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 плате 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 радиатора, 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 радиаторов 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 у 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 с 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 тепловоотводящее 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, с обеспечением удобства сборки/разборки радиоэлектронного 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, с обеспечением удобства сборки/разборки радиоэлектронного блока.

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, теплоотводящее основание радиоэлектронного компонента взаимодействует с корпусом, в котором закреплены первая и вторая группа шпилек, выступающих над печатной платой, шпильки первой группы пропущены через отверстия, выполненные в опорных элементах печатной платы, а шпильки второй группы пропущены через отверстия, выполненные в теплоотводящем основании радиоэлектронного компонента, причем на шпильках второй группы установлены диэлектрические втулки, проточенные нижние концы которых размещены в отверстиях теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента, а верхние пропущены через соответствующие отверстия, выполненные в печатной плате, при этом на резьбовых концах шпилек, выступающих над печатной платой из ее опорных элементов и из диэлектрических втулок, навинчены гайки.

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, теплоотводный корпус 1, печатную плату 2, установленный на печатной плате теплонагруженный радиоэлектронный компонент 3, имеющий планарные выводы 4 и теплоотводящее основание 5, в котором выполнены сквозные отверстия 6.

В рассматриваемом примере конкретного выполнения заявляемого радиоэлектронного 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.

В корпусе 1 закреплены (запресованы) шпильки 9 первой группы и шпильки 10 второй группы, выступающие над печатной платой 2. Шпильки 9 первой группы предназначены для закрепления печатной платы 2, а шпильки 10 второй группы - для закрепления теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 в корпусе 1 радиоэлектронного блока. Количество шпилек 9 определяется количеством точек крепления печатной платы 2, а количество шпилек 10 - количеством отверстий в теплоотводящем основании 5 радиоэлектронного компонента 3 (в рассматриваемом примере конкретного выполнения радиоэлектронного блока количество шпилек 10 равно двум).

Шпильки 9 пропущены через отверстия 11 опорных элементов 12 печатной платы 2, которые в рассматриваемом примере конкретного выполнения заявляемого радиоэлектронного блока представляют собой цилиндрические стойки, закрепленные на печатной плате 2 путем развальцовки их хвостовиков 13 в соответствующих отверстиях 14 печатной платы 2. На выступающих над печатной платой 2 из отверстий 11 опорных элементов 12 резьбовых концах 15 шпилек 9 навинчены гайки 16, закрепляющие печатную плату 2 в корпусе 1.

Высота опорных элементов 12 выбрана такой, что при затянутых гайках 16 между печатной платой 2 и внутренней поверхностью 17 корпуса 1 фиксируется зазор; при котором теплоотводящее основание 5 радиоэлектронного компонента 3 находится в тепловом взаимодействии (контакте) с корпусом 1.

Тепловое взаимодействие теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 с корпусом 1 осуществляется через диэлектрическую теплопроводную прокладку 18, выполненную, например, из слюды. Прикрепление теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 вместе с диэлектрической теплопроводной прокладкой 18 к корпусу 1 для обеспечения теплового взаимодействия между ними осуществляется с помощью шпилек 10.

Шпильки 10 пропущены через отверстия 19, выполненные в диэлектрической теплопроводной прокладке 18, и отверстия 6 теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3.

На шпильках 10 установлены диэлектрические втулки 20, выполненные, например, из текстолита. В диэлектрических втулках 20 выполнены центральные сквозные отверстия 21 для установки втулок 20 на шпильки 10.

Втулки 20 установлены на шпильках 10 таким образом, что проточенные нижние концы 22 втулок 20 размещаются в отверстиях 6 теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3, обеспечивая тем самым его электрическую изоляцию от шпилек 10. Верхние концы 23 диэлектрических втулок 20 проходят через соответствующие технологические отверстия 24, выполненные в печатной плате 2. Верхние концы 23 диэлектрических втулок 20 в конкретных вариантах выполнения заявляемого радиоэлектронного блока либо выступают над печатной платой 2, как показано на фиг.1, либо располагаются на ее уровне.

На выступающих из диэлектрических втулок 20 резьбовых концах 25 шпилек 10 навинчены гайки 26.

На шпильках 10 под гайками 26 установлены металлические шайбы 27. Аналогичным образом на шпильках 9 под гайками 16 установлены металлические шайбы 28.

В печатной плате 2 выполнено дополнительное окно 29 (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 вместе с диэлектрической теплопроводной прокладкой 18 размещается на корпусе 1 радиоэлектронного блока на шпильках 10. На шпильки 10 устанавливаются диэлектрические втулки 20, шайбы 27 и навинчиваются гайки 26.

Затем в корпусе 1 радиоэлектронного блока устанавливается печатная плата 2.

Печатная плата 2 устанавливается на шпильках 9, пропущенных через отверстия 11 элементов 12 печатной платы 2. Печатная плата 2 устанавливается 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 гаек 16, навинчиваемых на выступающие над платой 2 резьбовые концы 15 шпилек 9.

После затяжки гаек 16, закрепляющих печатную плату 2 в корпусе 1 радиоэлектронного блока, окончательно затягиваются гайки 26 на шпильках 10, осуществляя тем самым требуемый прижим теплоотводящего основания 5 радиоэлектронного компонента 3 к корпусу 1. После этого запаиваются выводы 4 радиоэлектронного компонента 3 на соответствующих контактах 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 обеспечивает возможность его удобной разборки, например, для ремонта печатной платы, и последующей сборки с сохранение всех тепловых и конструктивных характеристик блока.

При разборке радиоэлектронного блока отворачиваются и снимаются со шпилек 10 гайки 26, шайбы 27 и диэлектрические втулки 20. Затем отворачиваются и снимаются со шпилек 9 гайки 16 с шайбами 18, скрепляющие печатную плату 2 с корпусом 1. После этого печатная плата 2, а также диэлектрическая теплопроводная прокладка 18 вынимается из корпуса 1.

Повторная сборка радиоэлектронного блока осуществляется в обратной последовательности: вначале устанавливается на свои места на шпильки 10 и 9 диэлектрическая теплопроводная прокладка 18 и печатная плата 2, после чего печатная плата 2 закрепляется в корпусе 1 с помощью шайб 28 и гаек 16, затем на свои места устанавливаются диэлектрические втулки 20, шайбы 27 и завинчиваются гайки 26, скрепляющие теплоотводящее основание 5 радиоэлектронного компонента 3 с корпусом 1 радиоэлектронного блока.

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, при этом решается задача эффективного теплоотвода в минимальном конструктивном объеме, обеспечивается удобство сборки/разборки радиоэлектронного блока.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 586515, кл. H 01 L 23/36, опублик. 29.12.77.

2. Авторское свидетельство СССР N 658798, кл. H 05 K 7/20, опублик. 25.04.79.

3. Авторское свидетельство СССР N 1679666, кл. H 05 K 7/20, опублик, 23.09.91.

4. Заявка Великобритании N 2270207, кл. H 05 K 7/20, опублик.02.03.94.

5. Патент США N 5109317, кл.H 05 K 7/20, опублик.28.04.92.

6. Авторское свидетельство СССР N 764160, кл.H 05 K 7/20, опублик. 15.09.80.

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

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 теплоотводящее 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, в котором закреплены первая и вторая группа шпилек, выступающих над платой. Шпильки первой группы пропущены через отверстия, выполненные в опорных элементах платы. Шпильки второй группы пропущены через отверстия, выполненные в теплоотводящем основании радиоэлектронного компонента, на них установлены диэлектрические втулки, проточенные нижние концы которых размещены в отверстиях теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента, а верхние пропущены через соответствующие отверстия, выполненные в плате. На резьбовых концах шпилек, выступающих над платой из ее опорных элементов и из диэлектрических втулок, навинчены гайки. Изобретение может найти применение при конструировании малогабаритных блоков радиоэлектронной аппаратуры с теплонагруженными радиоэлектронными компонентами, реализованными в корпусах, аналогичных корпусам типа 4115.4-3, 4113.8-3 по ГОСТ 17437-89. 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, теплоотводящее основание радиоэлектронного компонента взаимодействует с корпусом, в котором закреплены первая и вторая группы шпилек, выступающих над печатной платой, шпильки первой группы пропущены через отверстия, выполненные в опорных элементах печатной платы, а шпильки второй группы пропущены через отверстия, выполненные в теплоотводящем основании радиоэлектронного компонента, причем на шпильках второй группы установлены диэлектрические втулки, проточенные нижние концы которых размещены в отверстиях теплоотводящего основания радиоэлектронного компонента, а верхние пропущены через соответствующие отверстия, выполненные в печатной плате, при этом на резьбовых концах шпилек, выступающих над печатной платой из ее опорных элементов и из диэлектрических втулок, навинчены гайки.