Тканая коммутационная плата и способ ее изготовления

 

1. Тканая коммутационная платд, содержащая многослойное переплетение диэлектрических термостойких, термопластичных комплексных нитей и мононитей и токопроводников, отличающаяся тем,, что, с целью упрощения конструкции, повьшшния надежности и технологичности, наружные слои платы вьтолнены из оплавленных термопластичных нитей с нанесенным на них ,токопроводящим слоем, образующих топологический рисунок схемы, участки между которыми выполнены из ворсовых нитей. 2. Способ изготовления тканой коммутационной платы, заключающийся в переплетении диэлектрических термостойких и термопластичных нитей и токопроводников , оплавлении термопластичных нитей и формовании отверстий, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности j при переплетении вводят ворсовые нити, из термопластичных нитей формируют топологический рисунок схемы, затем ворсуют ткань платы, оплавлением термопластичных нитей (Л формуют отверстия и контактные площадки , после чего поверхность металлизируют с последующим удалением ворса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1048 7

A (51)4 H 05 К 1/02

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV. СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

Фиг t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР (21) 3323573/18-21 (22) 17. 07. 81 (46) 23. 12. 86. Бюл. N 47, (72) В.П.Федоров, В.А.Гордеев, Д.А.Дудко, M.Â.Êóçíåöîâ, M.Н.Мокеев,.

В.А.Федоров, Б.Н.Храмов и Д.В.Широков (53) 621.396:6.049(088.8) (54) ТКАНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ ПЛАТА И

СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) 1. Тканая коммутационная плата, содержащая многослойное переплетение диэлектрических термостойких, термо- . пластичных комплексных нитей и мононитей и токопроводников, о т л и ч аю щ а я с я тем,.что, с целью упрощения конструкции, IIQBbtUIeíèÿ надежности и технологичности, наружные слои платы выполнены из оплавленных термопластичных нитей с нанесенным на них.токопроводящим слоем, образующих топологический рисунок схемы, участки между которыми выполнены из ворсовых нитей.

2. Способ изготовления тканой коммутационной платы, заключающийся в переплетении диэлектрических термостойких и термопластичных нитей и токопроводников, оплавлении термопластичных нитей и Аормовании отверстий, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и технологичности; при переплетении вводят ворсовые нити, из термопластичных нитей Аормируют топологический рисуа нок схемы, затем ворсуют ткань платы, g оплавлением термопластичных нитей формуют отверстия и контактные площадки, после чего поверхность металлизируют с последующим удалением ворса.

1 104897

Изобретение относится к области электроники, радиотехники и коммутационной техники связи, предназначено для коммутирования электрических сигналов между схемными элементами и штепсельными разъемами и может быть использовано при производстве тканых коммутационных плат взамен плат пе-. чатного монтажа, реализующих внутримодульные и внутриблочные электриче-. 1О ские соединения.

Известны тканые коммутационные платы (матрицы), содержащие многослойное переплетение диэлектрических нитей и неизолированных токопроводников, образующих электрические соединения.

Эти тканые коммутационные платы имеют недостатки: навесные элементы схемы и их соединения размещены вне структуры платы (матрицы), наличие на наружной поверхнрсти платы петель из токопроводников, наличие паразитных параметров схемы из-sa частичного неиспользования токопроводников, введенных в ткань платы, необходимость фиксаций токопроводников от смещения и защиты от воздействия внешней среды, невысокая точность из-за усадки и коробления ткани и др.

Известен способ изготовления тканой коммутационной платы (матрицы), заключающийся в переплетении диэлектрических нитей и токопроводников, пропайку контактных точек и узлов, 35 выплавление сопроводительных нитей, термофиксацию и химико-технологическую обработку платы.

Недостатками указанного способа 4р являются сложность технологии sa счет формирования контактных точек узлов из неизолированных токопроводников, повышенная металлоемкость из-за наличия токопроводников, не участвую- 45 щих по всей длине в электрических соединениях, необходимость вспомогательных операций и применения различ.ных средств и способов защиты токопроводников от внешних воздействий.

Применение в указанной матрице неиВдлированных токопроводников влечет

sa собой те же недостатки, что и у аналога, усложняющие конструкцию, не обеспечивающие ее надежность и техно- 55 логичность.

Известна тканая коммутационная матрица, содержащая многослойное переплетение диэлектрических термостой6, 2 ких и термопластичных нитей и токопроводников, монолитные участки в виде слоев и отдельных площадок иэ оплавленных термопластичных нитей.

Известен способ изготовления тканой коммутационной платы, заключающийся в переплетении в двух взаимноперпендикулярных направлениях токопроводников и изоляционных нитей, образующих структуру типа ткани, причем при выработке в нее вводят .термопластические нити (моно и комплексные), которые образуют на отдельных площадках, участках и слоях собственные переплетения и переплетения с термостойкими изоляционными нитями, а после формирования ткань подвергают тепловой обработке при температуре, равной температуре плавления термопластических нитей, после чего ткань охлаждают.

Тепловую обработку ткани по приведенному способу производят в термических камерах с помощью подаваемого разогретого теплоносителя.

Недостатками этого способа являются те же, что и в способе-аналоге, обусловлены наличием неизолированных токопроводников, а также при свободном расплавлении термопластичных нитей происходит растекание массы по структуре, что ухудшает ее качество, а разогрев всего объема ткани требует большего расхода энергии.

Цель изобретения — упрощение конструкции, повышение надежности и технологичности — достигается тем, что в тканой коммутационной плате, содержащей многослойное переплетение диэлектрических термостойких, термопластичных комплексных .нитей и мононитей и токопроводников, наружные слои платы выполнены из оплавленных термопластичных нитей с нанесенным на них токопроводящим слоем, образующих топологический рисунок схемы, участки между которыми выполнены из ворсовых нитей.

В способе изготовления тканой коммутационной платы, заключающемся в переплетении диэлектрических термостойких и термопластических нитей и токопроводников, оплавлений термопластичных нитей и формовании отверстий при переплетении вводят ворсовые нити, из термопластичных нитей формиру

I ют топологический рисунок схемы, за-. тем ворсуют ткань платы, оплавлением3 10489 термопластичных нитей формуют отверстия и контактные площадки, после че- . го поверхность металлизируют с последующим удалением ворса.

На фиг.1 приведен общий вид тканой 5 коммутационной платы, . на фиг.2 - то же, с избирательной поверхностью после выработки (рисунок электросхем заштрихован); на фиг.3 — то же, после выработки и ворсования; на фиг.4 — 10 то же, после выработки, ворсования, теплового формования (тиснения); на фиг.5 - разрез тканой коммутационной платы после формования и металлизации; на фиг.6 — схема пооперационной 15 технологии изготовления тканых комму-. тационных плат (способ изготовления); на фиг.7 - схема установки теплового формования пазов, отверстий, площадок и токовых трасс рисунка электросхемы 20 под металлиэацию; на фиг.8 — схема установки снятия ворса с поверхности платы после металлизации.

Тканая коммутационная плата выполнена многослойной из диэлектрических 25 термостойких нитей 1, 2 и термопластичных нитей 3, 4, проходящих. по утку и основе, образующих собственные слои, площадки или целые по сечению. структуры. Термостойкие нити 1, 2 и 30 термопластичные нити 3, 4 на внешних поверхностях переплетейиями формируют рисунок топологии электрических соединений реализуемой электросхемы апа и и образуют внешние однородные слои а и "c", выработанные из одного вида

:нитей. Средний слой "b" .с целью увеличения жесткости платы выполняется

as термопластичных мононитей 5, 6 ,утка и основы, 40

На участках, образованных переплетениями термопластичных нитей, имеются отформованные. пазы 7, отверстия 8, площадки 9, каналы 10 и цифробуквенные обозначения 11, которые 45 содержат токопроводящий слой в виде пленки 12, толщина которого опреде- ляется коммутируемыми токами и напряжением и зависит от процесса металлизации.

Плата вырабатывается на многочелночном ткацком автомате в виде непрерывной ленты 20.

50 Автомат заправляется по утку и основе различными диэлектрическими нитями: термостойкими 1, 2 (стеклонить, аремид полифен), термопластичными комплексными 3, 4 (полиамид + полисти55 рол, лавсан) и мононнтями 5, 6 и sop-! совыми нитями с малой круткой и коротким волокном или нитями с избирательной адгезией (положительной или отрицательной) к осаждаемым при металНаружные участки из термопластичных комплексных нитей вырабатываются на 2 мм больше по ширине (диаметру) и длине, чем пазы 7, отверстия 8, площадки 9, каналы 10 и зона маркировки под цифробуквенные обозначения

11. Кроме наружных переплетений, те термопластичные комплексные нити Д

4 на требуемых участках (отверстия, зенковкй, прорези и т.д.) образуют целые структуры по всей толщине целые структуры по всей толщине платы.

При повышенной коммутационной плотности наружные поверхности платы вырабатываются полностью из термопластичных комплексных ворсовых нитей 7 (штапелированные нити).

Тканая плата также может иметь неметаллизированные отверстия, площадки, прорези и т.д., полученные теп- ловым формованием, предназначенные для крепления съемных элементов к ее поверхности и для установки платы н аппаратуре.

Подсоединение контактных выводов схемных элементов и штепсельных раэьемов к. тканой йлате производится аналогично, как и на платах печатного монтажа. Изготовление тканой коммутационной платы производится s следующей технологической последоваТельности (см . фиг.6): выработка непрерывной ленты на ткацком автомате 13, ворсование на ворсовальной уста» нонке 14, тепловое формование (тиснение) па-: зов, отверстий, каналов, площадок под металлизацию на установке 15, металлизация ионным или газоплазменным способом в вакуумной камере установки 16, снятие ворса на стригальной уста- новке 17, наращивание металлизированного слоя на установке 16, тепловое формование конструктивных элементов (крепежных отверстий, площадок, прорезей и т.д.) и отрезка на установке 19.

5 104897 лизации частичкам металла на поверхности платы.

При выработке (см. фиг.2) на наружных слоях платы Аормируется топологический рисунок схемы из термопластичных комплексных нитей с максимальной плотностью, а остальные части внешних поверхностей могут вырабатываться из различных по физико-механическим и химическим параметрам ворсо- 10 вых нитей (нитей с минимальной круткой и коротким (до 40 мм) волокном) или отрицательной к металлу адгезией.

Исходный материал нитей, их количественные сложения и крутка для Аор- 15 мирования внутренних слоев зависят от конструктивных требований и условий эксплуатации тканых плат.

Одновременно с:формированием топологического рисунка из термопластич- 20 ных комплексных нитей на внешних поверхностях и по всему сечению в необ.ходимых местах формируются площадки для конструктивных элементов — крепежных отверстий, прорезей и т.д., не подлежащих металлизации.

Управление нитями основы и порядком смены челноков производится жаккардовой машиной нли ремизками в зависимости от сложности .топологическо- ЗО

ro рисунка.

В структуру платы могут быть введены и металлические токопроводннки, выполняющие роль шин питания или экранных сеток. 35

После ткацкого автомата непрерывная лента 20 проходит на ворсовальную установку 14, где с помощью специальных карчеточных валов или электростатического поля на ворсовьм нитях вы- 40 деляются филаментарные волокна, которые образуют над нитями, а соответственно, .и отдельными поверхностями платы ворс (см. фиг.3).

Пройдя ворсование, лента 20 попа- 45 дает на термическую установку 15, где в пресс-форме производится тепловое формование пазов, отверстий, каналов и др. элементов топологического рисунка под металлизацию (см. фиг. 4). 50

Обе части пресс-формы — пуансон и .матрица — имеют выпуклые рисунки, а аналогичные выработанному на ткани топологическому рисунку схемы, и при смыкании оплавляют термопластичные 55 комплексные нити, формируя сквозные отверстия, пазы и каналы.

Температура разогрева пресс-формы зависит от материала термопластичных

6. 6 нитей и может колебаться в широкйх пределах от 120 до 500 С.

Глубина внедрения частей прессформы, производящих тиснение несквозных элементов (площадок, пазов, каналов и др.) схемы, колеблется в пределах 0,2-1 мм и зависит от конструктивных требований и последующей при необходимости герметизации (компаундирование, напыление, заливка и т.д.).

После теплового формования лента

2С проходит через шлюзы в вакуумную камеру установки 16, где ионным или гаэоплазменным напылением производится металлизация поверхности тканых плат, односторонняя или двусторонняя в зависимости от наличия топологического рисунка схемы на обеих ее сторонах.

Учитывая, что частицы металла обладают повышенной адгеэией к гладким поверхностям, на отформованных участках рисунка схемы осаждается слой токопроводящего металла (алюминий, медь, серебро и т.д.) толщиной до

5 мк. Напыление плат может быть ступенчатым или многослойным, т.е. токопроводящие трассы платы могут иметь многослойное покрытие из однородного металла.или иметь подслойные покрытия, например, вначале медь, а потомсеребро, Толщина металлизируемого слоя и его элементный состав зависят от коммутируемых токов и напряжения, способов подсоединения контактных выводов схемных элементов к токопроводящим трассам, степени надежности и ответственности изготавливаемой платы и др. требований.

Технологически толщина металлизированного слоя зависит от времени металлизации.

При металлизации взвешенные частички металла осаждаются не только на отформованные элементы рисунка схемы, но и на остальные поверхности платы, однако учитывая, что последние имеют ворсовую поверхность или.выработаны из избирательных нитей с отрицательной к металлу адгезией, возможность сплошной (монолитной) металлизации исключена.

При металлизации могут использоваться защитные маски, накладываемые на участки ткани, не подлежащие нанесению токопроводящих пленок.

По окончании процесса металлизации лента 20 проходит на установку, где

6 8 необходимых для установки тканой пла4 ты в аппаратуре и механического крепления на ней схемных элементов. Одновременно с конструктивным формованием тканых плат, на установке 19 может производиться термофиксацня структуры переплетений и отрезка от ленты 20 готового изделия.

7 . 104897 при помощи вибрационных ножей производится удаление ворса с осевшими на .него частичками металла.

При выработке тканых плат с изби,рательной поверхностью, сформированной из нитей с отрицательной адгезией. (за исключением топологнческого рисунка схемы), на установке 17 производится направленное вибрационное снятие осевшего металла, и в этом 10 случае вибрационный нож используется в качестве направляющего плуга.

После удаления ворса с частичками металла, при необходимости на гальва- . нической установке 18 металлизирован- 15 ный слой на отформованном рисунке схемы может быть увеличен.

Пройдя дополнительную металлизацню, лента 20 перемещается на установку

19, где производится тепловое формование конструктивных элементов (отверстий, прорезей, площадок и т.д.), Эффективностью от внедрения предлагаемого технического решения явля1 ется улучшение эксплуатационных и конструктивных характеристик тканых коммутационных плат, повышение точности изготовления и снижение материалоемкости, исключение из процесса изготовления операций по формованию топологических проявлений и пайки контактных узлов и соответственно упрощение технологического процесса за счет сокращения подготовительных операций и технологических переходов.

1048976 и

Фиг. 4

1048976

Фиг. 7

1048976

Техред M.Õoäàíè÷ КорректорМ.Демчик

Редактор Л.Лашкова

Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6979/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4