Печатная плата с устройством локальной герметизации и экранирования

Полезная модель относится к радиоэлектронной аппаратуре, а именно к импульсным источникам вторичного электропитания при конструировании модулей с локальной заливкой печатной платы с обеспечением повышения надежности их работы при механических и климатических воздействиях, экранировании от электрических и магнитных полей устройств РЭА различного вида базирования.
Из уровня техники известно устройство для экранирования элементов радиоэлектронной аппаратуры от электрических и магнитных полей (Свидетельство на полезную модель RU №5062, МПК: Н05K 9/00, 1997) содержащее основание на основе стекла и экранирующую сетку, выполненную в виде нанесенных на основание вакуумным напылением токоведущих дорожек, экранирующая сетка выполнена с геометрическими размерами соизмеримыми с длиной волны видимого света и шунтирующей обечайкой, располагающейся по периметру основания и соединенной с токоведущими дорожками указанной выше сетки, причем на токоведущие дорожки и обечайку экранирующей сетки нанесен слой токопроводящего материала с малым удельным сопротивлением.
Недостатком данного устройства является его ограниченное применение - отсутствие защиты элементов радиоэлектронной аппаратуры от климатических воздействий.
Из уровня техники известен способ локальной герметизации (Патент на изобретение RU №2012097, МПК: H01L 23/31, 1994) включающий нанесение материала защитного покрытия и его отверждение на формообразующей поверхности, обладающей антиадгезионными свойствами к материалу защитного покрытия, после нанесения материала защитного покрытия деталь переворачивают и устанавливают на формообразующую поверхность с зазором, величина которого равна толщине готового защитного покрытия.
Недостатком данного устройства является отсутствие экранирования от электрических и магнитных полей устройств РЭА различного вида базирования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является устройство локальной герметизации печатной платы (Патент на полезную модель RU №150208 МПК: H01L 23/06, H01L 23/28 2015 г.), содержащее печатную плату, включающую электронные компоненты, размещенные на ее поверхности в слое теплопроводящего полимерного материала, площадь расположения теплопроводящего полимерного материала ограничена по периметру гибкой лентой, размещенной в пазу печатной платы.
Недостатком данного устройства является его ограниченное применение - отсутствие экранирования и низкая надежность работы устройства при механическом воздействии в широком диапазоне.
Техническая проблема, решаемая созданием полезной модели, заключается в низкой надежности работы устройства при механическом воздействии в широком диапазоне, а также в отсутствии экранирования от электрических и магнитных полей устройств РЭА различного вида базирования.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании устройства обеспечивающего высокую надежность работы при механическом и климатическом воздействии в широком диапазоне в независимости от группы исполнения аппаратуры, а также экранирование от электрических и магнитных полей устройств РЭА различного вида базирования.
Для достижения технического результата печатная плата с устройством локальной герметизации и экранирования содержит печатную плату, включающую электронные компоненты, размещенные на ее поверхности в слое теплопроводящего полимерного материала, площадь расположения теплопроводящего полимерного материала ограничена по периметру.
В отличие от прототипа введен кожух - экран печатной платы, выполненный из металла с многослойным гальваническим покрытием из металлов с различными сопротивлениями электромагнитному полю, а также с перфорацией верхней поверхности, ограничивающий площадь и объем теплопроводящего полимерного материала, контактирующий с полигоном и жестко зафиксированный на нем, выполненном на поверхности печатной платы в виде печатной замкнутой рамки - проводника соответствующей геометрии кожуха - экрана.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: Фиг. 1 - общий вид устройства локальной герметизации и экранирования печатной платы;
Фиг. 2 - общий вид устройства локальной герметизации и экранирования печатной платы с дополнительным креплением кожуха - экрана;
Фиг. 3 - вид печатной платы с электронными компонентами;
Фиг. 4 - вид печатной платы с электронными компонентами и отверстиями для дополнительного крепления кожуха - экрана;
Фиг. 5 - общий вид кожуха - экрана;
Фиг. 6 - общий вид кожуха - экрана с дополнительным креплением;
Фиг. 7 - сечение А-А фиг. 2;
Фиг. 8 - вид Б фиг. 6.
Печатная плата с устройством локальной герметизации и экранирования содержит печатную плату 1 (Фиг. 1, 2, 3, 4, 7), включающую электронные компоненты 2 (Фиг. 3, 4, 7), размещенные на ее поверхности 3 (Фиг. 3, 4), в слое теплопроводящего полимерного материала 4 (Фиг. 7), площадь и объем которого ограничен кожухом - экраном 5 (Фиг. 1, 2, 5, 6).
Кожух - экран 5 кроме ограничения габаритов устройства и объема теплопроводящего полимерного материала 4 наделен функциями экрана и выполнен из металла с многослойным гальваническим покрытием из различных металлов с различными сопротивлениями электромагнитному полю, например медь - сталь - медь, как с целью повышения эффективности экранирования в широком диапазоне частот, так и с целью более рационального его конструирования с точки зрения повышения теплопроводности, уменьшения веса и габаритов.
В верхней поверхности 6 (Фиг. 5, 6, 8) кожуха - экрана 5 выполнена перфорация в виде щелевых отверстий 7 (Фиг. 1, 2, 5, 6). При этом, для повышения эффективности экрана, длинные стороны отверстий 7 расположены вдоль линий токов, наведенных в стенках экрана (перпендикулярно силовым линиям магнитного поля).
На поверхности 3 печатной платы 1 выполнен полигон 8 (Фиг. 1, 2, 3, 4) в виде печатной замкнутой рамки - проводника соответствующий геометрии кожуха - экрана 5.
Для обеспечения электрического контакта и механического крепления кожух - экран 5 жестко фиксируется к полигону 8, например, методом пайки, или, при необходимости, на боковой поверхности 9 (Фиг. 6, 8) кожуха -экрана 5 могут быть дополнительно размещены и закреплены элементы крепления 10 (Фиг. 6, 8), например, пайкой или сваркой выполненные, например, в виде стержней с резьбовыми хвостовиками 11 (Фиг. 6, 8), а в печатной плате 1 соразмерные им отверстия 12 (Фиг. 4), для дополнительного фиксирования его к печатной плате 1 гайками 13 (Фиг. 7).
Примером использования печатной платы с устройством локальной герметизации и экранирования может служить модуль с локальной заливкой и экранированием печатной платы предназначенный для применения в устройствах электропитания цифровых и аналоговых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам и монтажом на печатных платах. В состав данного устройства входит многослойная печатная плата 1 включающая электронные компоненты 2, размещенные на ее поверхности 3, в слое электроизоляционного теплопроводного компаунда 4 заполняющего объем между печатной платой 1 электронными компонентами 2 и внутренней поверхностью кожуха - экрана 5 через перфорацию в виде щелевых отверстий 7.
Теплопроводный кожух - экран 5 служит электромагнитным экраном, действующим на основе использования вихревых токов и выполнен из алюминия с поверхностными слоями малой толщины из различных металлов с различными сопротивлениями электромагнитному полю, сохраняющими эффективность экранирования, например, медь - сталь - медь в виде гальванического покрытия без уменьшения эффективности экранирования.
При высоких частотах поля помех вихревые токи в металле протекают в поверхностном слое, а более глубокие слои металла теплопроводного кожуха - экрана 5 будут, экранированы поверхностными слоями и переменное магнитное поле помех не будет проникать в его толщину. В этом случае наблюдается явление, аналогичное поверхностному эффекту (скин-эффекту).
Уменьшение напряженности магнитного поля помех и плотности вихревых токов в толще экрана происходит по экспоненциальному закону.
Глубина проникновения тока или магнитного поля помех мала. Например, для меди при частоте 100 кГц толщина проникновения равна 0,22 мм, при более высоких частотах эта величина еще меньше.
При использовании такого теплопроводного кожуха - экрана 5, даже при сравнительно тонких его стенках, магнитное поле устройства не проникает наружу.
В теплопроводном кожухе - экрана 5 с поверхностными слоями, составленными из металлов с различными характеристиками сопротивления электромагнитному полю, используется система многократных отражении. В результате чего кожух - экрана 5 обладает большим экранирующим действием по сравнению с однородным экраном, той же толщины.
Уменьшение активного сопротивления теплопроводного кожуха - экрана 5, способствует улучшению его экранирующих свойств и уменьшению в нем потерь.
Электроизоляционный теплопроводный компаунд 4 совместно с теплопроводным кожухом - экрана 5, обеспечивают охлаждение электронных компонентов 2, размещенных на печатной плате 1, а также поверхность самой печатной платы 1.
Для обеспечения электрического контакта и механического крепления кожух - экран 5 методом пайки фиксируется к полигону 8, выполненному в виде рамки из печатного проводника, на поверхности 3 печатной платы 1 соответствующий геометрии кожуха - экрана 5. При необходимости, для обеспечения электрического контакта и механического крепления кожуха - экрана 5, возможно его дополнительная фиксация в виде элементов крепления 10, размещенных и жестко зафиксированных на боковой поверхности 9 кожуха - экрана 5, например, пайкой или сваркой и выполненных, например, в виде стержней с резьбовыми хвостовиками 11 для крепления кожуха - экрана 5 к печатной плате 1 гайками 13.
Заполнение внутреннего объема кожуха - экрана 5 электроизоляционным теплопроводным компаундом 4 производится через щелевые отверстия 7 перфорации, что обеспечивает как возможность равномерного заполнения всего внутреннего объема кожуха - экрана 5 так и визуальный контроль его заполнения.
Электроизоляционный теплопроводный компаунд 4 совместно с кожухом - экраном 5 обеспечивают охлаждение электронных компонентов 2.
Таким образом, печатная плата с устройством локальной герметизации и экранирования за счет введения кожуха-экрана печатной платы, выполненного из металла с многослойным гальваническим покрытием из металлов с различными сопротивлениями электромагнитному полю, а также с перфорацией верхней поверхности, позволяет обеспечить высокую надежность работы устройства при механическом и климатическом воздействии в широком диапазоне в независимости от группы исполнения аппаратуры, а также экранирование от электрических и магнитных полей устройств РЭА различного вида базирования.