ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА ДЛЯ СМЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2004 года по МПК H01L23/498 H05K7/06 

Изобретение относится к области электронного приборостроения и может быть использовано при разработке, изготовлении и монтаже электронных печатных узлов двойного применения, предназначенных для работы либо в облегченных, либо в жестких условиях эксплуатации за счет замены на печатной плате одного дискретного электронного компонента с заданной логической функцией на другой, выполненный с аналогичной функцией, но отличающийся размерами и геометрией корпусов, количеством выводов и т.д.

Известен способ функциональной настройки гибридных интегральных схем, включающий размещение дискретных компонентов на посадочных участках платы, их временное электрическое подключение к контролируемой схеме путем создания прижимных электрических контактных соединений между выводами компонентов и соответствующими контактными площадками платы; контроль электрического функционирования гибридной интегральной схемы, ее настройку путем замены дефектных дискретных компонентов и последующее изготовление монолитных электрических контактных соединений, в плате на местах размещения посадочных участков формируют отверстия, дискретные компоненты устанавливают в эти отверстия, а их временное подключение осуществляется посредством металлических пленочных проводников, закрепленных на гибкой диэлектрической подложке (SU, авт. св. №1387807, Н 01 L 21/70, опубл. 15.12.1991).

Недостаток известного способа изготовления и монтажа электронных печатных узлов состоит в том, что

- в печатной плате на местах размещения посадочных участков для дискретных электронных компонентов формируют отверстия, дискретные электронные компоненты устанавливают в эти отверстия, а их временное подключение осуществляют посредством металлических пленочных проводников, закрепленных на гибкой диэлектрической подложке;

- в печатной плате для установки дискретных электронных компонентов формируют отверстия, что свидетельствует о том, что в качестве дискретных электронных компонентов используются компоненты только со штыревыми выводами;

- подключение дискретных электронных компонентов осуществляется посредством временных металлических пленочных проводников.

Поскольку электронные компоненты для печатных узлов разного исполнения отличаются типами, размерами, цоколевкой и геометрией корпусов, то, скажем, на печатную плату коммерческого исполнения вместо электронных компонентов также коммерческого исполнения невозможно установить электронные компоненты военного исполнения, чтобы получить электронный печатный узел, работающий в более жестких условиях эксплуатации. Это означает, что при изменившихся, в сторону ужесточения, условиях эксплуатации необходимо заново разрабатывать, изготавливать и монтировать электронный печатный узел. При изменении условий эксплуатации в сторону смягчения можно оставить электронный печатный узел, удовлетворяющий более жестким условиям эксплуатации. При этом стоимость такого печатного узла будет завышена по отношению к более легким условиям эксплуатации.

Известна печатная плата, представляющая собой плоскую подложку с по крайней мере одним посадочным местом для установки сменного выполненного в отдельном корпусе с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы, имеющей по крайней мере с одной стороны отдельного корпуса выстроенные в ряд выводные ламели, при этом в зоне посадочного места по количеству выводных ламелей электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие участки для закрепления на каждом из них соответствующей выводной ламели, соединенные с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, размещаемыми на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой (RU, журнал “Страна игр”, №5 (134), март 2003 г., стр.100, статья “Новая системная плата от Gygabyte”).

Недостатком данного устройства является то, что его модернизация или переналадка электронного узла, смонтированного на печатной плате, для работы в иных, например, более жестких условиях, возможна лишь за счет замены, например, штатно установленной микросхемы на другую микросхему, в обязательном порядке имеющую размеры, цоколевку и габариты корпуса, совпадающие с аналогичными характеристиками заменяемой микросхемы. Иначе говоря, из-за того, что трассировка токопроводящих проводников на плате изначально сконфигурирована под конкретную микросхему, то и заменяющая микросхема не только по внешним параметрам, но и по схеме подключения, должна быть сходна с заменяемой. В связи с этим возникает сложная задача по конструированию новой микросхемы, выполняющей более сложно нагруженную функцию, которая по результирующему параметру должна быть сходна с функцией заменяемой микросхемы, но при этом компоненты ее построения должны быть уложены в размеры корпуса старой микросхемы с сохранением разметки ее выводов. Такая задача вполне решаема для небольших изменений, что имеет место, например, при создании семейства процессорных блоков для конкретной материнской платы ЭВМ. Однако данная задача становится трудно решаемой, когда, кроме изменения внутреннего построения процессорного блока, необходимо внести изменения в материал корпуса или обеспечить заданный внутренний тепловой режим без привлечения внешне навешиваемого вентилятора или ранее заложенную в микросхему функцию дополнить корректирующей функцией и т.д., так как такие конструктивные коррективы существенно отражаются уже не только на габаритах корпуса, но и на количестве выводов и их разметке с изменением схемы подсоединений.

При этом возникают большие сложности с выполнением дополнительной трассировки печатных токопроводящих проводников, которые не могут быть “уложены” между ранее выполненными проводниками.

Данное известное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленного.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по модифицированию печатной платы за счет совмещения на одном посадочном месте для микросхемы токопроводящих участков присоединения выводов различных по габаритам корпусов и разметке по уровням печатных проводников для соединения выводов микросхем, реализующих одинаковую логическую функцию, что позволит обеспечить изготовление и монтаж электронных печатных узлов для различных групп условий эксплуатации на основе одной конструктивной базы.

Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении эксплуатационной пригодности и повышении функциональных возможностей платы за счет создания единства конструкторской и технологической документации, а также единообразия технологического процесса и технологического оборудования для изготовления и монтажа электронных печатных узлов, предназначенных для различных групп условий эксплуатации.

Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в печатной плате для сменных электронных компонентов, представляющей собой плоскую подложку с по крайней мере одним посадочным местом для установки сменного, выполненного в отдельном корпусе с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы, имеющей по крайней мере с одной стороны отдельного корпуса выстроенные в ряд выводные контакты, при этом в зоне посадочного места по количеству выводных контактов электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие ламели для закрепления на каждом из них соответствующего выводного контакта, соединенные с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, размещаемыми на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой, параллельно в ряд расположенным печатным токопроводящим ламелям для закрепления выводных контактов сменного электронного компонента на плоской подложке на посадочном месте указанного электронного компонента сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих ламелей для поверхностного монтажа и закрепления выводных контактов другого сменного электронного компонента типа микросхемы, выполненной в отдельном корпусе с отличными от корпуса ранее указанного электронного компонента размерами, печатные токопроводящие ламели обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой на этой подложке, печатные токопроводящие ламели другого сменного электронного компонента, схема подключения которых отлична от схемы соединений контактов первого из упомянутых сменных электронных компонентов, и печатные проводники на плоской подложке, подлежащие соединению с печатными токопроводящими ламелями другого сменного электронного, выполнены с контактами, выведенными через подложку на ее обратную сторону, а по крайней мере часть печатных проводников, предназначенных для соединения указанных контактов в соответствии с схемой их соединения, выполнена на дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.

При этом другая часть печатных проводников, предназначенных для соединения с печатными проводниками на дополнительной плоской подложке, выполнена на второй дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне первой дополнительной плоской подложки, на которой выполнены печатные проводники для контактного соединения с контактами плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.

Указанные признаки для каждого из заявленных объектов являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, представленными на чертежах, где

фиг.1 - общий вид печатной платы с модифицированными посадочными местами под сменные микросхемы;

фиг.2 - общий вид расположения печатных участков на посадочном месте печатной платы под сменные микросхемы;

фиг.3 показано положение сменной микросхемы и ее прикрепление на посадочном месте;

фиг.4 - то же, что на фиг.3, при замене сменной микросхемы на другую, с иной цоколевкой и размерами корпуса, превышающими размеры корпуса замененной микросхемы;

на фиг.5 - поперечный разрез печатной платы с дополнительными плоскими подложками.

Согласно настоящего изобретения печатная плата (фиг.1) представляет собой плоскую подложку 1 с посадочными местами 2 и 3 для установки сменных выполненных в отдельных корпусах с заданными размерами электронных компонентов типа микросхемы, имеющей по крайней мере с одной стороны отдельного корпуса выстроенные в ряд выводные контакты. Плата может быть сконфигурирована под одно посадочное место для сменных микросхем. В зоне посадочного места 2 или 3 по количеству выводных контактов одного электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие ламели 4 для закрепления на каждом из них соответствующей выводной ламели одной микросхемы (под ламелями подразумеваются сформированные на подложке токопроводящие контакты, к которым припаиваются выводные контакты микросхемы). Эти ламели соединены с печатными проводниками 5 для соединения с другими электронными компонентами (не показаны), размещаемыми на поверхности подложки в соответствии с принципиальной схемой (не приводится).

На посадочном месте 2 или 3 для размещения микросхемы 7 параллельно в ряд расположены печатные токопроводящие ламели для закрепления выводных контактов (фиг.2) сменного электронного компонента 8 с одними заданными параметрами. На этом же посадочном месте 2 на плоской подложке сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих ламелей 6 для поверхностного монтажа и закрепления выводных контактов другого сменного электронного компонента 8 типа микросхемы, выполненной в отдельном корпусе с отличными от корпуса ранее указанного электронного компонента размерами. Дополнительные печатные токопроводящие ламели 6 соединены с печатными проводниками 5, выполненными на плоской подложке в соответствии с принципиальной схемой и схемой соединения первого из упомянутых сменного электронного компонента.

Указанная модифицированная печатная плата предназначена для поверхностного монтажа микросхем путем закрепления их выводных контактов на печатных токопроводящих ламелях припайкой.

Печатные токопроводящие ламели обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой на этой подложке (фиг.2), а для случая, когда схема ламелей второй микросхемы не совпадает с подключением сходных ламелеи заменяемой микросхемы, дополнительные печатные проводники, предназначенные для соединения дополнительных печатных токопроводящих ламелей заменяющей микросхемы второго из упомянутых сменных электронных компонентов с ранее сформированными на плоской подложке печатными проводниками в соответствии с принципиальной схемой, выполняются по крайней мере на одной на дополнительной плоской подложке, которую контактно присоединяют к тыльной стороне основной плоской подложки.

В общем получение соединений на разнесенных уровнях обеспечивают следующим образом (фиг.5):

- печатные токопроводящие ламели другого сменного электронного компонента, схема подключения которых отлична от схемы соединений ламелей первого из упомянутых сменных электронных компонентов, и печатные проводники на плоской подложке, подлежащие соединению с печатными токопроводящими ламелями другого сменного электронного, выполнены с контактами, выведенными через подложку на ее обратную сторону, а по крайней мере часть печатных проводников, предназначенных для соединения указанных контактов в соответствии с схемой их соединения, выполнена на дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне плоской подложки, на которой размещен электронный компонент;

- другая часть печатных проводников, предназначенных для соединения с печатными проводниками на дополнительной плоской подложке, выполнена на второй дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне первой дополнительной плоской подложки, на которой выполнены печатные проводники для контактного соединения с контактами плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.

На фиг.1 показано два примера исполнения посадочных мест для поверхностного монтажа электронных компонентов, отличных по своим параметрам и размерам. Первый пример исполнения (посадочное место 2) продемонстрирован на фиг.3, 4 для микросхем, имеющих меньшие габариты корпуса, но длина рядов ламелей которых превышает длину стороны корпуса, и для использования сменных микросхем с большим по размерам сторон корпусом, у которых длина рядов ламелей по каждой стороне меньше длины рядов ламелей первой из упомянутых ламелей. Компоновочно на посадочном месте 2 на плате ряды токопроводящих участков 6 под ламели сменной микросхемы расположены с внешних сторон рядов тех же участков 4, принадлежащих заменяемой микросхеме.

Возможен другой пример исполнения посадочного места (см. поз.3 на фиг.1), согласно которого у микросхемы с меньшим размером корпуса ряды участков под эти ламели расположены с внутренней стороны по отношению к аналогичным рядам для ламелей микросхемы с большим корпусом, у которой длина ряда внешне располагаемых ламелей превышает длину ряда внутренне располагаемых ламелей заменяемой микросхемы.

Настоящее изобретение позволяет при таком исполнении печатной платы изготавливать и монтировать электронные печатные узлы для различных групп условий эксплуатации на основе одной конструктивной базы. Новый подход к конструированию уровневых печатных модифицируемых плат позволяет осуществить единство конструкторской и технологической документации, а также обеспечить единообразие технологического процесса и технологического оборудования для изготовления и монтажа электронных печатных узлов, предназначенных для различных групп условий эксплуатации.

Ниже рассматривается пример конкретного исполнения способа переналадки.

На фиг.2-4 представлен, в качестве примера, фрагмент печатного узла (посадочное место) для установки на него двух различных микросхем, выполняющих одинаковые функции, но в различных корпусах (зарубежном и отечественном). Зарубежный корпус PQFP-144 (поз.7) - это керамический или пластмассовый корпус для поверхностного монтажа выводов, он содержит зарубежную ПЛИС (программируемую логическую интегральную схему) фирмы ALTERA, предназначенную для работы в облегченных условиях эксплуатации. Отечественный корпус “Монополия-88” (поз.8) - это металлокерамический корпус, предназначенный для поверхностного монтажа выводов, который содержит заказную или полузаказную БИС производства заводов “Ангстрем”, “Микрон” или какого-либо другого отечественного завода, предназначенную для работы в жестких условиях эксплуатации.

При установке на печатную плату ПЛИС в корпусе PQFP ее выводные ламели припаиваются к печатным токопроводящим участкам рядов, обозначенных позицией 4 (фиг.3).

Для перевода указанного печатного узла в другое (военное) исполнение производятся следующие операции:

- демонтаж ПЛИС (корпус PQFP-144);

- зачистка освободившегося посадочного участка от остатков припоя, флюса и других технологических компонентов;

- установка и монтаж на освободившийся посадочный участок отечественной БИС (корпус “Монополия-88”) (фиг.4) с припайкой ее выводных ламелей к печатным токопроводящим участкам 6 рядов.

Электрическое сопряжение выводных ламелей двух различных корпусов ПЛИС и БИС осуществляется за счет предварительной трассировки (соединения) соответствующих печатных проводников рядов, соответственно рядов (поз.4 и 6), имеющих строго одинаковое функциональное назначение.

Представленный на фиг.2 фрагмент печатного узла демонстрирует электрические соединения печатных проводников, относящихся к разным корпусам микросхем, устанавливаемых на предназначенное для них посадочное место. Однако процесс изготовления печатного узла включает наряду с формированием ламелей, к которым припаивают выводы устанавливаемых микросхем, формирование печатных проводников электрических межсоединений ламелей, предназначенных для припайки к ним выводов двух разных микросхем. Причем проводники этих межсоединений, как правило, размещаются в следующих более глубоких слоях многослойного печатного узла. На фиг.5 представлен фрагмент многослойного печатного узла, демонстрирующий принцип взаимного расположения печатных проводников электрических межсоединений.

На фиг.5 обозначено:

поз.9 - первая дополнительная плоская подложка (второй слой многослойного печатного узла из электроизоляционного материала);

поз.10 - вторая дополнительная плоская подложка (третий слой многослойного печатного узла из электроизоляционного материала);

поз.11 - металлизированные контакты с площадками, выведенные через отверстия в подложке 1 на тыльную ее сторону, для обеспечения электрического контакта цепей питания +V со второго слоя печатного узла, обозначенных поз.12, на ламели питания +V первого слоя печатного проводника, обозначенных на подложке по фиг.1;

поз.12 - цепи питания +V на втором слое печатного узла;

поз.13 - металлизированные контакты с площадками для обеспечения электрического контакта цепей питания “Земля”;

поз.14 - печатные проводники на третьем слое печатного узла для разводки цепей питания “Земля”, обозначенных на фиг.1 черной жирной линией;

поз.15 - металлизированные контакты с площадками для обеспечения электрического контакта цепей питания с третьего слоя печатного узла на первый слой по цепи 14-15-13.

Описанный процесс обеспечивает стопроцентное электрическое и функциональное совмещение заменяемой и заменяющей БИС и гарантированную работоспособность. При этом не требуется никакой дополнительной настройки и регулировки печатного узла, а также каких-либо конструктивных изменений.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как основано на новом принципе организации посадочных мест под микросхемы на модифицируемых печатных платах и процессах формирования многоуровнево расположенных печатных проводников, изготовление которых в отдельности не изменяет известные технологические способы изготовления самих плат, токопроводящих ламелей и печатных проводников и электронных компонентов.

Использование: в области электронного приборостроения. Сущность изобретения: печатная плата представляет собой плоскую подложку с по крайней мере одним посадочным местом для установки сменного выполненного в отдельном корпусе с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы, имеющей по крайней мере с одной стороны отдельного корпуса выстроенные в ряд выводные контакты. В зоне посадочного места по количеству выводных контактов электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие ламели для закрепления на каждом из них соответствующего выводного контакта, соединенные с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, размещаемыми на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой. Параллельно в ряд расположенным печатным токопроводящим ламелям для закрепления выводных контактов сменного электронного компонента на плоской подложке сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих ламелей для поверхностного монтажа и закрепления выводных контактов другого сменного электронного компонента типа микросхемы, выполненной в отдельном корпусе с отличными от корпуса ранее указанного электронного компонента размерами. Печатные токопроводящие ламели обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой на этой подложке. Печатные токопроводящие ламели другого сменного электронного компонента, схема подключения которых отлична от схемы соединений ламелей первого из упомянутых сменных электронных компонентов, и печатные проводники на плоской подложке, подлежащие соединению с печатными токопроводящими ламелями другого сменного электронного, выполнены с контактами, выведенными через подложку на ее обратную сторону, а по крайней мере часть печатных проводников, предназначенных для соединения указанных контактов в соответствии с схемой их соединения, выполнена на дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне плоской подложки, на которой размещен электронный компонент. Технический результат – расширение эксплуатационной пригодности и повышение функциональных возможностей платы за счет создания единства конструкторской и технологической документации, а также единообразия технологического процесса и технологического оборудования для изготовления и монтажа электронных печатных узлов, предназначенных для различных групп условий эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Печатная плата для сменных электронных компонентов, представляющая собой плоскую подложку с по крайней мере одним посадочным местом для установки сменного, выполненного в отдельном корпусе с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы, имеющей по крайней мере с одной стороны отдельного корпуса выстроенные в ряд выводные контакты, при этом в зоне посадочного места по количеству выводных контактов электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие ламели для закрепления на каждом из них соответствующего выводного контакта, соединенные с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, размещаемыми на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой, отличающаяся тем, что параллельно в ряд расположенным печатным токопроводящим ламелям для закрепления выводных контактов сменного электронного компонента на плоской подложке на посадочном месте указанного электронного компонента сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих ламелей для поверхностного монтажа и закрепления выводных контактов другого сменного электронного компонента типа микросхемы, выполненной в отдельном корпусе с отличными от корпуса ранее указанного электронного компонента размерами, печатные токопроводящие ламели обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой на этой подложке, печатные токопроводящие ламели другого сменного электронного компонента, схема подключения которых отлична от схемы соединений ламелей первого из упомянутых сменных электронных компонентов, и печатные проводники на плоской подложке, подлежащие соединению с печатными токопроводящими ламелями другого сменного электронного компонента, выполнены с контактами, выведенными через подложку на ее обратную сторону, а по крайней мере часть печатных проводников, предназначенных для соединения указанных контактов в соответствии со схемой их соединения, выполнена на дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.2. Печатная плата по п.1, отличающаяся тем, что другая часть печатных проводников, предназначенных для соединения с печатными проводниками на дополнительной плоской подложке, выполнена на второй дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне первой дополнительной плоской подложки, на которой выполнены печатные проводники для контактного соединения с контактами плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.