ГЕРМЕТИЗИРОВАННОЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электротехническим изделиям с элементами экранирования от излучаемых ими электромагнитных помех и защитой от внешних дестабилизирующих факторов, конкретно, к герметизированным экранированным модульным преобразователям напряжения.
Известны устройства, в которых используется размещенный в зоне контакта крышки со стенками корпуса экранирующий элемент, выполненный, например, из токопроводящих полимерных жгутов (патент SU 1667279, H05K 9/00, приоритет от 10.07.1989 г.); или в виде жестких дополнительных стыковочных планок (патент RU 2269878, H05K 1/00, H05K 5/03, H05K 7/12, приоритет от 23.07.2004 г.).
Эти решения используют дополнительные экранирующие элементы. При этом либо корпус, либо крышка имеют сложную геометрическую форму, что увеличивает материалоемкость, усложняет изготовление и удорожает изделие в целом. Крепление деталей друг к другу осуществляется, как правило, винтами, увеличивающими габаритные размеры прибора.
Известно электрическое соединение между частями корпуса (патент SU 1699026, H05K 9/00, H05K 1/11, приоритет от 22.05.1989) в котором элементы крепления корпуса выполняют дополнительную функцию - заземление плат, что расширяет функциональные возможности. Недостатком данного способа является то, что соединение экранирующих элементов прибора осуществляется за счет электрического контакта основания 1, панели 2 и печатных плат только с помощью крепежных элементов. Вследствие этого, на высоких частотах за счет увеличения емкостной составляющей потерь, крышка может увеличить паразитную связь, несмотря на хороший контакт между ними. Кроме того, при применении данного способа для обеспечения удовлетворительных экранирующих свойств необходимо увеличивать количество крепежных деталей, что в конечном итоге, увеличивает материалоемкость, габариты и трудоемкость изготовления прибора.
Известен радиоэлектронный блок (патент на полезную модель RU 125428, H05K 1/00, H05K 7/02, H05K 5/04, H05K 5/03, приоритет от 12.04.2012), в котором один из элементов, участвующих в создании электромагнитного экрана, выполняется по технологии изготовления печатных плат.
Блок содержит корпус 1 из электропроводящего материала, плату электроники 2, расположенную во внутреннем пространстве корпуса 1, и закрывающую корпус 1 электропроводящую крышку 3, выполненную в виде двухсторонней печатной платы со сплошным слоем металлизации по обеим сторонам. Крышка 3 закреплена на корпусе 1 винтами 4 с обеспечением электрического контакта по всему периметру соприкосновения крышки 3 с корпусом 1. За счет своих электропроводящих свойств корпус 1 и крышка 3 образуют замкнутый объемный электромагнитный экран.
Недостатки: крепежные элементы - винты 4 увеличивают габариты блока по высоте и ширине. Кроме того, они образуют электрическое соединение экрана с корпусом в разных точках. При этом переходные сопротивления в местах контактов имеют конечную величину и между корпусом и экраном возникают паразитные емкости. Плата электроники подсоединяется к корпусу отдельно. При этом часть корпуса между точками подсоединений может играть роль обратного провода, что приводит к ухудшению экранирующих свойств из-за связей через паразитные емкости.
Данное техническое решение является ближайшим аналогом.
Задачей заявленного в качестве полезной модели технического решения является улучшение массогабаритных характеристик электротехнического изделия за счет исключения из конструкции элементов, выполняющих только крепежные функции. В заявленном техническом решении крепежные функции выполняют контакт-детали, образующие механические неразъемные соединения (далее по тексту: неразъемные соединения) друг с другом, а также с токопроводящим корпусом (далее по тексту описания: корпус), платой электроники и печатной платой с цепью экрана (далее по тексту описания: печатная плата). В аналогах плата электроники и печатная плата прикрепляются непосредственно к корпусу.
Другой задачей заявленного в качестве полезной модели технического решения является уменьшение электромагнитных помех за счет уменьшения величины переходного сопротивления между экранирующим элементом и корпусом. Задача решается за счет электрического соединения в одной точке экранирующей цепи печатной платы (далее по тексту: цепь экрана) к корпусу. В качестве места соединения указанных выше земляных цепей используется земляной контур, к которому подсоединены цепи замыкания высокочастотных токов платы электроники (далее по тексту описания: земляной контур).
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что герметизированное электротехническое изделие, содержащее: корпус с общей землей, плату электроники с земляным контуром, электрически соединенным с корпусом, печатную плату, соединенную с корпусом механическим соединителем, имеющим крепежные элементы и цепь экрана печатной платы, соединенную с общей землей электрическим соединителем, имеющим контакт-детали, выполнено таким образом, что:
первая контакт-деталь выполнена образующей неразборное контактное соединение с токопроводящим корпусом;
вторая контакт-деталь выполнена в виде металлизированного отверстия в плате электроники, имеющего неразборное контактное соединение с земляным контуром;
третья контакт-деталь выполнена в виде образующего неразборное контактное соединение с земляным контуром вывода электротехнического изделия для подключения к внешнему устройству, (далее по тексту описания: общий вывод);
четвертая контакт-деталь выполнена в виде расположенного соосно общему выводу металлизированного отверстия в печатной плате, имеющего контактное соединение с цепью экрана;
первый крепежный элемент выполнен в виде первой контакт-детали, образующей неразъемное соединение с корпусом;
второй крепежный элемент представляет собой конструкцию, включающую общий вывод, образующий неразъемное соединение с платой электроники и выводы для подключения к внешнему устройству, выполненные образующими неразъемные соединения с платой электроники (далее по тексту: выводы изделия);
третий крепежный элемент представляет собой конструкцию, включающую четвертую контакт-деталь и расположенные соосно с выводами изделия отверстия, изолированные от цепи экрана;
четвертый крепежный элемент выполнен в виде герметизирующего материала, образующего неразъемные соединения с токопроводящим корпусом, платой электроники и контакт-деталями;
электрический соединитель выполнен в виде неразборных контактных соединений: общей земли и земляного контура посредством неразборного контактного соединения первой и второй контакт-деталей; земляного контура и цепи экрана посредством неразборного контактного соединения третьей и четвертой контакт-деталей; механический соединитель корпуса и печатной платы выполнен в виде неразъемных соединений: корпуса и платы электроники посредством неразъемного соединения первой и второй контакт-деталей; платы электроники и печатной платы посредством неразъемного соединения второго и третьего крепежных элементов; внутренней поверхности корпуса, поверхностей: платы электроники, первой контакт-детали и третьего крепежного элемента при помощи четвертого крепежного элемента.
В предпочтительном варианте, первая контакт-деталь выполнена в виде токопроводящего стержня (далее по тексту описания: корпусной штырь), образующего с токопроводящим корпусом прессованное соединение.
В предпочтительном варианте, общий вывод выполнен в виде токопроводящего стержня.
В предпочтительном варианте, герметизирующий материал выполнен из теплопроводного компаунда.
В другом варианте, первая контакт-деталь и общий вывод выполнены в виде одного конструктивного элемента.
В другом варианте, первая контакт-деталь выполнена в виде токопроводящей детали цилиндрической или конической или ступенчатой формы с осевой симметрией, имеющей осевое отверстие.
В другом варианте, крепежный элемент, соединяющий корпус и земляной контур выполнен в виде гибкой токопроводящей ленты, например, из меди.
Описание предпочтительного варианта полезной модели, других вариантов и сущности заявленного технического решения приведены далее. На изображениях показаны:
На фиг. 1 - общий вид предпочтительного варианта технического решения.
На фиг. 2 - предпочтительный вариант технического решения в сборе (вид со стороны печатной платы) и поперечное сечение A-A (для наглядности герметизирующий материал не показан).
На фиг. 1 показан общий вид предпочтительного варианта технического решения. В токопроводящем корпусе 1, соединенном с общей землей (не показана) размещается плата электроники 2 с земляным контуром 3 (на фиг. 1 условно показан только фрагмент) и с металлизированным отверстием 4.
Общий вывод 5 выполнен в виде стержня и образует неразборное контактное соединение с земляным контуром 3. На плате электроники 2 так же расположены выполненные в виде стержней выводы изделия 6а и 6б, образующие любым известным способом, например, пайкой, неразборные контактные соединения с электрическими цепями печатной платы (не показаны).
Общий вывод 5 и выводы изделия 6а и 6б образуют механические неразъемные соединения с платой электроники 2, например, запрессовкой.
Печатная плата 7 может быть выполнена односторонней или двусторонней. Количество слоев определяется функциональными требованиями к печатной плате 7. Например, одно- и двусторонние платы могут использоваться совместно с корпусом 1 в качестве экранов для защиты от электромагнитных помех, генерируемых электротехническим устройством, например, таким, как импульсный преобразователь напряжения. Металлизированное отверстие 9, выполнено соосным общему выводу 5 и соединено с токопроводящим слоем 8 печатной платы 7 в цепь экрана. Изолированные от цепи экрана печатной платы 7 металлизированные отверстия 10а и 10б располагаются соосно с выводами изделия 6а и 6б.
Свободное пространство внутри корпуса заполняет теплопроводный полимерный компаунд 11, обладающий хорошей механической адгезией ко всем материалам, с которыми он непосредственно соприкасается. На фиг. 1 он условно представлен в виде двух слоев, чтобы показать, что плата электроники со всех сторон полностью залита компаундом, а так же им залиты и выводы 5, 6а и 6б.
На фиг. 2 показано устройство в сборе (вид со стороны печатной платы) и его поперечное сечение (без заполняющего компаунда) для пояснения конструкции электрического и механического соединителей корпуса 1 и печатной платы 7.
В токопроводящем основании корпуса 1 любым известным способом, например прессованием, закрепляется первая контакт-деталь в виде токопроводящего корпусного штыря 12, Вместе с созданием неразборного электрического контакта корпуса 1 и корпусного штыря 12 формируется их механическое неразъемное соединение.
В предпочтительном варианте место крепления корпусного штыря 12 к корпусу 1 выполнено в виде выступа на основании, который, например, может служить в качестве опоры для платы электроники 2, что улучшает жесткость механического ее крепления.
Электрический соединитель токопроводящего корпуса 1 и печатной платы 7 выполнен в виде электрической цепи из неразборных контактных соединений следующих элементов конструкции: основания корпуса 1; корпусного штыря 12; металлизированного отверстия 4; земляного контура 3; общего вывода 5; металлизированного отверстия 9; токопроводящего слоя 8. Т.е. к общей земле электротехнического изделия через корпус 1 и корпусной штырь 12 в одной точке подключены земляной контур 3 платы электроники 2 и, через общий вывод 5 и металлизированное отверстие 9, подключена цепь экрана, образованного токопроводящим слоем 8 печатной платы 7.
Механический соединитель корпуса 1 и печатной платы 7 реализован в виде системы из последовательных неразъемных соединений корпуса 1, платы электроники 2 и печатной платы 7 и дополнительного неразъемного соединения корпуса 1 и платы электроники 2 теплопроводным компаундом за счет системы механических неразъемных соединений, описанных ниже.
Корпус 1 соединяется с платой электроники 2 посредством неразъемного соединения корпусного штыря 12 и металлизированного отверстия 4 при помощи пайки, создающей неразборное контактное соединение с земляным контуром 3.
Плата электроники 2 соединяется с печатной платой 7 посредством крепежной системы, образованной из общего вывода 5, выводов 6а и 6б, образующих параллельные неразъемные соединения с расположенными соосно им металлизированными отверстиями 9, 10а и 10б соответственно. Благодаря этим параллельным неразъемным соединениям, плата электроники 2 и печатная плата 7 соединяются друг с другом в трех точках, что увеличивает жесткость их механического соединения. Печатная плата 7, в свою очередь, фиксирует выводы и препятствует горизонтальному отклонению их рабочих частей при внешних механических воздействиях.
Для улучшения отвода тепла от тепловыделяющих элементов, расположенных на плате электроники 2 (не показаны) свободное пространство внутри корпуса 1 заполняется теплопроводным компаундом с хорошей механической адгезией к корпусу, материалу платы электроники 2 и контакт-деталям. После полимеризации компаунда образуется неразъемное соединение корпуса 1, платы электроники 2 и контакт-деталей.
Такая крепежная система обладает достаточной жесткостью, позволяющей исключить из крепления крепежные элементы, такие как, например, винты. При этом эксплуатационные характеристики электротехнического изделия позволяют использовать его в составе электрооборудования при нормальных и специальных условиях эксплуатации.
В другом варианте технического решения, контакт-деталь, соединяющая токопроводящий корпус 1 и земляной контур 3 платы электроники 2, выполнена как единое целое с общим выводом 5. Т.е, корпусной штырь 12 является общим выводом изделия. Это улучшает качество подключения к корпусу 1, упрощает процесс сборки изделия и увеличивает полезную площадь этой платы.
В другом варианте, соединяющая токопроводящий корпус 1 и земляной контур 3 платы электроники 2 контакт-деталь, выполнена в виде токопроводящей детали цилиндрической или конической или ступенчатой формы с осевой симметрией, имеющей осевое отверстие, например, ступенчатой втулки. В этом случае, втулка выполняет одновременно функцию контакт-детали, опорного элемента для платы электроники 2 и крепежной детали, образующей прессованные и паяные соединения с корпусом 1 и платой электроники 2.
В другом варианте технического решения, контакт-деталь соединяющая токопроводящий корпус 1 и земляной контур 3 платы электроники 2, выполнена, гибкой, например, в виде гибкой медной ленты. Такое подвижное неразъемное соединение платы электроники 2 и корпуса 1 позволяет упростить технологию изготовления электротехнического изделия за счет уменьшения требований к точности соосного расположения этой контакт-детали и контакт-детали платы электроники 2. В этом случае механическое жесткое соединение платы электроники 2 и корпуса 1 обеспечивается герметизирующим материалом.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что контакт-детали и герметизирующий материал электротехнического изделия кроме своих основных функций выполняют функцию крепежных элементов. Различные виды образуемых ими неразъемных соединений, таких как прессованные, паяные соединения и механическая адгезия образуют систему жесткой связи. При этом контакт-детали образуют последовательные неразъемные соединения корпуса 1, платы электроники 2 и печатной платы 7, а герметизирующий материал, заполняющий свободное пространство внутри корпуса 1, образует неразъемное соединение со всеми элементами конструкции и контакт-деталями электротехнического изделия. Такая крепежная система позволяет уменьшить массу изделия за счет использования корпусов без ответных частей для крепежных деталей, например, винтов, и увеличить полезную площадь платы электроники.
В ближайшем аналоге электрическое соединение корпуса и печатной платы осуществляется в нескольких точках. Вследствие этого на высоких частотах потенциалы в местах контакта платы с корпусом могут быть разными. Заявленное техническое решение свободно от этого недостатка. Соединение в одной точке позволяет уменьшить величину переходного сопротивления между цепью экрана печатной платы и корпусом.