Модульный блок радиоэлектронной аппаратуры

Полезная модель относится к радиоэлектронным блокам пакетного типа, в которых металлические рамки электронных модулей являются частью корпуса радиоэлектронного блока, и может быть использована для создания бортовой радиоэлектронной аппаратуры, компонуемой из конструктивно схожих электронных модулей и подвергаемых интенсивным механическим и тепловым воздействиям.
Модульный принцип построения радиоэлектронных блоков широко известен в настоящее время и активно используется при построении бортовой радиоэлектронной аппаратуры.
Известен радиоэлектронный блок по патенту РФ 2365070, H05K 1/00, 5/06, 7/14, реализующий модульный принцип построения, в котором корпус состоит из металлических рамок, эластичных уплотнительных прокладок и двух стенок, соединенных в пакет, а также печатных узлов с разъемными соединителями, закрепленными на упомянутых рамках. На торцах рамок по их внешнему и внутреннему контурам содержатся соответственно охватывающие и охватываемые ступенчатые выступы, причем высота охватывающих ступенчатых выступов меньше высоты охватываемых, а эластичные уплотнительные прокладки расположены между торцами рамок и охватывающими ступенчатыми выступами и выполнены из герметика.
Недостатками этого устройства являются повышенные габаритные показатели за счет вынесения внешних соединителей в отдельную полость конструкции, связанная с этим же сложность изготовления, а также низкая устойчивость радиоэлектронного блока к продольным ударным воздействиям, за счет отсутствия центральных точек крепления печатной платы.
Известен радиоэлектронный блок по патенту РФ 2367124, H05K 1/00, 7/10, 7/12, в котором каждая печатная плата установлена в рамку из тепло и электропроводящего материала, опираясь на нее по периметру, и закреплена в рамке посредством крепежных элементов и стыковочных элементов в виде втулки, посадочной части резьбовой части и штыря-ловителя, при этом во втулке выполнено гнездо под штырь-ловитель смежной печатной платы, посадочная часть установлена в металлизированное электронепроводящее отверстие печатной платы по посадке, резьбовая часть установлена в бобышку рамки, и каждая рамка установлена торцом на основании и закреплена на нем посредством крепежных элементов.
Недостатками известного устройства являются повышенные массовые показатели конструкции блока за счет присутствия межплатных штырей-ловителей и отдельной металлической детали основания, а также уязвимость печатных плат для ударных воздействий за счет отсутствия центральных точек крепления печатных плат.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является радиоэлектронный блок по патенту РФ 2513121 H05K 1/14, 1/18, 5/03, принятый за прототип.
Радиоэлектронный блок-прототип содержит корпус, состоящий из металлических рамок, крышки и основания, соединенных в пакет винтами, на металлических рамках закреплены печатные узлы и разъемные соединители. В основании размещен блок питания. На крышке установлен дополнительный разъемный соединитель для непосредственного соединения радиоэлектронных блоков между собой и создания радиоэлектронных комплексов. Радиоэлектронная ячейка, являющаяся типовым элементом конструкции радиоэлектронного блока, содержит металлическую рамку, с охватывающим и охватываемым ступенчатыми выступами, на которой посредством втулок закреплен печатный узел. При этом высота охватывающего выступа выполнена меньше высоты охватываемого. Разъемный соединитель закреплен непосредственно на рамке при помощи планки и винтов. Разъемный соединитель состоит из вилки и розетки, которые установлены на противоположных сторонах печатного узла, причем в разных направлениях: вилка вниз – розетка вверх и наоборот.
Недостатками устройства-прототипа являются:
- вертикальное расположение соединяемых радиоэлектронных ячеек блока (модулей), что значительно ухудшает температурный режим каждой последующей ячейки блока, по мере отдаления от основания при использовании с системами охлаждения в виде термостатированных поверхностей;
- наличие значительных смещений под воздействием ударных механических нагрузок, способных вызвать размыкание или деформацию соединительных разъемов;
- высокие показатели массы конструкции, обоснованные способом межмодульного соединения составных частей при построении блока радиоэлектронной аппаратуры и применения винтового соединения при наборе модулей в блок радиоэлектронной аппаратуры (РЭА);
Задачей предлагаемого устройства является повышение механической прочности печатных плат в составе модуля радиоэлектронного блока при одновременном упрощении компоновки и обеспечении качественного и равномерного теплоотвода для всех печатных плат.
Для решения поставленной задачи в модульном блоке радиоэлектронной аппаратуры, состоящем из соединенных в пакет, n (n>2) металлических рамок, а также крышки, основания и межмодульных разъемов, при этом в каждой металлической рамке закреплена печатная плата с электрорадио изделиями (ЭРИ), при этом, по крайней мере, на одной из рамок закреплен, по крайней мере, один внешний разъем для соединения с внешними устройствами, согласно полезной модели, пакет сформирован из n (n≥2) вертикально расположенных модулей, первый и последний из которых формируют замкнутый объем, при этом рамка первого модуля снабжена крышкой, а рамка последнего модуля выполнена с глухой внешней стороной; каждая металлическая рамка снабжена утолщенной стороной, выполняющей функцию основания, при этом соединение модулей в пакет осуществляется, как минимум, двумя соединительными стержнями-шпильками проходящими сквозь конструкцию составляемого пакета в угловых и центральных зонах рамок, причем площадь печатной платы меньше площади его рамки, и по периметру охватывается рамкой, кроме того, межмодульные разъемы размещены вдоль продольного и поперечного ребер жесткости рамки на печатной плате; в утолщенной стороне, по крайней мере, двух рамок модуля расположены, как минимум два крепежных элемента, обеспечивающих установку блока на посадочное место.
Для устранения недостатков в полезной модели реализуются следующие конструктивные особенности:
- каждая металлическая рамка, входящая в состав модульного блока РЭА, обладает одной утолщенной стороной, используемой в качестве установочной поверхности и теплоотвода для теплонагруженных компонентов в составе каждого модуля радиоэлектронного блока;
- межмодульные разъемы модульного блока РЭА устанавливаются на печатной плате около продольных и поперечных ребер металлической рамки;
- межмодульные разъемы между соединяемыми радиоэлектронными блоками располагаются в шахматном порядке и формируют как минимум одну непрерывную линию связи;
- для стягивания радиоэлектронного модуля в единый модульный блок РЭА применяются стержни-шпильки;
- стержни-шпильки проходят сквозь конструкцию составляемого блока РЭА в угловых и центральных зонах рамок, обеспечивая как минимум две точки стягивания;
- печатные платы в составе модулей радиоэлектронного блока содержат вырезы, обеспечивающие сквозное прохождение шпилек;
- расположение разъемов вдоль усиливающих ребер печатных плат, составляющих блок.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами на фиг. 1 – 3.
На фиг. 1 представлен общий вид модульного блока РЭА с соединяющими шпильками. На фиг. 2 представлен модульный блок РЭА и внутренняя структура составляющего модуля. На фиг. 3 представлен вид модульного блока РЭА в разрезе с межмодульными разъемами (вид сверху).
На фиг. 1 – 3 приняты следующие обозначения:
1 – стягивающие металлические стержни-шпильки;
2.1, 2.2,… …2n – модули;
2i – промежуточный модуль блока РЭА;
3 – элемент крепления блока РЭА к установочному месту аппаратуры;
4 – рамка с продольным и поперечным ребрами жесткости;
4.1 – утолщенная сторона рамки;
5 – электрорадиоизделия (ЭРИ);
6 – печатная плата модуля блока РЭА;
8 – межмодульные разъемы (разъемные соединители);
9 – внешние разъемы модульного блока РЭА.
Предлагаемый модульный блок РЭА состоит из набора вертикально расположенных модулей 2n (n≥2), каждый из которых выполнен в виде металлической рамки 4 прямоугольной формы с продольным и поперечным ребрами жесткости и закрепленной в ней печатной платой 6, на которой размещены ЭРИ 5. При этом одна из сторон 4.1 рамки – утолщенная и выполняет функцию основания в модульном блоке РЭА (фиг. 1, 2).
В утолщенной стороне, по крайней мере, двух рамок модуля расположены, как минимум два крепежных элемента, обеспечивающих установку блока на посадочное место.
Модули 2n блока радиоэлектронной аппаратуры соединены межмодульными разъемами (разъемными соединителями) 8, размещенными вдоль продольного и поперечного ребер жесткости рамки 4 на печатной плате 6. Печатные платы 6 в углах и центральных частях имеют геометрические вырезы, обеспечивающие сквозное прохождение стержней-шпилек 1. Межмодульные разъемы 8 обеспечивают состыковку смежных модулей 2 при условии возможных угловых и линейных перекосов.
Соединение модулей 2 в пакет осуществляется соединительными стержнями-шпильками 1, проходящими сквозь конструкцию составляемого пакета в угловых и центральных зонах рамок 4, обеспечивая от двух до восьми точек стягивания радиоэлектронного блока. Причем площадь печатной платы 6 меньше площади его рамки 4, и по периметру охватывается рамкой. Кроме того, модули 2.1 и 2n – замыкающие и формируют замкнутый объем. Причем рамка 4 первого модуля 2.1 снабжена крышкой (на фиг.2 не показана), а рамка 4 последнего модуля 2n выполнена с глухой внешней стороной (на фиг.2 не показана).
Рамка 4 изготавливается следующими способами: литьем с последующей механической обработкой, фрезерованием из цельной плиты или печатью металлом на 3-d принтере. Материалом для исполнения корпуса модульного блока РЭА 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.).
Порядок изготовления блока РЭА.
При предварительной сборке собираются и стягиваются стержнями-шпильками 1 все рамки 4 модулей 2 и крышка блока РЭА, после чего производится шлифовка посадочных поверхностей рамок модулей в одну плоскость.
Сборка блока РЭА из конкретного набора происходит следующим образом:
- в отверстия в рамке 4 замыкающего модуля 2n вставляются титановые шпильки 1 для стяжки модулей в блок РЭА;
- на шпильки «наживляется» следующий рядный модуль 2;
- производится электрическая стыковка модулей 2, далее операция повторяется;
- после стыковки последнего рядного модуля 2n на шпильки 1 устанавливается крышка блока РЭА, после чего на шпильки устанавливают гайки и производится стяжка всего пакета модулей расчетным моментом затяжки;
- при необходимости производится дополнительная притирка посадочных поверхностей рамок модулей в одну плоскость.
Технический результат – снижение массы при повышении прочности, надежности и технологичности изготовления для блоков РЭА. Снижение массы происходит за счет отсутствия отдельной детали основания, меньшей требуемой толщины стенок рамки и распределения внешних воздействующих нагрузок не только на рамки печатных узлов, но и на межмодульные разъемы.
Технический результат достигается тем, что радиоэлектронный блок составляется из группы объединенных межплатными соединительными разъемами модулей, состоящих из металлической рамки и печатной платы, стягиваемых как минимум двумя соединительными стержнями-шпильками проходящими сквозь конструкцию, при этом металлическая рамка снабжена продольными и поперечными ребрами жесткости, вдоль которых на печатной плате располагаются соединительные разъемы, обеспечивающие состыковку смежных модулей при условии возможных угловых и линейных перекосов.