Изобретение относится к области электро- и радиотехники, в частности к способам, устройствам и типам электрических и радиоэлектронных соединений.
Предшествующий уровень техники
Известен способ и устройство для монтажа радиодеталей, при котором выводы радиодеталей фиксируются в печатной плате при помощи переходников за счет их упругих элементов (патент США N 4181387, опубликован 1 января 1980 года).
Известен способ и устройство для монтажа радиодеталей, при котором выводы радиодеталей фиксируются в печатной плате за счет упругих элементов выводов (патент США N 4655537, опубликован 7 апреля 1987 года).
Известен способ соединения электрических элементов при помощи резиновой макетной платы (В. Шопин, Резиновая макетная плата, Радио N 10, 1997, с.45), при котором прокалывают иглой в резине отверстия, в которые вставляют выводы деталей, смежных по схеме. Выводы деталей, вставленные в отверстия, оказываются упруго сжатыми резиной, что обеспечивает надежный электрический контакт.
Наиболее близким к заявляемому является способ и устройство для печатного монтажа, при котором электрические соединения элементов выполнены с помощью печатных проводников методом пайки и их выводы (ножки) элементов соединяют при помощи пайки с проводящими элементами (печатными проводниками). (Н.Ц. Цыбина, Е.М. Лазарев. Проектирование радиоэлектронных изделий с использованием различного типа монтажа, Москва, Московский институт радиотехники, электроники и автоматики, 1990).
Недостатками известных способов и устройств являются:
Сложная, трудоемкая, занимающая много времени и экологически вредная технология производства соединений и подготовки печатных плат (современные методы изготовления печатных плат занимают около 8 часов (обозрение фирмы ZRM-Printtechnik Leiterplatten, Берлин, 1996, ZRM-Printtechnik GmbH & Co. Kg);
малая производительность труда:
низкая экологичность;
трудности внесения изменений в монтаж готовой платы;
трудность или невозможность утилизации и повторного использования радиоэлектронных элементов;
воздействие больших температур при пайке может привести к выходу из строя радиоэлектронных элементов (ограничение времени контакта);
воздействие больших температур при выпаивании с деталей с целью их дальнейшего использования также может привести к выходу из строя радиоэлектронных элементов.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является упрощение процесса соединений электрических элементов, а также возможность их повторного использования и утилизации.
Указанная цель достигается тем, что в способе соединения электрических элементов, при котором вывод одного электрического элемента скрепляют с другим электрическим элементом и вывод электрического элемента внедряют в пассивный электрический элемент.
Указанная цель достигается также тем, что в месте контакта вывода электрического элемента с поверхностью пассивного электрического элемента изготавливают надрезы.
Указанная цель достигается также тем, что в месте контакта вывода электрического элемента изготавливают отверстие в пассивном электрическом элементе, причем поперечное сечение отверстия меньше, чем поперечное сечение вывода.
Указанная цель достигается также тем, что вывод электрического элемента выполняют ступенчатым, причем ступенька расположена между окончанием вывода и местом его крепления к корпусу электрического элемента.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный электрический элемент изготавливают многослойным, состоящим из по крайне мере одного электропроводящего и по крайне мере одного изолирующего слоя.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный электрический элемент изготавливают многослойным, состоящим из электропроводящего слоя на подложке и изолирующего слоя.
Указанная цель достигается также тем, что электропроводящий слой изготавливают путем нанесения электропроводящих частиц на подложку.
Указанная цель достигается также тем, что проводящий слой пассивного электрического элемента изготавливают из электропроводящего материала, например электропроводящей пластмассы, твердость которого меньше, чем твердость материала вывода электрического элемента.
Указанная цель достигается также тем, что прочность скрепления выводов электрического элемента с пассивным электрическим элементом меньше, чем прочность скрепления электропроводящего слоя на подложке с изолирующим слоем.
Указанная цель достигается также тем, что в соединении электрических элементов, содержащих электрический элемент и пассивный электрический элемент, при этом вывод электрического элемента скреплен с пассивным электрическим элементом посредством его проникновения в пассивный электрический элемент с образованием электрического контакта между ними.
Указанная цель достигается также тем, что вывод электрического элемента выполнен заостренным.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный электрический элемент выполнен в виде печатной платы.
Указанная цель достигается также тем, что вывод электрического элемента выполнен с площадкой, расположенной между местом крепления вывода с корпусом и его окончанием.
Указанная цель достигается также тем, что вывод выполнен с уменьшающейся площадью от места крепления вывода к его окончанию.
Указанная цель достигается также тем, что вывод выполнен с фиксирующим элементом.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный электрический элемент выполнен многослойным.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный электрический элемент содержит электропроводящий и изолирующие слои.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный элемент содержит электропроводящий, фиксирующий и изолирующий слои.
Указанная цель достигается также тем, что электропроводящий слой пассивного элемента выполнен из электропроводящей резины.
Указанная цель достигается также тем, что пассивный элемент выполнен в виде отдельно модуля, например, в виде сферы или многогранника.
Указанная цель достигается также тем, что поверхность корпуса, обращенная к пассивному электрическому элементу, выполнена опорной.
Указанная цель достигается также тем, что между корпусом электрического элемента и пассивным электрическим элементом расположена упругая прокладка.
Указанная цель достигается также тем, что вывод имеет круглое сечение.
Указанная цель достигается также тем, что вывод выполнен шероховатым.
Указанная цель достигается также тем, что соединение содержит электрический элемент, скрепленный с пассивным электрическим элементом при помощи переходника.
Краткое описание фигур
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена общая схема соединения, на фиг. 2 дана схема соединения электрических элементов при помощи переходников; на фиг. 3 показаны различные варианты соединений электрических элементов; на фиг. 4 изображено электрическое соединение, использующее стандартные печатные платы: на фиг. 5 изображен пассивный элемент в виде сферы: на фиг. 6 изображен пассивный элемент, выполненный в виде куба: на фиг. 7 изображен пассивный элемент, выполненный в виде параллелепипеда; на фиг. 8 показана схема соединения электрических деталей со сферическими пассивными элементами; на фиг. 9 даны сечения выводов электрических элементов; на фиг. 10 изображена ножка вывода электрического элемента; на фиг. 11 изображен процесс изготовления пассивного элемента в виде платы, процесс соединения электрических элементов и их утилизация.
Электрическое соединение содержит электрический элемент, состоящий из корпуса 1 и выводов 2, и пассивный электрический элемент, состоящий из электропроводящего слоя 3 и изолирующего слоя (подложки) 4. Проводящий слой может представлять собой проводящий рисунок, образованный электропроводящим материалом, например медью или алюминием. Поверхность выводов 2 может быть выполнена шероховатой.
Пассивный электрический элемент выполнен в виде вставки (переходника) 5 (фиг. 2), которая скреплена с электропроводящим слоем 3.
Пассивный элемент содержит фиксирующий слой 6 и изолирующий слой 7 (фиг. З), который обеспечивает прочность конструкции. Слой 6 и слой 7 скреплены между собой, например, при помощи клея. Проводящий слой выполнен в виде печатного проводника 8, напыленного слоя 9 или выполнен из электропроводящей резины 10.
Вывод элемента имеет заостренную часть 11 или тупую 12. Конечная часть вывода электрического элемента может иметь несколько ножек 13. Вывод 14 имеет опорную поверхность, поверхность может быть симметричной 15 и иметь конусность 16. Вывод может быть выполнен в виде сужающейся конусообразной поверхности 17 и может иметь квадратное сечение 18. В пассивном электрическом элементе выполнены: отверстие глухое 19, отверстие сквозное 20 и отверстие конусное 21. Отверстия 19, 20 и 21 предназначены для более легкого внедрения выводов электрических элементов.
На окончаниях выводов расположены фиксирующие элементы, препятствующие выходу выводов из пассивного электрического элемента (крючки). Фиксирующие элементы могут иметь большее поперечное сечение, чем сами выводы. Фиксирующие элементы выполнены, как симметричными 22 или несимметричными 23. Фиксирующий элемент 24 может располагаться как в проводящем слое, так и в изолирующем (фиксирующий элемент 25). Выводы 26 могут выполняться в виде цилиндра. Электрические элементы могут иметь, как одинакового вида выводы, так и разного. Пассивный электрический элемент может содержать изолирующий материал в виде прозрачной фольги 27 и таким образом состоять только из проводящего слоя и фольги (на фиг. не показано). Фольга 27 скреплена с фиксирующим слоем 6 и изолирующим слоем 7. Проводящий слой 28 может быть скреплен только с изолирующим слоем 7. Пассивный элемент может быть выполнен гибким.
Пассивный электрический элемент может быть выполнен многослойным, например в виде многослойной печатной платы, состоящей из нескольких проводящих (29 и 30), фиксирующих (31 и 32) и изолирующих (7 и 33) слоев. Пассивный элемент выполнен как одно-, так и двусторонним.
Корпус 1 электрического элемента содержит прокладку 34, например, из упругого материала, которая позволяет осуществить дополнительный контакт между корпусом 1 и поверхностью пассивного электрического элемента (на фиг. с изолирующим слоем 7). Корпус электрического элемента 35 выполнен с опорной нижней изолирующей поверхностью, которая соприкасается с поверхностью пассивного электрического элемента (на фиг. с проводящим слоем 10). Это позволяет регулировать глубину внедрения выводов 11 и увеличивает надежность контакта. Проводящий слой выполнен в виде отдельных элементов 36, в которые внедрены выводы 11.
Стандартный элемент 37 (фиг. 4) с цилиндрическими ножками 38 скреплен с переходниками 39, имеющими заостренные выводы по сравнению с ножками 38. Переходники скреплены с проводящими элементами 10, которые расположены на изолирующей плате 40.
Переходник 41 с замкнутой головкой и переходник 42 с открытой головкой стоят в отверстиях стандартной платы (предназначенной для соединения с деталями методом пайки) и соединены с печатными проводниками 43.
Для широко применяющихся стандартных печатных плат выполнены пассивные электрические элементы в виде переходников, содержащих металлическую ножку 44, скрепленную при помощи пайки с платой 40, причем ножка 44 скреплена с чашкой 45, внутри которой находится электропроводящая пластмасса 46.
Пассивный элемент выполнен в виде сферы 47 (фиг. 5), куба 48 (фиг. 6) или параллелепипеда 49 (фиг. 7). На пассивном элементе нанесены надрезы 50 (фиг. 7) для более легкого и точного проникновения выводов 2 электрического элемента.
Пассивный элемент выполнен из "мягкого" проводящего материала 51 (фиг. 8), например, электропроводящей резины или пластмассы (Электроника. Энциклопедический словарь. Москва, Издательство "Советская энциклопедия" 1991). Пассивный элемент выполнен двухслойным и содержит проводящий материал 52 и изолирующий материал 53, пассивный элемент может быть выполнен многослойным и содержит проводящий материал 54, изолирующий материал 55 и фиксирующий слой 56.
Проводящий слой 52 разделен изолирующим слоем 57 на несколько частей.
Пассивный элемент выполнен из электропроводящей проволоки 58 с изоляцией 59.
Вывод электрического элемента 2 имеет круглое сечение 60 (фиг. 9), квадратное сечение 61, прямоугольное сечение 62. Вывод 2 может содержать несколько одинаковых сечений, например квадратных 63. Вывод 2 имеет сечение звездообразное 64 (4 лучевая звезда), треугольное сечение 65, сечение ромб 66 или 3-лучевая звезда 67. Вывод 2 имеет срезанное круглое сечение 68, часть окружности 69, состоит из двух симметричных или несимметричных частей окружности 70 и 71, имеет усеченное квадратное сечение 72. Вывод 2 содержит ряд стержней, имеющих треугольное сечение 73, имеет кольцеобразное сечение 74, сечение, образованное двумя пересекающимися квадратами 75, и крестообразное сечение 76.
Выводы 2 состоят (фиг. 10) из основного тела основного стержня 77, сужения 78, цилиндрической части 79, фиксирующего выступа (бородки) 80 и острия 81.
В процессе изготовления пассивного проводящего элемента обозначены компьютер 82 (фиг. 11), струйный принтер 83, позволяющий наносить частицы проводящего материала на подложку 84 и образующих печатный рисунок 85. Подложка 84 в процессе скреплена с фиксирующим слоем 6 и изолирующим (конструктивным) слоем 7.
Варианты осуществления изобретения
Способ соединения электрических деталей реализуется следующим образом (фиг. 1). Изготавливают пассивный элемент, который содержит электропроводящий слой 3 и изолирующий слой (подложку) 4. Выводы 2 электрического элемента (резистора, конденсатора, провода и т.п.) внедряют (втыкают) в электропроводящий пассивный элемент, тем самым достигая контакт обеих электрических элементов. Вывод 2 может фиксироваться как в электропроводящем слое 3, так и в изолирующем слое 4. На соединение может быть нанесено защитное покрытие (на фиг. не показано), выполняющее как защитные функции, так и служащее для более прочного скрепления электрических элементов.
Способ соединения электрических деталей реализуется также тем, что электрический элемент скрепляют при помощи выводов 2 (фиг. 2) с пассивным электрическим элементом переходниками 5.
Способ соединения электрических деталей реализуется также тем, что в месте контакта вывода 18 (фиг. 3) электрического элемента изготавливают отверстие 19 в пассивном электрическом элементе, причем поперечное сечение отверстия меньше, чем поперечное сечение вывода. Выводы 18 электрического элемента вводят в отверстие 19 и фиксируют.
Способ соединения электрических деталей реализуется также тем, что вывод 15 (фиг. 3) электрического элемента выполняют ступенчатым, причем ступенька расположена между окончанием вывода и местом его крепления к корпусу 1 электрического элемента.
Способ соединения электрических деталей реализуется также тем, что вывод 22 (фиг. 3) выполнен с фиксирующим элементом, например, в виде фиксирующего выступа (бородки) 80 (фиг. 10) и острия 81. Острие 81 внедряют в пассивный элемент, протыкая электропроводящий слой 3 и фиксируют в фиксирующем слое 6. Фиксирующий выступ 80 не позволяет выводу 2 электрического элемента выйти из фиксирующего слоя 6. Электрический контакт осуществляется при помощи соприкасающихся поверхностей 78 вывода электрического элемента и электропроводящего слоя 3.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что электропроводящие элементы 36 скрепляют с изолирующим слоем 7, например, при помощи клея и в электропроводящие элементы 36 внедряют выводы 11 электрических элементов.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что поверхность корпуса электрического элемента 35, обращенная к пассивному электрическому элементу, выполнена опорной.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный электрический элемент выполняют многослойным, состоящим из слоев 31, 32, 33 и 7.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что между корпусом 11 электрического элемента и пассивным электрическим элементом располагают упругую прокладку 34. Выводы могут иметь круглое сечение 60 (фиг. 9).
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что стандартный электрический элемент 37 (фиг. 4) с цилиндрическими ножками 38 скрепляют с переходниками 39, имеющими заостренные выводы по сравнению с ножками 38 электрического элемента 37. Переходники 39 скреплены с проводящими элементами 10, которые расположены на изолирующей плате 40.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что переходник 41 с замкнутой головкой и переходник 42 с открытой головкой устанавливают в отверстиях стандартной платы (предназначенной для соединения с деталями методом пайки) и соединяют с печатными проводниками 43.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что для стандартных печатных плат выполнены пассивные электрические элементы в виде переходников, содержащих металлическую ножку 44, скрепленную при помощи пайки с платой 40, причем ножка 44 скреплена с чашкой 45, внутри которой находится электропроводящая пластмасса 46.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный элемент выполняют в виде сферы 47 (фиг. 5), или многогранников (например, куба 48 (фиг. 6) или параллелепипеда 49 (фиг. 7). На пассивном элементе выполняют надрезы 50 (фиг. 7), для более легкого и точного проникновения выводов 2 электрического элемента.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный элемент выполняют из "мягкого" проводящего материала 51 (фиг. 8), в который внедряют выводы электрических элементов. Таким образом можно осуществлять пространственный монтаж электрических схем.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный элемент выполняют двухслойным из проводящего материала 52 и изолирующего материала 53, выводы 2 протыкают изолирующий слой 53 и фиксируются в проводящем материале 52. Изолирующий слой 53 препятствует случайным электрическим контактам.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный элемент выполняют многослойным, содержащим проводящий материал 54, изолирующий материал 55 и фиксирующий слой 56. Электрический контакт между электрическими элементами в этом случае осуществляется посредством слоя из проводящего материала 54.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что проводящий слой 52 разделяют изолирующим слоем 57 на несколько проводящих частей.
Способ соединения электрических деталей может быть реализован также тем, что пассивный элемент выполнен из электропроводящей проволоки 58 с изоляцией 59.
Известен способ изготовления плат, при котором изготавливают основу из фольгированного стеклотекстолита с диэлектрическим покрытием, а затем изготавливают электропроводящий слой методом осаждения металла при помощи трафарета на диэлектрическую основу платы (Электроника. Энциклопедический словарь. Москва, Издательство "Советская энциклопедия", 1991, с. 210).
Для заявляемого способа реализуется следующая последовательность действий (фиг. 11):
При помощи компьютера 82 подготавливают разводку печатной платы;
На принтере (струйном) 83 наносят тонкодисперсные проводящие порошки (Ag, Ni, Fe, сажа, графит и др.) на подложку 84, формируя тем самым электропроводящий рисунок 85. Для более прочного крепления порошков могут использоваться связующие, например, термопласты.
Подложку 84 с электропроводящим рисунком 85 скрепляют, например, при помощи клея с фиксирующим слоем 6. Фиксирующий слой 6 может использоваться в качестве конструктивного слоя, но может также быть скрепленным с изолирующим слоем 7.
После вышеперечисленных процессов получают печатную плату, в которую внедряют выводы 2 электрических элементов, тем самым достигая электрического контакта элементов с электропроводящим рисунком 85.
Утилизация и повторное использование элементов может быть осуществлено следующим образом.
Утилизация может быть осуществлена следующим образом:
1. Извлекают (экстрагируют) ножки 2 электрических элементов из фиксирующего слоя 6 печатной платы.
2. Отрывают подложку 84 от фиксирующего слоя 6, тем самым извлекая выводы 2 электрических элементов из фиксирующего слоя.
После этих процедур элементы готовы к последующему использованию.
Под фиксирующим слоем понимается слой, в котором фиксируются выводы электрических элементов. В качестве фиксирующего слоя может использоваться электропроводящий слой, подложка, изолирующий слой или их комбинация.
Под выводами электрического элемента понимаются ножки микросхем, законцовки проводов и т.д. Выводы могут иметь как цилиндрическую геометрию, так и специальную.
Покрытие платы - процесс химического, электрохимического или любого другого способа нанесения электропроводящего покрытия на всю или часть печатной платы.
Под печатной платой понимается плата, содержащая материал основания, вырезанный по размеру и содержащий по меньшей мере один проводящий рисунок. Печатная плата может быть как однослойной, так и многослойной.
Под электрическими элементами понимаются электро- и радиодетали, печатные платы, провода, шлейфы и т.п.
К пассивным электрическим элементам относятся печатные платы, разъемы, провода и т.п.
Под надрезами понимаются как надрезы поверхности пассивного элемента, так и его проколы (сквозные или глухие). Проколы выполняются, например, при помощи иглы.
Промышленная применимость
При анализе изобретения на соответствие критерию "новизна" выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".
При анализе изобретения на соответствие критерию "изобретательский уровень" выявлено, что техническое решение анализируемого объекта ново, следовательно признаки соответствуют критерию "изобретательский уровень", поскольку оно представляет собой новую совокупность признаков, как сочетание известных признаков и нового технического свойства, и также представляет собой новое расположение, количество и связи элементов. Кроме того, посредством предлагаемого способа и устройства достигнут результат, удовлетворяющий давно существующим потребностям (упрощение процесса соединения деталей, возможность их повторного использования и утилизации).
Изобретение может использоваться в вычислительной технике, может быть тиражировано и, следовательно, соответствует критерию "промышленная применимость".
Достоинства заявляемого технического решения заключаются в доступности и простоте технологии, легкости изготовления печатной платы, а также возможности заменять детали при налаживании собранного устройства. Замена пайки деталей предложенным способом позволит снизить выход из строя радиоэлектронных элементов за счет исключения их нагрева. Предложенное устройство можно также применять в качестве макетной платы для экспериментальной сборки и налаживания электронных устройств.
Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
упрощается процесс изготовления элементов;
упрощается изготовление печатной платы;
элементы легко утилизовать и повторно использовать;
упрощается процесс поиска неисправностей.
Изобретение относится к электро- и радиотехнике, в частности к способам, устройствам и типам электрических и радиоэлектронных соединений. Техническим результатом является упрощение процесса соединений электрических элементов, а также возможность их повторного использования и утилизации. Способ соединения электрических элементов реализуется следующим образом. Изготавливают пассивный электрический элемент, который содержит электропроводящий слой (3) и изолирующий слой (подложку) (4). Выводы (2) электрического элемента (резистора, конденсатора, провода и т.п.) внедряют (втыкают) в пассивный электрический элемент, твердость которого меньше, чем твердость материала вывода электрического элемента, тем самым достигая контакт обоих электрических элементов. Выводы (2) могут фиксироваться как в электропроводящем слое (3), так и в изолирующем слое (4). 2 с. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.
US 4655537 A, 07.04.87 | |||
US 4181387 A, 01.01.80 | |||
Миниатюрный разъем с прорезным соединением | 1979 |
|
SU959195A1 |
Шопин В., Резиновая макетная плата | |||
- Радио, N 10, 1997 | |||
КОНТАКТНЫЙ УЗЕЛ | 1991 |
|
RU2011252C1 |
УНИВЕРСАЛЬНОЕ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО | 1990 |
|
RU2028701C1 |
Авторы
Даты
2000-02-20—Публикация
1998-09-11—Подача