РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
RADIO-ELECTRONIC UNIT AND METHOD OF MAKING SAID RADIO-ELECTRONIC UNIT

Изобретения относятся к радиоэлектронике и могут быть использованы для решения задач повышения надежности и эффективности защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех посредством использования в нем пространственных ресурсов печатных плат и изготовления защищающего от электромагнитных помех экрана путем разнесения заливочного материала по времени.
Известно техническое решение радиоэлектронного блока, описанное в патенте РФ № 2269879, Н05К 1/00, опубл. 2006.02.10, где в радиоэлектронном блоке содержатся выполненные из электропроводящих материалов передняя и задняя панели и сочлененные с ними верхняя и нижняя крышки, а также расположенная во внутреннем пространстве плата, несущая на себе электронные узлы, скрепленная с одной из панелей и нижней крышкой. Недостатки этого технического решения: не использован весь пространственный ресурс печатной платы, а применение в блоке нескольких печатных плат приводит к влиянию электромагнитных помех друг на друга.
Наиболее близкое технического решение (прототип) известно из патента РФ № 2173036, Н05К 1/00, опубл. 2001.08.27, где содержится печатная плата с числом проводящих слоев, равным шести или более, в которой электрорадиоэлементы сгруппированы по разным зонам. Первая из зон - зона функционального размещения высокочастотного соединителя и электрорадиоэлементов. Последующие зоны - зоны функционального размещения электрорадиоэлементов, причем в последней зоне размещен, по крайней мере, один низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств. Земляные плоскости первой зоны расположены в двух внутренних проводящих слоях, соседствующих с наружными проводящими слоями. Земляные плоскости последующих зон расположены в одном из внутренних проводящих слоев, соседствующем с одним из наружных проводящих слоев, и связаны друг с другом, а также с земляной плоскостью первой зоны; во внутренних слоях располагаются проводники питания первой и других зон. Плоскости питания и земляная плоскость связаны через контактные элементы «Питание» и «Земля» с соответствующими выводами низкочастотного соединителя. С контактными элементами «Питание» и «Земля» непосредственно соединены выводы первого фильтра питания. Проводники питания второй зоны размещены в том же проводящем слое, что и проводники питания первой зоны, и выполнены расходящимися из общей точки, соединенной с выходным выводом второго фильтра питания, который связан другими своими выводами с плоскостью питания и земляной плоскостью зоны своего размещения. Проводники питания первой зоны выполнены в виде печатных проводников, расходящихся из общей точки. В наружных первом и последнем проводящих слоях по периметру зоны с разрывами для печатных проводников, пересекающих этот периметр, расположены дополнительные экранирующие печатные проводники, связанные между собой и с земляными плоскостями зоны соответствующими отверстиями межслойных соединений, расположенными в ряд с шагом не более 5 мм. Недостатки прототипа: экранирование торцов зон в толще платы переходными отверстиями межслойных соединений не способствует сплошному экранированию, отсюда следует вывод, что в прототипе эффективность защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех занижена. Наличие переходных отверстий проявляет паразитную индуктивность (например, при диаметре 0,4 мм и высоте 1,5 мм, что является достаточно распространенными величинами, индуктивность отверстия равна 1,1 нГн - Картер Б. «Техника разводки печатных плат», часть 2; Chip News. 2004. № 10, с.46-51). Также в прототипе возникают паразитные наводки и наведенные помехи, для устранения которых недостаточно используются ресурсы многослойной печатной платы.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к предлагаемому способу изготовления радиоэлектронного блока является способ, описанный в патенте РФ № 2034417, Н05К 5/06, опубл. 1995.04.30, который заключается в том, что осуществляют монтаж радиоэлементов на гибкой печатной плате, размещают платы в цилиндрическом корпусе, состоящем из двух частей, заполняют заливочным материалом и его полимеризируют, размещают и закрепляют платы по периметру корпуса радиоэлементов в сторону внутренней стенки корпуса, заполняют заливочным материалом, преимущественно пенопластом, устанавливают блок в центрифуге и осуществляют полимеризацию при включенной центрифуге с образованием свободной полости в зоне теплоотводов. Недостатки этого способа: для образования свободной полости в определенной зоне требуется центрифуга, которая при работе создает критические нагрузки в радиоэлектронном блоке, что снижает надежность блока в целом, приводит к разрушению электрических связей и к короблению основания платы блока. Этот способ изготовления не способствует защите от электромагнитных помех радиоэлектронного блока в целом.
Техническим результатом изобретений является повышение надежности и эффективности защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех посредством использования в нем пространственных ресурсов печатных плат и изготовления защищающего от электромагнитных помех экрана путем разнесения заливочного материала по времени.
Технический результат достигается тем, что радиоэлектронный блок содержит печатную плату с числом проводящих слоев, равным шести или более, в которой электрорадиоэлементы сгруппированы по разным зонам, первая из зон - зона функционального размещения высокочастотного соединителя и электрорадиоэлементов, последующие зоны - зоны функционального размещения электрорадиоэлементов, причем в последней зоне размещен, по крайней мере, один низкочастотный соединитель, предназначенный для подключения внешних устройств, земляные плоскости зон расположены во внутренних проводящих слоях и связаны друг с другом; во внутренних слоях располагаются проводники питания зон, плоскости питания и земляные плоскости, связанные через контактные элементы "Питание" и "Земля" с соответствующими выводами низкочастотного соединителя; с контактными элементами "Питание" и "Земля" непосредственно соединены выводы первого фильтра питания; проводники питания выполнены расходящимися из общей точки, соединенной с выходным выводом второго фильтра питания, который связан другими своими выводами с плоскостью питания и земляной плоскостью, в наружных первом и последнем проводящих слоях по периметру зоны расположены дополнительные экранирующие печатные проводники, связанные между собой и с земляными плоскостями зоны соответствующими элементами межслойных соединений, причем конструктивные элементы межслойных соединений, связывающие экранирующие печатные проводники и земляные плоскости, выполнены в виде заполненного припоем металлизированного паза; при этом каждая зона пространственно разъединена и расположена внутри блока на нескольких уровнях; соединение "Питание" и "Земля" между зонами осуществляется проходящей сквозь ферритовое кольцо проволокой.
Причем заполненный припоем металлизированный паз выполнен в виде С-образного межслойного перехода.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления радиоэлектронного блока включает монтаж радиоэлементов на печатной плате, размещение и закрепление платы в корпусе, состоящем из двух частей, заполненных заливочным материалом с образованием свободной полости в определенной зоне, причем заливочным материалом, которым является припой, заполняют пазы в толще платы в несколько операций по всему периметру связывающих экранирующих печатных проводников зоны экранирования в следующей последовательности: формируют металлизированные пазы по периметру экранированной зоны и располагают их в ряд с определенным шагом, оставляя промежутки, заполняют металлизированные пазы тугоплавким припоем, выбирают промежутки между заполненными тугоплавким припоем металлизированными пазами до формирования неметаллизированного паза, при этом выбирают частично и тугоплавкий припой, в неметаллизированный паз вставляют сеточную оплетку заданной длины, а концы сеточной оплетки укладывают до механического контакта с тугоплавким припоем, неметаллизированный паз с сеточной оплеткой заполняют припоем с меньшей температурой плавления, чем температура плавления припоя металлизированного паза.
Причем заливочный материал - припой - паяют непосредственно и на корпус блока по контуру экранируемой зоны.
Заявленные изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, при создании радиоэлектронного блока с требуемыми характеристиками был изобретен новый способ его изготовления. Использование этого способа позволяет решить задачу с получением требуемого технического результата - повысить надежность и эффективность защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех. В предлагаемом техническом решении конструктивные элементы межслойных соединений, связывающие экранирующие печатные проводники и земляные плоскости, выполнены в виде заполненного припоем металлизированного паза, что значительно повышает эффективность защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех. Каждая зона в предлагаемом техническом решении пространственно разъединена и расположена внутри блока на нескольких уровнях, что также способствует повышению эффективности защиты заявляемого блока от радиопомех. А соединение контактных элементов «Питание» и «Земля» между зонами посредством проволоки, проходящей сквозь ферритовое кольцо, повышает надежность и эффективность защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех.
Предложенный способ изготовления радиоэлектронного блока способствует повышению надежности изготовления блока посредством применения многооперационной заливки тугоплавкого припоя и припоя с меньшей температурой плавления соответственно в металлизированные и неметализированные пазы, расположенные с определенным шагом с разнесением заливки по времени, что в совокупности ведет к повышению эффективности защиты радиоэлектронного блока от воздействия электромагнитных помех.
Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами, представленными на фиг.1-17.
Фиг.1 - фрагмент в разрезе расположения экранируемых зон на нескольких уровнях и их взаимосвязь в блоке;
фиг.2 - вид шестислойной печатной платы со стороны элементов первого проводящего слоя, зона вторая.
фиг.3 - фрагмент рисунка печати внутреннего второго проводящего слоя шестислойной печатной платы (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные, зона вторая);
фиг.4 - фрагмент рисунка печати внутреннего третьего проводящего слоя шестислойной печатной платы (зона вторая);
фиг.5 - фрагмент рисунка печати внутреннего четвертого проводящего слоя шестислойной печатной платы (зона вторая);
фиг.6 - фрагмент рисунка печати внутреннего пятого проводящего слоя шестислойной печатной платы (вид со стороны первого проводящего слоя, слои условно прозрачные, зона вторая);
фиг.7 - фрагмент рисунка печати наружного шестого проводящего слоя шестислойной печатной платы (вид со стороны шестого проводящего слоя, зона вторая);
фиг.8 - пример формирования сплошного экрана на первой операции;
фиг.9 - пример формирования сплошного экрана на второй операции;
фиг.10 - пример формирования сплошного экрана на третьей операции;
фиг.11 - пример формирования сплошного экрана на четвертой операции;
фиг.12 - пример формирования сплошного экрана на пятой операции;
фиг.13 - сформированный сплошной экран;
фиг.14 - поперечное сечение сплошного экрана, сформированного на второй операции;
фиг.15 - поперечное сечение сплошного экрана, сформированного на пятой операции;
фиг.16 - пример сформированного межслойного переходного сплошного экрана С-образной формы;
фиг.17 - общий вид радиоэлектронного блока (составные части условно разнесены).
Заявляемый радиоэлектронный блок содержит следующие составные части:
1 - печатная плата;
2 - электрорадиоэлемент;
3 - зона;
4 - первая зона;
5 - высокочастотный соединитель;
6 - вторая зона;
7 - третья зона;
8 - четвертая зона;
9 - пятая зона;
10 - низкочастотный соединитель;
11 - земляная плоскость;
12 - внутренний проводящий слой;
13 - наружный проводящий слой;
14 - проводник питания;
15 - плоскость питания;
16 - контактный элемент «Питание»;
17 - контактный элемент «Земля»;
18 - первый фильтр;
19 - общая точка;
20 - второй фильтр;
21 - печатный проводник;
22 - периметр экранируемой зоны;
23 - блок питания;
24 - экранирующий печатный проводник;
25 - конструктивный элемент межслойных соединений;
26 - межслойный переход С-образной формы;
27 - проволока;
28 - ферритовое кольцо;
29 - пакет печатных плат;
30 - тугоплавкий припой металлизированного паза;
31 - металлизированный паз;
32 - припой с меньшей температурой плавления, чем припой металлизированного паза;
33 - промежуток между металлизированными пазами;
34 - неметаллизированный паз;
35 - сеточная оплетка;
36 - сплошной экран;
37 - корпус радиоэлектронного блока;
38 - передняя панель;
39 - задняя панель.
Радиоэлектронный блок содержит печатную плату 1 (фиг.1) с числом проводящих слоев, равным шести, в которой электрорадиоэлементы 2 сгруппированы по разным зонам 3. Первая зона 4 предназначена для функционального размещения высокочастотного соединителя 5 и электрорадиоэлементов 2. Вторая зона 6, третья зона 7 и четвертая зона 8 являются зонами функционального размещения электрорадиоэлементов 2. В пятой зоне 9 размещен низкочастотный соединитель 10, предназначенный для подключения внешних устройств. Земляная плоскость 11 (фиг.5) зон 3 (фиг.1) расположена в одном из внутренних проводящих слоев 12 (фиг.3), который соседствует с одним из наружных проводящих слоев 13 (фиг.1), связанных друг с другом. Во внутренних слоях 12 всех зон располагаются проводники питания 14 (фиг.3). Плоскости питания 15 (фиг.4) и земляная плоскость 11 (фиг.5) связаны через контактные элементы «Питание» 16 (фиг.1) и «Земля» 17 с соответствующими выводами низкочастотного соединителя 10. Контактные элементы «Питание» 16 и «Земля» 17 непосредственно соединены с выводами первого фильтра 18 питания при помощи проволоки 27. Проводники питания 14 (фиг.3) выполнены расходящимися из общей точки 19, которая соединена с выходным выводом второго фильтра 20 (фиг.1) питания, связанным другими своими выводами с плоскостью питания 15 (фиг.4) и земляной плоскостью 11 (фиг.5). При этом входные выводы первого фильтра 18 (фиг.1) и второго фильтра 20 соединены с блоком питания 23. Проводники питания 14 (фиг.3) первой зоны 4 (фиг.1) выполнены в виде расходящихся из общей точки 19 печатных проводников 21 (фиг.3). В наружных первом и последнем проводящих слоях 13 (фиг.1) по периметру зоны 22 расположены дополнительные экранирующие печатные проводники 24 (фиг.2), которые связаны между собой и с земляными плоскостями 11 (фиг.5) зоны 3 (фиг.1) соответствующими элементами межслойных соединений 25 (фиг.2).
Конструктивные элементы межслойных соединений 25, связывающие экранирующие печатные проводники 24 и земляные плоскости 11 (фиг.5), выполнены в виде металлизированного паза 31 (фиг.8), заполненного припоем 30 (фиг.9). Причем конструктивные элементы выполнены методом фрезерования и образуют С-образный межслойный переход 26 (фиг.2); при этом каждая зона 3 (фиг.1) пространственно разъединена и расположена на нескольких уровнях внутри блока. Соединение «Питание» и «Земля» между зонами 3 осуществлено проходящей сквозь ферритовое кольцо 28 проволокой 27 (фиг.1).
Способ изготовления радиоэлектронного блока включает монтаж электрорадиоэлементов 2 на печатной плате 1, далее размещают и закрепляют платы 1 в корпусе 37, состоящем из двух частей - передней панели 38 и задней панели 39, а также осуществляют набор плоских параллельных наружных 13 (фиг.1) и внутренних проводящих слоев 12 (фиг.3) печатной платы 1 и соединяют между собой в пакет 29 (фиг.14) с обеспечением электрических соединений между слоями, предварительно осуществляют формирование печатных проводников 21 (фиг.3) на каждом слое 12, 13 (фиг.1), где электрорадиоэлементы 2 группируют и устанавливают по разным зонам 3. В первую из зон 4 устанавливают высокочастотный соединитель 5 и электрорадиоэлементы 2. Во вторую зону 6, третью зону 7, четвертую зону 8 устанавливают электрорадиоэлементы 2. В пятую зону 9 устанавливают низкочастотный соединитель 10. Земляные плоскости 11 (фиг.5) первой зоны 4 (фиг.1) располагают в двух внутренних проводящих слоях 12 (фиг.3), соседствующих с наружными проводящими слоями 13 (фиг.1). Земляные плоскости 11 (фиг.5) зон 3 (фиг.1) располагают во внутренних проводящих слоях 12 (фиг.3) и связывают друг с другом, а также с земляной плоскостью 11 (фиг.5) первой зоны; во внутренних слоях 12 (фиг.3) располагают проводники питания 14 зон 3. Плоскости питания 15 (фиг.4) и земляную плоскость 11 (фиг.5) связывают через контактные элементы «Питание» 16 (фиг.1) и «Земля» 17 с соответствующими выводами низкочастотного соединителя 10. С контактными элементами «Питание» 16 и «Земля» 17 непосредственно соединяют выводы первого фильтра питания 18. Проводники питания 14 (фиг.5) второй зоны 6 (фиг.1) размещают в том же проводящем слое 12, что и проводники питания 14 (фиг.3) первой зоны 4 (фиг.1), их выполняют расходящимися из общей точки 19 (фиг.3), соединяют с выходным выводом второго фильтра 20 (фиг.1) питания, который связывают другими своими выводами с плоскостью питания 15 (фиг.4) и земляной плоскостью 11 (фиг.5) зоны своего размещения. Проводники питания 14 (фиг.3) первой зоны 4 (фиг.1) выполняют в виде печатных проводников 21 (фиг.5), расходящихся из общей точки 19. В наружных первом 13 и последнем проводящих слоях 13 (фиг.1) по периметру зоны 22 располагают дополнительные экранирующие печатные проводники 24 (фиг.2,7-13), связывают между собой и с земляными плоскостями 11 (фиг.5) зоны 3 (фиг.1) соответствующими элементами межслойных соединений 25 (фиг.2).
Конструктивные элементы 25 межслойных соединений, связывающие экранирующие печатные проводники 24 и земляную плоскость 11 (фиг.5), выполняют за несколько операций:
1) первая операция - формируют металлизированные пазы 31 по периметру 22 экранированной зоны 3 и располагают их в ряд с определенным шагом, оставляя промежуток 33 (фиг.8) между ними;
2) вторая операция - металлизированные пазы 31 заполняют тугоплавким припоем 30 (фиг.9), например, ВПр 35 с температурой плавления +235°С;
3) третья операция - выбирают промежуток 33 между заполненными припоем 30 металлизированными пазами 31 до формирования неметаллизированного паза 34 (фиг.10), при этом частично выбирается и тугоплавкий припой 30 (фиг.9);
4) четвертая операция - в неметаллизированный паз 34 (фиг.10) вставляют сеточную оплетку 35 (фиг.11) заданной длины, где концы сеточной оплетки 35 укладывают до механического контакта с тугоплавким припоем 30 (фиг.9);
5) пятая операция - неметаллизированный паз 34 (фиг.10) с сеточной оплеткой 35 (фиг.11) заполняют припоем 32, например, ПОС 61, с температурой плавления +193°С, т.е. с меньшей температурой плавления, чем температура плавления припоя 30 (фиг.9) в металлизированном пазе 31 (фиг.8), таким образом формируется сплошной экран 36 (фиг.2). При этом каждую зону 3 пространственно разъединяют и располагают на нескольких уровнях внутри блока; соединение "Питание" и "Земля" между зонами 3 осуществляют проходящей сквозь ферритовое кольцо 28 (фиг.8) проволокой 27.
Причем заливочный материал - припой 30, 32 - паяют непосредственно и на корпус 37 блока по контуру экранируемой зоны 3.
Таким образом, заявленные технические решения явным образом не следуют из уровня техники. Кроме того, в процессе патентного поиска не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленных решений, и, следовательно, они удовлетворяют условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Предложенные изобретения могут быть применены в области радиоэлектроники, где к электромагнитной совместимости предъявляются жесткие требования при минимизации габаритов радиоэлектронного блока, достигаемые посредством использования пространственных ресурсов печатных плат. Проведенные испытания подтверждают работоспособность изделия и достижение заявленного технического результата. В описании содержатся материальные средства для изготовления радиоэлектронного блока, реализующего способ его изготовления. В связи с этим группа изобретений соответствует критерию патентоспособности изобретения «Промышленная применимость». Заявленная группа изобретений предполагается к использованию в Видеомодулях для летательных аппаратов.