УЗЕЛ СОЕДИНИТЕЛЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДОРОЖЕК Российский патент 2013 года по МПК H01R12/00 

Область изобретения

Изобретение относится к узлам соединителей и электрических дорожек. Такие узлы могут использоваться для прокладки проводов в транспортных средствах.

К таким транспортным средствам могут относиться самые разные транспортные средства, от военных, таких как танки, до спортивных автомобилей и транспортных средств, движущихся по рельсам, льду, воздуху, воде и снегу.

Предпосылки к созданию изобретения и прототипы,

известные заявителю

Ближайшим прототипом, известным заявителю, являются опубликованные заявки на патент WO 2007/083102 и GB 2440698 того же заявителя.

Ранее опубликованы заявки JP 08130048 и JP 2007088009.

Краткое описание изобретения

Согласно первому широкому независимому аспекту настоящего изобретения предлагается узел соединителя и электрических дорожек, содержащий соединитель с множеством электрических контактов, при этом соединитель выполнен с возможностью соединения первым концом с еще одним соединителем; при этом соединитель выполнен с возможностью соединения вторым концом с участком печатной платы, имеющей множество электрических дорожек, в котором участок печатной платы расположен между первым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель, и вторым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель.

Такая конфигурация является особенно преимущественной, поскольку обеспечивает надежность связи по электрическим дорожкам, лучше противодействуя вибрациям, ударам и другим механическим силам и напряжениям/растяжениям, чем это было бы возможно при другой конструкции. Кроме того, такое решение позволяет интегрировать печатную плату в узел, без необходимости применения других средств для обездвиживания. Преимуществом является также то, что можно создать по существу плоскую структуру соединителей, которую можно устанавливать в ограниченном пространстве. Кроме того, такое решение противоречит традиционному подходу, поскольку специалист не будет рассматривать комбинирование пластичного термореактивного композитного материала с печатной платой для улучшения характеристик соединителя и электрических дорожек, особенно когда такой композитный материал обладает электропроводностью.

Согласно вспомогательному аспекту настоящего изобретения предлагается печатная плата, являющаяся относительно гибкой. Это позволяет устанавливать компоненты вокруг объектов сложной формы, которые часто встречаются в транспортных средствах.

Согласно другому вспомогательному аспекту настоящего изобретения гибкая печатная плата содержит набор контактов, соответствующих множеству контактов соединителя, и между этим набором контактов гибкой печатной платы и одним из пластичных слоев термореактивного композитного материала имеется относительно жесткий слой. Это позволяет уменьшить напряжения/растяжения в гибкой плате, чтобы не допустить преждевременного отказа, когда гибкую плату сгибают для установки на место, прежде чем ее обездвижить между отвердевшими слоями термореактивного композитного материала. Это позволяет предотвратить разрывы на пути передачи сигнала, которые возникли бы в изогнутой гибкой плате, как части самостоятельно отвердевшего узла из слоев композитного материала.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, этот жесткий слой расположен между набором контактов гибкой печатной платы и вторым концом соединителя. Такое решение является особенно полезным, поскольку позволяет жесткому слою заполнить зазор на втором конце соединителя.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, на втором конце соединителя имеется множество штырьков, а указанный слой заполняет зазор между штырьками и набором контактов гибкой печатной платы. Такое решение является особенно полезным, поскольку предотвращает попадание наполнителя во вставленную область соединителя. Такое решение также по существу предотвращает формирование слабых точек, поэтому концентрация наполнителя в слоях композита по существу является однородной.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, гибкая печатная плата содержит набор контактов, соответствующих множеству контактов соединителя, и относительно жесткий слой, расположенный между набором контактов гибкой печатной платы и внешним слоем пластичного термореактивного композитного материала. Такая конструкция уменьшает напряжения/растяжения, которые в противном случае возникли бы, когда печатную плату обездвиживают в изогнутом положении.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, имеется два относительно жестких слоя, которые расположены на обеих сторонах набора контактов гибкой печатной платы. Такая конструкция еще больше способствует снижению напряжений/растяжений, чтобы иметь возможность обездвижить плату в изогнутой конфигурации для соответствия конкретному месту вокруг компонента транспортного средства или внутри него.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, поверх дорожек печатной платы нанесен электрически изолирующий слой. Такая конструкция является особенно преимущественной, поскольку оно обеспечивает возможность добиться не испытывающей помех связи в оболочке из пластичного термореактивного композитного материала.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, этот изолирующий слой выполнен из стекла. Такая конструкция является особенно преимущественной, поскольку она позволяет лучше защитить дорожки и позволяет видеть эти дорожки сквозь слой стекла, и стекло является особо стабильным соединением по сравнению со слоями композитного материала.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, узел содержит первый набор электрических дорожек, расположенных на гибкой печатной плате в плоской конфигурации, и второй набор электрических дорожек, в форме проводов в металлической оплетке в плоской конфигурации; при этом первый набор и второй набор расположены рядом друг с другом для формирования по существу плоской конфигурации. Такая конструкция позволяет получить по существу плоскую конфигурацию, преимуществом которой является возможность установки в ограниченное пространство. Такое решение, кроме того, позволяет осуществлять передачу и электрических сигналов, и электроэнергии с минимальными помехами или без помех между силовыми линиями и сигнальными дорожками.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, гибкая печатная плата содержит один или более относительно жесткий участок. Жесткие участки, например, могут иметь форму процессора или другого компонента, который также может быть лучше защищен путем внедрения между композитными слоями, тогда как гибкие участки позволяют плате принимать формы и конфигурации, соответствующие конфигурациям компонентов транспортного средства или других сложных форм.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, один или более относительно жесткий слой сформирован из материала печатной платы без каких-либо дорожек. Этот материал особенно пригоден для механического и электрического разделения штырьков на конце соединителя, с которыми он соединен.

Согласно второму широкому аспекту настоящего изобретения предлагается способ изготовления узла соединителя и электрических дорожек, содержащий этапы, на которых:

- выбирают печатную плату с множеством электрических дорожек,

- выбирают по меньшей мере два слоя пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель,

- помещают плату между этими двумя слоями,

- обрабатывают узел для отверждения слоев.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, предусматривается этап, на котором выбирают гибкую печатную плату.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, способ далее содержит этап, на котором выбирают множество проводов в металлической оплетке и помещают их между дорожками. Это позволяет получить узел, оптимизированный для передачи электрических сигналов и, одновременно, позволяет узлу передавать электроэнергию.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, способ содержит этап, на котором провода в металлической оплетке и печатную плату помещают рядом друг с другом по существу в плоской конфигурации. Эта конфигурация позволяет осуществлять связь с минимальными наводками или без наводок.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, способ содержит этап, на котором выбирают один или более соединитель, и внедряют по меньшей мере один конец этого соединителя между слоями термореактивного композитного материала. Такая конфигурация уменьшает напряжение/растяжение определенных участков гибкой печатной платы для минимизации нарастания напряжений/растяжений, которые в противном случае вызовут преждевременное разрушение.

Согласно еще одному вспомогательному аспекту настоящего изобретения, соединитель содержит множество штырьков и для заполнения зазоров между штырьками помещают жесткий слой. Это позволяет повысить механическую прочность штырьков и, одновременно, предотвратить появление произвольных пустот между слоями композита и соединителем, которые могут ослабить общую прочность композита и привести к возникновению локальных коротких замыканий.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - разнесенный вид в перспективе части узла соединителя и электрических дорожек.

Фиг.2 - сечение части узла соединителя и электрических дорожек.

Фиг.3 - вид в перспективе части узла соединителя и электрических дорожек по другому варианту настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид в перспективе части узла соединителя и электрических дорожек по другому варианту настоящего изобретения.

Подробное описание чертежей

На Фиг.1 показана часть 1 соединителя с первым концом 2 и вторым концом 3. Концу 3 может быть придана форма для крепления к другому соединителю известного типа. Конец 2 содержит внутреннюю поверхность 4, от которой отходит множество штырьков, таких как штырек 5, которые служат точками контакта.

Жесткий диск или пластина 6, остается жесткой и до, и после обработки, относительно гибкой печатной платы 7, которая является относительно гибкой и до, и после обработки (хотя при эксплуатации после обработки гибкая печатная плата обездвижена между слоями композитного материала). Пластина 6 имеет такую форму и конфигурацию, чтобы прилегать к внутренней поверхности 4 и соответствовать внутреннему диаметру 8 конца 2 соединителя. Пластина 6 предпочтительно выполнена из непроводящей подложки, подобной той, которая используется для изготовления печатных плат. Непроводящая подложка предпочтительно является негорючей. Она может, например, относится к четвертой категории огнестойкости (FR-4). В пластине 6 выполнено множество отверстий, таких как отверстие 9, соответствующих отдельным штырькам. Когда пластина 6 установлена на внутреннюю поверхность 4 и во внутренний диаметр, она заполняет по существу весь объем. Штырьки 5 выступают из пластины 6 на достаточное расстояние, чтобы входить в контакт с проводящими кольцевыми элементами 10 гибкой платы 7. От каждого кольцевого элемента 10 отходит множество электропроводных дорожек, нанесенных на гибкую печатную плату. На чертеже показана иллюстративная дорожка 11. Другие проводящие дорожки опущены для упрощения и ясности. Изолирующая подложка платы выполнена предпочтительно из полиимида или полиэфира. Гибкая плата допускает изгиб с радиусом, предпочтительно, допускающим изгиб на 20-360°.

Штырьки 5 припаяны к кольцевым контактным элементам 10, что позволяет гибкую плату закрепить на месте.

Проводящие дорожки 11 покрывает изолирующий слой, который может быть выполнен из стекла. Над слоем стекла находится еще одна изолирующая пластина 12, которая имеет такую же форму и конфигурацию, что и ранее описанная пластина 6. Она может содержать множество отверстий, в которые входят любые выступающие штырьки и/или выступающий припой. Для крепления пластины 12 к гибкой плате 7 можно использовать клей. Кроме того имеется внешний слой 13, показанный прямой линией и выполненный из композитного материала, содержащего волокна и наполнитель. Кроме того, имеется второй внешний слой 14 из композитного материала, содержащего волокна и наполнитель, чтобы между этими внешними слоями находились обе пластины и гибка плата, и эти внешние слои после термообработки обездвиживают их.

Слои композитного материала перед термообработкой являются относительно гибкими, а после термообработки становятся относительно жесткими. Начальная гибкость позволяет укладывать листы в пресс-форме для термообработки и придания сложной формы. Композитный материал первоначально может иметь форму листа из переплетенных волокон так, что пряди проходят в одном направлении, или в направлении, перпендикулярном этому направлению. Можно применять сетчатое плетение. Такие материалы, состоящие из полимерной смолы и волокон, легко доступны в различных форматах. Особо предпочтительным композитным материалом является материал, содержащий углеродные волокна и смолу. Естественная вязкость смолы помогает придать плате любую нужную конфигурацию и, затем, подвергнуть ее термообработке для отверждения. Композитным материалом может быть, например, MTM57CF300.

На гибкой плате имеется множество проводящих дорожек, которые могут быть выполнены из следующих материалов: медь, медь покрытая оловом, медь, покрытая никелем, медный сплав, покрытый серебром и медный сплав, покрытый никелем.

Кромки пластин 6 и 12 могут быть предпочтительно скошены. Особенно на внутренних участках, которые зацепляются с гибкой платой, чтобы минимизировать возникновение напряжений/растяжений, которые могут создавать острые кромки.

На Фиг.2 показаны компоненты по Фиг.1 в собранной форме, где для ясности показаны зазоры между слоями, а в собранном изделии зазоров по существу нет. Как видно на чертеже, гибкую плату можно согнуть и зафиксировать в согнутом положении термореактивным процессом. Как показано на Фиг.2, конец 2 соединителя 1 расположен внутри слоев композитного материала. Чтобы не допустить зазоров в компоненте, в соответствующие места можно добавить стекловолокно.

На Фиг.3 показан узел 17 соединителя и электрических дорожек первым соединителем 18 и вторым соединителем 19. В первой части имеется множество [силовых] электрических проводов в металлической оплетке или дорожек 20, а на по существу гибкой плате 21 имеется множество сигнальных электрических дорожек. Электрические провода в металлической оплетке мо меньшей мере частично могут быть предназначены для передачи электроэнергии между соединителями, а дорожки на гибкой плате в первую очередь предназначены для передачи электрических сигналов. Слои композитного материала расположен по обе стороны первой и второй частей, чтобы можно было подвергнуть узел термообработке для получения по существу плоского компонента. Электрическая печатная плата и провода расположены рядом друг с другом с зазором 22, имеющимся между участками, чтобы избежать наводок. Слой изоляционного материала может быть нанесен между дорожками печатной платы, но он не нужен над проводами, поскольку они уже имеют собственные изолирующие оболочки. В соединителях также могут быть установлены пластины, заполняющие любой зазор, остающийся между штырьками или другими контактными точками, встроенными в узел и для уменьшения напряжений/растяжения в гибкой плате и/или проводах.

Слои, провода и/или печатную платы можно поместить в пресс-форму, которая придает узлу форму. Чтобы повысить чистоту поверхности предпочтительно использовать стеклянную или алюминиевую пресс-форму. Алюминиевая пресс-форма с изогнутой поверхностью позволяет ламинату принять форму этой изогнутой поверхности после термообработки. Для удаления воздуха из пространства между слоями можно применять вакуумное приспособление перед установкой в автоклав для термообработки под давлением (предпочтительно в вакууме). Температуру термообработки выбирают так, чтобы найти баланс между экономией и скоростью термообработки. Для такой обработки, однако, предпочтительной является температура прибл. от 100 до 125°С. После остывания узел отверждается как комбинация гибкой печатной платы, а композитный материал приобретает относительно жесткую структуру с геометрией, заданной пресс-формой.

Затем эту жесткую структуру можно оснастить ответными соединителями для встраивания в транспортное средство в нужное место. Способ также содержит этап, на котором внедряют часть соединителя между слоями термореактивного композитного материала.

Способ также предусматривает наличие этапа, на котором наносят один или более жесткий изолирующий слой для заполнения зазоров между штырьками соединителя.

Пластину выбирают так, чтобы она входила в соответствующую полость на конце соединителя и крепилась на месте, когда гибкая плата припаивается к штырькам соединителя.

Способ также предусматривает этап, на котором на кромках пластин выполняют фаски, чтобы удалить острые кромки, через которые загибается гибкая плата. Пресс-форма также содержит барьер, чтобы во время обработки наполнитель не покрыл весь соединитель.

Вместо отдельного отверждения гибкой печатной платы, настоящее изобретение предусматривает интегрирование электрических проводов и гибкой печатной платы.

В еще одном варианте настоящего изобретения предусматривается размещение гибкой печатной платы и относительно жесткой пластины между слоями композитного материала. Гибкая печатная плата может быть расположена рядом с жесткой пластиной.

На Фиг.4 показана часть 23 узла соединителя и электрических дорожек. Гибкая плата 24 находится межу двумя слоями 25 и 26 композитного материала. Плата сформирована из электрически изолирующего слоя или подложки 27, на которой напечатаны электропроводные дорожки 28. Между дорожками и соединительными портами соединителя 30 проходит множество соединительных штырьков 29. Соединитель 30 содержит множество отдельных соединительных участков 32, 33 и 34. Кроме того, для повышения сопротивления изгибу, множество участков композитного материала могут быть ориентированы так, чтобы сопротивляться изгибу, например, иметь форму полосы, проходящей под углом (например, перпендикулярно) к поверхности основания узла. Факультативно, между штырьками может быть установлена прокладка, предотвращающая попаданию наполнителя в пространства между штырьками.

Узел соединителя и электрических дорожек содержит соединитель с множеством электрических контактов, при этом соединитель выполнен с возможностью соединения первым концом со вторым соединителем, а вторым концом - с участком печатной платы со множеством электрических дорожек; в котором участок печатной платы расположен между первым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель, и вторым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель. Технический результат - повышение надежности связи по электрическим дорожкам в условиях вибрации и других механических сил напряжения/растяжения с возможностью интегрирования печатной платы в узел без применения других средств для обездвиживания. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел соединителя и электрических дорожек, содержащий соединитель, имеющий множество электрических контактов, при этом соединитель выполнен с возможностью соединения своим первым концом с другим соединителем; при этом указанный соединитель выполнен с возможностью соединения вторым концом с участком печатной платы с множеством электрических дорожек; при этом участок печатной платы расположен между первым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель, и вторым слоем пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель; и при этом поверх дорожек печатной платы нанесен электрически изолирующий слой.

2. Узел по п.1, в котором печатная плата является гибкой.

3. Узел по п.2, в котором в гибкую печатную плату встроен набор контактов, соответствующих множеству контактов указанного соединителя, и между указанным набором гибкой печатной платы и одним из указанных слоев пластичного термореактивного композитного материала расположен относительно жесткий слой.

4. Узел по п.3, в котором указанный жесткий слой расположен между указанным набором гибкой печатной платы и указанным вторым концом соединителя.

5. Узел по п.4, в котором второй конец соединителя включает в себя множество штырьков на указанном втором конце и указанный слой, по существу, заполняет любой зазор между штырьками и указанным набором гибкой печатной платы.

6. Узел по п.2, в котором гибкая печатная плата содержит набор контактов, соответствующих множеству указанных контактов соединителя, и относительно жесткий слой расположен между этим набором гибкой печатной платы и самым внешним слоем из пластичного термореактивного композитного материала.

7. Узел по п.2, в котором имеется два относительно жестких слоя, расположенных с каждой стороны от гибкой печатной платы.

8. Узел по п.1, в котором указанный изолирующий слой выполнен из стекла.

9. Узел по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный узел включает в себя первый набор электрических дорожек, расположенных на гибкой печатной плате в плоской конфигурации, и второй набор электрических дорожек в форме проводов в металлической оплетке в плоской конфигурации, при этом указанные первый набор и второй набор расположены рядом друг с другом для формирования, по существу, плоской конфигурации.

10. Узел по п.2, в котором гибкая печатная плата содержит один или более относительно жесткий участок.

11. Узел по п.3, в котором один или более относительно жесткий слой сформирован из материала печатной платы без каких-либо дорожек.

12. Способ изготовления узла соединителя и электрических дорожек, содержащий шаги, при которых:
- выбирают печатную плату с множеством электрических дорожек;
- выбирают по меньшей мере два слоя пластичного термореактивного композитного материала, содержащего волокна и наполнитель;
- наносят электроизолирующий слой на дорожки печатной платы
- помещают печатную плату между двумя слоями и
- обрабатывают узел для отверждения слоев.

13. Способ по п.12, далее содержащий этап, на котором выбирают гибкую печатную плату.

14. Способ по п.12 или 13, далее содержащий этап, на котором выбирают множество проводов в металлической оплетке и помещают их между двумя слоями.

15. Способ по п.14, содержащий этап, на котором помещают указанные провода в металлической оплетке и указанную печатную плату рядом друг с другом в, по существу, плоской конфигурации.

16. Способ по п.12, содержащий этап, на котором выбирают один или более соединителей и внедряют, по меньшей мере, один конец указанных соединителей между указанными слоями термореактивного композитного материала.

17. Способ по п.13, содержащий этап, на котором помещают заранее обработанный жесткий слой на участок указанной гибкой печатной платы.

18. Способ по п.16, в котором указанный соединитель включает в себя множество штырьков и жесткий слой помещают для заполнения зазоров вокруг штырьков.