РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК Российский патент 1998 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в блоках радиоэлектронной аппаратуры для решения задачи отвода тепла от размещенного на печатной пласте теплонагруженного радиоэлектронного компонента с планарными выводами.

Известны радиоэлектронные блоки, описанные например в [1], [2] и [3], в которых задача отвода тепла от размещенного на печатной плате теплонагруженного радиоэлектронного компонента решается с помощью теплоотводящей пластины радиатора, установленной между теплоотводящим, как правило металлическим, основанием радиоэлектронного компонента и поверхностью печатной платы. Эффективность охлаждения в таких блоках зависит от площади теплоотводящей пластины радиаторов, размещаемой на печатной плате, что требует выделения на ней соответствующего места. При этом сокращается площадь, используемая на печатной плате для установки других радиоэлектронных компонентов. Особенностью рассматриваемых блоков является то, что тепловая энергия, выделяемая на радиаторе, установленном на печатной плате, рассеивается внутри самого блока, что снижает эффективность охлаждения теплонагруженного радиоэлектронного компонента и увеличивает тепловую нагрузку на другие радиоэлектронные компоненты блока.

Известны радиоэлектронные блоки, в которых эффективность охлаждения размещенных на печатной плате теплонагруженных радиоэлектронных компонентов повышается за счет использования в качестве радиатора теплопроводящих элементов конструкции, например корпуса. При этом для передачи тепла от размещенных на печатной плате теплонагруженных элементов к корпусу могут применяться специальные теплопроводящие диэлектрические пасты, как например в известных решениях [4] и [5], или специальные теплоотводящие шины, выполняемые на печатной плате и имеющие тепловой контакт как с корпусом охлаждаемого радиоэлектронного компонента, так и с корпусом радиоэлектронного блока, как например в известных решениях [6] и [7].

Использование в конструкциях радиоэлектронных блоков теплопроводных диэлектрических паст для создания соответствующих теплоотводящих мостиков между теплонагруженным радиоэлектронным компонентом и корпусом блока усложняет технологию изготовления блока, а использование для целей отвода тепла от теплонагруженного радиоэлектронного компонента теплоотводящих шин, выполняемых на печатной плате, усложняет конструкцию печатной платы и уменьшает площадь, используемую для установки других радиоэлектронных компонентов.

В качестве прототипа выбрана конструкция радиоэлектронного блока, описанная в [7]. Блок-прототип содержит теплопроводный корпус с корпусной рамой и закрепленную на корпусной раме печатную плату и теплонагруженным радиоэлектронным компонентом с планарными выводами. На печатной плате выполнена теплоотводящая шина, имеющая тепловой контакт с корпусной рамой. Теплонагруженный радиоэлектронный компонент с планарными выводами установлен на печатной плате так, что его теплоотводящее основание имеет тепловой контакт с теплоотводящей шиной.

Тепловой контакт теплоотводящей шины печатной платы с корпусной рамой обеспечивается за счет плотного ее прижима с последующей фиксацией печатной платы на раме, например, с помощью пайки или винтового соединения. Тепловой контакт радиоэлектронного компонента с теплоотводящей шиной печатной платы обеспечивается за счет его прижима к печатной плате с последующей фиксацией этого положения за счет распайки планарных выводов радиоэлектронного компонента на контактных площадках печатной платы или с помощью винтового соединения теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента с печатной платой в тех случаях, когда конструкция теплоотводящего основания предусматривает возможность такого соединения.

Использование в блоке-прототипе для целей отвода тепла от теплонагруженного радиоэлектронного компонента на корпус блока соответствующей теплоотводящей шины, выполняемой на печатной плате, усложняет как конструкцию самой печатной платы, так и конструкцию блока, что связано, в частности, с необходимостью обеспечения надежного теплового контакта печатной платы с корпусом блока. Применение теплоотводящей шины для отвода тепла на корпус блока уменьшает площадь печатной платы, используемую для установки других радиоэлектронных компонентов. Кроме того, при отводе тепла с помощью теплоотводящей шины часть отводимой на корпус блока тепловой энергии рассеивается внутри самого блока, что снижает эффективность охлаждения теплонагруженного радиоэлектронного компонента.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи обеспечения отвода тепла от установленного на печатной плате радиоэлектронного компонента с планарными выводами (конструкция теплоотводящего основания которого предусматривает возможность винтового соединения) непосредственно на корпус радиоэлектронного блока без помощи теплоотводящей шины, выполняемой на печатной плате. Поставленная задача решается заявляемым изобретением для любых конструкций корпусов радиоэлектронных блоков, в том числе для тонкостенных конструкций, при этом обеспечивается возможность разборки собранного радиоэлектронного блока и последующей его сборки с сохранением всех тепловых и конструктивных характеристик блока.

Решение поставленной задачи позволяет осуществить эффективное охлаждение радиоэлектронного компонента с планарными выводами, установленного в радиоэлектронном блоке на печатной плате, без усложнения конструкции печатной платы и ее крепежа к корпусу блока, без уменьшения полезной площади печатной платы, используемой для установки других радиоэлектронных компонентов.

Сущность изобретения состоит в том, что в радиоэлектронном блоке, содержащем теплопроводный корпус, закрепленную в корпусе печатную плату с установленным на ней теплонагруженным радиоэлектронным компонентом с теплоотводящим основанием и планарными выводами, планарные выводы радиоэлектронного компонента отогнуты под прямым углом в сторону, противоположную его теплоотводящему основанию, размещены в сквозных отверстиях печатной платы и распаяны на ее контактных площадках со стороны, противоположной стороне установки радиоэлектронного компонента, при этом теплоотводящее основание радиоэлектронного компонента через диэлектрическую теплопроводную прокладку взаимодействует с корпусом, а винтовые стяжки для прижатия теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента и диэлектрической теплопроводной прокладки к корпусу установлены со стороны внешней поверхности корпуса через соответствующие отверстия, выполненные в корпусе, в диэлектрической теплопроводной прокладке и в диэлектрических втулках, размещенных в сквозных отверстиях теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента, в печатной плате выполнены технологические отверстия, обращенные к гайкам, навинченным на резьбовые концы винтовых стяжек, в также закреплены элементы для фиксации зазора между печатной платой и внутренней поверхностью корпуса, соединенные с корпусом посредством винтов, завинченных в резьбовые отверстия этих элементов со стороны внешней поверхности корпуса блока.

Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются чертежами (фиг. 1 - 3), где на фиг. 1 представлен пример конкретного выполнения заявляемого радиоэлектронного блока в разрезе (общий вид), на фиг. 2 представлен общий вид радиоэлектронного компонента с планарными выводами, на фиг. 3 представлен вид радиоэлектронного блока со стороны печатной платы.

Заявляемый радиоэлектронный блок содержит, см. фиг. 1 - 3, тонкостенный теплопроводный корпус 1, печатную плату 2, установленный на печатной плате теплонагруженный радиоэлектронный компонент 3, имеющий планарные выводы 4 и теплоотводящее основание 5 со сквозными отверстиями 6.

В рассматриваемом примере конкретного выполнения заявляемого блока в качестве радиоэлектронного компонента 3 используются стандартные микросхемы, например типа 142EH3 - 142EH16, 2D222BC и др., реализованные в корпусах типа 4116.4-3, 4116.8-3 по ГОСТ 17467-89 [8], у которых теплоотводящее основание 5 выполнено в виде металлической пластины с двумя сквозными отверстиями 6 (см. фиг. 2, где представлен пример радиоэлектронного компонента с корпусом типа 4116.8-3).

Планарные выводы 4 радиоэлектронного компонента 3 отогнуты, см. фиг. 1, под прямым углом в сторону, противоположную его теплоотводящему основанию 5, установлены в сквозных отверстиях 7 печатной платы 2 и распаяны на ее контактных площадках 8 со стороны, противоположной стороне установки радиоэлектронного компонента 3.

На печатной плате 2 закреплены элементы 9 для фиксации определенного зазора между печатной платой 2, закрепленной в корпусе 1, и внутренней поверхностью 10 корпуса 1. В рассматриваемом примере конкретного выполнения заявляемого радиоэлектронного блока элементы 9 выполнены в виде стоек, закрепленных на печатной плате 2 путем развальцовки их хвостовиков 11 в соответствующих отверстиях 12 печатной платы 2. Элементы 9 соединены с корпусом 1 посредством винтов 13, завинченных в резьбовые отверстия 14 элементов 9 со стороны внешней поверхности 15 корпуса 1 через соответствующие отверстия 16, выполненные в корпусе 1.

Высота элементов 9 выбрана такой, что между печатной платой 2, закрепленной в корпусе 1 при занятых винтах 13, и внутренней поверхность 10 корпуса 1 фиксируется зазор, при котором теплоотводящее основание 5 радиоэлектронного компонента 3 находится в тепловом контакте (взаимодействии) с корпусом 1.

Тепловое взаимодействие теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 с корпусом 1 осуществляется через диэлектрическую теплопроводную прокладку 17, выполненную, например, из слюды.

Прижим теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 (вместе с диэлектрической теплопроводной прокладкой 17) к корпусу 1 для обеспечения теплового контакта между ними осуществляется с помощью винтовых стяжек 18 с гайками 19, навинченными на их резьбовые концы 20. Винтовые стяжки 18 установлены со стороны внешней поверхности 15 корпуса 1 через отверстия 21, 22, 23, выполненные соответственно в корпусе 1, в диэлектрической теплопроводной прокладке 17 и в T-образных диэлектрических втулках 24, размещенных в отверстиях 6 теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3.

Диэлектрические втулки 24 выполняются, например, из текстолита.

Между гайками 19 и торцевыми поверхностями втулок 24 установлены металлические шайбы 25.

Для установки на резьбовые концы 20 винтовых стяжек 18 шайб 25 и гаек 19 в печатной плате 2 выполнены технологические отверстия 26.

В печатной плате 2 также выполнено окно 27 (фиг. 3) для осмотра маркировки, нанесенной на лицевой поверхности радиоэлектронного компонента 3.

Сборка радиоэлектронного блока осуществляется в следующей последовательности.

Вначале осуществляется формовка планарных выводов 4 радиоэлектронного компонента 3. Формовка осуществляется путем отгибки выводов 4 радиоэлектронного компонента 3 под прямым углом в сторону, противоположную его теплоотводящему основанию 5.

После этого радиоэлектронный компонент 3 размещается на корпусе 1 радиоэлектронного блока на диэлектрической теплопроводной прокладке 17 так, чтобы отверстия 6 его теплоотводящего основания 5 и отверстия 22 в диэлектрической теплопроводной прокладке 17 были соосны с отверстиями 21 в корпусе 1. В отверстия 6 теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 устанавливаются T-образные диэлектрические втулки 24. Через отверстия 21 корпуса 1, отверстия 22 прокладки 17 и отверстия 23 втулок 24 со стороны внешней поверхности 15 корпуса 1 пропускаются винтовые стяжки 18. На резьбовые концы 20 винтовых стяжек 18 устанавливаются металлические шайбы 25 и навинчиваются гайки 19.

Затем в корпусе 1 радиоэлектронного блока устанавливается печатная плата 2 таким образом, чтобы сформированные выводы 4 радиоэлектронного компонента 3 располагались в соответствующих отверстиях 7 печатной платы 2. Печатная плата 2 закрепляется в корпусе 1 с помощью винтов 13, завинчиваемых со стороны его внешней поверхности 15 через отверстия 16 в резьбовые отверстия 14 элементов 9, закрепленных на печатной плате 2.

После затяжки винтов 13, закрепляющих печатную плату 2 в корпусе 1 радиоэлектронного блока, окончательно затягиваются гайки 19 винтовых стяжек 18, осуществляя тем самым требуемый прижим теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 к корпусу 1. Затяжка гаек 19 осуществляется через технологические отверстия 26, выполненные в печатной плате 2.

После затяжки гаек 19 запаиваются выводы 4 радиоэлектронного компонента 3 на соответствующих контактных площадках 8 печатной платы 2.

При такой сборке обеспечивается равномерность прижима теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 к корпусу 1 радиоэлектронного блока, исключаются перекосы при закреплении радиоэлектронного компонента 3 и связанные с этим возможные механические напряжения в его конструктивных элементах.

В собранном таким образом радиоэлектронном блоке обеспечивается эффективное охлаждение установленного на печатной плате теплонагруженного радиоэлектронного компонента за счет отвода от него тепла непосредственно на корпус блока без применения теплоотводящих шин, выполняемых на печатной плате.

Конструкция радиоэлектронного блока предусматривает возможность его разборки, например, для ремонта печатной платы, и последующую его сборку с сохранением всех тепловых и конструктивных характеристик блока.

При разборке радиоэлектронного блока вначале через технологические отверстия 26, выполненные в печатной плате 2, отворачиваются и снимаются гайки 19 винтовых стяжек 18 с шайбами 25 и втулками 24. Затем вынимаются резьбовые стяжки 18 и отворачиваются винты 13, скрепляющие печатную плату 2 с корпусом 1. После этого печатная плата 2, а также диэлектрическая теплопроводная прокладка 17 вынимаются из корпуса 1.

Повторная сборка радиоэлектронного блока осуществляется в обратной последовательности: вначале устанавливаются на свои места диэлектрическая теплопроводная прокладка 17 и печатная плата 2, после чего печатная плата 2 закрепляется в корпусе 1 с помощью винтов 13, затем на свои места устанавливаются винтовые стяжки 18, диэлектрические втулки 24 и шайбы 25, завинчиваются гайки 19, скрепляющие теплоотводящее основание 5 радиоэлектронного компонента 3 с корпусом 1.

Таким образом, из рассмотренного видно, что заявляемое изобретение промышленно применимо и решает поставленную техническую задачу.

Заявляемая конструкция может найти применение при конструировании малогабаритных блоков радиоэлектронной аппаратуры, использующей теплонагруженные радиоэлектронные компоненты с корпусами, аналогичными корпусам типа 4116.4-3, 4116.8-3 по ГОСТ 17467-89, решая при этом задачу эффективного теплоотвода в минимальном конструктивном объеме, в том числе в условиях применения тонкостенных конструкций корпусов блоков.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 586515, H 01 L 23/36, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 658798, H 05 K 7/20, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР N 1679666, H 05 K 7/20, 1991.

4. Заявка Великобритании N 2270207, H 05 K 7/20, 1994.

5. Патент США N 5109317, H 05 K 7/20, 1992.

6. Авторское свидетельство СССР N 764160, H 05 K 7/20, 1980.

7. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры/ Под ред. Б.Ф. Высокого , В.Б.Пестрякова, О.А.Пятлина.-М.: Радио и связь, 1982, с. 104-106, рис. 5.25 (прототип).

8. ГОСТ 17467-89. Микросхемы интегральные. Основные размеры.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в блоках радиоэлектронной аппаратуры для решения задачи отвода тепла от размещенного на печатной плате теплонагруженного радиоэлектронного компонента с планарными выводами. Радиоэлектронный блок содержит теплопроводный корпус, закрепленную в нем печатную плату с теплонагруженным радиоэлектронным компонентом, имеющим теплостводящее основание и планарные выводы. Выводы отогнуты под прямым углом в сторону, противоположную теплоотводящему основанию радиоэлектронного компонента, размещены в отверстиях платы и распаяны на ее контактных площадках со стороны, противоположной стороне установки радиоэлектронного компонента. Теплоотводящее основание радиоэлектронного компонента взаимодействует с корпусом через диэлектрическую теплопроводную прокладку, винтовые стяжки для их прижатия к корпусу установлены со стороны внешней поверхности корпуса через соответствующие отверстия, выполненные в корпусе, диэлектрической прокладке и диэлектрических втулках, размещенных в отверстиях теплоотводяшего основания радиоэлектронного компонента. В плате выполнены отверстия, обращенные к гайкам, навинченным на резьбовые концы винтовых стяжек, а также закреплены элементы для фиксации зазора между платой и внутренней поверхностью корпуса, соединенные с корпусом посредством винтов, завинченных в резьбовые отверстия этих элементов со стороны внешней поверхности корпуса. Техническим результатом является улучшение отвода тепла от радиоэлектронного компонента с планарными выводами. 3 ил.

Радиоэлектронный блок, содержащий теплопроводный корпус, закрепленную в корпусе печатную плату с установленным на ней теплонагруженным радиоэлектронным компонентом с теплоотводящим основанием и планарными выводами, отличающийся тем, что планарные выводы радиоэлектронного компонента отогнуты под прямым углом в сторону, противоположную его теплоотводящему основанию, размещены в сквозных отверстиях печатной платы и распаяны на ее контактных площадках со стороны, противоположной стороне установки радиоэлектронного компонента, при этом теплоотводящее основание радиоэлектронного компонента через диэлектрическую теплопроводную прокладку взаимодействует с корпусом, а винтовые стяжки для прижатия теплоотводящего основания ридиоэлектронного компонента и диэлектрической теплопроводной прокладки к корпусу установлены со стороны внешней поверхности корпуса через соответствующие отверстия, выполненные в корпусе, в диэлектрической теплопроводной прокладке и в диэлектрических втулках, размещенных в сквозных отверстиях теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента, в печатной плате выполнены технологические отверстия, обращенные к гайкам, навинченным на резьбовые концы винтовых стяжек, а также закреплены элементы для фиксации зазора между печатной платой и внутренней поверхностью корпуса, соединенные с корпусом посредством винтов, завинченных в резьбовые отверстия этих элементов со стороны внешней поверхности корпуса.