Многослойная печатная плата с двухслойным защитным покрытием
Владельцы патента RU 2551838:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к технике электрического печатного монтажа, в частности к конструкциям печатных плат для средств автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение качества защиты печатных плат от воздействия ЭМП, обеспечение улучшения электромагнитной совместимости печатной платы с другими устройствами. Достигается использованием конструкции многослойной печатной платы, состоящей из сигнальных диэлектрических сигнальных слоев, содержащих топологический рисунок печатного монтажа, чередующихся с экранирующими слоями, выполненными в виде сетки, которая снабжена печатными проводниками, повторяющими конфигурацию топологического рисунка соседнего сигнального слоя. Наружные слои покрыты двухслойным защитным покрытием, состоящим из смеси ферритового порошка с полимерным связующим. Концентрация ферритового порошка в слоях защитного покрытия различная, при этом слои наносятся таким образом, чтобы поверхность их соприкосновения, при поперечном сечении в любом направлении, имела «пилообразную» форму. 1 ил.
Изобретение относится к технике электрического печатного монтажа, в частности к конструкциям печатных плат для средств автоматики и вычислительной техники.
При использовании печатных плат в быстродействующих цифровых устройствах печатные проводники на плате становятся источниками излучения электромагнитных полей (ЭМП). В результате воздействия высокочастотных ЭМП возможно нарушение работоспособности цифровых устройств. Традиционным решением в конструировании печатных плат является применение чередующихся экранирующих слоев с максимально возможной площадью экранирования. Однако это не обеспечивает защиту от воздействия ЭМП наружных слоев печатных плат, так как внешние помехи, создаваемые соседними с платой устройствами, и внутренние помехи, создаваемые элементами печатного монтажа, на наружных слоях печатной платы не будут нейтрализованы.
Известна конструкция многослойной платы, состоящей из нескольких склеенных между собой сигнальных слоев, имеющих топологический рисунок печатного монтажа и заданные электрические связи между слоями, причем для обеспечения контролируемых перекрестных наводок многослойная печатная плата снабжена сплошными экранирующими слоями, накоротко соединенными со слоем «земля» по переменному току [1].
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, резкое увеличение вероятности отказа с увеличением габаритных размеров платы при использовании сплошных экранирующих слоев из-за расслоения вследствие различных физических свойств диэлектрика и проводящего слоя;
во-вторых, наружные слои многослойных печатных плат остаются не защищенными от воздействия как внешних, так и внутренних электромагнитных помех;
в-третьих, применение сплошных экранирующих слоев ведет к увеличению веса печатной платы.
Известна также конструкция многослойной печатной платы, состоящая из нескольких сигнальных слоев с топологическим рисунком печатного монтажа, чередующихся с экранирующими слоями, выполненными в виде сетки, что позволяет снизить вес платы и повысить ее надежность вследствие меньшей вероятности ее расслоения [2].
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, низкая помехоустойчивость и сильное влияние перекрестных наводок при наличии проводников различного сечения и конфигурации, что обуславливает ее неприменимость при работе на повышенных частотах, при малых временах нарастания и спада информационного сигнала и при использовании приборов с высоким входным сопротивлением, причем с увеличением площади многослойной платы указанные недостатки резко возрастают;
во-вторых, наружные слои многослойных печатных плат остаются не защищенными от воздействия как внешних, так и внутренних электромагнитных помех.
Известна конструкция многослойной печатной платы [3], которая состоит из диэлектрических сигнальных слоев, содержащих топологический рисунок печатного монтажа, а также экранирующих слоев, выполненных в виде сетки и снабженных печатными проводниками, повторяющими конфигурацию проводников ближайшего сигнального слоя.
Недостатком данной конструкции является то, что наружные слои многослойных печатных плат остаются не защищенными от воздействия как внешних, так и внутренних электромагнитных помех.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция многослойной печатной платы, состоящей из сигнальных диэлектрических сигнальных слоев, содержащих топологический рисунок печатного монтажа, чередующихся с экранирующими слоями, выполненными в виде сетки, которая снабжена печатными проводниками, повторяющими конфигурацию топологического рисунка соседнего сигнального слоя, наружные слои покрыты защитным покрытием, состоящим из смеси ферритового порошка с полимерным связующим.
За счет того, что комбинированное защитное покрытие, содержащее ферритовый порошок, поглощающий ЭМП, излучаемое печатными проводниками и внешними устройствами, данная конструкция многослойной печатной платы, в некоторой степени, позволяет обеспечить защиту печатных проводников наружных слоев печатных плат от воздействия ЭМП соседних устройств, уменьшать влияние печатных проводников друг на друга и снижать величину излучения ЭМП печатной платой в окружающее пространство.
Недостатком данной конструкции является то, что при используемой концентрации ферритового порошка в 15-25% и толщине покрытия 0,4-0,7 мм экранирующие свойства такого защитного покрытия не будут обеспечивать максимально полную защиту от электромагнитного излучения. Причем усиление экранирующих свойств за счет повышения концентрации ферритового порошка приводит к тому, что покрытие становится хрупким, и в процессе эксплуатации многослойной печатной платы возможно его растрескивание и отслоение, повышение толщины защитного покрытия имеет такие же последствия и кроме всего прочего увеличиваются габариты и масса платы.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества защиты печатных плат от воздействия ЭМП.
Технический результат достигается использованием конструкции многослойной печатной платы, состоящей из сигнальных диэлектрических сигнальных слоев, содержащих топологический рисунок печатного монтажа, чередующихся с экранирующими слоями, выполненными в виде сетки, которая снабжена печатными проводниками, повторяющими конфигурацию топологического рисунка соседнего сигнального слоя, наружные слои покрыты двухслойным защитным покрытием, состоящим из смеси ферритового порошка с полимерным связующим. Концентрация ферритового порошка в первом, ближайшем к печатной плате слое защитного покрытия составляет 15%, во втором - 30%. Толщина слоев составляет 0,25-0,35 мм каждый слой, при этом слои наносятся таким образом, чтобы поверхность их соприкосновения, при поперечном сечении в любом направлении, имела «пилообразную» форму (фиг.1). На фиг.1 обозначены: 1 - наружный слой многослойной печатной платы; 2 - первый (внутренний) слой защитного покрытия; 3 - второй (внешний) слой защитного покрытия.
Состав защитного покрытия получают путем добавления в раствор полимерного связующего ферритового порошка. В качестве феррита используют Mn-Zn-, Ni-Zn-, Ba-ферриты, а в качестве полимерного связующего используют лаки (ФЛ-98, ЭТР-5, ПФЛ-86 и др.) или компаунды (ЭПК-1, ЭПК-4, ЭЗК-6 и др.), применяемые в электронике для защиты от воздействий агрессивной внешней среды. Наносится защитное покрытие на наружные слои многослойной печатной платы напылением или намазыванием.
Использование двухслойной структуры покрытия с различной концентрацией ферритового порошка в слоях приведет к увеличению экранирующих свойств защитного покрытия, за счет возникающих на границе раздела двух слоев (сред) переотражений, приводящих к тому, что электромагнитная волна, прошедшая через первый слой защитного покрытия, теряет часть своей энергии, отражаясь от границы раздела. Использование «пилообразной» формы соединения двух слоев защитного покрытия (фиг.1) приводит к тому, что увеличивается расстояние, пройденное преломленной волной во втором слое защитного покрытия, а соответственно увеличиваются потери излучаемой электромагнитной энергии.
Таким образом, применение данной конструкции печатных плат в быстродействующих устройствах сложных цифровых систем позволяет повысить качество защиты печатных плат от воздействия ЭМП, уменьшает взаимодействие между печатными проводниками на наружных слоях печатных плат, снижает излучение ЭМП в окружающее пространство, что обеспечивает улучшение электромагнитной совместимости печатной платы с другими устройствами, а полимерное связующие комбинированного защитного покрытия значительно снижает воздействие агрессивной окружающей среды.
Источники информации
1. ОСТ 4 Г0.10.011. Редакция 1-70 «Платы печатные. Конструирование», с.14, п.6.25, 6.26.
2. SU 1029434 A, 15.07.1983. Многослойная печатная плата.
3. Патент РФ №2324306. Многослойная печатная плата с защитным покрытием (прототип).
Многослойная печатная плата с двухслойным защитным покрытием, состоящая из сигнальных диэлектрических слоев с топологическим рисунком печатного монтажа, чередующихся с экранирующими слоями, выполненными в виде сетки, на которую нанесены печатные проводники, повторяющие конфигурацию топологического рисунка соседнего сигнального слоя, наружные слои печатной платы покрыты защитным покрытием, состоящим из смеси ферритового порошка с полимерным связующим на основе защитных лаков или компаундов, отличающаяся тем, что защитное покрытие выполняется двухслойным, слои имеют различную концентрацию ферритового порошка, а поверхность соприкосновения слоев защитного покрытия, при поперечном сечении в любом направлении, имеет «пилообразную» форму, с плоскими углами в вершинах «пилы», лежащими в пределах 90°-120°.
