РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК
RADIOELECTRONIC UNIT

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к радиоэлектронным блокам пакетного типа, в которых металлические рамки функциональных ячеек являются частью корпуса радиоэлектронного блока, и может быть использовано при конструировании бортовой и наземной аппаратуры, которая эксплуатируется в условиях ограниченного объема и воздействия интенсивных механических нагрузок.
Известен радиоэлектронный блок (патент РФ №2671004, «Радиоэлектронный блок», авторы: Шумских И.Ю., Костин А.В., Маньшин С.А., Бусарев Т.Ю., Степанов А.А, МПК: Н05К 7/20, опубл. 29.10.2018 Бюл. №31), содержащий корпус, основание, набор печатных плат, механически параллельно соединенных между собой в пакет, причем каждая печатная плата установлена в рамку из тепло и электропроводящего материала, и каждая рамка установлена торцом на основании и жестко закреплена на нем. Между основанием и рамками размещена теплопроводящая прокладка, которая выполнена в виде минимум двух внешних слоев из фольги, между которыми расположен слой из теплопроводной пасты или только в виде теплопроводной пасты, причем радиоэлектронный блок установлен на теплоотводящую поверхность через теплопроводную пасту, при этом рамки взаимодействуют между собой посредством пазов и выступов, которые выполнены по периметру торцевой поверхности каждой рамки с одной ее стороны пазами, а с другой - выступами, образующие при их стыковке лабиринтное соединение, причем боковые рамки снабжены крышками, которые с внешними поверхностями рамок блока имеют токопроводящее покрытие и объединены планками посредством резьбового соединения, а одна из рамок соединена с основанием блока посредством электропроводящей перемычки.
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченные функциональные возможности, а именно отсутствие возможности разделения радиоэлектронного блока на пакеты и их универсального и жесткого крепления на поверхность опоры любой свободной стороной;
- недостаточно жесткое и надежное крепление металлических рамок между собой и основанием с помощью планок и перемычек, снижающие соответственно прочность и надежность радиоэлектронного блока в условиях воздействия внешних механических факторов;
- увеличенные габариты из-за использования плиты-основания с креплениями, выступающими за габариты корпуса радиоэлектронного блока.
Известен радиоэлектронный блок (патент РФ №2365070 приоритет от 17.06.2008, «Радиоэлектронный блок и способ его изготовления» авторов Мягконосова П.П., Молчановского В.А., МПК: H05K 5/00, опубл. 20.08.2009 Бюл. №23), содержащий корпус, состоящий из металлических рамок, эластичных уплотнительных прокладок и двух стенок, являющихся крышкой и основанием, соединенных в пакет, а также печатные узлы с разъемными соединителями, закрепленные 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.
Данное устройство выбрано в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченные функциональные возможности, а именно отсутствие возможности разделения радиоэлектронного блока на пакеты и их универсального и жесткого крепления на поверхность опоры любой свободной стороной;
- нежесткое крепление радиоэлектронного блока к поверхности и не достаточная жесткость металлических рамок, снижающие надежность и прочность радиоэлектронного блока в условиях воздействия внешних механических факторов;
- увеличенные габариты из-за использования внутриприборного проводного монтажа от внешних электрических соединителей, занимающего дополнительный объем в конструкции блока.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции малогабаритного радиоэлектронного блока с возможностью разделения его на пакеты и их универсального и жесткого крепления на поверхность опоры любой свободной стороной при эксплуатации в условиях ограниченного объема и воздействия интенсивных механических нагрузок.
Техническими результатами, на достижение которых направлено изобретение, являются расширение функциональных возможностей, повышение надежности и уменьшение габаритов.
Данные технические результаты достигаются, тем, что в радиоэлектронном блоке, содержащем, по крайней мере, один пакет, образованный соединенными вместе, по крайней мере, одной функциональной ячейкой и двумя крышками, при этом каждая функциональная ячейка включает металлическую рамку, на которой закреплены электрически соединенные, по крайней мере, один печатный узел и внешний электрический соединитель, на торцах каждой рамки по внешнему и внутреннему контурам выполнены соответственно охватывающий и охватываемый ступенчатые выступы, отличающийся тем, что на внутренней поверхности каждой металлической рамки для крепления печатного узла выполнены ребра жесткости или теплопроводная основа, металлическая рамка каждой функциональной ячейки выполнена с возможностью жесткого крепления любой ее свободной стороной на поверхность опоры.
Расширение функциональных возможностей достигается за счет возможности разделения радиоэлектронного блока на пакеты и их универсального и жесткого крепления на поверхность опоры любой свободной стороной, что позволяет для каждой конкретной задачи осуществить гибкую сборку, размещение и крепление радиоэлектронного блока.
Повышение надежности достигается за счет жесткого крепления радиоэлектронного блока к поверхности опоры, повышение жесткости металлической рамки функциональной ячейки радиоэлектронного блока, которое достигается за счет введения внутренних ребер жесткости, либо теплопроводной основы, одновременно используемых для крепления печатного узла. Теплопроводная основа дополнительно позволяет повысить надежность за счет обеспечения отвода избыточного тепла от греющихся радиоэлементов. Повышение надежности также достигается исключением внутриприборного проводного монтажа с дополнительными точками пайки за счет распайки внешнего электрического соединителя на печатную плату непосредственно. Повышение надежности также достигается возможностью использования типовых крышек в качестве электростатических экранов для защиты соседних печатных узлов функциональных ячеек блока, собранных в пакет, от наводок.
Уменьшение габаритов достигается, за счет исключения внутриприборного проводного монтажа и занимаемого им дополнительного объема благодаря распайке внешнего электрического соединителя непосредственно на печатную плату и совмещения элементов жесткого крепления радиоэлектронного блока к поверхности опоры в рамочной конструкции ячеек.
На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов (составов) радиоэлектронного блока и его крепления, состоящего из двух отдельно жестко закрепленных пакетов, один из которых содержит пять функциональных ячеек, другой - одну функциональную ячейку. На фиг. 2 представлен вариант радиоэлектронного блока и его жесткого крепления в разрезе, состоящего из одного пакета и содержащего четыре функциональных ячейки, одна из которых дополнительно закрыта крышками, выступающих в качестве электростатических экранов. На фиг. 3 представлен внешний вид функциональной ячейки радиоэлектронного блока.
Радиоэлектронный блок (см. фиг. 1) содержит пакеты 1 и 2, каждый из которых образован соединенными вместе функциональными ячейками и крышками.
Каждый пакет 1 (2) содержит крышки 3 и 4 и, по крайней мере, одну функциональную ячейку 5 (пакет 1 включает пять функциональных ячеек 5, пакет 2 - одну функциональную ячейку 5).
Каждая функциональная ячейка 5 содержит металлическую рамку 6, на которой закреплены электрически соединенные печатный узел 7 и внешний электрический соединитель 8.
На торцах каждой рамки 6 по внешнему и внутреннему контурам выполнены соответственно охватывающий 9 и охватываемый 10 ступенчатые выступы. На внутренней поверхности каждой металлической рамки 6 для крепления печатного узла 7 выполнены ребра жесткости 11 или теплопроводная основа 12. Металлическая рамка 6 каждой функциональной ячейки 5 выполнена с возможностью крепления на поверхность опоры 13 любой ее свободной стороной.
Для универсального крепления пакетов 1 и 2 радиоэлектронного блока (на любую свободную сторону) в конструкции каждой металлической рамки 6 на свободных от внешнего электрического соединителя 8 сторонах имеются отверстия 14 (сквозные, в количестве четырех штук) и 15 (глухие, в количестве шести штук, по два на трех свободных сторонах) с резьбой, предполагающие крепление через поверхность опоры 13 винтами 16 (см. на фиг. 1 крепление пакета 1 и на фиг. 2) или с помощью винтов 17, но с меньшим диаметром, чем отверстия 14, завинчиваемых в поверхность опоры 13 (см. крепление пакета 2 на фиг. 1).
Отверстия 14 также используются для жесткого стягивания в пакет сгруппированных (соединенных) функциональных ячеек 5 с помощью винтов 18 и втулок 19 (см. пакет 1 на фиг. 1 и на фиг 2). То есть, отверстия 14 могут участвовать, как при сборке пакета радиоэлектронного блока, так и при креплении пакета к поверхности опоры 13.
Таким образом, радиоэлектронный блок может быть жестко собран и закреплен к поверхности опоры 13. Возможность крепления пакетов радиоэлектронного блока к поверхности опоры 13 любой свободной стороной расширяет его функциональные возможности - это позволяет собирать, размещать и устанавливать его в местах с ограниченным объемом более независимо и универсально. Для надежного крепления пакетов радиоэлектронного блока крепить их необходимо на наиболее устойчивые стороны (с наибольшей площадью), что особенно актуально для пакетов, содержащих одну или две функциональных ячейки 5.
Радиоэлектронный блок может содержать две или более типовых крышек 3 и 4. Крышки 3 и 4 выполнены следующим образом. Крышка 3 утапливается в охватывающий 9 торец граничащей с ней металлической рамки 6, крышка 4 охватывает охватываемый 10 выступ соответствующей металлической рамки 6 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Такой способ выполнения и установки крышек 3 и 4 добавляет дополнительной жесткости и надежности конструкции пакета радиоэлектронного блока, уменьшая ее динамичность, что особенно актуально для радиоэлектронного блока испытывающего воздействия интенсивных механических нагрузок.
Крышки 3 и 4 крепятся с помощью четырех винтов 20 с потайными головками, что позволяет использовать данные стороны для установки их на опорную поверхность 13 (см. на фиг. 1 и на фиг. 2).
При необходимости электростатического и электромагнитного экранирования, например, наводок трансформатора блока питания, между необходимыми функциональными ячейками устанавливают дополнительные крышки 3 и 4 (см. фиг. 2). Установка дополнительных крышек 3 и 4 на торцы металлических рамок соответствующих функциональных ячеек применяется для их плотного прилегания (возможно с применением клея). Таким образом, крышки 3 и 4 радиоэлектронного блока выполняют помимо защитной функции корпуса, функцию электростатического экрана и осуществляют экранирование соседних печатных узлов 7 функциональных ячеек 5 от электромагнитных наводок, что позволяет повысить технические характеристики радиоэлектронного блока и его надежность.
На фиг. 2 также показан вариант жесткой сборки пакета с помощью винтов 18 и втулок 19, а также жесткого крепления его через поверхность опоры 13 винтами 16, при этом задействованы для этого только отверстия 14 (в отверстия 14 вкручены и вставлены, как втулки 19, так и винты 16 и 18).
На фиг. 3 показан внешний вид функциональной ячейки 5. Внешний электрический соединитель 8 функциональной ячейки 5, установленный на металлическую рамку 6, распаян непосредственно на печатный узел 7 (печатную плату с радиоэлементами), тем самым по сравнению с наиболее близким аналогом исключен внутренний проводной монтаж, что позволяет уменьшить габариты на этот объем, повысить надежность за счет исключения дополнительных точек пайки и повысить технологичность изготовления. На фиг. 3 также показаны отверстия 22 (сквозные с резьбой в количестве четырех штук) для крепления крышек 3 и 4 винтами 20 (на фиг. 3 крышки 3 и 4 с винтами 20 не показаны).
Для придания дополнительной жесткости функциональной ячейке 1, на внутренней стороне металлической рамки 6 введены ребра жесткости 11, которые, помимо этого, выполняют еще дополнительную функцию - крепление печатного узла 7. На фиг. 3 показано многоточечное крепление печатного узла винтами 23 (в количестве шести штук), завинченных в ребра жесткости 11 (на фиг. 3 ребра жесткости 11 не показаны).
Для придания повышенной жесткости функциональной ячейке 5 могут быть рекомендованы следующие меры: увеличение толщины печатной платы, заполнение свободного места синтакстной пеной или компаундом (в этом случае исключается ремонтопригодность), использование вместо ребер жесткости 11 теплопроводной основы 13 (см. пакет 1 фиг. 1), которая также предпочтительна в случаях необходимости отведения избыточного тепла от радиоэлементов и повышения надежности.
Металлическая рамка 6 функциональной ячейки 5 может разместить помимо одного печатного узла 7 с двусторонним монтажом - два печатных узла 7 с возможностью распайкой на них внешнего электрического соединителя 8 (На фиг. 1-3 не показано). Таким образом, в радиоэлектронном блоке существует потенциальная возможность увеличения количества радиоэлементов без увеличения количества функциональных ячеек 5.
Конструкция функциональных ячеек 5 обладает повышенной технологичностью, удобна при настройке и проверке печатных узлов 7. Проверка печатного узла 7 осуществляется в сборе с металлической рамкой 6 и внешним электрическим соединителем 8, и нет необходимости в его проверки без них. В процессе изготовления каждая функциональная ячейка 5 при необходимости может быть закрыта типовыми крышками 3 и 4 и, таким образом, защищена. Проверку печатного узла 7 возможно проверять совместно с технологической аппаратурой (пультом) сопрягаясь с ним непосредственно без использования жгутовой оснастки, что также упрощает процесс изготовления функциональных ячеек 5.
Радиоэлектронный блок работает следующим образом.
В бортовой измерительной аппаратуре состав (набор функций) радиоэлектронного блока определяется конкретной задачей и может быть определен набором тех или иных функциональных ячеек 5, к примеру, тех или иных преобразователей сигналов с датчиков, устройств сбора и вывода информации, блока питания. На объекте наблюдения в условиях ограниченного объема радиоэлектронный блок размещают в любое свободное место, при этом может возникнуть острая необходимость его разделения на несколько пакетов. Допустим, что размещение и способ крепления радиоэлектронного блока соответствует фиг. 1, и это обусловлено рядом причин, например, возможностью размещения в рамках данных габаритов, удобством вывода жгутовых соединений, расположением датчиков, элементов и частей корпуса объекта наблюдения, пригодных для жесткого крепления и пр.
Функциональные ячейки между собой и датчиками сопрягаются с помощью жгутов (возможно с применением промежуточных или переходных соединителей). Возможен также вариант применения кроссировочной крышки, устанавливаемой на внешние разъемы 8 собранных в пакет ячеек (на фиг. 1-3 не показана), осуществляющей распределение связей с помощью печатной топологии в минимальном объеме. Возможен также вариант применения межплатных разъемных соединителей для электрических соединений соседних функциональных ячеек 1, собранных в пакет (подобно прототипу, на фиг. 1-3 не показаны), что позволяет сократить длину сигнальных линий связи, упростить печатную топологию и внешние жгутовые соединения. Схемотехнически целесообразно взаимодействие между функциональными ячейками осуществлять с помощью цифровых последовательных шин, минимизирующие количество соединительных линий (проводов).
После того, как определен функциональный состав телеметрического варианта радиоэлектронного блока, он собран со жгутами и жестко закреплен, он готов к выполнению своих функций по измерению и контролю параметров объекта наблюдения в условиях воздействия интенсивных механических нагрузок.
При разработке радиоэлектронного блока проведены компьютерное моделирование конструкции и испытания на интенсивные механические нагрузки. Результаты расчетов и испытаний положительные, они подтвердили заявленные технические результаты. В ходе расчетов и испытаний подтверждена возможность сборки, размещения и жесткого крепления пакетов радиоэлектронного блока на любые свободные стороны. Габаритные размеры функциональной ячейки радиоэлектронного блока макета - 90×90×15 мм (В×Ш×Г). В качестве внешних электрических соединителей использованы миниатюрные соединители СНП 339, в качестве межплатных соединителей - СНП346. Крепление к поверхности опоры осуществлялось винтами с резьбой М4; стягивание ячеек - винтами с резьбой М3; крепление крышек и печатных узлов - винтами с резьбой М2. Для предотвращения свинчивания втулки 19 устанавливались на клей. Герметизация радиоэлементов осуществлялась лакированием печатных узлов.