ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ, СОДЕРЖАЩИЙ ТЕРМОПЛАВКИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2013 года по МПК H05K1/00 

Настоящее изобретение относится к электрическому компоненту, содержащему, по меньшей мере, один кабельный элемент, по меньшей мере, одно паяное соединение, по меньшей мере, один термоплавкий элемент и, по меньшей мере, один элемент подложки, причем кабельный элемент содержит, по меньший мере, одну токопроводящую деталь, элемент подложки содержит, по меньшей мере, одну электрическую деталь, которая электрически соединена с токопроводящей деталью через посредство, по меньшей мере, одного паяного соединения.

Электрический компонент, имеющий вышеуказанные особенности, является известным на предшествующем уровне техники, например, для передачи данных с высокими скоростями передачи данных до 1 Гбит/сек (гигабит в секунду). Элементом подложки, как правило, является печатная плата, которая содержит активные или пассивные, электрические или электронные детали, например проводники, интегральные схемы, резисторы, ресиверы, трансиверы, транзисторы, например несколько штук. Кабельный элемент может содержать несколько или одну токопроводящую деталь, например, в виде электропроводных выводов. Электрические детали элемента подложки соединены с токопроводящими деталями посредством паяных соединений. Элемент подложки может быть оборудован дополнительными соединительными элементами или содержать соединитель, например штепсельную вилку или розетку.

Термоплавкий элемент на предшествующем уровне техники окружает кабельный элемент и токопроводящие детали в окрестности элемента подложки и проходит поверх большой части элемента подложки, включая паяные соединения. Функцией термоплавкого элемента является обеспечение дополнительного соединения, амортизирующего силу между кабельным элементом и элементом подложки так, чтобы силы, действующие на кабельный элемент и/или элемент подложки, не были направлены единственно (только) через паяное соединение. Благодаря внедрению элемента подложки и кабельного элемента, и, возможно, токопроводящих деталей, в термоплавкий элемент, усиливается механическое соединение между элементом подложки и кабелем. Кроме того, дополнительно фиксируется расстояние между токопроводящими деталями. Перекрестные помехи между токопроводящими деталями уменьшаются. Более значительно то, что изоляция токопроводящих деталей не может изнашиваться вследствие изгибающих нагрузок, прикладываемых к паяному соединению.

Известные электрические компоненты получают формованием расплавленного термоплавкого материала одинаково поверх элемента подложки, паяного соединения и кабеля в технологическом приспособлении. Для этого компоненты электрического компонента укладывают в полостях технологического приспособления, в которые подают термоплавкий материал.

Термоплавкий материал может быть термопластичным материалом, в особенности термоплавким адгезивом или термоплавким клеем, который в затвердевшем состоянии образует интегральное неклейкое твердое тело, но в расплавленном состоянии обладает когезионными и адгезионными свойствами. Оно образуется в полости для термоплавкого материала посредством подающегося в нее расплавленного термоплавкого материала.

В известных электрических компонентах способность передачи очень высоких частот от токопроводящей детали к электрической детали или, в общем, от кабельного элемента к элементу подложки значительно уменьшается при очень высоких частотах. Это является препятствием в происходящем в настоящее время движении к использованию как можно более высоких споростей передачи данных.

По этой причине объектом настоящего изобретения является обеспечение электрического компонента, а также технологического приспособления и способа для его получения, который способен допускать высокие механические напряжения и, в то же самое время, имеет улучшенные рабочие характеристики при очень высоких скоростях передачи данных, скажем, за пять Гбит/сек, не приводя к повышенным затратам на производство.

Этот объект достигается в соответствии с настоящим изобретением для электрического компонента, имеющего первоначально указанные особенности в том отношении, что, по меньшей мере, одно паяное соединение не внедрено в термоплавкий элемент.

Неожиданно это решение надежно ведет к очень высоким скоростям 5 Гбит/сек и более передачи данных. В частности, скорости 10 Гбит/сек передачи данных могут быть достигнуты без других изменений, прикладываемых к известным ранее электрическим компонентам. Предполагается, что в известных электрических компонентах покрытие паяных соединений термоплавким материалом оказывает отрицательные влияния на импеданс и перекрестные помехи при очень высоких частотах, которые фактически могут уменьшать достигаемые спорости передачи данных.

Решение, соответствующее настоящему изобретению, может быть реализовано дополнительно. Ниже кратко описаны улучшенные варианты осуществления настоящего изобретения и их преимущества. Дополнительные элементы связаны с различными преимуществами и могут произвольно комбинироваться в зависимости от необходимости для соответствующего преимущества в конкретном применении, как станет очевидным из описания, приведенного ниже.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения паяные соединения не покрываются и являются, в частности, свободными от какого-либо термоплавкого материала, из которого получен термоплавкий элемент, для дополнительного улучшении передающих характеристик электрического компонента. Очевидно, что даже небольшие количества термоплавкого материала на паяных соединениях отрицательно влияют на максимальные скорости передачи данных через электрический компонент.

В качестве другого примера термоплавкий элемент может быть образован как унитарный блок для обеспечения возможности получения простой конструкции полости для термоплавкого материала и, следовательно, упрощенного течения расплавленного термоплавкого материала в пресс-форме.

В некоторых конфигурациях, по меньшей мере, одно паяное соединение не может проходить к заднему концу элемента подложки, в котором задний конец обращен в направлении термоплавкого элемента или кабельного элемента, соответственно. Паяное соединение скорее может быть расположено на расстоянии от заднего конца элемента подложки. В таком случае для предотвращения того, чтобы токопроводящая деталь свободно шунтировала расстояние между передним концом элемента подложки и паяным соединением, термоплавкий элемент может проходить в промежутке, по меньшей мере, между одной токопроводящей деталью и элементом подложки. Это стабилизирует токопроводящую деталь. Термоплавкий материал может быть автоматически вовлечен в этот промежуток во время производственного процесса вследствие действия капиллярных сил. Токопроводящая деталь или токопроводящие детали также могут быть внедрены в термоплавкий элемент до паяного соединения, связанного с соответствующим токопроводящим элементом или токопроводящими элементами.

В другом варианте осуществления задний конец элемента подложки может упираться, по меньшей мере, в один термоплавкий элемент. В этом случае соединение между кабельным элементом и элементом подложки может быть дополнительно усилено, так как этот упор ограничивает подвижность элемента подложки относительно термоплавкого элемента.

Для дополнительного улучшения соединения между кабельным элементом и элементом подложки задний конец элемента подложки может быть соединен с термоплавким элементом, соответствующим другому варианту осуществления. Это соединение может быть установлено благодаря силам когезии или адгезии термоплавкого материала, если он в расплавленном состоянии приходит в контактное взаимодействие с элементом подложки.

Альтернативно или дополнительно вышеуказанным мерам задний конец элемента подложки может проходить в термоплавком элементе и/или быть внедрен в термоплавкий элемент. Таким образом, площадь контакта между термоплавким элементом и элементом подложки увеличивается, что ведет к более высоким прочностям соединения.

В другом варианте осуществления термоплавкий элемент может проходить под элементом подложки на его нижней поверхности, противоположной «верхней» поверхности, на которой расположено, по меньшей мере, одно паяное соединение, за местоположением паяного соединения. На этой поверхности передний конец термоплавкого элемента может даже проходить за местоположение, по меньшей мере, одного паяного соединения на верхней поверхности. Однако передний конец термоплавкого элемента на верхней стороне, где расположено паяное соединение, не проходит поверх, по меньшей мере, одного паяного соединения. Эта мера еще больше увеличивает площадь поверхности элемента подложки, которая находится в контактном взаимодействии с термоплавким материалом. Следовательно, механическая прочность соединения между этими двумя элементами дополнительно улучшается без ухудшения способности передачи данных.

Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи приведено подробное описание характерного электрического компонента, соответствующего настоящему изобретению, а также технологического приспособления и способа его получения. Должно быть очевидным, что это описание приведено только в качестве примера и не означает какого-либо ограничения настоящего изобретения. В частности, любой элемент, описанный в контексте вариантов осуществления настоящего изобретения, может быть исключен или произвольно скомбинирован с любыми другими элементами, как было описано выше.

Фиг.1 - схематическое изометрическое изображение электрического компонента, соответствующего настоящему изобретению;

Фиг.2 - схематическое изометрическое изображение термоплавкого элемента, используемого в варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1;

Фиг.3 - схематическое изометрическое изображение другого варианта осуществления термоплавкого элемента для электрического компонента, соответствующего настоящему изобретению.

Конфигурация электрического компонента 1, соответствующая настоящему изобретению, описана со ссылкой на фиг.1.

Электрический компонент 1 содержит, по меньшей мере, один кабельный элемент 2, который, в свою очередь, содержит, по меньшей мере, одну токопроводящую деталь 4, например вывод из электропроводного материала. Как правило, по меньшей мере, одна токопроводящая деталь заключена в изоляционную оболочку 6, которую также окружает электромагнитный защитный экран, не показанный, для защиты от электромагнитного излучения от токопроводящих деталей 4.

Кабельный элемент 2 механически и электрически соединен с элементом 8 подложки. Это соединение может иметь место благодаря соединению, по меньшей мере, одной токопроводящей детали 4, по меньшей мере, с одной электрической деталью 10 элемента подложки, в частности, посредством паяного соединения 12 на верхней поверхности 13 элемента 8 подложки. Число паяных соединений 12 соответствует числу токопроводящих деталей 4, которые соединяются с элементом 8 подложки.

В дальнейшем, направление «вперед» означает направление, проходящее от кабельного элемента 2 к элементу 8 подложки; а направление «назад» направлено от элемента 8 подложки к кабельному элементу 2.

Паяное соединение 12 получают, например, размещением конца токопроводящей детали 4 поверх контактной площадки с припоем 14 для припаивания мягким припоем и нанесением материала мягкого припоя на контактную площадку 14 для припаивания мягким припоем так, чтобы материал мягкого припоя охватывал конец токопроводящей детали 4, которая обнажена, после того как была удалена изоляция 6 и защитный экран. При затвердевании материала мягкого припоя он образует каплевидный выступ на элементе 8 подложки и соединяется как с токопроводящей деталью 4, так и контактной площадкой 14 для пайки мягким припоем. Все паяные соединения 12, иллюстрируемые на фиг.1, расположены на верхней поверхности 13 элемента 8 подложки. Число токопроводящих деталей 10, паяных соединений 12 и контактных площадок 14 для пайки мягким припоем, иллюстрируемых на фиг.1, показано только для иллюстрации и может зависеть от специфики применения. По этой причине в дальнейшем эти выражения используют во множественном числе или в связи с выражением «по меньшей мере, одна». Нижняя поверхность 15 элемента 8 подложки может быть свободна от каких-либо паяных соединений.

Контактная площадка 14 для пайки мягким припоем предпочтительно получена из токопроводящего материала и составляет часть электрических деталей 10 элемента 8 подложки. Другие электрические детали 10, с которыми может быть непосредственно или косвенно соединена токопроводящая деталь 4, являются активными или пассивными, электрическими или электронными деталями, например выводами, интегральными схемами, резисторами, транзисторами, шкалами и так далее и любой их комбинацией. Электрические детали 10 поддерживаются элементом 8 подложки, который может быть печатной платой, жесткой или гибкой фольгой, оборудованной электрическими деталями 10, или конструкцией, полученной литьем под давлением, в которую внедрены электрические детали 10 и подобные элементы.

Как можно видеть из фиг.1, паяные соединения 12 являются соединениями нерегулярной формы и размера и могут проходить до заднего конца 16 элемента 8 подложки, задний конец 16 имеет заднюю поверхность 17, обращенную в направлении кабельного элемента 2. Кроме того, положение паяных соединений 12 и токопроводящих деталей 10 в паяных соединениях может изменяться.

Передний конец 18 элемента 8 подложки обращен от кабельного элемента 2 и может быть предусмотрен с соединительной секцией 20, которая обеспечивает возможность электрического или электронного соединения с другой электрической или электронной аппаратурой. В частности, соединительная секция 20 может быть вставлена в сопрягающий соединитель (не показанный) для передачи данных со скоростями передачи данных более 5 Гбит/сек, предпочтительно выше 10 Гбит/сек.

Элемент подложки 8 может быть предусмотрен, по меньшей мере, с одной позиционирующей направляющей 21, например, профилированной как отверстие на одном из краев, для обеспечения возможности точного позиционирования во время получения термоплавкого элемента 22.

Задний конец 16 его задней поверхностью 17 упирается в термоплавкий элемент 22, который получен из термопластичного материала, предпочтительно термопластичного клея, например термоплавкого или рециклового клея. Термоплавкий элемент 22 расположен между кабельным элементом 2 и элементом 8 подложки. Он окружает, по меньшей мере, один кабельный элемент 2 и, по меньшей мере, одну токопроводящую деталь 4.

Предпочтительно, термоплавкий материал используют для термоплавкого элемента 22, который обладает соединительными свойствами в расплаве, но не в твердом состоянии, так что задний конец 16 элемента 8 подложки когезивно или адгезивно соединяется с термоплавким материалом. В результате этого образуется прочное механическое соединение между термоплавким элементом 22 и элементом 8 подложки.

Термоплавкий элемент может проходить в промежутке 24 между токопроводящей деталью 4 и элементом 8 подложки до паяного соединения 12 для усиления части токопроводящей детали 4, которая проходит от переднего конца 26 термоплавкого элемента 22 к соответствующему паяному соединению. В другом варианте осуществления эта часть может быть полностью внедрена в термоплавкий элемент 22, который проходит через элемент 8 подложки к паяному соединению 12.

Для активации очень высоких скоростей передачи данных важно, чтобы паяные соединения не были внедрены в термоплавкий элемент 22, а предпочтительно даже не были покрыты термоплавким материалом. Таким образом, передний конец 26 термоплавкого элемента 22 расположен перед паяным соединением 12, по меньшей мере, на верхней поверхности 13. Если паяные соединения 12 расположены на обеих сторонах элемента 8 подложки, то передний конец 26 термоплавкого элемента расположен перед паяными соединениями 12 на обеих сторонах. Выражение «перед» относится к переднему направлению, то есть в направлении от кабельного элемента 2 к переднему концу 18 элемента 8 подложки.

В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1, термоплавкий элемент 22 может считаться элементом, имеющим две секции отличной геометрической формы, однако эти две секции являются частью интегрально отформованного тела: передняя секция 30 термоплавкого элемента 22 имеет приблизительно форму кирпича и может содержать выступы 32 для обеспечения возможности принудительной фиксации и позиционирования крепления, например, в корпусе 34, только одна нижняя половина которого показана на фиг.1, и в котором установлен интегральный узел, содержащий кабельный элемент 2, термоплавкий элемент 22 и элемент 8 подложки. Другая половина корпуса (не показанная) может быть зажата или соединена с нижней половиной корпуса 34. Корпус 34 может быть дополнительно установлен в экранирующей защитной оболочке (не показанной), полученной из токопроводящего материала, которая может быть заземлена.

Задняя секция 36 термоплавкого элемента 22 может, по меньшей мере, частично иметь цилиндрическую форму, и проходить в направлении вперед-назад. Секционная конструкция обеспечивает возможность уменьшенной жесткости на входе кабельного элемента 2 в термоплавкий элемент 22 относительно передней секции 30. Это минимизирует сдвиговые напряжения, действующие на кабельный элемент 2 в переходной области между кабельным элементом 2 и термоплавким элементом 22.

На фиг.2 иллюстрируется передняя секция 30 термоплавкого элемента 22, используемая в варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1. Нижняя поверхность 38 термоплавкого элемента 22 является по существу плоской и совмещенной и, возможно, отклоненной с нижней поверхностью 15 (фиг.1) элемента 8 подложки. Соединительная область 42, где элемент 8 подложки соединяется с передней поверхностью 44 или передним концом 26 термоплавкого элемента 22, показана как заштрихованная область на фиг.2. В этом местоположении задний конец 16 элемента 8 подложки (фиг.1) может даже проходить на некоторое небольшое расстояние в термоплавкий элемент 22 для увеличения эффекта соединения. Однако важно, чтобы термоплавкий элемент 22 не достигал или покрывал паяные соединения 12, как описано выше.

На фиг.3 иллюстрируется другой вариант осуществления передней секции 30 термоплавкого элемента 22. Задняя секция 36 может быть такой, как описано со ссылкой на фиг.1. Передняя секция 30 термоплавкого элемента 22, иллюстрируемая на фиг.3, отличается от передней секции, иллюстрируемой на фиг.2, прохождением под элемент 8 подложки вдоль его нижней поверхности 15. Если не имеется паяных соединений 12 на нижней поверхности 15 элемента 8 подложки, или если, по меньшей мере, одно паяное соединение 12 на нижней поверхности 15 расположено ближе к переднему концу 18, то нижний передний конец 45 термоплавкого элемента 22 может даже проходить за местоположение паяных соединений 12 на верхней поверхности 15. Таким образом, термоплавкий элемент 22 может образовывать уступ 46, на котором покоится элемент 8 подложки. Это значительно увеличивает площадь соединения между элементом 8 подложки и термоплавким элементом 22: Помимо соединительной области 42 для задней поверхности 17 элемента 8 подложки доступна дополнительная соединительная область 48 для части нижней поверхности 15 элемента 8 подложки. Соединительные области 42 и 48 показаны на фиг.3 как заштрихованные области. И в этом случае задний конец 16 элемента 8 подложки может проходить в термоплавкий элемент 22.

Безусловно, уступ, подобный уступу 46, может также быть предусмотрен для верхней поверхности 13 элемента 8 подложки дополнительно уступа 46 или альтернативно уступу 46, если паяные соединения 12 расположены только на нижней поверхности 15 элемента 8 подложки, или если паяные соединения 12 на верхней поверхности 13 существенно удалены от задней поверхности 16 элемента 8 подложки.

ССЫЛОЧНЫЕ НОМЕРА

1 - электрический компонент

2 - кабельный элемент

4 - токопроводящая деталь

6 - изоляция кабельного элемента

8 - элемент подложки

10 - электрическая деталь

12 - паяное соединение

13 - верхняя поверхность элемента подложки

14 - контактная площадка для припаивания мягким припоем

15 - нижняя поверхность элемента подложки

16 - задний конец элемента подложки

17 - задняя поверхность элемента подложки

18 - передний конец элемента подложки

20 - соединительная секция

21 - позиционирующие направляющие

22 - термоплавкий элемент

24 - промежуток между токопроводящей деталью и элементом подложки

26 - передний конец термоплавкого элемента

30 - передняя секция термоплавкого элемента

32 - выступы

34 - корпус

36 - задняя секция термоплавкого элемента

38 - нижняя поверхность термоплавкого элемента

42 - соединительная область

44 - передняя поверхность термоплавкого элемента

45 - нижний передний конец термоплавкого элемента

46 - уступ термоплавкого элемента

48 - дополнительная соединительная область

Настоящее изобретение относится к электрическому компоненту (1), содержащему, по меньшей мере, один кабельный элемент (2), но меньшей мере, одно паяное соединение (12), по меньшей мере, один термоплавкий элемент (22) и, по меньшей мере, один элемент (8) подложки. Кабельный элемент (2) соединен с элементом (8) подложки посредством паяного соединения (12). Для увеличения скорости передачи данных, по меньшей мере, одно паяное соединение (12) не внедрено в термоплавкий элемент (22). Паяное соединение (12) предпочтительно не покрыто термоплавким материалом термоплавкого элемента (22), при этом задний конец (16) элемента (8) подложки соединен адгезивно или когезивно с термоплавким элементом (22), причем задний конец (16) обращен в направлении кабельного элемента (22). Увеличение площади поверхности элемента подложки, которая находится в контактном взаимодействии с термоплавким материалом, обеспечивает увеличение механической прочности соединения между этими двумя элементами, без ухудшения передачи данных, что является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электрический компонент (1), содержащий, по меньшей мере, один кабельный элемент (2), по меньшей мере, одно паяное соединение (12), по меньшей мере, один термоплавкий элемент (22) и, по меньшей мере, один элемент (8) подложки, причем кабельный элемент содержит, по меньшей мере, одну токопроводящую деталь (4), элемент (8) подложки содержит, по меньшей мере, одну электрическую деталь (10), которая электрически соединена с токопроводящей деталью (4) посредством, по меньшей мере, одного паяного соединения (12), отличающийся тем, что задний конец (16) элемента (8) подложки соединен когезивно или адгезивно с термоплавким элементом (22), причем задний конец (16) обращен в направлении кабельного элемента (2) и, по меньшей мере, одно паяное соединение (12) не внедрено в термоплавкий элемент (22).

2. Электрический компонент (1) по п.1, отличающийся тем, что термоплавкий элемент (22) получен из термоплавкого материала, и тем, что паяные соединения (12) не покрыты термоплавким материалом.

3. Электрический компонент (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что термоплавкий элемент (22) проходит в промежутке, по меньшей мере, между одной токопроводящей деталью (4) и элементом (8) подложки.

4. Электрический компонент (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что задний конец (16) элемента (8) подложки упирается в термоплавкий элемент (22), причем задний конец (16) обращен в направлении кабельного элемента (2).

5. Электрический компонент (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что задний конец (16) элемента (8) подложки проходит в термоплавком элементе (22), причем задний конец (16) обращен в направлении кабельного элемента (2).