УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННОГО МОДУЛЯ ПАМЯТИ Российский патент 2013 года по МПК G12B15/06 H01L23/34 H05K7/20 G06F1/20 

Изобретение относится к специальной области электронной техники, а именно к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств.

Известно устройство тепловой защиты электронных модулей, содержащее корпус, внутренние поверхности которого образуют полость для размещения в ее центре электронных модулей, термическую прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса, средства для удаления из корпуса газообразных продуктов, при этом пространство между электронными модулями и термической прокладкой заполнено смесью кристаллогидратов цитрата бария с гелем кремниевой кислоты и ацетата цинка, причем кристаллы цитрата бария и цитрата кальция предварительно покрыты оболочкой из абиетата цинка, насыщенной смесью кремниевой кислоты и цинкатов натрия (патент РФ №2323557 на изобретение, кл. H05K 7/20, H05K 5/02, опубл. 27.04.2008 г.).

Недостатком известного устройства тепловой защиты электронных модулей является малая удельная теплоотводящая способность смесей, в результате чего для защиты модулей от воздействия высоких температур окружающей среды в течение необходимого периода времени требуется значительная масса смеси, что неприемлемо при ограниченных объемах.

Кроме того, смесь представляет собой порошок, который уплотняется непосредственно в устройстве, при этом нет повторяемости в плотности упаковки смеси, и в результате процесс сборки устройства невозможно стандартизировать.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство тепловой защиты электронных модулей, содержащее корпус, внутренние поверхности которого образуют полость для размещения в ее центре электронных модулей, теплоизоляционную прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса, при этом пространство между электронными модулями и теплоизоляционной прокладкой заполнено композиционной смесью из борной кислоты или ее солей и неорганической добавки, причем композиционная смесь представляет собой активную теплозащитную оболочку, выполненную в виде прессованной сборочной детали со стандартными размерами, капиллярно-пористой структуры ((патент РФ №2420046 на изобретение, кл. H05K 7/20, опубл. 27.05.2011 г. - прототип).

Недостатками известного устройства защиты электронных модулей от воздействия высоких температур окружающей среды в течение необходимого периода времени являются:

- возможность воздействия высоких температур на участок соединительного кабеля электронных модулей, расположенного на значительном пограничном участке активной теплозащитной оболочки и пассивной теплоизоляционной прокладки, что приводит к увеличению температуры на электронном модуле и возможному стиранию записанной информации;

- отсутствие герметизирующей упаковки активной теплозащитной оболочки может привести к невыполнению условий нахождения электронного модуля в допустимом диапазоне температур в течение необходимого периода времени.

Технической задачей является создание нового устройства тепловой защиты электронного модуля памяти, обеспечивающего повышение эксплуатационных характеристик в условиях аварийных ситуаций за счет возможности нахождения электронного модуля памяти в допустимом диапазоне температур в течение необходимого периода времени.

Поставленная техническая задача решается в заявляемом устройстве тепловой защиты электронного модуля памяти, содержащем корпус с крышкой, выполненные из металла, при этом внутренние поверхности корпуса образуют полость для размещения в ее центре электронного модуля памяти с соединительным кабелем, пассивную теплоизоляционную прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса и выполненную в форме стакана с крышкой, активную теплозащитную оболочку, выполненную из композиционной смеси в виде разъемной детали, согласно изобретению, активная теплозащитная оболочка состоит из корпуса с размещенным внутри электронным модулем памяти и крышки, соединенных между собой поверхностями, имеющими форму усеченного конуса, при этом корпус и крышка активной теплозащитной оболочки заключены в герметичные упаковки, изготовленные из полиэтилена для защиты внутренней поверхности и из фольгированного алюминием полиэтилена для защиты наружной поверхности активной теплозащитной оболочки.

В таком устройстве для тепловой защиты электронного модуля памяти предпочтительно:

- пассивная теплоизоляционная прокладка изготовлена из муллитокремнеземистого волокна с уменьшающимся значением плотности от металлического корпуса к корпусу активной теплозащитной оболочки;

- основа активной теплозащитной оболочки изготовлена из муллитокремнеземистого волокна, имеет плотность 230-270 кг/м³ и напитана гелем кремнезема, при этом плотность геля в активной теплозащитной оболочке составляет 960-990 кг/м³;

- соотношение толщин пассивной теплоизоляционной прокладки и активной теплозащитной оболочки находятся в пределах 0,2-0,8;

- обе части упаковки для защиты корпуса активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки;

- обе части упаковки для защиты крышки активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки.

Заявляемое устройство для тепловой защиты электронного модуля памяти иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез устройства тепловой защиты электронного модуля памяти, на фиг.2. - продольный разрез устройства тепловой защиты электронного модуля памяти.

Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти содержит корпус 1 с крышкой 2, выполненные из металла, при этом внутренние поверхности корпуса 1 образуют полость для размещения в ее центре электронного модуля памяти 3 с соединительным кабелем 4, пассивную теплоизоляционную прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса 1 и выполненную в форме стакана 5 с крышкой 6, активную теплозащитную оболочку, выполненную из композиционной смеси в виде разъемной детали, при этом активная теплозащитная оболочка состоит из корпуса 7 с размещенным внутри электронным модулем памяти 3 и крышки 8, соединенных между собой поверхностями, имеющими форму усеченного конуса, при этом корпус 7 и крышка 8 активной теплозащитной оболочки заключены в герметичные упаковки 9, 10, изготовленные из полиэтилена для защиты внутренней поверхности и из фольгированного алюминием полиэтилена для защиты наружной поверхности активной теплозащитной оболочки.

В таком устройстве для тепловой защиты электронного модуля памяти предпочтительно:

- пассивная теплоизоляционная прокладка изготовлена из муллитокремнеземистого волокна с уменьшающимся значением плотности от металлического корпуса к корпусу активной теплозащитной оболочки;

- основа активной теплозащитной оболочки изготовлена из муллитокремнеземистого волокна, имеет плотность 230-270 кг/м³ и напитана гелем кремнезема, при этом плотность геля в активной теплозащитной оболочке составляет 960-990 кг/м³;

- соотношение толщин пассивной теплоизоляционной прокладки и активной теплозащитной оболочки находится в пределах 0,2-0,8;

- обе части упаковки 9 для защиты корпуса 7 активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки;

- обе части упаковки 10 для защиты крышки 8 активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки.

Сборка устройства тепловой защиты электронного модуля памяти осуществляется следующим образом.

В металлический корпус 1 вставляют до упора корпус 5 пассивной теплоизоляционной прокладки. Затем внутри корпуса 5 пассивной теплоизоляционной прокладки размещают корпус 7 активной теплоизоляционной оболочки, заключенный в герметичную упаковку 9, внутри которого помещают электронный блок памяти 3 с соединительным кабелем 4, при этом соединительный кабель 4 через конструктивное отверстие выводится из металлического корпуса 1. Отверстие корпуса 7 активной теплоизоляционной оболочки закрывают крышкой 8, заключенной в герметичную упаковку 10. При этом наружные поверхности герметичных упаковок 9 и 10 выполнены из фольгированного алюминием полиэтилена, а их внутренние поверхности - из полиэтилена. Далее собранные элементы в корпусе 1 закрывают крышкой 6 пассивной теплоизоляционной оболочки. Сборка заканчивается соединением металлического корпуса 1 с металлической крышкой 2 при помощи болтов.

От устройства тепловой защиты электронного модуля памяти требуется полное сохранение накопленной и содержащейся в нем информации при возникновении аварийных ситуаций. Аварийными являются две возможные ситуации. Первая, наиболее вероятная ситуация - это высокотемпературное воздействие с температурой около 1100°C, длящееся около 1 часа. Второе - низкотемпературное воздействие с температурой 260°C, длящееся около 10 часов. По достижении электронным модулем памяти 3 температуры нагрева выше 150°C записанная информация утрачивается.

Тепловая защита по заявляемому изобретению состоит из двух видов компонент - пассивной (сдерживающей) и активной (препятствующей).

Пассивная теплоизоляционная прокладка выполнена в виде стакана 5 и крышки 6 из муллитокремнеземистого волокнистого огнеупорного картона с уменьшающимся значением плотности от внутренней поверхности металлического корпуса 1 к корпусу 7 активной теплозащитной оболочки. Подобное изготовление пассивной теплоизоляционной прокладки позволяет растянуть во времени негативное воздействие тепловых потоков извне и его проникновение вовнутрь электронного модуля памяти 3, поскольку меньшая плотность при прочих равных условиях соответствует меньшему значению коэффициента теплопроводности материала.

Пассивному сдерживанию проникновения тепла вовнутрь устройства тепловой защиты электронного модуля памяти и отражению теплового излучения в инфракрасной области спектра способствует также зеркальная поверхность наружных поверхностей упаковок 9 и 10, изготовленных из фольгированного алюминием полиэтилена и закрывающих соответственно наружные поверхности корпуса 7 и крышки 8 активной теплозащитной оболочки. Совокупное пассивное сдерживающее противодействие проникновению тепла вовнутрь устройства пассивной теплоизоляционной прокладки и наружных поверхностей герметичных упаковок 9, 10 из фольгированного алюминием полиэтилена длится от 20 до 30 минут при огневом воздействии с температурой 1100°C и до 3 часов при температуре 260°C.

Пассивной (сдерживающей) компонентой также является соединение корпуса 7 и крышки 8 активной теплозащитной оболочки по поверхности в форме усеченного конуса, позволяющее максимально сократить длину участка соединительного кабеля 4 электронного модуля памяти 3 в пограничной зоне между активной теплозащитной оболочкой и пассивной теплозащитной прокладкой и тем самым существенно снизить поступление тепла через соединительный кабель 4 в электронный модуль памяти 3 и поддержать температуру внутри электронного модуля памяти в необходимом диапазоне.

Активная теплозащитная оболочка представляет собой композиционный материал, основа которого изготовлена из муллитокремнеземистого волокна плотностью 230-270 кг/м³ и напитана гелем кремнезема, имеющим плотность в теплозащитной оболочке 960-990°C кг/м³. Защитное действие активной теплозащитной оболочки состоит в испарении воды, содержащейся в геле кремнезема, по достижения 100°C, массопереноса пара с температурой 100°C к внутренней поверхности металлического корпуса 1, и тем самым компенсации части теплового потока извне и поддержании температуры в электронном модуле памяти 3 на уровне 100°C в течение необходимого периода времени. Кроме того, освобождающаяся от испарения воды часть корпуса 7 и крышки 8 активной теплозащитной оболочки начинает играть роль дополнительной пассивной теплозащиты, что препятствует проникновению тепла вовнутрь устройства и приводит также к снижению температуры на электронном модуле памяти.

Совокупность пассивных и активной компонент воздействующему извне тепловому потоку позволяет поддерживать температуру на электронном модуле памяти на уровне 100°C до 90 мин при огневом воздействии с температурой 1100°C и от 11 до 15 часов при тепловом воздействии с температурой 260°C без превышения критического уровня в 150°C на электронный модуль памяти, что существенно превышает эксплуатационные характеристики в аварийных условиях по сравнению с известными аналогами.

Использование изобретения при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств обеспечивает соответствие критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств. Технический результат - создание нового устройства тепловой защиты электронного модуля памяти, обеспечивающего повышение эксплуатационных характеристик в условиях аварийных ситуаций за счет возможности нахождения электронного модуля памяти в допустимом диапазоне температур в течение необходимого периода времени. Достигается тем, что устройство тепловой защиты электронного модуля памяти содержит корпус 1 с крышкой 2, выполненные из металла, при этом внутренние поверхности корпуса 1 образуют полость для размещения в ее центре электронного модуля памяти 3 с соединительным кабелем 4, пассивную теплоизоляционную прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса 1 и выполненную в форме стакана 5 с крышкой 6, активную теплозащитную оболочку, выполненную из композиционной смеси в виде разъемной детали, при этом активная теплозащитная оболочка состоит из корпуса 7 с размещенным внутри электронным модулем памяти 3 и крышки 8, соединенных между собой поверхностями, имеющими форму усеченного конуса, при этом корпус 7 и крышка 8 активной теплозащитной оболочки выполнены в герметичных упаковках 9, 10, изготовленных из полиэтилена для защиты внутренней поверхности и из фольгированного алюминием полиэтилена для защиты наружной поверхности активной теплозащитной оболочки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти, содержащее корпус с крышкой, выполненные из металла, при этом внутренние поверхности корпуса образуют полость для размещения в ее центре электронного модуля памяти с соединительным кабелем, пассивную теплоизоляционную прокладку, прилегающую к внутренней поверхности корпуса и выполненную в форме стакана с крышкой, активную теплозащитную оболочку, выполненную из композиционной смеси в виде разъемной детали, отличающееся тем, что активная теплозащитная оболочка состоит из корпуса с размещенным внутри электронным модулем памяти и крышки, соединенных между собой поверхностями, имеющими форму усеченного конуса, при этом корпус и крышка активной теплозащитной оболочки заключены в герметичные упаковки, изготовленные из полиэтилена для защиты внутренней поверхности и из фольгированного алюминием полиэтилена для защиты наружной поверхности активной теплозащитной оболочки.

2. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти по п.1, отличающееся тем, что пассивная теплоизоляционная прокладка изготовлена из муллитокремнеземистого волокна с уменьшающимся значением плотности от металлического корпуса к корпусу активной теплозащитной оболочки.

3. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти по п.1, отличающееся тем, что основа активной теплозащитной оболочки изготовлена из муллитокремнеземистого волокна, имеет плотность 230-270 кг/м³ и напитана гелем кремнезема, при этом плотность геля в активной теплозащитной оболочке составляет 960-990 кг/м³.

4. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти по п.1, отличающееся тем, что соотношение толщин пассивной теплоизоляционной прокладки и активной теплозащитной оболочки находится в пределах 0,2-0,8.

5. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти по п.1, отличающееся тем, что обе части упаковки для защиты корпуса активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки.

6. Устройство тепловой защиты электронного модуля памяти по п.1, отличающееся тем, что обе части упаковки для защиты крышки активной теплозащитной оболочки, изготовленные из полиэтилена и из фольгированного алюминием полиэтилена, герметично соединены между собой методом спайки.