CN112969898A - 包括变形规的印刷电路板 - Google Patents

Abstract

印刷电路板（1），其包括电子部件（3）、载体（2）以及变形规（5A、5B、5C），载体（2）设有电连接电子部件（3）的传导迹线（4）的网络。

Description

包括变形规的印刷电路板

技术领域

本发明涉及电子领域，并且旨在保护印刷电路板并使之更可靠。

背景技术

印刷电路板（circuit imprimé），也称为PCB，英语“Printed Circuit Board”，其广泛用于电子领域。印刷电路板是板，其使得能够机械地承载电子部件并将它们彼此电连接，无论这些电子部件是安装在表面还是安装在通孔中。印刷电路板时常增加复杂性和层数，这对部件的机械保持产生约束，并且通常在制造成本方面受到高约束。印刷电路板形成的机械结构通常是由部件的机械耐久要求和这些部件的电联接要求之间的折衷的结果。然而，印刷电路板的可靠性的很大部分是由其机械保持能力决定的，尤其是在受到部件可能散发的热量的影响下。

在设计印刷电路板时，通常使用数字仿真装置来预测印刷电路板的热学性能，从而针对由温度引起的现象、尤其是热胀冷缩（dilation）优化其可靠性。然而，数字仿真在预测印刷电路板的机械和热学性能的领域中不太准确。此外，对原型的实际试验与当前现行的设计期限和制造成本的要求无法兼容。

本发明通过提出一种具有提高的可靠性的印刷电路板而使得能够在不提高其制造成本的情况下改善现有技术的印刷电路板。

发明内容

为此，本发明的目的在于一种印刷电路板，其包括电子部件和载体（support），载体设有电连接电子部件的传导迹线（piste）的网络，其特征在于，其包括变形规（jauge dedéformation）。

这样的印刷电路板于是装有用于测量其机械变形的测量装置，这使得能够监控其物理载体功能的机械演变。

可以保存在印刷电路板中观察到的机械变形，以使确定的印刷电路板模型的制造商可以掌握有关该电路板的可靠性的重要数据来源，以改善其印刷电路板模型的后续版本的设计或其未来的印刷电路板的设计。还可以知晓在确定的印刷电路板的整个生命周期内发生的事件，并针对保修、错误安装或异常热应力的检测、以及故障时的诊断帮助等问题进行咨询。于是改善了印刷电路板的可靠性和可修复性，这些准则在最近的生态设计尝试中至关重要。

此外，可以进行局部测量以减少产生足以引起热胀冷缩的热量的一个或多个部件的活动，热胀冷缩不利于印刷电路板的工作或寿命。

印刷电路板可以单独或组合地包括以下附加特征：

• 变形规固定在载体上；

• 变形规粘在载体上；

• 变形规是焊接到载体表面的部件；

• 变形规是构成载体的传导迹线的网络的一部分的传导迹线；

• 印刷电路板包括微控制器，其被适配成接收由变形规提供的变形信息；

• 印刷电路板包括存储器，其被适配成记录来自变形规的信息；

• 印刷电路板包括温度传感器，其测量被适配成与变形规的测量相关联；

• 印刷电路板包括两个彼此垂直布置的变形规；

• 印刷电路板在载体的每个角附近包括变形规；

• 印刷电路板在功率部件或一组功率部件附近包括变形规。

本发明的另一主题的目的在于用于维护如上所述的印刷电路板的方法，其包括存储来自变形规的变形信息的存储步骤。

该方法可以单独或组合地具有以下附加特征：

• -其包括限制步骤，当由变形规测量的变形超过预定阈值时限制电子部件中的至少一个的活动；

• 其包括读取步骤，读取有关载体随时间推移经历的变形的信息的历史记录。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明的优选实施示例，在附图中：

- 图1示出了根据本发明的第一实施例的印刷电路板；

- 图2示出了图1的印刷电路板的变形规；

- 图3图示了在根据本发明的第二实施例的印刷电路板上的变形规的实现示例。

在这些图中，使用相同的附图标记来表示相同的元件。

具体实施方式

图1图示了印刷电路板1的示例，印刷电路板1包括载体板2，其上安装有电子部件3、连接器、以及常规印刷电路板上通常会有的任何类型的元件。

载体板2可以是单层或多层的，并且在至少一层上，印刷电路板1包括用于实现各部件3之间的电连接的传导迹线4。

在该示例中，印刷电路板1尤其包括散发热量的功率部件和微控制器。

印刷电路板1还包括一个或多个变形规5A、5B。图1图示了变形规5A、5B的两个安置示例。第一安置示例涉及一组五个变形规5A，它们被分别安置在印刷电路板1的每个角附近和其中心附近。

第二安置示例涉及一组两个变形规5B，它们一起被适配成测量在载体2的平面的两个方向上的变形。

图2给出了可以用在图1的印刷电路板1中的变形规5的示例，用于变形规5A、5B的第一或第二安置示例皆可。变形规5包括传导迹线，其电阻是已知的。变形规5粘在载体2上，使得它随载体2的变形一起变形。当印刷电路板1（更确切地说其载体2）在箭头6的方向上变形时，变形规5在该方向上拉伸，这导致传导迹线的长度增加，因而其电阻增加。因此，测量变形规5两端的电阻使得能够了解变形规5的拉伸状态，因此表示方向6上的线性变形。可以将各变形规5放置在印刷电路板1上，所述各变形规5被定向成与期望测量变形的方向相同的方向，也就是说，被定向成与期望了解印刷电路板1的伸缩的方向相同的方向。

图1中的变形规5A的第一安置示例旨在将印刷电路板1划分为网格。这种布置对于测量例如与印刷电路板1在其壳体中的不正确安装、载体2的翘曲有关的变形、或任何其他明显的机械变形来说特别有利。

图1中的变形规5B的第二安置示例是这样的设置：其仅具有成直角定向的两个变形规5B，以便总体地测量印刷电路板1在平面的两个方向上的线性变形。这样的设置较为简单，且使得能够以较低的成本确保对印刷电路板变形的监控。

无论是什么样的布置，变形规5A、5B都指示了印刷电路板1在其整个寿命期间经历的变形。为此，在本示例中，印刷电路板1在其部件3中包括微控制器7，微控制器7是用于印刷电路板1被设计有的功能需求。微控制器7除了履行该主要功能之外还承担次要功能，即监控印刷电路板7的变形。微控制器7以预定义的间隔测量变形规5A、5B两端的电阻，从而确定印刷电路板1经历的变形的状态和演变。所监控的变形将尤其是与印刷电路板1在由功率部件或计算部件散发的热量的作用下或在热冲击的作用下的热胀冷缩有关的变形。变形的演变曲线指示了印刷电路板经历的应力的类型（例如，缓慢加热或热冲击）。

此外，微控制器7可以被编程为根据由变形规5A、5B抄录的变形信息来干预印刷电路板1的工作。例如，如果变形规5A、5B检测到超出极限阈值的变形，则微控制器可以减慢其计算活动或撤销任务，以便降低所散发的温度并使印刷电路板返回可接受的变形阈值。同样，微控制器7可以尽可能地减慢或撤销诸如存在于印刷电路板1上的功率晶体管之类的功率部件的切换。于是，通过监控来获得增加的使用寿命，该监控保证了将印刷电路板7的工作温度保持在临界工作范围之外，临界工作范围例如会对印刷电路板1的焊接的耐久产生不利影响。

此外，可以存储来自变形规5A、5B的变形信息，以便长期监控印刷电路板。于是，与印刷电路板1随时间推移发生的变形有关的信息被存储在存储器9中。于是，在检查或维护操作期间，可以读取存储在存储器9中的印刷电路板1的变形历史记录，并将其与这些检查或维护操作相关联。例如，特定印刷电路板模型上的反复发生的故障可能于是与该印刷电路板的长期过度变形相关联，这反映了例如印刷电路板的冷却装置的不足。就此而言，印刷电路板1还可以包括温度传感器8（见图1），其信息可以与由变形规5A、5B确定的印刷电路板1的变形行为相关联。

关于印刷电路板的设计，可以累积制造商的所有印刷电路板1的变形信息，以改善新的印刷电路板的设计。于是缩减了印刷电路板的设计期限，这在电子工业中至关重要。

图3图示了变形规5的另一实施示例。在该示例中，与印刷电路板的传导迹线4联合地制造变形规5C。例如，以常规方式通过将铜迹线蚀刻到板上来制造印刷电路板，并且变形规5C是这些铜迹线的一部分。因此，在印刷电路板的制造期间以几乎零附加成本获得了变形规5C。变形规5C的工作和所提供的变形信息的管理以与图1中的变形规5A、5B相同的方式进行。

此外，图3还图示了变形规的第三安置示例。变形规5C被放置得尽可能靠近确定的部件，例如预期热量散发较大的功率部件。根据该第三布置示例，选择用一个或多个变形规5C来仅监控被确定为更关键的一个或多个部分。

可以实施印刷电路板的其他实施变型而不脱离本发明的范围。例如，一个或多个变形规5可以由焊接到印刷电路板1的表面上的专用部件来制造。

Claims (14)

1.印刷电路板（1），其包括电子部件（3）和载体（2），载体（2）设有电连接电子部件（3）的传导迹线（4）的网络，其特征在于，其包括变形规（5A、5B、5C）。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，变形规（5A、5B、5C）固定在载体（2）上。

3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，变形规（5A、5B、5C）粘在载体（2）上。

4.根据权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，变形规（5A、5B、5C）是焊接到载体（2）表面的部件。

5.根据权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，变形规（5A、5B、5C）是构成载体（2）的传导迹线（4）的网络的一部分的传导迹线。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于，其包括微控制器，微控制器被适配成接收由变形规提供的变形信息。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于，其包括存储器（9），存储器（9）被适配成记录来自变形规（5A、5B、5C）的信息。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于其包括温度传感器（8），并且在于其被适配成将温度测量与变形规（5A、5B、5C）的测量相关联。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于，其包括两个彼此垂直布置的变形规（5B）。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于，其在载体的每个角附近包括变形规（5A）。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板，其特征在于，其在功率部件或一组功率部件附近包括变形规（5C）。

12.用于维护根据权利要求1至11中的一项所述的印刷电路板的方法，其特征在于，其包括存储来自变形规（5A、5B、5C）的变形信息的存储步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其包括限制步骤，当由变形规（5A、5B、5C）测量的变形超过预定阈值时限制电子部件（3）中的至少一个的活动。

14.根据权利要求12或13中的一项所述的方法，其特征在于，其包括读取步骤，读取有关载体（2）随时间推移经历的变形的信息的历史记录。

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