Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к конструкциям электронных устройств и способам их изготовления.
Уровень техники
Приводимое ниже описание технических предпосылок настоящего изобретения дается лишь для облегчения понимания существа данного изобретения и не имеет целью воссоздание или представление известных аналогов настоящего изобретения.
Встроенные (встраиваемые) электронные устройства 1 могут иметь различные назначения, например использоваться в качестве интеллектуальных карт или жетонов. Интеллектуальные карты и жетоны применяются в качестве кредитных или банковских карт, идентификационных карт, телефонных карт, карточных пропусков и аналогичных устройств. Интеллектуальные карты и жетоны обычно собираются в виде "бутерброда" из нескольких слоев пластиковых пластин. Интеллектуальные карты и жетоны содержат электронные компоненты, которые позволяют им выполнять заданные функции.
Европейский патент 0350179 описывает интеллектуальную карту, в которой электронная схема заключается в слой пластического материала, вводимого между двумя поверхностными слоями карты. Предложенный способ также предполагает использование высокопрочного несущего элемента, на котором размещаются электронные компоненты интеллектуальной карты. Этот элемент прижимается к той стороне отливки, к которой относятся эти компоненты. Последние заливаются в карту при нагнетании в пресс-форму реакционно-литьевого полимерного материала.
Европейская патентная заявка №95400365.3 предлагает способ изготовления бесконтактных интеллектуальных карт. Этот способ использует жесткую рамку для размещения и фиксации электронного модуля в свободном пространстве между верхней и нижней пластинами из термопластика. После того, как рамка будет механически прикреплена к нижней пластине, свободное пространство заполняется полимеризующейся смолой.
Патент США №5,399,847 предлагает кредитную карту, состоящую из трех слоев: первый слой - внешний (внешнее покрытие), второй - внутренний, а третий - промежуточный. Промежуточный слой образуется путем нагнетания термопластического связующего материала, в результате чего электронные компоненты интеллектуальной карты (напр., кристалл микросхемы или антенна), запаковываются в этот материал. Связующий материал в предпочтительном варианте представляет собой смесь сополиамидов или клей, содержащий не менее двух химически реактивных компонентов, которые затвердевают при контакте с воздухом. Внешние слои интеллектуальной карты могут изготовляться из различных полимерных материалов, например поливинилхлорида или полиуретана.
Патент США №.5,417,905 предлагает способ изготовления пластиковых кредитных карт, при котором пресс-форма, состоящая из двух чаш, закрывается, образуя полость для создания таких карт. В каждую чашу пресс-формы помещается носитель метки или изображения. Затем эти чаши сводятся вместе, и в пресс-форму нагнетается термопластический материал для формирования карты. Втекающий пластик закрепляет носители ярлыка или изображения на соответствующей стороне отливки.
Патент США №5,510,074 предлагает способ изготовления пластиковых кредитных карт, при котором используется остов карты, имеющий практически параллельные главные стороны, опорный элемент, содержащий графические компоненты хотя бы на одной из своих сторон и электронный модуль, содержащий группу контактных выводов, установленную на кристалле микросхемы. Данный способ изготовления включает в себя следующие основные этапы: (1) размещение опорного элемента в пресс-форме, которая определяет объем и форму карты, (2) фиксацию опорного элемента напротив первой основной стенки пресс-формы, (3) нагнетание термопластического материала в незаполненное пространство пресс-формы для заполнения той части ее объема, которая не занята опорным элементом, и (4) установка электронного модуля на соответствующей позиции в нагнетенном термопластическом материале до полного затвердения этого материала.
Патент США №4,339,407 описывает устройство для заливки электронной схемы, выполненное в виде носителя со стенками, на которых определенным образом располагаются полоски, канавки и упоры в сочетании с соответствующими соплами. Секции стенок пресс-формы удерживают собранную схему в заданном расположении. Стенки этого носителя сделаны из достаточно гибкого материала, для того, чтобы облегчить установку электронной схемы на карту. Носитель может быть введен и во внешнюю пресс-форму. В этом случае стенки носителя двигаются по направлению друг к другу для того, чтобы надежно сохранять расположение компонентов во время нагнетания термопластического материала. На внешних стенках носителя имеются выступы, которые сцепляются с захватами на стенках пресс-формы, для того, чтобы разместить и зафиксировать носитель внутри пресс-формы. Пресс-форма имеет отверстия для удаления уловленных газов.
Патент США №5,350,553 предлагает способ изготовления декоративного рисунка на пластиковой карте в установке для литья под давлением и размещения на этой карте электронной схемы. Способ включает в себя следующие этапы: (а) введение и позиционирование пленки (напр., пленки, на которую нанесен декоративный рисунок) над открытой полостью пресс-формы в установке для литья под давлением, (b) закрытие полости пресс-формы так, чтобы пленка оказалась в этом месте зафиксированной и прижатой; (с) введение кристалла электронной схемы в полость пресс-формы через отверстие в пресс-форме в целях его позиционирования в пресс-форме; (d) нагнетание термопластического фиксирующего состава в полость пресс-формы для формирования цельной карты; и (е) удаление после этого всего избыточного материала, открытие полости пресс-формы и извлечение карты.
Патент США №4,961,893 предлагает интеллектуальную карту, главной особенностью которой является наличие опорного элемента, который держит кристалл интегральной схемы. Этот опорный элемент служит для позиционирования кристалла в полости пресс-формы. Остов карты формируется путем нагнетания пластического материала в эту полость, таким образом, что кристалл оказывается полностью запечатанным в пластический материал. В некоторых вариантах исполнения области краев опорного элемента закрепляются между несущими нагрузку поверхностями соответствующих пресс-форм. Опорный элемент может представлять собой пленку, которая снимается с законченной карты или же пластину, которая остается на карте, как ее составная часть. Если опорный элемент представляет собой подлежащую удалению пленку, то все содержащиеся на ней графические элементы переводятся на карту, с которой они будут видны. Если опорный элемент является составной частью карты, то в этом случае графические элементы оказываются на лицевой стороне карты и, следовательно, будут видны пользователю.
Патент США №5,498,388 предлагает интеллектуальное карточное устройство, содержащее карточную плату со сквозным отверстием, в которое устанавливается полупроводниковый модуль. В отверстие вводится смола, формируя отливку таким образом, что снаружи оказывается только конец электрода для внешнего подключения указанного полупроводникового модуля.
Изготовление карты осуществляется путем установки карточной платы, имеющей сквозное отверстие на нижней части пресс-формы, состоящей из двух, расположенных напротив друг друга матриц, установки полупроводникового модуля в отверстие указанной карточной платы, прижатии верхней матрицы, которая имеет литник, ведущий в нижнюю матрицу и нагнетании смолы в указанное отверстие через литник.
Патент США №5,423,705 предлагает диск, который представляет собой остов, выполненный из термопластичного материала для литья под давлением, к которому прикреплена слоистая пластина, составляющая с этим диском единое целое. Эта пластина имеет внешний прозрачный слой и внутренний, белый и непрозрачный слой. Между этими слоями располагается репродукционный материал.
Патент США №6,025,054 описывает способ построения интеллектуальных карт, использующий клей с малой усадкой для фиксации на месте электронных устройств во время погружения их в термоотверждаемый (термореактивный) материал при формировании внутреннего слоя интеллектуальной карты. Способ, описанный в патенте США №6,025,054, имеет существенные недостатки. В первую очередь, он вызывает искривление и другие нежелательные физические дефекты, возникающие при отвердении термореактивного материала. Далее, этот способ подходит только для изготовления карт, содержащих один или два компонента, ограничивая тем самым их функциональные возможности. Кроме того, способ, описанный в патенте США №6,025,054, создает внутри интеллектуальной карты такие дефекты, как пустоты и воздушные пузырьки. Это возникает вследствие того, что электронные компоненты внутри карты благодаря своим размерам противодействуют потоку термореактивного материала, в результате чего скорость потока термореактивного материала около этих компонентов оказывается выше скорости, с которой воздух может быть вытеснен из внутренней части интеллектуальной карты. И, наконец, патент США №6,025,054 требует применения специального оборудования, что существенно ограничивает сферу и масштабы его применения.
Технический результат настоящего изобретения состоит в создании устройства, которое имело бы повышенную жесткость, уменьшенную концентрацию внутренних напряжений, которое не деформируется, не теряет слоистость, в котором не происходит разрушения или смещения важных компонентов, а также способа создания такого устройства, которое могло бы преодолеть с таким результатом недостатки вышеуказанных существующих устройств и способов.
Раскрытие изобретения
Для достижения заявленного технического результата разработано встраиваемое электронное устройство, включающее в себя печатную плату, которая имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность с группой разделителей, группу схемных элементов, прикрепленных к верхней поверхности, нижнее покрытие, прикрепленное к нижней поверхности, верхнее покрытие, расположенное над верхней поверхностью и базовый слой, расположенный между верхней поверхностью и верхним покрытием, а также между нижней поверхностью и нижним покрытием. В устройстве может быть группа печатных проводников и группа схемных элементов на верхней поверхности печатной платы, которые связаны друг с другом и группа печатных проводников и схемных элементов на нижней поверхности печатной платы, которые связаны друг с другом. Группа печатных проводников может быть сформирована проводящими чернилами. Группа печатных проводников может быть сформирована травлением печатной платы. Указанная группа разделителей может быть выполнена в виде точечной структуры. Разделители могут быть прикреплены к нижнему покрытию с помощью липкой ленты или нанесенного распылением клея. Разделители могут быть выполнены из меди. Печатную плату можно выполнить из материала FR-4 в виде огнестойкого слоистого материала со стекловолокном, пропитанным эпоксидной смолой. Верхнее и нижнее покрытия можно выполнить из поливинилхлорида, а базовый слой можно выполнить из термоотверждающейся полимочевины. По меньшей мере один элемент из группы схемных элементов может представлять собой по меньшей мере одну нажимную кнопку. По меньшей мере один элемент из группы схемных элементов может представлять собой по меньшей мере одну батарею.
По меньшей мере один из группы схемных элементов может представлять собой по меньшей мере один микропроцессорный кристалл. По меньшей мере один из группы схемных элементов может представлять собой по меньшей мере один громкоговоритель.
Для достижения технического результата разработан способ изготовления встроенных электронных устройств, в котором формируют печатную плату с верхней и нижней поверхностью, добавляют разделители на нижнюю поверхность, крепят группу схемных элементов на верхней поверхности, крепят нижнюю поверхность печатной платы к нижнему покрытию при помощи липкой ленты (самоклеющейся ленты) или путем распыления клея, загружают печатную плату, нижнее покрытие и верхнее покрытие, расположенное выше верхней поверхности печатной платы, в установку для литья под давлением, инжектируют термоотверждаемый полимерный материал в пространство между верхней поверхностью печатной платы, группой схемных элементов и верхним покрытием инжектируют термоотверждаемый полимерный материал в пространство между нижней поверхностью печатной платы, группой схемных элементов и нижним покрытием. Термоотверждаемый полимерный материал, используемый в способе, может быть полимочевиной. В способе можно размещать разделители на нижней поверхности печатной платы с формированием точечной структуры и размещают термоотверждаемый полимерный материал из полимочевины между нижней поверхностью печатной платы и нижним покрытием. Можно формировать группу встраиваемых электронных устройств на одной печатной плате. Можно формировать группу встраиваемых электронных устройств, удалять из пресс-формы указанные верхнее и нижнее покрытия и нарезать группу встраиваемых электронных устройств В способе можно осуществлять травление на печатной плате для формирования на ней печатных проводников.
Суммируем суть вышесказанного. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения встраиваемое электронное устройство содержит: печатную плату, имеющую верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, в которой нижняя поверхность содержит разделители; схемные элементы, закрепленные на верхней поверхности печатной платы; нижний наружный слой (нижнее покрытие), прикрепленный к нижней поверхности печатной платы; верхний наружный слой (верхнее покрытие), расположенный над верхней поверхностью печатной платы и внутренний слой (базовый слой), который располагается между верхней поверхностью печатной платы, схемными элементами и верхним наружным слоем, а также между нижней поверхностью двусторонней печатной платы и нижним наружным слоем. В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения предлагается способ изготовления встроенных электронных устройств, который включает в себя: подготовку печатной платы, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности, в которой нижняя поверхность содержит разделители; крепление схемных элементов на верхней поверхности печатной платы; крепление нижней поверхности печатной платы к нижнему наружному слою при помощи липкой ленты или распыления клея; закладку печатной платы и нижнего наружного слоя в установку для литья под давлением; закладку верхнего наружного слоя, размещенного над верхней поверхностью печатной платы в установку для литья под давлением; нагнетание термореактивного полимерного материала между верхней поверхностью печатной платы и верхним наружным слоем; а также нагнетание термореактивного полимерного материала между нижней поверхностью печатной платы и нижним наружным слоем
Очевидно, что приводимые ниже как общее, так и подробное описания даются исключительно для иллюстрации и не ограничивают сферу притязаний настоящего изобретения, определенную формулой.
Краткое описание чертежей
Эти и другие особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут понятны из приводимого ниже описания, формулы изобретения и сопровождающих примеров исполнения, представленных на чертежах, краткое описание которых приводится ниже.
На Фиг.1 представлен разрез встроенного электронного устройства в соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения.
На Фиг.2 представлен вид сверху в разрезе встроенного электронного устройства в соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения.
На Фиг.3 представлен разрез встроенного электронного устройства и нагнетающего сопла в соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения.
На Фиг.4 представлен разрез встроенного электронного устройства в соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения, встроенных электронных устройств, сформированных на отлитой пластине в соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже будут описаны варианты исполнения настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи. Очевидно, что данное описание раскрывает лишь примеры реализаций настоящего изобретения и не ограничивает сферу его притязаний.
В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения, представленном на Фиг.1, встраиваемое электронное устройство 1 содержит печатную плату 10, ряд элементов схемы 20, нижний наружный слой 30, верхний наружный слой 40 и внутренний слой 50. Данное встраиваемое электронное устройство может использоваться в качестве интеллектуальных карт, жетонов и браслетов.
Печатная плата 10 имеет верхнюю поверхность 11 и нижнюю поверхность 12. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения печатная плата 10 является двусторонней. Это означает, что печатная плата 10 позволяет размещать печатные проводники (печатные дорожки) 14 (показаны на Фиг.2) как на верхней поверхности 11, так и на нижней поверхности 12. Печатные проводники 14 выполняют функциональное соединение между схемными элементами 20, установленными на печатной плате 10. Указанные печатные проводники 14 обеспечивают электрическое соединение схемных элементов 20, благодаря чему эти схемные элементы могут выполнять электрические функции во встроенном электронном устройстве 1.
Печатные проводники 14 могут быть нанесены на поверхности 11, 12 печатной платы различными способами. Например, они могут наноситься на печатную плату при помощи проводящих чернил. Другим способом нанесения проводников на печатную плату является травление.
Печатная плата 10 может быть выполнена из любого известного материала, на котором могут располагаться электронные схемы. Например, это может быть негорючий слоистый материал из стекловолокна, упрочненный при помощи эпоксидной смолы. Материал этот известен также под названием плата FR-4. В другом варианте печатная плата 10 может быть выполнена из пластиката, позволяющего использовать проводящие чернила.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, представленном на Фиг.1 и 3, на нижней поверхности 12 печатной платы 10 расположены разделители 13. В предпочтительном варианте эти разделители располагаются в точечном порядке на нижней поверхности 12 печатной платы 10, что позволяет между нижней поверхностью 12 печатной платы 10 и нижним наружным слоем 30 поместить внутренний слой 50. Разделители 13 могут прикрепляться к покрытию 30 различными способами. Это может быть выполнено, например, при помощи липкой ленты или путем распыления клея. Согласно другому варианту исполнения разделители 13 выполняются из меди. Еще в одном из вариантов исполнения настоящего изобретения схемные элементы могут размещаться на нижней поверхности 12 печатной платы 10 вместе с разделителями 13.
Как следует из рассмотрения фиг.1 и приводимого ниже описания, печатная плата 10 предназначена для установки на ней схемных элементов и закрепления их в вертикальном положении. Схемные элементы 20 могут соединяться с печатной платой 10 и, в частности, с печатными проводниками 14 одним из нескольких способов. Например, в одном из вариантов исполнения настоящего изобретения схемные элементы 20 соединяются с печатной платой 10 при помощи проводящего клея. В предпочтительном варианте схемные элементы припаиваются к печатной плате 10. Схемные элементы 20 могут располагаться в любом месте печатной платы 10, где это требуется. Расположение печатных проводников 14 и схемных элементов 20 определяется назначением встроенного электронного устройства 1 и его конструктивными параметрами. Тип схемных элементов 20, располагаемых на печатной плате 10, определяется ее функциональным назначением.
Исключительно в качестве примера будем считать, что совокупность схемных элементов может представлять собой батарею, микропроцессорный кристалл или громкоговоритель. Каждый из этих элементов, или все вместе, могут быть размещены на печатной плате. Элементы 20 схемы могут также включать в себя светодиоды, гибкие экраны, антенны радиочастотной идентификации, имитаторы и другие компоненты. Теперь рассмотрим Фиг.2, на которой показана компоновка встроенного электронного устройства 1. На печатной плате 10, представленной на Фиг.2, расположены: батарея 21, микропроцессор 22 и кнопка 23. В другом варианте исполнения настоящего изобретения, представленном на Фиг.2, встраиваемое электронное устройство 1 в качестве схемного элемента 20 содержит жидкокристаллический индикатор 24, соединенный с кнопкой 23. Последний может служить для отображения пользовательской информации, например состояние счета. В другом варианте исполнения, или в дополнение к указанному, встраиваемое электронное устройство 1 на Фиг.2 может также содержать громкоговоритель (не показан).
В общем случае, компоненты, показанные на Фиг.2, могут сильно отличаться по толщине и длине. Например, исключительно в иллюстративных целях будем считать, что толщина батареи 21 равна 0,04 мм, толщина кнопки 23 - 0,51 мм, а толщина микропроцессора 22 составляет 0,4 мм. Кроме того, встраиваемое электронное устройство 1, представленное на Фиг.2, может содержать громкоговоритель (не показан), толщиной 0,25 мм.
Как показано на Фиг.1, нижний наружный слой прикреплен к нижней поверхности 12 печатной платы 10. Нижний наружный слой 30 может быть прикреплен к печатной плате 10 любым известным способом.
Предпочтительным является крепление нижней поверхности 12 (содержащей разделители 13) при помощи липкой ленты или распыленного клея. Нижний наружный слой 30 может быть выполнен из любого подходящего материала, однако предпочтительным является поливинилхлорид (ПВХ) или подобный ему материал. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения печатная информация размещается на поверхности нижнего наружного слоя 30, соприкасающейся с печатной платой 10. В другом варианте эта информация может быть размещена на внешней поверхности нижнего наружного слоя 30. Печатная информация, нанесенная на нижнем наружном слое 30, может, в частности, включать в себя стандартные данные кредитной карты или идентификационного жетона, как-то: имя, срок действия и номер счета. В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения нижний наружный слой 30 может быть прозрачным, или прозрачным в сочетании с белым цветом в пропорции 2/5. В частности, слой белого ПВХ толщиной 0.13 мм ламинируется прозрачной пленкой ПВХ толщиной 0,051 мм.
Как показано на Фиг.1, верхний наружный слой 40 располагается над печатной платой 10. Верхний наружный слой 40 может быть выполнен из любого подходящего материала, однако предпочтительным является поливинилхлорид (ПВХ), или материал, подобный ему. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения печатная информация размещается на поверхности верхнего наружного слоя 40, которая соприкасается с внутренним слоем 50. В другом варианте эта информация может быть размещена на внешней поверхности верхнего наружного слоя 40. Печатная информация, нанесенная на верхней поверхности 40, может, например, включать в себя стандартные данные кредитной карты или идентификационного жетона, как-то, имя, срок действия и номер счета. В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения нижний наружный слой 30 может быть прозрачным, или прозрачным в сочетании с белым в пропорции 2/5.
Как видно из Фиг.1, внутренний слой 50 располагается между верхней поверхностью печатной платы 10 и верхним наружным слоем 40. Кроме того, из рассмотрения Фиг.1 можно заметить, что внутренний слой 50 располагается ниже нижней поверхности 11 печатной платы 10 и выше нижнего наружного слоя 30. Внутренний слой 50 предпочтительно выполнять из термореактивного пластика, например из полимочевины.
Полимочевина представляет собой известный упругий полимер, получаемый из продукта реакции изоцианатного компонента и компонента смешанной смолы. Его свойства известны, например, из информации, размещенной на сайте Интернет Ассоциации по дальнейшему изучению и применению полимочевины (THE POLYUREA DEVELOPMENT ASSOCIATION) no адресу: http://www.pda-online.org/pda_resources/whatispoly.asp. Данные приводятся по дате посещения сайта, 21 марта 2006. Изоцианит по своей природе может быть ароматическим или алифатическим. Он также может быть мономерным, полимерным или продуктом какой-либо реакции изоцианита, квазиполимером или преполимером. Преполимер, или квазиполимер, может быть выполнен из аминоконцевой полимерной смолы или из полимерной смолы с концевыми гидроксилгруппами. Смешанная смола может состоять из аминоконцевых полимерных смол или аминоконцевых удлинителей цепей. Аминоконцевые полимерные смолы не будут иметь никаких преднамеренных гидроксильных компонентов. Любые гидроксильные группы являются результатом незавершенного преобразования в аминоконцевые полимерные смолы. Смешанная смола может также содержать добавки или непервичные компоненты. Эти добавки могут включать в себя гидроксильные группы, такие как предварительно распыленные в высокомолекулярном спирте красители. Смешанная смола обычно не содержит катализаторов.
Полимочевина имеет целый ряд преимуществ перед другими материалами, которые в настоящее время используются в указанных целях. Полимочевина обладает большой устойчивостью к УФ-излучению. Кроме того, она характеризуется низкой эластичностью и малой величиной относительного удлинения при растяжении. Это позволяет сохранить жесткость встроенного электронного устройства 1. Полимочевина также имеет хорошие связывающие свойства, что позволяет эффективно соединять верхний и нижний наружные слои 40, 30 со схемными элементами. Кроме того, благодаря низкому коэффициенту усадки полимочевины схемные элементы также жестко удерживаются в месте установки. Встраиваемое электронное устройство 1, построенное в соответствии с данным изобретением, имеет также хорошие характеристики в отношении окружающей среды, поскольку полимочевина обладает низким влагопоглощением и устойчива к высоким температурам.
Далее будет описан способ изготовления встроенного электронного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Сначала готовится печатная плата 10. Печатная плата 10 имеет верхнюю поверхность 11 и нижнюю поверхность 12. На верхней поверхности печатной платы 10 располагаются печатные проводники 14. В другом варианте печатная плата может быть двусторонней, и печатные проводники 14 в этом случае могут располагаться как на верхней поверхности 11, так и на нижней поверхности 12. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения 12 на нижней поверхности 12 печатной платы 10 располагаются разделители 13.
Далее, на печатной плате 10 размещаются схемные элементы 20, которые электрически соединяются с печатными проводниками, расположенными на верхней или нижней поверхности печатной платы 10. Схемные элементы 20 могут соединяться (с печатными проводниками) одним из нескольких способов, включая использование двусторонней электропроводящей ленты. Предпочтительным является соединение схемных элементов 20 при помощи обычной пайки.
Затем нижняя поверхность 12 печатной платы 10 прикрепляется к нижнему наружному слою 30. Предпочтительным является крепление нижней поверхности 12 (с расположенными на ней разделителями 13) при помощи липкой ленты или распыленного клея.
Затем печатная плата 10 с прикрепленной к ней нижней поверхностью 30, как единая законченная пластина помещается в пресс-форму для литья под давлением. В эту пресс-форму помещается также верхний наружный слой 40 таким образом, что он оказывается над верхней поверхностью печатной платы 10. В конкретном случае пресс-форма для литья под давлением может представлять собой установку для реакционно-литьевого формирования (которое часто называю RIM - reaction injection molding). В этих установках используются верхняя и нижняя отливные чаши, которые могут выполнять операции холодного формирования при низком давлении над одной или несколькими пластинами полимерного материала (напр., ПВХ), из которого изготовляются верхнее 40 и нижнее 30 покрытия. О том, как взаимодействуют подобные верхняя и нижняя отливные чаши, хорошо известно специалистам в области литья полимерных материалов.
Затем, в установке для литьевого формирования при помощи форсунки 60 (показана на Фиг.3) между верхним 40 и нижним 30 наружными слоями вводится термореактивный полимерный материал, благодаря чему из этого материала образуется внутренний слой 50. Как уже говорилось, в качестве этого термореактивного пластического материала предпочтительно использовать полимочевину.
Холодное формирование под низким давлением обычно подразумевает условия, при которых температура внутреннего слоя 50, состоящего из термореактивного пластического материала, будет ниже деформационной теплостойкости верхнего 40 и нижнего 30 наружных слоев, а давление не превышает 35 кг/кв.см. В предпочтительном варианте температура холодного формирования хотя бы на 38°С ниже деформационной теплостойкости верхнего 40 и нижнего 30 наружных слоев. Деформационная теплостойкость многих полихлоридных (ПВХ) материалов составляет величину порядка 110°С. Таким образом, температура, используемая для холодного формирования подобных ПВХ пластин в соответствии сданным изобретением, не будет превышать (230-100°F) 54°С.
В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения более предпочтительным процессом холодного формирования при низком давлении является литье под давлением термореактивного полимерного материала при температуре от 13°С до 71°С и давлении в диапазоне от атмосферного до величины порядка 35 кг/см2. В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения температура, при которой термореактивный полимерный материал нагнетается во встраиваемое электронное устройство 1, лежит примерно в пределах от 38 до 49°С, а предпочтительный диапазон давления от 5,6 до 8,4 кг/см2. В одном из вариантов исполнения настоящего изобретения жидкий или полужидкий термореактивный пластический материал будет впрыскиваться при указанных выше предпочтительных значениях температуры и давления с расходом от 0,1 до 70 г/с. Предпочтительным является значение расхода от 30 до 50 г/с.
Следует отметить, что в подобных условиях формирования изделия, т.е. при относительно низкой температуре и давлении может потребоваться расширение каждого индивидуального литника (т.е. канала, который соединяет распределительный литник с полостью пресс-формы каждого отдельного устройства) по сравнению с литниками, которые используются в известных устройствах, где процессы проходят при высокой температуре и давлении. Это связано с тем, что в условиях низкой температуры и давления через литники требуется быстро пропускать нагнетаемый термореактивный пластический материал. Аналогично этому, в условиях данного процесса, проходящего при относительно низких температуре (напр., от 13°С до 71°С) и давлении (напр., от атмосферного до значения 35 кг/см2), распределительный литник (т.е. главный канал подачи термореактивного пластического материала литейной системы, по которому этот материал поступает от источника в каждый отдельный впускной литник) в стандартном варианте должен обеспечивать подачу материала через коллекторную систему в несколько полостей пресс-формы (напр., от 4 до 8). Значения расхода термореактивного пластического материала, используемые в условиях низкой температуры и давления, позволяют целиком заполнить полость формируемого устройства с темпом из расчета не более 10 секунд на одну полость (предпочтительнее не более 3 секунд на одну полость пресс-формы). Еще более предпочтительным является значение менее 1 секунды. Исходя из этих условий, в указанных процессах могут использоваться литники, ширина которых соответствует длине основной части переднего края формируемого устройства (т.е. края устройства, который соединен с литником). В предпочтительном варианте ширина индивидуального литника составляет от 20 до 200 процентов ширины переднего края (или от краев, в случае, когда для заполнения пресс-форм идентичных устройств используется многолитниковая система), т.е. край (края) встроенного электронного устройства (устройств), "привязанный" ("привязанные") к литниковой системе.
Желательно использовать литники, которые сужаются от относительно широкой области впуска до относительно узкой центральной зоны, которая заканчивается на переднем крае (краях) формируемого встроенного электронного устройства или рядом с передним краем (краями). В наиболее предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения эти литники сужаются от относительно большого диаметра (напр., от 5 до 10 мм) впускного канала, т.е. места поступления жидкости из распределительного литника, подающего термореактивный материал, до относительно малого диаметра (напр., 10 мм), в том месте, где литник граничит с краем устройства, т.е. там, где термореактивный пластический материал нагнетается из литника в свободное пространство, и, в конечном счете, превращается в центральную или внутреннюю часть законченного встроенного электронного устройства 1. Использование литников, которые сужаются от исходного диаметра порядка 7,0 миллиметров до минимального, порядка 0,13 мм дает особенно хорошие результаты в случае нагнетания материала при низкой температуре и давлении.
Еще одним необязательным признаком, который может быть использован, является применение литейных кожухов, содержащих один или несколько сборников для приема избытка полимерного материала, который может преднамеренно инжектироваться в свободное пространство между верхним 40 и нижним 30 слоями, с тем, чтобы вытеснить из этого свободного пространства воздух и (или) любые другие газы (например, газы, образующиеся в результате экзотермических химических реакций, которые происходят при смеси ингредиентов, используемых для получения большинства термореактивных пластических материалов). Эти термореактивные ингредиенты желательно смешивать до их нагнетания в свободное пространство (напр., до образования вторичных фракций).
После введения термореактивного пластического материала отливка удаляется из установки для литья под давлением. В соответствии с одним из вариантов исполнения настоящего изобретения из одной литой пластины нарезаются несколько встроенных электронных устройств 1. На Фиг.5 показано несколько встроенных электронных устройств, сформированных на одной пластине. В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения на одной пластине размещается одно встраиваемое электронное устройство 1. Исполнение разделителей встроенного электронного устройства 1 будет зависеть от материалов, которые используются в составе каждого отдельного компонента встроенного электронного устройства 1.
После этого законченные встроенные электронные устройства 1 освобождаются от избыточных полимерных материалов (напр., путем их отделения от тела предыдущего устройства) и обрезаются до заданных размеров (напр., 85,6×53,98 мм в соответствии со стандартом 7810 ISO), в зависимости от функционального назначения и конструктивных параметров встроенного электронного устройства 1. Освобождение от избыточного материала путем отделения может также осуществляться в процессе выполнения единой операции обрезки/отделения. Специалисту в данной области будет понятно, что установки для литья, используемые в технологических процессах для коммерческого производства, должны, по преимуществу, применять многополостные отливные чаши (напр., содержащие 2, 4, 6, 8 и более полостей формы), которые позволяют изготавливать одновременно несколько таких устройств.
Данное изобретение обладает рядом преимуществ, к которым относится экономически эффективный способ изготовления одного или нескольких встроенных электронных устройств. Большинство модулей встроенного электронного устройства 1 может быть построено традиционным способом, что позволяет снизить производственные затраты. Кроме того, благодаря применению полимочевины и разделителей данный способ дает возможность производить более жесткие карты и жетоны, которые менее подвержены внутренним концентрациям напряжений, вызывающих деформацию или искривление. Кроме того, данный способ может с успехом применяться для одновременного изготовления нескольких встроенных электронных устройств.
Приведенное выше описание предпочтительного варианта исполнения настоящего изобретения дано в иллюстративных и описательных целях. Оно не претендует на полноту и не ограничивает данное изобретение рамками описанного, а предполагает возможность модификаций и отклонений, возникающих при рассмотрении предложенных вариантов или проистекающих при реализации данного изобретения. Приведенный здесь вариант исполнения выбран с целью пояснить его принципы, а также в качестве практического воплощения, для того, чтобы позволить специалисту в данной области использовать это изобретение в различных вариантах и модификациях, соответствующих конкретным требованиям. Предполагается, что сфера притязаний данного изобретения определяется его формулой, применяемой как к собственно изобретению, так и к его эквивалентам.
Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к конструкциям электронных устройств и способам их изготовления. Устройство 1 содержит печатную плату 10 с верхней (11) и нижней поверхностями (12); схемные элементы (20) на верхней поверхности (11), на нижней поверхности (12) есть разделители (13); нижнее покрытие (30), верхнее покрытие (40) над верхней поверхностью (10) и базовый слой (50) между верхней поверхностью (11) и верхним покрытием (40). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Встраиваемое электронное устройство, включающее в себя печатную плату, которая имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, содержащую группу разделителей, группу схемных элементов, нижнее покрытие, прикрепленное к нижней поверхности, верхнее покрытие, расположенное над верхней поверхностью, отличающееся тем, что оно содержит базовый слой, расположенный между верхней поверхностью и верхним покрытием и между нижней поверхностью и нижним покрытием, а группа схемных элементов прикреплена к верхней поверхности.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена группа печатных проводников, которые связаны с группой схемных элементов на верхней поверхности, и группа печатных проводников, которые связаны с группой схемных элементов на нижней поверхности.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что группа печатных проводников образована проводящими чернилами.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что группа печатных проводников образована травлением печатной платы.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанная группа разделителей выполнена в виде точечной структуры.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделители прикреплены к нижнему покрытию посредством липкой ленты или нанесенного распылением клея.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделители выполнены из меди.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что печатная плата выполнена из материала FR-4 в виде огнестойкого слоистого материала со стекловолокном, пропитанным эпоксидной смолой.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхнее и нижнее покрытия выполнены из поливинилхлорида.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что базовый слой выполнен из термоотверждающейся полимочевины.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один элемент из группы схемных элементов представляет собой, по меньшей мере, одну нажимную кнопку.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один элемент из группы схемных элементов представляет собой, по меньшей мере, одну батарею.
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из группы схемных элементов представляет собой, по меньшей мере, один микропроцессорный кристалл.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из группы схемных элементов представляет собой, по меньшей мере, один громкоговоритель.
15. Способ изготовления встроенных электронных устройств, включающий в себя формирование печатной платы с верхней и нижней поверхностью, добавление разделителей на нижнюю поверхность, крепление группы схемных элементов на верхней поверхности, крепление нижней поверхности печатной платы к нижнему покрытию посредством самоклеящейся ленты или посредством распыления клея, загрузку печатной платы, нижнего покрытия, верхнего покрытия, которое располагают выше верхней поверхности печатной платы, в установку для литья под давлением, инжекцию термоотверждаемого полимерного материала в пространство между верхней поверхностью печатной платы, группой схемных элементов и верхним покрытием и инжекцию термоотверждаемого полимерного материала в пространство между нижней поверхностью печатной платы, группой схемных элементов и нижним покрытием.
16. Способ по п.15, в котором термоотверждаемый полимерный материал представляет собой полимочевину.
17. Способ по п.16, в котором размещают разделители на нижней поверхности печатной платы с формированием точечной структуры и размещают указанный материал из полимочевины между нижней поверхностью печатной платы и нижним покрытием.
18. Способ по п.15, в котором формируют группу встраиваемых электронных устройств на одной печатной плате.
19. Способ по п.15, в котором формируют группу встраиваемых электронных устройств, удаляют из пресс-формы указанные верхнее и нижнее покрытия и нарезают группу встраиваемых электронных устройств.
20. Способ по п.15, в котором осуществляют травление на печатной плате для формирования на ней печатных проводников.
