Устройство радиоэлектронное теплонагруженное

Полезная модель относится к области бортовой и наземной радиоэлектронной приемо-передающей аппаратуры и оборудования и может быть использовано при конструировании бортовых аналоговых и цифровых устройств с источниками питания, например, в составе систем электропитания, терморегулирования и систем трансляции команд и распределения питания, а также в составе подвижных и стационарных средств в приемо-передающей аппаратуре и других комплектациях.
Известен радиоэлектронный блок, выбранный за аналог, с естественным воздушным охлаждением [Патент №2246806 РФ, МПК Н05К 1/00, Н05К 7/20. Радиоэлектронный блок / Корулин В.Н. и др. // Изобретения. Полезные модели. Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5]. Блок включает теплоотводящий корпус с верхним и нижним внутренними отсеками, которые отделены друг от друга теплопроводящим экраном, выполненным в виде двух расположенных друг над другом с зазором шасси, имеющим тепловой контакт с корпусом. В нижнем отсеке размещается теплостойкий электронный узел с зазором по отношению к нижней поверхности нижнего шасси, выполненной отражающей тепловое излучение. В верхнем отсеке размещен теплочувствительный электронный узел с обеспечением теплового контакта с верхним шасси. Охватывающая верхний отсек часть корпуса снабжена перфорационными отверстиями.
Недостатками данной конструкции являются низкие параметры теплоотведения и массогабаритные характеристики, связанные с обеспечением охлаждения только за счет естественной циркуляции воздуха в верхнем отсеке через отверстия корпуса.
Лучший теплоотвод обеспечивает конструкция радиоэлектронного блока с размещением теплонагруженных радиоэлементов на теплоотводящем слое печатных плат, где металлический корпус блока образован теплоотводящими слоями печатных плат, а стенки корпуса снабжены ребрами охлаждения [Патент №2406282 РФ, МПК Н05К 7/20. Электронный блок с теплоотводом и экранированием / Смирнов П.В. и др. // Изобретения. Полезные модели. Опубл. 10.12.2010. Бюл. №34], выбранная за аналог. Особенностью конструкции является раздельное размещение теплонагруженных и нетеплонагруженных элементов, что позволят ограничить влияние повышенных температур на последние.
Недостатком данной конструкции является то, что теплоотвод осуществляется за счет ребер охлаждения, формирующихся только на боковых поверхностях корпуса и имеющих небольшую площадь. Данная конструкция сложна при монтаже и регулировке из-за необходимости размещения плат друг на друге, что затрудняет доступ к внутренним элементам.
Известна конструкция радиоэлектронного блока с рассеиванием тепла всей наружной поверхностью корпуса, за счет нанесения на внешнюю поверхность корпуса покрытия с анизотропной теплопроводностью и размещения радиоэлементов так, что нетеплонагруженные радиоэлементы размещаются внутри корпуса, а теплонагруженных с его внешней стороны [Патент №2374792 РФ, МПК Н05К 1/00, Н05К 7/20. Радиоэлектронный блок и способ его охлаждения / Кузин Г.К. и др. // Изобретения. Полезные модели. Опубл. 27.11.2009. Бюл. №33], выбранная за аналог.
Недостатками данной конструкции являются низкая механическая прочность и невозможность герметизировать блок при размещении теплонагруженных элементов на внешней стороне корпуса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является радиоэлектронный блок [Патент №2671852 РФ, МПК Н05К 7/20, Н05К 1/18. Радиоэлектронный блок теплонагруженный / Шумских И.Ю. и др. // Изобретения. Полезные модели. Опубл. 07.11.2018. Бюл. №31], выбранный за прототип.
Радиоэлектронный блок состоит из теплоотводящего основания (поз. 1 фиг. 1) и набора параллельных плоских печатных плат (поз. 2 и поз. 3 фиг. 1), электрически соединенных между собой (поз. 8 фиг. 1), при этом печатные платы (поз. 2 фиг. 1) установлены на теплоотводящем основании, над которым также размещаются дополнительные печатные платы (поз. 3 фиг. 1) с электрорадиоэлементами (поз. 4 фиг. 1), элементы крепления (поз. 12 фиг. 1). Боковые стороны теплоотводящего основания (поз. 1 фиг. 1) представляют собой теплоотводы (поз. 5 фиг. 1), со стороны которых теплоотводящее основание имеет выступы (поз. 6 фиг. 1), на которых закреплена теплопроводная пластина (поз. 7 фиг. 1) под дополнительные печатные платы, при этом на теплопроводную пластину кроме мест ее крепления наносится теплопоглощающее покрытие, изолирующее электрически от теплопроводной пластины дополнительные печатные платы, а теплонагруженные элементы установлены максимально близко к местам крепления теплопроводной пластины, при этом теплоотводящее основание, на котором закреплена крышка (поз. 9 фиг. 1), закреплено на установочную поверхность (поз. 10 фиг. 1) через теплопроводящую пасту (поз. 11 фиг. 1).
Недостатком вышеописанного изобретения является то, что внутренняя теплопроводящая пластина имеет небольшую толщину и площадь соприкосновения с теплоотводящим основанием, что существенно ограничивает тепловой поток от тепловыделяющих элементов, расположенных на пластине, при этом крышка, имеющая большую площадь поверхности и объем, чем пластина, не участвует в процессе теплопередачи. Кроме того, печатные платы, устанавливаемые на пластине должны быть с односторонним монтажом, что увеличивает количество плат и межплатных электрических соединений.
Техническим результатом полезной модели является повышение плотности компоновки радиоэлектронного устройства при большей рассеивающей мощности.
Технический результат достигается тем, что устройство радиоэлектронное теплонагруженное, включающее набор печатных плат и элементы крепления, состоит из двух блоков, установленных друг на друга, которые являются несущими конструкциями радиоэлектронного устройства, образующими его корпус, и которые электрически соединены между собой с помощью гибкого монтажа, находящегося в коммутационной зоне, или врубного разъема. Блоки содержат печатные платы с теплонагруженными электрорадиоэлементами и двусторонние печатные платы с нетеплонагруженными элементами. Корпус нижнего блока выполнен с возможностью размещения на его внутренней нижней поверхности находящихся в нем печатных плат с теплонагруженными электрорадиоэлементами, а внешней нижней стороной соприкасается с теплоотводящим основанием. Корпус верхнего блока выполнен с возможностью размещения на его внутренней верхней поверхности находящихся в нем печатных плат с теплонагруженными электрорадиоэлементами, а внешняя верхняя сторона его является радиатором. При этом платы с нетеплонагруженными элементами в блоках установлены с противоположных от плат с теплонагруженными элементами сторон корпусов блоков.
Кроме того, каждый блок является герметичным и имеет дополнительные печатные платы, не требующие герметизации, размещенные в негерметичном объеме между верхним и нижнем блоками внутри общего объема, образованного стенками их корпусов так, что верхняя внешняя поверхность нижнего блока является дном негерметичного отсека, а нижняя внешняя поверхность верхнего блока - крышкой.
Устройство-прототип поясняет фигура 1.
На фиг. 1 показан общий вид устройства-прототипа, где введены обозначения:
1 - теплоотводящее основание (поверхность);
2 - печатные платы;
3 - дополнительные печатные платы;
4 - электрорадиоэлементы;
5 - теплоотводы;
6 - выступы, на которых закреплена теплоотводящая пластина;
7 - теплоотводящая пластина;
8 - соединение печатных плат и дополнительные печатные платы гибким объемным монтажом;
9 - крышка;
10 - установочная поверхность;
11 - теплопроводящая паста;
12 - крепления.
Заявленное устройство поясняют следующие фигуры.
На фиг. 2 показано заявленное устройство в собранном виде, где введены обозначения:
13 - первый блок (верхний);
14 - второй блок (нижний);
15 - теплоотводящее основание (поверхность);
16 - радиатор;
17 - боковая крышка, закрывающая коммутационную зону.
На фиг. 3 показан общий вид устройства, где:
18 - верхняя стенка нижнего блока;
19 - печатные платы;
20 - теплонагруженные элементы (электрорадиоэлементы);
21 - нижняя стенка верхнего блока;
22 - теплонагруженные элементы (электрорадиоэлементы);
23 - элементы крепления.
На фиг. 4 показано поперечное сечение устройства.
Предлагаемое радиоэлектронное устройство, представленное на фиг. 2-4, состоит из двух блоков 13 и 14, устанавливаемых друг на друга и на теплоотводящую поверхность 15, являющихся несущими конструкциями радиоэлектронного устройства, образующими его корпус. Роль теплоотводящей поверхности при бортовом размещении может служить элемент несущей конструкции. Блоки 13 и 14 электрически соединены между собой гибким объемным монтажом, находящимся в коммутационной зоне, закрытой боковой крышкой 17 (возможно электрическое соединение блоков с помощью врубного разъема, находящегося внутри корпусов).
Каждый из блоков может быть герметичным, состоять из теплонагруженных элементов 20 и 22, набора двусторонних печатных плат 19 и т.д. На наружной поверхности верхнего блока 13 выполнен радиатор 16. Форма и количество ребер выбирается исходя из наличия и направления обдува и величины рассеиваемой мощности. На дне блока 13 или в верхней части блока 14 может быть установлен набор двусторонних печатных плат с нетеплонагруженными элементами (поз. 19 фиг. 3 и фиг. 4).
Устройство работает следующим образом. При включении радиоэлектронного устройства теплонагруженного мощность, рассеиваемая электрорадиоэлементами 20, передается на нижнюю поверхность корпуса нижнего блока 14 и далее на теплоотводящее основание изделия за счет контактного теплообмена между корпусом устройства и несущей конструкцией. Тепловая энергия от элементов 22 передается на верхнюю поверхность корпуса верхнего блока 13, являющуюся радиатором, и далее уходит за счет конвекции с поверхности радиатора, в большей степени рассеивается в окружающую среду, а в меньшей степени передается на корпус нижнего блока через боковые стенки. Таким образом, несущие конструкции устройства, являющиеся наиболее массивными деталями, используются как проводники тепла, причем тепло распространяется по наружным поверхностям устройства, что, в свою очередь, обеспечивает оптимальный тепловой режим работы печатных плат 19 и устройства в целом. Для улучшения теплообмена между блоками через боковые стенки на стыках между корпусами блоков возможно использование теплопроводящих паст.
При выполнении каждого блока герметичным, в случае необходимости размещения дополнительных, не требующих герметизации печатных плат, эти платы могут быть размещены в негерметичном отсеке, сформированном между верхним (поз. 13 фиг. 2) и нижнем (поз. 14 фиг. 2) блоками внутри общего объема, образованного их стенками так, что верхняя внешняя поверхность нижнего блока (поз. 18 фиг. 3) будет его дном, а нижняя внешняя поверхность верхнего блока (поз. 21 фиг. 3) - крышкой.
Предлагаемое радиоэлектронное устройство теплонагруженное позволяет, по сравнению с прототипом, повысить плотность компоновки радиоэлектронного устройства при большей рассеивающей мощности за счет использования корпуса верхнего блока одновременно в качестве элемента несущей конструкции и радиатора для рассеяния тепла от установленных на него теплонагруженных элементов в окружающую среду с сохранением коротких электрических связей между печатными платами.
Таким образом, заявленное техническое решение позволит повысить эффективность теплонагруженного радиоэлектронного устройства - уменьшить габариты и продлить срок его непрерывной работы путем улучшения теплоотвода с высокомощных электрорадиоэлементов, а также ремонтопригодности и технологичности на этапе сборки и разборки.