RU86833U1

RU86833U1 - MULTILAYER PRINTED BOARD

Info

Publication number: RU86833U1
Application number: RU2009118551/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Любимов; Владимир Степанович Серегин; Евгений Константинович Шавырин; Илья Романович Плоткин
Original assignee: Зао Нпп "Оптэкс"
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Многослойная печатная плата, выполненная в виде пакета соединенных с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы изолированных друг от друга печатных плат с отверстиями и металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде витков, соединены между собой через металлизированные отверстия и образуют обмотки электромагнитных компонентов, отличающаяся тем, что электромагнитные компоненты выполнены во внутренних слоях многослойной печатной платы, а на внешнем слое платы сформированы посадочные места для радиоэлектронных компонентов и элементы их коммутации.A multilayer printed circuit board made in the form of a package of printed circuit boards isolated from each other with holes and metallization in the form of a pattern of conductors and contact pads connected with semi-hardened resin gaskets, with the conductors on each side made in the form of turns, interconnected through metallized holes and form the windings of electromagnetic components, characterized in that the electromagnetic components are made in the inner layers of the multilayer printed circuit board, and on the outer layer of the board with formed seats for electronic components and their switching elements.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к изготовлению источников питания с плоскими трансформаторами и дросселями на основе многослойных печатных плат (МПП).The utility model relates to radio engineering, in particular, to the manufacture of power supplies with flat transformers and inductors based on multilayer printed circuit boards (MPP).

Известна многослойная печатная плата, представляющая собой плоский трансформатор, содержащая изолирующие слои, токопроводящие детали, пакет диэлектрических подложек с отверстиями и односторонней металлизацией, выполненной в виде рисунка проводников и контактных площадок. Металлизированные слои соединены между собой по входным и выходным контактным площадкам методом пайки оловянным припоем (Патент на изобр. №2149526,Н05К 3/46 2000 г).Known multilayer printed circuit board, which is a flat transformer containing insulating layers, conductive parts, a package of dielectric substrates with holes and one-sided metallization, made in the form of a pattern of conductors and pads. The metallized layers are interconnected at the input and output contact pads by tin soldering (Patent for the invention. No. 2149526, Н05К 3/46 2000 g).

Недостатком такого трансформатора является его низкая надежность и большая трудоемкость изготовления и сборки, связанные с необходимостью осуществлять соединение слоев между собой путем пайки оловянным припоем, и производить межслойную герметизацию трансформатора путем вакуумной пропитки герметиком с целью защиты медных проводников от коррозии и пробоев. Эта конструкция не применима, когда количество соединений между входными и выходными контактными площадками больше 10-12 шт.The disadvantage of such a transformer is its low reliability and the great complexity of manufacturing and assembly, associated with the need to connect the layers together by soldering with tin solder, and to perform interlayer sealing of the transformer by vacuum impregnation with sealant to protect copper conductors from corrosion and breakdowns. This design is not applicable when the number of connections between the input and output pads is more than 10-12 pcs.

Наиболее близким техническим решением является многослойная печатная плата, представляющая собой плоский трансформатор, выполненный в виде пакета изолированных друг от друга печатных плат с отверстиями и металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок. Печатные платы выполнены на жестких диэлектрических подложках, имеют двухстороннюю металлизацию, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия и образуют обмотки электромагнитных компонентов. Соединение печатных плат в пакет осуществляется с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы (Патент на полезную модель №16318, МКИ Н05К 3/46, 2000 г.).The closest technical solution is a multilayer printed circuit board, which is a flat transformer made in the form of a package of isolated printed circuit boards with holes and metallization in the form of a pattern of conductors and pads. Printed circuit boards are made on rigid dielectric substrates, have double-sided metallization, while the conductors on each side are made in the form of turns and are interconnected through metallized holes and form windings of electromagnetic components. The connection of printed circuit boards in a package is carried out using gaskets made of semi-hardened resin (Utility Model Patent No. 16318, MKI N05K 3/46, 2000).

Недостатком конструкции данной многослойной печатной платы является необходимость применения поверхностного монтажа при ее использовании в качестве трансформатора (или дросселя) в изделиях, что снижает надежность разрабатываемого изделия, увеличивает габаритные размеры и массу, снижает его КПД, поскольку именно электромагнитные компоненты (трансформаторы и дроссели) определяют эти параметры изделия.The design drawback of this multilayer printed circuit board is the need for surface mounting when used as a transformer (or inductor) in products, which reduces the reliability of the product being developed, increases overall dimensions and weight, reduces its efficiency, since it is the electromagnetic components (transformers and reactors) that determine these product parameters.

В основу полезной модели положено требование уменьшения весогабаритных параметров, увеличения надежности и КПД изделий на основе многослойной печатной платы за счет создания единой конструкции печатной платы и электромагнитных компонентов (трансформаторов и дросселей), например, в источниках питания, для которых требования к этим параметрам имеют решающее значение.The utility model is based on the requirement of reducing weight and size parameters, increasing reliability and efficiency of products based on a multilayer printed circuit board by creating a unified design of the printed circuit board and electromagnetic components (transformers and chokes), for example, in power supplies for which the requirements for these parameters are decisive value.

Поставленная задача решается тем, что многослойная печатная плата выполнена в виде пакета изолированных друг от друга печатных плат с отверстиями и металлизацией в виде рисунка проводников и контактных площадок, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия, образуя обмотки электромагнитных компонентов. Электромагнитные компоненты выполнены во внутренних слоях многослойной печатной платы, а на внешнем слое платы сформированы посадочные места для радиоэлектронных компонентов и элементы их коммутации. Печатные платы выполнены на жестких диэлектрических подложках, имеют двухстороннюю металлизацию, при этом проводники трансформатора и дросселя на каждой из сторон выполнены в виде витков и соединены между собой через металлизированные отверстия. Формирование печатных плат в пакет осуществляется с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы.The problem is solved in that the multilayer printed circuit board is made in the form of a package of isolated circuit boards with holes and metallization in the form of a pattern of conductors and contact pads, while the conductors on each side are made in the form of turns and are interconnected through metallized holes, forming windings of electromagnetic components. The electromagnetic components are made in the inner layers of the multilayer printed circuit board, and on the outer layer of the board, seats for radio-electronic components and their switching elements are formed. Printed circuit boards are made on rigid dielectric substrates, have two-sided metallization, while the transformer and inductor conductors on each side are made in the form of turns and are interconnected through metallized holes. The formation of printed circuit boards in a package is carried out using semi-cured resin gaskets.

Фигуры 1-3 иллюстрируют предлагаемую конструкцию.Figures 1-3 illustrate the proposed design.

На фиг.1 показана многослойная печатная плата (МПП), для источника питания со встроенными плоскими электромагнитными компонентами (плоские трансформатор 1 и дроссели 2).Figure 1 shows a multilayer printed circuit board (MPP), for a power source with built-in flat electromagnetic components (flat transformer 1 and chokes 2).

На фигуре 2 изображено сечение МПП,The figure 2 shows a section of the MPP,

На фигуре 3 изображена конструкция одой из внутренних печатных плат 3, составляющих МПП. Печатная плата 3 имеет двухстороннюю металлизацию выполненную в виде витков 4, причем витки с одной стороны являются продолжением витков с другой стороны. Соединение витков между собой осуществляется с помощью металлизированных отверстий 5 (фигура 2). Сформированные таким образом обмотки трансформатора и дросселей расположены внутри МПП и оказываются подключенными к электрической схеме изделия. Механическое соединение печатных плат 3 в пакет производится с помощью прокладок 6 из полуотвердевшей смолы типа эпоксидной. Процесс соединения печатных плат производится методом горячего прессования. Проводники разных уровней соединяются между собой путем сверления отверстий 7 с последующей металлизацией. На наружном слое многослойной печатной платы (фигура 1) расположены посадочные места для поверхностного монтажа радиоэлектронных компонентов 8, проводники и контактные площадки 9 в соответствии с электрической схемой их коммутации.The figure 3 shows the construction of one of the internal printed circuit boards 3 that make up the MPP. The printed circuit board 3 has a double-sided metallization made in the form of turns 4, and the turns on the one hand are a continuation of the turns on the other hand. The connection between the turns is carried out using metallized holes 5 (figure 2). The windings of the transformer and chokes formed in this way are located inside the MPP and are connected to the electrical circuit of the product. The mechanical connection of the printed circuit boards 3 into a bag is made using gaskets 6 made of semi-hardened epoxy resin. The process of connecting printed circuit boards is carried out by hot pressing. Conductors of different levels are interconnected by drilling holes 7 with subsequent metallization. On the outer layer of the multilayer printed circuit board (figure 1) there are seats for surface mounting of the electronic components 8, conductors and pads 9 in accordance with the electrical circuit of their switching.

Пример.Example.

В двухстороннем фольгированном стеклотекстолите с медной фольгой толщиной 35 мкм методом сверления изготавливают переходные отверстия. Проводят их металлизацию. Методом фотолитографии формируют проводники и контактные площадки электрической схемы, а также обмотки трансформатора и дросселей. Обмотки трансформатора и дросселей формируют в виде спиралей в каждом внутреннем слое многослойной печатной платы. Затем, используя прокладки из стеклоткани, пропитанные полуотвердевшей смолой, методом горячего прессования собирают многослойную печатную плату. В собранной таким образом многослойной печатной плате просверливают сквозные переходные отверстия и проводят их металлизацию. Изготавливают окна для ферритовых сердечников и наносят паяльную маску. Количество печатных плат в МПП выбирают в зависимости от числа витков в обмотках трансформатора и дросселей, а также допустимой плотности тока в проводниках. На контактные площадки, не закрытые паяльной маской, монтируют резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы микросхемы и другие радиоэлектронные компоненты согласно электрической схеме.In double-sided foil-coated fiberglass with a copper foil with a thickness of 35 μm, vias are made by drilling. Spend their metallization. The method of photolithography forms the conductors and contact pads of the electrical circuit, as well as the transformer windings and chokes. The transformer and inductor windings are formed in the form of spirals in each inner layer of a multilayer printed circuit board. Then, using fiberglass gaskets impregnated with semi-hardened resin, a multilayer printed circuit board is assembled by hot pressing. In the assembled multilayer printed circuit board, through vias are drilled and metallized. Windows for ferrite cores are made and a solder mask is applied. The number of printed circuit boards in the MPP is selected depending on the number of turns in the transformer windings and inductors, as well as the permissible current density in the conductors. On contact pads that are not covered by a solder mask, mount resistors, capacitors, diodes, transistors, microcircuits and other electronic components according to the electrical circuit.

Благодаря применению предлагаемой конструкции высота, например, источника питания DC-DC мощностью 100 Вт при одинаковой с прототипом длине и ширине уменьшится с 13 мм до 10 мм, а масса снизится до 58 г вместо 190 г. Кроме того, планарные трансформаторы наилучшим образом приспособлены для организации чередования слоев обмоток. В каждом слое печатной платы может быть расположено ограниченное количество витков, поэтому силовые обмотки трансформаторов преобразователей напряжения располагают, как правило, в нескольких слоях печатной платы. Это позволяет эффективно чередовать слои обмоток, располагая их в соседних слоях печатной платы. Все это вместе взятое позволяет повысить КПД трансформатора до 98%, а КПД источника питания на основе этого трансформатора довести до 95%.Due to the use of the proposed design, the height, for example, of a 100 W DC-DC power supply with the same length and width as the prototype will decrease from 13 mm to 10 mm, and the weight will decrease to 58 g instead of 190 g. In addition, planar transformers are best suited for organization of alternating layers of windings. A limited number of turns can be located in each layer of the printed circuit board, therefore, the power windings of the transformers of the voltage converters are usually located in several layers of the printed circuit board. This allows you to effectively alternate layers of windings, placing them in adjacent layers of the printed circuit board. All this taken together allows to increase the efficiency of the transformer up to 98%, and the efficiency of the power source based on this transformer to bring up to 95%.

Claims

A multilayer printed circuit board made in the form of a package of printed circuit boards isolated from each other with holes and metallization in the form of a pattern of conductors and contact pads connected with semi-hardened resin gaskets, with the conductors on each side made in the form of turns, interconnected through metallized holes and form the windings of the electromagnetic components, characterized in that the electromagnetic components are made in the inner layers of the multilayer printed circuit board, and on the outer layer of the board with formed seats for electronic components and their switching elements.