МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОННЫЙ
ELECTRONIC MODULE

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.