РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК Российский патент 2003 года по МПК H05K1/00 H05K1/02 H05K7/02 H05K7/06 H05K5/00 

Предлагаемое изобретение относится к конструкциям радиоэлектронных блоков, которые могут использоваться в аппаратуре, подвергающейся значительному механическому воздействию. Это удары, вибрация на сухопутном транспорте, судах, в самолетах и управляемых ракетах, а также удары в результате грубого обращения при перевозках.

Особенно велики нагрузки в виде пикового толчка, возникающие при выстреле, когда за несколько миллисекунд величина ускорения достигает порядка нескольких тысяч и каждый грамм радиоэлектронного блока воздействует на элементы конструкции десятками килограммов, что вызывает механические напряжения, которые выводят из строя детали радиоэлектронного блока и нарушают монтаж радиоэлементов.

Поэтому радиоэлектронный блок должен быть прочный, виброустойчивый, с надежным монтажом и в то же время легковесный. Однако эти технические требования противоречивы между собой и нахождение компромиссного решения является актуальной задачей.

Известна конструкция электронного блока [1], состоящего из пакета печатных плат. Эти платы располагаются параллельно друг другу, на фиксированном расстоянии при помощи полых распорных втулок, сквозь которые проходят винты, стягивающие весь пакет плат в единый блок.

Крайняя нижняя плата пакета имеет концевые втулки с резьбой для стягивающих винтов, крепящих весь пакет плат в месте установки. Вдоль одной (предпочтительно продольной) кромки к каждой печатной плате снизу прикрепляется профильная деталь из электроизоляционного материала, служащая одновременно распорной деталью между платами и для закрепления гибкого плоского кабеля, соединяющего между собой все платы. Кроме того, у концов этих же кромок плат устанавливаются ленточные U-образные пружины, при помощи которых, предварительно сняв винты, стягивающие пакет, можно весь пакет раскрыть подобно книге и получить хороший доступ к каждой плате.

Недостаток конструкции состоит в том, что электронный блок не обладает прочностью, виброустойчивостью и надежностью монтажа при воздействии значительных перегрузок, которые приводят к прогибу плат, растрескиванию ее диэлектрической подложки и обрыву печатных токопроводников, так как платы опираются локальной плоскостью на отдельные втулки и не закрепляется вся плоскость плат. А зазор между платами, определяемый втулками, позволяет в нем им вибрировать вместе с радиоэлементами. Также не обеспечивает жесткость плат и профильная деталь, так как закрепляет их только вдоль продольной кромки, а не по всей плоскости плат. Кроме того, наличие U-образных пружин увеличивает массу блока, что при больших перегрузках дополнительно создает механические нагрузки на конструкцию блока.

Известен также блок в виде пакета печатных плат с заданными промежутками между ними [2].

Конструкция этого блока позволяет упростить операции контроля, ремонта и настройки радиоэлектронной аппаратуры и более полно использовать площадь печатных плат за счет отказа от традиционно используемых электрических разъемов. В состав блока входят по крайней мере две печатные платы с односторонним монтажом радиодеталей на них. По одному краю печатной платы в проводниках, соединяемых с другими печатными платами, сверлятся отверстия. Печатные платы набираются в пакет с совмещением указанных отверстий, в которые вставляются упругие проводники, например из фосфористой бронзы. Проводники пайкой соединяются с соответствующими печатными проводниками печатной платы с сохранением заданного расстояния между печатными платами. Противоположный край печатной платы крепится в пазах рамки с таким же расстоянием между ними.

Недостатком конструкции является невозможность использования ее при перегрузках, так как расстояние между платами определяется проводниками, которые механически недостаточно закрепляют платы из-за своих упругих свойств. Кроме того, отсутствие жесткого крепления плат в их центральной части снижает собственную резонансную частоту блока, а следовательно, и способность выдерживать вибрационные нагрузки, так как резко возрастает амплитуда колебаний плат, которая разрушает платы и повреждает монтаж.

Дополнительно следует отметить, что современная малогабаритная аппаратура, как правило, сложна, потому что выполняет многочисленные функции и состоит из большого числа плотно размещенных радиоэлементов на печатных платах.

Поэтому даже покрытие блока заливочной смолой не дает желаемых результатов, так как увеличивается масса блока из-за слоя смолы над корпусами радиоэлементов. Кроме того, плотное расположение радиоэлементов и печатных плат ведет к нeзаполнению (непроливу) смолой всего объема блока, образуются раковины внутри блока, в которых радиоэлементы, особенно малогабаритные, оказываются незакрепленными смолой и не сохраняется их надежность монтажа при воздействии больших перегрузок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому радиоэлектронному блоку является конструкция блока, которая основана на способе защиты элементов печатных плат от механических повреждений [3] , содержащая пакет большого числа печатных плат, в котором платы разделены щитами или пластинами из вспененных полимерных материалов, выполняющих защитные функции. Одна из сторон пластины обращена к печатной плате и имеет форму, повторяющую объемную конфигурацию платы. Плата и защитная пластина удерживаются обрамляющим креплением. В печатных платах и защитных пластинах предусмотрены отверстия для установки крепящих стягивающих стержней.

Достоинство конструкции заключается в том, что каждая плата в пакете опирается всей плоскостью на щиты и по сравнению с аналогами обладает большей прочностью. Однако применение данной конструкции пакета печатных плат в изделиях с радиоэлектронными блоками, стартующих с помощью вышибного заряда, когда ускорения достигают величин порядка 9000-10000 g не представляется возможным из-за разрушения плат вместе с щитами между стержней и особенно в центральной части, где действует максимальный изгибающий момент от возрастающей пиковой скорости, так как велика эффективная площадь плоских плат и пластин, на которые перпендикулярно действует сила удара. При таких огромных перегрузках полимерные плоские щиты (пластины) не защищают печатные платы, так как имеют малую жесткость. А применение щитов большей толщины или изготовленных из металла резко увеличивает массу блока и, кроме того, приводит к возрастанию нагрузки на отдельные печатные платы пакета, а также на обрамляющее крепление и стягивающие стержни, вызывая в них перенапряженное состояние и поломку, которая нарушит электрическую связь. Т.е. чем больше масса блока, тем больший удар и механические напряжения испытывают его отдельные элементы и, как показывают испытания, в момент наивысшей нагрузки даже жесткая конструкция пакета печатных плат имеет прогиб, что дополнительно вносит знакопеременную нагрузку и приводит к понижению надежности монтажа отдельных элементов и блока в целом. При расположении печатных плат и щитов вдоль осевой нагрузки сохраняются от разрушения печатные платы, но при этом происходит обрыв радиоэлементов из-за наличия зазоров между защитной пластиной и объемной конфигурацией платы и работе выводов радиоэлементов на срез.

Таким образом, как показывает анализ известных технических решений, реализация их в изделиях, стартующих с большими перегрузками, не представляется возможной из-за пониженной надежности монтажа или большой массы.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы радиоэлектронного блока при перегрузках с одновременным уменьшением массы.

Поставленная задача достигается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем пакет печатных плат с радиоэлементами, щиты, разделяющие печатные платы и соединенные с ними посредством обрамляющего крепления и стержней, новым является то, что щиты выполнены в виде предварительно напряженных в направлении, противоположном действию перегрузок, арок с центральным отверстием и гнездами, выполненными на выпуклых поверхностях арок и предназначенных для установки в них с клеем корпусов радиоэлементов. Причем в платах между стержнями выполнены радиальные пазы и центральное отверстие, соосное отверстию в арках. А обрамляющее крепление снабжено втулкой, размещенной в центральном отверстии арок и плат.

С помощью подтягивания втулки создается усилие, действующее на арки щитов в сторону увеличения их прогиба, а при действии вышибного заряда (перегрузки) его величина уменьшается на усилие поджатия арок щитов, тем самым повышается надежность работы радиоэлектронного блока. Кроме того, втулка выбирает зазоры между щитами, образованные величинами допусков при их изготовлении, и не увеличивает массу блока, так как исключен материал щитов и плат из центральной части блока, но за счет создания разности усилий позволяет уменьшить толщину щитов, а следовательно, уменьшить массу блока.

При воздействии перегрузки зацементированные клеем радиоэлементы в выполненых гнездах щитов обеспечивают повышение надежности и несколько снижают массу блока. А пазы позволяют между стержнями "дышать" печатным платам в ослабленных местах, когда действует как прямая, так и обратная нагрузка, чем защищаются места паек и токопроводников от повреждений и, кроме того, уменьшают массу радиоэлектронного блока.

На фиг.1 изображен общий вид конструкции описываемого радиоэлектронного блока; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1,
где 1 - обрамляющее крепление, 2 - стержень, 3 - гнездо, 4 - шит, 5 - печатная плата, 6 - корпус радиоэлемента, 7 - клей, 8 - вывод радиоэлемента, 9 - припой, 10 - центральное отверстие, 11 - втулка, 12 - паз радиальный, 13 - токопроводники, 14 - жгут.

Предлагаемая конструкция радиоэлектронного блока выполнена следующим образом.

Гибкие печатные платы 5 наклеиваются на вогнутые поверхности выполненных в виде арок щитов 4. На выпуклых поверхностях щитов 4, направленных в противоположную сторону действия перегрузки, сформованы гнезда 3, в которых размещены корпуса радиоэлементов 6 и их выводы 8. Корпуса радиоэлементов 6 закреплены в гнездах 3 клеем 7, а выводы 8 припоем 9 к платам 5. Щиты 4 с платами 5 и радиоэлементами собраны в пакет и скреплены по краям стержнями 2 и обрамляющим креплением 1. В центре обрамляющего крепления 1 установлена втулка 11, которая введена в центральное отверстие 10, выполненное в щитах 4 и платах 5. Стержни 2 и втулка 11 жестко закрепляют щиты 4 с платами 5 в обрамляющем креплении 1, причем с обеспечением предварительного напряжения. В момент действия ускорения нагрузку воспринимает втулка 11, а при обратной перегрузке, которая соответствует примерно 1/13 величины прямой, - стержни 2. Предварительно в печатных платах 5, между стержнями 2, выполнены радиальные пазы 12 и от оси блока, которые могут быть как сквозные, так и прерывистые в зависимости от массы радиоэлементов и щитов 4. Электрическая связь между платами 5 может осуществляться как жгутом 14, так и выводами 8.

Предложенная конструкция радиоэлектронного блока отличается от прототипа
- повышенной надежностью работы, так как напряженные арки (щиты) снижают амплитуду прогиба из-за уменьшенного результирующего момента, который представляет разность между изгибающим моментом от перегрузки и обратным моментом затяжки щитов втулкой, что противодействует разрушению щитов и радиоэлементов.

Кроме того, часть давления от перегрузки идет на сжатие выпуклых щитов, чем снижается усилие с печатных плат, паек и токопроводников, а выпуклая поверхность щитов совместно с гнездами позволяет расположить разногабаритные радиоэлементы так, чтобы перегрузка действовала на минимальную площадь их корпусов. Кроме того, надежность работы увеличивают и радиальные пазы, выполненные в печатных платах, поскольку между элементами крепления больше деформируются щиты c платами, а пазы разгружают монтаж в ослабленных местах (между стержнями);
- малой массой из-за гнезд, выполненных в щитах. Кроме того, предварительная затяжка щитов с платами в противоположном направлении действия перегрузок и их форма в виде арок также позволяют уменьшить толщину щитов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США 3376479, Н.Кл. 317-101 от 30.04.65 г., аналог.

2. Патент Японии 54-43181, Н.Кл. 59 G-40 (H 05 K 1/04) от 21.07.71 г., аналог.

3. Патент Англии 1458965, Н.Кл. В 5 А (В 29 Д 27/04) от 20.12.72 г., прототип.

Изобретение относится к разработке конструкций радиоэлектронных блоков, которые могут использоваться в аппаратуре, подвергающейся значительному механическому воздействию. Это ускорение от тяги ракетных двигателей и выстрелов. Технический результат - повышение надежности работы при перегрузках с одновременным уменьшением массы. Достигается тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем пакет печатных плат с радиоэлементами, щиты, разделяющие печатные платы и соединенные с ними посредством обрамляющего крепления и стержней, выполнены в виде предварительно напряженных в направлении, противоположном действию перегрузок, арок с центральным отверстием и гнездами, выполненными на выпуклых поверхностях арок и предназначенными для установки в них с клеем корпусов радиоэлементов. Причем в платах между стержнями выполнены радиальные пазы и центральное отверстие, соосное с отверстием в арках. А обрамляющее крепление снабжено втулкой, размещенной в центральном отверстии арок и плат. 2 ил.

Радиоэлектронный блок, содержащий пакет печатных плат с радиоэлементами, щиты, разделяющие печатные платы и соединенные с ними посредством обрамляющего крепления и стержней, отличающийся тем, что щиты выполнены в виде предварительно напряженных в направлении, противоположном действию перегрузок, арок с центральным отверстием и гнездами, выполненными на выпуклых поверхностях арок и предназначенными для установки в них с клеем корпусов радиоэлементов, причем в платах между стержнями выполнены радиальные пазы и центральное отверстие, соосное с отверстием в арках, а обрамляющее крепление снабжено втулкой, размещенной в центральном отверстии арок и плат.