分離母板微型互聯(lián)技術(shù)

鄭大安

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都610036)

分離母板微型互聯(lián)技術(shù)

鄭大安

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都610036)

針對(duì)分離式母板互聯(lián)的互聯(lián)空間小、互聯(lián)母板中的臺(tái)階板組裝難和互聯(lián)短路等問題，通過對(duì)分離母板組裝、精度控制等技術(shù)進(jìn)行研究，確定了微型互聯(lián)技術(shù)，采用絲印模板開口技術(shù)和方波形精度控制技術(shù)，解決了分離式母板微型互聯(lián)技術(shù)難題。

母板；分離母板；精度控制；微型互聯(lián)技術(shù)

《分離式母板互聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)》[1]一文，對(duì)分離式母板互聯(lián)概念、內(nèi)涵及其作用進(jìn)行了闡述，并重點(diǎn)介紹了與分離式母板互聯(lián)設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)，所以本文不再對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行論述，而是在分離式母板互聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)容基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了分離母板的微型互聯(lián)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)。

在分離母板互聯(lián)技術(shù)中，可以有微型互聯(lián)、插針垂直互聯(lián)以及多方向分離母板凸點(diǎn)互聯(lián)等多種互聯(lián)形式，分別如圖1～圖3所示。本文介紹的微型互聯(lián)技術(shù)采用了臺(tái)階板的設(shè)計(jì)形式，依靠微型連接器的彈性觸點(diǎn)與臺(tái)階上的焊盤可靠接觸，來實(shí)現(xiàn)分離狀態(tài)的2板間電信號(hào)互聯(lián)[1-4]。

圖2 微型插針垂直互聯(lián)

圖3 微型插針垂直互聯(lián)

1 分離母板微型互聯(lián)的技術(shù)路徑

分離母板互聯(lián)的技術(shù)路徑(見圖4)，主要分成2部分：1)分離母板組件的實(shí)現(xiàn)，即微型連接器與臺(tái)階板形成單個(gè)分離母板組件；2)分離母板組件通過微型互聯(lián)，形成整體的互聯(lián)母板，實(shí)現(xiàn)電路模塊之間的電信號(hào)通信。

圖4 分離母板互聯(lián)的技術(shù)路徑

2 分離母板互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)

最簡(jiǎn)單的互聯(lián)母板由3塊分離母板組件構(gòu)成(圖1中板1、板2和板3)，把板3做成板2雙臺(tái)階外形形式，將可以循環(huán)擴(kuò)展至電路模塊所需的數(shù)量。

板1、板2和板3每塊分離組件的側(cè)端，有相互齊平的互聯(lián)臺(tái)階接合面。板2兩側(cè)臺(tái)階分別對(duì)應(yīng)板1、板3的互聯(lián)臺(tái)階。其中，板2的臺(tái)階上組裝焊接有1排縱向排列的彈性觸點(diǎn)微型連接器(見圖5)，用來實(shí)現(xiàn)微互聯(lián)[3]。在分離母板工作狀態(tài)下，3塊分離母板組件通過板2上的彈性觸點(diǎn)微型連接器的彈性觸點(diǎn)，與板1、板3臺(tái)階上對(duì)應(yīng)排列的互聯(lián)觸點(diǎn)接觸，彼此連通傳輸電信號(hào)，從而構(gòu)成可向兩側(cè)單方向延伸的分離式可擴(kuò)展互聯(lián)母板[4](見圖6)。

圖5 分離母板工作狀態(tài)

圖6 微型互聯(lián)放大圖

當(dāng)電路模塊需要維修更換時(shí)，必須將聯(lián)通分離母板分離。當(dāng)與板2互聯(lián)的對(duì)應(yīng)電路模塊需要進(jìn)行維修、更換時(shí)，必須將其左右與板1、板3互聯(lián)的2個(gè)模塊取出才能進(jìn)行分離，這種情況屬于使用分離母板抽出模塊數(shù)量最多的情況。當(dāng)對(duì)與板1、板3互聯(lián)的對(duì)應(yīng)電路模塊進(jìn)行維修、更換時(shí)，則只需要抽出對(duì)應(yīng)的電路模塊即可，這種情況屬于使用分離母板抽出最少的情況(只抽出1塊)。在抽出電路模塊時(shí)，臺(tái)階上的互聯(lián)觸點(diǎn)隨之與微型連接器的彈性觸點(diǎn)相分離，電路信號(hào)彼此斷開而被分離。

由于彈性觸點(diǎn)微型連接器的種類很多，尺寸各異，當(dāng)確定使用微型連接器后，為保證互聯(lián)處的平整性，可根據(jù)其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)互聯(lián)區(qū)域的交錯(cuò)搭接處的適宜厚度，以保證互聯(lián)母板在工作狀態(tài)下的平整性。

3 分離母板微型互聯(lián)面臨的技術(shù)問題及解決方案

在微型互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程中，面臨著帶臺(tái)階母板的制作、微型連接器在臺(tái)階板上的組裝以及小間距觸點(diǎn)之間的互聯(lián)短路等難題。帶臺(tái)階母板的制作和臺(tái)階母板設(shè)計(jì)需要解決臺(tái)階板的加工問題。帶臺(tái)階母板的制作主要采用加法工藝，即將臺(tái)階分界的不同層分別進(jìn)行內(nèi)層電路圖形的制作，對(duì)臺(tái)階外露的電路圖形用可剝離膠進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)用低流動(dòng)性膠進(jìn)行層壓，最后制作頂層和底層的電路圖形。3種分離母板實(shí)物如圖7所示。

圖7 母板實(shí)物

3.1 臺(tái)階板阻焊技術(shù)

由于分離母板互聯(lián)采用微型連接器進(jìn)行信號(hào)的互通，微型連接器引腳中心距為1 mm，引腳寬度為0.6 mm，則相鄰引腳邊間距為0.2 mm，為組裝帶來很大難度，必須對(duì)分離母板進(jìn)行阻焊(涂綠油)，以免焊接短路。通常阻焊在平面上進(jìn)行，臺(tái)階上的元器件焊盤阻焊很難實(shí)現(xiàn)。通過研究，采用了先對(duì)頂層和底層圖像進(jìn)行阻焊，保護(hù)好后，噴涂光敏性阻焊劑，利用膠片顯影完成臺(tái)階部位阻焊的方法。

3.2 臺(tái)階母板組裝微型連接器技術(shù)

在帶臺(tái)階母板組裝微型連接器，主要采用再流焊工藝，其中，絲印焊膏必須在平整的平面上才能完成，而分離母板組裝的部位是臺(tái)階位置，與印制板表面正好不是同一平面，給絲印焊膏帶來一定的難度。要解決該問題，只有從絲印焊膏的鋼模板上進(jìn)行突破。通過對(duì)分離母板的微型連接器位置分析發(fā)現(xiàn)，雖然不與印制板表面同平面，但是所有的微型連接器的臺(tái)階屬于同平面，如果設(shè)計(jì)絲印焊膏能繞開臺(tái)階凸出的部分，保證印刷的平面度，就可以實(shí)現(xiàn)焊膏絲印。通過研究分析，將絲印鋼模板設(shè)計(jì)成“窗口”形式(見圖8)，這樣能夠滿足焊膏印刷的平整度要求(見圖9)。在保證鋼模板平整度以后，刮刀同樣面臨繞開凸出部分的問題。經(jīng)過工藝分析，通過在印制板凸臺(tái)相應(yīng)部位去掉刮刀部分刀口(見圖10)，繞開“窗口”位置凸出的印制板臺(tái)階部分，圓滿解決了問題，印刷焊膏較完美(見圖11)。

圖8 模板窗口 圖9 平整度保證

圖10 刮刀窗口 圖11 印刷效果

3.3 互聯(lián)點(diǎn)準(zhǔn)確定位技術(shù)

在分離母板組裝在模塊上后，在加電調(diào)試前測(cè)試互聯(lián)的點(diǎn)通斷情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，分離母板上相鄰互聯(lián)點(diǎn)之間存在很多短路現(xiàn)象。針對(duì)這一情況，分析可能導(dǎo)致短路的因素主要有：1)模塊插拔存在很大的空間隨意性，即模塊插拔精度保證措施嚴(yán)重不受控；2)分離母板組裝在模塊的位置也存在很大的隨意性，即組裝精度很難保證；3)組裝微型連接器的位置精度很難保證；4)互聯(lián)焊盤設(shè)計(jì)成焊盤的1.1倍，導(dǎo)致間距變小，引起短路。針對(duì)上述因素，逐個(gè)進(jìn)行分析得出，必須在插拔時(shí)進(jìn)行位置精度控制才保持有效狀態(tài)。由于組裝微型連接器的精度偏差很小，不是主要控制點(diǎn)，分離母板組裝在模塊上的控制也不是很有效；因此，展開了插拔精度控制方案設(shè)計(jì)，具體如下。

1)在分離母板組件互聯(lián)接觸邊設(shè)計(jì)至少2個(gè)方波形定位銷(見圖12)，保證分離母板剛好接觸時(shí)，利用模塊本插拔存在很大的空間隨意性，以方波形定位銷為基準(zhǔn)保證分離母板接觸的精度控制效果。

2)在設(shè)計(jì)分離母板的微型連接器圖形時(shí)，設(shè)計(jì)了微型連接器及與之互聯(lián)的彈性互聯(lián)觸點(diǎn)的定位點(diǎn)(見圖13)。

3)將原來互聯(lián)焊盤設(shè)計(jì)成焊盤1.1倍的設(shè)計(jì)改為同樣寬度，以增大接觸焊盤之間的距離。

圖12 定位銷設(shè)計(jì)圖 圖13 定位銷實(shí)物

通過以上3個(gè)措施的同時(shí)進(jìn)行，解決了互聯(lián)點(diǎn)準(zhǔn)確定位問題。設(shè)計(jì)并制作了相應(yīng)的分離母板，組裝后通電測(cè)試，短路現(xiàn)象全部解決，沒有任何互聯(lián)點(diǎn)發(fā)生短路現(xiàn)象。通過分離母板微型互聯(lián)的整機(jī)(見圖14)進(jìn)行了相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)，結(jié)果滿足工程需要。

圖14 分離母板微型互聯(lián)的整機(jī)

4 分析與討論

本文介紹的分離母板微型互聯(lián)技術(shù)主要針對(duì)微型連接器彈性接觸實(shí)現(xiàn)電信互聯(lián)互通，在《分離式母板互聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)》一文中已經(jīng)闡述了其可靠性保證設(shè)計(jì)，即采取法向施加一定機(jī)械力方法，通過環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證，是可以滿足工程應(yīng)用的。采用“方波形”定位銷保證對(duì)位精度，主要保證在2個(gè)分離母板組件之間Y向?qū)ξ粶?zhǔn)確即可，對(duì)其X向有一定的回旋余量，并不影響互聯(lián)，且可以減少環(huán)境應(yīng)力對(duì)定位銷的破壞。事實(shí)上還可以用“倒三角”定位銷，在X、Y向同時(shí)精確控制；但是，其根部不能滿足環(huán)境使用要求且不易分離。臺(tái)階板焊膏的絲印是基于目前普遍采用的鋼模板絲印工藝進(jìn)行的，逐漸流行的焊膏打印技術(shù)可以很好解決臺(tái)階板焊膏涂敷問題。

5 結(jié)語

本文論述了分離母板微型互聯(lián)技術(shù)，主要介紹微型互聯(lián)實(shí)現(xiàn)中的臺(tái)階板組裝、互聯(lián)短路等問題的解決措施。期待可以給相關(guān)領(lǐng)域工作者提供參考。

[1] 陳田海. 分離母板互聯(lián)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真研究[J]. 電子元件與材料, 2010，29(2):62-65.

[2] 周德儉. 分離母板互聯(lián)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)選設(shè)計(jì)與可靠性分析[D].桂林：桂林電子科技大學(xué)，2010.

[3] 鄭大安. 單方向分離式可擴(kuò)展互聯(lián)母板: 中國(guó)， ZL200910059842.3[P].2011-06-22.

[4] 鄭大安.多方向分離式可擴(kuò)展互聯(lián)母板: ZL200910059841.9[P].2010-12-29.

責(zé)任編輯李思文

Micro-interconnectionTechnologyofSeparatedMotherboard

ZHENG Da’an

(China Southeast Electronic Technology Institute, Chengdu 610036, China)

Aimed at the separated motherboard interconnection problems of little interconnection space, difficulty in step plate assembly, short circuit in interconnection, etc., the technology of separated motherboard assembly, accuracy control and so on were researched, and also the micro-interconnection technology had been established. The technology of windows screen printer and the technology of precision control edge of rectangular wave were used to solve the mentioned problems.

motherboard, separated motherboard, precision control, micro-interconnection technology

TN 052

：A

鄭大安 (1971-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電子裝聯(lián)技術(shù)及工藝管理等方面的研究。

2015-02-02