СИСТЕМА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ И СПОСОБ МОНТАЖА ИЗДЕЛИЯ НА МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЕ
PRINTED CIRCUIT BOARD SYSTEM AND METHOD OF MOUNTING AN ARTICLE ON A MOTHERBOARD

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе печатной платы и к способу монтажа изделия на материнской плате по существу перпендикулярно к ней.
ПРЕДПОСЫЛКИ
Печатные платы применяются уже давно, являясь для производителей и конструкторов электронных устройств простым инструментом для организации и монтажа электронных цепей и компонентов на платформе, подходящей для каждого варианта применения. Однако, поскольку часто возникает потребность в модульности конструкции, альтернативных поддерживающих структурах или компонентах, которые требуют дополнительного пространства, общепринятым решением является применение одной или более вторичных плат, содержащих требуемые электронные цепи или компоненты, или кронштейнов, которые удерживают печатную плату на месте в поддерживающей структуре, например, в промышленной среде. Монтаж такой системы, т.е., дочерней платы или кронштейна, требует, чтобы материнская плата удерживалась каким-то образом, а дочерняя плата или кронштейн, вставлялся перпендикулярно для дальнейшего крепления пайкой или другими средствами.
Одним способом установки дочерних плат на материнскую плату является использование инструментов, которые удерживают материнскую плату и монтируемую дочернюю плату. Инструменты могут быть дорогими и даже могут требовать переналадки для каждого возможного монтируемого изделия. Далее, этап крепления или расположения инструментов является дополнительным этапом в процессе сборки устройства печатной платы. Таким образом, требуемые инструменты и/или этапы могут быть дороги и требовать затрат времени. Поэтому существует потребность в простом, дешевом и надежном способе сборки системы печатных плат.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Что касается вышеупомянутых требуемых свойств системы печатных плат, общей целью настоящего изобретения является создание простой, дешевой и легкой в производстве системы печатных плат.
Согласно первому аспекту изобретения эти и другие цели достигаются с помощью системы печатной платы, содержащей материнскую плату, содержащую удлиненный паз, и изделие, содержащее соединительную часть, выполненную с возможностью вставляться в удлиненный паз так, чтобы изделие можно было крепить по существу перпендикулярно к материнской плате. Удлиненный паз содержит выступ, а соединительная часть содержит пружинный участок, выполненный с возможностью взаимодействия с выступом, когда соединительная часть вставлена в удлиненный паз, что приводит к принудительному прижиманию соединительной части изделия по меньшей мере к одной боковой стенке удлиненного паза.
Под печатной платой следует понимать, что материнская плата в принципе является плоской и в основном проходит в двух измерениях, т.е., в длину и в ширину, а ее ограниченная толщина существенно меньше длины и ширины материнской платы.
Удлиненный паз имеет длину, существенно превышающую его ширину в продольном направлении. Таким образом, следует понимать, что выступ отходит в удлиненном пазе от боковой стенки этого удлиненного паза. Удлиненную боковую стенку следует толковать как удлиненные стенки этого удлиненного паза.
Под "по существу перпендикулярно" следует понимать, что изделие должно быть расположено перпендикулярно к двум большим измерениям, т.е., к длине и ширине материнской платы.
Соединительная часть выполнена с возможностью введения в удлиненный паз и, таким образом, следует понимать, что ее ширина равна или меньше ширины удлиненного паза.
Пружинный участок, который создает силу, следует в настоящем описании интерпретировать как часть изделия, которая изгибается и создает пружинную силу в ответ на напряжение в изогнутом материале.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что за счет наличия пружинной части на соединительной части изделия, монтируемого на материнскую платы, имеющую удлиненный паз, содержащий выступ, эту соединительную часть можно вставлять в удлиненный паз и, тем самым, вводить выступ и пружину во взаимодействие. Тем самым, изделие может удерживаться по существу под прямым углом к материнской плате силами, создаваемые за счет взаимодействия выступом пружинной части. Настоящее изобретение позволяет вести производство с низкими издержками за счет исключения потребности в таких инструментах или компонентах. Более того, этапы, которые требуют установки, удержания или крепления таких инструментов или компонентов, согласно настоящему изобретению не требуются, что сокращает количество этапов при такой операции монтажа. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что производственные допуски для соединительных частей снижаются, поскольку сила, возникающая при взаимодействии выступа и пружинной части, удерживает изделие по существу перпендикулярно, несмотря на широкий допуск при изготовлении соединительной части. Еще одним преимуществом является снижение потребности в материале, образующем материнскую плату так, что материнскую плату можно изготавливать из широко применяемых недорогих материалов. Еще одним преимуществом изобретения является то, что на материнской плате требуется лишь небольшое пространство, благодаря чему возникает возможность создавать компактные электронные устройства.
В одном варианте изобретения выступ может иметь клиновидную форму по меньшей мере с одной наклонной поверхностью. Придание выступу клиновидной формы по меньшей мере с одной наклонной поверхностью облегчает установку соединительной части в удлиненный паз, поскольку пружинная часть сначала зацепляется с этой наклонной поверхностью и, следовательно, постепенно изгибается во время установки.
В другом варианте изобретения пружинная часть может быть сформирована с внешней наклонной кромкой, благодаря чему введение соединительной части в удлиненный паз приводит к взаимодействию внешней наклонной кромки с наклонной поверхностью клиновидного выступа так, что пружинная часть принудительно отгибается. Для еще большего облегчения введения соединительной части, пружинная часть может иметь наклонную внешнюю кромку. Поэтому, внешняя наклонная кромка может при введении входить во взаимодействие с наклонной поверхностью клиновидного выступа, что позволяет пружинной части и выступу легко скользить друг по другу.
В одном варианте пружинная часть далее содержит углубление на своей поверхности, выполненное с возможностью уменьшать силу, создаваемую пружинной частью. Это углубление уменьшает количество отгибаемого материала.
В другом варианте пружинная часть может быть образована прямоугольным вырезом, входящим в изделие от внешней кромки изделия, и пружинная часть образована материалом, отходящим от прямоугольного выреза к внешней кромке изделия. Простым и эффективным способом сформировать пружинную часть является, например, по существу формирование прямоугольного выреза по существу в прямоугольном изделии, который отходит от внешней кромки изделия, что позволяет сформировать пружинную часть из материала, остающегося от прямоугольного выреза. Таким образом, пружинная часть формируется интегрально с изделием и из того же материала, что и изделие.
В одном варианте изделием может быть вторичная печатная плата. Настоящее изобретение также позволяет легко и эффективно монтировать вторичную печатную плату. Вторичная печатная плата также может быть известна как дочерняя плата. Вторичная печатная плата может иметь функциональность или компоненты, не имеющиеся на материнской плате или которые не могут быть установлены на материнской плате, например, из-за пространственных ограничений на материнской плате. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения также является то, что напряжение, возникающее в пружинной части, проходит направлении прочности материала вторичной платы.
В другом варианте изделие может быть вторичной печатной платной, материнская плата может содержать основную электронную цепь, имеющую электрические соединения, заканчивающиеся в удлиненном пазе, а дочерняя плата может содержать вторичную электронную цепь, имеющую электрические соединения, заканчивающиеся на соединительной части. За счет наличия таких электрических соединений, заканчивающихся на соединительной части и на удлиненном пазе, материнскую и дочернюю платы можно эффективно и просто электрически соединять в удлиненном пазе либо прямым механическим контактом, либо позднее устанавливаемым компонентами или пайкой.
Согласно одному варианту вторичная печатная плата может быть изготовлена из материала FR-4. Поскольку FR-4 является материалом печатных плат, устойчивым к напряжениям, может быть полезным применять более стойкие к напряжениям вторичные печатные платы, изготовленные из материала FR-4.
В другом варианте вторичная печатная плата может быть изготовлена из материала FR-1 или CEM-1. Для дополнительного сокращения расходов вторичную печатную плату можно формировать из более дешевого материала FR-1 или CEM-1. Поскольку направление изгиба совпадает с направлением прочности материала, т.е., направление напряжения проходит в направлении больших измерений вторичной печатной платы. Вторичную печатную плату и, следовательно, пружинный части можно формировать из более дешевого материала, такого как FR-1 или CEM-1.
В одном варианте изделием может быть металлическая пластина или кронштейн. Металлическая пластина или кронштейн могут применяться для соответствующего крепления материнской платы. Таким образом, настоящее изобретение можно использовать для создания подходящего крепления материнской платы. Поэтому настоящее изобретение далее позволяет просто и эффективно крепить дополнительные компоненты или даже крепить материнскую плату, если изделие является металлической пластиной или кронштейном, на который можно крепить материнскую плату. Кроме того, изделие может быть кронштейном, на котором смонтированы другие компоненты.
В другом варианте система далее может содержать паяный шов между материнской платой и изделием. Паяный шов между материнской платой и изделием фиксирует и удерживает материнскую плату и изделие друг с другом. Далее, если изделие является вторичной печатной платой, паяный шов может обеспечить электрический контакт между материнской платой и вторичной печатной платой, а также их механическое соединение.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения цели также достигаются с помощью способа монтажа изделия на материнскую плату по существу перпендикулярно, содержащего этапы, на которых берут материнскую плату, содержащую удлиненный паз, который содержит выступ, и изделие, содержащее соединительную часть, содержащую пружинную часть, и вставляют соединительную часть изделия в удлиненный паз по существу перпендикулярно, в результате чего выступ входит во взаимодействие с пружинной частью, создавая силу, прижимающую соединительную часть изделия по меньшей мере к одной боковой стенке удлиненного паза.
В одном варианте изобретения способ далее может содержать этап, не котором выполняют пайку между материнской платой и изделием для создания паяного шва.
В другом варианте изобретения материнская плата может содержать электронную цепь с электрическими соединениями, заканчивающимися на удлиненном пазе, а изделием является вторичная печатная плата, имеющая соединения, заканчивающиеся на соединительной части, и паяный шов соединяет основную электронную цепь и вторичную электронную цепь.
Эффекты и признаки этого второго аспекта настоящего изобретения в большой степени аналогичны описанным выше в связи с первым аспектом изобретения.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения. Специалистам понятно, что различные признаки настоящего изобретения можно комбинировать для создания вариантов, отличающихся от описанных выше, но не выходящих за пределы объема настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует более подробное описание этих и других аспектов изобретения со ссылками на приложенные чертежи, иллюстрирующие разные варианты изобретения.
Фиг. 1А - вид сверху материнской платы, а фиг. 1В - вид сбоку изделия по одному варианту изобретения.
Фиг. 2 - детальный вид в перспективе выступа и пружинной части соединительной части по одному варианту изобретения.
Фиг. 3 - вид в перспективе системы печатных плат по одному варианту изобретения.
Фиг. 4 - диаграмма последовательности этапов способа монтажа изделия на материнскую плату по существу перпендикулярно по одному варианту изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В нижеследующем подробном описании варианты системы печатной платы по настоящему изобретению главным образом описываются со ссылками на планарные виды, показывающие либо материнскую плату, либо изделие. Следует отметить, что это ни в коем случае не ограничивает объем изобретения, что также применимо и в других обстоятельствах, например, при других типах печатных плат. Далее, в настоящем изобретении главным образом описывается использование удлиненного паза, в котором выступ находится в середине удлиненного паза, однако настоящее изобретение применимо и в случае, когда выступ находится в любом другом месте на боковой стенке удлиненного паза. Кроме того, размеры и/или количество удлиненных пазов и выступов, показанных на приложенных чертежах, является лишь схематическим представлением. На практике количество, размеры и другие подобные детали определяются каждым вариантом применения.
Далее следует описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где первоочередное внимание уделено структуре, и лишь затем - функциям.
На фиг. 1А показана материнская плата 100, имеющая выполненный в ней удлиненный паз 102. Удлиненный паз 102 содержит боковые стенки 103 на каждой удлиненной стороне, и выступ 104, сформированный в материнской плате 100. Выступ 104 отходит от одной из боковых стенок удлиненного паза 102 внутрь в удлиненный паз 102. Удлиненный паз 120 может быть сквозным, чтобы облегчить монтаж. На чертеже обозначена область 106 интереса, которая будет описана ниже со ссылками на фиг. 2. Вдоль удлиненного паза 102 имеется множество электрических соединений 108. Материнская плата также может одержать множество электрических компонентов (не показаны), которые могут находиться в электрическом контакте с электрическими соединениями (108). Следует отметить, что измерения длины и ширины по осям х и y являются большими измерениями платы. Толщина печатной платы обычно бывает значительно меньше, чем ее длина и ширина и типично составляет 1-5 мм.
Выступ 104 имеет форму клина с по меньшей мере одной наклонной поверхностью. Эта наклонная поверхность позволяет легче вставлять пружинную часть на изделии 128. Удлиненный паз 102 также может содержать углубление 105, расположенное напротив выступа 104 и предназначенное для создания пространства в которое отгибается пружинная часть 132, когда пружинная часть взаимодействует с выступом 104.
Материнская плата 100 также содержит метку 101, предназначенную для идентификации стороны материнской платы 100, которую видит наблюдатель.
Также следует отметить, что показанная материнская плата 100 расположена в плоскости х-y.
На фиг. 1В показано изделие 128, содержащее соединительную часть 130, которая имеет пружинную часть 132, выполненную по существу в этой соединительной части. На чертеже обозначена область 134 интереса, которая будет описана ниже со ссылками на фиг. 2. Изделие 128 может быть вторичной печатной платой, т.е., дочерней платой относительно материнской платы 100. Следовательно, соединительная часть 130 может содержать множество электрических соединений 136. В том случае, когда изделие является вторичной печатной платой, оно может содержать множество электрических компонентов (не показаны), которые могут находиться в контакте с электрическими соединениями 136.
Соединительная часть 130 содержит пружинную часть 132, образованную прямоугольным вырезом 133, проходящим в изделие 128 от внешней кромки 135 изделия 128. Поэтому пружинная часть 132 образована материалом, отходящим от прямоугольного выреза 133 к внешней кромке 135 изделия 128.
Также следует отметить, что изделие 128 расположено в плоскости z-y, которая отличается от ориентации материнской платы 100. Это вызвано тем, что соединительная часть 130 изделия 128 должна вставляться в удлиненный паз 102 в материнской плате 100 под прямым углом и перемещаться негативным движением по оси z.
Когда соединительная часть 130 вставлена в удлиненный паз 102, выступ 104 отжимает пружинную часть 132. Поскольку пружинная часть 132 отогнута, соединительная часть 130 и изделие, будут прижаты по меньшей мере к одной боковой стенке удлиненного паза. Это будет удерживать изделие 128 по существу под прямым углом к материнской плате 100.
На фиг. 2 показан выступ 104 и пружинная часть 132 в состоянии перед взаимодействием друг с другом. Следует отметить, что ориентация показана на виде в перспективе и что на чертеже также показаны оси координат. Выступ 104 образован материалом материнской платы 100 и имеет клиновидную форму с наклонной поверхностью 202. Рядом с клиновидным выступом 202 также имеется углубление 206.
Как описано выше пружинная часть 132 может быть образована прямоугольным вырезом 133 в изделии 128, отходящим от внешней кромки 135. Пружинная часть 132 также может содержать внешнюю наклонную кромку 204. Внешняя наклонная кромка 204 проходит от внешней кромки 135 изделия 128 и, когда изделие 128 движется для введения в удлиненный паз 102, зацепляется с наклонной поверхностью 202 выступа 104. Далее, пружинная часть 132 содержит углубление, здесь показанное как сквозное отверстие 208, которое выполнено с возможностью уменьшать силу, создаваемую пружинной часть 132, когда она зацепляется или находится во взаимодействии с выступом 104. Это достигается с помощью отверстия 208, которое уменьшает количество материала, которое нужно нагрузить и отогнуть.
На фиг. 3 показана система печатной платы, в которой соединительная часть 130 изделия 128 вставлена в удлиненный паз 102 материнской платы 100. Метка 101 указывает, что это та же сторона материнской платы 100, которая была показана ранее. Следует отметить что вторичная печатная плата 128 удерживается по существу перпендикулярно силой, создаваемой пружинной частью 132, находящейся во взаимодействии с выступом 104. Это облегчает сборку системы печатной платы, для которой требуется лишь вставить одну плату в другую, а электрические соединения 106, 136 можно соединить пайкой или другими подходящими способами. Следовательно, система печатной платы также может содержать паяный шов (не показан) между материнской платой 100 и изделием 128.
На фиг. 4 показана диаграмма последовательности способа монтажа изделия 128 на материнской плате 100 по существу под прямым углом.
Сначала, на этапе S1 берут материнскую плату 100 с выступом 104 и изделие 128 с соединительной частью 130, содержащей пружинную часть 132.
На этапе S2 соединительную часть 130 изделия вставляют в удлиненный паз 102 по существу под прямым углом, в результате чего выступ 104 входит во взаимодействие с пружинной частью 132, создавая силу, прижимающую соединительную часть 130 изделия по меньшей мере к одной боковой стенке 103 удлиненного паза 102.
Затем, факультативно, на этапе S3 пропаивают шов между материнской платой 100 и изделием 128 для создания паяного шва. Паяный шов обеспечивает механическое соединение. Если имеются электрические соединения 108, 136, паяный шов также может обеспечить электрическое соединение. Механическое соединение паяного шва фиксирует и удерживает вторичную печатную плату 128 по существу под прямым углом к материнской плате.
Материнская плата 100 может быть изготовлена из материала CEM-1 или из недорогого материала любого другого типа, обычно применяемого для печатных плат. CTM-1 является недорогим огнестойким слоистым материалом на основе целлюлозной бумаги с только одним слоем тканого стекловолокна. Вторичная печатная плата 128 может быть изготовлена из материала FR-4 (стекловолокно и эпоксидная смола). Факультативно можно использовать любой другой широко применяемый тип недорогого материала, напр., FR-1 или CEM-1.
Следует отметить, что во всех описанных примерах изделие 128 может быть металлической пластиной или кронштейном, который имеет те же структурные признаки, что вышеописанный пример. Металлическая пластина или кронштейн 128 могут применяться, например, для удержания материнской платы в устройстве хранения электроники какого-нибудь типа (не показано). Устройства хранения электроники часто применяются, например, в промышленной среде для защиты электронных компонентов и печатных плат от прямого механического или другого воздействия.
Дополнительно, из описания, формулы изобретения и чертежей специалистам понятны модификации описанных вариантов, которые могут из реализовать при внедрении заявленного изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает наличие других элементов или этапов, а элементы, приведенные в единственном числе, не исключают наличия множества таких элементов. Один только факт того, что определенный признаки приведены в разных зависимых пунктах на указывает на невозможность применения их комбинации для получения преимуществ.