КОНТАКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для обеспечения надежного электрического контакта выводов проверяемой микросхемы (изделий электронной компонентной базы (далее, ЭКБ)) с выводами печатной платы без использования пайки, сварки и пр. способов соединения.
Известно соединительное устройство для подключения изделия электронной компонентной базы к печатной плате (патент РФ на полезную модель №179608, H05K 1/18, 2017 г.), содержащее корпус, состоящий из основания и крышки, шарнирно присоединенной к основанию с одной стороны и, выполненной с возможностью фиксации запорным элементом в прижатом к основанию состоянии, переходную панель (нижний вкладыш), установленную в основании, съемную панель (верхний вкладыш), предназначенную для размещения на ней изделия электронной компонентной базы (проверяемой микросхемы), основание выполнено с возможностью неподвижного прикрепления к печатной плате, плунжерные пружинные контактные элементы, закрепленные в отверстиях панелей (вкладышей) с возможностью их возвратно-поступательного перемещения и расположенные с возможностью подключения изделия электронной компонентной базы к печатной плате путем соединения их контактов (выводов) при прижатии крышки к основанию, причем крышка содержит упругий прижимной элемент, обеспечивающий прижим выводов проверяемой микросхемы к выводам плунжерных пружинных контактных элементов.
Недостатком устройства является низкая технологичность устройства, обусловленная тем, что для установки плунжерных пружинных контактных элементов требуется выполнение в каждом из вкладышей отверстий ступенчатой формы (т.е. двух отверстий разных диаметров под гильзу и вывод плунжерного пружинного контактного элемента), что является трудоемкой операцией, требующей применение специальных инструментов, усложняющей технологию (процесс) изготовления контактирующего устройства.
Задача полезной модели состоит в упрощении технологии изготовления контактирующего устройства.
Технический результат заключается в повышении технологичности устройства за счет исключении операции высверливания отверстий сложной ступенчатой формы разного диаметра в каждом из вкладышей под установку плунжерных пружинных контактных элементов.
Технический результат достигается тем, что контактирующее устройство, содержит корпус, включающий основание, крышку, шарнирно закрепленную на нем с одной стороны, выполненную с возможностью фиксации запорным элементом в прижатом к основанию состоянии. Основание корпуса выполнено с возможностью неподвижного прикрепления к печатной плате. В основании корпуса установлен контактирующий узел. Контактирующий узел содержит верхний вкладыш, предназначенный для размещения на нем проверяемой микросхемы, нижний вкладыш, плунжерные пружинные контактные элементы, выводы которых установлены в соосных отверстиях упомянутых вкладышей с возможностью их возвратно-поступательного перемещения и расположены с возможностью подключения проверяемой микросхемы к печатной плате путем соединения их выводов при прижатии крышки к основанию. При этом крышка снабжена упругим прижимным элементом, обеспечивающим прижим выводов проверяемой микросхемы к соответствующим выводам плунжерных пружинных контактных элементов. Новым является то, что контактирующий узел дополнительно включает промежуточный вкладыш, выполненный в виде, по крайней мере, одной пластины с соосными отверстиям верхнего и нижнего вкладышей отверстиями, в которые установлены гильзы плунжерных пружинных контактных элементов.
Далее, на фиг. 1 приведено контактирующее устройство в разнесенном виде в предпочтительном варианте, на фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемого контактирующего устройства в сборе, на фиг. 3 вид А на фиг. 2 в увеличенном виде, на фиг. 4 изображен верхний вкладыш.
Приводится конкретный пример предлагаемой полезной модели. Контактирующее устройство (далее, устройство) в предпочтительном варианте (на фиг. 1, фиг 2) содержит корпус, включающий выполненные с возможностью фиксации запорным элементом в закрытом состоянии крышку 1, шарнирно соединенную с основанием 2, выполненным с возможностью неподвижного прикрепления к печатной плате (не показана) посредством винтов (позицией не показаны), и снабженный контактирующим узлом, обеспечивающим электрическое соединение печатной платы и проверяемой микросхемы. В данном варианте исполнения крышка 1 представляет собой пластину, снабженную упругим прижимным элементом, установленным в углублении, выполненном в ее центральной части. Основание 2 представляет собой рамку с окном, имеющую с одного торца, в частности, два крепежных элемента, каждый из которых выполнен в виде цилиндрической детали с крепежными отверстиями под установку штифта 3, образующих в сборе петли при сопряжении с двумя соответствующими аналогичными крепежными элементами, выполненным на торце крышки 1. В других реализациях количество упомянутых крепежных элементов, их форма могут быть иными.
В данной модификации запорный элемент представляет собой, в частности, шарнирную защелку, обеспечивающую фиксацию устройства в закрытом (рабочем) состоянии (при котором крышка 1 прижата к основанию 2). Запорный элемент закреплен посредством штифта 4 в отверстиях выступов, выполненных на торце крышки 1, и содержит пружину кручения 5, защелку 6 с элементом на ее конце в виде крюка, способным входить в зацепление с соответствующим штифтом 7, установленным в крепежных отверстиях выступов (позицией не показаны), выполненных на торце основания 2. Запорный элемент может быть установлен как на крышке 1, так и на основании 2 (в этом случае штифт 7 устанавливают на крышке 1).
Контактирующий узел установлен в основании 2 корпуса и содержит верхний вкладыш 8, нижний вкладыш 9, промежуточный вкладыш 10, плунжерные пружинные контактные элементы 11 (далее, контактные элементы), предназначенные для электрического соединения печатной платы и проверяемой микросхемы. В данном варианте исполнения каждый из контактных элементов 11 включает гильзу (представляет собой полый цилиндрический корпус, покрытый веществом, обеспечивающим надежный электрический контакт (например, золотом)) с двумя подпружиненными выводами - подпружиненные штифты, диаметр которых меньше диаметра гильзы, при этом наконечники штифтов могут иметь различную форму, зависящую от формы выводов проверяемой микросхемы. Кроме того, в других вариантах исполнения виды контактных элементов 11 могут быть иными. Электрический контакт обеспечивается при зажатии подпружиненных выводов контактного элемента 11 между выводами проверяемой микросхемы и печатной платы. Подпружиненные выводы контактных элементов 11 оказывают малое давление на поверхность проверяемой микросхемы и компенсируют их изменяющуюся высоту за счет пружины (в гильзе). В зависимости от типа проверяемой микросхемы (от расположения его выводов) контактные элементы 11 могут быть расположены под корпусом микросхемы, либо по сторонам корпуса проверяемой микросхемы. Промежуточный вкладыш 10 выполнен в виде пластины с отверстиями, в которые установлены гильзы контактных элементов 11, соответствующие выводы которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены в соосные отверстия (с выступанием в этих отверстиях), выполненные в верхнем вкладыше 8 и нижнем вкладыше 9 (фиг. 3). При этом место расположения отверстий в упомянутой пластине зависит от типа проверяемой микросхемы. Кроме того, для облегчения веса в упомянутой пластине, в частности, может быть выполнено, по-крайней мере, одно технологическое отверстие (не показано), например, в центральной части пластины, либо применены другие известные способы облегчения веса. В данном варианте исполнения промежуточный вкладыш 10 имеет квадратную форму. В других модификациях указанная форма может быть иной, например, прямоугольной. Нижний вкладыш 9 выполнен в виде пластины, в частности, прямоугольной формы, имеющей в центральной части углубление, сформированное перегородками 12, в которое установлен промежуточный вкладыш 10. В других модификациях указанная форма нижнего вкладыша 9 может быть иной, например, квадратной. Верхний вкладыш 8 (фиг. 4) представляет собой пластину, в частности, прямоугольной формы. В других модификациях указанная форма может быть иной, например, квадратной. На поверхности упомянутой пластины, обращенной к крышке 1, выполнены опорные выступы 13 для базирования проверяемой микросхемы (не показано) и направляющие элементы 14, в частности, в виде гребенок под его выводы. Опорные выступы 13 расположены таким образом, что при базировании в продольной плоскости относительно верхнего вкладыша 8 проверяемая микросхема упирается углами относительно упомянутых выступов 13. Это позволяет исключить смещение и поворот проверяемой микросхемы относительно верхнего вкладыша 8. Направляющие элементы 14 обеспечивают возможность ориентации выводов проверяемой микросхемы над выводами (плунжерами) контактных элементов 11, выступающих в отверстия верхнего вкладыша 8 и их фиксацию к поверхности верхнего вкладыша 8 и, соответственно, к выступающим в отверстия верхнего вкладыша 8 выводам контактных элементов 11. Тем самым обеспечивается жесткая фиксация проверяемой микросхемы в контактирующем устройстве, что позволяет исключить смещение и поворот микросхемы относительно верхнего вкладыша 8, а также случайный контакт соседних выводов проверяемой микросхемы во время работы.
Верхний вкладыш 8 и нижний вкладыш 9 (с промежуточным вкладышем 10 в его углублении) скреплены между собой и с основанием 2 через крепежные отверстия, соосные в каждом вкладыше 8 и 9 и в основании 2, в частности, винтовым соединением. При этом через окно рамки основания 2 на поверхность верхнего вкладыша 8 устанавливают проверяемую микросхему. В других вариантах исполнения вкладыши 8, 9 и основание 2 могут быть скреплены любым известным способом, например, посредством расклепывания, склеивания. Выступание выводов контактных элементов 11 в отверстиях нижнего вкладыша 9 обеспечивает их электрический контакт с выводами печатной платы. Контактирующее устройство неподвижно закреплено на печатной плате, в частности, через соосные отверстия, расположенные по периметру основания 2 и печатной платы, в частности, винтовым соединением. Кроме того, нижний вкладыш 9 со стороны печатной платы имеет, по крайней мере, один выступ (штифт), способный взаимодействовать с соответствующим ответным отверстием, выполненном в печатной плате, с обеспечением их неподвижности друг относительно друга и определенного взаиморасположения. Введение в контактирующее устройство промежуточного вкладыша 10 с отверстиями под установку гильз контактных элементов 11 исключает необходимость высверливать отверстия сложной ступенчатой формы (разных диаметров) в одной детали, а именно, в верхнем и нижнем вкладышах 8 и 9, соответственно, и тем самым существенно упрощает процесс изготовления контактирующего узла, повышая технологичность устройства.
Упругий прижимный элемент 15 (далее, прижим) установлен в углублении крышки 1, предназначен для обеспечения возможности прижима выводов проверяемой микросхемы (не показано) к соответствующим выводам контактных элементов 11 в рабочем положении контактирующего устройства (при котором крышка 1 прижата к основанию 2). Прижим 15 представляет собой пластину, имеющую, по-крайней мере, один прижимный выступ 16, выполненный со стороны верхнего вкладыша 8, с противоположной стороны которой имеются, по крайней мере, один крепежный элемент 17 с крепежным отверстием продолговатой формы, по-крайней мере, один направляющий элемент 18 в виде выступа (направляющий выступ), по-крайней мере, одна пружина сжатия 19, регулирующая силу упомянутого прижима 15, установленная одним своим концом на направляющий элемент 18, а другим концом -упирающаяся в основание (дно) крышки 1. Прижим 15 установлен в углублении крышки 1, выполненном в ее центральной части и закреплен через крепежные отверстия (позицией не показаны) (в буртике) крышки 1 и крепежном элементе 17 посредством штифта 20 (фиг. 1). Прижим выводов проверяемой микросхемы (не показано) к подпружиненным выводам (плунжерам) контактных элементов 11, выступающим через отверстия верхнего вкладыша 8 обеспечивается при прижатии крышки 1 к основанию 2 прижимным выступом 16 за счет сжимания/распрямления пружины сжатия 19. При этом возможность регулирования положения прижима 15 относительно плоскости верхнего вкладыша 8 обеспечивается выполнением крепежного отверстия крепежного элемента 17 продолговатой формы, благодаря чему возможен ход штифта 20 в упомянутом отверстии.
Количество контактных элементов 11, расположение отверстий для их установки на вкладышах, форма, габаритные размеры промежуточного вкладыша 10, размер окна основания 2, габаритные размеры прижима 15 определяются конкретным типом проверяемой микросхемы.
Изготовление устройства осуществляют следующим образом. Сначала из высокотемпературных диэлектриков (полиэфиримида (PEI Somos Perform), полифэфирэфиркетон (РЕЕК) полэифирсульфон (PES)) или металлов методом 3D-печати, фрезеровки или литья под давлением изготавливают элементы устройства:
- крышку 1 в виде пластины прямоугольной формы размером 46×56 мм с углублением в центральной части крышки 1 размером 26×34 мм и глубиной 9 мм, с торцов которой выполняют крепежные элементы (цилиндрические детали с крепежными отверстиями под штифт 3) для шарнирного соединения с основанием 2 и выступами с крепежными отверстиями под установку шарнирной защелки;
- основание 2 в виде прямоугольной рамки размером 46×56 мм с окном в ее центральной части размером 30×30 мм, с торцов которой выполняют крепежные элементы -цилиндрические детали с крепежными отверстиями под штифт 3 для шарнирного соединения с крышкой 1 и выступы с крепежными отверстиями под штифт 7 шарнирной защелки; в рамке по периметру выполняют крепежные отверстия для закрепления к печатной плате, и крепежные отверстия для установки в основание 2 контактирующего узла;
- упругий прижимный элемент 15, в виде пластины прямоугольной формы размером 26×34 мм, толщиной 2 мм, на одной поверхности которой выполняют направляющие элементы 18 (в данном исполнении четыре элемента, каждый из которых выполняют в виде выступа под установку пружины сжатия 19), крепежный элемент 17 с крепежным отверстием для установки упругого прижимного элемента 15 в углубление крышки 1, а на другой (противоположной) поверхности - прижимный выступ 16 размером 13×13 мм, высотой 4,5 мм;
- верхний вкладыш 8 в виде пластины прямоугольной формы размером 42×44 мм, с крепежными отверстиями по периметру верхнего вкладыша 8 для скрепления его вместе с нижним вкладышем 9 в пакет, в центральной части которой (пластины), выполняют отверстия диаметром 0,22÷0,3 мм под установку выводов контактных элементов 11, соответствующие диаметру выводов, с опорными выступами 13 под базирование проверяемой микросхемы и направляющими элементами 14 - гребенками под выводы проверяемой микросхемы, расположенными в центральной части верхнего вкладыша 8. При этом местоположение и ориентация опорных выступов 13, гребенок 14, отверстий под выводы контактных элементов 11 зависят от типа проверяемой микросхемы и выбираются такими, чтобы выводы проверяемой микросхемы были расположены над выводами контактных элементов 11.
- нижний вкладыш 9 в виде пластины прямоугольной формы, размером 42×44 мм с углублением размером 15×15 мм, сформированным перегородками высотой 1 мм в ее центральной части. В углублении выполняют отверстия под выводы контактных элементов 11, по периметру пластины выполняют крепежные отверстия для крепления к верхнему вкладышу 8 и к основанию 2.
- промежуточный вкладыш 10 в виде пластины квадратной формы, размером 15×15 мм, с отверстиями диаметром 0,4÷0,5 мм под установку соответствующих гильз контактных элементов 11, расположение которых зависит от типа проверяемой микросхемы. Например, для проверяемой микросхемы CQFP-52 отверстия выполняют линейно по периметру промежуточного вкладыша, а для микросхемы PGA-602 - матрицей (выполнены равномерно по всей поверхности (площади) промежуточного вкладыша 10).
Подпружиненные выводы контактных элементов 11 изготавливают из меднобериллиевого сплава методом токарной обработки и покрывают золотом. Сборку устройства осуществляют следующим образом.
Осуществляют сборку основания 2. Собирают контактирующий узел, для чего устанавливает промежуточный вкладыш 10 в нижний вкладыш 9. Гильзы контактных элементов 11 устанавливают в отверстиях промежуточного вкладыша 10, выводы которых устанавливают в соответствующие отверстия нижнего вкладыша 9 и верхнего вкладыша 8, устанавливаемого поверх нижнего вкладыша 9. Далее, собранный в пакет контактирующий узел устанавливают в основание 2 и стягивают сборку винтами-стяжками (позицией не показаны) между собой через соответствующие крепежные отверстия (позицией не показаны), выполненные по периметру основания 2 и вкладышей 8 и 9. В крепежные отверстия выступов основания 2 устанавливают штифт 7.
Осуществляют сборку крышки 1. Сначала монтируют прижимный узел. На каждый их направляющих элементов 18 (направляющие выступы) прижима 15 устанавливают одними своими концами пружины сжатия 19, после чего, прижим 15 с пружинами сжатия 19 размещают в углублении крышки 1, так, чтобы свободные концы пружин сжатия 19 упирались в крышку 1 (в сжатом положении). Далее фиксируют прижимный узел посредством штифта 20 через соосные крепежные отверстия, выполненные (в буртике) в крышке 1 и в крепежном элементе 17 прижима 15. Далее, устанавливают шарнирную защелку: между выступами крышки 1 устанавливают пружину кручения 5 и защелку 6, фиксируя их штифтом 4 через крепежные отверстия упомянутых выступов.
Крышка 1 с установленным прижимным узлом и шарнирной защелкой устанавливается на основание 2, при этом цилиндрические детали крышки 1 и основания 2 сопрягаются друг с другом и фиксируются штифтом 3 через отверстия в цилиндрических деталях, образуя в сборе петли. Таким образом, основание 2 и крышка 1 в сборе образуют корпус контактирующего устройства.
После этого, контактирующее устройство ставится на печатную плату основанием 2 и фиксируется крепежными винтами через соответствующие отверстия, выполненные в основании 2. После чего, контактирующее устройство готово к использованию.
Устройство работает следующим образом.
Через окно рамки основания 2 на верхний вкладыш 8 устанавливают проверяемую микросхему. В зависимости от конструкции корпуса микросхемы в контактирующем устройстве для ее фиксации используются различные направляющие элементы 14 (гребенки, штифты и т.д.). После установки проверяемой микросхемы контактирующее устройство закрывают крышкой 1, при этом прижимный выступ 16 прижимает контакты микросхемы к выводам контактных элементов 11, обеспечивая электрическое соединение. Питание микросхемы осуществляется от печатной платы, подключенной к ЭВМ через выводы контактных элементов 11, контактирующих с выводами печатной платы.
Устройство позволяет обеспечить электрический контакт выводов проверяемых микросхем (различных типов изделий ЭКБ) с печатной платой без пайки и иного повреждения или изменения проверяемых микросхем, а также печатной платы, либо аналогичного основания, предназначенного для монтажа изделий ЭКБ.
Несмотря на то, что техническое решение показано и описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема полезной модели, определенных прилагаемой формулой полезной модели.