CIRCUITOS IMPRESOS

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el área electrónica en lo general; en lo particular está relacionada con los circuitos impresos y sus interconexiones. Más específicamente se refiere a interconexiones metálicas flexibles para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La interconexión entre dos circuitos impresos se puede obtener por diversos métodos como la aplicación de conectores, elementos de fijación conductivos o no conductivos, estos últimos garantizando contacto directo de un patrón en las capas metálicas externas que conforman el circuito impreso.

Los elementos de fijación conductivos involucran la aplicación de estructuras de polímeros con partículas conductivas para generar conducción eléctrica, estructuras preformadas de metal (esferas metálicas, principalmente de cobre), o bien, de la coalescencia de metales como es el caso de uniones soldadas LGA (Land Grid Array) y empaquetados de timbre postal “Post Stamp Package ^* . Dentro de los elementos de fijación basados en estructuras de polímeros con partículas conductivas como es el caso de carbón, por la alta resistividad de la estructura total el ancho de banda de la señal a propagar es muy limitado.

Las esferas preformadas como es el caso de las interconexiones de los circuitos Ball Grid Array (BGA), dentro de los elementos de fijación metálicos conductivos, son ampliamente utilizadas en la industria electrónica, en la integración de microchips y circuitos integrados debido a su pequeño tamaño y a su actualmente maduro proceso de manufactura y ensamble. Al ser de un metal sólido con un alto punto de fusión realizan una interconexión precisa al no deformarse, sin embargo, por esta misma naturaleza tienden a presentar separación o desconexiones al ser sometidas a un evento térmico, y según la severidad del mismo, inclusive pueden fracturarse con el tiempo. Asimismo, por su proceso de ensamble no se pueden colocar componentes adyacentes a las esferas preformadas, requiriendo de la aplicación de sustratos más avanzados y técnicas más complejas en la fabricación de los circuitos Impresos que conforman el sistema a interconectar.

En interconexiones comunes de soldadura, como es el caso de Land Grid Array (LGA) la densidad de interconexión es baja, por lo que la cantidad de señales a transmitir es limitada. En interconexiones de empaquetados de timbre postal, cuyas interconexiones se crean mediante la almenación de vías "vía castellation ^* además de una baja densidad de interconexión por lo burdo de sus uniones, el ancho de banda y la frecuencia máxima son limitados por la relación del gran tamaño de la estructura conductiva con la longitud de onda de la señal a propagar. La invención propone el aplicar una geometría de interconexión económica entre dos tarjetas de circuito impreso tal que permite la transferencia de una gran cantidad de señales eléctricas de alta frecuencia, mediante la coalescencia (fusión) de una aleación metálica maleable cuya flexibilidad es tal que se garantiza la integridad de la interconexión sin rupturas ante múltiples choques térmicos en un rango de - 40°C a + 105°C.

Se realizó una búsqueda para determinar el estado de la técnica más cercano, encontrándose los siguientes documentos.

Se encontró el documento US3530231 (que se denomina documento D 1 ) de Ralph F Penoyer, del 15 de enero de 1969, el cual aborda una de las problemáticas de la invención sometida, que es el evitar la creación de cortocircuitos no intencionales entre interconexiones adyacentes causados por la coexistencia de partículas de soldadura en estado líquido durante el proceso de fabricación por reflujo, en contacto sobre una pluralidad de geometrías conductivas sin un recubrimiento aislante como es el caso de un recubrimiento epóxico o una máscara antisoldante, debido a la tensión superficial ejercida por la soldadura en estado líquido.

Este documento D1 resuelve este problema mediante la generación de canales transversales o ranuras hechas a la unión de las pistas conductoras de interconexión, las cuales describe como geometrías longitudinales tiras, cintas, pistas o alambres; de modó que los excesos de soldadura fluyan entre dichos canales y no exista un excedente en el área lateral a la interconexión que pueda causar una transferencia por tensión superficial de la soldadura en estado líquido durante el proceso de reflujo en su fabricación .

Dicho documento D1 , nunca revela ni sugiere que la soldadura forma el cuerpo principal de la interconexión como sí lo hace nuestra invención, por lo que la cantidad de este material es significativamente mayor en nuestra invención en comparación al del documento D1 descrito anteriormente.

En la invención propuesta, la problemática en cuestión se resuelve con el control de la relación base-altura y la forma de la geometría propuesta, en la cual se parte de una base, placa o pad circular de material conductor sobre el sustrato de una tarjeta de circuito Impreso o similar, y la creación de una forma tridimensional similar a un columnoide con el material metálico de resina cargada de soldadura o bien soldadura en estado de pasta. Dicha geometría se interconecta por fijación con otra placa o pad circular en otro sustrato de tarjeta de circuito impreso receptor de la interconexión mediante un proceso de fabricación por reflujo. Debido a la naturaleza de la invención sometida, es Imposible ranurar canales transversales puesto que la Interconexión propuesta se forma de manera vertical , de manera totalmente opuesta a la interconexión horizontal o longitudinal del Documento D1 . Otro documento localizado es el documento US5029748A

(denominado documento D2) de John H. Lauterbach y León T. Ritchie del 15 de marzo de 1989, el cual describe un método para soldar pines de contacto eléctrico de tecnología de agujeros pasantes o through-hole (THT) en una tarjeta de circuito impreso mediante el refluir elementos pre-moldeados previamente colocados en los pines THT a Insertar, de modo que los elementos premoldeados predispuestos fluyan por los orificios metalizados durante un proceso de fabricación por reflujo, de modo que se pueda integrar en un solo proceso de manufactura por reflujo tanto la tecnología de montaje superficial o Surface Mount (SMT) con la tecnología THT.

Nuestra Invención, no refiere ni revela ninguna característica que Incluya, toque, o resuelva el uso de tecnología THT ya que se basa únicamente en el proceso de reflujo requerido por la tecnología

SMT.

Asimismo, el documento D2, no sugiere ni propone un objeto que se elabora durante el mismo proceso de impresión de resina con soldadura o soldadura en estado de pasta requerido por la tecnología SMT como medio de fijación, sino que solo refiere a un objeto preformado o pre-moldeado. La Interconexión propuesta es suficientemente pequeña para colocar un buen número de interconexiones, de un alto ancho de banda y frecuencia máxima debido a la corta distancia en proporción con la long itud de onda de las seflales de alta frecuencia a transmitir, a la par de la tecnología "ball g rid array’ (BGA) del estado del arte . La principal ventaja sobre la tecnología "ball g rid array" (BGA) es q ue las I nterconexiones en la presente Invención se forman du rante el ensamble de la tarjeta de circuito Impreso, permitiendo la colocación simultánea y paralela de com ponentes pasivos para mejorar la respuesta en alta frecuencia del sistema, asi como la reorlentaclón de su forma al ser expuesta a altas temperatu ras . Adiclonalmente, debido a la maleabilidad de la aleación metálica propuesta, la unión final puede soportar una cantidad sign ificativa de estrés mecán ico y ambiental sin añadir materiales de fijación o procesos extras , resultando en una red ucción de costos .

OBJETIVOS DE LA I NVENCIÓN

La presente invención tiene como uno de los objetivos primordiales, h acer disponi ble una Interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circu itos impresos , basada en un arreglo de peq ueños pilares o columnoides metál icos que interconectan dos tarjetas de circu ito impreso q ue pueden elongarse h asta el doble de su altura original sin fracturarse o desconectarse, y compri mirse un aproximado del 30% sin cortoci rcu itar una Interconexión en su vecindad du rante un evento térmico tal que cause que se deformen los circuitos Impresos q ue la componen , cualidad que determina su robustez. Otro de los objetivos de la presente invención es proveer dicha interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos, cuyos pequeños pilares o columnoides metálicos que la conforman y que interconectan dos tarjetas de circuito impreso permitan alcanzar una alta tolerancia a la deformación de las tarjetas de circuito impreso por un evento térmico.

Otro de los objetivos de la presente invención es proveer dicha interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos, que además permite la transferencia de una gran cantidad de señales eléctricas de alta frecuencia, mediante la coalescencia (fusión) de una aleación metálica maleable cuya flexibilidad es tal que se garantiza la integridad de la interconexión sin rupturas ante múltiples choques térmicos en un rango de - 40°C a +105°C.

Otro de los objetivos de la presente invención es proveer dicha interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos, que además pueda formarse durante el ensamble de una tarjeta de circuito impreso, permitiendo la colocación simultánea y paralela de componentes pasivos para mejorar la respuesta en alta frecuencia del sistema, así como la reorientación de su forma al ser expuesta a altas temperaturas.

Otro de los objetivos de la presente invención es proveer dicha interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos, que además debido a la maleabilidad de la aleación metálica propuesta, la unión final puede soportar úna cantidad significativa de estrés mecánico y ambiental sin añadir materiales de fijación o procesos extras, resultando en una reducción de costos.

Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción general y detallada de la presente invención apoyados en las modalidades ilustradas.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL I NVENTO

La invención consiste en arreglo de pequeños pilares o columnoides metálicos que interconectan dos tarjetas de circuito impreso, cuyas dimensiones son 20 veces más pequeñas que la longitud de onda de la frecuencia más alta a transmitir, y cuyo espaciamiento está en un rango del 10% al 100% del diámetro individual, para garantizar una alta densidad de interconexiones por centímetro cuadrado.

Dichos columnoides al ser flexibles pueden elongarse hasta el doble de su altura original sin fracturarse o desconectarse, y comprimirse un aproximado del 30% sin cortocircuitar una interconexión en su vecindad durante un evento térmico tal que evita que se cause que se comben o deformen los circuitos impresos que la componen, cualidad que determina su robustez. Estos columnoides son conformados por una aleación compuesta principalmente de estaño (Sn), plata (Ag) y cobre (Cu) fabricado mediante la deposición o impresión de pasta de soldadura durante el ensamble de la tarjeta de circuito impreso principal, al ser un proceso altamente repetible y económico, y que permite la coexistencia de componentes electrónicos pasivos necesarios para la generación y transmisión de señales de alta frecuencia, pudiendo ser colocados adyacentemente a los columnoides.

En la modalidad preferida de la invención la aleación de los columnoides consta de 95.75% de estaño (Sn), 3.5% de plata (Ag) y 0.75% de cobre (Cu) .

Para comprender mejor las características de la presente invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un corte transversal de una placa de circuito impreso PCB que ilustra los componentes electrónicos y una pluralidad de columnoides metálicos de interconexión de conformidad con la presente invención .

Las figuras 2 y 2a ilustran vistas en perspectiva convencional superior e inferior de una placa de circuito impreso PCB . La figura 3 ilustra un explosionado de una placa de circuito impreso PCB que ilustra los componentes electrónicos, el sustrato, la rejilla de interconexión y una pluralidad de columnoides metálicos de interconexión de conformidad con la presente invención .

Las figuras 4, 4a y 4b ilustran vistas frontales de columnoides metálicos de interconexión, flexibles y robustos para transferencia de sefiales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos.

La figura 5 muestra un diagrama esquemático de una ampliación de una plantilla de impresión con interconexiones de pasta de soldadura de una placa PCB. La figura 6 muestra un diagrama esquemático de la estructura de interconexión de una plantilla de Impresión con interconexiones de pasta de soldadura de una placa PCB central.

La figura 7 ilustra un diagrama esquemático que define una plantilla de pasta de soldadura de alta precisión y la geometría de patrones de aterrizaje de los componentes de montaje superficial (SMD por sus siglas en inglés) a ser montados en una placa PCB.

Las figuras 8 y 8a muestran una vista superior de la cara primaria y de la cara secundaria de una placa PCB central mostrando la geometría y distribución de los espacios para a disposición de los componentes de montaje superficial (SM D por sus siglas en inglés) y para la distribución de las interconexiones flexibles.

La figura 9 muestra un diagrama esquemático que muestra la interconexión con columnoides metálicos de interconexión de una placa PCB central y una placa PCB anfitrión, esquematizando la deformación de los columnoides metálicos de la presente Invención por eventos térmicos.

Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer la descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

Los detalles característicos de la Interconexión metálica flexible para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos, se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, la placa de circuito impreso PCB central ( 1 ) está definida por un sustrato de un material no conductivo (2) sobre el que se montan los componentes electrónicos (3) y debajo de la cual se comprende una plantilla de interconexión (4) adaptada para recibir una pluralidad de columnoides metálicos de interconexión (5) de la presente invención, conformados por una aleación de 95.75% de estaño (Sn), 3.5% de plata (Ag) y 0.75% de cobre (Cu).

Dichos columnoides metálicos de interconexión (5), sus dimensiones son-20 veces más pequeñas que la longitud de onda de la frecuencia más alta a transmitir y cuyo espaciamiento está en un rango del 10% al 100% del diámetro individual, para garantizar una alta densidad de interconexiones por centímetro cuadrado. Dichos columnoides metálicos de interconexión (5) son flexibles pueden elongarse hasta el doble de su altura original sin fracturarse o desconectarse, y comprimirse un aproximado del 30% sin cortocircuitar una interconexión en su vecindad durante un evento térmico.

Haciendo referencia a las figuras 4, 4a y 4b que ilustran vistas frontales de columnoides metálicos de interconexión (5) flexibles y robustos para transferencia de señales eléctricas de alta frecuencia entre dos circuitos impresos. En dichas figuras se aprecia un columnoide metálico de interconexión (5) de conformación regular cuando no se somete a un evento térmico; se muestra también un columnoide metálico de interconexión elongado (5a) hasta el doble de su altura original sin fracturarse o desconectarse y un columnoide metálico de interconexión comprimido (5b) que se puede comprimir hasta un 30% sin provocar cortocircuito que afecten los circuitos impresos, cuando existe un evento térmico.

Dichos columnoides metálicos de interconexión (5) son fabricados mediante la deposición o impresión de pasta de soldadura durante el ensamble de la tarjeta de circuito impreso principal, el cual es un proceso altamente repetible y económico; dichos columnoides metálicos de interconexión (5), permiten la coexistencia de componentes electrónicos pasivos necesarios para la generación y transmisión de señales de alta frecuencia, pudiendo ser colocados adyacentemente a éstos.

En la figura 5 se muestra un diagrama esquemático de una ampliación de una plantilla de interconexión (4) con interconexiones de pasta de soldadura (6) de una placa PCB central; donde se aprecia el volumen aplicado de pasta de soldadura (6) en cada interconexión. La figura 6 muestra un diagrama esquemático de la estructura de interconexión de una plantilla de interconexión (4) con interconexiones de pasta de soldadura (6) de una tarjeta PCB central. En dicha figura se aprecia un volumen de pasta de soldadura impresa (7) depositado en una mascarilla para soldadura (8) de 550 pm de diámetro sobre el sustrato de un material no conductivo (2) de la placa de circuito impreso PCB central (1), rodeando una almohadilla de metal (9) de diámetro de 450 pm. En ella se muestra también la abertura (x) de diámetro de 850 pm y la altura (h) de 300 pm de la plantilla de pasta de soldadura.

La figura 7 ilustra un diagrama esquemático que define una plantilla de interconexión (4) con los columnoides metálicos de interconexión (5) de pasta de soldadura (6) de alto rendimiento y la geometría de patrones de aterrizaje de los componentes de montaje superficial (10) (SMD por sus siglas en inglés), a ser montados en una la placa de circuito impreso RGB central (1). En la figura se aprecian la disposición de la placa de circuito impreso RGB central (1) adaptada para recibir los columnoides metálicos de interconexión (5) de pasta de soldadura de alto rendimiento que pasaran a través de aberturas de interconexión (11) para interconectarse con una segunda placa de circuito impreso anfitrión (no mostrada), se ¡lustra la altura total (ht) (300 miti) de la plantilla de interconexión (4) con pasta de soldadura (6), misma que define depresiones base (12) que establecen un espesor base (b) (150 mpi) con una abertura central pasante (13) para el depósito de pasta de soldadura (no mostrada) para la fijación de componentes de montaje superficial (10) (SMD por sus siglas en inglés) en la placa de circuito impreso RGB central (1) donde se define un reborde (14). La distancia (K1) entre la abertura central pasante (13) y el borde de las depresiones base (12) es >5.85 mm y la distancia (K2) entre el borde de la depresión base (12) y el borde de una abertura de interconexión (11) es ³0.65 mm, la suma de ambas distancias K1 + K2 es de 6.5 mm.

Las figuras 8 y 8a muestran una vista superior de la cara primaria (p1) y de la cara secundaria (p 2 ) de una placa de circuito impreso RGB central (1) mostrando la geometría y distribución del área (15) para a disposición de los componentes de montaje superficial (SMD por sus siglas en inglés) y el área (16) para la distribución de la plantilla de interconexión (4) donde se disponen los columnoides metálicos de interconexión (5) flexibles.

La figura 9 muestra un diagrama esquemático que muestra la interconexión con columnoides metálicos de interconexión (5) de una placa PCB central (1 ) y una placa PCB anfitrión (17), esquematizando la deformación de los columnoides metálicos de interconexión (5), aquellos que muestran su conformación regular cuando no se somete a un evento térmico; se muestran también columnoides metálicos de interconexión elongados (5a) hasta el doble de su altura original sin fracturarse o desconectarse y columnoides metálicos de interconexión comprimidos (5b) que se puede comprimir hasta un 30% sin provocar cortocircuito que afecten los circuitos impresos, cuando existe un evento térmico. La interconexión se moldea durante el proceso de reflujo ya que las interconexiones son tolerantes a la deformación .

El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención . Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención .