СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ С НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИЕЙ
METHOD OF CONNECTING PRINTED-CIRCUIT BOARD TO BEARING STRUCTURE

Объектом изобретения является способ соединения печатной платы с несущей конструкцией, который может быть использован в электротехнической, радиотехнической, электронной областях промышленности при производстве разнообразных электрических приборов и электронной аппаратуры, в частности при изготовлении осветительного оборудования с использованием светодиодов.
Известен способ соединения клеммы с несущей конструкцией, который включает выполнение в клемме и несущей конструкции сквозных отверстий, совмещение полученных отверстий, соединение клеммы и несущей конструкции с помощью установленного в отверстия крепежного элемента (патент ES 245957, МПК H01R 13/11; H01R 4/06, дата публикации 01.04.1980). В качестве крепежного элемента использована вытяжная заклепка. Несущая конструкция выполнена в виде токопроводящей пластины.
Недостатком известного способа является невозможность его использования для электрического подключения двух разных контактов печатной платы, например для подачи напряжения питания.
Ближайшим аналогом заявленного технического решения, является известный способ соединения печатной платы с несущей конструкцией, включающий выполнение в печатной плате и несущей конструкции сквозных отверстий, совмещение полученных отверстий, механическое соединение печатной платы и несущей конструкции с помощью установленного в отверстия крепежного элемента, изготовленного из токопроводящего материала, и электрическое соединение, по крайней мере, одного токопроводящего слоя печатной платы с токопроводящим слоем несущей конструкции посредством крепежного элемента (патент GB 2219443, МПК H01R 4/58, дата публикации 06.12.1989). В указанном патенте несущая конструкция выполнена как диэлектрическая пластина с одним токопроводящим слоем в виде отдельных контактных площадок или дорожек. Печатная плата выполнена в виде гибкой металлизированной полимерной пластины, имеющей два токопроводящих слоя, один из которых обращен к несущей конструкции. Механическое и электрическое соединение между несущей конструкцией и гибкой пластиной осуществляется с помощью двух металлических винтов с гайками. На каждом винте размещены по две металлические шайбы: одна - под головкой винта, вторая - под гайкой.
Этот способ, в отличие от описанного выше, обеспечивает электрическое соединение печатной платы, имеющей два разных контакта для подключения. Электрический контакт первого винта с одним токопроводящим слоем гибкой пластины осуществляется путем совмещения поверхности токопроводящего слоя с шайбой, прижатой к головке винта. Электрический контакт второго винта с другим токопроводящим слоем гибкой пластины осуществляется путем совмещения поверхности этого слоя с прокладкой из фольги, которая в свою очередь контактирует с резьбовой частью винта. Электрический контакт обоих винтов с контактными площадками несущей конструкции осуществляется путем совмещения их с шайбами, прижатыми к гайкам.
Недостатком известного способа является чрезмерная сложность, нетехнологичность и низкая надежность электрического соединения.
Чрезмерная сложность способа обусловлена тем, что для его осуществления необходимо использовать два винта (или другие крепежные элементы), что увеличивает количество технологических операций, а также увеличивает массу узла, для сборки которого применяется способ.
Низкая надежность электрического соединения обусловлена малой площадью соприкосновения резьбовой части одного из винтов с прокладкой, выполненной из фольги. Площадь соприкосновения ограничена толщиной прокладки и площадью верхушки гребня на резьбовой части винта, который непосредственно контактирует с прокладкой. Незначительная механическая нагрузка соединенных электротехнических компонентов или тепловое расширение приводит к нарушению электрического соединения между резьбовой частью винта и прокладкой.
Нетехнологичность известного способа обусловлена использованием в качестве несущей конструкции диэлектрической пластины с одним токопроводящим слоем, расположенным с одной стороны несущей конструкции. В это же время другая, противоположная, сторона несущей конструкции не используется для подведения электрических сигналов.
Задачей изобретения является упрощение способа механического и электрического соединения печатной платы с несущей конструкцией и одновременное повышение надежности электрического соединения.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе соединения печатной платы с несущей конструкцией, включающем выполнение в печатной плате и несущей конструкции сквозных отверстий, совмещение полученных отверстий, механическое соединение печатной платы и несущей конструкции с помощью установленного в отверстия крепежного элемента, изготовленного из токопроводящего материала, и электрическое соединение, по крайней мере, одного токопроводящего слоя печатной платы с токопроводящим слоем несущей конструкции посредством крепежного элемента, согласно изобретению несущую конструкцию выполняют в виде диэлектрической пластины с двумя противоположно расположенными на ней токопроводящими слоями, а электрическое соединение обращенных друг к другу токопроводящего слоя несущей конструкции и токопроводящего слоя печатной платы выполняют прижатием этих поверхностей.
Возможен вариант, в котором противоположно расположенные токопроводящие слои несущей конструкции выполняют сплошными, а установку крепежного элемента в отверстия проводят изолируя его от токопроводящего слоя несущей конструкции и соприкасающегося с ним токопроводящего слоя печатной платы.
Возможен вариант, в котором изолирование крепежного элемента проводят путем удаления вокруг отверстий части токопроводящего слоя несущей конструкции.
Возможен вариант, в котором изолирование крепежного элемента проводят путем покрывания его диэлектриком, при этом длина покрытого диэлектриком участка определяется соотношением:
PCB
PCB
(S+m)<А<(S+S),
где
PCB
S - толщина печатной платы;
m - толщина токопроводящего слоя несущей конструкции;
S - толщина несущей конструкции;
А - длина покрытого диэлектриком участка крепежного элемента.
Возможен вариант, в котором в качестве диэлектрика используют лак.
Возможен вариант, в котором в качестве диэлектрика используют изоляционную полимерную композицию.
Возможен вариант, в котором в качестве диэлектрика используют полимерную изоляционную трубку.
Возможен вариант, в котором в качестве крепежного элемента используют заклепку.
Возможен вариант, в котором в качестве крепежного элемента используют вытяжную заклепку.
Возможен вариант, в котором в качестве крепежного элемента используют винт с гайкой.
Возможен вариант, в котором прижатие обращенных друг к другу токопроводящего слоя несущей конструкции и токопроводящего слоя печатной платы выполняют с предварительным размещением между ними промежуточного токопроводящего слоя.
Возможен вариант, в котором в качестве промежуточного слоя используют металлическую шайбу.
Возможен вариант, в котором на печатной плате устанавливают светодиод.
Возможен вариант, в котором токопроводящие слои несущей конструкции выполняют из алюминия.
Возможен вариант, в котором токопроводящий слой печатной платы, обращенный к несущей конструкции, выполняют из алюминия.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности электрического соединения между печатной платой и несущей конструкцией за счет наличия в несущей конструкции двух противоположно расположенных токопроводящих слоев, что предоставляет возможность осуществить подведение одного из электрических потенциалов к печатной плате путем непосредственного совмещения обращенных друг к другу одного токопроводящего слоя несущей конструкции и токопроводящего слоя печатной платы. В результате такого совмещения образовывается площадь соприкосновения значительного размера, что в свою очередь позволяет минимизировать влияние на надежность электрического соединения таких факторов, как механическая нагрузка и тепловое расширение. Дополнительное повышение надежности электрического соединения достигается путем расположения между токопроводящим слоем печатной платы и соприкасающегося с ним токопроводящего слоя несущей конструкции промежуточного слоя из токопроводящего материала, например прокладки или шайбы.
По сравнению с ближайшим аналогом становится возможным уменьшение массы узла, получаемого в результате соединения печатной платы с несущей конструкцией, поскольку для обеспечения электрического соединения отпадает необходимость в использовании двух крепежных элементов.
Использование несущей конструкции со сплошными токопроводящими слоями позволяет устанавливать на ней печатную плату в любом месте без необходимости выполнения отдельных контактных площадок или дорожек. Необходимое в таком случае изолирование крепежного элемента позволяет избежать короткого замыкания. Кроме того, благодаря большой площади поверхности токопроводящие слои несущей конструкции имеют низкое электрическое сопротивление, что позволяет подключать к ним большое количество печатных плат со значительным потребляемым током (например, платы с установленными мощными светодиодами).
Становится возможным уменьшение количества технологических операций, необходимых для осуществления способа, благодаря использованию заклепки в качестве крепежного элемента.
В случае использования вытяжной заклепки существенно облегчается процесс соединения печатной платы и несущей конструкции, становится возможным проведение всех технологических операций лишь с одной стороны несущей конструкции, что позволяет быстро осуществлять процесс соединения даже в случае размещения несущей конструкции в труднодоступных местах.
Использование промежуточного слоя из токопроводящего материала позволяет уменьшить последствия образования гальванической пары между соприкасающимися токопроводящими слоями (например, когда они выполнены из меди и алюминия).
Выполнение токопроводящих слоев несущей конструкции и печатной платы из алюминия позволяет избежать создания гальванической пары при использовании заклепки как крепежного элемента (подавляющее большинство заклепок изготовлено из алюминия), улучшить теплоотдачу узла, получаемого в результате соединения печатной платы с несущей конструкцией.
Варианты осуществления способа проиллюстрированы чертежами:
фиг.1 - взаимное расположение печатной платы и несущей конструкции на стадии совмещения отверстий и установки вытяжной заклепки (заклепка показана со штоком);
фиг.2 - соединение печатной платы с несущей конструкцией с помощью вытяжной заклепки;
фиг.3 - соединение печатной платы с несущей конструкцией с помощью вытяжной заклепки (токопроводящие слои несущей конструкции выполнены сплошными);
фиг.4 - соединение печатной платы с несущей конструкцией с помощью вытяжной заклепки (с использованием шайбы как промежуточного слоя);
фиг.5 - вытяжная заклепка с участком, покрытым диэлектриком;
фиг.6 - соединение печатной платы с несущей конструкцией с помощью вытяжной заклепки, частично покрытой диэлектриком;
фиг.7 - соединение печатной платы с несущей конструкцией с помощью винта и гайки;
фиг.8 - соединение печатной платы, с установленным на ней светодиодом, и несущей конструкции с помощью вытяжной заклепки частично покрытой диэлектриком.
Примеры осуществления способа
Пример 1 (см. фиг.1, 2)
В печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2 и токопроводящие слои 3, 4, выполняют сквозное отверстие. Аналогичное отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные токопроводящие слои 7, 8. Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них алюминиевую вытяжную заклепку 9 со штоком 10. При закреплении заклепки 9 ее шток 10 вытягивают с помощью специального инструмента (не показан), и, тем самым развальцовывают заклепку 9, выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием поверхностей этих слоев, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством заклепки 9.
Пример 2 (см. фиг.3)
Аналогично примеру 1, в печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2 и токопроводящие слои 3, 4, выполняют сквозное отверстие, при этом для предотвращения короткого замыкания вокруг отверстия на печатной плате 1 отсутствует часть токопроводящего слоя 4. Такое же самое отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные сплошные токопроводящие слои 7, 8. Удаляют вокруг отверстия на несущей конструкции 5 часть токопроводящего слоя 7. Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них вытяжную заклепку 9, как показано в примере 1, выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием поверхностей этих слоев, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством заклепки 9.
Пример 3 (см. фиг.4)
Аналогично примеру 1, в печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2 и, например, медные токопроводящие слои 3, 4, выполняют сквозное отверстие, при этом для предотвращения короткого замыкания вокруг отверстия на печатной плате 1 отсутствует часть токопроводящего слоя 4. Такое же самое отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные сплошные токопроводящие слои 7, 8. В качестве несущей конструкции используют композитную панель типа алюминий - полиэтилен - алюминий (например, DIBOND), которая широко применяется в строительстве и других сферах. Удаляют вокруг отверстия на несущей конструкции 5 часть токопроводящего слоя 7. Размещают между токопроводящими слоями 4 и 7 промежуточный слой - металлическую шайбу 11 (вместо шайбы может быть использована, например, прокладка из токопроводящего материала). На алюминиевую заклепку 9 для предотвращения образования гальванической пары между алюминием и медью надевают металлическую шайбу 12. Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них заклепку 9, как показано в примере 1, выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием их поверхностей к поверхности шайбы 11, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством заклепки 9 и шайбы 12.
Пример 4 (см. фиг.5, 6)
Аналогично примеру 1, в печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2 и токопроводящие слои 3, 4, выполняют сквозное отверстие (при этом токопроводящий слой 4 выполняют из алюминия). Такое же самое отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные сплошные токопроводящие слои 7, 8, изготовленные из алюминия. Тело алюминиевой заклепки 9 покрывают диэлектриком. В качестве диэлектрика может быть использован, например, лак, или полимерная изоляционная трубка, одетая на заклепку, при этом длина покрытой диэлектриком участка 13 определяется соотношением:
PCB
PCB
(S+m)<А<(S+S),
где
PCB
S - толщина печатной платы 1;
m - толщина токопроводящего слоя 7 несущей конструкции 5;
S - толщина несущей конструкции 5;
А - длина покрытой диэлектриком участка 13 заклепки 9.
Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них заклепку 9, как показано в примере 1, выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием поверхностей этих слоев, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством заклепки 9.
Пример 5 (см. фиг.7)
Аналогично примеру 1, в печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2 и токопроводящие слои 3, 4, выполняют сквозное отверстие, при этом для предотвращения короткого замыкания вокруг отверстия на печатной плате 1 отсутствует часть токопроводящего слоя 4. Такое же самое отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные сплошные токопроводящие слои 7, 8. Удаляют вокруг отверстия на несущей конструкции 5 часть токопроводящего слоя 7. Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них винт 14 с шайбой 15, фиксируя его гайкой 16 с шайбой 17, тем самым выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием поверхностей этих слоев, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством винта 14, шайбы 15, гайки 16 и шайбы 17.
Пример 6 (см. фиг.8)
Аналогично примеру 4, в печатной плате 1, имеющей диэлектрическую основу 2, токопроводящий слой 3 с установленным на нем светодиодом 18 и токопроводящий слой 4, выполняют сквозное отверстие (при этом токопроводящий слой 4 выполняют из алюминия). Такое же самое отверстие выполняют в несущей конструкции 5, имеющей диэлектрическую основу 6 и противоположно расположенные сплошные токопроводящие слои 7, 8, изготовленные из алюминия. Тело алюминиевой заклепки 9, как описано в примере 4, покрывают диэлектриком 13. Совмещают полученные отверстия и устанавливают в них заклепку 9, выполняя механическое соединение печатной платы 1 и несущей конструкции 5 и, одновременно, электрическое соединение их токопроводящих слоев. При этом электрическое соединение токопроводящего слоя 4 печатной платы 1 с обращенным к нему токопроводящим слоем 7 несущей конструкции 5 выполняют прижатием поверхностей этих слоев, а электрическое соединение токопроводящего слоя 3 печатной платы 1 с токопроводящим слоем 8 несущей конструкции 5 выполняют посредством заклепки 9.