專利名稱：高電流輸出引腳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將一塊印制電路板與另一塊印制電路板連接在一起的引腳，尤其涉及一種載流能力和熱傳導(dǎo)能力均已有所改善的引腳。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備通常是由印制電路板(PCB)上的電子元件組成的部件組裝而成的，這些部件通過(guò)公共總線獲得電源并進(jìn)行通信。在此種結(jié)構(gòu)的一些用例中，電源通過(guò)總線以某一電壓輸送到單獨(dú)的電路板上，這一電壓可以被這些電路板上的負(fù)載直接使用。電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的最新趨勢(shì)包括，將較高電壓總線和電路板級(jí)的DC-DC電源轉(zhuǎn)換結(jié)合使用。這樣，例如工作在48V的總線可將電源輸送給一個(gè)電路板上的電源轉(zhuǎn)換器，該電源轉(zhuǎn)換器具有較低的輸出電壓，如3.5V以供該板上的器件使用。使用預(yù)安裝的DC-DC電源轉(zhuǎn)換模塊(電源模塊)促進(jìn)了具有較高電壓總線的結(jié)構(gòu)的實(shí)施，該電源模塊適于安裝在PCB上，并且具有多個(gè)引腳以提供模塊與PCB之間的電連接。
電源模塊通常以預(yù)定的間隔(stand-off)距離平行地安裝在PCB上，以容納PCB和電源模塊元件，并且允許冷卻空氣在產(chǎn)熱元件周圍流動(dòng)。典型地，用于連接的終端引腳(terminal pin)跨越電源模塊和PCB之間的間隔距離，并且通常從電源模塊和PCB上的孔伸出，并在該孔處形成電連接。在PCB上安裝電源模塊，除了提供正確的電連接外，還必須為PCB上的電源模塊提供物理支撐，這種支撐結(jié)構(gòu)不應(yīng)妨礙電源模塊上或PCB上散熱元件的冷卻。由于電源模塊的重量和標(biāo)準(zhǔn)終端引腳的直徑較小，通常采取一些措施來(lái)為電源模塊/PCB的組合結(jié)構(gòu)提供物理支撐。


圖1和圖2示出了用于連接電源模塊和PCB的一個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)。圖1是具有多個(gè)引腳100的電源轉(zhuǎn)換模塊110的透視圖，圖2是安裝在PCB 120上的電源模塊110和引腳100的剖面圖。電源模塊110包括一個(gè)電路板111和多個(gè)穿過(guò)該模塊的孔112，電路板111具有第一側(cè)面113和第二側(cè)面是115，其中第一側(cè)面113上安裝有電子元件C。每個(gè)引腳100都貫穿一個(gè)孔112，并且電連接到電路板111上的導(dǎo)線(conductive trace)上(未示出)。具體地，孔112與電路板111上的導(dǎo)線相鄰，并且典型地通過(guò)焊錫131提供電路板111和引腳100之間的電連接。通常，在電路板111兩側(cè)中的任何一側(cè)上，和/或在電路板111的內(nèi)層中都可能有導(dǎo)線存在，這樣引腳100可根據(jù)需要焊接到電路板的一側(cè)或兩側(cè)上。
典型地，一個(gè)需要電源的PCB被配置成能夠接納一個(gè)包括引腳100在內(nèi)的特定電源模塊110。PCB 120具有第一側(cè)面121、第二側(cè)面123，以及多個(gè)孔125，這些孔對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線(未示出)以預(yù)先確定的常規(guī)方式來(lái)進(jìn)行定位。根據(jù)每個(gè)孔125的位置和所需電壓來(lái)對(duì)孔125進(jìn)行定位，使之可以接納引腳100。這樣，通過(guò)與孔112的分布圖樣相匹配的孔125，以及PCB上的可通過(guò)引腳100接收并提供適當(dāng)信號(hào)的導(dǎo)線，來(lái)配置PCB 120使之能夠接納模塊110。將引腳100穿過(guò)孔125，并如133處所示使用焊錫來(lái)形成電連接。引腳100的長(zhǎng)度足以允許模塊110和PCB 120之間存在一間隔距離S，如圖2所示。這樣多個(gè)引腳100可以跨越該間隔距離S，從安裝孔112和125伸出，并通過(guò)焊錫131和133電連接到導(dǎo)線上。
引腳100是長(zhǎng)的、圓柱形的，這樣就不能為該電源模塊110和PCB120的組合結(jié)構(gòu)提供足夠的物理支撐，以防止組裝的元件發(fā)生移動(dòng)。為了提供一個(gè)更為堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，提出使用高度為S的表面貼裝的支撐體117，來(lái)連接模塊110的第二側(cè)面115和PCB 120的第一側(cè)面121，如圖1和2所示。支撐體117可以是管狀或箱狀的結(jié)構(gòu)，金屬的更好，或者是堅(jiān)固的間隔支撐體，如圖1和2所示。增加幾個(gè)支撐體來(lái)提供支撐，從而保證了模塊110和PCB 120的間隔距離S，也提供了穩(wěn)定性以防止電源模塊和PCB之間有相對(duì)移動(dòng)，例如，當(dāng)安裝有電源模塊和PCB的電子設(shè)備移動(dòng)時(shí)，很可能導(dǎo)致二者的相對(duì)移動(dòng)。盡管圖1和圖2所示的現(xiàn)有器件可以為模塊110和PCB 120提供所需的電連接和物理支撐，但還存在一些缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是必須裝配支撐體117并將其貼在模塊110和PCB 120上，這增加了復(fù)雜度和裝配的成本。另一個(gè)缺點(diǎn)是支撐體117占用了各個(gè)部件的可貴的表面積。此外，引腳100的載流能力受引腳直徑的限制，也就是受孔112和孔125的直徑限制。
圖3示出另一種現(xiàn)有器件，這種器件試圖通過(guò)將引腳的電氣功能和機(jī)械功能，以及支撐結(jié)構(gòu)都結(jié)合到現(xiàn)有引腳300中，來(lái)克服前面提到的缺陷。具體地，圖3示出了適于將模塊310連接到PCB 320上的現(xiàn)有終端引腳300的剖面圖。模塊310中有一個(gè)具有第一側(cè)面315和孔312的電路板311。PCB 320上有孔325和與模塊第一側(cè)面315間隔距離為S的相對(duì)的側(cè)面321。每個(gè)引腳300包括第一端部301、第二端部303，和帶有第一凸緣307和第二凸緣309的中間部分305。凸緣307和309分別緊鄰表面315和321，從而為保證模塊310和PCB 320之間預(yù)定義的間隔距離S提供結(jié)構(gòu)上的支撐。與圖1和2示出的現(xiàn)有技術(shù)中的引腳相似，模塊310包括引腳300，并且利用焊錫將模塊和引腳的結(jié)合體連接到PCB 320上。和圖1和圖2中的現(xiàn)有器件一樣，電路板311和PCB 320分別具有與孔312和325相鄰的導(dǎo)線。焊錫331和333提供了引腳300與模塊310和PCB 320之間的電接觸。凸緣307和309之間的距離等于間隔距離S，這樣每個(gè)引腳300既可以給模塊310和PCB 320提供電連接，又可以給二者提供物理支撐。模塊310和PCB 320可以單獨(dú)裝配引腳300，也可以裝配引腳和支撐體(如支撐體117)的結(jié)合體。
盡管每個(gè)引腳300既可以提供電連接，也可以提供物理支撐，但該引腳很難提供模塊310和PCB 320之間充分的電接觸。例如每個(gè)引腳300和相應(yīng)的孔325之間，以及每個(gè)凸緣309和表面310之間都是緊密地配合的。因此，在焊接階段，每個(gè)引腳和PCB之間的焊錫309的流動(dòng)受阻，從而很難在引腳300和PCB之間提供很好的電連接。
將模塊安裝到PCB上所需要的是一種改進(jìn)的引腳，它可以提供電連接和物理支撐。尤其需要引腳減小電阻抗和熱阻抗。還需要引腳增加抗彎曲能力以增加所連元件的剛性，還需要提供改進(jìn)的焊接能力。這樣的引腳應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)的PCB裝配技術(shù)相適應(yīng)。
發(fā)明概述本發(fā)明解決了用于將電源轉(zhuǎn)換器或其他模塊連接到PCB上的已有引腳的上述問(wèn)題。本發(fā)明還特別提供了一種載流能力和熱傳導(dǎo)能力均有改進(jìn)的引腳。本發(fā)明還提供了一種在抗彎曲力度和焊接能力上均有所改進(jìn)的引腳。
本發(fā)明的一方面是提供用于將第一塊電路板連接到第二塊電路板的終端引腳，其中，第一塊電路板基本上平行于第二塊電路板，而且第一塊電路板和第二塊電路板的相對(duì)面之間設(shè)置有一定的間隔距離。引腳包括第一端部、第二端部以及第一端部和第二端部之間的延長(zhǎng)部分，該第一端部具有的第一直徑使其適于插入所述第一塊電路板的孔內(nèi)；該第二端部具有的第二直徑使其適于插入所述第二塊電路板的孔內(nèi)；延長(zhǎng)部分的橫向尺寸既大于第一直徑，也大于第二直徑。延長(zhǎng)部分的長(zhǎng)度基本是間隔距離，但小于該間隔距離。在一個(gè)實(shí)施例中，延長(zhǎng)部分在最靠近第二端處有一個(gè)垂直于引腳的表面，并進(jìn)一步包括該表面和第二端部之間的一個(gè)過(guò)渡部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一端部是有滾花(knurled)的，而在又一個(gè)實(shí)施例中，伸長(zhǎng)部分在第一端部有一個(gè)凸緣。
本發(fā)明通過(guò)提供用于將模塊連接到PCB上的改進(jìn)型引腳解決了已有模塊的上述問(wèn)題。本發(fā)明特別提供了一種模塊，該模塊使用的引腳在載流和熱傳導(dǎo)能力上都有所改進(jìn)，而該引腳不提供決定模塊和PCB之間的間隔距離的機(jī)械結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種模塊，該模塊的引腳在抗彎力度和焊接能力上均有所改進(jìn)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種用于將DC-DC電源轉(zhuǎn)換器的模塊連接到PCB上的引腳，該引腳提供的載流能力遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的引腳。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種在兩塊連接的電路板間具有較小電阻的終端引腳。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種在兩塊連接的電路板間具有較低熱阻的終端引腳。
本發(fā)明的另一方面是提供一種終端引腳，該終端引腳可減小電阻并能焊接到PCB板上。
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種終端引腳，該終端引腳是高效的，并與印制電路板裝配技術(shù)兼容，而且與現(xiàn)有的終端引腳相比，更為低廉。
本發(fā)明的另一方面是提供了一種以一定的間隔距離安裝在印制電路板上的模塊。該模塊包括一塊其上安裝有電子元件的電路板；一個(gè)從電路板伸出的部件，用于保持印制電路板與所述的模塊之間的間隔距離；以及多個(gè)引腳，每個(gè)引腳至少與一個(gè)電子元件有電接觸，并從該電路板伸出。每個(gè)引腳都包括具有第一直徑的一個(gè)端部和一個(gè)延長(zhǎng)部分，該第一直徑使得該端部適于插入所述的印制電路板的相應(yīng)的孔中，該延長(zhǎng)部分的長(zhǎng)度從電路板延伸到引腳的該端部，其長(zhǎng)度小于所述間隔距離，并且延長(zhǎng)部分的直徑大于第一直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，延長(zhǎng)部分在該端部附近具有一個(gè)垂直于引腳的表面，延長(zhǎng)部分進(jìn)而包括一個(gè)在該表面與引腳該端部之間的過(guò)渡部分。引腳第一端部與第二端部的縱向距離大于所述間隔距離。在另一個(gè)實(shí)施例中，該端部是有滾花的，而在另一個(gè)實(shí)施例中，伸長(zhǎng)部分在所述第一端部處有一個(gè)凸緣。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種DC-DC電源轉(zhuǎn)換器模塊，該模塊具有用于將所述電源模塊連接到PCB上的引腳，該引腳與現(xiàn)有的引腳相比具有更大的載流能力。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種DC-DC電源轉(zhuǎn)換器模塊，該模塊的終端引腳在電源模塊和所連接的PCB之間的電阻較小。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種DC-DC電源轉(zhuǎn)換器模塊，該模塊的終端引腳在電源模塊和所連接的PCB之間的熱阻抗較小。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種DC-DC電源轉(zhuǎn)換器模塊，該模塊的終端引腳具有較小的電阻，并可以焊接到PCB板上。
通過(guò)以下對(duì)具體實(shí)施例的詳細(xì)討論可進(jìn)一步了解本發(fā)明。清楚起見，以下討論以具體實(shí)例的形式談到設(shè)備、方法和概念。目的并不在于通過(guò)具體實(shí)施例所討論的內(nèi)容來(lái)限制本發(fā)明。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明前述的方面和隨之的優(yōu)點(diǎn)將更易理解。
圖1是現(xiàn)有模塊和用于安裝在PCB上的引腳的透視圖；圖2是圖1中安裝在PCB上的現(xiàn)有模塊的剖面圖；圖3是安裝在PCB上的另一個(gè)現(xiàn)有模塊的剖面圖；圖4是按照本發(fā)明的終端引腳的側(cè)視圖；圖5是使用圖4中的終端引腳將一個(gè)模塊連接到一個(gè)PCB上的剖面圖；和圖6是圖5中的終端引腳、模塊和PCB的詳細(xì)剖面圖。
圖中使用標(biāo)號(hào)來(lái)指示圖中示出的特定元件、方面或特性，不同附圖中相同標(biāo)號(hào)指示圖中示出的相似的元件、方面或特征。
發(fā)明詳述為了便于描述，下面以用于將DC-DC電源轉(zhuǎn)換器連接到一個(gè)PCB上的引腳的形式來(lái)描述本發(fā)明。總體來(lái)講，本發(fā)明提供了一種用于將兩塊印制線路板以近乎平行的配置方式連接起來(lái)的裝置。
參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。具體地，圖4是根據(jù)本發(fā)明的終端引腳400的剖面圖；圖5是模塊510的剖面圖，模塊510有一個(gè)由引腳400以間隔距離S連接到PCB 520上的一個(gè)電路板511；圖6是圖5中終端引腳、模塊和PCB的詳細(xì)剖面圖。如圖4所示，引腳400具有延長(zhǎng)的形狀，包括第一端部401，延長(zhǎng)部分403，第二端部405。引腳400為模塊510和PCB 520之間提供導(dǎo)電特性，優(yōu)選地是一種具有高電導(dǎo)率的金屬，如銅或一些其他在現(xiàn)有技術(shù)中已有的用作引腳的金屬。如圖5和圖6所示，端部401和405適于以間隔距離為S安裝在印制線路板間，其延長(zhǎng)部分403跨越該間隔距離。第一端部401是一個(gè)具有滾花表面的，直徑為D1的圓柱部分。第二端部405直徑為D2，并終止于錐形(taper)419處。
延長(zhǎng)部分403包括長(zhǎng)度為X的第一部分421，和長(zhǎng)度為Y的第二部分411。第一部分421從鄰近第一端部401的第一表面413延伸到與第一表面的距離為X的第二表面415。距離X小于間隔距離S，但卻是間隔距離S的大部分。第一部分421的大部分具有直徑D3，該直徑D3大于兩個(gè)端部的直徑(D1和D2)。第一部分還包括在第一端部401附近的凸緣407，并且還包括鄰近第二表面415的導(dǎo)角417。
圖5所示為一個(gè)已裝配的模塊510和PCB 520。模塊510包括一個(gè)電路板511，電路板511上的孔512緊鄰表面515上的導(dǎo)線(未示出)，表面515面向模塊/PCB組件中的PCB 520。PCB 520包括與表面521上的導(dǎo)線相鄰(未示出)的孔525，表面521面向模塊510。引腳400和一個(gè)或多個(gè)部件517跨越表面515和521之間的間隔距離S。如下所述，部件517為模塊510提供機(jī)械支撐，而引腳400提供模塊和PCB 520之間的電接觸和熱接觸。
圖6清楚地示出了模塊510和PCB 520的連接關(guān)系。引腳400的端部401恰好穿過(guò)孔512，而表面413恰好緊貼表面515。端部401的滾花末端提高了引腳/模塊的連接強(qiáng)度。更可取的是直徑D1比孔512的直徑略大，以使得端部401能緊密地裝配進(jìn)電路板511中。通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)流焊技術(shù)添加焊錫531，可為引腳400和模塊510提供電連接，特別是給表面413和515提供電連接。這樣，凸緣407為引腳與電路板515的電連接提供了附加的表面接觸，同時(shí)也增加了引腳400和模塊510的機(jī)械連接的剛性。
優(yōu)選地，包括引腳400的模塊510連接到PCB 520上。為了便于電路板的連接，第二端部405的直徑為D2，在錐形419的輔助下，該直徑允許第二端部易于穿過(guò)PCB 520上的孔525。PCB 520和引腳400間的電連接由焊錫533提供，焊錫533與第二部分411和表面521上的緊鄰孔525的導(dǎo)電層(未示出)接觸。重要的是，第二端部405伸出第二表面415，以使得第二表面靠近但不接觸表面521，從而允許焊錫容易在引腳400和電路板520之間流動(dòng)。優(yōu)選地，第二端部405伸出電路板520，以允許出現(xiàn)焊錫倒角601從而保證引腳400在電路板520兩側(cè)的連接。
部件517保證了所述間隔距離，部件517是安裝到表面515和表面521上的。部件517一般是管狀的、固體的，或者是具有用以保持隔離距離S的縫隙或間隔的框架或電路板支撐部件的一部分。諸如部件517之類的部件可以用粘貼、焊接或使用扣件或其他的現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法進(jìn)行固定。
引腳400，在間隔距離S的大部分的直徑大于端部401和405的直徑。這個(gè)增加的直徑為電流流動(dòng)提供的橫截面積大于兩個(gè)端部401和405的任一橫截面積。由于增加了橫截面積，引腳400的電阻和熱阻抗小于以固定直徑穿過(guò)孔512和525的引腳。而且，熱阻抗也沿著引腳減小，從而允許來(lái)自模塊510的更大的熱流。當(dāng)由部件517來(lái)確保電路板511和520的間距時(shí)，引腳400的增加后的直徑D3可提供比具有與孔直徑相同的恒定直徑的引腳更強(qiáng)的抗彎力度，。
在一個(gè)實(shí)施例中，孔512和525的直徑為0.082”，間隔距離S為021”。引腳400的長(zhǎng)度X是0.170”，為了將引腳400焊接到PCB 520上，引腳400遺留一段距離Y約為0.040”。直徑D1是0.085”，允許滾花的第一端部401壓入孔512，直徑D2是0.080”，允許第二端部405放入孔525。直徑D3是0.180”，提供一個(gè)比第一端部和第二端部的直徑更大的橫截面積。這個(gè)增加的橫截面積導(dǎo)致沿著引腳400長(zhǎng)度的電阻和熱阻減小，抗彎強(qiáng)度增加。距離Y足以允許焊錫在引腳400和PCB 520之間流動(dòng)，并為引腳和PCB提供電接觸。
已經(jīng)參照具體的實(shí)施例解釋了本發(fā)明。對(duì)于這些實(shí)施例和其它實(shí)施例的變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，本發(fā)明并不局限于對(duì)具體實(shí)施例的討論。應(yīng)該理解，這里描述的例子和具體實(shí)施例僅僅出于解釋說(shuō)明的目的，并且這里揭示的關(guān)于本發(fā)明的各種變化和修改，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到的，而且這些更改和變化應(yīng)該包括在該應(yīng)用的精神和范疇內(nèi)，以及所附權(quán)利要求書的范圍中。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于將第一塊印制線路板連接到第二塊印制線路板的終端引腳，這里所說(shuō)的第一塊電路板基本上平行于第二塊電路板，而且所述的第一塊電路板和第二塊電路板的相對(duì)的表面間設(shè)有一個(gè)間隔距離，所述的終端引腳包括一個(gè)第一端部，其直徑適合插入所述的第一塊電路板中的孔內(nèi)；一個(gè)第二端部，其直徑適合插入所述的第二塊電路板中的孔內(nèi)；和一個(gè)延長(zhǎng)部分，位于第一端部和第二端部之間，其中，所述延長(zhǎng)部分的橫向尺寸大于第一端部或第二端部的直徑，而且所述延長(zhǎng)部分的長(zhǎng)度基本是該間隔距離，但小于該間隔距離。
2.如權(quán)利要求1所述的終端引腳，其中所述延長(zhǎng)部分在最接近所述第二端部處有一個(gè)垂直于所述引腳的表面，而且進(jìn)一步包括一個(gè)在所述的表面和所述第二端部之間的過(guò)渡部分。
3.如權(quán)利要求1所述的終端引腳，其中所述第一端部是有滾花的。
4.如權(quán)利要求1所述的終端引腳，其中所述的延長(zhǎng)部分在所述第一端部包括一個(gè)凸緣。
5.如權(quán)利要求1所述的輸出引腳，其中所述第一塊電路板是一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊。
6.一個(gè)以一定的間隔距離安裝在一塊印制電路板上的模塊，所述模塊包括一塊安裝有電子元件的印制線路板；一個(gè)伸出所述電路板的元件，用于保持所述印制電路板和所述模塊間的所述間隔距離；和多個(gè)引腳，每個(gè)引腳至少與一個(gè)所述電子元件有電連接，并且該引腳伸出所述電路板，其中每個(gè)所述引腳包括具有第一直徑的一個(gè)端部，該端部適于插入所述印制電路板上各自的孔中，和一個(gè)延長(zhǎng)部分，其長(zhǎng)度由所述電路板延伸到所述端部，其中所述長(zhǎng)度小于所述間隔距離，并且該延長(zhǎng)部分的直徑大于所述的第一直徑。
7.如權(quán)利要求6所述的模塊，其中所述延長(zhǎng)部分在接近所述端部處有一個(gè)垂直于所述引腳的表面，而且進(jìn)一步包括一個(gè)在所述表面和所述端部之間的過(guò)渡部分；其中，所述第一端部和所述第二端部之間的縱向距離大于間隔距離。
8.如權(quán)利要求6所述的模塊，其中所述端部壓有滾花。
9.如權(quán)利要求6所述的模塊，其中所述延長(zhǎng)部分在所述第一端部處包括一個(gè)凸緣。
10.如權(quán)利要求6所述的模塊，其中所述模塊是一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊。
全文摘要
該發(fā)明提供了一種終端引腳，用于將一個(gè)DC－DC電源轉(zhuǎn)換模塊或類似的模塊連接到PCB上。該引腳長(zhǎng)度的大部分區(qū)域的直徑大于該引腳連接到模塊或PCB的直徑，這使其載流能力得到改善。該較大的直徑也增加了從電源轉(zhuǎn)換模塊到PCB的熱流動(dòng)?？拷黀CB板的較小直徑部分增加了引腳和PCB之間的焊錫流動(dòng)。間隔距離的部件可保持模塊和PCB之間的預(yù)定的間隔距離。
文檔編號(hào)H01R12/51GK1541047SQ200410031809
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2004年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者卡爾·T·弗朗克, 卡爾 T 弗朗克 申請(qǐng)人:艾斯泰克國(guó)際公司