РАДИОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК

Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована в блоках радиоэлектронной аппаратуры для решения задачи отвода тепла от установленного на печатной плате теплонагруженного радиоэлектронного компонента, работающего на высоких и сверхвысоких частотах.
Известны радиоэлектронные блоки, в которых задача отвода тепла от размещенных на печатной плате теплонагруженных радиоэлектронных компонентов решается с помощью теплоотводящих элементов, размещенных непосредственно на печатной плате и контактирующих с теплоотводящими основаниями теплонагруженных радиоэлектронных компонентов, см., например, авторские свидетельства: [l] - SU 658798 Al, Н05К 7/20, 25.04.1979, [2] - SU 764160 Al, Н05К 7/20, 15.09.1980, а также патент [3] - RU 2355140 С2, Н05К 7/20, 10.05.2009. Такие решения, заключающиеся в размещении теплоотводящих элементов непосредственно на печатной плате со стороны монтажа радиоэлектронных компонентов, требуют наличия на печатной плате определенной свободной площади, что не всегда возможно по условиям конструирования.
Известны радиоэлектронные блоки, в которых теплоотводящий элемент, с которым взаимодействует радиоэлектронный компонент, располагается на некотором расстоянии от печатной платы.
Например, в патенте [4] - RU 2406282 C1, H05K 7/20, 10.12.2010, представлен радиоэлектронный блок этажерочной конструкции, в котором функцию теплоотводящего элемента для теплонагруженного радиоэлектронного компонента выполняет внутренняя перегородка корпуса, на одной стороне которой располагается теплонагруженный радиоэлектронный компонент, а на другой - печатная плата. Теплонагруженный радиоэлектронный компонент электрически связан с печатной платой отогнутыми под прямым углом выводами, проходящими через соответствующие сквозные отверстия, выполненные в этой перегородке. Такая конструкция обеспечивает эффективный теплоотвод от теплонагруженного радиоэлектронного компонента, однако неприменима для условий работы на высоких и сверхвысоких частот из-за существенных потерь в линиях связи радиоэлектронного компонента с печатной платой.
Известны радиоэлектронные блоки, представленные патентах: [5] - RU 2105441 C1, Н05К 7/20, 20.02.1998, [6] - RU 2121773 C1, H05K 7/20, 10.11.02.1998, [7] - RU 2121774 C1, Н05К7/20, 10.11.1998, в которых теплоотводящий элемент выполнен в виде металлической пластины, установленной на стойках на определенном расстоянии от печатной платы. Теплонагруженный радиоэлектронный компонент закреплен на теплоотводящем элементе на стороне, обращенной к печатной плате, и электрически связан с печатной платой своими отогнутыми под прямым углом выводами. Такие блоки имеют увеличенные габариты за счет выступающего теплоотводящего элемента. Кроме этого, в таких блоках не обеспечивается возможность работы теплонагруженного радиоэлектронного компонента на высоких и сверхвысоких частотах из-за существенных потерь в линиях его связи с печатной платой.
Известен радиоэлектронный блок, представленный в патенте [8] - RU 2305380 C1, Н05К 1/00, Н05К 7/00, Н05К 7/20, 27.08.2007 (фиг.2, 3), решающий задачу обеспечения теплоотвода от размещенного на печатной плате теплонагруженного радиоэлектронного компонента с помощью теплоотводящего элемента, выполняющего одновременно функцию электромагнитного экрана. Этот радиоэлектронный блок, являющийся функционально законченной частью общего многоуровневого блока, выбран в качестве прототипа.
Радиоэлектронный блок, выбранный в качестве прототипа, содержит печатную плату с теплонагруженным радиоэлектронным компонентом и теплоотводящим элементом. Радиоэлектронный компонент имеет корпус, снабженный электропроводным теплоотводящим основанием в виде металлической пластины с крепежными отверстиями. Радиоэлектронный компонент размещен с верхней стороны печатной платы над выполненным в ней сквозным окном и соединен с контактными площадками, расположенными на этой же стороне печатной платы. Соединение осуществлено с помощью отогнутых Z-образно планарных выводов радиоэлектронного компонента.
Теплоотводящий элемент размещен с нижней стороны печатной платы под указанным сквозным окном и взаимодействует через это окно с теплоотводящим основанием корпуса радиоэлектронного компонента с образованием теплового контакта с ним. Теплоотводящий элемент выполнен из алюминиевого сплава с электропроводящим покрытием. Скрепление печатной платы с теплоотводящим элементом осуществлено с помощью винтов, ввинченных в резьбовые отверстия теплоотводящего элемента через соответствующие сквозные отверстия в печатной плате.
Теплоотводящий элемент имеет выступающую вверх чашеобразную часть, которая располагается в сквозном окне печатной платы и взаимодействует с теплоотводящим основанием корпуса радиоэлектронного компонента с образованием теплового контакта с ним. На верхней плоскости этой чашеобразной части с помощью винтов с диэлектрическими втулками закреплено теплоотводящее основание корпуса радиоэлектронного компонента. Электрическая изоляция теплоотводящего основания корпуса радиоэлектронного компонента от чашеобразной части теплоотводящего элемента осуществлена с помощью теплопроводящей изолирующей пасты.
Теплоотводящий элемент имеет электрическое соединение с электропроводным корпусом общего блока, обеспечивая тем самым экранирование радиоэлектронного компонента от электромагнитных помех.
В рассмотренной конструкции обеспечивается эффективный отвод тепла от теплонагруженного радиоэлектронного компонента при одновременном его экранировании, при этом габариты радиоэлектронного блока меньше, чем в рассмотренных выше аналогах [5]-[7]. Однако, как и в аналогах [5]-[7], такая конструкция не предусматривает возможности работы теплонагруженного радиоэлектронного компонента на высоких и сверхвысоких частотах из-за существенных потерь в линиях его связи с печатной платой.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является создание конструкции радиоэлектронного блока, в котором обеспечивается возможность работы теплонагруженного радиоэлектронного компонента на высоких и сверхвысоких частотах.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Радиоэлектронный блок содержит печатную плату с электропроводным теплоотводящим элементом и теплонагруженным радиоэлектронным компонентом, имеющим корпус, снабженный электропроводным теплоотводящим основанием, при этом радиоэлектронный компонент размещен с первой стороны печатной платы над выполненным в ней сквозным окном и соединен с контактными площадками, расположенными на этой же стороне печатной платы, а теплоотводящий элемент размещен со второй стороны печатной платы под указанным сквозным окном и взаимодействует через это окно с теплоотводящим основанием корпуса радиоэлектронного компонента с образованием теплового контакта с ним. В отличие от прототипа, выводы радиоэлектронного компонента располагаются на одном уровне с контактными площадками на первой стороне печатной платы, а теплоотводящий элемент взаимодействует с теплоотводящим основанием корпуса радиоэлектронного компонента с образованием электрического контакта между ними и при этом электрически соединен с выполненной на второй стороне печатной платы металлизированной земляной плоскостью, образуя с ней общую электропроводящую плоскость, служащую подстилающей земляной плоскостью для линий передачи сигналов, связывающих печатную плату с радиоэлектронным компонентом.
В предпочтительном варианте реализации теплоотводящий элемент выполнен в виде пластины с контактным участком, имеющим полированную поверхность, размеры которого соответствуют размерам теплоотводящего основания корпуса радиоэлектронного компонента, при этом указанная пластина спаяна по всему своему периметру с металлизированной земляной плоскостью печатной платы.
Сущность полезной модели и возможность ее осуществления поясняются чертежами, представленными на фиг.1-5, иллюстрирующими пример выполнения радиоэлектронного блока в случае, когда теплонагруженным радиоэлектронным компонентом является СВЧ-модуль М421173-2Д бШ2.030.331 ТУ, реализующий функцию мощного малошумящего СВЧ усилителя.
На фиг.1 представлен фрагмент печатной платы с размещенным на ней теплонагруженным радиоэлектронным компонентом, вид сверху (печатные проводники и другие элементы печатной платы условно не показаны);
на фиг.2 - то же, вид в разрезе (укрупненно);
на фиг.3 - чертеж теплоотводящего элемента;
на фиг.4 - фрагмент печатной платы, вид снизу на теплоотводящий элемент;
на фиг.5 - фрагмент печатной платы, вид снизу без теплоотводящего элемента, поясняющий выполнение металлизированной земляной плоскости.
Радиоэлектронный блок в рассматриваемом примере (фиг.1-5) содержит печатную плату 1, теплонагруженный радиоэлектронный компонент 2, корпус которого снабжен электропроводным теплоотводящим основанием 3, и электропроводный теплоотводящий элемент 4.
Радиоэлектронный компонент 2 размещен с первой (верхней) стороны печатной платы 1 над выполненным в ней сквозным окном 5 и соединен электропроводными перемычками 6 с контактными площадками 7, расположенными на этой же стороне печатной платы 1 (фиг.1, 2). При этом выводы 8 радиоэлектронного компонента 2 располагаются на одном уровне с контактными площадками 7, а соединяющие их перемычки 6 имеют Ω-образную форму, что предотвращает возможность их поломок при перепадах температуры. Перемычки 6 выполняются из медной фольги, например, толщиной (0,03-0,05)мм и шириной, соответствующей ширине выводов 8 радиоэлектронного компонента 2.
1
2
1
2
1
2
3
3
3
В рассматриваемом случае, когда в качестве радиоэлектронного компонента 2 применен СВЧ-модуль М421173-2Д, в нем имеется два сигнальных вывода 8 и 8, соединенных соответствующими перемычками 6 и 6 с контактными площадками 7 и 7, а также один вывод 8 для подачи питания потенциала «Питание», соединенный перемычкой 6 с контактной площадкой 7 (фиг.1). Для подачи питания потенциала «Земля» используется электропроводное теплоотводящее основание 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2, представляющее собой металлическую позолоченную пластину с двумя сквозными отверстиями для крепежных элементов.
Теплоотводящий элемент 4 размещен со второй (нижней) стороны печатной платы 1 под сквозным окном 5 и взаимодействует через это окно с теплоотводящим основанием 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2 с образованием электрического и теплового контакта между ними (фиг.2).
Конструктивно теплоотводящий элемент 4 (фиг.3) выполнен в виде металлической пластины, например из латуни Л-63М, имеет плоское основание 9 и контактный участок 10, размеры которого соответствуют размерам теплоотводящего основания 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2, с которым участок 10 контактирует. Поверхность контактного участка 10 отполирована для улучшения теплового и электрического контакта с теплоотводящим основанием 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2 и покрыта антикоррозийным, например олово-висмут, электропроводным покрытием.
В рассматриваемом примере контактный участок 10 выступает над основанием 9, что определяется выбранной толщиной печатной платы 1 (фиг.2, 3). При других толщинах печатной платы 1 контактный участок 10 может располагаться в одной плоскости с основанием 9 или быть заглубленным в него (на фигурах не показано).
В рассматриваемом примере теплоотводящий элемент 4 имеет два резьбовых отверстия 11 для винтов 12, с помощью которых теплоотводящее основание 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2 скрепляется с теплоотводящим элементом 4, а также четыре резьбовых отверстия 13 для винтов 14, с помощью которых печатная плата 1 скрепляется с теплоотводящим элементом 4, для чего в ней выполнены четыре соответствующих сквозных отверстия 15 (фиг.3-5).
Теплоотводящий элемент 4 также электрически соединен с выполненной на нижней стороне печатной платы 1 металлизированной земляной плоскостью 16 (фиг.4, 5), образуя с ней общую электропроводящую плоскость, служащую подстилающей земляной плоскостью для линий передачи сигналов, связывающих печатную плату 1 с радиоэлектронным компонентом 2. При этом для обеспечения наилучшего электрического соединения теплоотводящий элемент 4 спаян с металлизированной земляной плоскостью 16 по всему своему периметру с образованием сплошного паяного шва 17 (фиг.4).
3
3
3
1
1
1
2
3
3
Радиоэлектронный блок работает следующим образом. Питание потенциала «Питание» подается на вывод 8 радиоэлектронного компонента 2 с контактной площадки 7 через перемычку 6, а питание потенциала «Земля» - на электропроводное теплоотводящее основание 3 корпуса радиоэлектронного компонента 2. Входной СВЧ сигнал поступает на вывод 8 радиоэлектронного компонента 2 с контактной площадки 7 через перемычку 6, а выходной сигнал снимается с вывода 8 и поступает через перемычку 6 на контактную площадку 7.
Избыток тепла, возникающий при работе радиоэлектронного компонента 2, рассеивается теплоотводящим элементом 4, находящимся в тепловом и электрическом контакте с теплоотводящим основанием 3 его корпуса.
За счет общей электропроводящей плоскости, образованной спаянными в единое целое металлизированной земляной плоскостью 16 и электропроводным теплоотводящим элементом 4, а также за счет указанного расположения на одном уровне выводов 8 радиоэлектронного компонента 2 и контактных площадок 7, линии передачи сигналов, связывающие печатную плату 1 с радиоэлектронным компонентом 2, имеют характеристики, приближающиеся к характеристикам согласованных однородных полосковых линий. В результате на критичных к СВЧ сигналам участках перехода от печатной платы 1 к радиоэлектронному компоненту 2 имеет место приемлемый коэффициент стоячей волны (КСВ), обуславливающий приемлемый уровень потерь СВЧ сигналов на уровне полосковых линий, находящихся на печатной плате 1.
Таким образом, из рассмотренного видно, что полезная модель осуществима и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании конструкции радиоэлектронного блока, в котором обеспечивается возможность работы теплонагруженного радиоэлектронного компонента на высоких и сверхвысоких частотах.
Источники информации
1. SU 658798 A1, Н05К 7/20, опубл. 25.04.1979.
2. SU 764160 A1, Н05К 7/20, опубл. 15.09.1980.
3. RU 2355140 С2, H05K 7/20, опубл. 10.05.2009.
4. RU 2406282 C1, H05K 7/20, опубл. 10.12.2010.
5. RU 2105441 C1, H05K 7/20, опубл. 20.02.1998.
6. RU 2121773 C1, H05K 7/20, опубл. 10.11.02.1998.
7. RU 2121774 C1, Н05К 7/20, опубл. 10.11.1998.
8. RU 2305380 C1, H05K 1/00, H05K 7/00, H05K 7/20, опубл. 27.08.2007.