КОРПУС ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА

Полезная модель относится к области разработки и производства электронных блоков, в частности к конструкции корпуса изделия для различных приборов и устройств и может быть использована для решения задач отвода тепла от теплонагруженных элементов электронных блоков, эксплуатируемых в условиях жестких механико-климатических воздействий.
Из уровня техники известен радиоэлектронный блок (Авторское свидетельство №1725414, МПК H05K 5/00, 07.04.1992 г.). Корпус радиоэлектронного блока выполнен в виде верхней и нижней секций коробчатой формы, соединенных между собой по диагональной плоскости. Основания секций и панелей снабжены полками, размещенными под углом к ним. Полки расположены одна над другой и разъемно соединены. Сопрягаемые боковые стенки снабжены фигурными отбортовками П-образной формы. Для отвода тепла в боковых стенках верхней секции выполнены жалюзи.
Общими признаками аналога и заявляемого технического решения являются корпус и боковые стенки.
Недостатком данного блока является недостаточно эффективный отвод тепла от корпуса блока.
Известны герметичные корпуса, содержащие кожух и крышку, в которой пазы под резиновую прокладку, стальную проволоку и припой выполнены таким образом, что усилия, возникающие на крышке при наддуве герметичного корпуса или помещении его в разреженную атмосферу, воспринимают, в большей мере, стенки корпуса, а не паяный шов (Авторское свидетельство СССР №880235, МПК H05K 5/06, опубликовано 1980 г.).
Корпусам, герметизируемым пайкой, присущи недостатки, заключающиеся в том, что конструкция кожухов и крышек сложна из-за наличия в них пазов и скосов, не обеспечивается надежность герметизации при эксплуатации корпуса в условиях повышенных механических воздействий, перепадов давлений и температур, возможен перегрев корпуса при пайке с передачей тепла на герметизируемый радиоэлектронный прибор.
Известен герметичный корпус, который содержит кожух и крышку, выполненные с покрытием в виде слоя металла по их смежным плоскостям, обладающего хорошей свариваемостью и малой теплопроводностью, например титановый сплав. В этом слое кожух и крышка снабжены буртами, совмещенными по периметру. Герметизация корпуса производится по стыку кожуха и крышки лазерной сваркой вакуум-плотным швом (Патент РФ №1780200, МПК H05K 5/06, опубл. 1992 г.).
Недостатком данного корпуса является использование лазерной сварки или электронно-лучевой сварки, что может привести к перегреву герметизируемой радиоэлектронной платы, ее деформации, а также сложность процесса герметизации. Возможны локальные проникновения пыли и влаги по периметру сварного шва из-за его неравномерности. Возможна разгерметизация при температурных изменениях из-за малой теплопроводности корпуса, а также усложняется процесс сборки, который включает сварку, дополнительную оснастку, механическую обработку и т.д.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является корпус модуля радиопомех (см. патент РФ на изобретение №2474056, МПК H04B 15/00 (2006.01), H04B 1/00 (2006.01), H05K 7/20 (2006.01), G12B 15/06 (2006.01), опубл. 27.01.2013 по заявке №2011136836/07 от 05.09.2011, патентообладатель Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК»), содержащий разборный корпус-радиатор, состоящий из теплоотводящих стенок с ребрами охлаждения, верхней крышки, нижней крышки, разъема подключения, причем передняя стенка, боковая теплоотводящая стенка, задняя теплоотводящая стенка выполнены одним элементом в виде П-образного профиля, передняя стенка П-образного профиля выполнена гладкой с внешней и внутренней стороны, и на внутренней стороне имеется полка с Т-образным пазом для элементов крепления в виде гайки, теплоотводящие боковая и задняя стенки П-образного профиля имеют на внешней поверхности ребра охлаждения, на внутренней, гладкой, поверхности крестообразные пазы для установки в них металлических планок с резьбовыми отверстиями для крепления элементов формирования и усиления помеховых сигналов, взаимодействующих с внутренней поверхностью боковой и задней теплоотводящих стенок П-образного профиля при воздействии крепежных элементов на металлические планки, размещенных в крестообразных пазах, на внутренней поверхности задней теплоотводящей стенки П-образного профиля имеется полка с Т-образным пазом для элементов крепления в виде гайки, теплоотводящая стенка, контактирующая с полками П-образного профиля при воздействии элементов крепления на гайки, размещенных в Т-образных пазах полок, и резьбовыми отверстиями, выполненными на бурте крышки верхней, крышки нижней, имеет на внешней поверхности ребра охлаждения, а на внутренней, гладкой, поверхности - крестообразные пазы для установки в них металлических планок с резьбовыми отверстиями для крепления элементов формирования и усиления помеховых сигналов, взаимодействующих с внутренней поверхностью теплоотводящих стенок при воздействии крепежных элементов на металлические планки, размещенных в крестообразных пазах, антенны-излучатели, размещенные на внешней поверхности передней стенки П-образного профиля, крышка верхняя и крышка нижняя имеют отверстия для крепления на установочной раме передающей вышки, планку с пазом для ввода оси, имеющей крестообразную поверхность, и контактируют с торцевыми поверхностями П-образного профиля при воздействии крепежных элементов в виде винтов на П-образные планки, размещенных на внутренних поверхностях передней и задней теплоотводящих стенок П-образного профиля, оси с проходящими через крестообразную поверхность крепежными элементами в виде винтов имеют возможность перемещаться в крестообразном пазу теплоотводящей стенки, заходя в паз планок, размещенных на крышке верхней, крышке нижней, и фиксироваться в убранном положении крепежными элементами.
Общими признаками аналога и заявляемого технического решения являются корпус-радиатор, передняя и задняя панели (в аналоге - это передняя и задняя стенки), верхняя и нижняя крышки, боковые стенки, соединенные между собой элементами крепления и ребра охлаждения, находящиеся на внешней поверхности боковых стенок и задней панели корпуса.
Причиной препятствующей достижению заявляемого технического результата является недостаточно эффективный отвод тепла от корпуса модуля радиопомех и сложность конструкции.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении эффективного отвода тепла от корпуса блока, надежной герметизации в корпусе и в упрощении процесса сборки.
Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается:
- в улучшении тепловых характеристик корпуса: за счет использования теплоотводных каналов находящихся на верхней и нижней крышках, боковых стенках и задней панели корпуса, образующих тороидальную форму, цилиндрическую форму и прямоугольную форму соответственно, которые позволяют повысить теплоотвод естественной конвекцией, за счет возникновения эффекта эжекции «свежего» воздуха, поступающего в верхнюю, наиболее нагретую, часть блока, за счет использования переменного сечения метала на боковых стенках корпуса для улучшения кондуктивного распределения тепла по объему корпуса, за счет максимального использования криволинейных поверхностей и радиусов в наружной геометрии корпуса для увеличения отвода тепла тепловым инфракрасным излучением, за счет увеличения эффективной площади излучающей поверхности и снижения эффекта нагрева соседних ребер радиатора корпуса собственным тепловым излучением при теплоотдаче лучеиспусканием (см. Гелль П.П., Иванов-Есинович Н.К. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры. - Ленинградское отделение «Энергия», 1972; Дульнев Г.Н., Торновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. - Ленинградское отделение «Энергия», 1971),
- в обеспечении надежной герметизации за счет дополнительной проклейки стыков корпуса и за счет элементов крепления;
- в упрощении процесса сборки, при котором не производят сварку, дополнительную оснастку, механическую обработку и т.д.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус электронного блока, состоящий из соединенных между собой элементами крепления боковых стенок, верхней и нижней крышек, передней и задней панелей, которые образуют корпус-радиатор, причем боковые стенки и задняя панель имеют на внешней поверхности корпуса ребра охлаждения, при этом передняя панель выполнена без ребер охлаждения, выполнен сборным с дополнительной проклейкой стыков между боковыми стенками и верхней и нижней крышками, причем задняя панель, боковые стенки, верхняя и нижняя крышки выполнены в виде радиаторов, при этом верхняя и нижняя крышки имеют на внешней поверхности корпуса ребра охлаждения, которые расположены на одной линии с ребрами охлаждения боковых стенок корпуса, причем толщина каждого ребра охлаждения на боковых стенках и на верхней и нижней крышках корпуса лежит в интервале от 1 до 2 мм, толщина каждого ребра охлаждения на задней панели корпуса составляет, по меньшей мере, 1 мм с высотой ребра охлаждения, по меньшей мере, 4,5 мм, причем на боковых стенках, на задней панели и на верхней и нижней крышках между ребрами охлаждения образованы теплоотводные каналы, обеспечивающие отвод тепла от корпуса, причем теплоотводные каналы на задней панели корпуса выполнены в форме прямоугольников с шириной паза, по меньшей мере, 7 мм, теплоотводные каналы на верхней и нижней крышках корпуса выполнены вогнутыми тороидальной формы, теплоотводные каналы на боковых стенках корпуса выполнены выпуклыми и имеют цилиндрическую форму для улучшения конвективного теплоотвода, что позволяет распределить тепло равномерно по поверхности боковых стенок корпуса, снизив при этом перегрев, причем теплоотводные каналы на боковых стенках и на верхней и нижней крышках имеют радиус скругления не менее 3 мм, при этом ширина паза лежит в интервале от 9 до 12 мм, причем на боковых стенках корпуса выполнены колодцы для крепления блока на объекте по два на каждую боковую стенку.
Сущность полезной модели, ее реализуемость и промышленная применимость поясняются чертежами (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6). На фиг. 1 представлен пример выполнения корпуса электронного блока (общий вид), на фиг. 2 представлена боковая стенка корпуса электронного блока, на фиг. 3 представлена верхняя крышка и часть боковой стенки корпуса электронного блока, на фиг. 4 представлена задняя панель корпуса электронного блока, на фиг. 5 представлены теплоотводные каналы, находящиеся на задней панели корпуса электронного блока, на фиг.6 представлены радиусы скругления теплоотводных каналов, находящихся на боковых стенках (фиг. 6а)) и верхней и нижней крышках корпуса (фиг. 6б)).
Корпус электронного блока содержит корпус-радиатор 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 крышки, переднюю 4 и заднюю 5 панели, боковые 6, 7 стенки, ребра охлаждения 8, 9, 10, теплоотводные каналы 11, 12, 13, элементы крепления 14, колодцы 15, теплоотводные каналы 11, 12,13 имеют соответственно пазы 16, 17, 18 (см. фиг. 1).
Корпус-радиатор 1 является сборным с дополнительной проклейкой стыков. Корпус-радиатор 1 имеет идентичные боковые стенки 6, 7, идентичные верхнюю 2 и нижнюю 3 крышки, съемные переднюю 4 и заднюю 5 панели. Боковые стенки 6, 7, задняя панель 5, верхняя 2 и нижняя 3 крышки выполнены в виде радиаторов. Передняя 4 панель выполнена без ребер охлаждения (см. фиг. 1). Верхняя 2 и нижняя 3 крышки, боковые стенки 6, 7, передняя 4 и задняя 5 панели корпуса-радиатора 1 соединены между собой элементами крепления 14. Боковые стенки 6, 7, задняя панель 5, верхняя 2 и нижняя 3 крышки на внешней поверхности корпуса-радиатора 1 имеют ребра охлаждения 8, 9, 10, между которыми образованы теплоотводные каналы 11, 12, 13. Таким образом, между ребрами охлаждения 8 на боковых стенках 6, 7 образованы теплоотводные каналы 11 (см. фиг. 2), между ребрами охлаждения 9 на верхней 2 и нижней 3 крышках образованы теплоотводные каналы 12 (см. фиг. 3), между ребрами охлаждения 10 на задней стенке 5 образованы теплоотводные каналы 13 (см. фиг. 4).
Ширина паза теплоотводного канала соответствует ширине паза (расстоянию) между ребрами охлаждения, которые образуют этот теплоотводный канал. Таким образом, ширина паза 16 теплоотводного канала 11 между ребрами охлаждения 8 на боковых стенках 6, 7 соответствует ширине паза между этими ребрами охлаждения 8 (см. фиг. 2). Ширина паза 17 теплоотводного канала 12 между ребрами охлаждения 9 на верхней 2 и нижней 3 крышках соответствует ширине паза между этими ребрами охлаждения 9 (см. фиг. 3). Ширина паза 16 теплоотводного канала 11 соответствует ширине паза 17 теплоотводного канала 12 и лежит в интервале от 9 до 12 мм. Ширина паза 18 теплоотводного канала 13 между ребрами охлаждения 10 на задней панели 5 соответствует ширине паза между этими ребрами охлаждения 10 (см. фиг. 4) и составляет, по меньшей мере, 7 мм.
Стыки 19, 20 между боковыми стенками 6, 7 и верхней 2 и нижней 3 крышками проклеены эпоксидным клеем (см. фиг. 1, фиг. 3).
Толщина 21 каждого ребра охлаждения 8 на боковых стенках 6, 7 и толщина 22 каждого ребра охлаждения 9 на верхней 2 и нижней 3 крышках корпуса-радиатора 1 (см. фиг. 3) лежит в интервале от 1 до 2 мм.
Высота 23 каждого ребра охлаждения 10, расположенного на задней 5 панели корпуса-радиатора 1 (см. фиг. 4) составляет, по меньшей мере, 4,5 мм. Толщина 24 каждого ребра охлаждения 10 на задней панели 5 корпуса-радиатора 1 (см. фиг. 4) составляет, по меньшей мере, 1 мм.
Теплоотводные каналы 11 на боковых 6, 7 стенках корпуса-радиатора 1 выполнены выпуклыми и имеют цилиндрическую форму (см. фиг. 2).
Теплоотводные каналы 13 на задней 5 панели корпуса-радиатора 1 имеют форму прямоугольников (см. фиг. 5).
Теплоотводные каналы 12 на верхней 2 и нижней 3 крышках корпуса-радиатора 1 выполнены вогнутыми и имеют тороидальную форму (см. фиг. 1, 3).
Радиус скругления теплоотводных каналов 11 и теплоотводных каналов 12 не менее 3 мм (см. фиг. 6 а), б)).
Предлагаемая конструкция корпуса электронного блока позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от стенок корпуса так и от элементов, которые будут находиться в данном корпусе электронного блока. Данная полезная модель позволила улучшить тепловые характеристики (т.е. снизить максимальную температуру перегрева) корпуса электронного блока при испытаниях в камере тепла на 2°C, с 16,8°C до 14,8°C, или на 11,9%.
В настоящее время на предлагаемый корпус электронного блока на предприятии разработана техническая документация, изготовлен опытный образец, испытания которого дали положительный результат.