Печатная плата с электронным компонентом

Полезная модель относится к электронным системам на печатных платах, в частности к конструкции преобразователей напряжения с индуктивными компонентами, расположенными над, по крайней мере, частью электронных компонентов, расположенных на печатной плате.
Известен модуль питания с индуктивным компонентом, расположенным над другими компонентами, патент на изобретение US 10111333 «Molded power-supply module with bridge inductor over other components)) (см. фиг. 3а, 3b, 5), МПК: H05K 7/02 (2006), приоритет США 2010-03-16 г. Индуктивный компонент устанавливается сверху на печатную плату над другими компонентами при помощи собственных выводов. Выводы индуктивного компонента соединяются с печатной платой. При этом кончики выводов загибаются либо вовнутрь, либо наружу.
Такое решение увеличивает сложность изготовления выводов индуктивного компонента модуля и требует перед установкой загибать их под требуемыми для каждого варианта установки углами и исключает его унификацию.
Кроме того, для размещения под индуктивным компонентом электронных компонентов разной высоты, требуется разная длина выводов индуктивного компонента, что также увеличивает сложность изготовления индуктивного компонента и монтажа.
Т.е., такое решение индуктивного компонента имеет ограниченное применение. Для иных применений требуется изготовление индуктивных компонентов с другими выводами.
Известен индуктивный компонент поверхностного монтажа со встроенным компонентом, заявка на патент на изобретение US 20060108663 A1 «Surface mount inductor with integrated componentry», МПК: H01L 23/34 (2006), заявка отозвана 11.02.2020 г (см. фиг. 1, 3 в описании к патенту).
На фиг. 1 изображен предыдущий уровень техники, в котором индуктор, установленный на подложке, формирует сборку, которая прикреплена к основанию (печатной плате) с помощью штырей, имеющих ограничители, определяющие высоту зазора между подложкой и основанием, в котором помещается электронный компонент.
Недостатком решения является наличие дополнительной печатной платы для размещения индуктивного компонента, что, увеличивает высоту изделия. Установка сборки в отверстия затрудняет автоматизацию процесса установки. Кроме того, для размещения под сборкой электронных компонентов разной высоты требуются ограничители разной высоты.
На фиг. 3 приведено решение, в котором индуктивный компонент выполнен фигурным, с образующими нишу для размещения электронного компонента выступами, снабженными выводами для поверхностного монтажа.
Это решение обладает теми же недостатками, что приведены выше: для каждого электронного узла с индивидуальными характеристиками требуется изготовление индуктивного компонента, позволяющего разместить под ним компоненты разной высоты.
Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Приведенные выше решения-аналоги позволяют уменьшить площадь посадочного места; использовать габаритный индуктивный компонент, снизить потери проводимости и коммутации, уменьшить сопротивление обмотки, снизить выделение тепла, а также улучшить теплоотвод за счет отвода тепла от нижней поверхности индуктивного компонента, что позволит обеспечить более высокий ток нагрузки и повысить КПД.
Приведенные выше решения обладают общим недостатком: для того, чтобы разместить над SMD компонентами печатной платы индуктивный компонент, его конструкцию оснащают выступами либо в виде выводов сложной конструкции, либо в виде выступов на нижней части индуктивного компонента. При этом усложняется конструкция индуктивного компонента и уменьшается область его применимости (ухудшается унификация).
Особенность заявленного решения заключается в том, что для размещения индуктивного компонента над печатной платой применяются стандартные комплектующие, предназначенные для выполнения других целей, например, комплектующие, используемые в качестве перемычек. Эти перемычки жестко прикрепляются к плате и индуктивному компоненту любым известным способом, например, пайкой к выводам индуктивного компонента и контактным площадкам печатной платы или приклеиванием к нижней части индуктивного компонента и посадочному месту печатной платы.
Используя перемычки, имеющие разную ширину, высоту и разное расстояние между их торцами, можно использовать типовые, серийно выпускаемые индуктивные компоненты для разных топологических решений печатных плат с расположенными на них компонентами разной высоты.
Все варианты заявленного технического решения обеспечивают достижение следующих технических результатов:
использовать для монтажа над электронными компонентами, расположенными на печатной плате серийно выпускаемые унифицированные индуктивные компоненты;
размещать на печатной плате под индуктивным компонентом электронные компоненты требуемой высоты;
отводить тепло от нижней поверхности индуктивного компонента.
При этом перемычки могут выполнять и свою основную функцию -соединять различные части токопроводящих дорожек печатной платы.
Упомянутые технические результаты достигаются за счет того, что печатная плата с индуктивным компонентом, включающая: печатную плату с токопроводящим рисунком, посадочными местами и расположенными на них контактными площадками; по крайней мере, один индуктивный компонент с выводами; включает опорные элементы, расположенные между печатной платой и индуктивным компонентом, при этом опорные элементы выполнены в виде отдельных конструктивных элементов, образующих неразъемные соединения печатной платы и индуктивного компонента.
Возможен вариант, в котором опорный элемент образует неразъемное соединение с контактной площадкой посадочного места печатной платы и с выводом индуктивного компонента.
Возможен вариант, в котором опорный элемент образует неразъемное соединение с диэлектрической поверхностью посадочного места печатной платы и одной из поверхностей индуктивного компонента.
Возможен вариант, в котором опорный элемент образует паяное соединение с контактной площадкой посадочного места печатной платы и клеевое соединение с одной из поверхностей индуктивного компонента.
Возможен вариант, в котором опорные элементы выполнены в виде U-образных конструктивных элементов из электропроводного материала.
Возможен вариант, в котором опорные элементы выполнены в виде сплошных многогранников из электропроводного материала.
Возможен вариант, в котором опорные элементы выполнены в виде полых многогранников из электропроводного материала.
Возможен вариант, в котором опорный элемент выполнен из диэлектрического материала.
Возможен вариант, когда все опорные элементы выполнены с одинаковыми длиной, шириной и высотой.
Возможен вариант, в котором, длина по крайней мере одного из опорных элементов больше длины остальных опорных элементов.
Устройство печатной платы с индуктивным компонентом поясняется далее предпочтительным вариантом электронного узла с индуктивным компонентом.
На фиг. 1 приведен состав предпочтительного варианта печатной платы с индуктивным компонентом на П-образных (U-образных) опорных элементах.
На фиг. 2 приведен вид в сборе предпочтительного варианта печатной платы с индуктивным компонентом на П-образных (U-образных) опорных элементах.
На фиг. 3 приведен вид в сборе предпочтительного варианта печатной платы с индуктивным компонентом на монолитных опорах.
На фиг. 4 приведены варианты перемычек для поверхностного монтажа, которые используются в качестве опорных элементов - скобок.
На фиг. 1 приведен состав предпочтительного варианта печатной платы с индуктивным компонентом на П-образных (U-образных) опорах, содержащий печатную плату 1 с расположенными на ней посадочными местами 2-1 и 2-2; U-образные токопроводящие опорные элементы (далее скобки) 3-1-1, 3-1-2 и 3-2-1, 3-2-2 соответственно; посадочное место 4, предназначенное для размещения компонента 5 (см. фиг. 2), индуктивный компонент 6, выполненный с выводами 7-1 и 7-2. На фиг. 1 показаны выводы, расположенные с одной стороны индуктивного компонента 6. Выводы на противоположной стороне (не показаны) размещены симметрично. Выводы индуктивного компонента выполнены пленарными, т.е. предназначены для SMD монтажа.
В предпочтительном варианте каждый из выводов 7-1 и 7-2 индуктивного компонента 6 жестко соединен, например, пайкой, с соответствующими опорными элементами 3-1-1 и 3-1-2.
Возможен вариант, когда выводы 7-1 и 7-2 конструктивно соединены с одним концом обмотки индуктивного компонента, как, например, в дросселе.
Возможен вариант, когда выводы 7-1 и 7-2 могут быть конструктивно соединены с разными концами одной обмотки индуктивного компонента, как, например, в трансформаторе.
Возможен вариант, в котором расстояние между торцами, по крайней мере, одной скобки 3-1-1, 3-1-2 или 3-2-1, 3-2-2, меньше или больше, чем расстояние между торцами остальных скобок. Такие скобки служат одновременно опорами и перемычками. Под самой большой из скобок может проходить, например, дорожка печатной платы, соединяющая другие электронные компоненты, расположенные на печатной плате.
Возможен вариант, в котором скобки например, при помощи клея, соединены только с корпусом индуктивного компонента, а их торцы либо припаяны к контактным площадкам, не соединенным с проводящим рисунком печатной платы, либо с помощью клея жестко соединены с посадочным местом без металлизации. Такой вариант опоры индуктивного компонента возможен в случае, если у него только 2 одинарных вывода и для повышения механической устойчивости требуется добавить, по крайней мере, одну точку опоры для индуктивного компонента. Такое решение может потребоваться для слаботочного индуктивного компонента, тонкие выводы которого не обеспечивают требуемой устойчивости механического соединения.
На фиг. 3 показан вариант, в котором по крайней мере, одна из групп опорных элементов 3-1-1 и 3-1-2, или 3-2-1 и 3-2-2 выполнена в виде одного конструктивного элемента 8. Такое решение применяется, например, при включении индуктивного компонента в цепь с большими токами. При этом токопроводящий опорный элементе крепится к контактам посадочного места 2-1 или 2-2 (не показано) и контактам 7 индуктивного компонента 6.
Между платой и нижней поверхностью индуктивного компонента образуется зазор, обеспечивающий в том числе и конвекционный отвод тепла.
В качестве опорных элементов, выполненных в виде скобок, можно использовать, например, SMD перемычки, чей внешний вид приведен на фиг. 4 (см. https://www.mac8japan.com/products/345).