СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА
METHOD FOR MANUFACTURING OF ELECTRONIC UNIT

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении электронных блоков, в частности электронных блоков мехатронных систем.
К электронным блокам, предназначенным для использования в мехатронных системах, предъявляются повышенные требования по механической прочности, надежности, устойчивости к температурным изменениям, что обусловлено сложными условиями их эксплуатации. Эти требования наряду с требованиями по минимизации габаритов могут быть обеспечены за счет применения новых способов изготовления, один из возможных вариантов которого является предметом настоящего изобретения.
В заявляемом способе используются известные технологические операции поверхностного монтажа электронных компонентов, описанные, в частности, в работах: [1] - В.В.Сускин. Основы технологии поверхностного монтажа / Рязань, изд-во Узорочье; Рязанская государственная радиотехническая академия, 2001; [2] - С.Ф.Соболев. Технология электромонтажа. Методические указания по разработке курсового проекта и подготовке к занятиям по технологии электромонтажа / Санкт-Петербург, СПбГУ ИТМО, 2008, а также стандартные приемы защиты и герметизации электронных блоков с помощью компаундов и синтетических смол, описанные, в частности, в работах: [3] - Ч.Харпер. Заливка электронного оборудования синтетическими смолами / Москва, Энергия, 1964; [4] - А.Медведев. Печатные платы. Конструкциии и материалы / Москва, Техносфера, 2005; [5] - В.Уразаев. Влагозащита печатных узлов / Москва, Техносфера, 2006.
Примером электронного блока, используемого в мехатронной системе, является электронный блок, представленный в патенте РФ [6] - RU 2397880 C2, B60C 23/04, 27.08.2010. Этот блок предназначен для контроля за параметрами шины автомобиля, в которую он встраивается при монтаже шины на диск. Электронная схема блока, содержащая датчики, схему обработки сигналов, схему питания и схему передачи данных, монтируется в жестком несущем корпусе цилиндрической формы. Несущий корпус помещают в защитный корпус, прикрепляемый к шине с ее внутренней стороны. Защитный корпус состоит из двух половинок, выполненных из эластомерного материала, каждая из которых имеет боковую нишу для размещения соответствующей части несущего корпуса. Половинки защитного корпуса закрепляют на внутренней поверхности шины с зазором по отношению друг к другу. Это обеспечивает устойчивость блока при вибрациях, а также защиту от механических повреждений при деформациях шины. Недостатком данного технического решения является его узкая специализация.
Известен способ изготовления полупроводниковых устройств, представленный в патенте США [7] - US 7897483 B2, H01L 21/30, 01.03.2011, при котором участки готовых кремниевых пластин с микросхемами покрывают смолой для предохранения микросхем от повреждений. Недостатком данного способа является локальность защиты, относящаяся к отдельным компонентам схемы.
В качестве прототипа принят способ изготовления электронного блока, представленный в патенте США [8] - US 7897503 B2, H01L 21/4763, 01.03.2011, при котором составляющие части электронного блока, несущие элементы электрической схемы, размещают на плоском основании друг над другом в виде этажерки с обеспечением необходимых соединений (электрических, оптических или иных), а места соединений герметизируют.
Недостатком способа-прототипа является то, что герметизацию соединяемых частей осуществляют локально - только в местах соединений. Кроме этого, способ-прототип не решает проблему обеспечения эффективного теплоотвода от теплонагруженных элементов блока, проблему прочности конструкции и ее герметизации, а также проблему габаритов, что сужает возможности использования такого блока в мехатронных системах.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является разработка способа изготовления электронного блока, позволяющего достигнуть одновременно уменьшения габаритов блока, повышения его прочности, обеспечения герметизации и эффективного теплоотвода, т.е. позволяющего получить малогабаритный электронный блок с улучшенными эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими возможность его использовать в мехатронных системах.
Сущность изобретения состоит в следующем. Способ изготовления электронного блока включает размещение элементов электрической схемы на несущем основании, при этом в качестве несущего основания используют первую металлическую пластину, на которую наносят слой изоляционного материала, на котором выполняют печатные проводники и контактные площадки, а на них посредством поверхностного монтажа устанавливают элементы электрической схемы - радиоэлементы и токоведующие разъемы, причем разъемы устанавливают так, чтобы обеспечить доступ к ним с внешней стороны блока. Затем всю поверхность с печатными проводниками и элементами электрической схемы заливают изоляционным составом, поверх него накладывают вторую металлическую пластину, аналогичную первой, устанавливают упоры между пластинами, стягивают пластины между собой до взаимодействия с упорами и фиксируют пластины в стянутом состоянии.
Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются иллюстративными материалами, представленными на фиг.1 и 2, где: на фиг.1 представлен схематический чертеж электронного блока, изготавливаемого в соответствии с заявляемым способом, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид сбоку.
Электронный блок, изготавливаемый в соответствии с заявляемым способом, содержит, см. фиг.1 и 2, первую металлическую пластину 1, выполняющую функцию основания, слой изоляционного материала 2 с печатными проводниками и контактными площадками, на которых установлены элементы электрической схемы - радиоэлементы 3 и токоведующие разъемы 4, причем разъемы 4 имеют возможность доступа к ним с внешней стороны блока для осуществления внешних подключений. Поверхность с печатными проводниками и элементами электрической схемы залита изоляционным составом 5 с хорошими теплопередающими свойствами, поверх него располагается вторая металлическая пластина 6, аналогичная первой пластине 1. Между пластинами 1 и 6 располагаются торцевые металлические швеллеры 7, выполняющие функцию торцевых упоров, в рассматриваемом примере - два швеллера 7-1 и 7-2, снабженные, при необходимости, соответствующими отверстиями для разъемов 4. По углам блока между пластинами 1 и 6 располагаются крепежные втулки 8, выполняющие функцию фиксирующих элементов и угловых упоров, в рассматриваемом примере - четыре втулки 8-1, 8-2, 8-3, 8-4. Крепежные втулки 8 развальцованы, что обеспечивает жесткое скрепление пластин 1 и 6 и швеллеров 7 между собой, в результате чего прочность всей конструкции приближается к прочности материала пластин 1 и 6, при этом обеспечивается эффективный теплоотвод и герметичность.
Изготовление электронного блока в соответствии с заявляемым способом осуществляется следующим образом. Вначале на первую металлическую пластину 1, выполняющую функцию основания, наносят слой изоляционного материала 2. Затем на этот слой наносят проводящий рисунок (печатные проводники и контактные площадки) и производят осаждение металла из раствора (например, меди) электрохимическим или другим методом. Далее полученный узел промывают и на печатные проводники наносят изоляционную маску. Затем посредством поверхностного монтажа производят установку элементов электрической схемы - радиоэлементов 3 и предназначенных для внешних подключений токоведующих разъемов 4. Собранный таким образом узел заливают изоляционным составом 5, а поверх изоляционного состава 5 накладывают вторую металлическую пластину 6, аналогичную пластине 1. Между пластинами 1 и 6 с торцов устанавливают металлические швеллеры 7 (7-1, 7-2) с соответствующими отверстиями для разъемов 4, выполняющие функцию торцевых упоров, а по углам - развальцованные крепежные втулки 8 (8-1, 8-2, 8-3, 8-4), выполняющие одновременно функцию фиксирующих элементов и угловых упоров. После этого стягивают пластины 1 и 6 между собой до взаимодействия с крепежными втулками 8 и швеллерами 7 и фиксируют пластины 1 и 6 в стянутом состоянии путем развальцовки крепежных втулок 8, образуя жесткую моноблочную конструкцию. При необходимости, эту конструкцию дополнительно покрывают изоляционным слоем, в качестве которого может быть использована полимерная композиция, например быстротвердеющая акриловая смола.
Таким образом, применение заявляемого способа позволяет получить малогабаритный, прочный, защищенный от внешних воздействий электронный блок, пригодный по своим эксплуатационным характеристикам для использования в мехатронных системах.
Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в разработке нового способа изготовления электронного блока, позволяющего достигнуть одновременно уменьшения габаритов блока, повышения его прочности, обеспечения герметизации и эффективного теплоотвода, т.е. получить малогабаритный электронный блок с улучшенными эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими возможность его использования в мехатронных системах.
Источники информации
1. В.В.Сускин. Основы технологии поверхностного монтажа / Рязань, изд-во Узорочье; Рязанская государственная радиотехническая академия, 2001.
2. С.Ф.Соболев. Технология электромонтажа. Методические указания по разработке курсового проекта и подготовке к занятиям по технологии электромонтажа / Санкт-Петербург, СПбГУ ИТМО, 2008.
3. Ч.Харпер. Заливка электронного оборудования синтетическими смолами / Москва, Энергия, 1964.
4. А.Медведев. Печатные платы. Конструкциии и материалы / Москва, Техносфера, 2005.
5. В.Уразаев. Влагозащита печатных узлов / Москва, Техносфера, 2006.
6. RU 2397880 C2, B60C 23/04, опубл. 27.08.2010.
7. US 7897483 B2, H01L 21/30, опубл. 01.03.2011.
8. US 7897503 B2, H01L 21/4763, опубл. 01.03.2011.