Каркас печатного узла

Полезная модель относится к конструктивным элементам блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), а именно к элементам, построенным по модульному принципу, в которых металлические детали-основания электронных модулей являются частью корпуса радиоэлектронного блока, и может быть использована для создания электронных модулей, компонуемых в блоки бортовой радиоэлектронной аппаратуры и подвергающихся интенсивным механическим нагрузкам.
Модульный принцип построения радиоэлектронных блоков с применением рамочных конструкций для установки печатных схем широко известен в настоящее время и активно используется при построении бортовой радиоэлектронной аппаратуры.
Н05К 1/00, Н05К 5/06, Н05К 7/14
Известна конструкция блока радиоэлектронной аппаратуры по пат. РФ 2365070, , реализующая модульный принцип построения. Недостатками такой конструкции являются низкая устойчивость печатных плат к механическим нагрузкам, возникающим в направлении, параллельном плоскости основания радиоэлектронного блока, и повышенные массогабаритные показатели, а также сложность изготовления, связанная с вынесением внешних разъемов в отдельную полость.
Н05К 1/00, Н05К 7/10, Н05К 7/12
Наряду с этим известен также радиоэлектронный блок по пат. РФ 2367124, , реализующий модульный принцип построения с использованием межплатных соединителей. Недостатками такого блока является увеличенное количество крепежных элементов для закрепления каждого модуля, присутствие излишней детали-основания и низкая устойчивость печатных плат к механическим нагрузкам, возникающим в направлении, параллельном плоскости основания радиоэлектронного блока.
В каждом из представленных аналогов используются рамочные конструкции в качестве корпусных элементов для создания отдельных электронных модулей.
Н05К9/00
,
Известен радиоэлектронный блок по пат. РФ 174943  включающий в себя корпус, крышку верхнюю и крышку нижнюю. недостатком которого является низкая устойчивость к ударным нагрузкам и невозможность компоновки предлагаемой конструкции в пакет модулей для создания сложных радиоэлектронных блоков.
H05K 9/00, H05K 5/02
Наряду с этим известен радиоэлектронный блок по пат. РФ 197320 , содержащий плату питания и управления, на которой расположены элементы питания и управления, и системную плату с расположенными на ней чувствительными аналоговыми радиоэлементами; выходные разъемы, выполненные на платах; межплатные соединения и модуль крепления.
Недостатком данного блока является невозможность обеспечения температурного режима для тепловыделяющих электрорадиоизделий (ЭРИ).
Н05К 7/14
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является радиоэлектронный блок по пат. РФ 2513121, , принятый за прототип.
Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1а и фиг.1б, где обозначено:
1 - металлическая рамка;
6 – основание;
10 – крышка;
11 – втулка;
12 – разъемный соединитель;
13 – дополнительный разъемный соединитель;
14 – охватывающий выступ;
15 - охватываемый выступ;
16 – печатный узел;
17 – дополнительная втулка;
18 – планка;
19 – винты;
20 – вилка;
21 – розетка.
Устройство-прототип содержит как минимум одну металлическую рамку 1, на которой размещается печатный узел 16, собираемую совместно с крышкой 10 и основанием 6 в пакет винтами, втулками 11 и разъёмными соединителями 12 и 13.
Устройство-прототип собирается следующим образом.
Каждая металлическая рамка 1 (фиг. 1а) выполнена с охватывающим 14 и охватываемым 15 ступенчатыми выступами (фиг 1б), на которой посредством втулок 11 закреплен печатный узел 16, при этом высота охватывающего 14 выступа выполнена меньше высоты охватываемого 15. Со стороны внешней поверхности основания 6 в местах крепления к опоре (на фиг.1 не показана) выполнены отверстия, в которых соосно втулкам 11 установлены дополнительные втулки 17. Форма втулок 17 представляет собой два цилиндра с различным диаметром резьбового отверстия. Винты закреплены во втулках 17. Разъемный соединитель 12 закреплен непосредственно на рамку 1 при помощи планки 18 и винтов 19. Разъемный соединитель 12 состоит из вилки 20 и розетки 21. На крышке 10 установлен дополнительный разъемный соединитель 13.
Недостатками указанного прототипа являются:
- равномерная толщина стенок рамок, приводящая к повышению массогабаритных показателей при размещении аппаратуры на термостатируемых поверхностях;
- присутствие значительных смещений печатного узла под воздействием ударных механических нагрузок, способных вызвать размыкание или деформацию соединительных разъемов;
- высокие показатели массы конструкции, обусловленные применением избыточного винтового соединения модулей в блок РЭА;
- малая толщина модулей без возможности размещения внешних выводов с печатных узлов находящихся в центральных частях блока.
- горизонтальное размещение составных печатных узлов, ухудшающее температурный режим для радиоэлектронных компонентов по мере удаления от основания.
Задачей предлагаемого устройства является повышение механической прочности печатного узла при упрощении компоновки радиоэлектронного блока и обеспечении качественного теплоотвода для размещаемых ЭРИ.
согласно полезной модели
Для решения поставленной задачи в каркасе печатного узла,состоящего из соединенных в пакет, по крайней мере, одной металлической рамки с разъемными соединителями, а также экрана и основания, при этом в каждой рамке закреплен печатный узел, , каждая рамка снабжена одной теплоотводящей стороной, пересекающимися в центре продольным и поперечным ребрами жесткости, а также дополнительным ребром жесткости, проходящим по периметру рамки, при этом на стыке экрана и рамки, а так же на продольном и поперечном ребрах жесткости размещены точки крепления, сформированные в виде утолщения материала и предназначенные для дополнительной фиксации печатного узла, кроме того, в углах рамки и по середине каждой боковой стороны рамки расположены сквозные отверстия, предназначенные для конструктивного сопряжения нескольких печатных узлов; в теплоотводящей стороне, по крайней мере, одной рамки предусмотрено два крепежных отверстия блока радиоэлектронной аппаратуры для установки печатного узла на поверхности бортовой системы терморегуляции.
На фиг. 2, 3, 4 представлены схема общего вида каркаса печатного узла и его фрагментов со следующими обозначениями:
1 – металлическая рамка;
2 – сквозные отверстия;
3 – точки крепления;
4 – продольное ребро жесткости;
5 – дополнительные точки крепления печатного узла;
6 – теплоотводящая сторона;
7 – поперечное ребро жесткости;
8 – дополнительное ребро жесткости;
9 – крепежное отверстие блока радиоэлектронной аппаратуры;
10 –экран (крышка).
Предлагаемый каркас печатного узла представляет собой металлическую рамку прямоугольной формы 1 с одной теплоотводящей стороной 6, продольным 4 и поперечным 7 ребрами жесткости, а также с дополнительным ребром жесткости 8, проходящим по периметру рамки 1.
Предлагаемое устройство собирается следующим образом.
Прямоугольная металлическая рамка 1 по периметру обхватывает печатный узел (на фиг. 2 не показан), при этом жесткость рамки 1 обеспечивают продольное 4 и поперечное 7 ребра жесткости, а также дополнительное ребро жесткости 8, проходящее по периметру рамки 1. Экран 10 рамки 1, расположенный параллельно устанавливаемому печатному узлу (фиг. 3в), является глухой поверхностью. На стыке экрана 10 и рамки 1 размещены точки крепления 3, сформированные в виде утолщения материала и предназначенные для дополнительной фиксации печатного узла.
На продольных 4 и поперечных 7 ребрах жесткости на расстоянии 0,5 от собственной длины созданы утолщения материала цилиндрической формы с расположением дополнительных точек крепления 5, применяемых для крепления печатного узла (печатной платы) в рамке 1.
В углах рамки 1 и по середине каждой боковой стороны рамки 1 расположены сквозные отверстия 2, предназначенные для конструктивного сопряжения нескольких печатных узлов (фиг 2. и фиг. 3а). В сквозные отверстия 2 вставлены шпильки, которые будут формировать из набора данных каркасов радиоэлектронный блок.
Крепежное отверстие блока радиоэлектронной аппаратуры на каркасе печатного узла 9 применяется для закрепления собранного печатного узла или радиоэлектронного блока в составе бортовой аппаратуры транспортного средства или космического аппарата. Для обеспечения прижатия теплоотводящей стороны 6 к поверхности бортовой системы терморегуляции предусмотрено крепежное отверстие 9, т.к. теплоотводящая сторона 6 рамки 1 служит теплоотводом для тепловыделяющих ЭРИ в составе печатного узла.
Конструкция каркаса печатного узла предполагает ширину боковых поверхностей металлической рамки достаточной для размещения внешних разъемных соединителей, например типа РС (разъемный соединитель) (ГОСТ 23589-79. Монтаж электрический радиоэлектронной аппаратуры и приборов. Технические требования к монтажу соединителей РС и МР).
Каркас может быть изготовлен одним из следующих способов: литьем с последующей механической обработкой, из поковки с последующей механической обработкой, фрезерованием из цельной плиты или печатью металлом на 3-d принтере. Материалом для исполнения каркаса печатного узла могут быть: алюминиевые конструкционные сплавы (АЛ9, Д16, В95 и др.); магниевые конструкционные сплавы (МА15, МА18, МА20, МА22 и др.); конструкционные стали (45, 40Х, 30ХГСА и др.), высокопрочные титановые сплавы (ВТ6С, ВТ14, ВТ20, ВТ22 и др.).
Рассмотрим порядок изготовления печатного узла на основе печатного узла и каркаса печатного узла:
1. Размещение каркаса печатного узла на ровной поверхности рабочего стола специалиста-монтажника.
2. Установка печатной платы на дополнительном ребре жесткости 8 и продольном 4 и поперечном 7 ребрах по внутренней стороне периметра металлической рамки 1 (фиг. 2).
3. Фиксация печатной платы в точках крепления 3 и 5 (фиг. 3).
4. Установка ЭРИ, располагаемых теплоотводами на теплоотводящей стороне 6 металлической рамки 1 или боковых сторонах рамки 1 (фиг. 2 а, б).
5. Пайка выводов ЭРИ и внешних разъемов в печатную плату, которая становится печатным узлом.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает снижение вероятности деформации для зафиксированного печатного узла при механическом воздействии.
Предлагаемое конструктивное решение изменяет схему крепления печатного узла и обеспечивает устойчивость к продольным ударам до 1400g, с длительностью импульса 0.3 мс. Кроме того, в отличие от прототипа предлагаемый каркас печатного узла обеспечивает большую равномерность распределения тепловых потоков за счёт наличия теплоотводящей стороны 6, используемой для установки теплонагруженных элементов и экранирующей поверхности 10, которая также обеспечивает равномерный съем тепла с ЭРИ, удаленных от теплоотводящей стороны.