专利名称：用于表面安装的电子部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于表面安装应用的电子部件，特别地，涉及一种包括DC-DC转换器的电源器件。
背景技术：
图1中例示了用于表面安装应用的已知功率器件模块。图Ia是该器件的俯视图， 图Ib和图Id是侧视图；以及图Ic是立体图。该模块包括形成为封闭器件的大致矩形的传递模制(transfer moulded)壳10， 该封闭器件中包含转换器电子部件。来自内部电子部件的连接端子11穿过侧面，形成可附接到基板(未示出)的接脚12。可以利用传递模制的引线框来构建这种模块，这允许以最小公差研制这种产品，同时保持小尺寸和平坦的顶面和底面以便于处理。图1中所示的功率器件模块用于表面安装应用，因而意味着其以图中所示的形式构建和售卖，以便附接到另一方的电路板上。在实践中，大量的模块被装载到传送带上，然后送入到装配线机器以进行分拣和定位处理。因此，这种设计为表面安装应用的器件模块外壳典型地具有平坦的顶面以保护内部部件，从而，装配线机器可以容易的分拣模块，将其从输送带卸下，并将其放置在电路板上的所需位置处。然后，通过另外的装配线工具将外部连接端子焊接到适当位置。制造中可使用的材料的改变，例如根据有害物质限制(RoHS)规定的材料的改变， 已使得可靠的制造这种器件变得日益困难。例如，无铅焊料的焊接温度可以是80-100°C左右，大于含铅的焊料混合物的焊接温度。当对已封装的器件(例如上述器件)进行处理时， 当前增加的工作温度足以导致湿度敏感性以及焊料回流(实质上，已经施加到模块内部的焊料发生熔化)问题。结果，可能随之导致器件可靠性的问题。处理焊料回流问题的一种方法是使得外壳略微变大，从而在焊接工艺过程中允许散发更多的热量。但是，小尺寸的器件是有利的，因为在安装到电路板上时器件的占位面积 (footprint)越小就能容纳越多的器件。例如，图1所示的器件典型地是大约IOmm长及6mm 高。因此，通常不希望增加器件尺寸。—种可选的趋势是所谓的开放式框架或半开放式框架器件。在这种方法中，外壳不完全包装内部电子部件，而是提供空气在内部和外部之间流动的空间。功率模块例如可以构造在中空的塑料壳内。但是，由于最小厚壁和注模公差的限制，最终形成的器件将不可避免的更大并且更复杂。此外，对于DC-DC转换器模块，部件需要大量的端子，典型地具有9个变压器端子和至少4个用于输入和输出的管脚，意味着空间非常珍贵，并且器件尺寸大大受限。因此，已经意识到需要能够处理这些问题的功率模块设计。作为背景技术，日本专利申请JP 62-176197更详细地说明了已知的DC-DC转换器的结构。简而言之，在基板上安装有变压器以及包括用于变压的输入和输出馈送电路的第一电路板和第二电路板。在电路板上还安装有树脂盖，用于封装电路板和变压器，以提供对器件中部件的保护。在这种盖内，电路板彼此相互隔开，并且与变压器隔开，变压器夹在两个电路板之间。由于部件之间的间隔，由电路和变压器产生的热可以容易的散掉。树脂盖是电绝缘体，并且选择为具有良好的散热性能。JP 62-176197中所示的器件是一种封装设计，但没有构造为用于表面安装。
发明内容
在现在要参照的独立权利要求中限定了本发明。在从属权利要求中阐述了一些有利的特征。根据本发明的第一示例，提供了一种用于表面安装应用的电子部件，包括本体部，具有用于将本体部连接到电路板的一个或多个表面安装管脚；以及第一和第二电路板， 在第一和第二电路板上安装有相应的电路元件，其中第一和第二电路板安装在本体部上， 使得第一和第二电路板的其上安装有电路的侧面面向器件的内部，以及第一和第二电路板的背面形成部件的外表面。将电路板安装成部件的侧面，使得可以大大减少器件的占用面积。另外，由于电路板的背面用作器件的外壳，从而不需要独立的外壳，并避免了蓄热的问题。有利的，电子部件的本体部包括其中容纳有表面安装管脚的基部，提供部件外表面的顶部，以及连接基部和顶部的中间部。因此，本体部可以用于确保部件具有坚固的结构，同时本体部的顶部可以用作外壳的顶面。在一个实施例中，第一和第二电路板安装在本体部的相对侧上。这简化了结构，并为在运行中会产生热量的电路板元件提供了最大的间隔。顶部或基部中的至少一个包括一个或多个导电管脚，用于与安装在第一和第二电路板上的电路元件形成电连接。电路板包括一个或多个通孔，用于在电路板和导电管脚之间形成机械连接和电连接。通过这种方式，管脚可以起到两个作用，从而不需要将电路板连接在适当位置处的单独专用装置。本体部和电路板之间的机械连接可以通过下述方式得到强化使至少一个导电管脚从本体部延伸穿过第一和第二电路板的通孔，并朝向电路板的背面向回弯曲(bent back)。通过弯曲的管脚提供的机械连接可以在焊接端子时有助于器件的构造。 在所述至少一个导电管脚安装在基部的情况下，在焊接工艺之前可以将电路板装置牢固的固定在本体部上。此外，所述至少一个导电管脚还可以与表面安装管脚成一体。这简化了本体部的构造，并使得器件更加可靠。在一个实施例中，本体部的中间部具有在基部和顶部之间延伸的侧面，以提供部件外壳的两个侧面。中间部的侧面具有进入器件内部的开口，从而便于空气流通并有利于冷却。中间部可以具有用于安装电气部件例如变压器的内部空腔。通过这种方式，电子部件可以是例如DC-DC转换器的电源转换器，或者是隔离器。在转换器的情形下，第一和第二电路板可以形成变压器的输入和输出馈送电路，并且顶部中的导电管脚提供用于将变压器连接在输入和输出馈送电路之间的变压器绕线端子。通过这种方式提供的器件具有非常小的占用面积以及可靠的结构。本体部以及第一和第二电路板一起形成长方体结构，以便于处理和封装。本申请还提供了一种用于表面安装应用的电子部件的构造方法。该方法包括在部件本体部上安装第一和第二电路板，其中第一和第二电路板上安装有相应的电路元件， 使得第一和第二电路板的其上安装有电路的侧面面向电子部件的内部，以及第一和第二电路板的背面形成电子部件的外表面；其中在安装步骤中，设置在本体部上的一个或多个导电管脚穿入到电路板上的通孔中并焊接在相应位置处。
现在，参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中图1例示了现有技术的器件；图2是本发明一示例的立体分解图；图3是完全组装后的图2中所示示例的侧视图。图4是示出图2中所示示例的内部细节的侧视图；图5是进一步示出图2中所示示例的内部细节的侧视图；图6是根据本发明的示例性器件的立体图。
具体实施例方式现在，参照图2更详细地描述本发明的示例。图2以分解立体图示出了根据本发明一示例的用于表面安装应用的电子器件。所例示的器件是自振荡推挽DC-DC功率转换器。但是，本发明并不局限于这种器件，并且随后将要讨论其他示例性器件。图2中所示的DC-DC功率转换器包括中心头部或本体部22、第一和第二电路板24 和26、以及变压器线圈28。现在简要参照图3，如图3所示，第一和第二电路板24和26附接到本体部22以形成器件20的两个侧面，变压器线圈28容纳于本体部22内并夹在第一和第二电路板24和26的内部。第一和第二电路板称作放置板(placed boards)，因为形成变压器的输入和输出馈送电路的电子部件安装或放置在这些板上。在图2中，第一电路板24承载用于变压器的输入馈送电路，第二电路板26承载输出馈送电路。形成变压器的输出电路的电子部件在图 2的视图中可以看到，并且用附图标记262表示。用于第一电路板24的输入馈送电路242 由于安装在电路板24所示出面的反面，因此由于视角原因而在该图中不能完全看到。如图2所示，输入馈送电路242和输出馈送电路262仅安装在它们各自的电路板 24和26上的一侧，为了方便参考，称为电路板正面。组装完成后，电路板的正面面对本体部22和器件20的内部，从而得以保护。另外，将电路板24和26与器件20的基底垂直地安装意味着器件的占用面积小。在第三方电路板上安装该器件所要求的空间少于现有技术的器件(例如图1中所示的器件)所要求的空间。在电路板的下侧，为了方便起见称为背面，未安装电子部件。这允许电路板24和 28的背面用作器件的外壳，而不会对任何主要部件造成损害。通孔244和264设置在电路板24和26的背面，用作设置在电路板正面上的输入和输出馈送电路的输入端子和输出端子。如随后所述，在所示的示例中，在第一电路板24中设置有两个通孔244，在第二电路板中设置有三个通孔264。还设置通孔246和266以用于变压器接线，如随后所述。现有技术中已知，器件的输出馈电侧具有的输出端可以多于在输入馈电侧设置的输入端。在该示例中，设置有2个输入连接244，而设置有3个输出连接264。变压器自身的操作与本发明的操作不相关，并且不再对输入或输出馈送电路进行进一步的讨论。图2中所示的本体部22具有实质上I形轮廓，其包括顶部220、中间部223和底部或基部225。顶部220提供实质上平坦的顶面221，其厚度设置为可以容纳多个变压器绕线连接222。中间部223包括实质上平坦的侧部224，在顶部220和底部225之间延伸以提供器件的高度，并提供容纳变压器线圈28的空腔。在该示例中，侧部224从顶部220的侧边延伸到底部的侧边。最后，底部225为器件提供实质上平坦的基底，并且其厚度设置为可以容纳表面安装管脚226，这些管脚用于利用焊接或其他合适的连接方式将器件20连接到电路板(未示出)。在表面安装管脚226之上，基部还容纳有放置板连接管脚227，电路板24 和26通过这些管脚连接到本体部22。表面安装管脚226和放置板连接管脚在本体部22中彼此电连接，使得电路板24和26连接到表面安装管脚226。在一个示例性实施例中，放置板连接管脚227和表面安装管脚226可以由在本体部内部延伸的单片弯曲金属制成。这简化了结构并节省了空间。现有技术中已知，本体部22可以由塑性材料例如液晶聚酯或聚苯硫醚构成，在本体部中可以形成金属连接。如图3所示，本体部22的I形轮廓是有利的，因为在电路板连接到本体部22时， 中间部223的平坦侧面224提供了器件20外壳的两个外侧面，同时由顶面221和基部225 提供剩下的两个侧面。I形设计还意味着在侧面224与电路板24和26之间建立了多个窗口部228，其允许空气在器件20的内部和外部之间循环，从而有助于保持器件冷却。在其它示例中，本体部22在仍然用作用于安装电路板的中心主体的情况下可以具有非I形的形状，并且具有可以用作器件20外壳的外型。现在，参照附图3和4更详细地描述电路板24和26与本体部22的连接。图4示出了器件20，其中设置有电路板26，但是省略了电路板24。因此，可以更详细的观察到表面安装管脚226、放置板连接管脚226以及变压器绕线端子222。在图4中，放置板连接管脚227已经向上弯曲到最终的安装位置。在初始状态，这些管脚从本体部22笔直向外延伸，从而使得它们以及变压器绕线端子管脚222可以插入到电路板24中的相应通孔244和通孔246中。现有技术中已知，通孔244、246、264和266设置有环绕的铜连接，以使得在焊接后能够可靠的与管脚222和227连接。因此，在安装器件时，电路板24的通孔244和246中可以穿在放置板连接管脚227 和变压器绕线端子222上。然后，可以把管脚焊接在相应位置以形成焊接连接229，例如图 3和6中可见的焊接连接。通过这种方式，管脚222和227具有将电路板24和26机械连接并电连接到本体部22的双重作用。如图4所示，在进行焊接之前可以把放置板连接管脚 227向上弯曲，从而实现更牢固的机械连接，并在施加焊料时将电路板固定就位。除了管脚227和222的数量不必相同之外，用于电路板26的安装流程与针对电路板24所描述的相同。在这里讨论的DC-DC转换器示例中，器件20的输入侧具有两个表面安装管脚226从而具有两个放置板连接管脚227，而器件的输出侧具有三个表面安装管脚 226从而具有3个放置板连接管脚227。现在，参照图5更详细地描述器件的内部结构。图5是拆除了第二电路板26的器件20的视图，其示出了在适当位置与变压器绕线端子222连接的变压器线圈28。在该视图中，可以看到在器件20的输出侧上仅有三个变压器绕线端子222，相反在输入侧上具有6 个变压器绕线端子。变压器线圈28包括芯280和若干绕组282。变压器28容纳在本体部22之内的变压器空腔284中，其中可以通过任何合适的方式，例如通过胶或粘合剂，将变压器固定就位。如图5所示，空腔284的一侧可以打开，以允许进入空腔280进行安装。因此，其他三个侧面可以完全或部分的闭合，从而空腔280的壁提供中间部223和侧壁224。空腔280的后壁中的间隙285允许变压器绕组从空腔280穿过到器件20的输入侧，以便与输入侧变压器绕线端子222连接。参照附图2至6描述的器件结构相对于现有技术具有多个优点。多功能的头部或本体部22用作变压器28的托架，同时还提供了支撑器件20的刚性结构。本体部安装有用于附接到外部电路板的接脚以及有助于变压器绕线电气端接的管脚。此外，本体部的顶面221是平坦的，有助于表面分拣和定位处理操作。变压器28的绕线端子222已经集成到头部中，并用作与放置板24和26的机械连接和电连接。这减小了器件所需的尺寸。本体部的导电管脚226和227与放置板上的通孔一起形成与器件一体并提供电连接的安装部件。放置板和头部以形成长方体状结构的方式彼此叠置安装。在这里披露的特定示例中，长方体是六面长方体，其中本体部提供了器件的4个侧面，而第一和第二本体部板(放置板)提供其它两个侧面。通过这种方式，器件设置有平坦的表面以便于器件封装，并有助于在机械上保护内部的电子部件。因此，不再需要外壳，从而允许减小器件20的尺寸。此夕卜，不再需要考虑外壳厚壁和外壳公差。在实践中，这种器件可以构建为小于9立方毫米的尺寸，并具有少于0. 7cm2的占用面积。已连接的放置板连接管脚227构成表面安装管脚226的一部分，这些管脚也是多功能的，因为它们可以提供与放置板24和26的进一步机械连接和电连接。对放置板连接管脚227进行弯曲允许在进行焊接工艺并进一步强化机械连接之前将放置板机械固定就位。在一个实施例中，表面安装管脚226和放置板连接管脚可以设置为一体的金属部，该金属部在本体部22内部弯曲成所需的形状。这种结构不需要单独的机械连接和表面安装管脚，从而减小了器件尺寸。由本体部22中的窗口或开口 228提供的半开放框架形式的器件允许器件在运行过程中冷却，并消耗更少的能量。因此，本体部侧面中的开口设置在放置板附近，以使得由器件内部的部件产生的热量可以散失。此外，由于器件较低的工作温度，还可以增加器件的
可靠性。最后，由于放置板24和26安装在塑性头部的每一侧，从而使得它们在安装后与第三方用户的电路板的平面垂直，因而放置板对转换器的整体占用面积影响很小。
虽然本发明已经参照DC-DC功率转换器进行了描述，但应认识到，在中心头部或本体部上安装电路板使得没有安装任何电子部件的电路板背面形成器件外壳一部分的概念，可以应用于任何用于表面安装的电子器件。这种器件例如可以简单地提供输入侧和输出侧之间的电流隔离，例如基于变压器的隔离器、光耦合器或电容器。此外，虽然已经将器件描述为具有平坦的侧面，以及在上述讨论中是实质上立方体的形状，但是通过电路板和头部的组合得到的器件可以是任何形状，只要适于分拣和定位处理操作。以上讨论的示例旨在示例性说明本发明，而不是试图限制本发明的定义，本发明的定义由所附权利要求提供。
权利要求
1.一种用于表面安装在电路板上的电子部件，包括a)本体部，具有用于将所述本体部连接到所述电路板的一个或多个表面安装管脚，和b)第一和第二本体部电路板，在所述第一和第二本体部电路板上安装有相应的电路元件，其中所述第一和第二本体部电路板通过相应的安装部件安装在所述本体部上，以使得所述第一和第二本体部电路板的其上安装有电路的侧面面向所述电子部件的内部，以及所述第一和第二本体部电路板的相反侧面形成所述电子部件的外表面；所述安装部件包括一个或多个导电管脚，设置在所述本体部上，用于与所述第一和第二本体部电路板的电路元件形成电连接；以及一个或多个通孔，设置在所述第一和第二本体部电路板中，用于在所述电路板和所述导电管脚之间分别形成机械连接和电连接；其中至少一个所述导电管脚从所述本体部延伸穿过所述第一和第二电路板之一的通孔，并朝向所述电路板的相反侧面向回弯曲。
2.根据权利要求1所述的电子部件，其中所述本体部包括基部，其中容纳有表面安装管脚，顶部，提供所述部件的外表面；以及中间部，连接所述基部和所述顶部。
3.根据权利要求2所述的电子部件，其中所述第一和第二电路板安装在所述本体部的相对侧上。
4.根据权利要求2或3所述的电子部件，其中所述至少一个导电管脚安装在所述基部中。
5.根据前述权利要求任一项所述的电子部件，其中所述至少一个导电管脚与表面安装管脚成一体。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电子部件，其中所述本体部的中间部具有在所述基部和所述顶部之间延伸的侧面，以提供所述部件的外壳的两个侧面。
7.根据权利要求6所述的电子部件，其中所述中间部的侧面具有进入所述电子部件内部的开口。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的电子部件，其中所述中间部具有用于安装电气部件的内部空腔。
9.根据权利要求8所述的电子部件，其中所述电气部件是变压器。
10.根据权利要求9所述的电子部件，其中所述第一和第二电路板形成所述变压器的输入和输出馈送电路，以及所述顶部中的导电管脚提供用于在所述输入和输出馈送电路之间连接所述变压器的变压器绕线端子。
11.根据权利要求10所述的电子部件，其中所述本体部以及所述第一和第二电路板一起形成长方体结构。
12.一种用于表面安装在电路板上的电子部件的构造方法，包括在所述电子部件的本体部上安装第一和第二本体部电路板，其中在所述第一和第二本体部电路板上安装有相应的电路元件，以使得所述第一和第二本体部电路板的其上安装有电路的侧面面向所述电子部件的内部，以及所述第一和第二本体部电路板的相反侧面形成所述电子部件的外表面；其中，在所述安装步骤中，设置在所述本体部上的一个或多个导电管脚穿入到相应的第一和第二本体部电路板上的通孔中，朝向所述电路板的相反侧面向回弯曲，并焊接在相应位置处。
13.一种用于表面安装在电路板上的电子部件，包括a)本体部，具有基部、顶部和中间部，其中，在基部中容纳一个或多个表面安装管脚，所述表面安装管脚用于将所述本体部连接到所述电路板，所述中间部连接所述基部和所述顶部；其中，所述本体部的中间部具有在所述基部和所述顶部之间延伸的侧面，以提供所述部件的外表面的两个侧面，并且其中所述基部和所述顶部提供所述部件的外表面的另外两个侧面；b)第一和第二本体部电路板，在所述第一和第二本体部电路板上安装有相应的电路元件，其中所述第一和第二本体部电路板安装在所述基部和所述顶部之间的所述本体部上， 使得所述第一和第二本体部电路板的其上安装有电路的侧面面向所述电子部件的内部，以及所述第一和第二本体部电路板的相反侧面分别形成所述电子部件的外表面的两个侧面； 以及其中所述中间部的侧面具有进入所述部件内部的开口。
14.根据权利要求13所述的电子部件，其中所述第一和第二本体部电路板安装在所述本体部的相对侧上。
15.根据权利要求13所述的电子部件，其中所述顶部或所述基部中的至少一个包括一个或多个导电管脚，所述导电管脚用于与安装在所述第一和第二本体部电路板上的电路元件形成电连接。
16.根据权利要求15所述的电子部件，其中所述第一和第二本体部电路板包括一个或多个通孔，所述通孔用于在所述第一和第二本体部电路板与所述导电管脚之间形成机械连接和电连接。
17.根据权利要求15所述的电子部件，其中至少一个所述导电管脚从所述本体部延伸穿过所述第一和第二本体部电路板的通孔，并朝向所述电路板的相反侧面向回弯曲。
18.根据权利要求17所述的电子部件，其中所述至少一个导电管脚安装在所述基部中。
19.根据权利要求17所述的电子部件，其中所述至少一个导电管脚与表面安装管脚成一体。
20.根据权利要求13所述的电子部件，其中所述中间部具有用于安装电气部件的内部空腔。
21.根据权利要求20所述的电子部件，其中所述电气部件是变压器。
22.根据权利要求15所述的电子部件，其中所述第一和第二本体部电路板形成所述变压器的输入和输出馈送电路，以及所述导电管脚提供用于在所述输入和输出馈送电路之间连接所述变压器的变压器绕线端子。
23.根据权利要求13所述的电子部件，其中所述本体部以及所述第一和第二本体部电路板一起形成长方体结构。
24. 一种用于表面安装在电路板上的电子部件的构造方法，包括a)提供本体部，所述本体部具有基部、顶部和中间部，其中，在基部中容纳一个或多个表面安装管脚，所述表面安装管脚用于将所述本体部连接到所述电路板，所述中间部连接所述基部和所述顶部；b)在所述本体部上安装第一和第二本体部电路板，其中在所述第一和第二本体部电路板上安装有相应的电路元件，使得所述第一和第二本体部电路板的其上安装有电路的侧面面向所述电子部件的内部，以及所述第一和第二本体部电路板的相反侧面分别形成所述电子部件的外表面的两个侧面，其中在所述安装步骤中，设置在所述本体部上的一个或多个导电管脚穿入到所述第一和第二本体部电路板上的通孔中，并焊接在相应位置处；其中，所述本体部的中间部具有在所述基部和所述顶部之间延伸的侧面，以提供所述部件的外表面的另外两个侧面，并且其中所述基部和所述顶部提供所述部件的外表面的另外两个侧面；以及其中所述中间部的侧面具有进入所述部件内部的开口。
全文摘要
本发明涉及一种用于表面安装的电子部件(20)，例如DC-DC功率转换器。所述部件包括本体部(22)以及第一电路板(24)和第二电路板(26)，本体部具有一个或多个表面安装管脚(226)用于将本体部连接到电路板，第一和第二电路板上安装有相应的电路元件。第一和第二电路板安装在本体部上，使得第一和第二电路板的其上安装有电路的侧面面向器件的内部，以及第一和第二电路板的背面形成部件的外表面。通过这种方式，所述部件不需要独立的外壳。从而，可以保持电子部件的小尺寸，并可以通过电路板的背面提供对电路元件的保护。
文档编号H02M3/00GK102457177SQ201110322719
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者斯科特·帕里什 申请人:村田电源技术(米尔顿凯恩斯)有限公司