ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫЙ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК Российский патент 2018 года по МПК H05K7/20 H05K1/18 

Изобретение относится к области электротехники (радиоэлектроники), а более конкретно к конструкциям бортовой и наземной радиоэлектронной аппаратуры и оборудования и может быть использовано, например, при конструировании бортовых аналоговых и цифровых устройств с источниками питания, предназначенных для эксплуатации в составе космических аппаратов, в том числе работающих в условиях вакуума, например в составе систем электропитания, терморегулирования и систем трансляции команд и распределения питания, а также в составе подвижных и стационарных средств в приемо-передающей аппаратуре и других комплектациях.

Известен радиоэлектронный блок, содержащий пакет печатных плат с радиоэлементами и стержни, соединяющие печатные платы (патент RU №2349059).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является радиоэлектронный блок, состоящий из основания, набора параллельных плоских плат, электрически соединенных между собой по плоскости их сопряжения с помощью разъемных соединителей, выполняющих функцию схемной шины, в корпусах которых расположены штыри и гнезда контактов, каждый контакт которых пересекает плоскость платы через отдельное электропроводящее отверстие платы, и у которого первая плата устанавливается на основании, а остальные платы установлены над первой платой с помощью стоек и крепежных винтов, образуя пакет («Консорциум РС/104 обсуждает стандарт PC/104 Express», статья от 14.07.06. http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?06/46/92 - прототип).

Недостатком известного, а также вышеописанного изобретения является плохая кондуктивная связь верхних плат с основанием, что приводит к перегреву электрорадиоэлементов и, как следствие, снижению эффективности блока и уменьшению срока его эксплуатации, и поэтому требует применения конструктивных мер в виде использования дополнительных радиаторов для тепловыделяющих электрорадиоэлементов или организации принудительной вентиляции, что усложняет конструкцию, и абсолютно теряет эффективность в условиях космического вакуума. Кроме того, стыковка многоконтактных разъемных соединителей при установке печатных плат в пакет осуществляется вручную путем совмещения штырей контактов соединителя верхней печатной платы с гнездами контактов соединителя нижней печатной платы без применения направляющих, что затрудняет процесс стыковки и расстыковки и не исключает повреждение контактов.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства за счет улучшения теплоотвода с печатных плат с электрорадиоэлементами на теплоотводящее основание радиоэлектронного теплонагруженного блока и далее на установочную поверхность и в окружающую среду с сохранением коротких электрических связей между печатными платами, ремонтопригодности и технологичности на этапе сборки и разборки.

Поставленная задача решается тем, что теплонагруженный радиоэлектронный блок, включающий теплоотводящее основание и набор параллельных плоских печатных плат электрически соединенных между собой, при этом печатные платы установлены на теплоотводящее основание, над которыми также размещены дополнительные печатные платы с электрорадиоэлементами, элементы крепления, согласно изобретению, боковые стороны теплоотводящего основания представляют собой теплоотводы, со стороны которых теплоотводящее основание имеет выступы, на которых жестко закреплена теплопроводная пластина под дополнительные печатные платы, при этом на теплопроводную пластину, кроме мест ее крепления, нанесено теплопоглощающее покрытие, изолирующее электрически от пластины дополнительные печатные платы, а теплонагруженные электрорадиоэлементы установлены максимально близко к местам крепления теплопроводной пластины, причем все печатные платы электрически связаны между собой гибким объемным монтажом, обеспечивающим их взаимное перемещение при сборке и разборке, а теплоотводящее основание закреплено на установочную поверхность через теплопроводящую пасту, причем теплопроводная пластина дополнительно закреплена на теплоотводящем основании посредством средств крепления в виде шпилек, на внешние поверхности теплонагруженного радиоэлектронного блока, кроме установочной нанесено теплопоглощающее покрытие, а над теплопроводной пластиной с дополнительными печатными платами, горизонтально теплоотводящему основанию посредством шпилек, установлена, по меньшей мере, одна теплоотводящая рамка под электрорадиоэлементы, боковые стороны которой являются теплоотводами, и на боковых сторонах теплоотводящего основания и теплопроводящей рамки закреплены через теплопроводящие прокладки дополнительные теплоотводы, при этом крышка, расположенная на теплоотводящей рамке, а также боковые дополнительные теплоотводы и теплоотводящее основание соединены между собой по внешним поверхностям планками, посредством резьбового соединения.

На чертежах представлено заявленное устройство (на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2 - поперечное сечение).

Теплонагруженный радиоэлектронный блок содержит теплоотводящее основание 1 и набор параллельных плоских печатных плат 2 электрически соединенных между собой, при этом печатные платы 2 устанавливают на теплоотводящем основании 1, над которыми также размещены дополнительные печатные платы 3 с электрорадиоэлементами 4. Боковые стороны теплоотводящего основания 1 представляют собой теплоотводы 5, со стороны которых теплоотводящее основание 1 имеет выступы 6, на которых закреплена теплопроводная пластина 7 под дополнительные печатные платы 3, при этом на теплопроводную пластину 7 кроме мест ее крепления нанесено теплопоглощающее покрытие (на чертеже не указано), изолирующее электрически от теплопроводной пластины 7 дополнительные печатные платы 3, а теплонагруженные электрорадиоэлементы 4 установлены максимально близко к местам крепления теплопроводной пластины 7, причем все печатные платы 2 и 3 электрически связаны между собой гибким объемным монтажом 8, обеспечивающим их взаимное перемещение при сборке и разборке, а на теплоотводящем основании 1 вместе с дополнительными печатными платами 3 расположена крышка 9. Также теплопроводная пластина 7 дополнительно закреплена на теплоотводящем основании 1 посредством средств крепления в виде шпилек 10, а на внешние поверхности теплонагруженного радиоэлектронного блока, кроме установочной нанесено теплопоглощающее покрытие, а над теплопроводной пластиной 7 с дополнительными печатными платами 3, горизонтально теплоотводящему основанию 1 посредством шпилек 11, установлена, по меньшей мере, одна теплоотводящая рамка 12 под электрорадиоэлементы 4, боковые стороны которой являются теплоотводами 13, а на боковых сторонах теплоотводящего основания 1 и теплопроводящей рамки 12 через теплопроводящие прокладки 14 закреплены дополнительные теплоотводы 15, при этом крышка 9, расположенная на теплоотводящей рамке 12, а также боковые дополнительные теплоотводы 15 и теплоотводящее основание 1 соединены между собой по внешним поверхностям планками 16, посредством резьбового соединения.

Теплонагруженный радиоэлектронный блок может быть установлен на установочную поверхность 17, которой может служить, например, теплоотводящая поверхность космического аппарата, или другая поверхность, причем установка производится через теплопроводящую пасту 18, например, кремний-органическую 131-179. Теплопроводная пластина 7 под дополнительные печатные платы 3 крепится на выступах 6 посредством средств крепления 19. Тепло от работающего теплонагруженного радиоэлектронного блока может передаваться на теплоотводящую поверхность 17 и в окружающую среду.

Устройство работает следующим образом. При включении теплонагруженного радиоэлектронного блока мощность, рассеиваемая электрорадиоэлементами 4, передается через печатные платы 2 и 3 напрямую на теплоотводящее основание 1, либо на теплопроводную пластину 7, с которой через выступы 6 на теплоотводящее основание 1, либо на теплоотводящие рамки 12 и на их боковые стороны, являющиеся теплоотводами 13 и далее через теплопроводящие прокладки 14 и дополнительные теплоотводы 15 на теплоотводящее основание 1. Далее тепловая энергия передается от теплоотводящего основания 1 на установочную поверхность 17 через теплопроводящую пасту 18 или в окружающую среду. Нанесенное на теплопроводную пластину 7 теплопоглощающее покрытие электрически изолирует проводники дополнительных печатных плат 3, а защищенные от покрытия места крепления теплопроводной пластины 7 с теплоотводящим основанием 1 на выступах 6 обеспечивает оптимальную передачу тепловой энергии. Дополнительно гибкий объемный монтаж 8 обеспечивает короткие электрические связи между печатными платами 2 и 3 в совокупности с возможностью многократной и простой сборки разборки, а также ремонтопригодности и технологичности изготовления и испытания теплонагруженного радиоэлектронного блока. Крышка 9 расположена на верхней теплоотводящей рамке 12 с целью защиты электрорадиоэлементов 4 от внешних воздействий и предотвращения попадания посторонних предметов в полость теплонагруженного радиоэлектронного блока.

Значительные габариты теплонагруженного радиоэлектронного блока приводят к возникновению необходимости обеспечения отекания электростатического заряда с его внешних поверхностей, что выполняется путем использования планок 16, которые электрически соединяют по внешним поверхностям теплоотводящее основание 1, теплоотводящую рамку 12, крышку 9 и боковые дополнительные теплоотводы 15.

Теплопоглощающее покрытие, нанесенное на внешние поверхности теплонагруженного радиоэлектронного блока (кроме установочной плоскости) обеспечивает равномерное распределение тепловой энергии среди аппаратуры (также с теплопоглощающим покрытием) на изделии путем поглощения излишней тепловой энергии (в случае большего нагрева окружающей аппаратуры, чем теплонагруженного радиоэлектронного блока) и ее излучения (в случае большего нагрева самого теплонагруженного радиоэлектронного блока, чем окружающая аппаратура).

Заявленное техническое решение позволит повысить эффективность теплонагруженного радиоэлектронного блока и продлить срок его эксплуатации путем улучшения теплоотвода с высокомощных электрорадиоэлементов и печатных плат на теплоотводящее основание через теплопроводную пластину и с помощью теплопроводящих прокладок и дополнительных боковых теплоотводов.

Изобретение может быть использовано при конструировании бортовых аналоговых и цифровых устройств с источниками питания, предназначенных для эксплуатации в составе космических аппаратов. Технический результат - повышение эффективности радиоэлектронного блока за счет улучшения теплоотвода с печатных плат (ПП). Достигается тем, что в теплонагруженном радиоэлектронном блоке, включающем теплоотводящее основание, элементы крепления и набор параллельных плоских ПП, электрически соединенных между собой, ПП установлены на теплоотводящее основание. Над ними также размещены дополнительные ПП с электрорадиоэлементами. Боковые стороны теплоотводящего основания представляют собой теплоотводы, со стороны которых теплоотводящее основание имеет ступенчатые выступы, на которых жестко закреплена теплопроводная пластина под дополнительные ПП и которая закреплена на теплоотводящем основании посредством средств крепления в виде шпилек. При этом на теплопроводную пластину, кроме мест ее крепления, нанесено теплопоглощающее покрытие, изолирующее электрически от пластины дополнительные ПП. Теплонагруженные электрорадиоэлементы установлены максимально близко к местам крепления теплопроводной пластины, а теплоотводящее основание установлено на установочную поверхность через теплопроводящую пасту. На внешние поверхности блока, кроме установочной, нанесено теплопоглощающее покрытие. При этом над теплопроводной пластиной с дополнительными ПП горизонтально теплоотводящему основанию посредством шпилек установлена по меньшей мере одна теплоотводящая рамка под электрорадиоэлементы, боковые стороны которой являются теплоотводами. На боковых сторонах теплоотводящего основания и теплопроводящей рамки закреплены дополнительные теплоотводы, при этом крышка, закрепленная на теплоотводящей рамке, а также боковые дополнительные теплоотводы и теплоотводящее основание соединены между собой по внешним поверхностям планками посредством резьбового соединения. 2 ил.

Теплонагруженный радиоэлектронный блок, включающий теплоотводящее основание и набор параллельных плоских печатных плат, электрически соединенных между собой, при этом печатные платы установлены на теплоотводящее основание, над которыми также размещены дополнительные печатные платы с электрорадиоэлементами, элементы крепления, отличающийся тем, что боковые стороны теплоотводящего основания представляют собой теплоотводы, со стороны которых теплоотводящее основание имеет выступы, на которых жестко закреплена теплопроводная пластина под дополнительные печатные платы, при этом на теплопроводную пластину, кроме мест ее крепления, нанесено теплопоглощающее покрытие, изолирующее электрически от пластины дополнительные печатные платы, а теплонагруженные электрорадиоэлементы установлены максимально близко к местам крепления теплопроводной пластины, причем все печатные платы электрически связаны между собой гибким объемным монтажом, обеспечивающим их взаимное перемещение при сборке и разборке, а теплоотводящее основание закреплено на установочную поверхность через теплопроводящую пасту, причем теплопроводная пластина дополнительно закреплена на теплоотводящем основании посредством средств крепления в виде шпилек, на внешние поверхности теплонагруженного радиоэлектронного блока, кроме установочной, нанесено теплопоглощающее покрытие, а над теплопроводной пластиной с дополнительными печатными платами горизонтально теплоотводящему основанию посредством шпилек установлена по меньшей мере одна теплоотводящая рамка под электрорадиоэлементы, боковые стороны которой являются теплоотводами, и на боковых сторонах теплоотводящего основания и теплопроводящей рамки закреплены через теплопроводящие прокладки дополнительные теплоотводы, при этом крышка, расположенная на теплоотводящей рамке, а также боковые дополнительные теплоотводы и теплоотводящее основание соединены между собой по внешним поверхностям планками посредством резьбового соединения.