МНОГОСЛОЙНАЯ ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к изготовлению источников питания с плоскими трансформаторами и дросселями на основе многослойных печатных плат (МПП).
Известна многослойная печатная плата, представляющая собой плоский трансформатор, содержащая изолирующие слои, токопроводящие детали, пакет диэлектрических подложек с отверстиями и односторонней металлизацией, выполненной в виде рисунка проводников и контактных площадок. Металлизированные слои соединены между собой по входным и выходным контактным площадкам методом пайки оловянным припоем (Патент на изобр. №2149526,Н05К 3/46 2000 г).
Недостатком такого трансформатора является его низкая надежность и большая трудоемкость изготовления и сборки, связанные с необходимостью осуществлять соединение слоев между собой путем пайки оловянным припоем, и производить межслойную герметизацию трансформатора путем вакуумной пропитки герметиком с целью защиты медных проводников от коррозии и пробоев. Эта конструкция не применима, когда количество соединений между входными и выходными контактными площадками больше 10-12 шт.
Наиболее близким техническим решением является многослойная печатная плата, представляющая собой плоский трансформатор, выполненный в виде пакета изолированных друг от друга печатных плат с отверстиями и металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок. Печатные платы выполнены на жестких диэлектрических подложках, имеют двухстороннюю металлизацию, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия и образуют обмотки электромагнитных компонентов. Соединение печатных плат в пакет осуществляется с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы (Патент на полезную модель №16318, МКИ Н05К 3/46, 2000 г.).
Недостатком конструкции данной многослойной печатной платы является необходимость применения поверхностного монтажа при ее использовании в качестве трансформатора (или дросселя) в изделиях, что снижает надежность разрабатываемого изделия, увеличивает габаритные размеры и массу, снижает его КПД, поскольку именно электромагнитные компоненты (трансформаторы и дроссели) определяют эти параметры изделия.
В основу полезной модели положено требование уменьшения весогабаритных параметров, увеличения надежности и КПД изделий на основе многослойной печатной платы за счет создания единой конструкции печатной платы и электромагнитных компонентов (трансформаторов и дросселей), например, в источниках питания, для которых требования к этим параметрам имеют решающее значение.
Поставленная задача решается тем, что многослойная печатная плата выполнена в виде пакета изолированных друг от друга печатных плат с отверстиями и металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия, образуя обмотки электромагнитных компонентов. Электромагнитные компоненты выполнены во внутренних слоях многослойной печатной платы, а на внешнем слое платы сформированы посадочные места для радиоэлектронных компонентов и элементы их коммутации. Печатные платы выполнены на жестких диэлектрических подложках, имеют двухстороннюю металлизацию, при этом проводники трансформатора и дросселя на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия. Формирование печатных плат в пакет осуществляется с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы.
Фигуры 1-3 иллюстрируют предлагаемую конструкцию.
На фиг.1 показана многослойная печатная плата (МПП), для источника питания со встроенными плоскими электромагнитными компонентами (плоские трансформатор 1 и дроссели 2).
На фигуре 2 изображено сечение МПП,
На фигуре 3 изображена конструкция одой из внутренних печатных плат 3, составляющих МПП. Печатная плата 3 имеет двухстороннюю металлизацию выполненную в виде витков 4, причем витки с одной стороны являются продолжением витков с другой стороны. Соединение витков между собой осуществляется с помощью металлизированных отверстий 5 (фигура 2). Сформированные таким образом обмотки трансформатора и дросселей расположены внутри МПП и оказываются подключенными к электрической схеме изделия. Механическое соединение печатных плат 3 в пакет производится с помощью прокладок 6 из полуотвердевшей смолы типа эпоксидной. Процесс соединения печатных плат производится методом горячего прессования. Проводники разных уровней соединяются между собой путем сверления отверстий 7 с последующей металлизацией. На наружном слое многослойной печатной платы (фигура 1) расположены посадочные места для поверхностного монтажа радиоэлектронных компонентов 8, проводники и контактные площадки 9 в соответствии с электрической схемой их коммутации.
Пример.
В двухстороннем фольгированном стеклотекстолите с медной фольгой толщиной 35 мкм методом сверления изготавливают переходные отверстия. Проводят их металлизацию. Методом фотолитографии формируют проводники и контактные площадки электрической схемы, а также обмотки трансформатора и дросселей. Обмотки трансформатора и дросселей формируют в виде спиралей в каждом внутреннем слое многослойной печатной платы. Затем, используя прокладки из стеклоткани, пропитанные полуотвердевшей смолой, методом горячего прессования собирают многослойную печатную плату. В собранной таким образом многослойной печатной плате просверливают сквозные переходные отверстия и проводят их металлизацию. Изготавливают окна для ферритовых сердечников и наносят паяльную маску. Количество печатных плат в МПП выбирают в зависимости от числа витков в обмотках трансформатора и дросселей, а также допустимой плотности тока в проводниках. На контактные площадки, не закрытые паяльной маской, монтируют резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы микросхемы и другие радиоэлектронные компоненты согласно электрической схеме.
Благодаря применению предлагаемой конструкции высота, например, источника питания DC-DC мощностью 100 Вт при одинаковой с прототипом длине и ширине уменьшится с 13 мм до 10 мм, а масса снизится до 58 г вместо 190 г. Кроме того, планарные трансформаторы наилучшим образом приспособлены для организации чередования слоев обмоток. В каждом слое печатной платы может быть расположено ограниченное количество витков, поэтому силовые обмотки трансформаторов преобразователей напряжения располагают, как правило, в нескольких слоях печатной платы. Это позволяет эффективно чередовать слои обмоток, располагая их в соседних слоях печатной платы. Все это вместе взятое позволяет повысить КПД трансформатора до 98%, а КПД источника питания на основе этого трансформатора довести до 95%.