的互连装置，其特征是上述通孔总体在上述侧面和底面的交叉区域穿透上述基座部件。
14.按照权利要求10的互连装置，其特征是上述通孔基本上位于上述隔板之内。
15.一种在电子器件内部形成电路连接的方法，包括以下步骤：
提供多个电子元件，每个元件具有一或多条引线；
提供一个互连装置，它具有用来接收电子元件的多个凹槽，并且具有一个或一个以上的通孔；
将上述电子元件定位在上述凹槽中；
将来自其中至少两个上述电子元件的至少一条上述引线插入其中一个上述的通孔中，使得在上述通孔内延伸的上述引线的至少一部分彼此间结构上相接触；并且
将上述引线焊接到一起形成电路连接。
16.按照权利要求15的方法，其特征是焊接上述引线的步骤包括对上述引线进行浸沉钎焊。
17.按照权利要求15的方法，其特征是，在插入步骤之前，该方法还包括盘绕上述引线的步骤。
18.一种电子互连装置，它具有采用包括以下步骤的工艺所制备的一个或一个以上的内部电路连接，该工艺包括的步骤为：
提供多个电子元件，每个元件具有一或多条引线；
提供一个互连装置，它具有用来接收电子元件的多个凹槽，并且具有一个或一个以上的通孔；
将上述电子元件定位在上述凹槽中；
将来自其中至少两个上述电子元件的至少一条上述引线插入其中一个上述的通孔中，使得在上述通孔内延伸的上述引线的至少一部分彼此间结构上相接触；并且
将上述引线焊接到一起形成电路连接。
19.按照权利要求18的互连装置，其特征是用一种不导电的材料来封装上述装置。
20.按照权利要求18的互连装置，其特征是上述通孔位于用以隔开上述各凹槽的隔板的内部。
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