УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, авиационному приборостроению, и служит для отвода тепла от печатной платы с теплонагруженными радиоэлементами, являясь при этом токоведущим элементом электрической цепи, а также фиксатором печатных плат с теплонагруженными радиоэлементами к корпусу прибора, блока и т.п.
Известны классические решения отведения тепла от радиоэлементов через предусмотренную конструкцией элемента площадку, которая фиксируется на радиаторе стандартным винтом, например, элементы в корпусе семейства «ТО-220». Однако, в этом случае также необходимо дополнительно решить задачу фиксации печатной платы введением на ней дополнительного отверстия в непосредственной близости от элемента, так как связь печатной платы с элементом остается гибкой и обеспечивается только выводами элемента (FISER ELECTRONIK, f.cool 2004, D-20149 Hamburg, стр.116; ПЛАТАН, 2006, стр.83). Введение дополнительного отверстия, как правило, сопровождается увеличением размеров печатной платы.
Известно устройство близкое к предлагаемому (заявка Японии №JP2003298262, Н05К 7/20, опубл. 17.10. 2003), в котором печатная плата с двух сторон имеет металлизированные площадки, соединенные через металлизированные отверстия. Причем с одной стороны платы на металлизированной площадке установлен теплонагруженный элемент, а с другой стороны платы контактная площадка соединена с радиатором.
Недостатком этого устройства является то, что при отведении тепла через контактные площадки и металлизированные отверстия от теплонагруженных радиоэлементов очень сильно нагреваются печатные проводники и сама печатная плата в области расположения этих радиоэлементов, что может привести к отслоению проводников. Фиксация же печатной платы выполняется дополнительными средствами, требующими дополнительной площади, а значит, увеличивающими размеры печатной платы.
Наиболее близким техническим решением является устройство отвода тепла от печатной платы (патент РФ на полезную модель №53097, Н05К 7/12, опубл. 27.04.2006), которое содержит радиатор, контактные площадки для теплонагруженных радиоэлементов, отверстия для фиксации последних на устройстве и резьбовые отверстия для фиксации самого устройства на печатной плате. Тепло от теплонагруженных элементов рассеивается продольными ребрами радиатора благодаря естественной конвекции.
Недостатком данной конструкции является то, что при плотном монтаже в устройствах с ограниченными объемами недостаточно места для объемных конструкций радиаторов, которые к тому же занимают достаточно большое место на самой печатной плате. Также указанный прототип предназначен для рассеивания тепла в окружающее пространство и не может эффективно использоваться внутри замкнутого пространства.
Техническим результатом полезной модели является эффективный отвод тепла от печатной платы и рассеивание его в замкнутое пространство корпуса прибора, а также уменьшение массо-габаритных размеров печатной платы. Дополнительным результатом является повышение надежности и увеличение срока службы печатной платы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на периферии платы, общий вид в изометрии.
На фиг.2 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на периферии платы, вид спереди.
На фиг.3 устройство с теплонагруженными радиоэлементами, расположенными в выборке на поверхности средней части платы, общий вид в изометрии.
Устройство представляет собой основание - пластину 1 (Фиг.1), выполненную за одно целое с S-образными отбортовками 2 из металла, характеризующегося высокой теплопроводностью (например, латунь, бронза). Форма S-образных отбортовок 2 повторяет форму контактных площадок 3 печатной платы 4. На всю поверхность пластины 1 нанесено покрытие, обеспечивающее последующую пайку (например О-Ви, О3, Н-О-Ви, ПСр, Впр, Ag-Pd и т.п.).
При установке пластины 1 на печатную плату 4 формируется единый электрический проводник пластины с контактными площадками 3 печатной платы 4. При прикладывании прижимающего усилия к пластине 1 со стороны установки радиоэлементов 5, благодаря S-образным отбортовкам 2 обеспечивается плотное прижатие печатной платы 4 к корпусу-радиатору 6 (Фиг.2).
Благодаря такой конструкции появляется возможность более эффективного использования поверхности печатной платы: устройство одновременно является электрическим проводником, контактной площадкой для теплонагруженных радиоэлементов 5 с функцией теплоотвода и служит для фиксации печатной платы 4 к корпусу-радиатору 6 через отверстие 7 крепежными элементами 8 (например, винт с шайбой).
Электрический контакт отбортовок 2 с контактными площадками 3 осуществляется пайкой. При этом для обеспечения электрической изоляции и сохранения качественного теплоотвода между металлической пластиной 1 и корпусом-радиатором 6 проложен электроизоляционный теплопроводный материал.
Металлическая пластина 1 с теплонагруженными радиоэлементами 5 установлена в отверстие 7 печатной платы 4 под теплонагруженным радиоэлементом, который может располагаться как на периферии печатной платы (Фиг.1, 2), так и в средней ее части (Фиг.3). Теплонагруженный радиоэлемент 5 устанавливается на металлическую пластину 1, оставляя отверстие 7 для фиксации свободным.
Устройство может быть изготовлено штамповкой или фрезерованием листа латуни или бронзы с последующим нанесением покрытия, обеспечивающего последующую пайку, или припоя.
Очевидно, что на теплоотвод могут устанавливаться несколько теплонагруженных элементов.
Устройство работает следующим образом:
При прохождении электрического сигнала через теплонагруженный радиоэлемент 5 последний сильно нагревается, что при работе в условиях повышенной температуры (+70°С) может привести к отказу радиоэлемента. Тепловой поток от теплонагруженного радиоэлемента 5 движется к металлической пластине 1, в теле которой он разделяется на два направления: сквозь металлическую пластину 1 к корпусу-радиатору 6 и по телу металлической пластины 1 ортогонально первому направлению. За счет малой толщины металлической пластины 1 и большой площади соприкосновения ее с корпусом 6 основной поток тепла от теплонагруженных элементов 5 увлекается корпусом-радиатором 6, обеспечивающим рассеивание тепла во внешнее пространство. Тепловой поток, движущийся в направлении контактных площадок 3, меньше - пропорционально сечению металлической пластины 1, что обеспечивает их минимальный нагрев.
Таким образом, предложенная конструкция позволяет эффективно отводить тепло, не перегревая печатную плату и теплонагруженные элементы, что положительно сказывается на сроке их службы, и обеспечивает более эффективное использование поверхности печатной платы за счет совмещения в единой конструкции свойств проводника, теплоотвода и фиксатора, что положительно сказывается на массо-габаритных характеристиках печатной платы.
Лабораторные исследования показали возросшие надежность и срок службы печатной платы за счет установки в ее отверстия заявленного устройства из более прочного, чем у печатной платы, теплопроводного материала.
Таким образом, заявленное техническое решение является промышленно осуществимым и обладает новизной. При этом достигается заявленный технический результат.