ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к электронной технике, в частности к конструкции печатной платы на гибком основании.
Уровень техники
Из уровня техники известно решение, описанное в журнале «компоненты и технологии», 2008, №6, стр.147-160, в котором описана гибкая печатная плата, включающая в себя: защитное полиамидное покрытие, слой адгезива, проводящий слой (медная фольга), отверстие доступа, выполненное в защитном полиамидном покрытии и слое адгезива, полиимидную основу (базовый материал), второй слой адгезива, второй проводящий слой (медная фольга), второе защитное покрытие, металлизированное отверстие.
Недостатком этого решения является то, что проводники (медная фольга) не печатаются на основе платы, а соединяются со слоем адгезива, который имеет толщину приблизительно равную или большую толщины основы платы. Для нанесения проводящего слоя в таких платах используются гальванические процессы, которые являются медленными и вредными. Применение гальванических процессов и использование проводников типа медной фольги не позволяет получать тонкие печатные платы (сравнимые с толщиной, например, обычного листа бумаги).
Из уровня техники известно решение, описанное в журнале «Компоненты и технологии» в разделе печатные платы, страницы 202-208, №9 за 2007 год. Приведенные в статье решения раскрывают преимущества использования гибких плат, тем не менее, плотность межсоединений и использование гибких плат является ограниченным из-за использования односторонних, двусторонних плат, многослойных плат, которые в большинстве своем теряют ту гибкость, на которую можно было бы рассчитывать. Использование многослойных гибких плат обусловлено тем, что осуществить все трассы на одной поверхности платы является затруднительным.
Известно решение, описанное в Electronics Vol.55 No.15 July 28, 1982 A McGraw-Hill Publication Jerry Lyman, Charles Cohen. Polymer thick films come of age, pp.86, 87, в котором для создания сквозных соединений при нанесении серебряных полимерных проводников, чтобы серебро втягивалось в отверстия, используют вакуумный зажим. В этом же решении описывается способ, в котором штыри пропускаются сквозь отверстия схемной платы и окунаются в резервуар с полимерными чернилами, расположенный под платой. Извлекаемые из резервуара штыри вытягивают за собой чернила, осаждая их на схемные участки с обеих сторон платы и в соединительном отверстии. Также в этой статье описывается метод, в котором при изготовлении плат используются бумажно-фенольные подложки. Отверстия в них не просверливаются, а пробиваются, что дает дополнительную экономию. Таким образом, пробитые отверстия с осажденными в них полимерными чернилами обходятся дешевле просверленных отверстий с химически осажденной металлизацией.
Раскрытие полезной модели
Настоящая полезная модель описывает печатную плату, включающая гибкую основу (1), имеющую первую (10) и вторую (11) стороны и содержащую по меньшей мере одно отверстие (7), по меньшей мере один проводящий элемент (9), расположенный на первой (10) стороне, по меньшей мере один проводящий элемент (2), расположенный на второй (11) стороне, по меньшей мере один соединительный элемент (6), расположенный по меньшей мере частично в отверстии (7) и выполненный с обеспечением электрического контакта между по меньшей мере одним проводящим элементом (9) расположенным на первой (10) стороне и по меньшей мере одним проводящим элементом (2) расположенным на второй (11) стороне.
Гибкая основа (1) в одном из вариантов может содержать полиэстер, полиимид или поликарбонат или их смесь.
Плата может содержать по меньше мере одну контактную площадку.
Соединительный элемент (6) может быть выполнен из токопроводящего отверждаемого состава.
Плата может содержать по меньше мере один изолирующий слой.
Плата в одном из вариантов осуществления может содержать по меньшей мере один защитный слой.
Гибкая основа (1) в предпочтительном варианте осуществления может иметь толщину 50÷300 микрометров.
Еще один вариант настоящего решения описывает печатную плату, включающую по меньшей мере две гибких основы, имеющие первую (10), вторую (11), третью (12) и четвертую (13) стороны, по меньшей мере один слой (14), выполненный из гибкого материала, расположенный между по меньшей мере частью второй (11) и третьей (12) сторон и содержащий по меньшей мере одно отверстие (7), по меньшей мере одну контактную площадку (15), расположенную на второй (11) стороне, по меньшей мере одну контактную площадку (15), расположенную на третьей (12) стороне, по меньшей мере один соединительный элемент (6), расположенный по меньшей мере частично в отверстии (7) и выполненный с обеспечением электрического контакта между по меньшей мере одной площадкой (15), расположенной на второй (11) стороне, и по меньшей мере одной площадкой (15), расположенной на третьей (12) стороне.
Вторая (11) сторона может быть связана с третьей (12) стороной посредством клеевого слоя (14).
Соединительный элемент (6) может быть выполнен из токопроводящего отверждаемого состава.
Гибкая основа может быть выполнена из материалов: полиэстер, полиимид или поликарбонат или их смесь.
Плата может содержать по меньшей мере один защитный слой, расположенный поверх по меньшей мере стороны (10).
Гибкие основы могут иметь толщину 50÷300 микрометров, а слой (14) иметь толщину 50÷300 микрометров.
Техническим результатом настоящей полезной модели является возможность реализации сложных схем с использованием обеих сторон пленки-основы и большим количеством точек соединения сторон, повышенная надежность изделий, снижение сопротивления проводников, возможность коммутировать большие токи без риска термического разрушения точек перехода, повышение производительности за счет снижения уровня брака, сокращения количества печатных слоев, сокращения количества контрольных операций, сокращения операций по исправлению брака, повышение гибкости и долговечности, снижение массы, снижение материалоемкости, уменьшение габаритов.
Краткое описание чертежей
Настоящая полезная модель и уровень техники поясняется нижеследующими чертежами:
Фиг.1 - пересечение трасс печатной платы (уровень техники).
Фиг.2 - решение проблемы пересечения трасс (уровень техники).
Фиг.3 - решение проблемы пересечения трасс (уровень техники).
Фиг.4 - решение проблемы пересечения трасс (уровень техники).
Фиг.5 - решение проблемы пересечения трасс (уровень техники).
Фиг.6 - вариант осуществления настоящего решения вид сверху.
Фиг.7 - вариант осуществления настоящего решения вид сбоку.
Фиг.8 - второй вариант осуществления настоящего решения вид сбоку.
Специалист в данной области техники, используя настоящее описание и чертежи, может осуществить полезную модель так, как она заявлена в формуле полезной модели.
Осуществление полезной модели
Настоящая полезная модель описывает печатную плату, включающая гибкую основу (1), имеющую первую (10) и вторую (11) стороны и содержащую по меньшей мере одно отверстие (7), по меньшей мере один проводящий элемент (9), расположенный на первой (10) стороне, по меньшей мере один проводящий элемент (2), расположенный на второй (11) стороне, по меньшей мере один соединительный элемент (6), расположенный по меньшей мере частично в отверстии (7) и выполненный с обеспечением электрического контакта между по меньшей мере одним проводящим элементом (9) расположенным на первой (10) стороне и по меньшей мере одним проводящим элементом (2) расположенным на второй (11) стороне.
Печатная плата, включающая по меньшей мере две гибких основы, имеющие первую (10), вторую (11), третью (12) и четвертую (13) стороны, по меньшей мере один слой (14), выполненный из гибкого материала, расположенный между по меньшей мере частью второй (11) и третьей (12) сторон и содержащий по меньшей мере одно отверстие (7), по меньшей мере один проводящий элемент (2), расположенный на второй (11) стороне, по меньшей мере один проводящий элемент (15), расположенный на третьей (12) стороне, по меньшей мере один соединительный элемент (6), расположенный по меньшей мере частично в отверстии (7) и выполненный с обеспечением электрического контакта между по меньшей мере одним проводящим элементом (2) расположенным на второй (11) стороне и по меньшей мере одним проводящим элементом (15) расположенным на третьей (12) стороне.
Гибкая пленочная печатная плата содержит один или более слоев диэлектрика, на котором сформирована хотя бы одна электропроводящая цепь (электронная схема). Она предназначена для соединения отдельных электронных элементов или узлов в единое действующее устройство. Гибкие печатные платы могут свободно изгибаться, что позволяет осуществлять монтаж в труднодоступных местах, а также использовать их в качестве гибких соединителей. Гибкие печатные платы позволяют увеличить плотность монтажа в электронных устройствах.
Гибкие печатные платы используют самое тонкое диэлектрическое основание из всех доступных сегодня материалов, предназначенных для создания межсоединений. В некоторых случаях из этих материалов можно изготовить гибкие печатные платы, имеющие полную толщину меньше 50 мкм, включая защитный слой. Жесткие монтажные подложки с той же функциональностью оказываются в два раза толще.
Мало того, что малая толщина гибких печатных плат привлекательна сама по себе, возможность ее складывать за счет гибкости также позволяет сокращать объемы и габариты электронных устройств. Дополнительное преимущество малой толщины гибких печатных плат - малая масса. Сами по себе они легче аналогичных жестких печатных плат на 75% и более.
Малая масса межсоединений, реализуемая гибкими печатными платами, оказалась настолько привлекательной в аэрокосмической аппаратуре, что эта область их использования стала конкурировать по объемам производства с портативной электроникой.
Устойчивость к многократным динамическим изгибам - одно из важнейших свойств гибких печатных плат. Другие решения для гибких межсоединений, типа плоского ленточного кабеля, тоже можно удовлетворительно использовать в подобных случаях, но гибкие печатные платы превосходят их как стандартный метод создания надежной взаимосвязи между перемещающимися частями. Малая толщина материалов оснований, в сочетании с очень тонкой медной фольгой, дает гибким платам значительные преимущества в создании динамически устойчивых межсоединений.
Данная технология изготовления двух сторонней гибкой пленочной печатной платы (ГППП), а также метод создания изделий содержащих более чем одну ГППП, электрически соединенных между собой являются сутью настоящего решения.
ГППП представляет собой гибкую пленочную основу (полиэстер, полиимид, поликарбонат и др.), на которую печатным способом (трафаретная, тампонная, цифровая и др. виды печати) нанесены проводники, контактные площадки и другие элементы схемы.
При изготовлении плат со сложной топологией часто возникает ситуация, когда два и более проводника (или элемента) не могут быть расположены без взаимного пересечения или взаимного наложения (фиг.1).
Для решения этой проблемы существует известная технология, которая подразумевает следующие основные этапы:
1) Печать всей схемы, за исключением точки пересечения проводников (фиг.2).
2) Печать на область пересечения изолирующего слоя (диэлектрик), который препятствует замыканию проводников между собой (фиг.3).
3) Печать недостающей части верхнего проводника (мостика) поверх диэлектрика. В результате получается схема с пересекающимися, но не замкнутыми проводниками (фиг.4 и 5), напечатанными на одной стороне пленки.
Недостатками подобного решения является то, что слой диэлектрика образует локальное увеличение толщины в точке пересечения проводников, что затрудняет печать мостиков. В местах, где мостик переходит через диэлектрический слой, его толщина уменьшается, повышается сопротивление всего проводника, повышается нагрев участка мостика и увеличивается вероятность обрыва. Печатный диэлектрик обладает невысокой величиной электрической прочности. Возможно возникновение короткого замыкания с одного проводящего элемента на другой. Неоднородность поверхности проводника, на которую накладывается диэлектрический слой приводит к неоднородности слоя диэлектрика. Диэлектрик реализован на основе ультрафиолетовых отверждаемых смол, чтобы предотвратить растворение проводника, но схема, которая будет расположена над диэлектриком, обладает меньшей адгезией к ультрафиолетово-отверждаемым материалам, чем самой к себе или пленке - основе платы. Подобная разнородность материалов приводит к снижению прочности и надежности платы при изгибах. Для решения части вышеуказанных сложностей используют обычно два слоя диэлектрика, но такое решение не является панацеей, т.к. приводит к новым сложностям - повышение трудоемкости и повышению вероятности обрывов.
Разработанная технология состоит в том, что при печати сложных схем, используются обе стороны пленки-основы с последующим электрическим соединением проводников первой и второй стороны ГППП.
Разработанная технология изготовления 2-х сторонней гибкой пленочной печатной платы состоит из следующих основных шагов:
1) Схема разбивается на две части так, чтобы одну часть печатать на первой стороне, а другую на второй стороне пленки-основы (фиг.6).
2) В местах, где впоследствии потребуется соединение проводников первой и второй стороны, предусматриваются локальные расширения проводника (на обеих частях схемы).
3) Печатается первая часть схемы на одной стороне.
4) Печатается вторая часть схемы на другой стороне с точным совмещением будущих точек соединения первой и второй стороны.
5) В местах соединения проводников (в заранее предусмотренных расширенных местах) осуществляется сквозная перфорация пленки-основы (одно или несколько отверстий).
6) Отверстие заполняется отверждаемым токопроводящим составом, который обеспечивает электрический контакт между проводниками, расположенными на верхней и нижней сторонах ГППП. В результате получается схема с электрически соединенными проводниками (где это необходимо), напечатанными на разных сторонах пленки (Фиг.7).
Метод создания изделий содержащих более чем одну ГППП, электрически соединенных между собой основан на методе, схожем с методом соединения проводников, расположенных на разных сторонах одной ГППП (Фиг.8).
Полезная модель поясняется фигурами, на которых позициями обозначены: 1 - плата включающая гибкую основу, 2 - проводящий элемент, 3 - проводящий элемент, 4 - диэлектрик, 5 - мостик, 6 - соединительный элемент, 7 - отверстие, 8 - проводящий элемент, 9 - проводящий элемент, 10 - первая сторона, 11 - вторая сторона, 12 - третья сторона, 13 - четвертая сторона, 14 - пленочный разделитель с клеевым слоем, 15 - контактная площадка.
Получение показанной на фиг.8 конструкции достигается послойной сборкой слоев с заполнением отверстия токопроводящим составом на одной из стадий сборки (как в середине процесса, так и самой последней операцией в зависимости от реализации ГППП и контактных площадок).
Толщина гибкой основы платы (пленки) может варьироваться в пределах от 50 до 300 микрометров. Толщина слоя (14), расположенного между гибкими основами может составлять от 50 до 300 микрометров. Названные толщины обеспечивают гибкость платы, минимизируют ее габариты, уменьшают массу. Использование более тонких слоев приводит к недостаточной надежности печатной платы, высокой вероятности брака, низкой прочности. Использование же более толстых слоев повышает материалоемкость, массу, сложность изготовления. Приведенные интервалы являются существенными для достижения технического результата, причем, как выше показано, именно эти интервалы толщин материалов позволяют достичь одновременно всех технических результатов.
В соответствии с настоящим описанием и нижеследующей формулой полезной модели специалист в данной области техники может осуществить настоящее решение с достижением всех указанных технических результатов.