переключающее устройство

Формула изобретения

1. Переключающее устройство, содержащее печатную плату с электрической разводкой и контактными площадками, поверх которой размещена панель из алюминия или его сплавов, на обращенной в сторону контактных площадок поверхности панели выполнен изоляционный слой, в котором выполнены отверстия, открывающие участки поверхности панели в зонах контактирования, отличающееся тем, что панель выполнена из отдельных зафиксированных на печатной плате пластин, на каждой из которых размещено, по крайней мере, одно отверстие в изоляционном слое, а в качестве материала изоляционного слоя использован анодированный слой пластины и/или нанесенный на пластину слой диэлектрического материала.

2. Переключающее устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из пластин зафиксирована на печатной плате посредством склеивания по соприкасающейся с платой поверхности изоляционного слоя.

3. Переключающее устройство по п.1, отличающееся тем, что пластины зафиксированы на печатной плате посредством дополнительного гибкого листа из диэлектрического материала, охватывающего пластины сверху и склеенного с платой по соприкасающейся с ней поверхности.

4. Переключающее устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что дополнительный гибкий лист выполнен перфорированным, а пластины размещены под ним в местах отверстий с нахлестом листа на край пластины не менее 1 мм.

5. Переключающее устройство по любому из пп.1, 2, 4, отличающееся тем, что пластины выполнены с анодированным слоем на поверхности, обратной по отношению к поверхности, на которой расположены отверстия в изоляционном слое.

6. Переключающее устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что в качестве диэлектрического материала, образующего изоляционный слой и дополнительный гибкий лист, использован материал, выбранный из группы, включающей лавсан, полиэтилен, полиимид.

7. Переключающее устройство по любому из пп.1, 3 и 4, отличающееся тем, что дополнительный гибкий лист выполнен из алюминия или его сплавов толщиной не более 0,3 мм, анодированный по поверхности, обращенной в сторону печатной платы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры, в частности устройств ввода информации в различных приборах.

Известно переключающее устройство, содержащее контакты, нанесенные методом фотолитографии или шелкографии на упругих изоляционных подложках, и изоляционную прокладку с отверстиями, размещенную между изоляционными подложками так, что напротив ее отверстий расположены контакты. При этом изоляционные подложки и изоляционная прокладка выполнена за одно целое в виде свернутой монолитной упругой ленты из лавсана. Устройство в сборе помещается в корпус, имеющий жесткое основание (см. а.с. СССР №974437 по кл. Н 01 Н 13/70, заявл.6.11.79, опубл.15.11.82 “Матричное коммутационное устройство”).

Недостатком устройства является малая эксплуатационная надежность, обусловленная разрушением (отслаиванием от подложки и деформированием) контактов под действием знакопеременных нагрузок, возникающих при прогибе подложки.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и выбранным в качестве прототипа является переключающее устройство, содержащее печатную плату с электрической разводкой и контактными площадками, поверх которой размещена панель из алюминия или его сплавов, выполненная в виде единой пластины. На обращенной в сторону контактных площадок поверхности панели нанесен изоляционный слой, в котором выполнены отверстия, открывающие участки поверхности пластины в зонах контактирования, выполняющие функцию замыкателей для контактных площадок, расположенных на печатной плате. В качестве материала, образующего изоляционный слой, использован анодированный слой пластины, поверх которого расположен слой защитного материала, выполненного из подвергнутого дублению фоторезиста (см. п. РФ №2151419 по кл. Н 01 Н 13/70, заявл. 27.11.97, опубл.20.06.2000 “Панель клавиатуры”).

Данное переключающее устройство имеет более высокую эксплуатационную надежность, чем описанное выше. Однако отверстия, открывающие участки поверхности алюминиевой пластины в зонах контактирования, электрически связаны между собой проводящим материалом пластины. Это не дает возможности получить независимое коммутирующее воздействие на контактные площадки, расположенные на печатной плате, что в некоторых случаях приводит к ложным замыканиям. Кроме того, при изготовлении переключающего устройства для различных типов приборов, каждый из которых имеет собственный рисунок расположения контактных площадок, требуется нанесение именно этого рисунка отверстий в изоляционном слое на единую пластину, образующую панель. Это не позволяет унифицировать процесс подготовки пластин при производстве различных типов приборов, отрицательно влияя на трудоемкость изготовления переключателя. Для выполнения изоляционного слоя используют трудоемкий в изготовлении материал - анодированный слой, поверх которого нанесен слой защитного материала из подвергнутого дублению фоторезиста. Выполнение панели в виде единой пластины, размер которой соответствует размеру печатной платы, при большой печатной плате приводит к повышенному расходу алюминия (или его сплавов). Таким образом, недостатками прототипа являются недостаточная надежность функционирования, сложная технология изготовления и большой расход алюминия (или его сплавов).

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности функционирования устройства, упрощение технологии изготовления и снижение расхода алюминия (или его сплавов).

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является оптимизация конструкции переключающего устройства.

Указанная задача решается за счет того, что в указанном переключающем устройстве, содержащем печатную плату с электрической разводкой и контактными площадками, поверх которой размещена панель из алюминия или его сплавов, причем на обращенной в сторону контактных площадок поверхности панели нанесен изоляционный слой, в котором выполнены отверстия, открывающие участки поверхности панели в зонах контактирования, согласно изобретению панель выполнена из отдельных зафиксированных на печатной плате пластин, на каждой из которых размещено, по крайней мере, одно отверстие в изоляционном слое, а в качестве материала изоляционного слоя использован анодированный слой пластины и/или нанесенный на пластину слой диэлектрического материала.

Каждая из пластин может быть зафиксирована на печатной плате посредством склеивания по соприкасающейся с платой поверхности изоляционного слоя.

Пластины могут быть зафиксированы на печатной плате посредством дополнительного гибкого листа из диэлектрического материала, охватывающего пластины сверху и склеенного с платой по соприкасающейся с ней поверхности.

Дополнительный гибкий лист может быть выполнен перфорированным, а пластины размещены под ним в местах отверстий с нахлестом листа на край пластины не менее 1 мм.

Пластины могут быть выполнены с анодированным слоем на поверхности, обратной по отношению к поверхности, на которой расположены отверстия в изоляционном слое.

В качестве диэлектрического материала, образующего изоляционный слой и дополнительный гибкий лист, может быть использован материал, выбранный из группы, включающей лавсан, полиэтилен, полиимид. Для повышения эксплуатационной надежности дополнительный гибкий лист может быть выполнен из алюминия или его сплавов толщиной не более 0,3 мм, анодированный по поверхности, обращенной в сторону печатной платы.

Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемое переключающее устройство неизвестно и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень”.

Переключающее устройство может быть изготовлено на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использовано в приборостроении, т.е. является промышленно применимым.

Выполнение переключающего устройства в заявляемом виде позволяет получить электрически независимое коммутационное воздействие на контактные площадки печатной платы, что исключает ложные замыкания. Конструкция устройства позволяет унифицировать его производство при изготовлении различных типов приборов. Отдельные пластины, размер каждой из которых несколько превышает размер зоны контактирования, т.е. размер отверстия в изоляционном слое, имеют для всех типов приборов одинаковые размеры и одинаковое расположение на них этих отверстий. Одинаковые пластины просто размещают (расставляют) на печатной плате в соответствии с требуемым рисунком их расположения и фиксируют относительно нее. При этом малый размер пластин позволяет добиться надежности функционирования устройства при выполнении изоляционного слоя без дополнительного защитного слоя из фоторезиста.

Фиксация пластин обеспечивается за счет их приклеивания к плате по поверхности контактирования с платой изоляционного слоя. Для увеличения надежности фиксация может быть обеспечена за счет того, что пластины вклеиваются под лист гибкого диэлектрического материала, охватывающего пластины сверху со всех сторон, при этом сам лист склеивается по поверхности своего соприкосновения с платой.

Дополнительный гибкий лист для облегчения прогиба пластины под действием нажатия, т.е. для облегчения работы оператора, работающего с переключающим устройством, может быть выполнен с отверстием в месте расположения пластины. При этом надежность фиксации пластины к плате обеспечивается нахлестом листа на край пластины не менее 1 мм.

Пластины могут быть выполнены с высокопрочным, стойким к истиранию и являющимся диэлектриком анодированным слоем на поверхности, обратной по отношению к поверхности, на которой расположены отверстия в изоляционном слое. Это позволяет избежать разрушения поверхности, постоянно подвергающейся нажатию при работе переключателя, и заизолировать плату от замыкания в случае наличия напряжения на элементах клавиатуры, которые передают нажимное усилие на пластины переключателя.

Выполнение изоляционного слоя и дополнительного гибкого листа из заявленных материалов позволяет достичь требуемой надежности функционирования переключателя. Для повышения надежности дополнительный гибкий лист может быть выполнен из алюминия или его сплавов толщиной не более 0,3 мм, анодированной по поверхности, обращенной в сторону печатной платы.

Таким образом, за счет оптимизации конструкции значительно повышается надежность функционирования устройства, упрощается технология его изготовления и снижается расход алюминия (или его сплавов).

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - фрагмент переключающего устройства в разрезе;

фиг.2 - фрагмент переключающего устройства в разрезе в случае выполнения его с дополнительным гибким листом из диэлектрического материала (вариант выполнения листа без перфорации);

фиг.3 - фрагмент переключающего устройства в разрезе в случае выполнения его с дополнительным гибким листом из диэлектрического материала (вариант выполнения листа с перфорацией) в сборе с панелью клавиатуры.

Переключающее устройство содержит печатную плату 1 с электрической разводкой и контактными площадками 2, выполненными в виде контактной гребенки. Поверх печатной платы 1 в соответствии с требуемым для данного прибора рисунком расположения контактных площадок размещены отдельные пластины 3 из алюминия (или его сплавов) толщиной 0,15-0,5 мм. На обращенную в сторону контактных площадок 2 поверхность каждой из пластин 3 нанесен изоляционный (диэлектрический) слой 4. На каждой из пластин 3 в слое 4 выполнено, по крайней мере, одно отверстие 5, открывающие участок поверхности пластины 3. Этот участок поверхности алюминиевой пластины 3, являющийся проводником и располагающийся в зоне контактирования, выполняет функцию замыкателя для контактных площадок печатной платы 1. Слой 4 может быть выполнен в виде анодированного слоя или в виде слоя материала (лавсана, полиэтилена, полиимида), наклеенного вокруг зоны контактирования, т.е. с образованием отверстия 5 в слое 4 в зоне контактирования. Пластины 3 могут быть приклеены к печатной плате 1 по поверхности слоя 4, примыкающего к печатной плате 1. Для усиления фиксации пластин 3 относительно печатной платы 1 они могут быть вклеены под дополнительный гибкий лист 6 диэлектрика, например лавсана, который, охватывая пластины 3 сверху со всех сторон, прилегает к печатной плате 1 в местах, свободных от расположения пластин 3, и склеен с платой 1 в местах соприкосновения. Возможно выполнение устройства с пластинами 3, сверху зафиксированными относительно платы 1 гибким лавсановым листом 6 и снизу клеевым слоем между платой 1 и слоем 4. Дополнительный гибкий лист 6 может быть выполнен сплошным или перфорированным. При выполнении листа 6 перфорированным для обеспечения надежности соединения пластины 3 размещают под листом 6 с нахлестом листа 6 на край пластины 3 не менее 1 мм. Верхняя поверхность пластин 3 (поверхность, противоположная поверхности, на которой расположены отверстия 5 в изоляционном слое) может быть выполнена с анодированным слоем 7 для механического и диэлектрического упрочнения.

Переключающее устройство изготавливают следующим образом.

Алюминиевые пластины 3 подвергают анодированию с одной или с двух сторон. На одной из сторон каждой пластины 3 в анодированном слое вытравливают (путем травления в насыщенном растворе NaOH) отверстие 5 в анодированном слое. Возможно выполнение переключающего устройства из неанодированных алюминиевых пластин 3. В этом случае на алюминиевые пластины 3 вокруг зон контактирования наклеивают лист лавсана (полиэтилена, полиимида) в виде кольца, образующего изоляционный слой 4 на пластине 3. Это кольцо из лавсана (или другого заявленного диэлектрического материала) имеет двухстороннее клеящее покрытие, которое с одной стороны, фиксируя кольцо на алюминиевой пластине 3, другой своей стороной склеивает пластину 3 с печатной платой 1 при размещении пластины 3 в проектном положении на печатной плате 1. Фиксацию пластин 3 относительно печатной платы 1 можно осуществить также за счет склеивания их сверху дополнительным гибким листом 6 (сплошным или перфорированным) лавсана с клеевым покрытием. После совмещения деталей переключателя (листа лавсана 6, пластин 3 и печатной платы 1) производят склеивание пакета под давлением при повышенной температуре.

Изготовленное таким образом переключающее устройство может быть установлено под любым типом клавиатуры 8, обеспечивающим передачу нажимного усилия на пластины 3. Под действием нажатия пластина 3 упруго прогибается и касается своей проводящей поверхностью контактных площадок 2 на плате 1, замыкая при этом контактные гребенки в зонах контактирования, после снятия нажимного усилия пластина 3 возвращается в исходное положение, размыкая контактные гребенки печатной платы 1.

Таким образом, заявляемое переключающее устройство имеет по сравнению с прототипом более высокую надежность функционирования, более простую технологию изготовления, а также меньший расход алюминия (или его сплавов).