БЛОК ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ Российский патент 2007 года по МПК G06F1/16 H05K7/00 

Изобретение относится к области разработки и производства электронных блоков, в том числе корпусов, к конструктивным элементам общего назначения для различных приборов и устройств и может быть использовано при создании вычислительных средств, применяемых для решения задач в составе информационно-управляющих систем объектов, эксплуатируемых в условиях жестких механико-климатических воздействий.

Известен радиоэлектронный блок (см. авторское свидетельство №764160 SU, кл. Н05К 7/20, опубл. 15.09.1980 г.), в котором отвод тепла от электронных элементов платы на корпус радиоэлектронного блока осуществляется за счет выполненных на этой же плате "тепловых шин", связанных, с одной стороны, с корпусами электронных элементов, а с другой стороны, - с общим тепловым соединителем, связанным с корпусом радиоэлектронного блока.

Известен радиоэлектронный блок (см. патент №2270207 GB, кл. Н05К 7/20, опубл. 02.03.1994 г.), в котором для отвода тепла от платы на корпус радиоэлектронного блока используется теплопроводящий компаунд, заполняющий пространство между тепловыводящими электронными элементами платы и внутренними стенками корпуса, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью.

Известен радиоэлектронный блок (см. авторское свидетельство №658798 SU, МПК Н05К 7/20, 1979 г.), в котором 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.

Рассмотренные радиоэлектронные блоки характеризуются тем, что в них в качестве доминирующего реализован кондуктивный принцип охлаждения, при котором явление теплопроводности используется в качестве основного механизма переноса тепловой энергии от источников тепла - электронных элементов и узлов к периферийному теплоприемнику, функцию которого в данных конструкциях выполняет корпус радиоэлектронного блока.

Достоинством данных конструкций является возможность применения в них электронных элементов и узлов, различающихся своими эксплуатационными температурными характеристиками, недостатком - сложность конструкции и неудобство ремонта.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является радиоэлектронный блок (см. авторское свидетельство №190959 СССР, опубл. 14.12.69 г., по заявке №1042703 от 01.01.1967 г., заявитель К.А.Марингупов; ПАТЕНТ; ГИГ теЛу, МПК 6 Н05К 7/20), состоящий из набора параллельно расположенных плоских модулей с выводами на торце модуля, входящих в отверстия печатной платы, служащей для соединения модулей между собой и каналами для охлаждения, причем печатной плате придана П-образная форма, модули, установленные на параллельных сторонах этой платы, образуют две гребенки, входящие одна в другую, в зазорах между модулями расположена металлическая лента, изогнутая в форме синусоиды и снабженная консольными пружинящими вырубками, концы которых прижаты к боковым стенкам модулей, а блок по бокам охвачен металлическим хомутиком с консольными пружинящими вырубками.

Признаки аналога, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, следующие: модули, соединенные посредством печатной платы.

Достоинством этого блока является выравнивание температурного поля модулей при сохранении прежних габаритов модульного блока.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата, являются: отсутствие гарантированных контактов пружинящих вырубок, имеющихся на металлической синусоидальной ленте, с поверхностями тепловыделяющих модулей, создание неравномерности температурного поля на поверхности модулей, что свидетельствует о ненадежности отвода тепла с этих модулей; малая площадь соприкосновения ленты (только с помощью консольных пружинящих вырубок) с поверхностями модулей, что позволяет отводить лишь ограниченное количество тепла; наличие в модульном блоке охватывающего металлического стяжного хомутика с консольными пружинящими вырубками затрудняет обдув внутренних, наиболее нагретых, модулей воздухом и усложняет процесс сборки и разборки блока при обеспечении доступа к любому модулю блока.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении конструкции, повышении надежности герметизации, повышении эффективности теплообмена.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в упрощении процесса сборки и разборки блока для обеспечения доступа к модулям, в обеспечении отвода тепла от модулей за счет пластинчатого радиатора и внешнего оребрения корпуса, повышении надежности герметизации за счет помещения электронных компонентов в корпус, состоящий из соединенных с помощью сварных швов крышки, основания, боковых стенок и накладных лицевой и задней панелей, которые крепятся с помощью винтовых соединений через уплотнительные прокладки.

Сущность изобретения состоит в том, что блок вычислительный, содержащий модули, соединенные через объединительную печатную плату, причем объединительная печатная плата расположена с внутренней стороны накладной задней панели и параллельна ее поверхности, разъемы модулей для внутренних соединений вставлены в разъемы объединительной печатной платы перпендикулярно ее поверхности, разъемы модулей для внешних соединений с уплотнительными резиновыми кольцами выведены на накладную лицевую панель корпуса, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, состоящего из соединенных с помощью сварных швов крышки, основания, боковых стенок, и накладных лицевой и задней панелей, по краям основания расположены приливы с отверстиями для крепления амортизаторов по два с каждой стороны, составляющие с корпусом единое целое, причем боковые стенки, основание, крышка и накладная задняя панель выполнены с внешним оребрением, основой каждого модуля является многослойная печатная плата с установленным на ней пластинчатым радиатором, а объединительная печатная плата со вставленными в нее модулями установлена внутри корпуса.

Сущность изобретения, его реализуемость и промышленная применимость поясняются чертежами (фиг.1-2), где на фиг.1 представлен пример конкретного выполнения заявляемого блока вычислительного (общий вид), на фиг.2 представлено схематичное изображение объединительной печатной платы со вставленными в нее модулями.

Заявляемый (см. фиг.1, фиг.2) блок вычислительный содержит корпус 1, накладную заднюю панель 2, боковые стенки 3, крышку 4, основание 5, накладную лицевую панель 6, разъемы модулей для внешних соединений с уплотнительными резиновыми кольцами 7. приливы с отверстиями 8, амортизаторы 9, объединительную печатную плату 10, модули 11. Основой каждого модуля является многослойная печатная плата 12 с пластинчатым радиатором 13.

Корпус 1 блока вычислительного выполнен из алюминиевого сплава и состоит из соединенных между собой с помощью сварных швов боковых стенок 3, крышки 4 и основания 5, накладной задней панели 2 и накладной лицевой панели 6, которые крепятся с помощью винтовых соединений через уплотнительные прокладки (на чертеже не показаны). Конструкция блока вычислительного выполнена сборной для обеспечения удобства монтажа и ремонта. Объединительная печатная плата 10 расположена внутри корпуса 1 блока вычислительного со стороны накладной задней панели 2 и прикреплена к ней винтами сверху и снизу (на чертеже не показано). Разъемы модулей 11 для внутренних соединений вставляются в разъемы объединительной печатной платы 10 и фиксируются в корпусе 1 прижимами с помощью теплоотводящих клиньев (на чертеже не показано), которые обеспечивают тепловой контакт с корпусом 1 блока вычислительного, а также устойчивость к механическим воздействиям за счет более прочного соединения модулей 11. В блоке вычислительном отсутствует объемный электромонтаж, т.е. связь между модулями 11 происходит через объединительную печатную плату 10. За счет указанного свойства пайку модулей можно автоматизировать. Для осуществления внешних подключений блок вычислительный содержит разъемы модулей для внешних соединений с уплотнительными резиновыми кольцами 7, которые выходят на накладную лицевую панель 6 корпуса 1 блока вычислительного и обеспечивают не только связь с внешними устройствами, но и надежность герметичности соединения. При необходимости на накладной лицевой панели 6 можно разместить средства индикации, защитные светофильтры или средства для оперативного включения/выключения питания блока вычислительного (на чертеже не показаны), при этом герметичное соединение будет осуществляться, например, с помощью уплотнительных прокладок или герметика. Приливы с отверстиями 8 для крепления амортизаторов 9 выступают по краям основания 5 и составляют с корпусом 1 блока вычислительного единое целое. В случае необходимости, крепление блока вычислительного к корпусу объекта производится через резиновые амортизаторы 9. Основой модуля 11 служит многослойная печатная плата 12, например, по ГОСТ 23751-86 с электрорадиоизделиями (ЭРИ) с установленным на ней пластинчатым радиатором 13. В собранном таким образом блоке вычислительном обеспечивается эффективное охлаждение установленных на многослойной печатной плате 12 ЭРИ. Отвод тепла от размещенных на многослойной печатной плате 12 теплонагруженных ЭРИ решается с помощью пластинчатого радиатора 13. Эффективность охлаждения зависит от площади пластинчатого радиатора 13. Особенностью рассматриваемого блока вычислительного является то, что тепловая энергия, выделяемая на пластинчатом радиаторе 13, не рассеивается внутри блока, а выходит в окружающую среду благодаря оребрению внешней поверхности корпуса 1 блока вычислительного.

В рассматриваемом примере конкретного выполнения заявляемого блока вычислительного размер многослойной печатной платы составляет 100×60 мм, он является наиболее распространенным в стандарте МЭК 297-3 типоразмера 3U. Пластинчатый радиатор имеет базовый размер 14 мм, выступая на 7 мм с каждой стороны печатной платы. Источниками тепла в данной конструкции блока вычислительного служат ЭРИ, установленные на многослойной печатной плате модули. Отвод тепла от теплонагруженных ЭРИ осуществляется по цепочке: корпус ЭРИ - пластинчатый радиатор - прижимы с теплоотводящими клиньями - корпус блока вычислительного с последующим сбросом его в окружающую среду путем конвективного обмена оребренной внешней поверхности корпуса с окружающим воздухом. В местах установки на многослойную печатную плату ЭРИ в пластинчатом радиаторе имеются отверстия для пайки выводов ЭРИ к контактным площадкам. Неизбежные при изготовлении погрешности и зазоры убираются установкой прокладок из теплопроводящего материала SIL PAD. Модули крепятся в блоке с помощью теплоотводящих клиньев. Шаг установки модулей в блоке вычислительном строго регламентирован и составляет 20,32 мм.

Конструкция разработанного действующего образца заявляемого блока вычислительного с габаритами 160×150,5×217 мм, укомплектованного модулями, разработанными на базе стандартов, показала, что он может работать в широком диапазоне температур (при повышенной температуре среды - рабочая +55°С, предельная +70°С, при пониженной температуре среды - рабочая -50°С, предельная -65°С). Отдельные части корпуса блока вычислительного могут быть изготовлены литьем, что обеспечивает невысокие затраты на изготовление.

Технико-экономическая эффективность изобретения обеспечивается повышением эффективности теплообмена и улучшенной защитой от внешних воздействий при малых затратах на материалы.

Таким образом, из рассмотренного материала видно, что заявляемое изобретение промышленно применимо и решает поставленную техническую задачу с заявляемым техническим результатом.

Изобретение относится к области разработки и производства электронных блоков, в том числе корпусов, к конструктивным элементам общего назначения для различных приборов и устройств и может быть использовано при создании вычислительных средств, применяемых для решения задач в составе информационно-управляющих систем объектов, эксплуатируемых в условиях жестких механико-климатических воздействий. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности герметизации, повышение эффективности теплообмена. Достигается тем, что блок вычислительный содержит корпус, накладную заднюю панель, боковые стенки, крышку, основание, накладную лицевую панель, разъемы модулей для внешних соединений с уплотнительными резиновыми кольцами, приливы с отверстиями, амортизаторы, объединительную печатную плату, модули, основой каждого модуля является многослойная печатная плата с пластинчатым радиатором. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Блок вычислительный, содержащий модули, соединенные через объединительную печатную плату, отличающийся тем, что объединительная печатная плата расположена с внутренней стороны накладной задней панели и параллельна ее поверхности, разъемы модулей для внутренних соединений вставлены в разъемы объединительной печатной платы перпендикулярно ее поверхности, разъемы модулей для внешних соединений с уплотнительными резиновыми кольцами выведены на накладную лицевую панель корпуса, который выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда и состоит из соединенных с помощью сварных швов крышки, основания, боковых стенок и накладных лицевой и задней панелей, по краям основания расположены приливы с отверстиями для крепления амортизаторов по два с каждой стороны, составляющие с корпусом единое целое, причем боковые стенки, основание, крышка и накладная задняя панель выполнены с внешним оребрением.2. Блок вычислительный по п.1, отличающийся тем, что каждый модуль состоит из многослойной печатной платы с установленным на ней пластинчатым радиатором.3. Блок вычислительный по п.1, отличающийся тем, что объединительная печатная плата со вставленными в нее модулями установлена внутри корпуса.