CN103499997A - 用于nim机箱的背板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于NIM机箱的背板及其制造方法，背板用于连接NIM机箱和电源，包括:可安装至NIM机箱背部的多层PCB板。该多层PCB板具有预定层数，沿该多层PCB板的长度方向划分了多个区域，每一个区域用于固定一个向NIM机箱内的插件供电的机箱连接器。在该多层PCB板的一个表面上设置有两个输入端，并联作为电流输入。在每个区域中均设置有负载输出结构，每个负载输出结构包括多个焊孔，每个焊孔对应每一层的相应负载输出。该背板结构合理，易焊接，易批量组装加工，能够在不改变机箱内其它功能单元或结构原有的装配关系前提下，可靠方便地连接NIM机箱和电源，且具有电源层间隔离功能，降低了不同电源之间干扰与互扰，为插件提供了优良低纹波供电。

Description

用于NIM机箱的背板及其制造方法

技术领域

本发明示例性实施例总体上涉及用于NIM机箱的背板，具体涉及一种连接NIM机箱和电源的背板，以及相应的制造方法。

背景技术

美国ORTEC公司原隶属于美国EG＆G公司，现隶属于美国AMETEK集团公司。自公司成立至今，ORTEC就一直是世界上最主要的核测量技术的研发者和仪器设备的制造者，其产品和技术代表着当今世界上这一领域的最先进水平。该公司研发生产的NIM机箱，与电源连接主要采用的是线缆连接和回流条连接两种方式。这两种连接方式共同的特点是无背板结构。然而，这两种工艺也存在例如不易焊接，不易批量组装生产等缺点。

发明内容

鉴于上述NIM机箱无背板结构存在的不足，本发明示例性实施例提供了一种NIM机箱的背板及其制造方法。

根据本发明实施例，一种用于NIM机箱的背板，用于连接NIM机箱和电源，所述背板包括:

可安装至NIM机箱背部的多层PCB板，

其中，该多层PCB板具有预定层数，

沿该多层PCB板的长度方向划分了多个区域，每一个区域用于固定一个向NIM机箱内的插件供电的机箱连接器，

在该多层PCB板的一个表面上设置有两个输入端，并联作为电流输入，用于连接至电源的电流输出，

在所述表面上，在每个区域中均设置有负载输出结构，用于连接至NIM机箱的相应插件的电流输入，每个负载输出结构包括多个焊孔，焊孔的数目等于所述预定层数，并且每个焊孔对应每一层的相应负载输出。

在一个实施例中，所述预定层数是8层，按照从上至下的顺序，首层和末层是接地层，第二层到第七层依次为+6V层，+12V层，+24V层，-6V层，-12V层和-24V层。

在一个实施例中，所述NIM机箱具有12组导轨和12个专用42芯连接器，可容纳单宽标准NIM插件12个，并且所述多个区域包括12个区域，从而形成12插槽连接器背板结构。

在一个实施例中，单孔电流≤3A，并且单层总电流≥15A。

在一个实施例中，两个输入端的输入电流≥20A，每个焊孔的输出电流≤3A。

在一个实施例中，每个区域中还设置有交流输出结构。

在一个实施例中，每一层采用的导电材料包括72μm厚的紫铜。

在一个实施例中，层与层之间通过孔金属化灌锡连通，采用环氧玻璃布覆铜箔层，并用固化片在240摄氏度高温下压制，形成该多层PCB板。

根据本发明另一实施例，一种用于NIM机箱的背板的制造方法，所述背板包括可安装至NIM机箱背部的多层PCB板，所述制造方法包括:

根据预定的PCB板层数以及各层的输出电压，对每一层板进行构图，将每一层划分为多个区域，每个区域分别用于固定一个向NIM插件供电的机箱连接器，并在每一层上设置针对两个输入端的连接结构;

针对每一层，在各个区域中分别设置针对负载输出的连接结构，其中每一个负载输出结构包括多个焊孔，焊孔个数与预定层数相同，并且每个焊孔对应每一层的一个负载输出;

采用导电材料对每一层进行布线，并且采用环氧玻璃布覆铜箔层来形成每一层;以及

根据预定顺序将多个层层叠，将各个连接结构分别连通，进行压制，形成多层PCB板，从而在该多层PCB板的一个表面上形成两个输入端，并联作为电流输入，用于连接至电源的电流输出;并且在所述表面上，在每个区域中均形成所述负载输出结构，用于连接至NIM机箱的相应插件的电流输入。

本发明的NIM机箱背板具有结构合理，易焊接，易批量组装加工等优点。此外，能够在不改变机箱内其它功能单元或结构原有的装配关系前提下，有效、可靠、方便地连接NIM机箱和电源，并且装配工序简单，效率高。此外，具有电源层间隔离功能，降低了不同电源之间的干扰与互扰，从而为插件提供了优良低纹波供电。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中:

图1为根据本发明实施例的背板可用于的NIM机箱电源的示意图。

图2为根据本发明实施例的背板可用于的NIM机箱的示意图。

图3为根据本发明实施例的背板的结构示意图。

图4为根据本发明实施例的背板的制造方法示意流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的示例实施例进行进一步详述。首先介绍根据本发明实施例的背板可用于的电源和机箱。

图1为根据本发明实施例的背板可用于的NIM机箱电源的一个示例的示意图。电源是NIM机箱的供电主体，用电基础。图1所示的示例性电源是线性电源，可以包括I型和II型两种。I型NIM机箱电源，总输出功率:318W;输入电压为220V/110VAC，频率为50Hz;直流输出:+6V/15A，-6V/10A，+12V/5A，-12V/5A，+24V/1A，-24V/1A;交流输出:117AC/200mA;纹波≤0.2mV。II型NIM机箱电源，总输出功率:318W;输入电压为220V/110VAC，频率为50Hz;直流输出:+6V/10A，-6V/5A，+12V/10A，-12V/5A，+24V/1A，-24V/1A;交流输出:117AC/200mA;纹波≤0.2mV。

图1所示NIM机箱电源于2012年5月22日通过了甘肃省工业和信息化委员会组织的省级新产品鉴定(编号(2012-2)产鉴字006号)。该电源采用航天级模块化调节器和一体化、全屏蔽的结构设计，有效降低了输出电压纹波;具有防尘、防潮、防震的功能。该电源可应用于各种核物理实验、医疗等领域，性价比高，特色鲜明，达到了国内领先水平，具有良好的经济效益和应用前景。此外，该电源可应用于印刷电路板(PCB)背板连接结构，从而能够减小体积，提高抗干扰性能，便于规模化生产。如图1所示，该电源的a端可以连接至背板结构，例如根据本发明实施例的12插槽连接器背板。

图2为根据本发明实施例的背板可用于的NIM机箱的示意图。该示例性的NIM机箱符合NIM规定(可参见NIM标准仪器系统GB/T5962-1995)，有12组导轨和12个专用42芯连接器，可容纳单宽标准NIM插件12个。

作为示例，简单介绍美国ORTEC公司的生产的两款NIM机箱和电源结构。一款4001A型NIM机箱和电源，分为两种，一种电源总输出功率96W，可输出±12V和±24V四种电压值，另一种电源总输出功率为160W，可输出±6V，±12V和±24V六种电压值，4001A型NIM机箱电源之间采用线缆的连接方式，为NIM插件提供满足条件的电压值。另外一款4001C型NIM机箱和电源之间采用的是回流条的连接方式，也可分两种，一种电源总输出功率为160W，可输出±6从±12V和±24V六种电压值，另一种总输出功率为300W，同样可输出±6V±12V和±24V六种电压值。这两款NIM机箱和电源之间均无背板结构，工艺比较落后，单孔电流≤3A，不易安装焊接，也不易批量组装加工。

与之不同，图1所示NIM机箱电源可以安装背板结构方式，安装在NIM机箱的背部，向机箱中的插件供电。NIM机箱和电源之间采用PCB背板连接结构，减少了体积，提高了抗干扰性。图2所示机箱的a端可以是本发明实施例的12插槽连接器背板所在的位置，进而与图1所示的a端连接在一起，构成一个完整的NIM机箱和电源结构。在图2所示的b端可插入12个不同电压标准的NIM插件。构成的NIM机箱和电源结构可满足各个NIM插件的供电要求。

图3示出了根据本发明实施例，为例如图2所示NIM机箱设计的12插槽连接器背板，包括可固定至机箱的PCB板，上面分布着大小均匀的焊孔，共分12个区域。该PCB板的长度和宽度可以根据机箱尺寸以及设计需求来确定。例如，该PCB板的总长度可以为410mm。例如，沿PCB板的长度方向，将板划分为上述12个区域，每两个区域之间的间隔为15mm，分别用于固定一个向NIM插件供电的机箱连接器，该机箱连接器安装在NIM机箱内侧，置于根据本发明实施例的背板上，实现插件与机箱之间的连接器(同种规格的42芯插座，遵从NIM标准仪器系统GB/T5962-1995)。

更具体地，图3的背板可以采用多层印刷电路板(PCB)层叠结构，是由三层或三层以上导电图形和绝缘材料层压合成的印制板。例如，可以使用数片双面板，在各相邻层间放进一层绝缘层，然后粘牢(压合)，来形成该PCB板。该PCB板的层数通常都是偶数，并且最外侧的两层是接地(GND)层。如图3所示，针对图1所示电源，该PCB板可以包括8层，按照从上至下的顺序，首层和末层是接地(GND)层，第二层到第七层依次为+6V层，+12V层，+24V层，-6V层，-12V层和-24V层。当然，层数和每一层的电压设计可以根据电源、机箱和/或设计需求而不同。该PCB板的每一层都具有同样的结构，层与层之间可以通过孔金属化灌锡连通，采用环氧玻璃布覆铜箔层，用固化片在240摄氏度高温下压制而成，采用的导电材料例如是72μm厚的紫铜。当然，也可以采用任何其他适合的导电和绝缘材料。该PCB板表面具有a、b两个输入端，它们可以相距35mm，并联作为电流输入，输入电流≥20A。图1的电源的电流输出可以分别连接至a、b两个输入端。数字1到12指示了负载输出。

下面以+6V层为例，结合图3进行进一步说明。针对图1所示电源，+6V层共有两个输入端，a输入端和b输入端(即，图3所示a、b输入端);(1)～(12)为负载输出，分别在所划分的12个区域中，每一个负载输出都包括8个焊孔，每个焊孔对应每一层的一个负载输出，输出电流≤3A;每一层在每个区域还提供了AC117V的交流输出。焊孔的大小可以是均匀的。

下面结合图4描述根据本发明实施例的背板的制造方法。

对于多层PCB板，抗干扰设计是关键因素之一。在设计多层PCB板之前，需要根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC)的要求来确定多层PCB层叠结构的选择向题。层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素，也是抑制电磁干扰的一个重要手段。在确定了电路板的层数后，需要合理地排列各层电路的放置顺序此时需要考虑的因素主要有以下两点:

(1)特殊信号层的分布。

(2)电源层和地层的分布。

如果电路板的层数越多，特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优，总的原则有以下几条:

(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层)，利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。如果电源和地线之间的电位差不大的话，可以采用较小的绝缘层厚度，例如5mil(0.127mm)。

(3)避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰，从而导致电路功能失效。在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

(4)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗。

图4为根据本发明实施例的背板的制造方法示意流程图。在制造之前，如上所述，根据电源和机箱规格、电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC)等要求确定PCB板层数，以及各层的层叠位置。具体地，根据本发明实施例的PCB背板可以共有8层，首层和末层是接地(GND)层，第二层到第七层依次为+6V层，+12V层，+24V层，-6V层，-12V层和-24V层。每一层都具有同样的结构，层与层之间可以通过孔金属化灌锡连通，采用环氧玻璃布覆铜箔层，用固化片在240摄氏度高温下压制而成，采用的导电材料可以是72μm厚的紫铜。

在步骤410，根据确定的PCB板层数以及各层的输出电压，对每一层板进行构图，以将每一层板划分为12个区域，每个区域分别用于固定一个向NIM插件供电和传递信息的机箱连接器，并在每一层上设置针对两个输入端a和b的连接结构。

在步骤412，针对每一层，在12个区域中分别设置针对12个负载输出(1)～(12)的连接结构以及针对1个AC1I7V交流输出的连接结构。这里，每一个负载输出都包括8个焊孔，每个焊孔对应每一层的一个负载输出。

在步骤414，采用例如72μm厚的紫铜等导电材料对每一层进行布线。这里，每一层可以采用环氧玻璃布覆铜箔层。

在步骤416，根据确定的层叠顺序，将所有层层叠，在层与层之间通过孔金属化灌锡连通，并用固化片在240摄氏度度高温下压制，形成多层PCB板。具体地，在层与层之间，通过孔金属化灌锡连通针对输入端、负载输出和交流输出的连接结构，以在PCB板的表面形成:两个输入端a、b，并联作为电流输入，输入电流≥20A，例如图1的电源的电流输出可以分别连接至a、b两个输入端;与用于固定机箱连接器的12个区域分别对应的12个负载输出，每个负载输出包括8个焊孔，每个焊孔对应每一层的一个负载输出，输出电流≤3A;以及每个区域中的1个AC117V交流输出。

根据本发明实施例的背板制造工艺简单，易焊接，易批量组装加工。此外，根据本发明实施例的背板具有电源层间隔离功能，降低了不同电源之间的干扰与互扰，从而为插件提供了优良低纹波供电。

以上方法步骤仅仅是示意性的，并且省略了对本领域技术人员熟知的工艺的详细描述。可以理解，以上步骤也可以按照其他任何适当顺序执行，而不仅限于所述实施例。

在获得根据本发明实施例的12插槽连接器背板后，如上所述，可以简单容易地安装机箱连接器，连接电源和NIM机箱，从而组装构成一个完整的NIM机箱和电源结构，这样构成的NIM机箱和电源结构可满足插入的12个不同电压标准的NIM插件。

尽管具体参照各个示例性实施例的特定示例性方面详细描述了各个示例性实施例，但是应当理解，能够在各个明显方面修改本发明的其他实施例及其细节。如本领域技术人员显而易见的，可以进行各种变型和修改在保持在本发明的精神和范围内的同时可以有所偏差。相应地，上述公开、描述和附图仅出于示意目的，并不限于仅由权利要求限定的本发明。

Claims (10)

1.一种用于NIM机箱的背板，用于连接NIM机箱和电源，所述背板包括:

可安装至NIM机箱背部的多层PCB板，

其中，该多层PCB板具有预定层数，

沿该多层PCB板的长度方向划分了多个区域，每一个区域用于固定一个向NIM机箱内的插件供电的机箱连接器，

在该多层PCB板的一个表面上设置有两个输入端，并联作为电流输入，用于连接至电源的电流输出，

在所述表面上，在每个区域中均设置有负载输出结构，用于连接至NIM机箱的相应插件的电流输入，每个负载输出结构包括多个焊孔，焊孔的数目等于所述预定层数，并且每个焊孔对应每一层的相应负载输出。

2.根据权利要求1所述的背板，其中，所述预定层数是8层，按照从上至下的顺序，首层和末层是接地层，第二层到第七层依次为+6V层，+12V层，+24V层，-6V层，-12V层和-24V层。

3.根据权利要求1所述的背板，其中，所述NIM机箱具有12组导轨和12个专用42芯连接器，可容纳单宽标准NIM插件12个，并且

所述多个区域包括12个区域，从而形成12插槽连接器背板结构。

4.根据权利要求1所述的背板，其中，单孔电流≤3A，并且单层总电流≥15A。

5.根据权利要求4所述的背板，其中，两个输入端的输入电流≥20A，每个焊孔的输出电流≤3A。

6.根据权利要求1所述的背板，其中，每个区域中还设置有交流输出结构。

7.根据权利要求1所述的背板，其中，每一层采用的导电材料包括72μm厚的紫铜。

8.根据权利要求1所述的背板，其中，层与层之间通过孔金属化灌锡连通，采用环氧玻璃布覆铜箔层，并用固化片在240摄氏度高温下压制，形成该多层PCB板。

9.一种用于NIM机箱的背板的制造方法，所述背板包括可安装至NIM机箱背部的多层PCB板，所述制造方法包括:

根据预定的PCB板层数以及各层的输出电压，对每一层板进行构图，将每一层划分为多个区域，每个区域分别用于固定一个向NIM插件供电的机箱连接器，并在每一层上设置针对两个输入端的连接结构;

针对每一层，在各个区域中分别设置针对负载输出的连接结构，其中每一个负载输出结构包括多个焊孔，焊孔个数与预定层数相同，并且每个焊孔对应每一层的一个负载输出;

采用导电材料对每一层进行布线，并且采用环氧玻璃布覆铜箔层来形成每一层;以及

根据预定顺序将多个层层叠，将各个连接结构分别连通，进行压制，形成多层PCB板，从而在该多层PCB板的一个表面上形成两个输入端，并联作为电流输入，用于连接至电源的电流输出;并且在所述表面上，在每个区域中均形成所述负载输出结构，用于连接至NIM机箱的相应插件的电流输入。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，层与层之间通过孔金属化灌锡连通，采用环氧玻璃布覆铜箔层，并用固化片在240摄氏度高温下压制，形成该多层PCB板。

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