МОНТАЖНАЯ ПЛАТА Российский патент 1994 года по МПК H05K1/02 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в средствах цифровой вычислительной техники.

Известна многослойная печатная плата, содержащая печатные сигнальные и потенциальные слои проводников, разделенные изолирующим слоем. Недостатками платы являются необходимость дополнительных мер по отводу тепла от корпусов радиоэлементов, сложность технологии, высокая стоимость изготовления.

Известна плата для тонкопроводного монтажа, содержащая сигнальные провода и металлическую пластину. Недостатками платы являются высокая стоимость изготовления при большой серийности и необходимость специального дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является двусторонняя печатная плата, содержащая диэлектрическую подложку, толщина которой обеспечивает жесткость платы, печатные сигнальные проводники, выполненные на обеих сторонах диэлектрической подложки, радиоэлементы, прямой и обратный проводники питания. Изготовление платы имеет хорошо освоенную технологию и низкую стоимость при большой серийности. Недостатком платы является низкая помехозащищенность.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности.

Сущность изобретения заключается в том, что монтажная плата содержит диэлектрическую подложку с печатными сигнальными проводниками на обеих сторонах, радиоэлементы, прямой и обратный проводники питания. Новым является то, что обратный проводник питания отделен от диэлектрической подложки изолирующим слоем и выполнен в виде жесткой металлической пластины со сквозными отверстиями, в которые проходят выводы радиоэлементов, установленных со стороны металлической пластины.

Сравнение заявляемого решения с известными в исследуемой области показывает невозможность их применения при необходимости одновременного совмещения высокой помехозащищенности, улучшенного отвода тепла от корпусов радиоэлементов, использования технологии печатных плат. Заявляемое решение удовлетворяет совокупности перечисленных требований. За счет нового выполнение обратного проводника питания уменьшается влияние перекрестных помех между сигнальными проводниками, а также между выводами радиоэлементов, помех в проводниках питания, внешних электромагнитных помех обеспечивается жесткость платы, улучшается отвод тепла от корпусов радиоэлементов появляется возможность отказаться от воздушной вентиляции для уменьшения влияния вредных факторов окружающей среды.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение монтажной платы для случая, когда изолирующим слоем является воздух.

Плата содержит диэлектрическую подложку 1, сигнальные печатные проводники 2, радиоэлемент 3, обратный проводник 4 питания, сквозные отверстия 5, прямой проводник 6 питания, припой 7, изолирующий слой 8, при этом а - толщина подложки. b - толщина изолирующего слоя, W - ширина сигнальных печатных проводников, S - расстояние между сигнальными проводниками.

За счет выполнения обратного проводника в виде металлической пластины, отделенной от диэлектрической подложки изолирующим слоем, обратные токи сигналов, возбуждаемых в сигнальных проводниках на плате, протекают по металлической пластине непосредственно под сигнальными проводниками. Это позволяет рассматривать монтажную плату как систему связанных полосковых линий передачи с контролируемым волновым сопротивлением, в котором перекрестная помеха уменьшается с увеличением отношения S/H, где S - расстояние между сигнальными проводниками, Н - расстояние до обратного проводника питания. В прототипе сигнальные проводники располагаются произвольно, на разных и больших расстояниях до обратного проводника питания. В зависимости от конкретной топологии разводки питания это расстояние может составлять несколько десятков миллиметpов. В монтажной плате это расстояние значительно меньше. Для одного слоя сигнальных проводников Н = b, а для другого H = a+b и составляет доли миллиметра. Это означает увеличение отношения S/H и уменьшение перекрестных помех, причем не только между сигнальными проводниками монтажной платы, но и между выводами радиоэлементов, т. к. выводы находятся в отверстиях в обратном проводнике питания, а не в воздухе, как в прототипе. Поэтому помехозащищенность предлагаемой монтажной платы по перекрестным помехам значительно выше, чем в прототипе.

Поскольку в монтажной плате жесткость обеспечивается металлической пластиной, то толщина диэлектрической подложки выбирается не из соображений жесткости, как в прототипе, а из электрических соображений, т. е. минимально тонкой. Чем тоньше диэлектрическая подложка и ниже относительная диэлектрическая проникаемость изолирующего слоя при заданном волновом сопротивлении сигнальных линий передачи, тем меньше будет толщина изолирующего слоя. В результате, можно дополнительно увеличить отношение S/H, а значит уменьшить уровень перекрестных помех, т. е. дополнительно повысить помехозащищенность монтажной платы.

Индуктивность и активное сопротивление обратного проводника питания в монтажной плате существенно уменьшаются по сравнению с прототипом за счет увеличения ширины и толщины обратного проводника питания. При этом прямой и обратный проводники питания образуют линию передачи с низким волновым сопротивлением. Благодаря указанным факторам помехозащищенность предлагаемой монтажной платы по цепям питания может быть существенно выше, чем в прототипе.

В предлагаемой монтажной плате по сравнению с прототипом существенно уменьшается площадь контуров протекания сигнальных токов, что вместе с экранирующим влиянием металлической пластины значительно уменьшает влияние внешних электромагнитных помех и излучения самой платы.

Монтажная плата позволяет организовать отвод тепла за счет канала теплопередачи: корпуса радиоэлементов - металлическая пластина - корпус устройства, содержащего плату - внешняя среда. При этом можно отказаться от воздушной вентиляции и корпус устройства выполнить герметичным, что позволяет дополнительно уменьшить влияние внешних электромагнитных помех и вредных факторов внешней среды.

Изолирующий слой может быть из газообразного, твердого или жидкого диэлектриков. Выбор изолирующего слоя определяется конкретными требованиями. Изолирующий слой из воздуха, имея минимальную относительную диэлектрическую проницаемость, обеспечивает наилучшую помехозащищенность, Изолирующий слой из комбинированного или твердого диэлектрика (сетка, клей, клеящая пленка, например полиэтилентерефталатная) может оказаться более технологичным. В случаях, когда требуется повышенный теплоотвод, изолирующим слоем может быть охлаждающая жидкость.

Монтажная плата с изолирующим слоем, например из воздуха может быть выполнена следующим образом. Сигнальные проводники на диэлектрической подложке изготовляются из двусторонне фольгированного стеклотекстолита марки СТФ-2-25-0,250С по технологии двусторонних печатных плат. В металлической пластине из сплава АМц или Д16 выштамповываются или высверливаются отверстия для выводов радиоэлементов. Металлическая пластина накладывается на диэлектрическую подложку так, чтобы выдержать заданное расстояние между ними, например при помощи вспомогательной прокладки. Затем к металлической пластине теплопроводным компаундом прикрепляются радиоэлементы нижней стороной корпуса, а с нижней стороны диэлектрической подложки осуществляется пайка, например "волной", осуществляется пайка к металлической пластине земляных контактов радиоэлементов и удаляется вспомогательная прокладка. При W = 0,3 мм, а = 0,19 мм, b = 0,2 мм расчетные волновые сопротивления микрополосковых линий для верхнего и нижнего слоев (подвешенные и обращенные микрополосковые лини) соответственно равны 98 и 80 Ом.

Оценка ослабления перекрестной помехи в зависимости от геометрических параметров линий и типа изолирующего слоя проводилась в парах из связанных линий передачи, указанных в таблице (см. фиг. 2). В первой графе таблицы указаны пары, имитирующие линии передачи из верхнего сигнального слоя монтажной платы в случае, когда диэлектрическая подложка и изолирующий слой имеют одинаковую диэлектрическую проницаемость. Во второй и третьей графах таблицы соответственно указаны пары из подвешенных и обращенных микрополосковых линий, имитирующие линии передачи из верхнего и нижнего сигнальных слоев платы в случае, когда изолирующим слоем является воздух.

Каждая пара линий передачи имеет общий обратный проводник, расстояние между центрами сигнальных проводников 2,5 мм и длину 250 мм. Волновое сопротивление согласованных на концах линий около 100 Ом.

В таблице указано ослабление уровня перекрестной помехи на ближнем конце пассивной линии по отношению к уровню импульсного сигнала в активной линии при длительности фронта 1 нс.

Изобретение относится к технологии и конструированию радиоэлектронной аппаратуры, а именно к монтажным платам, предназначенным для установки и электрического соединения электрорадиоэлементов, и может быть использовано в радиотехнике, приборостроении, вычислительной технике, сущность изобретения: монтажная плата содержит диэлектрическую подложку, на поверхности которой выполнены сигнальные и прямые проводники. Обратный проводник питания отделен от подложки изолирующим слоем и выполнен в виде металлической пластины, на поверхности которой расположены радиоэлементы. 1 табл. , 2 ил.

МОНТАЖНАЯ ПЛАТА, содержащая диэлектрическую подложку с расположенными на ее обеих сторонах сигнальными проводниками, прямым и обратным проводниками питания и радиоэлементы, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехозащищенности платы, обратный проводник выполнен в виде металлической пластины и отделен от диэлектрической подложки изолирующим слоем, а радиоэлементы расположены на поверхности металлической пластины.