РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК Российский патент 2002 года по МПК H05K7/10 H05K7/06 H05K7/20 H05K1/14 H05K1/11 

Изобретение относится к области радиоэлектронных блоков, предназначено для использования в высокопроизводительных электронных устройствах, содержащих большое число проводных связей (например, в многопроцессорных системах).

Известны радиоэлектронные блоки (PЭБ), содержащие большое число проводных связей и состоящие из набора плоских плат, соединенных между собой при помощи разъемных электрических соединителей, установленных на поверхности плат. Наиболее известны РЭБ кассетной конструкции [1], у которых разъемные соединители располагаются на плате локально вдоль одного края прямоугольной платы. Такие устройства обладают высокой ремонтонепригодностью, однако из-за локального размещения соединителей на поверхности плат межплатные связи в них получаются длинными, а максимально достижимое число проводных межплатных связей небольшое, что отрицательно сказывается на производительности подобных устройств.

Известны РЭБ, у которых разъемные соединители располагаются равномерно на поверхности всей платы с обеих ее сторон [2]. В случае установки этих соединителей непосредственно на печатные платы хвостовики контактов ответных частей соединителей пересекают плоскость платы каждый в своем собственном металлизированном отверстии платы. Механическая жесткость платы достигается наличием ребер жесткости на обеих сторонах платы. Благодаря равномерному расположению соединителей по всей поверхности платы здесь появляется возможность повысить производительность РЭБ за счет увеличения числа межплатных проводных связей и сокращения длины этих связей, при этом сохраняется высокая ремонтопригодность устройства. К недостаткам данного PЭБ следует отнести громоздкость станка, с помощью которого платы собираются в пакет, а также невозможность использования пакета плат вне станка блока.

Наиболее близким к заявленному РЭБ является РЭБ [3], разъемные соединители которого располагаются равномерно на поверхности всей платы, однако в отличие от аналога [2] его собранный пакет плат может быть использован вне станка блока.

Недостатком прототипа является использование в нем соединителей, каждый контакт которых своей хвостовой частью пересекает плоскость платы в отдельном отверстии платы. В результате в РЭБ длина любой проводной связи между несоседними платами пакета плат РЭБ, проходящей через соединители промежуточных плат, расположенных в пакете между двумя связываемыми платами, возрастает на длину печатных проводников, проходящих внутри промежуточных плат (фиг. 1, а), при этом возрастают паразитные индуктивность и емкость проводной связи, понижается помехозащищенность связи, увеличиваются габариты платы. Используемые в прототипе корпуса соединителей содержат в себе небольшое число контактов и имеют габаритные размеры, которые намного меньше габаритных размеров самой платы, поэтому при большом числе контактов на плате возникает необходимость в установке на плате большого числа подобных соединителей с использованием большого числа крепежных деталей. Это повышает трудоемкость сборки РЭБ, затрудняет автоматизацию процесса сборки, увеличивает габариты и вес РЭБ.

Целью изобретения является повышение производительности и надежности РЭБ, уменьшение его габаритов, веса и стоимости.

Указанная цель достигается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем набор параллельных плоских плат, механически соединенных между собой в пакет и электрически соединенных между собой по плоскостям их сопряжения о помощью разъемных соединителей, в корпусах которых расположены штыри и гнезда контактов, пересекающих плоскость платы каждый в отдельном электропроводящем отверстии платы, а корпуса соединителей опираются на одну из сторон платы и жестко связаны с ребрами жесткости платы, каждый контакт соединителя, пересекающий плоскость платы, состоит из гнезда, упора, контактного участка и штыря, при этом гнездо и упор расположены с одной стороны пересекаемой платы, контактный участок расположен внутри электропроводящего отверстия платы, а штырь расположен с противоположной стороны платы, одни контакты имеют длинный штырь, другие контакты имеют короткий штырь, при механическом соединении плат в пакет длинный штырь расположен внутри гнезда сопрягаемой платы и электрически связан с этим гнездом, короткий штырь не расположен внутри гнезда сопрягаемой платы и электрически не связан с этим гнездом, контактный участок электрически связан с электропроводящим отверстием, корпуса всех соединителей платы, опирающиеся на одну сторону платы, выполнены в виде единого заполнителя, поверхность которого вместе с поверхностью платы образуют вентиляционные окна, все ребра жесткости, расположенные с одной стороны платы, выполнены в виде единой обшивки заполнителя, обшивка заполнителя механически жестко связана с внешней поверхностью заполнителя, в обшивке заполнителя выполнены сквозные отверстия, через которые выходят штыри и гнезда, каждый заполнитель расположен между поверхностью платы и его обшивкой, обшивка заполнителя одной стороны платы механически жестко соединена с обшивкой заполнителя другой стороны платы.

В отличие от прототипа гнездо и штырь заявленного РЭБ пересекают плоскость платы в одном отверстии платы, в результате связь между любыми двумя платами РЭБ выполняется по прямой (т.е. максимально короткой), отпадает необходимость в печатных проводниках и в дополнительных отверстиях (фиг.1,б). Замена множества отдельных корпусов соединителей платы одним общим заполнителем, а множества ребер жесткости платы одной общей обшивкой позволяет удешевить процесс оборки РЭБ, так как уменьшается число сборочных операций и становится возможным применение высокопроизводительных и точных методов изготовления отверстий в обшивке и заполнителе (многошпиндельное координатное сверление, точное литье под давлением, штамповка).

На фиг. 1 показано преимущество заявленного РЭБ по сравнению с прототипом. На фиг.2 изображена конструкция контакта РЭБ и поясняется принцип организации коротких проводных связей в РЭБ. На фиг.3 изображена конструкция разъемного соединителя и способ установки этого соединителя на плату. На фиг. 4 показаны различные варианты соединителей РЭБ. На фиг.5 изображены основные компоненты платы с заполнителем и обшивкой. На фиг.6 показан вариант конструкции платы с заполнителем. На фиг.7 иллюстрируются способы обеспечения теплового режима внутренних компонентов плат.

Заявленный радиоэлектронный блок состоит из набора плоских плат 1, каждая из которых включает в себя многослойную печатную плату 2, разъемные соединители 3, ребра 4 жесткости, раму 5, ловители-штыри 6, ловители-гнезда 7. На плате 2 выполнены металлизированные отверстия 8, печатные проводники 9, установлены электронные компоненты 10. Каждый соединитель 3 включает в себя корпус 11, контакты 12. Каждый контакт 12 содержит гнездо 13, штырь 14, контактный участок 15, упор 16. В плате 1 с заполнителем все корпуса 11, опирающиеся на одну сторону платы 1, образуют единый заполнитель 17. Все ребра 4, опирающиеся на одну сторону платы 1, образуют единую обшивку 18. Обшивки 18, принадлежащие разным сторонам платы 1, соединены винтами 19. Рама 5 соединена с обшивками 18 при помощи кронштейнов 20 и винтов 21. Для увеличения вентиляционных окон платы 1 применена прокладка 22. Для принудительного обдува плат 1 используются вентиляторы 23 и фильтры 24.

Устройство работает следующим образом. В собранном РЭБ проводная связь между двумя электронными компонентами 10, установленными на платах 2, принадлежащих разным платам 1, включает в себя проводники 9 и электрически связанную с ними цепочку последовательно сочлененных контактов 12 (фиг.2,б). Сочленение контактов 12 между собой осуществляется в процессе сборки плат 1 в пакет способом, описанным в прототипе, при этом штырь 14 каждого контакта 12 входит в гнездо 13 соседней платы 1 и электрически соединяется о контактом 12 этого гнезда 13. Цепочка сочлененных контактов 12, образующая межплатную проводную связь, заканчивается коротким штырем 14, все остальные контакты 12 этой цепочки имеют длинные штыри 14. При установке контакта 12 на плату 1 (фиг. 3, а) штырь 14 входит в металлизированное отверстие 8, проходит его и останавливается упором 16. При этом участок 15 размещается внутри отверстия 8, после чего выполняется неразъемное электрическое соединение проводящей поверхности отверстия 8 с контактным участком 15 (например, методом пайки - фиг. 3, б). После выполнения неразъемного соединения на штыри 14 одевается корпус 11. Установка контактов 12 на плате 1 завершается креплением корпусов 11 с ребрами 4 платы 1. На фиг.4 показаны варианты соединителей, корпуса 11 которых позволяют выполнять неразъемное соединение участка 15 с отверстием 8 даже после установки корпусов 11 на плате 1 благодаря наличию в них окон, обеспечивающих технологический доступ к отверстиям 8 (фиг.4,а). На фиг.4,б показан вариант подобного соединителя, корпуса 11 которого содержат один ряд контактов 12, на фиг.4,в показан вариант аналогичного соединителя, корпуса 11 которого содержат два ряда контактов 12. Механическая жесткость платы 1 достигается здесь путем применения ребер 4, часть из которых крепится непосредственно на корпусах 11, другая часть соединяет рера 4 первого вида между собой разъемным способом. С целью повышения технологичности платы 1 предлагается объединить все корпуса 11, опирающиеся на одну к ту же сторону платы 1, в один общий корпус, называемый далее заполнителем 17,а все ребра 4, относящиеся к той же стороне платы 1, в один общий элемент жесткости, называемый далее обшивкой 18 заполнителя. Помимо функции крепления контактов 12 на плате 1 такой заполнитель 17 должен обеспечивать нормальный тепловой режим компонентов 10, установленных в областях платы 2, окружаемых заполнителем 17, поэтому поверхность заполнителя 17 и поверхность платы 2 образуют сеть вентилируемых окон. На фиг.5 показан вариант конструкции платы 1 с заполнителем 17 и обшивкой 18. Заполнитель 17 опирается на поверхность платы 2 и располагается между платой 2 и обшивкой 18. Обе обшивки 18 платы 1 жестко связаны со своими заполнителями 17 (например, о помощью клея) и между собой, поэтому при изгибных деформациях платы 1 прочность платы 1 определяется в основном прочностью обшивки 18 на разрыв-сжатие. Это ослабляет требования к механической прочности заполнителя 17, позволяет изготавливать обшивку 18 из прочных тонких листов, а это в свою очередь способствует уменьшению веса платы и всего РЭБ в целом.

Пример конкретного осуществления платы 1 РЭБ показан на фиг.6. Все платы 1 РЭБ имеют одинаковую конструкцию, рама 5 обладает повышенной жесткостью, ловитель-штырь 6 и ловитель-гнездо 7 выполнены в виде одного совмещенного узла, обшивка 18 выполнена из металлического листа методом штамповки, вое гнезда 13 находятся с одной стороны платы 1, все штыри 14 - c другой стороны платы 1, обшивки 18 соединены между собой винтами 19. Повышенная жесткость рамы 5 достигается благодаря дополнительному увеличению высоты рамы 5 за счет применения телескопического способа сочленения соседних рам 5, когда часть рамы 5 перекрывает часть соседней рамы 5 в сочлененном пакете плат 1. Такая конструкция рамы 5, а также размещение всех штырей 14 с одной стороны платы 1 защищают штыри 14 от повреждений при сборке и разборке РЭБ. Заполнитель 17, содержащий штыри 14, и заполнитель 17, содержании гнезда 13, опираются на одни и те же участки платы 2, не вызывая изгибных деформаций платы 2. Металлическая обшивка 18 повышает прочность и помехозащищенность платы 1. Недостатком конструкции платы 1 следует считать небольшие размеры вентиляционных окон. Этот недостаток устранен в конструкции платы 1, изображенной на фиг. 7,а. Здесь отсутствуют опоры заполнителя 17, через которые проходят штыри 14, для уменьшения изгибных деформаций платы 2 введены прокладки 22, выполненные из жесткого диэлектрического материала и перераспределяющие давление опор заполнителей 17 на плату 2. Для обеспечения теплового режима компонентов 10 может быть применена принудительная вентиляция плат 1. Вариант схемы приточной вентиляции плат 1 изображен на фиг.7,б. Холодный воздух проходит через фильтры 24 и вентиляторами 23 нагнетается в сквозные вентиляционные отверстия плат 1, откуда через вентиляционные окна заполнителей 17 поступает к тепловыделяющим компонентам 10, отбирает у них тепло и выходит через отверстия рамы 5.

Таким образом по сравнению с прототипом заявленный РЭБ позволяет увеличить общее число проводных связей, уменьшить их длину, повысить помехозащищенность, тем самым повысить производительность, надежность РЭБ, уменьшить габариты, вес и стоимость.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов. - М.: Высш. шк., 1986.

2. Авторское овид. СССР 1584134 Н 05 К 5/00, 7/12.

3. Патент RU 2001539 С1 H 05 K 5/00, 7/12.

Изобретение относится к радиоэлектронным блокам, предназначено для использования в высокопроизводительных электронных устройствах, содержащих большое число проводных связей (например, в многопроцессорных системах). Технический результат - повышение производительности и надежности радиоэлектронного блока, уменьшение его габаритов, веса и стоимости. Достигается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем набор параллельных плоских плат, электрически соединенных между собой по плоскостям их сопряжения с помощью разъемных соединителей, размещенных равномерно по плоскости платы с обеих сторон, каждый контакт соединителя, пересекающий плоскость платы в отдельном проводящем отверстии платы, состоит из гнезда, упора, контактного участка и штыря, гнездо и упор расположены с одной стороны платы, контактный участок расположен в отверстии платы, штырь расположен с противоположной стороны платы, одни контакты имеют длинный штырь, другие контакты имеют короткий штырь, корпуса соединителей одной стороны платы выполнены в виде одного заполнителя с вентиляционными окнами, ребра жесткости одной стороны платы выполнены в виде единой обшивки заполнителя, обе обшивки в плате жестко соединены между собой. 7 ил.

Радиоэлектронный блок, содержащий набор параллельных плоских плат, механически соединенных между собой в пакет и электрически соединенных между собой по плоскостям их сопряжения с помощью разъемных соединителей, в корпусах которых расположены штыри и гнезда контактов, пересекающих плоскость платы каждый в отдельном электропроводящем отверстии платы, а корпуса соединителей опираются на одну из сторон платы и жестко связаны с ребрами жесткости платы, отличающийся тем, что каждый контакт соединителя, пересекающий плоскость платы, состоит из гнезда, упора, контактного участка и штыря, гнездо и упор расположены с одной стороны платы, контактный участок расположен внутри электропроводящего отверстия платы, штырь расположен с противоположной стороны платы, одни контакты имеют длинный штырь, другие контакты имеют короткий штырь, в пакете плат длинный штырь расположен внутри гнезда сопрягаемой платы и электрически связан с этим гнездом, короткий штырь не расположен внутри гнезда сопрягаемой платы и электрически не связан с этим гнездом, контактный участок электрически соединен с электропроводящим отверстием, корпуса всех соединителей, опирающихся на одну сторону платы, выполнены в виде единого заполнителя, поверхность которого вместе с поверхностью платы образуют вентиляционные окна, все ребра жесткости, расположенные с одной стороны платы, выполнены в виде единой обшивки заполнителя, механически жестко связанной с внешней поверхностью заполнителя, в обшивке заполнителя выполнены сквозные отверстия, через которые выходят штыри и гнезда, каждый заполнитель платы расположен между поверхностью платы и его обшивкой, обшивка заполнителя одной стороны платы механически жестко соединена с обшивкой заполнителя другой стороны платы.