МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОННЫЙ Российский патент 2016 года по МПК H01L23/34 H05K7/00 

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и может быть использовано в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) с набором сменных модулей, работающих в условиях повышенного тепловыделения элементами РЭА, значительных механических нагрузок, а также агрессивных погодно-климатических факторов при войсковой эксплуатации.

Известен модуль электронный (патент РФ №2309560), выполненный на основе бескаркасной конструкции, содержащей лицевую панель, печатную плату, установленные на ней электрорадиоэлементы и электрический соединитель. Конструкция модуля предполагает охлаждение электрорадиоэлементов путем естественной конвекции или посредством принудительного обдува потоком воздуха. Недостаток устройства состоит в том, что его конструкция не допускает эффективный отвод тепла от электрорадиоэлементов с повышенным уровнем рассеиваемой мощности. Помимо этого, неизбежно попадание на поверхность печатной платы и электрорадиоэлементов частиц пыли и грязи, а также возможен непосредственный контакт данных поверхностей с влагой и агрессивными веществами, содержащимися в воздухе, что ведет к снижению эффективности отвода тепла, разрушению и коррозии поверхности печатной платы и установленных на ней элементов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является радиоэлектронный модуль (патент РФ №2052912). Конструкция данного модуля состоит из секции-рамы, имеющей перегородку, которая разделяет его на две части. В одной части располагаются элементы с низким уровнем тепловыделения, в другой - элементы с высоким уровнем тепловыделения. В отсеке, предназначенном для теплонагруженных электрорадиоэлементов, располагается «наборное поле» с группой отверстий с унифицированным шагом для крепления элементов радиаторов. При этом принудительный поток охлаждающего воздуха, поступая снизу, за счет геометрии конструкции направляется в район теплонагруженных элементов. Однако значительная его часть рассеивается в пространстве между модулями и расходуется вхолостую. При данном решении, когда теплонагруженные элементы группируются в одной части модуля, а все остальные в другой, невозможна реализация схемы электрической принципиальной на одной плате модуля и в то же время невозможна реализация достаточно сложных печатных плат. Изготовление такого модуля трудоемко в силу необходимости использования навесного монтажа.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности отвода выделяемого элементами РЭА тепла при экономии теплоносителя.

Поставленная задача достигается тем, что в конструкцию модуля электронного, содержащего по меньшей мере одну печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами, дополнительно включен по меньшей мере один канал, сообщающийся с внешним пространством и предназначенный для формирования потока теплоносителя, стенки корпуса которого изготовлены из теплопроводящего материала таким образом, что электрорадиоэлементы по меньшей мере одной печатной платы имеют тепловой контакт с внешней поверхностью этих стенок. Таким образом, модуль электронный может содержать несколько вышеописанных каналов, две и более печатные платы, элементы которых могут прилегать к корпусу канала с разных сторон. Эффективность отвода тепла может усиливаться путем применения в конструкции модуля электронного теплопроводящих средств, например, таких как термопасты, теплопроводящие прокладки. Стенки корпуса вышеуказанного канала не позволяют потоку теплоносителя рассеиваться в пространство между модулями, а концентрируют его на теплонагруженных участках, направляя данный поток внутрь модуля, и в то же время изолируя элементы РЭА от прямого контакта с ним.

Далее в тексте принято следующее сокращение:

канал, предназначенный для формирования потока теплоносителя - канал.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными в качестве примера и неносящими какого-либо ограничительного характера. На Фиг. 1 изображен модуль электронный в составе блока РЭА; на фиг. 2 и 3 - модуль электронный с одной печатной платой в собранном виде в различных ракурсах;

на фиг. 4 и 5 - модуль электронный с одной печатной платой в разобранном виде в различных ракурсах;

на фиг. 6 и 7 - модуль электронный с двумя печатными платами (основной и мезонинной) в разобранном виде в различных ракурсах;

на фиг. 8 - модуль электронный с двумя печатными платами в собранном виде;

на фиг. 9 - трехмерный разрез модуля электронного с двумя печатными платами;

на фиг. 10а и 10б - главный вид модуля электронного с двумя печатными платами и его сечение А-А;

на фиг. 11 - принцип работы устройства,

где 1 - канал, 2 - печатная плата, 3 - корпус канала, 4 - электрорадиоэлементы основной печатной платы, 5 - внешняя сторона корпуса канала, прилегающая к элементам основной печатной платы, 6 и 11 - выступы на внешних сторонах корпуса канала, 7 - мезонинная печатная плата, 8 - электрорадиоэлементы мезонинной печатной платы, 9 и 12 - ответные части соединителя, служащие для стыковки основной и мезонинной печатных плат, 10 - внешняя сторона корпуса канала, прилегающая к элементам мезонинной печатной платы, 13 - линия контактного соединения электрорадиоэлемента и стенки корпуса канала.

Конструкция модуля электронного выполнена следующим образом. Печатная плата 2 устанавливается таким образом относительно корпуса 3 канала 1, что его внешняя сторона 5 прилегает к поверхностям электрорадиоэлементов 4 печатной платы 2, как показано на фиг. 2-5. Для обеспечения лучшего теплового контакта между корпусом 3 канала 1 и электрорадиоэлементами 4 печатной платы 2 на его внешней стороне 5 могут быть выполнены углубления или выступы 6. Помимо этого, пространство между внешней поверхностью корпуса 3 канала 1 и поверхностями электрорадиоэлементов 4 печатной платы 2 может быть заполнено термопастой, одной либо несколькими теплопроводящими прокладками или иными средствами, улучшающими отведение тепла. В конструкцию модуля электронного может быть включена еще одна печатная плата 7, элементы которой будут прилегать ко второй стороне 10 корпуса 3 канала 1, как показано на фиг. 6-8.

Для обеспечения лучшего теплового контакта между корпусом 3 канала 1 и электрорадиоэлементами 8 мезонинной печатной платы 7 на его внешней стороне 10 могут быть выполнены углубления и выступы 11. В то же время в любом из вышеописанных вариантов конструкции модуля электронного пространство между внешней поверхностью корпуса канала и поверхностью одного или нескольких электрорадиоэлементов может быть заполнено термопастой, одной либо несколькими теплопроводящими прокладками или иными материалами и конструкциями, улучшающими отведение тепла.

В зависимости от конструкции модуля электронного элементы печатных плат могут прилегать к корпусу канала данного модуля с нескольких сторон. При этом количество печатных плат, элементы которых прилегают к корпусу канала модуля электронного, может быть любое. При этом тепловой контакт между корпусом канала и элементами печатных плат может обеспечиваться вышеописанным образом.

В том случае, если одна из вышеописанных печатных плат является основной, а вторая выполняет роль мезонинной печатной платы, для их соединения в соответствии со схемой электрической принципиальной могут использоваться электрические соединители 9 и 12. В такой ситуации в корпусе 3 канала 1 могут быть выполнены соответствующие вырезы в количестве один или более штук для стыковки ответных частей электрических соединителей 9 и 12.

Форма сечения вышеупомянутого канала плоскостью, перпендикулярной направлению движения теплоносителя в нем, может быть любая. Вместо одного такого канала в данной конструкции может присутствовать любое количество каналов с вышеописанными свойствами.

Принцип работы устройства следующий: тепло, выделяемое электрорадиоэлементами 4 и 8 печатных плат 2 и 7, через контактные соединения 13 передается стенкам корпуса 3. В результате распространения тепла по материалу корпуса происходит нагрев данной части конструкции модуля электронного. Нагрев происходит главным образом в области кратчайшего пути распространения тепла от элемента печатной платы до внутренней поверхности стенки корпуса 3. Вышеописанный перенос тепла показан короткими стрелками на фиг. 11. Идущий по каналу 1 корпуса 3 поток охлаждающего теплоносителя, который на фиг. 11 условно показан длинными стрелками, контактируя с внутренней поверхностью стенок корпуса, снимает с них тепло, охлаждая таким образом всю конструкцию.

Модуль электронный по сравнению с прототипом позволяет:

- повысить эффективность отвода тепла от теплонагруженных электрорадиоэлементов за счет использования минимального количества конструктивных элементов и кондуктивных соединений на участке между теплонагруженными электрорадиоэлементами и теплоносителем, снижающих теплопроводность;

- снизить расход теплоносителя за счет направления его потока по каналу внутри модуля электронного, что исключает его рассеивание в пространство между модулями, где эффективность съема тепла теплоносителем очень мала;

- повысить устойчивость к внешним погодно-климатическим факторам за счет того, что стенки корпуса канала исключают непосредственный контакт электрорадиоэлементов, печатной платы и других элементов конструкции с теплоносителем и содержащимися в нем частицами и веществами;

- повысить динамическую жесткость изделия за счет наличия в конструкции корпуса канала.

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и может быть использовано в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) с набором сменных модулей, работающих в условиях повышенного тепловыделения, значительных механических нагрузок, а также агрессивных погодно-климатических факторов при войсковой эксплуатации. Технический результат - повышение эффективности отвода выделяемого элементами РЭА тепла при экономии теплоносителя. Достигается тем, что в конструкцию модуля электронного включен по меньшей мере один канал, позволяющий направлять поток охлаждающего теплоносителя внутрь модуля электронного и изолирующий элементы РЭА от непосредственного контакта с данным теплоносителем. Стенки корпуса канала не позволяют потоку теплоносителя рассеиваться в межмодульное пространство, а концентрируют его на теплонагруженных участках. Корпус канала выполнен из теплопроводного материала и своей внешней поверхностью контактирует с теплонагруженными элементам модуля. При этом эффективность отвода тепла каналом от теплонагруженных элементов может усиливаться путем применения теплопроводящих прокладок, термопаст. 11 ил.

Модуль электронный, содержащий по меньшей мере одну печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами, отличающийся тем, что в его конструкцию включен по меньшей мере один канал, сообщающийся с внешним пространством и предназначенный для формирования потока теплоносителя, стенки корпуса которого изготовлены из теплопроводящего материала таким образом, что электрорадиоэлементы по меньшей мере одной печатной платы имеют тепловой контакт с внешней поверхностью этих стенок, при этом поверхность одного или нескольких электрорадиоэлементов по меньшей мере одной печатной платы отделяется от внешней поверхности стенки корпуса канала, предназначенного для формирования потока теплоносителя, посредством теплопроводящих средств, например, таких как термопаста и/или теплопроводящая прокладка.