ТЕПЛООТВОДЯЩАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА Российский патент 2025 года по МПК H05K1/02 

Изобретение относится к машиностроению, приборостроению, предназначено для отвода тепла от электронных компонентов приборов, в частности от электронных компонентов печатных плат теплонагруженных бортовых приборов преимущественно в условиях космического вакуума.

Отвод тепла от электронных компонентов с учетом их постоянно возрастающей интеграции является актуальной задачей, однако наибольшей проблемой является отвод тепла от электронных компонентов печатных плат.

Известны различные способы для отвода тепла от электронных компонентов печатных плат теплонагруженных приборов (см. Ненашев А.П., Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. Для радиотехнич. спец. вузов - М.: Высш. шк. 1990, стр. 175) УДК: 621.396.6, такие как конвективный, кондуктивный или теплоотвод излучением.

Известно, что кондуктивный отвод тепла от теплонапряженных интегральных микросхем, устанавливаемых, как правило, на многослойную печатную плату (МПП), является самым эффективным и определяется площадью и качеством теплового контакта, выполненного между микросхемой и теплоотводящими элементами конструкции, а также требуемой теплопроводностью материалов элементов этой конструкции. Тепловыделяющим компонентом в микросхеме является кристалл, который располагается, как правило, на основании корпуса и имеет небольшие размеры. Соответственно, выделяемое тепло от кристалла эффективнее всего отводить с основания корпуса в месте его расположения.

Эта задача является актуальной для теплонагруженных бортовых приборов, работающих в условиях высоких механических нагрузок, как вибрационных, так и ударных и преимущественно в вакууме.

В настоящее время известна конструкция, описанная в патенте на изобретение RU 2322776 С1 Н05К 1/00, 7/20 14.06.2006, для отвода тепла от печатных плат с электрорадиоэлементами (ЭРИ), работающая в вакууме и представляющая собой функциональные ячейки - рамки, имеющие теплоотводящие основания с приклеенными к ним печатными платами с ЭРИ. Данная конструкция позволяет отводить тепло с печатной платы от всех ЭРИ на элемент конструкции - рамку кондуктивным способом. Недостатком данной конструкции является односторонний монтаж ЭРИ на печатную плату, ограничения по применению ЭРИ (только планарные компоненты), сложность демонтажа печатной платы, увеличение массы рамки.

Наиболее близким аналогом - прототипом изобретения является теплоотводящая многослойная печатная плата, описанная в патенте на изобретение RU 2677633С1, МПК: Н05К 1/02, 12.12.2017, включающая фольгированные диэлектрики, с медными электропроводящими слоями, и изолирующие прокладки, теплоотвод из тепловых площадок, связанных металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями на установочном слое и на внутренних слоях и сформированных из меди, входящей в состав проводящих слоев, которые электрически изолированы.

Недостатком данной конструкции многослойной печатной платы является малая теплоемкость тепловых площадок, сформированных из меди, входящей в состав проводящих слоев (для внутренних слоев многослойных печатных плат толщина меди составляет 12,18,35,50 мкм), что существенно ограничивает теплосъем с ЭРИ, а внутри печатной платы формируются тепловые замкнутые зоны. Теплосъем от таких зон на теплопроводящие конструктивные элементы выполняется приклеиванием тепловой площадки на установочном слое печатной платы, что требует обязательного применения теплопроводного клея и, соответственно, затрудняет демонтаж платы, а также приводит к потере рабочей площади печатной платы. Теплосъем от всех ЭРИ выполнить не представляется возможным, ввиду того, что тепловые площадки со сквозными отверстиями не позволяют или затрудняют разводку (трассировку) печатных проводников.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности теплоотвода от тепловыделяющих ЭРИ на печатную плату и от печатной платы на элементы конструкции, например, рамку теплонагруженных бортовых приборов преимущественно в условиях космического вакуума.

Техническим результатом является повышение эффективности теплоотвода от всех тепловыделяющих ЭРИ на печатную плату и от печатной платы на элементы конструкции (рамку) для поддержания теплового режима работы бортового прибора преимущественно в условиях космического вакуума.

Технический результат достигается тем, что в заявленной теплоотводящей многослойной печатной плате, включающей фольгированные диэлектрики, с медными электропроводящими слоями, и изолирующие прокладки, а также теплоотвод из тепловых площадок, связанных металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями на установочном слое и на внутренних слоях и сформированных из меди, входящей в состав проводящих слоев, которые электрически изолированы, в отличие от известного, в нее введен дополнительный теплоотвод, сформированный внутренними электрически изолированными теплопроводящими медными слоями и металлизацией на торцах многослойной печатной платы, с гальванической и тепловой связью с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями, объединенными в группу, при этом металлизация на торцах многослойной печатной платы выполнена П-образной формы по периметру многослойной печатной платы, контактирующей с теплопроводящим конструктивным элементом.

Суть изобретения поясняется фиг. 1-4, где представлена теплоотводящая многослойная печатная плата в разрезе с видами на ее составные части.

На фиг. 1 изображено сечение печатной платы с дополнительным теплоотводом;

на фиг. 2 показана печатная плата с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями и монтажными контактными площадками на установочном слое;

на фиг. 3 показана печатная плата с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями на внутренних слоях;

на фиг. 4 показан внутренний электрически изолированный теплопроводящий медный слой с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями.

Заявленная многослойная печатная плата состоит из фольгированных диэлектриков 1, с медными электропроводящими слоями 2, изолирующих прокладок 3, металлизированных электрически изолированных сквозных отверстий 4 объединенных в группу, связанных с тепловыми площадками 5, внутренних электрически изолированных теплопроводящих медных слоев 6 с гальванической и тепловой связью с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями 4, металлизации 7 П-образной формы по периметру многослойной печатной платы, с гальванической и тепловой связью с внутренними электрически изолированными теплопроводящими медными слоями 6, контактирующей с теплопроводящим конструктивным элементом 8, с тепловой связью от корпуса ЭРИ 9.

МПП работает следующим образом.

Монтаж ЭРИ на МПП выполняется с двух сторон методом приклеивания корпуса ЭРИ. При монтаже на печатную плату многовыводных интегральных микросхем, сформованных с зазором между корпусом ЭРИ и печатной платой, применяются теплопроводящие (металлические) прокладки. Выводы микросхемы паяются на монтажные площадки, выполненные на медном электропроводящем (установочном) слое 2 фольгированного диэлектрика 1, отделенного изолирующих прокладкой 3 от внутреннего электрически изолированного теплопроводящего медного слоя 6.

При работе тепло от корпуса 9 теплонагруженного ЭРИ передается через металлизированные электрически изолированные сквозные отверстия 4, объединенные в группу, и тепловые площадки 5 на внутренние электрически изолированные теплопроводящие медные слои 6 и далее через металлизацию на торцах 7 выполненную П-образной формы по периметру платы на конструктивный теплопроводящий элемент, например, рамку 8. Тепловыделение остальных ЭРИ за счет прогрева тонких слоев также передается с двух сторон (двух установочных слоев) печатной платы на внутренние теплопроводящие медные слои. Таким образом, теплосъем выполняется от всех ЭРИ, установленных на плате, при этом выполняется требуемый тепловой режим работы ЭРИ и оптимально возможный тепловой режим работы прибора.

Внутренние теплопроводящие медные слои при изготовлении печатных плат используют с толщинами 105 или 210 мкм, а в зависимости от теплонагруженности платы по количеству слоев 1-2 каждой толщины. Незначительное увеличение массы МПП компенсируется исключением массы теплоотвода конструкции и приводит к уменьшению массы прибора, например, рамочной конструкции. Конструкция МПП не имеет ограничений как по технологии изготовления, так и по применяемым ЭРИ. При проектировании рационально используется площадь МПП и оптимально производится разводка (трассировка) печатных проводников.

Таким образом, по сравнению с ранее известным, заявляемая теплоотводящая многослойная печатная плата позволяет достичь технического результата - повыть эффективность теплоотвода от всех тепловыделяющих ЭРИ на печатную плату и от печатной платы на элементы конструкции (рамку) для поддержания теплового режима работы бортового прибора преимущественно в условиях космического вакуума.

Изобретение предназначено для отвода тепла от электронных компонентов печатных плат теплонагруженных бортовых приборов. Технический результат - повышение эффективности теплоотвода от всех тепловыделяющих электрорадиоэлементов на печатную плату и от печатной платы на элементы конструкции. Он достигается тем, что в теплоотводящую многослойную печатную плату, содержащую фольгированные диэлектрики, с медными электропроводящими слоями, и изолирующие прокладки, теплоотвод из тепловых площадок, связанных металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями на установочном слое и на внутренних слоях и сформированных из меди, входящей в состав проводящих слоев, которые электрически изолированы, введен дополнительный теплоотвод, сформированный внутренними электрически изолированными теплопроводящими медными слоями и металлизацией на торцах многослойной печатной платы, с гальванической и тепловой связью с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями, объединенными в группу, при этом металлизация на торцах многослойной печатной платы выполнена П-образной формы по периметру многослойной печатной платы. 4 ил.

Теплоотводящая многослойная печатная плата, содержащая фольгированные диэлектрики, с медными электропроводящими слоями, и изолирующие прокладки, а также теплоотвод из тепловых площадок, связанных металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями на установочном слое и на внутренних слоях и сформированных из меди, входящей в состав проводящих слоев, которые электрически изолированы, отличающаяся тем, что в нее введен дополнительный теплоотвод, сформированный внутренними электрически изолированными теплопроводящими медными слоями и металлизацией на торцах многослойной печатной платы, с гальванической и тепловой связью с металлизированными электрически изолированными сквозными отверстиями, объединенными в группу, при этом металлизация на торцах многослойной печатной платы выполнена П-образной формы по периметру многослойной печатной платы, контактирующей с теплопроводящим конструктивным элементом.