具体实施方式

为了促进对本公开原理的理解，现在将参考附图中示出的实施例并且将使用特定语言对其进行描述。应当理解，从而没有旨在限制本公开的范围，所示系统中的这种改变和进一步修改以及在此所示的本公开的原理的这种进一步应用是本公开所涉及领域的技术人员通常会想到的。

前面的一般描述和下面的详细描述是对本公开的解释，而不是对其进行限制。

在整个说明书中对“一方面”、“另一方面”或类似语言的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一实施例中”、“在另一个实施例中”和类似的语言可以但不一定都指代相同的实施例。

术语“包括”、“包含”或其任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，使得包含一系列步骤的过程或方法不仅包括那些步骤，还可以包括未明确列出的或这种过程或方法固有的其他步骤。类似地，一个或多个设备或子系统或元件或结构或组件“包括...”，在没有更多限制的情况下，不排除存在其他设备或其他子系统或其他元件或其他结构或其他组件或附加设备或附加子系统或附加元件或附加结构或附加组件。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。此处提供的系统、方法和示例仅是说明性的，并不旨在进行限制。

图2描述了用于电连接外部导体202的结构200。所述外部导体202可以是高电流承载导体，包括其中至少一个可以是汇流条形状的以与端子联接或连接。在一示例中，如稍后在图3中所示，汇流条可成形为展示用于此类连接的通孔。在其他示例中，导体202可以是具有压接连接器的电力电缆。

结构200包括布线基板204，布线基板204包括多层的基于堆叠的布置，所述层被定义为导电层206和绝缘层208。在示例中，布线基板204是印刷电路基板(PCB)，其由电介质层208和铜层206的图案构成。

从布线基板204支撑的铆钉210包括在布线基板204内的嵌入部分。嵌入部分包括延伸穿过堆叠多个层的上部210-1。底部210-2相对于上部210-1横向延伸。底部210-2嵌入布线基板204的绝缘层208内，使得绝缘层208对应于PCB的非导电基板。

此外，铆钉210包括从布线基板204突出的部分210-3，用于接收外部导体202并从而与布线基板204电连接。铆钉210的突出部分210-3用作端子-柱以将外部导体202与布线基板204连接。

图中的箭头表示电流从PCB的导电层206(即导电迹线)通过铆钉210并到达外部导体的示例流动。然而，相反方向的电流通过PCB也是可行的。铆钉210可以在布线基板204的非导电或绝缘层208内接地。另外，可以在外部导体202和布线基板204之间提供基于垫圈的布置212，用于负载分布。

图3示出了根据本主题的实施例的外部导体相对于PCB204的示例连接结构200。如图中所示，提供紧固件302用于将外部导体202刚性地保持到铆钉210的突出部分210-3。在本实施方式中，外部导体202包括用于接收铆钉210的通孔。紧固件302可以是围绕铆钉210绕在外部导体202顶上的基于螺钉的螺母。铆钉210又可以带有螺纹以接收螺母并由此刚性地支撑外部导体202。

图4示出了根据本主题的实施例的外部导体相对于PCB的另一示例连接结构200。更具体地，本连接结构200包括支撑基板402，其提供用于支撑布线基板204或PCB的基部。在这样的情况下，支撑基板402接收铆钉210的底部210-2以辅助铆钉210嵌入布线基板204内。

图5示出了根据本主题的实施例的外部导体相对于PCB204的另一示例连接结构。更具体地，用于电连接外部导体202的本结构200包括如前图所示的布线基板204。多个层的基于堆叠的布置，所述层由导电层206和绝缘层208限定。

铆钉210嵌入在布线基板204内并且包括延伸穿过堆叠的多个层的上部210-1。底部210-2参考上部210-1在布线基板204内横向延伸。

金属柱502从铆钉210的上部垂直延伸以接收外部导体202，从而通过铆钉210将导体202与布线基板电连接。

金属柱502垂直连接到铆钉210的从布线基板204突出的段部以限定与铆钉210的电连接，其中所述连接可以是焊接或锡焊连接。在其他示例中，金属柱502垂直连接到与布线基板204齐平的铆钉210的一段部以限定与铆钉210的电连接，其中所述连接是焊接或钎焊连接中的至少一种。铆钉210的底部可以嵌入布线基板204的绝缘层内。

图6A-6C示出了根据本主题的另一个实施例的用于实现图2的连接结构的示例摩擦铆接过程。

如图6A所示，铆钉210被设置用于与布线基板204连接，其在下文中可以被称为工件。铆钉210设置为顺时针方向旋转，如箭头所示

如图6B所示，铆钉210沿箭头方向下降到工件204上并压入后者。由于铆钉210的旋转，工件210周围的工件204的薄区域被塑化。

如图6C所示，如果铆钉210被进一步压入工件204中，铆钉210中的温度由于摩擦和压力升高而升高。在这种情况下，铆钉210的转速在15000到23000转/分钟之间，铆钉210压在PCB204上的压力在2到10巴之间，使得用于该连接的接合时间介于0.3到3秒之间。

这导致铆钉210，特别是其底部被塑化的情况，因为摩擦提供的热能大于经由铆钉210流出的热量。作为塑化的结果，铆钉210的底部210-2以这样的方式成拱形使得底部210-2在基板204内横向延伸，因此所述“拱形”底部的直径发展为大于铆钉210的剩余部分(即突出部分210-3和上部210-1)的直径。

当铆钉210停止旋转时，铆钉210周围的工件204的塑化材料固化，拱形点保持这种形式，从而使工件204与铆钉210之间形成正锁定连接。铆钉210因此牢固地锚定在工件204中。

总的来说，底部210-2以正锁定的方式锚定在布线基板204内。铆钉210的底部210-2由于底部在摩擦铆接过程中经历的塑化和变形而相对于上部210-1横向延伸。横向延伸的底部对应于限定一直径的拱形构造，所述拱形构造的直径大于上部的直径。

在该示例性实施例中，不仅第一工件204可以连接到铆钉210，而且充当支撑基板302的第二工件302可以布置在第一工件204的表面下方。铆钉210然后可以以旋转方式压入工件204中，使得铆钉210然后连接到工件204和304，并且最终支撑基板304接收铆钉210的底部。

图7示出了根据本主题的另一实施例的详述图6A-6C的示例摩擦铆接过程的示例流程图。

步骤702示出了接合配合件的夹紧。工件204可以牢固地夹在背板上，而铆钉210被夹在机器主轴中以顺时针旋转。本步骤对应于图6A。

步骤704示出了铆钉210的旋转并且对应于图6B。旋转铆钉210向下移动，接触在工件204上。旋转结合压力产生摩擦热，从而局部升高温度。这继而导致在铆钉210的尖端下方和周围形成非常薄的熔融聚合物膜。随着铆钉210连续进给到工件204中，熔融聚合物材料以及来自工件的导电材料被向上排出到外部作为闪蒸，如图8所示。

步骤706示出了塑化和锻造过程。在一定的插入深度，由于与聚合物的低热导率相关的越来越多的隔热效果，热量输入变得大于热量流出。这提高了工件204内的局部温度，使得铆钉210的底部变软。此时铆钉210的旋转停止并施加锻造压力。

锻造阶段导致形成类似于插入聚合物中的倒置螺钉的铆钉210的拱形部分。铆钉210的塑化尖端然后变形导致抛物面图案。铆钉尖端下方熔融聚合物的厚度显著降低，额外挤压材料的数量增加了闪蒸量。

在步骤708，剩余量的熔融聚合物膜的一部分被推出以闪蒸，而其余部分留在接头内并冷却。恒压冷却后，接头在恒压下冷却。熔融聚合物在铆钉210周围固结，形成结合的聚合物-金属界面。这样，就可以通过机械干涉获得接头，实现铆钉锚固。

在一个示例中，摩擦铆接工艺参数是转速(RS)、接合时间(TT)和接合压力(TP)。其他重要参数可能是铆钉几何形状和主轴到基部元件表面的距离。RS是旋转铆钉的角速度，并可能与接合区域中发生的温度发展和相关现象(熔融聚合物的流变性、缺陷形成等)有关，有助于摩擦生热的产生。此外，RS可以通过直接作用于轴向位移来间接影响接合速度。TT包括摩擦时间(FT)和锻造时间(FOT)的总和。除了作为接合速度控制因素之外，TT还可以通过控制熔融聚合物薄膜中的温度和暴露时间来影响与热降解、挥发物产生和接合后收缩相关的体积缺陷水平。接合压力TP是摩擦压力(FP)和锻造压力(FOP)的相加。

图8示出了根据本主题的另一实施例的PCB204内的嵌入铆钉210的示例表示。

由于涉及聚合物-金属多材料接头的内在结构复杂性，摩擦铆接接头内可能会出现复杂的微观结构。在一个示例中，铆钉210和PCB204之间的当前接头可以表现出大约五个微结构区：聚合物热影响区(PHAZ)、聚合物热机械影响区(PTMAZ)、金属热影响区(MHAZ)、金属热机械影响区(MTMAZ)和锚固区(AZ)。

PHAZ包括铆钉周围的聚合物体积，其在接合过程中的温度未达到聚合物软化点。PTMAZ由铆钉周围的薄熔层形成，它是PHAZ和金属铆钉之间的夹层。

在MHAZ中，金属通过摩擦热进行热处理。在这个区域，可能会发生不同的退火现象，例如恢复、再结晶和过时效，以及一些硬化机构，如老化和再沉淀，取决于铆钉类型、加热时间和最高温度。MTMAZ微观结构和局部机械性能可能会受到加热和严重变形的影响。

AZ是铆钉210的变形尖端所在的区域。由于塑性变形，它通常呈抛物面形式，其外径大于原始铆钉直径。该区域主要通过与聚合物基部元件的机械干涉(锚定)来承受施加的机械要求。

图9A-9C示出了根据本主题的另一个实施例的连接结构200的示例表示。更具体地说，连接结构已经通过工作距离(WD)范围从2mm到5mm的SEM图像描绘，并且包括未增强的聚合物基基板。连接结构对应以下构造：[表1]

图10A-10D示出了根据本主题的另一个实施例的连接结构的示例表示。更具体地，连接结构对应于工作距离(WD)范围从2mm到5mm的SEM图像并且包括基于增强聚合物(玻璃填充的GF、碳填充的CF)的基板。连接结构对应以下构造：

[表2]

本主题所示的连接结构200至少由于避免使用压配合连接而导致更低的成本并且通过减少PCB上的应力来提高质量。此外，本结构的整体尺寸减小，从而导致PCB上的占用空间更小。此外，本结构提供在一个组装步骤中集成PCB和外部导体的可能性。

总之，本连接结构通过至少导致在汇流条或电缆之间实现高电流连接至少避免了压配合连接器或其他类似连接器的缺点，例如应力发展。通过至少采用摩擦铆接工艺作为接合手段，本连接结构可以通过短接合周期(0.5到12秒)开发，并且不需要对PCB进行表面准备或预处理。此外，本连接结构实现了单侧接头可用性，类似于表面安装器件(SMD)。因此，不再需要在传统布线基板中以其他方式需要底部绝缘层和附加涂层的必要。

本公开尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”等)。

另外，如果打算引入权利要求列举的具体编号，则这种意图将在权利要求中明确列举，并且在没有这种列举的情况下，不存在这种意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可能包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求的列举。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示通过不定冠词“一”或“一个”引入权利要求引述将包含此类引入的权利要求引述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类引述的实施例，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”应解释为“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于使用定冠词来介绍权利要求。

此外，即使明确列举了引入的权利要求列举的具体编号，本领域技术人员也将认识到，这种列举应该被解释为至少表示所列举的编号(例如，没有其他修饰语的“两次列举”的简单列举表示至少列举两次，或两次或两次以上列举)。此外，在类似于“A、B和C等中的至少一个”或“A、B和C等中的一个或多个”的约定被使用的情况下，通常这样的结构旨在包括单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起等。例如，术语“和/或”的使用旨在以这种方式解释。

此外，无论是在实施例、权利要求或附图的描述中，呈现两个或更多个替代术语的任何分离词或短语应被理解为考虑包括术语之一、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

本公开中列举的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解本发明和发明人为促进本领域所贡献的构思，并且应被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。尽管已经详细描述了本公开的实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对其进行各种改变、替换和变更。